地理國情普查系列地圖開本設(shè)計

劉艷芳，陳曉慧，方佳琳，程　雄

(武漢大學資源與環(huán)境科學學院，湖北 武漢 430071)

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地理國情普查系列地圖開本設(shè)計

劉艷芳，陳曉慧，方佳琳，程雄

(武漢大學資源與環(huán)境科學學院，湖北 武漢 430071)

Format Design of Series Maps of National Geographic Conditions Census

LIU Yanfang,CHEN Xiaohui,FANG Jialin,CHENG Xiong

摘要：第一次全國地理國情普查搜集獲取了大量地理國情空間數(shù)據(jù)和統(tǒng)計數(shù)據(jù)，通過全國、分省(直轄市)、分地市和分縣市的地理國情統(tǒng)計圖直觀、全面地反映了全國地理國情。各級行政區(qū)的地理國情統(tǒng)計圖的比例尺和開本設(shè)計，是其中一項基礎(chǔ)性的工作。本文總結(jié)了地圖比例尺及開本大小確定的方法和步驟，并以地理國情統(tǒng)計圖為例，計算了全國、分省(直轄市)統(tǒng)計圖比例尺和開本大小，同時指出了調(diào)整行政區(qū)統(tǒng)計圖比例尺大小時需要考慮的關(guān)鍵因素。計算方法簡單明確且具有廣泛性，可以為全國各地區(qū)和各級行政區(qū)的地理國情統(tǒng)計圖，乃至其他統(tǒng)計地圖集的比例尺和開本設(shè)計提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：開本；比例尺；統(tǒng)計圖；地理國情

第一次全國地理國情普查獲取了翔實、海量的地表覆蓋、地形和地理單元等地理國情空間數(shù)據(jù)。同時，基于地理國情普查和地理國情監(jiān)測數(shù)據(jù)，以縣為單位在科學的統(tǒng)計、系統(tǒng)的分析和研究基礎(chǔ)上獲取了海量統(tǒng)計數(shù)據(jù)，并逐級匯總形成縣級、地級、省級和全國的地理國情普查統(tǒng)計成果。將這些海量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)由報表形式轉(zhuǎn)換為統(tǒng)計地圖形式表達可直觀、綜合、全方位、多層次地反映全國地理國情，有助于揭示全國地理國情的分布特征、演變和發(fā)展變化規(guī)律。研究全國、分省(直轄市)、分地市和分縣市4級行政區(qū)的地理國情統(tǒng)計圖冊的開本設(shè)計，是地理國情統(tǒng)計圖編制規(guī)范化的一項基礎(chǔ)工作。

圖冊開本設(shè)計受制圖區(qū)域的形狀和大小、地圖的用途和表達方式、紙張規(guī)格和制圖工藝等多種因素的綜合影響。傳統(tǒng)的設(shè)計方法是根據(jù)制圖工作者的經(jīng)驗和參考已出版的相同或相似主題地圖進行估計，系統(tǒng)的研究相對較少。魯明東指出地圖用途、制圖區(qū)域的形狀特點、紙張尺寸和印制工藝等因素對出版地圖開本大小的選擇有影響[1]。而大多數(shù)直接從地圖內(nèi)容、用途、制圖區(qū)域特點、紙張規(guī)格等方面出發(fā)，給出出版地圖開本大小[2-4]。這些研究沒有針對開本設(shè)計方法和過程作詳細說明，更沒有進行客觀測算，無法滿足系列統(tǒng)計圖冊開本設(shè)計的規(guī)范化。

本文針對全國各級行政區(qū)的地理國情統(tǒng)計圖冊，從統(tǒng)計專題圖的表達內(nèi)容和方式、制圖區(qū)域大小和形狀等因素出發(fā)，根據(jù)圖冊開本設(shè)計的一般原則設(shè)計出統(tǒng)計專題圖開本設(shè)計的技術(shù)方法與指標，并測算出系列比例尺地理國情普查統(tǒng)計圖冊的開本大小，為編制統(tǒng)計類專題圖提供參考和借鑒。

一、比例尺及開本設(shè)計方法

圖集的開本和比例尺存在著相互制約的關(guān)系[2]。對確定的制圖區(qū)域來說，比例尺確定后，開本大小也相應(yīng)確定。研究認為比例尺和開本設(shè)計方法和流程如下：首先依據(jù)專題圖的內(nèi)容特點和制圖方式，在相應(yīng)的限制條件下確定統(tǒng)計單元及其圖上最小限制面積；由統(tǒng)計單元大小及其對應(yīng)的圖上面積計算最小比例尺，并取其中最大值作為滿足要求的最小比例尺；由最小比例尺和制圖區(qū)域特征計算圖上面積和長寬距離；根據(jù)制圖區(qū)域圖上面積和長寬距離，以及在考慮統(tǒng)計類專題圖制圖區(qū)域外的附圖附表面積的基礎(chǔ)上，確定合適的開本大小；最后由確定的開本大小和統(tǒng)計圖所有要素的圖上面積，適當調(diào)整統(tǒng)計圖的比例尺大小，使出版地圖更加美觀和諧。如圖1所示。

1. 計算最小比例尺

統(tǒng)計專題圖是各種社會經(jīng)濟現(xiàn)象可視化表達的有效手段，它借助統(tǒng)計符號表現(xiàn)與空間相關(guān)的統(tǒng)計信息，是一種典型的定量專題地圖。統(tǒng)計專題圖表示的地圖要素包括兩大類：一類是源于統(tǒng)計數(shù)據(jù)的專題數(shù)據(jù)，表達地圖主題內(nèi)容；另一類是地理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為主題內(nèi)容表達提供地理骨架，并通過描述地理背景輔助主題內(nèi)容的表達，闡明分布規(guī)律等。最小比例尺的計算通過逐步滿足統(tǒng)計專題圖中地理基礎(chǔ)要素和專題要素的制圖需求實現(xiàn)。

圖1　開本設(shè)計技術(shù)流程

(1) 地理基礎(chǔ)要素對最小比例尺的限制

讀者在閱讀地圖時是通過視覺來接受地圖上表示的符號的，地圖符號不但要能被讀者察覺，還要進一步被辨認和識別。人的視覺分辨率通常是指人眼明視距離(25 cm)能分辨的空間兩點之間的最短距離，一般認為兩點的最短距離為0.07 mm[6]，也有人建議在制圖時將分辨率取為0.1 mm[7-9]。根據(jù)《地圖設(shè)計與編繪》中總結(jié)出的元素符號可識別最小尺寸(閾值)表(以角度分為單位)[5]，可識別的最小多邊形尺寸為9.1′×9.1′(以空心黑色正方形代表)。因此圖上最小可分辨的多邊形面積在0.41～0.83 mm2之間，取中間值為0.62 mm2。

在統(tǒng)計專題圖中，要求最低一級統(tǒng)計單元的圖上面積應(yīng)達到0.62 mm2，以清楚表示該統(tǒng)計區(qū)的信息。如在以地級市或縣為最低級別統(tǒng)計單元的統(tǒng)計圖中，地級市或縣的圖上面積應(yīng)達到0.62 mm2；以縣為最低級別統(tǒng)計單元的統(tǒng)計圖中，縣的圖上面積應(yīng)達到0.62 mm2。根據(jù)制圖區(qū)域最低一級統(tǒng)計單元面積統(tǒng)計結(jié)果，保證面積最小的單元依某一比例尺S1縮小后圖上面積為0.62 mm2，此時的比例尺S1即為地理基礎(chǔ)要素限制下的最小比例尺。對面積特別小的單元作異常值處理，不參加計算，保證計算結(jié)果的精確。

(2) 專題要素對最小比例尺的限制

統(tǒng)計專題圖的表達依賴于統(tǒng)計符號，即借助于符號的幾何形狀、填充圖案、輪廓尺寸等表達統(tǒng)計數(shù)據(jù)的數(shù)量和質(zhì)量特征。統(tǒng)計符號包括定點符號、分區(qū)統(tǒng)計圖表和面狀符號等。統(tǒng)計符號的大小對統(tǒng)計單元圖上面積有一定的限制，從而影響制圖區(qū)域最小比例尺的確定。針對不同的統(tǒng)計圖符號，其面積大小不同對相應(yīng)的統(tǒng)計單元的大小要求也不同，可據(jù)此得到對制圖區(qū)域不同的最小比例尺限制。

面狀符號法表示的專題圖通過對統(tǒng)計單元填色表達專題信息，除要求統(tǒng)計單元可識別、分級色可以分辨外，對統(tǒng)計單元大小沒有其他要求。其中分級色可分辨可以在統(tǒng)計單元被識別的前提下，通過對分級顏色的調(diào)整，以及對統(tǒng)計單元邊界顏色的調(diào)整達到要求。因此上一步計算的地理基礎(chǔ)要素限制下的最小比例尺S1也是面狀符號法表示的專題圖要求的最小比例尺Sa。

定點符號法采用不同形狀、大小和顏色的不依比例尺的符號表示物體的位置、質(zhì)量和數(shù)量特征。定點符號法的符號配置有嚴格的定位意義，因此允許出現(xiàn)符號的重疊，并可通過采取小符號壓蓋大符號，以及透明度和冷暖色等方法解決符號重疊度大影響可讀性的問題。即定點符號可以壓蓋統(tǒng)計單元界線，因此其面積大小對統(tǒng)計單元沒有特殊要求。定點符號法表示的專題圖最小比例尺Sb可為任意大小。

分區(qū)統(tǒng)計圖表法是將制圖區(qū)域劃分為若干區(qū)劃單元，以其統(tǒng)計數(shù)據(jù)制成不同形式的統(tǒng)計圖表，置于相應(yīng)的區(qū)劃單元內(nèi)，以反映現(xiàn)象的總量和構(gòu)成。分區(qū)統(tǒng)計圖表要求配置在區(qū)域范圍內(nèi)的適中位置，因此制圖區(qū)域內(nèi)各區(qū)劃單元的圖上面積應(yīng)大于相應(yīng)統(tǒng)計圖表面積。

通過對《國家經(jīng)濟地圖集(第二版)》《深圳市寶安區(qū)城市建設(shè)與發(fā)展地圖集》《中國性別平等與婦女發(fā)展地圖集》等多個圖集的研究，發(fā)現(xiàn)專題圖中的分區(qū)統(tǒng)計圖表面積大小按照復(fù)雜程度可分為3種情況：簡單的統(tǒng)計圖表，如柱狀統(tǒng)計圖(3個柱及以下)、簡單餅狀、分級點符號、零錢法等，面積在4×4 mm2以下；一般的統(tǒng)計圖表，如多個柱狀統(tǒng)計圖、雷達圖、折線圖、多種統(tǒng)計符號組合圖等，面積在6×6～12×12 mm2之間；復(fù)雜的統(tǒng)計圖表，如10×10的百分比圖、金字塔圖等，面積在18×18 mm2以上。為使圖冊可使用較為復(fù)雜的統(tǒng)計圖表，計算中認為統(tǒng)計圖表的面積至少為18×18 mm2，可滿足大多數(shù)統(tǒng)計圖表的要求，故區(qū)劃單元的圖上面積至少應(yīng)達到18×18 mm2。由制圖區(qū)域最小區(qū)劃單元面積大小及最小單元的最小圖上面積，計算得到相應(yīng)的最小比例尺Sc。計算過程中，對于少數(shù)面積特別小的區(qū)劃單元，若要求統(tǒng)計圖表在區(qū)域內(nèi)部，需要將比例尺放大很多，導(dǎo)致整個制圖區(qū)域圖上面積太大，不僅沒有必要，而且給制圖工作帶來不便。制圖時將相應(yīng)單元的統(tǒng)計圖表放置在圖面上的空白區(qū)域，并用箭頭指向表示。

大多數(shù)統(tǒng)計專題圖冊會用到包含上面的點狀符號法、面狀符號法和統(tǒng)計圖表法在內(nèi)的多種統(tǒng)計表示法，而圖冊的比例尺宜采取統(tǒng)一大小，因此在點狀符號法、面狀符號法和分區(qū)統(tǒng)計圖表法確定的最小比例尺Sa、Sb、Sc中，選擇其中最大的結(jié)果作為統(tǒng)一要求，為不同統(tǒng)計符號表示的專題要素對最小比例尺的要求，記S2。

(3) 確定最小比例尺

比較地理基礎(chǔ)要素確定的最小比例尺S1與專題要素確定的最小比例尺S2，選其中較大值，即為統(tǒng)計類專題圖要求的最小比例尺Sm。

2. 計算制圖區(qū)域圖上面積及長、寬距離

地圖投影是地圖的數(shù)學基礎(chǔ)之一，地圖投影的選擇影響地理實體成圖時的變形。在不同地圖投影下，地球橢球面上的點通過地圖投影產(chǎn)生的變形也不同，成圖時區(qū)域的圖上長、寬距離也不同。因此，在計算制圖區(qū)域的圖上面積及長、寬距離時，需要在確定的坐標系下進行。

我國1∶50萬和更大的比例尺地形圖使用高斯-克呂格投影；小于1∶50萬的地圖一般使用Lambert投影或Albers投影。由上一步計算得到的最小比例尺Sm，選擇合適的投影系統(tǒng)，將制圖區(qū)域矢量圖轉(zhuǎn)到相應(yīng)投影系統(tǒng)下，計算區(qū)域?qū)嶋H面積和南北、東西距離。并由式(1)計算制圖區(qū)域的圖上面積，由式(2)計算區(qū)域圖上南北、東西距離。

As=A×Sm×Sm

(1)

ls=l×Sm

(2)

式中，Sm為計算的最小比例尺；A為合適投影下區(qū)域?qū)嶋H面積；AS為圖上面積；l為合適投影下的實際距離；ls為圖上距離。

3. 確定合適開本

出版地圖都是以紙張作為地圖載體，因此出版的地圖中，制圖區(qū)域、地圖要素及統(tǒng)計專題圖可能需要的附圖附表等都要在紙張的有效顯示范圍內(nèi)。制圖時一般定正南正北方向與圖紙的邊緣垂直，即不考慮制圖區(qū)域相對紙張作非直角的旋轉(zhuǎn)。因此，要求紙張面積大于制圖區(qū)域的圖上面積，并且紙張的長寬，對應(yīng)大于制圖區(qū)域?qū)?yīng)圖上的南北和東西距離。

另外，地圖上的信息不僅包括制圖區(qū)域，還有制圖區(qū)域外的圖名、圖例、比例尺，有些統(tǒng)計圖還帶有附圖附表對專題要素作進一步說明。因此，在選擇地圖比例尺和相應(yīng)的開本大小時，應(yīng)為地圖上制圖區(qū)域外的其他要素預(yù)留一定的空白區(qū)域。

由計算的制圖區(qū)域圖上面積、南北和東西距離，以及制圖區(qū)域外的地圖要素和附圖附表占用面積，對照標準紙張尺寸選取合適的開本。

4. 調(diào)整比例尺

由于開本大小不是連續(xù)的，并且以A4為最小出版統(tǒng)計圖開本時，有些區(qū)域的統(tǒng)計圖在最小比例尺下，在相應(yīng)的合適開本上占用面積太小，圖幅顯得空曠。此時需要將最小比例尺放大并選取合適的整數(shù)比例尺[8-9]，以使得制圖內(nèi)容在較大開本上內(nèi)容翔實，布局合理美觀。此時的比例尺為區(qū)域統(tǒng)計圖的最終出版比例尺S。

二、地理國情普查系列地圖比例尺及開本設(shè)計

地理國情普查系列地圖的制圖范圍分為全國、省(直轄市)、地(市)和縣(市)4級行政轄區(qū)，以及其他地理單元。系列地圖以地理國情普查和監(jiān)測成果、統(tǒng)計分析成果，以及正式發(fā)布的統(tǒng)計年鑒相關(guān)數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，編制分類統(tǒng)計圖、綜合統(tǒng)計圖和國情指數(shù)圖3類統(tǒng)計圖，全面、綜合、多層面、多視角地記錄和反映全國的地理國情及其演變和發(fā)展變化規(guī)律。由于鄉(xiāng)鎮(zhèn)級統(tǒng)計數(shù)據(jù)的限制，研究以全國、分省(直轄市)兩級行政區(qū)的地理國情統(tǒng)計圖為例，具體討論其比例尺和開本大小設(shè)計。

1. 全國統(tǒng)計圖比例尺及開本設(shè)計

地理國情普查系列地圖中，全國統(tǒng)計圖的統(tǒng)計單元有全國、省和縣3級行政單元。其中全國的統(tǒng)計數(shù)據(jù)主要用于編制主圖外的全國統(tǒng)計圖表；省級行政單元的統(tǒng)計數(shù)據(jù)主要用于編制省級的統(tǒng)計圖表；縣級行政單元的統(tǒng)計數(shù)據(jù)主要用于統(tǒng)計圖的分級底色。因此，全國統(tǒng)計圖比例尺的大小設(shè)計要保證省級行政單元大部分可以放置該區(qū)的統(tǒng)計符號，縣級行政單元輪廓清晰；開本大小的選擇要保證在相應(yīng)比例尺下制圖內(nèi)容在紙張有效范圍內(nèi)。

全國陸地總面積約為960萬km2，東西寬約5000 km，南北長約5500 km。按照習慣，中國地圖通常將南海諸島部分作為附圖，因此圖上需表示南北約4050 km的范圍。全國面積最小的縣級行政區(qū)為長島縣56 km2，其圖上面積應(yīng)達到人眼分辨率限制的0.62 mm2。省級行政區(qū)除香港、澳門、臺灣外，直轄市北京、天津、上海面積太小剔除，在計算時只要求除上述單元外的面積最小省級行政區(qū)——海南省圖上面積大于要求的統(tǒng)計圖表面積。

2. 分省(直轄市)統(tǒng)計圖比例尺及開本設(shè)計

大部分的分省(直轄市)統(tǒng)計圖的統(tǒng)計單元分為省、地和縣3級行政單元。其中全省統(tǒng)計數(shù)據(jù)主要用于編制主圖外的全省統(tǒng)計圖表；地市級行政單元的統(tǒng)計數(shù)據(jù)主要用于編制地市級的統(tǒng)計圖表；縣級行政單元的統(tǒng)計數(shù)據(jù)主要用于統(tǒng)計圖的分級底色，或用于編制縣級的統(tǒng)計圖表。即分省(直轄市)統(tǒng)計圖比例尺的大小設(shè)計要保證地市級行政單元可以放置該區(qū)的統(tǒng)計符號，縣級行政單元輪廓清晰。少數(shù)如北京、天津、上海、重慶4個直轄市和海南省(地級行政區(qū)未覆蓋全省)統(tǒng)計單元分為省(直轄市)和縣兩級，此時要保證縣級行政單元可以放置該區(qū)的統(tǒng)計符號。對全國除港澳臺地區(qū)外的31個省級行政區(qū)，展開分省(直轄市)統(tǒng)計圖的比例尺和開本大小的計算，見表1。

表1　全國及分省(直轄市)統(tǒng)計圖比例尺及開本計算

續(xù)表1

其中，A縣在全國和分省(直轄市)統(tǒng)計圖中為相應(yīng)行政區(qū)內(nèi)最小縣級行政區(qū)的面積；A地在全國統(tǒng)計圖中為最小省級行政區(qū)面積，在直轄市和海南省(地級行政區(qū)未覆蓋全省)統(tǒng)計圖中為相應(yīng)行政區(qū)內(nèi)最小縣級行政區(qū)面積，在其他分省統(tǒng)計圖中則為相應(yīng)行政區(qū)內(nèi)最小地級行政區(qū)面積。

數(shù)據(jù)顯示全國統(tǒng)計專題圖的最小比例尺為1∶910萬；各省級行政區(qū)的統(tǒng)計專題圖中最小比例尺為西藏自治區(qū)，即1∶950萬；最大為海南省，即1∶85萬。全國統(tǒng)計專題圖在最小適用比例尺下，合適的開本大小為B2；省級行政區(qū)中，新疆維吾爾自治區(qū)為B3，其余為A3、B4或A4。通過比例尺反算，分省(直轄市)統(tǒng)計圖中開本為A4的比例尺需要作較大調(diào)整，如湖南省、遼寧省統(tǒng)計圖比例尺調(diào)整為1∶300萬，寧夏回族自治區(qū)為1∶180萬，北京市為1∶90萬，天津市為1∶80萬，上海市為1∶60萬，江蘇省為1∶250萬。

在地理國情普查統(tǒng)計圖中，建議將全國分省(直轄市)統(tǒng)計圖開本分為A3、A4、B3和B4 4個系列，比例尺為1∶100萬、1∶200萬、1∶300萬、1∶450萬和1∶600萬5個系列，各省(直轄市)統(tǒng)計圖開本及對應(yīng)比例尺大小見表2。

表2　地理國情普查分省(直轄市)統(tǒng)計圖比例尺及開本

續(xù)表2

計算發(fā)現(xiàn)對全國范圍的統(tǒng)計專題圖比例尺影響較大的為最小縣級行政區(qū)面積，與人眼可分辨的最小多邊形圖上面積大小有關(guān)；而分省(直轄市)統(tǒng)計圖比例尺的主要影響因素為最小地級行政區(qū)面積，與統(tǒng)計圖表的面積大小有關(guān)。如可以適當縮小新疆維吾爾自治區(qū)統(tǒng)計圖中的統(tǒng)計圖表大小，以便相應(yīng)地縮小比例尺，以減小所需開本大小，可保持省級行政區(qū)統(tǒng)計圖開本的統(tǒng)一。

三、結(jié)束語

本文從人眼分辨能力、統(tǒng)計圖表大小兩方面的限制出發(fā)，明確提出統(tǒng)計專題圖的比例尺及開本大小計算方法，并用于全國各地的地理國情統(tǒng)計圖的分省(直轄市)、分地市和分縣市行政區(qū)統(tǒng)計圖和全國統(tǒng)計圖的比例尺和開本設(shè)計中。

通過計算發(fā)現(xiàn)全國統(tǒng)計圖中對比例尺大小影響較大的因素是人眼的分辨能力。全國統(tǒng)計專題圖的比例尺逐漸變小時，將最先導(dǎo)致縣級行政區(qū)圖上面積太小而無法分辨，因此在調(diào)整全國統(tǒng)計專題圖的比例尺大小時，主要關(guān)注圖上縣級行政區(qū)是否可分辨。對分省(直轄市)統(tǒng)計圖的比例尺大小起決定作用的則是統(tǒng)計圖表的大小。要求配置在區(qū)域范圍內(nèi)的適中位置的分區(qū)統(tǒng)計圖表，其面積大小限定了統(tǒng)計單元的最小圖上面積。在設(shè)計分省(直轄市)統(tǒng)計圖時需重點考慮統(tǒng)計圖表對比例尺大小的限制。選用不同大小的統(tǒng)計圖表時，可按需適當調(diào)整比例尺大小，使地圖設(shè)計更加合理美觀。

研究給出統(tǒng)計類專題圖的比例尺和開本大小設(shè)計的一般方法，結(jié)合統(tǒng)計圖內(nèi)容及其表達方式給出全國、分省(直轄市)的地理國情普查系列地圖的比例尺和開本大小設(shè)計結(jié)果。方法具有一般性和普遍性，可以為全國各地區(qū)、各級行政區(qū)的地理國情普查系列地圖的制作，以及其他類出版統(tǒng)計圖的比例尺和開本設(shè)計提供參考。

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中圖分類號：P283

文獻標識碼：B

文章編號：0494-0911(2016)03-0048-06

作者簡介：劉艷芳(1959—)，女，教授，主要從事地理信息應(yīng)用工程研究及區(qū)域規(guī)劃和經(jīng)濟地理研究。E-mail: yfliu610@163.com通信作者： 程雄。E-mail: 549159959@qq.com

基金項目：地理國情監(jiān)測技術(shù)研究(2012BAH28B02)

收稿日期：2015-01-12

引文格式： 劉艷芳，陳曉慧，方佳琳,等. 地理國情普查系列地圖開本設(shè)計[J].測繪通報，2016(3)：48-53.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0084.