地形圖圖廓整飾的設計與實現

張 標,陳 楠

(1.長安大學 地質工程與測繪學院，陜西 西安 710054； 2.國家測繪地理信息局第一航測遙感院，陜西 西安 710054)

地形圖圖廓整飾的設計與實現

張 標1,陳 楠2

(1.長安大學 地質工程與測繪學院，陜西 西安 710054； 2.國家測繪地理信息局第一航測遙感院，陜西 西安 710054)

圖廓整飾是地形圖的重要組成部分，也是地圖輸出過程中的一個重要環(huán)節(jié)。針對現有軟件生成圖廓整飾缺乏標準性和靈活性的問題，文中分析不同比例尺地形圖圖式規(guī)范，歸納總結出圖廓整飾的內容，并根據圖形特征與位置分布加以分類。在此基礎上提出一種設計方案，通過對每個整飾要素定義相對坐標系和添加參數屬性的方法，可以實現整飾要素的精確生成以及靈活調整。根據設計方案進行相關開發(fā)予以實現，實踐結果表明，該方案確實有效，能實現地形圖圖廓整飾的自動化生成，提高制圖工作效率。

地形圖；圖廓整飾；圖式規(guī)范；坐標系

地形圖是地圖的一種，可以被定義為按一定的比例尺，表示地物、地貌平面位置和高程的正攝投影圖。根據相應規(guī)范與圖示，地形圖的主要內容包括以下幾個部分：測量控制點、居民地、獨立地物、管線與垣柵、境界、道路、水系、地貌及土質、植被、注記、圖廓整飾等[1]。圖廓整飾是一組為方便使用而附加的文字和工具性資料，對閱讀和使用地圖具有一定參考意義的說明內容，是地形圖的重要組成部分，也是地圖輸出過程中的一個重要環(huán)節(jié)。

目前，國內外已經有一些比較成熟的制圖軟件，如ArcGIS，MapGIS，GeoWay等，這些軟件都具有添加圖廓整飾要素的功能，但存在標準性差、靈活性不高、自動化程度較低、不能滿足圖式規(guī)范要求等問題。如ArcGIS軟件生成圖廓整飾時，需要制圖人員根據圖幅范圍和比例尺確定整飾要素的內容，并手動逐一添加，自動化程度較低。同時該軟件不具備添加坡度尺和三北方向的功能，不能滿足圖式規(guī)范要求。MapGIS，GeoWay等軟件提供了各種比例尺下的圖廓整飾模版，較國外軟件相比很接近圖式規(guī)范，制圖人員通過模板可以整體生成圖廓整飾。當因為圖式規(guī)范變化或整飾美觀需要而變動某個整飾要素時，則需要通過程序修改或制圖人員手動修改，靈活性不高，在大量圖幅數據需要處理時，會出現重復勞動增多、出圖效率低下的問題[2-5]。

針對上述問題，本文分析了不同比例尺地形圖圖式規(guī)范，歸納總結圖廓整飾的內容，并根據圖形特征與位置分布加以分類，在此基礎上提出一種設計方案，為每個整飾要素定義相對坐標系，用于實現整飾要素的精確生成，保證了生成圖廓整飾的標準性；為每個整飾要素添加參數屬性，通過參數值的修改可以實現整飾要素的變動，提高圖廓整飾調整的靈活性；根據設計方案進行相關開發(fā)，實現地形圖圖廓整飾的自動化生成。

1 圖廓整飾內容

1.1 圖廓整飾構成

圖廓整飾是對地圖的外部整飾，是地圖圖面的設計與表達[6]。根據地形圖圖式規(guī)范對圖廓整飾的內容進行歸納總結[7-9]，可以將其分為以下幾個部分：數學要素、圖名、圖號、政區(qū)略圖與鄰接圖表、密級、比例尺、坡度尺、三北方向、技術說明等。

數學要素是地形圖的基礎部分，對圖廓整飾起著精確定位的作用[10]。數學要素主要內容包括內外圖廓線、經緯網、方里網、分度線等。與數學要素相關的注記，如經緯度注記、方里網注記、分度線注記也屬于數學要素。

圖名描述了地形圖最基本信息的直觀表達，表明了該圖幅的制圖區(qū)域和主要內容，圖號則是描述了該圖幅按照《國家基本比例尺地形圖分幅和編號》的標準進行經緯度分幅后所確定的序號。根據地形圖圖式規(guī)范，圖名和圖號有主、副之分，主圖名與圖號位于上圖廓中心位置，副圖名與圖號位于圖廓四角。

政區(qū)略圖與鄰接圖表表達該圖幅的行政區(qū)劃、相鄰八幅圖的圖名圖號以及它們之間的相互位置關系。比例尺是地形圖上必備的整飾要素，它決定實地的距離轉變?yōu)橹茍D距離的縮小程度，并通過數字式與圖解式在地圖上表達。密級是描述了該圖幅內容的保密程度，通常分為秘密、機密兩種級別。

坡度尺用于進行量測坡度分析地貌。三北方向用于確定地圖上圖形的地理方向，構成參數包括磁子午線、真子午線、坐標縱線三條基本指北線和三種偏角。

技術說明也是圖廓整飾中必不可少的要素，主要包括地形圖的一些技術參數說明，內容包括：地形圖的成圖方式、等高距、坐標基準、高程基準、所用圖式標準、出版機關全稱、附注說明等。

不同比例尺的地形圖，其圖廓整飾的內容是不相同的。不同比例尺地形圖的圖廓整飾內容可總結為表1所示。

表1 國家基本比例尺地形圖的整飾要素內容

1.2 圖廓整飾分類

圖廓整飾的內容繁多，根據它們的特點進行分類，為后續(xù)的設計與實現提供基礎。

按照圖形特征進行分類，將圖廓整飾的內容劃分為文字類整飾要素與圖形類整飾要素。文字類整飾要素主要包括圖名、圖號、密級、數字式比例尺注記和技術說明等；圖形類整飾要素包括數學要素符號、政區(qū)略圖與鄰接圖表符號、圖解式比例尺符號、坡度尺符號、三北方向符號等。數學要素的注記在不同比例尺下的位置與內容不相同，將其劃分為文字類整飾要素；政區(qū)略圖、坡度尺、三北方向、比例尺的注記與其符號的位置相對固定，將其劃分為圖形類整飾要素。

按照與內圖廓的位置分布進行分類，將圖廓整飾的內容劃分為以下幾類。數學要素整飾，包括經緯網、方里網、經緯度注記、方里網注記、分度線注記等；左上角圖廓整飾，包括副圖名圖號、基本比例尺說明、數字式比例尺；正上方圖廓整飾，包括主圖名圖號；右上角圖廓整飾，包括副圖名圖號、密級說明；左下角圖廓整飾，包括副圖名圖號、出版機關全稱；正下方圖廓整飾，包括數字式比例尺、圖解式比例尺、坡度尺、三北方向；右下角圖廓整飾：包括副圖名圖號、技術說明、附注說明；政區(qū)略圖圖廓整飾，包括政區(qū)略圖符號、相鄰八幅圖的圖名圖號。

2 圖廓整飾設計

針對現有軟件生成圖廓整飾的標準性與靈活性的問題，本文提出一種設計方案，以內圖廓為基準，為每個整飾要素添加相對坐標系，用于實現整飾要素的精確生成。為每個整飾要素添加參數屬性，用于整飾要素調整的靈活性

2.1 整飾要素坐標系定義

將內圖廓拆分為上、下、左、右四條圖廓線，每一條圖廓線可以看作是一個相對坐標系統(tǒng)，上、下圖廓線以向右為X軸方向，向上為Y軸方向；左、右圖廓線以向上為X軸方向，向左為Y軸方向，坐標系的坐標原點可以是圖廓線起點、中間點和終點。以此為基礎，為整飾要素定義相對坐標系，根據位置分布劃分的原則，左上角與正上方圖廓整飾以上圖廓線為基準，向右為X軸方向，坐標原點分別為上圖廓線的起點和中間點；左下角與正下方圖廓整飾以下圖廓線為基準，向右為X軸方向，坐標原點分別為下圖廓線的起點和中間點；右上角與右下角圖廓整飾以右圖廓線為基準，向上為X軸方向，坐標原點分別為右圖廓線的終點和起點；政區(qū)略圖圖廓整飾，以上圖廓線終點為坐標原點，垂直于右邊線為X軸方向，考慮其內容繁多，為方便坐標位置計算，利用坐標平移的方法，將坐標原點移動到鄰接圖表外接范圍的左上角點。

與數學要素相關的經緯度注記，其分布在內圖廓四角，相對坐標系原點為上、下圖廓線的起點和終點，向右為X軸方向，向上為Y軸方向。分度線、方里網注記，其相對坐標系原點為分度線和方里格網與內圖廓線的交點，向右為X軸方向，向上為Y軸方向。

通過以上相對坐標系的定義，每個整飾要素在圖廓整飾中的位置可以通過與坐標原點的坐標差進行精確定義，如圖1所示。

圖1 整飾要素的不同相對坐標系

2.2 整飾要素參數屬性定義

為每個整飾要素定義參數屬性，考慮到不同整飾要素的內容和位置不盡相同，需要對參數屬性進行歸納總結，提取出公有參數。在具體實現中除了參照圖式規(guī)范給出這些參數屬性的缺省數值外，還允許制圖人員對參數值進行修改，用于整飾要素的靈活調整。

對于文字類整飾要素，其參數信息主要包括定位點X，Y坐標、字大小、字體名稱、定位點位置、字間隔、注記內容。定位點X，Y坐標：用于參照圖式規(guī)范定義與相對坐標系原點的距離，如1∶1萬比例尺中，圖名與內圖廓線的距離為22.5 mm。字大小與字體名稱：文字的大小和所使用的字體，如1∶5萬比例尺中，圖號是中等線體，大小為4 mm。文字定位點位置：文字的定位點位與文字的相對位置，包括字符頭部、字符中部、字符尾部3種。如主圖名的文字定位點在字符中部，密級的文字定位點在字符尾部。字間隔：相鄰兩個文字之間的距離，如兩字圖名間隔為2個字寬，三字圖名間隔為一個字寬。標注內容：注記文字的標注內容，如左上角的標注，內容為“中華人民共和國基本比例尺地形圖”。

對于圖形類整飾要素，其參數屬性主要是定位點X，Y坐標。與圖形類整飾要素相關的注記雖然內容和位置相對固定，但仍然為其添加參數屬性，位置的參數值缺省值為0，如圖2所示。

圖2 整飾要素的不同參數屬性

3 圖廓整飾實現

本文在對整飾要素進行分析基礎上，根據上述說明的設計方案，以 VC++6.0為開發(fā)平臺，采用 C++ 面向對象編程語言，進行圖廓整飾自動化生成的開發(fā)與實現，其關鍵技術包括以下方面：

3.1 整飾要素實現

圖廓整飾中的文字類整飾要素是通過注記文字進行實現的，將整飾要素參數屬性的數值作為成員函數的參數值，利用CFont類的成員函數CreateFont直接創(chuàng)建邏輯字體，實現文字類整飾要素的生成，如圖3所示。

圖3 文字類整飾要素實現

圖廓整飾中的比例尺符號、坡度尺符號、三北方向符號、政區(qū)略圖與鄰接圖表符號等圖形類整飾要素，則通過開發(fā)預先做成小的單元模塊，其中一些要素不止做一個單元模塊，如坡度尺按等高距的不同做成多個的單元模塊。與圖形類整飾要素相關的注記則使用注記文字方法進行實現，并根據規(guī)范定義這些注記文字的位置、大小、字體、文字定位點等參數信息，實現圖形類整飾要素的生成，如圖4所示。

圖4 圖形類整飾要素實現

3.2 數學要素實現

文獻[10]與文獻[11]詳細說明了內、外圖廓線、經緯網、方里網、分度帶的計算繪制方法，本文所用的方法與之相同，這里就不再贅述。與數學要素相關的經緯度注記、方里網注記等則通過注記文字的方法進行實現。在不同比例尺的地形圖中，注記內容與個數也不相同，如1∶100萬地形圖中，經緯度注記只有度注記，不同比例尺數學要素注記內容如表2所示。

表2 不同比例尺數學要素注記內容

在比例尺確定的前提下，注記的內容也同時確定，根據注記內容與內圖廓的位置分布對其進一步細分，劃分出左上經度-度注記、右下緯度-分注記、上部-公里注記、下部-百公里注記等注記文字類型。在經緯網、方里網等要素生成的基礎上，添加注記內容，并根據規(guī)范定義這些注記文字的位置、大小、字體、文字定位點等參數信息，實現數學要素的生成，如圖5所示。

圖5 數學要素的注記內容

3.3 圖廓整飾效果

數學要素生成后，需要進一步配置其他整飾要素。根據前文對整飾要素的按位置分布進行劃分的原則，建立起相對應的整飾單元，為每個單元定義相對坐標系，不同位置的整飾單元的相對坐標系不同，需要分別定義。整飾單元建立后，在整飾單元中添加各類整飾要素，形成完整的圖廓整飾，如圖6所示。

通過對以上關鍵技術的開發(fā)與實現，制圖人員只需要輸入圖號、圖名、磁偏角、等高距等基礎數據，就可以完成基本比例尺地形圖圖廓整飾的自動化生成。系統(tǒng)根據圖號計算出該地形圖的數學要素,并按預先定義的整飾單元和參數屬性配置各類整飾要素，從而形成完整的圖廓整飾。如果因為圖式規(guī)范變化或整飾美觀的原因而需要變動某個整飾要素時，制圖人員只需要修改相關整飾要素參數信息就可以實現變動。圖廓整飾效果見圖7。

圖6 整飾單元與整飾要素

圖7 1∶5萬圖廓整飾效果

4 結 論

地形圖圖廓整飾是一項細致且繁瑣的工作，其自動化生成技術對自動化制圖有很好的促進作用[12]。本文在充分研究地形圖圖式規(guī)范的基礎上，對圖廓整飾的內容進行歸納總結，并按照圖形特征與分布位置進行劃分，提出利用相對坐標系與參數定義的方案，使得每個整飾要素都能精準定義，并根據設計方案進行相關開發(fā)加以實現。本文設計的方法能夠精準的實現圖廓整飾的自動化生成，減少制圖中的重復勞動率和復雜性，提高作業(yè)效率，具有一定的參考價值。

[1] 祝國瑞,郭禮珍,尹貢白，等. 地圖設計與編繪[M] .武漢:武漢大學出版社,2012:263-264.

[2] 孫建平. 基于四叉樹理論的地圖整飾要素研究[D].北京：中國地質大學(北京),2012.

[3] 劉禹鑫. 地圖整飾要素的數據庫管理與應用[D].北京：中國地質大學(北京),2013.

[4] 潘宸,談帥,朱周華，等. 地圖整飾及打印模塊的設計與實現[J]. 測繪與空間地理信息,2008(4):206-207.

[5] 劉忠志. 地圖整飾技術研究及應用[D].北京：中國林業(yè)科學研究院,2003.

[6] 陳金磊,王卓,鄭昊,等. 地圖整飾模塊的設計與實現[J]. 計算機工程與設計,2012(9):3641-3646.

[7] 國家測繪局測繪標準化研究所.國家基本比例尺地圖圖式第2部分: 1∶5 000 1∶10 000地形圖圖式:GB/T 20257.2-2007[S].北京:中國標準出版社,2007.

[8] 國家測繪局測繪標準化研究所.國家基本比例尺地圖圖式第3部分: 1∶25 000 1∶50 000 1∶100 000地形圖圖式:GB/T 20257.3-2007[S].北京:中國標準出版社,2007.

[9] 國家測繪局測繪標準化研究所.國家基本比例尺地圖圖式第4部分: 1∶250 000 1∶500 000 1∶1 000 000地形圖圖式:GB/T 20257.4-2007[S].北京:中國標準出版社,2007.

[10] 朱蕊,孫群,肖強，等. 數字地圖制圖中地形圖整飾的自動實現[J]. 測繪工程,2011,20(4):39-41.

[11] 楊英偉,吳凡,粟衛(wèi)民. 數字地圖制圖數學基礎的自動建立與圖廓整飾[J]. 測繪信息與工程,2007(2):7-9.

[12] 楊德嚴,趙俊三,李紅波，等. 地圖圖幅整飾自動化技術[J]. 計算機工程,2011(22):279-280,283.

[責任編輯：張德福]

The design and implementation of map margin decoration in topographic map

ZHANG Biao1,CHEN Nan2

(1.School of Geology Engineering and Geometrics, Chang’an University, Xi’an 710054, China;2.The First Institute of Photogrammetry and Remote Sensing, State Bureau of Surveying and Mapping, Xi’an 710054,China)

The map margin decoration is both an important part of the topographic map and of the map output process. In order to solve the problem of lack of standard and flexibility in the existing software generation, this paper analyzes the specification of different scale topographic map, summarizes the contents of the layout, and classifies them according to the characteristics of graphics and position distribution. On this basis, a design scheme is proposed. By defining the relative coordinate system and adding parameter attributes for each finishing element, the precise generation and flexible adjustment of the finishing elements can be realized.According to the design scheme for implementation of related development, practice result shows that the scheme is effective,which can realize automatic generation of the map margin decoration of the topographic map,and improve the efficiency of drawing.

topographic map; map margin decoration; symbol specifications; coordinate system

2017-02-01

張 標(1988-)，男，博士研究生.

著錄：張標,陳楠.地形圖圖廓整飾的設計與實現[J].測繪工程，2017，26(8)：14-19.

10.19349/j.cnki.issn1006-7949.2017.08.004

P208

A

1006-7949(2017)08-0014-06