基于GIS的历史地图集符号库设计方法探讨

李海萍，王 欣，华林甫

（1.中国人民大学，北京 100872）

基于GIS的历史地图集符号库设计方法探讨

李海萍1，王 欣1，华林甫1

（1.中国人民大学，北京 100872）

以清代历史地图为例，参照国内现有的地图符号标准，研究并设计了基于GIS的清代历史地图符号库。重点讨论了点状、线状和面状符号的实现方法，可以为其他专题地图符号库设计提供参考。

地理信息系统；专题地图；符号设计方法；清代历史地图集

历史地图是众多专题地图中最常见的一种形式，使用的符号主要用于反映所处的历史时代的特点。除了常规地图要素外，还包含一些现代地图中所不存在的要素，需要用户自行设计。目前，我国尚没有历史地图符号样式的标准和符号库体系，相关行业所使用的历史地图符号库，在表达方面也存在较大的差异。与此同时，现有历史地图所采用的符号，尤其是古地图，大多是前人手绘而成，无法满足现代历史地图对符号的系统性要求，因此，对历史地图的符号规范进行系统研究十分必要。

本文针对清代历史地图编制的符号需求，探讨了基于地理信息系统的符号设计原则和方法，对其他历史地图及其符号设计和应用具有重要参考价值。

1 基于地理信息系统的符号设计方法

现有的数字地图制图软件主要分为传统地图制图软件和地理信息系统地图制图软件2大类。传统的地图制图软件以AutoCAD、Illustrator、CorelDraw等为代表，但这些系统在空间信息的操作及表达方面却难以很好地体现地图的科学价值与使用价值。随着地理信息系统技术的日益成熟和不断发展，如ArcGIS、MapInfo、MapGIS等商用地理信息系统软件，这些软件以其强大的制图功能和广泛的用户群而逐渐取代了传统的制图软件，成为当前专题地图制图领域的重要技术手段[1-4]。

针对历史地图符号库的特点，本文采用ArcGIS中的Style Manager模块与造字软件相结合的方法，对一些历史要素符号进行设计，并根据符号的几何性质，分别对点、线、面3种符号类型的设计方法进行论述。

2 清代历史地图的符号库设计

2.1 符号库设计的基本原则

参照我国《地图符号库建立的基本规定（CH/ T4015-2001）》[5]，历史地图符号库创建的基本原则应包括以下几条：

1）应参照现有的地图图示。我国已制定了部分地图符号的国家标准，如地形图图式等，因此，在进行专题要素的符号设计时，应参照已有的行业规定或惯例符号。

2）图案化。对要素的形象素材进行概括综合，包括整理、夸张和变形，以形成比较简单的规则化图案，同时把最基本的特征表现出来。因此，设计的符号在构图上应具有一定的规律性并做到规格化，以正确表现对象的质量、数量特征以及相互间的关系特征，以便于统一规格、区分等级和精确定位，也便于绘制和复制。

3）象征性。尽管符号和对象之间的人为关系可以通过图例说明强制实行，但历史地图中的要素具有很强的时代特征，很多地物名称较为生僻，为使符号易于理解，应强调符号与对象间的自然联系，利用人们看到符号便产生联想的心理活动，在设计时尽量保留要素的形象特征，包括外形、结构特点以及颜色等的相似性，对非具象的要素则尽量选择与其有密切联系的形象作为符号设计的素材。

4）清晰性。符号清晰是地图易读的基本条件，每个符号都应具有良好的视觉效果，因此，在设计时应保证符号简洁明了、对比度适中和结构紧凑，以增强其感知效果。

5）系统性。符号群体间应具有内在的相互关系和逻辑关系，以保证符号能够相互配合使用。因此，在设计时要与其所指代对象的性质和地位相适应，在形式上表现出地图内容的分类、分级、主次、虚实等关系。不同比例尺和专题内容的地图对符号的要求往往不同，因此，符号多采用矢量形式，以控制其在不同比例尺和专题地图中的形态大小和显示。以清史地图为例，在普通图中，京师、省级、府级和县级治所的显示较突出，在专题图中，炮台、驿站、窝集等要素则需要突出显示。

6）可扩充性。符号库建立后，应允许用户自行修改其中的任意符号，包括图形、大小和颜色等，同时还可以删除旧符号、增加新符号等，因此，符号库应是可扩充的。

2.2 清代历史地图的符号库设计

由于已出版的历史地图较少，因此，清史地图符号库的设计，主要参照谭其骧主编的《中国历史地图集》中一些符号，对于谭图中没有给出的较特殊符号，采纳相关专家的意见，自行设计。

点、线、面符号的空间维度不同，在设计方法上具有较大的差异性，根据符号的几何特性，将整个符号库分为点状、线状和面状3个子库，分别设计。

2.2.1 点状符号设计方法

点状符号用于表示不随比例尺变化的小面积地物和点状要素，一般放置在要素的定位点上[6]，清史地图中需要专门设计的特殊点状符号包括卡伦、塘汛、古战场等。

ArcGIS中，对于简单的点状符号，可以通过不同符号的叠加并修改大小、间距、旋转角度等视觉变量的值来实现。例如煤矿符号的制作，选择Character Marker Symbol后，在ESRI默认的符号库中选择长方体，旋转90°后就可以实现；普通聚落、关隘等这些简单的几何图形可以直接在系统提供的符号库中找到。

对于那些具有一定象形特征的符号，如炮台、窝集和行宫等，其结构相对来说比较复杂，ArcGIS软件所提供的符号编辑器无法直接制作，因此，在设计时选择了调用字体符号的方式来制作。这种方法比较适用于具有特殊形态的复杂点状符号。

字体符号不随符号自身的缩放而失真，且True Type字体所占用的存储空间比图片等其他格式小很多，不论简单的还是复杂的图式符号都可由直线和曲线所围成，并简便地进行各种编辑操作。图1所示的是利用造字软件的字体符号进行窝集符号的制作过程。

值得注意的是，将造字软件制作的字体文件导入到ArcGIS的符号特征编辑器（Symbol Property Editor）中后，所设计的符号并非最终直接采用的符号，仍需对其颜色、大小、位置和角度进行调整，使之在地图上的显示更加协调美观。

通过上述点状符号的设计方法，建立了清史地图的点状子符号库，见图2。

图1 调用字体文件制作窝集符号

图2 点状子符号库

2.2.2 线状符号设计方法

线状符号是长度依比例尺而宽度不依比例尺变化的符号，用于表示呈线状或细条带状延伸的地物，还可表示点状和面状符号的外轮廓边界[6]。

ArcGIS中，对于一些简单的线状符号，可以直接由线状符号嵌套组合而成。对于复杂的线状符号，一般需经过2个步骤实现：先把复杂的部分做成点状符号，然后再由点状符号直接组成线状符号，或与其他线状符号进行叠加。在清史地图中，国界、省界、府界、柳条边等线状符号大多都是通过叠加、嵌套完成的。图3所示的分别为县界、堤堰和长城的制作过程。

图3 县界a、堤堰b和长城c的制作过程

需要注意的是，在进行多个线状单元叠加的过程中，在直线处可以很好地沿着的线的走向，但在线的拐弯处则会脱离线，发生偏离。若采用线状单元和点状单元相叠加的方式，则不存在这个问题，在线的拐弯处也能很好地拟合到线上，原因是被叠加的线状单元中，其元素之间的位置关系已经确定，因此在赋予线状地物时它们之间只能是按照一定的位置关系，即如果在一个线状单元中的2个元素之间线发生弯曲，则另一个元素就不能拟合到线上。后者将每一个点状元素单独作为一个线状单元，即它们之间没有固定的位置关系，在赋予线状地物时，它们会按照线状地物的走势排列。因此，在制作线状符号时应充分考虑线状地物会发生弯曲等特征，尽量避免组合线状单元。

2.2.3 面状符号设计方法

面状符号是依比例尺变化的符号，用来表示面积较大的地物，它通常有一条封闭的轮廓线，多数面状符号是在轮廓线内配置点状符号、绘阴影线或者涂以颜色[6]。

ArcGIS中，一般的面状符号都可以通过点状符号、线状符号或面状符号组合而成，例如湖泊，其符号可以直接选择Simple Fill Symbol，然后选择相应的填充颜色和外边界线条的粗细及颜色即可。再如盐场，其符号则需要通过将线状符号填充到面状符号中实现，见图4。

图4 盐场符号的制作图

需要注意的是，若使用点状符号填充，因为要使点状符号成一定规律进行配置，所以就应该使用多层点状符号进行叠加，这就需要在不同层中设置相同的间距和不同的偏移量。

3 符号库的集成和调用

当点、线、面3个子符号库均建立完成后，还需要将整个符号库保存为符号库文件，以方便制图时直接调用。若在其他电脑上使用，需要先将字体文件安装到本地的字体（Fonts）文件夹中，之后再导入符号库文件才能进行调用。

在ArcGIS系统中，符号库文件的扩展名为.style，因此，将制作好的符号库文件命名为Qing.style并保存至ArcGIS安装路径的style目录（:Program Files ArcGISStyles）下。

在调用时，打开ArcMap中的Style Manager工具，将Qing.style加载（Add）到styles列表中，然后将其设置为缺省的符号库，以后每次符号渲染的时候点击某个图层，在Symbol Selector中所显示的就是当前的符号库，如图5所示。

图5 Symbol Selector中显示的缺省符号库

通过上述设置，最终完成了专题符号库的建立和在系统中的加载及调用过程，其他用户在制作不同专题的历史地图时，均可以根据专题地图的制图需求方便地使用该符号库。

4 结 语

基于现有GIS软件系统进行清史地图符号符号设计，不仅能够提高专题地图及地图集制作中符号化的效率，减少重复性工作，同时也能方便实现各种符号的等比例缩放，解决了简单地图符号失真的困扰，最终保证不同图幅间整体的协调性和系统性。

[1] 牛芩涛,盛业华.基于ArcMap的地图符号库的设计与实现[J].现代测绘,2003, 26(6):41-44

[2] 刘洪光,高锡林,马维峰,等.基于ArcGIS的地质灾害地图符号库设计与实现[J].国土资源遥感,2011(2):147-150

[3] 周玉清,李静,罗灵军,等.公共安全应急平台中符号库的设计与实现[J].地理空间信息,2007,5(2):43-44

[4] 魏昌盛,陈维锋,黄丁发,等.基于ArcGIS 建立地震救援现场地图符号库[J].地理空间信息,2012,10(4):18-19

[5] CH/T4015-2001.地图符号库建立的基本规定[S].

[6] 薄伟伟.基于ArcMap的地图符号设计与研究[J].地理空间信息,2006,4(2):70-72

[7] 胡鹏,黄杏元.地理信息系统教程[M].武汉:武汉大学出版社,2002

[8] 邬伦,刘瑜,张晶,等.地理信息系统——原理、方法和应用[M].北京:科学出版社,2002

[9] 历史地理学研究的新探索与新动向——庆贺朱士光教授七十华秩暨荣休论文集[M].西安：三秦出版社,2008

P208

B

1672-4623（2015）01-0171-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.01.057

李海萍,副教授，主要从事环境地学、资源与环境遥感应用、地图学与地理信息系统等相关教学与科研工作。

2013-10-29。

项目来源：国家社会科学基金重大资助项目（12&ZD146）。