（地图制图学与地理信息工程专业论文）地图注记自动配置研究及其在autocad地图制图中的应用.pdf

摘要 地图注记自动配置研究 及其在a u t o c a d 地图制图中的应用 摘要 近年来，随着经济建设的飞速发展，地图更新的速度越来越快。除此以外， 以计算机和网络为代表的信息技术的发展，促使世界各国加快了测绘技术信息化 进程。地图设计与生产自动化已成为一个迫切需要解决的课题摆在包括从事地理 信息系统( g i s ) 工作在内的测绘工作者的面前。在地图设计和生产自动化的过 程中，地图注记是制约其发展的瓶颈。如果地图注记能够实现自动化，那么制图 效率就将大大地提高，完成地图生产所需要的时间将大大的缩短，并能在很大程 度上满足各行各业对地图生产速度的要求。 首先，在了解了国内外地图注记自动配置的发展及研究现状的基础上，本文 归纳总结了地图注记的规则。并详细论述了地图各要素自动注记的多种方法和相 应的具体算法。点状要素注记自动配置的候选注记位置的计算应根据点状要素的 形状而采取相应的计算方法，以得到与点状要素有较强归属关系的候选注记位 置。除此以外，本文还阐述了两种点状要素最优注记位置的搜索算法：贪婪式注 记搜索法和基于回溯的搜索方法，它们同样能够应用于线状和面状要素最优注记 位置的搜索。线状要素和面状要素候选注记位置的计算要比点状要素复杂得多， 对于不同类型的线状和面状要素有相应的算法，本文重点论述了双线线状要素注 记定位线的改进搜索算法，提出了面状要素自动注记的新方法：中心阵列法，并 改进了基于d e l a u n a y 三角网实现面状要素自动注记的注记定位线的搜索算法。由 于现有的线状和面状要素的预处理简化算法不能满足要求，故本文又提出一种新 的简化算法；平行线法，该法处理效果不但满足要求，而且算法简单，计算效率 较高。最后，以目前世界上流行的制图软件a u t o c a d 作为二次开发平台，用 o b j e c t a r x 开发出地图自动注记子系统，并以四川省邛崃市某镇地形图和土地利 用现状图注记为例，对该系统进行了测试和应用。 关键词：地图注记自动配置、注记模式、骨架线、中心阵列法、三角网 成都理i ：人学硕十学何论文 r e s e a r c ho fm a pa u t o m a t i cl a b e l i n ga n d i t sa p p l i c a t i o ni nm a p p i n g b y a u t o c a d a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，w i t ht h ef a s td e v e l o p m e n to fe c o n o m yc o n s t r u c t i o n , t h er a t e o fm a p su p d a t i n gb e c o m e sf a s t e ra n df a s t e r o t h e r w i s e ，t h ei n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y d e v e l o p m e n t ，r e p r e s e n t e db yc o m p u t e ra n dn e t w o r k , m a k e st h ew o r l dt oq u i c k e nt h e p r o c e s s o fg e o m a t i c st e c h n o l o g yi n f o r m a t i z a t i o n t h ed e s i g na n dp r o d u c t i o n a u t o m a t i z a t i o no fm a p sh a v eb e c o m eat a s kn e e d e di m m i n e n t l yr e s o l v e d w h i c hi s f a c e db yt h ep e r s o n sw h o s ew o r ki sg e o m a t i c s i nt h ep r o c e s so fm a pd e s i g na n d p r o d u c t i o na u t o m a t i z a t i o n ，m a pl a b e l i n gi st h eb o t t l e n e c kr e s t r i c t i n gi t sd e v e l o p m e n t i fm a pl a b e l i n ga u t o m a t i z a t i o nc a nc o m et r u e ，t h ee f f i c i e n c yo fc a r t o g r a p h yw i l lb e e n h a n c e dg r e a t l y ，t h et i m e ，c o n s u m e db yp r o d u c i n gm a p s ，w i l lb es h o r t e n e dg r e a t l y ， a n di tc a nb el a r g e l ys a t i s f i e dt h a te v e r yw a l ko fl i f eg i v e sd e m a n d st ot h es p e e do f m a pp r o d u c t i o n f i r s t ，i nt h ef o u n d a t i o no fr e a l i z i n gt h ed e v e l o p m e n to fp r e s e n ts i t u a t i o no fm a p a u t o m a t i cl a b e l i n ga r o u n dw o r l d ，t h ep a p e rh a sc o n c l u d e dt h er u l e so fm a pl a b e l i n g t h e n ，a l lm e t h o d sa n dm a t e r i a la l g o r i t h m s ，u s e df o rl a b e l i n ga l lk i n d so fm a p e l e m e n t s ，a r ed i s c u s s e di nd e t a i li nt h ep a p e r t h ec a l c u l a t i o no fc a n d i d a t ep l a c e m e n t s o fp o i n te l e m e n ta u t o m a t i cl a b e l i n gm u s tb ee x e c u t e db yc o r r e s p o n d i n gm e t h o d s ， a c c o r d i n gt ot h es h a p eo fp o i n te l e m e n t s ，s ow ec a ng e tc a n d i d a t ep l a c e m e n t sw h i c h h a v es t r o n gr e l a t i o n s h i pb e l o n g i n gt op o i n te l e m e n t s i na d d i t i o n , t h ep a p e ra l s o i n 仃o d u c e st w oa l g o r i t h m su s e df o ro p t i m m i n gl a b e l i n gp l a c e m e n t ，t h e ya r eg r e e d s e a r c ha n ds e a r c hb a s e do nt r a c e ，a n dc a nb eu s e df o ro p t i m i z i n gl a b e l i n gp l a c e m e n t s o fl i n ee l e m e n ta n da r e ae l e m e n t t h ec a l c u l a t i n go fc a n d i d a t ep l a c e m e n to fl i n ea n d a r e ae l e m e n t si sm o r ec o m p l e xt h a np o i n te l e m e n t , t h e r ea r es u i t a b l ea l g o r i t h m sf o r d i f f e r e n tl i n ea n da r e ae l e m e n t s t h ek e yp o i n t so ft h ep a p e ra r ep u t t i n gf o r w a r d a l g o r i t h ma m e l i o r a t e df o rl a b e l i n gd u a ll i n ee l e m e n t ，an e wm e t h o d ，c e n t e ra r r a y m e t h o d ，u s e df o rl a b e l i n ga r e ae l e m e n t ，a n da m e l i o r a t i n gt h es e a r c ha l g o r i t h mb a s e d o nd e l a u n a yt r i a n g l en e t w o r kt ol a b e la r e ae l e m e n t t h ep a p e ra l s og i v e su san e w p r e d i g e s t i n ga l g o r i t h m ，b e c a u s es o m ea l g o r i t h mi ne x i s t e n c ec a n tm e e to a rd e m a n d s ， a b s t r a c t t h eu a n l eo fh e wa l g o r i t h mi sp a r a l l e lm e t h o d ，i ti sn o to n l ys i m p l e ，b u ta l s oi nh i g h e f f i c i e n c y a tl a s t , t h em a pa u t o m a t i cl a b e l i n gs u b s y s t e mi sd e v e l o p e db yo b j e c t a r x o nt h ep l a t f o r mo f a u t o c a dw h i c hi sf a m o u ss o f t w a r eo fc a r t o g r a p h ya r o u n dw o r l d ， a n d “i st e s t e da n da p p l i e db yt h ee x a m p l el a b e l i n gt h et o p o g r a p h ym a pa n dl a n dm a p o f at o w ni nq i o n g l a i ，s i c h u a n k e yw o r d s ：m a pa u t o m a t i cl a b e l i n g ，l a b e l i n gm o d e ，f r a m e w o r kl i n e ，c e n t e ra r r a y m e t h o d ，t r i a n g l en e t w o r k 1 1 1 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得盛型理王太堂或其他教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 吲年s 只巧日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盛壑理工太堂有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和 借阅。本人授权盛都理王丕堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：私名芳 年 亨 月 伽鲐 名 一狱鹳：霹 师名导签者者作作文文论沦位位学学 第一章引言 1 1 选题意义 第1 章引言 地图注记作为一种人工语言符号，弥补了地图符号之不足，它是地图的可阅 读性、可翻译性和地图信息传输的基础。定位精确而又符合审美原则的地图注记 是高质量地图的一个十分重要的组成部分。由于地图注记需要具备标识各种地理 对象，并指示地理对象的属性信息等功能。因此，在要求地图内容清晰易读，而 又含义明确，地图美观大方的条件下，手工配置地图注记是一个十分复杂而又费 时的过程，通常要占用高达5 0 的地图制图时间“1 。 近年来，随着国民经济的发展，对基础测绘、地形图更新的要求越来越高， 更新速度也越来越快。除此以外，以计算机和网络为代表的信息技术的发展，促 使世界各国加快了测绘技术信息化进程；同时，地理信息系统也取得了飞速的发 展，并且应用日益广泛。很显然，传统的地图设计和生产已经不能满足发展的需 要，这就要求人们需要通过自动制图软件使地图设计和生产自动化。因此，地图 设计与生产自动化已成为一个迫切需要解决的课题摆在包括从事地理信息系统 ( g i s ) 工作在内的测绘工作者的面前。在地图设计和生产自动化的过程中，地 图注记的自动化是制约其发展的瓶颈。如果地图注记能够实现自动化，那么制图 效率就将大大地提高，完成地图生产所需要的时间将大大的缩短，并能在很大程 度上满足各行各业对地图生产速度的要求。 1 2 地图注记自动配置的发展及研究现状 对于如何实现地图注记自动化配置的问题，国外自2 0 世纪7 0 年代至今已有了 相当深入地研究并取得了令人满意的成果，比如1 9 7 2 年e l i 提出的地图点状要 素注记配置的优先级；1 9 8 4 年由f r e e m a n 等开发了第一个地图注记配置专家系统 a u t o m a p ，它在传统的注记配置原则和步骤方面应用了启发式知识，对注记配置 的智能化方法和应用提供了良好的开端；美国人口调查局为美国1 9 9 0 年的人口普 查所开发的地图注记系统( n a m ep l a c es y s t e m ) 是一个非交互式的、非递归的 系统，从而实现了计算机“自动地”而不是“辅助地”( 交互式) 配置地图注记， 利用它已经成功地对1 9 9 0 年的人口统计图进行了地图注记；1 9 9 0 年由c o o k 和 j o n e s 用p r o l o g 语言开发基于规则的注记配置系统n a m e x ，它甚至可以为月球图 上的大山口配置注记；另外还有很多地图工作者提出了许多有价值的算法和见 l 成都理i ：人学硕十学位论文 解。 在国内，由于汉语与西文在许多方面存在很大的差异，除数字、字母及一些 国际通用的文字符号外，二者在地图注记的方法和原则上也有较大的差别，因此， 不能直接引入国外现成的地图注记自动配置系统及方法。自2 0 世纪9 0 年代以来， 已有不少单位和机构开始了这方面的研究，并取得了较大的进展。在优化理论和 注记自动定位算法方面，在1 9 9 8 ，樊红用人工神经元网络h o p f i e l d 模型来求解地 图注记自动配置的最优解；樊红还研究了线状地物注记的规则和基于平行线的注 记算法“1 ，该算法首先求出一组平行线，然后沿平行线求等间隔的注记位置；杜瑞 颖等先消除了面状地物的边界坐标中的极值点，再用切割中点线法求主骨架线， 但当多边形的形状复杂时，切割中点线法不能有效地求出主骨架线0 1 ；杜世宏等 提出一种基于栅格数据计算多边形主骨架线的新算法，研究了基于结点的栅格数 据骨架线的矢量化和基于端点的栅格数据的主骨架线提取算法，该算法所提取的 主骨架线是最优( 最长) 的”1 ：除此以外，杜世宏等又采用面状地物的形状因子 和面状地物的长轴相结合的方式把面状地物分为5 类进行注记，从而对不同的面 状地物采取不同的注记方式，避免了许多不必要的步骤和麻烦，增加了注记自动 配置的准确性，具有较强的适应性和普遍性，提出了面状地物注记的较为通用的 配置算法“1 ；姜永发等提出了长对角线法实现g i s 中矢量地图面状地物汉字注记 的自动配置的方法”1 。在地图注记自动配置的软件系统方面，有不少的计算机地 图制图系统涌现出来，并提供了地图注记自动配置功能；也有一些用于试验研究 的地图注记自动配置系统。例如，在v i s u mc + + 环境下开发的a u t o l a b e l 系统“1 等。 归纳国内外所使用的技术方法，有专家系统、最优化理论、神经网络技术、 常规的算法和编程技术以及并行算法和并行机处理技术等”1 。随着专家系统、神 经网络等智能化方法逐渐渗入到自动化地图制图领域，并促使计算机地图制图技 术有了飞跃性的进展，各类地图专家系统和自动化系统不再是空中楼阁，国外也 有了智能化实用地图注记配置软件系统”1 。但是，虽然国内的注记自动配置技术 研究取得了一些进展，并有不少的计算机地图制图系统涌现出来，并提供了地图 注记自动配置功能。但是，在解决线状和面状要素注记的自动定位及地图注记定 位压盖等方面的问题时，无论是准确性，还是效率上都不令人满意，其实用性自 然有很大的局限性。目前的研究主要存以下几个方面的不足”1 ：现有研究主要 集中在点状地物注记配置上，线状和面状地物方面的研究不多，特别是面状地物 的注记自动配置还有很多工作要做：在实用化的注记自动配冕系统上，成熟的 软件不多：目前的研究是很多是孤立的，不是系统的。现有的研究要么单独研 究点状地物注记，要么单独研究线状地物注记，没有把点、线、面状地物的注记综 2 第一章引言 合起来研究。因而系统地研究注记自动配置的各个方面仍然是很必要的。由此看 来，进一步研究实现地图注记配置自动化的理论、方法和途径势在必行。 1 3 相关概念及定义 地图注记的自动配置：指利用计算机软件系统模拟手- r $ , j 图员，在遵照地图 注记的易读性、美学平衡性等美学和视觉原则及各种注记规则下，自动地确定注 记的位置并将其按照合适的排列方式注记到地图上。 多边形骨架线：到目前为止，还没有确切清楚的定义，只有一种大多数学者 比较认可的一种说法：代表多边形走向的一条线“。 简单多边形：设平面上n 个点p 。，p ：，p 。按循环排列法逆时针排列，p 。在p 。 之后，又设e ，= p l p 2 ，e ：= p 2 p 3 ，e 。= p 。p 1 是连接顶点的n 条线段，并且 循环排序中的相邻线段对的交是它们共有的单个点：e n p ，。= p 。，不相邻的线 段不相交：e ，n e ，= 囝，i + 1 ；i = 1 ，n ，e 。l = e l , p = p l ，则这些线段就界限一简 单多边形。 凸集：设s 是平面上的非空点集，p 、p ，是s 中的任意两点，如果点 p = t p + ( 1 一t ) p ，属于s ，其中0 t s l ，则称s 是凸集1 。 多边形凸包就是包含多边形顶点的最小凸集。 1 4 本文的主要研究内容 本文的主要研究内容包括以下几个方面： 地图注记的规则 地图注记除了应遵循普遍可接受的国家地图制图标准和原则外，尚有许多有 关的细节问题。对于一个通用的、功能强大的地图注记配置系统而言，要想胜任 各种主题的、各级比例尺的地图注记自动配置是非常困难的，甚至对某一种地图 的各级比例尺地图实行注记配置自动化也是如此，这是因为配置注记的规则和要 求数量十分巨大，并且这些规则和要求自身难以公式化和具体化，在许多情况下 配置注记需要制图工作者的经验，然而，注记的配置在总体上还是遵循一定的原 则，在各种不同用途的地图设计过程中，这些原则被具体化为配置注记的各种规 则和要求，这些原则被称为一般性原则。 从地图制图的经验来看，地图及其注记的风格主要取决于普遍接受的地图制 图规则、某一机构的要求和标准、地图设计者个人的风格等。对于地图注记而言， 国际上普遍可以接受的一般性原则是由i m h o f 于1 9 7 5 年提出来的，这已为许多 曾致力于提出类似原则的地图制图学家所接受，这些原则是。1 ： 3 成都理i ：人学硕+ 学位论文 注记必须易于增强被注记的要素的定位功能，并且易读。 注汜需与被注记的要素的位置关系密切。 避免与其他要素或注记发生覆盖、压盖。 注记应有助于反映出被注记要素的空间位置、范围、与其他要素的联系、 重要性及要素问的差别。 字体的设霭应能反映出要素的分类、分级。 注记应配置得既不过于稀疏，又不过于拥挤。 以上这6 条规则，i f 如i m h o f 所断言的那样，是经常遭到违背的，这主要的 原因是以上6 条规则中任一条规则也许会与别的某一条规则发生冲突，即在某些 情况下，二者不能同时得以遵循。对于普通地图而言，因为地图的种类单一，所 以只须严格按照各级比例尺的地形图图式来配置注记，此处图式即为注 记配置的规则和要求的集合。而对于专题地图，由于其范围广泛、内容丰富、形 式多样，除了遵从i m h o f 提出的6 条原则外，地图的主题、单位的要求和地图制 图者的个人风格等对注记的影响则至为重要，而后者对于读图者而言则是不确定 的，这就使得专题地图的注记配置规则除包含最基本的地图注记要求外，还包括 一些不确定性的，而又符合地图制图原则的规则。 上面提到的只是地图注记应遵循的一般原则，实际注记时，还应根据注记不 同种类的地图和不同种类的地图要素按照相应的详细规则实施注记。 地图注记自动配置算法 地图注记的自动配置算法包括注记的候选位置的计算和最优注记位置搜索 方法两部分。地图中的所有需要注记的要素可以根据其几何形态特征将它们分为 点、线、面一共三种要素。目前，所有地图自动注记的算法种还没有一种适合注 记所有的地图要素，而是分别针对各类要素的算法。 对于点状要素，它的注记候选位置的计算是比较简单的，其重点在于最佳注 记位置的搜索。点状要素注记自动优化搜索配置是g i s 界及地图制图界研究最多 的问题之一，也是仍然没有很好解决的问题之一“”。现在，点状要素注记的自动 优化配置的算法主要有：启发式搜索算法、最优化组合法和智能化渐进式方法等。 线状要素自动配置的算法的关键在于如何控制注记选位和布局以及解决与 其余注记冲突和压盖的问题并提高算法的有效性和通用性是解决线状注记问题 的重点和关键。例如，一种采用栅揸方式检测冲突和压盖以加速注记配置速度的 算法“”。笔者认为点状要素最优位置的搜索方法在某种程度上也同样适合线状要 素的注记位霄的优化搜索。线状要素的注记是沿其延伸方向排列的。所以，在对 其注记时，先求出线状要素的平行线，然后根据注记规则求得注记得候选位置， 最后用优化搜索方法将注记自动配置到合适位置。 4 第一章引言 面状要素的注记一般沿其延伸方向，按照注记规则将注记配置在面状要素内 部。如果面状要素面积过小，则将其按点状要素配置注记。面状要素注记的关键 之处在于如何求得注记定位线。我们通常用多边形来表示面状地图要素，这样如 果能够用一种算法获取多边形的骨架线，则面状要素的注记定位线也就确定。但 是，时至今日，还没有一种算法能够求出所有类型面状要素的注记定位线。已有 的一些研究所提出的自动配置面状要素的方法有：栅格化多边形法”1 、长对角线 法“1 、点水平切割中点线法”】。对于此问题，笔者也提出了基于d e l a u n a y 三角形 实现面状要素自动注记的方法和中心阵列法实现面状地物要素注记的自动配胃。 这两种方法的具体内容将在以后章节作详细介绍。 地图注记自动配置算法的应用与分析 为了检验各自动配置注记算法的可行性和实用性，特针对实际生产过程中的 一些问题编写了地图注记自动配置的应用程序，并通过实际应用来评判地图注记 自动配置算法的优略，发现不足之处以不断完善。 成都理l ：人学硕十学位论文 第2 章地图注记的要素、配置规则及模式 2 1 地图注记及其组成要素 2 1 1 地图注记概述 地图注记是地图的基本内容之一，也是表示地图内容的一种手段。它可以说 明制图对象的名称、种类、性质和数量等具体特征；它不仅可以弥补地图符号之 不足、丰富地图的内容，而且在某种程度上可以起到符号的作用，如石板寨和茭 白村两地名注记即相当于两个符号，清楚地标明那里的地质与岩性和所产的水生 植物。没有注记的地图，只能表示地理要素的空间概念，是一种哑图，从哑图上 读者是无法获取地理空间以外的其它信息。因此，注记对地图起着很重要的作用， 地图上必需有足够说明各地物和现象的具体特征与专有名称注记。 根据地图注记所起作用的不同可以将其分为不同的种类。在不同的文献中， 其所分类别是不同的。例如，可以将注记分为名称注记、说明注记、数字注记等 三类“”，也可将注记分为名称注记和说明注记两类“”，还可以将注记分为名称注 记、质量注记、数量注记、说明注记等四类“。但是在笔者看来，无论什么种类 的注记其作用都是起说明，只是各类注记的侧重点不同罢了。如果根据注记所起 说明作用的侧重点进行分类，笔者认为应将注记分为以下几类：名称注记、说明 注记、数字注记和图廓外注记。以下就是对各种注记做一简单说明。 名称注记是表示地物、地貌的名称，如居民地、河名，山名等1 。名称注记 无论对教学、科研、军事、旅游等都是很需要的。般情况下，名称注记在地图 上的数量很大。虽然，它对地物名称有着重要的说明作用，但并不是地图上所有 具有名称的地物都要加上名称注记，因为这样会增加地图的负载量，严重影响地 图的易读性。名称注记的多少与地图比例尺的大小和地图的用途有关。名称注记 的的选择原则是：选择主要的，舍弃次要的“。例如，图上的河流很多，但是只 对主要的河流进行名称注记；说明注记是对地物特征有重要的说明作用，它是地 物符号的补充和说明。例如，铁矿用“铁”，粮仓用“粮”来表示，图廓外的道 路到达地的注记也属于说明注记。数字注记是用以反映地物地貌的数量特征。如 地面的高程、人口数量、等高线的高程值、水深、树高等都是数字注记。图廓外 注记是图廓外所附的各种文字说明和图表的注记。其主要包括图名、图号、接图 表、比例尺、坡度尺、偏角图、图例说明、地图所采用的平面坐标系和高程基准， 等高距、和使用的图式及出版年代等。 地图注记作为一类特殊的地图语言，它既遵循语言本身的法则。在地图空阳j 6 第2 章地幽注记的要素、配置规则及模式 上的排列方式又遵循空间逻辑法则。注记既要求有合理的定位，又要尽可能地解 译地理信息，同时还要保持地图的美观和清晰。1 。在配置地图注记时，必须使注 记的功能得到充分的实现，同时还要使地图易读，注记和地图符号不发生位置冲 突，并且还得使地图符合人们的审美观念。因此，这项工作往往只能由经验丰富 的地图制图人员来实现，在传统的地图设计工艺中，这是一项既费时又费力的工 作。 2 1 2 注记的组成要素 配置地图注记，就是明确地图注记的信息，即地图注记的组成要素。对于地 形图而言，有国家标准的地形图图式作依据，而对于专题地图，则要视具体的情 况而定。地图注记的组成要素包括：字体、字形、字大、字色、字位、字向、字 隔、注记内容和注记的排列方式等共9 个要素，它们使地图注记具有某种符号性 的意义“”。 1 字体 我国地图上汉字字体繁多，主要有宋体、等线体及其变形体( 耸肩) 、仿宋 体、隶体、魏碑体及美术体等，所使用的外国文字，比如希腊文字i 、，英 文b ( b ) ，c ( c ) 等，也都有国际上通用的字体。字体主要反映地理要素的属性 特征，不同的字体用来区分制图对象的类别，这已形成习惯用法，如以下几种情 况。 图名、区域名要求字体明显突出，故多用隶体、魏碑体或其它美术字体， 有时也用粗等线体，宋体，或对字体加以艺术装饰或变形。 河流、湖泊、海域名称，通常用左斜宋体。过去曾对通航河道使用右斜宋 体。 山脉用右耸肩体，也可以用宋体。山峰和山隘等用长中等线。 居民地名称的字体设计较为复杂，通常根据被注记的居民地的重要性来分 别采用不同的字体，例如城市用等线体，乡、镇、行政村用宋体，其它村庄用细 等线体或仿宋体。当同时表示居民地的行政意义和人口数时，通常总是用注记的 字体配合字大来表示其行政意义。 地图注记的字体应遵照明显性、差异性、和习惯性的原则。明显性表示重要 性的差别，差异性表示类的差别，习惯性则主要考虑阅读的方便。 2 ，字形 字形主要是区分字母的大小写，比如汉语拼音、英文、俄文等在表示要素的 分类等级时常用大、小写来区分。而汉语拼音主要用于表示方言地名或群众习惯 性的称呼，有的由于没有相应的汉字，只能用汉语拼音及其读音来表示；有的除 7 成都理f ：人学硕十学位论文 注出汉字外，还须在括号内注出拼音及读音。字形还表现在地图注记的不同文字 形状，例如：水系的注记，习惯上用左耸肩的形式，当然，也可以把这种字形定 义为一种特殊的字体。 3 字大 字大是指地图注记中字( 符) 的大小，在一定程度上反映出被注记对象的重 要性和数量等级。注记的字越大，所表示的对象越重要，等级越高；反之亦然。 字大往往受地图空间及视觉感受等因素的限制，利用字大的差异来反映地理要素 的重要性只能限于某一范围内。 地图的用途和使用方式对字大设计有着很显著的影响对于最小一级的注记 桌面参考图可以用1 7 5 2 o m m ，挂图则最少要用到2 2 5 2 5 m m 地图上最小一 级注记的字大对地图的负载量和易读性性均有影响，是设计的中点。最大一级注 记在地图上数量较少，参考图一般是4 2 5 5 7 5 m m ，挂图和野外用途上都可以 适当加大一些。 为了使读者清楚区分不同大小的注记，注记的级差之间至少要保持0 5 m m 以 上。过去的制图规范、图式、教材、参考书标注字大小都用级( k ) 字大= ( k - i ) 0 2 5 ，单位为m m 。在计算机里，字大用磅( p ) 或号表示，每磅为1 2 7 英 寸，即0 3 5 3 m m 。用号表示通常分为1 6 级。从大n d , 依次为初号及1 。8 号。其 中，初号及1 6 号又分为两级，如初号、小初、六号、小六。一号字大为8 5 m m ， 到小六( 2 o m ) 每级以0 5 m m 的级差递减，七号字为1 7 5 r a m ，最小的八号字为 1 5 m m ，初号字为1 3 5 m m ，小初为1 1 5 m m 。 4 字色 字色是注记所用的颜色，用于强化分类概念和区分层次。对于电子地图，也 可以设置注记显示方式是隐式还是显式。当将注记颜色设置成与当前的背景色相 同时，则为隐式的注记；反之为显式的。我国地形图上的河流名称、等高线的高 程注记等的色彩都随其注释的地图要素的用色。在通常情况下，地名注记都用黑 色，特别重要的用红色，大量处于底层的居民地名称常使用钢灰色，以减小视觉 冲击。 5 字位 字位是指注记相对被说明对象的所安放的位置。注记字位的确定应考虑被注 记符号的范围大小，分布状况及附近情况，其选择的基本原则有以下几点 注记应指示明确，不能与附近的注记或是其它要素发生混淆。如图2 1 所 示，从图( a ) 不以区分那一条河流是主流。而图( b ) 则表达的很清楚。 8 第2 章地l 芏i 注记的要素、配置规则及模式 ( a ) 合适( b ) 不合适 图2 1 字位指示应明确 应避免压盖公路、铁路、河流等具有方位意义的物体的轮廓线，尤其不能 压盖居民地的出入口、河流汇合处、道路交叉点以及独立地物。 对于面状地物应选择其中部或是沿其延伸方向用不同的字位注出，以充分 显示其轮廓形状和特征。 注记与被注记地物之间的距离应不小于0 2 m m ，又不大于一个字宽( 在面 状地物内注记除外) 。 注记不能压盖重要地物或地形特征变化处。如图2 2 所示，( b ) 图中的注 记的字位压到地形特征变化处。 一一 ( a ) 合适 图2 2 字位应选择在非地形变化处 ( b ) 不合适 注记字位的选择应符合读者的阅读习惯。如居民地或独立地物名称的位 置，应优先选择在符号的右方或右上方；高程和山名优先选择在符号的左右方或 上方。 6 字向 字向是指注记中字的顶端的朝向，通常情况下指向地图的正北方向，如点状 符号的注记的字向。但是，在对线状、面状要素进行注记时，为了读图者易于将 注记与地物联系，注记往往会根据地物的走向而倾斜或旋转，以反映出线状、面 状要素的走向。对于等高线来说，其高程注记的字向是朝向高程较高的方向。图 2 3 中的道路名称( 理工路) 、路面材料注记( 沥) 、等高线的高程注记和高程 9 成都理i ：人学硕十学位论文 点的注记的字向就是以上几种情况的一个实例。除此以外，注记的排列方式不同， 在同一个注记中各个字的字向也有可能不同，例如：弯曲河流注记中字的方向。 图2 3 注记宇向示例 7 字隔 字间隔是指注记中字与字之间的间隔大小。字间隔按注记所指地图要素的面 积和长度大小而定，不能过大或过小，一般不超过字大的5 倍。根据字与字之问 距离的大小，字隔共分为三种：字隔为趾o 5 m m 的为接近字隔；1 3 唧的为普 通字隔；当字隔为字大的1 5 倍时称作隔离字隔。具体用哪一种字隔，应根据 被注记物体轮廓的大小或长短来确定。确定字隔时，应注意以下几点： 同一注记的字隔，一般是相等的。 区域名称注记( 如湖明、地区名等) 的首尾两字至区域轮廓的距离应相等， 此距离应不小于注记本身字隔的二分之一。 同一物体重复注记，其字隔应相等，每组注记间的间隔应大致相等。 对于不同物体的注记，当字大、字体相仿时，各注记之自j 的间隔不应太小， 以免误读。 8 注记内容 注记内容用于标识特定要素的注记的字符串。它可以是数字、拼音、外国文 字符号，但绝大多数情况下是汉字字符串。它的长度是不确定的，有的只有一个 字符，比如说明注记多数情况下就是如此；有的则很长，比如某些名称注记( 单 位名称、图名) 等。在地图要素稠密的情况下，有必要对注记内容进行简写或缩 写，此时必须注意不能造成含义模糊或产生歧义。当被注记的要素有两个名称时， 其副名用比正名小两级的同样字体在j 下名下方或右方加括号注出。 9 排列方式 注记的排列方式指注记内容在地图上是按怎样的次序和怎样的分布来放置 的。我国的地图注记排列方式有四种。如图2 _ 4 所示，( a ) 为水平字列( “字列” 是字的排列方式的简称) ；( b ) 为垂直字列；( c ) 为雁行字列；( d ) 为屈曲字列。 0 第2 章地| 璺| 注记的要素、配置规则及模式 一丑妇j b ， ( a ) 喜诗飞萨 图2 4 地图注记四种不同的宇列 水平字列：这是一种字中心连线平行于南北图廓( 在小比例尺图上也常平 行于纬线) 的排列方式。地图上点状要素注记大多使用这种排列方式。 垂直字列：这是一种字的中心连线垂直于南北图廓的排列方式。少数用水 平字列不好配置的点状要素、南北走向的线状要素及面状要素的名称注记，可用 这种排列方式。 雁行字列：注记中各字中心连线在一条直线上，字向直立。，比如山脉、 河流名称等，在确定了注记的字位后，就要看注记的字中心的连线与水平线的夹 角情况，若大于4 5 。，则从上至下配置注记，应避免自下向上的排列法，注记 的字向直立；若小于4 5 ，则从左向右配置注记。 屈曲字列：各字中心连线是一条自然弯曲的曲线，该曲线同被注记的线状 对象平行，字向可以直立也可以斜立，各字垂直或平行于地物，自左向右，自上 而下配列，多用于河流、山脉和道路等地物的注记。屈曲字列同雁行字列中字的 从上到下或从左到右的注记排列方式相类似，但是，屈曲字列的轴线往往不是直 线，判断其排列方式时用轴线的主方向与水平线的夹角来作为评判的依据，然后 再根据具体情况注记。 地图中各要素注记所用的字列类型如下：点状要素的注记多以水平字列置于 其右上方或右方，少数的以垂直字列配置。线状要素可以用水平字列、垂直字列、 雁行字列或屈曲字列等沿线状要素的定位中心线排列。对于面状要素，则选择其 中间部位或沿面状要素伸展方向内( 或外) 用不同的字列以能充分显示其面状分 布为原则来配置注记，当面状要素的面积很小时，可以用点状要素的注记排列方 式。 在确定了以上各注记组成要素之后，一个注记就基本上可以确定。然而这九 个要素不是各自独立的，而是相互影响的，尤其是字位。在字间隔、字列、字大 确定之前，字位是无法确定的。 成都理i ：人学硕十学何论文 2 2 地图注记配置规则 2 2 1 点状要素注记的配置规则 点状要素的注记排列方式有两种：水平排列和垂直排列。垂直排列只是汉字 注记的一种排列方式。显而易见，点状要素的注记位置只能在其周围。我们可以 根究一定的计算方法求出很多注记位置。但是，实际上为了便于工作，地图工作 者把这些位置进行了分区或离散化，同时对每个位置的优先级进行了定义。，因 为人们的阅读习惯是人的读图习惯甚至是“从左下到右上”，所以人们普遍把点 的右上方或正右方的优先级定义为最高。一般情况下，点状要素注记的字列是水 平字列，这也是因为人们习惯“从左到右”读图，在不得已的情况下才用垂直字 列。对每个注记位置进行优先级定义的主要原因是为了符合读图习惯，但是在实 际注记过程中，地图工作者最关心的是如何在不压盖其它要素或注记的情况下完 成注记。所以笔者认为注记的优先级应该在不压盖其它要素或注记的情况下定 义。在点要素注记很稠密的情况下，自然是不压盖其它要素或注记的注记位置的 优先级最高。这时注记位置优先级的定义也就显得不那么必要。b a r b a r a 、 b u t t e n f i e l d 等1 9 9 1 年统计了三副不同的同一个地区的交通图的点状要素的注 记定位情况，他们发现并不是优先级高的位置出现的概率较高，这一事实就充分 说明了那一点。 在地图点状要素注记配置中，除了考虑注记本身在视觉上的整体性和位置的 优先级外，还需要考虑该注记与其他地图要素或目标的关系，涉及的主要原则如 下 ( 1 ) 注记中各个字沿水平方向排列( 可分多行) ，或垂直方向排列。 ( 2 ) 注记位于点状要素的符号附近，能正确反映出点状要素的位置。 ( 3 ) 注记不允许压盖点状要素符号及别的注记；在允许压盖某些线状要素时， 线状要素应在注记附近断开。例如，高程点注记可以压盖等高线，但要在压盖处 打断等高线。 ( 4 ) 运用不同的字体、大小、颜色反映出点状要素的类型和级别。 ( 5 ) 设点状符号的直径为d ，那么，注记与符号在垂直方向上的间距b 小于d 的三分之一，注记与符号的最长距离c 小于一个字的宽度，但是，这两个值通 常必须大于0 2 m m 。 ( 6 ) 若注记中包含次要的说明性文字，则说明性文字与符号的距离应当大于 主要注记与符号的距离。 ( 7 ) 不同注记之间的距离应当远远大于字间距。 第2 章地图注记的要素、配置规则及模式 ( 8 ) 当注记必须分多行表示( 但不能任意分割) 时，行间距应大于字日j 距， 避免混淆，但行间距不能太大。当这样的注记描述线上的一个点时，靠线一侧字 的中心点连线应当与旁边的线近似平行。分多行的注记以第一行为主，第一行注 记的位置与周围各种要素的密度和注记位置的优先级有关。如图2 5 所示，( a ) 是定义点状要素的右边的位置优先级最高的情况下，多行注记的配置情况。( b ) 是定义点状要素的右上边的位置优先级最高的情况下，多行注记的配置情况。在 注匠和其它要素密度很大的时候，位置的优先级就没有多大意义，应根据具体情 况来安排注记的位置。 ( a )( b ) 图2 - 5 分行注记配置 ( 9 ) 当多个点之间的空白区比较大时，或者适合时，注记的位置或方向尽可 能一致。因为，格式塔理论认为，当多个目标指向同一个方向时容易形成整体感。 ( 1 i ) 当多个点的排列非常规则时，注记的排列也应当协调。 ( 1 2 ) 当点状符号的周围有线状符号( 比如河流、道路、境界、海岸线等) 时， 点状符号及其注记应当在线状符号的同一侧，或者根据相关的规则压盖线状符 号，或者改变注记的位置。但是，如果点是某一个行政区划中的要素，比如居民 点，那么注记必须完全在这个行政区划中。当区域有大陆和海洋的差别时，注记 要么在海洋，要么在大陆，对于湖泊也是如此。对于此规则中，注记应该注记的 位置如图2 6 所示。这一规则也只能在注记的位胃不压盖其它注记和要素时才使 用，但是当在线或面状要素的一侧没有注记的位置时，点状要素的注记到底应该 注记到线或面状要素的另一侧还是在压盖其它注记和要素注记，这应该视具体情 况而定。 、 = j 图2 - 6 点状符号与其注记不应被其它要素隔开 1 3 成都理i ：人学硕十学何论文 ( 1 3 ) 点状注记不应压盖被注记要素和其他点状要素。 ( 1 4 ) 点状注记不能彼此压盖。 ( 1 5 ) 点状注记尽可能不要压盖其他同颜色的线状和面状地物，在特殊情况 下，应选择尽可能压盖不同颜色的地物，或等级较低或与主题无关或关系不大的 地理要素。在知识库中应当已定义被压盖要素的优先级，或者用户指定了优先级。 ( 1 6 ) 在电子地图上，点状注记不能因为屏幕范围的限制而出现不完整的现 象。 ( 1 7 ) 当点状符号有方向性时，注记的排列方向应当与符号所表达的方向协调 或一致。当注记必须压盖其他要素时，一般压盖线状要素。因此，应选择压盖线 状要素符号的平滑段或直线段。但是，线状符号不能穿过字，若注记的颜色同线 状要素符号的颜色相同，则线状符号必须断开。即使点状要素注记的颜色与线状 要素符号不同，很多情况下也规定应断开线状符号。 2 2 2 线状要素注记的配置规则 在地图上，很多地物地貌都是用线状要素表示的。例如，道路、河流、等高 线及各种管线等。线状要素的注记应该沿线分布，这条线