地图符号系统的表达机制*

张佳会，赵 静

(1．西南大学 地理科学学院，重庆 400715； 2．重庆人文科技学院 管理学院，重庆 401524)

0 引言

符号系统是地图的基本特征之一，是制图对象信息的外在表现。关于地图符号系统，在传统的地图学教科书和有关文献中，一般认为它包括图解语言、写实语言、自然语言、数学语言，但在一些具体问题上，还有一些不同的见解，比如注记在整个符号系统中的地位、空间位置是否属于视觉变量、地图符号的约定关系如何实现等。因此，本文以地图符号的定义为起点，以完成地图符号系统的表达任务为目标，对这些问题作了重点讨论，试图从地图结构的角度，得出关于地图符号系统表达机制的一些结论。

1 地图符号的本质

1．1 符号化

A·H·罗宾逊在《地图学原理》中指出:“所谓符号化，就是对通过分类手段取得的结果和通过简化手段得出的结果的基本特征、相对重要性和相关位置赋予各种标志。经过这一图解编码过程，使综合变成视觉可见的。”［1］其他一些论著关于符号化的定义也大同小异，因此可以得出结论:地图符号是符号化的结果，图解、实现视觉可见是符号化的本质过程。

1．2 地图符号

有了符号化的明确概念，再来定义地图符号应该是顺理成章的。蔡孟裔、毛赞猷等认为，地图数据的符号化，其实质就是空间数据的可视化，是地图概括的最终结果的体现。空间数据经过分类选取、简化、夸张等概括方法处理之后，通过制定的图形记号，使其转化为视觉可见的形象——符号模型。又，符号是一种事物的对象、属性或过程，用它来表示抽象的概念。这种表示是以约定为基础的［2］。马耀峰、胡文亮等认为，地图符号是地图的图解语言，实质是以约定关系为基础，用一种视觉形象图形来指代事物现象的抽象概念［3］。吴明光等认为地图符号是由人们在长期的制图活动中总结、提炼而成的，仍属于图形的范畴［4］。从这几段话中不难看出图解和视觉形象是地图符号的本质特征，同时也能看出约定关系的重要性。

1．3 地图符号系统与注记

关于注记，A·H·罗宾逊认为注记字体如同地图上所有其他符号一样，也是一种符号。但是其功能要比大多数符号复杂得多，其最直接的作用是作为文字符号。此外，也起着定位符号、定名地物、提示比例尺等作用。毛赞猷等也在自己的著作《新编地图学教程》中表明了注记也是地图符号的观点。但马耀峰等在《地图学原理》中的说法有所不同，认为地图注记是地图符号系统中不可缺少的一个组成部分，对地图符号起着重要的补充作用。即注记属于地图符号系统，但不是地图符号，只是地图符号的补充。不过，马耀峰等在这本著作中又表达了这样的看法:广义的地图符号概念指地图符号系统，包括图解语言(线划符号)、写实语言(色彩和地貌立体表示)、自然语言(名称注记)、数学语言(投影、比例尺、方向等);狭义的地图符号概念包括线划符号、色彩图形和注记。狭义的地图符号概念将注记包括进来，从字面上来看和前面的观点是有矛盾的。

笔者认为将注记纳入到狭义的地图符号的范畴中来是不一定合理的，虽然看起来更加全面，但却在一定程度上削弱了图解和视觉形象的重要性，模糊了对地图符号本质的看法。如果承认符号化的本质是图形化，地图符号的本质是区别于文字的图形，那么就可以认为注记不是一般意义上的地图符号，它只是地图符号的补充。当然，由于注记在完成地图表达任务的过程中也起着重要的作用，所以注记是地图符号系统的一部分。

2 地图符号系统的表达任务

2．1 地图结构

地图结构是指地图内部各构成要素的相互连接方式，向外呈现出来的整体性，它包括深层结构和表层结构［5］。前者指制图对象系统内部各构成要素的连接方式，后者指视觉感官的地图符号系统内部各构成要素的连接方式。地图的表达任务，从根本上来说是将地图的深层结构转换为表层结构，实现制图信息的正确传输。

2．2 约定关系

地图的深层结构到表层结构的转换是通过一定的转换规则来实现的，转换规则的核心就是约定关系。即符号集合中的符号数量同制图对象的概念集合中的概念数量相等，每一个概念有一个约定的符号来表示，每一个符号只代表一个概念。由于制图对象个体数量的庞大，不可能每一个个体在概念集合中都有一个概念，只能是每一种类型对应一个概念;因此，与符号相约定的是以类型为单位的制图对象概念。换言之，约定关系是以类型为单位的，相同的符号应该代表相同的类型，不同的符号应该代表不同的类型，同一类型的不同个体，在符号表达上应该是相同的。

符号是否相同，主要由它的视觉感受决定，所以，影响符号视觉感受的基本要素——视觉变量是实现约定关系的重要元素，是类型表达的主要执行者。

2．3 地图符号系统的表达任务

地理信息的复杂性决定了地图符号系统的表达任务是多方面的。首先，因为地图的深层结构即制图对象的结构在空间上表现出点状分布、线状分布、面状离散分布、面状连续分布等规律性［6］，所以地图的表层结构即符号系统的结构也应具有相应的规律性。其次，制图对象作为个体，其个体特征需要表达;作为某种类型，其类型特征也需要表达。第三，制图对象的特征有定性、定量之分。第四，制图对象的特征可能是多重的。这些都在表达上给地图符号系统提出了要求。

2．4 符号位置的界定

制图对象的个体特征中有一项非常重要，那就是空间位置，有的学者认为位置及其上面的特征是客观实际的两个基本要素［7］，将位置提高到与其他特征总和并列的高度。制图对象的位置是由符号的位置来表达的，从表达机制上来看，主要用于表达制图对象个体特征的符号位置和主要用于表达类型特征的视觉变量应该是不同的，符号位置是独立于视觉变量之外的一种表达机制。

3 地图符号系统的表达机制

如前所述，地图符号系统的表达一方面要遵从约定关系，通过某些机制(比如视觉变量)完成对类型特征的表达，另一方面，要通过另一些机制(比如位置、注记等)实现对个体特征的表达，最终通过多种机制完成多方面的表达任务。

3．1 空间位置

地理信息的特殊性首先就在于空间分布性，所以符号必须对制图对象的空间位置进行明确的表达。在地图的表层结构中，制图对象的位置是由符号的位置来表达的。由于制图对象空间位置的唯一性，即绝大多数制图对象都有自己的空间位置，因此符号位置基本由制图对象位置直接决定。符号的空间分布包括点符号的定位、线符号的走势、面符号的定位、形状和面积，都是制图对象本身的空间分布信息决定的。虽然定位有精确和概略之分，在某些场合下符号的位置可以作适当的人为调节，但调节的范围很小。

所以，符号位置在多数情况下只能用来表达个体而不能用来表达类型，是基本不可变的。基于此，本文认为符号位置是独立于视觉变量之外的一种表达机制。一些学者认为视觉变量应包括形状、尺寸、方向、密度、明度、结构、颜色和位置等8 种［8］，将符号位置划分到视觉变量中去，有的学者甚至将面符号的空间位置理解为形状和面积、分别构成形状变量和尺寸变量，都是比较费解的。

3．2 视觉变量

视觉变量也称图形要素，是在视觉感受上造成符号有别于其他符号的基本要素，它的改变能引起符号视觉效果的改变。由于符号又可分解成更小的基本几何图形单元即图元［9］，视觉变量有时由符号本身提供，有时由构成符号的图元来提供。一般认为，基本视觉变量包括:形状、尺寸、方向、颜色(色相、亮度、彩度)、网纹(排列、尺寸、样式)。对于电子地图，一些学者也将透明度、渐变、图片等纳入到基本视觉变量的范畴［10］。

由于约定关系的需求，视觉变量总体上用于制图对象类型特征的表达。

3．2．1 形状变量

点符号的形状变量是符号本身的形状;线符号的形状变量是线的样式，即构成线的图元的形状;面符号没有形状变量。

在地图结构从深层到表层的转换过程中，点状分布的制图对象一般被归结为点符号，由于点状对象本身不具备形状方面的个体特征，所以符号的形状没有表达形状的任务，可以解放出来用于表达制图对象的类型特征，构成形状变量。

线状分布的制图对象一般被归结为线符号，由于线状对象的空间分布复杂，呈现出一定的形状，需要用符号的形状来表达，因此符号的形状只能服务于个体特征，不能构成变量。但由于线的样式即构成线的图元形状可变，就可以用不同样式的线表达不同的类型特征，从而构成形状变量。

面状或更高维度分布的制图对象一般被归结为面符号，符号的形状也只能服务于个体特征，不能构成变量。面的样式虽然可变，但在视觉感受上更倾向网纹或图案的变化而非形状变化，因此可以说面符号没有形状变量。

如图1 所示，A、B 两个面符号的形状差异，只能表示个体空间分布的差异，不足以体现出类型上的差异，所以不能构成形状变量。

由于形状的区别在视觉感受上造成的主要是质的区别，形状变量主要用来表达定性的类型特征。

图1 面符号的形状Fig．1 The shape of area symbol

3．2．2 尺寸变量

点符号的尺寸变量是符号的面积;线符号的尺寸变量是线的宽度;面符号没有尺寸变量。

在地图结构从深层到表层的转换过程中，点状制图对象没有面积，所以点符号的面积可以用来表达类型特征，构成变量;线状制图对象只有长度没有宽度，所以线符号的宽度构成变量;面状制图对象有长度也有宽度，所以面符号的长度和宽度都不能用来表达类型特征，不能构成尺寸变量。

由于尺寸的区别在视觉感受上造成的主要是量的区别，尺寸变量主要用来表达定量的类型特征。

3．2．3 方向变量

不对称的符号以不同的方向摆放，会给人带来方向感，所以符号的方向也可构成变量。在视觉感受上，线符号的方向受到空间分布的制约，面符号的方向更倾向于网纹，所以只有点符号的方向可以用来表达定性的类型特征。

如图2 所示，只有A、B 两个线符号存在时，符号的方向好像可以表示不同的类型;当C 出现后，就很难确定C 属于A 的类型还是B 的类型，所以符号的方向只表示个体的空间分布，不能构成方向变量。

图2 线符号的方向Fig．2 The direction of line symbol

3．2．4 颜色变量

由于人类对颜色的敏感，颜色成为最活跃的视觉变量，点、线、面符号都有颜色变量。由于颜色在视觉感受上既有质的区别又有量的差异，可以分解为3 种变量:色相、彩度和亮度。其中，色相主要用来表达定性的类型特征，彩度和亮度主要用来表达定量的类型特征。

3．2．5 网纹变量

网纹也称图案，是由构成符号的图元的形状、尺寸、方向、排列方式等构成的整体视觉效果。点、线、面符号都可以有网纹变量，但应用较多的是面符号的网纹变量，通常用来在不能使用颜色变量的场合下代替颜色变量。网纹主要用来表达定性的类型特征，但网纹的疏密也有较强的数量感，适于表达定量的类型特征。

3．2．6 其他变量

对于电子地图而言，透明度、渐变、图片也是有效的视觉变量。透明度变量是指符号透光程度的变化，它既可以用来表达制图对象本身的定量特征，又能通过叠加的方式增加地图的信息量(见图3)。渐变变量主要指渐变类型的变化，它一般不表达制图对象本身的特征，主要用来增强符号的美观性。图片变量主要指构成电子地图符号的图片，一般用来表达制图对象本身的定性特征，同时也能增强符号的显示效果。

图3 透明度变量的应用Fig．3 The application of transparency variable

3．3 内部结构

当一幅地图内需要表达同一制图对象的多种特征时，地图的表层结构不容许在同一空间位置叠放多个符号，所以需要用一个符号来完成多个表达任务。在此需要下，将符号复杂化，使之具有内部结构就是一种有效的表达机制。点符号可以扩展为分割圆、坐标统计图，线符号可以扩展为多层的线，具体形式自由多变。

3．4 排列组合

在地图结构从深层到表层的转换过程中，面状制图对象归结为面符号有时并不能达到目的，尤其是制图对象有比较复杂的内部变化时，很难用面符号表达清楚。将面状制图对象先分解为点或线，用点符号或线符号来表示，再通过符号的排列组合来体现制图对象的整体面貌，也是有效的表达机制。在这种机制下，单个符号不代表确实的制图对象，因此意义不大，真正有意义的是符号的排列组合方式。比如用点值法表达面状对象的离散分布、用等值线法表达面状对象的连续分布，都能较好地表达出制图对象内部的多种信息。

3．5 光影关系

利用光影关系可以形成一种空间连续的明暗变化层次，从而在整体上产生立体感。这是独立于其他表达机制的一种特殊手段，可以用于部分地图以增强整体表现力(如图4 所示)。

图4 光影关系的应用Fig．4 The application of both light and shadow

3．6 注记

注记是地图符号系统的一部分，但不是一般意义上的地图符号。注记是地图符号的补充，它的主要作用是表达个体特征。当存在大量类型相同的制图对象个体而不能用不同符号区别时，就需要注记。比如，地形图上控制点的高程注记、行政区划图上城市的地名注记，都是有效而且必要的。

4 结束语

本文以地图符号的定义为起点，以完成地图符号系统的表达任务为目标，重点讨论了注记、约定关系、空间位置、视觉变量等问题，并从地图结构的角度，得出了关于地图符号系统表达机制的简单结论。地图的表达任务，从根本上来说是将地图的深层结构转换为表层结构，转换规则的核心就是约定关系。地图符号系统的表达要遵从约定关系，通过视觉变量等实现对类型特征的表达，要通过空间位置、注记等实现对个体特征的表达，要利用内部结构、排列组合等实现多重复杂特征的表达，还要利用光影关系等增强符号系统的整体表现力，最终通过多种机制完成多方面的表达任务。

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