ArcGIS线状地图符号结构及设计方法研究

王本林，张 轶，刘 晰，滕文秀



ArcGIS线状地图符号结构及设计方法研究

王本林，张 轶，刘 晰，滕文秀

地图符号结构的研究是地图符号设计的基础，是地理信息有效表达的关键。本文针对ArcGIS平台线状地图符号构图模式，分析ArcGIS线状地图符号结构，凝练ArcGIS平台下各类线状地图符号构图模式及其模型，依据我国1:2000标准地形图图式，分别设计不同类别的线状地图符号，总结ArcGIS线状地图符号的设计方法。

ArcGIS；线状地图符号；地图符号设计；地图符号结构

地图符号是地图的图解语言，一直是地理信息渲染与表达领域的研究热点。近年来，国内外学者针对地图符号展开大量的研究，主要集中在地图符号结构、地图符号设计、地图符号共享等领域。针对地图符号结构，钟业勋等将地图符号抽象为定位点集D和表达点集B，综合描述了点、线、面地图符号[1]；尹章才等提出了基于SVG结构化的地图符号模型[2]；李伟等尝试建立个性化地图符号概念模型，建立了个性化地图符号设计流程[3]。这些研究均从理论和模型角度深入探究了地图符号构图特征、存储方式及其概念模型，然而在实际应用中，特别是在测绘、地理信息行业的业务单位较多的采用譬如ArcGIS、SuperMap等GIS平台的地图符号，关于其结构研究相对较少。针对地图符号设计方法，杨利兵、周铭等在ArcGIS地图符号库设计中，提出将任意线状符号看作由具有单一特征的线状符号或点状符号组合而成的设计思路[4]，初步地探讨了ArcGIS地图符号库设计理念；黄瑞阳等基于Silverlight技术在网络环境下，设计了网络地图符号的在线编辑器，实现了地图符号网络在线设计[5]；祝国瑞等采用面向对象的设计方法，采用符号的状态描述和过程操作进行封装，将时间维信息融合到地图符号设计中，构建了不同变化速率的动态符号设计方法[6]。针对地图符号共享，吴自银利用TrueType字符共享点状符号，较好的解决了字体类点状地图符号共享问题[7]；.陶陶尝试了利用特定符号结构共享CAD点状符号，将CAD点状图块信息解析并存储直特定研发的地图符号模型中[8]；陈泰生、陈梦琳、王本林等面向图元类点状地图符号，提出了一种面向PB符号的共享方法[9]。

综上所述，围绕地图符号结构、符号设计与共享，研究人员将主要精力集中在地图符号库，特别是点状地图符号的研究，往往忽略了线状地图符号的研究。一方面，线状地图符号是表达线状分布地理要素的重要手段，是地图符号库的重要构成；另一方面，线状地图符号能够描述线型特征，是构成面状地图符号的轮廓的重要元素。因此，对于线状地图符号结构及其设计方法的研究，是地图符号领域的重要问题。论文基于ArcGIS平台，探讨ArcGIS线状地图符号的构成及其分类，深入研究不同类别的线状地图符号结构，分析比对各类线状地图符号的设计方法。

1 ArcGIS线状地图符号结构剖析

ArcGIS平台中地图符号库主要包括了点、线、面以及注记四类符号库。论文研究的线状地图符号是地图符号库的一个重要构成部分，用于表达交通、边境、水系、管线等呈线状分布的空间信息。线状地图符号通过属性信息和几何信息进行描述，如图1所示。属性信息包含了符号类别、符号名称、符号单位、比例尺信息，用于存储地图符号的基本属性信息，是线性地图符号的通用共性属性。在ArcGIS中，地图符号单位支持英镑、英寸、厘米和毫米四中，默认单位为磅(point)。

图1 ArcGIS线符号总体结构图

样式信息则是用于描述ArcGIS线状地图符号的笔画、线型、几何信息和模板样式类信息，按照其几何样式设计方式可以将ArcGIS线状地图符号分为简单线符号、混列线符号、制图线符号、点装饰线符号、图片线符号，如图2所示，论文将从几何信息的结构及其构成对ArcGIS常用线状地图符号展开阐述。

图2 ArcGIS线符号分类

1.1 简单线符号

简单线符号(SimpleLineSymbol)常用于简单的、可以快速制作的线状地理要素，提供了基本模板样式的线型。简单线型的笔画为指定线宽的颜色画笔，线型模板主要包括了实线、短划线、点线、短划线-点线、短划线-点线-点线五种类型；简单线符号的几何属性支持Y方向偏移设置，可通过多个简单线符号的图层进行叠加实现复杂线型的地图符号的设计。简单线符号结构如图3所示。

图3 简单线符号几何模型

1.2 制图线符号

制图线符号(CartographicLineSymbol)包括了笔画样式、虚实模式以及线装饰，如图4所示。制图线笔画包括了颜色、线宽、线头和线连接，其中线头主要有平端头、圆形端头和方形端头三类，线连接描述了地图符号在渲染折线时端点部分的表达样式，可分为尖头斜接、圆形、平头斜接三类。

图4 制图线符号几何模型

虚实模式为虚实对数组(Dash数组)，虚实数组是包含了实段(Solid)和虚段(Gap)信息的虚实对构成，每一个虚实对由一对实段和虚段构成，如公式(1)所示。

Dash(N)={(Solid[1]，Gap[1])，

(Solid[2]，Gap[2])，…，(Solid[N]，Gap[N])}

(1)

线装饰是在线状符号的端点或伴随线状符号延伸过程中按一定规律间隔出现的样式，主要通过装饰和装饰属性描述。线装饰为ArcGIS的点状地图符号，线装饰属性则包括了装饰旋转、Y方向偏移量、装饰模式信息。

1.3 混列线符号

混列线符号(HashLineSymbol)是在制图线符号的基础上，添加了哈希线样式和哈希线描述。哈希线样式由ArcGIS的线状地图符号的纵向剖面构成，形成为混列线的基本线型单元；哈希线样式是构成混列线虚实模式的实段样式，与其所嵌套的制图线装饰并非同一概念，两者分别作用并构建线状地图符号；哈希线描述是描述哈希线样式纵向剖面的倾斜角度，其符号模型如图5所示：

图5 混列线符号几何模型

1.4 点装饰线符号

点装饰线符号(MarkerLineSymbol)同混列线一样，是基于制图线符号的基础，新增了点线样式。构成点装饰线符号的基本单位为ArcGIS的点状地图符号，该符号为点装饰线虚实模式的实段的基本构成，按照虚实模式，循环出现的装饰，与线装饰概念不同，点装饰线结构如图6所示。

图6 点装饰线符号几何模型

1.5 图片线符号

图片线符号(PictureLineSymbol)是以图片纹理为基本单元，由线宽、X方向比例因子、Y方向比例因子对图片纹理贴合到线状地图符号中，通过前景色、背景色及渐变色表达图片线颜色及样式，如图7所示。

图7 图片线符号几何模型

一般而言，在ArcGIS平台中制作线状地图符号，通常会用到上述五种符号结构，能够稳定地支持常用的行业符号应用。除此之外，三维简单线符号和三维纹理线符号在实际应用较少，因此文中不作阐述。

2 ArcGIS线状地图符号设计方法

2.1 地形图线状符号设计

GIS软件在空间数据可视化前，一般需要建立面向特定地图配置的符号库，本文所设计的是1:2000比例尺下的国家标准地形图线符号库。因此，首先在ArcGIS上利用样式管理器构建符号库，然后针对线状符号类别，构建相应的线状符号。为了方便地图符号的管理，地形图中线状符号构建需要参照《国家基本比例尺地图图式-第1部分：1:500 1:1000 1:2000地形图图式》及国家基础地理要素编码对地图符号的名称与类别进行设定，如等高线中的计曲线符号，其表达的是地形图中的地貌要素，依据国家标准地形编码规范，其符号名称为计曲线，因此在新建符号时将符号的名词设定为等高线，然后进行符号主体构建。

以下结合我国《国家基本比例尺地图图式-第1部分：1:500 1:1000 1:2000地形图图式》规定的地形图符号国家标准，采用ArcGIS桌面软件以计曲线、单线铁路、输水渡槽、铁丝网为例，介绍基本地形图的线状地图符号设计方法。

(1)计曲线。计曲线，又称加粗等高线是等高线从高程基准面算起，每隔四条首曲线加粗的一条等高线。计曲线颜色为CMYK(0，40，100，30)，线宽为0.3mm。采用一条简单线即可表达。

(2)单线铁路设计。单线铁路符号是表达地形图中铁路要素的线状符号类型，依据符号构图模式，其由简单线和制图线组成，在ArcGIS中依据其构图模式，可以分解为2个图层，第一图层为制图线类型，颜色模型选用CMYK模型，值为CMYK(0，0，0，0)白色，作为铁路符号中白色部分，根据白色样式出现规律，设定模板虚实部位Solid：Dash=8mm:8mm，形成8毫米的{白色，空白}的虚实样式，此处应注意白色是CMYK为(0，0，0，0)的颜色，而空白则是无颜色，并设置线端头为平端头，线连接处采用圆形连接，线宽为0.6mm；第二图层也采用制图线符号，颜色模型选用CMYK颜色模型，值为CMYK(0，0，0，70)，线宽为0.96毫米，Y方向偏移为0毫米，线端头为圆形端头，连接处为圆形，即可完成单线铁路符号的设计。

(3)输水渡槽。输水渡槽符号用于表达地形图中跨越山谷、道路或沟渠时的桥梁式输水设施要素。在制作该线状地图符号时，参考图式分析构图模式，可将输水渡槽为6个图层，分别描述渡槽的上下两侧，上侧为两层混列线和一层制图线，下测与上侧呈X轴对称构成，构成如同刻度尺样式的输水轮渡，按照图示标明的标准设定混列线的线宽及偏移值，即可完成如图8的设计。

(4)铁丝网。铁丝网符号可以表达由铁丝组成的起封闭阻隔作用且呈线状分布的障碍物要素。分析铁丝网线状符号的构图模式，可以将其拆分为2个图层，由标记线符号和制图线符号构成，在标记线符号中，设置标记样式为“x”型的点状地图符号，其制图模板Dash={Solid：Gap=2mm:5mm}的虚实比例构建，每7mm出现一个“x”符号；制图线符号的模板Dash={Solid：Gap=5mm:2mm}的虚实比例，与标志线对应。

图8 ArcGIS中线状的设计界面

2.2 依据ArcGIS线状地图符号设计的地形图符号样例

根据ArcGIS线状地图符号的分类特点，结合论文中各类线状地图符号结构，进行试验并设计了一组线状地图符号，如图9所示：

类别符号水系坎儿井地下渠道干沟堤居民地及其附属设施围墙栅栏篱笆铁丝网交通高速公路国道铁路地铁管线电车线配电线管道陆地通信线境界国界开发区界限特殊地区界限自然文化保护区界限地貌首曲线水下等高线砖石城墙防火带

图9 基于ArcGIS设计的线状地图符号

分别针对水系、居民地及其附属设施、交通、管线、境界、地貌等主要地类地图符号特征，在ArcGIS软件中构建了地形图符号库中的主要线状地图符号，经试验验证，能够较好地在ArcGIS符号设计器中完成线状地图符号的设计工作。

3 总结

论文分析了ArcGIS线状地图符号的基本结构特征，抽取线状地图符号的几何特性，分别讨论了简单线符号、制图线符号、混列线符号以及点装饰线符号的符号构成。在ArcGIS软件平台上以国家基本比例尺地图图式为参考，结合不同类型的线状地图符号类型，设计了ArcGIS线状地图符号库，试验结果正确，并得出如下总结：

(1)地图符号的设计关键在于地图符号结构，ArcGIS线状地图符号分类及其符号模型结构的研究是在ArcGIS平台中构建线状符号库的基础，通过分析线状地图符号构图模式，选择可行的地图符号结构类型。

(2)不同结构的地图符号所选用的符号结构类型不同。简单线符号适用于单线类型的纯实线的线状地图符号设计，如等高线、水系；制图线符号适用于带有虚实模式的单线或多线综合的线状地图符号设计，如地下渠道、地铁、铁路符号；混列线符号和点装饰线符号适用于带有一定规律装饰的线状地图符号设计，如铁丝网、开发区界限、国界线等地图符号。

(3)复杂的地类要素可以由单一或多种符号结构叠加构成。在实际应用中，应该依据线状地图符号的特征，总结符号规律，可以将复杂的线状地图符号拆分为多个线状地图符号按照模板规律及其偏移程度组合构成。

[1] 钟业勋,胡宝清,郑红波.地图符号的基本结构和功能[J].桂林理工大学学报,2011,31(2).

[2] 尹章才,李霖,朱海红,童雪娟.基于SVG的地图符号描述模型研究[J].武汉大学学报,2004,29(6):544-547.

[3] 李伟,陈毓芬,钱凌韬.语言学的个性化地图符号设计[J].测绘学报,2015,44(3):323-329.

[4] 黄瑞阳,郭建,忠郑仲.地图符号在线编辑器的设计与实践[J].测绘科学技术学报.2013,30(3).

[5] 王琤,李霖,尹章才.基于SVG的面状地图符号设计与实现[J].测绘通报,2007,32(3):168-170.

[6] 祝国瑞,徐智勇,吴小芳.基于多重变换组合的动态地图符号设计[J].武汉大学学报,2006,31(6).

[7] 吴自银.基于共享的TrueType点符号的设计[J].测绘信息与工程,2000,21(02):21-23.

[8] 陶陶,尹轶华,陶以欣.GIS软件共享CAD图块的关键技术[J].计算机辅助设计与图形学学报,2006,18(9):1460-1464.

[9] 陈泰生,陈梦琳,王本林等.基于PB符号的图元类点状符号共享研究[J].地理与地理信息科学,2014,30(5).

责任编辑：刘海涛

Research on Structure and Design of ArcGIS Line Symbol

Wang Benlin, Zhang Yi, Liu Xi, Ten Wenxiu

The research of map symbol structure is the base of map symbol design, and it is the key to the effective expression of geographic information. This paper aims at line symbol composition model of ArcGIS platform, analyzes ArcGIS linear map symbol structure, and improves ArcGIS platform for all kinds of linear map symbol composition pattern and model. According to 1:2000 topographic map schema of China, different classes of linear map symbol are designed, and the design method of ArcGIS linear map symbol is also summarized.

ArcGIS; line symbol; map symbol design; symbol structure

P208

A

1673-1794(2016)05-0070-05

王本林， 滕文秀，滁州学院地理信息与旅游学院教师(安徽 滁州 239000)；张轶，刘晰，国家测绘地理信息局四川基础地理信息中心(四川 成都 610041)。

四川省测绘地理信息局科技计划项目(J2014ZC09)；滁州学院校级科研项目(2014KJ07)；大学生创新创业训练计划项目(201510377033)；四川省测绘地理信息局科技支撑项目(J2014ZC07)

2016-07-22