地形图图廓整饰的设计与实现

张 标,陈 楠

(1.长安大学 地质工程与测绘学院，陕西 西安 710054； 2.国家测绘地理信息局第一航测遥感院，陕西 西安 710054)

地形图图廓整饰的设计与实现

张 标1,陈 楠2

(1.长安大学 地质工程与测绘学院，陕西 西安 710054； 2.国家测绘地理信息局第一航测遥感院，陕西 西安 710054)

图廓整饰是地形图的重要组成部分，也是地图输出过程中的一个重要环节。针对现有软件生成图廓整饰缺乏标准性和灵活性的问题，文中分析不同比例尺地形图图式规范，归纳总结出图廓整饰的内容，并根据图形特征与位置分布加以分类。在此基础上提出一种设计方案，通过对每个整饰要素定义相对坐标系和添加参数属性的方法，可以实现整饰要素的精确生成以及灵活调整。根据设计方案进行相关开发予以实现，实践结果表明，该方案确实有效，能实现地形图图廓整饰的自动化生成，提高制图工作效率。

地形图；图廓整饰；图式规范；坐标系

地形图是地图的一种，可以被定义为按一定的比例尺，表示地物、地貌平面位置和高程的正摄投影图。根据相应规范与图示，地形图的主要内容包括以下几个部分：测量控制点、居民地、独立地物、管线与垣栅、境界、道路、水系、地貌及土质、植被、注记、图廓整饰等[1]。图廓整饰是一组为方便使用而附加的文字和工具性资料，对阅读和使用地图具有一定参考意义的说明内容，是地形图的重要组成部分，也是地图输出过程中的一个重要环节。

目前，国内外已经有一些比较成熟的制图软件，如ArcGIS，MapGIS，GeoWay等，这些软件都具有添加图廓整饰要素的功能，但存在标准性差、灵活性不高、自动化程度较低、不能满足图式规范要求等问题。如ArcGIS软件生成图廓整饰时，需要制图人员根据图幅范围和比例尺确定整饰要素的内容，并手动逐一添加，自动化程度较低。同时该软件不具备添加坡度尺和三北方向的功能，不能满足图式规范要求。MapGIS，GeoWay等软件提供了各种比例尺下的图廓整饰模版，较国外软件相比很接近图式规范，制图人员通过模板可以整体生成图廓整饰。当因为图式规范变化或整饰美观需要而变动某个整饰要素时，则需要通过程序修改或制图人员手动修改，灵活性不高，在大量图幅数据需要处理时，会出现重复劳动增多、出图效率低下的问题[2-5]。

针对上述问题，本文分析了不同比例尺地形图图式规范，归纳总结图廓整饰的内容，并根据图形特征与位置分布加以分类，在此基础上提出一种设计方案，为每个整饰要素定义相对坐标系，用于实现整饰要素的精确生成，保证了生成图廓整饰的标准性；为每个整饰要素添加参数属性，通过参数值的修改可以实现整饰要素的变动，提高图廓整饰调整的灵活性；根据设计方案进行相关开发，实现地形图图廓整饰的自动化生成。

1 图廓整饰内容

1.1 图廓整饰构成

图廓整饰是对地图的外部整饰，是地图图面的设计与表达[6]。根据地形图图式规范对图廓整饰的内容进行归纳总结[7-9]，可以将其分为以下几个部分：数学要素、图名、图号、政区略图与邻接图表、密级、比例尺、坡度尺、三北方向、技术说明等。

数学要素是地形图的基础部分，对图廓整饰起着精确定位的作用[10]。数学要素主要内容包括内外图廓线、经纬网、方里网、分度线等。与数学要素相关的注记，如经纬度注记、方里网注记、分度线注记也属于数学要素。

图名描述了地形图最基本信息的直观表达，表明了该图幅的制图区域和主要内容，图号则是描述了该图幅按照《国家基本比例尺地形图分幅和编号》的标准进行经纬度分幅后所确定的序号。根据地形图图式规范，图名和图号有主、副之分，主图名与图号位于上图廓中心位置，副图名与图号位于图廓四角。

政区略图与邻接图表表达该图幅的行政区划、相邻八幅图的图名图号以及它们之间的相互位置关系。比例尺是地形图上必备的整饰要素，它决定实地的距离转变为制图距离的缩小程度，并通过数字式与图解式在地图上表达。密级是描述了该图幅内容的保密程度，通常分为秘密、机密两种级别。

坡度尺用于进行量测坡度分析地貌。三北方向用于确定地图上图形的地理方向，构成参数包括磁子午线、真子午线、坐标纵线三条基本指北线和三种偏角。

技术说明也是图廓整饰中必不可少的要素，主要包括地形图的一些技术参数说明，内容包括：地形图的成图方式、等高距、坐标基准、高程基准、所用图式标准、出版机关全称、附注说明等。

不同比例尺的地形图，其图廓整饰的内容是不相同的。不同比例尺地形图的图廓整饰内容可总结为表1所示。

表1 国家基本比例尺地形图的整饰要素内容

1.2 图廓整饰分类

图廓整饰的内容繁多，根据它们的特点进行分类，为后续的设计与实现提供基础。

按照图形特征进行分类，将图廓整饰的内容划分为文字类整饰要素与图形类整饰要素。文字类整饰要素主要包括图名、图号、密级、数字式比例尺注记和技术说明等；图形类整饰要素包括数学要素符号、政区略图与邻接图表符号、图解式比例尺符号、坡度尺符号、三北方向符号等。数学要素的注记在不同比例尺下的位置与内容不相同，将其划分为文字类整饰要素；政区略图、坡度尺、三北方向、比例尺的注记与其符号的位置相对固定，将其划分为图形类整饰要素。

按照与内图廓的位置分布进行分类，将图廓整饰的内容划分为以下几类。数学要素整饰，包括经纬网、方里网、经纬度注记、方里网注记、分度线注记等；左上角图廓整饰，包括副图名图号、基本比例尺说明、数字式比例尺；正上方图廓整饰，包括主图名图号；右上角图廓整饰，包括副图名图号、密级说明；左下角图廓整饰，包括副图名图号、出版机关全称；正下方图廓整饰，包括数字式比例尺、图解式比例尺、坡度尺、三北方向；右下角图廓整饰：包括副图名图号、技术说明、附注说明；政区略图图廓整饰，包括政区略图符号、相邻八幅图的图名图号。

2 图廓整饰设计

针对现有软件生成图廓整饰的标准性与灵活性的问题，本文提出一种设计方案，以内图廓为基准，为每个整饰要素添加相对坐标系，用于实现整饰要素的精确生成。为每个整饰要素添加参数属性，用于整饰要素调整的灵活性

2.1 整饰要素坐标系定义

将内图廓拆分为上、下、左、右四条图廓线，每一条图廓线可以看作是一个相对坐标系统，上、下图廓线以向右为X轴方向，向上为Y轴方向；左、右图廓线以向上为X轴方向，向左为Y轴方向，坐标系的坐标原点可以是图廓线起点、中间点和终点。以此为基础，为整饰要素定义相对坐标系，根据位置分布划分的原则，左上角与正上方图廓整饰以上图廓线为基准，向右为X轴方向，坐标原点分别为上图廓线的起点和中间点；左下角与正下方图廓整饰以下图廓线为基准，向右为X轴方向，坐标原点分别为下图廓线的起点和中间点；右上角与右下角图廓整饰以右图廓线为基准，向上为X轴方向，坐标原点分别为右图廓线的终点和起点；政区略图图廓整饰，以上图廓线终点为坐标原点，垂直于右边线为X轴方向，考虑其内容繁多，为方便坐标位置计算，利用坐标平移的方法，将坐标原点移动到邻接图表外接范围的左上角点。

与数学要素相关的经纬度注记，其分布在内图廓四角，相对坐标系原点为上、下图廓线的起点和终点，向右为X轴方向，向上为Y轴方向。分度线、方里网注记，其相对坐标系原点为分度线和方里格网与内图廓线的交点，向右为X轴方向，向上为Y轴方向。

通过以上相对坐标系的定义，每个整饰要素在图廓整饰中的位置可以通过与坐标原点的坐标差进行精确定义，如图1所示。

图1 整饰要素的不同相对坐标系

2.2 整饰要素参数属性定义

为每个整饰要素定义参数属性，考虑到不同整饰要素的内容和位置不尽相同，需要对参数属性进行归纳总结，提取出公有参数。在具体实现中除了参照图式规范给出这些参数属性的缺省数值外，还允许制图人员对参数值进行修改，用于整饰要素的灵活调整。

对于文字类整饰要素，其参数信息主要包括定位点X，Y坐标、字大小、字体名称、定位点位置、字间隔、注记内容。定位点X，Y坐标：用于参照图式规范定义与相对坐标系原点的距离，如1∶1万比例尺中，图名与内图廓线的距离为22.5 mm。字大小与字体名称：文字的大小和所使用的字体，如1∶5万比例尺中，图号是中等线体，大小为4 mm。文字定位点位置：文字的定位点位与文字的相对位置，包括字符头部、字符中部、字符尾部3种。如主图名的文字定位点在字符中部，密级的文字定位点在字符尾部。字间隔：相邻两个文字之间的距离，如两字图名间隔为2个字宽，三字图名间隔为一个字宽。标注内容：注记文字的标注内容，如左上角的标注，内容为“中华人民共和国基本比例尺地形图”。

对于图形类整饰要素，其参数属性主要是定位点X，Y坐标。与图形类整饰要素相关的注记虽然内容和位置相对固定，但仍然为其添加参数属性，位置的参数值缺省值为0，如图2所示。

图2 整饰要素的不同参数属性

3 图廓整饰实现

本文在对整饰要素进行分析基础上，根据上述说明的设计方案，以 VC++6.0为开发平台，采用 C++ 面向对象编程语言，进行图廓整饰自动化生成的开发与实现，其关键技术包括以下方面：

3.1 整饰要素实现

图廓整饰中的文字类整饰要素是通过注记文字进行实现的，将整饰要素参数属性的数值作为成员函数的参数值，利用CFont类的成员函数CreateFont直接创建逻辑字体，实现文字类整饰要素的生成，如图3所示。

图3 文字类整饰要素实现

图廓整饰中的比例尺符号、坡度尺符号、三北方向符号、政区略图与邻接图表符号等图形类整饰要素，则通过开发预先做成小的单元模块，其中一些要素不止做一个单元模块，如坡度尺按等高距的不同做成多个的单元模块。与图形类整饰要素相关的注记则使用注记文字方法进行实现，并根据规范定义这些注记文字的位置、大小、字体、文字定位点等参数信息，实现图形类整饰要素的生成，如图4所示。

图4 图形类整饰要素实现

3.2 数学要素实现

文献[10]与文献[11]详细说明了内、外图廓线、经纬网、方里网、分度带的计算绘制方法，本文所用的方法与之相同，这里就不再赘述。与数学要素相关的经纬度注记、方里网注记等则通过注记文字的方法进行实现。在不同比例尺的地形图中，注记内容与个数也不相同，如1∶100万地形图中，经纬度注记只有度注记，不同比例尺数学要素注记内容如表2所示。

表2 不同比例尺数学要素注记内容

在比例尺确定的前提下，注记的内容也同时确定，根据注记内容与内图廓的位置分布对其进一步细分，划分出左上经度-度注记、右下纬度-分注记、上部-公里注记、下部-百公里注记等注记文字类型。在经纬网、方里网等要素生成的基础上，添加注记内容，并根据规范定义这些注记文字的位置、大小、字体、文字定位点等参数信息，实现数学要素的生成，如图5所示。

图5 数学要素的注记内容

3.3 图廓整饰效果

数学要素生成后，需要进一步配置其他整饰要素。根据前文对整饰要素的按位置分布进行划分的原则，建立起相对应的整饰单元，为每个单元定义相对坐标系，不同位置的整饰单元的相对坐标系不同，需要分别定义。整饰单元建立后，在整饰单元中添加各类整饰要素，形成完整的图廓整饰，如图6所示。

通过对以上关键技术的开发与实现，制图人员只需要输入图号、图名、磁偏角、等高距等基础数据，就可以完成基本比例尺地形图图廓整饰的自动化生成。系统根据图号计算出该地形图的数学要素,并按预先定义的整饰单元和参数属性配置各类整饰要素，从而形成完整的图廓整饰。如果因为图式规范变化或整饰美观的原因而需要变动某个整饰要素时，制图人员只需要修改相关整饰要素参数信息就可以实现变动。图廓整饰效果见图7。

图6 整饰单元与整饰要素

图7 1∶5万图廓整饰效果

4 结 论

地形图图廓整饰是一项细致且繁琐的工作，其自动化生成技术对自动化制图有很好的促进作用[12]。本文在充分研究地形图图式规范的基础上，对图廓整饰的内容进行归纳总结，并按照图形特征与分布位置进行划分，提出利用相对坐标系与参数定义的方案，使得每个整饰要素都能精准定义，并根据设计方案进行相关开发加以实现。本文设计的方法能够精准的实现图廓整饰的自动化生成，减少制图中的重复劳动率和复杂性，提高作业效率，具有一定的参考价值。

[1] 祝国瑞,郭礼珍,尹贡白，等. 地图设计与编绘[M] .武汉:武汉大学出版社,2012:263-264.

[2] 孙建平. 基于四叉树理论的地图整饰要素研究[D].北京：中国地质大学(北京),2012.

[3] 刘禹鑫. 地图整饰要素的数据库管理与应用[D].北京：中国地质大学(北京),2013.

[4] 潘宸,谈帅,朱周华，等. 地图整饰及打印模块的设计与实现[J]. 测绘与空间地理信息,2008(4):206-207.

[5] 刘忠志. 地图整饰技术研究及应用[D].北京：中国林业科学研究院,2003.

[6] 陈金磊,王卓,郑昊,等. 地图整饰模块的设计与实现[J]. 计算机工程与设计,2012(9):3641-3646.

[7] 国家测绘局测绘标准化研究所.国家基本比例尺地图图式第2部分: 1∶5 000 1∶10 000地形图图式:GB/T 20257.2-2007[S].北京:中国标准出版社,2007.

[8] 国家测绘局测绘标准化研究所.国家基本比例尺地图图式第3部分: 1∶25 000 1∶50 000 1∶100 000地形图图式:GB/T 20257.3-2007[S].北京:中国标准出版社,2007.

[9] 国家测绘局测绘标准化研究所.国家基本比例尺地图图式第4部分: 1∶250 000 1∶500 000 1∶1 000 000地形图图式:GB/T 20257.4-2007[S].北京:中国标准出版社,2007.

[10] 朱蕊,孙群,肖强，等. 数字地图制图中地形图整饰的自动实现[J]. 测绘工程,2011,20(4):39-41.

[11] 杨英伟,吴凡,粟卫民. 数字地图制图数学基础的自动建立与图廓整饰[J]. 测绘信息与工程,2007(2):7-9.

[12] 杨德严,赵俊三,李红波，等. 地图图幅整饰自动化技术[J]. 计算机工程,2011(22):279-280,283.

[责任编辑：张德福]

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

张 标(1988-)，男，博士研究生.

著录：张标,陈楠.地形图图廓整饰的设计与实现[J].测绘工程，2017，26(8)：14-19.

10.19349/j.cnki.issn1006-7949.2017.08.004

P208

A

1006-7949(2017)08-0014-06