专题地图各种要素的设计内容和方法
2014-10-18 15:15:27 来源: 测绘网
A.专题地图数学基础设计
专题地图数学基础设计主要包括三个方面，即地图投影的选择与设计、制图网格密度的设计和地图比例尺的设计。
一、地图投影的选择与设计
地图投影设计的基本宗旨是要保持制图区域内的变形为最小，或者投影引起的变形误差分布符合用途要求，以最大可能保证地图具有必要的地图精度和图上量测的精度。
专题地图的多样性决定了其投影的选择有很大的空间。然而，地图投影的选择受制图区域的特征、地图投影自身的性质及地图的用途所制约。
• 1、制图区域
制图区域对投影选择的影响可以从区域地理位置、范围的大小、区域形状等几个方面来分析。
(1)区域地理位置。不同地理位置的区域分别适用于不同类别的投影。例如,极地附近通常用正轴方位投影，赤道附近常用横轴方位、正轴圆柱投影,中纬度地区常用正轴圆锥或斜轴方位投影。
(2)范围大小。投影范围的大小对投影误差有极大的影响。对一个小范围。常常是不管用什么投影都没有实质性差别；而一个大的范围，不同的投影或同一种投影但投影性质不同，所产生的误差差别就可能很大。
区域范围大小有一个大概的判断标准：纬差22．5°或半径为2200公里。小于这个标准的就可以认为是小范围，选择投影时没有必要过多地从投影性质引起的变形大小去考虑。对大范围的地图，例如全国图、大洲图等，由于投影产生的变形较大，需要认真选择适当的投影。
(3)区域形状。选择投影时，区域形状也是应当顾及的基本因素之一。例如，对于外形接近于圆形的区域，宜选用方位投影；对于东西延伸的地区，宜选用圆柱(赤道附近)或圆锥(中纬度)投影；对于南北延伸的地区则多采用横圆柱投影。
•2．投影性质
投影性质包括；变形性质发形分布和大小、经纬线的形状、极点的表象、特殊线段的形状等。
(1)变形性质。地图投影分为等角、等面积和任意投影三大类。在任意投影中常用的则是等距离投影，它们各自适用于不同的情况。
(2)变形分布和大小。变形分布的方向应当同制图区域形状相匹配。例如，正圆柱、正圆锥投影，变形同经度无关，随纬度差的增大而增大，纬度差越小变形也超小，因此它们适用于东西延伸的地区；方位投影的等变形线分布为同心圆，离中心越远则变形放大，适用于面积不大的圆形区域；投影面和地面相切的投影只有正变形，边缘地区的变形就可能比较大；投影面和地面相割的投影变形有正有负，分布比较均匀。另外，受变形性质的影响，对于等角投影，面积将有较大的变形；而对于等面积投影，角度会有较大的变形。任意投影时，长度、面积、角度都有变形，但大小比较适中。
(3)经纬线的形状。不同的投影会构成不同的经纬线形状。为了使地图具有良好的视觉效果．通常要求经纬线网格具有正交或近似于正交、等分或近似等分的图形；曲线形状的经纬线有利于表示出地面的球体概念，而直线形状的经纬线则有利于表示出地理事物分布的地带性规律。例如，横轴方位投影、若干多圆锥投影都有利于表示出地球的球形感，而用墨卡托投影编制世界时区图时，则能把时间的地带性表达得很清楚。各种伪圆柱投影中，经线为曲线，纬线为直线或弯曲不大的曲线，能很好地反映自然地带性变化，因此特别适用于表示全世界范围的各种自然地图。
(4)极点的表象。这与经纬线的形状有着密切联系。极点表象为点，视觉上比较好、但整个制图区域的变形分布不易均匀，有些地区会出现极大的变形；把极点投影成一条直线或曲线，极地附近变形较大，但它常常能换取整个制图区域变形的较均匀分布。
(5)特殊线段的形状等。地图上有些特殊的线段。投影后它们的表象形状常常成为选择投影的基本条件。例如，航海图和字航图上之所以选择墨卡托投影，就是因为在采用这种投影的地图上等角航线表象为直线；而采用球心投影，可以把大圆航线投影成直线，它是地面上距离最短的线．是航海中辅助墨卡托投影(等角圆柱投影)航海图中寻求员短航程的必要投影。
• 3．地图的用途
地图的用途决定了地图投影选择的方向。由于不同的比例尺对地图的用途有着非常大的影响，所以我们有时可以把地图用途与地图比例尺连在一起来考虑。采用机助方法制图，以数字形式存放在数据库中的资料图形可任意变换，制图的投影对新编图的投影没有影响。
• 自然地图
• 大比例尺的自然地图，要求形状正确，面积正确。因此这类图的投影应视同比例尺的国家基本地形图那样，采用高斯，克吕格投影，中比例尺图则应采用国际UTM投影。
• 小比例尺的自然地图．则可根据制图区域本身的位置、大小和形状来选择投影。一般来说，反映资源分布状况的图比较重视面积的概念，所以自然地理图一般以选择等面积性质较好。
• 人文地图
• 政区地图要求版图形状正确，但更注重各局部区域面积的大小对比正确。如对中国全图．宜选用等面积性质的投影。但对中国省区以下范围，用不同性质的投影，变形都不会超限。
• 经济图中除了少量的资源分布图要求面积正确而可选择等面积性质的投影外，其他的经济图以反映区域经济态势及发展水平为主要内容，以统计因为主体，中小比例尺为多数，对地图投影没有很特殊的要求，可以选择该区域惯用的地图投影。
• 航空图、航海图、工程图及其他地图往往依其
用途对地图投影有特殊的要求。
• 航空图要求地标方位正确，因此航空图必须选择等角性质的投影，根据比例尺的不同．从大比例尺用通用的高斯·克吕格投影，中比例尺用国际UM投影，到小比例尺用等角圆锥投影或等角斜方位投影。
• 航海图则从航向定位方便出发，用等角团拄(墨卡托)投影。大比例尺的工程图要求方位正确，故应采用高斯“克吕格投影，中、小比例尺的工程图也仍十分注重方位的正确性，因此对工程图应首选等角性质的投影。
二、地图比例尺的设计
专题地图对比例尺的规定不份普通地图那样严格，并要求形成系列。专题地图中只有地质图、地貌图、土壤图、植被图以及航空图、航海图等有着普通地图那样的、较为严格的、有一定比例关系的系列比例尺系统。随着比例尺的不同，其内容的详细程度、分类级别的表达、制图综合的大小及用途都会随之改变。
其他专题地图的比例尺是随专题内容表达的详细程度、表示方法的精确程度、地图的用途和地图精度要求而定的。因此对单张地图而言，往校是在用途、内容、量测精度要求和表示方法确定后，依据纸张大小来确定和调整比例尺的。对地图集而言，则主要依据区域的级别、制图区域的形状与大小来确定一个基本比例尺．并依此设计以基本比例尺为基础的系列比例尺。
三、制图网格密度的设计
在大于1：100万的普通地图上，存在着两种制图网格，一种是坐标网．也就是通常说的方里网，是图上的基本网；另一种是经纬网，仅以图廓和分度带来体现，为辅助网。小于1：100万的普通地图则已去除了坐标方里网，仅标示有经纬网。专题地图上对制图网格的表示没有严格的规定，主要使用途而定。
在地图上标示出一定密度的制图网格。其作用有两个：
• 一是通过制图网格便于指示并量测出某制图现象或制图物体的位置；
• 二是通过制图网格反映不同制图现象因地理位置的差异而发生在性质上的差异，寻求其发生发展的规律性。
由于地球的赤道面和地球统太阳旋转的黄道面之间存在着固定的夹角，所以地球在统太阳公转的一年中，地球上各部分在不同时期受到太阳的热辐射不断地产生循环性改变，从地球的两极到赤道间都形成了不同的温度带，由此产生了不同的生物带。因此在自然地理因上表示一定密度的制图网格对实现上述两个目的是十分必要的。
• 大比例尺地形图上的方里网密度在相应的规范中都有规定，大体为2-10厘米，中、小比例尺地形图上则多使用经纬线网，它们的密度则应大体相应于系列中前两级比例尺地图的分幅范围，
• 政区图仅表示经纬网，主要用于指示居民地的地理位置。但大比例尺的城市平面图中则由编图人员自行构建方格网，这种方格网是独立的、随意的，与坐标网不是一个系统，目的是为了易于查找各种地名，密度一般为5厘米x 5厘米。
• 人文地图中对制图网格的表示没有特别的要求、这与人文经济现象的表示方法多用概略的统计制图方法、没有很多的量测要求有关，所以常常只是概哈地表示一些密度较稀的经纬网格，有的根本不表示。但是对某些用网格形式表示的环境质量评价图、城市地价评级图或由点数法转换为其他表示方法的因型而需用网格作为过渡时，需要在图面打上一定的密度网格。网格密度的确定往往与比例尺有关，根据比例尺不同，有的换算为相当于实地的100米×100米，有的相当于250米x 250米的网格。
• 航空图、航海图都必须表示有一定密度的经纬网，其密度与比例尺有关，大致与自然地图的要求一样。工程地图中亦必须有制图网格，大比例尺工程图用的是坐标方里网，以便于计量的100米×100米、250米×250米、500米×500米等为好．密度依比例尺为准。小比例尺图则用经纬网。
B.专题地图的符号设计
视觉变量的基本概念
形成众多类型和形式的图像符号，是各种基本图像元素变化组合的结果。这些能引起视觉差别的最基本的图形和色彩变化因素叫做视觉“变量”或“基本图形变量”。
法国学者J.伯庭(J．Bertin)所领导的巴黎大学图形实验室经过多年研究，从具体图像中抽象出6个最基本的因素，也就是6个最基本的视觉变量，即形状、尺寸、方向、明度、密度和颜色。J.伯庭的视觉变量观点被人们认为是比较完善的分析方法。
我国地图界的学者认为，从制图实用的角度看，视觉变量还应包括“结构”这一变量，尤其
是对点状符号而言更有其必要性。
• 1．形状：形状指由有区别的外形所提供的图形特征。
• 点状符号：形状就是符号的外形，它们可以是有规则的图形(如几何图形),也可以是不规则的图形(如艺术符号)。
• 线状符号和面状符号 ：形状则是指构成线和面的那些像元的形状,而不是线和面的外部轮廓，但通过这些像元形成了不同的线状符号和面状图纹、图案。
形状变量是符号在视觉上最重要的差别。
• 2．尺寸：尺寸指符号在大小——直径、宽度、高度、面积，甚至在体积上的变化。
• 点状符号：尺寸是指符号整体的大小，包括符号的直径，或宽度、高度和面积的大小。
• 线状符号：尺寸指线条的宽度。
• 面状符号：尺寸则是指构成其符号的像元大小，像元大小的变化引起的是整个面状图纹纹理的变化．而不是面状范围的变化。
• 3．方向：方向指点状符号、线状符号和面状符号的构成元素的方向，方向符号受图形特点的限制较大，有的几何符号有方向的区别，而圆形符号则无方向之分。
• 4．明度：明度指图形色调的相对明暗程度，它能引起人视觉上的差别。明度差别不仅限于消色(白、灰、
黑)。在彩色图形中，在同样色调基础上也一样可反映其明暗的程度。
• 5．密度：密度指在保持符号平均明度不变的条件下改变像素的尺寸和数量。它可以通过放大或缩小内
部图形的方式体现。
• 6．结构：结构变量是指符号内部像素组织方式的变化。与密度不同的是，结构变量是符号内部像素的结构组合或排列方式的不同，它反映出符号在视觉上的较大差异。因而被列入基本视觉变量之中。
• 7 .颜色：色彩变量主要指色相变化，色相变化可以形成鲜明的差异。
以上的7种视觉变量是对所有符号视觉差异的抽象，但它们并不能解释全部符号化的现象和构图法则，其中很多变量并不具有且接构图的能力，但这些视觉变量(图形变量)可以作为图形符号设计的基础。地图符号在设计时可根据需要选择其中某一变量或某几个变量联合应用，目的是提高地图符号的感受效果。
C.专题地图色彩设计
专题地图色彩设计的基本要求
一副优秀的专题地图，除了科学性之外，它的色彩设计还必须悦目、协调、吸引读者。所以色彩设计是专题地图编制的重要因素之一。
优秀的专题地图必须主题明确，层面丰富、内容清晰、色彩协调、表现力强，能使读者爱不释手。概括地说，就是既要有对比性，又要有协调性，内容和形式达到统一。专题地图的色彩设计实际上是在对比中求协调，在协调中求对比，正确地处理协调和对比这一对矛盾。具体有以下9点。
• 层面清晰，用色不能杂乱。一副专题地图是由多个层面构成的，通过设色理清层面之间的关系，突出主题。
• 不同色相的色彩既要有对比性，又要有协调性。
• 同一色相不同亮度或纯度的色彩对比要能分清楚。
• 主题要素色彩突出，底图要素色彩要淡雅。底图要素是反映专题要素和环境背景之间的关系，起衬托作用，用色不宜太重，避免“喧宾夺主”；专题要素为主体内容，用色相对浓艳，放在突出
的层面上。
• 尽量和专题要素的自然色、惯用色一致。
• 有效利用色彩的象征性。
• 大面积图斑用色浅、小面积图斑用色浓。即色斑的浓淡要和图斑的面积成反比。
• 非制图区域用色浅，宜用用冷色或中性色。制图区域用色浓，且宜用暖色。
• 充分利用色彩的色相、纯度和亮度的变化。达到最佳表达效果。题地图色彩设计的基本方法
专题地图色彩设计的基本方法
点状符号色彩设计
（1）用色相变化表示专题要素的类别、性质。
（2）用色相变化反映数量级别变化。
（3）用亮度或纯度的变化表示专题要素的动态发展。
（4）点状符号色彩应尽量和专题要色的自然色一致。
（5）点状符号色彩应和地图的性质和用途一致。
（6）符号设色面积宜于纯度成反比
线状符号的色彩设计
（1）界线色彩设计:指代表非实体的界线。设色时应首先确定界线的主次关系。主要界线用鲜艳色，次要界线用淡雅色彩。
（2）线状物体色彩设计：确定各个要素在图上的主次关系。利用色彩的对比性，表达主次关系，达到层次分明、清晰易读。
（3）动线符号色彩设计：按主次设色。可以用色彩变化强化动态变化。点、线、面状符号色彩
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