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33电子地形图符号体系的研究

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中国人民解放军信息工程大学
硕士学位论文电子地形图符号体系的研究
姓名：谢超申请学位级别：硕士专业：地图制图学与地理信息工程
指导教师：陈毓芬
20060401

信息工程大学硕士学位论文
摘要
随着地理信息技术和数字制图技术的发展，电子地图的制作日益简便，应用越来越广泛，故此，电子地图符号的规范化、标准化势在必行，以保证地理信息感知和认知的一致性和准确性。本文主要从地图学理论研究出发，对电子地图符号体系出现的问题进行深入系统的分析，并主要针对电子地形图这一电子地图品种的符号体系进行研究，为电子地形图符号体系的研究提供了一些思路和方法。
本文研究了电子地图符号设计的理论基础，对地图符号学理论、地图视觉感受理论和地图美学理论在电子地图符号设计中的作用进行了探讨；分析了纸质地形图符号体系直接应用于电子地形图中的不足，提出了电子地形图符号体系构建的基本原则，并对纸质地形图部分符号进行修改，建立了初步的电子地形图符号体系表；对电子地形图符号的构图规律进行了深入细致的研究；介绍了视觉感受实验方法，提出了本课题所采用的数据处理方
法一模糊综合评判法，尝试了通过基于用户的电子地形图视觉感受实验来修改电子地形
图符号体系表；研制了基于电子地形图符号体系的符号库，并用ＧＤＩ＋对符号库进行了优化，明显的提高了符号库的绘制质量和速度；最后，总结了取得的研究成果并针对存在的问题提出了进一步研究的方向。
关键词：电子地图，电子地形图，地图符号，符号库，符号体系，视觉感受
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信息工程大学硕士学位论文
Ａｂｓｔｒａｃｔ
ＡｌｏｎｇｗｉｔｈＧＩＳｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｎｄｄｉｇｉｔａｌｍａｐｐｉｎｇ
ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
ｄａｙｂｙ
ｍａｐｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｉｓｏｒｄｅｒｔｏｇｕａｒａｎｔｅｅ
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ｏｆｃｏｇｎｉｚｅｄ
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ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ａｎｄａｃｈｉｅｖｅｔｈｅ
ｏｒ
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ｇｕｉｄｅｌｉｎｅ
ｓｔａｎｄａｒｄｆｏｒｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
ｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃｍａｐｓｙｍｂ０１．Ａｆｔｅｒｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｇｔｈｅｃａｒｔｏｇｒａｐｈｙｔｈｅｏｒｙ，ｔｈｅ
ｏｆｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
ｔｅｘｔ
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ｍａｐ
ｓｙｍｂｏｌｓｙｓｔｅｍｗｈａｔｈａｖｅａｐｐｅａｒｅｄ，ａｎｄｍａｉｎｌｙｒｅｓｅａｒｃｈｅｓｔｈｅｓｙｍｂｏｌ
ａ
ｓｙｓｔｅｍｏｆｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃｍａｐｗｈｉｃｈｉｓ
ｋｉｎｄｏｆｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
ｍａｐ，ｔｈｅｎｐｒｏｖｉｄｅｓｓｏｍｅ
ｒｅｓｅａｒｃｈｔｈｏｕｇｈｔｓｆｏｒｓｔｕｄｙｉｎｇｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃｍａｐ
ｓｙｍｂｏｌｓｙｓｔｅｍ．
ｍａｐｔｏ
Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｆｉｒｓｔｌｙｓｔｕｄｉｅｄｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｍａｐｓｙｍｂｏｌｄｅｓｉｇｎ，ａｎｄｄｉｓｃｕｓｓｅｄｔｈｅＳｅｍｉｏｌｏｇｙｔｈｅｏｒｙ，ｖｉｓｕａｌｐｅｒｃｅｐｔｉｏｎｔｈｅｏｒｙａｎｄａｅｓｔｈｅｔｉｃｓｔｈｅｏｒｙｏｆｔｈｅ
ｅｆｆｅｃｔｉｎｓｙｍｂｏｌｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
ｍａｐ．
ｓｙｍｂｏｌ
ｓｙｓｔｅｍｏｆｔｈｅ
Ｔｈｅｎｔｈｅａｕｔｈｏｒａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅｄｅｆｉｃｉｅｎｃｙｗｈｅｎｔｈｅ
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ｍａｐｉｓａｐｐｌｉｅｄｄｉｒｅｃｔｌｙ
ｔｏ
ｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃｍａｐ，ａｎｄｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｔｈｅｂａｓｉｃｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆ
ｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃ
ｒｅｖｉｓｅｄｓｏｍｅ
ｍａｐｓｙｍｂｏｌ
ｓｙｓｔｅｍｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇ
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ｓｙｍｂｏｌｓｏｆｐａｐｅｒｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃｍａｐ，ａｎｄｓｅｔｕｐｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓｙｓｔｅｍｆｏｒｍ；ａｎｄｔｈｅｎｓｔｕｄｉｅｄｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｌａｗｏｆｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
ｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃ
ｍａｐｓｙｍｂ０１．
ＴｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｖｉｓｕａｌｐｅｒｃｅｐｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔＷａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｈｅｆｏｒ吐ｌｐａｒｔｏｆｔｈｉｓｐａｐｅｒ，
ａｎｄ
ｔｈｅｄａｔａｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｍｅｔｈｏｄｔｈａｔｔｈｉｓｓｕｂｊｅｃｔａｄｏｐｔｓＷａｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ——币１ｚｚｙｇｅｎｅｒａｌ
ｖａｌｕａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ，ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃ
ｍａｐｓｙｍｂｏｌ
ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．
ｌｉｂｒａｒｙ
ｓｙｓｔｅｍｆｏｒｍｈａｄｂｅｅｎｒｅｖｉｓｅｄｂａｓｅｄ
Ｏｎ
ｍａｐｖｉｓｉｏｎ
ｏｆｕｓｅｒ
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ｓｙｍｂｏｌ
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ｓｙｍｂｏｌｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄｏｐｔｉｍｉｚｅｄｔｈｅａｎｄｔｅｍｐｏｔｏｄｒａｗｓｙｍｂ０１．
ｆｕｒｔｈｅｒｓｔｕｄｙ．
ｓｙｍｂｏｌｌｉｂｒａｒｙｗｉｔｈＧＤＩ＋，ｏｂｖｉｏｕｓｌｙｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｑｕａｌｉｔｙ
Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅａｕｔｈｏｒｓｕｍｍａｒｉｚｅｄｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｓ
ａｎｄ
ｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｐｒｏｂｌｅｍｔｏ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｍａｐ，ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃｓｙｍｂｏｌｓｙｓｔｅｍ，ｖｉｓｕａｌｐｅｒｃｅｐｔｉｏｎ
ｍａｐ，ｍａｐｓｙｍｂｏｌ，ｓｙｍｂｏｌ
ｌｉｂｒａｒｙ，
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信息工程大学测绘学院学位论文原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所
取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式
标明。
论文作者签名
学位论文使用授权说明
本人完全了解中国人民解放军信息工程大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，
按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；
学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；
学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；
在不以赢利为目的的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
（保密论文在解密后遵守此规定）
论文作者签名衰知是乏
导师签名：１蟛够番日期：加口∥年手月，少日

信息工程大学硕士学位论文
第一章绪论
１．１引言
地图作为人类形象思维的一种方式，地理学的第二语言，源远流长又方兴未艾［陈述彭，２０００］。地图是运用图形符号来记载和传输地理信息的特种文化工具。地图在人类生活中的重要作用，只要摘录两段汉译《地理学思想史》中的话就一清二楚了。“当你要去创立一种太大的，大到不便于观察的一个世界的意象时，这就得要进行概括，选择某些特征，把它们织造到这个形象中去，并扬弃那些无关的特征。”“除非你能回答它在哪里这个问题，否则即使你把人的世界描述得怎样清楚，也是没有多大价值的。”“３
要回答世界上各种信息的地理位置，如何选择、概括和组织你所需要的信息，并从读者的视觉感受效果的角度形成表示在相应地理位置上的地图符号系统，这些就是地图学理论的核心问题。地图学的存在取决于人类对地图永恒的需求和地图本身的科学价值。１。
人类在地图的帮助下，极大的提高了空间认知的能力，地图也伴随着人类创造了各个时期的文明和辉煌。传统的模拟地图采用的载体多为各类实物，古时烧制于陶片、刻于石碑或绘制于兽皮、锦帛，近代地图常绘制于纸质载体。如今到了信息时代，由于计算机技术和数字制图技术的发展，产生了数字地图（ＤｉｇｉｔａｌＭａｐ）这种新的地图形式。作为数字地图的可视化形式，电子地图的问世将地图的应用范围扩展到了更广阔的领域：从政府决策到市政建设，从知识传播到企业管理，从移动互联到电子商务等，无一能脱离基于电子地图的应用和服务。而近年来在我国逐渐兴起的导航定位、数字城市、国防建设，则开始将电子地图的应用渗透到社会生活的方方面面，使地图成为交互、实时和动态环境中的一种重要工具。但无论地图学产品怎样更新，其空间认知工具的本质并没有发生变化。人类依旧要通过大脑和视觉获取地面事物与现象的印象和结论，如总体和局部的分布关系；运动的态势；尺寸、面积、密度的对比；类别的划分等等。
电子地图大大丰富了地图的表现手段，它以丰富的色彩增加了地图的表现能力，同时不再受到图幅和比例尺的限制，甚至可以在不同的比例尺之间切换，这样的扩充为地图用户带来了极大的便利。
地图作为信息载体，其功能在很大程度上取决于符号的总体性能，即所选符号表示空间信息的效果，包括符号与其所表示的主题以及与其它符号的关系。因此，地图符号设计的质量将直接影响地图信息的传递效果。那么怎样来评价电子地形图符号设计的好坏呢？现今还没有一个评价标准和成熟的模板供地图制作者使用或者参考，地图制作者仍然沿用纸质地形图的符号标准。对用户来说，符号化后的电子地形图，怎样的是较好的，怎样的是较差的，这是一个难以描述的问题，因为其中包含了太多主观因素。然而对这一问题的回答也是指导电子地形图制作的关键所在。人们对于纸质地图的研究已经进行了许多年，并取得了丰硕的成果，而对于尚在探索之中的电子地形图可以借鉴这些成果使之更加完
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信息工程大学硕士学位论文
美。当然，这是一项浩大的工程，本文只能尽其所能窥豹之一斑，从电子地形图视觉感受效果这一角度探讨了电子地形图符号设计，并在此基础上，制定了电子地形图符号体系构建的基本原则，提出了电子地形图符号体系，并且编程实现了基于电子地形图符号体系的符号库系统ＥｍａｐＳｙｍｂｏｌ。
１。２国内外研究现状及分析
１．２．１电子地图符号体系与符号标准化研究现状
国内外对电子地图符号标准及符号体系的研究还不太多。国外主要有国际标准化组织／地球信息技术委员会（ＩＳＯ／ＴＣ型》（Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ
２１
１）分别在１９９８年和２００１年制定的《地理信息参考模
１：Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ
ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＰａｒｔ
ｍｏｄｅｌ）和《地理信息一要素编目方法》
（ＧｅｏｇｒａｐｈｉｃＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙｆｏｒｆｅａｔｕｒｅｃａｔａｌｏｇｉｎｇ），前者设计了ＩＳＯ
１５０４６地理信息标准的总体结构框架、研制这类标准所应用的基本原理、标准的整体概念和组成部分，确定各个标准之间的关系，但具体到地图符号的内容并不多；后者将地理信息表达为人们能够理解的信息和图像的分类原则，包括描绘符号的方法，支持标准符号集。国际电工委员会（ＩＳＯ／ＩＥＣ１２０７１）于２０００年制定的《地图与影像的符号和注记｝（Ｓｙｍｂｏｌｏｇｙ
ａｎｄＡｎｎｏｔａｔｉｏｎｆｏｒＭａｐｓａｎｄ
Ｉｍａｇｅｒｙ）是处理数字影像产品中地理注记的原则以及对处
理符号视觉变量的程序规定、符号元数据编制规定等的一个标准吲。
国内在测绘标准化方面研究比较多的有国家测绘局测绘标准化研究所、中国标准化与信息分类编码研究所和国家基础地理信息中心。国家测绘局标准化研究所分别于１９９０年、
１９９５年、２００１年制定了‘（系列比例尺）地形图编绘规范》叫嘲、《（系列比例尺）地形图
图式》叭力’《（系列比倒尺）地形图要素分类与代码》嘲和《地图符号库建立的基本规定》嘲等。《（系列比例尺）地形图编绘规范》规定了编绘国家基本比例尺地形图的数学基础、精度、编辑工作、技术方法和地图内容各要素的综合指标；
《（系列比例尺）地形图要素
分类与代码》规定了国家基本比例尺数字地形图地形要素的分类与代码；《（系列比例尺）地形图图式》规定了国家基本比例尺地形图上表示的各种地物、地貌要素的符号、注记和颜色标准，以及使用这些符号的原则，要求和基本方法；
《地图符号库建立的基本规定》
规定了建立各类地形图符号库的基本原则，适用于地形图符号库的设计、建立、维护、更新和管理。中国标准化与信息分类编码研究所１９９９年制定的《地图用公共信息图形符号、通用符号》“”规定了地图用公共信息图形符号、通用符号的分类与代码。国家基础地理信
息中，Ｌ，１９９２年制定的《国土基础地理信息要素分类与编码》“”规定了国土基础信息数据分
类与代码，用以标识数字形式的国土基础信息，保证其存储及交换的一致性。这些规范对制定电子地图符号体系标准有一定的借鉴作用。
信息工程大学测绘学院江南教授等人在《信息时代地图技术美的研究与实践》“”中通过分析现代地图表现形式及存在的问题，探讨了信息时代地图制图技术美的含义和地图技术美的表现形式，并在技术美创新理念指导下，对利用计算机技术和图形图像处理技术来
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改进地图符号设计，提高地图表现力进行了一些理论探讨和技术尝试；Ｌａｕｒｉｅ在（Ｃｏｌｏｒ
Ｓｙｍｂｏｌ
ｉｎ
Ｄｅｓｉｇｎ）“”中对地图符号设计中色彩的作用进行了详细探讨，指出色彩能够有效
表示制图对象的质量差别，并举出了相应的实例；桂林工学院的李洪玉等在《部分地形图符号的修改建议与实现》“”中针对部分地形图符号不符合“易读性”这一原则，而不能形象的表达实际地物的问题，分别从点状符号、线状符号和面状符号三个方面提出一些修改建议；信息工程大学测绘学院付子傲教授等在《大比例尺地形图符号与编码的研究》“”中分析现行国标中存在的问题，提出修改补充图式与分类编码的意见，建议将图式与分类编码合并，发行电子版本图式；Ｏｌａｆ在（Ｍａｐ
Ｓｙｍｂｏｌ
Ｂｒｅｗｅｒ）“”中提出ＳｖＧ网络地图符号的
设计原则，并对符号图元组成进行了研究，指出点状符号可以分为八个图元进行组织：安徽师范大学凌善金教授在《论地图符号的发展趋势》“”中对地图符号的发展趋势进行了探讨，指出地图符号的发展从形式上看趋向于抽象化、简洁化，从使用上看趋向于规范化；Ｒｏｄｒｉｇｕｅ在（Ｌｅｃｔｕｒｅ：ＭａｐＳｙｍｂｏｌｉｓｍ）㈣中对地图符号标准化提出了自己的意见；测绘标准化研究所对地图符号库标准进行了探讨，提出了地图符号库的行业标准，薛明等人还发表了《关于地图符号库及其标准化问题的探讨》“”一文，但主要针对纸质地图的。中国测绘科学研究院王均等人运用地图视觉感受理论和地图符号学理论制定了电子地图符号体系，对纸质地图图式进行了部分修改，他们在深入审视符号对视觉产生的复杂作用的基础上，对基本符号实体内容适当简化，对色彩、图元组合关系适当调整，在通用地理信息系统软件平台上制作了基本地理底图的符号库标准草案，提出了《电子地图符号体系》嘲。１．２．２地图符号库研究现状
地图符号库方面的研究可谓异彩纷呈，取得了相当多的理论成果和软件产品。理论上：在符号库定义方面，Ｋｏｕｓｓｏｕｌａｋｏｕ等人在（Ｓｐａｔｉｏ—ｔｅｍｐｏｒａｌ
ｃａｒｔｏｇｒａｐｈｉｃ
ｍａｐｓ
ａｎｄ
ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）…中给出了定义：地图符号库是用来管理地图符号的数据
库，它可以在电子地图系统和ＧＩＳ系统中可视化，并且能够为空间数据提供符号化功能；在符号库设计思想方面，陈顺清在《地图符号库设计》口１１一文中指出地图符号一般用三种方法实现，分别为编程法、信息块法和交互设计法，并对三种方法的优缺点进行了分析；在符号库数据存储结构方面，信息工程大学测绘学院华一新教授等人在《地理信息系统原理与技术》口２１一书中把符号库文件分为点、线和面文件存储，每个文件又分为索引文件和数据文件，并举例进行了说明；在符号库建模方面，信息工程大学测绘学院赵军喜博士等人在《利用ＵＭＬ设计与实现地图符号编辑器》嘲中以面向对象的软件工程为基础，运用ＵＭＬ语言阐述地图符号编辑器的功能需求、总体设计、详细设计、编码和测试的过程，并利用ＣＡＳＥ工具建立系统设计不同阶段的可视化模型；在提高符号显示精度和显示质量方面，武汉大学硕士吴小芳等人在《基于ＧＤＩ＋的高精度地图符号库的设计与实现》剀一文中通过对地图符号的数据结构进行分析，提出了高效率的绘制方法，设计并实现了一个较好的地图符号库系统；在提高符号显示速度方面，东南大学的蔡先华等人在《基于特征元
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信息工程大学硕士学位论文
的符号库数据结构及算法探讨》嗌１中提出一种基于特征元的符号库的数据结构及实现算
法，在效率上优于传统算法；在针对一些复杂符号的实现闽题上，武汉大学何忠焕博士的《ＧＩｓ符号库中复杂线状符号设计技术的研究》㈨和北京大学硕士张海泉等人的《面向ＧＩＳ的矢量线状符号填充算法研究》嘲文中提出了一些解决方法，张海泉等人在分析ＧＩＳ中矢量线状符号的特点与基本构成的基础上，提出了一种高效且通用的矢量线状符号的填充算法，该算法通过对构成矢量线状符号的几何图元进行旋转、变形、裁减等处理，可以实现对各种线状符号的填充，大大提高了算法的通用性和绘制效率。
软件产品方面：目前国内外一些较流行的ＧＩＳ软件，例如国外的ＭｉｃｒｏＳｔａｔｉｏｎ、ＡＲＣ／ＩＮＰＯ、ＭａｐＩｎｆｏ，国内的ＭａｐＧＩＳ、ＧｅｏＳｔａｒ、ＳｕｐｅｒＭａｐＧＩＳ和我军的ＭＧＩＳ、ＭａｐＳｙｍｂｏｌ、ＭａｐＥｘｐｒｅｓｓ等都有不同程度的符号设计功能。
ＭｉｃｒｏＳｔａｔｉｏｎ软件在符号制作方面有很大的灵活性。在制作点符方面，它提供了功
能强大的编辑工具和精确的尺寸定位，可以制作各种复杂的符号。在制作线符方面，它通
过点符、点单元、线单元之间的复合构成自定义线型。对于面符，它使用填充工具对多边形进行填充，完成面域的符号化嘲。但ＭｉｃｒｏＳｔａｔｉｏｎ对现有的符号没有提供直接编辑符
号的功能，另外通过获取符号属性的工具来获取符号属性时，没有能获得符号的类型。
ＡＲｃ／ＩＮＦｏ是美国ＥＲＳＩ公司推出的一种功能强，应用较多的国外大型ＧＩＳ软件产品。它
提供了非常丰富的各种专业符号集，同时对ＡＲＣ／ＩＮＦＯ的符号具有一定的编辑控制的功能
例。符号编辑器提供了屏幕交互式的设计界面，用户不仅可以在系统中增加自定义的符号，
还可以修改和删除系统符号，并将编辑好的符号集文件保存到自己的工作空间中，以便制
图时使用。Ａｒｃ／Ｉｎｆｏ还提供了具备符号设计功能函数的二次开发工具。用户可以自定义函数编辑符号。这一系统的缺陷在于用户所能调用和编辑的都是较为简单的符号，且精度不高，尤其是复杂的符号，精度更低。
Ｍａｐｌｎｆｏ
Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ是目前桌面办公系统中较常用的制图工具，具有强大的数据采
集存储、图形编辑、信息检索、地理分析等功能，它提供了种类繁多的现成符号库，还提供了点符和线符的制作工具，但没有提供面状符号的开发工具，其面状符号库不能扩充啪１。而且系统本身提供的点、线、面符号，都是示意性描述符号，不能满足各种比例尺的成图
需要。
ＭＡＰＧＩＳ是中国地质大学研制的ＧＩＳ工具软件，它提供了强大的符号制作和编辑功能，
包括子图库（点状符号库）、线型库、填充图案库、色库，对各个库中符号的编辑制作统
一在一个系统库编辑工具下进行。但ＭａｐＧＩＳ系统规定每个符号最多只能包含６４Ｋ的信息，因此符号库中的每个符号包含的图元数不能太多。
ＧｅｏＳｔａｒ是武汉测绘科技大学研制的ＧＩＳ基础软件，它的符号设计包括三部分：点符号
设计（ｐｄｅｓｉｇｎ．ｅｘｅ）、线符号设计（１ｄｅｓｉｇｎ．ｅｘｅ）、面符号设计（ｓｄｅｓｉｇｎ，ｅｘｅ），每一部
分有两个符号文件：索引文件和数据文件““。它的各功能模块由一个主控模块统一在一个
界面环境下，采用参数化与图形界面相结合的思想进行，它可以根据符号设计的精度，改
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变设计单位或在格网下制作符号，为用户提供良好的符号设计平台。
北京超图公司的ＳｕｐｅｒＭａｐＧＩＳ对空间信息的可视化表达提供了强有力的支持，不仅有默认的点符号、线型符号和填充符号，而且还内嵌了点符号、线型和填充编辑工具嘲。
ＳｕｐｅｒＭａｐ
ＧＩＳ设计了适合军队符号标准的符号编辑器，实现了点状符号中的动态文本技
术，并提供了线状和面状动静态军标标注功能。
ＭＧＩＳ是我军具有自主知识版权的ＧＩＳ平台，提供了对军事地理信息进行二次开发的工具，现已配置到各级部队使用。该系统符号库包括点、线、面三种符号，其中还包括了海图符号，符号非常全面，其颜色、大小以及形状绘制是按照对应比例尺纸质地图图式规范来的。
军用地图电子版符号库ＭａｐＳｙｍｂｏｌ研究的主要目的是建立一套实用化的军用数字地图制作软件，生产新型的数字地图产品直接提供给用户使用。该系统提供的符号库也分为点、线、面符号，符号绘制是根据１：２５万协同图符号标准绘制的。
全数字地图出版系统ＭａｐＥｘｐｒｅｓｓ已经研制成功并在部队中推广使用。全数字地图出版系统中采用了双符号库的思想，即：编辑显示符号库和ＰＳ出版符号库，前者用于地图编辑时的显示，后者用于出版时的ＲＩＰ（Ｒａｓｔｅｒ
Ｉｍａｇｅ
Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，栅格图像处理器）
输出。但是它的符号绘制没有经过反走样处理，在屏幕上显示时有锯齿出现；而且它提供的符号绘制接口在用来显示大数据量的地图时，速度不够快。１．２３研究现状分析
从上述符号体系和符号库研究总体上分析，符号体系和符号标准的研究已经在深入开展，尤其对纸质地图符号的研究已经形成标准，并且已经形成了广泛的认知惯性，得到了社会用户的普遍认可，针对电子地图符号体系的研究才刚刚开始，已经取得了一定的成果，如王均等人提出的《电子地图符号体系》伽和制定的符号体系内容分类表等，符号库理论和产品的研究已经比较成熟，并且已经广泛使用于各个地理信息系统和电子地图平台。但是它们仍然存在着一些问题：
（１）对电子地图的研究主要是从制作者的角度进行研究，而不是从用户的需求出发来研究。另外注重电子地图新技术的研究，如多媒体电子地图、网络电子地图、三维电子地图、嵌入式电子地图的研究，并且重点放在技术与功能的实现上，而从地图学角度对电子地图显示与符号设计的研究比较少，缺乏系统有效的研究。电子地图符号体系仍然受到纸质地图的思维束缚，没有考虑电子地图屏幕显示与阅读、动态交互、多比例尺集成的特
点。
（２）尽管电子地图符号库软件已经很多，但无一是通过对用户视觉感受研究结果来研制的，且没有一个统一的标准。而且每个ＧＩＳ应用系统都要研制自己的符号库，由于没有统一的符号体系与制作规范，用户要花费大量的时间来适应不同的符号库，研制人员则要进行大量的重复劳动，电子地形图的这种现状不利于其推广应用，且造成研究资源上
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的浪费。
（３）《电子地图符号体系》“的提出对建立电子地形图的符号体系有一定的借鉴作用，但该符号体系没有经过用户的测试，不是建立在对广大用户视觉感受实验的基础上。另外该符号体系内容分类表只是一个指导性文件，对符号的尺寸和编码没有做规定，且远远不
能涵盖所有的地形图符号，不能用作电子地形图符号的制作标准；符号的几何特征体系表
的分类也欠科学性，对简单点符号的二级分类中没有圆扇和圆弦，不能组合成所有的地形
图点状符号。
因而，开展对电子地图符号标准化的研究，建立电子地形图符号体系，开发出通用的地图符号制作软件，将对我国电子地图和地理信息系统的发展起到重要作用。
１．３课题研究背景
对纸质地图的研究一直受到测绘部门的重视，已经形成了详细统一的制作规范，但至今对电子地图还没有进行过深入系统的研究。目前，ＧＩＳ系统和电子地图平台形式多样，功能不一，没有统一的制作规范、符号体系以及质量评价标准，主要体现在地图符号过于复杂，背景干扰主题，总体显示效果不适合屏幕的视觉感受，因而造成读图效率低，增加
了用户的认知负担。因此，为了解决上述电子地图显示质量的问题，电子地图符号体系研
究及通用符号库的研制是必须首先研究的问题。
不论是纸质地图还是电子地图，符号系统都是地图的重要组成部分。目前已有的电子
地形图符号系统主要是沿用纸质地形图的图式，电子地形图的表示方法严重受限于纸质地形图的思维方式，几乎是照搬纸质地形图的符号体系，没有考虑到电子地形图的屏幕显示
与阅读特点。电子地形图与传统纸质地形图相比，具有许多不同的特点，地图制作者和地
图用户都面临着一个新的地图感受与读图环境，纸质地形图符号体系并不能完全适用于电子地形图。因此，必须针对电子地形图的特点，进行基于用户的电子地形图视觉感受实验，研制一个能体现电子地形图特性的基于用户视觉感受研究的电子地形图符号体系。
此外，在电子地图上，地图比例尺的概念大大地淡化了。因为无论多大比例尺的地图
数据都可以显示在屏幕上，而地图的详细程度取决于数据源所能提供的详细程度。所以，
电子地图不必像纸质地图一样，每个比例尺对应一套符号，而是根据大中比倒尺和中小比例尺各建一套符号系统就能满足要求了。目前每个ＧＩＳ应用系统都要研制自己的符号库，由于没有统一的符号体系与制作规范，用户要花费大量的时间来适应不同的符号库，研制人员则要进行大量的重复劳动，电子地形图的这种现状不利于其推广应用，且造成研究资源上的浪费，为了使电子地形图在生活中发挥更大的作用，达到信息与资源共享，需要应用地图视觉感受理论及地图符号学理论对电子地形图的符号体系进行深入细致的研究，研
制基于电子地形图符号体系的通用电子地形图符号库软件。
总装备部科研项目“军用电子地形图符号体系研究与符号库建立”就是在这样的背景
下被提出的，本文是该课题研究成果的总结。
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１．４研究目标及意义
本论文的研究目标是提出电子地形图符号体系，主要包括提出电子地形图符号体系的编制原则、进行基于用户的电子地形图视觉感受实验、建立电子地形图符号体系表、总结电子地形图符号的构图规律以及研制电子地形图符号库。进行基于用户的电子地形图视觉感受实验是为了分析用户的测试结果，提出基于地图视觉感受理论及电子地图特性的电子地形图符号体系。电子地形图符号体系表是在视觉感受实验的基础上修改和建立的，主要是针对纸质地形图图式进行修改，对基本符号实体内容适当简化，对色彩、图元组合关系进行相应调整，使建立的符号体系表更加符合人的视觉感受，并充分考虑电子地图的视觉感受和读图环境、以及更加方便符号库的制作。总结电子地形图符号构图规律是根据对电子地图视觉变量的理解，应用地图视觉感受理论和地图符号学理论，对电子地形图符号体系进行研究，同时根据符号库建库的需要，将所有符号分解为最小图元，提出了点状、线状及面状符号的构图规律。研制电子地形图符号库是为了验证和推广电子地形图符号体系的研究成果。
提出的电子地形图符号体系可作为各比例尺电子地形图符号设计的规范，以及地理信息系统、ＧＰＳ导航信息系统、军事作战指挥系统、军用标图系统中各种基础地理信息符号显示的标准。研制的符号库作为通用标准符号库可以应用于地理信息系统、ＧＰＳ导航信息
系统、军事作战指挥系统、军用标图系统中各种基础地理信息系统。另外利用地图符号学
研究电子地形图符号视觉变量、符号体系构图规律等以及进行电子地形图视觉感受实验，对理论地图学研究也是有益的探索，将研究成果研制成符号库对研究成果的推广应用也具有实践指导意义。
１．５本文的内容和结构
本文主要研究电子地图符号设计的理论基础和电子地形图符号体系构建的主要内容，
并且尝试通过电子地形图的视觉感受实验，来提出电子地形图符号体系，从而研制基于电
子地形图符号体系的符号库。
全文共分六章：
第一章绪论。总结了电子地形图符号体系和符号库的研究现状及其存在的问题，并介绍了电子地形图符号体系的研究背景、研究目标及意义，概括了本文将要进行的研究工
作。
第二章电子地图符号设计的理论基础。介绍电子地图的相关概念和特点；对地图符号学理论、地图视觉感受理论、地图美学理论等符号设计的理论基础进行了研究，并对其
在电子地图符号设计中的作用进行了分析。
第三章电子地形图符号体系的构建。首先指出了电子地形图符号体系构建的主要内
容，分析了现行纸质地形图符号体系直接应用于电子地形图中存在的不足，，提出了电子地形图符号体系构建的基本原则，就如何对纸质地形图符号进行修改进行了说明，并建立
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了初步的电子地形图符号体系表，最后对电子地形图符号的构图规律进行了研究。
第四章电子地形图的视觉感受实验。首先介绍了地图视觉感受的实验方法，然后对本
课题所采用的数据处理方法——模糊综合评判方法的特点和步骤进行了探讨，并对利用
ＶＣ＋＋编程语言编制的实验软件的主要功能和实现方法做了详细叙述，最后介绍了作者进行
的视觉感受实验，并对其实验结果进行了分析，在上述实验研究的基础上，提出了修正的
电子地形图符号体系表。
第五章基于电子地形图符号体系的符号库研制。首先介绍了地图符号库的设计原理，
然后具体说明了基于电子地形图符号体系的符号库设计方法和实现过程，并详细探讨了如何利用ＧＤＩ＋来优化该符号库，最后对所研制的地图符号库进行了符号化实验。
第六章结论。总结全文并展望以后的研究工作。
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第二章电子地图符号设计的理论基础
２．１电子地图概述
２．１．１电子地图的概念
电子地图是２０世纪８０年代中期随着ＧＩＳ及数字地图的发展而产生的。２０世纪９０年代以后，电子地图得到了进一步发展，从单幅地图的实时显示发展到电子地图集，从阅读型电子地图发展到分析型电子地图。它不仅仅在政府管理、规划、预测方面甚至在大众传播媒介等领域均显示出其广阔的应用前景。可以说凡是与空间位置有关的生产活动及社会实践，均可以电子地图为基础加以不同程度地反映。数字地图是电子地图的基础，电子地图是地图数据的可视化产品，因此，我们可把电子地图定义为“是以数字地图为基础，并以多种媒介显示的地图数据的可视化产品。”㈨电子地图产品形式多样，主要有以下五种；单机或Ｉｎｔｒａｎｅｔ电子地图系统、ＣＤ－ＲＯＭ或ＤＶＤ—ＲＯＭ电子地图、互联网电子地图、触摸屏电子地图产品、手机或个人数字助理（ＰＤＡ）等便携设备上的电子地图㈨。这些电子地图产品组成了电子地图的综合应用体系。２．１．２电子地图的特点
电子地图作为一种全新的地图产品，与纸质地图相比，具有许多优点：（１）动态交互性
纸质地图一旦印刷完成即固定成型，不再变化。电子地图则是使用者在不断与计算机的对话过程中动态生成出来的，使用者可以指定地图显示范围，设定地图显示比例尺和自由组织地图上出现的地物要素的种类和个数。电子地图提供数据查询、基本的空间分析等工具，使用户获取地图信息非常灵活。交互式电子地图用户可以自己改变符号的形状与色彩，组织地图数据等，还可以利用动态地图来显示现象随时间变化的动态过程等等。
（２）超媒体集成性和表示方法的多维性
超媒体是超文本的延伸，即将超文本的原则扩充至图形、视频、声音，从而提供了一种浏览不同形式信息的超媒体机制。电子地图可以应用超媒体技术实现图像、文字、声音互补。电子地图除了可以显示等高线、等值线外，还可以直接生成三维立体影像，甚至还能在地形三维影像上叠加遥感图像，能逼真地再现或者模拟真实的地面情况。因此电子地图在提供不同类型信息、满足不同层次需要方面具有传统地图所无法比拟的优点。
（３）无级缩放
纸质地图都具有一定比例尺，一张图的比例尺是一成不变的。电子地图则不然，在一定限度内可以无级缩放和开窗显示，以满足应用的需要。
（４）较强的适应性
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在电子地图中，用户可以根据自己的需要，进行较快、合理的数据更新。而传统的纸质地图的内容一经确定将无法更改，更新较为困难。
（５）数据的共享性及易用性
电子地图可以在网络上传输，无损失地复制，出版工序简单，产品运输方便快捷。电子地图用户可以直接从网上下载地图阅读软件以及获取所需要的各种地图，而不用关心地图的开发、维护、更新和管理。２．１．３电子地图的构成
电子地图一般包括基础数据、符号体系和平台功能等部分构成。（１）基础数据㈨
电子地图数据是计算机可以识别的，在一定的坐标系统内，具有确定的定位和属性标志的地面要素和现象的离散数据，包括地面要素的属性、坐标和关系，由此来描述存储对象，是面向地形物体的，没有规定用什么符号系统来具体表示，因而又是独立于表示法的。这样将地形物体的信息存储与他们在图形介质上的符号表示分离开来，提高了数据检索与图形表示的灵活性。
（２）符号体系嘲
符号体系是指根据不同人群的心理特征、职业特点、关注重点、兴趣爱好等确定不同的符号设计方案。设计符号要以内容为基础，确定内容的图形表示方法即符号设计。符号设计的内容包括符号的图案设计、尺寸设计和颜色设计等。
（３）平台功能
作为一个好的电子地图，它应该具备以下功能：图形显示功能；多媒体功能；信息查询检索功能；统计制图功能；决策功能；空间分析功能等。
２．２地图符号学理论
地图符号学研究中的图形符号学观点，主要是以贝尔廷的视觉变量理论为基础的。视觉变量理论为地图内容的符号化提供了理论依据，也对地图符号设计的系统化和标准化起到了促进作用侧洲嘲。２．２．１地图符号的视觉变量
视觉变量也称图形变量，指的是图形符号之间具有的可引起视觉差别的图形或色彩因素的变化。法国地图学家贝尔廷把构成图形符号的基本要素抽取出来，称为“视觉变量”，即形状、尺寸、色彩、亮度、纹理和方向，它们分别以点、线和面的形式出现，如图２．１。贝尔廷对视觉变量的定义，是针对广义的图形符号而言的，对于地图符号来说不完全适用，有些视觉变量在地图符号设计中很少采用，如大多数点状符号和线状符号，由于符号所占面积较小，亮度和纹理的变化很难区分出来，方向变量在地图设计中也很少使用。据此提出了构造地图符号的六个视觉变量：形状、尺寸、色彩、亮度、图案和纹理。通过视觉变
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量的不同组合，使符号之间既有联系又有差别，从而表示地图内容之间的内在联系与差别。
图２．１贝尔廷从视觉感受的角度提出的六个视觉变量
２．２．２电子地图符号常用的视觉变量
传统纸质地图符号的视觉变量包括形状、尺寸、色彩、亮度、图案和纹理。而对于电子地图，面对新的视觉感受环境和读图环境，以上六种视觉变量的具体应用形式和使用频率已经发生了变化。亮度变量可以归结到色彩变量中，方向变量主要用于符号所代指的地理现象本身的方向，而密度变量可以用图案纹理来代替。目前，电子地图符号常用的视觉
变量是如下几种：
（１）形状变量仍然是电子地图符号主要的视觉变量，用于区分地图要素的类型和表示其质量的差别。只是电子地图符号由于显示范围的限制和信息密度的降低，所以其形状更
加简洁，醒目。
（２）尺寸变量也是电子地图符号主要的视觉变量，用于表示各种地理要素和现象的数
量特征。只是电子地图符号的尺寸偏小一些，线划更加精细。
（３）色彩变量是电子地图符号最主要的视觉变量，可以用于表示地图要素的类型、质量的差别和数量差别。由于计算机屏幕的显色原理，电子地图的色彩变量可以给人以强烈的先入为主的视觉感受效果，属于优先选用的视觉变量。
（４）纹理变量也是电子地图符号常用的视觉变量之一。可以用于面状符号、体状符号
的填充。运用纹理的质地感、真实感、厚重感来增强视觉识别的效果。大面积的使用（面
状符号、体状符号）可以渲染视觉表现上的气氛，使色彩富于变化，达到和谐美，增强
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地图的表现力。
２．２．３地图符号学理论在电子地图符号设计中的作用
将符号论应用于地图学中形成了地图符号论，系统地研究地图符号的语义、符号的关系及符号的效用，以此指导地图符号的设计及地图符号的使用规则。地图符号学理论在电子地图符号设计中的作用有以下两点：
（１）地图语言的语法研究的是地图符号系统的构成，以及各种地图表示手段的运用和组合的规则。地图符号之间在语法层次上的相互关系有：差异与统一的关系、等级与层次的关系、简单与复杂的关系、空间与平面的关系、确切与概括的关系以及随意与俗定的关系等嘲。这些关系的确定对电子地图符号设计具有规范和指导作用。
（２）地图符号学中的视觉变量作为图形符号设计的基础，为深入研究地图符号开拓了新的途径，特别是在研究符号构图规律和加强地图的表现效果上具有不可忽视的作用。关于视觉变量在符号构图规律中具体作用在第三章有详细论述。
２。３地图视觉感受理论
地图感受论是把生理学、心理学和心理物理学的一些理论及实验方法应用到地图学研究中而形成的现代地图学理论。地图感受论从地图使用者对地图图形的视觉感受特点出
发，通过物理—一Ｄ理——生理学的方法对地图怎样设计才能为地图读者所接受的问题进
行实验研究，目的在于改进地图的设计方法，最大限度的提高地图信息的传输效率嗍。在现代地图学理论中地图感受论是最具实用性的理论之一，为地图设计提供了科学依据。
本文将采用心理物理学实验来检验电子地形图表达的视觉感受效果，以此来建立电子地形图符号体系表。从理论研究的角度来说，目前对于计算机环境下的地图感受论研究还不成熟。在计算机条件下，被试者与计算机具有更多的交互操作，怎样更合理地设计实验是需要进一步研究的问题。２．３．１电子地图的视觉感受环境
电子地图的大量出现，使得地图制作者和地图用户都面临着一个不同于传统纸质地图的新的地图感受和读图环境。电子地图的读图感受环境主要依赖于计算机硬件设备，由于电子地图一般是在屏幕上阅读的，因此电子地图上图形的视觉感受效果要受到计算机屏幕尺寸和分辨率的影响。电子地图和纸质地图在读图与视觉感受环境上的区别如下：
（１）媒介不同。电子地图以显示屏为媒介，而传统地图是以纸张等作为载体。计算机屏幕本身是个发光体，用户读图时，其视敏度受外界的影响小，而纸质地图的阅读需要外界光源。
（２）阅读方式不同。电子地图由于受屏幕尺寸和分辨率的限制，整幅显示的效果受到影响，以分块、分层显示为主，而传统地图以图幅为单位整页出版印刷，内容显示是多层次图形的融合，地理要素相互之间的关系体现清楚。
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（３）内容详略程度的可变性不同。电子地图是数字化地图符号化的结果，数字地图是电子地图的数据基础，因此只要有数据支持，电于地图就能根据显示区域的大小有选择的显示地图内容。比例尺大，提取的指标可以放宽一些，显示的内容就详细一点。比例尺小，则指标高一些，显示的内容少一些，这也就是说电子地图显示地图内容的详略程度是可以控制的，而传统纸质地图的内容是固定不变的。
（４）地图表现的精细程度不同。计算机屏幕的分辨率比纸张低，纸质地图上图形显示的分辨率达０．Ｉｍ，甚至更小，而计算机屏幕的最小点距约为０．２ｍｍ’Ｏ．３咖。因此电子地图的符号系统不如纸质地图的符号系统精致美观。
（５）地图的色彩空间不同。电子地图受计算机监视器的影响采用Ｒ、Ｇ、Ｂ色空间，色彩丰富。而传统纸质地图受纸质印刷油墨的影响采用Ｃ、Ｍ、Ｙ、Ｋ色空间，表色性较弱。
（６）集成化程度不同。电子地图的制作、管理、阅读和使用能实现一体化，对不满意的地方能够方便地进行修改。而传统纸质地图的生产、管理和使用是分开的。电子地图能把图形、图像、声音和文字合成在一起，使地图用户更快、更直观地获取电子地图所传输的信息，它还可反映动态的、变化的地理现象，给人强烈的视觉冲击，而纸质地图却做
不到。
读图环境与视觉感受是密切相关的，读图环境的改变必然引起视觉感受效果的一些变化。对电子地图读图环境的分析，必将有助于电子地图的视觉感受研究，从而进一步指导电子地图及其符号设计。２．３．２电子地图视觉感受效果研究
视觉变量的扩展也引起了电子地图视觉感受效果的拓展和加强，除了有整体感、等级感、数量感、质量感外，还具有明显的层次感、动态感和立体感等多种感受效果。
（１）电子地图使人可以全方位、多角度的了解地理信息
电子地图可以利用漫游、闪烁、开窗等计算机图像显示和处理技术方法加强地图的表示效果，把地图图形与图像、声音、录像、文字等多媒体信息结合起来，全方位、多角度地介绍与地理环境相关的各种信息，极大的丰富了地图的表示内容，使地图更具有表现力。而纸质地图受媒介的影响，所有的信息集中在一个层面上，使用功能单一，用户更多的是被动的用视觉来接受信息。
（２）电子地图引起的全通道、多感官的刺激
电子地图使用户可以充分利用人类的多种感觉通道来获取空间信息，比纸质地图仅仅利用视觉通道来获取信息具有更多的优点，视觉与听觉、触觉的配合能给用户一个全新的感受。如电子地图中的虚拟现实技术，不仅仅让用户用视觉来感知地图，还可以用触觉、听觉、嗅觉等多重感觉通道使人沉浸于三维地理环境中。
（３）地图符号种类的增加对视觉感受的刺激
常规纸质地图符号主要是图形符号，只有依靠视觉感受来传输地图信息。随着计算机
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图形学以及数字地图制图等相关技术的发展，电子地图符号呈现出多样化、个性化的发展趋势。比如符号按状态可分为静态符号和动态符号；按抽象程度分为：几何符号、象形符号和文字符号；按图解方式分为二维平面符号和三维透视符号等。另外还充分利用计算机存储容量大特点，利用多媒体技术和图形图像技术，采用丰富多彩的符号，如真形符号、立体符号和图像符号等，以使地图产生层次分明、色彩协调、真实生动等视觉效果。现在出现的可进入式地图，通过一些硬件设施（如眼镜和手套等），在地图显示方面结合视频、三维动态显示地图符号等手段，从视觉、触觉以及听觉多方位来刺激人的感受，达到人与环境的融合，使人有身临其境的感觉，从而能更好、更快地传输地图信息。
（４）电子地图功能（技术）对视觉感受的影响
电子地图功能表现出灵活性、多样性，除了地图显示功能外，还具有分层显示、动态显示、查询检索、统计决策、专题图制作等功能。从电子地图上获取信息的方式也更加人性化，如用户可以使用多种方式来阅读地图，获得的信息种类和数量也大大增加，因此，电子地图不仅易于给人以强烈的视觉冲击，而且利用多媒体技术可以给人以多感官的刺激。同时也强化了原有的视觉感受的效果。如从２．５维立体感到真三维立体感，更加逼真；从单一靠色彩、图形表现的质量感、等级感到依靠多种信息传输分类或数量差别的具体感；从由带箭头的符号和同一形状不同尺寸的符号体现的静止动态感到符号闪烁、模拟路径动画体现的真实的动态感，大大地提高了电子地图的表现力。
２．４地图美学理论
１９世纪法国雕塑家罗丹说得好：“美是到处都有的，对于我们的眼睛，不是缺少美，而是缺少发现。”美，同时又是一种概念，博大而精深。在地图学中，美同样存在。任何一幅优秀的地图作品都应该是科学与艺术完美的统一体。地图的美不仅表现于地图外在形式的艺术性，而且也表现于它内在形式的科学性。前者是地图图形和色彩等物质属性直接体现的美，属于艺术美。后者蕴含于体现理性的内在结构中，属于更深层次的科学美，只有从这两个层次全面分析地图美的特征，才能真正认识地图美学研究的实际价值。地图的美学研究是一个新的课题，其实践意义和研究内容尚在讨论之中。俞连笙说，对地图进行美学的研究并不只是为了挖掘地图的美和把地图画得漂亮一些，更重要的是总结和探索美的观念和规律与地图创作中的科学认识活动、科学技术活动之间的内在联系、进而促进地图创作质量的全面提高ｍ，。
随着地图的广泛运用和人们对地图审美能力的不断提高，地图美学越来越受到重视，地图符号设计作为地图美学的重要组成部分，起着美化地图，引导读者欣赏、研读地图的作用。但是对电子地图来说，其图形的视觉感受效果要受到计算机屏幕尺寸和分辨率的影响，其符号设计如果处理不好将远远不如纸质地图新颖和美观，而且计算机为电子地图的显示提供了极为丰富的色彩空间，面对如此多的色彩，专业地图设计人员也会感到符号设计中的选色是一件很难的事情，更不用说没有经过地图学专业训练的地图用户了。
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２．４．１地图符号设计的美学因素
地图符号是一种专用的图解符号，采用便于空间定位的形式来表示各种物体与现象的性质和相互关系。地图符号不仅种类多、大小各异，而且其尺寸、形状、方向等对整幅地图的美观有直接影响。因此地图符号的设计必须考虑地图的主题和内容，及读者的心理和社会环境等因素。其相关因素可以用图２．２表示Ⅲ３。
图２．２符号设计与七个主要因素的相互关系
其中，视觉变量、心物学法则、习惯联想与美学关联性较强，在地图符号设计中的作用最为明显，是决定地图符号设计成败的关键。２．４．２地图美学理论在电子地图符号设计中的应用
在电子地形图中，我们可以在技术美创新理念指导下，通过深入研究现代人对图形、色彩、媒介和形式美的追求趋势，充分利用模板技术和图形图像处理技术等来增加地图符号的美感。以下是地图美学理论在电子地图符号设计中的应用：
（１）在符号的图形构成上，从三个方面的美学相关角度来考虑：符号的“图案化”、符号图形的逻辑性、地图符号整体构图关系。
符号的“图案化”就是设计地图符号，把复杂对象用概括的方法，抓住对象的基本特征，用有规律的图形加以表示，使符号画在地图中美观清楚，实现“图案化”，做到象形、简洁、明显。有时候为了做到图形简洁，可以牺牲“象形”的要求，构图要有规律，多采用基本的几何图形（三角形，方形，矩形，圆等等），从视觉效果来说，简单的图形也易于记忆，易于区别。
美学理论认为，美感中不仅要有感觉情感、想象和理解㈨。而人类对符号作出的一般性理解通常具有逻辑性。符号图形的逻辑性就是设计符号图形时，一定要使符号的构图与符号的含义建立起内在的、有机的联系，或者说让地图内容的分类、分级，重要、次要等诸变化相应地反映在图形变化上。因为这样才有助于读者了解和熟悉所感受到的符号信息，便于用图时识别各种符号。
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地图上的符号并不是孤立的，它们在对比中存在，相互配合中起到自己的作用。美在于客观事物的均衡、对称、和谐、多样统一以及黄金分割等形式。考虑地图符号的整体构
图关系就是使各种符号不仅各部分的排列要适当，而且各符号的体积和顺序也决定着地图
的美观。美学认为美需要三个条件得到满足才能成其为美：第一是事物的整体性和完善性；
第二是恰当的比例或和谐；第三是明晰，色彩鲜明。
（２）在符号色彩设计上，电子地图色彩不要太过浓重，尽量选择一些浅淡、素雅的
颜色进行搭配，这样对于使用者来说看起来比较舒服，不会有太刺眼的效果；另外要利用色彩的象征性来指导地图符号的色彩设计。对于面状符号常具有背景的意义，使用饱和度较小的色彩；点状和线状符号则使用饱和度大的色彩，使其构成较强烈的刺激，而易为人
们所感知，在这个原则基础上，再结合色相、明度和饱和度变化表现各种对象的质、量、分布范围等，极大地增大了地图的载负量，使读图变得简单、快捷。
（３）在符号的视觉感受效果上，地图上利用光影技术产生立体感的方法由来已久，
根据表示的内容及用途的需要，可以将光影技术运用于点状符号、线状符号和面状符号，甚至于整个主体区域，增加地图的层次感和立体感。
总之，充分利用新技术，提高地图的表现力，使地图作品达到科学性与艺术性的完美统一，是设计制作电子地图符号时努力的方向。
“理论是实践的基础”。说绘制地图符号是“符号理论”的具体体现，那么符号制作
方法则是“符号理论”的扩展。符号制作方法将在第五章进行详细叙述。
２．５本章小结
地图符号学理论、地图视觉感受理论和地图美学理论是电子地图符号体系研究的理论
基础，因此本章用了一定的篇幅对这些理论进行了探讨。
本章主要内容有：
（１）介绍电子地图的发展历程、概念和种类，分析了电子地图的动态交互性、超媒
体集成性等几大特点，对电子地图的构成作了简要介绍。
（２）介绍地图符号学理论中的视觉变量的概念及其理论，对电子地图常用的视觉变
量作了分析，探讨了地图符号学理论在电子地图符号设计中的作用。
（３）介绍地图感受论理论，详细讲述了电子地图的读图与视觉感受环境，研究了电
子地图的视觉感受效果。
（４）介绍地图美学理论，对地图符号设计中的相关美学因素进行了探讨，就地图美
学理论对电子地图符号设计中的作用进行了分析。
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第三章电子地形图符号体系的构建
电子地形图符号体系的构建主要包括提出电子地形图符号体系的编制原则、进行基于用户的地形图视觉感受实验、建立电子地形图符号体系表、总结电子地形图符号的构图规律以及研制电子地形图符号库。电子地形图符号体系表是在视觉感受实验的基础上修改和建立的，主要是针对纸质地形图图式进行修改，对基本符号实体内容适当简化，对色彩、图元组合关系进行相应调整，使建立的符号体系表更加符合人的视觉感受，并充分考虑电子地图的视觉感受和读图环境、以及更加方便符号库的制作，该符号体系表将作为电子地形图符号体系标准的基础。通过实际应用，修改后形成标准。
３。１存在的不足
在国内外研究现状已经提到过，目前还没有对电子地形图符号体系进行系统深入的研究，也没有建立统一的电子地形图符号体系，实际应用中主要是采用纸质地形图符号体系，因此王均等人进行了相关研究，但他们的研究存在一些问题，这些问题在研究现状中已经进行了分析，这里不再赘述。把现行纸质地形图符号体系直接应用于电子地形图存在许多不足：
（１）图式与分类代码互相分离，不便使用。《（系列比例尺）地形图图式》Ⅻ”（简称以下范图）中只规定了符号的大小与形状，《（系列比例尺）地形图要素分类与代码》“”（以下简称编码）只规定了要素的名称和代码，两个标准互相独立，符号的名称、形状和代码互相对照困难，不便于查找使用。
（２）有些常见地物没有符号表示。随着社会的发展，有些过去不常见的地物变得很普遍，有些过去没有的地物现在到处都是，如路边的普通广告牌以及高速公路旁边的巨幅
广告牌（柱），超级市场。为了使它们能准确、形象地反映到地图上，需要及时地补充。
（３）尺寸标注不规范。有些符号的尺寸标注让人不清楚，且范图中没有说明，如三角点符号旁边的尺寸标注是“１．６”，没有说明是三角形的外接圆直径还是三角形的边长，让制作者无所适从。
（４）有的符号没有标注尺寸。如水系中的常年河、时令河、消失河、伏流河等范图上均没有标注尺寸。
（５）代码和符号没有完全一一对应。如依比例尺和不依比例尺隧道是不同形状的两个符号，但在编码上却只有一个，类似的还有很多。有些符号没有代码，如草绘公路、简
易公路等。
（６）图式和代码没有完全一一对应。如高草地和草地在编码中是两个不同的符号，但在范图中却是一个符号。
（７）范图和编码中符号的名称没有完全一一对应。如在范图中等高线分为基本等高
线、加粗等高线、半距等高线、草绘等高线，而编码中却分为首曲线、计曲线、间曲线、
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助曲线、草绘等高线以及任意等高线。
（８）范图中符号区分不明显。符号主要从形状、尺寸、颜色等视觉变量来区分，但是范图中的符号有些是没有区分的。如范图中的特种地区界和海上禁区界是没有一点区别
的。
３．２电子地形图符号体系构建的基本原则
为了改变目前电子地形图表现方法上存在的问题，根据对现有符号体系的理论研究和
调查结果，同时参考纸质地图的图式规范、考查电子地图制图技术以及参考国内外电子地图标准研究成果，应用地图视觉感受理论提出以下电子地形图符号体系构建的基本原则。
（１）广泛开展研究，力求符号体系科学合理
为使建立的符号体系科学合理，一方面要深入研究传统纸质地图图式和编图规范，以及国际上与本体系相关的先进标准和适用规范，熟知地理环境要素认知原理和图形符号处理方法，时刻关注地理空间信息处理技术和地图制图技术的发展趋势，广泛听取同行们的意见。另一方面针对数字制图技术和屏幕显示的视觉特征做出相应变化，提出有别于纸质地形图图式的电子地形图符号体系，同时进行基于用户的电子地形图视觉感受实验。
（２）建立以颜色分类和形状分类为原则的符号体系
符号的颜色分类原则，应该在参考纸质地形图图式的基础上，同时分析电子地图和纸
质地图的显示媒介的不同，结合现今常用的电子地形图符号库，以及考虑颜色对人的视觉刺激和颜色心理因素的作用，对地形图符号的颜色进行修改，不同要素层采用不同颜色，同类元素应在同一色系中选色，这样可以使该符号性质更加鲜明，使图面更加简洁，更具美学特征，提高地图的表现力。
而在形状分类的原则上，应该参考测绘行业标准《地图符号库建立的基本规定》，只要确定了以形状分类的图元作为本体，在现有电子地形图符号库制作平台上，其他外部参数都可以方便地进行编辑处理，生成与地理现象相对应的丰富多样的地图符号嘲。这将作为每个ＧＩＳ应用系统制作符号库的标准。经笔者分析，点状符号图元包含折线、椭圆、圆
弦、圆扇、矩形、曲线、文字；线状符号图元包含轴线（平行线、实心线）、空线段、分支
线（一侧、两侧）、短直线（左侧、右侧、两侧）、调用点符、调用线符。利用以上图元，进行合理的组合，基本上可以构造出地形图图式中所有的符号。
（３）减少地图比例尺符号系统
在电子地图上，地图比例尺的概念大大地淡化了。因为无论多大比例尺的地图数据都可以显示在屏幕上，而地图的详细程度取决于数据源所能提供的详细程度。所以，电子地图不必像纸质地图一样，每个比例尺对应一套符号，而是根据大中比例尺和中小比例尺各建一套符号系统就能满足要求了。不同比例尺地图符号化时，如使用相同的符号库，只需设置符号的缩放比例，便可实现符号配置，这样既保证了地图符号的精度，又使地图符号库得到重用，节约了不同符号库建库的开销。
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（４）考虑认知惯性，在继承的基础上加以创新
以纸张为基本载体的国家基本比例尺地形图图式（符号体系）已经沿用多年，形成了广泛的认知惯性，得到了社会用户的普遍认可，并不因为屏幕显示的变化而产生体系性的脱胎换骨式的变化。因此，符号基本色调延续纸质地图符号的色调，以蓝色表示水系，以棕色表示地形，以绿色表示植被，对显示器上不易分离的色调变化进行增强处理，对不易认知的符号做出简要的文字说明。１。在此基础上再对地图符号的其它方面如形状进行创新突破。
（５）注重屏幕读图感受环境，在实验的基础上加以确定
电子地图与纸质地图的显示媒介不同，加上制图技术与方法上的差异，电子地图与纸
质地图相比较在许多方面已发生了很大变化，首先表现在电子地图与纸质地图具有不同的
地图感受环境。因此在符号设计时应该注重屏幕读图感受环境，比如“政府机关”在大中比例尺下运用红色五角星符号比黑色五角星看起来更加直观形象生动，让人一眼就能看出该符号表达的含义，而在中小比例尺下只需宏观了解地理环境，运用红色填充圆来表示其位置和意义即可。另外还应该在电子地形图视觉感受实验的基础上加以改进和确定。
（６）建立符号体系表，使之成为电子地图符号制作的标准
体系表为二维列表，表项依次为符号编码、符号名称、原图形符号、图形符号、符号尺寸和基本色调及文字说明。符号名称和符号编码与ＧＢ厂ｒ１３９２３．９２《国土基础信息数据
分类与代码》㈨的内容基本对应，确定一级类为测量控制点、居民地、工农业和社会文化设施、交通运输设施、水系及其附属设施、植被、地貌与土质、境界等。二级类仍以符号
类型为基础确定符号名称。图形符号分为大中比例尺符号与中小比例尺符号两类。符号编
码、符号名称、图形符号、基本色调、符号尺寸应该做硬性规定，并附上文字说明，使之
成为地图制作者制作符号的标准。
３．３初步的电子地形图符号体系表
３．３．１需要修改的地形图符号
为了适应电子地形图的显示，经过笔者研究总结，对基础地理底图的制图对象（测量控制点、居民地、工农业和社会文化设施、交通运输设施、水系及其附属设施、植被、地貌与土质、境界等８个一级类别）的符号进行了筛选，在地图视觉感受理论和地图符号学
等相关理论指导下，通过对现有一些软件中电子地形图的符号进行理论分析，提出的初步修改意见：（１）测量控制点
该层所有的定位点的颜色需要更改为红色。三角点符号和天文点符号可以不用编码。
（２）居民地
独立房屋、突出房屋、高层房屋、小居住区、街区、破坏的房屋和街区里面的填充颜色应该改变。
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（３）工农业和社会文化设施
该层符号的颜色基本需要改变，要充分利用计算机颜色的丰富多彩，使赋予的颜色和实物相近。其中部分符号的形状需要修改。（４）交通运输设施
铁路符号中主要铁路颜色用黑色，次要铁路颜色用灰色。公路符号的颜色需要修改，尽量避免与境界颜色（黑色）、等高线颜色（棕色）相近，不同等级的道路可以将色彩逐级加深。电力线颜色需要改变，黑色容易和境界混淆。管道如输油管道等重要要素需要用一些鲜艳的颜色着重强调。机场等相关要素颜色也要更改。（５）水系及其附属设施
该层灯塔、助航标志、灯船、浮标、立标符号颜色需更改变，原来的黑色不醒目。内陆河流、湖泊用浅蓝色；海洋用深海洋绿色。（６）植被
主要使用绿色表示，否则图面颜色过于凌乱。（７）地貌与土质
主要使用棕色表示，由于地貌与土质在地图中总处于第二层次，因此可以采用淡化颜色的手段。（８）境界
符号形状和颜色需要改变，其中颜色应改变以往黑色为主色调的用色习惯。３．３．２初步的符号体系表结构
（１）根据符号内容分类原则，电子地形图符号体系在遵循系列地形图图式标准、数字地图产品标准、地理信息分类标准和符号标准的基础上应该有所变化。基础地理底图的制图对象分为测量控制点、居民地、工农业和社会文化设旖、交通运输设施、水系及其附属设施、植被、地貌与土质、境界等８个一级类别。如交通运输设施符号体系表的内容见表３．１，采用线分类法编排。
表３．１交通运输设施部分符号体系表
图形符号
符号编码
符号名称
原图形符号
大中比例尺
（大）
１５０１０ｌ
基本色讲
中小比倒尺
Ｒ
（小）・—－÷・争—一
Ｇ
Ｂ
符号尺寸（Ⅲ）文字说明
电力线管道（油、
—■－●哼一
・—－∈・ｊ——一ｌ嬲０１龃略颜色改变需要加注油、气，
１５０３０２
气，水等）砖石城墙
１００８０ｌ
－—－－一
８；５；；Ｉｆ
日—十＊㈣
２５５１６５
８４
宽：ｏ．１
水等
ｌ舯１５０１００略
颜色改变颜色改变，中小比
（完好）城楼
１２０３２３
赍
▲
｝。
５１１５３２５５略
倒尺下不显示
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（２）根据符号几何特征及地理目标分布原则，分为点、线、面三类。点状符号指代地理空间上的独立地物，符号大小与地图比例尺无关并具有定位特征。线状符号指代地理空
间上以线状、带状分布的地物。面状符号指代地理空间上以面状分布的地物，符号范围与
地图比例尺有关。本符号体系提出了符号体系的基本图形符号，采用线分类法编排。点状符号体系的基本图形符号如表３．２所示。符号的色彩、大小、方向、位置、亮度等参数视
为外部变量，由各类制图系统的符号编辑功能实现。
表３．２点状符号体系的基本图形符号
分类
折线
———一、／（３●ｌ
●ｏ
●●厂、
图形符号文字说明
椭圆圄弦圜扇
矩形
＿ｌ
◆９
ｌ
曲线文字
厂、厂、
剂
３．４电子地形图符号构图规律的研究
应用地图视觉感受理论和地图符号学理论对电子地形图的符号构图规律进行研究，必
将极大的改进电子地形图符号，形成能体现电子地图特性的基于用户视觉感受研究的符号
体系，这将更能加强电子地形图的表现力，提高电子地形图的应用效果，而且更加方便符
号库建库。
３．４．１纸质地图符号构图规律研究及作用
纸质地图符号构图规律的研究比较广泛，对符号库的建立以及地图符号模式识别起到了很大的促进作用，如信息工程大学测绘学院陈毓芬教授根据对视觉变量的理解，在分析已出版的十几本国内外地图集和我国现行图式规范的基础上，总结出纸质地图的一般规律，出版了《理论地图学》侧一书，并发表了《地图符号的视觉变量》Ｍ和《地图集符号系统构图规律的研究》渊，对纸质地图符号构图规律的研究比较透彻和全面；海军大连舰艇学院黄文骞教授的《地图符号的链码描述》㈨、《地图符号的结构描述》“７１以及其博士论文《地图模式识别的原理、方法与实现》嗍对地图符号构图规律在地图模式识别中的应用进行了详细探讨：辽宁工程技术大学何孝莹硕士论文《地图符号识别方法的研究》㈨主要针对点状地图符号本身特点对点状地图符号构图规律进行了较为详细的研究：信息工程大学测绘学院赵军喜的硕士论文（ＧＩＳ中地图符号库的设计与实现》嘲针对地图符号构图规律在地图符号库中的设计与实现进行了部分探讨；同样还有武汉大学谈晓军博士等人在《地图符号可视化的面向对象设计与实现》。“一文中对地图符号构图规律进行了研究等等。这些研究主要是基于纸质地图的，对于电子地图应用有的已经不再适用，纸质地图符
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号构图规律研究与电子地图符号构图规律研究是有区别的，主要表现为：读图与视觉感受环境的改变、地图符号视觉变量的扩展和符号库构建的不同，所以应该在纸质地图符号构图规律的基础上对电子地图符号构图规律重新研究。３．４．２电子地形图符号的构图规律
电子地形图作为电子地图的～个品种，其读图环境和视觉感受与电子地图是相同的。根据对电子地图视觉变量的理解，应用地图视觉感受理论和地图符号学理论，对电子地形图符号体系进行研究，同时根据符号库建库的需要，将所有符号分解为最小图元，提出了点状、线状及面状符号的构图规律。３．４．２．１点状符号的构图规律
电子地形图中点状符号的视觉变量是形状、尺寸、色彩。形状变量是构造点状符号的
主要符号变量，所以在这里只讨论点状符号在形状方面的构图规律。根据点状符号图形形
状的不同，可以把点状符号分为两大类：象形符号和几何符号。但是在电子地形图中象形符号图形形状复杂，计算机实现起来比较困难，而且在地形图中比较少用，因此本文在这里只探讨几何符号的构图规律。几何符号的构图规律有以下几条：
（１）利用基本形状作为符号主体，容易区分。地图上的许多符号都是利用三角形、
矩形、圆形等基本几何符号作为符号的主体部分，使得符号的形状有较大差别咖１。
（２）使用结构元素，赋给符号语义以种属和群的概念。地图上有些符号意义相近，
或有着某些特殊的联系，则使这些符号在结构上有一个共同的结构元素，以突出符号之间
的联系。如“土堆上的三角点”与“三角点”有共同的结构元素——三角形㈣。
（３）符号的定位点一般是符号形状的几何中心。如测量控制点、独立地物、不依比
例尺的居民地符号和窑洞符号等。
（４）符号的几何图形与实际地物的形状相象，如烟囱、水塔等。或者与实地物体的
轮廓相象，如独立树等符号。而且很多符号的图形具有对称性，有的是上下对称，有的是
左右对称，还有的是上下、左右都对称。
（５）利用基本形状的组合构图。通过对符号结构的分析，笔者把构造符号的基本图元分为以下几种：折线、椭圆、圆弦、圆扇、矩形、曲线、文字。利用以上图元，进行合
理的组合，基本上可以构造出地形图中的所有点状符号。
３．４．２．２线状符号的构图规律
电子地形图中线状符号的视觉变量主要是形状、尺寸、色彩。形状和色彩变量用来表示物体的质量差别，尺寸变量用来表示物体的数量差别。线状符号的构图规律主要有以下几条：
（１）线状符号形状的差别体现在线状符号循环段的形状区别上。线状符号也可以看作是由基本的图元构成的，但是与点状符号不同的是，线状符号是以定位直线为基准，在
定位线上配置点单元或线的循环段单元。
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（２）利用基本图形的组合构图。笔者经过分析，将用来构造符号的基本图元分为以下几种：轴线（平行线、实心线）、空线段、分支线（一侧、两侧）、短直线（左侧、右侧、两侧）、基本点符、基本线符。根据以上的图元，我们进行合理的组合，可以制作出各种复
杂的线状符号。
（３）线状符号的形状与实际物体的形状相象。如城墙等符号。或者与实地物体的轮廓相象，如铁路等符号。
（４）线状符号的色彩变量是整个线状符号的颜色，而不是循环段中图元的颜色。（５）形状相同而尺寸或颜色有区别的线状符号应该被认为是不同的符号，在符号库中应该被分别存储，便于符号化。如等高线中的基本等高线和加粗等高线。
（６）线状符号的几何中心与地物的实际位置是一致的。如道路、河流等。
（７）线状符号的尺寸差别指的是单线符号的线粗，双线符号的线粗与间隔，虚线或点线符号各象元的尺寸变化。
（８）利用实线与虚线的变化。实线表示稳定的、准确的、地上的，虚线则相反，表
示不稳定的、不准确的、地下的㈨。
３．４．２．３面状符号的构图规律
电子地形图中面状符号的视觉变量主要是色彩、亮度、纹理。面状符号的构图规律主要有以下几条：
（１）面状符号的轮廓一般可以按照配置线状符号的方式绘制，其图案填充方式有两种：一是填充位图；二是填充晕线或符号。位图填充与点状符号的填充具有相似性，可以将位图模板看成是一个点状地图符号。采用位图填充较之点符填充的好处是位图可以记录任何可以见到的图像，它可以具有丰富的层次和色彩。
（２）利用图样中纹样的形状和方向变化可以表示制图对象的分布范围。如电子地形图中的微地貌类型，用不同形状的纹样图案表示平沙地、多沙丘地和新月形沙地等；用不同方向的纹样图案表示不同性质的沼泽，可通行沼泽用水平蓝色短线表示，不可通行沼泽
用垂直蓝色短线表示。
（３）在电子地形图中，色彩主要通过不同的色相来区分面状要素的属性。如湖泊、沼泽用蓝色，建筑区用红色，微地貌则用棕色。另外，色相的变化也可用于区分同一要素
内的质量差别，如淡水湖用蓝色，咸水河用紫色。
３．５本章小结
本章的主要内容有：
（１）提出了电子地形图符号体系构建的基本内容：提出电子地形图符号体系的编制原则、进行基于用户的地形图视觉感受实验、建立电子地形图符号体系表、总结电子地形图符号的构图规律以及研制电子地形图符号库。
（２）分析了纸质地形图符号体系直接应用于电子地形图中存在的不足。根据相关符
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号体系的研究成果，提出了电子地形图符号体系构建的基本原则。并在相关理论的指导下就如何对纸质地形图符号进行修改作了简要说明，建立了初步的电子地形图符号体系表。
（３）分析了纸质地形图符号构图规律的研究成果和对地图符号库的建立、模式识别
的作用，指出了纸质地形图符号构图规律和电子地形图符号构图规律的不同之处，最后深入探讨了电子地形图符号的构图规律，为后面符号库的建立提供了理论指导。
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第四章电子地形图视觉感受实验
４．１地图视觉感受实验方法介绍
地图视觉感受实验方法通常包括以下几个阶段：实验目的、实验方法、实验数据处理和结果以及讨论嘲嘲。下面分别叙述之。
４．１．１实验目的
实验目的就是实验所要达到的最终目标。４．１．２实验方法
实验方法是随着实验目的而产生的。实验方法包括选择被试、实验方案设计、实验用
图和实验设备以及实验过程。
（１）选择被试
被试就是实验的受试者，被试的选择直接影响到测试的结果是否正确可靠。通常要想使结论可靠，需要足够数量的被试。被试的选择一般有两种方法：随机抽样法和分层随机抽样法。
实验中如何把被试分组，也是地图视觉感受实验中所要考虑的问题。由于实验对象自身的各种因素会给实验结果带来很大影响。实验前把被试合理分组，可以消除这种影响。
然而，在选择地图视觉感受实验的被试时，为了简单、方便，常常是从地理学专业或地图学专业的大学生中选择被试。这样选择的被试具有明显的年龄、知识层次和是否具有
地图学知识背景等分类特征，便于对实验结果的分析。（２）实验方案设计
实验方案设计就是对所做的实验进程进行设计。在实验前必须拟定实验设计。实验设
计的完善与否，不仅直接影响地图视觉感受实验的进程及其效果，而且影响事实的结论和
由此所做的科学推断。实验设计一般包括四个部分：确定实验对象；确定实验所研究的反应，即确定实验中对被试（实验对象）所做的测量；确定实验所用的刺激；确定实验所用刺激的水平及其组合。
（３）实验用图和实验设备
实验前需要拟定实验中所用的地图以及实验所需要用的设备。
（４）实验过程
实验过程就是实验的步骤。
４．１．３实验数据处理和结果
实验数据处理是在取得原始数据后利用心理统计作为基本工具，整理和描述这些原始
数据，并从中找出一些规律，进行理论总结的手段。数据处理大致可分为两个步骤：首先
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是对原始数据进行初步整理，然后以经过整理的数据为根据作出一定的统计推断和结论。地图视觉感受实验中的数据处理通常采用的是科学研究中常用的一些方法，如数据的统计分析法、统计相关法、曲线拟合法以及相应的显著性检验等。值得注意的是实用统计技术的发展已大大地加强了数据处理的能力，例如多元统计分析中的主成分分析、主坐标分析和模糊数学中模糊综合评判方法等等都已经广泛地应用到地图的视觉感受实验中来了。４．１．４讨论
讨论就是对实验结果进行讨论和分析，看产生实验结果的原因，以及从实验结果中分析出更深层次的内容。
４．２实验数据处理方法
在上一节中已经提到地图视觉感受实验有许多数据处理方法，但对于电子地图的评测，至今尚无科学统一的评测指标和科学合理的评测方法。本实验拟采用模糊数学方法，对一般的主观指标评价问题建立模糊综合评价模型，将模糊因素数量化。根据经验评定法和层次分析法，确定评价指标的权重，引入等差打分法。利用向量乘积，求出综合评价结果的代数值。对所有评价对象按评价结果数值由大到小排队叫。这样便可对评价对象的综合评价结果进行直观比较，优劣一目了然。为电子地图质量评价提供了一种可行的科学方法。
４．２．１模糊综合评判方法的特点
模糊综合评判方法和传统的缺陷扣分法、加权平均法等相比，具有以下一些特点嘲：（１）模糊综合评判法以产品的非缺陷信息作为产品的基本质量信息，在此基础上，还考虑产品的缺陷对产品质量的影响。所以考虑的情况更全面，利用的信息更充分，得出
的结果也就更为客观和公正。
（２）模糊综合评判法是根据产品的质量特点，将影响产品质量的因素进行科学分解，
先对各因素对产品质量的影响进行平行评价，然后对各因素的影响结果再进行综合评判。既反映了各因素影响之间的差异性，又体现了各因素影响之间的联系性，所以处理过程更细腻，避免了将各不同性质的缺陷值进行简单相加，再加以判定的粗糙。
（３）模糊综合评判法尊重了质量本身所具有的模糊属性，利用各评价因子对不同质
量等级的隶属度来体现其反映的质量信息，使质量的模糊属性得到体现，避免了基于刚性质量观的评价所面对的问题。
（４）由于模糊综合评判法是一种全面评价，所以它受样本的局限较少，使由于样本
点选择的不同导致同一产品质量评价等级不同的问题得以有效避免。
当然，在看到模糊综合评判方法的优点的同时，不可否认，模糊综合评判方法也存在诸多不足，这具体表现在：
（１）对于模糊综合评判的数学模型，在评价因子较多的情况下，权值较小，在运算
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中会出现权值被“淹没”的现象。从而容易丢失评判信息，影响评判结果的准确性和可信
度。
（２）当按照极大隶属度原则确定评判结果时，若其中最大的与次大的很接近，且两者代表的质量等级相差很大时，会造成评判信息的丢失，带来较大的评判误差。
相对于传统的缺陷扣分法或加权平均法，模糊综合评判方法是对各评价因子的平行处理方法。根据产品的具体特点和构成，结合相关的规范，可以选择出全面而适合产品质量特点的评价因子，并确定出各因子对产品质量的重要程度。在此基础上，还可以根据产品的特点，将各一级因子进一步划分出二级因子，甚至三级因子，确定其相应权重。然后从下至上，一级一级地评价，直至得出最终结果。所以从总体上说，其程序更严谨，过程更细腻，结果更可靠。４．２．２数据处理的步骤（１）对被试进行分类
首先，根据评价问题的需要和对评价对象的要求，建立一个能够充分反映评价问题的被试类别。
被试：通过分析被试注册时回答的问题将其分成高级组、中级组和初级组。一般地，
电子地图产品用户类型包括：初级用户：基本没有使用计算机和地图经验知识的用户；中
级用户：有使用计算机经验但无地图使用知识的用户（或相反）；高级（专业）用户：有丰富的计算机经验和专业的地图知识嘲。设Ⅳ＝ｒ岛，岛，丘∥为被试构成的权重集。丘，岛，岛≥Ｏ，血十岛手岛＝Ｊ。岛是高级组权重，岛是中级组权重，岛是初级组权重。
（２）实验数据分组
然后将实验数据按照被试的分类分成三组，每组数据按照（３）一（６）步进行处理。
（３）由评定因素构成论域。”侧咖
根据在上述分析，评价因素构成论域为ｕ＝地图整体显示效果（∞，地图背景与整体显示效果和谐性（必，符号整体美观性（曲，符号绘制光滑度（曲，符号尺寸（∞，符号颜色（彩。
（４）由评价等级构成论域㈨
我们将地图的评定等级定为４等，郎优、良、中、差。由评价等级构成的评价论域为：
Ｖ＝优（Ｄ，良（囝，中（囝，差（力
对各评价因素的等级，用户通过实验进行评定。
地图整体显示效果（Ｒ。），地图背景与整体显示效果和谐性（Ｒ２），符号整体美观性（如），符号绘制光滑度（弛），符号尺寸（＆），符号颜色（凡）的评价分别为
Ｒｌ。ｌｖｌｉ｝ｖ口．ｖ１３．ｖ¨）
Ｒ２
２
ｔ
ｖｎ．ｖ∞．ｖ∞Ｉ
ｖＨ）
Ｒ３＝ｔｖｎ．ｖ诒．ｖ竹．ｖＭ）
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ＲＩ＝（ｖＩｌ，ｖ口．ｖ‘３｝ｖ¨）＆＝ｔ＆：ｔ
由它们构成的矩阵为
Ｖｌｌ
ｖｊｌ，
ｖ女。ｖ≈。ｙｗ）ｖ＂．ｖｎ．ｖｗ）
ｖ｛Ｉ，
１，１２Ｖ∞Ｖ３２
Ｖ４２
”，们４
Ｖ２Ｉ１，３ｌ
Ｖ２，Ｖ２４
Ｖ＂
Ｖ４３
Ｖ３４
Ｖ４４
Ｒ＝
Ｖ４１
Ｖ５ｌ１，让１，６２
Ｖ郛１，５４Ｖ∞
＂１＂６４
Ｖ６１
（５）确定评价因素的权值
在评定时，对于上述评价因素的６个方面，并不是同等对待的，有的方面对其影响较大，故所占的比重大，其权值也要大。有的因素对其影响较小，故所占的比重小，其权值也
小。所以在评价时，需要首先确定各因素的权值。
Ａ＝ｔａＩ．ａ｝。锄．ａ４．ａ５．∞
且一般均规定
∑翻＝ｌ
（６）根据模糊综合评判原理确定其在次组的得分
对于所评价的符号库，已知其单位因素评判矩阵为Ｒ及权Ａ，则对此评判对象的模糊综合评判结果是模糊集。
＿ｌ，ｌｌＶ２１
Ｖ１２
１，１３’１４
ｙ２２
Ｖ∞Ｖ２Ａ．
Ｂ＝ＡＸＲ－－（ａｉ。ａ２．ａ３．钆．８５．ａ０Ｘ
Ｖ３ｌ忧Ｖ４ｌ忱
Ｖ５ｌ
’，”伽
Ｖ４３
Ｖ４４
Ｖ５２Ｖ站Ｖ５４
＇＊ｌ抛粥豫
从评判结果肿，根据最大隶属原则判断，可确定评价符号库在此组的得分Ｂｍａｘ，
（７）得出最终评判分数
再对三组得分按照加权的方法求出最终评判分数Ｇ。
『Ｂ１ｍａｘ］
Ｇ＝ＩｆＸＢ一＝陆ｌ
然后根据分数由高到低进行排序。（８）看实验中用户对各符号库的排序结果。
（９）验证评判的正确性。把两个排序结果进行比较，如果排序基本一致说明该实验结果
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ｋ２七３ＨＢ２ｍａｘＩ
ｌＢ３ｍａｘＪ

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是有效的，否则将视为无效结果。
４．３实验软件的研制
４．３．１实验软件的主要功能
作者利用ｖｃ＋＋编制了一套电子地形图视觉感受实验软件，具备一个电子地图平台的
基本功能，并且能够记录用户进行操作时的视觉感受和提出的改进意见ａ
实验软件的主要功能有：用户基本信息数据获取和入库功能；电子地图平台的基本操作功能；屏幕测试功能；实验数据自动获取入库；结果数据统计分析与可视化图表输出；
用户再次登入和实验辅助功能等。
４．３．２实验软件的设计流程及软件界面
实
统
计
图４．１实验软件的流程结构
图４．１中的用户信息库和结果数据库都以Ａｃｃｅｓｓ表的形式存入到数据库中，并将以图形化的方式直观的显示出来，这样将会更好的帮助研究人员来分析数据，从而更好的来完善电子地形图符号体系，使其真正的是表现为基于用户视觉感受实验的符号体系，为以
后的符号库软件的制作和完善提供有力的保证。
软件界面；作者基于以上的软件流程结构，用ｖｃ＋＋６．Ｏ编写了一套电子地形图视觉
感受实验软件ｅＭａｐｐｅｒ。其软件界面如图４．２所示：
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圈４．２实验软件的界面
４．３．３主要功能的实现方法
实验软件开发工具：Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ
Ｖｉｓｕａｌｃ＋＋６．０。
数据库工具：ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＡｃｃｅｓｓ２００３，ＯＤＢＣ数据访问接口。
（１）用户基本信息注册功能：用户基本信息的注册功能是用于获取被试的基本信息，在实验中根据用户的认知分类，要求被试输入自身的基本信息，如姓名、年龄、性别、文化程度、专业、职务等，以确定被试的基本类型。实验开始时，系统弹出对话框要求被试输入基本信息，被试确定信息无误后，点击“提交”按钮，可以使被试的基本信息存入用户数据库中，同时，系统提供给被试一个唯一确定的ＩＤ号，用以和被试的其他实验信息相对应关联。被试下次登陆系统时，只要输入被试的姓名，系统将会自动完成其他的信息输入。
（２）地图操作功能：在系统中，利用ｖｃ＋＋６．０编程实现了电子地图平台的一些基本功能，如缩放、漫游、全图、全屏、图层控制等。这些功能可以帮助被试更好的来浏览地图，以此来更方便的观察地图符号，更好的获取地图符号带来的感受效果。
（３）屏幕测试功能：该功能是该实验系统的主要功能。利用ｖｃ＋＋６．０编程使各种实验方案在计算机上实现。由于电子地图是在计算机屏幕上显示的，因而屏幕测试功能是非常重
要且必须的。本系统实现的实验方案包括评析现行符号库和单个符号浏览修改等。
（４）数据库功能：数据库功能是该实验软件一个很重要的部分，实验数据的记录、结果的分析以及用户再次登陆时调出该被试的基本信息，都和数据库的建立息息相关。在实验
中，由于数据形式不复杂，故采用Ａｃｃｅｓｓ２００３作为建库工具，程序和数据库之间采用０ＤＢｃ
数据访阀接口，进行数据的各种操作，这种方法建库快，访闯简单易行，完全能够符合该实验软件的应用需要。
（５）结果数据统计分析与可视化图表输出功能：被试测试完毕之后，系统会把被试的基
本信息、视觉感受效果、修改意见等以图形化的方式直观的显示出来，这样将会更好的帮
助研究人员来分析数据，从而更好的来完善该符号体系。
（６）实验辅助功能：在实验中采用视频形式的向被试介绍实验软件的操作流程，为被试
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尽快掌握软件的使用方法提供帮助。
４。４实验一：评议现行军用电子地形图符号库
４．４．１实验目的
本实验的目的是：
（１）借鉴别的符号库的优点（２）获取符号库的修改意见
（３）获得用户对电子地形图的视觉感受效果
４．４．２实验方法
被试：本实验选择了信息工程大学测绘学院、部队测绘大队、集团军等２９名人员作为被试，所有被试均视力正常。具体人员组成请看图４．３所示。
图４．３具体人员组成
实验方案设计：系统嵌入了现行使用的有代表性的六套符号库系统，被试在对这些符号库系统进行操作后，系统会提供一些选项供被试进行选择，这些选择结果将会被数据库记录供作者进行分析。具体选项可以从这几个方面进行考虑：地图的整体效果；地图背景与显示效果是否和谐；地图符号的效果（整体是否美观，绘制是否光滑，尺寸是否合理，颜色是否合适）；您对本符号库的意见等。对每种符号库进行评议后，系统再提供一个对话框供用户对这几种符号库进行排序。
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实验用图：测试用图采用的是一幅在测试软件中使之具有漫游、放大、缩小等功能的某地区ｌ：２５万数字地图，用不同的符号库对其进行符号化后产生的实验用图，如图４．４所示。
图４．４不同符号库符号化同一幅地图的截图
实验设备与环境：实验的场所为光线充足、环境安静的数字制图实验室。实验平台为
Ｃｅｌｅｒｏｎ２．４Ｇ
ＰＣ机一台，５１２Ｍ内存，１７’ＣＲＴ显示器（分辨率为１０２４
Ｘ
７６８），３２位真
彩色显示模式，标准键盘和鼠标。
实验过程：
（１）用户基本信息注册
被试进入实验地点后，首先进行基本信息的输入并且在实验软件中注册（如图４．５所示），输入基本信息后，实验软件将被试数据入库，并提供每名被试一个唯一的ＩＤ号，并且系统将根据被试输入的注册资料自动对被试进行分类（如图４．６所示）。
图４．５被试注册界面
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图４．６用户注册数据库记录
（２）开始实验
被试在实验向导的提示下进入第一项实验，实验时由被试对软件提供的六套符号库对地图进行交互操作，如放大、缩小、漫游等。实验时间不限，直到被试者认为可以得出结论为止。
４．４．３实验数据处理和结果
通过实验得出的结果用图形化的方法进行输出，得到以下结果（如图４．７、图４．８、
图４．９、图４．１０、图４．１１、图４．１２、图４．１３）。
图４．７符号库一用户结果数据显示图４．８符号库二用户结果数据显示
图４．９符号库三用户结果数据显示图４．１０符号库四用户结果数据显示
图４．１１符号库五用户结果数据显示
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图４．１２符号库六用户结果数据显示

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图４．１３符号库整体排序数据结果显示
在测试中自变量为六种现行的军用电子地图符号库，因变量为地图的视觉感受效果总体得分和认为该符号库最好的人数。表４．１为实验统计结果，实验数据处理按照上面介绍的方法。在本实验数据处理中，借鉴一般模糊综合评价模型中的被试权值删删““，初级被试、中级被试、高级被试的权值分别为０．１、０．３、０．６；借鉴纸质地图质量评价标准嘲㈨洲和对被试进行调查，地图整体显示效果、地图背景与整体显示效果和谐性、符号整体美观性、符号绘制光滑、符号尺寸、符号颜色的权值分别为０．３、０．１、０．２、０．１、０．１、０．２。
表４．Ｉ
实验结果表明，符号库五总体效果最好，其次是符号库六，再者是符号库三、符号库二和符号库四，最差的是符号库一。符号库得分与符号库整体排序结果数据基本相符合，说明实验数据有效。同时也很好的说明了作者制作的符号库总体上已经被被试认可，只需要对局部进行完善和修改。４．４．４讨论
符号库五之所以总体效果最好，主要是因为其整体颜色美观，符号颜色搭配合理，线符光滑，背景较为突出。另外一个很重要的因素就是其要素显示采用了ＬＯＤ技术使得整幅地图在浏览过程中用户不需要等待。但是这个符号库也有好多令人不满意的地方，如单线河的颜色有点让人难以接受；境界符号的形状和颜色设计都不够好；道路的颜色设计与等高线相近，不同等级道路区别不明显；整体颜色较淡，各要素区分不明显等。符号库六的主要缺点是水系的颜色不够协调一致；居民地、植被、电力线颜色太过突出；普通公路的淡化处理不太合适；另外一个很大的缺点就是显示速度过慢。符号库四的主要缺点是符号的光滑度不够；有些符号的绘制存在问题；等高线用色偏暗。符号库三的主要缺点是计曲线与首曲线用色对比稍大；有些符号的绘制存在问题；注记配置太凌乱。符号库二的主要缺点是道路和等高线颜色太近；红色线划太突出，整体感差；符号绘制不光滑且有些符号尺寸过大；居民地颜色过浅；不同地物的注记差别不明显，山脉注记不合理。符号库一的
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主要缺点是符号尺寸太小，线划不光滑；主要道路不突出；颜色方面黑色过于突出，其他
要素颜色偏淡。
从实验的结果中，还可以分析出，要达到好的视觉感受效果，电子地形图符号一般要遵循以下几个原则：
（１）符号用色可在纸质地形图的基础上根据用户视觉感受设计，总体上地形图宜淡雅。
（２）符号不应拘泥于纸质地形图的模式，应该比纸质地形图更美观、形象，充分发挥计算机的优势。
（３）不同类要素符号颜色反差不能过大，要协调，同类要素符号主要以亮度和饱和
度不同来区分。
（４）符号线划一定要光滑，否则会极大程度的影响用户的视觉感受。
（５）符号显示速度要快，显示可参考使用ＬＯＤ技术。还应考虑地图缩放时符号和注记的变化情况，不需要对符号实时缩放，可参考ＬＯＤ或者设置不同等级的符号在不同缩放
程度时显示。
（６）面符不需要填充点符，只需用颜色来区分即可。
４．５实验－－，单个符号的视觉感受实验
４．５．１实验目的
实验目的：获取单个符号的视觉感受信息以及修改意见。“窥豹一斑，可知全貌”，单个符号设计的好坏直接影响整个地图符号化后的美观。
４．５．２实验方法
被试、实验用图、实验设备与环境：同实验一。
实验方案设计：在这项实验中，根据实验一得出的结果和意见，将需要重新设计的点、
线、面符号重新制作，用对话框的形式全部显示出来，当被试想观察其中一个符号时，只要用户点击这个符号，符号的尺寸、颜色等基本信息将会显示在对话框中，其中符号会以放大ｌＯ倍的效果显示在符号的预览框中，这样使用户可以更加清晰的观察单个符号，而且
用户可以更改这个符号的一些基本信息，还可以相应的提出这个符号的修改意见。数据库
还将会记录用户的修改信息。对每个符号，依次从Ｇｉｔｔｉｎｓ教授提出的对符号进行评估的
六个因素（可以联想的、可以识别的、意义明确的、设计简洁的、引人注目的、具有象征意义）”。分别评估判定，做这项实验时为了能够给所选出的符号有一个较准确的判定，选
择被调查者应该具有地图知识，每一项设定的判定值是由优、良、中、差组成，目的是从
中找出设计不佳的原因。
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４．５．３实验数据处理和结果
实验得出的数据如图４．１４、图４．１５、图４．１６所示。
图４．１４点符数据分析表图４．１５线符数据分析表
图４．１６线符数据分析表
结果分析：在测试中自变量为Ｇｉｔｔｉｎｓ教授提出的对符号进行评估的六个因素（可以联想的、可以识别的、意义明确的、设计简洁的、引人注目的、具有象征意义）蚴，因变量为单个符号的视觉感受效果。表４．２为点状符号科学观测台实验统计结果。
表４．２
实验结果表明，科学观测台符号（＠）在可以识别的、设计简洁的、引人注目的、具有象征意义的这四个评价较高。可以联想的和意义明确的这两项因素得分不高。４．５．４讨论
结果分析：大多数调查者认为，这个符号的设计主要是意义不明确，初一看到这个符号的反映是更像体育运动场地而非科学观测台。但是在明确告知这个符号代表的就是科学观测台时，他们表示还是可以理解的，但是对可以联想和意义明确这两项因素得分不高的事实来看，需要重新设计一下，主要的是将这个符号和体育运动场地区别开来。
从实验的结果中，还可以分析出，要达到好的视觉感受效果，电子地形图符号设计要
使用艺术的手法：（１）提炼简化。艺术加工只要抓住事物的本质特征，以省略的方法来删
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繁就简，这样可使构图更加深刻，语义明确，图形整齐美观。（２）夸张特征。艺术上的夸张可以使形象更加具有典型性，应该对事物的特征的外形、神态、习性等适度夸大、强调
和突出。（３）整理变化。整理变化的目的是使符号有秩序、有规律，便于简洁地表现特征、
识别和绘制。此外还有许多方法，如规则化、几何化、适形化等。（４）象征结合。采用在基本的图形上添加其他的图形或者象征性标记的办法，增强其表现力。总的来说各种表现手法在符号设计中都要配合使用，用那一种表现手法为主，如何构思和加工都应该以地图的用途和性质来决定。根据实验二的结果，对自己设计的符号库进行修改，再进行实验三。
４。６实验三：整幅地图符号化后的视觉感受实验
４．６．１实验目的
实验目的：获取整幅地图的视觉感受信息和修改意见。用户的感受效果是否良好是对整个符号体系表的肯定与否，因此这个实验非常关键和重要。
４．６．２实验方法
被试、实验设备与环境；同实验一。
实验用图：测试用图采用的是多幅在测试软件中使之具有漫游、放大、缩小等功能
的不同地区不同比例尺的数字地图。
实验方案设计；在这项实验中，提供一套符号库对多幅地图进行符号化，这套符号库是根据实验一和实验二得出的结论而重新制作出的。实验时由被试者自己对地图进行交互操作，如放大、缩小、漫游。实验时间不限，直到被试者认为可以得出结论为止。被试得出的结论是这套符号库中那些地方应该有所更改？颜色搭配效果如何？符号尺寸大小是否合适？符号是否清晰明了？整幅地图视觉感受效果如何？如图４．１４和图４．１５是修改
前后的符号库符号化同一区域的效果图。
图４．１４修改前的符号库图４．１５修改后的符号库
４．７修改后的电子地形图符号体系表
通过对实验结果的分析，对初步提出的符号体系表进行修改，提出了修改后的符号体
第３７页

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系表，在符号颜色上进行了较大程度的更改，对部分不易绘制和不易识别的符号进行了更改，对部分符号的尺寸进行了改变，如测量控制点层中所有的定位点都更改为红色（２５５，０，０）；居民地层中独立房屋，突出房屋，高层房屋、小居住区、街区、破坏的房屋和街区里面的填充颜色改为浅粉色（２５５，１５３，１０２），边线颜色为黑色（０，０，Ｏ）；工农业和社会文化设施层符号的颜色基本都进行了改变，赋予的颜色和实物相近，形状也在简化的情况
下更改为和实物相象；交通运输设施层中主要铁路颜色用黑色，次要铁路颜色用灰色，不
同等级的道路色彩逐级加深，三级道路用浅黄色（２５５，２０４，１２３）、二级道路用土黄色（２５５，１５１，Ｏ）、一级道路用金黄色（２５５，２１５，Ｏ）（边线用红色（２５４，３２，４５））等，电力线颜色改为紫红色（１２８，０，１２８），管道如油等重要要素用一些鲜艳的颜色（２５５，１６５，８４）着重强调，机场等相关要素颜色改为天蓝色（１３５，２０６，２５０）；水系及其附属设施层中灯塔、助航标志、灯船、浮标、立标符号颜色改为红色（２５５，０，Ｏ），内陆河流、湖泊可以用浅蓝色（１７３，２１６，２３０），海洋可以用深海洋绿（１４３，１８８，１４３）；植被层主要使用绿色（２１５，２５５，１９５）；地貌与土质层主要使用棕色（１８４，１３４，Ｉｉ）；境界的颜色改变了以往黑色为主色调的用色习惯。部分符号具体更改请见附录。
４．８本章小结
本章探讨了如何利用心理物理学实验对电子地形图进行视觉感受实验。介绍了电子地形图视觉感受实验方法，设计了电子地形图视觉感受实验方案，简述了实验软件的研制，
采用实验向导、视频帮助、数据记录等方法对２９名被试成功进行了实验，获取的实验数
据较为客观、准确，并且对实验数据应用模糊数学的方法进行了处理，针对处理结果进行
分析，从而得到修正的符号体系表。
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第五章基于电子地形图符号体系的符号库研制
５．１地图符号库的设计原理
５．１．１地图符号的制作方法
利用计算机实现数字地图的符号化目前主要有三种方法：子程序法、栅格法（类似
ＴＲＵＥＴＹＰＥ字体）、矢量法（把地图符号分解成基本图元来绘制），其中矢量法是最常用的
方法ｍ１。纵观ＣＡＤ与ＧＩＳ软件，矢量法又有四种不同的实现方法：
文本编辑。例如ＡｕｔｏＣＡＤ的图形文件（ｓｈｐ）、线文件和阴影文件；通过某种开发语言。例如ＡＲｃ／ＩＮＦＯ的ＡＭＬ语言、ＭＧＥ的ＭＤＬ语言等；
系统提供的图形编辑功能。例如ＡｕｔｏＣＡＤ的块文件（ｂｌｏｃｋ）、ＭＥＧ的单元（ｃｅｌｌ）；
符号编辑器。例如黼Ｅ提供了线型编辑（Ｌｉｎｅ
Ｓｔｙｌｅ
Ｅｄｉｔｏｒ）功能可用于交互式编辑
线符号，Ｍａｐｌｎｆｏ也提供了符号制作功能，还有国内的ＳｕｐｅｒＭａｐ中的符号编辑器。
在地图制图理论的研究过程中，地图符号理论随着计算机技术的不断发展而日趋成熟
的。然而正当我们为成熟的理论寻求应用时，却遇到了众多的困难和失败——各符号库制
作软件可重用性不高，存在较大的差异，这些缺憾我们已经在第一章叙述了。
目前业界一致的看法是为系统提供一个符号库系统，以用于符号制作，其对符号库系统的要求是：（１）组成符号的图元需满足电子地图符号设计要求而且要求图元数量最少，
以便于符号库的管理；（２）制作时，能实时观察所制作的符号；
（３）符号制作工具界面（５）符号制作工具、
友好、操作方便灵活；（４）符号设计精度应满足一定的精度要求；
符号显示软件应具有良好的封装性、可维护性和适应性陋羽；（６）通用性强，可以应用于地理信息系统、ＧＰＳ导航信息系统、作战指挥系统、标图系统中各种基础地理信息系统。解决这一问题的关键是在符号库系统的符号库组织、程序设计等方面需以面向对象的技术为中心，正是基于这种思想，我们研制了通用电子地形图符号库系统ＥｍａｐＳｙｍｂｏｌ，其整体界
面如图５．１所示。
图５．１通用电子地形图符号库系统ＥｍａｐＳｙｍｂｏｌ
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５．１．２符号库的基本功能
地图符号库就是将常用的符号经分类整理以后以数据库的形式存储到计算机中，实现其数据库的管理功能，用于符号信息的检索、存储、修改、定义和符号的重组。也就是说地图符号库不仅仅是一个存储地图符号的数据库，更应该具有符号建立、修改、删除、显示和查询等多种功能，这使得地图符号库可以独立于ＧＩＳ和各种地图制图系统以外进行研制和开发，更易于制作相对标准和通用的符号库系统。但同时地图符号库也要便于纳入ＧＩＳ和各种地图制图系统中，成为其有效的组成部分，只有这样，地图符号库才具有使用意义，才能真正发挥它的作用。
因此，一个通用的地图符号库的功能要包括以下几个方面：（１）各种地图符号的建立、存储、修改、删除、检索等；（２）符号库与各种地图制图和ＧＩＳ系统的接口设计；（３）地图符号的多种方式显示。
５．１．３符号库的设计原理
为了在地图的合适位置输出一个地图符号，需要三类信息咖：
（１）描述空间实体位置和形状的几何信息（定位点、定位线、边界线）。
（２）符号结构信息：描述符号本身的信息，包括符号有哪些图元（点、直线段、折线、圆等基本图元）组成和各图元的属性（颜色、大小、形状和方向），以及图元间的相互关系等信息。
（３）配置描述信息：确定如何依据几何信息在合适位置输出大小、方向、形状和颜
色符合要求的符号图形。
配置描述信息和符号结构信息一起共同确定了每个符号的特性，这两类信息统称为符号描述信息。地图符号库中存储的就是每个符号的符号描述信息，符号的区别仅仅在于它们的符号描述信息不同。
对于一个完整的地图符号库系统来说，除了上述信息以外，还必须有用于理解符号描述信息的解释模块和用于形成符号图形的图形生成模块。如果用Ｊ表示几何信息，Ｉｌｌ表示符号描述信息，用函数ｆ表示信息解释，用函数Ｓ表示图形生成，则符号化过程的函数表示为
Ｇ＝Ｓ（ｊ，ｆ（ｍ））
其中Ｇ为符号化的结果，即符号图形。
我们建立符号制作软件的主要目的是不涉及程序变动就能改变符号系统，要实现这一
点，就必须把符号描述信息从程序中独立出来，和Ｊ一样作为程序的输入参数。函数表达式变为：
Ｇ＝ｇ（Ｊ，ｍ）
其中Ｇ为包括信息解释和图形生成功能的信息处理过程。
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目前，符号库制作软件就是基于以上原理，将描述符号的参数和结构信息与解释这些参数并输出符号的程序相分离，符号的建立、更新与增加，不通过重新编程来实现，而是通过简单的人机交互实现。
５．２基于ＯＯＰ技术的地图符号库设计
５．２．１
００Ｐ简介
ＯＯＰ的全称是Ｏｂｊｅｃｔ－ＯｒｉｅｎｔｅｄＰｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ，就是我们所常说的面向对象的程序设计，
面向对象的程序设计（Ｏｂｊｅｃｔ—ＯｒｉｅｎｔｅｄＰｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ）其实是一种观念，用什么语言实现它都可以。当然，面向对象程序设计语言（Ｏｂｊｅｃｔ—Ｏｒｉｅｎｔｅｄ
ＰｒｏｇｒａｍｍｉｎｇＬａｎｇｕａｇｅ）
是专门为面向对象观念而发展出来的，用来完成面向对象的封装、继承、多态等特性最为便利。面向对象的程序设计（Ｏｂｊｅｃｔ—ＯｒｉｅｎｔｅｄＰｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ）是程序设计的主流，ＯＯＰ通过“对象”来描述客观实体，通过传递“消息”来描述实体间的相互作用，这种描述符合客观世界的自然过程。利用ＯＯＰ技术来描述地图符号，提高了符号设计的效率和维护的方便
性。
５．２．２基于ＯＯＰ技术的地图符号描述
通过对点、线、面特征和构图规律的分析，可以看出地图符号无论点符、线符还是面
符都具有一些相似的共有特征，如符号的颜色特征和与空间定位有关的定位特征，后者主
要指点状符号的定位点和方向点，线状符号的控制轴线，面状符号的边界线等等。这些共同特征用符号基类描述。同时，点、线、面符也具有各自的“个性”，下面分别阐述之。
５．２．２．１点状符号描述
任何点状符号都可以用基本图元来组合，图元是点状符号的基础，它是点状符号中常见的规则几何图形，所以在设计点状符号之前要先定义一些基本的图元，通过对地图中点状符号结构的分析，符号制作系统中用来构造符号的基本图元可以是以下几种：
折线、椭圆、圆弦、圆扇、矩形、曲线、文字。
利用以上图元，进行合理的组合，基本上可以构造出地形图图式中所有的点状符号。
如图５．２所示，古塔符号由三个直线段和一个填充三角形（封闭折线图元）组成。
▲＋一＝圭
图５．２点符实例
依据面向对象思想，可以将不同类中具有相同数据成员或操作方法的类抽象出来，生成一个更高层次的超类（ＣＳｙｍｂｏｌＣｅｌｌ）。具体关系图如图５．３。基本图元对象类的数据成
员己包含了位置、线形、填充图案等必要数据，从而使这些图元能满足符号设计的要求。
第４１页

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图５．３圈元对象
点符中折线图元类的ｃ＋＋描述：
ｃｌａｓｓＣＣｅｌｌＰｏｌｙｌｉｎｅ：ｐｕｂｌｉｃＣＳｙｍｂｏｌＣｅｌｌ
｛
ｐｕｂｌｉｃ：
ＵＩＮＴＵＩＮＴ
ｍｆｉｌｌｆｌａｇ；
／／０一折线，１一多边形
ｍ＿ｐｏｉｎｔｎｕｍｂｅｒ；｜｜氨数
ＣＡｒｒａｙ＜ＣＰｏｉｎｔ，ＣＰｏｉｎｔ＞ｍ＿ｐｏｉｎｔＡｒｒａｙ；／／点对象数组
ｐｕｂｌｉｃ：
ＣＣｅｌｌＰｏｌｙｌｉｎｅ（ｄｏｕｂｌｅｎＬｉｎｅＷｉｄｔｈ，ＣＯＬＯＲＲＥＦ
ｖｏｉｄ
ｎＬｉｎｅＣｏｌｏｒ，ＣＯＬＯＲＲＥＦ
ｎＦｉｌｌＣｏｌｏｒ）；
ＤｒａｗＰｏｌｙＩｉｎｅ（ＣＤＣ＋ｐＤＣ）；
）；
５…２２２线状符号的描述
为了确定线状符号的描述信息，可以把线状符号分为四种情况，如图５．４所示：
（１）一次配譬
公路一一一
（２）：次配置（４）组合配置
国弊
（
（３）两端配置
）饫流柯段ＨＨ卜叫Ｈ来定国弊
图５．４线符实例
线状地图符号也可以看作是由基本的图元构成的，但是与点状符号不同的是，线状符
号是以定位直线为基准，在定位线上配置点单元或线的循环段单元。通过对地图中线状符号结构的分析，符号制作系统中用来构造符号的基本图元可以是以下几种：
轴线（平行线、实心线）、空线段、分支线（一侧、两侧）、短直线（左侧、右侧、两侧）、
调用点符、调用线符。
根据以上的图元，我们进行合理的组合，可以制作出各种复杂的线状符号。
用Ｃ．ｈ描述的线状符号类：
ｃｌａｓｓＣＳｙｍｂｏｌＬｉｎｅ：ｐｕｂｌｉｃＣＳｙｍｂｏｌＢａｓｅ
｛
ｐｒｏｔｅｃｔｅｄ：
第４２页

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ＣＡｒｒａｙ＜ｃｈａｒ，ｃｈａｒ＞ＤｅｓＣｈａｒ；
／／描述码序列
ＣＬｉｓｔ＜ＳｏｌｉｄＬｉｎｅ，ＳｏｌｉｄＬｉｎｅ＞ｓｏｌｉｄｌｉｓｔ；／／轴线线型的链表
ｐｕｂｌｉｃ：
ｖｏｉｄ
１）ｒａｗＬｉｎｅｓｉｎＭａｐ（ＣＳｔｒｉｎｇｍ＿ＳｙｍｂｏｌＦｉｌｅＮａｍｅ，ＣＳｔｒｉｎｇｍ＿ＳｙｍｂｏｌＣｏｄｅ，ＣＯＬＯＲＲＥＦ
ｍ＿ＳｙｍｂｏＩＣｏｌｏｒ，ｄｏｕｂｌｅ＋ｘ，ｄｏｕｂｌｅ＋ｙ，ｉｎｔｎ’ｄｏｕｂｌｅｍＬｉｎｅＳｃａｌｅ，ＣＤＣ＋ｐＤＣ）；
ＣＳｙｍｂｏｌＬｉｎｃ０；ｖｉｌ＇ｔｕａｌ－－ＣＳｙｍｂｏｌＬｉｎｅ０；
｝；
５．２．２．３面状符号的描述
面状符号的轮廓一般可以按照配置线状符号的方式绘制，其填充方式有两种：一是以位图的方式进行填充；二是填充晕线或符号。
面状符号进行位图填充时，把将要填充的位图块定义成模板，并把位图块在面状符号中按照行、列顺序排列，在边界对位图块进行硬性的裁减，使得位图块不超出面域的边界。
面状符号填充点状符号可以有不同的填充方式：井字形、品字形等。面状符号的晕线填充可以分为单晕线和双晕线填充∞１。
用Ｃ＋＋描述的面状符号类：
ｃｌａｓｓＣＳｙｍｂｏｌＡｒｅａ：ｐｕｂｌｉｃＣＳｙｍｂｏｌＢａｓｅ
｛
ｐｕｂｌｉｃ：
ｉｎｔ
ｍ＿ＡｒｅａＳｙｍｂｏｌＴｙｐｅ；／腼状符号类型，Ｏ：位图型，ｈ填充点符型，２；填充线符
ＤｒａｗＡｒｅａｉｎＭａｐ（ＣＳｔｒｉｎｇ
ｃＳｕ．ｉｎｇ
型
ｖｏｉｄ
ｓｔ恤ａＰａｎＬ
ｃｓｔｒｉｎｇ
ｓｔｒＳｉｄｅＰａｔｈ，
ｍ＿ＡｒｅａＳｙｍｂｏｌＣｏｄｅ，ｄｏｕｂｌｅ
ｍＦｒｏｎｔＣｏｌｏｒ，
ｍ＿ＢａｃｋＣｏｌｏｒ，ＢＯＯＬ
ｘ［】，ｄｏｕｂｌｅｙＩ］，ｈａｔ
ｎ，
ＣＯＬＯＲＲＥＦＣＯＬＯＲＲＥＦｃｓｕｉｎｇｄｏｕｂｌｅ
ｍ＿ＩｓＳｈｅｅｒ，ｍＳｉｄｅＬｉｎｅＳｃａｌｅ，
ｍ＿ＳｉｄｅＬｉｎｅＮａｍｅ，ｄｏｕｂｌｅ
ｍ＿ＤｒａｗＳｃａｌｅ，ＣＤＣ。ｐＤＣ）；
ＣＳｙｍｂｏＩＡｒｅａ０；ｖｉｒｔｕａｌ－－ＣＳｙｍｂｏｌＡｒｃａ０；＇；
第４３页

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５．２．３符号库的存储结构
在制作符号时，点符、线符和面符分开存储，而且具有各自的存储格式，下面我们来分别介绍：
５．２．３．１点符文件的存储结构
表５．１点符库文件结构表
点符类代码
１
点符类名称单个点符存储结构
２
‘＋
点符代码点符名称点符定位点点符图元存储
１０１
ｏ＿．
图元码１
图元码２图元码３
参数１参数１参数１
参数２参数２参数２
参数ｎｌ
参数ｒ１２
参数ｎ３
点符定位点数据项用一个ＣＰｏｉｎｔ数据结构存储该符号的定位点Ｘ，Ｙ坐标。图元码用
来对各图元进行标识，例如点图元用０来标识、直线图元用１来标识。对于不同的图元来
说，它们的参数个数和参数类型都各不相同。每个符号在数据文件中占有的存储空间是不
相同的，取决于符号的图元个数、图元类型和图元参数的长度。５．２－３．２线符文件的存储结构
第“页

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表５．２线符库文件结构表
线符类代码
１
线符类名称单个线符存储结构
２
卜．
ｒ
线符代码
２０１
线符名称基线存储结构
Ｉ
…
ｌ
Ｌ＋
基线１基线２
ｌ
参数１参数１参数１
Ｉ
参数２参数２参数２
Ｉ
………
ｌ
参数ｎｌ参数ｎ２参数ｎ３
基线３
ｌｌｌｌＩｌＩｌ
线符由多个基线组成，其中基线又由多个基段和点符组成，线符的存储结构就是据此来进行组织的。
５．２．３３面符文件的存储结构
表５．３面符库文件结构表
面符类代码
１
面符类名称
单个面符存储结构
２
卜．
ｒ
面符代码
３０１
面符名称填充底色硬，Ｂ月
丸
填充点符边线符号
面符是由边线、填充底色以及填充点符构成的，因此存储结构是据此来组织的。
５．３基于ＧＤＩ＋技术的地图符号库的改进方法
为了提高电子地图符号库的显示质量和速度，笔者以ＧＤＩ＋作为图形开发包，采用
第４５页

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ｖｃ＋＋６．０为开发平台在Ｗｉｎｄｏｗｓ系统下依照以下的方法和步骤改进了电子地图符号库
ＥｍａｐＳｙｍｂｏｌ。５．３．１
ＧＤＩ＋的引入ＧＤＩ＋弓Ｉ入的原因
５．３．１．１
目前，电子地图符号库的开发方法主要有两种：利用高级语言如ｖｃ＋＋从底层进行开发，和基于ＭａｐＯｂｊｅｃｔｓ、ＭａｐＸ等ＧＩＳ控件进行二次开发。这两种方法的本质都是利用Ｗｉｎｄｏｗｓ所提供的图形设备接口（ＧＤＩ）编程实现符号的绘制。但由于ＧＤＩ本身的局限性，使得程序开发比较繁琐，而且符号显示的效果不够理想，符号边缘常常带有明显的毛刺，也就是“锯齿”现象。如果这个问题不能得到解决，将影响地图符号的显示质量，从而影响电子地图的推广应用。针对ＧＤＩ在开发电子地图符号库中存在的缺点，笔者引入了一个
更为优秀的图形开发包——ＧＤＩ＋（图形设备接口扩展），并在Ｖｃ＋＋６．０中采用ＧＤＩ＋实现
了高质量电子地图符号库，改进了地图符号的显示质量，并明显地提高了符号显示的速度。
５．３．１．２
ＧＤＩ＋简介
ＧＤＩ＋是ＧＤＩ的继承者，是微软开发的一套全新的图形开发接口。ＧＤＩ＋提供了很多强大的功能，使得开发图形软件非常方便。与ＧＤＩ相比，ＧＤＩ＋主要增加了下列新的特性：渐变画刷、样条曲线、独立的路径对象、矩阵和矩阵变换、Ａｌｐｈａ通道合成运算、多图片格式的支持。此外，ＧＤＩ＋还将支持重新着色、色彩修正、消除走样、元数据以及Ｇｒａｐｈｉｃｓ容器等特性嘲。
ＧＤＩ＋使得应用程序开发人员在输出屏幕和打印机信息的时候无需考虑具体显示设备的细节，而只需调用ＧＤＩ＋库输出的类的一些方法即可完成图形操作，真正的绘图工作由这些方法交给特定的设备驱动程序来完成。ＧＤＩ＋使得图形硬件和应用程序相互隔离，从而使开发人员编写设备无关的应用程序变得非常容易。其体系结构如图５．５所示。
应用程序
●
ＧＤＩ＋
●
ｌＩ
设备驱动程序
●物理设备
图５．５ＧＤＩ＋的体系结构
５３．２
ＧＤＩ＋库的引入及卸载
（１）在应用程序中添加ＧＤＩ＋的包含文件ｇｄｉｐｌｕｓ．ｈＯＡ及附加的类库ｇｄｉｐｌｕｓ．１ｉｂ。通常
ｇｄｉｐｌｕｓ．ｈ包含文件添加在应用程序的ｓｔｄａｆｘ．ｈ文件中，而ｇｄｉｐｌｕｓ．１ｉｂ的添加方法是：选择“项目一＞属性”菜单命令，在弹出的对话框中选中左侧的“链接器一＞输入’’选项，在右侧的
第４６页

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/0b19ee2f453610661ed9f438.html

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