1. 引言
地形图利用线划、符号、色彩和注记等地图语言系统进行地形地物表达的地图，具有定量、简洁和美观的特点。国家基本比例尺地形图从1:400万到1:50000，是国家基础数据设施的重要组成部分，为资源利用、环境保护、国土监测、灾害应急等众多专业领域提供基础科学数据。然而，我国长期以来由于地形图产品形式单一，地图制图理论和技术发展缓慢等问题，限制了地形图产品的广泛应用。因此，国务院《关于加强测绘工作的意见》要求“不断丰富产品种类”;《全国基础测绘中长期规划纲要》提出：“开发不同种类、不同尺度、不同形式的数字化测绘产品系列，推出新一代国家基本比例尺地形图”。
1:50000地形图提供国民经济发展、国防建设的基础地理信息，是进行工程项目可行性研究和规划不可缺少的基础图件[[i]]。为向用户提供内容更丰富、类型更多样的新型地形图产品，改善我国地形图产品形式单一现状，国家西部1:50000地形图空白区测图工程以“丰富产品种类，拓展服务领域”为设计宗旨，力求地图产品开发设计。通过综合分析现有国家1:50000地形图图式和对我国西部独特地形地貌和人文要素全面踏勘调研，以构建适合我国西部独特特征的1:50000地形图产品的新模式、丰富地图制图理论和技术为目标，采用产、研相结合的方式，设计西部1:50000地形图特色要素，研制西部1:50000地形图新产品，形成生产技术规定、技术方法及工艺流程，用以指导西部测图工程新产品的生产。
本文通过分析西部测图区域地物地貌特征，针对现有地形图在表达这些区域特色存在的问题和不足，探讨地形图新要素内容的补充与表达，以及影像地形图、晕渲地形图两项新产品内容设计和制图表达的关键技术。
2. 现状分析
2.1西部测图区域概况
我国西部地物地貌类型丰富，形态复杂，地物总量较少，种类众多。西部测图测区内高差跨度大于8000米，1:50 000地形图图幅内高差从仅10余米到4、5千米。青藏高原高寒缺氧、地广人稀、但地貌形态奇特，民族气息浓郁，有青藏公路等大型现代工程和新型地物;塔克拉玛干沙漠干燥少雨、地物稀少，但沙漠纹理细腻丰富，有沙漠公路等著名交通设施和新型地物;横断山部分地区山高水深，常年云雾环绕[[ii]]。独特的环境特征造就了西部各种特色地物，我国西部虽人文要素虽总量较少，但种类众多，由于测区一些区域开发较晚，更加重视人与自然的协调发展，产生了为防风固沙、保护冻土、保护野生动物等方面的特色新地物。
2.2现有地形图在表达西部地物地貌特征的欠缺
随着社会和技术发展，各界用户对内容更丰富、形式更多样的测绘产品的需求日益增长。由于上述西部独特的地物地貌特征，其产生的特色新地物在现有地形图图式中要素难以反映。
此外，遥感影像丰富纹理色彩和地貌晕渲立体信息生动、细致展现了西部特色特征，增强地形图可视化表达效果，提高地图的直观性、易读性和艺术性。在国外地图中，比较广泛地使用了晕渲、影像的形式来表现地貌和地表特征，日本、波兰、加拿大、美国等国家已将影像地图纳入国家基本图系列[[iii]]，日本1:20万地形图、瑞士的1:50000地形图等采用单色调晕渲叠加等高线来表现地貌。在国内，虽开展了相关研究，也有不少产品问世，但大都限于小范围或少量大范围小比例尺地图制作，未形成适用于国家基本比例尺地形图产品生产的技术和工艺，也缺乏大型工程化应用的成功案例。如何充分利用影像丰富的纹理色彩信息和晕渲的立体地貌信息对地物地貌信息的可视化表达效果，以及线划地形图的可量测性、直观性和一览性的优势，开发设计影像地形图和晕渲地形图新型的地形图产品成为西部测图工程产品创新研究的重点问题。
3. 地形图新产品内容设计
3.1地形图要素内容扩充
地形图图式是对地图制图要素内容的详尽描述，然而现有地形图图式难以全面反映西部区域特色，亟需扩充区域特色新要素。
3.1.1地形图要素内容扩充原则
新型人工地物宜全部表示;自然地物(如土质、植被、地貌等及超出图式范围的地物)面积大于图上4mm2时宜全部表示;新扩充的地图要素应归入相应要素类，在不能归入要素类时归入“其他”类。
3.1.2地形图要素扩充内容
针对西部地区独特的人文、自然地貌特征，在现有地形图图式的基础上，通过实地踏勘和广泛调研共补充及扩充了18种反映西部特色的地形图要素。其中，补充的沙漠公路水井房、晾房、专用供氧点、边境口岸、晒佛台、观景站台、野生动物通道、公路和铁路热棒、保护冻土铁路通风管、防风沙墙、地裂缝、加固斜坡、防风固沙石(草)方格等13种。扩充医院、天葬台、碉楼、草原石人鹿石、草原围栏等5种要素属性。补充的新要素规定了其分类代码、选取指标及要素图式符号、数据字典等内容，形成了我国西部新型1:50000地形图图式，弥补了地形图图式在表达西部特色要素方面的不足，增加了地形图信息量。
3.2影像地形图产品内容设计
影像地形图是利用数字正射影像数据和矢量地形数据(包括水系、居民地、交通、境界、地貌等地理要素及各种注记)经叠加、符号化和整合处理形成的复合地形图产品，是地形图新产品的有益尝试。它充分利用影像纹理色彩信息丰富、线划地形图抽象简洁的优势，更好地反映了现实世界地理特征及空间分布。影像丰富的纹理和色彩信息增强了地形图在地物地貌景观方面信息的表达，真实直观、生动形象;线划地形要素弥补了单纯影像不宜定量和指示性欠缺的不足。
3.2.1要素选取原则及内容
为了使影像地形图上的各种地物要素清晰易读，在影像上标识不易判读及重要的矢量地物要素符号及注记的同时，应不影响影像丰富的纹理和色彩信息对地物地貌信息的表达，减少矢量要素和影像相互干扰。有些要素影像纹理清晰、易于辨别，如面状河流、湖泊、植被等，这些要素通过选取影像图例样块指导用户读图。有些要素不能在影像上显性识别或显示，需要通过符号或注记的方式表示，如等高线、地名以及各种属性注记等，这些要素需从地形图中选取。
1)影像图例样块提取原则[[iv]]
以提取面状自然要素为主;提取的要素应能反映图幅的区域特征;提取影像中色彩和纹理有明显区别的样块;影像样块中主题要素应突出。
2)地形图矢量内容选取原则及要素内容
影像上可以清晰辨别的要素一般不选，如湖泊、双线河流等;人工要素在不影响影像阅读时尽量选取，如放牧点、发射塔等;名称注记具有指示读图的作用，应尽量选取，如居民地名称、河流名称、自然保护区名称等;面状符号叠加在影像上对影像阅读干扰很大，且图面效果也不美观，应尽量不表示，如植被普色面、街区普色面等;影像上不存在但对指示读图有重要作用的人工要素应选取，如行政界线;影像上不能清晰显示或虽能部分显示，但不能直观识别其属性特征的，如单线水系、铁路、公路、桥梁等。
根据上述原则选取境界及政区、居民地及设施、交通、水系、等高线、高程点及其注记、其他地理名称注记等类别中的相关要素。
3.3晕渲地形图产品内容设计
晕渲地形图是地表居民地、道路网、水系、境界、土质与植被等基本地理要素并用等高线和晕渲图像复合表示地面起伏的地形图[[v]]，是利用数字高程模型数据生成的晕渲为背景，叠加地形图制图数据复合而成的地形图产品，是地形图新产品的有益尝试。线划地形图是通过符号、色彩和注记等地图语言系统进行地形地物的表达，通过等高线线划配合陡崖、滑坡等微地貌符号来表现地貌。这种符号化形式具有定量的优点，但直观性、易读性方面欠缺。晕渲地形图在线划地形图的基础上，利用地貌晕渲增强地理空间信息的可视化表达，尤其是立体形态的表达，丰富了地形图科学内容。
3.3.1要素选取原则及内容
我国西部地区地物要素稀少，1:50000地形图上各地图符号并不是太密集，为更好地表现出晕渲背景与矢量要素间的配搭效果，通过试验结果比对分析，地形图中矢量要素(面状植被的普染色除外)对晕渲表达地貌立体的影响较小。为丰富地图的信息量，晕渲地形图矢量要素直接利用地形图制图数据，只删去面状植被的普染色。
4. 产品制图表达
4.1地形图新要素符号设计
地图符号是地图的图解语言，是用来沟通客观世界、制图者和用图者的桥梁，是传输地图信息的媒介[[vi]]，直接影响着地图信息的传递效果。
1)符号设计原则
地形图新要素的符号作为1:50000地形图图式的补充，须充分考虑符号系统的科学性、艺术性和协调性等，设计原则为：①符号设计风格与地形图图式相一致;②地图符号科学、美观、逻辑性强;③符号可视化效果略强于原图式符号，以突出西部区域特色。
2)要素符号设计示例
图1 地形图新要素符号示例
Figure 1 symbols of some new elements of topographic map
4.2影像地形图产品制图表达
4.2.1矢量要素表达
1)符号设计原则
影像地形图中矢量要素表达方面从符号的样式、色彩、线型，以及注记的表现形式等方面，提出了要素符号和注记设计的2项原则，①继承性原则：以现有地形图图式中相应的符号样式为设计基础的，在大小、颜色、线型等方面适当变化;②突出显示原则：采用套色、对比、放大、勾边等方式使地图符号、注记在影像中清晰可见的，增强可视化效果。
2)符号设计
根据以上设计原则，影像地形图中的符号设计如下：①符号形状采用GB/T 20257.3-2006《 国家基本比例尺地图图式第3部分：1:25000 1:50000 1:100000地形图图式》中相对应的符号;②符号尺寸在现有图式尺度的基础上放大20%～30%;③为使要素符号在影像上产生清晰可见，符号外轮廓采用套色法，套色宽度不宜过大，以0.15mm～0.25mm之间为宜;④符号的填充色与轮廓颜色运用内淡外深或内深外淡的表现方式，以产生反差对比;⑤注记字体通过放大、加粗、套白、改变字体类型等方式，使注记在影像上配置清晰、协调。
4.2.2影像图像表达
根据制图要求，融合后的影像应纹理清晰、层次丰富，色彩饱满自然，噪声小，各类别地物在色彩上差异明显，易于判读。为保证影像出图质量，一方面从影像的色调、饱和度、清晰度、对比度等方面增强图像的色彩及纹理表现能力;另一方面考虑到矢量符号叠加效果，对影像本身的颜色过浓过艳作整体色差校正处理，使其反差适中，色调相对柔和，减小背景影像对矢量要素符号阅读的影响。
影像图像处理原则为：①通过地域特征及影像效果分析，从影像的色调、饱和度、清晰度、对比度等方面来增强图像的色彩表现能力;②因成像条件原因使某些局部区域颜色失真，对图像局部作色彩校正处理;③对影像本身的颜色过浓过艳作整体色差校正处理，使其反差适中，色调相对柔和;④同一测区应首先选择典型图幅制作样图，以协调整体影像处理效果。
4.3晕渲地形图产品制图表达
4.3.1矢量要素表达
通过试验对比分析，晕渲地形图中居民地、道路、水系、境界、土质、植被等基本地理要素基本沿用地形图制图数据，只删去植被普染色，与传统地形图保持较好的继承性，又能充分应用已有成果快速成图，减少工作量。
4.3.2晕渲表达
高质量的晕渲是晕渲地形图制作的关键，通过试验分析，晕渲生成和表达的关键技术内容包括[[i]]：①晕渲采用单色灰色晕渲，既能形象展示地貌起伏形态，也不影响线划地形图的阅读。②确定晕渲生成的最佳参数。针对我国西部地表起伏差异悬殊的区域地理特征，选用测区内高差大、中、小地区的图幅进行技术试验，提出晕渲生成的最佳各项参数：一般情况下垂直比例尺为1，光源方位角315°，光源高度角55°。特殊地区高度角在45°～65°之间调整，高差较大时入射角可以适当增大，高差较小时入射角可以适当减小。③晕渲图像色阶应反差适中，色调相对柔和。为不影响主题要素的阅读，作为背景的晕渲明坡最亮处灰度值可以达到K(黑色)值0，但面积不应太大，灰度值1%～4%较有层次感;暗坡最暗处灰度值一般不大于K值75%，最大不应大于K值80%;大面积平缓地区灰度值保持在K值7%～8%之间比较理想。④强调表现立体形态，同时注重细部地貌特征。晕渲的立体感主要取决于山脉阴、阳坡面的明暗对比，反差越强立体感就越强，但同时强烈的反差会使山脉的细部特征模糊。
5. 结束语
西部测图工程在继承传统模拟地形图产品和自“九五”以来测绘向外提供的数字测绘产品DEM、DOM、DLG产品的基础上，开发研制了影像地形图、晕渲地形图，建立了适合西部的1:50000影像地形图生产的技术体系和1:50000晕渲地形图生产的技术体系，提出了反映西部特色的地形图新要素，构建了我国西部1:50000地形图产品的新模式。研究成果作为“新一代国家基本比例尺地形图”研制的实践，指导规模化生产了我国首批西部1:50000地形图、影像地形图和晕渲地形图产品，改善了长期以来我国地形图形式单一现状，对丰富国家基本比例尺地形图产品具有重要意义。此外，工程形成的技术体系和工艺流程为我国地形图的产品创新探索了成功经验，为相关地图产品设计和制作提供了有益借鉴和参考，促进了测绘地理信息行业科技水平的提高。
参考文献：
[1]王立新,朱伟.基于ArcGIS的1:5万DLG数据库生成地形图的设计与实现[J]，测绘通报，2008(5):58
[2] 苏山舞,殷红梅,于荣花.国家西部测图工程标准化研究与实践[J].测绘科学，2013,38(2):38.
[3] 李维庆,苏山舞,陈代蓉.西部测图工程影像地形图产品设计与制作技术[J]，测绘地理信息，2012,37(6)：76
[4] 苏山舞,于荣花,殷红梅.国家西部测图工程产品模式研究与实践[J].地球信息科学学报，2011,13(6):766
[5].CH/T 9021-2013《国家基本比例尺地图 1:50000晕渲地形图》[S].测绘出版社，2013:1
[6] 孙广宇,刘海砚,王志超,等.地图符号的艺术性设计[J]. 测绘与空间地理信息，2010,33(1):57
[7] 于荣花,苏山舞,殷红梅,等.国家西部测图工程1:50000晕渲地形图研究[J].测绘科学，2010,36(6):44
作者简介: 殷红梅(1981)，女, 山东省威海市人，助理研究员, 硕士，现主要从事地图产品设计与表达、地理信息系统建设相关工作。
原文标题：我国西部1:50000地形图新产品设计与表达技术
声明：中国勘测联合网登载此文出于传递更多信息之目的，并不意味着赞同其观点或证实其描述，文章内容仅供参考。
