基于ArcGIS的地图符号库建立及应用

本科生毕业论文

（申请学士学位）

论文题目基于ArcGIS的地图符号库建立及应用作者姓名李学齐

所学专业名称测绘工程

指导教师邓岳川

2015年6月7日

学生：（签字）

学号：

论文答辩日期：年月日

指导教师：（签字）

目录

摘要 (1)

Abstract (1)

1 绪论 (2)

1.1 选题背景和意义 (2)

1.2 国内外研究现状 (2)

1.3 研究方法和技术路线 (2)

2 地图符号系统理论基础 (3)

2.1 地图基本特性 (3)

2.1.1 数学法则产生的可量测性 (3)

2.1.2 地图符号进行表达时产生的直观性 (3)

2.2 地图符号实质与分类 (4)

2.2.1 地图符号概述 (4)

2.2.2 地图符号分类 (4)

2.3 地图符号库设计原则 (4)

3 基于ArcGIS的地图符号库建立 (5)

3.1 引用的规范及规程 (5)

3.2 点状符号库的建立 (6)

3.3 线状符号库的建立 (10)

3.4 面状符号库的建立 (12)

4 地图符号库应用 (15)

4.1 加载符号与矢量化 (15)

5 结论与展望 (18)

5.1 结论 (18)

5.2 展望 (18)

参考文献 (20)

致谢 (21)

基于ArcGIS的地图符号库建立及应用

摘要：目前在ArcGIS中没有规范的地形图符号库，给地形图的后期制作带来不便。为解决这一问题，本文提出了解决方案，首先参考国家地图制图相关规范标准，通过FontCreator软件设计一套地形图符号库，再加载到ArcGIS中。最后，在对浙江省兰溪市航拍影像图矢量化过程里，通过使用该地形图符号库，实现了在ArcGIS中兰溪市选定区域地形图的矢量化。通过本文的研究，为ArcGIS 制作规范的地形图提供了参考，具有较好的现实意义。

关键词：ArcGIS；FontCreator；地图符号库；符号化

The Establishment and Application of Map Symbol Library

Based on ArcGIS

Abstract:Currently there is no specification of topographic map symbol library in ArcGIS.It brings inconvenience to the late terrain map production. To solve this problem, this paper puts forward the solution, Firstly, reference to the national map of the relevant standards for mapping, through FontCreator software design a set of topographic map symbol library, then loaded into the ArcGIS. finally, in the process of the vectorisation of Zhejiang Lanxi aerial image, by using the topographic map symbol library, realize the Lanxi area selected in ArcGIS vectorized topographic map. Through the study of this article,this paper has provides the reference for the production of ArcGIS specification topographic map and has shown good practical significance.

Key words: ArcGIS; FontCreator; Symbol library; Symbolization

1 绪论

1.1 选题背景和意义

地图可既可以用来表示自然状况，又可以用来表示人类社会情祝，而地图的内容又需用地图符号来解释和说明。地图符号是为了表达地图的一种语言，是用来描述地图内容的重要手段，由不同形状、不同大小、不同色彩的图形或文字构成，地图符号能够传递地面事物所处空间的位置、形态、质量、数量以及不同事物的相互联系、区域总体特性等各种信息。虽然ArcGIS在地图的制图方面有着很好的表现，共44个符号库，内容涉及到自然、社会等各个方面，但是ArcGIS提供的符号库在实际地形图符号中的应用领域仍存在不足。

本课题研究旨在应用Font Creator和ArcMap等软件对符号的制作调整和管理分类，可为地图数据的符号配置和可视化表达提供参考，为ArcGIS提供一套规范的地形图符号库，为后续的制图工作带来便利。

1.2 国内外研究现状

当今，地图符号库是地理信息系统不可缺少的一个部分。地图符号是表达地图内容的基本手段，它由形状不同、大小不同、色彩不同的图形和文字组成，另外也称为地图符号系统。就单个符号来说，它既可以表示客观事物的类别，也可以表示空间分布位置和数量的多少。对同类的事物来说，这可以反映此类事物的分布特征。由多种符号进行组合，便能够表达各事物之间的相互关系和区域的整体特性。国内同类研究中，祁华斌[1]等在对ArcGIS的地图符号库建立及符号化实施过程中通过在AutoCAD下绘制设计图形符号再导入到ArcGIS后符号库的研究，得出基于ArcGIS 8.01一种地形图符号库的创建和对其符号化的新路径。刘洪光[2]-[4]等在基于ArcGIS的地质灾害地图符号库与遥感监测符号库设计与实现中，通过实际应用检核了以该技术方法为基础的地质灭害地图符号库，在这种技术方法的基础上完成了地质灭害地图符号库及遥感监测符号库的应用、发布和共享。杨利兵[5]-[7]等在基于ArcGIS9.0的地图符号库中不同类型符号的制作方法和符号库的创建，方便人们对ArcMap地图符号库的使用和新符号在符号库中的添加工作。董箭[8]-[11]等在对ArcGIS的海图符号库和抗震救援的现场等符号库设计与实现时，通过对较复杂的各类点状符号研究，再利用ArcGIS软件，找到了解决海图符号对数字海图制图与抗震救援的现场显示需要的方法。王文敏[12]学位论文中，对ArGIS的地图符号库建立方法与动态符号化实现的过程里，和基于ArcGIS软件平台，AutoCAD 2006和Font Creator 5.0软件应用研究的基础上，实现了地图符号库的建立和动态符号化。

1.3 研究方法和技术路线

课题研究的方法和流程基本是软件的安装、软件的应用、符号的设计制作、符号的编码、符号库的建立以及对符号库的应用，其整体流程如图1-1所示。

图1-1 流程图

（1）符号设计。利用FontCreator5.6对点符号或是简单的线、面符号进行制作，并运用ArcMap 里面的Style Manager 对相对复杂的线符号和面符号进行制作；

（2）符号的命名编码对照处理。对设计好的点线面符号对照地理信息数据的编码对符号进行命名编码，并进行最后的细化整理；

（3）地图的矢量化。利用设计好的ArcGIS 地图符号对浙江省兰溪市张坑乡瓦灶头村影像图进行地图的矢量化处理。

2 地图符号系统理论基础

2.1 地图基本特性

2.1.1 数学法则产生的可量测性

地图是按照比较严格的数学法则进行编绘，具有比例尺、地图投影及定向等一些数学基础，所以我们可以从地图上以符号来确定具体的位置、大小、形状以及体积等信息。由地图投影而生成的地面物体的图形，可通过控制其变形的情况，准确地确定其变形的大小情况，这样能使地图有更高的科学和应用价值。

2.1.2 地图符号进行表达时产生的直观性

地图是使用特制的图形语言，对比较客观的事物进行表达再现，具有一定的直观性和易读性。地表上的物体一般具有复杂的外貌与型态，地图的符号因为进行了抽象概括，根据各性质分类，图地图符号细化分类整理

地形图符号库 选定区域的地图矢量化

符号库 符号字体库 ArcMap-Style Manager Font Creator 等软件

点状符号 面状符号 线状符号

编码对照表文件 地形信息数据

形被很大简化，就算比例尺被缩小，也能得到清楚的图像；地表物体形状体积小又比较重要的要素，比如控制点、路标等，所以地图上可根据具体需求，非比例符号可被用来表示，且使其不受到比例尺的影响；水质、居民地等的数量、质量特征在地图上可用专门的符号和注记来表达；地表有些被遮掩的物体，在地图上能利用专门的符号表达出来，例如用等高线表示的地貌形态能够不受植被遮盖的影响，地下管线、隧道等也全部能不受影响地被表达显示。

2.2 地图符号实质与分类

2.2.1 地图符号概述

地图符号需要以一种特定的关系为前提进行地面物质的抽象表达。也就是说，地图符号是一种图形符号，可在地图上用来表示各种地理事物及现象。

2.2.2 地图符号分类

（1）按空间分布特征分类

根据符号的几何表现特征则分类，一般可将符号分为点状符号、线状符号、面状符号和体积符号，本次课题研究对体积符号不予讨论。相同地面物体在不同的比例尺条件下可具有不同特点的几何符号，显示会有所不同。如一座城市，世界地图里面就是一个点状的符号，但在大比例尺的地图中，则会以面状符号的形式表现出来。点状符号：表达空间里点位的符号，有定位的特征，且地图的比例尺与点符号大小无关。线状符号：一般所表达的是位于空间的线或者是呈带状分布的线的现象，且具有一定的定位意义，而不考虑它的宽度。面状符号：其概念可表述为位于空间的且具有二维特征的面，面状形状和所代表事物对象的实际形状相像，若以面来定位，则地图上一般会表现成一个图斑。

（2）根据符号与地图的比例尺关系分类

a、比例符号：也叫做真形或者轮廓符号，可保持空间物体的真实平面轮廓和形状。

b、不依比例符号：通常为点状符号、独立符号等。经常用于表示在实地占面积很小，地物本身的平面轮廓形状不能被保持，并且相对独立的事物。

c、半依比例符号：一般由呈长形分布的线状地物组成，仅能表达地物在平面轮廓上的长度，但不能表现出它的宽度的符号。

2.3 地图符号库设计原则

（1）尽可能参照现有的地图图式。这样可以制作出符合制图应用的各类地图符号，方便使用，方便共享。

（2）新设计地图符号时需遵照图案化、精确性、对比性、统一性以及自动绘制适应性等原则。这样制作出的符号，方便识别分类，也方便管理归类。

（3）由具体情况选择适当的符号信息块结构。制作出的符号需要含有用户所使用需要的信息类

模块，方便选择使用。

（4）符号库应具有可扩充性，用户被允许可以自行修改任意一种符号图形，删除没用的符号，添加新设计的符号。这可体现出符号库建立使用的人性化，可创新化。

3 基于ArcGIS的地图符号库建立

3.1 引用的规范及规程

地图符号库的建立以国家技术监督局颁布的标准比例尺的地形图图式、基础地理信息分类体系以及地质图编绘等相关规范为依据，以下为本课题地图符号库建立过程中需要参照的一些规范：（1）GB/T13923—2006《基础地理信息分类体系》；

（2）GB/T 7929一1995《1:500 1:1000 1:2000地形图图式》；

根据相关规范，参照国家标准GB/T13923—2006《基础地理信息分类体系》对地形图符号库进行编码。空间数据要素分类代码，一般采用6位编码，并且这6位编码按照从左到右的顺序排列，分别为大类、中类、小类和子类码。左起第1位为大类码；左起的第2位为中类码，中类码是在大类基础上进行细分而成的要素类；第3和第4位为小类码，即在中类基础上进行细分形成的要素类；第5和第6位为子类码，即是在小类基础上细分形成的要素类。根据各个地方需求和规定，特殊情况下就需对代码进行补充、扩充，增加分类，细分要素类。本课题研究的具体代码结构，如图3-1所示：

大类中类小类子类

图3-1 空间要素编码结构

在此次课题研究中，一共完成地图符号中，点状符号164个，线状符号106个，面状符号48个。其中，由本人独立设计完成符号的数量分别为101个、64个、31个，剩余符号均参考浙江中测新图有限公司的兰溪市1:1000 3D产品生产地形图符号库进行制作。

对于课题中地图符号制作完成后需要进行对符号编码的工作。例如，对制作好的平面控制点里的三角点符号进行分类编码，其编码是110102，编码首先是参照GB/T13923—2006《基础地理信息分类体系》，一般为6位十进制码，但是根据各个地方对编码需求不同，还可以有第七位要素分类码，第八位几何特征码，第九、十位图形特征码，具体的可参照地方基础地理信息要素分类与图形表达代码进行再细分，其中三角点的第一位编码大类码为“1”，第二位编码中类码为“1”，第三四位编码小类码为“01”，第五六位编码子类码为“02”，这些十进制类编码与地位基础—测量控制点—地面控制点—三角点要素所对应。同时也可参照GB/T13923—2006《基础地理信息分类体系》

附录B，直接选择制作符号所对应的编码，附录B的部分编码如表3-1所示。点状符号制作及编码结果如图3-2所示。

表3-1附录B部分要素编码

1:500 1:1000

1:5000~1:100000 1:250000~1:1000000 分类代码要素名称

1:2000

100000 定位基础√√√

110000 测量控制点√√√

110100 平面控制点√√√

110101 大地原点√√

110102 三角点√√√

110103 图根点√

110200 高程控制点√√√

110201 水准原点√√√

图3-2 地物属性字段与符号名称对应图

3.2 点状符号库的建立

点状符号一般用于表示不依比例尺的小面积或者独立的点状地物，通常情况下其符号图形的位置是固定的，一般具有明确的定位点及方向性。ArcGIS里，点状符号的分类一般有4种：简单符号( Symbol Maker Symbol )、字符符号（Character Maker Symbol )、箭头符号( Arrow Maker Symbol)和图片符号( Picture Maker Symbol )。在地理信息应用系统需求的基础上，制作标准的、特别的地图符号时，可利用这些符号的特性来组合叠加、编辑制作，最终得到满足用户需求的符号。

点状符号库建立的详细步骤如下（以埋石图根点符号为例）：

（1）在字体编辑软件(FontCreator 5.6 )中新建字体文件，名为“符号库文件”，利用左侧示例工具栏中的图形，参照GB/T 7929一1995《1:500 1:1000 1:2000地形图图式》，可看出埋石图根点符号的外边框每条线段几何长度相等，其长度为矩形框边长的1/3，两两线段之间的距离也为矩形框边长的1/3，矩形框内部圆心直径长为矩形框边长的宽度，符号所有组成颜色均为黑K100。选择其组成所需的基本图形，并将其拖入右侧编辑窗口，准备制作埋石图根点符号，如图3-3所示：

图3-3 埋石图根点所需基本图形

（2）首先，对矩形框的大小和xy 位置进行设置，大小分别为宽1500, 高1500，设置时需将锁定纵横比前面的“√”去掉。其中心位置xy 设置为（1147,1140）。再利用Crtrl+C ，Ctrl+V ，再复制出一个同等大小相同位置的矩形，复制出来的第二个矩形保持原来位置不动，同样设置的方法将其大小设置为宽1200, 高1200。鼠标选中第二个矩形点击右键，选择“更改方向”，则会得到具有一定边框宽度的矩形框，其设置及制作结果如图3-4所示。

图3-4 第二个矩形的设置及结果

（3）对埋石图根点的边框进行设计，设置长条形矩形宽145，高2200，同样利用Crtrl+C ，Ctrl+V

，

再复制出一个同等大小相同位置的长条形矩形。再在转换工具框中点击“移动”，水平值设置为400，垂直值为0。确定后将两个长条矩形选中，在转换工具框里设置其xy位置为（1147,1140），这样确保两长条矩形与前面矩形框中心位置一样，点击确定进行移动，图形设置及结果如图3-5所示。

图3-5 埋石图根点边框设置

（4）选中两长条矩形，利用Crtrl+C，Ctrl+V，再复制出同等大小相同位置的两个长条形矩形，在转换工具框里面设置中心旋转角度为90°。然后，对埋石图根点符号的中心圆进行设置，即将其大小设置为宽150，高150，其xy位置继续保持与大的矩形框xy（1147,1140）位置保持一致。框选全部选中各个图形，利用工具栏里的，对图形边框内侧多余的部分进行切割，在过程中为了保证切割的位置尽量准确，可利用工具栏里对需切割部分进行放大，有交叉红点部分进行切割工作，切割完毕后，将内部多余的图形进行删除，最终得到了埋石图根点的地图符号，如图3-6所示。

图3-6 埋石图根点符号

（5）设定该字体文件名，生成字体文件，并将其安装到C:\WINDOWS\Fonts\目录下，如图3-7：

图3-7 点符号字体库

（6）在ArcMap中，点击菜单Tools-Styles-Style Manager，打开符号管理器对话框，点击打开右上角按钮Styles，列表框中右击选择Create New创建符号库，再为符号库命名(如符号库设计.Style)。

（7）在ArcMap符号系统Style Manager管理界面内，选择左边目录中的点状符号样式库（Maker Symbols)文件夹。在右框空白处鼠标右击选择新建点状符号，在符号属性编辑对话框(Symbol Propertty Edior)内，编辑、组合、修改符号的尺寸大小、颜色、相对位置等属性，最后在符号管理器中给符号命、进行分类，这样即完成了一个点状符号的创建。如图3-8为创建编辑埋石图根点符号的对话框。图3-9是制作好的部分点状符号库。

图3-8 点状符号编辑器

图3-9 制作完成的点状符号库

3.3 线状符号库的建立

在ArcGIS中，线状符号一般由Simple Line Symbol(实线)、Hash Line Symbol（虚线)、Cartographic Line Symbol(制图线)，Maker Line Symbol(点符号构成的线)、Picture Line Symbol(图片组合的线)这五种线型进行叠加组合制作，编辑制作符号时需涉及到几个方面，如符号的叠置顺序、循环单元的比例关系、定位线的偏移量等一些因素，通常一个比较复杂线性符号会由几种组合的方式生成，但在制作符号的过程中，制作符号的原则应力求简单。

线状符号库建立的详细步骤如下（以已加固田坎线状符号为例）：

（1）打开ArcMap中的Sty1e Manager符号库管理系统的界面。选择Line Symbols符号样式库，右击新建线状符号，再打开符号属性编辑的对话框。

（2）在Symbol Property Editor的Type下拉框中，选择所要创建线状符号类型(如Simple Line Symbol、Hash Line Symbol、Cartographic Line Symbol、Marker Line Symbol、Picture Line Symbol 等线型)。一些复杂线状符号则需要多层不同的线型符号进行叠加而成，在Layers选项卡下添加、再调整图层顺序，利用Line Properties、Cartographic Line, Hash Line、Template等选项卡设置各符号的属性参数，完成后进行符号命名与分类，这样即完成了一个线状符号的制作。如图3-10所示：为编辑制作已加固田坎线状符号的结构组成示意图，可看出其叠加线型符号的组成及方式。

图3-10 虚线、实线和点状符号的组合

（3）在Symbol Property Editor编辑制作已加固田坎的结构组成参数设置，首先使用添加Maker Line Symbol(点符号构成的线) ，在Maker Line下的Simple选择符号库里面已经做好的圆点符号，并调整其大小Size为2，颜色类型为K100，圆点间距Interal为1以及点符号的位置Offset 为-1.5，如图3-11所示参数。

图3-11 点符号构成线的一系列参数设置

（4）正如上述Maker Line Symbol(点符号构成的线)的制作，依次添加Hash Line Symbol（虚线)、Cartographic Line Symbol(制图线)，其选择线的类型，粗细以及旋转角度等参数设置的方法。三种类型的线分别制作完成，再将这三种线型的符号进行叠加，其叠加过程要对Offset进行适当调整，直到三种线最好叠加为止，如图3-12为编辑制作已加固田坎线状符号。完成线状符号制作后，再对符号命名与分类，这样制作完成了一个线状符号。下图3-13为制作完成的部分线状符号成果。

图3-12 线状符号制作编辑

图3-13 制作完成的线状符号库

3.4 面状符号库的建立

在ArcMap中，面状符号的制图类填充一般分为六种方式，分别为：单色填充( Simple fill Symbol)、

渐变色填充(Gradient Fill Symbol )、制图线填充（Line Fill Symbol)、点状符号填充(Marker Fill Symbol)、图片填充(Picture Fill Symbol )和三维图形填充(3D texture fill Symbol)。在本课题制作的面状符号库中，主要采用点状符号的填充方式进行填充叠加制作。对由点状符号进行填充而成的面状符号，可以使用先前制作的标准点状符号，再对点符号的大小、间距、偏移值等一系列参数进行设置。另外，对于图片填充的面状符号，需在AutoCAD等绘图软件中，按照标准图式尺寸绘制一个具有循环单元的矢量符号图形，生成图片，再在符号的属性编辑对话框中，打开选择图片填充(Picture Fill Symbol)方式，并调用该符号图片，对其x, y比例、x,y间距、x,y偏移量、颜色等一系列参数进行调整设置，最后根据一定的比例尺对符号进行表达输出，并校正符号尺寸。使其符合ArcGIS中制图符号要求和显示效果的要求。

面状符号库建立的详细步骤如下（以稻田面状符号为例）：

（1）在ArcMap里面的Style Manager符号系统的管理界面中，选中左边目录中面状符号的样式库，在右框的空白处右击新建面状符号，再打开符号属性编辑对话框，首先按照标准对填充物进行设计和添加，在Maker Fill中设置其颜色为C100，Y100，在Fill Properties里面的Separation设置填充物的间距x,y（30，30）。在选择填充符号，点击Maker Fill下的Maker，选择在点符号库里面已经设计好的稻田符号（点符号类型），并设置大小为12，旋转角度270°，颜色为C1100，Y100。再重复上述对稻田填充符号的制作，但是此次需要对稻田填充物进行偏移量的调整，即offset调整为（19，19），编辑设置及符号图形结果如图3-14所示：

图3-14 稻田符号填充物的编辑

（2）在Symbol Property Editor的Layers下继续添加Simple Fill Line，即对面状符号的边框进行制作，并将其颜色设置为C100，Y100，宽度为2，点击Simple Fill下的Outline从设计好线状符号库中对边框类型选择，如图3-15所示：

图3-15 稻田符号边框的编辑

（3）对三层图形进行套合叠加，即制作完成了稻田的面状符号，如图3-16所示。同样的对其他面状符号的编辑采用类似的方法，符号制作完成的最后，再统一进行对符号的命名与编码分类。图3-17为制作完成的面状符号库。

图3-16 稻田符号编辑结果

图3-17 制作完成的面状符号库

4 地图符号库应用

为了更好的展现设计的地形图符号库，下面将以兰溪市张坑乡瓦灶头村测区地形图矢量化过程为例，详细讲解地形图符号的应用。

4.1 加载符号与矢量化

（1）加载符号库。在ArcGIS中的Costumize的Style Manager中加载设计好的地图符号库.style 文件。如图4-1所示：

图4-1 地图符号加载

（2）底图配准。选定兰溪市张坑乡瓦灶头村区域2014年12月分辨率为0.3m的部分航空影像

图作为矢量化底图，此影像以CGCS2000为坐标系统，以1985国家高程基准为高程系统，由浙江中测新图有限公司兰溪市1:1000 3D产品生产项目部提供。在CGCS2000坐标系下，然后根据图像尺寸和比例模拟计算出四个控制点的坐标分别为LX1（5.283,8.570）、LX2（6.362，12.322）、LX3（9.458，13.029）、LX4（10.935，9.185）。四个点的坐标计算完成后，将影像导入ArcGIS，利用Georeferencing 工具和坐标值对影像进行配准，保证矢量化的规范性，为下一步矢量化操作做准备。

（3）创建数据库。建立矢量化数据库“矢量化.mdb”，在数据库下建立要素集，要素类，在矢量化过程中，根据影像图实际内容在每个要素集里面建立要素类，本课题此次矢量化过程中建立的要素集和对应的要素类具体如表4-1所示。矢量化时，根据实际地形中符号的需要，选择使用自己所设计的地图符号，开始编辑，按照一定的顺序对选定区域进行地图的矢量化。如图4-2为加载选定区域的影像图。

表4-1 “矢量化”数据库下的要素集及对应要素类

序号要素集要素类

1 控制点埋石图根点…

2 地质地貌未加固田坎、已加固田坎…

3 独立地物独立坟、阔叶独立树…

4 管线设施配电线、高压输电线…

5 交通设施省道、内部道路…

6 居民地简易房屋、建成房屋…

7 市政部件垃圾场、电杆…

8 水系设施池塘、地面河流…

9 植被园林水稻、幼林…

在表4-2中，共有要素集9个，各要素集下要素类共有39个。

图4-2 加载底图

（4）地图矢量化。下面以已加固田坎的矢量化过程为例，简要介绍操作步骤：

首先，在ArcGIS中加载制作完成的“.mdb”数据库；然后开始编辑，从数据库中选择需进行编

辑的已加固田坎，此时要选择自己符号库内的已加固田坎符号；点击窗口左侧Layers里已加固田坎的图标即可进入选择符号库内的符号；开始编辑，编辑状态下绘图窗口鼠标显示的十字丝，这样利用自己设计的已加固田坎符号对底图进行放大勾绘，即矢量化。每矢量化完成一种类型的地物，记得进行保存编辑，然后从数据库中选择下一个需矢量化的要素符号，继续矢量化。在矢量化过程中注意点线面以及底图之间的图层关系，每种地物每种符号对应着一个图层属性。图层的上下关系一般会影响矢量化图形的显示效果。矢量化过程需细心耐心。如图4-3（有底图）、图4-4（无底图）为矢量化过程中的部分成果图。

图4-3 部分矢量化成果（有底图）

图4-4 部分矢量化成果（无底图）

（5）图幅整饰。编辑窗口显示转换成布局窗口状态，生成图框，完善公里网格、图名、图例、指北针、比例尺等地图信息，如图4-5所示。