GIS中地图配色、显示优化策略与方法实践

GIS中地图配色、显示优化策略与方法实践
张欣，王尔琪，陈国雄
(北京超图软件股份有限公司, 北京 100096)
摘要：在GIS应用系统中，通过对地图进行恰当配置来优化显示效果可以大幅度改进用户操作体验。

本文将地图类型分为基础地形图、专题地图、普通电子地图、卡通游戏地图等四大类，从地图类型、地图要素、显示优化等方面对地图配置策略进行了探讨。

根据不同地图的特点，结合GIS软件的符号、注记、专题图等功能，总结了地图配置策略和优化方法，并以SuperMap为例进行了验证。

关键词：地图配置, 地图色彩, 显示优化, SuperMap
Key Words：Map Configuration, Map Color, Optimize Visualization, SuperMap
1引言
GIS系统中，地图配置是非常重要的一部分内容，但是对于同样的数据，无论从美观的角度还是效率的角度，不同的用户配置出的地图都有较大的差别。

本文针对GIS应用的这个难点，根据不同地图的特点，结合GIS软件的符号、注记、专题图等功能，从地图类型、地图要素、显示优化等方面对地图配置策略进行了探讨，对地图配置优化方法进行了总结，并以SuperMap GIS软件为例进行验证。

2GIS地图配色原则
2.1颜色配置原理
当我们看到一幅地图的时候，除了图形、线划、符号、文字以外，最先进入眼帘的就是地图的色彩。

合理的地图配色可以简化地图符号系统，如同一种线型，蓝色表示河流，棕色为等高线；地图色彩还可以改善地图的视觉效果，使地图要素更容易判读。

2.1.1颜色构成三要素
颜色三要素包括色相、亮度、饱和度。

色相是区别色彩种类的名称，通常所说的红、黄、绿、
紫等颜色就是指色相而言的。

在地图设色中，色相差别是一个最显著的色差指标。

亮度是指色彩的明暗程度。

白色亮度最高，黑色最低。

在地图设色中，亮度差别通常用在表示数量变化的专题内容上，比如用蓝色的深浅表示海洋的深度变化。

饱和度是指色彩的纯净程度，也称为纯度，一般来讲，色彩越鲜艳，饱和度越大；反之，饱和度越低。

在颜料中红色饱和度最高，蓝绿色饱和度最低。

以人口分布图为例，一般饱和度高的区域人口密度大，饱和度低的区域人口密度小。

2.1.2颜色心理的影响
电子地图的要素内容和配置方式非常灵活，掌握一些颜色理论和颜色心理方面的内容是必要的。

实验证明，人辨别颜色的能力在不同波长是不一样的，在光谱的某些部位比如480nm和580nm 附近，只要改变1nm人眼便能看出颜色差别，其它部位约为1-2nm才能看出其变化。

蓝颜色的波长为470nm，绿颜色的波长为510nm，黄颜色的波长为580nm。

因此可以看出人对绿色敏感，绿色的图像感觉清晰，细节丰富。

而褐色、棕色的图像细节表现不是很好。

人对色彩的感知有很大的共性，例如色彩的积极感和消极感、色彩的冷暖感、轻重感等。

影响人的感情最重的是色相，其次是亮度，最后是饱和度。

从色相上讲，红、黄、橙色等是令人兴奋积极的暖色；而蓝、蓝绿、蓝紫色则是给人沉静而消极的冷色；从饱和度上讲，高饱和度的色彩比低饱和度色彩给人感觉积极；从亮度上讲，同饱和度的不同亮度，一般为亮度高的色彩比亮度低的色彩刺激性大，感觉积极。

2.2GIS地图配色策略
地图给读者的第一感觉便是色彩效果，地图的色彩设计最重要的是整体色彩的协调。

2.2.1确定总体基调
地图的整体色调非常重要，因此首先要确定整体色调，然后再进行局部的色彩设计，这是色彩设计的第一步。

设色时各色围绕着主色调有节奏地变化。

在实际工作中，应进行色彩配合的试验，并参考己出版的地图和网站上比较经典的地图，经反复比较，求得理想的色彩效果。

2.2.2颜色的协调性
面状区域或背景色的设色是地图设色的关键，因为面状符号所占面积大，面状符号色彩设计的成功与否直接影响到地图的总体效果。

面图层设色时，整体的色彩饱和度不宜太高。

一般小面积、少量分布的对象多使用饱和度较高的色彩，以求明显突出，而大面积范围的对象则最好用饱和度偏低的色彩，以免过分明显刺眼。

另外，在一幅地图中，虽然各种面域的色值不同，但所使用的颜色应协调，例如地貌图中，海洋用蓝色，平原用绿色，丘陵用黄色，山地用棕色，极高山地用浅紫色
等。

线划要素与面域的色彩要有较大的反差，使他们之间有清晰的对比。

由于线划要素比较细长，因此可考虑采用饱和度大一些的色彩，不同等级的同类要素可以采用不同的线宽、颜色加以区分。

注记色彩也要考虑到背景的颜色。

在深色背景下注记的设色可浅亮些，在浅色背景下注记的设色可深一些，以使注记与背景有足够的反差。

注记用色不宜多，且一般按习惯用色进行设计，如水系注记用蓝色，山峰注记用棕色。

2.2.3颜色种类不宜过多
利用色彩三属性来表示要素的数量、质量差异，不同类要素可采用不同的色相表示，但一幅电子地图所用的色相数不宜过多，实际上采用4种颜色就可以保证所有相邻的面域不会出现同色。

2.2.4符合用色习惯和颜色心理
正确利用色彩的象征意义，把地理要素和人的主观感受、地图功能、用图对象结合起来考虑设色。

例如，蓝色是表示河流、湖泊的习惯色；黄色和棕色表示沙漠和戈壁；植被用绿色表示等。

另外，设色时考虑到颜色心理因素，比如温度从低到高的表示，体现在颜色上可以采用从蓝紫色到黄色再到红色的渐变颜色。

3GIS地图配色策略
3.1常见GIS地图的特点
根据地图应用和地图功能的不同，笔者将地图分为基本地形图、专题地图、普通电子地图、卡通游戏地图四大类。

基本地形图和专题地图经过多年的发展，理论指导比较丰富，关键是进行配图实践，研究如何快速、高效的配图；而电子地图、卡通游戏地图风格各异，目前没有统一的标准。

基本地形图即国家基本比例尺地形图。

它是编制其它地图的基础，也是制作专题地图的地理底图。

国家对于标准地形图要素内容、要素颜色、线划要素线宽等有明确的规定。

专题地图是以基础地理要素为基础，着重表示制图区域内某一种或几种自然或社会经济现象的地图。

这类地图的显著特点是，专题要素需要详尽表示，其基础地理内容则视主题而异，专题地图的内容由基础地理和专题要素两部分构成。

其中，专题统计地图通过图形、图表表示数量分布和对比情况，比如经济类统计地图；专题分布地图通过颜色、标签等表示专题分布，比如气候类型图、温度图等。

普通电子地图是公众接触最多的地图，比如城市旅游地图、公众服务地图。

对于普通电子地图，
目前没有统一的配色方案，比如各大网站发布的网络地图风格各异，这也是电子地图的一大特点。

电子地图配置的关键是配置出有个性的漂亮的地图。

卡通/游戏地图是近年来发展起来的一类地图类型。

这类地图的特点是非常时尚，也很吸引人，在SuperMap软件中同样可以制作此类地图。

要配置一幅完整的地图，需要有相应的地图要素，还要经过图层组织、风格渲染、创建专题图、显示优化、图廓整饰等过程。

并且不同地图类型在地图要素、颜色方案、图廓整饰等方面有所不同，因此本文对不同的地图类型分别加以说明。

3.2标准地形图配色策略
在标准地形图配置过程中，首先对规定的地形图要素进行组织。

图层的顺序从下到上为：植被、水系面、地貌、水系线、道路、境界、居民地、管线和垣栅、测量控制点、独立地物、注记，每个图层还可以根据属性信息把地图要素分成不同的等级。

由于国家对标准地形图要素颜色有明确的规定，因此在标准地形图的配色中，使用标准颜色值进行风格渲染，比如等高线、水系分别采用规定的颜色。

在SuperMap软件中可以采用图层、地图模板功能，快速重复利用设置好的图层、地图风格，加快地图配置的效率。

另外，在文本标签的风格设置方面，SuperMap支持一些比较特殊的字体显示效果，比如水系的左耸肩体，山脉的右耸肩体，表示列岛、群岛的扁字体等，主要是通过设置字体的高、宽、斜体和倾斜角度等参数实现。

标准地形图的一个主要目的是进行打印输出。

图廓整饰可以通过SuperMap桌面软件中的标准图幅图框生成，再配上图例。

如果自动生成的图例不能满足要求，可以把图例打散，对图例中的图层、符号信息、文字描述等进行编辑。

最后，可以将布局保存为模板，便于以后再配置此类标准地形图时直接套用。

图表 3-1基础地形图
标准地形图很重要的使用目的是印刷出版，因此对于各要素颜色的设置主要是从打印输出的角度考虑，下表列出了标准地形图部分要素的颜色方案。

名称颜色名称颜色
主要河流、湖泊边线、海岸线RGB（170，231，0）高速公路外RGB（173，0，0），
内RGB（255，125，123）
计曲线、首曲线 RGB（173，113，0）等级公路、等外公路 RGB（173，0，0）居民地边线 RGB（173，0，0）国界、省界 RGB（0，0，0）单线铁路、复线铁路 RGB（0，0，0）地区界、县界 RGB（0，0，0）
图表 3-2 线划要素配色方案（1：25万，1：50万）
名称前景色背景色
河流、湖泊、水库深RGB（115，223，255），浅RGB
（189，235，255）深RGB（115，223，255），浅RGB（189，235，255）
居民地 RGB（255，125，123） RGB（255，125，123）沙地、盐碱地 RGB（173，113，0） RGB（255，255，255）森林 RGB（214，255，189） RGB（214，255，189）经济林、灌木林 RGB（82，255，0） RGB（214，255，189）草地 RGB（82，255，0） RGB（255，255，255）
图表 3-3 面域要素配色方案（1：25万，1：50万）
名称大小字体角度颜色
首都高66宽0 黑体0 RGB（0，0，0）省、自治区、直辖市人民政府驻地高54宽0 黑体0 RGB（0，0，0）
自治州人民政府驻地高45宽0 黑体下划线0 RGB（0，0，0）
地级市人民政府驻地高45宽0 黑体0 RGB（0，0，0）
县级人民政府驻地高35宽0 黑体0 RGB（0，0，0）
镇级人民政府驻地高28宽0 黑体0 RGB（0，0，0）
七大洋高90宽0 @宋体斜体290 RGB（0，170，231）
海洋高72宽0 @宋体290 RGB（0，170，231）
河流高54宽0 @黑体290 RGB（0，170，231）
湖泊高48宽0 @宋体290 RGB（0，170，231）
水库高35宽0 @宋体290 RGB（0，170，231）
图表 3-4 注记配色方案（1：25万，1：50万）
3.3专题地图配色策略
专题地图中，最重要的是通过创建专题图突出显示专题信息，因此专题信息的颜色设置尤其重要。

在颜色的选择上，一般采用SuperMap默认的颜色方案，比如人口一般用黄红色带，气象一般用蓝青色带。

同时要符合行业特点和人的颜色心理，比如气温高的地方，选用暖色表示，气温低的地方，宜采用冷色表示；气压高的地方用沉重的颜色，气压低的地方用轻的颜色；环境污染的地方宜用灰的颜色等等。

以世界气候分布图为例，创建一个单值专题图表现不同的气候类型，热带雨林气候可用绿色，温带气候用浅红色，寒带气候用蓝紫色等。

另外，SuperMap软件支持专题图的导入、导出，可以实现同类别专题图的快速创建。

图表 3-5专题地图
专题地图的图廓整饰，一般要有图名、图例、图框、比例尺、指北针、出版单位、领属注记等信息。

专题地图的图例相对简单，在SuperMap布局窗口中可以添加单值、范围分段、统计专题图图例。

复杂图框可以通过布局的复杂边框实现。

最后，将制作的专题地图布局保存为布局模板，便于重复利用。

3.4普通电子地图配色策略
普通电子地图的背景要素一般包括绿地、水系、居民地等，而道路、地名信息等是需要突出显
示的要素。

在颜色配置方面，电子地图总体的配色原则是让使用者感觉舒服，不刺眼，并突出道路、地名信息。

还需要考虑到颜色心理因素，比如颜色的冷暖感、软硬感、远近感等。

在实际配色过程中，首先配置面要素的颜色，因为面要素所占面积大，面的颜色会决定地图的整体风格。

对面要素的颜色配置，一般采用创建单值专题图的方法，在颜色的选择上，尽量设置浅淡的颜色，避免视觉冲击过于强烈。

这里介绍一下行政区域的四色配图，行政区域的配色一般采用色相相差较大，亮度高的颜色，比如淡黄（255，255，223）、淡绿（223，255，223）、淡蓝（223，223，255）、淡粉（255，223，255）。

另外介绍一种行政边界衬色的配置方法：行政边界一般采用粉色（深（255，0，198）、浅（255，133，222））和棕红色（深（255，0，0）、浅（255，255，123）），并且采用线型偏移的方式效果不是很好，一般采用两边等宽的线型或做缓冲区填充作为衬色，然后通过行政区域面压盖住线型在行政区域内的部分，达到境界衬色的目的。

对于线划要素，重点是设置线的颜色和线型风格。

设计线划色彩时首先要考虑其所代表的信息的主次关系，主要的界线和线状地物用色宜浓、艳、粗的颜色，次要信息可用淡、灰、细些的颜色表示，使地图层次分明，清晰易读。

比如不同等级的道路采用不同颜色、宽度的线型，等级高的公路采用饱和度高的色相和宽线型。

电子地图上的点要素非常多，且大多是和日常生活密切相关的信息，比如政府机构、学校、医院、宾馆饭店、银行、地铁、停车场、地下通道，对于这些点要素一般采用形象化的符合生活习惯的符号表示（比如医院符号可采用红色的十字表示），在SuperMap的城市范例数据中也提供了这样的符号库供用户使用。

图表 3-6电子地图
4GIS地图显示优化
4.1显示效果优化
在地图配色和效果优化方面，SuperMap支持指定和管理颜色方案，用户可根据行业需求定制颜色方案，该颜色方案是全局颜色方案，软件中涉及颜色方案的功能均可使用，且颜色方案支持导入、导出；支持调色板管理，比如可以将标准地形图使用到的基本颜色保存为一个调色板文件，调色板文件支持导入、导出；系统提供三种常见的颜色模式RGB、CMYK、HLS，可以用一种颜色模式来编辑颜色，在颜色编辑时支持直接输入颜色值来指定颜色，或根据颜色的十六进制值来指定颜色，选择预定义颜色名称来指定颜色，以及通过色域颜色拾取和颜色滑块结合指定颜色。

还可以编辑颜色表，设置不同颜色分别对应的高程值，用于DEM/Grid数据的分层设色；
GIS中的地图由多个图层叠加组成，图层顺序是首先需要设置的。

而且合理的图层顺序可以使地图更加美观，一般图层根据类型不同的叠加顺序是，从上到下依次为文本、点、线、面；根据对象的范围不同从上到下依次为小、中、大。

普通电子地图的特点是区域切换比较快，因此刷新速度快，并且要求流动显示注记、沿线标注文本，因此，需要对电子地图的标注、线划要素等进行显示优化。

对于道路线划要素，设置道路名称标签流动显示，保证地图移动时名称显示的完整性；设置标签沿线标注，比如沿着线的方向从上到下，从左到右标注；如果线图层的对象很长，比如用一根很长的线表示八达岭高速公路，则可以采用固定周期的重复标注功能；另外，还可以设置道路名称标签是否固定角度、避免重叠、忽略小对象等。

对于线划图层，SuperMap中的十字路口显示优化功能显示的十字路口道路是连通的，更符合真实的道路情况，这里需要注意，十字路口显示优化功能适用于由两根不同宽度的线叠加构成的双线型，对由一根线偏移构成的双线型不起作用。

另外，SuperMap支持地图反走样，通过设置道路线划图层的线型反走样，可以优化道路线边界的显示效果，去除一些呈锯齿状或者台阶状的显示。

对于文本要素，可以设置文本反走样、文本过滤显示、标签文本自动避让，优化文本的显示效果。

文本过滤显示可以保证文本不会出现重叠现象。

4.2显示速度优化
很多电子地图是在网络上发布的，因此地图效率至关重要。

在SuperMap中有多种技巧优化地图显示的效率。

另外，地图显示效果和性能之间有时不能兼顾，因此需要在实际配图中灵活选择。

首先，将图层设置为不可捕捉、不可编辑状态可以提高显示速度。

其次，图层风格渲染时尽量
采用系统线型、系统填充风格。

在图层、对象过滤显示方面，首先，设置某些图层不可见可以提高地图显示的效果和效率，因此在配图时，可根据使用情况设置某些图层不可见，比如网络图层即使不可见也可以进行网络分析；其次，对图层设置可见比例尺可以提高地图显示的效率。

一般来说，地图全幅时只需要看见一些全局性的要素，比如行政区划面要素和主干道路要素；当地图放大的过程中，地图的细节部分才逐步显示出来。

再次，可以对图层中的对象设置过滤对象尺寸，将图层中的小对象过滤掉；通过构造SQL 条件也可以过滤掉一部分图层对象；对于文本图层还可以设置文本字高过滤显示。

对于数据量大的地图，建立合适的空间索引可以大幅提高地图浏览显示的效率；另外，利用SuperMap的地图缓存功能可以对当前地图生成一系列缓存图片，提高地图显示的速度，地图缓存尤其适用于网络发布的地图；对于海量影像数据，建立影像金字塔可以提高浏览显示的性能。

对数据的处理也可以优化地图显示速度，比如对数据进行重采样，减少对象的节点数目。

需要注意的是，重采样会带来精度的损失，因此比较适合于小比例尺的精度要求不高的地图。

5结论和展望
在GIS应用系统中，通过对地图进行恰当配置来优化显示效果可以大幅度改进用户操作体验。

本文结合色彩科学的原理和GIS地图应用的需求，对GIS中的地图配置和显示优化策略和方法进行了总结和实践。

近年来，GIS中三维显示得到进一步发展，与二维的结合增强了地图的表现力，使地图表达更加真实、生动；而导航地图则要求道路数据精确，浏览速度快捷，这些地图的配置具有新的特点和要求。

随着GIS的发展，三维地图和导航地图的应用越来越广泛，对于这两类地图的配置和优化还需要继续研究。

参考文献
[1] 黄建忠,彭惠卿. 专题地图中的色彩研究. 江西测绘,增刊,2007年:113-115.
[2] 杨兴旺. 地图色彩的美学设计研究. 地理空间信息,2007年,5(3):112-114.
[3] 陈毓芬,廖克,江南. 网络地图的设计原则. 地理科学进展,2001年,第20卷增刊:78-86.
[4] 谢超,陈毓芬. 网络地图的配色研究. 北京测绘,2007年第3期:9-12.
[5] 贾成全. 地图的色彩设计. 三晋测绘, 2003年,10(3):29-31.。