地图学

我的目标是掌握地图学的思想和技术，思想是一条线，把所有的技术串联起来。

顺便通过这个markdown的写作掌握latex的公式运用（在投影那里应该有适量的数学公式）。

0 为什么要学习地图学

其实陆漱言先生和陈述彭先生说得很对，值得多多品读。

0.1 信息科学与地理结合的学科

全书贯穿了地图—可视化—信息化的学科体系。

0.2 全书脉络梳理

（2022-2-26）

　　今天第一次做梳理，目前只上了一节课，所以我的判断可能不准。

　　我将第一章导论改为“地理学的第二语言——地图”，这样第一章就是侧重地图学思想的一章。第2章是地图的数学基础，或者说是给地球进行数学建模。第3～6章是信息科学的入门。第7～11章是制作地图的实践。

　　可见，专门讲思想的只有一章，我必须要在实践中领悟思想。

1 地理学的第二语言——地图

1.1 地图的基本概念

1.1.1 地图的主要特征

地理信息的载体

表达空间序列、时间序列以及各现象间的相互联系，从而了解制图对象的历史进程、现代发展和未来趋势。这体现研究地图的初衷是研究地理信息。

数学法则的结构

　　将地球表面划几刀形成各个区域和交点，~~再铺平~~，最后缩放。数学法则确保地理信息-->地图信息的正确性。

学了地图投影就明白了，不是铺平，而是用光来照，投影就是最好的解释.

所以我将下图中的铺平改为平面呈现。

graph LR;
	Math_Laws-->划刀;
  Math_Laws-->平面呈现;
	Math_Laws-->缩放;
	划刀-->坐标系统;
	平面呈现-->地图投影;
	缩放-->比例尺;

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有目的的地图概括

　　地理信息海量，吾辈但取一瓢概括=分类+简化+夸张+符号化。地图概括确保地理信息-->地图信息的有效性。

符号系统的使用

地图是符号的模型

　　符号系统确保地图信息流通的高效性。

1.1.2 地图的主要功能

　　在上一节我推理出每个特征对应一个性质：

graph TB;
	主要特征-->地理信息的载体;
	地理信息的载体-->初衷;
	主要特征-->数学法则的结构;
	数学法则的结构-->正确性;
	主要特征-->有目的的地理概括;
	有目的的地理概括-->有效性;
	主要特征-->符号系统;
	符号系统-->高效性;

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　　但这毕竟不是功能，这只是特征围绕地理信息-->地图信息这一初衷而衍生的性质。

　　谈及功能时，关注的不仅仅是地图本身，还应该主要从使用者的角度出发，使用者又可以分为制图者和用图者。

地图的认知功能
- 把握整体、全局的概念
- 获得事物的定性与定量特征
- 建立正确的空间图像
- 探究地理事物&现象间的空间关系
  这是ppt上的分类，我起初并不认为合理。我直觉中的分类方案如下：
  - 联系整体与局部（矛盾论视角）
    - 拥有全局视角
    - 分析各地理要素间的联系
  - 根据定量数据分析过去、现在、未来
  但这一直觉有几大逻辑问题
  1. 定性与定量过于割裂，第一点“整体与局部”几乎没有定量视角，纯定性概念
  2. 涉及定量的部分与地图的模拟功能重叠
  为什么会有逻辑错误？因为我对“认知”的认知有误。认知应当是偏信息科学的，模拟是偏逻辑科学的，所以能鉴往知来的功能一定是以逻辑科学为主、信息科学仅仅作为推理的原材料。信息科学关注的是“是什么”和“有什么联系”，从这个思维出发，就能理解ppt中的分类了。
  flowchart TB subgraph 拿到地图获取信息 --> 概览获取信息 --> 符号系统 end 概览 --> 获得全局概念符号系统 --传递的信息--> 地理事物的定性与定量特征 --经过大脑渲染--> 建立空间图像 subgraph 是什么获得全局概念地理事物的定性与定量特征建立空间图像 end 获得全局概念 --> 探究地理事物&现象间的关系建立空间图像 --> 探究地理事物&现象间的关系 subgraph 有什么联系探究地理事物&现象间的关系 end
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地图信息的载负功能

　　地图信息是地图符号直接信息及其组合后的内容、意义和观念间接信息。

地图的传递功能

classDiagram
地理信息 --|> 地图信息 : 制图者的提炼 
地理信息 : 即客观事物
地图信息 : 制图者理解下的
地图信息 --|> 用图者脑中的地理概念 : 用图者的理解
用图者脑中的地理概念 : 此处不是地理信息
用图者脑中的地理概念 : 因为与客观事物不完全相符
地理信息 --|> 用图者脑中的地理概念 : 可能失真

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地图的模拟功能

地图是符号的模型

　　模拟依靠模型，地图这一模型可以分为物质模型和概念模型。
- 物质模型
　　物质模型基于地理要素（如水系、居民点）。

　　随着数字孪生、GMS、地球空间信息学等新技术、新学科的发展，物质模型的作用逐渐提升。
- 概念模型

　　　　概念模型是基于物质模型，对实体的抽象和概括。

1.1.3 地图定义的讨论

　　地图是遵循相应的数学法则，经过科学的概括，利用符号系统表示的地理信息载体，以传递地理信息的数量和质量在空间和时间上的分布规律和发展变化。

　　此处我的直觉得到一点修正：创造地图的初衷是地理信息-->地图信息，但是在时间的过程中，使用地图的目的不仅仅只有初衷一条，还增加了分析时空的历史、现状和未来。

1.2 地图的成图方法

实测成图法

大比例尺地图
- 野外地形测图(地面实测)
- 摄影测量成图(航测)
编绘成图法

中小比例尺地图、专题地图
- 常规编图
- 遥感制图
数字制图法

移动地图、网络地图

1.3 地图的分类

1.3.1 地图的类别

按区域范围划分
1. 星球图、地球图
2. 世界图、半球图、大洲图、大洋图
3. 国家图、下属行政区图
4. 局部区域，如海湾图、流域图
按缩小的程度（比例尺）划分
- 大比例尺大于1:10w
- 中比例尺 1:10w～1：100w
- 小比例尺小于1:100w

不过比例尺的大小是相对的，城市规划常用1:5k～1:1w

按地图的图型划分（后续的学习告诉我只有普通地图和专题地图）
- 普通地图
  
  表示自然地理和社会经济的一般特征的地图
  - 地形图
  - 地理图（一览图）
- 专题地图
  
  着重表示一种或多种主题要素的相互关系的地图
  - 医学地图
- ~~专用地图~~
  
  有特别用途的普通地图或专题地图
  - 航空图
  - 海图
  - 教学图
  - 旅游图
- ~~特种地图~~
  - 地球仪
  - 地形模型
按地图的维数分类
- 平面地图（2维）
- 立体地图（3位）
  
  利用视差原理
  - 互补色地图
  - 光栅地图
  - 立体+VR-->“可进入”立体视觉新品种

1.3.2 地图的多种形态

心象地图
模拟地图经过人工抽象和符号化的地图，以纸质、丝绸等为载体
……

个人觉得这些分类不是很有价值。

1.4 地图学的定义

K.A.萨里谢夫——模型论
- 用特殊的符号模型来表示和研究……
  
  看来他默认，空间信息可以用其他方式来研究，地图仅仅是一种使用了符号模型的研究方式。
  
  这种观点和“地图是地理学的第二语言”吻合。
  
  此定义偏重地图的特征之一：符号系统。
J.L.莫里逊——信息论
- 是研究空间信息图形表达、存贮和传递的科学
  
  这里默认空间信息图形就是用地图来承载。这点认识没有上一种好。
  
  地理学是自然科学，其中信息科学占比远大于逻辑科学，而地图学是信息科学和符号科学占比相当的。
  
  此定义偏重地图的认知功能和信息传递功能。
多种语言地图学词典
- 地图学是制作地图的艺术、科学和技术，以及把地图作为科学文件和地图作品的研究
ICA的定义
- 地图学是以地理信息传输为中心，研究地图的理论、制作技术和使用方法的科学
与前一种定义相比，虽然都强调了地图学研究什么，但是ICA的定义指出了地图的信息传递功能，前一种定义颇有“不从需求出发”的感觉，没有指出我们为什么需要地图，没有地图何来地图学。

最合适的定义

地图学是以地理信息可视化为核心，探讨地图的理论实质、制作技术和使用方法的综合性科学。

from PPT.

指出了研究地图的目的地理信息可视化,这目的就是核心，地图学与地图的联系谈什么特征或者功能都是偏废一方的。同时也指出了地图学这一门学科的性质综合性科学及研究内容地图的理论实质、制作技术和使用方法。

地图学的学科体系

graph
A[地图学]-->B1[理论地图学]
A[地图学]-->B2[地图制图学]
A[地图学]-->B3[应用地图学]

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2 地球体与地图投影

2.1 地球体

2.1.1 地球体的基本特征

古人测量方法

了解这个过程有利于学以致用，毕竟日常生活中没有高科技就和古代差不多，而这恰恰能体现素养。

如果连古人的思想历程都不了解，那么学的现代技术就是空中楼阁。

时间	事件	意义&方法
3 B.C.	塞伊尼的阳光水井	人类第一次采用L=θR弧长公式（弧度测量概念）测量地球大小
8 A.C.初	张遂的三件套（原理还是L=θR）	最早对地球大小进行实测，采用四个“台站”
827年	Al Mamum教主看星星	从太阳高度角推广到恒星高度角
17 A.C.末	Newton降维打击证明椭球	天文学和物理学引入
1735年	法国1735测量队	严谨的大地测量学引入，实测证明是椭球体

地球形状概括

地球是一个极半径略短、赤道半径略长、北极略突出、南极略扁平的（梨形）椭球体。

现代精密测度技术

天文大地测量
地球重力测量
卫星大地测量

地球的三个表面

自然表面
物理表面

大地水准面：处于流体平衡状态下的平均海平面向大陆延伸形成的闭合曲面。
- 意义
  - 能够表达地球的形状
  - 是重力等位面，可以用于确定海拔高程
  - 对大地测量学和地球物理学研究有重要意义
数学表面

地球椭球体
- 三要素
  - 半长轴a
  - 半短轴b
  - 扁率 $$ α=\frac{a-b}{a} $$
- 发展历程
  - 克拉索夫斯基椭球体
  - 1975 IUGG椭球体
  - WGS-84椭球体

三个表面之间的联系

flowchart LR
	subgraph 地球自然表面
		自然地球体
	end
	自然地球体--一级逼近-->大地体
	subgraph 地球物理表面
		大地体
	end
	大地体--二级逼近-->地球椭球体
	subgraph 地球数学表面
		地球椭球体
	end

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2.1.2 地理坐标

天文经纬度

以铅垂线为基准
- 天文纬度
  - 定义：铅垂线与赤道平面间的夹角
  - 观测方法
    - 北极星高度法
    - 夏至日太阳高度法
- 天文经度
  - 定义：观测者天顶子午面与格林尼治天顶子午面的两面角
大地经纬度

以法线（垂直于地球椭球面）为基准
地心经纬度

区别与联系

大地经纬度&地心经纬度

经度相同，都是过点P的子午面与本初子午面的夹角。

我没有实证过，这是老师说的。可以由此推断出PP0也不偏不倚地处在过点P的子午面内。

纬度不同，地心纬度是OP连线和赤道面的夹角，大地纬度首先要在地球自然表面找一点P0，从P0向椭球面引法线，与椭球面交于点P，直线PP0与赤道面的夹角就是大地纬度。

有趣的是，大地纬度与地球自然表面和地球数学表面都有关，偏偏与地球物理表面大地水准面无关，即与大地无关😄。

纬度差异直接导致地图学中通常以大地经纬度来定义地理坐标，因为它测量弧长更准确，由公式L=θR可知。

大地经纬度&天文经纬度

大地经纬度以法线为依据，天文经纬度以铅垂线为依据。

铅垂线代表重力的方向，而且是P点（在椭球体上）处的重力方向，这从原理上就与过点P0向椭球体引法线不同，所以大地纬度不同于天文纬度。

按照我的推理，

2.2 对地观测系统

2.2.1 大地坐标系统

椭球体定位

地心坐标系现代卫星定位常用
- 美国国防部WGS1984
  
  服务于美国GPS定位系统
- 2000国家大地坐标系
  
  服务于北斗卫星定位
参心坐标系将参考椭球体平移、旋转、缩放，使得在某一个坐标原点附近椭球面与水准面大致吻合，所以得到的是一个“参考的地心”，较传统，只能局部吻合
- 北京54大地坐标系统
  
  误差很大。
  - 克拉索夫斯基椭球
  - 名义上坐标原点在北京，但考虑到这只是苏联1942坐标系的延伸，所以本质上的坐标原点还是在普尔科沃
- 西安80大地坐标系统
  - 采用GRS1975参考椭球体
    
    GRS1975是国际大地测量与地球物理学联合会IUGG1975年推荐的。
  - 坐标原点位于西安市泾阳县境内，位于我国居中位置，可以减小测量过程中的坐标传递误差

2.2.2 大地控制网

在全国范围内选取若干有控制意义的观测点，建立和维护高精度的全国测量系统。

平面控制网

三角形是基本单位，利用曲面上的正弦定理。通常尽量保持等边，记边长为a

一等三角锁
- 平面控制网的骨干
- a=20~25km
- 锁段长200km
二等三角网
- a=13km
三等三角网
- a=8km
四等三角网
- a=4km

高程控制网

我国水准原点：青岛观象山，推算黄海平均海平面作为高程起算面。（其实原点有从深井往上移H0=72.260m,叫做水准原点高程）

1956黄海高程系统
- H0=72.289m
1985国家高程基准（目前我国统一采用）
- H0=72.260m

2.2.3 全球导航卫星系统GNSS

以GPS为例

空间星座
- 24颗卫星
- 6个轨道面
地面控制系统
用户接收装置

为什么一个位置同时需要4颗卫星

三个空间距离公式里一共有x,y,z三个未知数，再加上∆t，共有4个未知数

2.1-2.2 问答题

1.最新测量数据显示大地体是何种形状？

2.什么叫大地水准面？

3.地球的物理表面和数学表面分别是什么？

4.椭球体三要素是什么？

5.地理坐标有哪几种经纬度？哪些是以法线为依据建立的？哪种是以铅垂线为依据建立的？地图学上通常采用哪一种经纬度？

6.我国建立的大地坐标系统有哪几个？哪两个属于参心坐标系，哪个属于地心坐标系？

7.我国的1954年北京坐标系和1980年西安坐标系分别采用什么椭球体？西安坐标系的大地原点在什么地方？

8.我国海拔高程的起算面是以哪一个海平面？水准原点在什么地方？

9.使用全球导航卫星系统进行定位时，至少需要收到几颗卫星发出的信号才能准确定位？其定位的基本原理是什么(画图并列出其公式）？

2.3 地图投影

2.4 地图比例尺

3 地图概括

3.1 概述

3.1.1 地图概括的实质

何为地理概括

课本上的观点：

地图概括是对地理信息从感知到理性认知的抽象过程。

我的直觉就是这样，地图概括不仅仅是地图缩放过程中的，它是地理信息的抽象过程。

不过，地理信息的抽象过程，即从实地到地图，不正是一种缩放吗？只不过其中有从实到虚的质变罢了。

graph TB
	为了正确表现区域基本特征和制图对象的主要特点-->在地图上表现什么;
	在地图上表现什么-->空间数据中主要且本质的数据
	为了正确表现区域基本特征和制图对象的主要特点-->表现到怎样的详细程度;
	表现到怎样的详细程度-->正确表现区域基本特征和制图对象的主要特点
	为了正确表现区域基本特征和制图对象的主要特点-->如何概括/有什么手法;
	如何概括/有什么手法-->选取
	如何概括/有什么手法-->简化
	如何概括/有什么手法-->夸张
	如何概括/有什么手法-->符号化

Loading

地图概括，就是通过选取、简化、夸张、符号化等科学手段，提取空间数据中主要且本质的数据，正确表现区域基本特征和制图对象的主要特点。

地理概括中的矛盾

地理概括的意义就是协调两大矛盾：

flowchart TB
  地图图幅有限性--have to-->地图地理适应性
  制图对象丰富性--bring trouble to-->几何精确性
  subgraph 矛盾1
  	地图图幅有限性 o--有限的地图中要表示大量的信息--o 制图对象丰富性
  end
  subgraph 矛盾2
  	地图地理适应性 o--o 几何精确性
  end

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3.1.2 影响地图概括的因素

用途与主题
- 跟我主题相关的才要详细表示
- 用途也包括地图的受众
  - 科普读者、中小学生
  - 专家学者
    - 地质学家
    - 气象学家
    - GISer
地图比例尺
- 地图详细程度的主要决定者
- 地图用途的主要体现者
制图区的地理特征
- 地理适应性
  - 要能正确反映出该区域的景观结构特征和空间分异规律
- 同一要素在不同地区的地位和意义不同
  - 水系
    - 在干旱地区当然是要标全的，很稀罕
    - 在湿润地区要限定河网密度
  - 等高距
  - 居民点
数据质量
- 数据源的精度应当高于新编地图的精度
图解限制

人眼对图形、符号的解读
- 尺寸
  - 地图的用途
  - 对图形定位精度的要求
  - 人眼识别能力
  - 心理感受效果

用途与主题和制图区的地理特征似乎都有主题的含义，但是前者更主观，后者是客观的——在同一个制图区，地理特征不变，但是可以选择很多用途和主题。

flowchart LR
  影响地图概括的因素--o用途与主题
  影响地图概括的因素--o地图比例尺
	subgraph 主观
		用途与主题
		地图比例尺
	end
  影响地图概括的因素--o制图区的地理特征
  影响地图概括的因素--o数据质量
  影响地图概括的因素--o图解限制
  subgraph 客观
  	制图区的地理特征
  	数据质量
  	图解限制
  end

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3.2 模拟地图的概括内容与方法

3.2.1 选取

资格法
- 按照制图对象的数量、质量等级从高级到低级、由主到次、由大到小的顺序进行资格排队
定额法

常与资格法结合使用。

因为能对数量、质量等级提供参考。
- 确定地物选取数量
  - 图解
  - 计算分析
  - 编图实验

3.3 地图概括的现代发展

4 地图符号设计

4.4 色彩

初始直觉

信息较多-->信息表示效率更高

补充

对比度更明显

4.4.1 色彩的作用

简化图形符号系统
1. 用颜色变量代替形状变量
2. 尤其是多层次的情况，防止只用一种视觉变量导致枯燥
提高了地图内容表现的科学性
1. 加强地图要素分类、分级系统的直观性
  
  能讲出一个道理来
改善地图语言的视觉效果
1. 整体感
2. 差异感
3. 等级感
4. 层次感
提高审美价值

4.4.2 色彩的三属性

色相(Hue)
1. 可见光光谱380nm-780nm
2. 人眼区分色相的精度2-4nm
3. 常把光谱弯曲成一个环
  1. 产生红+紫=品红
  2. 对角线的颜色对比度最大
  3. 红、绿、蓝三原色成为等边三角形的三个顶点
  4. 两个颜色混合的结果是中间的颜色
    
    不得不说，这是很好的数学性质。
  5. 同类色0-15、类似色15-30、邻近色30-60、互补色
4. 色彩的混合规律
  1. 色光加色法
    1. 越加越亮(被反射的光越来越多，体现加色)
    2. 电子屏幕都是加色法
    3. 互补色混合就是白光
      1. 绿+蓝=青，青=-红，所以青+红=白
  2. 色料减色法(色料是颜料，不是光)
    1. 黄颜料+品红颜料=红颜料
    2. 越加越暗(被吸收的光越来越多，能反射的越来越少，体现减色)
  以上混合默认等量混合。
  
  我对不等量混合很感兴趣：究竟是向量割圆法还是角度等比法？
亮度(Brightness&value)，也称明度
彩度(Saturation)，也称饱和度或纯度
1. 表示接近光谱的程度
2. 彩度越高越艳丽，混入的灰色更少
  1. 0%饱和度就是纯灰色
  2. 100%饱和度就是光谱色

4.4.3 色彩的表示

芒塞尔色立体
1. 切向是色相
2. 法相是彩度
3. z方向是亮度
色谱和色库(和表示混合)
1. 色谱
  1. 建立在四色印刷基础上的表示系统
    1. 黄、品红、青、黑是彩色印刷的基本色
计算机表色系统
1. RGB模型(正方体模型)
  1. 三个分量都是0-255
  2. 适用于web或者APP
2. HSB模型
  1. Hue0-360
  2. Saturation
  3. Brightness
3. CMYK模型印刷四色
  1. __C__yan青
  2. __M__agenta品红
  3. __Y__ellow黄
  4. Blac__k__黑

4.4.4 地图用色设计

定性特征的设色
1. 考虑色彩的生理与心理感受
  1. 心理感受
    1. 冷暖感
      1. 应用于等温线、寒暖流
      2. 注意：绿、品红都是中性色
    2. 轻重感
      1. 主要和亮度有关系
    3. 华丽感与朴素感（主要看彩度，亮度其次）
      1. 高彩度-->华丽
      2. 低彩度-->朴素
  2. 生理感受
    1. 远近感
      1. 不同波长的光在晶状体折射角度不一样，成像位置不一样
      2. 前进色红、橙、黄
2. 地图用色数量的限制
3. 正确应用色彩的象征性
  1. 紫-->忏悔、女性🚺-->神秘感、女性化
  2. 蓝-->天空、海洋、信念-->冷静、智慧开阔
4. 遵循用色习惯与标准
定量特征的设色
1. 单色渐变
  1. H不变，SB变
2. 双色渐变
  1. 产生了质变(一般用H改变来体现)
3. 多色渐变
  1. 地势分层设色图

4.5 符号与图形的心理感受特点

4.5.1 视觉变量的感受效果

六种视觉变量：形状、方向、色相、网纹、亮度、尺寸

只有尺寸有数量感
只有网纹、亮度、尺寸有次序感
六种能产生差异感
- 选择感
- 组合感

什么是选择感？

能产生映射，如黄色对应黄种人聚集区。

什么是组合感？

内部各区块有差异，但给人一种整体的感受

亮度、彩度比较接近。

4.5.2 图形视觉的心理效应

格式塔心理学派经大量实验总结出的构图法则。

graph LR
	ZT[图形视觉心理效应]-->A1[聚类感受]o--oB1[相似性]
	A1[聚类感受]o--oB2[邻近性]
	A1[聚类感受]o--oB3[闭合性]o--oC1[完形倾向]
	ZT[图形视觉心理效应]-->A2[视觉对比_Visual Contrast]o--oB4[线划对比]
	A2[视觉对比_Visual Contrast]o--oB5[色彩对比]
	A2[视觉对比_Visual Contrast]o--oB6[网纹对比]
	ZT[图形视觉心理效应]-->A3[层次结构]o--oB7[制图主区与邻区]
	A3[层次结构]o--oB8[主区与各子区]
	A3[层次结构]o--oB9[主题要素与底图_base map_要素]
	A3[层次结构]o--oB10[主题的次级分类之间]
	A3[层次结构]o--oB11[主题的一级分类之间]
	ZT[图形视觉心理效应]-->A4[图形与背景]o--oB12[明暗差异]
	A4[图形与背景]o--oB13[良好的边界]o--oC2[晕线或色带]
	A4[图形与背景]o--oB14[清晰的区域]o--oC2[晕线或色带]
	ZT[图形视觉心理效应]-->A5[视觉平衡]o--oB15[以视觉中心为支点的力度平衡,要做到均匀_对称_比例协调]

Loading

4.5.3 视分辨力的限度

4.6 注记

4.6.1 注记的意义和种类

注记是地图上标注的各种文字和数字，也是一种地图符号。

各种视觉变量形成了整体认知，注记是临门一脚。

地名注记
- 山脉、河流、居民点、岛屿、海洋等地理事物的名称
  - 避免
    - 有地无名
    - 有名无地
    - 错误标注
    - 地名混乱
  - 国际通用名
  - 跨国的河流、山脉⛰️
说明注记
- 说明地理事物的种类、性质或特征
  - 采石场
  - 桥载重
  - 等高线
图幅注记
- 地图的编制状况
  - 地形图的分幅编号

4.6.2 注记的设计

注记的排列和布置
1. 字列
  1. 水平字列
  2. 垂直字列
  3. 雁行字列
  4. 屈曲字列
2. 带状或线状的注记在同侧
3. 面状要划对角线判断
4. 点的优先次序
  1. 7 3 5
    
    2 ⭕️ 1
    
    8 4 6
注记字体、尺寸和颜色
1. 颜色
  1. 居民地黑色
  2. 水系蓝色
  3. 地貌棕色
  4. 植被绿色
2. 尺寸
  1. 地物重要程度
3. 字体

5 地图表示法

老师的课件标题是第五章地图表示法

单个的符号传达不了空间区域的整体信息，一副完整的地图要依据一定的符号组织规则，在各个层面上以符号的组合反映制图对象在特定区域内的空间分布特征，从而构成客观世界的形象-符号模型。

——A.H. 鲁滨逊

A.H. 鲁滨逊提出的地图符号模型：

graph LR
A1(点状表示)-->B1[定性表示]-->C1[定位符号法]
A1(点状表示)-->B2[定量表示]-->C2[定位比率符号法]
A2(线状表示)-->B3[定性表示]-->C3[线状符号法]
A2(线状表示)-->B4[定量表示]-->C4[线状比率符号法]
A2(线状表示)-->B5[动态特征表达]-->C5[动线法]
A3(面状表示)-->B6[定性表示]-->C6[质底法]
B6[定性表示]-->C7[范围法]
A3(面状表示)-->B7[定量表示]-->C8[等值区域法]
A4(体状表示)-->B8[以点符号表示]-->C9[点值法]
A4(体状表示)-->B9[以线符号表示]-->C10[等值线法]
B9[以线符号表示]-->C11[分层设色法]
B9[以线符号表示]-->C12[晕渲法]
A4(体状表示)-->B10[以面符号表示]-->C13[等值区域法]
B10[以面符号表示]-->C14[量底法]
A5(动态表示)-->B11[动画表示]-->C15[固定次序法]
B11[动画表示]-->C16[可变次序法]
A5(动态表示)-->B12[导航表示]-->C17[实时跟踪]
B12[导航表示]-->C18[智能跟踪]
A5(动态表示)-->B13[模拟表示]-->C19[虚拟现实]
A5(动态表示)-->B14[交互表示]-->C20[显示方式控制]
B14[交互表示]-->C21[信息组合控制]
地图表示法-->A1(点状表示)
地图表示法-->A2(线状表示)
地图表示法-->A3(面状表示)
地图表示法-->A4(体状表示)
地图表示法-->A5(动态表示)

Loading

实际上有些差别。

5.1 点状分布地理数据的表示

5.1.1 用定位符号表示定性数据

点状定位符号法=定点符号法

区分事物的性质

有哪些点状符号：

形状变量
- 几何
- 象形
- 文字
颜色变量（色相）
结构（网纹）变量
方向变量

传统地图多用形状变量中的几何符号，文字、象形用的少，现代地图不然。因为电子地图可以交互式缩放，且绘图能力强。

如果点状符号要处理多层次的分类体系(Visual Hierarchy)，几个层次就用几个变量。例如矿产分类：

形状
色相
结构or方向

5.1.2 用定位符号表示定量数据

尺寸变量

定位比率符号法。

用什么样的点状符号：⭕️比例圆

便于分辨数值差异
- 它是规则的几何符号
紧凑美观
- 相同面积周长最小

连续比率方式

绝对比率符号k

S=kM
- $$ L=k'\sqrt{M} $$
k的确定
- 极小值符号清晰可变
- 极大值符号尺寸适宜

对绝对比率符号的改进

条件比率符号法
- 线性比率法
  - $$ L=kM+b $$
- 对数法
  - $$ L=lgM $$
  - 相差很大时，尤其是差好几个数量级
- 心理比率法
  - $$ L=kM^{0.57} $$
  - 心理物理学实验发现，人们对符号间面积差异的视觉估计普遍低于其代表数值的实际差异

分级比率方式

地理区位、自然条件决定有些数量具有相似性，自发地形成了多个等级。

仍需心理物理学：区别明显、过渡自然。

5.1.3 用定位符号表示地理数据的结构和变化

定位图表法

点状符号拓展

即便符号再大再复杂，只要表示一个点的位置的信息，就是点状符号。

二维图形扩展

分割圆
坐标统计图
- 金字塔图表
- 玫瑰图

三维图形扩展（立体符号）

球状符号

略有牵强，虽然是点状符号，但是不能展示结构和变化。
柱状符号
轴测图符号（等值图块图表）
- 可以展示多个维度的结构占比

点状符号定位处理

表示地理位置
- 按地理位置准确定位
表示地理范围内的信息
- 放在区域中心或其他合适的位置

graph LR
A1(点状分布地理数据)-->B1[定性表示]-->C1[点状定位符号法/定点符号法]
A1(点状分布地理数据)-->B2[定量表示]-->C2[定位比率符号法]
A1(点状分布地理数据)-->B3[表示结构和变化]-->C3[定位图表法]

Loading

5.2 呈线状或带状分布地理数据的表示

5.2.1 线状符号的特征

和点状符号一样拥有定位特征，除此之外还有状态特征——这就是强于点状符号的了。

定位特征

精确定位
概略定位

状态特征

静态
- 中心线或轴线表示空间定位
- 形状和颜色表示质量特征
- 符号宽度表示定量特征

以上称为线状符号法

动态
- 线状符号表示路径
- 箭头表示方向
- 形状和颜色表示质量特征
- 符号宽度表示定量特征

以上称为动线符号法

5.2.2 线状符号的定性表示

线性符号的表现形式（形状）

单线和平行双线
实线和虚线
- 虚线
  - 非实物
  - 未完成
  - 不稳定或暂时性
对称线和非对称线
指向线
渐变线

线状符号的颜色

黑色
- 行政界限
蓝色
- 水系
棕色or黑色
- 各类级公路

线状符号的尺寸

体现质量差异

5.2.3 线状符号的定量表示

属性数据的量表
- 顺序量表
- 间距量表
- 比率量表
视觉变量的选择
- 尺寸或颜色变量中的亮度与彩度

5.2.4 运动状态的线状表示

动线符号法对动态特征的表达
- 反应移动的起点和终点
- 行进路线
- 流向
  - 加绘指向性符号
- 流量
  - 以宽度比率表示
- 流速
  - 注记或其他视觉变量
- 性状指标
  - 注记或色相变量
- *相互联系
  - *“左进右出”双向交互

后三项是完全没有想到。

总结一下，线状分布地理数据的表示总共就两种方法：

graph
线状分布地理数据-->线状符号法 
线状分布地理数据-->动线符号法

Loading

它不必像点状一样对于定性、定量做区分，因为线一定有粗细，必然要考虑用线的粗细来代表数量。

线状符号法和动线符号法的区分在于线多于点的一个重要特征：状态特征。

推而广之，面状地理数据的表示方法可能以对面的覆盖程度（专业术语叫空间分布形态）为区分标准。

但是后来发现，面状和点状更为类似，表示方法都可用定性与定量区分，只不过在定性内部细分时会考虑同一片区域是否具有多重属性（质地法与范围法的区别），多重属性似乎才是面状数据独有的。

5.3 呈面状分布地理数据的表示

5.3.1 面状地理数据的定域表示

空间分布形态

全域连续分布
- 降水、气温、海拔高度、气候类型
局域成片分布
- 灾害分布
离散分布
- 珍稀动物

精确区域和概略区域

精确区域
- 行政分区、洪水淹没范围
概略区域
- 金丝猴活动区域

5.3.2 面状地理数据的定性表示

表示方法

质底法（质量底色法）
- 特点
  - 线划表示分类或分区界线
  - 色相或网纹表示质量特征
- 应用
  - 类型图
    - 无空白区域
    - 图斑互不重叠且类型具有排他性
  - 区划图
    - 图斑互不重叠且无空白区域
    这两种图功能原理相似，就是用途不同罢了。
范围法
- 特点
  - 用轮廓线、颜色、晕线、注记及符号等方法在地图上表示制图对象的分布范围及其状况
- 应用
  - 分布图
    - 可以重叠
    - 有精确定域和概略定域之分

定性信息的处理程序

类型调查
1. 以前需要实地调查
2. 现在可以通过遥感分析
  1. 真彩色
  2. 假彩色
    1. 近红外等不同波段合成
数据的分类和升级
1. 多层次分类体系——不同层次对应不同视觉变量
  1. 面状符号以颜色变量的色相最为基础，这和点状符号以形状为基础不同
  2. 以亮度、饱和度或网纹区分次级分类分区
    1. 色相-->亮度、饱和度-->网纹
    2. 一般以三级或四级层次为限
图例的设计与界线绘制
1. 复域图案
  1. 用两种符号交汇
  2. 设计新符号

5.3.3 面状地理数据的定量表示

面状数据未必就要用面状符号。

点状符号构成的定量表示
- 点值法
  
  一个点代表一个数量
  - 关键
    - 点直径、点值的确定
      - A2-A4幅面の点直径：0.4-0.6mm
      - 点值：以密度最大区布满圆点、互不重叠为原则
        
        为什么不会重叠？
        
        O O O O O O O O O O O O O O O O
        
        O O O O O O O O O O O O O O O O
        
        O O O O O O O O O O O O O O O O
    - 布点方式的选择
      - 均匀布点
      - 定位布点
- 分区统计图法
  - 柱状、饼状、堆积……都可以，代表一个面上的值
线状符号构成的定量表示
- 等值线法
面状及立体符号构成的定量表示
- 等值区域法
  - 各分区整体均质的数量水平和各区之间的数量差异
  - 更适合相对数值的分区表达
    - 不适合绝对数值
  - 数据的分级(3<5<7<9)
    - 分级方法
      - 固定间隔分级
        
        等差
        
        标准差
      - 规则变化分级
        
        等比
        
        分位数
      - 特殊变化分级
        
        裂点法
        
        外因

不知为何没5.4。

按理说应该是制图对象的体状表示。

总结一波面状分布地理数据的表示：

graph LR
O(面状分布地理数据)-->A1(定性表示)-->B1(质底法)
A1(定性表示)-->B2(范围法)
O(面状分布地理数据)-->A2(定量表示)-->B3(点状符号)-->C1[点值法]
B3(点状符号)-->C4[分区统计图法]
A2(定量表示)-->B4(线状符号)-->C2[等值线法]
A2(定量表示)-->B5(面状符号)-->C3[等值区域法]

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5.5 地理信息的动态表示

地图符号的动态视觉变量

发生时长
变化速率
- 方向
- 尺寸
- 亮度
变化次序
节奏
- 频率
- 振幅

6 地图编辑

6.1 普通地图

6.1.1 普通地图的定义与类型

定义

用相对平衡的详细程度
表示地球表面的自然地理要素和社会人文要素
1. 地貌（地形）
2. 水系
3. 土质植被
4. 居民点
5. 交通网
6. 境界线

类型

地形图
- 比例尺大于1:100w
- 按照统一的
  - 数学基础
  - 图示图例
  - 测量和编图规范
- 根据
  - 实地测绘
  - 遥感数据分析
  - 其他相关资料
地理图（又称“一览图”）
- 比例尺通常小于1:100w，概况程度较高
- 地图设计具有灵活多样性
- 制图资料种类的多样性与精度的不均一性

基本特性

内容的完备性和均衡性
制图的规范性和可测量性
印色的习惯性
应用的广泛性
- 因此普通地图又被称作reference map，可用作参考

6.1.2 普通地图的基本内容与表示方法

自然地理要素

水系
1. 海洋
  1. 海岸线
    1. 多年高潮线
      1. 实际的海岸线应该是高低潮间无数条海陆分界线的集合，它在空间上是一条带，而不是一条地理位置固定的线。
        
        海岸线（大海和地面的交界线）_百度百科 (baidu.com)
    2. 用蓝色实线表示
  2. 海底地形
    1. 晕渲法
    2. 等值线法
    3. 分层设色法
2. 陆地水系
  1. 河流
    1. 从上游到下游
      1. 细-->粗
      2. 单线-->双线
        
        不依比例尺的单线-->不依比例尺的线双-->依比例尺的双线
  2. 湖泊
  3. 水库
  4. 井、泉
地势
1. 等高线法
  1. 优点
    1. 可以几何量算高程、坡度
  2. 缺点
    1. 不直观
    2. 微地貌无法表示
  3. 种类
    1. 首曲线（基本等高线）
      
      1:500 1:1000 1:2000 1:5000
      
      平坦地 0.5 0.5 1 2
      
      丘陵 0.5 1 2 5
      
      山地 1 1 2 5
      
      高山地 1 2 2 5
    2. 计曲线（加粗等高线）
      1. 逢5加粗
    3. 间曲线（半距等高线）
      1. 1/2等高距
      2. 表示微地貌
    4. 助曲线（辅助等高线）
      1. 1/4等高距
2. 等高线法的改良
  
  但仍然无法表示微地貌。
  1. 明暗等高线法
  2. 粗细等高线法
3. 分层设色法
  
  通过色相、色调的差异表示地势高低
  1. 蓝-绿-褐色系
    1. 优点
      1. 层次感强，一目了然
    2. 缺点
      1. 底色使某些符号不清晰
4. 晕渲法（山地阴影法）
  1. 按光源位置
    1. 斜照晕渲
      1. 更立体
      2. 但是背光处看不清
    2. 直照晕渲
    3. 综合光照晕渲
  2. 按颜色
    1. 墨渲
    2. 彩色
  3. 优点
    1. 立体感强
    2. 富有表现力
    3. 通俗易懂
  4. 缺点
    1. 不能表示实际高度
    2. 缺乏数量概念
土质和植被

社会人文要素

居民点
1. 位置
2. 类型
3. 人口数量
4. 行政等级
交通网
1. 陆路交通——公路和其他道路
2. 水路交通——内河航线和海洋航线
3. 空中交通
境界线
1. 政治区划界
  1. 国与国
  2. 政权与政权
    1. 军事停火线
    2. 未定国界
2. 行政区划界：
  1. 省：一线两点
3. 表示方法
  1. 用不同结构、不同粗细、不同颜色的点线符号表示
  2. 主要境界线加色带强调

6.1.3 国家基本比例尺地形图

地形图的类型

国家基本比例尺地形图
工程地形图

国家基本比例尺地形图的特点

具有统一的大地坐标系统和高程系统
具有完整的比例尺系列和分幅编号系统
依据统一的规范和图式

国家基本比例尺地形图投影分带

因为采用高斯-克吕格投影，所以1:2.5w~~1:50w采用6°分带，1:1w~~1:5k采用3°分带。

国家基本比例尺地形图分幅与编号

地形图的分幅形式
1. 梯形分幅
  1. 按经纬线划分，自然就是曲面梯形
2. 矩形分幅
  1. 拼接
  2. 不拼接
编号方法
1. 自然序数分号
2. 行列式编号
  
  真心嫌弃旧地理学家当中的数学渣渣，估计翻译这个概念的老头数学很差——干嘛用一个有歧义的词！？是不是没学过线性代数？
  
  直接叫“行列编号”不就行了？非要用个“式”来增加一点高级感。
  
  当然，行列式的英文是determinant，所以如果他那个年代翻译作“决定因素”而不译作“行列式”，那倒情有可原，不过这概率很低。
3. 行列式-自然序数编号

70-80年代我国基本比例尺地形图的分幅与编号

graph LR
A[1:100w:6,4]--2x2-->B1[1:50w:3,2]
A[1:100w:6,4]--5x5-->B2[1:25w:1.5,1]
A[1:100w:6,4]--12x12-->B3[1:10w:0.5,1/3]--2x2-->C1[1:5w]

Loading

6.2 专题地图

这个不考，以后会学。

模拟考试

2021年期末A

南京信息工程大学试卷

2020-2021 学年第 2 学期地图学课程试卷( A 卷)

本试卷共 4 页;考试时间 90 分钟;任课教师范晓梅 ;出卷时间 2021 年 5 月

系专业年级班学号姓名得分

一、填空题(每空 1 分，共 12 分)

1、地图是遵循相应的数学法则，将地球(也包括其他星体)上的地理信息，通过科学的，并运用表示在一定载体上的图形，以传递他们的数量和质量在空间和时间上的分布规律和发展变化。

2、地图的主要功能可以反映在四个方面:地图的**______**功能、地理信息的载负与传递功能以及地图的功能。

3、地球椭球体三要素是指:_________、和扁率。 4、地图投影根据变形性质可以分为投影、_______投影和任意投影三种。 5、色彩包括色光和色料，它们彼此都有自己的三原色，色光的三原色为____、**____**和蓝;

色料的三原色为****、品红和****。

二、单项选择题(每小题 2 分，共 30 分)

1、应用计算机和图像输入、显示和输出设备，在制图软件的支持下，模拟手工各阶段进行地图设计和原图编绘的成图方法，属于:( ) A. 常规编图 B. 遥感制图 C. 数字制图 **D.**以上不都是

2、地图学中，通常以( )经纬度来定义地理坐标。 A. 地心 B. 大地 C. 天文 D. 测量

3、发生海啸时，如果发布“海啸预警地图”，最好采用下列哪种投影类型:( ) A. 正轴圆柱投影 B. 斜轴圆锥投影 C. 斜轴圆柱投影 D. 以海啸震中为投影中心的斜轴等距方位投影

4、球面上半径为 1 毫米的微分圆，投影后变为长半径为 2 毫米、短半径为 1.5 毫米的椭圆，则面积比为( ) A. 3 B. 2.5 C. 1.5 D. 1

5、在正轴圆锥投影图上，经纬线形状表现为:( ) A. 纬线为平行直线，经线为对称于中央经线的曲线 B. 经线为平行直线，纬线为同心圆

C. 经线为放射状直线，纬线为平行直线 D. 经线为放射状直线，纬线为同心圆弧 6、德国特普费尔提出了一种地图概括的数量分析方法——开方根规律法，若 N****B 为新编地图的地物数，N****A 为资料地图的地物数，M****B 为新编地图比例尺分母，M****A 为资料地图比例尺分母，则开方根规律法可表示为:( )

A. N**B =M**A N**A/M**B B. N**B =N**A M**A/M**B

C. N**B =N**A M**B/M**A D. N**B =M**B M**A/N**A 7、地图内容选取方法主要有两种，资格法和定额法，下面哪项选取方法属于定额法

() A. 选取图上河流长度大于 1cm 的河流 B. 选取地图上居民地人口数大于 500 的居民地 C. 选取地图上湖泊面积大于 2 平方毫米的湖泊 D. 在地图上的 10 平方厘米内选取 3 个居民地

8、在红军长征路线图上，中央红军和国民党军队的行进路线分别选择哪种色彩比较合适: ()

A. 中央红军用黑色，国民党军用红色 B. 中央红军用青色，国民党军用红色 C. 中央红军用红色，国民党军用灰黑色 D. 中央红军用紫色，国民党军用黄色

9、在长期的制图实践中，人们对某些地理要素惯常使用某些特定的颜色，形成了一些习惯用色，水体、森林和地貌通常使用下列哪种颜色:( ) A. 水体用蓝色，森林和地貌都用绿色 B. 水体用蓝色，森林用绿色，地貌用棕色

C. 水体用青色，森林用绿色，地貌用黄色 D. 都使用黑色

10、下图中表示的是的变化。( ) A. 色相 B. 亮度 C. 饱和度 D. 彩度

11、下图中对**“山西省”**地名注记标注正确的是:( ) 山西

山西西山

西山

图A 图B 图C 图D

12、在条件比率符号中，心理比率法是基于心理学实验分析，将平方根法中 M****0.5 调整为 M****α，以补偿按绝对比率符号制图时用图者对符号数值含义的视觉低估，其中指数 α 为(: )。

A. 0.55 B. 0.56 C. 0.57 13、下列地理要素适合用等值线法制图的是( ):

D. 0.58

A. 人均产值 B. 濒危动物分布 **C.**气温 **D.**农作物分布 14、地图上的井、泉通常用( )表示。

**A.**红色点状 **B.**蓝色点状 **C.**黑色面状第2页共4页

**D.**蓝色面状

15、已知某地的地理坐标为 **108°55′45′′**E ，**34°15′24′′**N，该地点所在的 1:10 万国家基本比例尺地形图的图号(1992年之后采用的新编号方法的图号)为:( ) A.I49D006002 B.I49C006002 C. I49C006001 D. I49D006001

三、判断题(每小题 1 分，共 8 分)

1、我国的高程测量是以洞庭湖平均水平面作为全国统一的高程起算基准面。( )

2、采用 GPS 技术精确定位地面点位的坐标，只需要接收到 3 颗 GPS 卫星发出的信号即可。( )

3、某制图区域位于赤道附近，其范围大致呈圆形区域，为减小投影变形，在编制地图时宜选择正轴方位投影。( )

4、地球是个不可展的曲面，用机械的方法将它展开成平面，必然会使曲面产生褶皱、拉伸或断裂等无规律变形。( )

5、地图概括时，源数据的精度不应低于新编地图的精度。( ) 6、色彩的三属性是指色相、亮度和明度。( ) 7、出版世界地图时，对于有争议的地名注记，应按我国的外交政策处理。( ) 8、确定数据的分级数目时，图例中的分级越多就越详细，提供的信息量也越多，因此分

级越多越好。( )

四、简答题(共 33 分)

1、国家基本比例尺地形图有哪几种比例尺?(4 分) 2、高斯**-**克吕格投影和墨卡托投影属于什么类型的投影，哪一种需要分带?(3 分) 3、简述影响地图概括的主要因素。(5 分) 4、地图符号有哪几种基本的视觉变量?(5 分) 5、地图注记有哪几种类型?图名属于哪一种注记?(5 分) 6、呈点状和线状(或带状)分布的地理现象分别有哪些表示方法?(5 分) 7、普通地图上有哪些自然地理要素和社会人文要素?(6 分)

五、读图题(共 7 分)

1、地图比例尺有很多种表现形式，指出下列比例尺的类型并回答相关问题(7 分)。 (1) 1/2500 (1分)

(2) 图上1厘米等于实地5千米

(3)

(1分)

(1 分)

第3页共4页

(4) (1 分) 以上几种比例尺当中，哪一种可以精确到 1/100 个基本长度单位: (1 分)。

请在上面对应的图中标出 1.37 个基本长度单位(2 分，需要在答题册中画出图示)。六、论述题(共 10 分)

1、详细论述地图投影的选择依据(10 分)

第4页共4页

7	3	5
2	⭕️	1
8	4	6

	1:500	1:1000	1:2000	1:5000
平坦地	0.5	0.5	1	2
丘陵	0.5	1	2	5
山地	1	1	2	5
高山地	1	2	2	5

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地图学

0 为什么要学习地图学

0.1 信息科学与地理结合的学科

0.2 全书脉络梳理

1 地理学的第二语言——地图

1.1 地图的基本概念

1.1.1 地图的主要特征

1.1.2 地图的主要功能

1.1.3 地图定义的讨论

1.2 地图的成图方法

1.3 地图的分类

1.3.1 地图的类别

1.3.2 地图的多种形态

1.4 地图学的定义

最合适的定义

地图学的学科体系

2 地球体与地图投影

2.1 地球体

2.1.1 地球体的基本特征

古人测量方法

地球形状概括

现代精密测度技术

地球的三个表面

三个表面之间的联系

2.1.2 地理坐标

区别与联系

大地经纬度&地心经纬度

大地经纬度&天文经纬度

2.2 对地观测系统

2.2.1 大地坐标系统

2.2.2 大地控制网

平面控制网

高程控制网

2.2.3 全球导航卫星系统GNSS

以GPS为例

为什么一个位置同时需要4颗卫星

2.1-2.2 问答题

2.3 地图投影

2.4 地图比例尺

3 地图概括

3.1 概述

3.1.1 地图概括的实质

何为地理概括

地理概括中的矛盾

3.1.2 影响地图概括的因素

3.2 模拟地图的概括内容与方法

3.2.1 选取

3.3 地图概括的现代发展

4 地图符号设计

4.4 色彩

4.4.1 色彩的作用

4.4.2 色彩的三属性

4.4.3 色彩的表示

4.4.4 地图用色设计

4.5 符号与图形的心理感受特点

4.5.1 视觉变量的感受效果

什么是选择感？

什么是组合感？

4.5.2 图形视觉的心理效应

4.5.3 视分辨力的限度

4.6 注记

4.6.1 注记的意义和种类

4.6.2 注记的设计

5 地图表示法

5.1 点状分布地理数据的表示

5.1.1 用定位符号表示定性数据

5.1.2 用定位符号表示定量数据

连续比率方式

分级比率方式

5.1.3 用定位符号表示地理数据的结构和变化

点状符号拓展

点状符号定位处理

5.2 呈线状或带状分布地理数据的表示

5.2.1 线状符号的特征