四、地图分幅设计
地图的总尺寸称为地图的开幅。考虑纸张、印刷机、方便使用等条件，地图的开幅应当是有限制的。确定地图开幅大小的过程就叫分幅设计，它讨论如何科学地划分图幅范围的问题。这里分别讨论制图区域范围、分幅地图、内分幅地图和不拼接的矩形分幅地图等不同类型地图的分幅设计问题。
1.确定制图区域范围
确定一幅图中内图廓所包含的区域范围，也称“截幅”，主要受地图比例尺、制图区域地理特点、地图投影、主区与邻区的关系等因素的影响。
1)制图主区有明确界线时区域范围的确定
新编地图一般都有一定的主区，如一个国家、一个省、一个县等。编图时除主区以外，还要反映主区同周围地区的联系，即要包括一定的邻区，共同组成制图范围。制图主区有明确界线时区域范围的确定有以下三项要求。
(1)截幅的基本要求是主区应完整，主区在图廓内基本对称。
对称是传统艺术形式的主要原则之一，运用到地图设计中，如图面设计、花边设计、图名的字体设计等都经常用到对称原则。主区在图廓内对称，是指主区四边最突出的部位同图廓的距离基本一致，以达到视觉上的匀称为准。
(2)截幅时要考虑主区与周边地区的联系。
主区同周围地区有着自然和社会方面的多种联系，如自然、人文、政治、经济、军事和国际关系等。为了充分说明制图主区，就必须尽可能地把同主区有重要联系的物体反映到图面上。例如，湖北省地图要尽量完整表示出南部的洞庭湖；四川省地图南部要把金沙江的大转弯部位包括进来，北面则应表示出陕西省宝鸡市甚至西安市和陇海铁路；福建省地图要完整地表示出台湾海峡等。这些对说明主区同外部的联系有重要意义。
(3)没有特殊要求，截幅时不宜把主题区域以外的地区包含过大。
2)制图主区无明显界线时图幅范围的确定
当制图主区无明显界线时，截幅主要以某个特定区域来确定，尽量保持特定范围的政区或地理区域的完整。这种图的图名，通常泛指这一地区的名称。
3)图组范围的确定
在确定图组图幅范围时不但要保持每个行政单位、地理区域的完整，图幅之间还应有一定的重叠，特别是重要地点、名山、湖泊、岛屿、大城市、重要工业区、矿区或一个完整的自然单元等尽可能在相邻两幅图上并存，因为它们是使用邻图时最突出的连接点。
图组中的每一幅图都可以单独使用，每幅图的比例尺也可以不同，如一个国家的一组省图，一个区域的一组交通图等。
截幅时，还要考虑横放、竖放的问题。对于挂图，横放图幅便于阅读，是主要样式。但有些地区的地理特点决定其不宜横放，如山西省的地理形状为竖长形，所以山西省的挂图一般要竖放。
2.确定地图的分幅(分幅、内分幅)
地图的分幅设计是由于印图纸张和印刷机的幅面限制，以及方便用图的要求，需要按一定规格的图廓分割制图区域所编制的地图，把制图区域分成若干图幅。地图分幅可按经纬线分幅，也可按矩形分幅。矩形分幅有两种，拼接与不拼接。拼接的叫内分幅，多为区域挂图，使用时沿图廓拼接起来，形成一个完整的区域。不拼接的为单幅成图，矩形图廓，如大比例尺地形图、单幅挂图、地图集中的单幅图等。
1)经纬线分幅
经纬线分幅是当前世界各国地形图和大区域的小比例尺分幅地图所采用的主要分幅形式。大区域作图，特别是小比例尺分幅地图，要采用分带投影，所以分幅只能以经纬线为准，规定每幅图的经纬差。
经纬线分幅的主要优点是:经纬度是全球性的统一系统，这样分幅使每个图幅都有明确的地理位置概念，便于检索，它可以使用分带或分块投影，控制投影误差。但是，它也有一系列的缺点，这主要表现为:当经纬线被描述为曲线时，若用分带投影，图幅拼接时就会产生裂隙；随着纬度的升高，相同经纬差所包含的面积不断缩小，因而实际图幅不断变小，不利于有效地利用纸张和印刷机的版面；按一定的经差和纬差分幅时可能会破坏重要地理目标的完整。
由于经纬线分幅具有上述缺陷，采用经纬线分幅方案时，需要考虑如何弥补这些缺陷。常用的方法有合幅、破图廓或增加补充图幅、设置重叠边带等。
(1)合幅。经纬线分幅的地图，为了解决各图幅的图廓尺寸相差过大的问题，在设计图幅范围(即确定图幅的经差和纬差)时，要以尺寸最大的图幅(通常是纬度最低的图幅)为基础进行计算，使最大的图幅能够在纸上配置适当，有足够的空边和布置整饰内容的位置。其他图幅的尺寸则会逐渐减小。为了不使图廓尺寸相差过大，当图幅尺寸过小时可以采用合幅的办法。例如，苏联和东欧一些国家地形图，每幅图的纬差都是12°，经差则随纬度的增高而加大。在纬度48°以下的地区每幅图经差18°，纬度48°至60°之间，每幅图经差24°；纬度60°至72°之间，每幅图经差为36°；而在纬度72°至84°之间，每幅图经差则为60°。国际1∶100万地图也采用类似的合幅方案。这样，可以在一定程度上减少图幅之间的不平衡。
(2)破图廓或增加补充图幅。
经纬线分幅有时可能破坏重要物体(如一个大城市，一个岛屿，一个重要的工业区、矿区或一个完整的自然单元)的完整。为此，常常采用破图廓(图8-4)的办法。有时涉及范围较大，破图廓也不能很好解决，就要设计补充的幅(图8-5)，即把重要的目标区域单独编成一幅图，但该图不纳入整个分幅系统，它的图幅范围小于标准分幅范围。
图8-4 破图廓
图8-5 补充图幅
(3)设置重叠边带。为了克服经纬线分幅地图接图不方便的问题，往往采用一种带有重叠边带的经纬线分幅方案。其特点是:以经纬线分幅为基础，把图廓的一边或数边的地图内容向外扩充，造成一定的重叠边带。
图8-6是我国1∶100万航空图的分幅式样。该图为经纬线分幅，地图内容向三个方向扩展，构成重叠边带，东、南方扩充至图纸边，西边扩至一条与南图纸边垂直的纵线，只有北边的图廓保持原来的形状。这样，拼图时就可以不受纬线曲率的影响，从而便于使用。
图8-7是英国1976年编制的1∶100万世界航空图有重叠边带的经纬线分幅示例。它同时绘出经纬线图廓和矩形图廓，将东、北两个方向上的两种图廓之间作为重叠区，绘出其间的地图内容，其他两边只分别绘出两种图廓线。
图8-6 我国1∶100万航空图的分幅式样
图8-7 英制1∶100万世界航空图的分幅式样
有重叠边带的经纬线分幅设计实际上也是拼接设计的一种方式。
2)矩形分幅(https://www.daowen.com)
矩形分幅的优点是建立制图网较方便；图幅大小一致，便于拼接使用；可以使分幅线有意识地避开重要地物，以保持其图形在图面上完整。缺点是失去了经纬线对图廓的地理定位，当分幅具有局部性时，为各幅图的共同使用带来了困难。
矩形分幅的设计，限于制图区域独立，不必再向四周扩充的地图。如某些国家(如瑞士)的地形图也曾这样分幅。一些小区域(如县、乡等)的独立制图任务，如大比例尺的规划图、施工图、土地利用图等，也可以采用这种分幅形式。
矩形分幅的地形图，分幅线常常就是坐标网，而把经纬线在图边和图内用短线和十字线示出。
此外，还有一种灵活配置矩形图廓的分幅形式，它是在制图区域内根据区域形状特点、纸张规格和用图需要等具体条件，确定每幅图的矩形图幅范围，并相对固定其位置。
海图和普通地图集中的分区地图，我国大于1∶5 000地形图都是采用这种分幅形式。
在实施地图矩形分幅时，要考虑以下6项因素。
(1)纸张规格。印图需要大量的纸张，最大限度地发挥纸张的作用是降低成本的重要因素。设计地图的图廓时要尽可能适应纸张的各种规格的大小。
通常，出版地图时分为:两全张(1 068mm×1 496mm)，一全张(770mm×1 068mm)，方对开(534mm×770mm)，长对开(385mm×1 068mm)，方四开(381mm×534mm)……普通纸张的规格为787～1 092mm，由于印刷机的大小和印刷成品要求的尺寸不同，常使用全开、对开、4开等尺寸的纸张印刷，其具体规格如表8-2所示(可能的最大尺寸)。
表8-2 纸张的规格(mm)
如果特殊需要，还可以考虑使用其他的纸张，例如850mm×1 168mm，880mm×1 230mm，690mm×960mm，787mm×960mm等。但是，地图的成图尺寸还必须在光边除去印刷机咬口、丁字线，对于图册除掉切口(图8-8)。从图8-8可看出，纸张光边每边要去掉3～5mm。全张印刷机咬口10～18mm，对开印刷机咬口9～12mm。为了彩色图的各色套印，需要在地图数据上(除咬口边外的)三方绘出丁字线。一般要求丁字线垂直于图边的方向长度不少于4mm，成图后切边时又要去掉3mm，即带丁字线的图边又要去掉7mm。
(2)印刷条件。地图印刷一般采用胶印，胶印机的种类很多，按印刷纸张的尺寸可分为全张机，对开机，四开机。但实际进机的纸张最大尺寸往往都比标准纸大些。但要注意，最大印刷尺寸一般都要比进纸尺寸小15～20mm。设计地图分幅时要充分利用最大印刷尺寸。
(3)主区在图廓内基本对称，同时考虑与周围地区的联系。在两者之间有矛盾时往往会优先照顾主区同周围的地理联系。
(4)各图幅的印刷面积尽可能平衡。印刷面积是指图纸上带有印刷要素的有效面积，分幅时必须考虑各方面因素，以便有效而合理地利用纸张和印刷版面。
(5)照顾主区内重要物体的完整。尽可能保持重要的制图物体出现在一个图幅范围内，即分幅线不要穿过这些制图物体。
图8-8 全开纸的成图尺寸(mm)
(6)照顾图面配置的要求。分幅设计时，还要考虑图名、图例、图边、附图等内容同分幅线的关系，尽可能使这些内容不被分幅线切割。
除此之外，在确定内分幅时，还应注意:分幅数不宜过多，分幅越多，印刷时的油墨色就越不容易一致。大幅挂图的内分幅，还要兼顾图幅局部组合使用的方便。
3)地图分幅的方法和步骤
(1)在工作底图上量取区域范围的尺寸。在进行分幅和图面设计时，一般是在作为工作底图用的较小比例尺地图上进行。在工作底图上量取制图区域东西方向和南北方向的最大距离。为此，应先找出区域边界在东西南北方向上的最突出点，并按平行或垂直于中央经线的方向量取其最大尺寸。
(2)换算成新编图上的长度。将量得的长度换算成新编图上的长度。例如，所用的工作底图比例尺为1∶200万，欲设计的地图为1∶50万，要把量取的尺寸放大4倍，这尺寸就成为设计图廓的基本依据。
根据主区的大小和纸张的有效面积，在充分考虑空白边、花边、重叠边、内外图廓间的间隔的条件下，设计图幅的数量及排法。
(3)确定分幅线的位置和每幅图的尺寸。图廓总的尺寸确定以后，就可以根据印刷面积相对平衡的原则，将整幅图纸张的尺寸与印刷纸张的有效面积相比较，要充分利用最大印刷面积，合理利用纸张，确定分幅线的位置和每幅图的图廓尺寸，使地图的成图尺寸与标准纸张的开幅相符。
内分幅时，应适当考虑每幅图上政区、地理单元尽可能完整，大城市不要在分幅线上。
以湖北省1∶50万普通地理挂图进行的分幅设计为例，说明内分幅设计的方法(图8-9)。
(1)量取湖北省东西方向和南北方向的距离。
在1∶150万地图的湖北省范围上量L WE＝497mm，L NS＝312mm。
(2)放大为1∶50万，同图纸和印刷机规格相比较。
图8-9 湖北省1∶50万挂图分幅设计略图
放大为1∶50万，即L WE＝497×3＝1 491(mm)，L NS＝312×3＝936(mm)。根据地图整饰方面的要求，花边宽度约为图廓边长1%～1.5%，假定花边宽度为20mm，内外图廓间的距离为10mm，图名用扁体字，每个字的大小按图廓的6%左右计算，假定为70mm×100mm。这样，在不考虑主区突出点与内图廓间的距离的情况下，印刷面积至少应为1 551mm×996mm。如果图名放在北图廓外，还要加上字高(70mm)和图名与外图廓的间隔(20mm)，印刷面积为1 551mm×1 086mm。这一尺寸用全张纸印刷是容纳不下的，假设在东西和南北方向上，图廓拼接时重叠10mm，如果再考虑纵、横方向各一次重叠(10mm)，印刷面积需1 561mm×1 096mm，再考虑到四边的丁字线和咬口线(即把白边也算进去)，全部印刷面积还要增加。
显然，不管是否包括图名和重叠边，在不破图廓的情况下两张竖排的标准全张纸是容纳不下的，这样就排除了用标准纸的两全张或四对开设计的可能性。这里还有两种设计可供选择，其一是用两张880mm×1 230mm的全张纸印刷；其二是用4个大对开(如采用J2108A印刷机，印刷版面可达650mm×920mm)的版面。
假定使用第二个方案设计，在确保印刷质量的条件下，印刷面积至少可达1 200mm×1 760mm，假定东西方向内图廓定为1 500mm，还有足够的空间来配置重叠、花边和白边等。内图廓中，除包括主区1 491mm以外，也有一定的空余。南北方向，主区范围936mm，不论把图名放在图内或图外，都有足够的位置。为了充分利用图廓内的自由空间，减少印刷面积，把图名放在图廓内。考虑配置附图、图例等的需要及主区同周围地区的联系，内图廓边长定为1 100mm，南方保留南昌市和洞庭湖，北方只有焦枝铁路和京广铁路比较重要，图上已能明确表示。根据这种情况，内图廓中四边空余部分可以平分，以求视觉上的对称。
(3)确定每个印张上的内图廓尺寸及分幅线的位置(即确定同经纬线的联系)。
根据以上分析，4个印张采用平分内图廓的方法来分割，即每个印张上的内图廓为550mm×750mm。
该图采用双标准纬线等角圆锥投影，坐标起始点在E112°(中央经线)和N29°的交点上。假定该点的坐标为X0＝0，Y0＝0(如果该交点不是坐标原点，计算图廓点坐标时，需要加上X0、Y0的坐标值)。在1∶150万地图上量取起始点到A点的纵横坐标差，乘以3换算为1∶50万地图上的距离为ΔX＝－72mm，ΔY＝50mm，则A点的坐标值为X＝－72mm，Y＝50mm。据此可算出各图廓点的坐标，由此固定图廓同经纬网的相对位置。
