計(jì)算機(jī)地圖制圖原理

1、電腦地圖制圖原理第1章電腦地圖制圖是指以電腦硬件設(shè)備為根底， 在相應(yīng)軟件軟件系統(tǒng)的支持下， 以數(shù) 字格式對(duì)地圖制圖要素與現(xiàn)象數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、 處理與管理， 按照地圖制作的標(biāo)準(zhǔn) 進(jìn)行符號(hào)化、圖版制作與輸出，并提供地圖自動(dòng)分析的過程。地圖是按照一定的數(shù)學(xué)法那么，將地球或星體外表的空間信息，經(jīng)概括綜合后 以可視化、 數(shù)字化或可觸摸的符號(hào)形式， 縮小表達(dá)在一定載體上的圖形模型， 用 以傳輸、模擬和認(rèn)知客觀世界的時(shí)空信息。電腦地圖制圖系統(tǒng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換：多源數(shù)據(jù) -電腦地圖制圖系統(tǒng) -數(shù)字地圖。 電 腦地圖制圖一般過程：地面數(shù)據(jù)獲取 -地面數(shù)據(jù)處理 -地圖輸出。 電腦圖形學(xué) 是研究怎樣用電腦生成、處理和現(xiàn)實(shí)圖

2、形的一門學(xué)科。 電腦圖形系統(tǒng)由圖形硬 件系統(tǒng)和圖形軟件系統(tǒng)組成， 圖形硬件系統(tǒng)是支持圖形的設(shè)備， 圖形軟件系統(tǒng)是 實(shí)現(xiàn)圖形設(shè)備管理和圖形功能的程序和數(shù)據(jù)， 電腦圖形系統(tǒng)特點(diǎn)是數(shù)據(jù)量大、 數(shù) 據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、數(shù)據(jù)操作電腦量大和處理方法復(fù)雜。電腦圖形系統(tǒng)根本功能： 1. 圖形輸入輸出功能 2.圖形定義和維護(hù)功能 3.圖形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理功能 4.圖形變 換、圖形處理和數(shù)據(jù)計(jì)算功能。地圖數(shù)據(jù)主要包括： 1.地理要素空間數(shù)據(jù) 2.地理要素屬性數(shù)據(jù) 3.地理要素空間關(guān) 系數(shù)據(jù) 4.地圖符號(hào)庫 5.地圖注記數(shù)據(jù) 6.地圖元數(shù)據(jù)。電腦地圖制圖的當(dāng)前開展特點(diǎn)： 1.多元數(shù)據(jù)采集手段一體化 2.數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化 3.數(shù)據(jù)

3、庫集成化 4.地圖產(chǎn)品多元化 5.地圖分析的深入 6.地圖表達(dá)方式多樣化 7.地圖及相 關(guān)應(yīng)用商業(yè)化。電腦地圖制圖的主要研究內(nèi)容： 1.電腦地圖制圖硬件設(shè)備研制與開發(fā) 2.制圖數(shù)據(jù) 采集與預(yù)處理 3.地圖要素表達(dá)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 4.地圖符號(hào)設(shè)計(jì) 5.地形表達(dá) 6.地圖數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)與組織 7.地圖操作 8.地圖空間分析與地圖關(guān)系 9.輸入輸出 10.三維可視化、 虛擬現(xiàn)實(shí)地圖與虛擬地理環(huán)境 11.地圖制圖新技術(shù)應(yīng)用 12.電腦地圖制圖軟件系 統(tǒng)與應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)。第2章 地圖：地圖是根據(jù)一定的數(shù)學(xué)法那么， 將地球上的自然和社會(huì)現(xiàn)象， 通過制圖綜合 形成的信息， 運(yùn)用符號(hào)系統(tǒng)縮繪到平面上的圖形， 已傳遞他們

4、的數(shù)量和質(zhì)量在時(shí) 間和空間上的開展和變化。地圖分類： 1.按地圖內(nèi)容分為普通地圖和專題地圖 2.按比例尺分大中小比例尺地 圖 3.按制圖區(qū)分地球圖、 月球圖、 全球圖、大洋圖等 4.按用途可分為通用地圖和 專用地圖 5.按承載物質(zhì)可分為紙質(zhì)圖、 磁介質(zhì)圖、 紡織物圖、化纖品圖等 6.按其 他標(biāo)志分桌面用圖、掛圖、手持 GPS 圖等。 數(shù)字地圖是以數(shù)字形式存儲(chǔ)和記錄 的地圖，是在一定的坐標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)具有確定的位置、 屬性及關(guān)系標(biāo)志和名稱的地面 要素和現(xiàn)象的離散數(shù)據(jù)， 在電腦可識(shí)別的存儲(chǔ)介質(zhì)上存儲(chǔ)的概括的有序集合。 數(shù) 字地圖分類：數(shù)字地圖按幾何數(shù)據(jù)表示的形式分為矢量式和柵格式數(shù)字地圖。 數(shù)字地圖與電

5、子地圖密切相關(guān)， 數(shù)字地圖是電子地圖的根底， 是存儲(chǔ)方式， 電子 地圖是地面數(shù)據(jù)的可視化產(chǎn)品，是數(shù)字地圖的可視化，是表示方式。電腦地圖制圖是以地圖制圖原理為根底， 以電腦及外圍設(shè)備為工具， 采用數(shù)據(jù)庫 技術(shù)和圖形數(shù)字處理方法，實(shí)現(xiàn)地圖信息的獲取、變換、傳輸、識(shí)別、存儲(chǔ)、處 理、顯示和繪圖的應(yīng)用科學(xué)。地圖表示手段由地圖圖形、地圖色彩和地圖文字組成。 地圖表示方法是指地圖上制圖對(duì)象圖形表達(dá)的根本方法，根本方法有個(gè)體符號(hào) 法、線狀符號(hào)法、范圍法、底色法、等值線法、點(diǎn)值法、運(yùn)動(dòng)符號(hào)法、格網(wǎng)法、 統(tǒng)計(jì)圖法等。地圖圖形的數(shù)據(jù)表示形式分矢量和柵格形式的數(shù)據(jù)。 數(shù)字地圖實(shí)質(zhì)上是空間點(diǎn) 集在二維空間上的投影。幾

6、何數(shù)據(jù)獲取方法有外業(yè)測(cè)量、柵格形式的空間數(shù)據(jù)化、現(xiàn)有地圖數(shù)字化 數(shù)據(jù) 標(biāo)準(zhǔn)化： 定義標(biāo)準(zhǔn)、 空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)、 制圖數(shù)據(jù)質(zhì)量控制、 制圖要素標(biāo)準(zhǔn)。 數(shù) 據(jù)壓縮目的：刪除冗余數(shù)據(jù)，減少數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)量、節(jié)省存儲(chǔ)空間、加快后繼處理 速度。數(shù)據(jù)壓縮方法：間隔取點(diǎn)法、垂距法和偏角法、道格拉斯 -普克法、光欄 法。第 4 章 根本圖形生成算法圖形表示方法：點(diǎn)陣表示圖象和矢量表示圖形 。直線的生成算法：數(shù)值微分法、中點(diǎn)畫線法、 Brese nham算法。圓的生成算法： 圓弧掃描算法、角度DDA法、圓的中點(diǎn)畫法、Bresenham畫圓算法。橢圓生成 算法：中點(diǎn)畫圓法。點(diǎn)陣字符和矢量字符的比擬： 1.字符變換不同

7、，表示點(diǎn)陣的是位圖，表示矢量字 符的是端點(diǎn)坐標(biāo) 2.占用空間不同， 矢量字符占用空間少， 矢量字符只需要一套字 符 3. 矢量字符美觀。第 4 章 地面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和地圖數(shù)據(jù)庫 圖形對(duì)象的特征： 1.圖形對(duì)象具有形狀和色彩等特征 2.圖形對(duì)象具有 2 個(gè)級(jí)別 3. 圖形對(duì)象具有分層表示性 4.圖形對(duì)象受到圖形系統(tǒng)分辨率的約束 5.圖形對(duì)象具 有自己的圖形坐標(biāo)系 6.圖形對(duì)象調(diào)用總伴隨著圖形變換操作 7.圖形對(duì)象具有多 種信息的編碼方式、壓縮方式和圖形數(shù)據(jù)文件的組織方式。 圖形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是指 圖形數(shù)據(jù)在電腦內(nèi)的組織和編碼形式。 根本圖元是圖形系統(tǒng)的根本圖形元素。 一般圖形系統(tǒng)的 8 種圖元：點(diǎn)、多點(diǎn)標(biāo)

8、記、線、折線、正文、區(qū)域填充、點(diǎn)陣圖 形、廣義圖元。 空間對(duì)象分為簡單對(duì)象、復(fù)合對(duì)象、復(fù)雜對(duì)象。 圖形屬性是描 述圖形外貌和細(xì)節(jié)的因素集合。 地圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的作用： P86 地圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分為： 矢量結(jié)構(gòu)和柵格結(jié)構(gòu)。 矢量數(shù)據(jù)就是代表地圖要素的各離散點(diǎn)平面坐標(biāo)的有序集 合，柵格數(shù)據(jù)是地圖圖形柵格單元按矩陣形式存儲(chǔ)的集合。 特點(diǎn)：柵格數(shù)據(jù)記錄 的屬性數(shù)據(jù)本身，而位置數(shù)據(jù)可以由屬性數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的行列號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的坐標(biāo)， 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)適合于表達(dá)遙感影象數(shù)據(jù)和 DEM ;矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是主要的地圖數(shù) 據(jù)結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、冗余度低、利于網(wǎng)絡(luò)、檢索分析等，具有空間實(shí)體的拓 撲信息，便于深層次分析。數(shù)字地圖采用的矢

9、量數(shù)據(jù)格式。柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)比擬。柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單、疊加操 作易實(shí)現(xiàn)、能有效表達(dá)空間可變性、柵格圖象便于做圖象的有效增強(qiáng)。缺點(diǎn)：數(shù) 據(jù)結(jié)構(gòu)不嚴(yán)密、不緊湊、難以表達(dá)拓?fù)潢P(guān)系，圖形輸出不美觀。矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)優(yōu) 點(diǎn)：提供更嚴(yán)密的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、 提供更有效的拓?fù)渚幋a、 圖形輸出美觀接近于手繪； 缺點(diǎn)：矢量比柵格結(jié)構(gòu)復(fù)雜、疊加操作沒有柵格有效、表達(dá)空間變化性能力差、 不能對(duì)數(shù)字圖形作增強(qiáng)處理。地圖數(shù)據(jù)管理的三個(gè)階段： 程序管理階段、 文件管理階段、 數(shù)據(jù)庫管理階段。 地 圖數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型： 層次模型、 網(wǎng)絡(luò)模型、關(guān)系模型對(duì)象關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型。 圖 形數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)結(jié)合方式分為：圖形文件

10、、圖形數(shù)據(jù)庫、圖形文件+外掛屬性數(shù)據(jù)、圖形數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)一體化管理、面向?qū)ο蟮慕M織模式。空間數(shù)據(jù)引擎指提供存儲(chǔ)、 查詢、 檢索空間數(shù)據(jù)， 以及對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行空間關(guān)系 運(yùn)算和空間分析的程序功能集合?？臻g數(shù)據(jù)引擎根本功能： 1.多用戶管理 2.多空 間數(shù)據(jù)庫管理 3.空間數(shù)據(jù)的索引 4.空間關(guān)系運(yùn)算和空間分析功能 5.GSQL 語句的 解釋執(zhí)行?？臻g數(shù)據(jù)引擎關(guān)鍵技術(shù)： 1.空間數(shù)據(jù)模型的建立 2.空間查詢語言 3. 空間數(shù)據(jù)的索引 4.數(shù)據(jù)一致性問題。地圖數(shù)據(jù)分層組織方法： 1.按專題分層 2.按地圖實(shí)體類別分層。第 5 章 圖形處理變換與常用地圖操作 坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換表：建模坐標(biāo)系 >世界坐標(biāo)系

11、 > 觀察坐標(biāo)系 >標(biāo)準(zhǔn)化坐標(biāo)系 > 設(shè)備坐標(biāo)系。圖形變換是指圖形的幾何信息經(jīng)過幾何變換后產(chǎn)生新的圖形。投影： P133。 投影變換：將三維空間的物體變換到二維投影面上的過程稱為投影變換。 平面幾何 投影是指投影面是平面， 投影線是直線的投影。 平面幾何投影分為平行投影和透 視投影。第 6 章 地圖符號(hào)設(shè)計(jì)地圖符號(hào)是指在圖上表示制圖對(duì)象空間分布、 數(shù)量、質(zhì)量等特征的標(biāo)志、 信息載 體，包括線劃符號(hào)、色彩和注記。地圖符號(hào)的分類： 1.按符號(hào)所表現(xiàn)的制圖對(duì)象 的幾何特征分類 2.按符號(hào)與地圖比例尺的關(guān)系分類 3.按符號(hào)所表示的制圖對(duì)象 的地理特征量度分類 4.按符號(hào)的圖形特征分類

12、。 地形圖圖式是地圖符號(hào)樣式和 描繪規(guī)那么的標(biāo)準(zhǔn)，它規(guī)定了響應(yīng)比例尺地形圖上表示各種地物、 地貌要素的符號(hào)、 注記和顏色。 電腦制圖符號(hào)繪制方法有編程法和信息法。編程法是由繪圖子程 序按符號(hào)圖形參數(shù)電腦繪圖矢量并操作繪圖儀繪制地圖符號(hào)。 信息的構(gòu)成有直接 信息法和間接信息法。地圖符號(hào)設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括：圖案設(shè)計(jì)、尺寸設(shè)計(jì)和色彩設(shè)計(jì)。 地圖注記的設(shè)計(jì) 包括字體、字大、字色、間距和配置等方面。第 7 章 三維地形模型與可視化三維地形顯示的根本步驟：P194 DTM :數(shù)字地面模型 DEM :數(shù)字高程模型TIN : 不規(guī)那么三角網(wǎng) GRID ：規(guī)那么格網(wǎng)DTM 數(shù)字地面模型根本組成局部：數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)

13、換、數(shù)據(jù)預(yù)處理、構(gòu)網(wǎng)建 模、存儲(chǔ)和管理、數(shù)模的應(yīng)用。LoD 技術(shù)：三維地形數(shù)據(jù)組織， 在不影響視覺效果的條件下， 通過逐次簡化景物 的外表細(xì)節(jié)來減少場(chǎng)景的幾何復(fù)雜性， 提高繪制算法的效率。 LoD 模型分類： 不 連續(xù)的 LoD 模型、連續(xù)的 LoD 模型、幾何結(jié)構(gòu)自身上的 LoD 模型。 OpenGL： 是一種電腦圖形處理系統(tǒng)，一種 API 接口，是目前用于開發(fā)可移植、可交互的 2D和3D圖形應(yīng)用程序的首選環(huán)境。OpenGL圖形操作步驟：P223。OpenGL下 地形三維可視化： P224第 8 章 電腦地圖制圖系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì) 軟件開發(fā)的瀑布模型： 問題定義、可行性分析、需求分析、總體設(shè)計(jì)、

14、詳細(xì)設(shè)計(jì) 編 碼實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)測(cè)試和運(yùn)行維護(hù)。電腦地圖制圖系統(tǒng)進(jìn)行需求分析和系統(tǒng)設(shè)計(jì)： 數(shù)據(jù)采集與輸入、 數(shù)據(jù)預(yù)處理、 數(shù) 據(jù)組織與存儲(chǔ)、 地圖符號(hào)庫與符號(hào)定義功能、 標(biāo)準(zhǔn)地圖布局生成、 地圖生成與編 輯、地圖操作與分析、地圖制圖輸出。數(shù)字正射影象圖是利用數(shù)字高程模型對(duì)經(jīng)掃描處理的數(shù)字化航空相片、遙感相 片，經(jīng)逐像元進(jìn)行投影差改正、 鑲嵌，按國家根本比例尺地形圖圖幅范圍剪生成 的數(shù)字正射影象數(shù)據(jù)集。第 9 章 地圖分析與地理信息系統(tǒng)地圖應(yīng)用包括地圖閱讀、地圖分析、地圖解譯三局部。地圖分析的作用：1.獲得各要素的分布規(guī)律、 揭示各要素的相互聯(lián)系、 研究各要素的動(dòng)態(tài)變化、 進(jìn)行綜合 評(píng)價(jià)、進(jìn)行區(qū)劃和規(guī)

15、劃。 地圖分析的主要方法：目視分析法、地圖量測(cè)與計(jì)算、地圖圖解分析、地圖統(tǒng)計(jì) 分析、地圖數(shù)學(xué)模型分析、地圖時(shí)序分析。 地圖分析的步驟： P252 數(shù)字地圖分析是指基于以數(shù)字形式存儲(chǔ)和表示的地圖進(jìn)行的各項(xiàng)地圖分析操 作。 地理信息系統(tǒng)： P259 地理信息的應(yīng)用： 測(cè)繪與地圖制圖、 資源管理、規(guī)劃設(shè)計(jì)、災(zāi)害監(jiān)測(cè)、環(huán)境保護(hù)、 國防、宏觀決策支持。地理信息系統(tǒng)的開展趨勢(shì)：由單機(jī)轉(zhuǎn)向網(wǎng)絡(luò)、由二維轉(zhuǎn)向 三維、由靜態(tài)轉(zhuǎn)向動(dòng)態(tài)、由集中系統(tǒng)轉(zhuǎn)向組件、由固定轉(zhuǎn)向移動(dòng)、由集中處理到 分布式處理、異構(gòu)系統(tǒng)互操作、由技術(shù)想科學(xué)的演變、 GIS 社會(huì)化與商業(yè)化。第 11 章 電腦地圖制圖的開展與展望電子地圖P315:電

16、子地圖是具有地圖的符號(hào)化數(shù)據(jù)特征、以地圖數(shù)據(jù)庫為根底 的可供人們閱讀的有序數(shù)據(jù)集合， 以數(shù)字形式存儲(chǔ)在電腦外存儲(chǔ)器， 并能在電子 屏幕上實(shí)時(shí)顯示。 電子地圖特點(diǎn)：動(dòng)態(tài)性、交互性、超媒體集成性、具有查詢和量算、制作工藝先 進(jìn)、制圖精度高、是數(shù)字地球等數(shù)字化管理的根底工作。 電子地圖的應(yīng)用：地圖量算和分析、規(guī)劃管理、軍事指揮、城市公共設(shè)施管理、 導(dǎo)航與智能交通、個(gè)人應(yīng)用。多媒體地圖P320:多媒體地圖是建立在電腦軟件、硬件根底上，借助于電腦綜 合處理多種多媒體信息的功能，將文字、圖形、圖象、色彩、聲音、動(dòng)畫及動(dòng)態(tài) 技術(shù)想結(jié)合， 使多種信息邏輯地并集成議和有機(jī)的、 具有人性化操作界面的空間 信息傳輸系統(tǒng)。多媒體地圖研究內(nèi)容： 1.理論研究方向：多媒體技術(shù)與地圖學(xué)的內(nèi)在聯(lián)系、結(jié)合 途徑與原理、 多媒體地圖根本理論、 多媒體地圖的內(nèi)容組成與要素關(guān)系、 以及多 種多媒體信息在地圖中的表達(dá)與數(shù)據(jù)組織、 多媒體地圖標(biāo)準(zhǔn)與標(biāo)準(zhǔn)、 多媒體地圖 傳輸空間信息的過程方式與實(shí)質(zhì)、 多媒體地圖認(rèn)知、 多媒體地圖分析、 多媒體技 術(shù)條件下地圖及地圖學(xué)的學(xué)科體系變化。 2.應(yīng)用研究方向：多媒體地圖制圖系統(tǒng) 的構(gòu)成與其內(nèi)容、 多媒體地圖數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)與研