第7講GIS空間數(shù)據(jù)表達(dá)與制圖

1、第7講GIS空間數(shù)據(jù)表達(dá)與制圖7.1 概述在建立了GIS空間數(shù)據(jù)庫，并應(yīng)用各種分析手段對(duì)空間資料進(jìn)行了一系列分析以后，以什么方式表達(dá)或傳輸給用戶，使得用戶能理解空間資料中蘊(yùn)涵的豐富內(nèi)容，這是對(duì)地理信息系統(tǒng)的一個(gè)基本功能要求 GIS空間數(shù)據(jù)表達(dá)的形式：是符號(hào)化地圖、影像、表格、文字等 主要功能包括： 顏色配置功能； 點(diǎn)、線、面符號(hào)化功能； 文字、符號(hào)注記功能； 影像地圖的生成功能； 報(bào)表、文字的打印功能; 三維表現(xiàn)功能。相關(guān)聯(lián)的技術(shù)有： 計(jì)算機(jī)地圖制圖（CAC) 計(jì)算可視化（Visualization ）仿真技術(shù)（imitation，simulation）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（virtual reali

2、ty） 一、普通地圖的輸出普通地圖是指國(guó)家基本比例尺的地形圖。普通地圖的顯著特點(diǎn)是標(biāo)準(zhǔn)化，有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比例尺大小、分幅范圍、內(nèi)容和圖示符號(hào)都作了嚴(yán)格的規(guī)定。普通地圖制圖的目的就是利用空間數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的資料生產(chǎn)符合標(biāo)準(zhǔn)的地圖。影像地圖可以看作特殊的地圖，它使用遙感影像作為圖面主要內(nèi)容、配合以一定的地圖圖示符號(hào)制作而成 。圖示符號(hào)：點(diǎn)、線、面符號(hào)，注記符號(hào)點(diǎn)符號(hào)的特點(diǎn)：圖形固定，不隨它在圖面上的位置的變化而變化；符號(hào)都有確定的定位點(diǎn)和方向性；點(diǎn)符號(hào)圖形大多比較規(guī)則，由簡(jiǎn)單幾何圖形構(gòu)成。線符號(hào)的特點(diǎn)：都有一條有形或無形的定位線；符號(hào)可進(jìn)一步劃分為曲線、直線、虛線、并行線、沿定位線連續(xù)配置點(diǎn)符號(hào)等；可由

3、若干條具有單一特征的線狀符號(hào)組成復(fù)雜符號(hào)7.2 普通地圖和影像地圖面狀符號(hào)的特點(diǎn)：有一條封閉的輪廓線；多數(shù)面符號(hào)是在輪廓線范圍內(nèi)配置不同的點(diǎn)狀符號(hào)、繪陰影線或涂色。點(diǎn)、線、面符號(hào)不是孤立的，他們之間存在一定的聯(lián)系。線符號(hào)中往往包含點(diǎn)符號(hào)，面符號(hào)中也可能包含線、點(diǎn)符號(hào) 。點(diǎn)符號(hào)的表示：形狀、顏色、大小（以點(diǎn)或mm、cm、inch等表示，其中1mm點(diǎn)、角度、離定位點(diǎn)的偏移量（與大小的度量單位相同）。點(diǎn)可以是：簡(jiǎn)單符號(hào)True Type字體圖像（BMP、EMF)復(fù)合符號(hào)點(diǎn)符號(hào)的制作線符號(hào)的制作線符號(hào)的表示：顏色、寬度（以點(diǎn)或mm、cm、inch等表示，其中1mm點(diǎn)）。線可以是：簡(jiǎn)單線（實(shí)線、虛線、點(diǎn)

4、線、點(diǎn)劃線）毛線（垂直與主線方向的平行排列的短直線，有間距、長(zhǎng)度等屬性）制圖線點(diǎn)狀符號(hào)沿線排列（顏色、大小、方向、向兩側(cè)的偏移量、點(diǎn)符號(hào)間距）圖像沿線排列（BMP、EMF，其它與點(diǎn)狀符號(hào)沿線排列相同)面符號(hào)的邊界表示：邊界寬度、邊界顏色。面符號(hào)的內(nèi)部表示：?jiǎn)晤伾涮睿伾?顏色漸變充填（色別、變化數(shù)、顏色分布方式：線性、矩形、圓等）點(diǎn)符號(hào)充填（點(diǎn)排列方式：按格網(wǎng)規(guī)則排列、離散排列，偏移量，間距）圖像塊充填（傾角、圖像水平和垂直比例、前景和背景色、偏移量、間距線符號(hào)充填（顏色、傾角、線間距、偏移量）面符號(hào)的制作地物屬性值空間實(shí)體對(duì)照表符號(hào)實(shí)體用戶標(biāo)識(shí)UID（a）符號(hào)ID空間實(shí)體符號(hào)實(shí)體用戶標(biāo)識(shí)U

5、ID（b）空間實(shí)體符號(hào)（c） 實(shí)體與符號(hào)聯(lián)系的幾種方式 空間實(shí)體的符號(hào)化將特定地理空間信息轉(zhuǎn)換成地圖輸出，必須對(duì)空間實(shí)體配置符號(hào)。這就需要建立實(shí)體與符號(hào)庫中具體符號(hào)的聯(lián)系。空間實(shí)體與符號(hào)之間連接的方式： 空間實(shí)體的符號(hào)化過程圖形要素的注記注記一般分為：名稱注記說明注記數(shù)字注記注記的文字使用不同的字體、大小和顏色來表示它所關(guān)聯(lián)的實(shí)體類別或性質(zhì)。 漢字注記的排列方式有水平字列垂直字列雁形字列（注記的字向指向北方或圖廓上方）屈曲字列（注記的字向與注記文字中心線垂直或平行） 點(diǎn)實(shí)體注記的配置注記文字注記文字注記文字注記文字注記文字注記文字注記文字注記文字注記文字線實(shí)體注記的配置注記文字面實(shí)體注記的配置

6、地圖布局與整飾地圖布局與整飾地圖布局（Layout)是根據(jù)輸出設(shè)備定義一個(gè)一定幅面的地圖布局，在該布局上進(jìn)行空間要素的變比例尺表示，還可完成圖面的修飾工作，包括圖名、圖號(hào)、比例尺、圖幅結(jié)合表等圖廓外注記以及坐標(biāo)格網(wǎng)繪制與注記等整飾。布局實(shí)質(zhì)上是一個(gè)資料容器，將各種資料對(duì)象（圖形、表格、圖像）進(jìn)行安排，采用OLE技術(shù)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于常用的地圖布局一般可以定制若干種模板，簡(jiǎn)化制圖整飾過程，一個(gè)地圖框架模板，在該框架模板中，有圖幅內(nèi)外圖廓線、坐標(biāo)格網(wǎng)線、比例尺、制圖日期、秘密等級(jí)、制圖單位、制圖坐標(biāo)系描述等固定內(nèi)容，而圖名、圖號(hào)、圖幅結(jié)合表、及坐標(biāo)格網(wǎng)線的坐標(biāo)注記等變化的內(nèi)容，僅給出相應(yīng)位置和格式，具體內(nèi)

7、容由用戶根據(jù)實(shí)際情況手工或自動(dòng)填入。 布局窗布局窗布局工具布局工具布局樣例地圖樣例二、影像地圖的輸出二、影像地圖的輸出影像地圖是一種以航空或衛(wèi)星遙感影像和一定的地圖符號(hào)來表示制圖對(duì)象地理空間分布和環(huán)境狀況的地圖。在影像地圖中，圖面要素主要由影像構(gòu)成，輔助以一定的地圖符號(hào)來表現(xiàn)和說明制圖對(duì)象。 其內(nèi)容是：遙感影像的選擇和預(yù)處理遙感圖像的幾何糾正和地理編碼遙感影像的鑲嵌空間要素的選取影像地圖的圖面要素配置遙感影像資料（柵格）影像地圖的制圖過程區(qū)域空間資料（向量）以DTM和地面控制點(diǎn)為基礎(chǔ)的幾何糾正和重采樣數(shù)字影像鑲嵌彩色合成波段選擇空間要素選擇符號(hào)化空間配準(zhǔn)迭置注記與整飾影像地圖7.3 7.3 專

8、題地圖制圖專題地圖制圖專題地圖是著重反映某一種或幾種自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象的空間分布的地圖。 按地圖內(nèi)容的專業(yè)性分類，專題圖有：自然現(xiàn)象地圖：地勢(shì)圖、地質(zhì)圖、地貌圖、地球物理圖、氣候氣象圖、海洋圖、陸地水文圖、土壤圖、植被圖、景觀圖、環(huán)境保護(hù)圖等。 社會(huì)經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象（人文）地圖：行政區(qū)劃圖、人口圖、城市圖、經(jīng)濟(jì)圖、歷史地圖、文化地圖、旅游地圖、生活設(shè)施圖等。 按地圖內(nèi)容的概括長(zhǎng)度分類，專題圖有：解析型（或分析型）：解析型地圖只反映單要素的位置和分布，對(duì)專題現(xiàn)象不概括或很少概括，并以各自的具體指標(biāo)來顯示某一方面的性質(zhì)和特性，如人口密度等級(jí)圖、污染源圖、綠地分布圖等 組合型（或合成型）：表示的不是各種現(xiàn)象

9、的個(gè)體特征，而是將幾種不相同但相互聯(lián)系的指標(biāo)進(jìn)行組合和概括，以顯示現(xiàn)象總的特征，如氣候區(qū)劃圖、環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)圖等 綜合型（或復(fù)合型）：在同一幅圖上，分別獨(dú)立地顯示幾種要素，而這些要素具有各自的概括程度和相應(yīng)的表示方法，如綜合經(jīng)濟(jì)圖 專題要素的表示方法定點(diǎn)符號(hào)法線狀符號(hào)法等值線法質(zhì)底法范圍法點(diǎn)值法統(tǒng)計(jì)圖表法分布形式表示分布范圍表示類別表示數(shù)量表示動(dòng)態(tài)點(diǎn)定位符號(hào)符號(hào)形式幾何符號(hào)文字符號(hào)象形符號(hào)符號(hào)顏色符號(hào)大?。ㄓ蒙顪\不同的顏色表示主次）數(shù)字注記定點(diǎn)擴(kuò)展法定位圖表法線線狀符號(hào)線的形式線顏色線條粗細(xì)、長(zhǎng)短，附加不同數(shù)目的小短線動(dòng)線法面面狀符號(hào)（范圍法）質(zhì)底法點(diǎn)值法分級(jí)統(tǒng)計(jì)圖法圖形統(tǒng)計(jì)圖法等值線法分層設(shè)色

10、法表示擴(kuò)展的范圍法擴(kuò)展圖形的圖形統(tǒng)計(jì)圖法按專題制圖對(duì)象的分布方式選擇符號(hào) 按專題制圖對(duì)象的分布特點(diǎn)選擇符號(hào) 專題要素的符號(hào)化實(shí)現(xiàn)專題要素符號(hào)化實(shí)際上是對(duì)空間對(duì)象的屬性資料使用符號(hào)進(jìn)行可視化表達(dá) ?？臻g對(duì)象的屬性資料通常有兩種類型，分布采用不同方法表示：用字符表示的定性描述資料，如名稱、類別、功能等，采用質(zhì)底法、范圍法或面狀充填法（顏色或不同陰影線）。用數(shù)值表示的定量資料，如面積、產(chǎn)值、人口數(shù)等，采用分級(jí)統(tǒng)計(jì)圖法、點(diǎn)值法、點(diǎn)符號(hào)法、線符號(hào)法等。7.4 空間數(shù)據(jù)的多尺度特征與自動(dòng)綜合空間數(shù)據(jù)的多尺度特征空間數(shù)據(jù)的多尺度特征 尺度是空間資料的重要特征，即空間數(shù)據(jù)表達(dá)的空間范圍的大小和時(shí)間長(zhǎng)短具有相對(duì)

11、性。不同尺度所表達(dá)的信息密度有很大的差異。空間資料的多尺度可以從兩方面說明：空間多尺度：空間資料按其表達(dá)的空間范圍之大小可分為不同的層次，或不同尺度，表現(xiàn)在資料的可綜合上，就是由相同的資料源可形成、再現(xiàn)不同尺度規(guī)律的表達(dá)形式，以反映空間現(xiàn)象內(nèi)在的規(guī)律性和相關(guān)性。時(shí)間多尺度：時(shí)間多尺度指數(shù)據(jù)表示的時(shí)間周期及資料形成周期長(zhǎng)短不同。從一定意義上看，時(shí)間尺度與空間尺度是一致的，即較大的空間尺度往往對(duì)應(yīng)于較長(zhǎng)的時(shí)間周期?？臻g數(shù)據(jù)的尺度與比例尺間的關(guān)系空間數(shù)據(jù)的多尺度性在空間上是指對(duì)各種實(shí)體形態(tài)的抽象程度，尺度越大抽象程度越高；在時(shí)間尺度上表現(xiàn)為對(duì)時(shí)間的依賴性，時(shí)間尺度越大，表現(xiàn)為對(duì)時(shí)間的依賴性越弱。大尺

12、度意味著表達(dá)屬性的級(jí)別較高。對(duì)于空間資料，尺度則表現(xiàn)為分辨率或精度，大尺度資料意味著空間和時(shí)間分辨率和屬性精度較低，而中小尺度則是抽象水平和分辨率較高 。一般地，尺度的大小與區(qū)域大小和數(shù)據(jù)使用要求有關(guān)。地圖比例尺大小與區(qū)域及地圖的用途有直接關(guān)系。即數(shù)據(jù)尺度與相應(yīng)地圖比例尺呈反比變化 。GIS中空間數(shù)據(jù)的多尺度表達(dá)與自動(dòng)綜合空間數(shù)據(jù)庫都對(duì)應(yīng)于一定的比例尺，主導(dǎo)數(shù)據(jù)庫的主要功能是可以進(jìn)行多比例尺的表示，這些比例尺一般都小于主導(dǎo)比例尺。也就是說，它不是建立和維護(hù)多個(gè)比例尺的數(shù)據(jù)庫來對(duì)應(yīng)不同的制圖輸出，而是直接將主導(dǎo)數(shù)據(jù)庫中的資料轉(zhuǎn)換成較小的比例尺來表示。從主導(dǎo)數(shù)據(jù)庫中抽取重要的和相關(guān)的空間信息以預(yù)定

13、的比例尺將其可視化表示在縮小了的地圖空間上，這個(gè)過程就是自動(dòng)綜合。 柵格模式的綜合矢量模式的綜合屬性數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化綜合簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)化選取重復(fù)抽樣?xùn)鸥裣蛄哭D(zhuǎn)換數(shù)字綜合低通濾波高通濾波限差帶索引數(shù)字分類分類分級(jí)最小間距平行分級(jí)最大的分類分級(jí)分類分級(jí)綜合合并類別合并柵格屬性變換專題數(shù)據(jù)分類分級(jí)符號(hào)化數(shù)量概括質(zhì)量概括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù) 點(diǎn)狀要素選取/刪除合并移位線狀要素夸大、化簡(jiǎn)光滑、移位選取、合并面狀資料光滑、移位夸大、合并表面要素光滑夸大化簡(jiǎn)流要素選取、合并GIS中空間要素的自動(dòng)綜合要素選取/刪除數(shù)量和質(zhì)量概括形狀化簡(jiǎn)用戶接口結(jié)果檢驗(yàn)輸出空間數(shù)據(jù)操作數(shù)集選取/刪除圖形化簡(jiǎn)夸大移位合并滿意不滿意交互式空間綜

14、合系統(tǒng)的構(gòu)成集成化空間數(shù)據(jù)自動(dòng)綜合模塊7.5 三維景觀仿真及動(dòng)態(tài)表現(xiàn) 客觀世界呈三維空間分布，可是目前真三維空間數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)尚不完善，也沒有真三維GIS軟件產(chǎn)品，為了真實(shí)地再現(xiàn)地面的地形、地物的三維景觀，只能在二維GIS的支持下，將常規(guī)二維空間操作數(shù)擴(kuò)展到維，對(duì)GIS空間資料進(jìn)行三維表達(dá)，以滿足用戶對(duì)三維動(dòng)態(tài)交互式可視化的要求。 一、真實(shí)感地形的生成與顯示一、真實(shí)感地形的生成與顯示產(chǎn)生真實(shí)感地形顯示的方法主要有兩類：用一定的光照模型模擬光線照射到地面時(shí)所產(chǎn)生的視覺效果，經(jīng)明暗處理產(chǎn)生具有深度感的灰度濃淡圖像，并用純數(shù)學(xué)的方法（如分形幾何方法）模擬地形表面的各種微起伏特征和顏色紋理，這種方

15、法一般用于顯示DEM；將航空或航天遙感圖像數(shù)據(jù)影射到DEM上，建立實(shí)際地形的逼真顯示，這種方法可以逼真地顯示地面各種地物和人工建筑的顏色和紋理特征，但表現(xiàn)地形起伏產(chǎn)生的幾何紋理特征時(shí)卻不太明顯，一般用于表達(dá)地面起伏較平緩，而地物豐富和人類活動(dòng)較頻繁地區(qū)（如城鎮(zhèn)）的地形。 真實(shí)感地形生成通常包括以下步驟：將DEM再細(xì)分割為小三角形面片的鑲嵌體；確定視點(diǎn)位置和觀察方向，對(duì)地面進(jìn)行圖形投影變換；可見面判別；根據(jù)光照模型計(jì)算可見面的亮度和色彩； 顯示所有可見的三角形；將影像作為紋理影射到模型上。地物的三維表示依據(jù)高度拉伸（box法），并使其底部隨地面的起伏而起伏，缺點(diǎn)：真實(shí)感差；以實(shí)際高度建立表面模型，并貼以紋理，真實(shí)感好，但數(shù)據(jù)量大。動(dòng)態(tài)三維景觀三維復(fù)雜模型的動(dòng)態(tài)顯示按照技術(shù)上從易到難的順序可分為三個(gè)層次：逐幀計(jì)算，逐幀顯示，逐幀記錄；逐幀計(jì)算，連續(xù)顯示，連續(xù)記錄；實(shí)時(shí)計(jì)算，動(dòng)態(tài)顯示，交互控制。后者需要使用OpenGL或虛擬現(xiàn)實(shí)（VR)。其處理技術(shù)路線是計(jì)算機(jī)動(dòng)畫處理地形建模模型LOD分層模型OpenGL映像場(chǎng)景設(shè)置投影變換三維動(dòng)態(tài)顯示其中的關(guān)鍵技術(shù)為分層細(xì)節(jié)模型（LOD)課程考試試卷 除地圖學(xué)與地理信息系統(tǒng)、遙感技術(shù)與應(yīng)用專業(yè)外的其他專業(yè)： 結(jié)合自己專業(yè)和研究方向，完成一份GIS支持專業(yè)分析的論文，要求符合標(biāo)準(zhǔn)論文格式，重點(diǎn)討論可