第7講GIS空間數(shù)據(jù)表達與制圖

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

2、ty） 一、普通地圖的輸出普通地圖是指國家基本比例尺的地形圖。普通地圖的顯著特點是標準化，有關(guān)標準對比例尺大小、分幅范圍、內(nèi)容和圖示符號都作了嚴格的規(guī)定。普通地圖制圖的目的就是利用空間數(shù)據(jù)庫中存儲的資料生產(chǎn)符合標準的地圖。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制作而成 。圖示符號：點、線、面符號，注記符號點符號的特點：圖形固定，不隨它在圖面上的位置的變化而變化；符號都有確定的定位點和方向性；點符號圖形大多比較規(guī)則，由簡單幾何圖形構(gòu)成。線符號的特點：都有一條有形或無形的定位線；符號可進一步劃分為曲線、直線、虛線、并行線、沿定位線連續(xù)配置點符號等；可由

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

4、線、點劃線）毛線（垂直與主線方向的平行排列的短直線，有間距、長度等屬性）制圖線點狀符號沿線排列（顏色、大小、方向、向兩側(cè)的偏移量、點符號間距）圖像沿線排列（BMP、EMF，其它與點狀符號沿線排列相同)面符號的邊界表示：邊界寬度、邊界顏色。面符號的內(nèi)部表示：單顏色充填（顏色)顏色漸變充填（色別、變化數(shù)、顏色分布方式：線性、矩形、圓等）點符號充填（點排列方式：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、間距線符號充填（顏色、傾角、線間距、偏移量）面符號的制作地物屬性值空間實體對照表符號實體用戶標識UID（a）符號ID空間實體符號實體用戶標識U

5、ID（b）空間實體符號（c） 實體與符號聯(lián)系的幾種方式 空間實體的符號化將特定地理空間信息轉(zhuǎn)換成地圖輸出，必須對空間實體配置符號。這就需要建立實體與符號庫中具體符號的聯(lián)系?？臻g實體與符號之間連接的方式： 空間實體的符號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） 點實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體注記的配置注記文字面實體注記的配置

6、地圖布局與整飾地圖布局與整飾地圖布局（Layout)是根據(jù)輸出設備定義一個一定幅面的地圖布局，在該布局上進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、比例尺、圖幅結(jié)合表等圖廓外注記以及坐標格網(wǎng)繪制與注記等整飾。布局實質(zhì)上是一個資料容器，將各種資料對象（圖形、表格、圖像）進行安排，采用OLE技術(shù)實現(xiàn)。對于常用的地圖布局一般可以定制若干種模板，簡化制圖整飾過程，一個地圖框架模板，在該框架模板中，有圖幅內(nèi)外圖廓線、坐標格網(wǎng)線、比例尺、制圖日期、秘密等級、制圖單位、制圖坐標系描述等固定內(nèi)容，而圖名、圖號、圖幅結(jié)合表、及坐標格網(wǎng)線的坐標注記等變化的內(nèi)容，僅給出相應位置和格式，具體內(nèi)

7、容由用戶根據(jù)實際情況手工或自動填入。 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來表示制圖對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來表現(xiàn)和說明制圖對象。 其內(nèi)容是：遙感影像的選擇和預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和地面控制點為基礎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化空間配準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經(jīng)濟現(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)境保護圖等。 社會經(jīng)濟現(xiàn)象（人文）地圖：行政區(qū)劃圖、人口圖、城市圖、經(jīng)濟圖、歷史地圖、文化地圖、旅游地圖、生活設施圖等。 按地圖內(nèi)容的概括長度分類，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，對專題現(xiàn)象不概括或很少概括，并以各自的具體指標來顯示某一方面的性質(zhì)和特性，如人口密度等級圖、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、的個體特征，而是將幾種不相同但相互聯(lián)系的指標進行組合和概括，以顯示現(xiàn)象總的特征，如氣候區(qū)劃圖、環(huán)境質(zhì)量評價圖等 綜合型（或復合型）：在同一幅圖上，分別獨立地顯示幾種要素，而這些要素具有各自的概括程度和相應的表示方法，如綜合經(jīng)濟圖 專題要素的表示方法定點符號法線狀符號法等值線法質(zhì)底法范圍法點值法統(tǒng)計圖表法分布形式表示分布范圍表示類別表示數(shù)量表示動態(tài)點定位符號符號形式幾何符號文字符號象形符號符號顏色符號大小（用深淺不同的顏色表示主次）數(shù)字注記定點擴展法定位圖表法線線狀符號線的形式線顏色線條粗細、長短，附加不同數(shù)目的小短線動線法面面狀符號（范圍法）質(zhì)底法點值法分級統(tǒng)計圖法圖形統(tǒng)計圖法等值線法分層設色

10、法表示擴展的范圍法擴展圖形的圖形統(tǒng)計圖法按專題制圖對象的分布方式選擇符號 按專題制圖對象的分布特點選擇符號 專題要素的符號化實現(xiàn)專題要素符號化實際上是對空間對象的屬性資料使用符號進行可視化表達 ?？臻g對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，采用分級統(tǒng)計圖法、點值法、點符號法、線符號法等。7.4 空間數(shù)據(jù)的多尺度特征與自動綜合空間數(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)表達的空間范圍的大小和時間長短具有相對

11、性。不同尺度所表達的信息密度有很大的差異?？臻g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)律的表達形式，以反映空間現(xiàn)象內(nèi)在的規(guī)律性和相關(guān)性。時間多尺度：時間多尺度指數(shù)據(jù)表示的時間周期及資料形成周期長短不同。從一定意義上看，時間尺度與空間尺度是一致的，即較大的空間尺度往往對應于較長的時間周期?？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各種實體形態(tài)的抽象程度，尺度越大抽象程度越高；在時間尺度上表現(xiàn)為對時間的依賴性，時間尺度越大，表現(xiàn)為對時間的依賴性越弱。大尺

12、度意味著表達屬性的級別較高。對于空間資料，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)尺度與相應地圖比例尺呈反比變化 。GIS中空間數(shù)據(jù)的多尺度表達與自動綜合空間數(shù)據(jù)庫都對應于一定的比例尺，主導數(shù)據(jù)庫的主要功能是可以進行多比例尺的表示，這些比例尺一般都小于主導比例尺。也就是說，它不是建立和維護多個比例尺的數(shù)據(jù)庫來對應不同的制圖輸出，而是直接將主導數(shù)據(jù)庫中的資料轉(zhuǎn)換成較小的比例尺來表示。從主導數(shù)據(jù)庫中抽取重要的和相關(guān)的空間信息以預定

13、的比例尺將其可視化表示在縮小了的地圖空間上，這個過程就是自動綜合。 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)化綜合簡單的結(jié)構(gòu)化選取重復抽樣柵格向量轉(zhuǎn)換數(shù)字綜合低通濾波高通濾波限差帶索引數(shù)字分類分類分級最小間距平行分級最大的分類分級分類分級綜合合并類別合并柵格屬性變換專題數(shù)據(jù)分類分級符號化數(shù)量概括質(zhì)量概括實時數(shù)據(jù) 點狀要素選取/刪除合并移位線狀要素夸大、化簡光滑、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流要素選取、合并GIS中空間要素的自動綜合要素選取/刪除數(shù)量和質(zhì)量概括形狀化簡用戶接口結(jié)果檢驗輸出空間數(shù)據(jù)操作數(shù)集選取/刪除圖形化簡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)自動綜合模塊7.5 三維景觀仿真及動態(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)擴展到維，對GIS空間資料進行三維表達，以滿足用戶對三維動態(tài)交互式可視化的要求。 一、真實感地形的生成與顯示一、真實感地形的生成與顯示產(chǎn)生真實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卻不太明顯，一般用于表達地面起伏較平緩，而地物豐富和人類活動較頻繁地區(qū)（如城鎮(zhèn)）的地形。 真實感地形生成通常包括以下步驟：將DEM再細分割為小三角形面片的鑲嵌體；確定視點位置和觀察方向，對地面進行圖形投影變換；可見面判別；根據(jù)光照模型計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：真實感差；以實際高度建立表面模型，并貼以紋理，真實感好，但數(shù)據(jù)量大。動態(tài)三維景觀三維復雜模型的動態(tài)顯示按照技術(shù)上從易到難的順序可分為三個層次：逐幀計算，逐幀顯示，逐幀記錄；逐幀計算，連續(xù)顯示，連續(xù)記錄；實時計算，動態(tài)顯示，交互控制。后者需要使用OpenGL或虛擬現(xiàn)實（VR)。其處理技術(shù)路線是計算機動畫處理地形建模模型LOD分層模型OpenGL映像場景設置投影變換三維動態(tài)顯示其中的關(guān)鍵技術(shù)為分層細節(jié)模型（LOD)課程考試試卷 除地圖學與地理信息系統(tǒng)、遙感技術(shù)與應用專業(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，要求符合標準論文格式，重點討論可