空間數(shù)據(jù)表現(xiàn)與地圖制圖

第八章空間數(shù)據(jù)表現(xiàn)與地圖制圖王紅巖昆明理工大學(xué)國(guó)資院地科系1

空間數(shù)據(jù)的表現(xiàn)功能貫穿于GIS空間數(shù)據(jù)處理的始終，包括符號(hào)、專(zhuān)題信息表達(dá)、圖幅配置、制圖綜合等，都來(lái)源于地圖制圖。從某種角度上來(lái)講，地理信息系統(tǒng)可以稱(chēng)為“動(dòng)態(tài)的地圖”，它提供了比普通地圖更為豐富和靈活的空間數(shù)據(jù)表現(xiàn)方式，如動(dòng)態(tài)信息表達(dá)、虛擬現(xiàn)實(shí)等。但是，從另外的角度來(lái)看，制圖學(xué)又是一門(mén)藝術(shù)，單純依靠計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是難以制作完美的地圖的，它需要人工的交互干預(yù)，目前還沒(méi)有任何GIS軟件能夠很好地解決這些問(wèn)題。導(dǎo)讀：2

地圖：是遵循一定的數(shù)學(xué)法則，將客體上的地理信息，通過(guò)科學(xué)的概括，并運(yùn)用符號(hào)系統(tǒng)表示在一定載體上的圖形，以傳遞它們的數(shù)量和質(zhì)量在時(shí)間和空間上的分布規(guī)律和發(fā)展變化。地圖學(xué)：是以地圖信息傳遞為中心的，探討地圖的理論實(shí)質(zhì)、制圖技術(shù)和使用方法的綜合性科學(xué)。

地理信息系統(tǒng)1.概述——地理信息系統(tǒng)

數(shù)據(jù)表現(xiàn)與地圖學(xué)3地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)表現(xiàn)與地圖學(xué)

：

聯(lián)系：地圖是記錄地理信息的一種圖形語(yǔ)言形式，GIS脫胎于地圖，并成為地圖信息的又一種新的載體形式，它具有存儲(chǔ)、分析、顯示和傳輸?shù)墓δ?，尤其是?jì)算機(jī)制圖為地圖特征的數(shù)字表達(dá)、操作和顯示提供了成套方法，為GIS的圖形輸出設(shè)計(jì)提供了技術(shù)支持；同時(shí)，地圖仍是目前地理信息系統(tǒng)的重要數(shù)據(jù)來(lái)源之一。

區(qū)別：地圖強(qiáng)調(diào)的是圖形信息的傳輸、符號(hào)化與顯示，而GIS更注重空間數(shù)據(jù)處理與分析。地圖學(xué)理論與方法對(duì)地理信息系統(tǒng)的發(fā)展有著重要的影響，特別是地理信息系統(tǒng)中的空間數(shù)據(jù)表現(xiàn)許多技術(shù)來(lái)源于地圖學(xué)，但是，其表現(xiàn)手段更加靈活和豐富。41.1構(gòu)成地圖學(xué)與地理信息系統(tǒng)的數(shù)學(xué)法則

比例尺地圖投影各種坐標(biāo)系統(tǒng)

51．2地圖學(xué)和地理信息系統(tǒng)的符號(hào)

地圖符號(hào)是表達(dá)地圖內(nèi)容的基本手段，不僅能表示事物的空間位置、形狀、質(zhì)量和數(shù)量特征，而且還可以表示各事物之間的相互聯(lián)系及區(qū)域總體特征。

地圖符號(hào)是地圖的語(yǔ)言，是一種圖形語(yǔ)言。就單個(gè)符號(hào)而言，它可以表示某個(gè)事物的空間位置、大小、質(zhì)量和數(shù)量特征；就同類(lèi)符號(hào)而言，可以反映各類(lèi)要素的分布特點(diǎn)；而各類(lèi)符號(hào)的總和，可以表明各類(lèi)要素之間的相互關(guān)系及區(qū)域總體特征。6

使用地圖符號(hào)的作用：

1）有選擇地表示地理環(huán)境中的主要事物；

2）用平面的圖形符號(hào)表示地面的起伏狀況，能夠表達(dá)出三維空間狀況，且可以量測(cè)其長(zhǎng)度、高度和坡度等；

3）除了用符號(hào)表示出地面景物的外形，還能表示出景物的看不見(jiàn)的本質(zhì)特征；

4）用符號(hào)可以表示出地面沒(méi)有外形的許多自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象。

7

1．3地圖學(xué)和地理信息系統(tǒng)的制圖綜合

把實(shí)地景物縮小或把原來(lái)較詳細(xì)的地圖縮成更小比例尺地圖時(shí)，根據(jù)地圖用途或主題的需要，對(duì)實(shí)況或原圖內(nèi)容進(jìn)行取舍和化簡(jiǎn)，以便在有限的圖面上表達(dá)出制圖區(qū)域的基本特征和地理要素的主要特點(diǎn)的理論和方法，稱(chēng)為制圖綜合（地圖概括）。8

制圖綜合是對(duì)制圖區(qū)域客觀事物的取舍和簡(jiǎn)化。取舍就是從大量的客觀事物中選出最重要的事物表示在圖上，而舍去次要的事物；化簡(jiǎn)就是對(duì)客觀事物的形狀、數(shù)量和質(zhì)量特征的化簡(jiǎn)。制圖綜合可分為比例概括和目的概括。92.地圖的符號(hào)2.1地圖符號(hào)的實(shí)質(zhì)

概念：地圖符號(hào)是地圖的語(yǔ)言，是表達(dá)地圖內(nèi)容的基本手段。地圖符號(hào)是由形狀不同、大小不一和色彩有別的圖形和文字組成，注記是地圖符號(hào)的一個(gè)重要部分。

分類(lèi)：

（1）按照符號(hào)的定位情況分類(lèi)：定位符號(hào)和說(shuō)明符號(hào)；

（2）按照符號(hào)所代表的客觀事物分布狀況分類(lèi)：

點(diǎn)狀符號(hào)（不依比例尺符號(hào)）、線狀符號(hào)（半依比例符號(hào)）和面狀符號(hào)（依比例符號(hào)）（后附圖）。10點(diǎn)符號(hào)線狀符號(hào)面狀符號(hào)112.2地圖符號(hào)的構(gòu)成特點(diǎn)

符號(hào)的構(gòu)成要素：形狀、尺寸、顏色。

地圖符號(hào)的系統(tǒng)化

地圖符號(hào)的感受效果：地圖符號(hào)使用了不同的視覺(jué)變量，如尺寸、形狀、灰度、紋理、方向和顏色等，讀圖時(shí)可獲得整體感、差異感、立體感等不同的感受效果。12地圖符號(hào)的效果132.3地圖上的注記地圖注記的種類(lèi)：名稱(chēng)注記、說(shuō)明注記、數(shù)字注記注記的字體、字級(jí)和顏色

注記的排列和配置：漢字注記通常有水平字列、垂直字列、雁形字列（注記的字向指向北方或圖廓上方）和屈曲字列（注記的字向與注記文字中心線垂直或平行）等。注記配置的基本原則是不應(yīng)該使注記壓蓋圖上的重要部分。注記應(yīng)與其所說(shuō)明的事物關(guān)系明確。點(diǎn)、線、面注記的不同配置方式

143.專(zhuān)題信息表現(xiàn)

專(zhuān)題地圖：專(zhuān)題地圖是突出地表示一種或幾種自然現(xiàn)象和社會(huì)經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象的地圖。專(zhuān)題地圖的特性內(nèi)容廣泛具備地理底圖圖型豐富，圖面配置多樣新穎圖種多，與相關(guān)學(xué)科的聯(lián)系更密切3.1專(zhuān)題地圖概述15專(zhuān)題地圖的內(nèi)容地理基礎(chǔ)專(zhuān)題內(nèi)容

專(zhuān)題地圖的類(lèi)型——按專(zhuān)題內(nèi)容分類(lèi)自然地圖社會(huì)經(jīng)濟(jì)地圖環(huán)境地圖其他專(zhuān)題地圖163.2面狀專(zhuān)題內(nèi)容的表示方法

等值線法（圖A)

質(zhì)底法（底色法，圖B）

范圍法（區(qū)域法，圖C）

點(diǎn)值法（圖D）

符號(hào)法動(dòng)線法統(tǒng)計(jì)圖法（圖E）

DEM表示法（圖F）A、等值線17B、質(zhì)底法示例

C、范圍法（a）精確范圍法（b）概略范圍法

18D、點(diǎn)值法示例E、統(tǒng)計(jì)圖法示例19F、DEM表示法（1）地貌暈渲圖示意（2）曲面三維透視圖（3）網(wǎng)狀三維透視圖

203.3專(zhuān)題地圖內(nèi)容的表現(xiàn)手段

色彩線條注記各種線條樣式214.專(zhuān)題地圖設(shè)計(jì)（1）圖幅基本輪廓的設(shè)計(jì)（2）制圖區(qū)域范圍的確定（3）專(zhuān)題地圖數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)（4）圖面設(shè)計(jì)（后附圖）22不同風(fēng)格的圖面設(shè)計(jì)示例235.制圖綜合（制圖概括）5．1

制圖綜合的概念

制圖綜合是對(duì)制圖區(qū)域客觀事物的取舍和簡(jiǎn)化。制圖綜合主要表現(xiàn)在內(nèi)容的取舍、數(shù)量簡(jiǎn)化、質(zhì)量化簡(jiǎn)和形狀化簡(jiǎn)等方面。

245．2

影響制圖綜合的主要因素

地圖比例尺地圖的用途地圖的主題制圖區(qū)域的地理特征符號(hào)的圖形尺寸可視化要求255．3

制圖綜合的基本方法

內(nèi)容的取舍：內(nèi)容的取舍是指選取較大的、主要的內(nèi)容而舍去較小的、次要的或與地圖主題無(wú)關(guān)的內(nèi)容。

質(zhì)量特征的化簡(jiǎn)：質(zhì)量特征的化簡(jiǎn)就是減少一定范圍內(nèi)事物的質(zhì)量差別，用概括的分類(lèi)代替詳細(xì)的分類(lèi)，即按事物的性質(zhì)合并類(lèi)型或等級(jí)相近的事物。

數(shù)量特征的化簡(jiǎn)：數(shù)量特征的化簡(jiǎn)就是減少事物的數(shù)量差別，增大數(shù)量指標(biāo)內(nèi)部變化的間距，對(duì)于數(shù)量指標(biāo)低于規(guī)定等級(jí)的事物不予表示。

形狀化簡(jiǎn)：形狀化簡(jiǎn)用于呈線狀和面狀分布的事物。形狀化簡(jiǎn)的目的在于保留事物本身所固有的、典型的特征?；?jiǎn)的方法有刪除、夸大和合并。

26面狀符號(hào)的綜合線符號(hào)的綜合276．地理信息的可視化

6．1

基本概念

可視化(Visualization)是指在人腦中形成對(duì)某物（某人）的圖像，是一個(gè)心理處理過(guò)程，促使對(duì)事物的觀察力及建立概念等。科學(xué)計(jì)算可視化是通過(guò)研制計(jì)算機(jī)工具、技術(shù)和系統(tǒng)，把實(shí)驗(yàn)或數(shù)值計(jì)算獲得的大量抽象數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為人的視覺(jué)可以直接感受的計(jì)算機(jī)圖形圖像，從而可進(jìn)行數(shù)據(jù)探索和分析。

286．2

地學(xué)可視化的類(lèi)型（１）地圖可視化（２）地理可視化（３）ＧＩＳ可視化：指采用2.5維（假三維）、三維和四維等地圖表現(xiàn)形式來(lái)反映地理客體的多維特征?，F(xiàn)實(shí)世界是真三維空間的，二維GIS無(wú)法表達(dá)諸如地質(zhì)體、礦山、海洋、大氣等地學(xué)真三維數(shù)據(jù)場(chǎng)，所以，從80年代末以來(lái)，真三維GIS及其體可視化成為GIS的研究熱點(diǎn)。29

地表模型30礦體模型巖石模型31土木工程32動(dòng)態(tài)地圖是由于地學(xué)數(shù)據(jù)存貯于計(jì)算機(jī)內(nèi)存，可以動(dòng)態(tài)地顯示關(guān)于地學(xué)數(shù)據(jù)的不同角度的觀察，不同方法的表達(dá)結(jié)果，或者地學(xué)現(xiàn)象隨時(shí)間演變的過(guò)程等。交互交融地圖是指人與地圖可進(jìn)行相互作用和信息交流。交互地圖是人可以通過(guò)一定的途徑，在這個(gè)過(guò)程中，屏幕地圖即虛擬地圖，與應(yīng)用人員人腦中相關(guān)地學(xué)知識(shí)以及直覺(jué)等形成的心智圖像一直處于相互作用、相互比較、相互修改完善的信息聯(lián)系和反饋狀態(tài)。

虛擬地圖指計(jì)算機(jī)屏幕上產(chǎn)生的地圖，或者利用雙眼觀看有一定重疊度的二幅相關(guān)地圖，從而在人腦中構(gòu)建的三維立體圖像。虛擬地圖具有暫時(shí)性，實(shí)物地圖具有靜態(tài)永久性。地圖可視化虛擬地圖理論信息表達(dá)交流模型地理視覺(jué)認(rèn)知決策模型技術(shù)動(dòng)態(tài)地圖交互交融地圖超地圖地圖可視化的概念框架

（1）地圖可視化超地圖(Hyper-maps)是基于萬(wàn)維網(wǎng)(WWW)的與地學(xué)相關(guān)的多媒體，可以讓用戶通過(guò)主題和空間進(jìn)行多媒體數(shù)據(jù)的導(dǎo)航，這與超文本的概念相對(duì)應(yīng)。超地圖提出了萬(wàn)維網(wǎng)上如何組織空間數(shù)據(jù)并與其它超數(shù)據(jù)相聯(lián)系的問(wèn)題。336．3

虛擬地理環(huán)境

虛擬現(xiàn)實(shí)(VirtualReality)又稱(chēng)靈境技術(shù)，是指通過(guò)頭盔式的三維立體顯示器、數(shù)據(jù)手套、三維鼠標(biāo)、數(shù)據(jù)衣(DataSuit)、立體聲耳機(jī)等使人能完全沉浸計(jì)算機(jī)生成創(chuàng)造的一種特殊三維圖形環(huán)境，并且人可以操作控制三維圖形環(huán)境，實(shí)現(xiàn)特殊的目的。多感知性(視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、運(yùn)動(dòng)等)，沉浸感(Immersion)，交互性(Interaction)，自主感(Autonomy)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的四個(gè)重要特征。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與地學(xué)相結(jié)合，可產(chǎn)生虛擬地理環(huán)境VGE

(VirtualGeographicalEnvironment)。

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虛擬地理環(huán)境特點(diǎn)之