第-章-數(shù)字地圖制圖優(yōu)秀文檔

第8章數(shù)字地圖制圖第8章數(shù)字地圖制圖 §1數(shù)字地圖制圖的技術(shù)基礎(chǔ)

§2數(shù)字地圖的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其數(shù)據(jù)庫

§3數(shù)字地圖的編輯與制印

§4電子地圖§1數(shù)字地圖制圖的技術(shù)基礎(chǔ)1.1信息科學(xué)與技術(shù)基礎(chǔ)

2.數(shù)據(jù)庫技術(shù)1.計算機圖形學(xué)(ComputerGraphics)§1數(shù)字地圖制圖的技術(shù)基礎(chǔ)研究應(yīng)用計算機生成、處理和顯示圖形的學(xué)科。它是以解析幾何原理為基礎(chǔ)，將顯示器看作平面直角坐標(biāo)系，使屏幕光柵點陣與圖面直角坐標(biāo)系形成對應(yīng)。計算機圖形基本分為兩大類：(1)以線條為主的圖形，應(yīng)用領(lǐng)域為計算機輔助設(shè)計(2)實體的兩維三維造型，如3DMAX；CorelDraw等計算機圖形學(xué)主要研究內(nèi)容：基本圖形元素生成，幾何變換；圖形顯示；交互輸入；幾何模型建立；三維動畫方法等。2.數(shù)據(jù)庫技術(shù)數(shù)據(jù)特點：量大；需長期保存；反復(fù)使用；多用戶共用；集中并以一定組織方式存于存儲器中，從而能以最佳方式、最少的重復(fù)，為多種應(yīng)用服務(wù)——數(shù)據(jù)庫。對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的各種操作統(tǒng)一由一個軟件執(zhí)行，即數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)合稱為數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。在地圖學(xué)中的應(yīng)用表現(xiàn)為對空間和非空間數(shù)據(jù)的管理§1數(shù)字地圖制圖的技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字圖像是以柵格陣列的像元數(shù)值來記錄圖像的，像元數(shù)值表現(xiàn)為0-255灰階。數(shù)字圖像處理技術(shù)：圖像增強與恢復(fù)，圖像分割，圖像匹配與識別，圖像信息壓縮與編碼等。航空與航天遙感圖像是地圖的重要數(shù)據(jù)源。§1數(shù)字地圖制圖的技術(shù)基礎(chǔ)多媒體技術(shù)是以計算機為核心對文本、圖形、圖像、動畫、音頻、視頻等多種媒體實施綜合、交互處理的一門綜合信息處理技術(shù)。多媒體地圖信息系統(tǒng)將成為數(shù)字地圖制圖發(fā)展的主流方向。多樣性：在5個感覺空間內(nèi)，多媒體技術(shù)已實現(xiàn)視、聽和觸覺三方面的數(shù)字信息處理和傳輸。集成性：多媒體信息的集成和多媒體設(shè)備的集成。交互性：計算機的人機“交互性”?！?數(shù)字地圖制圖的技術(shù)基礎(chǔ)多媒體的關(guān)鍵特性1.2數(shù)字地圖制圖的硬件配置

§1數(shù)字地圖制圖的技術(shù)基礎(chǔ)任務(wù)：數(shù)學(xué)計算；信息處理；設(shè)備控制§1數(shù)字地圖制圖的技術(shù)基礎(chǔ)包括鍵盤、鼠標(biāo)、存儲設(shè)備和數(shù)字化儀等，后者是將地圖圖形轉(zhuǎn)換成數(shù)字的重要設(shè)備，分為兩類：跟蹤式和掃描式。A0幅面跟蹤式數(shù)字化儀跟蹤式是以跟蹤線劃要素，記錄特征點坐標(biāo)形式將圖形數(shù)字化。操作方式：點方式時間方式距離方式§1數(shù)字地圖制圖的技術(shù)基礎(chǔ)平臺式和滾筒式掃描儀掃描式是將原圖分解為柵格像元，記錄每個像元點灰階值，將圖形數(shù)字化主要指標(biāo)：掃描精度掃描速度圖像質(zhì)量掃描圖形的自動跟蹤矢量化

數(shù)字地圖輸出分為顯示器顯示輸出和硬拷貝輸出兩類?！?數(shù)字地圖制圖的技術(shù)基礎(chǔ)輸出設(shè)備的特點設(shè)備圖形輸出方式精度特點矢量繪圖機矢量線劃高繪制線劃圖；進行刻圖等噴墨打印機網(wǎng)格點陣高彩色地圖和影像地圖高分辨率彩顯屏幕像元點陣一般實時顯示GIS的各種圖形、圖像產(chǎn)品行式打印機字符點陣差以打印字符輸出各類地圖。膠片拷貝機光柵較高將屏幕圖形復(fù)制至膠片，用于制作幻燈片和正膠片。1.3數(shù)字地圖制圖技術(shù)

§1數(shù)字地圖制圖的技術(shù)基礎(chǔ)初期階段：20世紀60年代

牛津自動制圖系統(tǒng)

哈佛SYMAP制圖系統(tǒng)發(fā)展階段：20世紀60年代后期至80年代中期

計算機及外部設(shè)備大發(fā)展

主要側(cè)重數(shù)字地圖應(yīng)用飛躍階段：20世紀80年代中期至今

硬、軟件進一步完善，軟件形成兩分支

向大型網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)倉庫、空間和屬性統(tǒng)一發(fā)展地理信息系統(tǒng)地圖出版系統(tǒng)§1數(shù)字地圖制圖的技術(shù)基礎(chǔ)2.數(shù)字地圖制圖軟件系統(tǒng)數(shù)字地圖制圖系統(tǒng)，應(yīng)具有完整的地理信息輸入、處理、分析、制圖等功能，軟件是其核心。地理信息輸入軟件地理信息分析軟件圖形輸出軟件§1數(shù)字地圖制圖的技術(shù)基礎(chǔ)MapGIS6.6

（武漢中地信息工程有限公司）SuperMapGIS

（北京超圖地理信息技術(shù)有限公司）

GeoStar

（武漢吉奧信息工程技術(shù)有限公司）方正智繪（北大方正技術(shù)研究所）§1數(shù)字地圖制圖的技術(shù)基礎(chǔ)IntergraphArc/InfoMapInfoAutoCADMap§1數(shù)字地圖制圖的技術(shù)基礎(chǔ)§2數(shù)字地圖的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其數(shù)據(jù)庫

地圖數(shù)據(jù)分為空間數(shù)據(jù)：定位信息（量度信息）非空間數(shù)據(jù)：語義信息和時間信息

將地理系統(tǒng)中復(fù)雜的地理現(xiàn)象進行抽象得到的地理對象稱為地理實體或空間實體，簡稱實體(Entity)。對實體的描述信息輸入計算機，即構(gòu)成數(shù)字地圖。2.1空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

空間數(shù)據(jù)對應(yīng)于地圖基本要素即實體，稱幾何數(shù)據(jù)，其表現(xiàn)形式有兩種：矢量（圖形）數(shù)據(jù)和柵格（圖像）數(shù)據(jù)。矢量（Vector）：在計算機圖形中指一個有向線段，每個有向線段由有序的特征點來表示，其集合構(gòu)成了圖形。柵格（Raster）：將圖像或地圖分成若干行和列的柵格，記錄全圖每個柵格點數(shù)據(jù)，得到每個點的屬性特征值，其空間特征已隱含其中。表達真實的世界EEERHRRRRRRRRRPRPPPPPEEEHEE56100065550005810006575000HouseRiverPineForestEucalyptsEPEHHRealWorldRasterRepresentationVectorRepresentation1.圖形數(shù)據(jù)的基本要素為點、線、面和體2.1空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖形要素只出現(xiàn)在三維空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，表達地圖要素的圖形都可看作是點的集合。特征碼坐標(biāo)位置點10X,Y線12X1,Y1,X2,Y2,X3,Y3,X4,Y4,X5,Y5,X6,Y6面35X1,Y1,X2,Y2,X3,Y3,X4,Y4,X5,Y5,X6,Y6,…,X11,Y11,X1,Y1拓撲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基本拓撲要素定義為：線段（arc）又稱弧段，聯(lián)結(jié)兩結(jié)點，與其他線段無相關(guān)；結(jié)點（node）線段的兩個端點；多邊形（ploygon）由數(shù)條線段有序地連接而成；層（layer）具有相同屬性的拓撲要素的組合?！皌opology(拓撲)”一詞來自希臘文，意為“形狀的研究”，是研究圖形在保持連續(xù)狀態(tài)下變形時，那些不變的性質(zhì)。拓撲要素之間的關(guān)系可以描述為：鄰接contiguity關(guān)聯(lián)connectivity包含inclusion圖形數(shù)據(jù)的另一重要結(jié)構(gòu)是拓撲結(jié)構(gòu)，即點、線、面、體之間具有鄰接、關(guān)聯(lián)和包含的拓撲關(guān)系。2.圖像數(shù)據(jù)的最小單元為像元(pixel)圖像數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實質(zhì)是像元陣列，像元由行列號確定其位置，且具有表示實體屬性的編碼值。圖像柵格數(shù)據(jù)是連續(xù)兩維平面信息的離散化，柵格像元大小決定信息表達的分辨率和信息量。柵格數(shù)據(jù)以平面笛卡兒空間描述地理實體，每個平面空間表達一種屬性，每個像元只能有一個屬性特征值。不同類型地理實體（屬性）以不同的平面空間表達，形成“層”。2.1空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格數(shù)據(jù)像元陣列X(column)Y(row)2.1空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格數(shù)據(jù)屬性編碼及分層layer1layer2layern2.1空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3.圖形數(shù)據(jù)的組織形式（1）面向柵格單元的組織方式（2）面向地理實體的組織方式（3）以“層”的方式存取記錄號行號列號屬性值1屬性值2…屬性值n………在同一層中，記錄多邊形屬性值和像元坐標(biāo)layer1（記錄1，行號，列號，屬性，記錄2，記錄n，…）layer2（記錄1，行號，列號，屬性，記錄2，記錄n，…）…2.1空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2.2非空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)非空間數(shù)據(jù)包括：

專題屬性數(shù)據(jù)，質(zhì)量屬性數(shù)據(jù)，時間屬性數(shù)據(jù)地圖數(shù)據(jù)庫的非空間數(shù)據(jù)組織模式：簡單表格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)層次數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)優(yōu)點：存取方便且速度快；結(jié)構(gòu)清晰；數(shù)據(jù)修改和數(shù)據(jù)庫擴展都比較容易；檢索關(guān)鍵屬性十分方便。缺點：結(jié)構(gòu)呆板，缺乏靈活性；要保留大量索引文件。層次數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2.1空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（3）數(shù)據(jù)庫標(biāo)準坐標(biāo)體系拓撲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基本拓撲要素定義為：圖像質(zhì)量拓撲要素之間的關(guān)系可以描述為：6圖面配置與輸出VectorRepresentation2地圖投影與坐標(biāo)系選擇（3）專題地圖的自動生成對實體的描述信息輸入計算機，即構(gòu)成數(shù)字地圖。根據(jù)左邊和右邊的關(guān)系來判斷位于該弧段兩邊多邊形的鄰接性?！?數(shù)字地圖制圖的技術(shù)基礎(chǔ)定義：指存在于空間圖形的同類元素之間的拓撲關(guān)系。1信息科學(xué)與技術(shù)基礎(chǔ)檢查、糾正、重新生成，轉(zhuǎn)換特征碼，統(tǒng)一坐標(biāo)原點，比例尺變換，數(shù)據(jù)合并歸類等。拓撲要素之間的關(guān)系可以描述為：（4）建立真正的DBMS，直接管理空間和屬性庫。優(yōu)點：能夠明確而方便的表示數(shù)據(jù)間的復(fù)雜關(guān)系，數(shù)據(jù)冗余??；缺點：數(shù)據(jù)間聯(lián)系通過指針表示（使數(shù)據(jù)量加大）；修改數(shù)據(jù)庫時指針也要變化。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2.1空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)MIIIa12b23c34d14e35f54g461X1Y12X2Y23X3Y34X4Y45X5Y56X6Y6IabcdIIcefg2.1空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2.3地圖數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)組織空間數(shù)據(jù)非空間數(shù)據(jù)（任意長）非空間數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)非空間數(shù)據(jù)2.3地圖數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)組織非空間數(shù)據(jù)是作為空間數(shù)據(jù)記錄的一部分進行存儲的。當(dāng)數(shù)據(jù)量不大時此種方式效果較好?？臻g數(shù)據(jù)非和空間數(shù)據(jù)各有獨立的管理系統(tǒng)，相互間以特定的工具聯(lián)系，且可以互相訪問和定位。連接工具之一：開放數(shù)據(jù)庫連接(OpenDatabaseConnectivity,簡稱ODBC)2.3地圖數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)組織2.4地圖數(shù)據(jù)庫的管理與設(shè)計

2.4地圖數(shù)據(jù)庫的管理與設(shè)計（1）對不同的應(yīng)用目的，建立不同的管理系統(tǒng)。（2）對通用DBMS進行功能附加，管理空間數(shù)據(jù)。（3）分別建立空間和屬性子系統(tǒng)，總控于DBMS。（4）建立真正的DBMS，直接管理空間和屬性庫。（1）用戶坐標(biāo)體系

常規(guī)地圖上的各種坐標(biāo)系，與設(shè)備無關(guān)。（2）設(shè)備物理坐標(biāo)體系

地圖數(shù)據(jù)在輸入輸出時，所用設(shè)備的坐標(biāo)體系。（3）數(shù)據(jù)庫標(biāo)準坐標(biāo)體系

用戶定義的便于地圖數(shù)據(jù)庫應(yīng)用的特定坐標(biāo)體系，通常是將兩字節(jié)整型數(shù)的值域定為標(biāo)準坐標(biāo)。2.4地圖數(shù)據(jù)庫的管理與設(shè)計地圖數(shù)據(jù)庫中三種坐標(biāo)體系的轉(zhuǎn)換用戶坐標(biāo)體系設(shè)備物理坐標(biāo)體系數(shù)據(jù)庫標(biāo)準坐標(biāo)體系空間數(shù)據(jù)入庫空間數(shù)據(jù)檢索空間數(shù)據(jù)獲取空間數(shù)據(jù)輸出非空間數(shù)據(jù)交互編輯空間數(shù)據(jù)2.4地圖數(shù)據(jù)庫的管理與設(shè)計

（1）空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)的相互檢索（2）空間數(shù)據(jù)的自動概括（3）專題地圖的自動生成2.4地圖數(shù)據(jù)庫的管理與設(shè)計§3數(shù)字地圖的編輯與制印

3.1數(shù)字地圖制圖的基本流程 2.數(shù)字化階段 3.數(shù)據(jù)處理和編輯階段 跟蹤式掃描式圖形要素只出現(xiàn)在三維空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，表達地圖要素的圖形都可看作是點的集合?！?數(shù)字地圖制圖的技術(shù)基礎(chǔ)關(guān)聯(lián)Connectivity跟蹤式是以跟蹤線劃要素，記錄特征點坐標(biāo)形式將圖形數(shù)字化。操作方式：點方式數(shù)字圖像處理技術(shù)：圖像增強與恢復(fù)，圖像分割，圖像匹配與識別，圖像信息壓縮與編碼等。1數(shù)字地圖制圖的基本流程哈佛SYMAP制圖系統(tǒng)當(dāng)數(shù)據(jù)量不大時此種方式效果較好?！?數(shù)字地圖制圖的技術(shù)基礎(chǔ)2地圖投影與坐標(biāo)系選擇表現(xiàn)：弧段和左右多邊形的拓撲關(guān)系（Left-righttopology），即一個具有方向性的弧段，沿弧段方向有左邊和右邊之分。3.1數(shù)字地圖制圖基本流程收集、分析評價、確定編圖資料；選定地圖投影、比例尺、地圖內(nèi)容、表示方法；數(shù)字制圖的特別要求；原始資料的數(shù)字化前編輯處理：確定數(shù)字化方法、設(shè)計數(shù)字編碼系統(tǒng)、編制或確定制圖軟件等。數(shù)字化方法分為兩類：跟蹤式和掃描式。相應(yīng)的數(shù)字記錄結(jié)構(gòu)：矢量格式和柵格格式。3.1數(shù)字地圖制圖基本流程數(shù)字化信息規(guī)范化處理：

檢查、糾正、重新生成，轉(zhuǎn)換特征碼，統(tǒng)一坐標(biāo)原點，比例尺變換，數(shù)據(jù)合并歸類等。實施地圖編制的數(shù)據(jù)處理：

數(shù)學(xué)基礎(chǔ)建立，投影變換，數(shù)據(jù)選取概括，符號、圖形、注記的繪制。3.1數(shù)字地圖制圖基本流程4.圖形輸出階段數(shù)字地圖輸出是將處理后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形，分為屏幕顯示輸出和硬拷貝輸出，也可存儲在存儲設(shè)備里。硬拷貝輸出的基本設(shè)備：柵格輸出：激光打印，噴墨打印，膠片拷貝。矢量繪圖：通過矢量繪圖儀的坐標(biāo)方式繪制矢量地圖。3.1數(shù)字地圖制圖基本流程3.2地圖投影與坐標(biāo)系選擇

3.2地圖投影與坐標(biāo)系選擇地圖投影的選取決定于地圖的應(yīng)用及其比例尺，在數(shù)字制圖軟件中，都可以通過相應(yīng)參數(shù)的設(shè)定作出選擇。如MapInfo軟件以兩級下拉菜單形式提供了300多個預(yù)定義坐標(biāo)系。坐標(biāo)系可以明確地圖對象的空間定位坐標(biāo)，它包括：3.2地圖投影與坐標(biāo)系選擇坐標(biāo)系名稱、投影類型、基準面、坐標(biāo)單位、原點坐標(biāo)、方位角、比例系數(shù)等。3.3地圖數(shù)字化與圖形要素編輯

3.3地圖數(shù)字化與圖形要素編輯初始化控制點輸入確定圖形顯示窗口跟蹤數(shù)字化編輯保存是將模擬形式轉(zhuǎn)換為數(shù)字方式的主要途徑掃描圖形預(yù)處理掃描模式設(shè)置分辨率設(shè)置調(diào)整亮度及對比度設(shè)置掃描范圍跟蹤式

掃描式編輯內(nèi)容：圖形修改、增加、刪除和拼接。細碎重疊多邊形不正確多邊形線端點的未達結(jié)點和超過結(jié)點3.3地圖數(shù)字化與圖形要素編輯建立兩個平面點之間的一一對應(yīng)關(guān)系，即一種地圖坐標(biāo)系與另一種地圖坐標(biāo)系的變換模型。通常采用兩種方法：

(1)仿射變換(affinetransformation)

坐標(biāo)的縮放(scale)、平移(translate)、旋轉(zhuǎn)(rotate)

(2)

相似變換(similaritytransformation)

x軸、y軸同尺度縮放、平移、旋轉(zhuǎn)3.3地圖數(shù)字化與圖形要素編輯3.4地圖分層

在地圖數(shù)據(jù)的組織管理中，圖形空間結(jié)構(gòu)相同的圖形數(shù)據(jù)往往形成獨立的組織單元——層。常表達為：layer,coverage,theme等。它們可以被獨立的操作——處理、組合、共享數(shù)據(jù)分層組織實例要素類別數(shù)據(jù)層名稱數(shù)據(jù)層描述數(shù)據(jù)類型境界行政界線國界、省界、市界、縣界線狀居民地居民地省、市、縣、鎮(zhèn)、鄉(xiāng)政府駐地面狀居民點鄉(xiāng)級以下居民地點狀交通公路高速公路、等級公路、簡易公路、大車路線狀鐵路普通鐵路、窄軌鐵路線狀地形等高線一定間隔的等高線線狀高程點主要山峰高程點點狀（3）專題地圖的自動生成數(shù)字地圖制圖軟件系統(tǒng)3地圖數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)組織方正智繪（北大方正技術(shù)研究所）國界、省界、市界、縣界專題屬性數(shù)據(jù)，質(zhì)量屬性數(shù)據(jù)，時間屬性數(shù)據(jù)(1)仿射變換(affinetransformation)4地圖數(shù)據(jù)庫的管理與設(shè)計SuperMapGIS

（北京超圖地理信息技術(shù)有限公司）(2)相似變換(similaritytransformation)3地圖數(shù)字化與圖形要素編輯在地圖數(shù)據(jù)的組織管理中，圖形空間結(jié)構(gòu)相同的圖形數(shù)據(jù)往往形成獨立的組織單元——層。將屏幕圖形復(fù)制至膠片，用于制作幻燈片和正膠片。3地圖數(shù)字化與圖形要素編輯數(shù)字地圖制圖系統(tǒng)，應(yīng)具有完整的地理信息輸入、處理、分析、制圖等功能，軟件是其核心。線端點的未達結(jié)點和超過結(jié)點拓撲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基本拓撲要素定義為：3.5專題地圖設(shè)計桌面制圖軟件環(huán)境下，專題制圖步驟：

(1)根據(jù)專題變量，確定使用的專題表示方法。

(2)確定制圖數(shù)據(jù)的來源途徑。

(3)自定義專題圖例。

(4)完成并保存專題圖。制作專題地圖是根據(jù)特定專題對地圖渲染的過程。專題通常是數(shù)據(jù)的某些特有屬性字段，也稱為專題變量。3.6圖面配置與輸出地圖輸出功能設(shè)計包括：輸出設(shè)備類型、輸出紙張、輸出幅面、比例尺、色彩等參數(shù)的選擇。地圖產(chǎn)品的最終完成還需要對全部內(nèi)容進行科學(xué)合理且符合視覺平衡的排布——圖面配置?！?電子地圖

4.1電子地圖的概念電子地圖，也稱為數(shù)字地圖，是地圖制作和應(yīng)用的一個系統(tǒng)，是一種數(shù)字化了的地圖。電子地圖技術(shù)是集地理信息系統(tǒng)技術(shù)、數(shù)字制圖技術(shù)、多媒體技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)等多項現(xiàn)代技術(shù)為一體的綜合技術(shù)。電子地圖是一種以可視化的數(shù)字地圖為背景，用文本、照片、圖表、聲音、動畫、視頻等多媒體為表現(xiàn)手段展示城市、企業(yè)、旅游景點等區(qū)域綜合面貌的現(xiàn)代信息產(chǎn)品，它可以存貯于計算機外存，以只讀光盤、網(wǎng)絡(luò)等形式傳播，以桌面計算機或觸摸屏計算機等形式提供大眾使用。4.2電子地圖的優(yōu)點

5.多維化 8.計算、統(tǒng)計和分析功能4.4電子地圖的圖種舉例