第-章-数字地图制图优秀文档

第8章数字地图制图第8章数字地图制图 §1数字地图制图的技术基础

§2数字地图的数据结构及其数据库

§3数字地图的编辑与制印

§4电子地图§1数字地图制图的技术基础1.1信息科学与技术基础

2.数据库技术1.计算机图形学(ComputerGraphics)§1数字地图制图的技术基础研究应用计算机生成、处理和显示图形的学科。它是以解析几何原理为基础，将显示器看作平面直角坐标系，使屏幕光栅点阵与图面直角坐标系形成对应。计算机图形基本分为两大类：(1)以线条为主的图形，应用领域为计算机辅助设计(2)实体的两维三维造型，如3DMAX；CorelDraw等计算机图形学主要研究内容：基本图形元素生成，几何变换；图形显示；交互输入；几何模型建立；三维动画方法等。2.数据库技术数据特点：量大；需长期保存；反复使用；多用户共用；集中并以一定组织方式存于存储器中，从而能以最佳方式、最少的重复，为多种应用服务——数据库。对数据库中数据的各种操作统一由一个软件执行，即数据库管理系统（DBMS）数据库和数据库管理系统合称为数据库系统。在地图学中的应用表现为对空间和非空间数据的管理§1数字地图制图的技术基础数字图像是以栅格阵列的像元数值来记录图像的，像元数值表现为0-255灰阶。数字图像处理技术：图像增强与恢复，图像分割，图像匹配与识别，图像信息压缩与编码等。航空与航天遥感图像是地图的重要数据源。§1数字地图制图的技术基础多媒体技术是以计算机为核心对文本、图形、图像、动画、音频、视频等多种媒体实施综合、交互处理的一门综合信息处理技术。多媒体地图信息系统将成为数字地图制图发展的主流方向。多样性：在5个感觉空间内，多媒体技术已实现视、听和触觉三方面的数字信息处理和传输。集成性：多媒体信息的集成和多媒体设备的集成。交互性：计算机的人机“交互性”。§1数字地图制图的技术基础多媒体的关键特性1.2数字地图制图的硬件配置

§1数字地图制图的技术基础任务：数学计算；信息处理；设备控制§1数字地图制图的技术基础包括键盘、鼠标、存储设备和数字化仪等，后者是将地图图形转换成数字的重要设备，分为两类：跟踪式和扫描式。A0幅面跟踪式数字化仪跟踪式是以跟踪线划要素，记录特征点坐标形式将图形数字化。操作方式：点方式时间方式距离方式§1数字地图制图的技术基础平台式和滚筒式扫描仪扫描式是将原图分解为栅格像元，记录每个像元点灰阶值，将图形数字化主要指标：扫描精度扫描速度图像质量扫描图形的自动跟踪矢量化

数字地图输出分为显示器显示输出和硬拷贝输出两类。§1数字地图制图的技术基础输出设备的特点设备图形输出方式精度特点矢量绘图机矢量线划高绘制线划图；进行刻图等喷墨打印机网格点阵高彩色地图和影像地图高分辨率彩显屏幕像元点阵一般实时显示GIS的各种图形、图像产品行式打印机字符点阵差以打印字符输出各类地图。胶片拷贝机光栅较高将屏幕图形复制至胶片，用于制作幻灯片和正胶片。1.3数字地图制图技术

§1数字地图制图的技术基础初期阶段：20世纪60年代

牛津自动制图系统

哈佛SYMAP制图系统发展阶段：20世纪60年代后期至80年代中期

计算机及外部设备大发展

主要侧重数字地图应用飞跃阶段：20世纪80年代中期至今

硬、软件进一步完善，软件形成两分支

向大型网络、数据仓库、空间和属性统一发展地理信息系统地图出版系统§1数字地图制图的技术基础2.数字地图制图软件系统数字地图制图系统，应具有完整的地理信息输入、处理、分析、制图等功能，软件是其核心。地理信息输入软件地理信息分析软件图形输出软件§1数字地图制图的技术基础MapGIS6.6

（武汉中地信息工程有限公司）SuperMapGIS

（北京超图地理信息技术有限公司）

GeoStar

（武汉吉奥信息工程技术有限公司）方正智绘（北大方正技术研究所）§1数字地图制图的技术基础IntergraphArc/InfoMapInfoAutoCADMap§1数字地图制图的技术基础§2数字地图的数据结构及其数据库

地图数据分为空间数据：定位信息（量度信息）非空间数据：语义信息和时间信息

将地理系统中复杂的地理现象进行抽象得到的地理对象称为地理实体或空间实体，简称实体(Entity)。对实体的描述信息输入计算机，即构成数字地图。2.1空间数据结构

空间数据对应于地图基本要素即实体，称几何数据，其表现形式有两种：矢量（图形）数据和栅格（图像）数据。矢量（Vector）：在计算机图形中指一个有向线段，每个有向线段由有序的特征点来表示，其集合构成了图形。栅格（Raster）：将图像或地图分成若干行和列的栅格，记录全图每个栅格点数据，得到每个点的属性特征值，其空间特征已隐含其中。表达真实的世界EEERHRRRRRRRRRPRPPPPPEEEHEE56100065550005810006575000HouseRiverPineForestEucalyptsEPEHHRealWorldRasterRepresentationVectorRepresentation1.图形数据的基本要素为点、线、面和体2.1空间数据结构图形要素只出现在三维空间数据结构中，表达地图要素的图形都可看作是点的集合。特征码坐标位置点10X,Y线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拓扑数据结构基本拓扑要素定义为：线段（arc）又称弧段，联结两结点，与其他线段无相关；结点（node）线段的两个端点；多边形（ploygon）由数条线段有序地连接而成；层（layer）具有相同属性的拓扑要素的组合。“topology(拓扑)”一词来自希腊文，意为“形状的研究”，是研究图形在保持连续状态下变形时，那些不变的性质。拓扑要素之间的关系可以描述为：邻接contiguity关联connectivity包含inclusion图形数据的另一重要结构是拓扑结构，即点、线、面、体之间具有邻接、关联和包含的拓扑关系。2.图像数据的最小单元为像元(pixel)图像数据的数据结构实质是像元阵列，像元由行列号确定其位置，且具有表示实体属性的编码值。图像栅格数据是连续两维平面信息的离散化，栅格像元大小决定信息表达的分辨率和信息量。栅格数据以平面笛卡儿空间描述地理实体，每个平面空间表达一种属性，每个像元只能有一个属性特征值。不同类型地理实体（属性）以不同的平面空间表达，形成“层”。2.1空间数据结构栅格数据像元阵列X(column)Y(row)2.1空间数据结构栅格数据属性编码及分层layer1layer2layern2.1空间数据结构3.图形数据的组织形式（1）面向栅格单元的组织方式（2）面向地理实体的组织方式（3）以“层”的方式存取记录号行号列号属性值1属性值2…属性值n………在同一层中，记录多边形属性值和像元坐标layer1（记录1，行号，列号，属性，记录2，记录n，…）layer2（记录1，行号，列号，属性，记录2，记录n，…）…2.1空间数据结构2.2非空间数据结构非空间数据包括：

专题属性数据，质量属性数据，时间属性数据地图数据库的非空间数据组织模式：简单表格数据结构层次数据结构网络数据结构关系数据结构优点：存取方便且速度快；结构清晰；数据修改和数据库扩展都比较容易；检索关键属性十分方便。缺点：结构呆板，缺乏灵活性；要保留大量索引文件。层次数据结构2.1空间数据结构（3）数据库标准坐标体系拓扑数据结构基本拓扑要素定义为：图像质量拓扑要素之间的关系可以描述为：6图面配置与输出VectorRepresentation2地图投影与坐标系选择（3）专题地图的自动生成对实体的描述信息输入计算机，即构成数字地图。根据左边和右边的关系来判断位于该弧段两边多边形的邻接性。§1数字地图制图的技术基础定义：指存在于空间图形的同类元素之间的拓扑关系。1信息科学与技术基础检查、纠正、重新生成，转换特征码，统一坐标原点，比例尺变换，数据合并归类等。拓扑要素之间的关系可以描述为：（4）建立真正的DBMS，直接管理空间和属性库。优点：能够明确而方便的表示数据间的复杂关系，数据冗余小；缺点：数据间联系通过指针表示（使数据量加大）；修改数据库时指针也要变化。网络数据结构2.1空间数据结构关系数据结构MIIIa12b23c34d14e35f54g461X1Y12X2Y23X3Y34X4Y45X5Y56X6Y6IabcdIIcefg2.1空间数据结构2.3地图数据库数据组织空间数据非空间数据（任意长）非空间数据空间数据非空间数据2.3地图数据库数据组织非空间数据是作为空间数据记录的一部分进行存储的。当数据量不大时此种方式效果较好。空间数据非和空间数据各有独立的管理系统，相互间以特定的工具联系，且可以互相访问和定位。连接工具之一：开放数据库连接(OpenDatabaseConnectivity,简称ODBC)2.3地图数据库数据组织2.4地图数据库的管理与设计

2.4地图数据库的管理与设计（1）对不同的应用目的，建立不同的管理系统。（2）对通用DBMS进行功能附加，管理空间数据。（3）分别建立空间和属性子系统，总控于DBMS。（4）建立真正的DBMS，直接管理空间和属性库。（1）用户坐标体系

常规地图上的各种坐标系，与设备无关。（2）设备物理坐标体系

地图数据在输入输出时，所用设备的坐标体系。（3）数据库标准坐标体系

用户定义的便于地图数据库应用的特定坐标体系，通常是将两字节整型数的值域定为标准坐标。2.4地图数据库的管理与设计地图数据库中三种坐标体系的转换用户坐标体系设备物理坐标体系数据库标准坐标体系空间数据入库空间数据检索空间数据获取空间数据输出非空间数据交互编辑空间数据2.4地图数据库的管理与设计

（1）空间数据和非空间数据的相互检索（2）空间数据的自动概括（3）专题地图的自动生成2.4地图数据库的管理与设计§3数字地图的编辑与制印

3.1数字地图制图的基本流程 2.数字化阶段 3.数据处理和编辑阶段 跟踪式扫描式图形要素只出现在三维空间数据结构中，表达地图要素的图形都可看作是点的集合。§1数字地图制图的技术基础关联Connectivity跟踪式是以跟踪线划要素，记录特征点坐标形式将图形数字化。操作方式：点方式数字图像处理技术：图像增强与恢复，图像分割，图像匹配与识别，图像信息压缩与编码等。1数字地图制图的基本流程哈佛SYMAP制图系统当数据量不大时此种方式效果较好。§1数字地图制图的技术基础2地图投影与坐标系选择表现：弧段和左右多边形的拓扑关系（Left-righttopology），即一个具有方向性的弧段，沿弧段方向有左边和右边之分。3.1数字地图制图基本流程收集、分析评价、确定编图资料；选定地图投影、比例尺、地图内容、表示方法；数字制图的特别要求；原始资料的数字化前编辑处理：确定数字化方法、设计数字编码系统、编制或确定制图软件等。数字化方法分为两类：跟踪式和扫描式。相应的数字记录结构：矢量格式和栅格格式。3.1数字地图制图基本流程数字化信息规范化处理：

检查、纠正、重新生成，转换特征码，统一坐标原点，比例尺变换，数据合并归类等。实施地图编制的数据处理：

数学基础建立，投影变换，数据选取概括，符号、图形、注记的绘制。3.1数字地图制图基本流程4.图形输出阶段数字地图输出是将处理后的数据转换为图形，分为屏幕显示输出和硬拷贝输出，也可存储在存储设备里。硬拷贝输出的基本设备：栅格输出：激光打印，喷墨打印，胶片拷贝。矢量绘图：通过矢量绘图仪的坐标方式绘制矢量地图。3.1数字地图制图基本流程3.2地图投影与坐标系选择

3.2地图投影与坐标系选择地图投影的选取决定于地图的应用及其比例尺，在数字制图软件中，都可以通过相应参数的设定作出选择。如MapInfo软件以两级下拉菜单形式提供了300多个预定义坐标系。坐标系可以明确地图对象的空间定位坐标，它包括：3.2地图投影与坐标系选择坐标系名称、投影类型、基准面、坐标单位、原点坐标、方位角、比例系数等。3.3地图数字化与图形要素编辑

3.3地图数字化与图形要素编辑初始化控制点输入确定图形显示窗口跟踪数字化编辑保存是将模拟形式转换为数字方式的主要途径扫描图形预处理扫描模式设置分辨率设置调整亮度及对比度设置扫描范围跟踪式

扫描式编辑内容：图形修改、增加、删除和拼接。细碎重叠多边形不正确多边形线端点的未达结点和超过结点3.3地图数字化与图形要素编辑建立两个平面点之间的一一对应关系，即一种地图坐标系与另一种地图坐标系的变换模型。通常采用两种方法：

(1)仿射变换(affinetransformation)

坐标的缩放(scale)、平移(translate)、旋转(rotate)

(2)

相似变换(similaritytransformation)

x轴、y轴同尺度缩放、平移、旋转3.3地图数字化与图形要素编辑3.4地图分层

在地图数据的组织管理中，图形空间结构相同的图形数据往往形成独立的组织单元——层。常表达为：layer,coverage,theme等。它们可以被独立的操作——处理、组合、共享数据分层组织实例要素类别数据层名称数据层描述数据类型境界行政界线国界、省界、市界、县界线状居民地居民地省、市、县、镇、乡政府驻地面状居民点乡级以下居民地点状交通公路高速公路、等级公路、简易公路、大车路线状铁路普通铁路、窄轨铁路线状地形等高线一定间隔的等高线线状高程点主要山峰高程点点状（3）专题地图的自动生成数字地图制图软件系统3地图数据库数据组织方正智绘（北大方正技术研究所）国界、省界、市界、县界专题属性数据，质量属性数据，时间属性数据(1)仿射变换(affinetransformation)4地图数据库的管理与设计SuperMapGIS

（北京超图地理信息技术有限公司）(2)相似变换(similaritytransformation)3地图数字化与图形要素编辑在地图数据的组织管理中，图形空间结构相同的图形数据往往形成独立的组织单元——层。将屏幕图形复制至胶片，用于制作幻灯片和正胶片。3地图数字化与图形要素编辑数字地图制图系统，应具有完整的地理信息输入、处理、分析、制图等功能，软件是其核心。线端点的未达结点和超过结点拓扑数据结构基本拓扑要素定义为：3.5专题地图设计桌面制图软件环境下，专题制图步骤：

(1)根据专题变量，确定使用的专题表示方法。

(2)确定制图数据的来源途径。

(3)自定义专题图例。

(4)完成并保存专题图。制作专题地图是根据特定专题对地图渲染的过程。专题通常是数据的某些特有属性字段，也称为专题变量。3.6图面配置与输出地图输出功能设计包括：输出设备类型、输出纸张、输出幅面、比例尺、色彩等参数的选择。地图产品的最终完成还需要对全部内容进行科学合理且符合视觉平衡的排布——图面配置。§4电子地图

4.1电子地图的概念电子地图，也称为数字地图，是地图制作和应用的一个系统，是一种数字化了的地图。电子地图技术是集地理信息系统技术、数字制图技术、多媒体技术和虚拟现实技术等多项现代技术为一体的综合技术。电子地图是一种以可视化的数字地图为背景，用文本、照片、图表、声音、动画、视频等多媒体为表现手段展示城市、企业、旅游景点等区域综合面貌的现代信息产品，它可以存贮于计算机外存，以只读光盘、网络等形式传播，以桌面计算机或触摸屏计算机等形式提供大众使用。4.2电子地图的优点

5.多维化 8.计算、统计和分析功能4.4电子地图的图种举例