电子地图技术分析

电子地图技术分析任星机电工程学院2021.12电子地图技术相关内容1电子地图的概述2国内外研讨现状3电子地图的运用方法及用途4电子地图的关键技术5存在问题及建议1电子地图的概述

1.1地图学的历史和开展古代地图学的萌芽和开展古埃及绘在苇草上的金图矿最早的地图实物是古巴比伦地图中国最早的古地图－汉代古地图长沙国深平防区地形图亦称长沙国南部地形图〔西汉文帝〕，成图于公元前168年以前。比例尺约为1：180000，相当于汉代一寸折十里，地图幅面为纵96cm、横96cm。原图上本无名，因地图内容包含山川、道路、城镇等要素，故取名“地形图〞。 1973年12月开掘湖南长沙市东郊马王堆三号汉墓时出土。绢底彩绘，现藏于湖南省博物馆。托勒密世界地图——

在世界地图科学史上，古希腊的著名数学家、天文学家、地图学家托勒密〔Ptolemy公元87－150年〕占有重要的位置。托勒密世界地图所附27幅地图，是世界最早的地图集。他发明普通圆锥投影和球面投影两种世界地图的新投影方法，所绘的地图具有划时代的意义。地图上的一些概念，甚至在1538年墨卡托的第一幅世界地图上，也还有着相当的影响。

探险时代最著名的地图学家荷兰的墨卡托〔GerardusMercator1512－1594〕于1538年绘制了第一张世界地图，这是从北极的角度俯视绘制而成。贴在他拥有的托勒密地图集内。墨卡托世界地图——17世纪，各国纷纷成立测绘机构。18世纪，实测地形图出现，将数字运用于制图，地图投影开展，逐渐构成了地图学的根底。19世纪，缩编地图、专题地图出现。20世纪，航空摄影丈量技术和照相、彩色印刷技术的开展，使地图的消费工艺极大改动。制图综合实际、专题制图和综合制图逐渐开展和完善，使地图学逐渐成为同丈量学严密联络并成为一门独立的学科。1.1地图学的历史和开展20世纪60年代计算机为主体的电子技术的全面运用，地图信息论、地图感受论、地图符号学、地图方式论及地图传输论等现代地图学实际的产生和不断引向深化，逐渐开展成为现代地图学。1.2电子地图的定义多名学者给出了多种定义Taylor〔1991〕：在电子介质上运用的地图；郭仁忠〔1995〕：基于电子技术，在屏幕上显示的地图的总称；祝国瑞〔2004〕：是数字地图经过可视化处置在屏幕上显示出来的地图；吴忠性〔1993〕、张文诗〔1994〕：以数字地图为根底，在屏幕上显示的地图方式。1.2电子地图的定义电子地图的根本性质电子地图是一种模拟地图产品。具有地图的三个根本特征；电子地图的数据来源是数字地图；电子地图的采集和设计都是在计算机平台环境下实施的；电子地图的表达载体是屏幕。1.2电子地图的定义综上所述，可从狭义和广义来定义电子地图狭义：以数字地图数据为数据根底，以计算机系统为处置平台，在屏幕上实时显示的地图。广义：屏幕地图和支持其显示的地图软件的总称。1.3电子地图的特点数据与软件的集成性地图数据和软件系统的集成。过程的交互性区别于纸质地图，可以让用户交互操作。信息表达的多样性地图载负量极大扩展。无级缩放和多尺度数据快速、高效的信息检索和地图分析多维和动态可视化共享性低本钱性可存储于地图数据库中，方便复制更新编辑，容易再版。电子地图与地图、GIS的关系电子地图与传统模拟地图的联络电子地图也属于模拟地图方式，和纸质地图在很多方面〔设计、表达〕具有一致性；传统地图通常是数字地图的数据来源之一；电子地图可以经过打印输出为纸质地图；电子地图与传统模拟地图的区别在地图的三个根本特征上两者具有显著差别；电子地图添加了多媒体数据的运用；在表达上电子地图更容易描画动态过程和立体场景。GIS〔地理信息系统〕的出现是一个重要的里程碑，它在技术上表达了地图与计算机技术的完美结合。电子地图与数字地图数字地图是用数字方式描画地图要素的位置、属性和关系信息的数据集合，与详细表达的符号无关，是一种存储方式；电子地图是数字地图符号化处置后的数据集合，是数字地图的可视化，是一种表示方式。电子地图是以数字地图为根底的屏幕模拟表达，并以多种媒介显示地图数据的可视化产品。数字地图是电子地图的数据根底，电子地图是数字地图的表达结果；数字地图是虚地图，电子地图是实地图。电子地图与数字地图数字地图数字地图IO接口电子地图运用系统电子地图电子地图与GIS电子地图和GIS联络严密，但是在数据、功能、运用目的、通用程度等方面有显著差别，彼此不能相互替代，主要表如今：地图数据的完好性要求不同GIS注重分析功能，强调地理实体的空间完好性。电子地图为了表达目的有能够损失完好性。中心功能的要求不同GIS着重空间分析。电子地图着重地图表达。地图表达的运用要求不同GIS制图要求相对简单。电子地图需求丰富的地图表现方式。产品的通用程度不同GIS常作为政府、行业的决策支持系统。电子地图的用户多是宽广的普通用户。1.4电子地图的分类1.5电子地图的功能和运用表达功能可视化是电子地图的中心。包括地图无级缩放和遨游、分层分级显示、基于多媒体的表达等。分析功能是电子地图区别于传统地图的关键。包括查询、量算、间隔分析、统计分析、智能规划和决策等。效力功能提供用户和地理空间信息相关的效力，具有群众化的特点。电子地图的运用特点电子地图具有范围广、种类多、技术和设备依赖性强的特点范围广运用普及自然科学、人文科学等多领域种类多电子地图具有众多类型，如导航、旅游、军用、单机版、网络版、手机版、触摸屏等等技术和设备依赖性强不同种类的电子地图依赖特定的技术和设备电子地图和电子地图学电子地图学产生的根底实际根底以现代地图学实际为根底(地图传输论、符号论、认知实际、可视化实际等)技术根底计算机技术、通讯技术、计算机地图制图技术、地图数据库技术、人工智能技术等运用与实际根底市场不同领域、不同技术的大量电子地图软件和产品电子地图和电子地图学地图学的定义地图学是研讨地图的实际、编制技术和运用方法的科学，是一门研讨以地图图形反映和提示各种自然和社会景象空间分布、相互关系以及动态变化的科学、技术和艺术相结合的科学。电子地图学的定义电子地图学是以地理信息的屏幕可视化为中心，研讨电子地图设计、技术和方法的综合性科学。电子地图学的研讨对象从根本概念看电子地图学的研讨对象是电子地图从数据层面看电子地图学的研讨对象是数字地图数字地图纸质地图电子地图GIS计算机辅助地图制图屏幕地图显示空间分析电子地图的作用电子地图学的开展1.根底萌芽阶段20世纪80年代中期以前2.技术开展阶段20世纪80年代中期-90年代中期3.广泛运用阶段20世纪90年代中期至今2国内外研讨现状2.1国外研讨现状20世纪60年代末期，美国ITS的雏形开场出现。在当时开场研发的系统称号叫做电子途径导向系统(ERGS)，后来由于某种缘由中间暂停了10多年。到了80年代中期，由加利福尼亚交通部门研发的PATHFINDER系统胜利运用。在此之后，国外开场了一系列关于智能交通技术的研讨。2.1国外研讨现状1990年，美国运输部成立智能化车辆道路系统(IVHS)组织，1991年国会制定了ISTEA(综合地面运输效率方案)，这个方案重点是安排IVHS的研发和实验，目的是能利用通讯和信息技术对交通承载量进展合理的分配，从而提高整个路网的运输效率。1994年，IVHS更名为ITS，同时提出了ITS的7个效力领域(7个系统)：即交通管理系统、公共交通运营系统、商用车辆运营系统、出行信息效力系统、电子收费系统、应急管理系统和车辆控制系统。2.1国外研讨现状2004年，美国国会经过了SAF-ETEA-LU法案，内容涉及交通管理、公交管理、公路营运、货运管理、道路气候管理、出行者信息、费用征收、事件管理等系统的改善和远程传感器系统等领域，其重点放在了运用多样的智能交通系统及加强多式联运。1988年，由欧洲多国投资50多亿美圆，结合推进一项完善道路设备，提高效力质量为目的DRIVE方案。这是欧洲用于车辆平安的公用道路根底设备方案，这一方案己于1994年完成第1阶段。目前欧洲各国正着手TELEMATICS的全面运用研讨任务，方案在全欧洲内建立专门用于交通数据共享运用的无线通讯网。2.2国内研讨现状2004年10月福州举行的“全国地图学与GIS学术会议〞上，涌现了大批讨论电子地图的论文，这些论文讨论了电子地图从实际研讨到详细设计实现技术的一系列专题。①刘岳全面分析了我国当前电子地图研讨的现状，并提出利用面向对象模型设计与制造电子地图，为电子地图的设计技术提供了新的手段。②凌云和陈毓芬从详细的实例分析入手，详细讨论了从底层开发多媒体电子地图集的思绪与方法。③齐清文等详细讨论了数字地图的实际和方法体系，并引见了计算机地图编辑与制版一体化、电子地图、网络地图及手机地图等一系列研讨成果，为数字地图在各个领域的运用提供了有益的参考。2.2国内研讨现状其它一些比较重要的实际还包括，高俊教授于2000年提出了基于可视化的知识发现和数据发掘功能，主要讨论了经过颜色、符号、图形等要素表现地物在地理空间中的相互关系并进展分析，从而获得知识、发现规律。他强调“视觉—心象—笼统思想—创新〞的认知过程，即从知发现未知的过程，指出可视化的主要作用就是引发大脑中的这个思想过程。3电子地图的运用方法及用途3.1电子地图的运用环境纸质地图受图幅面积的限制，存在图面载负量的极大值，因此在有限的图面上表达尽能够多的信息以最大限制满足用户的需求，成为纸质地图整个设计制造过程的决议要素。电子地图由于其在信息存储和表达方面的宏大优势，实际上具有无限大的载负量；同时它在信息显示方面又遭到计算机屏幕尺寸和分辨率的限制。用户在读图时，其视觉的承载媒介是屏幕。因此电子地图的运用环境主要依赖于计算机硬件设备，电子地图上图形的视觉感受效果必然遭到计算机屏幕尺寸和分辨率的影响。3.2电子地图的运用方式电子地图与计算机图形学的有效结合，将地图从信息传输工具扩展为一种信息查询与分析工具。因此运用方式也必然从以地图信息传输为主向地图可视化分析为主转变。MacEachren把面向地图传输的地图运用方式与面向地图可视化的地图运用方式两者之间的关系，用一个三维立体进展了写实性的阐明，如下图3.2电子地图的运用方式从图中可以看出，两者在相互转化方面具有以下特点:①从面向地图传输的公共地图运用到面向可视化的个人地图运用转变。前者强调地图用户的广泛性，后者那么强调个性化的地图运用。②从面向地图传输的表示知的地图运用到面向可视化的表示未知的地图运用转变。前者强调用户被动接受地图上存在的信息，后者那么更多的把留意力放在如何协助用户从本人的特定需求出发去发现地图中感兴趣的信息。③从面向地图传输的低级交互性地图运用到面向可视化的高级交互性地图运用转变。经过前者，地图上的信息总是沿着地图向用户的方向流动；经过后者，用户可以利用工具本人支配地图。4电子地图关键技术电子地图系统的根本构成电子地图数据硬件系统软件系统人员4.1电子地图系统构成电子地图的数据类型空间数据与非空间数据空间数据表达地理实体的位置、大小和分布信息，也称为图形数据或者几何数据非空间数据主要包括专题属性数据和地理统计数据等根底地理数据和专题数据根底地理数据是只具有空间定位和根本属性信息的地图数据专题地理数据是电子地图要反映的主题数据电子地图的数据构成基础地理数据专题地理数据空间数据基础空间数据专题空间数据非空间数据基础非空间数据专题非空间数据分类分级信息专题属性信息专题统计信息其他地学信息多媒体信息电子地图软件的组成和功能电子地图软件的组成和功能1.设计系统 担任电子地图数据采集、数据处置、图面配置符号设计和存储管理等功能2.阅读系统是用户操作电子地图的平台，又称为阅读系统3.地图数据库管理模块CDBMS〔CartographicDatabaseManagementSystem〕,承当电子地图数据库的组织和管理4.地图符号库管理系统是设计、组织和管理电子地图运用符号的运用系统5.商品化的辅助性软件电子地图中多媒体数据的设计加工辅助软件，如Photoshop、3DSMax等4.2数据模型电子地图在伴随计算机信息技术及信号处置技术的开展过程中，出现了多种数据构造和数据模型，数据库组织方式也相应的发生了变化。例如从关系型数据模型、面向对象数据模型，到如今的时空数据模型、超媒体数据模型等。在数据库存储管理上，从文件管理系统、传统数据库管理系统，到如今的面向对象数据库管理系统、多媒体数据库管理系统等。在电子地图领域，针对电子地图技术本身的数据构造是分层思想，如图层分层构造、要素—图层—地图构造等。空间数据模型：不同的模型下有不同的空间要素认知、笼统和表达方式以及不同的空间关系定义。空间数据构造：不同空间数据模型在计算机内的存储和表达方式。空间数据组织：大量计算机化的空间数据的一致管理方式。现实空间世界空间数据模型空间数据构造组织与管理计算机存储认知与笼统空间数据库4.2.1数据模型

现实世界信息世界计算机世界概念化(数据笼统〕方式化〔数据模型〕用户计算机模型举例：数据模型4.2.2空间数据模型

现有的空间数据模型主要有三个：栅格模型：强调空间要素的延续性基于对象的模型：强调空间要素的离散性网络模型：强调空间要素的交互上述三种模型主要是针对二维平面进展建模的，曾经很成熟。但随着运用需求的变化，空间数据模型要求可以反映三维立体和时间维特征：三维空间数据模型时空数据模型4.2.3地图数据构造

矢量栅格43森林类土壤类地形图现实世界地图方式的数据层栅格方式的数据表示森林类土壤类地形图叠加分析森林土壤地形图分析结果4.3图层分层构造目前国内外一些著名的GIS软件都以图层方式组织数据，并设计了图层的操作功能。分层管理思想是GIS空间数据组织管理的重要内容，在诸多地图数据管理概念中，以层的管理方式效率最高。在地理信息系统运用程序中，图层是地图数据组织的根本储存单位。层是在一定空间范围内属性一致、特征一样、具有一定拓扑关系的地理实体或地理因子在空间分布上的集合，即具有某些一样或类似特性的同种类型多个几何空间元素组成的集合。4.3图层分层构造在实践运用系统中，每一类特征数据都可以单独组成一个图层如下图，也可以将假设干类特征数据合并成一个新的图层。而多个空间图层的组合，构成能满足一定运用需求的图层的集合称为图层集。图层集包含有以以下图层信息：图层空间索引(大小、标号、表名)、组成图层集的图层援用(图层标号、层表名)、图层坐标范围(坐标最大、最小值)、图层能否显示等信息。4.3图层—地图—图集层次构造地图层次构造思想对电子地图的运用开发影响非常大，由于它在电子地图的运用系统中很常用。这种地图层次构造多数由要素—图层—地图三层逻辑体系组成见图所示。这种体系可以根据现实世界的分层组成分别对应建立相应的地图图层，这样对现实世界的描画可以更明晰，且可扩展性非常好，可以很方便地参与需求的图层。4.3图层—地图—图集层次构造在实践电子地图的运用中，图层—地图构造依然有一个缺乏，那就是它缺乏大数据量的地图集应对战略。在电子地图运用系统中，普通将地图做成电子地图集的数据组织管理，即在电子地图制造系统中，采用图层—地图思想的数据组织管理体系，而在电子地图系统中采用树或其他思想进展图集的组织管理。4.4电子地图表现方式电子地图的本意是为了对现实世界进展展现，为了到达直观、美化、对运用者友好的用电子地图描写现实地理的目的。如今国内很多研讨主要对地图视觉实际、加强地图表现力、地图符号系统及符号库等方面进展了论述。地图的制造过程是经过笼统模型进展图数转换，即将现实世界的地图实体转换为可以在计算机中表示的数字符号，这样就可以用地图数据表示现实世界了，最后将笼统化的地图数据存储在空间数据库中。电子地图中采用的图形元素符号可以以为是电子地图的言语，它对描画现实世界地理实体特征与拓扑关系有着重要作用，是表达地理环境的根本元素。4.4电子地图表现方式在网规网优中，主要运用什么样的电子地图Planet格式Mapinfo格式Planet格式电子地图Planet格式电子地图由MSI公司提出。该格式利用不同的目录构造和文件来分别保管不同性质的数据〔地物、矢量、高度等〕。主要偏重于表达地形地理信息，通常运用于网规仿真，常用的地图分辨率有5米、10米、20米、50米以及100米。其目录构造通常包含clutter、height、vector三个目录，clutter目录包含地物分类信息，height目录包含海拔高度信息，vector目录包含道路、河流等矢量信息。电子地图数据精度数字地图的精度是指它的分辨率，即一个象素代表的实践地面面积。普通在无线网络规划运用领域常用的数字地图精度可以分为：5米、20米、50米、100米不同精度的数字地图用于不同的场所运用：5m运用于密集城区，微蜂窝

20m运用于普通城区，宏蜂窝

50m运用于郊区，宏蜂窝

100m运用于乡村，宏蜂窝5米精度用于微蜂窝规划设计地物覆盖〔Clutter〕数据(20米)

地物高程〔Height〕数据(50米)

矢量地物〔Vector〕数据

地图扫描与栅格图像矢量化地图扫描：利用扫描仪对纸质地图进展扫描，获得电子地图；栅格图像矢量化：数字地图有栅格和矢量两种方式，可相互转换的。栅格图象矢量化是指利用一定的算法，