现代地图制图技术.ppt

第八章现代地图制图技术 现代地图制图技术 手工制图计算机制图 替代传统地图制图遥感制图GIS制图电子地图 什么是计算机地图制图 以地图制图原理为基础 在计算机硬 软件的支持下 应用数学逻辑方法 研究地图空间信息的获取 变换 存储 处理 识别 分析和图形输出的理论方法和技术工艺手段 模拟传统的制图方法 进行地图的设计和编绘 第一节计算机地图制图 计算机地图制图核心 数据通过图形到数据的转换 基于计算机进行数据的输入 处理和最终的图形输出 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 空间属性统一发展 一 产生和发展 二 硬设备 计算机硬件计算机的实际装置 地图数字化输入设备 键盘 鼠标 磁盘 数字化仪 跟踪数字化仪 扫描数字化仪 地图输出设备 电子数据显示输出 图像显示器配置相应的图形显示卡 纸质输出 打印机 绘图仪 计算机硬件 组成 控制器 运算器 存储器和输入 输出设备任务 数学计算 信息处理 设备控制 地图数字化输入设备 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 键盘 鼠标 存储设备和数字化仪等 数字化仪 将地图图形转换成数字 分为 跟踪式和扫描式 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 地图输出设备 数字地图输出分为电子数据显示输出和硬拷贝输出两类 打印机 图形显示器 自动绘图仪 三 软件系统 地图制图软件 地理信息输入软件地理信息分析软件图形输出软件 国内 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 国外 IntergraphArcGISMapInfoAutoCADMap 四 地图数据结构 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实体 Entity 对实体的描述信息称为属性 实体 图形属性 文本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 数字地图 空间数据 地图基本要素即实体 称几何数据 表现形式有 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 非空间数据 属性数据质量描述数据时间因素通用数据库技术 五 地图数据库 空间数据与属性数据的连接 1 非空间数据作为空间数据的悬挂体2 非空间数据和空间数据自成体系3 用单向指针指向属性数据4 属性数据与图形数据具有相同的结构 地图数据库的功能 空间数据和非空间数据的相互检索空间数据的自动概括专题地图的自动生成 六 计算机制图的实现 编辑准备数字化数据处理和编辑图形输出 编辑准备 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 编辑准备 1 地图投影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 2 坐标系选择坐标系可以明确地图对象的空间定位坐标 它包括坐标系名称 投影类型 基准面 坐标单位 原点坐标 方位角 比例系数等 地图数字化 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 地图数字化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 图形编辑处理 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 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 图形输出 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 七 计算机地图制图的特点 易于校正 编辑 改编 更新和复制地图要素 数字地图信息提高地图的使用精度 容量大 包含比一般模拟地图多得多的地理信息 增加了地图的品种 拓宽了服务的范围 减轻了作业人员的劳动强度 减少了制图过程中人的主观随意性 为地图制图的进一步标准化 规范化奠定了基础 加快成图速度 缩短成图周期 改进制图和制印的工艺流程 地图信息能够进行远程传输 第二节遥感制图 一 遥感二 遥感专题地图的制作三 遥感影像地图及其编制 一 遥感 什么是遥感 RemoteSensing 遥感 遥远感知 在非直接接触的情况下 对目标或自然现象远距离探测和感知的技术 航天遥感 航空遥感指利用航空或航天遥感图像资料制作或更新地图的技术 遥感影像地图遥感专题地图 二 遥感专题地图的制作 在计算机制图环境下 利用遥感资料编制各类专题地图 如何利用遥感资料进行专题地图制作 第一步 选择信息源 主要信息源美国的陆地卫星 Landsat 气象卫星 NOAA 海洋卫星 Seasat 法国的SPOT卫星 日本的MOS卫星 JERS卫星 ADES卫星 欧空局的ERS卫星和印度的IRS卫星等美国Landsat TM NOAA AVHRR和法国的SPOT HRV卫星观测波段 空间分辨率 覆盖宽度 制图比例尺 空间分辨率空间分辨率 地面分辨率 遥感仪器所能分辨的最小目标的实地尺寸 选择空间分辨率时考虑的两点因素 解译目标的最小尺寸地图的成图比例尺 信息源选择要考虑的问题 波谱分辨率与波段波谱分辨率 由传感器使用的波段数目 波段的波长和宽度决定波段宽度应用于空间环境不同的信息 信息源选择要考虑的问题 时间分辨率与时相时间分辨率 对同一地区遥感影像重复覆盖的频率如Landsat1 2 3的图像最高时间分辨率为18天 Landsat4 5 7为16天 Spot1 5为26天 而静止卫星仅为0 5小时 反映动态变化 制图对象本身变化的时间间隔 选择与之对应的遥感信息源 如洪水淹没范围的动态变化 信息源选择要考虑的问题 第二步 遥感图像处理 遥感图像的纠正处理 由于人造卫星飞行姿态 飞行轨道 飞行高度的变化及传感器本身误差的影响 使卫星遥感图像发生几何畸变粗处理 消除传感器本身及外部因素的影响所引起的各种系统误差精处理 进一步提高卫星遥感图像的几何精度精性的几何纠正和辐射纠正 遥感图像的增强处理光学图像增强 加大不同地物影像的密度差 假彩色合成 等密度分割 图像相关掩膜数字图像增强 借助计算机加大图像的密度差 反差增强 边缘增强 空间滤波等 第三步 遥感图像解译 对增强处理后的遥感图像 进行专题信息提取目视判断运用肉眼或简单判读仪器 运用各种判读标志 观察遥感图像的各种影像特征和差异 经过综合分析 最终提取出判读结论 常用方法 直接判定法 通过色调 形态和组合特征等直接判读标志 判定和标识地物 对比分析法 用不同波段 不同时相的遥感图像 各种地物的波谱测试数据 及其它资料对比分析 将不易区分的地物区别开 逻辑推理法 专业判读人员用专业知识 实践经验 地学规律进行相关分析 提取潜在专题信息 计算机自动识别 利用遥感数字影像信息 由计算机进行自动识别与分类 从而提取专题信息的方法 是将经过精处理的遥感图像数据 根据计算机研究获得的图像特征进行的处理 常用方法 统计概率法 根据物体的光谱特征进行自动识别语言结构法 根据物体的图形进行识别模糊数学法 根据物体最明显的本质特征进行识别 计算机分类 计算机分类 监督分类 根据已知试验样本提出的特征参数建立判读函数 对各待分类点进行分类的方法 非监督分类 事先不知道待分类点的特征 仅根据各待分点特征参数的统计特征 建立决策规则并进行分类的一种方法 第四步 编制基础底图 地图投影的选择中小比例尺遥感专题制图 底图投影与影像投影一致大比例尺遥感专题制图 高斯 克吕格投影编图资料选择与地理基础更新选用相应地形图 并以遥感图像为据修改补充地形图上变化的内容要素编制程序选择制图范围内相应比例尺的地形图 展点 镶嵌 照相 得底图薄膜片 将膜片蒙在影像图上 更新地形图的地理要素 地图概括 地理底图 与专题影像图同比例尺 第五步 专题解译图与地理底图的复合 在计算机制图环境下 通过人机交互解译或计算机解译得到的专题解译图 必须与地理底图文件复合 复合后的图形文件 经过符号设计 色彩设计 图面配置等一系列编辑处理过程 最终形成专题地图文件 遥感专题地图制作过程 信息源的选择遥感影像处理遥感影像解译编制地理底图专题解译图与地理底图的复合 三 遥感影像地图及其编制 遥感影像地图是以经过纠正并叠加了按照一定的原则选用的符号和注记的航空或卫星遥感影像直接反映地表状况的地图 遥感影像地图的特点 以丰富的影像细节去表现区域的地理外貌 比单纯使用线划的地图信息量丰富 真实直观 生动形象 富于表现力 用简单的线划符号和注记表示影像无法显示或需要计算的地物 弥补了单纯用影像表现地物的不足 因而减少了制图工作量 缩短了地图的成图周期 遥感影像地图的种类 普通影像地图 综合了遥感影像和地形图的特点 在影像的基础上叠加了等高线 境界线 沟渠 道路 高程注记等内容 以需求的不同 可以制成黑白 彩色 单波段和多波段合成的影像地图 航空影像地图卫星影像地图 遥感影像地图的种类 专题影像地图 以影像地图作基础地图 通过解译并加绘有专题要素位置 轮廓界线和少量注记制成的一种影像地图 电子影像地图多媒体影像地图立体全息影像地图 遥感影像地图的制作过程 遥感影像信息的选择遥感影像的几何纠正与影像处理 遥感影像镶嵌符号注记层的生成影像地图的图面配置影像地图的制作与印刷 第三节地理信息系统制图 地理信息系统 GeographicInformationSystem 简称GIS 是一种专业的信息系统 它的对象是那些具有空间属性特征的地理信息 一 地理信息系统及功能二 地理信息系统制图三 GIS与地图 地图学的关系四 常见的几种GIS软件 一 地理信息系统的组成 硬件软件数据人员 地理信息系统的功能 数据采集 检验与编辑数据处理数据的存储与组织查询 检索空间分析显示输出 地理信息系统的功能 数据的采集和输入 数据管理 分析和处理空间数据管理自动生成拓扑关系地图概括与地图信息提取图幅管理及空间数据处理缓冲区生成 图像与图形的叠合与分离数字地形分析格网分析与量测计算自动制图 数据输出 彩色激光打印机 彩色喷墨绘图仪 二 地理信息系统制图 地理信息系统都具有计算机制图成分 计算机制图相同侧重于可见实体的显示和处理 而对可见实体可能存在的非图形属性不太注重 而地理信息系统既注重空间实体的空间分布 又强调它们的显示方式和显示质量 计算机制图系统的目的是快速 精确地编制高质量的地图 地理信息系统的目的是为地理研究和地理决策提供服务 三 GIS与地图 地图学的关系 地图 GIS 地图是地理信息系统的主要支撑 地理信息系统脱胎于地图 并在机助制图的基础上发展 地图是地理信息系统中主要的空间数据来源 也是结果输出的一种形式 GIS 地图 GIS的应用 促进了地图学和地图制图的许多传统观念和做法的改变 使地图学面临着从概念设计 工艺程序到实际应用的革命 解决了地图数据的存储和可视化的矛盾 解决了大容量数据与高速查询之间的矛盾 提高了地图分析的灵活性 缩短了地图更新的周期 扩大地图的应用范围及研究领域 四 常见的几种GIS软件 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 国内 IntergraphArcGISMapInfo 国外 第四节电子地图系统 一 电子地图的概念二 电子地图的特点三 电子地图系统四 电子地图的逻辑结构五 电子地图的应用六 电子地图的图种举例 一 电子地图的概念 伴随计算机辅助制图技术形成的新地图图种 数字地图 是一种数字化的地图 存放在数字存储介质上 磁盘 光盘等显示在计算机屏幕上 触摸屏电子地图打印输出 纸质地图内容是动态的 可调整的 由用户交互式的操作 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 二 电子地图的特点 动态性交互性 提供方便的操作界面 超媒体集成性无级缩放 在一定限度内任意缩放和显示无缝 地图无分幅多维化 二维 三维立体影像 飞行地图信息丰富 外挂属性数据库 多媒体信息动态载负量调整 地图上地物的密度可以调整共享性计算 统计和分析功能 三 电子地图系统 是指在计算机软硬件的支持下 以地图数据库为基础 能够进行空间信息的采集 存储 管理 分离和显示的计算机系统 由硬件 软件 数据和人员等部分组成 其中软件系统包括操作系统 地图数据库管理软件 专业软件以及其他应用软件 地图数据库管理软件是核心软件 四 电子地图的逻辑结构 电子地图的总体结构通常由片头 封面 图组 主图 图幅 插图和片尾等部分组成 电子地图的页面结构通常由图幅窗口 索引图窗口 图幅民称列表框 热点名称列表框 地图名称条 系统工具条 伴随视频窗口 背景音乐 多媒体信息窗口 其他信息输入或输出窗口组成 电子地图的超媒体结构以连接着多媒体信息的地理空间实体作为信息的 结点 以地理实体对象间的空间关系作为 链 两者之间的相互关系组成复杂的信息网络 来实现地理目标的可视化 空间信息查询与检索和空间分析等功能 五 电子地图的应用 地图量算和分析规划管理军事指挥城市公共设施管理其他领域 六 电子地图的图种举例 导航图 电子导航地图多媒体地图 网络地图 电子地图 三维电子沙盘 三维电子沙盘 又称三维数字地图 三维地理信息系统 是遥感 地理信息系统 三维仿真等高新技术的结合 演示 某地城市三维电子沙盘演示City10m 沿海某地三维电子沙盘演示county15m 某地城市详细三维电子沙盘演示 三维电子沙盘的优点 地形信息准确采用国家标准地形图建立数字地面模型 可以准确的按比例还原地貌形态 地物表示详细采用卫星遥感影象做为地表贴面 反映和实地一样的地表形态 河流 植被 道路 居民地等信息一目了然 地物表现直观卫星遥感影象的色彩 经过合理的波段组合和时相选取 可以模拟实地景观 如同身临其境 浏览方便在三维电子沙盘中进行任意缩放和漫游 可以模拟飞行 对目标进行全方位的观察分析 地形信息检索可以查询任意某地的地理坐标和海拔高度 地形分析和量算可以在上面进行距离 面积 体积的量算 还可以进行通视 剖面 淹没等分析 模拟可以在上面任意位置模拟火场 爆炸等 并进行路线选择和规划 将地面设施立体化将楼房等基础设施等 以三维方式展现 属性查询可以直接在三维电子沙盘上查询各种信息 集成GPS系统实现直接在三维电子沙盘上跟踪和调度 多媒体电子地图 一种主要以CD ROM为承载介质的数字地图产品 融合数字地图技术 多媒体技术 GIS地图的多种新兴技术 文本 声音 图象 视频 动画 表格 数字地图等 制作 功能 在线地图搜索服务 科技让整个地球变成了一个小小村落 但是当我们面临一个完全陌生的环境时 地图仍然是必须的工具 今天 传统的纸地图已经日渐没落 电子地图的应用却越来越广泛 通过地图搜索 你可以查询到你感兴趣的几乎所有东西 比如找到姚明在休斯顿开的餐馆 国外 Google地图MSN地图yahoo地图国内 搜狗地图中搜地图mapbar地图新浪地图 Google 无极缩放加实时卫星功能强大打开 http maps G 网页 可以进入Google电子地图的网站界面 地图搜索以英文为界面 以北美为默认起始点 对其他地区的搜索支持远不如美国本地 不过Google的搜索界面非常直观 简洁 如果想要查询美国地图使用起来还是比较方便的 Google地图支持三种搜索方式 地址搜索 如果我们要查询某个具体的城市或者是某个具体的街道 比如我们输入 芝加哥 或者 第五大道纽约 即可看到该处地图 Google地图支持三种搜索方式 商业建筑搜索 如果要在某个地区里查询某个特定的建筑物 比如查询该地区里某个带有 CHINA 名称的建筑物 那么可以输入 CHINA 那么地图就会显示出当地所有带有 CHINA 的建筑分步情况 Google会以字母标出这些店铺 以方便查找 Google地图支持三种搜索方式 路径搜索 如果需要查询的是从一个地方移动到另一个地方 应该如果穿街过巷 比如想了解从JFK机场到达纽约第五大道的路线 可以输入输入 JFK机场到第五大道纽约 这时一条精心设计的线路就出现在眼前 在Goole地图中大量的采用了实拍的 卫星地图 这可以让我们可以真实地鸟瞰高原 城市等的风貌 同时地图的准确程度也更高 总的说来 Google地图搜索界面简洁 以搜索引擎专长的Google在地图查询功能上 3种搜索方式显得丰富而实用 卫星图片真实美观 即使是初学者第一次使用也不难操作 MSN 微软出品的电子地图成长快速微软的MSN地图搜索做的相当不错 但是MSN地图同样无法支持对于中国地区的查询 MSN地图具有11级比例尺刻度 最小可以达1厘米 500千米 第10级 鸟瞰整个美国都是足够了 最大可以达到1厘米 40英尺 0级 在这个比例尺之下 任何建筑都会显示出来 MSN地图的移动采取了8个方向键 可以通过点击这些方向键来进行8向平移 MSN的美国地图部分可谓是细致到家了 随着比例尺的放大 一条条街道渐渐进入视野 并越来越详细 MSN的搜索功能也很好用 结果存放在列表 点 getmap 获取地图 就出现了做了地点标记的地图 可惜国人依然不能享用这一功能 因为 China 根本就没有出现在人家可以搜索的菜单里 MSN地图网址 http mappoint MSN com tyhhloaesquoisazca0elyvi map aspx Yahoo 最老牌的先行者实惠实用Yahoo是最早推出地图搜索的门户网站之一 Yahoo地图搜索使用比较单一 在 Businesses Service 中输入需要查询的名称 然后在 Address City State orZIP 中输入地区的名称 然后点击 Yhaoo Search 就可以开始搜索了 在显示出的搜索结果中 点击 Map 可以显示出该地区的地图 而点击 DriveTo 再输入起始的地点 还可以显示出到该区域的路线 从国人需求来说 国外的地图搜索基本都不能考虑 因为Google Yahoo都没有关于中国的地图搜索信息 而MSN会不会涉及目前还是一个未知数 国内的地图资源虽然偏少 功能也略差 但最重要的是 它们足够本地化 假如你要知道香格里拉的走法 或是青海湖的位置 还是自家的地图比较可信些 中搜 简单实用可查资源略少中搜地图搜索的网址是在文本框中输入想要搜索的关键字 如 中关村 然后在下面的下拉选择框中选择搜索的位置 选择 北京 最后点击 搜索 按钮 这时就转到了搜索结果页面 也可以点击 高级搜索 可以大大缩小搜索的范围 在右侧还有一个智能导航功能 可以方便的网罗到周边90 的相关信息 同时可以更快速方便的找到想要查找的位置 如要查找中关村周边的银行 只要点击智能导航的 金融银行 就可以 可以看到在中关村周边有十二家银行 然后根据实际情况 选择相应的银行就可以了 地图上有一个闪烁标志 是想搜索的地点 同时在旁边有一个标记 说明地理位置的名称 地图上清楚的看到每条街道及重要的位置名称 地图左上角有五个按扭 分别是放大 缩小 拖动平移 测量距离及清除标记按钮 中搜地图搜索服务目前只有14个城市的地图 略少了一些 新浪 内部测试但人性化不错新浪推出了地图搜索 访问 可进入新浪地图搜索 目前新浪地图搜索还处于测试状态 新浪地图搜索的使用 比如想要查找北京西单附近地区搜索 东来顺 的相关信息 需要在搜索地区输入 西单 在要查找的服务处输入 东来顺 然后点搜索按钮即可 操作起来非常简单 稍等片刻就会得到搜索结果 给出的信息还是非常全面的 在距离处还注名了该地点离西单的远近 MAPBAR 老牌国产朴素实用Mapbar地图搜索是国内知名度很高的地图搜索网吧 网址是Mapbar的界面相当朴实 与百度很相似 可以直接在搜索中直接输入要查找的内容 搜索结果会迅速出现 且只要