《数字地图制图》PPT课件

第八章数字地图制图 教学目的和要求 1 了解数字地图制图的技术基础 2 掌握数字地图制图的基本流程 数字地图和电子地图的概念和特点 本章重点 数字地图制图的基本流程 本章难点 数字地图的数据结构 从20世纪50年代开始 电子计算机技术引入地图学领域 经过理论探讨 应用试验 设备研制和软件发展 已形成地图学中一门新的制作地图的应用技术分支学科 即计算机地图制图学 计算机地图制图是根据地图原理 以电子计算机的硬 软件为工具 应用数学逻辑方法 研究地图空间信息的获取 变换 存贮 处理 识别 分析和图形输出的理论方法和技术工艺 模拟传统的制图方法 进行地图的设计和编绘 计算机地图制图系统有三个组成部分 硬件 软件 数据 从一定意义上讲 计算机地图制图技术也可称为数字制图技术 计算机地图制图 电子地图和地理信息系统三者的关系三者紧密相连 同时也存在着一定的区别 计算机地图制图是最先发展起来的一门地图处理技术 是实现其他两者的基础技术 电子地图是利用计算机地图制图技术而形成的一门新的地图形式 地理信息系统则是在电子地图的基础上 增强了数据库管理和计算分析功能 而形成的更加先进的信息处理工具和辅助决策工具 1数字地图制图的技术基础 1 1信息科学与技术基础1 计算机图形学2 数据库技术3 数字图像处理4 多媒体技术 1 计算机图形学 ComputerGraphics 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 1 计算机图形学 ComputerGraphics 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 3 数字图像处理 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 4 多媒体技术 多媒体技术是20世纪90年代以来随着信息技术的发展而形成的一个领域 狭义的多媒体指的是文本 图像 图形动画 声音等多种可供传递的形式载体 多媒体的出现 拓宽了计算机处理信息的范围 提高了计算机处理信息的深度 4 多媒体技术 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 多媒体的关键特性多样性 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 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 1 2数字地图制图的硬件配置 1 计算机硬件2 数字地图输入设备3 地图输出设备 1 计算机硬件 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 2 数字地图输入设备 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 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 A0幅面跟踪式数字化仪 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 3 地图输出设备 数字地图输出分为显示器显示输出和硬拷贝输出两类 输出设备的特点 1 3数字地图制图技术 1 数字地图制图技术的发展2 数字地图制图软件系统3 数字地图主要软件产品介绍 1 数字地图制图技术的发展 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 为军事 规划 设计和管理部门提供服务 1 数字地图制图技术的发展 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 地图出版系统和地理信息系统 向大型网络 数据仓库 空间和属性统一发展 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 3 数字地图主要软件产品介绍 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 3 数字地图主要软件产品介绍 IntergraphArc InfoMapInfoAutoCADMap 2数字地图的数据结构及其数据库 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 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 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 1 图形数据的基本要素为点 线 面和体 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 图形数据的基本要素为点 线 面和体 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 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 1 图形数据的基本要素为点 线 面和体 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 1 图形数据的基本要素为点 线 面和体 定义 指存在于空间图形的不同元素之间的拓扑关系 表现 弧段与结点的拓扑关系 arc nodetopology 即每一个弧段都有一个起始端点和一个终止端点 从起始点到终止端点表示了弧段的方向 所有弧段的端点序列则定义了弧段与结点的拓扑关系 关联Connectivity 定义 指存在于空间图形的同类元素之间的拓扑关系 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 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 邻接Contiguity 定义 指存在于空间图形的同类 但不同级的元素之间的拓扑关系 表现 多边形与弧段的拓扑关系 polygon arctopology 表现了多边形区域定义 矢量模型中 多边形区域是一系列弧段序列组成 包含Inclusion 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 栅格数据像元阵列 栅格数据属性编码及分层 layer1 layer2 layern 3 图像数据的组织形式 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 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 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 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 关系数据结构 2 3地图数据库数据组织 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 非空间数据 空间数据 非空间数据 1 非空间数据作为空间数据的悬挂体 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 2 非空间数据和空间数据自成体系 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 4地图数据库的管理与设计 1 地图数据库管理系统2 地图数据库系统中的坐标体系3 地图数据库的功能设计 1 地图数据库管理系统 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 2 地图数据库系统中的坐标体系 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 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 3 地图数据库的功能设计 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 3数字地图的编辑与制印 3 1数字地图制图的基本流程1 编辑准备阶段2 数字化阶段3 数据处理和编辑阶段4 图形输出阶段 1 编辑准备阶段 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 2 数字化阶段 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 数据处理和编辑阶段 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 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 2地图投影与坐标系选择 1 地图投影选择2 坐标系选择 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 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 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 3 3地图数字化与图形要素编辑 1 地图数字化2 图形要素编辑3 坐标变换 1 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 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 2 图形要素编辑 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 坐标变换 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 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 3 5专题地图设计 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 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 3 6图面配置与输出 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 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 4电子地图 地图学的变化 地图学的变化 地图学的变化 地图学的变化 地图学的变化 地图学的变化 地图学的变化 地图学的变化 地图学的变化 1 电子地图的定义 1 电子地图的定义 1 电子地图的定义 1 电子地图的定义 1 电子地图的定义 1 电子地图的定义 1 电子地图的定义 2 电子地图的起源 2 电子地图的起源 2 电子地图的起源 2 电子地图的起源 2 电子地图的起源 2 电子地图的起源 2 电子地图的起源 2 电子地图的起源 3 电子地图的发展 3 电子地图的发展 3 电子地图的发展 3 电子地图的发展 4 电子地图系统 4 电子地图系统 4 电子地图系统