2010年武汉大学博士入学考试《地图学》核心复习资料(荐.docx

2010年武汉大学博士入学考试地图学核心复习资料（荐！）=多尺度表达在地图数据库中的应用？在GIS环境下，尺度的含义一般是指信息被观察、表示、分析和传输的详细程度。尺度可以在比例尺、制图综合、时空分辨率中得到扩展和应用。应用在地图中，就是需要具备“多重表达”机制的地图数据库，用户根据需要调用不同比例尺的数据。多尺度表达的理论基础是：在大多数情况下，空间地物的分辨率会随着尺度的变化而变化，如果距离较近，将会看到更多的细节，反之，则只能看到地物的主要特征。地图自动综合是一个从原始的地图数据库（大比例尺）综合得到较小比例尺的地图数据库，并生成可视化地图产品的过程。多重表达原因：1) 符合人类推理习惯的自然表达方式2) 数据分析与应用的需要：地理客体的面貌和结构隐含“依比例尺(或分辨率)特性”，单一比例尺限制了GSI地理分析和地图制图对各种信息层次的要求。3) 数据更新的需要：当真实地理客体或现象发生变化时，应该只对最基层比例尺的数据库进行修改;其它层次的数据应该能够随之自动做相应的更新。这时就需要“多重表达”机制来提供数据一致性检验。主要实现方式和研究方向：当前多比例尺GIS的表现形式主要有两种，一种是一库多版本，即在地图数据库中，建立一个较大比例尺的主导数据库，而其它层次比例尺(或分辨率)的空间数据库是从该主导数据库中衍生或派生而来，形成多个版本的空间数据库。另外一种就是多库多版本，即在Gls中，独立建立对应于多种比例尺的多个空间数据库，也称为“多重表达数据库”。多尺度GIS同样存在着缺点，如数据的重复存储、数据更新不方便以及时间和经济成本高等。研究重点是建立无级比例尺GIS，它是以一个大比例尺数据库为基础数据源，在一定区域内空间对象的信息量随比例尺变化自动增减，从而实现一种空间信息的压缩和复现与比例尺自适应的信息处理技术。由于地理信息的自动综合仍然是困扰地图学界实现空间数据自动处理与合理可视化的国际性难题，这种方法还在研究阶段。当前已有研究：1) 从数据结构的角度，通过一定的辅助数据结构建立索引，根据制图综合的某些原则，将基础比例尺下的空间目标以及其间的关系予以记录管理，在系统查询、分析时，按照给定的条件处理对应的细节层次，以空间换效率。从建立数据库的角度看，这种解决方法实际上是在建库的过程中将多尺度数据表达的知识性数据扩充到数据库中。2) 面向对象方法基本的出发点是能够按照人类认识世界的方法和思维方式来分析和解决问题，具有模块化、信息封装与隐藏、抽象性、继承性、多态性等的优点。基于要素对象的多重表达方法，通过为要素设置在不同比例尺下的不同表达和显示比例尺范围来实现要素的多重表达。3) AGENT指一种运行于网络环境中的软件实体，在事先定义的知识规则下,能够感知、反应和解释环境，持续自主地完成自身功能。采用Agnet技术，利用地图综合的相关理论及技术方法，可将地理目标及目标间存在的状态、相互依赖关系、地图自动综合的次序和程度模型化，通过Multi一Agnet来分等级地组织和表达复杂地理对象，并通过各Agnet之间的通讯、平等协作、协调等行为来实现各自的目标(Objective)和总目标，进而实现地理目标的不同环境(如专题要求，比例尺或分辨率要求)下的动态多重表达。4) 基于语义的地图综合：GIS和自动制图系统的最终目的将是利用基于知识的方法和综合算法生成自由比例尺的地图数据库。地图与最新计算机发展技术的结合和趋势？地理空间可视化通过强大的、有效的地图系统将复杂的空间和属性数据以地理的形式展现出来，从而挖掘数据之间的关联性和发展趋势，进而作出及时和正确的判断和决策。电子地图可视化是一门以计算机科学、地图学、认知科学、信息传输学与地理信息系统为基础，为直观、形象地传输、表现、解释空间信息并揭示其规律。电子地图与网络、移动通讯、虚拟现实等技术相结合的需求日益膨胀，这将带来在新技术环境下的电子地图相关的新理论与方法的研究，目前，地图可视化可分为地图.1) 模拟地图向数字地图的转移；2) 制图向制图、用图并重转移；3) 品种单一向产品多样化转移；4) 信息传输向地理深加工转移；5) 二维静态地图向三维动态地图转移；1) 时态地图：在空间信息领域，另一个人们非常关注的问题是多维动态可视化问题，即以时间为主导的信息可视化的问题，目前由于一方面缺乏有效的描述模型，另一方面在增加时间维之后，信息量急剧增加，现有计算机技术难以处理与管理。但时空可视化将是空间信息可视化发展的一个极具吸引力的方向，时态地图按时间顺序反映事物的动态发展，利用各种动画和虚拟技术从多个视角表达、突出地图主题内容和演变规律，包括历史回溯与未来预测等，将在根本上扩充现有地图的理论和应用体系。2) 多维地图：通过网络在客户端生成一个逼真的三维视觉、听觉和嗅觉等感觉世界，用户可以从多个角度和视点出发，利用自然技能和某些设备对这一虚拟场景进行浏览和交互。DEM与DOM、DLG的叠加。具有沉qing感，交互性、动态性、想象力、数据具有拓扑结构，可以进行多种空间分析。这种仿真能较好地重现现实景观。比较典型的应用是在考古领域，利用考古学者发掘的原始数据，可以复原古代地理环境以及主要建构筑物。更重要的应用领域是在军事领域，进行虚拟战场环境构建，供军事演习与训练，目前美国在该领域的研究已经可以为海陆空三军提供联合演习的虚拟仿真平台。自然景观模拟的可视化达到了极好的水平。另外，在城市规划、环境、数据可视化等等方面有着广泛的运用。3) 增强现实技术：未来GIS 的发展将与网络、可穿戴式计算机、超媒体、虚拟现实、科学可视化以及动画等的结合。增强现实技术（AR）融合了虚拟环境与真实环境，其在交互性与可视化方法方面开辟了一个崭新的领域。目前AR 与GIS 结合的研究如将空间超媒体、GIS 等与AR 技术结合，为已有的各种系统提供新的功能或开发新的系统；将AR 与GIS 空间数据库结合可用于车辆自主导航；将AR 与GIS 组合，可用于解决环境变化的可视化问题；将AR作为GIS 的新界面，可在面向公众的应用领域开辟广阔的市场前景。 4) 超媒体地图：多媒体电子地图的定义是计算机技术的支持下，集文本、图形、图表、图像、声音、动画和视频等一体的新型地图。它增加了表达地图信息的形式，从而以视觉、听觉、触觉等感知形式，直观、形象、生动地表达空间信息。5) 移动地图：移动地图是指一种集成系统，是gis、gps、移动终端、移动通信网络、多媒体技术等的集成。它通过GIS完成空间数据管理和分析，GPS进行定位和跟踪，利用PDA完成数据获取功能，借助移动通信技术完成图形、文字、声音等数据的传输。移动GIS是运行在各种移动终端上，通过无线通信技术与服务器端交互，可以随时随地进行空间信息服务；及时响应和处理突发事件，随用户环境的变化而变化；在移动的过程中，不受限制地把采集到的相关信息及时处理并发布给用户。6) 无极比例尺地图数据库：在GIS环境下，尺度的含义一般是指信息被观察、表示、分析和传输的详细程度。尺度可以在比例尺、制图综合、时空分辨率中得到扩展和应用。应用在地图中，就是需要具备“多重表达”机制的地图数据库中存放多种比例尺的空间数据，用户根据需要调用不同比例尺的数据。无极比例尺地图数据库是以一个大比例尺数据库为基础数据源，在一定区域内空间对象的信息量随比例尺变化自动增减，从而实现一种空间信息的压缩和复现与比例尺自适应的信息处理技术。7) 地图信息和分析功能互操作：Opengis的地图数据互操作： OGIS提供了地理数据和地理操作的良好互交性开放性规范OpenGIS，为不同区域和部门的开发者提供一个共同的框架以在异构分布环境下访问和处理各种来源的数据。基于OpenGIS规范开发的系统具有良好的互操作、开发性、兼容性和可移植性，对网络地图发展、地图数据共享和地图分析互操作有很好的促进作用。语义共享：地理本体的研究对于解决地理信息系统的概念模型、地理信息的表达与语义互操作、空间数据共享及重用、空间信息服务及集成，以及地理信息系统的知识化、智能化和大众化发展有重大意义。8) Web2.0下互动电子地图：有线网络；无线网络。遥感的发展对地图的影响？=第一章 地图简介1. 空间数据的特点？所谓空间数据是指与空间位置和空间关系相联系的数据。有以下几个基本特征： 1空间特征 每个空间对象都具有空间坐标，即空间对象隐含了空间分布特征。在空间数据组织方面，要考虑除了关键字的索引以外的空间索引。 2非结构化特征 通用的关系数据库管理系统中，数据记录一般是结构化的，每一条记录是定长的，数据项表达的只能是原子数据，不允许嵌套记录。而空间数据项可能是变长的因而难以直接采用通用关系数据管理系统。 3空间关系特征 空间数据中记录的拓扑信息表达了多种空间关系。这种拓扑数据结构一方面方便了空间数据的查询和空间分析，另一方面也给空间数据的一致性和完整性维护增加了复杂性。 4分类编码特征 一般而言，每一个空间对象都有一个分类编码，而这种分类编码往往属于国家标准，或行业标准，或地区标准，每一种地物的类型在某个GIS中的属性项个数是相同的。 5海量数据特征 空间数据量巨大，一个城市地理信息系统的数据量可能达几十GB，如果考虑影像数据的存贮，可能达几百个GB。因此在二维空间上划分块或者图幅，在垂直方向上划分层来进行组织。 2. 空间数据库的发展和趋势。 由于空间数据的复杂性和特殊性，一般的商用数据库管理系统难以满足要求。因而，围绕空间数据管理方法，出现了几种不同的模式。 （一）文件与关系数据库混合管理系统 由于空间数据具有以上几个特征，GIS软件采用混合管理的模式，即用文件系统管理几何图形数据，用商用关系数据库管理系统管理属性数据，几乎是两者独立地组织、管理与检索。它们之间的联系通过目标标识或者内部连接码进行连接。采用文件与关系数据库管理系统的混合管理模式，还不能说建立了真正意义上的空间数据库管理系统，因为文件管理系统的功能较弱，特别是在数据的安全性、一致性、完整性、并发控制以及数据损坏后的恢复方面缺少基本的功能。（二）全关系型空间数据库管理系统 全关系型空间数据库管理系统是指图形和属性数据都用现有的关系数据库管理系统管理。关系数据库管理系统的软件厂商不作任何扩展，由GIS软件商在此基础上进行开发，使之管理结构化的属性数据和非结构化图形数据。 用关系数据库管理系统管理图形数据有两种模式，一种是基于关系模型的方式，图形数据按照关系数据模型组织。这种组织方式由于涉及一系列关系连接运算，相当费时，例如为了显示一个多边形，需要找出组成多边形的采样点坐标。它要涉及到四个关系表，作多次连接投影运算，对于这样简单的实例，需要作如此复杂的关系连接运算，非常费时。由此可见关系模型在处理空间目标方面的效率不高。 另一种方式是将图形数据的变长部分处理成Binary二进制块Block字段。这种存贮方式，虽然省去了前面所述的大量关系连接操作，但是二进制块的读写效率要比定长的属性字段慢得多，特别是涉牵对象的嵌套，速度更慢。 （三）对象-关系数据库管理系统 由于直接采用通用的关系数据库管理系统的效率不高。而非结构化的空间数据又十分重要，所以许多数据库管理系统的软件商纷纷在关系数据库管理系统中进行扩展，使之能直接存贮和管理非结构化的空间数据，如Ingres，Informix和Oracle等都推出了空间数据管理的专用模块，定义了操纵点、线、面、圆、长方形等空间对象的API函数。这些函数，将各种空间对象的数据结构进行了预先的定义。 这种扩展的空间对象管理模块主要解决了空间数据的变长记录的管理，由于由数据库软件商进行扩展，效率要比前面所述的二进制块的管理高得多。但是它仍然没有解决对象的嵌套问题，空间数据结构也不能由用户任意定义。 （四）面向对象空间数据库管理系统 面向对象模型最适应于空间数据的表达和管理，它不仅支持变长记录，而且支持对象的嵌套、信息的继承与聚集。面向对象的空间数据库管理系统允许用户定义对象和对象的数据结构以及它的操作。这样，我们可以将空间对象根据需要，定义出合适的数据结构和一组操作。这种空间数据结构可以是不带拓扑关系的面条数据结构，也可以是拓扑数据结构，当采用拓扑数据结构时，往往涉及对象的嵌套、对象的连接和对象与信息聚集。 但由于面向对象数据库管理系统还不够成熟，价格又昂贵，目前在GIS领域还不太通用。相反基于对象一关系的空间数据库管理系统将为GIS空间数据管理的主流。试述地图的基本特征、分类及基本内容。地图是根据一定的数学基础，将地球上的自然和社会现象，通过制图综合，缩小反映在平面上，以反映各种现象的空间分布、组合、联系、数量和质量特征以及发展变化。基本特征如下：1) 由特殊的数学法则产生可量测性：地图投影、地图比例尺、地图定向（确定地图图形的方向，以确定地理事物的方位）。2) 由使用了地图语言表示事物所产生的直观性：地图语言包括符号和注记两部分。由于使用了地图语言，实地上轮廓复杂、小而重要、被掩盖了的地物都可表示出来，事物的性质、数量以及无形的自然和社会现象都可以表现出来。3) 由实施了制图综合产生的一览性：通过有目的选取和化简，在缩小了的地图上仍能表示制图对象主要的、实质的特征和分布，将制图的目的和读者感兴趣的内容，一览无遗的展现出来。地图的类型：1) 按地图表示的内容分类：分为普通地图和专题地图。普通地图按比例尺分类：分为大比例尺、中比例尺、小比例尺地图。专题地图：根据专业需要，突出反映一种或几种主题要素的地图。可分为：自然地图、人文地图、其他专题地图。2) 按包含的区域范围分：世界地图、大陆地图、自然区域地图及各个级别的政区图。3) 按地图用途分：通用地图，专用地图。4) 按使用方式分：桌面用图、挂图、野外用图。5) 按存储介质分：纸质、胶片、丝绸、电子地图。6) 按其他标志：如按照颜色（单色地图）、外形特征（三维地图）、感受方式（盲人地图）、结构（地图集）。地图的基本内容：1) 数学基础：控制点（平面控制点和高程控制点）、坐标网（经纬网和方里网）、比例尺和地图定向（通过坐标网的方向体现）。2) 地理要素：普通地图上要表现的是基本自然和人文要素，分为独立地物、居民地、交通网、水系、地貌、土质和植被、境界线。专题地图上要表达的是地理基础要素和主题要素。3) 整饰要素：是为方便使用而附加的文字和工具性资料，如图名、图廓、图例、图解、编图单位等。3. 什么是国家基本比例尺地图？我国1比100万、50万、25万、10万、5万、2.5万、1万、5千这8种比例尺的普通地图，是由指定的国家机构和其他公共事业部门按照统一的规格测定和编制的。其中1比5万及更小比例尺的地图布满整个国土，1比2.5万地图覆盖发达地区，1比1万及更大比例尺分布在重点地区，它们统称国家基本比例尺地图。试述电子地图和数字地图的区别及联系？数字地图，即存储于计算机可识别的介质上，具有确定的坐标和属性，按特殊的数学法则构成的地理现象离散数据的有序组合。电子地图，即数字地图经过可视化处理在屏幕上显示出来的地图，一般地意指多媒体地图，是可交互、多功能的空间信息多媒体集成地图。数字地图是以数字形式存储在磁带，磁盘，光盘等介质上的地图。 只有在电子制图系统的支持下，将“数字地图”视觉化后才成为“电子地图”。通过打印机或者绘图机视觉化，则“数字地图”就成为传统的“模拟地图”。因此在电子制图系统中，“数字地图”是“电子地图”的数学基础，是存储方式；“电子地图”是“数字地图”的视觉化，是应用方式。数字地图强调地图的实质和存在形式是数字式的。电子地图强调地图的表象和主要表现形式。地图分幅有哪些？各有什么优缺点？分为矩形分幅和经纬度分幅。1) 矩形分幅：相邻图幅的图廓线都是直线，分幅的大小可以根据图纸规格、用户方便等需要确定。优点图幅拼接方便；各图幅面积相对平衡，方便图纸使用和印刷；图廓线可以防止分割重要地物。缺点制图区域只能一次投影，变形较大。2) 经纬度分幅：图廓线有经纬网构成，大多数情况图幅表现为梯形。优点图幅有明确的地理范围；制图区域多次投影，变形较小。缺点图幅拼接不便；各图幅面积不平衡，不利于图纸使用和印刷；图廓线不能防止分割重要地物。地图成图的方法有哪些？两种：实测成图和编绘成图。1) 实测成图又分为野外实测地图航测法成图。l 野外成图利用测量仪器，对地球表面的局部地表、地貌的空间位置和几何形状进行量测，按一定的比例尺缩小绘制成图。而当前的数字测图系统是以计算机为核心，在计算机软硬件的支持下。通过全站仪对地形空间数据采集，记录在可移动电子记录设备上，将数据输入计算机进行图像编辑、处理，在输出设备上就可以输出标准的地形图。l 航测成图，即利用航空影像来测制地图。全数字摄影测量系统首先将影像数字化，然后运用计算机对数字影像处理和加工，获得所需要的图形和数字信息，在绘图仪上输出地图。2) 编绘成图：根据各种制图资料实测地形图、统计资料、航卫片、政府报告、考察资料、草图等编制成用户需要的各类地图。计算机制图的基本过程？以计算机及有计算机控制的输入输出设备为主要工具，通过数据库技术和数字处理方法实现的地图制图统称计算机制图。1) 地图设计：收集资料；确定地图投影和比例尺；选择地图内容和表示方法；图面整饰和色彩设计；确定使用的软件和数字化方法；最后成果是地图设计书。2) 数据输入：将制图的图形、图像、统计数据转换成数字形式，以数据库的形式记录在计算机介质上供调用。3) 数据处理：通过软件对数据进行选取、编辑、变换、选色、配置符号和注记等。4) 图形输出：将数字地图变成可视化的模拟地图的形式。第二章 地图学试述地图学的核心内容、（现代）地图学的基本特征和发展趋势。地图学是研究地理信息的表达、处理和传输的理论和方法，是以地理信息可视化为核心，探讨地图的制作技术和使用方法。地图学核心内容：1) 理论地图学：地图学理论基础；2) 地图制图学：地图编制方法与技术；3) 应用地图学：地图应用原理与方法。现代地图学基本特征：1) 多学科跨越；2) 横断学科（系统论、信息论、传输论）为地图学现代理论提供了支持；3) 地图生产、研究和应用上的计量化；4) 以计算机为主体的电子设备的应用。地图学发展趋势：6) 模拟地图向数字地图的转移；7) 制图向制图、用图并重转移；8) 品种单一向产品多样化转移；9) 信息传输向地理深加工转移；10) 二维静态地图向三维动态地图转移；11) 地图产业化。第三章 地图投影基本理论1. 地图投影变形表现在几个方面？为什么说长度变形是主要变形？投影的概念：建立地球上的点与平面上的点之间的函数关系。变形的产生是由于地球椭球体是一个不可展开的曲面决定的。变形类型表现在长度、面积、角度上。在同一投影中，不同位置上的长度比和面积比数值一般不是固定的。它们的变形公式为如下：长度比：=dsds，长度变形：v=-1。面积比P=dFdF，面积变形：vp=P-1。角度变形：-各种变形均可以用长度变形来表达。如果一点上变形椭圆主方向上的长度比能确定，则微分椭圆的大小及形状即可确定，因此长度变形是各种变形的基础。2. 什么是长度比、长度变形？什么是面积比和面积变形？什么是角度变形？长度比:地面上微分线段投影后长度与它的固有长度之比。面积比:地面上微分面积投影后长度与它的固有面积之比。角度变形：某一角度投影后角值与它在地面上固有角值之差的绝对值。长度比：=dsds，长度变形：v=-1。面积比P=dFdF，面积变形：vp=P-1。角度变形：-3. 什么是主比例尺？什么是局部比例尺？一般地图上所标示的比例尺属于那一种？如何正确使用它们？ 主比例尺：将地球按照一定的比率缩小而表示在平面上，这个比率即为主比例尺；主比例尺只有在计算地图投影时用的。局部比例尺：除了保持主比例尺的点线外其他的比例尺，根据投影形状、投影种类、线段方向和位置而变化；通过某些方法得到的采用复杂的图解比例尺进行局部地区量测的这类比例尺就是局部比例尺。4. 地图投影如何分类？1) 按投影的变形性质：等角、等面积、任意（等距离）2) 按辅助投影面的类型：方位、椭球、圆锥3) 按辅助投影面和地球体的位置关系：正轴、横轴、斜轴4) 按辅助投影面与地球体相切或相割的关系：5. 什么是主方向？答：投影后仍然保持正交的一对线的方向。6. 什么是变形椭圆？为什么说变形椭圆能够显示投影变形的性质与大小？答：变形椭圆的概念。根据圆的方程式、主方向长度比的变形比例和椭圆的方程式，可以得到微分圆投影到平面上一般就成为一个微分椭圆。第四章 地图投影1. 说明方位投影的投影表象及变形规律1.方位投影的概念。2.投影后的表象：投影后纬线为同心圆，经线为交于一点的直线束。经线间的夹角没有变形。方位投影后的坐标和变形情况取决于纬度。3.非透视投影：l 等角方位投影：微分面积形状相似，主方向长度比相等，其他方向上a、b值相等。l 等面积方位投影：投影后面积比P=1.l 等距离方位投影：沿垂直圈长度比等于1.4.透视投影：透视投影中，视点通常位于处于垂直于投影面的地球直径或延长线上。视点在直径上的移动不影响投影后的表象，仅是比例尺发生变化。如正射投影、外心投影、球面投影、球心投影。5.投影变形规律：l 正轴投影中，主方向变形仅是纬度的函数，l 在横轴和斜轴投影中，沿垂直圈和等高圈的长度比仅是天顶距z的函数。因此，该投影适用于圆形轮廓地区的制图投影。在两极地区，适用于正轴投影， 赤道附近。l 在切方位投影中，切点Q上没有变形，随着远离Q点变形逐渐增大；l 在割方位投影中，所割小圆上等高圈的长度比为1，其他变形至所割小圆向内与向外增大。6.各种投影的特殊应用l 等角投影：工程和科学方面解算三角问题l 等距投影：在南北极图采用正轴等距方位投影；也可制作以特定点为中心的斜抽等距方位投影，以让指向该特殊地点的任何方位和距离都是正确的。l 外心投影：进行空间相片的数学模型解算，空间透视。l 球心投影：任何大圆投影后都为直线，可用于航空和航海制图。在地图上只要找到两点并进行连线，则该线段与经纬度的交点就是地球上可以经过的大圆航线。2. 墨卡托投影具有什么特征和用途墨卡托投影为正轴等角圆柱投影。具有等角航线的特征。该等角航线是地面上两点之间的一条特殊的定位线，是两点间同所有经线构成的相同方位角的一条曲线。理论上只要按照等角航线航行，可以不改变某一固定方位角而到达终点。3. 说明正轴圆锥投影的投影表象、变形规律，并用椭圆来显示在切和割投影中不同性质圆锥投影的变形规律。为什么说圆锥投影适合用于编制中纬度沿东西方向延伸地区的地图？正轴圆锥投影表象：投影后纬线为同心圆圆弧，经线为相较于一点的直线束。规律：1) 在标准纬线相同的情况下，变形只与纬度相关，同一纬度上的变形是相等的。2) 离开标准纬线越远，变形则越大，并至标准纬线向北增长快，向南增长慢；沿经线长度比的相差程度较小，沿纬线长度比的相差程度较大，。3) 在双标准纬线投影中，标准纬线长度比等于1，在标准纬线间的长度比小于1，标准纬线外的长度比大于1。在标准纬线相同的情况下：1) 等角圆锥投影：角度没有变形，经纬线长度变形一致，面积比为长度比的平方；2) 等面积圆锥投影：面积没有变形，但角度变形较大，沿经线长度比与沿纬线长度比互为倒数；3) 等距离圆锥投影：变形介于上述两者之间，沿经线长度比等于1，沿纬线长度比等于面积比。适合用于编制中纬度沿东西方向延伸地区的原因：广大地区就处于中纬度；投影经纬线形状简单，制图方便；使用和量算方便，容易改正变形。试述高斯投影的投影条件、变形情况和用途。通用墨卡托投影与高斯投影相比，有哪些优点？它们之间的关系如何？等角横轴椭圆柱投影：将椭圆柱套在地球椭球体上，并与某一子午线相切（该子午线即为中央子午线），椭圆柱中心轴位于椭球赤道面上，再将中央经线东、西一定经差范围内的经纬线交点投影到椭圆柱面上，并将椭圆柱面展开为平面。投影条件：1) 中央经线和赤道投影后互为垂直线，且为投影对称轴；2) 中央经线上没有长度变形；3) 投影具有等角性质。变形情况：1) 中央经线上没有任何变形，除中央经线外，其他任何点上的长度比都大于1，长度比的等变形线平行于中央子午线；2) 具有等角性质，面积变形是长度比的平方；3) 同一纬度上，离中央经线越远，面积变形越大，最大值位于投影带的边缘；4) 同一经线上，纬度越低，面积变形越大，最大变形位于赤道上；高斯克吕格投影采用分带投影的方法控制变形。我国1:2.5万-1:50万基本比例尺地形图采用6分带, 1:1万及大于1:1万的图采用3分带。1) 6分带法:从格林威治零度经线起,每6分为一个投影带,全球共分为60个投影带,东半球从东经0-6为第一带,中央经线为3,依此类推,投影带号为1-30。;西半球投影带从180回算到0,编号为31-60。2) 3分带法:从东经130起,每3为一带,将全球划分为120个投影带, 东西半球各有60个投影带。3) 我国规定将各带纵坐标轴西移500公里,即将所有y值加上500公里,坐标值前再加各带带号以18带为例,原坐标值为y=243353.5m,西移后为y=743353.5,加带号通用坐标为y=18743353.5 。用途：作为我国地形图1：50万、20万、10万，5万，2.5万、1万的更大比例尺地形图的投影。两者比较：通用墨卡托投影与高斯投影几乎一样；通用墨卡托投影是横轴等角割圆柱投影，割于地球两条等高圈，投影后的两条割线上没有变形，中央经线上长度比小于1.4. 试述正轴圆柱投影的投影表象和经纬网分布情况，显示不同性质圆柱投影的区别。在等角切圆柱投影中选择某一条经线，在上面画出不同维度的变形椭圆。圆柱投影可以看成是圆锥投影的特殊情况。投影后其经纬线投影后相互垂直，都为平行直线。正轴圆柱投影：1) 变形变化以赤道为对称轴，随南北半球纬度变化而变化，等变形线与纬线相合，成为平行直线。2) 在切圆柱投影中，赤道上没有变形，变形随南北半球纬度增加而变大；3) 在割圆柱投影中，在两条标准纬线上没有变形，变形至两条标准纬线向内和向外而变大；4) 斜轴或者横轴圆柱投影：在所切大圆（所割小圆）上没有变形。变形沿着等高圈的（向内和向外）增加而变大；5) 适用于低纬度沿经线延伸的地区。第五章 地图投影转换选择地图投影的一般原则？制图区域：制图区域位置（极地、中纬度 、赤道分别采用方位、圆锥和圆柱投影）；制图区域面积大小（大的区域受投影变形的影像很大）；制图区域形状（东西延伸，南北延伸如何选择）。地图用途：对于面积不变形、长度不变形、角度不变形的要求；这些内容都制约之地图的量测精度。地图投影特点：变形性质（面积不变形、长度不变形、角度不变形的要求）；变形大小和分布规律（变形大小符合地图精度要求，制图区域应按照有利于变形最小的方向延伸）；地球极点的表象；特殊线段的形状。地图投影变换有哪些方法？地图投影变换概念。 解析变换法1.反解变换法：通过中间过渡的方法，解出原地图投影点的地理坐标，带入到新的投影中求得其坐标， x，y ， X，Y 2.正解变换法：直接引出两种投影点的直角坐标关系式。3.综合变换法：根据源投影点坐标x反解出纬度，然后根据、y而求得新投影点的坐标值。 x ，y X，Y 数值变换法：在原始资料投影方程式未知的情况下，利用两种投影的若干离散点，采用逼近多项式来建立投影之间的联系。X=i，j=0ai，jxiyjY=i，j=0bi，jxiyj上述公式至少选择10个点以上，根据最小二乘法原理，新投影和真值之差的平方和最小，对真值之差公式求一阶导数等于0，即可得到2个方程组，分别求出ai，j和bi，j的值。数字-解析变换法：当原始资料的投影方程式未知，而新图投影方程式已知时，量取原始资料图上的直角坐标值，=i，j=0ai，jxiyj=i，j=0bi，jxiyj带入上式的最小二乘一阶导数，得到中间值地理坐标，再将该地理坐标通过反解数值变换带入已知新图的投影方程式即可。第六章 地图数据什么是地理变量？有哪些基本类型？对地理事物的定量和定性描述就是地理变量。地理变量分为空间数据（描述地理事物的空间形状和位置）和属性数据（性质、类型、数量）。基本类型有：点（点状事物的位置和性质）、线（用坐标串表示，描述类型、等级和宽度）、面（区域范围内的事物，用封闭的线性数据描述其位置和形状）、体（在面的基础上加上第三维的信息）。地理变量按数据的不同精度程度如何划分量表系统？各种量表系统之间如何转换？按照数据不同的精确程度对数据进行划分：1) 定名量表：定性、分布和种类划分的描绘；2) 顺序量表：对制图物体或者现象排序，表现出一种相对的等级，但是不能产生数量的概念；3) 间隔量表：给顺序量表赋予量的概念，对顺序增加距离信息；4) 比率量表：是一种完整定量化方法，可以描述客体的绝对量。 地图制图数据的主要来源有哪些类？它们在制图中各起什么作用？主要来源于地图资料、影像资料、统计资料和各种文字资料。1) 地图资料：地形图，作为基础底图。各种专题图，专题信息详细真实。全国性的指标图，确定各要素选取指标的重要依据。国界样图：规定的行政取界的严格方位和表现方法。2) 影像资料：是制作大比例尺地图和更新地图的基本依据。卫片，航片，是快速获取和研究地面动态变化的优良依据。地面摄影相片，研究事物特征和美化图面。3) 统计资料：各级政府的各部门（统计部门）的统计资料，是统计地图的基本依据。4) 文字资料：地理考察资料，有对制图目标详细具体的描述。各种区划资料，附有各种专题信息调和专题图。政府报告和报刊消息，表明重要事物、事件的位置、等级、特征和变化。各种地理学文献，是了解制图区域地理情况的良好依据。1. 地图数据加工有哪些类型？来源不同的数据转换成可比数值：转换为相同单位；转换为无量纲；转换为同一时间。将统计数据加工为派生的制图数据：派生数据多表示两组或两组以上数据之间的关系。表现为：1) 平均值（算术平均值和加权平均值）；2) 比率（两个现象之间的比值）；3) 比例（单个现象同总数之比）；4) 密度（单位面积内的平均值）；5) 位能（任何点的能值与相邻各点的数量和能值成正比，与离它们的距离成反比）。2. 为什么要进行数据分级（重要性如何体现）？如何进行分级（分级的原则是什么）？为了表现现象的发展水平和群集性特点，给读者更加直观的信息，而进行数据分级，它也是将比率量表转换成间隔量表的过程。分级加工时的重要任务是找出关键临界值，以增强同级数据的一致性和不同级别之间数据的差异性。步骤包括：1) 确定分级数量和表现方法：要使读者顺利辨认数据之间的区别，又不至于分级过细，失去分级的意义。一般不要超过7级。可以通过颜色（最多为5级，如果有两种颜色就可分为7级）、艺术符号（3级）、几何符号（5级）、统计图表（粗略分为3级，不要超过7级）等方法进行；2) 标定分级界线：设定好每个分级的左闭右开的数值区间。什么是图形数据？什么是矢量数据？什么是栅格数据？它们的优缺点？它们之间如何转换？图形数据是表示地理物体的位置、形状、大小和分布等特征的数据。图形信息的重要性：空间定位、空间量度、空间结构（相互关系）、空间聚合（空间数据与专题信息的结合）。矢量数据：代表地图图形的各离散点在坐标平面上的有序集合。介绍一下点线面如何用坐标值表示（简单）。编码方式：l 坐标序列法：是由多边形边界的x,y坐标对集合及说明信息组成，是最简单的一种多边形矢量编码法，文件结构简单，但多边形边界被存储两次产生数据冗余，而且缺少邻域信息；l 树状索引编码法：是将所有边界点进行数字化，顺序存储坐标对，由点索引与边界线号相联系，以线索引与各多边形相联系，形成树状索引结构，消除了相邻多边形边界数据冗余问题；l 拓扑结构编码法是通过建立一个完整的拓扑关系结构，彻底解决邻域和岛状信息处理问题的方法，但增加了算法的复杂性和数据库的大小。栅格数据：栅格结构是以规则的阵列来表示空间地物或现象分布的数据组织，组织中的每个数据表示地物或现象的非几何属性特征。栅格数据的取值方法1) 中心点法：2) 面积占优法：3) 长度最占优法4) 重要性法编码方法：链码（弗里曼链码）：由某一原点开始并按某些基本方向确定的单位矢量链。基本方向可定义为：东0，东南1，南2，西南3，西4，西北5，北6，东北7等八个基本方向。如果再确定原点为像元（10，1），则该多边形边界按顺时针方向的链式编码为：10，1，7，0，1，0，7，1，7，0，0，2，3，2，2，1，0，7，0，0，0，0，2，4，3，4，4，3，4，4，5，4，5，4，5，4，5，4，6，6。其中前两个数字10和1表示起点为第十行第一列，从第三个数字开始每个数字表示单位矢量的方向，八个方向以07的整数代表。l 直接栅格编码l 游程长度编码通过记录行或列上相邻若干属性相同点的代码来实现；l 块码是有成长度编码扩展到二维的情况，采用方形区域为记录单元；l 四叉树编码是最有效的栅格数据压缩编码方法之一，还能提高图形操作效率，具有可变的分辨率。介绍一下点线面如何用栅格表示（简单）。两者比较矢量数据：l 优点：数据结构紧凑、冗余度低，有利于网络和检索分析，对于拓扑关系的搜索则更为高效；图形显示质量好、精度高。l 缺点：数据结构复杂，多边形叠加分析比较困难。栅格数据l 优点为：数据结构简单，便于空间分析和地表模拟，现势性较强；在坐标位置搜索、计算多边形形状面积等方面栅格结构更为有效，而且易于遥感相结合，易于信息共享。l 缺点：数据量大，投影转换比较复杂。矢量数据的栅格化1) 点的栅格化：即将点的x、y坐标转换为行列号I、J的过程。I=1+Y0-YDY, J=1+X-X0DX2) 线的栅格化：将线段的首末两点栅格化；如果行数大于列数，则逐行求出本行中心线与过这两个端点的直线的交点：Y=Y中心线，X=Y-Y1X2 -X1 Y2-Y1 +X1 如果列数大于行数，则逐列求出本列中心线与过这两个端点的直线的交点：X=X中心线，Y=X-X1Y2-Y1 X2 -X1 +Y1 3) 面的栅格化（以配对法为例）：n 约定面域的外围轮廓按顺时针方向组织，内部轮廓按照逆时针方向组织；n 处于上升处的象元标上L，下降的象元标上R；n 逐行扫描，从左到右将每行中的L和R配对，在L-R之间的象元填上代表该多边形面域的特定灰度值。栅格数据的矢量化1) 点的矢量化X=X0+(J-0.5)*DX, Y=Y0-(I-0.5)*DY2) 线的矢量化 线状栅格影像细化，提取中轴线（边缘跟踪剥皮法）： 以某一边缘像素A为中心点开始，围绕着其八个邻居顺时针搜寻，凡是最后检测到的、非起始检测点上的要素上的像素，就是被跟踪到的新的边缘点；如果检测某个象元B时邻居的联通象元集合多于1个，则该象元B不能被删除，否则可以删除； 依此方法搜索下去，直到回到最初的像素A； 对所有打上删除标记的栅格的灰度值赋值0，标记为保留的栅格的灰度值赋值1，就完成了一次细化； 如果在这次细化中有像素被删除掉，就要再执行一次细化，直到最后一次细化过程没有像素被删除。 将中轴线矢量化： 从第一列起由上至下搜寻起始中心栅格； 以找到的栅格为中心，从上一邻居开始做顺时针搜索，判断其八个方向上的邻居内容，把首先搜索到的灰度值为1的邻居作为前进方向上的下一个中心栅格C，将栅格坐标转换为直角坐标并存入数组，将该栅格C灰度值清零； 重复第一、二步，当八方向的邻居都无值或已经到了边界，该曲线的跟踪完毕。 重复第三个步骤，直到所有栅格灰度值都为0.3) 面的矢量化用上面的算法将面的边界线进行矢量化即可。什么是属性数据？属性数据在地图制图中起到什么作用？即专题属性和质量描述数据。表现了地理物体的本质特征和相互区别的准绳。通常都包括特征码。第七章 地图符号地图符号的实质和基本功能？J人们用符号对错综复杂的客观世界进行归纳整理和抽象，以简单符号形象进行表现世界。实质以其视觉形象指代抽象的概念。具有明确直观、形象生动的特点。地图符号用以表达世界，人们通过地图符号作为直接认识对象而从中获取信息、知识、认识世界，具有读和写两种功能。地图不是各个孤立的符号，而是各种符号按照一定的规律组织起来的有机信息综合体，是一个可以深刻表现客观世界的形象模型。地图符号的分类？地图类型、内容的扩展和形式的多样化，地图符号在不断变革、补充、完善。1) 按符号所表现的制图对象的几何特征分类：点线面。 点是以点的概念定位，而不具有实地的面积意义；线是在一个延伸方向上有定位意义，而不管其宽度。点和线可以是精确的，也可以是概括的；面具有实际的二维特征，面积形状与其所代表的对象实际面积形状一致。2) 按照与地图比例尺的关系分类：依比例尺，半依比例尺，不依比例尺。它们与地物的大小和比例尺的大小有关。一般来说，面状符号是依比例尺，线状符号是半依比例尺，点状符号是不依比例尺。随着地图比例尺的缩小，不依比例尺符号将增加。3) 按照符号表示的地理尺度分类：定性符号、等级和定量符号。 定性符号反映对象性质上的区别；定量符号在图上给出一个比率关系；等级符号表现事物顺序关系。4) 按照符号的形状特征分类：几何（基本图形构成的简单记号性符号）、艺术（相似性强、艺术性强的符号，分为象形和透视符号）、线状、面状（各类结构图案或颜色构成的面积符号）、图表（反映对象数量概念的定量符号）、文字（说明性定位符号）、色域符号。地图符号的基本视觉变量有哪些，视觉变量的扩展有哪些？视觉变量概念：能引起视觉差异和色彩变化的因素。功能：描述事物性质、特征。基本视觉变量：1) 形状：符号的外形。对于点，可以是几何、艺术符号，规则和不规则的符号；对于线，是那些构成线的基本点状符号；面没有形状变化。是产生符号视觉差异的最主要因素之一。2) 尺寸：符号的大小或者高、宽等。线状符号的尺寸由构成它的点控制；与面积符号范围轮廓无关。3) 方向：点状符号或线状符号构成元素的方向。面状符号本身没有方向，可由内部填充的符号表达方向。4) 明度：物体颜色色调的相对明暗程度。在面状符号中应用广泛。5) 密度：像素的尺寸和数量。可以通过放大和缩小的方式体现。6) 结构：符号内部像素组织方式。7) 颜色：明度、色相和饱和度。8) 位置：物体的坐标和地理排序。为了加强阅读效果，常使用多种视觉变量进行联合应用。视觉变量的扩展：、时长（符号状态持续的时间，可以用“帧”的概念） 、变化速率（符号状态改变的速度，是哪些视觉变量改变？）、变化次序（符号状态出现的时间顺序）、节奏（符号周期性变化规律的描述）。1. 视觉变量与视觉感知之间的关系？视觉变量提供了符号辨认的基础，各种视觉变量引起的心理反映不同，产生了不同的感受效果。1) 整体感和差异感：整体感通过视觉变量之间的差异和构图完整性来实现。差异感通过多个符号各部分的差异体现。要根据地图用途和主题，表达和谐的视觉感受和分类、分级的效果。2) 等级感：主要有尺寸、明度表达一种有序的级别感觉。3) 数量感：从图形对比中获得具体差值的感受效果。4) 质量感：通过形状、颜色和机构产生不同类别的感知效果。5) 动态感：一些视觉变量有规律的排列和变化引导视线产生运动感觉。6) 立体感：通过适当的构图手段使图形产生三维空间的视觉效果，包括线性透视、结构级差、光线变化，色彩空间透视。制图对象的特征？不同的制图对象的不同特征需要用不同的方法描述。制图对象的基本特征是：1) 定位特征（位置和空间范围）、2) 时间特征（确定时段对象的质量或数量标志，反映地对象的发展和变化趋势）、3) 性质特征（反映对象的类别，属于定名量表）、4) 数量特征（数量关系和数量大小，属于间隔和比率量表）、5) 空间结构特征（外部轮廓和内部结构）、6) 关系特征（拓扑关系，类别关系，从属关系，层次关系）。使用点、线、面如何表达制图对象的性质、数量和关系特征？1. 点线面对制图对象性质的表达方式：n 点：以符号个体表现对象的整体形象，因此形状变量是表现性质差异的最主要因素。如艺术符号、几何符号、文字符号等。n 线：一般通过形状、颜色和结构表达延伸的象征性意义。线状符号的分类中长包括等级差别，所以也需要尺寸与颜色等变量配合使用。n 面：面状连续分布还是离散分布的一定范围的现象，使用范围内的基本图形的形状、结构方向表示，也可以使用面域颜色等变量描述面积范围的属性差异。2. 点线面对制图对象数量的表达方式：数据表达的两种方式分级处理和非分级处理。尺寸是准确表现数值关系的唯一有效变量，而表现数据量