第八章-现代地图制图技术word版

第八章 现代地图制图技术本章要点掌握计算机地图制图的基本原理掌握计算机地图制图的过程。认识地图数据的组织结构。掌握电子地图的一般知识。了解遥感和GIS的一般知识。2学时（1）计算机地图制图的定义是什么？计算机地图制图系统由哪三个部分组成？计算机地图制图的基本原理是什么？计算机地图制图的技术基础是什么？计算机地图制图由哪些硬件构成？有哪些常用软件？扫描数字化仪是如何实现数字化的？激光打印机与喷墨打印机有什么不同？如何选择不同的输出设备？计算机地图制图有什么特点？2学时（2）地图数据的类型哪几种？空间数据的定义是什么？它可分哪几种类型？矢量数据的结构是怎样的？栅格数据是如何表示的？它们各自有什么优缺点？什么是非空间数据？计算机地图制图的基本过程包括哪四个部分？计算机地图制图相对传统制图的编辑准备有什么不同？什么叫地图数字化？目前数据获取的方法主要是什么？2学时（3）什么是扫描数字化？什么是扫描矢量化？地图矢量化有哪几种方式？什么是数据处理与编辑？它的主要内容是什么？什么是地图图层？地图数据采用图层管理的意义是什么？什么是图形输出？它的目的是什么？有哪几种输出方式？选择不同输出方式的依据是什么？结合某一具体应用，阐述计算机制图的基本过程。电子地图的概念是什么？其特点是什么？它有哪几种类型？2学时（4）什么是遥感专题制图？什么是遥感图像的空间分辨率？遥感图像解译有哪几种方法？什么是影像地图？地理信息系统包括哪四个部分？地理信息系统与计算机制图系统的区别是什么？地理信息系统与地图、地图学的关系是怎样的？常用的地理信息系统软件有哪些？第一节 计算机地图制图概述 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、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、软件和数据。一、计算机地图制图的产生与发展1、试验探索阶段：20世纪50年代初期2、发展阶段： 20世纪70年代3、应用阶段： 20世纪90年代二、计算机地图制图的基本原理 关键是把地图图形转换成计算机能识别处理的数字，即把空间连续分布的地图模型转换成为离散的数字模型。 地图上所有要素都可理解为点的集合，因此把地图上所有要素都转换成点的坐标，这样就实现了地图内容的数字化，构成了地图数字模型。 计算机地图制图的基本原理就是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。三、数字地图制图的技术基础 计算机图形学(Computer Graphics)是研究如何应用计算机生成、处理和显示图形的一门学科。 数据库技术（Data Base)建立、使用、修改数据库中的数据。 数字图像处理技术 Digital Image Manipulation 地图概括自动化技术 多媒体技术（Multimedia)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。四、计算机地图制图的特点（1）计算机地图制图易于校正、编辑、改编、更新和复制地图要素。（2）用数字地图信息代替了图形模拟信息，提高了地图的使用精度。（3）数字地图的容量大，可以包含比一般模拟地图多得多的地理信息。（4）增加了地图的品种，拓宽了服务的范围。（5）计算机制图不仅减轻了作业人员的劳动强度，而且减少了制图过程中人的主观随意性，这就为地图制图的进一步标准化、规范化奠定了基础。（6）加快了成图速度，缩短了成图周期，改进了制图和制印的工艺流程。（7）地图信息能够进行远程传输。第二节 计算机地图制图软硬件配置 计算机硬件地图数字化输入设备地图输出设备 计算机软件一、计算机地图制图的硬件配置计算机硬件设备 输入、输出设备： 键盘、鼠标、跟踪数字化仪、扫描数字化仪、数码照相机、GPS等。喷墨打印机、激光打印机、激光照排机等。1、 跟踪数字化仪2、扫描数字化仪 将原图分解为许多很小的栅格像元，并能把每一像元的地图图形转换成数字，从而达到数字化的目的。 扫描精度：也称光学分辨率，取决于单位长度的光学元素数量，用dpi(dots per inch)表示。3、打印机 是在纸上输出文字和图形的设备，是栅格输出设备。激光打印机的特点是分辨率高，噪声小；喷墨打印机有黑白和彩色两种，其中彩喷采用黄、品红、青、黑四色输出。 打印机的分辨率用每英寸线上的墨点（dot per inch简写为 dpi）表示。4、激光照排系统（电子排版系统） 激光照排技术，就是将文字通过计算机分解为点阵，然后控制激光在感光底片上扫描，用曝光点的点阵组成文字和图像。 其诞生，给出版印刷行业带来了一次革命性的变革。使用它不但可以避免铅字排版的低效益和对工人的健康伤害，其好处还在于它的易改动、成本低和效率极高等特点。1992年1月21日，北大方正彩色出版系统在澳门日报投入生产性使用。2002年2月1日，王选教授荣获2001年度国家最高科学技术奖。二、计算机地图制图的软件配置 软件的一般结构可分为以下几个部分：地理资料输入软件、地理信息分析软件、图形输出软件。 主要软件产品有：国内有SUPERMAP、MAPGIS、GEOSTAR、方正智绘等；国外有ARCGIS、ARCVIEW、MAPINFO、MGE、GEOMEDIA等。 电子出版系统软件有：Photoshop、Coreldraw、Freehand、Pagemaker 飞腾等。第三节 空间数据与非空间数据结构根据地图数据所反映的信息以及地图实体和属性的概念，可将地图数据分为空间数据和非空间数据两种结构类型。一、空间数据及其结构空间数据用来表示物体的位置、形态、大小、分布等各方面信息，是对现实世界中存在的具有定位意义的现象的定量描述。空间数据格式有矢量结构和栅格结构1、矢量数据（图形数据） 矢量数据的基本要素为点、线、面。表达地图要素的图形都可以看作是点的集合。 用矢量结构表示空间数据时常用的表示方法是：在点数据上给出表示其位置的坐标值，如x、y平面坐标等；线段定义为两个端点范围内的点组；面定义为构成其边界的线段组，然后加上表示这些点、线、面属性的特征码。2、栅格数据（图像数据） 栅格数据表示方法是：将空间分割成有规则的格网，在各个格网给出相应的属性。 其最小单元为像元（Pixel)。像元的灰度值可用于描述客观世界中存在的现象。栅格数据的数据结构实质是像元阵列。每个像元由行列号确定其位置，且具有表示实体属性的编码值。分辨率：每单位长度上的像素叫做图像的分辨率。分辨率=像素数 / 图像线性长度用“每英寸的像素数”（pixels per inch 简写为 ppi)来定义。图像总像素=图像长*宽*分辨率23、矢量数据和栅格数据比较 矢量格式数据量小，图形精度高，但获取昂贵，数据共享不易实现；栅格格式数据量大，图形精度低，但获取便宜，数据共享容易实现。 在特定的轶件支持下，矢量数据和栅格数据之间，可以相互转化。二、非空间数据结构空间数据主要包括专题属性数据、质量描述数据、时间因素等有关属性。又称地图属性数据。它是对空间信息的描述，反映空间实体的本质特性。典型的属性数据有：空间实体的名称、类型和数量特征（长度、面积、体积等）。非空间数据的组织模式：1、简单表格数据结构：把数据看成由行和列构成的数据集合。利用属性数据代码与地图中基本要素相连接。其优点是易于编程和系统的转换；其主要缺点在于不能维护数据的完整性。2、关系数据结构：数据也用表格形式组织，但其表格具有更严密的定义。其具有简单、灵活、存储效率高等特点，得到广泛应用。三、地图数据库 地图数据库是计算机制图的核心，也是地理信息系统的重要组成部分。 可理解为以数字的形式把一幅或多幅地图的诸多内容要素以及它们之间的相互联系有机地组织起来，并存储在具有直接存取性能的介质上的一批相互关联的数据文件。第四节 计算机地图制图的基本流程一、编辑准备阶段 收集、分析评价和确定编图资料，选定地图投影、比例尺、地图内容、表示方法等。将地图设计内容数字化，填表。确定地图资料的数字化方法，设计地图内容要素的数字编码系统等。二、数字化阶段 将具有模拟性质的图形和具有实际意义的属性转化为计算机可接受的数字的过程，叫地图数字化。 地图数字化包括栅格化与矢量化。 将栅格数据转换成矢量数据的过程，叫矢量化。 地图矢量化的方法主要采用扫描数字化。扫描数字化：采用高精度扫描仪，将地图扫描后形成栅格数据文件，再利用矢量化软件对栅格数据进行处理，将其转化成矢量图形数据。扫描图像预处理支持彩色和二值图矢量化 图层“图层”是地图数字化和地图图形编辑过程中一个非常重要的概念。将不同图形要素类型分为不同的图层存放。可实现数据共享，便于修改和管理。 分层组织数据的意义：（1）实现地图要素的分层显示；（2）实现GIS多重显示；（3）有利于不同空间地理要素的叠加分析；（4）实现数据共享。三、数据处理和编辑阶段 是指把图形（图像）经数字化后获取的数据编辑成绘图文件的整个加工过程。 包括两个方面：一是数据预处理，即对数字化后的地图数据进行检查、纠正，统一坐标原点，进行比例尺的转换，不同地图资料的数据合并归类等，使其规范化；二是地图数学基础的建立，不同地图投影的变换，数据的选取和概括，各种地图符号、色彩和注记的设计与编排等。四、图形输出阶段 将计算机处理后的数据转换为图形形式，即通过各种输出设备输出地图图形的过程。 或显示在屏幕上，或通过绘图仪打印，或通过照排机输出四色分色胶片，直接制版印刷。第五节 遥感制图 遥感信息是制作地图重要的信息源。主要用于编制各种专题地图，制作影像地图，修编或更新地图。（1）遥感信息覆盖全球；（2）可获得同一地区不同时相的制图信息；（3）可获得不同地区同一时相、波段、比例尺的制图信息；一、遥感原理与图像获取 遥感，就是遥远的感知，即通过非直接接触目标的方式，而能获取被探测目标的信息，并能通过识别与分类，了解该目标的质量、数量、空间、分布及其动态变化的有关特征。 遥感分为：航空遥感和航天遥感。二 遥感专题地图的制作 遥感专题地图制作：是指在计算机环境下，利用遥感资料编制各类专题地图。1. 信息源的选择 空间分辨率：指遥感仪器所能分辨的最小目标的实地尺寸，也就是遥感图像上一个像元所对应地面范围的大小。2. 图像处理 图像预处理（1）粗处理（2）精处理图像增强处理 3. 图像解译 遥感图像解译：就是把栅格形式的遥感数据转化成矢量数据的过程。 目视解译：用肉眼或借助简单的设备，通过观察和分析图像的影像特征和差异，识别并提取空间地理信息的一种解译方法。 计算机解译：是利用专业图像处理软件，实现对图像的自动识别和分类，从而提取专题信息的方法。 三 遥感影像地图及其编制影像地图是以航空或卫星遥感影像直接反映地表状况的地图。第六节 地理信息系统制图一、地理信息系统组成GIS包括四个基本部分：计算机硬件系统计算机软件系统地理数据库系统系统管理操作人员二、地理信息系统的功能数据采集、检验与编辑扫描数据的矢量化和遥感数据的应用是人们所关注的。数据处理 主要包括数据格式化、转换、概括。数据的存储与组织栅格模型（ Raster formats ）、矢量模型（ Vector formats ）、栅格与矢量混合模型是常用的数据组织方式。查询、检索功能 有属性查询、图形查询、关系查询、逻辑查询等。空间分析功能 空间分析是基于地理对象的位置和形态特征的一种空间数据分析技术，其目的在于提取和传输空间信息。通过空间分析可以提示数据库中数据所包含的更深刻、更内在的规律和特征。叠置分析（Overlay）：将同一地区、同一比例尺的两个以上的数据层进行叠置，生成一个新的数据层，让新的数据层的各个目标具有各叠置层目标的多重属性或各叠置层目标属性的统计特征。缓冲区分析（ Buffering ）：根据数据库的点、线、面实体，自动建立其周围一定范围内的缓冲区多边形。网络分析（ Network ）：是对地理网络（如交通网络）、城市基础设施网络（如各种网线、排水管道等）进行地理分析和模型化过程，通过研究网络的状态以及模拟和分析资源在网络上的流动和分配情况，实现对网络结构及其资源等的优化问题。二、地理信息系统的功能 显示功能 计算机屏幕显示，报告、表格、地图等硬拷贝。三、地理信息系统制图地理信息系统与计算机制图的关系（1）GIS是从计算机制图发展而来；而GIS的发展又推动计算机制图的进一步发展；（2）GIS分析功能的优势是计算机制图所不能及的；但计算机制图为GIS时空分布和产品输出提供了先进的手段。地理信息系统与计算机制图的关系（3）其主要区别在于：计算机制图系统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，然而这种属性在地理分析中却是非常有用的、必要的数据。四、GIS与地图、地图学的关系GIS“脱胎于地图”，由地图学到地图学与地理信息系统，是科学的发展规律；地图是GIS的重要数据源，也是GIS产品输出的主要形式。五、常用地理信息系统软件简介ArcGIS ARCGIS是美国环境系统研究所（Environment System Research Institute, ESRI）开发。Arc GIS 9是ESRI在2004年推出，由数据服务器ArcSDE及4个基础框架组成：桌面软件Desktop、服务器GIS、嵌入式GIS和移动GIS。MGE是模块化地理信息系统环境（Modular GIS Environment ）的简称，由美国Intergraph公司于20世纪80年代初设计开发。MapInfo是由美国MapInfo公司推出的一个地理信息系统软件。MapGISSuperMap 第七节