计算机地图制图01-绪论

计算机地图制图,地理与环境学院,徐春迪,课程基本情况及要求,(1).成绩评定：课程成绩平时成绩(20%)+实验成绩（20%）+期末成绩(60%)(2).认真撰写实验报告。(3).平时考勤，每缺勤将扣分，如请假需在课前交假条，否则按旷课处理。(4).注意课堂纪律，不要迟到、早退；上课时请注意听讲，不要随便说话。(5).课堂对重要内容要记笔记。,参考教材,1计算机地图制图，何宗宜，测绘出版社2Coreldraw地图制图，姚兴海，中国地图出版社3计算机地图制图，艾自兴,武汉大学出版社4地图制图（技师版）,国家测绘局,测绘出版社5地图制图，王琴，武汉大学出版6计算机专题制图，孟万忠，气象出版社7CorelDraw教程8Arcgis入门与精通，牟乃夏，测绘出版社9Arcgis制图与空间分析，王文宇，测绘出版社,第一章绪论,学科范畴,理论地图学地图制图学应用地图学（廖克，2003）,地图学,计算机地图制图,计算机地图制图又称为自动化地图制图或机助地图制图（Computer-AidedCartography，简称CAC）。它是研究以传统的地图制图原理为基础，在计算机软、硬件的支持下，采用数据库技术和图形数字处理方法，实现地图信息的获取、变换、存贮、处理、识别、分析和输出的一门技术性学科。或称数字地图制图（DigitalCartography）。,第一节计算机地图制图原理及特点,1.计算机地图制图的概念,2、计算机地图制图的基本原理,-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。,计算机地图制图的最主要技术：图数转换的数字化技术,生成、处理和显示图形的计算机图形学,数据库技术，地图概括自动化技术，多媒体技术等.,第一节计算机地图制图概念及特点,计算机地图制图的核心问题是：如何使用计算机处理地图信息以满足用户的需要，即解决地图信息如何以数字的形式表示、获取、存储、处理和输出，其实质是从图形（连续）转换为数字（离散），经过一定的处理，然后再由数字转换为图形的过程。,2、计算机地图制图的基本原理,计算机技术之所以能够应用于地图制图，是因为地图本身是按照一定的数学法则，经过科学概括，应用特有的符号系统将地球表面上的景物显示在平面上的一种“图形数学模型”。面对地图，无论其内容多么千变万化，表示方法多么千差万变，图形结构多么复杂多样，总是可以按照几何特征将地图图形划分为三种基本类型图形元素，即“点状图形”，“线状图形”和“面状图形”。,图1-2地图图形的数据表示形式,图形+属性图形决定位置，属性决定符号,支撑计算机地图制图的技术方法主要有:计算机图形图像处理技术、数据库技术、制图综合技术、多媒体技术、虚拟现实技术等；指导计算机地图制图的基本理论主要有:地图信息论、地图信息传输论、地图感受论、地图符号论、地图模型论、地图认知理论、制图综合理论等。,支撑技术,3.计算机地图制图的特点,（1）数字地图易于存贮、复制和远程传输；（2）计算机地图制图的成图周期短，地图数据的编辑、更新、改编方便，提高和改善了地图的适应性、现势性和用户的广泛性；（3）计算机地图制图提高了地图制作与使用的精度，增大了地图信息容量；（4）计算机地图制图技术使地图投影变换和比例尺变换等过程更容易实现；,（5）计算机地图制图技术减轻了制图人员的劳动强度，减少了主观随意性，这为地图制图的进一步标准化、规范化奠定了基础；（6）计算机地图制图技术使地图品种增多，拓展了服务范围（如可以方便地制作三维立体图、地面切割密度图、坡度坡向图等）；（7）计算机地图制图技术简化了地图生产的工艺流程，地图制作者与使用者之间的界限开始模糊。计算机地图制图的根本目标是地图制图专家系统，其实现还需较长时间。,第二节计算机地图制图过程,第二节计算机地图制图过程,(1)编辑准备阶段(2)数据获取阶段(3)数据处理阶段(4)图形输出阶段,计算机地图制图的基本过程,(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；,按计算机地图制图的要求做些特殊的准备工作,例如确定数字化方法、设计数字编码系统、编制或确定制图软件等。,完成计算机制图的编图大纲等。,(2)数据获取阶段,常用的数字化方法有两类：手扶跟踪式和扫描式.相应的数据记录结构：矢量格式和栅格格式。,-将具有模拟性质的图形或图像以及具有实际意义的属性转化为计算机可接受的数字.这一过程称为地图数字化.,1、数据获取阶段,(2)数据获取阶段,(3)、数据处理阶段,地图数据预处理：图形编辑、误差纠正、坐标系变换、投影变换、编码系统转换、数据格式转换、拓扑关系生成、数据的裁剪和拼接、数据压缩等。地图数据处理：数据的选取和概括（地图综合）、空间插值与曲线光滑、空间分析与模型处理、地图数据符号化、地图数学要素的建立、注记及图例配置处理等。,(4)图形输出阶段,-将经计算机处理后的数据转换为图形形式，从而可以在显示器的屏幕上显示、可以存贮在磁盘上,也可以通过绘图仪或打印机以纸质输出.,第三节计算机地图制图系统的构成,一个计算机地图制图系统应具备地图数据输入、处理和输出功能，能根据不同的要求生产相应的数字地图或模拟地图产品。这样的系统由硬件系统、软件系统、地图数据和制图人员四个基本部分组成。其中硬件和软件是系统最主要的部分。,硬件,地图数据,软件,制图人员,一、计算机地图制图的硬件设备,1.计算机硬件设备,包括中央处理器（CPU）、内存储器、外存储器、输入和输出设备等。,一、计算机地图制图的硬件设备,-数字制图的核心设备,任务：数学计算；信息处理；设备控制.,2.地图数字化输入设备,（1）键盘:用于数字、文字的输入.（2）鼠标：用于人机交互操作及屏幕数字化时图形数据的输入.（3）磁盘(软盘、光盘、移动硬盘等)：用于输入已有的地图数据,或接受来自其他设备/仪器的数据(如GPS数据，全站仪测量数据)等.（4）数字化仪(图数转换仪):将地图图形转化成数据,可分为跟踪数字化仪和扫描数字化仪.,第三节计算机地图制图系统的构成,2.地图数字化输入设备,一、计算机地图制图的硬设备,特点:以跟踪单要素线划,记录特征点坐标的形式进行图数转换,能把地图图形转换为以矢量方式表示的数据.,*数字化仪,跟踪数字化仪,组成:电磁感应板、坐标输入控制器、相应的电子电路,A0幅面跟踪式数字化仪,威力手三维数字化仪,有效区域,手扶跟踪数字化仪,标示器,操作平台,接口,标示器,支架,X坐标Y坐标,X行写线,Y行写线,Y脉冲发生器,X冲发生器,时钟脉冲,计数器,数字化仪工作原理,Y脉冲发生器,X冲发生器,时钟脉冲,计数器,特点:将原图分解为栅格像元,并记录每个像元点色彩或灰度值,从而将每一栅格的图形转换成数据.,*数字化仪,扫描数字化仪,组成:平台式扫描仪主要由扫描头和平台组成,滚筒式扫描仪主要由光学扫描头和旋转滚筒组成.,3.地图数字化输出设备,计算机地图制图的硬设备,（1）打印机:用于文字和图形在纸上的输出,为栅格输出设备.（2）图形显示器：用于电子数据在计算机上的显示输出.（3）自动绘图仪：可以在纸或其他介质上绘制或刻绘地图图形,产生“硬拷贝”.,第三节计算机地图制图系统的构成,第三节计算机地图制图系统的构成,1.地图制图软件系统,在计算机系统软件和高级语言的基础上形成的。,计算机地图制图的软件构成,功能：应具有完整的地理信息输入、处理、分析、输出功能，软件是系统的灵魂。,常用CAC软件介绍1CoreDraw软件特点：灵活的位图图像导入功能强大的图层和对象管理功能强大的绘线功能强大的节点编辑功能强大的面填充功能丰富的文字注记和编辑功能丰富的图形和文字效果功能方便的图例符号建库和调用功能图形文件数据量小可以输出众多格式的图形图像文件,2AutoCAD软件发展：v2.0R13R142000200220042006.AutodeskMapSeries2004：AutodeskMap、AutodeskRasterDesign是一个综合性地图绘制软件包，可用来创建、维护和分析地图及地理数据，在AutoCAD环境中运行，带有一些特殊开发的工具。,3ArcGIS软件美国ESRI公司开发4MapInfoProfessional软件美国MapInfo公司开发5Genamap软件澳大利亚GENASYS公司开发6SICAD软件德国开发的GIS软件1979年进入业界，目前在德国占50%市场份额,7GeoStar软件武汉大学开发面向大型数据管理的地理信息系统软件，主要功能包括图形矢量化、图形及属性编辑、空间数据库管理、拓扑关系建立与分析、与其它GIS的数据接口、专题图制作、三维模型制作等。8MAPCAD软件中国地质大学（武汉）开发彩色地图编辑出版系统，实现了彩色地图的输入、编辑、出版全过程计算机化。有桌面版、测图版、工程版,一、计算机地图制图发展历程,1、国际发展（1）初期阶段计算机地图制图技术酝酿于20世纪50年代，经历了10余年的实验与探索。当时的计算机大致处于第二代，制图的软硬件研制成为这个阶段的主要课题。1950年，能显示简单图形的图形显示器作为美国麻省理工学院旋风1号计算机的附件而问世。1958年，美国Gerber公司和Calcomp公司分别研制了平台式绘图仪和滚筒式绘图仪，为初期的机助制图系统创造了基本条件。,第四节计算机地图制图发展与相关科学技术,一、计算机地图制图发展历程,（1）、初期阶段1963年，美国麻省理工学院研制出了第一套人-机对话交互式计算机绘图系统。1964年牛津大学首先建立了牛津自动制图系统，用模拟手工制图的方法绘制出了一些地图作品。几乎同时，美国哈佛大学计算机绘图实验室研制成功了SYMAP系统，这是以行式打印机作为图形输出设备的一种制图系统。两者对计算机制图技术的发展做出了开创性的贡献。,一、计算机地图制图发展历程,一、计算机地图制图发展历程,（2）发展阶段制图学家对地图图形的数字表示和数学描述、地图资料的数字化、地图数据处理、地图数据库、地图综合和图形输出等方面的问题进行了深入的研究，在制图硬件的速度、交互性和制图软件的算法上都有很大的突破。在此基础上，许多国家相继建立了软硬件相结合的交互式计算机地图制图系统，也推动了各种类型的地图数据库和地理信息系统的建设，为军事、规划、设计和管理等部门提供方便的地理信息服务。为处理加拿大土地调查获得的大量数据而研制的加拿大地理信息系统与1971年投入运行；美国1982年建成1：200万国家地图数据库，1983年开始建设更大比例尺的国家地图数据库。,一、计算机地图制图发展历程,（3）飞跃阶段从20世纪80年代末期至今，计算机制图技术的发展有了新的飞跃。各种制图软件和硬件得到进一步完善，计算机地图制图技术基本上代替了传统地图制图方法，地图制图自动化程度达到了一定高度，地图和地理信息的应用走向全面和深入。现代地图制图技术吸取和融合了计算机辅助设计、数据库和图形图像处理等信息技术，形成了以桌面地图制图系统(DeskTopMappingSystem)为代表的高度集成的商品化软件。,一、计算机地图制图发展历程,近10余年来，随着数据库技术、面向对象技术、图形图像处理技术、动画技术、多媒体技术和网络技术的发展，出现了“网络地图”、“动态地图”、“三维地图”、“多媒体地图”、“影像地图”等全新的地图表现和应用形式。遥感技术系统、全球定位系统和地理信息系统（简称3S技术）的进一步发展和集成，为计算机地图制图技术的发展和应用展现了更为广阔的前景，制图领域迅速扩大，呈现出多层次、多时态、多方位、多品种的态势。,一、计算机地图制图发展历程,2、国内发展（1）从20世纪60年代末到70年代初开始设备研制和软件设计。硬件方面：采用引进、消化、改造和研制的方法，先后生产了多种系列和型号的计算机、手扶跟踪数字化仪、自动扫描仪、滚筒式和平台式绘图仪、地图汉字数控自动注记系统等。软件方面：地图制图科技工作者本着自力更生、引进改造的原则，研制了大量的基本绘图程序和应用绘图程序。（2）到20世纪80年代后期，我国开始建立完善的计算机地图制图系统和地理信息系统，赶上了国际步伐。,一、计算机地图制图发展历程,普通地图的计算机制图包括了地图投影的机助设计和自动展绘、地理要素的自动绘制、图廓及图外装饰、基本符号库的建立、数字地图的自动接边和合幅等功能；专题地图制图系统也开始应用于电子地图集的生产。具有自主版权的国产地理信息系统平台（如MAPGIS、GeoStar、SuperMap等）被研制开发并渐趋成熟，在国内普及应用的基础上，开始走向国外市场。有关专家对地图自动综合和专家系统的研究给予了高度重视，如原武汉测绘科技大学研制的“地图设计生产智能化系统”（MAPKEY）、原郑州测绘学院研制的“专题地图设计专家系统”（TMDES）等取得了良好的应用效果。,一、计算机地图制图发展历程,（3）20世纪90年代中期以来，全国数字化测绘生产技术体系逐步建立，实用型地理信息系统和地理信息基础数据库的建设和发展非常活跃，它们有力地推动了计算机地图制图技术的进一步发展和成熟。,二、与计算机地图制图相关的科学技术,1.计算机科学,计算机科学为地图空间信息的表达、存储、处理、分析和应用提供了有利的工具。数据库技术提供数据的管理、更新、查询和维护功能；计算机图形学提供算法基础；CAD对于辅助设计提供支持；软件工程对于计算机地图制图的系统设计提供科学的方法。,2.地图学,计算机地图制图源于传统地图制图，地图学理论与方法对计算机地图制图系统的发展有着重要的影响。计算机制图为地图特征的数字表达、操作和显示提供了一系列方法，为计算机地图制图系统的图形输出提供技术支持。,3.遥感技术,遥感(RS)作为空间数据的采集手段，已经成为计算机地图制图的重要信息源与数据更新途径。可以快速而可靠地提取地面目标的空间信息和属性信息。,4.全球卫星定位系统,全球卫星定位系统(GPS)作为一种新型的定位数据的采集和更新手段，具有高精度、高效益、全天候、低成本、高灵活性、实时性等优势。,5.电子地图,电子地图是以地图数据库为基础，通过一定的硬件和软件在电子屏幕上显示的可视化地图，是数字地图在电子屏幕上的符号化显示。,三.计算机地图地图与相关科学技术的联系与区别,1.计算机地图制图与GIS,计算机地图制图是地理信息系统的技术基础，它涉及地理信息系统中的空间数据采集、表示、处理、可视化甚至空间数据的管理。它们的主要区别在于空间分析方面：计算机地图制图系统具有强大的地图制图功能；而完善的地理信息系统可以包含计算机地图制图系统的基本功能，此外还应该只有丰富的空间分析能力。持别是对图形数据和属性数据进行深层次的空间分析能力。,1计算机地图制图与GIS,计算机地图制图是GIS的重要组成部分。计算机地图制图侧重于地物的显示和处理，讨论地形、地物和各种专题要素在地图上的表示，并且以数字形式对它们进行存贮、管理，最后通过图形输出设备输出地图。GIS既注重实体的空间分布又强调它们的可视化效果，既注重实体的空间特征又强调它们的非空间（属性）特征及其操作，具备强大的空间分析和决策支持能力。现代GIS都具有计算机地