第四章-地图概括课件

图像的综合！,思考题：按1比1万比例尺将照片所示地形绘制成旅游地图图，你该如何做？,1概述2地图概括的内容和方法3地图概括的现代发展,第4章地图概括,第一节概述,第一节概述,第一节概述,第一节概述,在地图上用符号表示地表的全部地理内容是不可能的。因此，在不同用途的地图上，表示地物是要经过选择的。（实测、航片、资料）地表的地理内容表示到地图上时，要有主次之分，所以地图上的地物应经过分类和分级处理，不符合制图目的的地物类别，都要舍弃。,一、地图概括的性质,地图比例尺的缩小，原地图上的地物的形状和数量势必化简，才能在有限的图纸上清晰地表示。,第一节概述,地图概括（generalization）：也称制图综合，就是采取简单扼要的手法，把空间信息中主要的、本质的数据提取后联系在一起，形成新的概念。在不同用途和比例尺的地图变换过程中势必删繁就简、舍末逐本，以求客观的反映地理实体，这时应保持地图内容详细性与清晰性的对立统一，几何精确性与地理适应性的对立统一。,地理信息感知,地理信息理性认识,地理数据,形象-符号模型,抽象概括,第一节概述,地图概括的任务就是研究从原始图稿或数据到编织成各种新地图时所采用的概括原则和方法。分类和选取是地图概括的主要手段，以数学方法及计算机为基础的自动综合概括已逐步发展起来。概括的实质：是在制图过程中对地图数据和图解形式经过科学化处理，使其能表现出制图区域的基本特征和制图现象的基本的、典型的面貌和主要特点。概括的目的：是在保证地图清晰的前提下，使图面保持恰当的载负量。,第一节概述,地图概括的主要手段：分类和选取。,在外业测图中对地形、地物点的测量是有所选择的。在内业成图时，对地理数据要进行分类、简化、夸张处理。,地图概括要解决的问题：,地图内容的详细性与清晰易读性的统一。地图的地理适应性与几何精确性的统一。,第一节概述,地图概括在具体实施过程中，应避免两种极端倾向：一是片面强调机械地依比例概括；一是片面强调地理适应性的典型塑造。前者简称为比例概括，容易实施，但不能保证地图内容的详细性与图面清晰易读性的统一；后者简称为目的概括，易受人为主观的不确定性因素的影响，难以保证地图的地理适应性与几何精确性的统一。,第一节概述,二、影响地图概括的因素,地图的用途不同，在图上表示空间数据的种类、数量、质量以及简化程度不同。用途与主题是影响地图概括的主导因素。例如，下页的两幅地图上的水系要素。,第一节概述,第一节概述,（二）地图比例尺对地图概括的影响,同一地区不同比例尺地图上，其地物表示的详细程度存在明显差异。,地图比例尺是决定地图概括数量特征的主要因素，限定了制图区域幅面和要素总量。,第一节概述,在不同比例尺地图上，同一事物的重要程度不一样。,第一节概述,比例尺影响地图概的数量和质量特征,第一节概述,地图需要反映制图区域的自然景观或人文景观的结构和区域分异规律，要根据区域的特点确定要素的选取指标。,第一节概述,在进行地图制图时，面对制图区域的自然景观或人文景观，首先应该了解这些景观的结构和区域分异规律。在制图概括时，尽管随比例尺的缩小内容简化，但仍然要正确地反映该区域的景观结构特征及空间分异规律。同时也应该看到同一地理要素在不同区域中其地位和意义有不同。区域的地理特征不同，同一要素的取舍标准有很大的差别。地图概括必须保证制图区域的基本特征和典型特点不会消失，即要体现出地理适应性。（水系、地形、居民点）,第一节概述,江南水乡，河网稠密，影响其他要素显示，需限定河网密度。,在干旱、半干旱地区，应表示全部河流和泉水出露的地点。,第一节概述,山区地势起伏大，用等高线表示地形时，等高距适当增大。平原地区，几十米的高度可能成为重要的地形特征，对农田水利建设将产生重要影响，必须详细表示。,城市林立的人口稠密地区，乡镇一级的居民点显得微不足道。人迹罕至的地区，乡镇一级的居民点则成为举足轻重的居民点。,第一节概述,地图概括过程，都是以空间数据为基础的。数据的种类、特点及质量都直接影响地图概括的方向和质量。空间数据：包括图表、影像、统计数据和文字资料。天文、大地、GPS数据数字（平面、高程控制点）遥感图像和地图资料(图、图像）现势资料（描述变化的文字和图表）各种专题编图资料(各种专题的图表、文字、数字资料),第一节概述,地图概括是以空间数据为基础，数据的种类、特点及质量直接影响地图概括的质量。,地图数据源的精度应该高于新编地图的精度。精度高的空间数据，对地理实体的内容反映比较丰富，对细部反映的比较详细。,第一节概述,在地图上对图形表示精细程度的制图限制。人们受生理和心理因素作用对地图图形识别的限制。,构成地图图形的基本要素：形状、尺寸、颜色、结构。,第一节概述,三、手工概括与自动概括,传统地图的主要特征地图编制理论的核心技术,手工概括,自动概括,地图概括的模型化和算法研究,数字制图生产的核心技术,图论、模糊集合论、分形描述、人工神经元网络、小波理论等,地图数据库,第一节概述,分类和选取是地图概括的主要手段，以数学方法及计算机为基础的自动综合概括已逐步发展起来。,地图的智能化综合是一个公认的国际难题，该问题的解决对于地图学和GIS学科具有重要的理论与现实意义。在空间数据基础设施（NSDI）的地形图数据库建设中，每种比例尺地形图分别数字化并各自建立数据库,存在明显弊端。国内外近20年来重视地图自动综合理论和方法的研究，并取得众多的成果，综合起来有：,多尺度地图数据库自动综合框架建立地图自动综合算子、算法研制开发地图自动综合指标体系建立,第二节地图概括的内容和方法,地图概括的四个步骤：,选取空间数据的排序、分级或分群。简化显示空间信息的重要特征，删除次要的细部。夸张提高或强调符号的重要特征。符号化将空间信息通过分类、简化、夸张等方法所获得的记号，根据其基本特征、相对重要性和相关位置制成各种图形。,第二节地图概括的内容和方法,一、选取,（一）资格法,资格法是一种按空间数据的数量、质量等级高低排序作为选取资格的选取方法。在编制地图时，首先对制图对象由高级到低级、由主要到次要、由大到小的顺序进行资格排队，确定选取指标（陆地水文图1cm）。但在具体编图实践中也应视具体情况灵活运用。,第二节地图概括的内容和方法,对于居民点的资格法选取，有两种选取指标：一是数量指标；另一是质量指标。数量指标：一般采用人口总数，先进行居民点人口数量等级排队，然后进行选取。质量指标：行政等级、经济及历史文化地位、交通要冲、方位意义、区域的特点等。,按空间对象的数量选取,水系的选取：如果把1cm的河流定为新编地图的最低标准，那么新编地图上凡是够1cm长的河流一律选取，而小于1cm的河流则全部删除。但须保持水系基本结构特征。,居民点的选取：人口500人的居民点为选取标准，达到此数量选取，不够的皆删除。,第二节地图概括的内容和方法,按空间对象的质量选取,居民点的质量指标有以下几种：行政等级、经济及历史文化地位、方位意义、区域的特点等。其中行政等级是首要的选取指标，如规定社区（乡）、镇以上居民点选取，社区（乡）、镇以下居民点一律删除。,根据资格法选取地物，在编图实践中应视具体情况灵活运用：,连接湖泊的小河，作为湖泊唯一水源的小河，直接入海的小河以及江河上唯一的支流小河等均可破例选取。为了正确反映水系的结构特征，如树枝状水系、格网状水系选取河流的数量要比平行状水系、放射状水系多。,第二节地图概括的内容和方法,按新编地图上单位面积选取对象的个数或密度的方法。,定额法进行选取，是按新编地图上单位面积选择对象的个数或密度确定的。定额指标产生于图解、计算分析及编图试验。经过图解、计算分级及编图试验取得的选取指标，是定额选取的依据，并记录在编图大纲或规范中。,我国1100万地形图居民点选取定额,第二节地图概括的内容和方法,经过图解、计算分析及编图试验取得的选取指标，是定额选取的依据，并记录在编图大纲或规范中。,优点：可以保证图面选取的内容既清晰易读，又能有足够的数量和适宜的密度。注意：不仅照顾在图面上选取数量的密度和适宜性，同时还应该考虑选取对象的重要程度。在编图实践中，定额法与资格法常结合使用。,第二节地图概括的内容和方法,在地图内容选取前，应先对整个制图区域的景观结构特征、区域分异规律及相关要素的分布特点，进行深入的类型分区研究。然后按各分区内制图对象的数量、质量和分布特点确定其选取指标，并将其编列成图表和说明，称为指标图。,指标图的作用是指导编图者正确地表现出区域的最显著特征和区间对比关系。,对制图区域进行分区研究,将分区内的对象编成图表和说明,指标图,第二节地图概括的内容和方法,选取指标通常应该确定一个取值范围，才能保持各分区之间取值的渐变。,我国地图上河流选取标准,第二节地图概括的内容和方法,此方法一般用于确定居民点选取数额。,以地图符号的面积负载量S确定符号选取数量指标的方法。,南京市,字宽d,符号面积r,注记面积p,n为每平方厘米的居民点个数。,第二节地图概括的内容和方法,衡量居民点面积负载量：每1cm2内居民点所占面积的总和。,单位：mm2/cm2,第二节地图概括的内容和方法,资料地图与新编地图两种比例尺分母之比的开方根，便是新编地图所应选取的地物数量。,此方法用于解决资料地图与新编地图由于比例尺的变换而产生的地物数量简化问题。,第二节地图概括的内容和方法,2.开方根规律法（特普费尔）,以比例尺为主，考虑到地物选取还受其他多种因素的影响,公式增加了符号尺寸改正系数C和地物重要性改正系数D，公式扩展为,第二节地图概括的内容和方法,对于符号改正系数C，可能出现三种情况：,符号尺寸符合开方根规律，符号尺寸随比例尺缩小，C=1。,第二节地图概括的内容和方法,符号尺寸不符合开方根规律，但新编地图与资料地图的符号（注记）尺寸相同。,第二节地图概括的内容和方法,符号尺寸不符合开方根规律，尺寸也不同。,线状符号,面状符号,S为符号宽度f为符号面积,第二节地图概括的内容和方法,对于改正系数D，可能出现三种情况：,很重要一般次要,第二节地图概括的内容和方法,扩展公式的各种情况简化,X为选取级，可设为0,1,2,3，对应为很重要，重要，一般，次要。,第二节地图概括的内容和方法,开方根规律法的特点：,（1）直观地显示了地图概括从重要到一般的选取标准，是一个有序的选取等级系统。（2）是线性方程，在地图比例尺固定条件下，地物选取比例一致。（3）未考虑到地理差异，特别是制图对象分布的密度变化。（4）选取级X的调整可适当弥补地理差异的影响。,第二节地图概括的内容和方法,第二节地图概括的内容和方法,根据心理物理学试验，察觉到同一要素的等级差别常遵循等比数列的规则。,此种方法常被用于计算机制图中,第二节地图概括的内容和方法,河流长度分级A1,A2,An河流间距分级B1,B2,Bn,应用举例：河流支流选取,Ai=A1ri-1Bi=B1pi-1,入选河流最小间隔用2维等比数列Cij表示,Cii=(Bi+Bi+1)/2C11pi-1,设r,p为辨认系数(公比)，可令r=1.3，p=1.5,符合等比关系,C11,C22,Cnn为河流应保持的最小间隔,第二节地图概括的内容和方法,一、选取,每一列代表同级间平均距离,依此类推,长度分级,距离分级,选取间隔,第二节地图概括的内容和方法,在此例中，原图上15cm的应全取，4cm的应全舍，在这个范围内若河流平均距离5.1cm的这一段支流才能被选取，两侧间隔5.1cm，则应舍弃。,长度分级,距离分级,选取间隔,第二节地图概括的内容和方法,二、简化,简化就是显示空间数据的重要特征，删除不重要的细部。,简化处理，最终只显示其重要的本质特征，删除次要的非本质特征。,第二节地图概括的内容和方法,二、简化,空间数据质量特征简化，是将空间数据按其属性进行合并，用概括的分类取代详细分类，或者取消低级分类。,举例：居民点分类地貌分类土壤分类植被分类,质量特征的简化,第二节地图概括的内容和方法,二、简化,地图比例尺与制图基本分类单位,第二节地图概括的内容和方法,二、简化,数量特征的简化主要表现为减少数量分级，增大各等级间的数值间距。,地形图的数量简化：从15万到150万的地形图上，等高线的间隔逐级增加。在小比例尺普通地图上，通常根据地势起伏大小具体情况采取变距等高线表示。,第二节地图概括的内容和方法,二、简化,人口图的数量简化：居民地人口数量在总范围不变的情况下分级由7级变为5级。在用点值法表示人口时，随着地图比例尺的缩小，可以采取增大点值减少点数进行数量特征的简化。,第二节地图概括的内容和方法,二、简化,对线状地物、地物分界线、面状地物的复杂轮廓进行简化，通常采取删除、合并等处理手段。,图形简化的基本要求是：任何线状地物或者面状地物，其图形或者轮廓都是点的集合，在这些点所构成的曲线中，只有能反映曲线弯曲特征的点才是特征转折点，这些特征转折点是构成图形的基础保存特征转折点保持不同弯曲地段弯曲程度的对比关系保持面状地物轮廓图形和线状地物弯曲状况的基本特征保持弯曲和特征转折点的相对精确性,第二节地图概括的内容和方法,二、简化,图形简化的具体操作方法：按最小尺寸限定弯曲取舍按开方根规律简化形状,第二节地图概括的内容和方法,二、简化,线状地物线条最小弯曲尺度指标：弯曲宽度w和弯曲深度d,当WiW，did时，一般应选取；当WiW，did时，一般应删除；当WiW时，或WiW，did时，则要考虑弯曲的形状特征，需删除弯曲或通过夸张使弯曲大于限定尺寸。,第二节地图概括的内容和方法,二、简化,图形简化时应该将不同的弯曲分为几个区段，分别选择公式中X系数进行弯曲取舍，以保证简化后河流的区域特征。,第二节地图概括的内容和方法,二、简化,第二节地图概括的内容和方法,二、简化,2图形碎部的合并,城市内部街区的合并和道路网简化，必须考虑城市功能分区、街区方向、道路密度对比、对外交通联系等。,第二节地图概括的内容和方法,二、简化,主要应用于非重要地物的平面图形拆分，如城市街区的简化，可以采取分割的方式，主要用来显示其内部结构的示意性格局，道路纵横的比例关系等。,第二节地图概括的内容和方法,三、夸张,有特征意义的线状、面状地物轮廓的细小弯曲和凸凹部分的夸张，是不依比例尺的放大。,第二节地图概括的内容和方法,三、夸张,在符号化过程中往往要突破比例尺限制，采取不依比例尺的表示方式。从图解形式看，是在图形上减少一些多余的碎部，夸大表示一些有重要意义的细部。,不依比例尺放大,移位,表现形式,第二节地图概括的内容和方法,三、夸张,最常见的是一些线状地物只有位置和长度的境界线有一定宽度但多数情况下又不依比例尺表示的河流和道路,在一定比例尺地图上，河流中、下游宽度可依比例尺表示，上游则不依比例尺表示,中小比例尺地图的道路基本不依比例尺变化,第二节地图概括的内容和方法,三、夸张,制图原则：符号与符号间隔0.2mm,处理原则：有主次之分时，次要的应该让位主要的无主次之分时，则应相互之间均作相应移位,目的：各要素正确的对比关系,第二节地图概括的内容和方法,四、符号化,地图数据的符号化，其实质就是空间数据的可视化，是地图概括的最终效果的体现概括的最终结果体现。,确定空间数据的量表方式,制定有特定含义的图形符号,第二节地图概括的内容和方法,一、概括的新算法,1模糊综合评判模型,地图概括中的取与舍都不是绝对的，它的依据是地物的重要性程度。利用模糊数学中模糊综合决策，在考虑多种因素影响下，可以对地物的取舍进行判断。,第三节地图概括的现代发展,一、概括的新算法,2图论模型,图论是研究由线连接的点集的理论。地图的许多要素凡能用两边关系描述的体系都可以用图论建立地图概括的结构模型。,应用之一：交通系统中最短路径选择,第三节地图概括的现代发展,一、概括的新算法,3Delaunay三角网剖分,Delaunay三角网的定义是：,有公共边的Voronoi多边形称为相邻的Voronoi多边形。连接所有相邻的Voronoi多边形的生长中心所形成的三角网称为Delaunay三角网。,第三节地图概括的现代发展,一、概括的新算法,3Delaunay三角网剖分,Delaunay三角网的性质：,空外接圆性质特性最大最小角度特性凸壳特性唯一性,第三节地图概括的现代发展,一、概括的新算法,3Delaunay三角网剖分,Delaunay三角网的地学应用：曲面逼近、地面高程模型、地图概括中的简化和移位。,重叠的移动多少，常要选择合适的位移矢量并计算增加的限差值，以产生所需的间隔。,第三节地图概括的现代发展,其组成部分和整体以某种方式相似的形。分形几何恰是用来描述这种不规则形体的方法。,一、概括的新算法,分形定义（B.B.Mandelbrot）：,特点：维数的变化是连续的（分维）。举例：容量维、信息维、关联维等。,第三节地图概括的现代发展,一、概括的新算法,Koch曲线的相似维为n=3、E=4,相似维DS指将一个图形的线度放大E倍，而图形被放大n倍。,第三节地图概括的现代发展,一、概括的新算法,从分形几何分析来检验地理要素随比例尺变化的规律。,分形学理论弥补开方根规律的缺陷：参数X的确定不够严密；参数对地理景观差异、地物密度差异没有注意。,第三节地图概括的现代发展,一、概括的新算法,以曲线两端点作基线，计算线段内其余各点到两端点连线的垂直距离。,曲线的复杂程度随阈值的增大而变小。,大于阈值就被保留；小于阈值则删去。,第三节地图概括的现代发展,优点：具有基于分形分析的自动概括特点；可以有效地保持曲线的特征。,阈值以分维作为尺度，则道格拉斯算法可进行分形扩展。,一、概括的新算法,第三节地图概括的现代发展,一、概括的新算法,其并行处理功能快速进行数据处理。信息的分布式存储方式。很强的容错性，局部破坏仍不影响全局活动。很强的学习功能，它的连结权和连接结构可以通过学习得到。,指人工神经元网络模拟人脑对地图概括的思维，其主要特征：,第三节地图概括的现代发展,一、概括的新算法,滤波是对周期振动现象在一定频率范围内的减弱或抑制。,形态滤波：自动地图概括过程中的低通滤波，使地图信息的局部高频被消