第四章-制图综合 1

1,第四章制图综合,本章要点掌握制图综合的实质；制图综合的原则；制图综合的方法和影响制图综合的主要因素；计算机制图综合的原理。认识制图综合的基本过程。了解制图综合的数学模式、制图综合自动化趋势。了解计算机制图综合发展轨迹。,2,第一节制图综合概述,一、制图综合（制图综合）的实质制图综合，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。制图综合的实质就是解决广阔制图区域内繁多的地理事物与有限地图图幅面积之间的矛盾。制图综合是通过对制图区域内客观事物的取舍和化简来实现的。制图综合也可以简单地表述为：“根据地图的用途、比例尺和区域特点对地图内容进行选择和化简，概括和综合的过程”。,3,1.地图的用途和主题,编图目的与任务不同，图上反映空间数据的广度和深度亦不同，地图的用途是制图综合的主导因素。,地图主题决定要素的重要程度和选取，必然影响制图综合。,同一种地理要素的选取也受地图主题的影响。,二、影响制图综合的因素,4,地理图,地势图,地图的用途和主题的影响,5,2.地图比例尺,地图比例尺是决定制图综合数量特征的主要因素，限定了制图区域幅面和要素总量,地图比例尺的变更，制约图上地物的质量特征,要素质量特征的表示受幅面限制,6,比例尺影响地图概的数量和质量特征,7,3.制图区域的地理特征,区域的自然和经济条件，同样的地理事物在不同地区具有不同意义，因而影响对区域的表达。,8,4.数据质量,制图综合是以空间数据为基础，数据的种类、特点及质量直接影响制图综合的质量。,空间数据：包括图表、影像、统计数据和文字资料。,四种表现形式：天文、大地、GPS数据数字遥感图像和地图资料现势资料各种专题编图资料,9,5.图解限制,地图的内容受符号的形状、尺寸、颜色和结构的直接影响，并制约着概括程度和方法。,影响符号最小尺寸设计的因素：视觉分辨能力；印刷与绘制技术；地物和地理环境,10,1、符合地图用途的需要每幅地图一般都有自己特定的用途，因此在进行地图内容的选取时，一定要满足地图用途的需要。地图用途不同，对选取的地理内容和图面的展现形式要求也不一样。2、保持地图清晰易读且内容完备影响地图清晰性的因素主要是符号的大小、颜色、图形的细碎程度和图面的载负量等。而制约地图内容完备程度的因素则更多，象地图的用途、比例尺、清晰性等都有较大影响。,三、制图综合的原则,11,3、保证一定的地图精度在地图上，各种要素都是以图形符号表示的。因此，地图图形符号的几何精度要有一定的保障。4、反映出制图区域地理特征制图区域内各要素的质量、数量、分布规律和相互关系是客观存在的事实，制图综合的目的就是在地图上模拟出各要素客观的典型特征。要反映出制图区域的主要地理特征，制图者要有丰富的地理知识和制图经验，并且也应具有漫画家那种敏锐的洞察力。,12,1.分类2.简化3.夸张4.符号化,四、制图综合的方法步骤,13,1.分类,空间数据的排序、分级或分群,定性特征的概括：依据地物属性、制图需要及图解限度所进行的重新分类。分级：空间信息进行数量统计时，数据划分为数学定义的级别。,中国土地资源图的分类系统,14,2.简化,显示空间信息的重要特征，删弃次要的细部,比例尺概括：依据比例尺变化而设定取舍标准。目的概括：依据制图目的、区域特征的空间信息选取。,15,因比例尺变化产生的简化概括,16,3.夸张,提高或强调符号的重要特征,编图目的影响内容详简图例设计中的夸张强调重要的地物，符合审美和寓意的需要。,17,4.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定成的各种图形。,制作符号：使空间信息成为视觉可见的图形视觉化,18,第二节制图综合的原理,制图综合的基本原理是，根据地图的用途、比例尺和区域地理特证，由制图者来压缩地图图面的负载量。,19,地图的负载量是评价地图内容的数量指标，对制图综合的程度有着重要的影响。地图负载量可分为面积负载量和数值负载量。地图的面积负载量是指地图上全部符号和注记所占面积与图幅总面积之比。数值负载量是指地图上单位面积内的制图对象个数或长度。面积负载量和数值负载量反映了地图内容的疏密程度，可以作为选取指标的单位。,20,地图作品应当满足既清晰又详细的要求。为了达到上述水平，还需要对地图的极限负载量和适宜负载量进行研究。极限负载量是指地图上可能达到的最高负载量，超过它地图就不能够清晰易读。显然，极限负载量还会受印刷水平、地图设色、人的视觉等多种因素的影响。适宜负载量是指适合于地图用途并能反映制图区域特点的地图负载量，适宜负载量的大小，因图因地而异。极限负载量和适宜负载量可以是面积负载量，也可以是数值负载量。研究负载量先从面积负载量入手，在此基础上确定出地图的适宜负载量，最后常采用数值负载量的形式表示适宜负载量。,21,压缩图面负载量的方法有：基本数学模式的图面载负标准确定法；内容的取舍法；形状的化简法（保证事物特征前提下）；数量特征和质量特征的概括法等。,22,1.图解计算法,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。,S=n(a+p)n/cm2为居民点个数,S=n(pr2+3.5d2),n=si/(pri2+3.5di2,此方法一般用于确定居民点选取数额,居民点面积负载量：每100mm2居民点面积的总和,如适宜载负量为20mm2/100mm2,一、制图综合的数学模式,23,2、方根模式,德国地图学家特普费尔(F.Topfer)提出的方案：,新编地图所应选取的地物数量与原始地图地物数量之比符合原始地图与新编地图的比例尺分母之比的平方根。,N为图上地物数A原始图M为比例尺分母B新编图,24,开方根规律的扩展,以比例尺为主，地物选取还受其他多种因素的影响,公式扩展为：,符号尺寸改正系数C地物重要性改正系数D,NB=NACDMA/MB,25,地物重要性改正系数D的三种情况,符合方根规律，尺寸缩小：C1=1不符方根规律，尺寸相同：不符方根规律，尺寸不同：,符号尺寸改正系数C的三种情况,26,开方根规律的基本特点：,直观地显示了地图概括时从重要到一般的选取标准，是一个有序的选取等级系统。是线性方程，在地图比例尺固定的条件下，地物选取的比例一致。未考虑到地理差异，特别是制图地物分布的密度变化。选取级x的调整可适当弥补地理差异的影响。,开方根规律的一般公式：,x的选取级，可设为0,1,2,3,27,河流选取指标,28,3、等比数列模式,等比数列模式是以制图物体的大小和密度作为取舍依据。识图时，人类辨认同一要素的等级差别符合等比数列规律，因此，可以用等比数列作为选取制图对象的数学模式。研究制图对象的选取指标，首先要确定出哪些制图对象应全部选取，哪些应全部舍掉，而介于全选和全舍之间的那部分对象选取指标的确定，则是制图综合等比数列法研究的重心。等比数列模式是按照制图对象的长度（大小）和间隔的大小进行等比分级并构建成为一个二维的关系表。,29,等比数列法实例,以河流选取为例,30,二、内容选取法,1、地图内容选取的标准（1）资格法资格法是根据地物的数量、质量特征来确定地图内容的选取条件，目的是解决“选哪些”的问题。作为选取条件的数量指标既可以是平均值，也可以是浮动值。这种选取尺度的确定，主要受地图用途、比例尺和制图区域地理特点的制约。制图对象的质量特征，如居民点的行政意义，道路的技术等级，河流的通航情况等，也可以作为制图对象选取的条件。,31,（2）定额法定额法是以地图适宜的负载量为基础，确定单位面积内地图内容的选取指标（总量或密度）。目的是解决选多少要素的问题。通常按照从重要到一般，从大到小的顺序进行选取，不能超过规定数量指标。,32,2、地图内容选取的顺序,（1）从主要到次要（2）从高级到低级（3）从大到小（4）从全局到局部,33,3、地图内容选取的一般要求,（1）选取的地图内容能够反映出制图对象实际分布的密度对比关系。（2）选取的地图内容能反映制图对象的分布特点。（3）保留具有重要意义的制图对象。,34,三、形状化简法,1、删除即删去因比例尺缩小无法清晰表示的细微弯曲或减少弯曲的数目，使曲线趋于平滑并能反映制图对象的主体特征。2、夸大一些具有特征意义和定位意义的小弯曲，不但不能删除，必要时还要夸大表示。,35,3、合并就是合并同类地物的细小碎部。当图形的细小弯曲或图形间距小到不能清晰显示时就采用合并的方法来概括地图图形。4、分割当采用合并法有损制图对象的图形特征时（如排列、方向、大小对比等），为保持图形的主要特征，可采用分割方法将图形重新组合。它是以牺牲局部图形的真实性来换取主要特征的保持。,36,形状化简的基本要求：保持轮廓图形和弯曲形状的基本特征；保持弯曲转折点的相对精确性；保持不同地段弯曲程度的对比。,37,四、数量特征和质量特征的概括法,1、数量特征的概括数量特征是指物体的长度、高度、宽度、密度、深度、面积、体积等制图现象的数量指标，是描述事物的量化信息。随着比例尺的缩小，制图对象的数量信息趋于简化和概略。这种简化描述制图对象数量特征的方法，称为数量特征的概括。数量特征概括常以扩大级差的方法来缩减制图对象的分级的数量。,38,2、质量特征的概括,质量特征是指描述制图对象的类别和性质。质量差别是对制图对象进行分类的基础。制图对象质量特征的显示，同样受到地图用途和比例尺的限制。随着比例尺的缩小，制图对象质量特征的表示趋向于简单和概略。这种简单概略表示制图对象质量特征的方法，就称为质量特征的概括。质量概括的方法通常是用概括的分类代替详细的分类，以整体的概念代替局部的概念，以减少制图对象的质量差别。,39,第三节制图综合自动化,一、计算机制图综合的发展轨迹计算机制图综合是伴随着机助制图的发展而发展的。最早可追溯到Perkal（1966）和Tobler（1966）的工作。早期的工作多是基于单纯线状符号概括的程序和算法设计，如线形简化（删减细节）算法设计、线形平滑（柔缓尖硬折角）程序设计等。20世纪7080年代随着卫星遥感图像处理技术和数字高程模型（DEM）处理技术的发展，大大丰富了计算机制图综合的方法。象图像增强技术通过改变图像的频谱、结构，或对已分类专题图像进行简化、归并处理，或通过再取样和改变像元大小等来实现制图综合。,40,80年代中后期，计算机制图综合引入了人工智能技术（如专家系统），该技术为模拟人类制图综合过程提供了可能。90年代随着软硬件性能，特别是高级图形界面和并行处理等技术的迅猛发展，以及面向对象的操作系统，使得计算机制图综合实践技术得到了突飞猛进的发展。伴随着计算机制图综合的成功尝试，90年代从理论到操作层次的各种局部研究和开发也很活跃，研究的水平档次也有明显提高。很多研究都不同程度地采用了人工智能，尤其是专家系统的技术和思想。,41,展望未来，在计算机软硬件和更强有力的GIS绘图平台支撑下，采用自动化与半自动化（人机交互）相结合的计算机制图综合实践的不断增加，将促进计算机制图综合技术的更快发展，也必将促进计算机制图综合理论的发展。这种理论和实践的不断进步，将导致自动化的概括模块的增多或更加完善，使用户在更优化的操作界面中，选取适合自己需要的控制方式、途径或阈值，方便高效地进行制图综合。然而，需要说明的是自动化制图综合是一个相当复杂的问题，目前还很难找到一个通用的数学模式去描述，因此，不能期望在短期内就得到圆满的解决。但是随着计算机智能模拟的发展和制图综合专家系统的研究，自动化概括技术和理论将会有突破性的进展。,42,二、计算机制图综合的原理,1、制图对象的自动取舍计算机根据数据选取模式对制图数据进行处理，并依据选取指标自动地选取地理环境中的主要对象，舍去次要的部分，这一过程称为制图对象的自动取舍。2、制图对象的自动概括（1）形状的自动概括形状的自动概括是通过计算机去掉线状符号和面状轮廓符号的小弯曲，重点反映它们的基本特征和典型特点。有时还把有重要意义的细部特征进行夸大或位移、合并等。,43,（2）计算机数量和质量特征的自动概括用计算机进行数量特征概括时，需要先读出原资料图的级别数据，然后把增大的数量间隔（级别或特征码）代替原来的级别（或特征码），如原来的2级和3级需要合并，那就用“2”代替“2，3”。按照合并后的级差处理制图对象，就能实现数量特征的自动概括。质量特征的自动合并比较简单，计算机只需对输入数据的质量特征进行识别，绘制以新图所要求的质量符号即可。,44,3、制图对象的自动简化,（1）点删除点删除是指简化线状要素和面状要素轮廓线的一串坐标，保留反映制图对象特征的点，删除次要的点。点删除的方法有二：一为在数据文件中每隔n个点保留1个点，即通过选取数据串第1个坐标点和每个第n点来建立新数据文件，也就是删除了(n-1)/n的点，n值越大，概括程度越强，简化越厉害。n值根据地图用途来确定；二为在数据文件中随机保留每n个点中的1个点，即通过随机选择每n个点中的1个点来建立新数据文件，也是删除了(n-1)/n的点。,45,和第1种方法相比，前者选取的点是确定的，后者选取的点是随机的；两者的n值越大，概括的程度越大。传统制图综合的线状要素简化主要依靠制图者的经验，即根据线状要素上点的重要性来决定取舍；而自动简化的点删除主要根据线状要素图形的尺寸，制图者的经验体现在开始建立的计算机文件中，数据文件形成后，计算机就会自动地执行简化操作。,46,（2）制图要素删除,制图要素删除就是在新编地图中剔除某一类或几类不必要、不重要的制图要素。如在行政区域图上删除地貌要素，在人口分布图上删除植被要素等。在矢量数据中，每个要素在数据文件中是依重要性排序的，则可按照制图综合标准删除一些要素。在栅格数据中，可建立必要的算法程序来删除栅格中的冗余数据，强化重要的像元数据，达到简化的目的。（3）平滑运算修改当制图对象的转变或过渡出现不符合客观实际，发生“生硬变化”、平滑相连变成折角相连等时，则要调用滑动平均和曲面拟合等数据平滑运算处理程序进行平滑处理。,47,四、计算机自动概括专家系统介绍,1.专家系统专家系统是人工智能中最活跃的领域。它模拟人的思维过程并将专家知识赋于计算机。当计算机对问题求解时，就利用这些知识进行推理、证明，从而得到答案。专家系统主要由特定领域的知识库和推理机所组成。知识库中存放着特定领域的专家知识，这些知识应当正确、完整和协调一致。推理机是根据解决的问题