地图制图学第一章-绪论VIP

地图制图学2010年11月,课时：32考核方式：闭卷考试成绩评定：平时：30-40%（作业、上机、考勤）考试：60-70%考试时间：2010年12月31日(19:00-21:00)考试地点：教一楼503教一楼504联系方式：XKC课程结构及内容：,第一章地图制图学的进展第二章地图制图学的基础第三章地图的符号第四章地图的内容表达第五章地图的设计与编绘第六章电子地图第七章地图的分析与应用,参考文献：陆权、喻沧主编.地图制图参考手册.测绘出版社，1991尹贡白等编著.地图概论.测绘出版社，1991应用地图学纲要，李满春等编著，高等教育出版社，1997袁堪省著.现代地图学教程.北京:科学出版社，2007廖克著.现代地图学.北京:科学出版社，2003马耀峰等.地图学原理.北京:科学出版社，2004蔡孟裔等.新编地图学教程.北京:高等教育出版社，2001祝国瑞等.地图学.武汉大学出版社，2004AH罗宾逊（美）等著.李道义等译，高俊校，地图学原理.北京：测绘出版社，1989,第一章地图制图学的进展,主要内容：1.1地图的历史及现代的地图1.220世纪地图科学的发展历程1.3地图制图学的发展及其演变1.4地图制图学进展及未来地图学展望1.5计算机地图制图学的发展,1.1地图的历史及现代的地图,1.1.1地图的历史,1.原始地图,最原始的地图，人们只是试图在树皮、沙地、陶片上，用石块、贝壳等利器，保存和传递对地理环境的印象。,最早的地图实物是古巴比伦地图，4500年,4000年前，中国左传上记载有夏代的九鼎图。,2古代地图,在2200多年前的战国时代，地图在行政管理和军事作战中已发挥重要作用。在孙子兵法和孙膑兵法中都附有数卷地图。,中国最早的古地图汉代古地图,成图于公元前168年以前。比例尺约为1：180000，相当于汉代一寸折十里，地图幅面为纵96cm、横96cm。原图上本无名，因地图内容包含山川、道路、城镇等要素，故取名“地形图”。1973年12月发掘湖南长沙市东郊马王堆三号汉墓时出土。绢底彩绘，现藏于湖南省博物馆。,古代地图作品介绍,西晋地图学家裴秀禹贡地域图十八元代的朱思本的舆地图明代的罗洪先的广舆图及茅元仪郑和航海图,清代的实测地图皇舆全览图,由清代康熙皇帝主持，中西方测绘人员合作，历经十年测制的中国第一部实测全国地图，采用经纬差各一度的梯形经纬网格，详细地表示了地形、水系、居民地间相对集团及其汉字名称，并在边疆地区加注满文。该图具有较高的精度，公元1717年成图(康熙五十六年)，公元1719年制成铜版(康熙五十八年)，52.577cm共41幅，比例尺1:1400000，现藏于北京图书馆。,皇舆全览图（清内府一统舆地秘图局部，四排二号：山东半岛、辽东半岛）,新中国成立后，地图制图得到了迅速的发展。1950年组建军委测绘局（后改为总参测绘局）。1956年组建国家测绘局，领导全国的地图测绘和编绘工作。在完成覆盖全国的1：5万和1：10万地形图的基础上，1：5万地形图已更新三次，1：10万地形图已更新两次。完成了全国1：20万、1：25万、1：50万和1：100万地形图的编绘工作，并已建成了1：25万、1：50万和1：100万数字地图数据库。,3近代地图,申报馆中国地图集（1934）53幅36200地名中国地势图（1958）单幅中华人民共和国自然地图集（1965）222幅36万字中华人民共和国自然地图集（1999）540幅30万字中华人民共和国人口地图集（1986）142幅36万字中华人民共和国农业地图集（1989）300幅36万字中国城市地图集（1992）2册40万字779页450城市中国历史地图集（1992）8卷300幅40万字70000地名中华人民共和国国家经济地图集（1993）265幅25万字中华人民共和国国家普通地图集（1996）248幅50000地名,国内近现代地图主要作品介绍,国家地图集系列,国际百万分之一世界地图800余幅世界地图集苏联，1954,1967(2th)283页19万地名泰晤士世界地图集（TheTimesAtlasoftheWorld）英国18951985(7th)520页21万地名新国际地图集（TheNewInternationalAtlas）美国1982568页(地图320页)16万地名新牛津地图集（TheNewOxfordAtlas）英国1975,1978(2th)202页(地图107页)世界国家地理图集（NationalGeographicAtlasoftheWorld）美国1963，300页(地图116页)12万7千地名,国外近现代地图主要作品,泰晤士世界地图集英国18951985(7thEd.),4现代地图,一般认为是指在数字环境下制作的地图。,地图功能时代漂移的方面和重点（陈述彭）,具有特殊的数学法则可量测性使用地图语言直观性实施制图综合一览性,1.2地图特性及其现代拓展,数学法则特性的现代拓展符号系统特性的现代拓展制图综合特性的现代拓展,由经典投影到新型投影；从球面到平面发展到从空间到平面；从地球投影发展到其他星球投影；由固定比例尺到不固定比例尺。,由手工制作修改难，到机器生成图形符号库、色彩库、地名库调用易；由单一平面静态符号到多维动态符号；由视觉符号到听觉、触觉等多感觉符号。,地图内容由手工综合到半自动/自动综合；,1.3地图内容的构成要素及其现代拓展,数学要素地学要素（内容要素）辅助要素,地形图,数学要素,地学要素（内容要素）,辅助要素,大地控制（控制点）缩小程度（比例尺）地图投影（经纬网、方里网）,图名图号图例图表文字说明,自然要素社会人文要素,地形图的组成要素,数学基础的拓展地学基础的拓展,大地控制网拓展到全球卫星定位系统控制网。地图比例尺由固定到不固定，由不变到可变。地图投影：由经典投影到新型投影，由地球投影到星球投影。,基础地理：特大比例尺的地图内容越来越详细，已拓展到无所不包的地步。地球科学：拓展到了地球系统科学下面其他许多相关学科与领域。与地学相关的科学：已拓展的学科领域有空间科学、资源环境学、生命科学等。,1.4地图功能及其现代拓展,信息载负功能信息传输功能地图模拟功能地图认知功能,地图功能的扩展与制图对象的分析研究,1.5地图的分类,模拟地图（analoguemap),是利用经过人工抽象和符号化了的图形及图像描述制图内容的地图。它是可视的地面图像的模拟，也可以说，凡非数字式的地图都是模拟地图。,实地图(realmap),虚地图(virtualmap),指绘画（或印刷）在实物上的地图和显示在屏幕上的可视化地图。,指存储于人脑或电脑中的地图。是可指导人的空间认知能力和行为或据以生成实地图的知识和数据形式的地图。,心像地图（mentalmap),指人通过多种感觉手段获取空间信息后，在头脑中形成的关于空间认知环境的抽象替代物。这种地图存储于人的大脑和心里。,静态地图(staticmap),指地图信息被固化了的地图。,动态地图(dynamicmap),指地图内容可随时任意变化的地图，如动画地图，交互地图，多维地图等。,多媒体地图(multimediamap),网络地图(internetmap),是用多媒体技术，集地图、影像、文字、声音、视频、音频等多种信息于一体，并具有地图符号化数据特征，能实现计算机屏幕快速显示，供人们阅读、查询检索与分析应用的多种媒体有序数据集合的地图。,是能在Internet网上查询阅读、下载、制作、打印与储存、交流、传输的地图。,1.220世纪地图科学的发展历程1.2.1航空摄影测量技术的发展(2030年代)测图技术航空摄影像片成为了编绘和更新的资料专题地图与综合制图的发展产生影像地图,是以系列地图或综合地图集的形式，全面系统反映自然、人口、经济、社会及其相互联系。,1.2.2航天技术的发展(70年代)提供大范围、连续的、多波段的影像从编制专题地图到直接制作地形图卫片成为了编绘和更新地图的信息源编绘影像地图,东方明珠,1.2.3GPS技术的发展GPS成为大地测量的基本方法GPS和摄影测量结合用于测图对地图学线性地物更新，实时导航系统变形观测,GPS（globalpositioningsystem),简称全球定位系统，是一种能提供高精度、实时、全天候和全球三维坐标、三维速度和时间信息的导航、定位系统。它由空间星座部分、地面监控部分和用户接收部分组成。,什么是GPS?,1.2.4计算机制图技术的发展全数字式地图生产（90年代全部应用）电子地图(集)的出现网络地图的出现,1.2.5人工智能和虚拟技术的发展制图专家技术虚拟现实技术（VR技术）,1.3地图制图学的发展及其演变,1.3.1概述,1传统的地图制图学定义,主要研究地图制图的理论和工艺技术的科学。,2传统地图制图学体系,地图制图学是测绘学的一个分支，是研究地图及其编制和应用的一门学科。它研究用地图图形反映自然界和人类社会各种现象的空间分布，相互联系及其动态变化，具有区域性学科和技术性学科的两重性。亦称技术地图学。,地图制图学由地图学总论、地图投影、地图编制、地图整饰和地图制印等部分组成。此外地图应用也已成为地图制图学的一个组成部分。它主要研究地图分析、地图评价、地图阅读、地图量算和图上作业等。,1.3.2地图制图学的定义,一级学科,测绘科学与技术,地理学,地图学,地图学与地理信息系统,地理信息系统,地图制图学,地图制图学与地理信息工程,二级学科,1.3.3地图制图学的学科体系,廖克,1.3.4地图制图学在现代地图学中的地位,地图制图学同许多学科都有联系，尤其同测量学、地理学和数学的联系更为密切。测量学给地图制图提供地面控制成果和实测地形原图。地理学为地图制图提供认识和反映地理环境及其空间分布规律的基础。地图制图学的地图投影就是以数学为工具阐明其原理和方法的；地图内容各要素选取指标已运用了数理统计和概率论的概念；计算机辅助地图制图更需要各种应用数学。此外，地图制图学还同GIS技术、遥感技术、物理学、化学、色彩学、美学、计算机科学等发生联系。,1.3.5地图制图学与其他学科的关系,地图的起源和地图制图学的发展已有悠久的历史。古希腊地理学家C.托勒密的地理学指南就是一部地图制图学著作。托勒密认为地理学就是“以线画形式描绘地球上所有迄今已知的部分及其附属的东西”。他研究了简单的圆锥投影并绘制了世界地图。中国西晋著名地图制图学家裴秀所创立的“制图六体”，对中国古代地图制图学的发展产生了深远的影响。唐代的贾耽、元代的朱思本、明代的罗洪先等历代地图制图学家也对地图制图学的发展有过较大贡献。欧洲文艺复兴时期，著名地图制图学家G.墨卡托对地图制图学的发展起过重大的推动作用。17世纪以后，欧洲进行的大规模三角测量和地形图测绘，促进了地图制图学的更快发展。在中国，从清代开始，进行了国家规模的地图测绘，编制成带有近代性的皇舆全图和大清一统舆图。20世纪初兴起的航空摄影测量方法，改变了地形图测绘生产过程，加上照像平版彩色胶印技术的应用，为地图的大规模编绘和印制创造了条件，同时也促进了地图制图学现代体系的形成。,1.3.6地图制图学发展简史,地图制图学作为区域性学科，其重点已由普通地图制图转移到专题地图制图，并向综合制图、实用制图和系统制图的方向发展。地图制图学作为技术性学科，正在向机助制图方向发展，逐步代替延续几千年的手工编图的作业方法。随着地图制图学同各学科间的相互渗透，产生了一些新的概念和理论。例如，以地图图形显示、传递、转换、存储、处理和利用空间信息为内容的地图信息论和地图传输论；研究经过地图图形模式化建立地图数学模型和数字模型的地图模式论；研究用图者对地图图形和色彩的感受过程和效果的地图感受论；研究和建立地图语言的地图符号学，等等。,1.3.7地图制图学发展趋势,编辑设计、收集资料,地图编绘、植字、剪贴、清绘或刻绘,创意排版,线划片,翻版、修版,彩色图像电分,原图照相,色稿制作,普染色版,注记版,晒制印刷版,拼版、分色套阳版（加网）、图形图像复合,电子分色片,打样、印刷,目前,编辑设计、收集资料,传统,图形、图像数字化,地图编辑、色彩处理,创意排版,彩喷输出、检校,激光照排软片输出,晒制印刷版,打样、印刷,1.3.8地图制印的基本过程,1以制图为中心的传统的地图（制图）学,1.3.9地图制图学的演变,个人技术对地图质量起决定作用实践经验积累是获取知识的主要渠道传统的师徒传授技艺起主导作用,传统的地图学的特点,2现代地图学的形成,前苏联3040年代提出的一整套的制图综合理论、基于光化学的制图工艺、地图和地图集设计的方法法国贝尔廷（J.Bertin)的图形变量理论英国博德（Board)的地图模式理论美国莫里斯(Morris)的形式语言学捷克的科拉斯尼(Kolacny)的地图信息传输模型,起重要作用的事件,(1).地图信息论是研究以地图图形表达、传递、储存、转换、处理和利用空间信息的理论。该理论有助于认识地图的实质，并深化对地图信息的计量化方法研究。(2).地图传输论是研究地图信息传输的原理、过程和方法的理论。该理论对于地图最佳制作和地图有效使用具有积极作用。(3).地图符号学是研究地图符号系统的构图基础，感受方式及其设计使用的科学。该理论对于地图符号设计和地图生产有较大影响。,3现代地图学的若干新理论,(4).地图模型论是研究如何建立再现的客观环境的地图模型，并以地图数学模型来表达的理论。该理论对于深入认识地图的实质，并对推动数字制图的发展有重要作用。(5).地图认知论是研究人类认知地图获取信息的手段、原理和过程的理论。该理论对制图手段、多媒体技术、虚拟现实技术的结合使用有重要意义。(6).地图感受论是研究地图视觉感受过程的物理学、生物学和心理方法，探讨地图如何被用图者有效感受的理论。该理论对于地图设计有重要意义。,(7).数学制图原理主要研究地图学中数学方法的应用原理与方法。主要包括：地图投影理论；地图的各种数学模型方法；地图制图综合中数理统计原理和方法；计算机制图软件设计的数学方法；地图量算的数学原理与方法。(8).地图可视化原理地图作为图形语言，本身是可视化产品，而且这种地图可视化已不只是传统的二维平面静态的可视化，而是多维、动态可视化。(9).地图制图综合理论是研究地图编制过程中内容的取舍与概括的原理和方法。地图制图综合是地图制图的创作过程，主要是地理真实性、地理规律性的体现和数理统计方法的运用与结合。,1.4地图制图学进展与未来地图学展望,专题制图领域的发展与拓宽数字制图在地图生产中的广泛应用电子地图与地图集信息系统的迅速发展地图电子出版系统的推广应用地图学新概念与新理论研究的不断深入,1.4.1地图制图学进展,1.4.2未来地图学展望,制图与用图的技术方面,地图学理论方面,空间数据库技术将链接数字制图、3S技术成为地球空间信息技术；多媒体、网络网格和虚拟现实技术的发展将使未来地图走向虚拟化、多维化和多感觉化；地图信息获取、处理、储存、传输和表达将更加自动化、智能化、模式化和标准化；地图功能更加多极化，产品更加多样化，作用更加直接化与用户化；地图学知识更加普及和大众化，制图与用图一体化。,地图可视化理论数字地球理论地学信息图谱理论地球信息科学理论,1.5计算机地图制图学的发展1.5.1计算机地图制图的概念,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、变换、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。,1.5.2计算机地图制图系统的构成,硬件软件地图数据,1.硬件输入设备：数字化仪、自动图形扫描仪（种类、单色彩色、分辨率）输出设备：图形显示终端、绘图仪、打印机,2.软件计算机地图制图系统的核心是软件，用于执行计算机制图功能的各种操作，包括数据输入、处理、数据库管理和图形用户界面等。有以下核心模块：数据输入和编辑模块，空间数据管理模块，数据处理模块，数据输出模块，用户界面。,3.地图数据计算机地图制图系统的操作对象是地图数据，它描述了地理实体的空间特征（空间位置、几何图形）、属性特征（名称、类型和数量）、时间特征和地理实体之间的相互关系。根据表现形式可将地图空间数据抽象为点、线、面三类元素，数据表达可以采用矢量和栅格两种组织形式，分别称为矢量数据结构和栅格数据结构。在计算机地图制图系统中，地图数据是以结构化的形式存储在计算机的，称为地图数据库。地图数据库由数据库实体和数据库管理系统组成。数据库实体中存储着许多数据文件和文件中的大量数据（空间数据和属性数据）；而数据库管理系统主要用于对数据进行统一管理，包括查询、检索、增删、修改和维护等。,1.5.3计算机地图制图与相关科学技术,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。,1、计算机科学,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。可以从遥感图像中快速而可靠地提取地面目标的空间信息和属性信息。我国卫星遥感地面站的实际工作经验证明，每1-2年TM图像可覆盖我国国土1次，其数据的现势性比常规的地图资料要好，因此，利用遥感图像实施地图空间数据的更新具有重要的现实意义和价值。,4、全球定位系统,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地图，是数字地图在电子屏幕上的符号化显示。,1.5.4GIS与地图制图学,地理信息系统（GIS，GeographicInformationSystem）是在计算机硬、软件系统支持下，对现实世界（资源与环境）的研究和变迁的各类空间数据及描述这些空间数据特性的属性进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统，它作为集计算机科学、地理学、测绘遥感学、环境科学、城市科学、空间科学、信息科学和管理科学为一体的新兴边缘学科而迅速地兴起和发展起来。,地理信息系统是用于输入、存储、查询、分析和显示地理数据的计算机系统。,1GIS的概念,王之卓院士：GIS是地图学中一个重要部分在信息时代的新发展。陈述彭院士：GIS脱胎于地图地图和GIS都是信息载体都有存储、分析、检索的功能地图是GIS最重要的数据源、载体和输出形式地图数据库是GIS数据库的核心,2地图学与GIS的关系,GIS是在计算机地图制图技术上逐渐发展起来的，它不仅继承了地图学中空间信息的传递功能，更强调了空间数据。早在18世纪，欧州一些国家就开始系统地绘制本国地形图。六七十年代期间，空间数据应用的主要领域是资源调查、土地评价和规划等领域，各学科领域的科学家们认识到地表各特征之间的相互联系、相互影响这一事实后，开始寻找一种综合的多学科、多目标的调查分析方法来评价地表特征，因而产生了面向特殊目的的专题图件。,3GIS与计算机地图制图的发展,60年代，计算机的出现，传统的制图方式被打破，对地球资源的量化分析和评价产生了实质性的发展，地图要素被量化成简单的数字，可以用计算机很方便地给予定性、定量及定位分析，进而用颜色、符号和文字说明完整地表达实体，因此产生了计算机地图制图技术。70年代后期，由于计算机硬件持续发展，计算机地图制图的历程向前迈进了一大步。80年代，美国地质调查研究所制定了旨在实现地图制图现代化的计划，它的任务是大规模地扩充和改进地图数字化设备，制定数据库信息交换标准，提高地图修编能力，改革传统的制图工艺，形成现代化数字制图流程，计算机地图制图技术的发展对GIS的产生据的分析、处理与应用。GIS是地图学在信息时代的发展，是地图学理论、方法与功能的延伸。,4GIS与计算机地图制图的关系,计算机地图制图技术的发展对GIS的产生起了有力的促进作用，GIS出现进一步为地图制图提供了现代化的先进技术手段,它必将引起地图制图过程深刻变化,成为现代地图制图主要手段，GIS应用于地图制图，可实现地图图形数字化，建立图形和属性两类数据相结合的数据库。GIS系统不同于计算机地图制图，计算机地图制图主要考虑可视材料的显示和处理,考虑地形、地物和各种专题要素在图上的表示，并且以数字形式对它们进行存贮、管理，最后通过绘图仪输出地图。计算机地图制图系统强调的是图形表示，通常只有图形数据，不太注重可视实体具有或不具有的非图形属性，而这种属性却是地理分析中非常有用的数据。GIS既注重实体的空间分布又强调它们的显示方法和显示质量，强调的是信息及其操作，不仅有图形数据库，还有非