第四章 地图清晰性 地图概括.pptx

1、1,第四章 地图清晰性: 地图概括,第一节 概述 第二节 地图概括的内容和方法 第三节 地图概括的现代发展,2,3,本章要点 掌握地图概括的实质；地图概括的原则；地图概括的方法和影响地图概括的主要因素；计算机制图概括的原理。 认识地图概括的基本过程。 了解地图概括的数学模式、地图概括自动化趋势。 一般了解计算机制图概括发展轨迹。,4,什么是概括（综合）？,一般意义上的综合 通俗意义上的综合是思维的抽象化过程，从细到粗的思维过程，在非地图研究领域也存在 人物漫画、卡通画、文章摘要、长篇小说改编。 体现两方面：保留重要内容，保留的内容以简化形式表达。,第一节 概述,一 地图概括的实质,地图概括,一

2、、 地图概括的实质,地图概括(generalization),投影,比例尺,取舍化简,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，也称制图综合。,地图概括不仅存在于将实地复杂的客观存在抽象概括为缩小、简化了的地图模型的过程中，而且还存在于将较大比例尺地图转换成较小比例尺地图的过程中和不同用途地图的转换过程中。,地图概括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，具体表现在制图过程中要实现地图内容详细性与清晰性的对立统一和地理要素的几何精确性与地理适应性的对立统一。, 详细性与清晰性的对立统一,详细性是指在比例尺允许的条件下，尽可

3、能多地表示一些内容；清晰性是指在满足用途要求的前提下，做到层次分明、清晰易读。,比例尺越大，地图内容越详细，但随着比例尺的缩小，图形符号的“拥挤”会使地图的清晰性下降，要保持地图的清晰性就必须对内容进行“删繁就简、舍末逐本”。, 几何精确性和地理适应性的对立统一,几何精确性是指地图上要素的点位坐标的准确程度；地理适应性是指地图上用图形符号所反映的地理要素的空间分布与相互关系和实地的相似程度。,大比例尺地图，地理要素位置的高精度，准确地保持了地理适应性；但随着比例尺的缩小，图形符号之间的间隔越来越小，甚至出现相互压盖，要保持要素间相互关系的正确性就必须移动次要地物的位置，从而损害地物位置的几何精

4、确性。可见，大比例尺地图，保持几何精确性就是保持地理适应性；而小比例尺地图，要保持地理适应性必然导致几何精确性的下降。,几何精确性和地理适应性。 大比例尺：几何精确性高，地理适应性低； 小比例尺：几何精确性低，地理适应性高。 两个极端 比例概括：片面强调机械地以比例尺概括； 目的概括：片面强调地理适应性的典型塑造。 两者的协调统一 比例概括不丧失制图现象的规律性和清晰易读性， 目的概括不破坏图面要素的客观性和几何精确性。,详细性和清晰性、几何精确性和地理适应性的对立统一，其条件都是地图用途和比例尺，而统一的方法就是地图概括。,作用： 地图综合贯穿于普通地图、专题地图、外业测图、内业编图的制图对

5、象和制图资料的选择、地图内容的取舍、分级、表示方法的选择、地图符号设计的全过程。,实质： 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。,14,地图概括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。在具体编图过程中，这种矛盾的解决主要表现在两个方面：即正确处理地图的详细性和概括性的矛盾和正确处理地理各要素的几何精度与地理适应性的矛盾 地图概括是通过对制图区域内客观事物的取舍和化简来实现的。 地图概括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”

6、。,15, 地图/GIS数据综合,随着比例尺缩小，保留重要地物，以概括的形式表达，去掉次要地物目标 地图综合是地图设计制作的核心环节，蕴含着创造性思维，是一定程度上的艺术加工行为。,16,多比例尺,17,18,二 影响地图概括的因素 影响地图概括的因素主要包括客观因素和主观因素两部分。客观因素主要有地图用途、比例尺、制图区域的特点、制图资料的质量、地图符号的形式和大小等；而另一方面则是制图者的才能和经验，即经过制图者对客观要素之间纵向和横向联系性的综合考虑而“客观的、科学的抽象过程”。,19,1、地图用途,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，地图的用途是地图概括的主导因素。

7、,地图主题决定要素的重要程度和选取，必然影响地图概括。,同一种地理要素的选取也受地图主题的影响。,20,用途不同，表达空间数据的种类、数量、质量以及简化程度不同。 地形图：几何精度； 行政区图：界限醒目； 城市交通图：铁路、公路、车站明显； 教学挂图：内容简明，重点突出。 地图的主题不同，同一要素在图上存在的重要程度有明显差异。同是水系要素， 水资源图：详细表示出湖泊、河流、支流、灌溉渠道、水利设施等要素； 交通图：选取主要的湖泊、河流表达出来。,21,教学挂图参考用图,22,地 理 图,地 势 图,地图的用途和主题的影响,23,26,2、地图比例尺 比例尺对地图概括影响十分明显，它决定事物被

8、取舍的标准和地图内容的多少。,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,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,27,28,比例尺影响地图概的数量和质量特征,29,30,3、制图区域的特点 制图区域的特点是客观存在的，不同的制图区域，其地面要素的组成、地理分布及其相互关系是有很大差别的。因此，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。 例如我国江南水网地区，由于河网过密，势必影响其它要素的显示。因此在制图规范中对这些地区需要限定河网密度，一般不表示水井、涵洞。在我国的西北干旱区，河流、井、泉附近成

9、为人们生活和生产的主要基地。制图规范对这些地区规定必须表示全部河流、季节河和泉水出露的地点。, 制图区的地理特征,（景观概括）,河网地区的图形,干旱区水系的表示,32,4、数据质量,数据的种类、特点及质量直接影响地图概括的质量。,空间数据：包括图表、影像、统计数据和文字资料。,34,5、 图解限制 ：符号样式及大小 地图是以图形符号来表示各种事物现象的。符号的图形样式、色彩、尺寸的大小将直接影响着地图的载负量，所以也就影响了地图的概括程度。 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,35,视觉分辨能力, 图解限制,（符号最小尺寸）,37,6、制图者 地图概

10、括是由地图的编绘者来完成的，编绘者对客观事物的认识程度对制图概括起着决定性的作用，制图者决定着地图概括的质量。 由前所述，影响地图概括的因素有许多，因此在概括时不能只考虑单一因素，而要进行全面的分析研究。,38,1、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 地图概括的原则,39,

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，地图概括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。,40,41,四、实施地图概括的四个步骤 地图概括的步骤，可以归纳为：分类、简化、夸张、符号化四个步骤。,1、分类 分类与简化的目的相同，一般是根据地理要素属性信息的异同划分的。分类和简化都是概括的手段，所不同的是分类只对数据信息进行处理

12、，使之更突出，更典型，而不是舍去某些数据 分类的一般定义是“数据排序、分级或分群”。常用的分类方法是将一些类似的定性现象划分成类型；另一种分类的方法是将定量数据划分成以数字定义的级别，这种方法有助于统计要素的定性和定量分析研究。,43,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,2.简化 可是显示空间数据的重要特征，删弃不重要的细部。依比例尺和目的的不同，它包括地理信息的取舍和图形化简两方面。制图规范提出了一个因比例尺变化而设定的取舍标准，称为比例尺概括。 选取符合制图目的某些内容，

13、舍去与目的无关的某些内容或某项中的部分内容；选取反映地图区域特征的某些内容，舍去不反映区域特征的某些内容，或某项中过多的内容，有利于地图使用和区域特征的显示，这种选取属于目的概括。 当比例尺缩小以后，不是保存零碎的地物而是强调它的地理适应性。所以简化过程也对图形的内部结构进行化简，不化简就会影响地图的易读性。,45,简化主要有两个目的。其一是经简化处理，使制图信息符合地图的展现能力，即简化后的要素信息能在规定的比例尺地图上表示出来；另一个目的则是经简化处理后，能尽量保持制图现象的基本地理特征。 简化的方法有多种，但主要侧重内容的取舍和图形的化简两个方面。,46,47,比例尺概括：依据比例尺变化

14、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。,48,3.夸张 提高或强调符号的重要特征。它与编图的目的和用途密切相关，并充分体现在地图设计过程中。地图从设计图例开始便采用了夸张的方法。在地图设计中，图形的夸张还应符合审美和寓意的需要。,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,一.选取 二.简化 三.夸张 四.符号化,第二节 地图概括的内容和方法,一、选取,使杂乱无章的地图信息，通过聚类和分群使之有序化,定性特征的概括： 依据地物属性、制图需要及图解限

15、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,对内容选取：,以地图的用途、比例尺、区域地理特点等为依据，保留主要的地图内容，去掉次要的地图内容，以反映主要的、重要的、能反映区域特征的地理事物和现象。,1、资格法: 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。,54,资格法：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。 高级到低级； 主要到次要； 由大到小。 河流：图上的长度大于1cm； 水渠：宽度大于1m； 建筑物：大于一定的面积； 居住点：人口大于500人、行政等级、区域特点,55,

16、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。 优点：标准明确，简单易行。缺点：只有一个衡量标准，有时不能全面衡量出物体的重要程度，难以控制各地区间图面负载量的差别。,56,层次分类 降维,1971年版1:10万水系分类,2、定额法,根据新编地图上单位面积选取对象的个数或密度确定。 定额指标产生于图解、计算分析以及编图试验。 优

17、点：可以保证图面选取的内容既能清晰易读，又能有足够的数量和适宜的密度。,我国1：100万地图居民地选取定额,面积负载量：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：地图上单位面积内的制图对象个数或长度。 极限负载量：地图上可能达到的最高负载量。 适宜负载量：适合于地图用途并能反映制图区域特点的地图负载量。,地图的负载量是评价地图内容的数量指标，对地图概括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。,3、区域指标法,对整个制图区域的景观结构特征、区域分布规律及相关要素的分布特点，进行类型分区研究。 按各分区内制图对象的数量、质量和分布特点确定选取指标，编制成图标

18、和说明，称为指标图。,我国海岸线的选取指标，随区域不同而变化。, 反映制图空间数据的类型及其区域差异, 反映制图空间数据在不同比例下的信息容量, 反映空间数据的精度,4、确定选取指标的数量分析方法 原则：,65,常用数量分析方法： 图解计算法 用于居民点选取 等比数列法 用于河流等线状地物要素的选取 区域指标法 适用于各类要素的选取 回归分析法 适用于某一类要素的选取 开方根规律 用于从大比例尺编制小比例尺图,(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),式中： a 是居民点符号的面积； p是居民点注记的面积； n为每cm2为居民点

19、个数； S :是选取的指标；,面积a 可以用半径计算，面积 p可以计算。,S = n (pr 2 + 3.0 d 2 ),SSi/100mm2 = (Spri2 + S3.0 di2 ) / 100mm2,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,中国居民点所占面积在不同比例尺地图上载负量,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,(2)、开方根规律,例子：由一张1：5万地形图编

20、绘成一张1：10万的地形图，在相应的范围内，原始地图有居民点78个，则新编地图上的居民点应为：,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,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,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

21、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,河流选取指标,(3)、 等比数列法,用等比数列确定地图要素选取的方法苏联学者鲍罗金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。,以河流在支流选取上的应用为例： 设,河流长度分级 A1, A2,An 河流间距分级 B1, B2, Bn,符合等比关系,Ai = A1 ri -1 Bi = B1 pi -1,r, p 为辨认系数(公比) 可令 r = 1.3， p = 1.5,C11, C22, Cnn 为河流应保持的最小间隔，则,Cii = ( Bi+ Bi+1 ) / 2,等

22、 比 数 列 模 式,按等比数列法的河流选取实例,(4) 回归分析法,地图上居民点的选取程度，同实地密度之间存在着相关关系。,y = axb,a,b 为待定系数,建立回归方程：,经全国抽样计算地形图上居民地选取的回归曲线,1:10万地形图居民地选取指标,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。,二、简化,1、质量特征的简化 2、数量特征的简化 3、图形特征的简化 4、地物内部结构的简化,(一） 质量特征的简化 将空间数据按其属性进行合并，用概括的分类取代详细的分类，或者取消低级分类。 例如：表4-8

23、中的中国地貌分类系统 例如：表4-9中的地图比例尺与制图基本分类单位,地物层次分类,普通地图内容通常分为十大类，遵循一定的规范。 专题地图则根据相应内容的学科体系分类。,1:25万时，水系分类仅保留了河流、运河、常年湖和水库。,1971年版1:10万水系分类,数量分级 分级越多，地图概括的程度越小。 等级合并 经过层次归类的空间数据，有明确的先后层次顺序，随着比例尺的缩小，按数据的质量和数量特征来合并等级，减小级数扩大级差。,降维转换 点状符号是一种1维的数据，线状符号和面状符号是二维的数据，比例尺缩小或同级比例尺的制图目的不同时，运用符号表示数据的图形产生维量的变化，称图形等级转换，它对地图

24、的载负量影响很大。,分区选取 是一种不等精度的选取方法，由于地理位置的差异，在同一图幅范围内进行定额选取是要采用不同的分类标准。,（二）数量特征的简化 将空间数据按数量排序进行分级，以等差分级、等比分级或任意分级处理。分级的等级越多，概括程度越低。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。 如：等高线的数量与等高距的关系。,89,（三）形状特征的简化,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。,91,形状化简是对线状和面状地物最有效的综合方法。在地图编绘中，由于比例尺的缩小而使地图图形难以分辨，或因弯曲过多，过

25、细而妨碍了主要特征的显示，所以必须对地图图形加以化简。形状化简的目的是保留该地物特有的轮廓特征，并能区别出从地图用途来看是实质的或必须表示的特征。,92,93,94,95,1、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。,96,多边形边界化简,97,删除的最小尺寸 编图时决定空间数据取与舍的数量标准，是地物在图上的最小尺寸。删除的最小尺寸是按照成图比例尺的缩小原图进行量度的。有时空间数据是否删除是有条件的，在删除过程中最小尺寸界限要灵活处理,98,99,100,2、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

26、清晰显示时就采用合并的方法来概括地图图形。,101,102,（土地利用）多边形删除,103,104,105,3、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。,106,道路设施布局及街区块的剖分,107,108,4.内部结构的简化 空间数据构成了平面图形，在简化过程中应保持一定的格局。例如在城市平面图形中，要考虑城市的功能分区、城市街区的方向、街道的密度对比、对外的交通联系等进行平面图形的概括。, 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

27、要的地物，符合审美和寓意的需要。,三、夸张,1、不依比例尺放大 2、移位,111,一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 。,112,群目标移位,113,114,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,四、符号化,第三节 地图概括的现代发展,地图概括的发展，一方面扩展多种应用数学的理论于图形建模，取得了自动概括的许多新方法；另一方面全力探讨地图概括概念模型的建立。,计算机制图使现在地图的编制摆脱了手工劳动，它对地图概括提出的要求是：总结概括的规律，研究地

28、图概括过程的计量化和模型化，充分利用地图数据库和地理信息系统，以解决概括的各种问题。 较早的机助制图作业，是对空间数据的点和面的处理，利用点的删除构成新的图形。,118,一、计算机地图概括的发展轨迹 计算机地图概括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，大大丰富了计算机地图概括的方法。象图像增强技术通过改变图像的频谱、结构，或对已

29、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地图概括。,119,80年代中后期，计算机地图概括引入了人工智能技术（如专家系统），该技术为模拟人类地图概括过程提供了可能。 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，使得计算机地图概括实践技术得到了突飞猛进的发展。 伴随着计算机地图概括的成功尝试，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。,120,二、计算机地图概括的原理,1、制图对象的自动取舍 计算机根据数据选取模式对制

30、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一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。,121,（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。,122,3、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