1、新编地图学教程,电子教案,第 8 章 数字地图制图,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,第8章 数字地图制图,1 数字地图制图的技术基础2 数字地图的数据结构及其数据库3 数字地图的编辑与制印4 电子地图,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,1 数字地图制图的技术基础,1.1 信息科学与技术基础 1.计算机图形学 2.数据库技术 3.数字图像处理 4.多媒体技术,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,1.计算机图形学 (Computer Graphics),1 数字地图制图的技术基础,研究应用计算机生成、处理和显示图形的学科。它是以解析几何原理为基础，将显示器看作平面直角坐标系，使屏幕光栅
2、点阵与图面直角坐标系形成对应。,计算机图形基本分为两大类： (1)以线条为主的图形，应用领域为计算机辅助设计 (2)实体的两维三维造型，如3D MAX；CorelDraw等,计算机图形学主要研究内容：基本图形元素生成，几何变换；图形显示；交互输入；几何模型建立；三维动画方法等。,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,2.数据库技术,数据特点：量大；需长期保存；反复使用；多用户共用；,集中并以一定组织方式存于存储器中，从而能以最佳方式、最少的重复，为多种应用服务数据库。对数据库中数据的各种操作统一由一个软件执行，即数据库管理系统（DBMS）数据库和数据库管理系统合称为数据库系统。,在地图学中的应
3、用表现为对空间和非空间数据的管理,1 数字地图制图的技术基础,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,3.数字图像处理,数字图像是以栅格阵列的像元数值来记录图像的，像元数值表现为0-255灰阶。,数字图像处理技术：图像增强与恢复，图像分割，图像匹配与识别，图像信息压缩与编码等。,航空与航天遥感图像是地图的重要数据源。,1 数字地图制图的技术基础,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,4.多媒体技术,多媒体技术是以计算机为核心对文本、图形、图像、动画、音频、视频等多种媒体实施综合、交互处理的一门综合信息处理技术。,多媒体地图信息系统将成为数字地图制图发展的主流方向。,多样性：在5个感觉空间内，多媒
4、体技术已实现视、听和触觉三方面的数字信息处理和传输。集成性：多媒体信息的集成和多媒体设备的集成。交互性：计算机的人机“交互性”。,1 数字地图制图的技术基础,多媒体的关键特性,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,1.2 数字地图制图的硬件配置 1.计算机硬件 2.数字地图输入设备 3.地图输出设备,1 数字地图制图的技术基础,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,1.计算机硬件,任务： 数学计算；信息处理；设备控制,1 数字地图制图的技术基础,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,2.数字地图输入设备,包括键盘、鼠标、存储设备和数字化仪等，后者是将地图图形转换成数字的重要设备，分为两类：跟踪
5、式和扫描式。,A0幅面跟踪式数字化仪,跟踪式是以跟踪线划要素，记录特征点坐标形式将图形数字化。,操作方式：点 方 式 时间方式 距离方式,1 数字地图制图的技术基础,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,平台式和滚筒式扫描仪,扫描式是将原图分解为栅格像元，记录每个像元点灰阶值，将图形数字化,主要指标： 扫描精度 扫描速度 图像质量,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,扫描图形的自动跟踪矢量化,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,3.地图输出设备,数字地图输出分为显示器显示输出和硬拷贝输出两类。,1 数字地图制图的技术基础,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,输出设备的特点,新编地图学教程
6、 第8章 数字地图制图,1.3 数字地图制图技术 1.数字地图制图技术的发展 2.数字地图制图软件系统 3.数字地图主要软件产品介绍,1 数字地图制图的技术基础,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,1.数字地图制图技术的发展,初期阶段：20世纪60年代 牛津自动制图系统 哈佛SYMAP制图系统发展阶段：20世纪60年代后期至 80年代中期 计算机及外部设备大发展 主要侧重数字地图应用飞跃阶段： 20世纪80年代中期至今 硬、软件进一步完善，软件形成两分支 向大型网络、数据仓库、空间和属性统一发展,地理信息系统,地图出版系统,1 数字地图制图的技术基础,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,2
7、. 数字地图制图软件系统,数字地图制图系统，应具有完整的地理信息输入、处理、分析、制图等功能，软件是其核心。,地理信息输入软件地理信息分析软件图形输出软件,1 数字地图制图的技术基础,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,3.数字地图主要软件产品介绍,MapGIS 6.6（武汉中地信息工程有限公司）SuperMapGIS（北京超图地理信息技术有限公司）GeoStar（武汉吉奥信息工程技术有限公司）方正智绘（北大方正技术研究所）,1 数字地图制图的技术基础,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,3.数字地图主要软件产品介绍,Intergraph Arc/InfoMapInfo AutoCAD M
8、ap,1 数字地图制图的技术基础,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,2 数字地图的数据结构及其数据库,地图数据分为 空间数据：定位信息（量度信息） 非空间数据：语义信息和时间信息,将地理系统中复杂的地理现象进行抽象得到的地理对象称为地理实体或空间实体，简称实体(Entity)。对实体的描述信息输入计算机，即构成数字地图。,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,2.1 空间数据结构 空间数据对应于地图基本要素即实体，称几何数据，其表现形式有两种：矢量（图形）数据和栅格（图像）数据。,矢量（Vector）：在计算机图形中指一个有向线段，每个有向线段由有序的特征点来表示，其集合构成了图形。,栅格
9、（Raster）：将图像或地图分成若干行和列的栅格，记录全图每个栅格点数据，得到每个点的属性特征值，其空间特征已隐含其中。,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,表达真实的世界,Real World,Raster Representation,Vector Representation,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,1.图形数据的基本要素为点、线、面和体,2.1 空间数据结构,图形要素只出现在三维空间数据结构中，表达地图要素的图形都可看作是点的集合。,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,拓扑数据结构基本拓扑要素定义为：线段（arc）又称弧段，联结两结点，与其他线段无相关；结点（nod
10、e）线段的两个端点；多边形（ploygon）由数条线段有序地连接而成；层（layer）具有相同属性的拓扑要素的组合。,“topology(拓扑)” 一词来自希腊文，意为“形状的研究”，是研究图形在保持连续状态下变形时，那些不变的性质。,图形数据的另一重要结构是拓扑结构，即点、线、面、体之间具有邻接、关联和包含的拓扑关系。,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,2.图像数据的最小单元为像元(pixel),图像数据的数据结构实质是像元阵列，像元由行列号确定其位置，且具有表示实体属性的编码值。,图像栅格数据是连续两维平面信息的离散化，栅格像元大小决定信息表达的分辨率和信息量。,栅格数据以平面笛卡儿空
11、间描述地理实体，每个平面空间表达一种属性，每个像元只能有一个属性特征值。,不同类型地理实体（属性）以不同的平面空间表达，形成 “层”。,2.1 空间数据结构,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,栅格数据像元阵列,2.1 空间数据结构,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,栅格数据属性编码及分层,layer 1,layer 2,layer n,2.1 空间数据结构,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,3.图形数据的组织形式,（1）面向栅格单元的组织方式（2）面向地理实体的组织方式（3）以“层”的方式存取,在同一层中，记录多边形属性值和像元坐标,layer 1 （记录1，行号，列号，属性，记录
12、2，记录n， ）layer 2 （记录1，行号，列号，属性，记录2，记录n， ）,2.1 空间数据结构,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,2.2 非空间数据结构,非空间数据包括： 专题属性数据，质量属性数据，时间属性数据,地图数据库的非空间数据组织模式：,简单表格数据结构层次数据结构网络数据结构关系数据结构,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,优点：存取方便且速度快；结构清晰；数据修改和数据库扩展都比较容易；检索关键属性十分方便。缺点：结构呆板，缺乏灵活性；要保留大量索引文件。,层次数据结构,2.1 空间数据结构,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,优点：能够明确而方便的表示数据间的复
13、杂关系，数据冗余小；缺点：数据间联系通过指针表示（使数据量加大）；修改数据库时指针也要变化。,网络数据结构,2.1 空间数据结构,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,关系数据结构,2.1 空间数据结构,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,2.3 地图数据库数据组织 1.非空间数据作为空间数据的悬挂体 2.非空间数据和空间数据自成体系,非空间数据,空间数据,非空间数据,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,1.非空间数据作为空间数据的悬挂体,2.3 地图数据库数据组织,非空间数据是作为空间数据记录的一部分进行存储的。 当数据量不大时此种方式效果较好。,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,2
14、.非空间数据和空间数据自成体系,空间数据非和空间数据各有独立的管理系统，相互间以特定的工具联系，且可以互相访问和定位。,连接工具之一：开放数据库连接 (Open Database Connectivity, 简称ODBC),2.3 地图数据库数据组织,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,2.4 地图数据库的管理与设计 1.地图数据库管理系统 2.地图数据库系统中的坐标体系 3.地图数据库的功能设计,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,1.地图数据库管理系统,2.4 地图数据库的管理与设计,（1）对不同的应用目的，建立不同的管理系统。（2）对通用DBMS进行功能附加，管理空间数据。（3）分别
15、建立空间和属性子系统，总控于DBMS。（4）建立真正的DBMS，直接管理空间和属性库。,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,2.地图数据库系统中的坐标体系,（1）用户坐标体系 常规地图上的各种坐标系，与设备无关。（2）设备物理坐标体系 地图数据在输入输出时，所用设备的坐标体系。（3）数据库标准坐标体系 用户定义的便于地图数据库应用的特定坐标体系， 通常是将两字节整型数的值域定为标准坐标。,2.4 地图数据库的管理与设计,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,地图数据库中三种坐标体系的转换,用户坐标体系,设备物理坐标体系,数据库标准坐标体系,空间数据入库,空间数据检索,空间数据获取,空间数据输
16、出,非空间数据交互编辑,空间数据,2.4 地图数据库的管理与设计,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,3.地图数据库的功能设计,（1）空间数据和非空间数据的相互检索 （2）空间数据的自动概括 （3）专题地图的自动生成,2.4 地图数据库的管理与设计,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,3 数字地图的编辑与制印,3.1 数字地图制图的基本流程 1.编辑准备阶段 2.数字化阶段 3.数据处理和编辑阶段 4.图形输出阶段,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,1.编辑准备阶段,3.1 数字地图制图基本流程,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；数字制图的特别要求
17、；原始资料的数字化前编辑处理：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。,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,2.数字化阶段,数字化方法分为两类：跟踪式和扫描式。相应的数字记录结构：矢量格式和栅格格式。,3.1 数字地图制图基本流程,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,3.数据处理和编辑阶段,数字化信息规范化处理： 检查、纠正、重新生成，转换特征码，统一坐标原点，比例尺变换，数据合并归类等。,实施地图编制的数据处理： 数学基础建立，投影变换，数据选取概括，符号、图形、注记的绘制。,3.1 数字地图制图基本流程,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,4. 图形输出阶段,数字地图
18、输出是将处理后的数据转换为图形，分为屏幕显示输出和硬拷贝输出，也可存储在存储设备里。,硬拷贝输出的基本设备： 栅格输出：激光打印，喷墨打印，胶片拷贝。 矢量绘图：通过矢量绘图仪的坐标方式绘制矢量地图。,3.1 数字地图制图基本流程,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,3.2 地图投影与坐标系选择 1.地图投影选择 2.坐标系选择,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,1.地图投影选择,3.2 地图投影与坐标系选择,地图投影的选取决定于地图的应用及其比例尺，在数字制图软件中，都可以通过相应参数的设定作出选择。,如 MapInfo 软件以两级下拉菜单形式提供了300多个预定义坐标系。,新编地图学
19、教程 第8章 数字地图制图,2.坐标系选择,坐标系可以明确地图对象的空间定位坐标，它包括：,3.2 地图投影与坐标系选择,坐标系名称、投影类型、基准面、坐标单位、原点坐标、方位角、比例系数等。,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,3.3 地图数字化与图形要素编辑 1.地图数字化 2.图形要素编辑 3.坐标变换,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,1.地图数字化,3.3 地图数字化与图形要素编辑,初始化控制点输入确定图形显示窗口跟踪数字化编辑保存,是将模拟形式转换为数字方式的主要途径,扫描图形预处理扫描模式设置分辨率设置调整亮度及对比度设置扫描范围,跟 踪 式 扫 描 式,新编地图学教程 第
20、8章 数字地图制图,2.图形要素编辑,编辑内容：图形修改、增加、删除和拼接。,细碎重叠多边形,不正确多边形,线端点的未达结点和超过结点,3.3 地图数字化与图形要素编辑,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,3.坐标变换,建立两个平面点之间的一一对应关系，即一种地图坐标系与另一种地图坐标系的变换模型。,通常采用两种方法： (1) 仿射变换(affine transformation) 坐标的缩放(scale)、平移(translate)、旋转(rotate) (2) 相似变换(similarity transformation) x轴、y轴同尺度缩放、平移、旋转,3.3 地图数字化与图形要素编
21、辑,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,3.4 地图分层,在地图数据的组织管理中，图形空间结构相同的图形数据往往形成独立的组织单元层。常表达为：layer, coverage, theme 等。它们可以被独立的操作 处理、组合、共享,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,数据分层组织实例,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,3.5 专题地图设计,桌面制图软件环境下，专题制图步骤： (1) 根据专题变量，确定使用的专题表示方法。 (2) 确定制图数据的来源途径。 (3) 自定义专题图例。 (4) 完成并保存专题图。,制作专题地图是根据特定专题对地图渲染的过程。 专题通常是数据的某些特有属性字
22、段，也称为专题变量。,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,3.6 图面配置与输出,地图输出功能设计包括：输出设备类型、输出纸张、输出幅面、比例尺、色彩等参数的选择。,地图产品的最终完成还需要对全部内容进行科学合理且符合视觉平衡的排布图面配置。,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,4 电子地图,4.1 电子地图的概念,电子地图，也称为数字地图，是地图制作和应用的一个系统，是一种数字化了的地图。,电子地图技术是集地理信息系统技术、数字制图技术、多媒体技术和虚拟现实技术等多项现代技术为一体的综合技术。电子地图是一种以可视化的数字地图为背景，用文本、照片、图表、声音、动画、视频等多媒体为表现手段展
23、示城市、企业、旅游景点等区域综合面貌的现代信息产品，它可以存贮于计算机外存，以只读光盘、网络等形式传播，以桌面计算机或触摸屏计算机等形式提供大众使用。,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,4.2 电子地图的优点 1.交互性2.无级缩放3.无缝4.动态载负量调度5.多维化6.信息丰富7.共享性8.计算、统计和分析功能,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,4.4 电子地图的图种举例 1.导航图 2.多媒体地图 3.遥感地图 4.地形图 5.网络图,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,信息时代的到来，使人类构造了一个与现实世界相对应的虚拟的信息世界。人们将生活在由原子组成的现实空间和由比特（b
24、it）构成的信息空间(cyberspace)中，现实空间与信息空间的物理界面（interface）是由计算机及网络和数据库构成的信息基础设施，人们通过这一界面可跨越现实空间与一些时间的限制，了解现实世界的过去和现在，预测未来，进行思维交流。数字地图将在信息空间中构造人类生存环境的时空蓝图，并通过人类可接受的感知方式在现实世界中展现。,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,第八章 结 束,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,定义：指存在于空间图形的不同元素之间的拓扑关系。 表现：弧段与结点的拓扑关系（arc-node topology）,即每一个弧段都有一个起始端点和一个终止端点，从起始点到终
25、止端点表示了弧段的方向，所有弧段的端点序列则定义了弧段与结点的拓扑关系。,关 联 Connectivity,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,定义：指存在于空间图形的同类元素之间的拓扑关系。表现：弧段和左右多边形的拓扑关系（Left-right topology），即一个具有方向性的弧段，沿弧段方向有左边和右边之分。根据左边和右边的关系来判断位于该弧段两边多边形的邻接性。,邻 接 Contiguity,新编地图学教程 第8章 数字地图制图,定义：指存在于空间图形的同类，但不同级的元素之间的拓扑关系。表现：多边形与弧段的拓扑关系（polygon-arc topology）表现了多边形区域定义。矢量模型中，多边形区域是一系列弧段序列组成。,包 含 Inclusion ( 多边形区域定义 Area definition ),
