计算机地图制图课件【1】地图数据描述方法
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计算机地图制图的理论基础课件
0° ≤ β < 360°
判断点与多边形位置关系的铅垂线内点算法 判断点与多边形位置关系的铅垂线内点算法
(适用于带孔多边形 适用于带孔多边形) 适用于带孔多边形
基本思想:从待判别点引铅垂线， 基本思想:从待判别点引铅垂线，由该铅垂线 注意：是一条射线）与多边形交点个数的奇 （注意：是一条射线）与多边形交点个数的奇 偶性来判断点是否在多边形内 来判断点是否在多边形内。 偶性来判断点是否在多边形内。 若交点个数为奇数，点在多边形内； 若交点个数为奇数，点在多边形内； 若交点个数为偶数，则该点在多边形外。 若交点个数为偶数，则该点在究的重点问题是求线与面的相交。 线面关系研究的重点问题是求线与面的相交。 求线与面的相交 线段与多边形交线的算法 ：
第一步，求多边形的最小投影矩形。 第一步，求多边形的最小投影矩形。 第二步， 第二步，判断线段是否有端点在该最小投影矩形 若不在，结论为“线段与多边形相离” 中。若不在，结论为“线段与多边形相离”，算 法结束；否则，执行第三步。 法结束；否则，执行第三步。 第三步，顺次判断线段与多边形各边是否有交点， 第三步，顺次判断线段与多边形各边是否有交点， 若有交点，则求出并保存交点坐标。 若有交点，则求出并保存交点坐标。 第四步，对交点坐标排序：计算各交点与线段一 第四步，对交点坐标排序：计算各交点与线段一 端点的距离 的距离， 端点的距离，然后按照距离由小到大对交点编号 排序。 排序。 第五步，按规律连接各个交点， 第五步，按规律连接各个交点，得到位于多边形内部的 连接各个交点 交线。 交线。
判断点线侧位关系的意义？ 判断点线侧位关系的意义？
1.2 点、线关系的判别方法 点线关系判别的目的之一是确定点是否在线上。 点线关系判别的目的之一是确定点是否在线上。
计算机地图制图原理与方法基本图形生成算法PPT课件
void MidpointLine (int x0，int y0，int x1， int y1，int color) { int a， b， d1， d2， d， x， y；
a=y0-y1； b=x1-x0；d=2*a+b； d1=2*a；d2=2* (a+b)； x=x0；y=y0； while (x<=x1) { SetPixel (x， y， color); if (d<0) {x++；y++； d+=d2; } else {x++； d+=d1;} } /* while */ } /* midPointLine */
第13页/共34页
程序改进
void Bresenhamline (int x0,int y0,int x1, int y1,int color)
{ dx = x1-x0,；dy = y1- y0,；e=-dx;
x=x0； y=y0; for (i=0; i<=dx; i++)
从速度考虑，还 有那些可以改进？
第9页/共34页
3.2.3 生成直线的Bresenham算法
Yi+1 Yi
D
B A
C
xi
Xi+1
第10页/共34页
原理：
d
d
dd
假定直线斜率,0<k<1, 起点坐标为(x,y);
下一个点亮象素可能是：(x+1,y) 或 (x+1,y+1)。这可通过d值的大小来确定:
d = d+k, 当d>1 时 d=d-1 ;
d = F(xp + 2, yp - 0.5)
a=y0-y1； b=x1-x0；d=2*a+b； d1=2*a；d2=2* (a+b)； x=x0；y=y0； while (x<=x1) { SetPixel (x， y， color); if (d<0) {x++；y++； d+=d2; } else {x++； d+=d1;} } /* while */ } /* midPointLine */
第13页/共34页
程序改进
void Bresenhamline (int x0,int y0,int x1, int y1,int color)
{ dx = x1-x0,；dy = y1- y0,；e=-dx;
x=x0； y=y0; for (i=0; i<=dx; i++)
从速度考虑，还 有那些可以改进？
第9页/共34页
3.2.3 生成直线的Bresenham算法
Yi+1 Yi
D
B A
C
xi
Xi+1
第10页/共34页
原理：
d
d
dd
假定直线斜率,0<k<1, 起点坐标为(x,y);
下一个点亮象素可能是：(x+1,y) 或 (x+1,y+1)。这可通过d值的大小来确定:
d = d+k, 当d>1 时 d=d-1 ;
d = F(xp + 2, yp - 0.5)
GIS地图制图课件
GIS地图制图的核心是将地理空间数据转换成地图形式，以直 观地展示地理信息，帮助用户更好地理解空间关系和地理环 境。
GIS地图制图的特点
跨学科性
GIS地图制图涉及计算机科学、地理学、地图学、测量学等多个学科 领域，需要综合运用相关知识和技术。
数据驱动
GIS地图制图以地理空间数据为基础，通过对数据的处理和分析，生 成具有实用价值的地图信息。
05
GIS地图制图实例分析
城市规划地图制作
城市规划地图制作
利用GIS技术，将城市规划数据和信息进行整合，以地图 形式展示城市规划方案。
城市规划数据采集
通过GIS技术，采集城市地形、地貌、建筑物、道路、绿 化等数据，为城市规划地图制作提供基础数据。
城市规划地图制作流程
将采集的数据进行整理、分类、编码、入库等处理，然后 利用GIS软件进行地图制作，包括地图符号设计、地图色 彩搭配、地图版面设计等。
地图投影
01
02
Байду номын сангаас
03
地图投影定义
地图投影是将地球表面的 地理坐标转换为平面坐标 的方法，是制作地图的基 础。
常用投影类型
包括等角投影、等面积投 影、等方位投影等，每种 投影类型都有其特定的应 用场景。
投影选择原则
在选择投影时，需要考虑 地图用途、区域范围、精 度要求等因素，以选择最 适合的投影。
地理坐标系
虚拟现实与GIS地图制图的结合
沉浸式地图体验
虚拟地理环境
通过虚拟现实技术，为用户提供沉浸 式的地图体验，使地图更加生动和直 观。
构建虚拟地理环境，模拟真实地理情 况，为地图制作和地理研究提供有力 支持。
交互式地图操作
利用虚拟现实技术，实现地图的交互 式操作，提高用户在地图使用中的参 与感。
GIS地图制图的特点
跨学科性
GIS地图制图涉及计算机科学、地理学、地图学、测量学等多个学科 领域，需要综合运用相关知识和技术。
数据驱动
GIS地图制图以地理空间数据为基础，通过对数据的处理和分析，生 成具有实用价值的地图信息。
05
GIS地图制图实例分析
城市规划地图制作
城市规划地图制作
利用GIS技术，将城市规划数据和信息进行整合，以地图 形式展示城市规划方案。
城市规划数据采集
通过GIS技术，采集城市地形、地貌、建筑物、道路、绿 化等数据，为城市规划地图制作提供基础数据。
城市规划地图制作流程
将采集的数据进行整理、分类、编码、入库等处理，然后 利用GIS软件进行地图制作，包括地图符号设计、地图色 彩搭配、地图版面设计等。
地图投影
01
02
Байду номын сангаас
03
地图投影定义
地图投影是将地球表面的 地理坐标转换为平面坐标 的方法，是制作地图的基 础。
常用投影类型
包括等角投影、等面积投 影、等方位投影等，每种 投影类型都有其特定的应 用场景。
投影选择原则
在选择投影时，需要考虑 地图用途、区域范围、精 度要求等因素，以选择最 适合的投影。
地理坐标系
虚拟现实与GIS地图制图的结合
沉浸式地图体验
虚拟地理环境
通过虚拟现实技术，为用户提供沉浸 式的地图体验，使地图更加生动和直 观。
构建虚拟地理环境，模拟真实地理情 况，为地图制作和地理研究提供有力 支持。
交互式地图操作
利用虚拟现实技术，实现地图的交互 式操作，提高用户在地图使用中的参 与感。
2计算机地图制图的数据基础
数据结构
图形数据
数据类型
矢量数据 栅格数据
属性数据
4.空间数据在制图中的作用
(1)控制地图数学基础 地图投影和坐标系——决定于数据采用的 投影和坐标系 地图比例尺——决定于数据精度
4.空间数据在制图中的作用要素位置 反映要素形状、类型(点、线、面状) 为地图概括提供素材
第二章 计算机地图制图的数据基础
王祖正
复习
第一章的主要内容
• 什么是计算机制图 • 什么是地图数据 • 计算机地图制图的一般过程
本章主要内容
第一节 空间数据 空间数据的概念、结构、类型 第二节 空间数据采集与处理 空间数据的采集、处理、管理
地图规划——数据准备——地图编制——地图输出
第一节 空间数据
(2)空间数据的主要特征
——空间特征和属性特征
空间图形数据
空间特征——用于确定地图要素的分布
属性特征——用于对地图要素的渲染
属性数据
2.空间数据结构
(1)空间图形数据 ——描述空间位置和拓扑关系的数据，与地 图要素的几何特征有关，称为空间图形 (特征)数据
(2)属性数据 ——描述地理要素和地理现象属性的数据 为属性数据。
（2）栅格数据
在制图区域内规则铺设像元，通过 像元的属性差异(反映成颜色差异)，来表 示地物在空间中的存在形式。
以栅格线为例
每个方格 放大 放大 为纯色 放大
栅格数据特点
——直观 ——渲染容易，有过渡 ——数据结构简单，易维护 ——数据冗余大 ——地物边缘齿化，影响精度
空间数据结构与类型的关系
便于地图统计
4.空间数据在制图中的作用
(3)提供地图要素属性
服务地图渲染和整饰。
图形数据
数据类型
矢量数据 栅格数据
属性数据
4.空间数据在制图中的作用
(1)控制地图数学基础 地图投影和坐标系——决定于数据采用的 投影和坐标系 地图比例尺——决定于数据精度
4.空间数据在制图中的作用要素位置 反映要素形状、类型(点、线、面状) 为地图概括提供素材
第二章 计算机地图制图的数据基础
王祖正
复习
第一章的主要内容
• 什么是计算机制图 • 什么是地图数据 • 计算机地图制图的一般过程
本章主要内容
第一节 空间数据 空间数据的概念、结构、类型 第二节 空间数据采集与处理 空间数据的采集、处理、管理
地图规划——数据准备——地图编制——地图输出
第一节 空间数据
(2)空间数据的主要特征
——空间特征和属性特征
空间图形数据
空间特征——用于确定地图要素的分布
属性特征——用于对地图要素的渲染
属性数据
2.空间数据结构
(1)空间图形数据 ——描述空间位置和拓扑关系的数据，与地 图要素的几何特征有关，称为空间图形 (特征)数据
(2)属性数据 ——描述地理要素和地理现象属性的数据 为属性数据。
（2）栅格数据
在制图区域内规则铺设像元，通过 像元的属性差异(反映成颜色差异)，来表 示地物在空间中的存在形式。
以栅格线为例
每个方格 放大 放大 为纯色 放大
栅格数据特点
——直观 ——渲染容易，有过渡 ——数据结构简单，易维护 ——数据冗余大 ——地物边缘齿化，影响精度
空间数据结构与类型的关系
便于地图统计
4.空间数据在制图中的作用
(3)提供地图要素属性
服务地图渲染和整饰。
计算机地图制图中国矿业大学数据结构PPT课件
指针不仅增加了数据的 存储量，还增加了操作 的复杂性，并不广泛用 于存储数据。
线性四叉树：记录叶结 点的位置，深度，属性。 地址码（定位码、 Morton码）
第56页/共91页
存贮量小，只对叶结 点编码，直接寻址， 定位码容易存储和执 行实现集合相加等组 合操作。
四进制Morton码
方法1：四叉树从上而下由 叶结点找Morton码。
第25页/共91页
邻接矩阵： 连通矩阵：
重叠：—— 邻接： 1 不邻接：0
重 叠 ： —— 连 通 ： 1 不连通：0
第26页/共91页
3)方向性：一条弧段的起点、终点确定了弧 段的方向。用于表达现实中的有向弧段，如 城市道路单向，河流的流向等。
4)包含性：指面状实体包含了哪些线、点或 面状实体。
第28页/共91页
左面 右面
4、拓扑关系的意义：
1）能清楚地反映实体之间的逻辑结构关 系。它比几何关系具有更大的稳定性，不 随地图投影变化。 2）有助于空间要素的查询，利用拓扑关 系可以解决许多实际问题。 3）根据拓扑关系可重建地理实体。
第29页/共91页
哥尼斯堡七桥问题
哥尼斯堡七桥问题
第30页/共91页
5)区域定义：多边形由一组封闭的线来定义。
6)层次关系：相同元素之间的等级关系，武 汉市有各个区组成。
第27页/共91页
3、拓扑关系的表达：
拓扑关系具体可由4个关系表来表示：
（1）面--链关系： 面 构成面的弧段
（2）链--结点关系：链 链两端的结点
（3）结点--链关系：结点 通过该结点的链
（4）链—面关系： 链
1）概述 2）八叉树结构 3）三维边界表示法
第7页/共91页
《数字地图制图》PPT课件
• （3）以“层”的方式存取， 以“层”为基础， 每层中以像元为序，记录其坐标和属性值，这 种方式结构简单。
• 二、非空间数据结构 • 非空间数据主要包括专题属性数据、质量描
述数据、时间因素等有关属性的语义信息。
• 地图数据库中的非空间数据有如下几种组织模 式：
• （1） 简单表格数据结构 • （2） 层次数据结构 • （3） 网络数据结构 • （4） 关系数据结构
•
图形要素只出现在三维数据空间结构中，因此表
达地图要素的图形都可以看作是点的集合。从数字制
图角度看，制作地图的过程，就是把构成地图要素的
点、线、面以点的坐标（xyz）一一记录下来，形成
有规律的数字集合，并对这些数字形式的图形信息进
行处理，然后将经过加工的数字信息再现，使其成为 地图图形输出的过程。
•
• 第三节 数字地图制图的基本流程
• 一、数字地图制图的基本流程
• 数字地图制图的基本流程可分为四个阶段：
• 1编辑准备阶段
• 这一阶段的工作与传统的制图过程基本相同， 包括收集、分析评价和确定编图资料，根据编 图要求选定地图投影、比例尺、地图内容、表 示方法等并按自动制图的要求做些编辑准备工 作。
• 在地图中，点、线、面等基础要素构成了一 幅地图，在数据组织形式上表现为：点用单一 的坐标（x，y）来表示，；线则用多个坐标对 来表示，也可以说是用多个点来表示；面同线 一样也是用多个坐标对来表示，与线不同的是， 面的最后一个坐标对必须与第一个坐标相对应。
• 图形数据另一个重要的数据结构就是拓扑结 构，即基本要素点、线、面、体之间具有、邻 接、关联和包含的拓扑关系。
包含的拓扑关系。
• 1.图形数据的基本要素为点、线、面和 体
• 二、非空间数据结构 • 非空间数据主要包括专题属性数据、质量描
述数据、时间因素等有关属性的语义信息。
• 地图数据库中的非空间数据有如下几种组织模 式：
• （1） 简单表格数据结构 • （2） 层次数据结构 • （3） 网络数据结构 • （4） 关系数据结构
•
图形要素只出现在三维数据空间结构中，因此表
达地图要素的图形都可以看作是点的集合。从数字制
图角度看，制作地图的过程，就是把构成地图要素的
点、线、面以点的坐标（xyz）一一记录下来，形成
有规律的数字集合，并对这些数字形式的图形信息进
行处理，然后将经过加工的数字信息再现，使其成为 地图图形输出的过程。
•
• 第三节 数字地图制图的基本流程
• 一、数字地图制图的基本流程
• 数字地图制图的基本流程可分为四个阶段：
• 1编辑准备阶段
• 这一阶段的工作与传统的制图过程基本相同， 包括收集、分析评价和确定编图资料，根据编 图要求选定地图投影、比例尺、地图内容、表 示方法等并按自动制图的要求做些编辑准备工 作。
• 在地图中，点、线、面等基础要素构成了一 幅地图，在数据组织形式上表现为：点用单一 的坐标（x，y）来表示，；线则用多个坐标对 来表示，也可以说是用多个点来表示；面同线 一样也是用多个坐标对来表示，与线不同的是， 面的最后一个坐标对必须与第一个坐标相对应。
• 图形数据另一个重要的数据结构就是拓扑结 构，即基本要素点、线、面、体之间具有、邻 接、关联和包含的拓扑关系。
包含的拓扑关系。
• 1.图形数据的基本要素为点、线、面和 体
计算机地图制图第2章
计算机地图制图
第二章
2.1.1地图对地理空间的描述
地图是世界的模型，它按照一定的比例和 投影原则，有选择地将复杂的三维地理空 间的某些内容投影到二维平面介质上，并 用符号将这些内容要素表现出来。
描述方法：
地理空间模型 地理坐标系 平面直角坐标系 高程系 地图投影 坐标网 空间实体
2.1地理坐标（球面坐标） 纬度ψ、经度λ
国家大地坐标系（1954年北京坐标系、1980年西安坐标系、2000 国家大地坐标系） 地图投影（球面到平面的转换；变形的必然存在；长度、角度、距 离三种变形） 高斯-克吕格投影（3度分带与6度分带） 国家统一坐标（各带中央经线西移500km为纵轴，赤道为横轴） 相对高程 绝对高程 高程系（1956年黄海高程系、1985国家高程基准）
平面上。
即
X= F 1（L，B）
Y= F 2（L，B）
我国采用高斯平面直角坐标，小地区范围内 也可采用独立平面直角坐标。
平面直角坐标
（三）高程系
A
hAB H´A 任意水准面 HA HB H´B
大地水准面
铅垂线
高程：由高程基准面起算的地面点的高度，高程基准面是根据多年 观察的平均海水面确定的。高程是地面点到平均海水面的垂直高度。
按照6º 带划分的规定，第1带中央子午线的经 度为3º ，其余各带中央子午线经度与带号的关系 是： L。=6º N－3º （N为6º 带的带号） 例：20带中央子午线的经度为 L。＝6º 20－3º × ＝117 º 按照3º 带划分的规定，第1带中央子午线的经 度为3º ，其余各带中央子午线经度与带号的关系 是： L。=3º n （n为3º 带的带号） 例：120带中央子午线的经度为 L。＝3º 120＝360 º ×
第二章
2.1.1地图对地理空间的描述
地图是世界的模型，它按照一定的比例和 投影原则，有选择地将复杂的三维地理空 间的某些内容投影到二维平面介质上，并 用符号将这些内容要素表现出来。
描述方法：
地理空间模型 地理坐标系 平面直角坐标系 高程系 地图投影 坐标网 空间实体
2.1地理坐标（球面坐标） 纬度ψ、经度λ
国家大地坐标系（1954年北京坐标系、1980年西安坐标系、2000 国家大地坐标系） 地图投影（球面到平面的转换；变形的必然存在；长度、角度、距 离三种变形） 高斯-克吕格投影（3度分带与6度分带） 国家统一坐标（各带中央经线西移500km为纵轴，赤道为横轴） 相对高程 绝对高程 高程系（1956年黄海高程系、1985国家高程基准）
平面上。
即
X= F 1（L，B）
Y= F 2（L，B）
我国采用高斯平面直角坐标，小地区范围内 也可采用独立平面直角坐标。
平面直角坐标
（三）高程系
A
hAB H´A 任意水准面 HA HB H´B
大地水准面
铅垂线
高程：由高程基准面起算的地面点的高度，高程基准面是根据多年 观察的平均海水面确定的。高程是地面点到平均海水面的垂直高度。
按照6º 带划分的规定，第1带中央子午线的经 度为3º ，其余各带中央子午线经度与带号的关系 是： L。=6º N－3º （N为6º 带的带号） 例：20带中央子午线的经度为 L。＝6º 20－3º × ＝117 º 按照3º 带划分的规定，第1带中央子午线的经 度为3º ，其余各带中央子午线经度与带号的关系 是： L。=3º n （n为3º 带的带号） 例：120带中央子午线的经度为 L。＝3º 120＝360 º ×
计算机地图制图课件【3】地图数据处理资料
加快线捕捉的速度的方法： 1）在实际的捕捉中，可每计算一个距离di就进行一次 比较，若di＜D，则捕捉成功，不需再进行下面直线段 到点S的距离计算了。 2）把不可能被光标捕捉到的线，用简单算法去除。 3）对于线段也采用类似的方法处理。 4）简化距离公式：
点S(x,y)到直线段(x1,y1),(x2,y2)的距离d的计算公式为：
——计算机地图制图基本过程
数据采集建库
形式设计
表达输出 数据加工处理
第四讲 地图数据处理
对采集的各种数据，按照不同的方式方法对数踞进行编辑运算， 清除数据沉余，弥补数据缺失，形成符合用户要求的数据文件格式。
主要内容： —— 数据格式转换 —— 坐标变换 —— 图形属性编辑 —— 数据裁切与接边 —— 拓扑及逻辑一致性关系改正 —— 数据压缩与光滑
<4> 三种改正策略
（1）移动河流
（2）移动等高线
（3）同时移动
例2：房屋与道路冲突探测与调整
道路更新后与周边邻近房屋产生冲突（小板房压盖），通过探测，对有 冲突关系的小板房进行旋转、位移处理自动改正该冲突关系。
例3：基于“空间场模型”的群目标冲突 波及范围探测与一致性改正
将地图综合种的移位方法应 用到空间冲突改正中，提出一种 基于场论分析的移位方法，具有 传递性与衰减性特征。 借助于物理学场论中的“等势线 ”模型来表达这一移位现象，在 Delaunay三角网支持下建立多级 邻近关系曲线，探测内部冲突与 外部冲突。
4.1 地图数据格式转换
数据格式：地图数据在文件或记录中的编排格式 。 导致地图数据格式不同的原因包括：
（1）采用不同的数据结构 矢量数据格式 栅格数据格式
（2）不同行业、软件系统出于各种原因定义不同的数据格式
点S(x,y)到直线段(x1,y1),(x2,y2)的距离d的计算公式为：
——计算机地图制图基本过程
数据采集建库
形式设计
表达输出 数据加工处理
第四讲 地图数据处理
对采集的各种数据，按照不同的方式方法对数踞进行编辑运算， 清除数据沉余，弥补数据缺失，形成符合用户要求的数据文件格式。
主要内容： —— 数据格式转换 —— 坐标变换 —— 图形属性编辑 —— 数据裁切与接边 —— 拓扑及逻辑一致性关系改正 —— 数据压缩与光滑
<4> 三种改正策略
（1）移动河流
（2）移动等高线
（3）同时移动
例2：房屋与道路冲突探测与调整
道路更新后与周边邻近房屋产生冲突（小板房压盖），通过探测，对有 冲突关系的小板房进行旋转、位移处理自动改正该冲突关系。
例3：基于“空间场模型”的群目标冲突 波及范围探测与一致性改正
将地图综合种的移位方法应 用到空间冲突改正中，提出一种 基于场论分析的移位方法，具有 传递性与衰减性特征。 借助于物理学场论中的“等势线 ”模型来表达这一移位现象，在 Delaunay三角网支持下建立多级 邻近关系曲线，探测内部冲突与 外部冲突。
4.1 地图数据格式转换
数据格式：地图数据在文件或记录中的编排格式 。 导致地图数据格式不同的原因包括：
（1）采用不同的数据结构 矢量数据格式 栅格数据格式
（2）不同行业、软件系统出于各种原因定义不同的数据格式
计算机地图制图(完整版)
计算机地图制图：以传统的地图制图原理为基础,以计算机及其外围设备为工具, 采用数据库技术和图形数据处理方法,实现地图信息的采集、存储、处理、显示、和绘图的应用科学。
与传统地图制图相比计算机地图制图优越性：①易于编辑和更新；②提高绘图速度和精度；③容量大且易于存储；④丰富的地图品种⑤便于信息共享。
数字地图：它是存储于计算机可是别的介质上、具有确定坐标和属性特征、按特殊数学法则构成的地理现象和离散数据的有序组合③信息的传丰富的计算和分析功能，具有可视化的数据探索能力。
电子地图集成软件包括设计制作系统和浏览系统关系：设计系统输出电子地图集数据库输入浏览系统数字地图与电子地图区别联系：二者区别在于数字地图计算机可识别，目视不可识别，而电子地图计算机、目视均能识别；二者的联系在于电子地图是数字地图经可视化处理得来的计算机地图制图一般过程和主要内容？CAC的基本过程为：①数据采集；②数据处理；③数据输出；主要内容有：地图的数据结构、地图数据处理、地图数据库、地理信息可视化、软件开发计算机地图制图系统与GIS系统的区别与联系？区别与联系：计算机地图制图是GIS的技术基础，它涉及GIS的空间数据采集、表示、处理、可视化甚至空间数据的管理。
他们的主要区别在于空间分析方面：计算机地图制图系统具有强大的地图制图功能；而完善的GIS 可以包含CAC系统的基本功能，此外还应该具有丰富的空间分析能力，特别是对图形数据和属性数据进行深层次的空间分析能力。
计算机地图制图与辅助地图制图的区别及联系？CAD主要是用来代替或者辅助工程师进行各种设计。
两者的共同点是都有坐标参考系统，都能描述和处理图形数据及其空间关系，也都能处理费图形属性数据。
主要区别是：CAD多为规则的集合图形及其组合，图形功能极强，属性功能相对较弱；CAC处理的图形及其关系更为复杂，空间数据与属性数据的相互操作频繁，空间数据的处理和符号化功能较强。
地图数据结构：主要是指地图数据中空间数据的结构，即指空间数据适合于计算机存储、管理及处理的几何数据的逻辑结构。
计算机地图制图原理与算法基础.ppt
因此一个功能强大的CAD系统，并不完全适合 于完成计算机地图制图的任务。
（3）计算机地图制图与GIS
计算机地图制图是GIS的重要组成部分。计算机 地图制图侧重于地物的显示和处理，讨论地形、地 物和各种专题要素在地图上的表示，并且以数字形 式对它们进行存贮、管理，最后通过图形输出设备 输出地图。
GIS既注重实体的空间分布又强调它们的可视 化效果，既注重实体的空间特征又强调它们的非空 间（属性）特征及其操作，具备强大的空间分析和 决策支持能力。现代GIS都具有计算机地图制图的 成分，具备良好的地图制图功能，但并非所有计算 机地图制图系统都含有GIS的全部功能。
操作平台
接口
有效区域
标示器
支架
图1-5 手扶跟踪数字化仪
图1-6 标示器
Y行写线
Y脉冲Y脉冲发发生生器 器
X冲发X冲生发生器器
时钟脉冲
时钟脉冲 计数计器数器
图1-7 数字化仪工作原理
X坐标 Y坐标
图1-8 线性CCD外观
谢谢!
1.2 计算机地图制图的一般过程
数据获取
数据处理
数据输出
地图数字化 影像数字化 数字测图 数据转贮 键盘录入 ……
图1成 自动综合 曲线光滑 分析处理 注记配置 符号化处理
图形显示 绘图输出 胶片输出 光盘输出
……
……
计算机地图制图的一般过程
1.3 计算机地图制图的设备
不同之处： CAD一般采用几何坐标系，处理的多为规则
几何图形及其组合，图形功能尤其是三维图形功 能极强，属性数据处理功能相对较弱。
计算机地图制图一般采用大地坐标系，处理 的多为地理空间的自然目标和人工目标，图形关 系更为复杂，因而图形处理的难度更大，且制图 数据来源广、输入方式多样化。特别是专题地图 的自动绘制，需要丰富的地图符号库和属性数据 库支持。
（3）计算机地图制图与GIS
计算机地图制图是GIS的重要组成部分。计算机 地图制图侧重于地物的显示和处理，讨论地形、地 物和各种专题要素在地图上的表示，并且以数字形 式对它们进行存贮、管理，最后通过图形输出设备 输出地图。
GIS既注重实体的空间分布又强调它们的可视 化效果，既注重实体的空间特征又强调它们的非空 间（属性）特征及其操作，具备强大的空间分析和 决策支持能力。现代GIS都具有计算机地图制图的 成分，具备良好的地图制图功能，但并非所有计算 机地图制图系统都含有GIS的全部功能。
操作平台
接口
有效区域
标示器
支架
图1-5 手扶跟踪数字化仪
图1-6 标示器
Y行写线
Y脉冲Y脉冲发发生生器 器
X冲发X冲生发生器器
时钟脉冲
时钟脉冲 计数计器数器
图1-7 数字化仪工作原理
X坐标 Y坐标
图1-8 线性CCD外观
谢谢!
1.2 计算机地图制图的一般过程
数据获取
数据处理
数据输出
地图数字化 影像数字化 数字测图 数据转贮 键盘录入 ……
图1成 自动综合 曲线光滑 分析处理 注记配置 符号化处理
图形显示 绘图输出 胶片输出 光盘输出
……
……
计算机地图制图的一般过程
1.3 计算机地图制图的设备
不同之处： CAD一般采用几何坐标系，处理的多为规则
几何图形及其组合，图形功能尤其是三维图形功 能极强，属性数据处理功能相对较弱。
计算机地图制图一般采用大地坐标系，处理 的多为地理空间的自然目标和人工目标，图形关 系更为复杂，因而图形处理的难度更大，且制图 数据来源广、输入方式多样化。特别是专题地图 的自动绘制，需要丰富的地图符号库和属性数据 库支持。
计算机地图制图
CAC技术发展三阶段：初期、发展、飞跃地图图形划分为三种基本类型的元素：点状图形、线状图形、面状图形CAC过程三阶段：数据获取、数据处理、数据输出地图图形的数字化有手扶跟踪数字化、扫描数字化两种手段图形输入设备：数字化仪、扫描仪、鼠标和键盘，广义德，解析测图仪、全站仪、GPS接收机、全数字摄影测量工作站；输出设备：图形显示器、打印机、绘图仪、激光胶片输出机数字化仪数字化的记录方式：点方式、时间方式、增量方式二维地图空间上的几何元素：点、线、面元素；其关系：点点、点线、点面、线线、线面、面面点线之间的拓扑关系：点在线上和点线相离点线侧位关系判断：设一条直线的方程为：Ax+By+C=0,则对于函数f(x,y)= Ax+By+C,任取空间一点m(x，y)有>0 点m位于直线一侧f(x,y)= Ax+By+C =0 点m位于直线上<0点m位于直线另一侧点线之间的拓扑关系：相离、共位、相交点与三角形位置关系的计算：对于点P（x,y）,若满足图论元年：1736年，瑞士数学家欧拉发表论文，证明了格尼斯堡七桥问题无解。
无环而且无平行边的图称为简单图第38页狄克斯特拉（Dijkstra）算法的基本过程：曲线拟合的常用方法：分段多项式插值法、样条曲线插值法凸多边形直径又称为平面点集的直径或平面点集凸壳的直径，定义为凸多边形顶点序列中距离最大的点对的连线求解平面点集凸壳的算法：卷包裹法、格雷厄姆算法（求解群点凸壳的时间最优算法）、分治算法、增量算法、实时凸壳算法等Delaunay三角网的性质：（1）它是唯一的（2）三角形的外围边界构成群点的凸壳（3）任意三角形的外接圆中没有其他点——外接圆规则（4）三角形最大限度得保持平衡，避免狭长三角形出现——最大最小角原则（5）Delaunay三角网是平面图，遵守平面2n-5图形的的欧拉定理：Nregions+Nvretices—Nedges=2（6）Delaunay三角网最多有3n-6条边和2n-5 个三角形，这里N是点数(7) Delaunay三角网和V oronoi图是对偶，得到一个就很容易得到另一个Delaunay三角网的生成算法，根据建网步骤的不同有：分值算法、渐次插入算法、生长算法、由V oronoi图生成算法等对栅格图像进行处理时，常用的基本运算：灰度值变换、栅格图像的算术组合运算、扩展及侵蚀等DTM及DEM的概念DTM的表示方法有：拟合法、等值线法、规则格网法(GRID)、不规则三角网（TIN）法构建TIN的原则：最大—最小距离原则、圆原则、最大—最小角原则、最大—最小高原则、Tiessen原则，这些原则要求TIN：唯一性（TIN唯一）、最大—最小角特性（三角形的最小内角尽量最大，即最小内角尽量最大，三角形尽量逼近等边）、空圆特性（保证最邻近的点构成三角形，即三角形的边长之和尽量最小，且三角形的外接圆中不包含其他三角形的顶点）数字地面模型的生成（主要针对离散数据的GRID DEM的几种生成算法）：①按距离加权平均法（区域内任一点P的高程，可以认为是受已知点Di上高程值Zi影响的结果。
第八章专题地图内容的表示方法
32
第三十二页，编辑于星期五：十八点 三十二分。
33
第三十三页，编辑于星期五：十八点 三十二分。
定量数据的表示方法——分区统计图表法
概念：在各分区单元内按统计数据描绘成不同形式的统计 图表，置于相应的区划单元内，以反映各区划单元内现 象的总量、构成和变化的方法。
❖1、对象：表示区划单元的总值。
❖2、是一种概略表示方法：分区愈小愈准确，但受范围 大小的限制。
❖ 适于用等值线表达的是像地形起伏、气温、降水、地表径
流等满布于整个制图区域的均匀渐变的自然现象
❖ 等值线是表达专题要素数值的等值点的连线，如等高线、 等温线、等降水线、等气压线、等磁线等。
等值点：
-同样的观测基准 -同样精度
保持数据 的统一性
15
第十五页，编辑于星期五：十八点 三十二分。
16
第十六页，编辑于星期五：十八点 三十二分。
在制图区域内按行政区划或自然区划区分出若干制图单元， 根据各单元的统计数据并对他们分级，用不同的色阶或晕 线网纹反映各分区现象的集中程度或发展水平的方法。
分级的指标： -绝对指标：人口数、粮食产量等； -相对指标：人均产值、亩产等。
❖ 1、表示对象：点状分布的（居民点密度）；线状分布
（道路、河网密度）；布满全区的（地貌切割程度）；间 断成片（森林覆盖率）；分散分布（人口密度）；复杂分 布（收入、教育、产值）
率关系。 非比率符号：符号的比率和它所代表的数量不存
在比率关系（可表示模糊的数量）。 ⑤符号定位：
严格定位，可压盖
6
第六页，编辑于星期五：十八点 三十二分。
⑥符号的组合应用
- 组合的结构符号—反映专题现象的内在结构
- 组合的动感符号—反映现象的发展动态
第三十二页，编辑于星期五：十八点 三十二分。
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第三十三页，编辑于星期五：十八点 三十二分。
定量数据的表示方法——分区统计图表法
概念：在各分区单元内按统计数据描绘成不同形式的统计 图表，置于相应的区划单元内，以反映各区划单元内现 象的总量、构成和变化的方法。
❖1、对象：表示区划单元的总值。
❖2、是一种概略表示方法：分区愈小愈准确，但受范围 大小的限制。
❖ 适于用等值线表达的是像地形起伏、气温、降水、地表径
流等满布于整个制图区域的均匀渐变的自然现象
❖ 等值线是表达专题要素数值的等值点的连线，如等高线、 等温线、等降水线、等气压线、等磁线等。
等值点：
-同样的观测基准 -同样精度
保持数据 的统一性
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第十五页，编辑于星期五：十八点 三十二分。
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第十六页，编辑于星期五：十八点 三十二分。
在制图区域内按行政区划或自然区划区分出若干制图单元， 根据各单元的统计数据并对他们分级，用不同的色阶或晕 线网纹反映各分区现象的集中程度或发展水平的方法。
分级的指标： -绝对指标：人口数、粮食产量等； -相对指标：人均产值、亩产等。
❖ 1、表示对象：点状分布的（居民点密度）；线状分布
（道路、河网密度）；布满全区的（地貌切割程度）；间 断成片（森林覆盖率）；分散分布（人口密度）；复杂分 布（收入、教育、产值）
率关系。 非比率符号：符号的比率和它所代表的数量不存
在比率关系（可表示模糊的数量）。 ⑤符号定位：
严格定位，可压盖
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第六页，编辑于星期五：十八点 三十二分。
⑥符号的组合应用
- 组合的结构符号—反映专题现象的内在结构
- 组合的动感符号—反映现象的发展动态
计算机地图制图课件【4】地图数据可视化
B.不依比例尺双线河：
是单线河与依比例尺双线河的过渡部分，即图上河流宽度等于 0.4mm。 用蓝色0.4mm的双线表示
C.依比例尺双线河：
图上河流宽度大于0.4mm。 用蓝色双线依河流实地位置表示
② 运河、沟渠
与河流相比，运河、沟渠一般具有人工性质。 通常用蓝色平行双线或等粗实线来表示，按实地宽度分级使用不同 的宽度或粗细。
射产生的明暗程度，用 浓淡的墨色或彩色沿斜
坡渲绘阴影，造成明暗
对比，显示地貌的起伏 、形态和分布特征，称
为地貌晕渲法 。
（3）等高线法
等高线：一组地面高程相等的点的连线。
等高距：地形图上相邻等高线的高程差。 在大、中比例尺地形图上等高距是固定的，根据等高线的疏密 可以判断地形的变化情况。
等高线的特点: A.连续、封闭的曲线；
（D）晕渲：以色调的阴暗、冷暖变化表 现海底地形地貌起伏。
海底地形的表示
（2）陆地水系的表示
① 河流
河流在地图上是用线状符号配合注记来表示的，通常要表示出河
流的大小（长度、宽度）、形状和水流情况。常年河用蓝色实线表示, 时令河用蓝色虚线表示。 —— 用蓝色的细实线（制图上称水涯线）符号表示河流两岸岸线，水 域用浅蓝色普染表示，称为双线河；如果雨季的高水位与常水位相差 很大，在大比例尺地图上还要求同时用棕色虚线表示高水位岸线。 —— 宽度不能按比例尺表示的河流，用蓝色单线表示，称为单线河； 由河源到河口用0.1mm～0.4mm逐渐加粗，单线的粗细渐变反映河流 的流向和形状。
明暗变化表示地形起伏
颜色变化表示地形起伏
（3）地图符号的构图方式：
—— 通过象形、会意的方式抽象出要素的主要特征。
—— 纯粹的指代关系
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—— 拓扑关系
对于地图数据处理及分析而言，拓扑关系具有重要的意义：
1）拓扑关系能清楚地反映实体之间的逻辑结构关系，它比几何关
系具有更大的稳定性，不随地图投影而变化。 2）有助于空间要素的查询、分析，利用拓扑关系可以解决许多实 际问题。如搜索某县的邻接县，面-面相邻问题。又如供水管网系 统中某段水管破裂找关闭它的阀门，就需要查询该线（管道）与
2、栅格数据的来源
1、手工获取：专题图上划分均匀网格，逐个决定其网格代码。
2、扫描仪扫描：专题图的图像数据{行、列、颜色（灰度）}，定义
颜色与属性对应表，用相应属性代替相应颜色，得到（行、列、属性） 再进行栅格编码、存贮，即得该专题图的栅格数据。
3、由矢量数据转换而来。
4、遥感影像数据：对地面景象的辐射和反射能量的扫描抽样，并按 不同的光谱段量化后，以数字形式记录下来的象素值序列。
课程内容
0_概念：什么是计算机地图制图？ 第一讲：计算机地图制图概述 1_逻辑：如何实施计算机地图制图？ 第二讲：地图数据描述与数据结构 第三讲：地图数据采集与与质量控制 第四讲：地图数据处理
第五讲：地图数据可视化
2_物理：怎样利用软件系统完成地图制作？
第六讲：计算机制图工艺流程与软件系统
实习课：上机实习（利用ArcMap制作地图）
When？
空间特征(定位数据): 表示地理 现象或实体某时刻所处的地理位 置，以及分布上的空间关系。
Where？
属性特征(非定位数据):地理现象 或实体的特性，如类别、等级、 数量、名称等。
What？
2、地图数据的基本类型
（1）空间数据：即描述地理实体空间特征部分的数据。
多点表示一组属性值相同
的点，如一个单位的一组钻井。
空间特征：地理 位置和空间关系
实体的角色、功 能、行为、实体 的衍生信息
属性特征—名称、 等级、类别等 属性数据—各种 属性特征和时间 时间特征
RDBMS属性表---采用MIS较成熟
时间
测量方法、编码 方法、空间参考 系等
元数据
空间元数据
1、地图数据的基本特征
时间特征(时间尺度): 指地理现 象或实体随时间的变化，变化周 期有短期、中期、长期。
一致，并分别采用公里网的纵横坐标轴作为栅格系统的坐标轴。
简单的线状实体用只有1条路径的多线表示，复杂的实体 则用具有多条路径的多线表示。
简单面实体用只有一个环的多边形表示，复杂面实体
如岛屿，需要多环复杂的多边形表示。
（2）关系数据：即描述地理实体间空间分布关系的数据。
基础空间关系分为三种：距离关系、方向关系、拓扑关系
分离（A，B）→相切（A’, B’） 西北（A, B）→ 北（A’, B’）， 近（A，B）→零距离（A’, B’） 分离（A，C）→分离（A’, C’） 西（A，C）→西南（A’, C’）， 近（A，C）→远（A’, C’） 分离（B，C）→分离（B’, C’） 西南（B，C）→西南（B’, C’） 近（B，C）→远（B’, C’）
拓扑关系
方向关系
距离关系
—— 拓扑关系
定义：空间目标在拓扑变换下保持不变的空间关系
—— 拓扑关系表现为：邻接性、连通性、在内、在外
—— 拓扑变换：拉伸、扭曲、旋转、偏移、缩放等
—— 在三种空间关系中，可认为拓扑关系是定性（本质）的关系，而
距离、方位关系是定量的进一步描述
拓扑变换
非拓扑变换
—— 拓扑关系 面-面拓扑关系示例（点-点、点-线、点-面、线-线、线-面）
两种常见的数据结构
栅格数据结构模型
矢量数据结构模型
实体世界地理现象
一、栅格数据结构
1、图形表示
栅格结构用密集正方形（或三角形，多边形）将地理区域划
分为网格阵列。地理实体位置由行，列号定义，属性为栅格单元
的值。 点：由单个栅格表达。 线：由沿线走向有相同属性取值的一组相邻栅格表达。 面：由沿线走向有相同属性取值的一片栅格表达。
第二讲 地图数据描述与数据结构 主要内容：
—— 空间实体及其描述（地图数据是怎么样描述客观 世界的？）
—— 数据结构（地图数据在计算机中如何组织？）
客观世界地图数据
地图表达
数字建模
符号可视化
2.1 地图数据的描述方法
一、地理实体
定义：指自然界现象和社会经济事件中不能再分割的单元，
哪些点（阀门）关联。
3）根据拓扑关系可重建地理实体。
（3）属性数据：即描述地理实体属性特征的数据。 （性质、类型、等级、名称、状态等）
地块图斑性质 类型属性
2.2 地图数据结构
地图的数据结构指地图数据中空间数据的组织结构，
即指空间数据适合于计算机存储、管理及处理的逻辑结
构。 —— 地图数据以什么样的形式在计算机中存储和处理。
5、格网DEM数据：当属性值为地面高程，则为格网DEM，通过DEM内插
得到。
2、栅格数据组织
2、栅格数据组织（续）
——方法1：以象元为记录序列，不同层上同一象元位置上的各属性值表示 为一个列数组。N层中只记录一层的象元位置，节约存储空间。 ——方法2：每层每个象元的位置、属性一一记录，结构简单，浪费存储。
001 001 111 disjoint
111 001 001 contains
100 100 111 inside
100 010 001 equal
001 011 111 meet
111 011 001 covers
100 110 111 covered by
111 111 111 overlap
——方法3：以层为基础，每层内以多边形为序记录多边形的属性值和多边
形内各象元的坐标。节约存储属性的空间，便于地图分析处理。
3、栅格数据结构的建立 （1）栅格坐标系的建立
—— 不论采用什么编码系统，什么数据结构(矢、栅)，都应在统
一的坐标系统下（坐标原点、坐标轴）。
—— 栅格编码一般用于区域性地图数据，为了便于区域的拼接， 栅格系统的起始坐标应与国家基本比例尺地形图公里网的交点相
它是一个具体有概括性，相对意义的概念。
二、地图数据定义、特征与类型
地图数据: 地理实体及相互间关系的描述。
1、描述的内容
位置、形状、尺 寸、分布
2、基本特征
3、数据类型
几何数据（空间 数据、图形数据）
关系数据—实体 间的邻接、关联 包含等相互关系
4、数据结构
矢量、栅格、 TIN（专用于地 表或特殊造型）