10第10章 数字地图制图

第10章数字地图制图

§1 计算机地图制图概述

1.1 计算机地图制图的概念

1.2 计算机地图制图的技术基础

1.3 计算机地图制图的基本过程

1.4 计算机地图制图的特点与发展趋势

1.5 计算机地图制图的硬件与软件系统

§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

1.1 计算机地图制图的概念

长期以来，地图都是靠手工方法制作，制图技术已日臻完善和成熟。其弱点是：地图编制与生产难度大、生产成本高、周期长、制印技术复杂、专业性强；手工劳动占重要成分；地图产品种类较单一，更新困难，不能反映空间地理事物的动态变化，信息难于共享等。

从20世纪50年代开始，计算机技术引入地图学领域，经过理论探讨、应用试验、设备研制和软件发展，已形成地图学中一门新的制作地图的应用技术分支学科——计算机地图制图学。

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。

计算机制图和传统制图相比，在地图制作过程、工艺方案、制图精度、成图周期等方面都发生了巨大变革。

计算机地图制图具有许多优点：

1）地图分要素用数码存贮，便于随时提取、更新、处理和应用；

2）地图内容转绘、投影绘制及变换、比例尺变换等各项编绘技术都采用数字处理，比手工制图容易得多；

3）手工作业很难解决曲线内插，用数学方法则较易实现

数字地图制图与GIS的关系

数字地图制图与地理信息系统从它们的形成开始一直到发展至今，都是紧密联系在一起的，它们的主要区别在于最终的目的不同：

数字地图制图的目的是快速、精确地编制高质量的地图。

地理信息系统的目的是为地理研究和地理决策提供服务。

1.2 信息科学与技术基础

20世纪80年代末以来，随着以计算机技术为核心的信息科学的飞速发展，计算地图制图技术已由原来的面向地图专家，转变为面向在众多领域内需要用地图来表示空间信息的广大用户。信息科学是计算机地图制技术的基础，熟悉与掌握计算机地图制图应了解相关的信息科学与技术特点。

1.计算机图形学

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，使屏幕光栅点阵与图面直角坐标系形成对应，从而在显示屏上观察获取各种图形变换的画面，并将变换后的最终图形，通过图形输出设备输出。

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（CAD）

(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。

2.数据库技术

在许多场合，数据的特点表现为：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、最少的沉余，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。

在地图学中的应用表现为对空间和非空间数据的管理。

3.数字图像处理

数字图像处理有广泛的应用：例如用于目标跟踪、机器人导航、电视频带压缩、干线交通监视、医用图像增强、疾病辅助诊断，以及传输、处理太空和地下探测到的图像等。

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。遥感图像处理系统、地图制图系统与地理信息系统正朝集成化、一体化方向发展。

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。

多媒体的关键特性

多样性：在5个（视、听、触、嗅、味）感觉空间内，多媒体技术已实现视、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”。

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。目前的电子地图产品是多媒体地图信息系统的雏形。

1.3 计算机地图制图的基本过程

传统地图制作过程由编辑准备—原图编绘—制印准备—地图制印四个阶段构成。

计算机地图制图也为四个阶段：编辑准备—数据获取—数据处理—图形输出（地图制印）。

1．编辑准备

根据编图要求，搜集、整理和分析编图资料，选择地图投影，确定地图的比例尺、地图内容、表示方法等，这一点与常规制图基本相似。但计算机地图制图本身的特点，对编辑准备工作提出了一些特殊的要求，如为了数字化，应对原始资料做进一步处理，确定地图资料的数字化方法，进行数字化前的编辑处理；设计地图内容要素的数字编码系统，研究程序设计的内容和要求；完成计算机制图的编图大纲等。

2．数据获取

实现从图形或图像到数字的转化过程称为地图数字化。地图图形数字化的目的是提供便于计算机存储、识别和处理的数据文件。

数据获取的方法常用的有手扶跟踪数字化和扫描数字化两种。这两种数字化方法获取的

数据的记录结构是不同的。手扶跟踪数字化仪获得矢量数据，扫描数字化获得栅格数据。把地图资料转换成数字后，将数据记人存储介质，建立数据库，供计算机处理和调用。

3．数据处理和编辑

这个阶段是指把图形(图像)经数字化后获取的数据(数字化文件)编辑成绘图文件的整个加工过程。

数据处理和编辑是计算机地图制图的中心工作。数据处理的主要内容包括以下两个方面：一是数据预处理，即对数字化后的地图数据进行检查、纠正，统一坐标原点，进行比例尺的转换，不同地图资料的数据合并归类等，使其规范化；二是为了实施地图编制而进行的计算机处理，包括地图数学基础的建立，不同地图投影的变换，数据的选取和概括，各种地图符号、色彩和注记的设计与编排等。

地图数据处理的内容和处理方法，因制图种类、要求和数据的组织形式、设备特性及使用软件的不同而有不同的处理方法。

4．图形输出

图形输出是把计算机处理后的数据转换为图形形式，即通过各种输出设备输出地图图形的过程。对于高级计算机地图制图系统来说，常采用彩色喷墨绘图机喷绘出彩色地图，供编辑人员根据彩色样图进行校对，彩喷输出还可满足用户少量用图的需要。因此，图形编辑与图形输出常常是交互进行的。

对于大多数的计算机地图制图系统来说，由于实现了编辑与出版的一体化，因此，输出四色分色加网胶片可直接制作印刷版，已成为主要的地图输出方式。此外，通过编辑制作并存储于光盘上的电子地图、电子地图集也是一种重要的输出形式。

1.4 计算机地图制图的特点与发展趋势

1．计算机地图制图的特点

1)计算机地图制图易于校正、编辑、改编、更新和复制地图要素。

2)用数字地图信息代替了图形模拟信息，提高了地图的使用精度。

3)数字地图的容量大，可以包含比一般模拟地图多得多的地理信息。。

4)增加了地图的品种，拓宽了服务的范围。

5)计算机制图不仅减轻了作业人员的劳动强度，而且减少了制图过程中人的主观随