現(xiàn)代地圖制圖技術(shù).ppt

第八章 現(xiàn)代地圖制圖技術(shù),本 章 要 點 1. 掌握計算機地圖制圖，遙惑制圖，GIS制圖的基本原理和過程。 2. 認識地圖數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)和數(shù)種據(jù)庫系統(tǒng)。 3. 了解遙惑和GIS的一般知識。 4. 一般了解GIS的常用軟件。,計算機地圖制圖是以地圖制圖原理為基礎(chǔ)，在計算機硬、軟件的支持下，應(yīng)用數(shù)學(xué)邏輯方法，研究地圖空間信息的獲取、變換、存貯、處理、識別、分析和圖形輸出的理論方法和技術(shù)工藝手段。和傳統(tǒng)地圖制圖相比，其制圖環(huán)境發(fā)生了根本性的變化。過去制圖人員面對的始終是有形的紙質(zhì)地圖，編圖工作是在一種現(xiàn)實的可視（可以觸摸）環(huán)境中進行的；現(xiàn)在制圖者主要面對數(shù)據(jù)，所有制圖資料變成計算機可以接受的數(shù)字形式，制圖過程實際上就是對數(shù)據(jù)的編輯處理、管理維護和可視化再現(xiàn)的過程，數(shù)據(jù)聯(lián)結(jié)各個制圖環(huán)節(jié)。計算機地圖制圖也稱為“數(shù)字制圖”。但兩者在涵義上，數(shù)字制圖比計算機地圖制圖包括的范圍要大些，但就其實質(zhì)也有共同之處，即都是以空間數(shù)據(jù)作為處理對象。,第一節(jié) 計算機地圖制圖概述,傳統(tǒng)的地圖制圖技術(shù)經(jīng)長期發(fā)展，已日臻完善和成熟。但其弱點是：地圖編制與生產(chǎn)難度大、生產(chǎn)成本高、周期長、制印技術(shù)復(fù)雜、專業(yè)性強；手工勞動占重要成份；地圖產(chǎn)品種類單一，更新困難，不能反映空間地理事物的動態(tài)變化，信息難于共享等。因此，從上世紀50年代開始，計算機技術(shù)開始引入地圖學(xué)領(lǐng)域。經(jīng)過理論探討、應(yīng)用試驗、設(shè)備研制和軟件開發(fā)等發(fā)展階段，如今，計算機制圖已成為地圖學(xué)的重要分支學(xué)科，即計算機地圖制圖學(xué)。,計算機地圖制圖技術(shù)與傳統(tǒng)的制圖方法大相徑庭，特別是在地圖信息的表達、傳輸和管理上，完全建立在一種全新的格局上，即地圖的計算機信息化。因此，這門技術(shù)帶來的變革和對地圖學(xué)產(chǎn)生的影響極其廣泛和深刻。目前，隨著理論上的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，計算機地圖制圖已可基本代替?zhèn)鹘y(tǒng)的地圖制圖，實現(xiàn)了地圖制圖技術(shù)的歷史性變革。,計算機地圖制圖是以地圖制圖原理為基礎(chǔ)，在計算機硬、軟件的支持下，應(yīng)用數(shù)學(xué)邏輯方法，研究地圖空間信息的獲取、變換、存貯、處理、識別、分析和圖形輸出的理論方法和技術(shù)工藝手段。和傳統(tǒng)地圖制圖相比，其制圖環(huán)境發(fā)生了根本性的變化。過去制圖人員面對的始終是有形的紙質(zhì)地圖，編圖工作是在一種現(xiàn)實的可視（可以觸摸）環(huán)境中進行的；現(xiàn)在制圖者主要面對數(shù)據(jù)，所有制圖資料變成計算機可以接受的數(shù)字形式，制圖過程實際上就是對數(shù)據(jù)的編輯處理、管理維護和可視化再現(xiàn)的過程，數(shù)據(jù)聯(lián)結(jié)各個制圖環(huán)節(jié)。計算機地圖制圖也稱為“數(shù)字制圖”。但兩者在涵義上，數(shù)字制圖比計算機地圖制圖包括的范圍要大些，但就其實質(zhì)也有共同之處，即都是以空間數(shù)據(jù)作為處理對象。,一、計算機地圖制圖的產(chǎn)生和發(fā)展,計算機地圖制圖經(jīng)歷了不斷的發(fā)展。,試驗探索階段 1950年第一臺能顯示簡單圖形的圖形顯示器作為美國麻省理工學(xué)院旋風(fēng)1號計算機的附件問世。1958年，美國Gerber公司把數(shù)控機床發(fā)展成為平臺式繪圖機， Calcomp公司研制成功了數(shù)控繪圖機，構(gòu)建了早期的自動繪圖系統(tǒng)。1963年，美國麻省理工學(xué)院研制出了第一套人-機對話交互式計算機繪圖系統(tǒng)。1964年牛津大學(xué)首先建立了牛津自動制圖系統(tǒng)，用模擬手工制圖的方法繪制出了一些地圖作品。幾乎同時，美國哈佛大學(xué)計算機繪圖實驗室研制成功了SYMAP系統(tǒng)，這是以行式打印機作為圖形輸出設(shè)備的一種制圖系統(tǒng)。兩者對計算機制圖技術(shù)的發(fā)展做出了開創(chuàng)性的貢獻。,發(fā)展階段 上世紀70年代，制圖學(xué)家對地圖圖形的數(shù)字表示和數(shù)學(xué)描述、地圖資料的數(shù)字化和數(shù)據(jù)處理方法、地圖數(shù)據(jù)庫、地圖概括、圖形輸出等方面的問題進行了深入的研究，許多國家相繼建立了軟硬件相結(jié)合的交互式計算機地圖制圖系統(tǒng)，并進一步推動了地理信息系統(tǒng)的發(fā)展。80年代各種類型的地圖數(shù)據(jù)庫和地理信息系統(tǒng)都相繼建立，計算機地圖制圖得到了較大發(fā)展和廣泛應(yīng)用。如1982年美國地質(zhì)調(diào)查局建成了本國1：200萬地圖數(shù)據(jù)庫，用于生產(chǎn)1:200萬-1：1000萬比例尺的各種地圖；1983年開始建立1：10萬國家地圖數(shù)據(jù)庫。,應(yīng)用階段 90年代計算機地圖制圖技術(shù)代替了傳統(tǒng)地圖制圖，從根本上改變了地圖設(shè)計與生產(chǎn)的工藝流程，進入了全面應(yīng)用階段。各種地圖制圖軟件得到了進一步的完善，出現(xiàn)了制圖專家系統(tǒng)；地圖概括初步實現(xiàn)了智能化，形成了完整的電子出版系統(tǒng)。多媒體地圖信息系統(tǒng)的設(shè)計成為計算機地圖制圖發(fā)展的重要方向。電子地圖產(chǎn)品成為這一時期地圖品種發(fā)展的主流與趨勢，它也是多媒體地圖信息系統(tǒng)的雛形。計算機制圖技術(shù)已由原來的面向?qū)＜?，轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫦驈V大用戶?，F(xiàn)代地圖制圖技術(shù)吸取和融合了計算機輔助設(shè)計、數(shù)據(jù)庫和圖形圖像處理等信息技術(shù)，形成了以桌面地圖制圖系統(tǒng)(Desk Top Mapping System)為代表的高度集成的商品化軟件。多種計算機出版生產(chǎn)系統(tǒng)在地圖設(shè)計與生產(chǎn)部門得到廣泛應(yīng)用，如美國的“INTERGRAPH地圖出版生產(chǎn)系統(tǒng)”、比利時的“BARCO GRAPHICS電子地圖出版系統(tǒng)”。實現(xiàn)了地圖設(shè)計、 編輯和制版的一體化。,我國計算機地圖制圖從70年代中期開始設(shè)備研制與軟件設(shè)計，速度發(fā)展很快，到80年代后期建立和完善了計算機制圖軟件系統(tǒng)。采用計算機制圖技術(shù)完成了中國人口地圖集、中國國家地圖集等。采用計算機地圖出版系統(tǒng)完成了中國國家自然地圖集的設(shè)計、編輯和自動制版。同時還研制出統(tǒng)計制圖專家系統(tǒng)、地圖設(shè)計專家系統(tǒng)。從1989年出版第一部京津地區(qū)生態(tài)環(huán)境電子地圖集以來，電子地圖集的研究、設(shè)計與制作也得到了迅速的發(fā)展。 隨著網(wǎng)絡(luò)地圖制圖系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)的出現(xiàn)，大型網(wǎng)絡(luò)（Internet/Intranet），開放式的軟件開發(fā)工具，數(shù)據(jù)倉庫圖形解決方案，空間和屬性數(shù)據(jù)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫管理等技術(shù)應(yīng)用于地圖制圖，計算機地圖制圖將朝著更廣、更深、更快、更大眾化、更方便的方向發(fā)展。,二、計算機地圖制圖的基本原理,計算機地圖制圖的核心是電子計算機。為了使計算機能夠識別、處理、貯存和制作地圖，關(guān)鍵是要把地圖圖形轉(zhuǎn)換成計算機能識別處理的數(shù)字（或稱數(shù)據(jù)），即把空間連續(xù)分布的地圖模型轉(zhuǎn)換成為離散的數(shù)字模型。事實上，地圖本身就是按照一定的數(shù)學(xué)法則，經(jīng)過地圖概括，運用特有的符號系統(tǒng)將地球表面上的事物顯示在平面圖紙上的一種“圖形模型”。地圖要素在由空間轉(zhuǎn)繪到平面上之后，仍然保持著精確的地理位置和平面位置，而且圖面上所有要素的空間分布，都可以理解為點的集合。因為圖上的面狀符號主要有其輪廓線構(gòu)成，而線狀符號和輪廓線關(guān)鍵是確定其特征點的位置，所以，點、線、面狀符號都都變成如何確定點的空間位置。既然地圖組成要素的基本單位是點，因此可以把地圖上所有要素都轉(zhuǎn)換成點的坐標(biāo)（x,y和特征值z），這樣就實現(xiàn)了地圖內(nèi)容的數(shù)字化。,這些經(jīng)數(shù)字化的地圖內(nèi)容被記錄下來，即構(gòu)成了地圖數(shù)字模型。因此，計算機地圖制圖的原理就是通過圖形到數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，基于計算機進行數(shù)據(jù)的輸入、處理和最終的圖形輸出。地圖編制過程就是地圖的計算機數(shù)字化、信息化和模擬的過程。在這個過程中，由于計算機具有高速運算、巨大存貯和智能模擬與數(shù)據(jù)處理等功能，以及自動化程度高等特點，因此能代替手工勞動，加快成圖速度，實現(xiàn)地圖制圖的全自動化。然而，從上世紀50年代直至80年代末，計算機地圖制圖還不能解決所有的制圖問題，一些非數(shù)學(xué)性的地圖內(nèi)容尚不能自動繪制出來。因此，計算機地圖制圖也曾被稱為計算機輔助地圖制圖（Computer-Aided Cartography），簡稱“機助制圖” 。計算機地圖制圖最主要的技術(shù)有：圖數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)字化技術(shù)，生成、處理和顯示圖形的計算機圖形學(xué)，數(shù)據(jù)庫技術(shù)，地圖概括自動化技術(shù)，多媒體技術(shù)等。,三、計算機地圖制圖的基本過程,與常規(guī)地圖制圖相比，計算機地圖制圖在數(shù)學(xué)要素表達、制圖要素編輯處理和地圖制印等方面都發(fā)生了質(zhì)的變化。其基本工作流程可分為四個階段。 1.編輯準備 根據(jù)編圖要求，搜集、整理和分析編圖資料，選擇地圖投影，確定地圖的比例尺、地圖內(nèi)容、表示方法等，這一點與常規(guī)制圖基本相似。但計算機地圖制圖本身的特點，對編輯準備工作提出了一些特殊的要求，如為了數(shù)字化，應(yīng)對原始資料作進一步處理，確定地圖資料的數(shù)字化方法，進行數(shù)字化前的編輯處理；設(shè)計地圖內(nèi)容要素的數(shù)字編碼系統(tǒng)，研究程序設(shè)計的內(nèi)容和要求；完成計算機制圖的編圖大綱等。,2.數(shù)據(jù)獲取,實現(xiàn)從圖形或圖像到數(shù)字的轉(zhuǎn)化過程稱為地圖數(shù)字化。地圖圖形數(shù)字化的目的是提供便于計算機存貯、識別和處理的數(shù)據(jù)文件。 數(shù)據(jù)獲取的方法常用的有手扶跟蹤數(shù)字化和掃描數(shù)字化兩種。這兩種數(shù)字化方法獲取的數(shù)據(jù)的記錄結(jié)構(gòu)是不同的。手扶跟蹤數(shù)字化儀獲得矢量數(shù)據(jù)，掃描數(shù)字化獲得柵格數(shù)據(jù)。把地圖資料轉(zhuǎn)換成數(shù)字后，將數(shù)據(jù)記入存貯介質(zhì)，建立數(shù)據(jù)庫，供計算機處理和調(diào)用。,3.數(shù)據(jù)處理和編輯,這個階段是指把圖形（圖像）經(jīng)數(shù)字后獲取的數(shù)據(jù)（數(shù)字化文件）編輯成繪圖文件的整個加工過程。 數(shù)據(jù)處理和編輯是計算機地圖制圖的中心工作。數(shù)據(jù)處理的主要內(nèi)容包括以下兩個方面：一是數(shù)據(jù)預(yù)處理，即對數(shù)字化后的地圖數(shù)據(jù)進行檢查、糾正，統(tǒng)一坐標(biāo)原點，進行比例尺的轉(zhuǎn)換，不同地圖資料的數(shù)據(jù)合并歸類等，使其規(guī)范化；二是為了實施地圖編制而進行的計算機處理，包括地圖數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的建立，不同地圖投影的變換，數(shù)據(jù)的選取和概括，各種地圖符號、色彩和注記的設(shè)計與編排等。 地圖數(shù)據(jù)處理的內(nèi)容和處理方法，因制圖種類、要求和數(shù)據(jù)的組織形式、設(shè)備特性及使用軟件的不同而有不同的處理方法,4.圖形輸出階段,圖形輸出是把計算機處理后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形形式，即通過各種輸出設(shè)備輸出地圖圖形的過程。對于高級計算機地圖制圖系統(tǒng)來說，常采用彩色噴墨繪圖機噴繪出彩色地圖，供編輯人員根據(jù)彩色樣圖進行校對，彩噴輸出還可滿足用戶少量用圖的需要。圖形編輯與圖形輸出常是交互進行的。 對于大多數(shù)的計算機地圖制圖系統(tǒng)來說，由于實現(xiàn)了編輯與出版的一體化，因此輸出四色分色膠片可以直接制作印刷版，上印刷機進行印刷。該法已成為主要的地圖輸出方式。此外，通過編輯制作并存貯于光盤上的電子地圖、電子地圖集也是一種重要的輸出形式。,四、計算機制圖的特點與發(fā)展趨勢,1.計算機地圖制圖的特點 計算機地圖制圖可方便地應(yīng)用計算機進等讀取、分析、管理和輸入地理信息。易于校正、編輯、改編、更新和復(fù)制地圖要素。 用數(shù)字地圖信息代替了圖形模擬信息，提高了地圖的使用精度。數(shù)字地圖的容量大，因此包含比一般模擬地圖多得多的地理信息。增加了地圖的品種，拓寬了服務(wù)的范圍。計算機制圖不僅減輕了作業(yè)人員的勞動強度，而且減少了制圖過程中人的主觀隨意性，這樣就為地圖制圖的進一步標(biāo)準化、規(guī)范化奠定了基礎(chǔ)。加快了成圖速度，縮短了成圖周期，改進了制圖和制印的工藝流程。地圖信息能夠進行遠程傳輸。,2.計算機地圖制圖的發(fā)展趨勢,多元數(shù)據(jù)采集手段一體化 集成野外實測數(shù)據(jù)采集，現(xiàn)有地圖數(shù)字化采集，遙感影像數(shù)據(jù)采集，GPS數(shù)據(jù)采集，數(shù)碼像機數(shù)據(jù)采集，音頻數(shù)據(jù)采集等，使數(shù)據(jù)采集手段一體化。 數(shù)據(jù)標(biāo)準化 數(shù)據(jù)標(biāo)準化的研究包括數(shù)據(jù)采集編碼的標(biāo)準化、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化的標(biāo)準化、數(shù)據(jù)分類的標(biāo)準化等。實現(xiàn)數(shù)據(jù)標(biāo)準化是計算機制圖系統(tǒng)普及和應(yīng)用的必要條件。,數(shù)據(jù)庫集成化 在計算機地圖制圖系統(tǒng)中引入數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，建立空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)之間的連接，并實現(xiàn)其共同管理與相互查詢。地理信息系統(tǒng)與計算機地圖制圖的主要區(qū)別在于前者具有空間分析功能，其大多數(shù)分析功能都是建立在圖形元素的拓撲關(guān)系基礎(chǔ)之上。因此，建立獲取數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系是計算機制圖系統(tǒng)向地理信息系統(tǒng)發(fā)展的主要環(huán)節(jié)。 地圖產(chǎn)品多元化 計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，促進和形成多種測繪數(shù)字產(chǎn)品的出現(xiàn)，地圖將不拘形式，形成多元化格局。,第二節(jié) 計算機地圖制圖的硬設(shè)備,計算機地圖制圖的硬設(shè)備有：計算機硬件設(shè)備、地圖數(shù)字化輸入設(shè)備、地圖輸出設(shè)備(圖8-1),圖8-1 計算機地圖制圖的硬設(shè)備,一、計算機硬件設(shè)備,計算機是數(shù)字制圖的核心設(shè)備，一般由中央處理機（CPU）、內(nèi)存儲器、外存儲器和輸入、輸出設(shè)備等五部分組成。中央處理機包括運算器和控制器。運算器是數(shù)據(jù)處理部件，其主要職能是實現(xiàn)算術(shù)運算、邏輯運算以及信息的傳遞；控制器是發(fā)布輸入輸出命令的構(gòu)件，是計算機系統(tǒng)的指揮中心。內(nèi)存儲器是用于完成記憶、存儲程序和數(shù)據(jù)的設(shè)備。內(nèi)存儲器直接和運算器配合工作，中央處理機在執(zhí)行程序時能隨時訪問這些數(shù)據(jù)和指令。因此，內(nèi)存儲器也稱隨機存儲器。外存儲器亦稱輔助存儲器，其特點是存儲量很大。磁帶、磁盤、光盤、活動硬盤是最常見的外存儲器。 計算機本身所帶的輸入輸出設(shè)備負責(zé)數(shù)據(jù)的傳遞和轉(zhuǎn)化，是人機聯(lián)系的必要工具。,二、地圖數(shù)字化輸入設(shè)備,地圖數(shù)字化輸入設(shè)備主要包括鍵盤、鼠標(biāo)、磁盤（軟盤、光盤、活動硬盤等）、數(shù)字化儀等。 鍵盤用于數(shù)字、文字的輸入。鼠標(biāo)用于人機交互操作及屏幕數(shù)字化時圖形數(shù)據(jù)處理。磁盤、光盤和活動硬盤用于存貯輸入已有的地圖數(shù)據(jù)，或接收從其它設(shè)備或儀器接收的數(shù)據(jù)，如接收GPS測量數(shù)據(jù)以及全站儀測量數(shù)據(jù)等。數(shù)字化儀是一種將地圖圖形轉(zhuǎn)化成數(shù)據(jù)的工具，是最主要的數(shù)據(jù)輸入設(shè)備，也稱圖數(shù)轉(zhuǎn)換儀。數(shù)字化儀有跟蹤數(shù)字化儀和掃描數(shù)字化儀。,1.跟蹤數(shù)字化儀,跟蹤數(shù)字化儀是以跟蹤單要素線劃的原理進行圖數(shù)轉(zhuǎn)換，能把地圖圖形全部轉(zhuǎn)換為以矢量方式表示的數(shù)據(jù)。根據(jù)采集數(shù)據(jù)的方式，跟蹤數(shù)字化儀按結(jié)構(gòu)可分為機械式、超聲波式和全電子式三種，其中全電子式數(shù)字化儀精度最高，應(yīng)用最廣。按自動化程度可分為手扶跟蹤、半自動跟蹤和全自動跟蹤三種。,數(shù)字化儀由電磁感應(yīng)板、坐標(biāo)輸入控制器和相應(yīng)的電子電路組成（圖8-2）。這種設(shè)備利用電磁感應(yīng)原理，在電磁感應(yīng)板的（x,y）方向上有許多平行的印刷線，每隔200m一條，游標(biāo)中裝有一個線圈。操作時使用者在電磁感應(yīng)板上移動游標(biāo)到圖件的指定位置，將十字絲交點對準數(shù)字化點位，按動相應(yīng)的按鈕，線圈中就會產(chǎn)生交流信號，十字絲的中心就產(chǎn)生一個電磁場。當(dāng)游標(biāo)在電磁感應(yīng)板上移動時，板下印刷線就會產(chǎn)生感應(yīng)電流，而印刷板周圍的多路開關(guān)等線路則可檢測出最大信號位置，即十字絲中心所在位置，從而得到該點x, y坐標(biāo)值。跟蹤數(shù)字化是初期的圖數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)備，工作效率不如掃描儀高。,2.掃描數(shù)字化儀,掃描數(shù)字化儀能將原圖分解為許多很小的柵格像元，并能把每一像元的地圖圖形轉(zhuǎn)換成數(shù)字，從而實現(xiàn)數(shù)字化。掃描數(shù)字化儀有平臺式掃描儀和滾筒式掃描儀兩類。平臺式掃描儀主要由掃描頭和平臺組成，被掃描的圖紙通過真空吸附裝置固定于臺面上，由掃描頭作逐行掃描。滾筒式掃描儀由旋轉(zhuǎn)滾筒和光學(xué)掃描頭兩個主要部件構(gòu)成，工作時，在上面安置圖紙的滾筒作y方向的旋轉(zhuǎn)，而裝有掃描顯微鏡的掃描頭在x方向沿導(dǎo)軌移動，分別通過圓光柵和長光柵控制柵格的大小。掃描頭通過記錄裝置記錄色彩或灰度。掃描數(shù)字化儀的工作原理是：光照射到待掃描資料上后，被反射到電荷藕合器CCD的光敏元件上，完成光電轉(zhuǎn)換。不同的反射光亮強度，CCD器件都能將其轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信息，達到數(shù)字化目的。,掃描數(shù)字化速度快、精度高，是地圖生產(chǎn)中普遍使用的數(shù)字化方法。隨著大幅面掃描儀成本的不斷降低，掃描和矢量化技術(shù)的不斷完善，跟蹤數(shù)字化方式可能成為自動掃描數(shù)字化的一種補充。目前，常見的大幅面掃描儀品牌有： CONTEX 、VIDAR、 ANAtech等。衡量掃描儀性能最主要的技術(shù)指標(biāo)包括掃描速度、光學(xué)分辨率、掃描寬度和掃描方式等。,三、地圖輸出設(shè)備,實施制圖數(shù)據(jù)到圖形轉(zhuǎn)化的設(shè)備稱之為地圖輸出設(shè)備，主要有打印機、圖形顯示器和自動繪圖儀等幾種。 1.打印機 打印機是最基本的在紙上輸出文字和圖形的設(shè)備，是柵格輸出設(shè)備。早期的計算機地圖制圖常采用行式打印機作為最終的圖形輸出設(shè)備。行式打印機是根據(jù)計算機處理的數(shù)據(jù)，利用每臺計算機必備的行式打印機上的符號，按程序編排好的位置打印或重疊打印一些數(shù)據(jù)、符號或它們的組合圖形，以制作分級統(tǒng)計圖或類型圖等。,現(xiàn)在，行式打印機制作地圖的方法已被替代。機械式打印機適用于精度要求不高的地圖輸出；激光打印機的特點是分辨率高，噪聲小；噴墨打印機有墨白和彩色兩種，其中彩噴采用黃、品紅、青、黑四色輸出。,2.圖形顯示器,計算機顯示輸出設(shè)備主要是圖形顯示器，其大多采用陰極射線管(CRT)作為顯示器件。電真空器件CRT主要由電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏組成。電子槍利用靜電場來使電子流聚焦和加速，產(chǎn)生精確聚焦和高速度的電子束。當(dāng)電子束打到熒光屏的熒光粉上時會發(fā)出輝光(光點)。電子束按某種軌跡掃描熒光屏，使光點構(gòu)成熒光屏上圖形的每一點而顯示出圖形。微型計算機上一般采用圖形顯示器并配置相應(yīng)的圖形顯示卡，圖形顯卡類型有CGA、EGA、VGA和SVGA等。圖形顯示的分辨率、色彩數(shù)等性能主要取決于顯示器及圖形顯示卡的質(zhì)量，分辨率目前有640480、1024768、14001050和16001200（可顯示行數(shù)每行光點數(shù)）等幾種，色彩主要有256色、真彩色(16M色)等。,3.自動繪圖儀,自動繪圖儀可以在紙或其他介質(zhì)上繪制或刻繪地圖圖形，產(chǎn)生“硬拷貝”。 自動繪圖儀按外形可分為滾筒式繪圖儀和平臺式繪圖儀；按繪圖方式可分為筆式、光學(xué)式、靜電式、噴墨式等類型；按繪圖儀接受的圖形數(shù)據(jù)格式可分為矢量繪圖儀和柵格繪圖儀。,矢量繪圖儀（筆式繪圖儀）是接受矢量坐標(biāo)形式數(shù)字信息，并以一定速度和精度繪制線劃圖形的輸出裝置。矢量繪圖儀的主要性能指標(biāo)有：臺面形狀、驅(qū)動方式、傳動機結(jié)構(gòu)、繪圖精度、速度、繪圖方式等，但最主要的性能指標(biāo)是步距和精度。步距是指繪圖儀每接受一個脈沖，繪圖筆在x或y方向上可移動的距離。步距越小，所繪圖形在視覺上越顯光滑。低精度矢量繪圖儀的步距為0.05-0.3mm，精度為0.07-0.5mm，可用于一般地圖或?qū)徯Ｓ玫貓D。高精度矢量繪圖儀的步距為0.0125-0.02mm，精度在0.03-0.06之間，可滿足高精度地形圖的繪圖要求。矢量繪圖儀有平臺式、滾筒式繪圖儀兩種主要類型。,將計算機處理并存貯的柵格數(shù)據(jù)仍按照柵格方式變成圖形并繪制在感光膠片、圖紙等繪圖介質(zhì)上，則需用柵格繪圖儀。其主要類型有靜電、掃描和噴墨繪圖儀等，其中大幅面（A0）彩色噴墨繪圖儀是目前廣泛使用的一種繪圖儀。這種繪圖儀的結(jié)構(gòu)與激光掃描繪圖儀相似，但它不是用光束在感光膠片上曝光，而是同時用品紅、黃、青、黑四種色液從四個噴嘴噴出霧液，并按不同比例混合后在圖紙或膠片上噴繪出圖形和色彩。,第三節(jié) 計算機地圖制圖的軟設(shè)備和數(shù)據(jù)庫,1.圖形處理功能軟件 圖形處理功能軟件是在計算機系統(tǒng)軟件和高級語言基礎(chǔ)上形成的，其功能包括：圖形處理的輸入輸出管理；文件和數(shù)據(jù)庫管理、繪圖程序的編輯與調(diào)試；圖形數(shù)據(jù)和字符的處理等。,2.圖形處理應(yīng)用軟件 圖形處理應(yīng)用軟件是在圖形處理功能軟件的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同領(lǐng)域的特殊需要而開發(fā)的軟件，如各種地圖制圖程序（繪等值線程序、繪立體圖程序、繪面狀暈線程序、繪暈渲程序等）都屬此類。它是利用一種高級語言及庫函數(shù)程序，加上一些圖形處理的功能模塊擴展而成的。,3.繪圖控制程序 繪圖控制程序是指控制繪圖機基本工作的程序。在整個繪圖系統(tǒng)中，繪圖控制程序是自動繪圖的組織者，它接受命令和數(shù)據(jù)的途徑，一是來自操作員，二是來自中央處理機或外圍設(shè)備。繪圖控制程序的主要功能包括：接受操作員的指令，設(shè)置繪圖參數(shù)；解釋、處理各種指令；形成和發(fā)送繪圖指令；人機對話、故障通知等。 計算機地圖制圖軟件系統(tǒng)的組成如圖8-3所示。,圖8-3 繪圖軟件系統(tǒng),國內(nèi)制圖軟件目前主要有MAPCAD、MAPGIS、GEOSTAR、SUPERMAP、SITYSTAR、北大方正技術(shù)研究所研制的方正智繪等。其都是基于Windows的彩色地圖制圖、排版系統(tǒng)，具有點、線、面編輯功能，可自動處理拓撲關(guān)系，達到了多窗口同步、所見基本即所得的效果，能進行幕數(shù)字化、地圖投影轉(zhuǎn)換、圖像配準、符號編輯、顏色管理等操作。 國外的制圖軟件大型的如美國Intergraph公司的MGE,美國環(huán)境系統(tǒng)研究所的ARC/INFO等，其注重空間分析及屬性數(shù)據(jù)管理，制圖系統(tǒng)只是其中的一部分。小平臺如Mapinfo，AreView等桌面地圖系統(tǒng)，其功能雖不如大型系統(tǒng)完善，但它面向大眾、操作簡單，得到了廣泛的應(yīng)用。,二、地圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),地圖基本要素所能提供可見的、有形的“圖”的信息，是表達地理信息的基本單元，稱之為實體。特定的實體往往有很多屬性與之相對應(yīng)，通過對實體相對應(yīng)的，能代表地理實體類型、等級、數(shù)量等特征的屬性分析，又能得出自然、社會經(jīng)濟等多方面的數(shù)據(jù)信息。地圖實體和屬性經(jīng)轉(zhuǎn)換后輸入計算機，成為計算機可識別的圖形和文本數(shù)據(jù)，就構(gòu)成了數(shù)字地圖。根據(jù)地圖數(shù)據(jù)所反映的信息以及地圖實體和屬性的概念，可以將地圖數(shù)據(jù)分為空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)兩種類型。,1.空間數(shù)據(jù)及其結(jié)構(gòu) 空間數(shù)據(jù)也叫圖形數(shù)據(jù)，用來表示物體的位置、形態(tài)、大小、分布等各方面信息，是對現(xiàn)實世界中存在的具有定位意義的事物和現(xiàn)象的定量描述。根據(jù)空間數(shù)據(jù)的幾何特點，地圖數(shù)據(jù)可以分為點數(shù)據(jù)、線數(shù)據(jù)、面數(shù)據(jù)三種類型。 在地圖制圖系統(tǒng)中，空間數(shù)據(jù)必須按照一定的結(jié)構(gòu)描述地物的空間位置信息。典型的空間數(shù)據(jù)格式有矢量結(jié)構(gòu)和柵格結(jié)構(gòu)，它們都可用來描述地理實體的點、線、面三種基本類型.,用矢量結(jié)構(gòu)表示空間數(shù)據(jù)時常用的表示方法是：在點數(shù)據(jù)上給出表示其位置的坐標(biāo)值，如x、y平面坐標(biāo)等；線段定義為兩個端點范圍內(nèi)的點組；面定義為構(gòu)成其邊界線的線段組，然后加上表示這些點、線、面屬性的特征碼，如圖8-5所示。,柵格數(shù)據(jù)表示方法是：將空間分割成有規(guī)則的格網(wǎng)，在各個格網(wǎng)上給出相應(yīng)的屬性。圖8-6即為這種方式，它與數(shù)字影像的表示方式相類似，只是將數(shù)字影像的灰度值換成目標(biāo)的屬性值。對于地圖而言，點狀符號以其中心處的像元表示；線狀地物則以中心軸線的像元連續(xù)鏈構(gòu)成；而面狀符號則為其所覆蓋的像元集合。按一定像元對地圖掃描后，即得到可以用 0、1表示的二值地圖柵格數(shù)據(jù)，然后再加上它們的特征碼和屬性。,空間數(shù)據(jù)的一個重要特點是它包含有拓撲關(guān)系，即網(wǎng)結(jié)構(gòu)元素（境界線網(wǎng)、水系網(wǎng)、交通網(wǎng)等）中結(jié)點、弧段和面域之間的鄰接、關(guān)聯(lián)、包含等關(guān)系。拓撲關(guān)系數(shù)據(jù)從本質(zhì)上或從總體上反映了地理實體之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系，而不重視距離和大小，其空間邏輯意義比幾何意義更大。因此，在地圖空間數(shù)據(jù)處理、地圖綜合應(yīng)用以及地圖制圖等方面發(fā)揮著重要作用。,2.非空間數(shù)據(jù)及其結(jié)構(gòu) 非空間數(shù)據(jù)主要包括專題屬性數(shù)據(jù)和質(zhì)量描述數(shù)據(jù)、時間因素等有關(guān)屬性的語義信息。由于這部分數(shù)據(jù)中，專題屬性數(shù)據(jù)占有相當(dāng)?shù)谋壤栽诤芏嗲闆r下，非空間數(shù)據(jù)直接被稱為地圖屬性數(shù)據(jù)。 非空間數(shù)據(jù)是對空間信息的語義描述，反映了空間實體的本質(zhì)特性，是空間實體相互區(qū)別的重要標(biāo)識。典型的非空間數(shù)據(jù)如空間實體的名稱、類型和數(shù)量特征（長度、面積、體積等），社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)，影像成像設(shè)備、像幅、分辨率、灰度級等。時間因素也就是GIS中的時間序列。,傳統(tǒng)的地圖制作由于地圖制圖周期長，再加上顯示動態(tài)變化困難，所以時間因素往往被忽視。由于計算機技術(shù)的發(fā)展，地圖實時動態(tài)顯示的實現(xiàn)，使得時間因素在地圖顯示過程中的表示成為可能，且十分必要。 非空間數(shù)據(jù)的組織方式受通用數(shù)據(jù)庫技術(shù)的影響較大，因為在空間數(shù)據(jù)與非空間數(shù)據(jù)連接之前，非空間數(shù)據(jù)可以看作是通用數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用，因此現(xiàn)代通用數(shù)據(jù)庫技術(shù)在屬性數(shù)據(jù)的組織時，幾乎全部能夠?qū)崿F(xiàn)。,地圖數(shù)據(jù)庫中非空間數(shù)據(jù)的表示有如下幾種模式： （1）簡單表格結(jié)構(gòu) 簡單表格結(jié)構(gòu)把數(shù)據(jù)看成由行（記錄）和列（字段）構(gòu)成的一批表格的匯集。它允許把屬性代碼與地理要素連接起來。其主要缺點在于不能維護數(shù)據(jù)的完整性，因為每個表格是獨立的，兩個不同表格用到相同的數(shù)據(jù)時就得重復(fù)，從而會出現(xiàn)不一致的情況。此外，它也不能提供良好的存儲效率和必要的靈活性。但是這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)易于編程并且易于系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換。,（2）層次結(jié)構(gòu) 層次結(jié)構(gòu)在專題數(shù)據(jù)處理中應(yīng)用較少。這種是面向極為穩(wěn)定不變的數(shù)據(jù)集的，即數(shù)據(jù)間的聯(lián)系很少變化或根本不變，數(shù)據(jù)間的各種聯(lián)系被固定在數(shù)據(jù)庫邏輯觀點之內(nèi)。此外，對雙親數(shù)目的限制也不能滿足實際地理數(shù)據(jù)處理的要求。最后，查詢語言是過程化的。要求用戶知道DBMS實際使用的存貯模式。 （3）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 這種結(jié)構(gòu)在專題數(shù)據(jù)的處理中的應(yīng)用并不比層次結(jié)構(gòu)多，在靈活性方面它與層次結(jié)構(gòu)具有相同的限制。但是，它在表示地理數(shù)據(jù)聯(lián)系中更為有力的結(jié)構(gòu)，使得它能對地理數(shù)據(jù)進行更好的構(gòu)模。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的查詢語言仍是過程化的。,（4）關(guān)系結(jié)構(gòu) 在關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)也是用表格的形式組織的，但與簡單表格中的結(jié)構(gòu)有本質(zhì)的區(qū)別。這里的表格具有更嚴密的定義，如數(shù)據(jù)類型一致，數(shù)據(jù)不可再分割，兩行數(shù)據(jù)不能相同等。關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)具有簡單、靈活、存儲效率高等特點，因此在地圖非空間數(shù)據(jù)的組織中得到了廣泛應(yīng)用。,三、地圖數(shù)據(jù)庫,1.地圖數(shù)據(jù)庫的概念 地圖制圖是一種信息傳輸過程，也是地理數(shù)據(jù)的處理過程。這個過程必須以數(shù)據(jù)庫為中心，以便更有效地實現(xiàn)地圖信息采集、存儲、檢索、分析處理與圖形輸出等的系統(tǒng)化。地圖數(shù)據(jù)庫是計算機制圖系統(tǒng)的核心，也是地理信息系統(tǒng)的重要組成部分。 地圖數(shù)據(jù)庫可以從兩個方面來理解：一是把它看作軟件系統(tǒng)，即“地圖數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)”的同義語；一是把它看作地圖信息的載體-數(shù)字地圖。對于后者可以理解為以數(shù)字的形式把一幅地圖的諸多內(nèi)容要素以及它們之間的相互聯(lián)系有機地組織起來，并存儲在具有直接存取性能的介質(zhì)上的一批相互關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)文件。,從應(yīng)用方面來看，地圖數(shù)據(jù)庫主要有兩種類型，即地理信息系統(tǒng)中的地圖數(shù)據(jù)庫和計算機制圖系統(tǒng)中的地圖數(shù)據(jù)庫。兩者之間的主要區(qū)別在于前者主要為信息檢索服務(wù)，并對專題數(shù)據(jù)進行覆蓋分析和其它統(tǒng)計分析評價等，而后者主要為自動化制圖以及其他方面的地圖數(shù)據(jù)處理服務(wù)。 2.地圖數(shù)據(jù)庫的組織,在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，圖形數(shù)據(jù)與專題屬性數(shù)據(jù)一般采用分離組織存貯的方法存貯，以增強整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的靈活性，盡可能減少不必要的機時與空間上的開銷。然而，地理數(shù)據(jù)處理又要求對區(qū)域數(shù)據(jù)進行綜合性處理，其中包括圖形數(shù)據(jù)與專題屬性數(shù)據(jù)的綜合性處理。因此，圖形數(shù)據(jù)與專題屬性數(shù)據(jù)的連接也是很重要的。,圖形數(shù)據(jù)與專題屬性數(shù)據(jù)的連接基本上有4種方式： （1）專題屬性數(shù)據(jù)作為圖形數(shù)據(jù)的懸掛體。屬性數(shù)據(jù)是作為圖形數(shù)據(jù)記錄的部分進行存儲的。這種方案只有當(dāng)屬性數(shù)據(jù)量不大的個別情況下才是有用的。大量的屬性數(shù)據(jù)加載于圖形記錄上會導(dǎo)致系統(tǒng)響應(yīng)時間的普遍延長。當(dāng)然，主要的缺點在于屬性數(shù)據(jù)的存取必須經(jīng)由圖形記錄才能進行。 （2）用單向指針指向?qū)傩詳?shù)據(jù)。與上一方案相反，這種方法的優(yōu)點在于屬性數(shù)據(jù)多少不受限制，且對圖形數(shù)據(jù)沒有什么壞影響。缺點是，僅有從圖形到屬性的單向指針，互相參照非常麻煩，且易出錯。,（3）屬性數(shù)據(jù)與圖形數(shù)據(jù)具有相同的結(jié)構(gòu)。這種方案具有雙向指針參照，且由個系統(tǒng)來控制，使靈活性和應(yīng)用范圍均大為提高。這一方案能滿足許多部門對建立信息系統(tǒng)的要求。 （4）圖形數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)自成體系。這個方案為圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)彼此獨立地實現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化提供了充分的可能性，能更進一步適合于不同部門對數(shù)據(jù)處理的要求。但這里假設(shè)屬性數(shù)據(jù)有其專用的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，且它能夠建立屬性到圖形的反向參照。,3.地圖數(shù)據(jù)庫的管理與設(shè)計,（1）地圖數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 就功能而言，與通用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）一樣，其在數(shù)據(jù)庫中對地圖數(shù)據(jù)的輸入、存貯、維護、操作等進行管理。但是地圖數(shù)據(jù)庫作為一種用于專門領(lǐng)域的數(shù)據(jù)庫技術(shù)，其管理系統(tǒng)仍具有一定的特殊性。目前地圖數(shù)據(jù)庫的管理方案有以下幾種： 對不同的應(yīng)用目的，建立不同的管理系統(tǒng)；對通用DBMS進行功能附加，就可達到管理空間數(shù)據(jù)的功能；建立空間數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)及屬性數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)，共同受控于總的DBMS；建立真正的DBMS，直接對空間數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫進行管理。,（2）地圖數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的坐標(biāo)體系 地圖數(shù)據(jù)庫中涉及多種數(shù)據(jù)源，這些數(shù)據(jù)往往具有不同的坐標(biāo)體系。由于地圖數(shù)據(jù)庫在數(shù)據(jù)處理過程中又涉及多種技術(shù)，如數(shù)據(jù)輸入及轉(zhuǎn)化、數(shù)據(jù)存貯、數(shù)據(jù)顯示等技術(shù)，為了解決多方面的問題，在地圖數(shù)據(jù)的處理過程中采用了不同的坐標(biāo)體系： 用戶坐標(biāo)體系 用戶坐標(biāo)體系就是平時使用地圖時的各種坐標(biāo)，如地形圖上的高斯克呂格投影坐標(biāo)，小比例尺地圖中所采用的各種特定坐標(biāo)，以及某些區(qū)域范圍使用的沒有經(jīng)緯網(wǎng)控制的地方坐標(biāo)等。在用戶坐標(biāo)體系中使用較多的是直角坐標(biāo)系，即笛卡爾坐標(biāo)系，坐標(biāo)系參數(shù)由用戶自行設(shè)定，與設(shè)備無關(guān)。,設(shè)備物理坐標(biāo)體系 設(shè)備物理坐標(biāo)系就是地圖數(shù)據(jù)在輸入、輸出（顯示）時，根據(jù)所使用的設(shè)備而采取的坐標(biāo)體系。雖然設(shè)備坐標(biāo)系采用的也是直角坐標(biāo)系，但各種設(shè)備都有其獨特的坐標(biāo)參數(shù)或規(guī)定：數(shù)字化儀和繪圖儀的坐標(biāo)原點均在其板面的左下角，而圖形顯示器的坐標(biāo)原點大都在左上角。在數(shù)字化儀上對地圖進行數(shù)字化時，由于數(shù)字化儀采集點給出的是設(shè)備物理坐標(biāo)，而不是地圖所依據(jù)的地球投影坐標(biāo)，所以在一般情況下都要進行從設(shè)備物理坐標(biāo)到用戶坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換，使得一幅圖或多幅相關(guān)聯(lián)的地圖始終在同一種參考坐標(biāo)系中；當(dāng)?shù)貓D數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)在顯示器上顯示或在繪圖儀上輸出時，設(shè)備所需求的是設(shè)備坐標(biāo)。,數(shù)據(jù)庫標(biāo)準坐標(biāo)體系 數(shù)據(jù)庫標(biāo)準坐標(biāo)體系實際上是由用戶定義的一種坐標(biāo)體系。地圖數(shù)據(jù)的特點就是具有大量的圖形坐標(biāo)點，在計算機內(nèi)存貯時要占用極大的存貯空間。雖然現(xiàn)在的硬盤存貯空間越來越大，但為了充分、合理地利用空間，又不損失地圖數(shù)據(jù)真實度，應(yīng)采用兩個字節(jié)的整型數(shù)來表示地圖的圖形坐標(biāo)。所以在地圖數(shù)據(jù)庫中，把兩字節(jié)整型數(shù)的值域確定為標(biāo)準坐標(biāo)。 在地圖數(shù)據(jù)入庫時，用戶坐標(biāo)借助于一定的設(shè)備坐標(biāo)，并轉(zhuǎn)化成數(shù)據(jù)庫標(biāo)準坐標(biāo)體系存貯在計算機存貯空間中。這樣，采用一種標(biāo)準的坐標(biāo)體系，不僅可以節(jié)約存貯空間，更重要的是優(yōu)化了地圖數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的定位功能，方便了數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的檢索。,在整個地圖數(shù)據(jù)庫的建庫、維護和使用過程中，三種坐標(biāo)體系的關(guān)系可以相互轉(zhuǎn)換如圖8-7所示。,（3）地圖數(shù)據(jù)庫的功能設(shè)計 空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)的互相檢索 地圖數(shù)據(jù)庫建成后，并不是簡單地將空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)自成體系地存放起來，而是要在數(shù)據(jù)使用時，做到空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)能互相定位，也就是說，當(dāng)選擇了空間數(shù)據(jù)庫中的一條記錄時，能夠在非空間數(shù)據(jù)庫中迅速找到相對應(yīng)的非空間數(shù)據(jù)。選擇了非空間數(shù)據(jù)中的一條記錄時，也能迅速在空間數(shù)據(jù)庫中找到所表示的空間數(shù)據(jù)，并同時以某種形式予以顯示。,空間數(shù)據(jù)的自動概括 地圖數(shù)據(jù)庫的出現(xiàn)是地圖數(shù)字化的一次革命，其深層的意義不僅體現(xiàn)在以數(shù)字的形式表示地圖信息，更重要的是通過數(shù)學(xué)邏輯的方法，對地圖內(nèi)容進行自動化處理，從而在一定的程度上使地圖概括增強了客觀性和科學(xué)性，同時也使制圖人員從繁瑣枯燥的手工編制中解脫出來。這不僅有對空間數(shù)據(jù)“形”的概括，更重要的是結(jié)合非空間數(shù)據(jù)庫中的屬性特征，結(jié)合專家知識系統(tǒng)，從而力圖達到模擬或接近人腦思維的地圖概括水平。,專題地圖的自動生成 地圖生產(chǎn)的趨勢就是利用電子技術(shù)生成專用的地圖數(shù)據(jù)庫，每次更新和修改地圖數(shù)據(jù)時只需要修改地圖數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，利用地圖數(shù)據(jù)庫的功能，生成和輸出新的專題地圖。所以專題地圖的自動生成就成了地圖數(shù)據(jù)庫的一個重要功能。地圖數(shù)據(jù)庫中存放的專題地圖數(shù)據(jù)，有經(jīng)常變更和相對穩(wěn)定兩類：相對穩(wěn)定的就可以直接以圖形的形式存貯起來，在每次有生產(chǎn)任務(wù)時稍加改動；經(jīng)常變更的主要是指社會經(jīng)濟指標(biāo)等數(shù)據(jù)。,專題制圖時可以在空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，先讀取非空間數(shù)據(jù)，而后在空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，生成代表非空間數(shù)據(jù)庫中具有數(shù)量或質(zhì)量意義的空間數(shù)據(jù)，并以適當(dāng)?shù)男问奖憩F(xiàn)出來。如地圖中道路的自動生成，在空間數(shù)據(jù)庫中為節(jié)約存貯空間，可以只存貯道路中心線的空間數(shù)據(jù)，但是在生成地圖時，必須表示出道路的等級，所以建立的地圖數(shù)據(jù)庫就需要能在空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，先讀取非空間數(shù)據(jù)庫中有關(guān)道路等級的數(shù)據(jù)，然后在地圖空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，直接生成以道路寬度來代表道路等級的地圖空間數(shù)據(jù)。,第四節(jié) 計算機地圖制圖中的編輯和制作,一、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)選擇 地圖投影是一種數(shù)學(xué)模型，它把地球表面的特征換算成一個二維表面的位置，即以平面地圖的形式表現(xiàn)地球?qū)ο?。坐?biāo)系則用于創(chuàng)建地理對象的數(shù)字表達，它把地理對象中的每一個點表示為一對數(shù)字。這些數(shù)字稱為該點的坐標(biāo)。在地圖制圖中，投影和坐標(biāo)系密切相關(guān)，坐標(biāo)系通常是通過為投影參數(shù)提供特定的數(shù)值來創(chuàng)建的。一個坐標(biāo)系由一組參數(shù)來定義，它說明如何判讀對象的定位坐標(biāo)。,1.地圖投影選擇 在桌面數(shù)字制圖環(huán)境下，用戶同樣需要根據(jù)地圖的用途、制圖區(qū)域的地理特征和形狀等多種因素，為新編地圖選擇合適的地圖投影。所不同的是，用戶初選的地圖投影并不一定就是最終成果圖的地圖投影，通常只需令初選投影和資料圖（包括地圖資料和影像資料）的投影相一致。因為，不管在哪一種投影下進行地圖編輯，最終利用制圖軟件都可方便地實現(xiàn)投影的轉(zhuǎn)換，這是數(shù)字制圖的優(yōu)越性。,2.坐標(biāo)系選擇,坐標(biāo)系可以明確制圖對象的空間定位坐標(biāo)，它包括一組參數(shù)，如坐標(biāo)系名稱、投影類型、基準面等，投影只是其中的一個參數(shù)，是坐標(biāo)系的一部分。現(xiàn)有的許多桌面GIS軟件大多提供多種不同坐標(biāo)體系(基準面)供用戶選擇，少數(shù)軟件還允許用戶建立自己的坐標(biāo)系。以MapInfo為例，它以兩級目錄菜單的形式提供了300多個預(yù)定義坐標(biāo)系，當(dāng)用戶要使用其他坐標(biāo)系或創(chuàng)建新的坐標(biāo)系時，可以通過修改投影參數(shù)文件Mapinfow.prj來實現(xiàn)。這個數(shù)據(jù)文件以分行記錄每一個預(yù)定義坐標(biāo)系的參數(shù)表，如坐標(biāo)系名稱、投影代碼、橢球體、坐標(biāo)單位、原點經(jīng)度、原點緯度、標(biāo)準緯線、方位角、比例系數(shù)等。,MapInfo系統(tǒng)還定義了50個基準面代碼，如果用戶需要采用其他的基準面，且知道該基準面的數(shù)學(xué)參數(shù)，則可以使用代碼在該投影參數(shù)文件中定義這個基準面。,二、地圖數(shù)字化,地圖數(shù)字化是地理空間數(shù)據(jù)輸入的重要途徑，圖形經(jīng)過數(shù)字化處理后，傳統(tǒng)的紙質(zhì)地圖可轉(zhuǎn)換成數(shù)字地圖產(chǎn)品。 地圖數(shù)字化的方法分為兩種類型：手扶跟蹤數(shù)字化和光學(xué)掃描儀的柵格掃描。對于地圖制圖來說,使用手工和自動方法進行地圖數(shù)字化，是一切數(shù)據(jù)處理和分析的開始。早期，地圖數(shù)據(jù)的輸入以手扶跟蹤方法為主，特別是對矢量數(shù)據(jù)，如河流、道路網(wǎng)等。現(xiàn)在，數(shù)據(jù)的掃描技術(shù)日新月異，速度和精度有了明顯的提高，日益廣泛地被采用。,1.手扶跟蹤數(shù)字化 手扶跟蹤數(shù)字化儀工作量非常繁重，但它仍然被一些行業(yè)部門或圖種數(shù)字化時采用。手扶數(shù)字化的精度受三種情況的影響：控制點的數(shù)量；地圖紙張的伸縮程度和操作者的技術(shù)。 手扶跟蹤數(shù)字化操作的第一步是在數(shù)字化地圖區(qū)域之外的三個角上，分別選取三個參照點，這些點確定了數(shù)字化文件相對于數(shù)字化板的位置。如果數(shù)字化圖件從數(shù)字化板上取下，后又貼在板的不同于原來的位置上，當(dāng)對該文件進行新的數(shù)字化或者編輯操作時，只需將上述選取的三個參照點重新數(shù)字化。雖然，在不同的數(shù)字化階段，數(shù)字化文件相對于數(shù)字化板的位置可能發(fā)生幾次變化，但是，由數(shù)字化軟件在不同數(shù)字化階段生成的結(jié)果平面坐標(biāo)數(shù)據(jù)將保持一致性。,第二步是確定幾個控制點并將其數(shù)字化，這些控制點的位置用來確定從平面坐標(biāo)到輸入地圖的投影坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換參數(shù)。如果知道了地圖的投影參數(shù)和投影類型，這些控制點的位置就可以用地理坐標(biāo)的形式確定下來，由此可以進一步計算出控制點的東移和北移?？刂泣c的選擇對于空間實體地理位置的確定，即空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)的地理編碼具有至關(guān)重要的意義。地理編碼數(shù)據(jù)是不同來源的地圖之間以及地圖數(shù)據(jù)和其他類型數(shù)據(jù)相互之間進行比較的基礎(chǔ)。,第三步是確定數(shù)字化模式。通常，數(shù)字化儀采用兩種數(shù)字化模式：點模式（Point Mode）和流模式（Stream Mode）。在點模式下，地圖上點的坐標(biāo)通過將光標(biāo)定位于點位上，并按下相應(yīng)的按鈕予以記錄。輸入孤立的點狀地物要素時必須使用點模式，而線和多邊形地物的錄入也可以使用點模式，但在輸入時操作員必須有選擇地輸入能夠反映曲線特征的采樣點。在流模式下，線和多邊形曲線的坐標(biāo)是以時間或距離的規(guī)定間隔自動采集而得到的。流方式錄入能夠加快數(shù)字化的速度，但其采集的點的數(shù)量往往要多于點模式，造成數(shù)據(jù)量過大。因此，在流模式下，大多數(shù)系統(tǒng)采用兩種采樣原則，即距離流方式（Distance Stream）和時間流方式（Time Stream）。,時間流方式的特點是當(dāng)數(shù)字化曲線比較平滑時，可以加快鼠標(biāo)移動的速度，使采樣點的數(shù)目相對減少；而當(dāng)曲線比較彎曲時，鼠標(biāo)移動較慢，采樣點的數(shù)目就多。距離流方式的特點是容易遺漏曲線拐點，從而使曲線失真。因此，在數(shù)字化過程中，需要根據(jù)不同的對象選擇不同的數(shù)字化方式。 2.掃描數(shù)字化,掃描數(shù)字化采用高精度掃描儀，將圖形、圖像掃描后形成柵格數(shù)據(jù)文件，再利用矢量化軟件對柵格數(shù)據(jù)進行處理，將它轉(zhuǎn)化成為矢量圖形數(shù)據(jù)。矢量化過程有兩種方式：交互式和全自動。影響掃描數(shù)字化數(shù)據(jù)質(zhì)量的因素包括原圖質(zhì)量（如清晰度）、掃描精度、掃描分辨率、配準精度、校正精度等。,掃描獲得的柵格圖像數(shù)據(jù)主要有三種用途：一是對圖像作增強和分類處理后進入柵格型的空間數(shù)據(jù)庫。也可不作處理，僅用于顯示，并在顯示時疊加矢量圖形，如很多GIS用戶常把掃描后的航空像片作為矢量地圖的背景圖來顯示；二是顯示在屏幕上作進一步的手工矢量化。手工矢量化又分為完全的手工跟蹤和借助軟件的半自動化跟蹤兩種。完全手工跟蹤方法把掃描獲得的圖像作為底圖顯示出來，操作員用鼠標(biāo)器在屏幕上操作，這和手扶數(shù)字儀輸入很相似。半自動的矢量化方法是由操作員用鼠標(biāo)器點一下屏幕上需要矢量化的線條，軟件則沿著柵格線條找到線的一個端點或在其它線條的相交處停下來，提示操作員，由操作員控制需要進一步矢量化的方向或下一點，計算機則自動記錄下有關(guān)的關(guān)鍵點并連接成線。,這種方法比完全手工跟蹤的效率高，也容易保證精度，但只能處理線劃地圖，不能處理遙感圖像。上述兩種方法對點狀信息、注記、符號的輸入和手扶數(shù)字化儀的操作一樣；三是由軟件自動將柵格圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成矢量地圖。 在上述三種矢量化方法中，屏幕矢量化是目前廣泛使用的方法。對屏幕矢量化來說，圖像的配準是矢量化的前提和基礎(chǔ)，對矢量化的質(zhì)量影響很大。許多地圖制圖軟件或GIS軟件都具備圖像配準功能。,三、圖形編輯處理,在任何環(huán)境下，無論以何種數(shù)字化方式輸入數(shù)據(jù)，都會出現(xiàn)誤差或錯誤，最常見的數(shù)字化錯誤有5種（圖8-8），這些錯誤需要通過編輯來修正。碎多邊形（Sliver polygon）的產(chǎn)生，形成于兩個相鄰多邊形的邊界繪制以及兩個多邊形的疊加；線的端點不達結(jié)點（Undershoot），即對于兩個獨立的多邊形來說，在線的端點和結(jié)點之間存在著間隙，需要進行連接編輯；不正確多邊形(Erroneous Polygon)常在結(jié)點附近形成，由于很小，所以難以查找和識別；線的端點超過了結(jié)點（Overshoot），在端點附近生長出多余的小弧段；邊緣匹配問題（Edge matching problem）指分幅掃描圖像在合成拼接時出現(xiàn)的邊緣不匹配的情況。,這些錯誤都可以通過矢量編輯來糾正，特別是通過剪輯程序來克服，剪輯程序可使多邊形自動封閉，并保證每個弧段的兩個端點都是結(jié)點。,手工編輯地圖大多數(shù)是在計算機圖形顯示器上以人機交互的方式進行。從編輯方式上來講，既有矢量編輯方式，也有柵格編輯方式。手工編輯的主要功能是添加、刪除、移動、復(fù)制、旋轉(zhuǎn)某些圖形圖像要素。在矢量方式下，地圖數(shù)字化和地圖編輯往往是結(jié)合在一起的。,“圖層”，是地圖數(shù)字化和地圖圖形編輯過程中一個非常重要的概念。不同的圖形要素有不同的圖形結(jié)構(gòu)，所以在數(shù)字化或圖形編輯時，常把它們分門別類地存放在不同的圖層里，這就是所謂的分層數(shù)字化和分層編輯?，F(xiàn)有的桌面制圖軟件和專業(yè)GIS軟件都是按照“圖層”的概念對數(shù)據(jù)進行組織和管理的(圖8-9)，如ArcView 的“Theme”、 MGE的“ Level”、 Erdas的“Layer”等。,在現(xiàn)代地圖制圖和GIS中，這種分層數(shù)據(jù)組織與管理的重要意義主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）可以實現(xiàn)地圖要素的分層顯示；（2）為地圖信息系統(tǒng)（電子地圖）或GIS中實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)庫的多重顯示創(chuàng)造條件；（3）有利于不同空間地理要素的疊加分析；（4）可實現(xiàn)不同數(shù)字產(chǎn)品之間的數(shù)據(jù)共享，從而減少數(shù)字化的作業(yè)量，還可以保證地圖的質(zhì)量。,四、地圖輸出,地圖的信息是十分豐富的，在實踐中，最終的數(shù)字地圖產(chǎn)品不僅包括各種分層的圖形要素，還可能包括與圖形相關(guān)的各類統(tǒng)計圖表、圖片以及圖例等，所以需要將不同的圖形窗口、統(tǒng)計圖窗口和圖例窗口在一個頁面上妥善地放置和安排，并在頁面上增加標(biāo)題或注記之類的文字，將所有的顯示聯(lián)系在一起，這就是圖面配置(Layout)問題。現(xiàn)有的許多桌面制圖軟件都提供了對多窗口、多種圖表進行圖面配置的功能。,以ArcView軟件為例，它提供了5種Layout模式，用戶可以根據(jù)自己的需要，選擇合適的模式。在所選模式上，利用系統(tǒng)提供的豐富的編輯工具，用戶對圖面組成要素可做進一步的調(diào)整和編輯，直到滿意為止。然后，即可選擇地圖輸出。地圖輸出功能設(shè)計一般包括輸出設(shè)備類型選擇（打印機、繪圖機等）、輸出紙張、輸出幅面、比例尺、黑白或彩色等參數(shù)的確定。,第五節(jié) 遙感制圖,地圖學(xué)的第一難關(guān)是解決地圖信息源的問題。信息的豐富與否是至關(guān)重要的前提。從1957年前蘇聯(lián)發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星以來，遙感技術(shù)得到了飛速發(fā)展，遙感信息的獲取正向全波段、全天候、全球覆蓋和高分辨率的方向迅猛發(fā)展，信息網(wǎng)絡(luò)的組建和光纜、微波傳輸技術(shù)的進步，突破了時間和空間的局限，形成了數(shù)據(jù)極其巨大的信息流。這種鋪天蓋地而來的地表遙感信息，不僅成為地圖制圖乃至“數(shù)字地球”的重要信息源，而且使制圖資料的現(xiàn)勢性、制圖工藝等都發(fā)生了深刻變化。,（1）衛(wèi)星遙感可以覆蓋全球的每一個角落，任何地區(qū)都不再有制圖資料的空白區(qū)；（2）衛(wèi)星遙感的周期性重復(fù)探測，使每一個地區(qū)都可以獲得不同時相的制圖信息，為動態(tài)地圖的制作和利用地圖進行動態(tài)分析提供了信息保障；（3）衛(wèi)星遙感資料可以及時提供廣大地區(qū)的同一時相、同一波段、同一比例尺、同一精度的制圖信息，這就為縮短成圖周期，降低制圖成本提供了可能；（4）數(shù)字衛(wèi)星遙感信息，可以直接進入計算機進行自動處理，省去了圖像掃描數(shù)字化的輸入過程；（5）改變了傳統(tǒng)的從大比例尺逐級縮編小比例尺地圖的邏輯程序。,根據(jù)獲得的衛(wèi)星圖像，可以直接編繪小比例尺地理圖或?qū)ｎ}地圖，必要時還可再編繪更大比例尺的地圖，這樣就更適應(yīng)人們認識區(qū)域地理環(huán)境的邏輯順序。 當(dāng)前，遙感信息主要用于編制各種專題地圖、制作影像地圖、修編或更新地形圖。此外，利用遙感信息，編制各種區(qū)域性專題數(shù)據(jù)庫或信息系統(tǒng)，已經(jīng)成為一個新的發(fā)展方向。,一、遙感原理與圖像獲取,20世紀60年代，在航空攝影測量、航空地質(zhì)探礦和航空像片判讀應(yīng)用發(fā)展的基礎(chǔ)上，國際上正式提出了“Remote Sensing”（遙感）的概念，并很快被普遍接受和認同。所謂遙感，廣義概念是指從遠處探測、感知物體或事物的技術(shù)，即不直接接觸物體本身，從遠處通過各種傳感器探測和接收來自目標(biāo)物體的信息，經(jīng)過信息的傳輸及其處理分析，識別物體的屬性及其空間分布、動態(tài)變化等特征的技術(shù)。 遙感是一個綜合性的技術(shù)系統(tǒng)，由遙感平臺、傳感器、信息接收與處理、應(yīng)用等部分組成。遙感平臺主要有飛機、人造衛(wèi)星、載人飛船。,傳感器有多種波段的攝像機、多光譜掃描儀、微波輻射計、側(cè)視雷達、專題成像儀等，并且在不斷向多光譜段、多極化、高分辨率和微型化方向發(fā)展。各種傳感器把記錄下來的數(shù)字或圖像信息，通過校正、變換、分解、組合等光學(xué)圖像處理或數(shù)字圖像處理后，以膠片、圖像或數(shù)字磁帶等方式提供給用戶。由于地球表面上所有物體都有本身的電磁波譜特性，即有規(guī)律地吸收、反射、輻射電磁波的特性，因此，反映在遙感圖像上就有不同的影像特征。,用戶在實地調(diào)查或事先測定并掌握各種物體的波譜特征的基礎(chǔ)上，通過綜合分析與判斷，或在地理信息系統(tǒng)和專家系統(tǒng)的支持下，提取專題信息，編制專題地圖或統(tǒng)計圖表，這就是遙感的基本原理（圖8-10）。,目前，世