計算機地圖制圖原理概述

1、計算機地圖制圖原理計算機地圖制圖是什么？ 計算機地圖制圖又稱為機助地圖制圖或數(shù)字地圖制圖，它以傳統(tǒng)的地圖制圖原理為基礎，以計算機及其外圍設備為工具，采用數(shù)據(jù)庫技術和圖形數(shù)據(jù)處理方法，實現(xiàn)地圖信息的采集、存儲、處理、顯示和繪圖的應用科學。從這兒我們可以看出，計算機地圖制圖和地理信息系統(tǒng)很類似。計算機地圖制圖和gis的區(qū)別在哪兒？ 計算機地圖制圖系統(tǒng)側重于可見實體的顯示和處理，具有強大的地圖制圖功能，而地理信息系統(tǒng)可以包含計算機地圖制圖的基本功能，還具有豐富的空間分析能力。在現(xiàn)實中有哪些屬于計算機地圖制圖的范疇？ 我們用過的計算機地圖制圖系統(tǒng)： autocad, cass, mapgis等 我們做

2、過的計算機地圖制圖工作： 數(shù)字測圖學習計算機地圖制圖什么？ 我們用過了一系列的空間數(shù)據(jù)以及計算機地圖制圖軟件，了解了一些計算機地圖制圖的過程，可是我們不了解計算機地圖制圖的原理，不了解圖形顯示的理論，不了解一些計算機地圖數(shù)據(jù)處理的算法，也不了解空間數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結構。計算機地圖制圖主要講授內(nèi)容 計算機地圖制圖原理與過程、構成等 圖形顯示理論以及算法 地圖數(shù)據(jù)的結構 地圖數(shù)據(jù)的采集和地圖數(shù)據(jù)庫 地圖的數(shù)據(jù)處理以及算法 地理信息可視化的內(nèi)容第一章 緒論 計算機地圖制圖概述 計算機地圖制圖的發(fā)展 計算機地圖制圖系統(tǒng)的構成 計算機地圖制圖與相關科學技術計算機地圖制圖概述 計算機地圖制圖的概念 計算機地圖制

3、圖的原理 計算機地圖制圖的基本過程 計算機地圖制圖的優(yōu)越性計算機地圖制圖原理 地圖圖形的分類 點狀圖形 平面上的一個點來表示 線狀圖形 以中心定位軸線（有序點串）表示線狀圖形的位置和走向 面狀圖形 以外圍輪廓（閉合的有序點串）表示面狀要素的位置和分布范圍 結論：地圖上的一切要素可以看作點或點的集合特征值坐標位置1x1,y1;x2,y2;x3,y3;x4,y4;x5,y5;x6,y6;x7,y7;x8,y8;x9,y9;x10,y10;x1,y12x28,y28; x29,y29; x30,y30; x31,y31; x32,y32; x33,y33; x28,y283x1,y1; x11,y1

4、1; x12,y12; x13,y13; x14,y14; x15,y15; x16,y16; x17,y17; x18,y18; x19,y19; x9,y9 x10,y10; x1,y14x18,y18; x19,y19; x9,y9; x8,y8 ; x7,y7; x20,y20; x21,y21; x22,y22; x23,y23; x24,y24; x18,y185x16,y16; x17,y17; x18,y18; x24,y24; x23,y23; x27,y27; x26,y26; x25,y25; x16,y16計算機地圖制圖的基本原理 圖形的離散化 用點可以表示地圖上所有的

5、圖形，而平面上的任意一點可以用x,y,m來表示，x,y表示點的平面位置，m表示其類別、特征等屬性，由這兩類信息即可將地圖上連續(xù)的圖形轉換為離散的數(shù)字信息。這種把連續(xù)的圖形離散化的過程，在計算機地圖制圖中叫做模-數(shù)轉換(a/d轉換)，或稱為數(shù)字化。計算機地圖制圖的基本原理 圖形的集合：數(shù)-模轉換 按一定的模式處理后的數(shù)據(jù)，通過數(shù)模-轉換設備（繪圖機），變換成人可以閱讀的圖形，這就是圖解顯示。 這種由圖形到數(shù)字，再由數(shù)字變?yōu)閳D形的變換過程就是計算機地圖制圖的實質。 結論：計算機地圖制圖的核心問題就是：實現(xiàn)這兩種變換的可能性以及怎樣實現(xiàn)的問題。計算機地圖制圖的基本過程 計算機地圖制圖的過程中，由于任

6、務、要求、地圖信息的資料來源和種類的不同，使數(shù)據(jù)獲取的方式、數(shù)據(jù)處理的內(nèi)容、地圖數(shù)據(jù)的存貯管理方式、成果輸出形式以及所使用的設備和軟件均有一些差異，但都會經(jīng)過以下三個階段： 數(shù)據(jù)采集階段 數(shù)據(jù)處理階段 數(shù)據(jù)輸出階段數(shù)字測圖數(shù)字測圖數(shù)據(jù)轉換數(shù)據(jù)轉換航天遙感航天遙感地圖數(shù)字化地圖數(shù)字化影象數(shù)字化影象數(shù)字化數(shù)字預處理數(shù)字預處理投影變換投影變換制圖綜合制圖綜合圖形編輯圖形編輯數(shù)字地圖接邊數(shù)字地圖接邊普通地圖普通地圖專題地圖專題地圖分析評價圖分析評價圖統(tǒng)計圖表統(tǒng)計圖表數(shù)據(jù)獲取數(shù)據(jù)處理圖形輸出數(shù)據(jù)采集階段 按照任務的要求采集輸入各種所需的地圖信息，將地圖的圖形信息轉換成數(shù)字信息，以使計算機存儲、識別和處理

7、。 數(shù)據(jù)來源： 1 地圖 2 航空、航天遙感像片 4 野外測量數(shù)據(jù) 5 地圖數(shù)據(jù)或影像數(shù)據(jù) 6 統(tǒng)計資料 6 地理調查資料數(shù)據(jù)獲取階段 模-數(shù)轉換方式 1 紙質地圖：手扶跟蹤或半自動跟蹤數(shù)字化儀，按統(tǒng)一的編碼系統(tǒng)將圖形離散成地圖數(shù)據(jù)（矢量數(shù)據(jù)） 2 航空、航天遙感相片：掃描數(shù)字化儀離散成柵格數(shù)據(jù) 3 地圖數(shù)據(jù)或影像數(shù)據(jù)、統(tǒng)計資料：通過鍵盤或掃描后進行模-數(shù)轉換數(shù)據(jù)處理階段 數(shù)據(jù)獲取以后、圖形輸出之前對地圖數(shù)據(jù)的各種處理 地圖數(shù)據(jù)的預處理 制圖綜合處理 圖形處理：圖形編輯、地圖符號的圖形生成等數(shù)據(jù)處理階段 地圖數(shù)據(jù)的預處理： 直接數(shù)字化獲取的數(shù)據(jù)，是一種毛坯數(shù)據(jù)，其中含有錯誤、誤差、非標準化格式

8、等許多問題，不能作為實際存儲的數(shù)據(jù)，因此，在進行各種地圖數(shù)據(jù)處理之前，首先要進行預處理。 預處理的內(nèi)容： 誤差糾正、坐標系變換、投影變換、結點匹配、數(shù)據(jù)格式轉換、數(shù)據(jù)壓縮等數(shù)據(jù)處理階段 制圖綜合 地圖是空間信息的重要傳播手段之一，空間信息不僅數(shù)量龐大，類型復雜，并且還在與日俱增。因此，在有限的圖畫上要反映這些龐大而復雜的空間信息，就不得不進行去粗取精，反映主要的，本質的方面，舍棄決要的、非本質性的方面，以確保地圖的易讀性，這個過程就是制圖綜合。制圖綜合 制圖綜合表現(xiàn)在5個方面： 制圖對象輪廓（形狀）的概括； 制圖對象數(shù)量特征的概括； 制圖對象質量特征的概括; 制圖對象的取舍; 以各個制圖對象（

9、概念）的集合符號（種的甚至是類的概念）代替各單個地物（概念）。 圖形輸出階段設備圖形輸出方式精度特點矢量繪圖機矢量線劃高適合繪制一般的線劃地圖，還可以進行刻圖等特殊方式的繪圖噴墨打印機柵格點陣高可制作彩色地圖與影像地圖等各類精致地圖制品。高分辨彩顯屏幕像元點陣一般實時顯示gis的各類圖形、圖像產(chǎn)品。行式打印機字符點陣差以不同復雜度的打印字符輸出各類地圖，精度差，變形大。膠片拷貝機光柵較高可將屏幕圖形復制至膠片上，用于制作幻燈片或正膠片。圖形輸出階段 地圖 圖像 統(tǒng)計表 三維多媒體虛擬現(xiàn)實計算機地圖制圖的優(yōu)越性 與傳統(tǒng)的地圖相比： 1 易于編輯和更新 2 提高繪圖速度和精度 3 容量大且易于存儲

10、 4 豐富地圖品種 5 便于信息共享計算機地圖制圖的發(fā)展國際發(fā)展狀況1 計算機地圖制圖的探索期20世紀50年代末至60年代初，牛津大學自動制圖系統(tǒng)投入運行2 計算機地圖制圖的發(fā)展期20世紀70年代，由于計算機、存儲設備、圖形顯示理論的發(fā)展等，計算機地圖制圖朝實用化方向發(fā)展3 計算機地圖制圖的成熟期20世紀80年代，微機的出現(xiàn)、數(shù)據(jù)庫技術以及網(wǎng)絡設備的發(fā)展，計算機地圖制圖得到了廣泛的發(fā)展，1982年，美國地質調查局建成了1：200萬美國國家地圖數(shù)據(jù)庫。4 計算機地圖制圖的普及應用期20世紀90年代，逐步取代了傳統(tǒng)地圖制圖的生產(chǎn)模式計算機地圖制圖的發(fā)展 國內(nèi)發(fā)展狀況 1 硬件方面 2 軟件開發(fā)及系

11、統(tǒng)建立方面計算機地圖制圖系統(tǒng)的構成 硬件 軟件 地圖數(shù)據(jù) 制圖人員硬件 輸入設備 處理設備 輸出設備輸入設備 鍵盤鼠標 光筆、觸摸屏 數(shù)字化儀 掃描儀 全站儀、gps接收機等手扶跟蹤數(shù)字化儀 手扶跟蹤數(shù)字化儀,根據(jù)其采集數(shù)據(jù)的方式分為機械式、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，應用最廣。按照其數(shù)字化版面的大小可分為a0、a1、a2、a3、a4 等。 數(shù)字化儀由電磁感應板、游標和相應的電子電路組成。這種設備利用電磁感應原理：在電磁感應板的x，y方向上有許多平行的印刷線，每隔200m一條。游標中裝有一個線圈。當使用者在電磁感應板上移動游標到圖件的指定位置，并將十字叉絲的交點對準

12、數(shù)字化的點位，按動相應的按鈕時，線圈中就會產(chǎn)生交流信號，十字叉絲的中心也便產(chǎn)生了一個電磁場，當游標在電磁感應板上運動時，板下的印制線上就會產(chǎn)生感應電流。印制板周圍的多路開關等線路可以檢測出最大信號的位置，即十字叉線中心所在的位置，從而得到該點的坐標值。手扶跟蹤數(shù)字化儀 工作流程： 把待數(shù)字化的圖件固定在圖形輸入板上，首先用鼠標器輸入圖幅范圍和至少四個控制點的坐標，隨后即可輸入圖幅內(nèi)各點、曲線的坐標。 通過數(shù)字化儀采集數(shù)據(jù)量小，數(shù)據(jù)處理的軟件也比較完備，但由于數(shù)字化的速度比較慢，工作量大，自動化程度低，數(shù)字化的精度與作業(yè)員的操作有很大關系，所以，目前很多單位在大批量數(shù)字化時，已不再采用它。掃描儀

13、 通過掃描獲得的是柵格數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量比較大。如一張地形圖采用300dpi灰度掃描其數(shù)據(jù)量就有20兆左右。 一般對獲得的柵格數(shù)據(jù)還要進行一些后續(xù)處理如圖象糾正、矢量化 等 掃描輸入因其輸入速度快、不受人為因素的影響、操作簡單而越來越受到大家的歡迎，再加之計算機運算速度、存儲容量的提高和矢量化軟件的踴躍出現(xiàn)，使得掃描輸入已成為圖形數(shù)據(jù)輸入的主要方法。處理設備 計算機 計算機是計算機地圖制圖系統(tǒng)的主要設備，是硬件部分的核心，主要用于整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)計算、處理和管理。輸出設備 圖形顯示終端 繪圖儀 打印機軟件 1 計算機地圖制圖專業(yè)軟件 2 數(shù)據(jù)庫軟件 存儲空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)等 3 系統(tǒng)管理軟件 操作系統(tǒng)

14、計算機地圖專業(yè)軟件 核心模塊 1 數(shù)據(jù)輸入和編輯模塊 支持數(shù)字化、圖形掃描及矢量化、對圖形和屬性數(shù)據(jù)提供修改和更新等編輯操作 2 空間數(shù)據(jù)管理模塊 該模塊對用戶數(shù)據(jù)庫進行有效的存儲、檢索和管理 3 數(shù)據(jù)處理模塊 完成地圖投影轉換、轉換各種標準的矢量格式和柵格格式的數(shù)據(jù)等 4 數(shù)據(jù)輸出模塊 5 用戶界面地圖數(shù)據(jù) 地圖數(shù)據(jù)通常分為空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)兩種，空間數(shù)據(jù)可有矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)兩種表達形式，空間數(shù)據(jù)可抽象為三類元素：點、線、面。 地圖數(shù)據(jù)庫由地圖數(shù)據(jù)庫實體和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)兩部分組成，數(shù)據(jù)庫實體中存儲數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理，包括查詢、檢索、增刪、修改和維護等，如何對空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一的管理，是一個重要的問題，解決方法主要有三種：緊湊式 緊湊式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是將空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)緊密結合在一起，例如：將屬性數(shù)據(jù)作為空間數(shù)據(jù)的懸掛體，把屬性數(shù)據(jù)作為空間數(shù)據(jù)的一部分進行存儲。這種情況屬性數(shù)據(jù)不強大，比方說：autocad混合式 利用兩個子系統(tǒng)分別存儲空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，空間數(shù)據(jù)存儲在文件中，屬性數(shù)據(jù)存