地图学主要内容

地图 第 1 章

第1节 地图的特征、地图的定义

(一)地理信息的载体(二)数学法则的结构(三)有目的的图形概括四)符号系统的运用

地图是依据特定的数学法则,通过科学的概括,并运用符号系统将地理信息表示在一定载体上的图形,以传递客观现象的数量、质量特征在空间和时间上的分布规律和发展变化。

第2节 地图的功能和分类

一、地图的功能

(一)地图信息的载负功能

地图信息:指地图上的符号及其组合所代表的内容、意义和观念。

直接信息:图形符号直接表示的显性地理信息。间接信息:经解译、分析才能获得的内在联系或隐含规律信息。

(二) 地图的传递功能 (三)地图的模拟功能 (四)地图的认知功能 1空间认知 ——空间的位置、范围、格局、相互关系及

其变化。 2图形认知——地图信息的质量特征和数量特征,在分布规律与区域差异上的认知。

(一)按尺度分: 大比例尺、中比例尺和小比例尺地图。 (二)按区域范围分: 可以包括多个层次:星球、世界、半球等。

三)按地图的图型分:分为普通地图与专题地图。 (四)按地图的维数分: 有2维平面、3维立体和4维动态地图。

(五)按其他分类指标:按用途,按语种,按年代,按出版方式 ······

第3节 地图的历史与现代发展

一、古代地图制作的成就 东西方地图产生原因差异:1古希腊 地中海贸易和战争 2古代汉民族 农田水利、国家治理、攻城袭邑 东西方地图成就:1古希腊 托勒密《地理学指南》中27幅地图 2古代汉民族 裴秀《禹贡地域图》18篇

二、中世纪西方的黑暗时代和中国的地图传统 南朝 谢庄《木方丈图》 唐代 张遂 计算地球经线的弧长,子午线定向

唐代 贾耽 《海内华夷图》北宋末 《九域守令图 》 南宋 《华夷图》和《禹迹图》 元代 郭守敬 确立“海拔”的含义 元代 朱思本 《舆地图 明初 郑和 《郑和航海图》

三、地理大发现带来的测绘进步

1兰著名的地图学家墨卡托于1538年绘制了第一张世界地图。2哥伦布发现了美洲,达加马、麦哲伦等先后完成了环球航行。 地图制作的新变化:3大比例尺地形图测绘4推进大型地图集编制5地图色彩和印刷质量提高

第4节 地图的成图方法

一、实测成图法: 通过实地测量而制成地图的方法。野外实测成图 摄影测量成图 我国在大比例尺成图时都采用实测成图。

二、编绘成图法 编绘成图法:根据各种制图资料,以室内作业为主制作地图的过程。

1常规编图:根据地图、航空像片判读成果、统计数据、文字资料及必要的外业调绘,应用传统的制图技术编制地图的方法 。2遥感制图:利用航空和卫星数据进行各种地图编制的过程。 3数字制图:应用计算机和图像输入、显示和输出设备,在制图软件的支持下,模拟手工作业各阶段进行地图设计和原图编绘的成图方法。

一、地图学定义的讨论 地图学是以地理信息可视化为核心,探讨地图的理论实质、制作技术和使用方法的综合性科学。

(二)现代地图学的理论探讨

1. 地图信息论 研究地理环境信息的变换、表达和利用的理论。 2. 地图信息传递论3. 地图模型论 用模型法来认识地图的性质,解释地图的制作和应用的理论。 4. 地图认知理论 研究人类如何通过地图对现实世界进行认知和信息加工,并弄清地图设计制作的思维过程描述的理论。 5. 地理信息可视化理论 研究地理信息的符号化、图形化、形象化及直观性的处理、表达、传递及解译的理论。 6. 地图语言学 研究作为地图语言的地图符号系统和语言媒体的特性与使用的理论。 7. 地图视觉感受论 研究地图视觉感受的基本过程和特点,分析用图者对图形感受的心理物理过程和地图感受效果的理论。 8. 地学信息图谱理论 由遥感、地图数据库、地理信息系统和数字地球的大量数字信息,经过图形思维与抽象概括,并以计算机多维动态可视化技术,显示地球系统及各要素和现象空间形态结构与时空变化规律的一种手段和方法。

第 2 章 地球体与地图投影

第1节 地球体

现代天文测量 地球是一个极半径略短、赤道半径略长,北极略突出、南极略扁平,近于梨形的椭球体。

(二)地球体的物理表面

理想水准面:它是一个无波浪、无潮汐、无水流、无大气压变化,处于流体平衡状态的静止海平面。它没有棱角,没有褶皱。 大地水准面:以理想水准面作为基准面它实际上是一个起伏不平的重力等位面,是逼近于地球本身形状的一种形体,称大地体。向大陆延伸,穿过陆地、岛屿,最终形成的封闭曲面。

大地水准面的意义:1地球形体的一级逼近 2可用重力学理论进行研究 3可使用仪器测得海拔

(三)地球体的数学表面 地球椭球体:假想将大地体绕短轴(地轴) 飞速旋转,以形成一个表面光滑的球体表面

总地球椭球:与大地体吻合最好的旋转椭球称为总地球椭球,也叫总椭球或平均椭球,大地测量在确定这个总地球椭球时,要其达到与大地体最密合的4个条件: 1地球椭球体中心和地球的质心重合; 2地球椭球体的短轴和地球的地轴重合; 3地球椭球体起始大地子午面和起始天文子午面重合;4在确定参数a 、α时要满足在全球范围的大地水准面差距的平方和为最小。

二、地理坐标 地理坐标,就是用经线(子午线)、纬线、经度、纬度表示地面点位的球面坐标。

二)高程控制网 海拔(绝对高程):地面点对似大地水准面(海平面)的高度。 高程起算基准面:黄海平均海水面

1. 水准测量

高程控制网的主要建立方法:一等水准路线是国家高程控制骨干,沿交通干线布设,并构成网状。 二等水准路线是高程控制的全面基础,沿公路、铁路、河流布设,构成网状。 三、四等水准路线,提供地形测量的高程控制点。

三、全球定位系统

GPS 在大地测量领域主要完成了:1建立和维持了全球统一的地心坐标系统。2在局部大地网之间进行了联测和转换。3与水准测量、重力测量相结合,研究与精化大地水淮面。4测量全球性的地球动力参数—四维大地测量。5建立新城市、矿山控制测量系统。

第3节 地图投影

一、地图投影的概念 在地球椭球面和平面之间建立点与点之间函数关系的数学方法,称为地图投影。

二、地图投影的变形 地图投影的变形具体表现:长度(距离) 变形 角度(形状) 变形 面积变形

(二) 变 形 椭 圆 地球上一个无穷小圆——微分圆,在投影后一般会变为一个微分椭圆,利用该椭圆去解释各种变形的特征。这种图解方法称为变形椭圆, 也称底索指线。特别方向: 变形椭圆上相互垂直的两个方向及经向和纬向。

三、地图投影的分类

(一)按地图投影的构成方法分类

1. 几何投影 将地球经纬网透视投影到平面或几何面上。

方 位 投 影 经线为同心圆半径轴方位投影 投影面与地轴垂直

1正纬线呈同心圆 2横轴方位投影 投影面与地轴平行 3斜轴方位投影

投影面与地轴斜交

圆 柱 投 影

正轴:圆柱轴与地轴重合

横轴:圆柱轴与地轴垂直

斜轴:圆柱轴与地轴斜交

正轴圆柱投影:

纬线是一组彼此平行的直线。经线是一组垂直于纬线的直线,且经线间隔相等。

圆 锥 投 影

正轴圆锥投影,纬线为同心圆圆弧,经线为它的半径,且经线之间的夹角与经差成正比。

等变形线是同心圆弧

正轴:圆锥轴与地轴重合2. 非几何投影

横轴:圆锥轴与地轴垂直

斜轴:圆锥轴与地轴斜交

2. 非几何投影

正轴伪方位投影

纬线:投影为同心圆。

经线:除中央经线投影成直线外,其余经线均投影成对称于中央经线的曲线,且交于纬线的共同圆心。

伪圆柱投影

纬线:平行直线。 经线:中央经线投影成直线,其余经线均投影成对称于中央经线的曲线。

伪圆锥投影 在圆锥投影基础上,规定纬线仍为同心圆弧,除中央经线仍为直线外,其余经线则投影成对称于中央经线的曲线。 多圆锥投影 借助多个圆锥表面与球体相切设计而成的投影。

纬线为同轴圆弧,其圆心位于中央经线上,中央经线为直线,其余经线则投影成对称于中央经线的曲线。

(二)按地图投影变形性质分类 等角投影 等积投影 等距投影 任意投影

(二)等角圆柱投影

2. 墨卡托投影 — 正轴等角圆柱投影, 由荷兰地图学家墨卡托于1569年所创设,故又名墨卡托投影。

特点:不仅保持了方向和相对位置的正确,而且使等角航线在图上表现为直线。这一特性对航海具有重要的实用价值。

应用:海图、世界地图和赤道附近的区域图。

(二)等角圆柱投影

3. 高斯-克吕格投影 条件:1.中央经线和赤道投影为互相垂直的直线,且为投影的对称轴;2.具有等角投影的性质;3中央

经线投影后保持长度不变

4. UTM投影 条件:1.中央经线和赤道投影为互相垂直的直 线,且为投影的对称轴;

2.具有等角投影的性质;3.中央经线投影后长度比为 0.999 6。

五、地图投影的选择

(一)投影选择的依据

1.制图区域的地理位置、形状和范围

位置 1 两极地区:正轴方位投影。2赤道附近:横轴方位投影或正轴圆柱投影。 3中纬度地区:正轴圆锥投影或斜轴方位投影。 形状 沿纬线方向延伸的长形地带:单标准纬线正轴圆锥投影。沿经线方向略窄、沿纬线方向略宽的地区:双标准纬线正轴圆锥

投影。沿经线方向南北延伸的长形地区:多圆锥投影。

2. 比例尺 大比例尺地形图,对精度要求高,宜采用变形小的投影,如分带投影。

中、小比例尺地图范围大,概括程度高,定位精度低,可有等角、等积、任意投影的多种选择。

我国 大比例尺地形图:各项变形都很小的地图投影,如高斯-克吕格投影。中小比例尺的省区图:各种正轴圆锥投影。

3. 地图内容 1要求方向正确的地图:等角投影。 要求保持面积对比关系的正确:等积投影。2为使时区的划分表现得清楚:

正轴圆柱投影。3中小学的教学用图:各种变形都不太大的任意投影,如等距投影。

4. 出版方式 单幅图:考虑位置、形状、范围,比例尺和内容。 系列图:选择同一变形性质的投影。 地图集:应尽量采

用同一系统的投影,再根据个别内容的需要, 在变形性质上适当变化。

(二)世界地图投影的选择 主要类型:多圆锥投影、圆柱投影和伪圆柱投影。

具体方案: 等差分纬线多圆锥投影 正切差分纬线多圆锥投影 墨卡托投影 摩尔威特投影 古德投影

1. 多圆锥投影 多圆锥投影经纬线除中央经线和赤道以外均投影成曲线。角度变形和面积变形都比较适中,尤其中纬度变形更小

3. 伪圆柱投影 ⑴ 桑森投影 投影特点:P = 1 无面积变形n = 1 纬线长度比为1m 0 = 1 中央经线长度比为1

m > 1 经线长度比 >1 适合编制位于赤道附近南北延伸地区的地图。

⑵ 摩尔威特投影 投影特点:P = 1 无面积变形 S 90 = S earth / 2 赤道长度= 中央经线 x 2 常用于编制世界地图及东、西半球地图。 ⑶ 古德投影 投影特点:分瓣、组合投影;变形减小且均匀;大陆完整,大洋割裂;大洋完整,大陆割裂;常用于编制世界地图

3. 伪圆锥投影 彭纳投影 中央经线与中央纬线没有变形; 纬线呈同心圆弧,长度比 n =1;中央经线为直线,长度比 m

λ=1; 其余经线对称于中央经线;每一条纬线上的经线间隔相等; 距离这两条线愈远,其变形愈大。

(三) 数字制图变换 1用扫描仪将资料地图数字化。2.按一定的投影表达式进行投影坐标变换。

3.将变换后的数字化资料用绘图仪输出成新编投影的地图。

第 3 章 地图数据源

第1节 地面测量数据

(一)平面控制测量 1. 三角测量 以大地原点为基础,在地面上选择一系列控制点,建立三角形,组成三角锁和三角网。

2. 角度交会 3. 导线测量 把控制点连成连续的折线,测定折线边长和转角,最后根据起算点坐标和方位角推算其他各未知点坐标。

二)高程控制测量

一)测量仪器 1. 经纬仪 光学经纬仪是常用角度测量仪器。 经纬仪的主要部件有望远镜、度盘、水准器、读数设备和基座

等。 角度测量包括水平角测量和竖直角测量。 2. 水准仪

(二)距离量测 钢尺丈量 视距法 (三)碎部点选择与施测 破碎点选择:地物特征点。 地形点选择:山脊线、谷底线的坡度变换点。 测图仪器:经纬仪、平板仪 (四)绘图

三、地面测量的现代方法 全站仪功能: 具有电子经纬仪的测角、电磁波测距仪的测距功用。

利用存储功能模块,可完成点坐标测定、点放样测量、对边测量和悬高测量等专项测量作业。

(二)数字测图系统 由测量设备采集地图数据输入计算机,以制图软件进行编辑处理,数控绘图或喷绘成图。

第2节 多源遥感数据

一、遥感的概念 从一定距离对地表或近地表地物所发射或反射的电磁波(紫外线到微波波段) 进行探测,以达到识别目标的理论和

方法,称为遥感。 目前遥感技术应用的波段主要在紫外线至微波波段。

二、航空像片 利用安置在飞机上的航空摄影机在空中对地面摄取的图象。

1. 灰阶尺; 2. 水准; 3. 高度;4. 框标; 5. 时钟; 6. 镜头编号; 7. 镜头焦距; 8. 像幅编号; 9. 项目信息; 10. 导航信息 (隐藏) 。

(一)像片性质

1. 中心投影基本特征:点的像还是点。 直线的像一般还是直线。 平面曲线的像一般还是曲线。 立体曲线的像,一定是曲线。航空像片由 中心投影产生 如果航摄时不能做到垂直摄影,像片就会产生倾斜误差,需要进行纠正,才能使它达到成图的要求。

2. 像片上的点和线 像片上的三点两线:像主点 像底点 等角点 主纵线 等比线

• 倾斜误差的方向在等角点的辐射线上。 等比线将像片分为两部分,只有等比在线移位为零。 在等角点同一幅射线上,离等角点愈远,位移量愈大,对称于等角点的两像点,其位移量相等,正负方向相反。

4. 像片重叠 连续的航空摄影要求有一部分相同的地物同时出现在相邻像片上,以便于后续的测量作业,称为像片重叠。 5. 立体像对 从两个摄影站连续摄影并具有足够重叠的两张像片,称为一个像对。同航线相邻的两张像片就是一个像对。 立体观察的三个原则: (1)像对需在不同摄影点摄取并有相当重叠的像片。(2)像片安放的位置须使视线成对相交,即像片的

边缘互相平行,上下也不错开。(3)左眼看左像,右眼看右像,达到分像的效果。

(二)像片判读 (1)全色像片(2)红外像片 (3)彩色像片 (4)彩色红外像片

2. 判读标志 离开像片中心点,就会产生像点位移,在像片四周边缘像点位移最大,变形也最大。

)形状(2)尺寸3)色调(4)阴影(5)间接标志

3. 像片调绘 目的:为室内测图作准备。 形式:在像片上用针刺点并注记。 室内调绘内容:室内判读并进行注记 。外业调绘主要内容:根据规范对地物进行注记,包括大部分的图上数据。

2. 正射像片 在ERDAS 软件中,航空像片的正射纠正流程包括: (1)显示航空像片;(2)启动几何纠正模块;(3)输入航

摄模式特性 ;(4)确定内定向参数、投影参数 ,选择框标参数、定义框标位置和决定投影名称; (5)选取地面控

制点; (6)图像校正标定和重采样。

三、卫星图像 (二)遥感数据处理影响、 1. 辐射预处理 传感器获得的遥感图像,由于受太阳高度和视场角反射率在图像反差

较弱的影响,需要进行数据处理。(三)图像解译 目视判读中常用的一些判读标志:形状大小图形阴影、位置纹理、类型等。

第3节 全球定位系统(GPS)数据

一、系统结构

(二)GPS 的地面监控系统1个主控站 3个注入站 5个监测站接收卫星数据,采集气象信息,并将所收集到的数据传送给主控站。

(三)GPS 信号接收机 作用:对GPS 卫星发送的导航定位信号进行接收、跟踪、变换和测量。静态定位类型,指用户天线在跟踪GPS 卫星过程中固定不变,接收机精度测量GPS 信号的传播时间、卫星在轨的已知位置,而算得固定不动的用户天线3维坐标的装置。动态定位类型,是安装在车辆、船、飞机等运动载体上,利用接收到的GPS 信号,测定物体运动轨迹的一种信号接收装置。

(一)开发差分GPS 定位技术; 工作原理:由基准站发送改正数由用户站接收并对其测量结果进行改正,以获得精确的定位结果。

第4节 制图数据与处理 (一)数据分布的量表

1. 定名量表 依据制图对象固有(定性)特征进行区分。 众数是最佳的数字统计量,它是一个群体中出现频率最大的类别。

2. 顺序量表 按定量特征将制图对象排序,表现为相对顺序、等级。 分位法是一种常用的定量分类方法。 顺序量表的运算方法是选择中位数,并以四分位法研究数据的排序位置或编号的离差。

3. 间距量表 4. 比率量表 比率量表和间距量表一样,按数据间隔排序,但呈比率变化,从绝对零值开始并能执行各种算术运算。

第5节 地理数据库

一、数据库的特征 地理数据库是生成、操作和分析空间数据的软件。

主要特征有 1数据集成化,它集中控制和管理有关数据,以保证用户的数据共享 2数据冗余度小,数据更新、修改时保证数据

库内容的一致性 3数据独立,指数据与应用程序相互独立 4应用不同的数据模型以表述空间数据的组织和数据间的联系 5数据保护,确保数据库的安全性、完整性、多路存取及故障发现和恢复

二、数据库基本模型

(一)层次模型 序的树结构 节点代表数据记录 连线说明位于不同节点数据间从属关系 缺点:难以解决数据共享和拓扑查询。

(二) 网络模型 网络结构 一个节点可以有两个或多个母节点 两个节点间有多种联系,但是有向的 缺点: 网络结构复

杂 不直接支特对层次结构的表达 缺少演绎功能 (三)关系模型 二维表结构 列对应于域,列名为属性 行对应于元组 缺点:实现效率不够高,描述对象语义能力较弱,模拟和操纵复杂对象的能力也较弱等。

三、面向对象的数据模型

(1)面向对象的定义是指无论怎样复杂的事件都可以准确地由一个对象表述,它是一个包含了数据集和操作集的实体。 (2)设计面向对象模型的基本思想是:对对象领域进行自然的分割,以更接近人类思维的方式建立对象领域的模型,以便对客观的信息实体进行结构模拟和行为模拟,从而使设计出来的系统尽可能直接地表现对象的求解过程。

第 4 章 地图概括

第1节 概述

一、地图概括的性质

地图概括:也称制图综合。就是采取分类、简化、夸张、符号化等科学手段,提取空间数据中主要的、本质的数据

地图概括的主要手段:分类和选取。1 在外业测图中对地形、地物点的测量是有所选择的 2 在内业成图时,对地理数据要进行分类、简化、夸张处理。 地图概括要解决的问题: 地图内容的详细性与清晰易读性的统一。地图的地理适应性与几何精确性的统一。

二、影响地图概括的因素

(一)地图的用途与主题对地图概括的影响 地图的用途不同,在图上表示空间数据的种类、数量、质量以及简化程度不同。用

途与主题是影响地图概括的主导因素。例如,下页的两幅地图上的水系要素。

(二)地图比例尺对地图概括的影响 地图比例尺是决定地图概括数量特征的主要因素,限定了制图区域幅面和要素总量。 地

图需要反映制图区域的自然景观或人文景观的结构和区域分异规律,要根据区域的特点确定要素的选取指标。 在干旱、半干旱地区,应表示全部河流和泉水出露的地点。 江南水乡,河网稠密,影响其他要素显示,需限定河网密度。 山区地势起伏大,用等高线表示地形时,等高距适当增大。 城市林立的人口稠密地区,乡镇一级的居民点显得微不足道。 人迹罕至的地区,乡镇一级的居民点则成为举足轻重的居民点。 平原地区,几十米的高度可能成为重要的地形特征,对农田水利建设将产生重要影响,必须详细表示。

四)制图数据质量对地图概括的影 地图概括是以空间数据为基础,数据的种类、特点及质量直接影响地图概括的质量。

地图数据源的精度应该高于新编地图的精度。 精度高的空间数据,对地理实体的内容反映比较丰富,对细部反映的比较详细。

五) 制图图解限制对地图概括的影响 1在地图上对图形表示精细程度的制图限制。2人们受生理和心理因素对地图图形识别限制。

构成地图图形的基本要素: 形状、尺寸、颜色、结构。

三、手工概括与自动概括 分类和选取是地图概括的主要手段,以数学方法及计算机为基础的自动综合概括已逐步发展起来。

第2节 地图概括的内容和方法

地图概括的四个步骤:1选取-- 空间数据的排序、分级或分群。2简化-- 显示空间信息的重要特征,删除次要的细部。3夸张 —— 提高或强调符号的重要特征。4符号化 -- 将空间信息通过分类、简化、夸张等方法所获得的记号,根据其基本特征、相对重要性和相关位置制成各种图形。

一、选 取

(一)资格法 按空间对象的数量选取 :水系的选取 居民点的选取

根据资格法选取地物,在编图实践中应视具体情况灵活运用:1连接湖泊的小河,直接入海的小河以及江河上唯一的支流小河等均可破例选取。2为了正确反映水系的结构特征,如树枝状水系、格网状水系选取河流的数量要比平行状水系、放射状水系多。

(二)定额法 按新编地图上单位面积选取对象的个数或密度的方法。 经过图解、计算分析及编图试验取得的选取指标,是定

额选取的依据,并记录在编图大纲或规范中 优点:可以保证图面选取的内容既清晰易读,又能有足够的数量和适宜的密度。注意:不仅照顾在图面上选取数量的密度和适宜性,同时还应该考虑选取对象的重要程度。

(三)区域指标法

(四)确定选取指标的几种数量分析方法

1. 图解计算法(苏霍夫) 以地图符号的面积负载量 S 确定符号选取数量指标的方法。 此方法一般用于确定居民点选取数额。

2. 开方根规律法(特普费尔) 资料地图与新编地图两种比例尺分母之比的开方根,便是新编地图所应选取的地物数量。

此方法用于解决资料地图与新编地图由于比例尺的变换而产生的地物数量简化问题。

开方根规律法的特点:

(1)直观地显示地图概括从重要到一般的选取标准,是一个有序的选取等级系统(2)是线性方程,在地图比例尺固定条件下,地物选取比例一致。(3)未考虑到地理差异,特别是制图对象分布的密度变化。(4)选取级 X 的调整可适当弥补地理差异的影响。

3. 等比数列法 根据心理物理学试验,察觉到同一要素的等级差别常遵循等比数列的规则。此种方法常被用于计算机制图中

二、简 化

(一)质量特征的简化 空间数据质量特征简化,是将空间数据按其属性进行合并,用概括的分类取代详细分类,或取消低级分类。 地形图的数量简化:1 从1∶5万到1∶50万的地形图上,等高线的间隔逐级增加。 2在小比例尺普通地图上,通常根据地势起伏大小具体情况采取变距等高线表3数量特征的简化主要表现为减少数量分级,增大各等级间的数值间距。 4人口图的数量简化: 5 在用点值法表示人口时,随着地图比例尺的缩小,可以采取增大点值减少点数进行数量特征的简化 6对线状地物、地物分界线、面状地物的复杂轮廓进行简化,通常采取删除、合并等处理手段。 图形简化的基本要求是:1 任何线状地物或者面状地物,其图形或者轮廓都是点的集合,在这些点所构成的曲线中,只有能反映曲线弯曲特征的点才是特征转折点,这些特征转折点是构成图形的基础 2 保存特征转折点 3 保持不同弯曲地段弯曲程度的对比关系 4 保持面状地物轮廓图形和线状地物弯曲状况的基本特征 5 保持弯曲和特征转折点的相对精确性

(三)图形特征的简化 图形简化的具体操作方法: 按最小尺寸限定弯曲取舍 按开方根规律简化形状

(四)地物内部结构的简 1. 图形碎部的删除 2.图形碎部的合并 3.图形内部的分割

三、夸 张

(一)不依比例尺放大 有特征意义的线状、面状地物轮廓的细小弯曲和凸凹部分的夸张,是不依比例尺的放大。

(二)移 位 目的:各要素正确的对比关系 处理原则:1有主次之分时,次要的应该让位主要的 2无主次之分时,则应相

互之间均作相应移位 制图原则:符号与符号间隔≥0.2 mm

四、符号化 地图数据的符号化,其实质就是空间数据的可视化,是地图概括的最终效果的体现概括的最终结果体现。

第3节 地图概括的现代发展

(一)空间域的概括

1.模糊综合评判模型 地图概括中的取与舍都不是绝对的,它的依据是地物的重要性程度。

利用模糊数学中模糊综合决策,在考虑多种因素影响下,可以对地物的取舍进行判断。

2.图论模型 图论是研究由线连接的点集的理论 地图的许多要素凡能用两边关系描述的体系都可以用图论结构模型。

3.Delaunay 三角网剖分

Delaunay 三角网的定义是: 有公共边的V oronoi 多边形称为相邻的V oronoi 多边形。连接所有相邻的V oronoi 多边形的生长中心

所形成的三角网称为Delaunay 三角网。性质: 1空外接圆性质特性 2最大最小角度特性 3凸壳特性 4唯一性

Delaunay 三角网的地学应用: 曲面逼近、地面高程模型、地图概括中的简化和移位。

4.分形选取模型 分形定义: 其组成部分和整体以某种方式相似的形。分形几何恰是用来描述这种不规则形体的方法。

特点:维数的变化是连续的(分维)。 举例:容量维、信息维、关联维等。

5.开方根规律的分形扩展模型 分形学理论弥补开方根规律的缺陷:1参数 X 的确定不够严密;2参数对地理景观差异、地物密

度差异没有注意。 从分形几何分析来检验地理要素随比例尺变化的规律。

6.Douglas-Peucker 算法及分形扩展模型 以曲线两端点作基线计算线段内其余各点到两端点连线的垂直距离。大于阈值就被保

留;小于阈值则删去。 阈值以分维作为尺度,则道格拉斯算法可进行分形扩展。

优点: 1具有基于分形分析的自动概括特点; 2可以有效地保持曲线的特征。

7. 人工神经元网络选取模型 指网络模拟人脑对地图概括的思维,其主要特征: 1其并行处理功能快速进行数据处理。2信息的

分布式存储方式3很强的容错性,局部破坏仍不影响全局活动。4很强的学习功能,它的连结权和连接结构可以通过学习得到。

二、自动概括的概念模型 自动概括的困难在于:1 地图的特性所致2 空间思维的特性所致3 概括时对区域特征难以兼顾

(二)自动概括的概念框架 1988年德国Brassel-Weibel (巴萨尔-威博)地图概括模型

1.结构识别 在原始数据库中进行, 识别地物建立地物间空间关系和重要性排序 受地图概括各因素的制约,是后续概括步骤的基础。

2.过程识别 确定需要调用的概括算法, 它既包括数据的修改也包括参数的设置。受概括制约的影响最大。

3. 过程建模 从概括算法库中调用编绘规则和程序 。4.过程执行 进行具体操作,将编绘规则和操作程序在原始数据库中产生概括后的目标数据库 5.数据显示 最后用符号化的图形显示成果。

优点:逻辑层次清晰,与人们的思维路径一致,有较好的操作性。 缺点:对过程建模(怎样概括)阐述不够。

第 5 章 地图符号化 第1节 地图符号——地图的语言

符号学的概念 符号学是研究事物符号的本质、变化规律、意义以及符号与人类活动间的关系

二、地图符号学与地图语言学

地图符号的基本特征:1 地图符号有一定的约定性 2 地图符号可等价变换 3地图符号是空间信息和视觉形象复合体

第2节 符号的分类与量表

(一)点状分布(二)线状分布(三)面状分布(四)体状分布

二、属性特征度量标准及其符号化 属性度量标准——量表系统

量表系统 是按从定性到定量、由低到高的四级(或四类)精确度描述和区分制图对象的属性特征。

(一)定名量表 依据制图对象固有特征进行区分,是最低等级量表尺度。(二)顺序量表 按某种定量特征将制图对象排序或分等。(三)间距量表 可以数量表示且有一定单位距离的事物,通过特定量值表达制图对象的次序和间隔。(四)比率量表 以完整、精确的数量特征(相等单位和绝对零值)描述制图对象的数值差异。

一、视觉变量 视觉变量是构成图形符号的基本要素,也称图形要素。

(一)形状变量 点状符号本身就体现了形状差异。线状、面状要素的形状取决于事物本身的空间分布特征。

(二)尺寸变量 尺寸变量是指符号在各几何维度上(长宽高、面积、体积等)的度量变化。符号大小与其所表达数值的比率关系

(三)方向变量 单个符号图形本身的方向变化。 网纹中同类纹理的方向变化。 以图幅坐标系统或图廓为参照对象; 适用于线

形或带状延伸的符号; 圆形符号无方向变量。 (四)颜色变量 既可表达定性特征的不同,也可表达定量特征的差异。

(五)网纹变量 也称纹理或底纹,是具有一定形状和大小的点、线组合排列成的图案。常用组合:

二、视觉变量的组合 形状+形状 形状+尺寸 形状+方向 形状+颜色 形状+网纹 色相+亮度(彩度)

第4节 色彩

一、色彩的三属性 (一)色 相 (二)亮 度 (三)彩 度 (四)色的混合 加色法:光的混合为加色法。愈加愈亮 → 白色光,是屏幕地图的设色依据。 减色法:颜料的混合方法。颜料吸收光,越加越暗 → 黑色,印刷地图的设色依据,多用原色和间色。

四、地图用色设计

(一)增强地图的表现力 1生理学基础前进色:对波长较长的光所感觉到的色彩。2后退色:对波长较短的光所感觉到的色彩3

心理学基础4色彩恒常性:当光源的光谱成分发生变化时,被观察对象的颜色感觉会保持不变。5用色习惯

(二)定性特征的设色习惯与标准

(三)定量特征的设色 常用渐变色阶表达事物空间分布的数量特征。 单色阶渐变是通过同一色相的亮度或彩度变化来实现

的。·双色渐变或多色渐变色阶可同时表达定量特征及相应的质量特征差异。

第5节 符号与图形的心理感受特点

一、图形视觉的心理效应 格式塔学派 诞生:20世纪20年代。 究对象:人类如何对视觉刺激产生视觉上的认知概念。

主要观点: 完形趋向律——脑“场”(认知经验) 倾向于简单、对称、规则。

(一)聚类感受 1. 相似性 2. 接近性 3. 闭合性 (二)视觉对比 线画对比 2. 色彩对比 3. 网纹对比

(三)层次结构 应该在制图主区与邻区之间、地图主题与地理基础之间、主题的一级分类之间加强对比,而主区的各个子

区间、主题的次级分类则应以协调为主。 (四)图形与背景 1明暗差异产生图形2良好的边界产生图形3清晰的区

域产生图形4熟悉产生图形较小区域容易成为图形(五)视觉平衡视觉平衡是以视觉中心为支点的视觉力度平衡。图形

的视觉中心比其几何中心高出5%,视觉场中各元素间存在类似物理场的力(或存在力的感觉),符号的不同形状、颜色、网纹、大小、位置,在视觉场中产生的力也不相同。 1大区域范围不宜采用深色、艳色及高密度底纹。 2不仅要使主要

内容置于图幅中央较大区域,而且上部内容较下部要少一些。 3利用附图、图例等要素填补主图不对称的空白区。

4整个图幅和各部分的大小、彼此间的空间分割应该有个恰当比例。黄金分割比例1∶1.618被公认为是最美比例,

一、注记的作用 地图注记是指地图上的标注和各种文字说明,它是地图的基本内容之一。注记也是一种地图符号。

(一)名称注记 (二)说明注记 三)图幅注记

第 6 章 地图表示法

依特定规则形成的地图符号组合配置方案即为地图表示法——地图符号模型。

一幅完整的地图是依据一定的符号组织规则,在各个层面上以符号的组合反映制图对象在特定区域内的空间分布特征,形成与对象世界对应的同构关系,从而构成客观世界的形象——符号模型。

点值法 用形状相同、大小与其代表的数值成固定比率的圆点符号表达离散现象分布特征。

分区统计图法 将制图对象在统计分区的绝对数量指标以点状符号表达在相应区划单元内的方法。

定位图表法 通过定位于数据采集点的统计图反映一定范围内的面状现象,以表达事物在整个制图区域连续变化的数量分布特征。 等值线法 用一系列等间隔的水平面切割连续3维统计面,相交的割线垂直投影到地图平面上,形成了代表不同数值的多条曲线——等值线,它们可以清晰、准确地表示3维统计面的分布形态和统计值。

三、面状地理数据的定量表示

三)以面状及立体符号构成的定量表示

1. 定量数据的特征

分级原则:一般以5~7级为宜,不少于3级,不多过9级 分级方法: 图形表达:以亮度、饱和度或网纹变量进行视觉

第4节 3维空间信息的表示——等值线

(一)等值线的形成 等高线用于地形图测绘, 可从图上提取多方面定位信息,如高度、坡度、坡向、面积、体积等。

(二)等值线的特性 1.等值线图形是对制图现象空间形态较好的几何模拟 2.等值线是封闭连续的曲线,同一条等值线上数值

处处相同。 3.等值线间彼此不相交。在特殊情况时,可能重叠。 4.在等高距相同的情况下,等值线愈密,空间垂直变化愈大,坡度愈陡;相反,等值线稀疏,空间垂直变化愈小,坡度愈缓。

等值线图的特性 1通过离散点内插成连续、封闭的、线状符号的表面。 2等值线是定位定量符号,可以进行测量。

3在比例尺变换时,等值线易于进行地图概括。

三)衍生的伪等值线 真等值线的离散点是从3维连续曲面提取的定位数据。 常见的有高度、深度、温度、气压。

伪等值线是由统计单元的定量数据衍生而来的。 常见的有人口分布、收入分布、产值分布等。

二、等高线的测绘

(二)等高线的勾绘 关键:确定等高距,它决定了2维线状图形对3维空间形态的概括程度。

两条等高线间的微地形可通过使用地貌符号和增加辅助等高线表示出来

三、等高线的分层设色与晕渲 等高线法的不足 1等高线法表达2维地形的视觉效果不够明显3等高线间的微地形未能清晰表达。

(一)分层设色法 是在等高线的基础上根据地图用途、比例尺和区域特征,将等高线划分为不同高程范围带,并以不同颜色普

染,通过色相、色调的差异表示地势高低的方法。

划分高程带的方法: 固定等高距法 ---大比例尺地图 变化等高距法-----变化等高距法

设色要求:每一色层准确地代表一个高程带;各色层之间要有差别,但不能过于突然和跳跃,以便反映地表形态的整体感和连续感

(二)晕渲法 晕渲法也叫山地阴影法,是用深浅不同的色调表示地形起伏形态。

第5节 地理信息的动态表示

一、动态制图概述

在可视化技术支持下,将时间相关变量作为地理信息图形的独立视觉参量,在传统视觉变量基础上扩展出新的动态视觉变量:发生时长、变化速率、变化次序和节奏,以形成对空间信息时空变化状态和过程的地图模拟。

(一)动态地图类型及其表示

动画模拟方式 也称动画地图,指通过多帧静止图形按一定顺序连续交替显示,以形成对事物时空连续变化的动态视觉显示。 按视觉效果 2维动画 3维动画 按动态过程的数字化程度分逐帧构 图关键帧构图 全计算构图

实时响应方式 将处于空间运动状态的对象位置信息,连续及时的叠加在已有地图信息上,以提供动态对象的空间位置变化和运动

特征信息,也称为动态定位地图。

虚拟现实方式 指利用计算机及其控制的多种感觉工具,使应用者沉浸于一种与真实环境高度相似的虚拟场景中。

时间动态地图 以时间为主导控制因素的动态地图 。 非时间动态地图 以制图内容的性质差异和观察点为主导因素的动态地图。

(二) 动态地图的功能 1过程再现 人口的迁移 2实时跟踪 GPS 汽车导航 3运动模拟 模拟飞行

二、动态符号系列(一)位置的顺序 (二)时间的顺序 三)地图符号的动态视觉变量 1发生时长2变化速率3变化次序4节奏 第 7 章 地图编辑

第1节 普通地图 ·地理图与地形图的基本内容及其表示 概括程度较高,以反映地理环境要素基本分布规律的普通地图。 地形图 比例尺大于或等于1∶100万,按统一的数学基础、图式图例,统一的测量和编绘规范经实测或编绘而成的一种普通地图。

(一)自然地理要素 1水系,海洋和河流,

2. 地 势—等高线法以等间隔的水平面穿过三维地形表面,将其相交的轨迹垂直投影到平面上,所得相同高程点的连线即为等高线。

2. 地势—分层设色法 将等高线划分为不同的高程带,并以不同的颜色区分 缺点:对同范围内其他符号的表达效果可能会有影响。

地势——晕渲法 也称阴影法,是依据光照产生明暗变化的原理,用深浅不同色调表示地形形态。 3. 土质和植被

(二)社会人文要素 1. 居民点 2. 交通网 3. 境界线

二、地形图

(一)国家基本地形图的概念 (1) 统一的大地坐标和高程系统。 (2) 完整比例尺系列和分幅编号系统(3) 依据统一规范和图示。

(二)国家基本地形图投影分带 中国《1∶100万地形图编绘规范》规定采用边纬线与中纬线长度变形绝对值相等的等角割圆

锥投影,按纬差4°、经差6°分带。大中比例尺地形图一律采用高斯-克吕格投影,并采取分带投影方式。 1∶2.5万 ~ 1∶50万采用经差6°分带投影,全球60带。

三、地理图的编辑 (一)地理图的编制特点 1地图内容的高度概括性 2地图设计的灵活多样性 3制图信息及精度多样性

二)地理图设计的主要内容

1. 编辑设计前的准备阶段 1) 深入研究新编地图的目的用途及主要服务对象。(2)对国内外同类地图进行分析评价。(3)收集、分析、

评价制图资料。(4)认真研究制图区域的地理特征。

2. 正式编辑设计阶段 1) 明确规定地图的任务及质量要求。(2)设计地图的数学基础。(3)地图内容的选择和图例符号设计。(4)对制图

资料加以说明。(5)设计工艺方案。(6)地图概括方法的规定 。(7)图面配置设计。(8)指导原图编绘,出版准备及审校。

(三)地理图编绘与出版准备 (1)编图技术准备:投影格网变换、坐标网展绘、原稿复照拼贴、精度检验。

(2)地图原图编绘:复照图稿的图面定位,各要素的顺序编绘,编绘原图的地图概括,编绘原图的绘制和整饰,邻幅接边。

(3)出版原图编绘:线画出版原图的清绘、刻图,半色调出版原图制作,注记版制作。

第2节 专题地图

一、专题地图的特征 (一)专题要表现主题内容广泛(二)具有地理基础和素双重内容层面(三)表示方法多样图面配置灵活

二、专题地图的类型 (一)专题地图按内容分类1 自然地图 2 社会经济地图 3 环境地图 4 其他专题图

(二)专题地图按专题内容概括程度分类 1. 解析图2. 组合图3. 合成图 将制图区域相关因素的多种指标,经分析综合,重新构

建反映区域综合特征的分类指标,并以此体现区域差异。表达这种综合指标的专题地图,称为综合图。

第3节 专题地图的编辑设计

一、专题地图数据类型及处理

(一)专题地图数据类型 1.地图数据2.影像数据3.实测数据和统计数据4.文字资料

(二)专题地图数据的分析评价 1.政治性分析评价 2.科学性分析评价 3.完备性分析评价 4.现势性分析评价

(三)专题地图数据的处理加工

二、地理底图编制 (一)地理底图的作用(1) 建立专题地图的框架(2) 转绘专题内容的控制系统(3)深入提取专题地图信息

(二)地理底图的种类 1.工作底图 内容详细,利于专题内容转绘,国家基本比例尺地形图常作为工作底图。

2.出版底图 内容简略,主要作用是体现专题内容与有关地理要素的相互关系。

(三)地理底图编制 1.工作底图的准备 2.出版底图的编制

三、表示方法选择与图例设计

(一)表示方法的选择

1.依制图数据的时空分布、数量与质量特征 (1)点状分布的数据 1 选择定点符号法表示 2能依比例尺表示的较小面状

现象也可以点状符号表示 (2)线状分布的数据 1选择线状符号法表示 2条带状分布的数据也可以线状符号表示

(3)面状分布的数据 连续分布并布满整个制图区域的面状数据 用质底法表示其质量特征 用等值线法表示其

数量特征 间断成片分布事物的数据 用范围法表示分布范围和质量特征 (4)离散分布的数据可根据其统计数

据用点值法、分区统计图法、分级统计图法表示其定性、定量、结构。 (5)记录运动状态的数据

2.依据制图资料选择表示方法 3.依据专题数据特点选择表示方法 4.依据地图用途、比例尺、区域特点选择

(二)图例设计 1图例是地图上所使用全部地图符号的说明。2 图例对地图信息传递全过程具有重要意义

3图例设计要求:完备性、一致性、系统性。

四、专题地图的图面配置(一)良好的图面配置总体效果1. 符号及图形的清晰易读2. 整体图面的视觉对比3. 图形与背景4. 图形的视觉平衡效果5. 图面设计的层次结构 (二)图面内容的安排1. 主图 重要地区扩大图: 对主图中专题要素密度过高难以正 常显示专题信息的重要区域,可适当采取扩大图的形式处理。 2. 副图 显示主图在大区域范围内的地理位置 补充主题的内容3. 图名 功能:为读图者提供区域和主题信息。内容要素: 区域、主题、 时间。 位置:通常位于图廓内、外 的北上方。 4. 图例 位置功能:对图面配置的合理与平衡起重要作用。 位置:图幅中不显著的边角。 当图例数量很大时,可将图例分成几部分,并按读图习惯,从左到右有序排列。5. 比例尺 6. 统计图表与文字说明 作用: 概括与补充主题 充实地图主题,活跃版面,增强视觉平衡注意:数量不宜过多,且占幅面不宜太大7. 图 廓 单幅地图一般都以图框作为制图的区域范围。专题

地图的图面配置,是由编图作者自行设计的。

第4节 遥感地图

一、卫星影像图和影像地图

● 卫星影像镶嵌图 不另外进行数据的几何纠正,将多幅影像依像幅边框显示的经纬度位置,镶嵌拼贴而成的影像图。 ● 卫星影像图 进行了影像平面位置的几何纠正和影像增强,图上绘制出较全面的地理要素。

● 卫星影像地图 在卫星影像上,能够依据数字高程模型 ( DEM ),进行正射纠正,有详细的符号化地理要素的影像图。

(一)卫星图像的产生

1.卫星数据的几何纠正与重采样

以已知控制点的平面坐标与对应像元位置为依据,采用多项式逼近的方法,建立简化的坐标变换方程进行逐个像元纠正的过程。

2.数据分辨率的融合

将不同影像数据的长处融合起来,在位置上相互配准,取长补短,就可以提高光谱或地面分辨率,产生高质量的图像。

3.影像镶嵌 图像的镶嵌操作是在图像处理系统中图幅间同步进行,以消除图像拼接时不协调的色调差异。

应用于镶嵌前的辐射增强包括:(1)去霾处理 降低多波段图像及全色图像模糊度的方法。(2)直方图均衡 对图像进行非线性拉伸,重新分布图像像元值(3)直方图匹配 对图像的对比度进行数学变换,使一幅图像的直方图与另一幅图像类似,以便拼接。

4.彩色合成

(三)图像的输出产品 影像地图的主要形式是喷墨彩图、像纸产品和印刷品。

二、从影像生成专题地图 影像预处理 图像校正 图像辐射增强影像分类 主成分变换 缨帽变换 最大似然判别 最小距离判别

(二)影像图斑的地图概括 作为频谱域的图斑概括采用低通滤波

注意: 1.遥感数据的空间分辨率决定专题地图比例尺的限制。 2.专题地图的用途、区域特点和比例尺,决定专题图斑选取的尺寸(阈值)。 3.专题的要求,决定舍去的图斑应如何合并,如何进行概括。

(三)影像图斑的矢量化 1勾边 细化 找节点 转矢量

三、遥感系列成图 针对特定的制图区域,采用有效的遥感数据源,通过多专业联合作业、协同调研,按统一的规范和作业顺序,

编制成的一系列专题地图。

(一)遥感系列制图的基本要求1统一信息源 2统一对制图区域地理特征的认识3制定统一的设计原则4按一定的规则顺序成图

二)遥感系列制图的统一协调

目的: 1保证系列地图的内容具有明确的实用性和针对性。2确保系列地图的整体性与系统性。3保证系列地图之间具有明显的可比性4应根据自然界本身的固有规律及景观结构的自然单元进行统一协调,不应主观臆造。 步骤:1以影像图和地理底图作为统一协调各专题类型轮廓界线的参考。 2按自然顺序进行编图。3 地带性、非地带性规律界线的统一协调。4 制图单元的统一协调。5 分类系统、分级等级的统一协调。6 图例符号和图斑轮廓的统一协调。7 图面配置和整体规格的统一协调。

第5节 地图集编辑

(一)地图集的定义 地图集是围绕特定的主题与用途,依据地学基本规律,运用信息论、系统论、区位论等的学科理论,遵循

总体设计原则,经过对各种现象与要素的分析与综合,形成具有内在联系的多幅地图的集合体。

(二)地图集的特点 1图集是对空间、时间环境的认知模型。 2.地图集是科学成果的综合总结。 3.地图集所选主题具有系

统、完备的内容。 4.地图集必须实现内容、形式诸方面的统一协调。 5.表示方法多样。 6. 地图集是科学与艺

术相结合的成果。 7.编图程序及制印工艺复杂。

二、地图集的分类 按内容分 普通地图集 专题地图集 综合性地图集

三、地图集的编辑方法 (一) 明确地图集编制的主题与对象 (二) 确定地图集的结构 1普通地图集:由序图组、区域图组、城市图组2专题地图集一般由序图、单要素专题图及综合性专题图等组成3综合地图集的结构特征是:内容丰富、图幅较多、图种复杂。

三) 安排图面配置 (四) 地理底图编制 (五) 统一与协调的原则

1.基础地理底图 投影:宜少不宜多,同类型地图尽可能采用相同投影。 比例尺:对同等重要、内容相同,或有紧密联系的

图幅,应尽量采用同一比例尺。 内容:不同比例尺底图的要素及内容的选取应当随比例尺或专题内容的变化作相应调整。

2.选题与结构 图组的设置及所包括的图幅,应服从主题的需要。 各图组的图幅内容及数量,既要保持相对平衡,更应按照

完整表达主题思想的总目标而定。

3.图幅内容及轮廓界线 相关图幅之间的内容都是相互联系或制约的,产生图形上的相似或相通。

4.内容分类分级及图例系统 相关图幅的分类、分级应尽量统一协调。 图例的排列应统一有序,符合逻辑规律,

5.表示方法和指标体系 6.地图概括7.符号系统与注记8.文字说明9.色彩系统10.图面配置

第 8 章 数字制图

第1节 数字制图的理论与技术基础

一、相关学科及理论基础 根据地图学原理,利用计算机和输入、输出设备,应用数据库技术和图形图像处理方法,实现地图数

据获取、处理、识别、显示、存储与输出。

数字制图的支撑: (一)计算机图形学 国际标准化组织(ISO )的定义: 计算机图形学是研究通过计算机将数据转换为图形,并在专用显示设备上显示的原理、方法和技术的学科。

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2维或3维造型,

计算机图形学的研究内容: (1)2维图形中基本图元的生成算法,包括点、直线及各种曲线。(2)2维图形基本操作和图形处理

的算法,如图形的平移、放大、缩小、旋转、错切、镜像等。(3)3维几何造型技术,包括基本体素的建立与生成,各种曲

面的构造,以及3维形体之间的布尔运算等。(4)虚拟现实技术。(5)图形的输入与输出。

(二)空间数据结构与空间数据管理 数字制图的本质就是一个图数转换的过程,而数与图只是地理实体的两种不同的表达形式。

数据类型:空间数据---表达各种地理要素的位置信息,即坐标。属性数据-----记录地理实体的各种定性、定量特征。

1. 空间数据结构 数据结构是指数据的排列方式及其相互关系的描述。 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。

实体型矢量结构:以具有点、线和面分布特征的地理要素作为数据记录的基本单元。

拓扑型矢量结构 以点、线、面作为基本元素,但没有实体意义,只反映它们之间的相互关系。

拓扑数据结构基本拓扑要素定义为:节点(node )为线段的两个端点。线段(arc )又称弧段,连接两节点,与其他线段无相关。多

边形(polygon )是由数条线段有序地连接而成的。 层(layer )是具有相同属性的拓扑要素的组合。

栅格数据结构 像元的大小代表图像的精度,称为图像分辨率。

2. 空间数据管理、

数据库管理系统,简称DBMS 。DBMS 是数据库数据存取和各种管理控制的软件,是数据库系统的运行中枢。

用户对数据库的全部操作均通过DBMS 进行。通常所说的数据库系统软件平台就是指DBMS 软件。

(三)多媒体技术

所谓多媒体,就是采用多种信息载体的组合,使信息表现得更全面、更真实、更准确,最终得以高效率、全方位的传输。

多媒体技术是以计算机为核心对文本、图形、图像、动画、音频、视频等多种媒体信息实施综合、交互处理的一门信息处理技术。 多媒体的关键特性:1多样性: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。2集成性:多媒体信息的集成和多

媒体设备的集成。3交互性:计算机的人机“交互性”。4时态性:静态媒体和动态媒体。软硬件设施是实现数字制图的物质基础。

(一)数字制图必备硬件 硬件设备(图形、图像输入设备,计算机系统硬件,图形、图像输出设备)

软 件(计算机系统软件,相关设备驱动软件,数字地图生产软件)

计算机扫描仪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 打印机是数字地图转换为模拟地图的常用设备

(二)数字制图常见软件 CAD 软件 以平面制图为目的,强调空间信息的可视化表达 GIS 软件 以开发地理信息系统为目的,强调空间数据的管理与分析。 两类软件比较 地图编制效果:CAD 软件优于GIS 软件。

制图功能:1GIS 软件通常提供专题地图常用模版,使制图者通过专题制图向导,快速制作专题图; 2 GIS 软件专题图层与属性数

据库直接关联,数据变化可以直接反映在图上; 3 利用GIS 软件用户可以根据需要随时进行地图投影的设置、选择和变换。

三、数字制图产品——数字地图------它是一种以数字形式储存在磁盘、光盘等电子介质上的地图。

数字地图产品按数据结构分为矢量数字地图、栅格数字地图和矢栅混合数字地图。

数字地图的特点1动态特性 2无缝特性 3多媒体特性 4共享特性5多维特性6易于更新7方便使用

(二)数字地图的应用 1. 输出模拟地图2. 代替模拟地图3. 融入数字地球

数据来源 数据是数字地球的核心,其来源主要有:各种比例尺的地形图、专题图和多光谱、多时相、多分辨率的遥感影像数据。

以文本方式存储的各类社会、经济、资源、环境、人口和全球变化等方面的数据。

三、数字制图产品——数字地图

数字地图种类: 一是公开出版的数字地图光盘,大多为专题地图,其定位精度较低,以栅格数据为主。 二是网络地图,在Internet

上供人们查询使用。网络地图以栅格数据、专题地图为主,也有很多大站点提供专业地形图或基本地图,一般内容精练,以交通、境界、水系、居民地等为主要要素 三是GIS 行业用的专业地图,一般由国家基础地形图数字化产生,定位精度高。 国家基础地理信息中心提供的地图产品 ----数字线画地图、数字栅格地图、数字高程模型、数字正射影像图简称4D 产品。

第2节 数字地图制图方法

一、数字地图制图的一般过程

(一)数据输入 数字地图的数据源包括: 数字测图 纸质地图 以各种方式表达的地理要素的定性、定量特征数据。

1. 栅格化 纸质地图栅格数字化一般借助于扫描仪自动完成。 用户需要设置扫描模式、扫描范围和扫描分辨率。

扫描获得的栅格图像数据主要用于屏幕矢量化或经 过图像处理生成数字栅格图(DRG )。

2. 矢量化 所谓坐标配准是指通过采集一定数量的控制点,建立物理坐标与用户坐标之间的转换关系,使数字化成果具有用户坐

标系统。 控制点应该分布均匀,不能过于集中,也不能分布在一条直线上,而且应该能够精确给出它们在用户坐标系下

的坐标值,使配准误差达到一定的精度要求。 屏幕跟踪类似于传统描图,利用软件提供的各种绘图工具描绘栅格图像上

的内容。 在数字化时,一般应根据需要设置若干图层,分别存放不同制图要素。

3. 属性数据录入

(二)数据编辑与符号化

1. 数据编辑 GIS 空间数据编辑内容:数据不完整、重复 空间数据位置不正确 空间数据比例尺不准确 空间数据变形

几何和属性连接有误 属性数据不完整

2. 符号化 在GIS 中,地图符号只是地理空间某种属性特征的一种可视化形式,它所表达的内在含义与符号本身是分离的。 CAD 符号则包含数字地图的全部,甚至构成符号的点、线、面图元与欲表达的点、线、面地理要素有着同等的地位。

(三)输出数字地图 以数字形式存储在计算机内存或者其他载体上,屏幕显示是它最直接的输出形式,称为电子地图1文件打印

二、计算机辅助制图

(一)AutoCAD 制图 应用领域:机械设计、土木建筑、城市规划、园林设计、电子电路、装饰装潢、广告设计等。

2. AutoCAD 符号设计 (1)点符号设计 形方式:用户利用绘图工具绘制各种所需图元组合成所需符号。 块方式:将形方式制

作的符号以独立文件方式存入符号库中。(2)线符号设计 简单线符号:绘图命令,用自定义线型。 复杂线符号:特定计算机程序。 (3)面符号设计

Bhatch 命令:创建关联和非关联填充,从一点自动计算填充边界,用于填充封闭区域或选中的对象。

Hatch 命令:可在命令行中执行,创建非关联填充,通过自定义多义线创建没有边界的填充。

(二)CorelDraw 制图 基本功能 1栅格图像矢量 2地图符号辅助设计 (均匀填充 渐变填充 图样填充 底纹填充Post Script填充) 1图层管理 作用: 方便地图要素编辑; 调整不同地图要素之间叠置关系。 图面配置辅助功能印前输出与处理

第3节 GIS 中的数字制图

(一)地图投影功能模块 两个概念:投影是包含一组参数的一个或一组公式,参数的个数和性质取决于投影的类型。

坐标系是一种投影的每一个参数被赋予特定的值, 是描述坐标的参数的集合。

常用投影:墨卡托投影 高斯-克吕格投影 等角圆锥投影

(二)专题制图功能模块

制图流程 前期准备(同传统制图)- 确定制图内容(选择不同的图层叠加为底图要素在属性数据中选择专题制图要素)-- 选择表示方法-- 设计专题符号 (设置这种表示法的模版、符号分级方式、显示样式等)-- 进行图面布局(满足打印输出要求)

(三)图层控制模块 作用: —方便地图要素编辑 —便于信息的查询检 — 在不同比例尺下显示不同的信息量

(一)MapInfo 系统 1. 数据准备 空间数据(空间数据 数 据转换) 属性数据(直接输入属性表, 导入数据库)

创建专题图模板(即确定地图表示法,符号类型、色彩方案. 类似分级统计图法, 数据分等级, 表示法:点大小、线宽度、面填充)

二)ArcGIS 系统

1. ArcMap一体化制图

第 9 章 地图复制

第1节 传统平版印刷过程

地图印制的特点: 1印刷幅面变化大。2图形精细复杂,几何精度高。3用色多、要求严。 4内容复杂容易错漏,要求易修补。5

要求制印方法简单,成图快,成本低。

平版印刷的主要工艺过程:1出版原图检查 2复照、翻版 3修版、晒版 4打样、审校 5上机印刷

第2节 电子出版印前系统

(一) 输入设备 ① 激光照排机(② 彩色数字打样机 ③ 数字式直接制版机 (二) 输出设备

第3节 现代地图复制方法的发展

一、无胶版直接印刷

1数字直接印刷是利用电子方法将数字式版面直接转换成印刷品的印刷方法。数字印刷不再使用传统意义上的印刷版,而是在承印

载体上直接成像,称无版直接印刷。 无版直接印刷机根据其工艺和性能可分为静电照相方式、电凝聚方式和喷墨方式3种。 2静电照相方式的基本原理: 用激光扫描方法在光导体上形成静电潜影,再利用带电色粉与静电潜影电荷相反的特点实现潜影的可视化(显影),最后将色粉影像转移到承载体上完成印刷。

静电照相方式的特点: 可以在普通纸上成像,综合质量达到中档胶印水平,印速可达每分钟数十到数百张;但其价格比较高。 3喷墨方式的基本原理:将油墨以一定速度从微细喷嘴喷射到载体上,最后通过油墨与载体的相互作用实现油墨影像的再现。 喷墨方式的特点:需采用专用承印材料,综合质量目前只能达到低档胶印水平。印速很高,可达每分钟数百张到数千张,价格低廉。 4电凝聚方式的基本原理: 通过电极之间的电化学反应导致油墨发生凝聚(金属离子诱导凝聚),使油墨固着在成像滚筒表面形成

油墨影像;再利用压力将油墨影像转移到承印物上完成印刷过程。

电凝聚方式的特点: 可以在普通纸上成像, 综合质量可达中档胶印水平;速度可达每分钟数百张;价格介于上述两者之间。

二、非印刷复制方法 (一)基于电视的复制传播(二)基于计算机的复制传播(三)基于网络的复制传播 (四)嵌入式GIS 系统 第 10 章 地图分析

第1节 地图分析的数学方法

地图分析定义:地图分析是指将地图表象作为研究对象,利用地图上所载负的客观实体的信息进行科学研究,探索和揭示地图客体的分布、联系、演化过程等规律,预测和预报它们的前景。

一、地图上采集数据的统计抽样 从总体中抽取部分样本进行研究。抽样结构:点抽样、线抽样、面抽样。

用于面状分布地图。 常用抽样方法:随机抽样、系统抽样。 二、测度地图信息量方法 三、地图要素的定量量算 工具:仪器或计算机软件。 量算内容:地物的坐标、长度 面积、体积和坡度等。

四、地图表示方法的变换 五、空间信息的相关分析 六、趋势面分析 方法:最小二乘法建立趋势面的回归方程。功能:制作背景面图和剩余面图, 分析制图对象的总趋势和局部差异。

七、主成分分析 方法:原来多个指标组合成少数几个彼此无关的新指标。作用:简化信息结构。

八、模糊数学的应用

第2节 地图分析的作用

一、研究各种现象的分布特点和分布规律

研究内容:1. 同一要素的分布特点、分布规律和区域差异。2. 自然综合体或区域经济综合体的分布特点、分布规律以及区域间的

差异。

二、研究各种要素或现象之间的相互联系

相互联系的现象举例:土壤——植被 地层断裂——火山、地震 地质构造——矿产分布

三、研究各种现象的动态变化(一)单幅地图 从地图的动态表示符号中获取要素动态变化的信息。 定点符号的扩张、动线法。

同一要素的不同范围界线。 (二)多幅地图 研究空间信息在位置、形状、范围、面积等方面的变化。

四、进行预测和预报 (一)空间分布的预测预报 二)时间序列的预测和预报 (三)随时间推移空间和状态变化的预测预报

五、进行综合评价

第3节 阅读分析

一、整体分析 对普通地图而言 一)一般性阅读 (二)综合阅读

二、单要素分析

单要素分析,是将单幅地图的制图目标分解成若干单一要素和指标,然后逐一分析。通过由大到小、由表及里的阅读分析,研究该要素分布规律和内部结构及与其他要素的相互联系。

目的:通过对自然综合体或区域经济综合体内部组成成分的单项分析,进一步了解自然综合体或区域经济综合体的实质与特征。

三、比较分析

目的:寻求要素或现象之间的异同,找出相互联系和相互制约的关系,以揭示一种要素或区域的本质特征。

途径:1图中内容之间的对照分析,搞清要素之间或区域之间的差异、分布特点和规律。 2用本幅图与相关地图进行对比分析。 3本幅图与相关文字资料进行对比分析,研究要素的特征和分布规律。

四、推理分析

第4节 图解分析

一、垂直切割的剖面图 剖面图是假想将地面沿某一指定方向线垂直剖切,并以图形显示制图对象的立体分布和垂直结构的一

种图解形式。

二、3维描写的块状图 (一)轴侧投影块状图(假想用平行光从高空向地面投影,而被切割下来的地壳表层是以平行四边形形式出现。 ) 二)透视投影块状图

三、地貌切割密度与深度图 一)地貌切割密度图 切割密度指在单位面积内全部沟谷的总长 (单位:km/km2) 。 切割密度图

是以大比例尺地形图为底图,采用网格法将网格内的切割密度对该地区的地貌表示。

(二)地貌切割深度图 定义:切割深度即地面起伏高差。 反映:现代地貌内外营力的作用强度,地面组成物质的性质。

类型:网格形式的切割深度图和切割深度等值线图。

第5节 复合分析

(一)不同比例尺地图之间的复合 一、地图与地图的复合分析

作用:1获得制图对象宏观分布规律、微观典型特征和数量指标。 2为地图概括中指标选取和载负量确定提供重要参考。

3典型代表: 基本比例尺地形图系列的复合分析。

(二)不同主题内容地图之间的复合

作用:研究自然综合体或区域经济综合体的类型与界线。 应用:利用气候图与土壤图、植被图复合,研究气候与土壤、植被之间的关系。 利用国民经济总产值图与居民受教育程度地图之间复合,研究居民的素质与国民经济发展之间的关系。

二、地图与遥感图像的复合分析

(一)地图与遥感图像的特点

地图的特点:1遵循一定的数学法则 2科学概括制图对象3将制图对象符号化4表达制图对象时空状态和变化 遥感图像的特点:1借助航天或航空平台 2记录信息客观、真实 3信息尺度超出人类视觉4需要经过处理、解译

(二)地图与遥感图像复合的意义

1. 从遥感图像角度看,地图不仅可以为遥感图像的定向、定位和专题信息提取提供参考和依据,同时还可以为遥感图像补充

高程信息。 2 从地图角度看,遥感图像不仅可以为地图修正变化了的 地理基础,而且还可以修正专题信息的图斑界线。

(三)地图与遥感图像复合的途径

1. 地形图、地理图与遥感图像复合。利用遥感图像更新地形图上的要素,为遥感专题制图提供地理基础底图 。 2 专题地

图与遥感图像套合。

第6节 地学信息图谱

一)地学图谱

1. 地学图谱的概念图谱兼有“图”和“谱”的双重性质,即具有地理空间的图形表达和按特征有规则的排序。

3. 地学图谱的特征

1)“图”是可感知的外部特征表现,“谱” 反映内在的规律。(2)“图”表达的是事物静态特征,“谱”所表达的则是动态特征。(3)“图”是可感知的现象,“谱”是推演得出的规律。图”表现空间单元特征,“谱”则表示事件发展之起点和过程。(5)“图”用2维表达非线性源,“谱”则用1维表达规律,实现多维分析。(6)“图”描述复杂系统的初始和边界条件,而“谱”为运动变化规律描述的主导方程。

4. 地学图谱类型

按研究对象分:大地构造图谱、地震图谱、水系图谱、热带气旋图谱、垂直带谱、植被图谱等。

按表达内容特征分: 区域类型组合型图谱 时序动态组合型图

按功能分:征兆图谱 诊断图谱 实施图谱

按研究尺度分:全球地带性图谱、 区域性图谱、 基本形态特征图谱。

二)地学信息图谱 地学信息图谱是数字化的地学图谱,是在传统地学图谱基础上的一种创新 。

二、地学信息图谱的应用研究领域

(一)全球数字化研究

通过图谱建立过去的环境变化序列,并根据地表痕迹分析研究过去的环境变化,建立过去的环境变化图谱,然后根据自然法则和社会法则进行图形运算,模拟地理过程,对复杂的地理现象进行预测。

(二)区域开发模式研究

通过大量数据的分析,结合地学背景知识,以图谱的形式为区域经济的持续发展提供形象的模式。

(三)其他方面的应用研究 灾害评估 农业生产规划 资源调查与评价 城市规划 环境评价

)


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