第九章數(shù)字地圖制圖教學(xué)目的和要求：1.了解數(shù)字地圖制圖的技術(shù)基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。2.掌握數(shù)字地圖制圖的基本流程。3.了解電子地圖的概念和特點(diǎn)本章重點(diǎn)：數(shù)字地圖制圖的基本流程。本章難點(diǎn)：數(shù)字地圖的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。教學(xué)時(shí)數(shù)：10學(xué)時(shí)[講授2學(xué)時(shí)][引入]從20世紀(jì)50年代開始，電子計(jì)算機(jī)技術(shù)引入地圖學(xué)領(lǐng)域，經(jīng)過理論探討、應(yīng)用試驗(yàn)、設(shè)備研制和軟件發(fā)展，已形成地圖學(xué)中一門新的制作地圖的應(yīng)用技術(shù)分支學(xué)科，即計(jì)算機(jī)地圖制圖學(xué)。計(jì)算機(jī)地圖制圖是根據(jù)地圖原理，以電子計(jì)算機(jī)的硬、軟件為工具，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，模擬傳統(tǒng)的制圖方法，進(jìn)行地圖的設(shè)計(jì)和編繪。計(jì)算機(jī)地圖制圖系統(tǒng)有三個(gè)組成部分：硬件、軟件、數(shù)據(jù)。從一定意義上講，計(jì)算機(jī)地圖制圖技術(shù)也可稱為數(shù)字制圖技術(shù)。第一節(jié)數(shù)字地圖制圖技術(shù)基礎(chǔ)一、技術(shù)基礎(chǔ)1計(jì)算機(jī)圖形學(xué)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是研究如何應(yīng)用計(jì)算機(jī)生成、處理和顯示圖形的一門新興學(xué)科。2數(shù)據(jù)庫技術(shù)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，不僅包括反映事物數(shù)量的數(shù)值，還包括各種非數(shù)值的信息：文字材料、圖形圖像、聲音等。在許多應(yīng)用場合，使用的數(shù)據(jù)有以下幾個(gè)特點(diǎn)：數(shù)據(jù)量大；數(shù)據(jù)需要長期保存，反復(fù)使用；許多數(shù)據(jù)要被多個(gè)不同的用戶共用。為了適應(yīng)這些特點(diǎn)，數(shù)據(jù)必須集中起來以一定的的組織方式存放在計(jì)算機(jī)的外存貯器中，從而能以最佳方式、最少的重復(fù)，為多種應(yīng)用服務(wù)。這樣組織起來的數(shù)據(jù)就是數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)合起來，稱為數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。3.數(shù)字圖像處理數(shù)字圖像是以柵格陣列的像元數(shù)值來記錄圖像的。數(shù)字圖像處理技術(shù)包括了對圖像進(jìn)行抽象、表示、變換等基礎(chǔ)方法，圖像處理的有效方法還有：圖像增強(qiáng)與恢復(fù)、圖像分割、圖像匹配與識別、圖像信息的壓縮與編碼、圖像的二維與三維重建等。4.多媒體技術(shù)多媒體技術(shù)是20世紀(jì)90年代以來隨著信息技術(shù)的發(fā)展而形成的一個(gè)領(lǐng)域。狹義的多媒體指的是文本、圖像、圖形動畫、聲音等多種可供傳遞的形式載體。多媒體的出現(xiàn)，拓寬了計(jì)算機(jī)處理信息的范圍，提高了計(jì)算機(jī)處理信息的深度。二、數(shù)字地圖制圖的系統(tǒng)組成數(shù)字地圖制圖的組成包括：計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)、地圖數(shù)據(jù)、制圖人員。第二節(jié)數(shù)字地圖的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其數(shù)據(jù)庫地圖基本要素所能提供所見的有形的“圖”的信息，是表達(dá)地理信息的基本單元，我們稱之為實(shí)體。地圖實(shí)體和屬性景轉(zhuǎn)換后輸入計(jì)算機(jī)，成為計(jì)算機(jī)可是別的圖形和文本數(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(shí)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)兩種結(jié)構(gòu)類型。一、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)空間數(shù)據(jù)對應(yīng)于地圖基本要素即實(shí)體，所以又叫幾何數(shù)據(jù)。1.圖形數(shù)據(jù)的基本要素為點(diǎn)、線、面和體圖形要素之出現(xiàn)在三位數(shù)據(jù)空間結(jié)構(gòu)中，因此表達(dá)地圖要素的圖形都可以看作是點(diǎn)的幾何。從數(shù)字制圖角度看，制作地圖的過程，就是把構(gòu)成地圖要素的點(diǎn)、線、面以點(diǎn)的坐標(biāo)（xyz）一一記錄下來，形成有規(guī)律的數(shù)字集合，并對這些數(shù)字形式的圖形信息進(jìn)行處理，然后將經(jīng)過加工的數(shù)字信息再現(xiàn)，使其成為地圖圖形輸出的過程。在地圖代數(shù)中就認(rèn)為，點(diǎn)、線、面等基礎(chǔ)要素構(gòu)成了一幅地圖，在數(shù)據(jù)組織形式上其中一種簡單的矢量結(jié)構(gòu)就表現(xiàn)為：點(diǎn)用單一的坐標(biāo)（x，y）來表示，是地圖基本要素中最基本的要素；線則用多個(gè)坐標(biāo)對來表示，也可以說是用多個(gè)點(diǎn)來表示；面通線一樣也是用多個(gè)坐標(biāo)對來表示與線不同的是，面的最后一個(gè)坐標(biāo)對必須與第一個(gè)坐標(biāo)相對應(yīng)。圖形數(shù)據(jù)另一個(gè)重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就是拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即基本要素點(diǎn)、線、面、體之間具有、鄰接、關(guān)聯(lián)和包含的拓?fù)潢P(guān)系。2.圖形數(shù)據(jù)的組織形式（1）面向柵格單元的組織形式以不同層中對應(yīng)于同一像元位置上的個(gè)屬性值表示為一個(gè)數(shù)組，具體格式為：記錄號、行號、列號，屬性值1、屬性值2。（2）面向地理實(shí)體的組織形式在同一層中，以多邊形為記錄順序，記錄多邊形的屬性值和組成多邊形的各像元坐標(biāo)，這種記錄方式使用于地圖分析和自動化制圖。（3）以“層”的方式存取，以“層”為基礎(chǔ)，每層中以像元為序，記錄其坐標(biāo)和屬性值，這種方式結(jié)構(gòu)簡單。二、非空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)非空間數(shù)據(jù)主要包括專題屬性數(shù)據(jù)、質(zhì)量描述數(shù)據(jù)、時(shí)間因素等有關(guān)屬性的語義信息，因?yàn)檫@部分?jǐn)?shù)據(jù)中專題屬性數(shù)據(jù)占有相當(dāng)?shù)谋戎?，所以在很多情況下直接稱其為地圖屬性數(shù)據(jù)。地圖數(shù)據(jù)庫中的非空間數(shù)據(jù)有如下幾種組織模式：簡單表格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)層次數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)三、地圖數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)組織目前地圖數(shù)據(jù)的組織，空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)之間連接方式主要有：1.非空間數(shù)據(jù)作為空間數(shù)據(jù)的懸掛體2.非空間數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)自成體系。第三節(jié)數(shù)字地圖制圖的基本流程一、數(shù)字地圖制圖的基本流程數(shù)字地圖制圖的基本流程可分為四個(gè)階段：1編輯準(zhǔn)備階段這一階段的工作與傳統(tǒng)的制圖過程基本相同，包括收集、分析評價(jià)和確定編圖資料，根據(jù)編圖要求選定地圖投影、比例尺、地圖內(nèi)容、表示方法等并按自動制圖的要求做些編輯準(zhǔn)備工作。2數(shù)字化階段將具有模擬性質(zhì)的圖形和具有實(shí)際意義的屬性轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)可接受的數(shù)字，稱為數(shù)字化。數(shù)字化的方法有手扶跟蹤和掃描數(shù)字化兩種。3數(shù)據(jù)處理和編輯階段這是數(shù)字制圖的核心工作，數(shù)字化信息輸入計(jì)算機(jī)后要進(jìn)行兩方面處理：一是對數(shù)字化信息本身做規(guī)范化處理，主要有數(shù)字的檢查、糾正，重新生成數(shù)字化文件，轉(zhuǎn)換特征碼，統(tǒng)一坐標(biāo)遠(yuǎn)點(diǎn)，進(jìn)行比例尺的變換，不同資料的數(shù)據(jù)合并歸類等；另一方面是為實(shí)施地圖編制而進(jìn)行的數(shù)據(jù)處理，包括地圖數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的建立，不同地圖的投影變換，對數(shù)據(jù)進(jìn)行選取和概括，各種專門符號、圖形和注記的繪制處理。4圖形輸出階段圖形輸出是將經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形，可以在顯示器的屏幕上顯示，可以存貯在磁盤上，也可以通過繪圖儀或打印機(jī)以紙質(zhì)輸出。二、地圖分層分層是數(shù)字地圖重要的概念。不同的圖形要素類型具有不同的圖形空間結(jié)構(gòu)，所以應(yīng)當(dāng)將不同圖要素類型分為不同的圖層存放。通過圖形要素的分層可以方便的實(shí)現(xiàn)不同數(shù)字產(chǎn)品之間數(shù)據(jù)的“共享”，從而大大減小數(shù)字化作業(yè)量，同時(shí)也可保證地圖數(shù)據(jù)的質(zhì)量。所以數(shù)字化一幅地圖的分層往往先需確定圖上的構(gòu)成要素，例如道路、地塊、水域、地名等；然而明確各圖形要素是以面狀、線狀還是注記方式表示。三、專題地圖設(shè)計(jì)制作專題地圖是根據(jù)某個(gè)特定的專題對地圖進(jìn)行渲染的過程。在桌面制圖軟件環(huán)境下，一般的專題制圖步驟為：根據(jù)所執(zhí)行的專題變量，確定使用專題表示方法。確定從何處獲取數(shù)據(jù)，特別是使用不同圖表上的數(shù)據(jù)時(shí)，需要通過數(shù)據(jù)之間的聚合來實(shí)現(xiàn)。自定義專題圖例保存專題地圖四、圖面配置與輸出最終的數(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(jì)圖表、圖例乃至圖片，所以需要將不同的圖形窗口、統(tǒng)計(jì)圖窗口和圖例窗口在一個(gè)頁面上妥善的安排，這就是圖面的配置問題。地圖輸出功能設(shè)計(jì)一般包括了輸出設(shè)備類型、輸出幅面、比例尺、黑白或彩色等參數(shù)的選擇。第四節(jié)電子地圖一、電子地圖的概念電子地圖也稱為數(shù)字地圖，是地圖制作和應(yīng)用的一個(gè)系統(tǒng)，是一種數(shù)字化了的地圖。電子地圖可以存放在數(shù)字存儲介質(zhì)上，地圖圖形可以顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上，也可以隨時(shí)打印輸出到紙面上。二、電子地圖的特點(diǎn)電子地圖與紙質(zhì)介質(zhì)的地圖相比，具有許多優(yōu)點(diǎn)：1交互性、2無極縮放、3無縫、4動態(tài)載負(fù)量調(diào)整、5多維化、6信息豐富、7共享性、8計(jì)算統(tǒng)計(jì)和分析功能。三、電子地圖的圖種1.導(dǎo)航圖2.多媒體地圖3.遙感地圖4.網(wǎng)絡(luò)地圖四、電子地圖的應(yīng)用舉例1在地圖量算和分析中的應(yīng)用2在規(guī)劃管理中的應(yīng)用3在軍事指揮中的應(yīng)用4在其他領(lǐng)域中的應(yīng)用[重要內(nèi)容提示]1.數(shù)字地圖制圖的基本流程2.地圖圖分層的含義3.理解空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)4.電子地圖的概念和特點(diǎn)[數(shù)字地圖制圖實(shí)習(xí)8學(xué)時(shí)]1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私庥?jì)算機(jī)制圖的基本過程，初步掌握地圖數(shù)字化、地圖編輯等基本技能。2.實(shí)驗(yàn)要求（1）根據(jù)給定的河北地圖柵格圖像，利用Mapinfo軟件分層進(jìn)行數(shù)字化。（2）對各要素進(jìn)行編輯，類型、位置、大小要正確。（3）按規(guī)定的整飾方法對各要素進(jìn)行整飾。3.