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1、第八章第八章 现代地图制图技术现代地图制图技术本本 章章 要要 点点1. 掌握计算机地图制图，遥惑制图，掌握计算机地图制图，遥惑制图，GIS制制图的基本原理和过程。图的基本原理和过程。2. 认识地图数据组织结构和数种据库系统。认识地图数据组织结构和数种据库系统。3. 了解遥惑和了解遥惑和GIS的一般知识。的一般知识。4. 一般了解一般了解GIS的常用软件的常用软件。l计算机地图制图是以地图制图原理为基础，在计算机硬、软件的支持下，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手段。和传统地图制图相比，其制图环境发生了根本性的变化。过去制图人
2、员面对的始终是有形的纸质地图，编图工作是在一种现实的可视（可以触摸）环境中进行的；现在制图者主要面对数据，所有制图资料变成计算机可以接受的数字形式，制图过程实际上就是对数据的编辑处理、管理维护和可视化再现的过程，数据联结各个制图环节。计算机地图制图也称为“数字制图”。但两者在涵义上，数字制图比计算机地图制图包括的范围要大些，但就其实质也有共同之处，即都是以空间数据作为处理对象。第一节第一节 计算机地图制图概述计算机地图制图概述l传统的地图制图技术经长期发展，已日臻完善和成熟。但其弱点是：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；手工劳动占重要成份；地图产品种类单一，更新
3、困难，不能反映空间地理事物的动态变化，信息难于共享等。因此，从上世纪50年代开始，计算机技术开始引入地图学领域。经过理论探讨、应用试验、设备研制和软件开发等发展阶段，如今，计算机制图已成为地图学的重要分支学科，即计算机地图制图学。l计算机地图制图技术与传统的制图方法大相径庭，特别是在地图信息的表达、传输和管理上，完全建立在一种全新的格局上，即地图的计算机信息化。因此，这门技术带来的变革和对地图学产生的影响极其广泛和深刻。目前，随着理论上的不断发展和创新，计算机地图制图已可基本代替传统的地图制图，实现了地图制图技术的历史性变革。l计算机地图制图是以地图制图原理为基础，在计算机硬、软件的支持下，应
4、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手段。和传统地图制图相比，其制图环境发生了根本性的变化。过去制图人员面对的始终是有形的纸质地图，编图工作是在一种现实的可视（可以触摸）环境中进行的；现在制图者主要面对数据，所有制图资料变成计算机可以接受的数字形式，制图过程实际上就是对数据的编辑处理、管理维护和可视化再现的过程，数据联结各个制图环节。计算机地图制图也称为“数字制图”。但两者在涵义上，数字制图比计算机地图制图包括的范围要大些，但就其实质也有共同之处，即都是以空间数据作为处理对象。 一、计算机地图制图的产生和发展一、计算机地图制图的产生
5、和发展l计算机地图制图经历了不断的发展。试验探索阶段 1950年第一台能显示简单图形的图形显示器作为美国麻省理工学院旋风1号计算机的附件问世。1958年，美国Gerber公司把数控机床发展成为平台式绘图机， Calcomp公司研制成功了数控绘图机，构建了早期的自动绘图系统。1963年，美国麻省理工学院研制出了第一套人-机对话交互式计算机绘图系统。1964年牛津大学首先建立了牛津自动制图系统，用模拟手工制图的方法绘制出了一些地图作品。几乎同时，美国哈佛大学计算机绘图实验室研制成功了SYMAP系统，这是以行式打印机作为图形输出设备的一种制图系统。两者对计算机制图技术的发展做出了开创性的贡献。l发展
6、阶段发展阶段 上世纪上世纪70年代，制图学家对地图图形的数年代，制图学家对地图图形的数字表示和数学描述、地图资料的数字化和数据处理方字表示和数学描述、地图资料的数字化和数据处理方法、地图数据库、地图概括、图形输出等方面的问题法、地图数据库、地图概括、图形输出等方面的问题进行了深入的研究，许多国家相继建立了软硬件相结进行了深入的研究，许多国家相继建立了软硬件相结合的交互式计算机地图制图系统，并进一步推动了地合的交互式计算机地图制图系统，并进一步推动了地理信息系统的发展。理信息系统的发展。80年代各种类型的地图数据库和年代各种类型的地图数据库和地理信息系统都相继建立，计算机地图制图得到了较地理信息
7、系统都相继建立，计算机地图制图得到了较大发展和广泛应用。如大发展和广泛应用。如1982年美国地质调查局建成了年美国地质调查局建成了本国本国1：200万地图数据库，用于生产万地图数据库，用于生产1:200万万-1：1000万比例尺的各种地图；万比例尺的各种地图；1983年开始建立年开始建立1：10万万国家地图数据库。国家地图数据库。 l应用阶段 90年代计算机地图制图技术代替了传统地图制图，从根本上改变了地图设计与生产的工艺流程，进入了全面应用阶段。各种地图制图软件得到了进一步的完善，出现了制图专家系统；地图概括初步实现了智能化，形成了完整的电子出版系统。多媒体地图信息系统的设计成为计算机地图制
8、图发展的重要方向。电子地图产品成为这一时期地图品种发展的主流与趋势，它也是多媒体地图信息系统的雏形。计算机制图技术已由原来的面向专家，转变为面向广大用户。现代地图制图技术吸取和融合了计算机辅助设计、数据库和图形图像处理等信息技术，形成了以桌面地图制图系统(Desk Top Mapping System)为代表的高度集成的商品化软件。多种计算机出版生产系统在地图设计与生产部门得到广泛应用，如美国的“INTERGRAPH地图出版生产系统”、比利时的“BARCO GRAPHICS电子地图出版系统”。实现了地图设计、 编辑和制版的一体化。l我国计算机地图制图从70年代中期开始设备研制与软件设计，速度发
9、展很快，到80年代后期建立和完善了计算机制图软件系统。采用计算机制图技术完成了中国人口地图集、中国国家地图集等。采用计算机地图出版系统完成了中国国家自然地图集的设计、编辑和自动制版。同时还研制出统计制图专家系统、地图设计专家系统。从1989年出版第一部京津地区生态环境电子地图集以来，电子地图集的研究、设计与制作也得到了迅速的发展。l随着网络地图制图系统、网络地理信息系统的出现，大型网络（Internet/Intranet），开放式的软件开发工具，数据仓库图形解决方案，空间和属性数据的统一数据库管理等技术应用于地图制图，计算机地图制图将朝着更广、更深、更快、更大众化、更方便的方向发展。 二、计算
10、机地图制图的基本原理二、计算机地图制图的基本原理l计算机地图制图的核心是电子计算机。为了使计算机能够识别、处理、贮存和制作地图，关键是要把地图图形转换成计算机能识别处理的数字（或称数据），即把空间连续分布的地图模型转换成为离散的数字模型。事实上，地图本身就是按照一定的数学法则，经过地图概括，运用特有的符号系统将地球表面上的事物显示在平面图纸上的一种“图形模型”。地图要素在由空间转绘到平面上之后，仍然保持着精确的地理位置和平面位置，而且图面上所有要素的空间分布，都可以理解为点的集合。因为图上的面状符号主要有其轮廓线构成，而线状符号和轮廓线关键是确定其特征点的位置，所以，点、线、面状符号都都变成如
11、何确定点的空间位置。既然地图组成要素的基本单位是点，因此可以把地图上所有要素都转换成点的坐标（x,y和特征值z），这样就实现了地图内容的数字化。 l这些经数字化的地图内容被记录下来，即构成了地图数字模型。因此，计算机地图制图的原理就是通过图形到数据的转换，基于计算机进行数据的输入、处理和最终的图形输出。地图编制过程就是地图的计算机数字化、信息化和模拟的过程。在这个过程中，由于计算机具有高速运算、巨大存贮和智能模拟与数据处理等功能，以及自动化程度高等特点，因此能代替手工劳动，加快成图速度，实现地图制图的全自动化。然而，从上世纪50年代直至80年代末，计算机地图制图还不能解决所有的制图问题，一些非
12、数学性的地图内容尚不能自动绘制出来。因此，计算机地图制图也曾被称为计算机辅助地图制图（Computer-Aided Cartography），简称“机助制图” 。计算机地图制图最主要的技术有：图数转换的数字化技术，生成、处理和显示图形的计算机图形学，数据库技术，地图概括自动化技术，多媒体技术等。三、计算机地图制图的基本过程三、计算机地图制图的基本过程l与常规地图制图相比，计算机地图制图在数学要素表达、制图要素编辑处理和地图制印等方面都发生了质的变化。其基本工作流程可分为四个阶段。l1.编辑准备编辑准备l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
13、，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，应对原始资料作进一步处理，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.数据获取数据获取l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贮、识别和处理的数据文件。l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，将数据记入存贮介
14、质，建立数据库，供计算机处理和调用。3.数据处理和编辑数据处理和编辑l这个阶段是指把图形（图像）经数字后获取的数据（数字化文件）编辑成绘图文件的整个加工过程。l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。l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
15、有不同的处理方法 4.图形输出阶段图形输出阶段l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。图形编辑与图形输出常是交互进行的。l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，因此输出四色分色胶片可以直接制作印刷版，上印刷机进行印刷。该法已成为主要的地图输出方式。此外，通过编辑制作并存贮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。四、计算机制图的特点与发展趋势四、计算机制图的特点与发展趋势l1
16、.计算机地图制图的特点计算机地图制图的特点l计算机地图制图可方便地应用计算机进等读取、分析、管理和输入地理信息。易于校正、编辑、改编、更新和复制地图要素。l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。数字地图的容量大，因此包含比一般模拟地图多得多的地理信息。增加了地图的品种，拓宽了服务的范围。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意性，这样就为地图制图的进一步标准化、规范化奠定了基础。加快了成图速度，缩短了成图周期，改进了制图和制印的工艺流程。地图信息能够进行远程传输。2.2.计算机地图制图的发展趋势计算机地图制图的发展趋势l 多元数据采集手段一体化
17、 集成野外实测数据采集，现有地图数字化采集，遥感影像数据采集，GPS数据采集，数码像机数据采集，音频数据采集等，使数据采集手段一体化。l数据标准化数据标准化的研究包括数据采集编码的标准化、数据格式转化的标准化、数据分类的标准化等。实现数据标准化是计算机制图系统普及和应用的必要条件。 l 数据库集成化 在计算机地图制图系统中引入数据库管理系统，建立空间数据和属性数据之间的连接，并实现其共同管理与相互查询。地理信息系统与计算机地图制图的主要区别在于前者具有空间分析功能，其大多数分析功能都是建立在图形元素的拓扑关系基础之上。因此，建立获取数据的拓扑关系是计算机制图系统向地理信息系统发展的主要环节。l
18、地图产品多元化计算机技术的飞速发展，促进和形成多种测绘数字产品的出现，地图将不拘形式，形成多元化格局。l第二节第二节 计算机地图制图的硬设备计算机地图制图的硬设备l计算机地图制图的硬设备有：计算机硬件设备、地图数字化输入设备、地图输出设备(图8-1)图8-1计算机地图制图的硬设备一、计算机硬件设备一、计算机硬件设备l计算机是数字制图的核心设备，一般由中央处理机（CPU）、内存储器、外存储器和输入、输出设备等五部分组成。中央处理机包括运算器和控制器。运算器是数据处理部件，其主要职能是实现算术运算、逻辑运算以及信息的传递；控制器是发布输入输出命令的构件，是计算机系统的指挥中心。内存储器是用于完成记
19、忆、存储程序和数据的设备。内存储器直接和运算器配合工作，中央处理机在执行程序时能随时访问这些数据和指令。因此，内存储器也称随机存储器。外存储器亦称辅助存储器，其特点是存储量很大。磁带、磁盘、光盘、活动硬盘是最常见的外存储器。l计算机本身所带的输入输出设备负责数据的传递和转化，是人机联系的必要工具。二、地图数字化输入设备二、地图数字化输入设备l地图数字化输入设备主要包括键盘、鼠标、磁盘（软盘、光盘、活动硬盘等）、数字化仪等。l键盘用于数字、文字的输入。鼠标用于人机交互操作及屏幕数字化时图形数据处理。磁盘、光盘和活动硬盘用于存贮输入已有的地图数据，或接收从其它设备或仪器接收的数据，如接收GPS测量
20、数据以及全站仪测量数据等。数字化仪是一种将地图图形转化成数据的工具，是最主要的数据输入设备，也称图数转换仪。数字化仪有跟踪数字化仪和扫描数字化仪。1.1.跟踪数字化仪跟踪数字化仪l跟踪数字化仪是以跟踪单要素线划的原理进行图数转换，能把地图图形全部转换为以矢量方式表示的数据。根据采集数据的方式，跟踪数字化仪按结构可分为机械式、超声波式和全电子式三种，其中全电子式数字化仪精度最高，应用最广。按自动化程度可分为手扶跟踪、半自动跟踪和全自动跟踪三种。l数字化仪由电磁感应板、坐标输入控制器和相应的电子电路组成（图8-2）。这种设备利用电磁感应原理，在电磁感应板的（x,y）方向上有许多平行的印刷线，每隔2
21、00m一条，游标中装有一个线圈。操作时使用者在电磁感应板上移动游标到图件的指定位置，将十字丝交点对准数字化点位，按动相应的按钮，线圈中就会产生交流信号，十字丝的中心就产生一个电磁场。当游标在电磁感应板上移动时，板下印刷线就会产生感应电流，而印刷板周围的多路开关等线路则可检测出最大信号位置，即十字丝中心所在位置，从而得到该点x,y坐标值。跟踪数字化是初期的图数转换设备，工作效率不如扫描仪高。2.2.扫描数字化仪扫描数字化仪l扫描数字化仪能将原图分解为许多很小的栅格像元，并能把每一像元的地图图形转换成数字，从而实现数字化。扫描数字化仪有平台式扫描仪和滚筒式扫描仪两类。平台式扫描仪主要由扫描头和平台
22、组成，被扫描的图纸通过真空吸附装置固定于台面上，由扫描头作逐行扫描。滚筒式扫描仪由旋转滚筒和光学扫描头两个主要部件构成，工作时，在上面安置图纸的滚筒作y方向的旋转，而装有扫描显微镜的扫描头在x方向沿导轨移动，分别通过圆光栅和长光栅控制栅格的大小。扫描头通过记录装置记录色彩或灰度。扫描数字化仪的工作原理是：光照射到待扫描资料上后，被反射到电荷藕合器CCD的光敏元件上，完成光电转换。不同的反射光亮强度，CCD器件都能将其转变为数字信息，达到数字化目的。l扫描数字化速度快、精度高，是地图生产中普遍使用的数字化方法。随着大幅面扫描仪成本的不断降低，扫描和矢量化技术的不断完善，跟踪数字化方式可能成为自动
23、扫描数字化的一种补充。目前，常见的大幅面扫描仪品牌有：lCONTEX、VIDAR、ANAtech等。衡量扫描仪性能最主要的技术指标包括扫描速度、光学分辨率、扫描宽度和扫描方式等。三、地图输出设备三、地图输出设备l实施制图数据到图形转化的设备称之为地图输出设备，主要有打印机、图形显示器和自动绘图仪等几种。l1.1.打印机打印机l打印机是最基本的在纸上输出文字和图形的设备，是栅格输出设备。早期的计算机地图制图常采用行式打印机作为最终的图形输出设备。行式打印机是根据计算机处理的数据，利用每台计算机必备的行式打印机上的符号，按程序编排好的位置打印或重叠打印一些数据、符号或它们的组合图形，以制作分级统计
24、图或类型图等。l现在，行式打印机制作地图的方法已被替代。机械式打印机适用于精度要求不高的地图输出；激光打印机的特点是分辨率高，噪声小；喷墨打印机有墨白和彩色两种，其中彩喷采用黄、品红、青、黑四色输出。 2.2.图形显示器图形显示器l计算机显示输出设备主要是图形显示器，其大多采用阴极射线管(CRT)作为显示器件。电真空器件CRT主要由电子枪、偏转系统和荧光屏组成。电子枪利用静电场来使电子流聚焦和加速，产生精确聚焦和高速度的电子束。当电子束打到荧光屏的荧光粉上时会发出辉光(光点)。电子束按某种轨迹扫描荧光屏，使光点构成荧光屏上图形的每一点而显示出图形。微型计算机上一般采用图形显示器并配置相应的图形
25、显示卡，图形显卡类型有CGA、EGA、VGA和SVGA等。图形显示的分辨率、色彩数等性能主要取决于显示器及图形显示卡的质量，分辨率目前有640480、1024768、14001050和16001200（可显示行数每行光点数）等几种，色彩主要有256色、真彩色(16M色)等。3.3.自动绘图仪自动绘图仪l自动绘图仪可以在纸或其他介质上绘制或刻绘地图图形，产生“硬拷贝”。l自动绘图仪按外形可分为滚筒式绘图仪和平台式绘图仪；按绘图方式可分为笔式、光学式、静电式、喷墨式等类型；按绘图仪接受的图形数据格式可分为矢量绘图仪和栅格绘图仪。l矢量绘图仪（笔式绘图仪）是接受矢量坐标形式数字信息，并以一定速度和精
26、度绘制线划图形的输出装置。矢量绘图仪的主要性能指标有：台面形状、驱动方式、传动机结构、绘图精度、速度、绘图方式等，但最主要的性能指标是步距和精度。步距是指绘图仪每接受一个脉冲，绘图笔在x或y方向上可移动的距离。步距越小，所绘图形在视觉上越显光滑。低精度矢量绘图仪的步距为0.05-0.3mm，精度为0.07-0.5mm，可用于一般地图或审校用地图。高精度矢量绘图仪的步距为0.0125-0.02mm，精度在0.03-0.06之间，可满足高精度地形图的绘图要求。矢量绘图仪有平台式、滚筒式绘图仪两种主要类型。l将计算机处理并存贮的栅格数据仍按照栅格方式变成图形并绘制在感光胶片、图纸等绘图介质上，则需用
27、栅格绘图仪。其主要类型有静电、扫描和喷墨绘图仪等，其中大幅面（A0）彩色喷墨绘图仪是目前广泛使用的一种绘图仪。这种绘图仪的结构与激光扫描绘图仪相似，但它不是用光束在感光胶片上曝光，而是同时用品红、黄、青、黑四种色液从四个喷嘴喷出雾液，并按不同比例混合后在图纸或胶片上喷绘出图形和色彩。第三节第三节 计算机地图制图的软设备和数据库计算机地图制图的软设备和数据库l1.1.图形处理功能软件图形处理功能软件l图形处理功能软件是在计算机系统软件和高级语言基础上形成的，其功能包括：图形处理的输入输出管理；文件和数据库管理、绘图程序的编辑与调试；图形数据和字符的处理等。l2.2.图形处理应用软件图形处理应用软
28、件l图形处理应用软件是在图形处理功能软件的基础上，根据不同领域的特殊需要而开发的软件，如各种地图制图程序（绘等值线程序、绘立体图程序、绘面状晕线程序、绘晕渲程序等）都属此类。它是利用一种高级语言及库函数程序，加上一些图形处理的功能模块扩展而成的。l3.3.绘图控制程序绘图控制程序l绘图控制程序是指控制绘图机基本工作的程序。在整个绘图系统中，绘图控制程序是自动绘图的组织者，它接受命令和数据的途径，一是来自操作员，二是来自中央处理机或外围设备。绘图控制程序的主要功能包括：接受操作员的指令，设置绘图参数；解释、处理各种指令；形成和发送绘图指令；人机对话、故障通知等。l计算机地图制图软件系统的组成如图
29、8-3所示。图8-3绘图软件系统l国 内 制 图 软 件 目 前 主 要 有 MAPCAD、 MAPGIS、GEOSTAR、SUPERMAP、SITYSTAR、北大方正技术研究所研制的方正智绘等。其都是基于Windows的彩色地图制图、排版系统，具有点、线、面编辑功能，可自动处理拓扑关系，达到了多窗口同步、所见基本即所得的效果，能进行幕数字化、地图投影转换、图像配准、符号编辑、颜色管理等操作。l 国外的制图软件大型的如美国Intergraph公司的MGE,美国环境系统研究所的ARC/INFO等，其注重空间分析及属性数据管理，制图系统只是其中的一部分。小平台如Mapinfo，AreView等桌面
30、地图系统，其功能虽不如大型系统完善，但它面向大众、操作简单，得到了广泛的应用。 二、地图数据结构l地地图图基基本本要要素素所所能能提提供供可可见见的的、有有形形的的“图图”的的信信息息，是是表表达达地地理理信信息息的的基基本本单单元元，称称之之为为实实体体。特特定定的的实实体体往往往往有有很很多多属属性性与与之之相相对对应应，通通过过对对实实体体相相对对应应的的，能能代代表表地地理理实实体体类类型型、等等级级、数数量量等等特特征征的的属属性性分分析析，又又能能得得出出自自然然、社社会会经经济济等等多多方方面面的的数数据据信信息息。地地图图实实体体和和属属性性经经转转换换后后输输入入计计算算机机
31、，成成为为计计算算机机可可识识别别的的图图形形和和文文本本数数据据，就就构构成成了了数数字字地地图图。根根据据地地图图数数据据所所反反映映的的信信息息以以及及地地图图实实体体和和属属性性的的概概念念，可可以以将将地图数据分为空间数据和非空间数据两种类型。地图数据分为空间数据和非空间数据两种类型。l1.1.空间数据及其结构空间数据及其结构l空间数据也叫图形数据，用来表示物体的位置、形态、大小、分布等各方面信息，是对现实世界中存在的具有定位意义的事物和现象的定量描述。根据空间数据的几何特点，地图数据可以分为点数据、线数据、面数据三种类型。l在地图制图系统中，空间数据必须按照一定的结构描述地物的空间
32、位置信息。典型的空间数据格式有矢量结构和栅格结构，它们都可用来描述地理实体的点、线、面三种基本类型.l用矢量结构表示空间数据时常用的表示方法是：在点数据上给出表示其位置的坐标值，如x、y平面坐标等；线段定义为两个端点范围内的点组；面定义为构成其边界线的线段组，然后加上表示这些点、线、面属性的特征码，如图8-5所示。l栅格数据表示方法是：将空间分割成有规则的格网，在各个格网上给出相应的属性。图8-6即为这种方式，它与数字影像的表示方式相类似，只是将数字影像的灰度值换成目标的属性值。对于地图而言，点状符号以其中心处的像元表示；线状地物则以中心轴线的像元连续链构成；而面状符号则为其所覆盖的像元集合。
33、按一定像元对地图扫描后，即得到可以用0、1表示的二值地图栅格数据，然后再加上它们的特征码和属性。l空间数据的一个重要特点是它包含有拓扑关系，即网结构元素（境界线网、水系网、交通网等）中结点、弧段和面域之间的邻接、关联、包含等关系。拓扑关系数据从本质上或从总体上反映了地理实体之间的结构关系，而不重视距离和大小，其空间逻辑意义比几何意义更大。因此，在地图空间数据处理、地图综合应用以及地图制图等方面发挥着重要作用。l2.2.非空间数据及其结构非空间数据及其结构l非空间数据主要包括专题属性数据和质量描述数据、时间因素等有关属性的语义信息。由于这部分数据中，专题属性数据占有相当的比例，所以在很多情况下，
34、非空间数据直接被称为地图属性数据。l非空间数据是对空间信息的语义描述，反映了空间实体的本质特性，是空间实体相互区别的重要标识。典型的非空间数据如空间实体的名称、类型和数量特征（长度、面积、体积等），社会经济数据，影像成像设备、像幅、分辨率、灰度级等。时间因素也就是GIS中的时间序列。l传统的地图制作由于地图制图周期长，再加上显示动态变化困难，所以时间因素往往被忽视。由于计算机技术的发展，地图实时动态显示的实现，使得时间因素在地图显示过程中的表示成为可能，且十分必要。l非空间数据的组织方式受通用数据库技术的影响较大，因为在空间数据与非空间数据连接之前，非空间数据可以看作是通用数据库的应用，因此现
35、代通用数据库技术在属性数据的组织时，几乎全部能够实现。l地图数据库中非空间数据的表示有如下几种模式：l（1）简单表格结构 简单表格结构把数据看成由行（记录）和列（字段）构成的一批表格的汇集。它允许把属性代码与地理要素连接起来。其主要缺点在于不能维护数据的完整性，因为每个表格是独立的，两个不同表格用到相同的数据时就得重复，从而会出现不一致的情况。此外，它也不能提供良好的存储效率和必要的灵活性。但是这种数据结构易于编程并且易于系统的转换。l（2）层次结构 层次结构在专题数据处理中应用较少。这种是面向极为稳定不变的数据集的，即数据间的联系很少变化或根本不变，数据间的各种联系被固定在数据库逻辑观点之内
36、。此外，对双亲数目的限制也不能满足实际地理数据处理的要求。最后，查询语言是过程化的。要求用户知道DBMS实际使用的存贮模式。l（3）网络结构 这种结构在专题数据的处理中的应用并不比层次结构多，在灵活性方面它与层次结构具有相同的限制。但是，它在表示地理数据联系中更为有力的结构，使得它能对地理数据进行更好的构模。网络数据库的查询语言仍是过程化的。l（4）关系结构 在关系数据结构中，数据也是用表格的形式组织的，但与简单表格中的结构有本质的区别。这里的表格具有更严密的定义，如数据类型一致，数据不可再分割，两行数据不能相同等。关系数据结构具有简单、灵活、存储效率高等特点，因此在地图非空间数据的组织中得到
37、了广泛应用。三、地图数据库三、地图数据库l1.1.地图数据库的概念地图数据库的概念l地图制图是一种信息传输过程，也是地理数据的处理过程。这个过程必须以数据库为中心，以便更有效地实现地图信息采集、存储、检索、分析处理与图形输出等的系统化。地图数据库是计算机制图系统的核心，也是地理信息系统的重要组成部分。l地图数据库可以从两个方面来理解：一是把它看作软件系统，即“地图数据库管理系统”的同义语；一是把它看作地图信息的载体-数字地图。对于后者可以理解为以数字的形式把一幅地图的诸多内容要素以及它们之间的相互联系有机地组织起来，并存储在具有直接存取性能的介质上的一批相互关联的数据文件。l从应用方面来看，地
38、图数据库主要有两种类型，即地理信息系统中的地图数据库和计算机制图系统中的地图数据库。两者之间的主要区别在于前者主要为信息检索服务，并对专题数据进行覆盖分析和其它统计分析评价等，而后者主要为自动化制图以及其他方面的地图数据处理服务。l2.2.地图数据库的组织地图数据库的组织l在数据库系统中，图形数据与专题属性数据一般采用分离组织存贮的方法存贮，以增强整个系统数据处理的灵活性，尽可能减少不必要的机时与空间上的开销。然而，地理数据处理又要求对区域数据进行综合性处理，其中包括图形数据与专题属性数据的综合性处理。因此，图形数据与专题属性数据的连接也是很重要的。 l图形数据与专题属性数据的连接基本上有4种
39、方式：l（1）专题属性数据作为图形数据的悬挂体。属性数据是作为图形数据记录的部分进行存储的。这种方案只有当属性数据量不大的个别情况下才是有用的。大量的属性数据加载于图形记录上会导致系统响应时间的普遍延长。当然，主要的缺点在于属性数据的存取必须经由图形记录才能进行。l（2）用单向指针指向属性数据。与上一方案相反，这种方法的优点在于属性数据多少不受限制，且对图形数据没有什么坏影响。缺点是，仅有从图形到属性的单向指针，互相参照非常麻烦，且易出错。l（3）属性数据与图形数据具有相同的结构。这种方案具有双向指针参照，且由个系统来控制，使灵活性和应用范围均大为提高。这一方案能满足许多部门对建立信息系统的要
40、求。l（4）图形数据与属性数据自成体系。这个方案为图形数据和属性数据彼此独立地实现系统优化提供了充分的可能性，能更进一步适合于不同部门对数据处理的要求。但这里假设属性数据有其专用的数据库系统，且它能够建立属性到图形的反向参照。3.3.地图数据库的管理与设计地图数据库的管理与设计l（1）地图数据库管理系统l就功能而言，与通用数据库管理系统（DBMS）一样，其在数据库中对地图数据的输入、存贮、维护、操作等进行管理。但是地图数据库作为一种用于专门领域的数据库技术，其管理系统仍具有一定的特殊性。目前地图数据库的管理方案有以下几种：l对不同的应用目的，建立不同的管理系统；对通用DBMS进行功能附加，就可
41、达到管理空间数据的功能；建立空间数据库管理子系统及属性数据管理子系统，共同受控于总的DBMS；建立真正的DBMS，直接对空间数据库和属性数据库进行管理。l（2）地图数据库系统中的坐标体系l地图数据库中涉及多种数据源，这些数据往往具有不同的坐标体系。由于地图数据库在数据处理过程中又涉及多种技术，如数据输入及转化、数据存贮、数据显示等技术，为了解决多方面的问题，在地图数据的处理过程中采用了不同的坐标体系：l用户坐标体系 用户坐标体系就是平时使用地图时的各种坐标，如地形图上的高斯克吕格投影坐标，小比例尺地图中所采用的各种特定坐标，以及某些区域范围使用的没有经纬网控制的地方坐标等。在用户坐标体系中使用
42、较多的是直角坐标系，即笛卡尔坐标系，坐标系参数由用户自行设定，与设备无关。l设备物理坐标体系 设备物理坐标系就是地图数据在输入、输出（显示）时，根据所使用的设备而采取的坐标体系。虽然设备坐标系采用的也是直角坐标系，但各种设备都有其独特的坐标参数或规定：数字化仪和绘图仪的坐标原点均在其板面的左下角，而图形显示器的坐标原点大都在左上角。在数字化仪上对地图进行数字化时，由于数字化仪采集点给出的是设备物理坐标，而不是地图所依据的地球投影坐标，所以在一般情况下都要进行从设备物理坐标到用户坐标的转换，使得一幅图或多幅相关联的地图始终在同一种参考坐标系中；当地图数据库中的数据在显示器上显示或在绘图仪上输出时
43、，设备所需求的是设备坐标。l数据库标准坐标体系 数据库标准坐标体系实际上是由用户定义的一种坐标体系。地图数据的特点就是具有大量的图形坐标点，在计算机内存贮时要占用极大的存贮空间。虽然现在的硬盘存贮空间越来越大，但为了充分、合理地利用空间，又不损失地图数据真实度，应采用两个字节的整型数来表示地图的图形坐标。所以在地图数据库中，把两字节整型数的值域确定为标准坐标。l在地图数据入库时，用户坐标借助于一定的设备坐标，并转化成数据库标准坐标体系存贮在计算机存贮空间中。这样，采用一种标准的坐标体系，不仅可以节约存贮空间，更重要的是优化了地图数据库中数据的定位功能，方便了数据库中数据的检索。在整个地图数据库
44、的建库、维护和使用过程中，三种坐在整个地图数据库的建库、维护和使用过程中，三种坐标体系的关系可以相互转换如图标体系的关系可以相互转换如图8-78-7所示。所示。l（3）地图数据库的功能设计l空间数据和非空间数据的互相检索 地图数据库建成后，并不是简单地将空间数据和非空间数据自成体系地存放起来，而是要在数据使用时，做到空间数据和非空间数据能互相定位，也就是说，当选择了空间数据库中的一条记录时，能够在非空间数据库中迅速找到相对应的非空间数据。选择了非空间数据中的一条记录时，也能迅速在空间数据库中找到所表示的空间数据，并同时以某种形式予以显示。l空间数据的自动概括 地图数据库的出现是地图数字化的一次
45、革命，其深层的意义不仅体现在以数字的形式表示地图信息，更重要的是通过数学逻辑的方法，对地图内容进行自动化处理，从而在一定的程度上使地图概括增强了客观性和科学性，同时也使制图人员从繁琐枯燥的手工编制中解脱出来。这不仅有对空间数据“形”的概括，更重要的是结合非空间数据库中的属性特征，结合专家知识系统，从而力图达到模拟或接近人脑思维的地图概括水平。l专题地图的自动生成 地图生产的趋势就是利用电子技术生成专用的地图数据库，每次更新和修改地图数据时只需要修改地图数据库中的数据，利用地图数据库的功能，生成和输出新的专题地图。所以专题地图的自动生成就成了地图数据库的一个重要功能。地图数据库中存放的专题地图数
46、据，有经常变更和相对稳定两类：相对稳定的就可以直接以图形的形式存贮起来，在每次有生产任务时稍加改动；经常变更的主要是指社会经济指标等数据。 l专题制图时可以在空间数据库系统中，先读取非空间数据，而后在空间数据系统中，生成代表非空间数据库中具有数量或质量意义的空间数据，并以适当的形式表现出来。如地图中道路的自动生成，在空间数据库中为节约存贮空间，可以只存贮道路中心线的空间数据，但是在生成地图时，必须表示出道路的等级，所以建立的地图数据库就需要能在空间数据库系统中，先读取非空间数据库中有关道路等级的数据，然后在地图空间数据库系统中，直接生成以道路宽度来代表道路等级的地图空间数据。l第四节第四节 计
47、算机地图制图中的编辑和制作计算机地图制图中的编辑和制作l一、数学基础选择一、数学基础选择l地图投影是一种数学模型，它把地球表面的特征换算成一个二维表面的位置，即以平面地图的形式表现地球对象。坐标系则用于创建地理对象的数字表达，它把地理对象中的每一个点表示为一对数字。这些数字称为该点的坐标。在地图制图中，投影和坐标系密切相关，坐标系通常是通过为投影参数提供特定的数值来创建的。一个坐标系由一组参数来定义，它说明如何判读对象的定位坐标。l1.1.地图投影选择地图投影选择l在桌面数字制图环境下，用户同样需要根据地图的用途、制图区域的地理特征和形状等多种因素，为新编地图选择合适的地图投影。所不同的是，用
48、户初选的地图投影并不一定就是最终成果图的地图投影，通常只需令初选投影和资料图（包括地图资料和影像资料）的投影相一致。因为，不管在哪一种投影下进行地图编辑，最终利用制图软件都可方便地实现投影的转换，这是数字制图的优越性。2.2.坐标系选择坐标系选择 l坐标系可以明确制图对象的空间定位坐标，它包括一组参数，如坐标系名称、投影类型、基准面等，投影只是其中的一个参数，是坐标系的一部分。现有的许多桌面GIS软件大多提供多种不同坐标体系(基准面)供用户选择，少数软件还允许用户建立自己的坐标系。以MapInfo为例，它以两级目录菜单的形式提供了300多个预定义坐标系，当用户要使用其他坐标系或创建新 的 坐
49、标 系 时 ， 可 以 通 过 修 改 投 影 参 数 文 件Mapinfow.prj来实现。这个数据文件以分行记录每一个预定义坐标系的参数表，如坐标系名称、投影代码、椭球体、坐标单位、原点经度、原点纬度、标准纬线、方位角、比例系数等。lMapInfo系统还定义了50个基准面代码，如果用户需要采用其他的基准面，且知道该基准面的数学参数，则可以使用代码在该投影参数文件中定义这个基准面。二、地图数字化l地图数字化是地理空间数据输入的重要途径，图形经过数字化处理后，传统的纸质地图可转换成数字地图产品。l地图数字化的方法分为两种类型：手扶跟踪数字化和光学扫描仪的栅格扫描。对于地图制图来说,使用手工和自
50、动方法进行地图数字化，是一切数据处理和分析的开始。早期，地图数据的输入以手扶跟踪方法为主，特别是对矢量数据，如河流、道路网等。现在，数据的扫描技术日新月异，速度和精度有了明显的提高，日益广泛地被采用。l1.1.手扶跟踪数字化手扶跟踪数字化l手扶跟踪数字化仪工作量非常繁重，但它仍然被一些行业部门或图种数字化时采用。手扶数字化的精度受三种情况的影响：控制点的数量；地图纸张的伸缩程度和操作者的技术。l手扶跟踪数字化操作的第一步是在数字化地图区域之外的三个角上，分别选取三个参照点，这些点确定了数字化文件相对于数字化板的位置。如果数字化图件从数字化板上取下，后又贴在板的不同于原来的位置上，当对该文件进行
51、新的数字化或者编辑操作时，只需将上述选取的三个参照点重新数字化。虽然，在不同的数字化阶段，数字化文件相对于数字化板的位置可能发生几次变化，但是，由数字化软件在不同数字化阶段生成的结果平面坐标数据将保持一致性。l第二步是确定几个控制点并将其数字化，这些控制点的位置用来确定从平面坐标到输入地图的投影坐标的转换参数。如果知道了地图的投影参数和投影类型，这些控制点的位置就可以用地理坐标的形式确定下来，由此可以进一步计算出控制点的东移和北移。控制点的选择对于空间实体地理位置的确定，即空间坐标数据的地理编码具有至关重要的意义。地理编码数据是不同来源的地图之间以及地图数据和其他类型数据相互之间进行比较的基础
52、。l第三步是确定数字化模式。通常，数字化仪采用两种数字化模式：点模式（PointMode）和流模式（StreamMode）。在点模式下，地图上点的坐标通过将光标定位于点位上，并按下相应的按钮予以记录。输入孤立的点状地物要素时必须使用点模式，而线和多边形地物的录入也可以使用点模式，但在输入时操作员必须有选择地输入能够反映曲线特征的采样点。在流模式下，线和多边形曲线的坐标是以时间或距离的规定间隔自动采集而得到的。流方式录入能够加快数字化的速度，但其采集的点的数量往往要多于点模式，造成数据量过大。因此，在流模式下，大多数系统采用两种采样原则，即距离流方式（DistanceStream）和时间流方式（
53、TimeStream）。 l时间流方式的特点是当数字化曲线比较平滑时，可以加快鼠标移动的速度，使采样点的数目相对减少；而当曲线比较弯曲时，鼠标移动较慢，采样点的数目就多。距离流方式的特点是容易遗漏曲线拐点，从而使曲线失真。因此，在数字化过程中，需要根据不同的对象选择不同的数字化方式。l2.2.扫描数字化扫描数字化l扫描数字化采用高精度扫描仪，将图形、图像扫描后形成栅格数据文件，再利用矢量化软件对栅格数据进行处理，将它转化成为矢量图形数据。矢量化过程有两种方式：交互式和全自动。影响扫描数字化数据质量的因素包括原图质量（如清晰度）、扫描精度、扫描分辨率、配准精度、校正精度等。l扫描获得的栅格图像数
54、据主要有三种用途：一是对图像作增强和分类处理后进入栅格型的空间数据库。也可不作处理，仅用于显示，并在显示时叠加矢量图形，如很多GIS用户常把扫描后的航空像片作为矢量地图的背景图来显示；二是显示在屏幕上作进一步的手工矢量化。手工矢量化又分为完全的手工跟踪和借助软件的半自动化跟踪两种。完全手工跟踪方法把扫描获得的图像作为底图显示出来，操作员用鼠标器在屏幕上操作，这和手扶数字仪输入很相似。半自动的矢量化方法是由操作员用鼠标器点一下屏幕上需要矢量化的线条，软件则沿着栅格线条找到线的一个端点或在其它线条的相交处停下来，提示操作员，由操作员控制需要进一步矢量化的方向或下一点，计算机则自动记录下有关的关键点
55、并连接成线。 l这种方法比完全手工跟踪的效率高，也容易保证精度，但只能处理线划地图，不能处理遥感图像。上述两种方法对点状信息、注记、符号的输入和手扶数字化仪的操作一样；三是由软件自动将栅格图像数据转化成矢量地图。l在上述三种矢量化方法中，屏幕矢量化是目前广泛使用的方法。对屏幕矢量化来说，图像的配准是矢量化的前提和基础，对矢量化的质量影响很大。许多地图制图软件或GIS软件都具备图像配准功能。三、图形编辑处理三、图形编辑处理l在任何环境下，无论以何种数字化方式输入数据，都会出现误差或错误，最常见的数字化错误有5种（图8-8），这些错误需要通过编辑来修正。碎多边形（Sliverpolygon）的产生
56、，形成于两个相邻多边形的边界绘制以及两个多边形的叠加；线的端点不达结点（Undershoot），即对于两个独立的多边形来说，在线的端点和结点之间存在着间隙，需要进行连接编辑；不正确多边形(ErroneousPolygon)常在结点附近形成，由于很小，所以难以查找和识别；线的端点超过了结点（Overshoot），在端点附近生长出多余的小弧段；边缘匹配问题（Edgematchingproblem）指分幅扫描图像在合成拼接时出现的边缘不匹配的情况。这些错误都可以通过矢量编辑来纠正，特别是通过剪辑程序来克服，剪辑程这些错误都可以通过矢量编辑来纠正，特别是通过剪辑程序来克服，剪辑程序可使多边形自动封闭，
57、并保证每个弧段的两个端点都是结点。序可使多边形自动封闭，并保证每个弧段的两个端点都是结点。l手工编辑地图大多数是在计算机图形显示器上以人机交互的方式进行。从编辑方式上来讲，既有矢量编辑方式，也有栅格编辑方式。手工编辑的主要功能是添加、删除、移动、复制、旋转某些图形图像要素。在矢量方式下，地图数字化和地图编辑往往是结合在一起的。l“图层”，是地图数字化和地图图形编辑过程中一个非常重要的概念。不同的图形要素有不同的图形结构，所以在数字化或图形编辑时，常把它们分门别类地存放在不同的图层里，这就是所谓的分层数字化和分层编辑。现有的桌面制图软件和专业GIS软件都是按照“图层”的概念对数据进行组织和管理的
58、(图8-9)，如ArcView的“Theme”、MGE的“Level”、Erdas的“Layer”等。l在现代地图制图和GIS中，这种分层数据组织与管理的重要意义主要表现在以下几个方面：（1）可以实现地图要素的分层显示；（2）为地图信息系统（电子地图）或GIS中实现空间数据库的多重显示创造条件；（3）有利于不同空间地理要素的叠加分析；（4）可实现不同数字产品之间的数据共享，从而减少数字化的作业量，还可以保证地图的质量。四、地图输出四、地图输出l地图的信息是十分丰富的，在实践中，最终的数字地图产品不仅包括各种分层的图形要素，还可能包括与图形相关的各类统计图表、图片以及图例等，所以需要将不同的图形
59、窗口、统计图窗口和图例窗口在一个页面上妥善地放置和安排，并在页面上增加标题或注记之类的文字，将所有的显示联系在一起，这就是图面配置(Layout)问题。现有的许多桌面制图软件都提供了对多窗口、多种图表进行图面配置的功能。l以ArcView软件为例，它提供了5种Layout模式，用户可以根据自己的需要，选择合适的模式。在所选模式上，利用系统提供的丰富的编辑工具，用户对图面组成要素可做进一步的调整和编辑，直到满意为止。然后，即可选择地图输出。地图输出功能设计一般包括输出设备类型选择（打印机、绘图机等）、输出纸张、输出幅面、比例尺、黑白或彩色等参数的确定。第五节第五节 遥感制图遥感制图l地图学的第一
60、难关是解决地图信息源的问题。信息的丰富与否是至关重要的前提。从1957年前苏联发射第一颗人造地球卫星以来，遥感技术得到了飞速发展，遥感信息的获取正向全波段、全天候、全球覆盖和高分辨率的方向迅猛发展，信息网络的组建和光缆、微波传输技术的进步，突破了时间和空间的局限，形成了数据极其巨大的信息流。这种铺天盖地而来的地表遥感信息，不仅成为地图制图乃至“数字地球”的重要信息源，而且使制图资料的现势性、制图工艺等都发生了深刻变化。 l（1）卫星遥感可以覆盖全球的每一个角落，任何地区都不再有制图资料的空白区；（2）卫星遥感的周期性重复探测，使每一个地区都可以获得不同时相的制图信息，为动态地图的制作和利用地图
61、进行动态分析提供了信息保障；（3）卫星遥感资料可以及时提供广大地区的同一时相、同一波段、同一比例尺、同一精度的制图信息，这就为缩短成图周期，降低制图成本提供了可能；（4）数字卫星遥感信息，可以直接进入计算机进行自动处理，省去了图像扫描数字化的输入过程；（5）改变了传统的从大比例尺逐级缩编小比例尺地图的逻辑程序。l根据获得的卫星图像，可以直接编绘小比例尺地理图或专题地图，必要时还可再编绘更大比例尺的地图，这样就更适应人们认识区域地理环境的逻辑顺序。l当前，遥感信息主要用于编制各种专题地图、制作影像地图、修编或更新地形图。此外，利用遥感信息，编制各种区域性专题数据库或信息系统，已经成为一个新的发展
62、方向。一、遥感原理与图像获取一、遥感原理与图像获取l20世纪60年代，在航空摄影测量、航空地质探矿和航空像片判读应用发展的基础上，国际上正式提出了“RemoteSensing”（遥感）的概念，并很快被普遍接受和认同。所谓遥感，广义概念是指从远处探测、感知物体或事物的技术，即不直接接触物体本身，从远处通过各种传感器探测和接收来自目标物体的信息，经过信息的传输及其处理分析，识别物体的属性及其空间分布、动态变化等特征的技术。l遥感是一个综合性的技术系统，由遥感平台、传感器、信息接收与处理、应用等部分组成。遥感平台主要有飞机、人造卫星、载人飞船。l传感器有多种波段的摄像机、多光谱扫描仪、微波辐射计、侧
63、视雷达、专题成像仪等，并且在不断向多光谱段、多极化、高分辨率和微型化方向发展。各种传感器把记录下来的数字或图像信息，通过校正、变换、分解、组合等光学图像处理或数字图像处理后，以胶片、图像或数字磁带等方式提供给用户。由于地球表面上所有物体都有本身的电磁波谱特性，即有规律地吸收、反射、辐射电磁波的特性，因此，反映在遥感图像上就有不同的影像特征。用户在实地调查或事先测定并掌握各种物体的波谱特征的基础上，通过综合分析与判用户在实地调查或事先测定并掌握各种物体的波谱特征的基础上，通过综合分析与判断，或在地理信息系统和专家系统的支持下，提取专题信息，编制专题地图或统计图断，或在地理信息系统和专家系统的支持
64、下，提取专题信息，编制专题地图或统计图表，这就是遥感的基本原理（图表，这就是遥感的基本原理（图8-10）。）。 卫星（传感器）信息接收、处理用户制图图实况调查分析判断地球表面图8-10遥感探测的基本原理电磁波辐射l目前，世界各国已经发射的遥感卫星的数量和种类不断增多，卫星传感器的工作波段也几乎扩展到了电磁波的各个部分，一个多层、立体、多角度、全方位和全天候的对地观测网正在形成。与此同时，高分辨率小型商业卫星发展迅速，这种卫星的地面分辨率可达5m，甚至1m，在大比例尺地图制图、GIS制图和DEM（数字高程模型）立体制图等方面，均具有良好的应用效果。二、遥感专题地图的制作l这里所说的遥感专题地图的
65、制作，是指在计算机制图环境下，利用遥感资料编制各类专题地图，这是遥感信息在测绘制图和地理研究中的主要应用之一。图8-11概括了遥感专题地图的制作过程，这里就其中一些关键的技术环节作重点阐释。1.信息源的选择 图像的地面分辨率、波谱分辨率和时间分辨率是遥感信息的基本属性，在遥感应用中，它们通常是评价和选择遥感图像的主要指标。l（1）空间分辨率与制图比例尺的选择l空间分辨率即地面分辨率，是指遥感仪器所能分辨的最小目标的实地尺寸，即遥感图像上一个像元所对应的地面范围的大小。例如LandsatTM影像的一个像元对应的地面范围是30m30m，那么其空间分辨率就是30m。l由于遥感制图是利用遥感图像来提取
66、专题制图信息，因此在选择图像的空间分辨率时要考虑以下两个因素：一是解译目标的最小尺寸；二是地图的成图比例尺。空间不同规模的制图对象的识别，在遥感图像的空间分辨率方面都有相应的要求。l遥感图像的空间分辨率与地图比例尺有密切的关系。在遥感制图中，不同平台的遥感器所获取的图像信息，其可满足成图精度的比例尺范围是不同的（表8-1）。因此，进行遥感专题制图和普通地图的修测更新时，对不同平台的图像信息源，应该结合研究宗旨、用途、精度和成图比例尺等要求，予以分析选用，以达到实用、经济的效果。ll（2）波谱分辨率与波段的选择l波谱分辨率是由传感器所使用的波段数目（通道数）、波长、波段的宽度来决定的。l通常，各
67、种传感器的波谱分辨率的设计都是有针对性的，这是因为地表物体在不同光谱段上有不同的吸收、反射特性。同一类型的地物在不同波段的图像上，不仅影像灰度有较大差别，而且影像的形状也有差异。多光谱成像技术就是根据这个原理，使不同地物的反射光谱特性能够明显地表现在不同波段的图像上。因此，在专题处理与制图研究中，波段的选择对地物的针对性识别非常重要。l在考虑遥感信息的具体应用时，必须根据遥感信息应用的目的和要求，选择地物波谱特征差异较大的波段图像，即能突出某些地物（或现象）的波段图像。实际工作中有两种方法：一是根据室内外所测定的地物波谱特征曲线，直观地进行分析比较，根据差异的程度，找出与之相对应的传感器的工作
68、波段。二是利用数理统计的方法，选择不同波段影像密度方差较大且相关程度较小的波段图像。l除了对单波段遥感图像的分析选择外，大多数情况下是将符合要求的若干波段作优化组合，进行影像的合成分析与制图。如利用MSS影像编制土地利用图时，通常采用MSS4、5、7波段的合成影像；若进一步区分林、灌、草，可选MSS5、6、7波段的组合影像。l（3）时间分辨率与时相的选择l把传感器对同一目标进行重复探测时，相邻两次探测的时间间隔称为遥感图像的时间分辨率。如Landsat1、2、3的图像最高时间分辨率为18天，Landsat4、5、7为16天，SPOT-4为26天，而静止气象卫星的时间分辨率仅为半小时。l遥感图像
69、的时间分辨率差异很大，用遥感制图的方式反映制图对象的动态变化时，不仅要搞清楚研究对象本身的变化周期，同时还要了解有没有与之相对应的遥感信息源。如要研究森林病虫害的受灾范围、森林火灾蔓延范围或洪水淹没范围等现象的动态变化，必须选择与之相适应的短期或超短期时间分辨率的遥感信息源，显然只有气象卫星的图像信息才能满足这种要求；研究植被的季相节律、农作物的长势，目前以选择landsat-TM或SPOT遥感信息为宜。 l遥感图像是某一瞬间地面实况的记录，而地理现象是变化、发展的。因此，在一系列按时间序列成像的多时相遥感图像中，必然存在着最能揭示地理现象本质的“最佳时相”图像。“最佳时相”的涵义包括两个方面
70、：第一，为了使目标不仅能被“检出”且能被“识别”，应要求信息有足够大的强度，还应是地理现象呈节律性变化中最具有本质特性的信息；第二，探测目标与环境的信息差异最大、最明显。事实上，由于受地物或现象本身的光谱特性等多种因素的综合影响，研究目标及对象的“最佳时相”的概念是不一样的。l如编制地质地貌专题地图，选择秋末冬初或冬末春初的图像最为理想，因为这个时段的地面覆盖少，有利于地质地貌内在规律和分布特征的显示；进行“三北”防护林的遥感调查与制图，选择树木已经枝繁叶茂，但农作物及草本植被尚未覆盖地面的五月末的时相最为理想；解译海滨地区的芦苇地及其面积用五六月间的图像；编制黄淮海地区盐碱土分布图用三四月间
71、的图像比较适宜。总之，遥感图像时相的选择，既要考虑地物本身的属性特点，也要考虑同一种地物的空间差异。2.2.图像处理图像处理根据遥感制图的任务要求，确定了遥感信息源之后，还必须对所获根据遥感制图的任务要求，确定了遥感信息源之后，还必须对所获得的原始遥感数据进行加工处理，才能进一步利用。得的原始遥感数据进行加工处理，才能进一步利用。l（1）图像预处理l人造卫星在运行过程中，由于侧滚、仰俯的飞行姿态和飞行轨道、飞行高度的变化以及传感器光学系统本身的误差等因素的影响，常常会引起卫星遥感图像的几何畸变。因此，在专题地图制图之前，必须对遥感图像进行预处理。预处理包括粗处理和精处理两种类型。粗处理是为了消
72、除传感器本身及外部因素的综合影响所引起的各种系统误差而进行的处理。它是将地面站接收的原始图像数据，根据事先存入计算机的相应条件而进行纠正，并通过专用的坐标计算程序加绘了图像的地理坐标，制成表现为正射投影性质的粗制产品图像软片和高密度磁带。 l精处理的目的在于进一步提高卫星遥感图像的几何精度。其作法是利用地面控制点精确校正经过粗处理后的图像面积和几何位置误差，将图像拟合或转换成一种正规的符合某种地图投影要求的精密软片和高密度磁带。目前，在精处理过程中，也常常在图像上加绘控制点、行政区划界限等对后续解译工作起控制作用的要素。（2）图像增强处理）图像增强处理l为了扩大地物波谱的亮度差别，使地物轮廓分
73、明、易于区分和识别，以充分挖掘遥感图像中所蕴含的信息，必须进行图像的增强处理。图像增强处理的方法主要有光学增强处理和数字图像增强处理两种。图像光学增强处理的目的在于人为加大图像的密度差。常用的方法有假彩色合成、等密度分割和图像相关掩膜等。数字图像增强处理是借助计算机来加大图像的密度差。主要方法有彩色增强、反差增强、滤波增强和比值增强等。数字图像增强处理具有快速准确、操作灵活、功能齐全等特点，是目前广泛使用的一种处理方法。3.3.图像解译图像解译从数据类型来看，数字遥感图像是标准的栅格数据结构，因此，遥从数据类型来看，数字遥感图像是标准的栅格数据结构，因此，遥感图像的解译实际上就是把栅格形式的遥
74、感数据转化成矢量数据的感图像的解译实际上就是把栅格形式的遥感数据转化成矢量数据的过程。图像解译的主要方法有目视解译和计算机解译两种。过程。图像解译的主要方法有目视解译和计算机解译两种。l（1）目视解译l目视解译是用肉眼或借助简单的设备，通过观察和分析图像的影像特征和差异，识别并提取空间地理信息的一种解译方法。目前，遥感制图已经全面实现了数字化操作，目视解译也从过去手工蒙片解译发展为数字环境下的人机交互式图像解译。所谓人机交互式图像解译，是一种以计算机制图系统为基础，以数字遥感图像为信息源，以目视解译为主要方法并充分利用专业图像处理软件实现对图像的各种操作（如缩放、旋转、平移、反差增强等）。l解
75、译准备解译之前，必须做好两方面的工作：一是利用制图软件或GIS软件，生成与所选遥感图像一致的地图投影文件，这个矢量地图投影文件实际上就是新编专题地图的地理底图的重要内容。然后，以此为控制基础，实现图像与基础底图的准确配准。二是收集与图像解译内容有关的地图资料和文字资料，熟悉解译地区的基本情况，并制定解译工作计划。l建立解译标志首先在室内通过对卫星图像的分析研究，确定野外考察的典型路线和典型地段，然后通过卫星图像的野外实地对照、验证，从而建立各种地物目标在图像上的解译标志。卫星图像的解译标志包括图像的色调、形态、组合特征等。l解译首先对具体解译区域进行宏观分析，建立总体概念，然后再根据解译标志，
76、进行专题内容的识别。解译的方法有直接解译法、对比分析法和逻辑推理法。直接解译法是通过色调、形态、组合特征等直接解译标志，判定和识别地物。对比分析法采用不同波段、不同时期的遥感图像地物光谱测试数据以及其他地面调查资料，进行对比分析，将原来不易分开的地物区分开来。逻辑推理法指解译人员运用专业知识和实践经验，并根据地学规律进行相关分析和逻辑推理，解译那些因卫星图像比例尺小，地面分辨率低，前两种方法又无法解译的图像信息。l野外验证在解译工作结束之后，为保证解译结果的准确性，必须通过野外抽样调查，对解译中的疑点作进一步的核实，并对解译成果进行修改和完善。l（2）计算机解译l计算机解译是利用专业图像处理软
77、件，实现对图像的自动识别和分类，从而提取专题信息的方法,它包括计算机自动识别和计算机自动分类。l计算机自动识别（模式识别），是将经过精处理的遥感图像数据根据计算机所研究的图像特征进行的处理。具体处理方法有：统计概率法、语言结构法和模糊数学法。统计概率法是根据地物的光谱特征进行自动识别；语言结构法是根据地物的图形进行识别；模糊数学法则是根据地物最明显的本质特征（光谱的或图像的本质特征）进行识别，。l计算机自动分类分为监督分类和非监督分类两种方法。监督分类是根据已知试验样本提出的特征参数建立解译函数，对各待分类点进行分类的方法；非监督分类是事先并不知道待分类点的特征，仅仅根据各待分点特征参数的统计
78、特征，建立决策规则并进行分类的一种方法。 l目前，主要通过ERDAS、ERMapper、PCI等图象处理软件进行遥感图象解译。解译得到的栅格数据，可以转换成矢量数据，以备进一步的处理使用。l计算机解译能克服肉眼分辨率的局限性，提高解译速度，而且随着技术的日趋成熟，它还能从根本上提高解译的精度。目前，各种类型的图像处理软件都不同程度地提供了计算机自动识别与分类的强大功能，一些部门和单位利用遥感图像处理软件试验或编制专题地图，建立专题数据库。然而，由于受遥感成像机理复杂性等多种因素的综合影响，计算机自动识别和分类方法在生产实践中，还不可能替代目视解译方法，目视解译仍然是图像解译的主流方法。4.4.
79、基础底图的编制基础底图的编制l图像解译只是完成了从影像图到专题要素线划图的转化过程。为了说明专题要素的空间分布规律，还必须编制相应的基础底图。l传统的遥感制图中，编制基础底图时，首先选择制图范围内相应比例尺的地形图并进行展点、镶嵌、照像，制成线划地形基础底图膜片，然后将地形基础底图膜片蒙在影像图上，根据影像基础底图上解译的地理基础，更新地形基础底图上的地理要素（主要是水系要素），并对地形图上原有的地理要素进行适当的取舍，最后制成供转绘专题要素用的基础底图。这种线划基础底图的内容主要有水系、道路、境界线等，其比例尺与遥感图像一致。与此同时，可进一步编制出成图用的地理基础出版底图。l l数字制图环
80、境下，基础底图的编制与传统方法有所不同。一种方法是直接使用已经编好的数字底图资料。如果底图的数学基础、内容要素等与成图要求不同，用户可以通过投影转换或地图编辑功能进行统一协调。另一种方法是把相应的普通地图或专题地图进行扫描，然后与用户建立的数学基础进行配准，或经过几何纠正后，再根据基础底图的要求，分要素进行屏幕矢量化编辑，获得基础底图数据文件。l5.5.专题解译图与地理底图的复合专题解译图与地理底图的复合l在计算机制图环境下，通过人机交互解译或计算机解译得到的专题解译图，必须与地理底图文件复合，复合后的图形文件，经过符号设计、色彩设计、图面配置等一系列编辑处理过程，最终形成专题地图文件。三、遥
81、感影像地图及其编制三、遥感影像地图及其编制1.遥感影像地图的特点l影像地图是以航空或卫星遥感影像直接反映地表状况的地图。其影像通常是经过纠正了的正射像片，叠加在影像之上的符号和注记是按照一定的原则选用的。影像是传输空间地理信息的主体，从影像上容易识别的地物不用符号表示，直接由影像显示；只有那些影像不能显示或识别有困难的内容，在必要的情况下以符号或注记的方式予以表示。和普通线划地图相比，影像地图具有鲜明的特点：一是以丰富的影像细节去表现区域的地理外貌，比单纯使用线划的地图信息量丰富，真实直观、生动形象，富于表现力。二是用简单的线划符号和注记表示影像无法显示或需要计算的地物，弥补了单纯用影像表现地
82、物的不足，因而减少了制图工作量，缩短了地图的成图周期。l正是这种特殊的信息传输方式，赋予了影像地图以独特的可视化效果，从而使影像地图在反映区域概貌，进行区域总体规划方面具有重要作用。l2.2.遥感影像地图的种类遥感影像地图的种类l影像地图按其内容可以分为普通影像地图和专题影像地图两类。l普通影像地图是综合了遥感影像和地形图的特点，在影像的基础上叠加了等高线、境界线、沟渠、道路、高程注记等内容，以需求的不同，可以制成黑白、彩色、单波段和多波段合成的影像地图。按遥感资料的性质，又可分为航空影像地图和卫星影像地图两种。l前者的比例尺较大，影像分辨率高，适用于工程设计、地籍管理、区域规划、城市建设以及
83、区域地理调查研究和编制大比例尺专题地图；后者是由陆地卫星多光谱扫描仪扫描获得的MSS4、MSS5MSS6、MSS7等波段的影像经纠正后编制的，属于中小比例尺影像地图，区域总体概念清晰，有利于大范围的分析研究，适用于研究制图区域全貌、大地构造系统区域地貌、植被分布、制定工农业总体规划，进行资源调查与专题制图等。l专题影像地图是以影像地图作基础底图，通过解译并加绘有专题要素位置、轮廓界线和少量注记制成的一种影像地图。因像片上有丰富的影像细节，专题要素又以影像作背景，两者可以相互印证，又不需要编制地理底图，因而具有工效高、质量好等优点，是有发展前途的一种新型地图。l目前代表影像地图制作技术发展趋势的
84、一些新型影像地图已经问世：l电子影像地图 这种影像地图以数字形式存贮在磁盘、光盘或磁带等存贮介质上，需要时可由电子计算机的输出设备(如绘图机、显示屏幕等)恢复为影像地图。与传统的影象地图相比，它保留了影像地图的基本特征如数学基础、图例、符号、色彩等，只是载负影像地图信息的介质不同。3.3.遥感影像地图的制作遥感影像地图的制作（1）遥感图像信息的选择l根据影象地图的用途、精度等要求，尽可能选取制图区域时相最合适、波段最理想的数字遥感图像作为制图的基本资料。基本资料是航空像片或影像胶片时，还需要经过数字化处理。l（2）遥感影像的几何纠正与图像处理l几何纠正与图像处理的方法前面已经讲过，这里需要注意
85、的是，制作遥感影像地图时，更多的是以应用为目的，注重图象处理的视觉效果，而并不一定是解译效果。l（3）遥感影像镶嵌l如果一景遥感影像不能覆盖全部制图区域的话，就需要进行遥感影像的镶嵌。目前，大多数GIS软件和遥感影像处理软件都具有影像镶嵌功能。镶嵌时，要注意使影像投影相同，比例尺一致，并且图像彼此间的时相要尽可能保持一致。l（4）符号注记层的生成l符号和注记是影像地图必不可少的内容。但在遥感影像上，以符号和注记的形式标绘地理要素与将地形图上的地理要素叠加在影像上是完全不同的两个概念。影像地图上的地图符号是在屏幕上参考地形图上的同名点进行的影像符号化，生成符号注记层，即在栅格图像上用鼠标输入的矢
86、量图形。目前，大多数制图软件都具备这种功能。l（5）影像地图的图面配置l与一般地图制图的图面配置方法一样，在此不在赘述。l（6）遥感影像地图的制作与印刷l目前，有两种方法，一种是利用电分机对遥感影像负片进行分色扫描，经过计算机完成色彩校正、层次校正、挂网等处理过程得到遥感影像分色片。分色片经过分色套印，即可印制遥感影像地图。另一种方法是将遥感数据文件直接送入电子地图出版系统，输出分色片或彩色负片，在此基础上印制遥感影像地图。l第六节第六节 地理信息系统制图地理信息系统制图l地理信息系统（GeographyInformationSystem，简称GIS）是一种兼容、存储、管理、分析、显示与应用地
87、理信息的计算机系统，是分析和处理海量地理数据的通用技术。地图一旦被制作完成，用户对信息的理解在很大程度上便受制于地图制作者对数据进行的编辑处理以及地图比例尺所决定的数据详细程度。作为一种通用技术，地理信息系统按照一种新的方式去组织和使用地理信息，以便更有效地分析和产生新的地理信息；同时，地理信息系统的应用也改变了地理信息分发和交换的方式。因此，它提供了一种认识和理解地理信息新的方式，从而使地理信息系统进一步发展成为一门处理空间数据的学科。l地理信息系统萌芽于20世纪60年代初。当时，加拿大的RogerF.Tomlinson和美国的DuaneF.Marble从不同的角度提出了地理信息系统的概念。
88、1962年，Tomlinson提出利用数字计算机处理和分析大量的土地利用地图数据，并建议加拿大土地调查局建立加拿大地理信息系统（CGIS），以实现专题地图的叠加、面积量算等。1972年，CGIS全面投入运行与使用，成为世界上第一个运行型地理信息系统。这对后来的地理信息系统的发展有重要的影响。与此同时，DuaneF.Marble在美国利用数字计算机研制数据处理软件系统，以支持大规模城市交通，并提出建立地理信息系统软件系统的思想。l同期，计算机地图制图系统的研究开始发展起来，并对地理信息系统发展产生了深刻影响。地理信息系统在最近30年里取得了惊人的发展，并广泛应用于资源调查、地图制图、环境评估、区
89、域发展规划、公共设施管理等领域。l一、地理信息系统的组成一、地理信息系统的组成l一个典型的地理信息系统应该包括4个基本部分：计算机硬件系统、计算机软件系统、地理数据库系统和系统管理操作人员。l1.1.计算机硬件系统计算机硬件系统 l计算机硬件系统是构成地理信息系统所需的基本设备，是系统的物理外壳。系统的规模、精度、速度、功能、形式、使用方法甚至软件都与硬件有极大的关系，受硬件指标的支持或制约。构成计算机硬件系统的基本组件包括：输入输出设备、中央处理单元、存储器等，这些硬件组件协同工作，向计算机系统提供必要的信息，使其完成任务；保存数据以备现在或将来使用；将处理得到的结果或信息提供给用户。2.2
90、.计算机软件系统计算机软件系统 l计算机软件系统是指系统工作所必须的各种程序。通常由系统软件、地理信息系统基础软件和用户开发应用软件三部分组成。系统软件包括操作系统软件（如Windows 98、WindowsXP、Windows NT、UNIX 、DOS等）、数据库管理系统软件；地理信息系统基础软件包括通用的GIS软件包、计算机图形软件包、计算机图像处理软件包、CAD等，用于支持对空间数据的输入、存储、转换、输出和与用户接口；应用分析软件是指系统开发人员或用户根据地理专题或区域分析模型编制的用于某种特定应用任务的程序，是系统功能的扩充和延伸。l应用程序作用于地理专题或区域数据，构成GIS的具体
91、内容，这是用户最为关心的真正用于地理分析的部分，也是从空间数据中提取地理信息的关键。用户进行系统开发的大部分工作是开发应用程序，而应用程序的水平在很大程度上决定着GIS应用的优劣和成败。l3.3.地理数据库系统地理数据库系统 l地理信息系统的地理数据分为几何数据和属性数据。几何数据由点、线、面组成，其数据表达形式可以采用栅格和矢量两种形式，几何数据表现了地理空间实体的位置、大小、形状、方向以及拓扑几何关系。属性数据（描述数据）表示地理信息的类别、性质等，如地形、地物、特征、统计数据、社会经济数据、环境数据等。l地理数据库系统由数据库实体和地理数据库管理系统组成，后者主要用于数据维护、操作、查询
92、检索。地理数据库是地理信息系统应用项目重要的资源与基础，它的建立和维护是一项非常复杂的工作，涉及到许多步骤，需要技术和经验，需要投入高强度的人力和开发资金，是地理信息系统应用项目开展的瓶颈技术之一。l4.4.系统管理人员和组织机构系统管理人员和组织机构 l地理信息系统是一个动态的地理模型，它需要系统管理人员对系统进行组织、管理、维护和数据更新、系统扩充完善、应用程序开发，并利用地理分析模型提取多种信息，为地学研究和决策服务。l因此，人是地理信息系统应用成败的关键，而强有力的组织机构则是系统运行的保障。另外，从系统的数据处理过程来看，地理信息系统是由数据输入子系统、数据存储与检索子系统、数据处理
93、与分析子系统和输出子系统组成。l数据输入子系统 负责数据的采集、预处理和数据转换等。l数据存储与检索子系统 负责组织和管理数据库中的数据，以便于数据查询、更新与编辑处理。l数据处理与分析子系统 负责对系统中所存储的数据进行各种分析计算，如数据的集成与分析、参数估计、空间拓扑叠加、网络分析等。l输出子系统 以表格、图形或地图的形式将数据库的内容或系统分析的结果以屏幕显示或硬件拷贝方式输出。l2.2.数据处理数据处理l初步的数据处理主要包括数据格式化、转换、概括。数据的格式化是指不同数据结构之间的转化；数据转换包括数据格式转化、数据比例尺的变换。在数据格式的转换方式上，矢量到栅格的转换要比其逆运算
94、快速、简单。数据比例尺的变换涉及到数据比例尺缩放、平移、旋转等方面，其中最为重要的是投影变换；数据概括包括数据平滑、特征集结等。目前地理信息系统所提供的数据概化功能极弱，与地图综合的要求还有一定的差距。l3.3.数据的存储与组织数据的存储与组织 l这是一个数据集成的过程，也是建立地理信息系统数据库的关键步骤，涉及到空间数据和属性数据的组织。栅格模型、矢量模型或栅格与矢量混合模型是常用的空间数据组织方法。空间数据结构的选择在一定程度上决定了系统所能执行的数据与分析的功能。混合型数据结构利用了矢量与栅格数据结构的优点，为许多成功的地理信息系统软件所采用。目前，属性数据的组织方式有层次结构、网络结构
95、和关系数据库管理系统等，其中关系型数据库系统是应用最为广泛的数据库系统。l在地理数据组织与管理中，最为关键的是如何将空间数据与属性数据融合为一体。目前大多数系统都是将二者分开存储，通过公用项来连接。这种组织方式的缺点是数据的定义与数据操作相分离，无法有效地记录地物在时间域上的变化属性。目前，时域地理信息系统和面向对象数据库的设计都在努力解决这些根本性的问题。l4.4.查询、检索功能查询、检索功能 l查询、检索是地理信息系统以及许多其它自动化地理数据处理系统应具备的最基本的分析功能。GIS的查询功能可以概括为4种类型：属性查询、图形查询、关系查询和逻辑查询。l属性查询GIS允许用户在图形环境下，
96、借助光标点击屏幕上的图形要素，以查询检索相关的属性要素；也可以在屏幕上指定一个矩形或多边形范围，检索该区域内所有图形的相关属性。GIS还允许用户在属性环境下，按照一定的逻辑条件查询属性数据。对查询检索得到的数据，可以在屏幕上显示，也可以生成报表输出。l图形查询在GIS图形环境下，用户可以根据分层编码检索图形数据，也可以根据属性特征值查询相应的图形数据，或者按照一定的区域范围查询图形数据，或者按照一定的逻辑条件查询相应的图形数据。l关系查询空间目标的拓扑关系有两类：一种是几何元素的结构关系，如点、线、面之间的组成关系，可用于描述和表达几何元素的形态；另一种是空间目标之间的位置关系，可以描述和表达
97、几何元素之间的分布特征，如邻接关系、包含关系等。GIS的空间关系查询就是查询检索与指定目标位置相关的空间目标，通常包括：面-面关系查询、线-线关系查询、点-点关系查询、线-面关系查询、点-线关系查询、点-面关系查询6种。l逻辑查询逻辑查询是指用数据项与运算符组成的逻辑表达式，查询检索相应的图形或属性，其中数据项可以是数据库中的任意项，运算符可以是所有逻辑运算符和算术运算符。l5.5.空间分析功能空间分析功能 l空间分析是基于地理对象的位置和形态特征的一种空间数据分析技术，其目的在于提取和传输空间信息。通过空间分析可以揭示数据库中数据所包含的更深刻、更内在的规律和特征。因此，空间分析是地理信息系
98、统的核心功能，也是地理信息系统与其它计算机系统的根本区别。l叠置分析 叠置分析是将同一地区、同一比例尺的两个或两个以上的数据层进行叠置，生成一个新的数据层，让新数据层的各个目标具有各叠置层目标的多重属性或各叠置层目标属性的统计特征。前者称为合成叠置，后者称为统计叠置。l缓冲区分析 缓冲区分析是根据数据库的点、线、面实体，自动建立其周围一定范围内的缓冲区多边形，这是GIS重要的和基本的空间分析功能之一。l 泰森多边形分析 泰森多边形可用于定性分析、统计分析、邻近分析等。如可用离散点的性质来描述泰森多边形区域的性质；可用离散点的数据来计算泰森多边形的数据；判断一个离散点与其他离散点相邻时，可根据泰
99、森多边形直接得出。l 地形分析 地性分析的主要是利用DEM和DTM模型描述地表起伏状况，用于提取各种地形参数，如坡度、坡向、粗糙度等，并进行通视分析、地表曲面拟合、地形自动分割等分析。l网络分析 网络关系是自然界和人类社会中的客观存在，如水系网、交通网、通讯网等。GIS的网络分析就是针对客观的网络关系和人类社会的需要，进行诸如最佳路径分析、最佳流量配置、服务网点布设、洪水汇流过程分析等。l6.6.显示功能显示功能 l地理信息系统为用户提供了许多用于显示地理数据的工具，其表达形式既可以是计算机屏幕显示，也可以是报告、表格、地图等硬拷贝图件，尤其要强调的是地理信息系统的地图输出功能。一个好的地理信
100、息系统应能够提供一种良好的、交互式的制图环境，以供地理信息系统的使用者设计和制作出具有高品质的地图产品。三、地理信息系统制图三、地理信息系统制图l地理信息系统的发展最初是从计算机地图制图和地籍管理起步的。对于所有的GIS，地图是一个中心，它既是输入数据的来源，又是系统输出的一种形式，因此，地理信息系统的主要功能之一就是地图制图。通过图形的编辑来清除图形采集过程中的误差，并根据用户需求和地物的类型，对数字地图进行整饰，添加符号、注记和颜色。利用绘图仪硬拷贝输出，即可得到一张用户需要的地图。然而计算机地图制图需要涉及到计算机的外围设备，由于各种绘图仪的接口软件和绘图指令都不尽相同，因此，GIS计算
101、机制图的功能软件十分复杂。功能齐全的制图软件包还应具有地图概括、分色排版印刷的功能。l计算机制图的发展孕育了地理信息系统的诞生，而地理信息系统的发展又推动着计算机制图的迅速提高和进一步发展。两者的关系是如此的密不可分，以致于引发了国际上有关专家、学者对计算机制图和地理信息系统相互关系的大争论。当前，在计算机制图与地理信息系统的关系问题上，主要存在两种观点，一种观点认为计算机制图是地理信息系统的一部分；另一种观点认为地理信息系统是基于计算机制图的上层结构。但有一点是明确的：所有的地理信息系统都具有计算机制图的成分，但并不是所有的计算机制图系统都含有地理信息系统的全部功能，两者相互联系，相互促进。
102、l地理信息系统既提供信息服务（如查询、检索），又提供综合分析（空间分析、系统分析），它的分析功能的优势是计算机制图所不及的。计算机制图为地理信息系统的时空分布和产品输出提供了先进的手段，但对于区域综合、方案优选和战略决策等重大目标的管理只能依赖于地理信息系统。就功能而言，地理信息系统和计算机制图都需要数据采集、数据处理和图形输出等基本功能，然而，强有力的空间分析功能则是地理信息系统所具有的特色。l地理信息系统和计算机制图系统的主要区别在于：计算机制图系统侧重于可见实体的显示和处理，而对可见实体可能存在的非图形属性不太注重，然而这种属性在地理分析中却是非常有用的、必要的数据；地理信息系统既注重空
103、间实体的空间分布，又强调它们的显示方式和显示质量。地理信息系统的发展确实需要很好的计算机制图系统，但计算机制图系统本身并不能充分完成用户要求完成的最终给出评价结果的任务，同时，也没有必要单独发展功能完善的计算机制图系统而不去进一步形成地理信息系统。l目前，用MapInfo、ArcView等桌面制图系统进行专题地图的制作已相当普遍。下面以MapInfo为例，利用我国分省政区图作底图，以各省在1982、1990两年的人口统计数据为数据源，说明制作专题地图的过程。l1. 1. 选择所要创建的专题地图的类型选择所要创建的专题地图的类型l在地图菜单中，选择创建专题地图菜单命令，弹出如图8-12所示的专题
104、地图类型选择窗口。从窗口中，可以看到MapInfo提供的范围值（Scope）、等级符号（Graduated）、点密度（Dot Density）、独立值（UniqueValue）、直方图（BarChart）和饼图（PieChart）6种专题数据的表示方法，用户可根据需要选择其中一种。这里选择直方图（BarChart）。l2.2.确定用于创建地图的表和字段确定用于创建地图的表和字段l选择好专题地图的类型后，需要确定专题变量。在这一步中，首先要明确是为哪个图层创建专题地图，也就是说要选择作为底图的地图图层，以及要选择从中获取数据值的字段或表达式，即专题变量。对于范围值、等级符号、点密度和独立值专题地
105、图，它们只能使用一个专题变量，而饼图和直方图类型的专题地图则可以对多个变量进行分析。这里选择的表为Prov，选取总人口1982和总人口1990两个字段作为专题变量，（图8-13）然后进入下一步。l3.3.自定义地图所用的各种选项自定义地图所用的各种选项l这一步中，主要是制作图例。创建专题地图时，MapInfo能自动创建图例，用于解释颜色、符号、大小所代表的内容（图8-14）。当然，用户也可以改变图例中显示专题值的顺序，为图例增加标题和副标题，自定义字体，修改范围标注等。图例设计完成之后，MapInfo就会按照用户的上述要求完成专题地图的制作。4.4.专题地图输出专题地图输出MapInfoMap
106、Info有一个布局窗口，用户可以在此窗口中合理布局所要输出的有一个布局窗口，用户可以在此窗口中合理布局所要输出的地图要素，以便通过绘图仪或打印机输出（图地图要素，以便通过绘图仪或打印机输出（图8-158-15）。）。l从地理信息系统的制图过程来看，其主要特点是：方便、易操作和更加大众化。地理信息系统中的属性信息不仅能够发挥空间分析的作用，而且是专题地图制图的重要的信息来源。由于信息时代地图学的重点正在向智能化的深加工和实用的最终产品的方向转移，因此，地理信息系统制图也必将成为未来地图制图的重要方法。四、地理信息系统与地图、地图学的四、地理信息系统与地图、地图学的关系关系l地理信息系统“脱胎于地
107、图”，“脱胎于60年代的机助制图系统”，“从地图数据库脱胎出来”。由地图学到地图学与地理信息系统，这是科学的发展规律。从社会需求和地图学的功能来看，人类必须不断地研究自身赖以生存和发展的整个环境，人类认识地理环境和利用地理环境什么时候也离不开地图学。这是一个无法回避的客观事实。地图、地图数据库和地理信息系统作为人类空间认识的有效工具，标志着社会需求的不断增长和地图学重点的漂移，即地图学的着重点从信息的获取的一端向信息深加工的一端漂移，现代地图学已经进入了信息科学的领域。l地图（系列地图和地图集）是一种模拟的“地理信息系统”，它把具有时间特征的连续变化的空间地理环境信息描述成存在于某一特定时间相
108、对静止的状况，很难甚至不可能进行动态分析。地图数据库以数据作为载体，以光盘等作为介质，以数字地图或电子地图等方式，传输地理环境信息，较之传统的地图确实是一大进步，但它的数据范围和数据分析功能仍是有局限的。相比较而言，GIS的数据源多、数据量大；在遥感技术的支持下，能保证信息传输的现势性；数据查询、检索方式灵活多样，信息传输的可选择性极强；通过数据分析和计算，可为用户提供大量派生的信息；计算机图形技术提供了多种多样的地理信息传输方式。l但地图仍然是目前地理信息系统的重要数据来源，同时它又是地理信息系统产品输出的主要形式。同时，地图学理论与方法对地理信息系统的发展有着重要的影响，并成为地理信息系统
109、发展的根源之一。把地图学和GIS加以比较可以看出，GIS是地图学理论、方法与功能的延伸。地图学与GIS是一脉相承的，它们都是空间信息处理的科学，只不过地图学强调图形信息传输，而GIS则强调空间数据处理与分析，可以说GIS是地图学在信息时代的发展。五、常见的几种地理信息系统简介五、常见的几种地理信息系统简介1. 1. ARC/INFOARC/INFOlARC/INFO是美国环境系统研究所（ESRI）系列产品中最经典、功能最强大的GIS产品，它是ESRI公司实力的标志，其许多先进的设计思想和概念被其他产品所借鉴和采纳，成为引导全球GIS发展方向的旗帜，同时它也是在我国引入最早和使用较广泛的GIS软
110、件。lARC/INFO软件的主要特点：l先进的数据模型 ARC/INFO除采用传统的GIS点、线、面数据模型外，在此基础上定义了一系列先进的数据模型。GIS数据模型的特点是单独存储空间数据与属性数据，空间数据包括几何数据和拓扑数据，几何数据即空间坐标、长度、面积，拓扑数据即空间特征的几何关系。ARC/INFO的主要的空间特征有点、线、面 、 结 点 。 除 此 以 外 ， ARC/INFO还 定 义 了 区 域（Region）、事件（Event）和路径（Route）3个高级空间特征。l方便的地图数据管理 ARC/INFO除了对单独的Coverage进行操作外，还可管理大数量的图形数据，采用先进
111、的空间索引方式，在地图库里，把地图数据水平方向划分为FILE，纵向划分为LAYER，用户只要指定范围和内容，而不必关心数据存储方式，系统就会自动调入相关数据而不是所有数据。多个用户可同时读取同一个地图库，当其中的一个用户修改其中的某一个FILE时，这一用户被FILE锁定，防止数据产生不一致，直到用户提交修改内容。l强大的栅格分析功能 ARC/INFO除了支持矢量分析外，还提供强大的栅格分析功能，提供大量的栅格函数，并建立了许多专业模型，如地表通视模型、水系分析模型、表面扩散模型等，支持栅格矢量一体化查询和叠加显示。l良好的开发环境 ARC/INFO提供AML语言开发环境，用户可以非常方便地编制
112、自己的菜单和程序。ARC/INFO提供AML开发环境的特点是：语法结构简单、解释执行、不需编译、执行和开发效率高；支持模块化的开发方法，可以开发较大的应用模块；提供可视化菜单、对话框和各种风格的控件。2. 2. ArcView ArcView lArcView是美国ESRI公司为适应大众化而推出的集空间图形、关系数据库、统计图形、空间分析、网络通讯、面向对象的程序设计于一体的桌面地理信息系统软件，它标志着桌面制图和GIS的新的转折点，在功能上远远超越了桌面制图系统。lArcView以Project为基本应用单元，它由View 、Table、 Charts、 Layouts 、Scripts(A
113、venue)5个动态连接的文件模块（Document）组成。每个Document都有相应的可供编辑的图形用户界面，简单直观。lViews 用于地图显示、信息查询和空间分析。l在图形显示方面，ArcView支持多种空间数据格式，它不仅可以读取AutoCAD的 DXF数据，而且其基本数据格式 DWG可以直接调入ArcView中，无须经过任何转换。同时， MicroStation 的DGN 数据也可以不经转换就在ArcView 中使用。除此以外，ArcView 还引入了一种新的数据格式Shape，它是一种无拓扑关系的矢量数据，可与Table 相连，可和其他的Theme一样进行多种操作。对Covera
114、ge，它可按任一属性项实现分级显示；对Image，可以实现单波段显示、多波段彩色合成、灰度显示、假彩色制作和透明与不透明两种方式的叠加。l在数学基础方面，ArcView支持近20种投影变换，只要改变View的单位、投影类型、参数（如中央经线或标准纬线），图形就能以新的投影方式显示出来，而无需对原始数据进行投影转换。在信息查询方面，ArcView支持空间查询和逻辑查询，查询结果在View和Table中加亮显示，在Charts中自动生成统计图。lArcView通过空间数据库的多重显示，初步解决了地图清晰性与详细性的矛盾。这种多重显示是以空间数据库的分层为基础的，通常是设计某些层（Theme）的显示
115、范围，即当大于一定比例尺时显示，小于一定比例尺时隐含，从而使图形随放大而详细，随缩小而简化，保持了地图的清晰性和逻辑性。l热链接是ArcView的一项重要功能，它是把某一要素和另外的图像、文本文件、Document 、Project 或Avenue 程序连接起来，当鼠标点中该点时，立刻显示这些数据或执行这个程序。lTables用于数据库的建立，实现对属性数据的管理，支持复合查询。可对多个字段进行多种统计，如计算平均值、求和、最大值、最小值、标准差等，并能以表格形式表示。lCharts以直观、动态的统计图方式表示View和Table的内容，使数据的分析简单化、视觉化。Charts提供了6种统计图
116、形：Area、Bar、Column、Line、Pie、XY离散点图。Chart的各个组成部分都可以进行编辑。lLayouts用于把多种Document或地图的各种部件组合成图并输出。它可以包含Views、Charts、Tables 、Pictures、Graphics以及图例、指北针、比例尺、标题等，每一个元素的大小和位置可以调整。lScripts(Avenue)是一个面向对象的持续设计语言和开发环境，它功能强大，利用它可以重新组织ArcView的界面和功能，设计出特定功能的专业系统。l3. 3. MGEMGElMGE是模块化地理信息系统环境（ModularGISEnvironment）的简称
117、，它是由美国Intergraph公司于20世纪80年代初设计开发的。 l作为大型GIS系统软件，MGE以其独特的模块化结构、强大的空间数据管理、分析及制图功能，在国际上非常流行。据统计，MGE在以WindowNT为操作系统的GIS市场上，占有80%以上的份额。国内许多单位都相继采用MGE作为GIS工程的开发平台。 MGE软件的结构可分为MGE基本模块结构和MGE扩展模块结构。其基本模块结构由支撑软件和3个MGE模块组成（图8-16），扩展模块则由支撑软件和二十几个MGE扩展模块组成。l（1）MGE的基本软件结构lWindow NT 是计算机操作系统，用它来完成应用软件与硬件的通讯。lMicro
118、Station 95 是功能强大的CAD 风格的交互式图形处理软件，是MGE的底层支持，是MGE中大多数模块的图形环境。l关系型数据库是用来存储描述属性信息的数据库管理系统，它与MicroStation 图形数据相关。相关图形界面系统是连接关系型数据库的软件，它的作用是：lMGE基本核心MGE Basic Nucleus (MGNUC)是MGE的核心软件模块。它提供项目管理的能力、数据查询能力和复阅能力、坐标系统和投影选用的能力。lMGE基本管理器MGE Basic Administrator (MGAD) 提供系统和数据库管理的能力，为单一或网络用户进入系统提供服务。lMGE Base Ma
119、pper (MGMAP)提供在交互和批处理模式下的数据获取、生成、清除、操作和修改能力。l（2）MGE的扩展模块结构l（2）MGE的扩展模块结构lMGE基本模块虽然提供了数据获取、存储、分析和显示地理信息的完整GIS功能，但许多专业和业务部门还需要变更针对性的附加功能，MGE基本模块有加载扩展模块的环境和能力。lMGE Analyst （MGA）提供拓扑地理数据拓扑结构的生成、查询、分析和显示能力。MGE可由地图特征及其属性自动建立拓扑和进行复杂的查询，并对多个查询和多个拓扑进行空间查询、缓冲生成分析、专题地图显示等。lMGE Base Imager （MGBI）提供影像数据处理、显示的能力，
120、可进行图像复原与效正和图像的精处理，是目前利用遥感数据进行专题制图，建立各种专题数据库及区域地理信息系统的最理想工具。lMGE Map Finisher （MAFN）提供MGE MicroStation 的基本特征图和符号的屏幕显示及彩色打印能力。lMGE虽然功能强大，特别是在制图、空间分析等方面有着鲜明的特色。但模块划分太多、太细，使用起来比较麻烦，特别是对话框太多，各项参数设置繁琐，因此学习和使用起来有一定难度。 l4. 4. MapInfoMapInfolMapInfo是由美国MapInfo公司推出的一个地理信息系统软件。MapInfo公司的第一版MapInfo1.0及其开发工具是一个D
121、OS下的版本。随着计算机硬、软件技术的发展，MapInfo公司先后推出了DOS下的2.0版，Windows下的3.0版。1995年底，MapInfo Professional版正式推出，这是一个运行在Windows 95和Windows NT环境下的系统。1996年，MapInfo 公司又不失时机地推出了用于Internet和WWW服务器级的产品MapInfo Proserver。lMapInfo的技术特点：l地图表达与处理功能 MapInfo作为一种功能强大的图形软件，利用点、线、区域等多种图形元素，以及丰富的地图符号、文本类型、线型、填充模式和颜色等表现形式，详尽直观、形象地完成电子地图数
122、据的显示。同时，MapInfo对位图文件（如GIF 、TIF、PCX、 BMP）和航片、照片等栅格图像，也可以进行屏幕显示，根据实际需要还可以对其进行矢量化。在图形处理方面，MapInfo提供了强大的图形编辑工具箱，用户可以对各种图形元素任意进行增加、删除、修改等基本编辑操作。l关系型数据库管理功能 MapInfo内置关系型数据库管理系统，支持SQL查询。MapInfo具有动态链接型数据库的功能，可以直接dBase 、FoxBase 、Clipper 、Lotusl-2-3 、MicroSoft Excel 以及ASC文件。MapInfo可以运用地理编码的功能，根据各数据点的地理坐标或空间地址
123、，将数据库的数据与其在地图上相对应的图形元素一一对应。通过完成数据库与图形的有机结合，实现在图形的基础上对数据库的操作。l数据查询分析功能 MapInfo的精华是其分析查询功能，即它能够准确地在屏幕上查询、分析与其相应的地理数据库信息。l面对大量的数据，仅对其进行数学统计就已经是一项非常繁重的工作，更何况进行精确的分类、查询和判断分析。对于相对比较简单的分析查询，MapInfo提供了对象查询工具、区域查询工具、缓冲区查询以及一些常用的逻辑与数据的分析查询函数，用户可以随时运用灵活的查询工具或运用函授建立表达式的方式完成；而对较复杂的分析查询，则可通过MapBasic编写的查询程序来实现。l数据
124、的可视表达方式 MapInfo采用了地图（Map）、浏览表格（Browser）和图表（Graph）等三种不同的方式对数据库内容进行描述，这三种视图均可动态链接。当用户改变某一张视图的数据时，其他视图会实时自动地作相应变化。l对于属性数据和查询分析的结果，MapInfo还可以采用专题图（Thematic Map）的显示方式，它以条形图（Bar chart）、饼图（Pie chart）、点密度图（Dotdensity）、区块图（Ranges）、数量分级图（Graduated）等多种显示模式，运用用户自定义的颜色、填充模式、图形图例等图形显示类型，直观、生动地把数据和分析查询结果显示在屏幕上，便于用
125、户迅速了解和判断有关的属性数据和查询结果。l系统开发工具 MapInfo系统软件提供MapBasic作为与MapInfo配套的用户开发工具。MapBasic的软件集成环境主要包括文本编辑器（ Editor）、程序编译器（Compiler）、程序连接器（Linker）和联机帮助（Help）4个部分。 l文本编辑器用于程序员录入程序；程序编译器用于统计源程序，以生成可执行程序；程序链接器用于将若干个独立的模块链接成一个应用程序。用户使用MapBasic可以设计、建立符合自己特点和要求的纯用户化的应用系统。作为一种结构化语言， MapBasic提供了数百种函数和命令语句，既简洁明了，又具有强大的功能
126、，可以满足用户的各种要求。与传统的GIS软件相比，良好的软件集成环境和面向对象及事件驱动的编程思想，都是MapBasic的优点。lMapBasic含有一系列SQL函数和许多非常实用的语句，大大增强了数据操作能力。利用MapBasic还可以将多媒体技术引入地理信息系统，可以使系统更加形象、生动。第七节第七节 电子地图系统电子地图系统l在20世纪80年代中期，随着数字地图及地理信息系统技术的发展和应用，以及计算机视觉化研究的深入，在侧重于空间信息的表现与显示的基础上，电子地图应运而生。目前，在国际上影响较大的电子地图有美国世界影像电子地图集，加拿大国家电子地图集。在美国、英国、日本等国用于政府高层
127、宏观决策与信息服务的电子屏幕显示系统中均有大量的电子地图。随着进一步的发展，众多地理信息系统的应用成果也将以电子地图的形式来展示。目前，电子地图系统方面的研究与应用在我国也取得了一定的成果。l一、电子地图的概念及其特点一、电子地图的概念及其特点l 目前，地图学界对电子地图的概念有几种不同的理解：一是将电子地图与数字地图视为同义词或混为一谈；二是把基于计算机技术的屏幕地图称为电子地图；三是把电子地图理解为以地图数据库为基础，在屏幕上显示的地图；四是把电子介质上显示的地图称为电子地图；五是把计算机屏幕上显示的地图称为电子地图。l 上面几种观点的分歧主要有两点：电子地图与数字地图的关系；显示介质。要
128、确定电子地图与数字地图的关系，首先需要弄清楚什么是数字地图。数字地图是以数字形式储存在磁带、磁盘、光盘等介质上的地图，具有地图数据可视化的特点。虽然电子地图与数字地图密切相关，但两者的概念是不可混为一谈的。l明确地说，数字地图是电子地图的基础，是存储方式。电子地图是地图数据的可视化产品，是数字地图的可视化，是表示方式。至于电子地图的显示介质并不局限于计算机屏幕，也可通过大屏幕投影显示在其它介质上。因此，电子地图是以数字地图为基础，并以多种媒介显示的地图数据的可视化产品。l和传统的纸质地图相比，电子地图有以下特点：l1.1.动态性动态性l纸质印刷地图只能以静止的形式反映地理空间中某一时刻或某些时
129、刻的事物状态，不能自然地显示事物变化的过程，因此是一种静态地图。静态地图通常只是客观世界运动过程中的一个快照，而客观世界无时无刻不在变化，如何用静态的方式表示动态的现象是传统制图条件下地图学者面临的一个难题。l 电子地图具有实时、动态表现空间信息的能力。电子地图的动态性表现在两个方面：一是用具有时间维的动画地图来反映事物随时间变化的真实动态过程，并可通过对动态过程的分析来反映事物发展变化的趋势，l如城市区域范围的动态沿革变化，河流湖泊水涯线的不断推移等；二是利用闪烁、渐变、动画等虚拟动态显示技术来表示没有时间维的静态现象以吸引用户的注意力，如通过色彩浓度动态渐变产生的云雾状感受描述地物定位的不
130、确定性，通过符号的跳动闪烁，突出反映感兴趣地物的空间定位等。l2.2.交互性交互性l纸质地图的信息传输基本上是单向的，即由制图者通过地图向地图用户传输空间信息。尽管地图传输理论认为，地图信息的传输过程存在反馈，然而，这种反馈更多的是理论层面上的反馈，是极为有限的。l因为纸质地图一旦制作出来，其内容就固化了，用户与地图的交互受地图上所表示的信息内容的限制，不可能有超越地图内容的交互，即地图用户不可能对地图内容做任何实质性的更改，所以用户更多的是被动地接受信息。l 电子地图具有交互性，可实现查询、分析等功能，以辅助阅读、辅助决策等。在电子地图中，才能真正实现人机交互。由于电子地图的数据存贮与数据显
131、示相分离，地图的存贮是基于一定的数据结构以数字化形式存在的，因此，当数字化数据进行可视化显示时，地图用户可以对显示内容及显示方式，如色彩和符号的选择等进行干预，将制图过程与读图过程在交互中融为一体。 l不同的用户由于使用电子地图的目的不同及自己对地图内容的理解不同，在同样的电子地图系统中会得到非常不同的结果。也就是说，电子地图的使用更加个性化，更加满足用户个体对空间认知的需求。除了用户可以对地图显示进行交互探究外，电子地图提供的数据查询、图面量算等工具也为用户获取地图信息建立了非常灵活的交互式探究手段。l3.3.超媒体集成性超媒体集成性l超媒体是超文本的延伸，即将超文本的原则扩充至图形、声音、
132、视频，从而提供了一种浏览不同形式信息的超媒体机制。l在超媒体中，由于结点之间采用了链连接，信息的组织采用了非线性结构，可以通过链方便地对分散在不同信息块间的信息进行存贮、检索、浏览，其思维更符合人的思维习惯。电子地图以地图为主体结构，将图像、文字、声音等附加媒体信息作为主体的补充融入其中，通过图、文、声互补，地图图形信息的先天缺陷可得到数据库的弥补通过人机交互的查询手段，可以获取精确的文字和数字信息。因此，电子地图在提供不同类型信息、满足不同层次需要方面具有传统纸质地图所无法比拟的优点。l二、电子地图系统二、电子地图系统l电子地图系统是指在计算机软硬件的支持下，以地图数据库为基础，能够进行空间
133、信息的采集、存储、管理、分析和显示的计算机系统。l电子地图系统由硬件、软件、数据和人员等部分组成。这里着重介绍电子地图的软件组成与主要功能。软件系统包括操作系统、地图数据库管理软件、专业软件以及其他应用软件。其中，地图数据库管理软件是核心软件，其主要功能如图8-17所示。l地图构建功能 允许用户根据设计方案选择内容、比例尺、地图投影、地图符号、颜色等，生产预想的地图，以满足需要。从发展的角度来看，电子地图将成为新的地图制图平台，“地图制图平民化”的趋势也将越来越明显。l地图管理功能 除包含空间数据、属性数据和时间数据外，电子地图还包含多种数据源的数据，因此需要使用地图数据库管理这些复杂、大量的
134、数据。l检索查询功能 可以根据用户需求来检索信息，并以多媒体的形式显示查询结果，包括图形到属性的查询，属性到图形的查询，图形、属性综合查询以及拓扑查询。l分析功能 进行简单的空间分析和统计分析。l数据更新功能 能提供强有力的数据输入、编辑能力，以确保即时地更新数据，保证电子地图的现势性，并为再版地图创造优越的制图环境。l地图概括功能 在电子地图中，地图概括是按照视觉限度的原理实现的，它是一个逆向过程。当数据库中存储了十分详细的制图数据时，正常位置的屏幕上不可能显示全部图形细部，即显示的比例尺缩小时，更多的细节被忽略了。只有开窗放大时，才有可能逐步显示全部细节，依次放大可获得多种比例尺的效果。l
135、输出功能 空间查询、空间分析、地图制图的结果，可通过一定的方式提供给用户。三、电子地图的逻辑结构三、电子地图的逻辑结构1.1.电子地图的总体结构电子地图的总体结构l电子地图的总体结构通常由片头、封面、图组、主图、图幅、插图和片尾等部分组成（图8-18）。其数据的逻辑组织结构如图8-19所示。l2.2.电子地图的页面结构电子地图的页面结构 l电子地图的页面，通常由图幅窗口、索引图窗口、图幅名称列表框、热点名称列表框、地图名称条、系统工具条、伴随视频窗口、背景音乐、多媒体信息窗口、其他信息输入或输出窗口组成。这些页面组成要素有些是永久性的，有些是临时性的，也有些是用户通过交互操作自主选择。l电子地
136、图的页面结构设计与常规地图的图面配置类似，既要考虑页面整体的视觉平衡，又要引导和方便用户使用，没有也不可能有一个固定的模式。设计者只有结合地图的用途、用户的需要，才能设计出科学、美观、实用的页面结构形式，以达到有效传递地图信息的目的（图8-20）。l3.3.电子地图的超媒体结构电子地图的超媒体结构l在电子地图尤其是多媒体电子地图中，广泛采用超媒体技术以有效地进行数据组织。该技术以连接着多媒体信息的地理空间实体作为信息的“结点”，以地理实体对象间的空间关系作为“链”，“结点”和“链”之间的相互关联关系组成复杂的信息网络，从而实现对地理目标的可视化、空间信息查询、空间检索和空间分析等功能。此外，超
137、媒体技术还采用了图形图像处理、空间数据库管理技术、分层信息管理模式和面向用户的接口设计，为用户提供方便灵活的图形编辑、数据处理、“结点”和“链”信息的自定义以及丰富的信息链接和表现形式（图8-21）。l结点超文本系统中和某个论题相关的自然数据单元。l链超文本系统中表现信息之间关系的实体，它隐藏在信息背后，记录在应用系统里。如果不刻意做些标记，用户只是在从一个结点转向另一个结点时，才会感觉到它的存在。l超文本是一种按信息之间关系非线性地存储、组织、管理和浏览信息的计算机技术，它将自然语言和计算机交互式转移或动态显示线性文本的能力结合在了一起，其本质就是在文档内部和文档之间建立关系。l超媒体是利用
138、超文本技术组织、管理多媒体信息的技术，即用超文本技术管理图形、图像、文字、声音、视频、动画等多媒体信息。超媒体技术具有方便、灵活地管理复杂异质数据；管理复杂的信息关系；使用简单、方便、直观；表现形式丰富；便于与其他应用共享数据；便于系统集成和扩展等特点。l四、电子地图的应用四、电子地图的应用l电子地图是和计算机系统融为一体的，因此它可以充分利用计算机信息处理功能，挖掘地图信息分析的应用潜力，进行空间信息的定量分析；利用计算机的图形处理功能，制作一些新的地图图种，如地图动画、电子沙盘等；l电子地图还可以实时修改变化的信息，更新内容，缩短制作地图的周期，为用户分析地图内容和利用地图表达信息提供了方
139、便。电子地图的这些功能和特点，决定了电子地图有非常广泛的应用领域。l1.1.在地图量算和分析中的应用在地图量算和分析中的应用l在地图上量算坐标、角度、长度、距离、面积、体积、高度、坡度、密度、梯度、强度等是地图应用中常遇到的作业内容。这些工作在纸质地图上实施时，需要使用一定的工具和手工处理方法，通常操作比较繁琐、复杂、费时，精度也不易保证。但在电子地图上，可通过直接调用相应的算法，操作简单方便，精度仅取决于地图比例尺。l生产和科研部门经常利用地图进行问题的分析研究，若利用电子地图进行更能显示其优越性。l2.2.在规划管理中的应用在规划管理中的应用l规划管理需要大量信息和数据支持，地图作为空间信
140、息的载体和最有效的表达方式，在规划管理中是必不可少的。规划管理中使用的地图不仅能覆盖其规划管理的区域，而且应具有与使用目的相适宜的比例尺和地图投影，内容现势性强，并具有多级比例尺的专题地图。电子地图检索调阅方便，可进行定量分析，实时生成、修改或更新信息，能保证规划管理分析所用资料的现势性，利于辅助决策，完全能符合现代化规划管理对地图的要求。此外，电子地图也可作为标绘专题信息的底图，利用统计数据快速生成专题地图。l3.3.在军事指挥中的应用在军事指挥中的应用l在军队自动化指挥系统中，指挥员研究战场环境和下达命令将通过电子地图的系统与卫星联系，从屏幕上观察战局变化，指挥部队行动。作为现代武装力量的
141、标志，在现代的飞机、舰船、汽车甚至作战坦克上，都装有电子地图系统，可随时将自己所在的位置实时显示在电子地图上，供驾驶人员观察、分析和操作。目前各种军事指挥辅助决策系统中的电子地图，都具有地形显示、地形分析和军事态势标绘的功能。l4.4.城市公共设施管理城市公共设施管理l利用电子地图作为城市公共工程设施数字化信息的载体，可以提高信息的共享程度，加快数据的更新周期，从而提高城市公共工程设施管理的综合能力。比如通讯网络数据由电信部门输入并管理，其他部门在施工的时候通过查询很快能得到电缆的分布情况，当然也能方便地了解其它公共设施的分布情况，以避免掘断光缆、凿穿煤气管道等事故的发生。通过电子地图管理城市
142、公共设施，尤其是地下设施，可以充分考虑各种管线的相互影响，真正做到优化组合，整体布局。l5.5.在其他领域中的应用在其他领域中的应用l电子地图的应用领域十分广泛，各种与空间环境有关的信息系统，都可以利用电子地图。天气预报电子地图是和气象信息处理系统相连接，是表示气象信息分析处理结果的一种形式。国家防汛指挥中心使用电子地图进行防汛抗洪指挥等。除此以外，电子地图在农业生产、物流管理、企业营销、可持续发展等许多领域也可以大显身手，电子地图具有广阔的生存空间和发展前景。五、电子地图的图种举例五、电子地图的图种举例1.1.导航图导航图l现代交通发展以后，出现了复杂的公路体系。这种公路错综复杂、四通八达，
143、而周围景象往往千篇一律，不容易辨识。地图是开车行路的必备工具，因此电子导航地图应运而生。一张CD一ROM能装下全国的所有大大小小的道路数据，开车时携带便携式计算机，就能随时查阅地图。不过这种电子地图并不像用一张光盘替代一本地图集这么简单，它还有更多的功能，如路径选择：出发前想去哪里，先告诉电子地图，它会帮助选择出一条最快捷的路线。不一定必须知道目的地在地图上何处，只要有个地址电子地图用地理编码技术就能够自动找目标到并精确定位。还有详细的资料库能辅助决定旅行计划，如它会告知旅途中会路过哪些名胜景点。l实时定位：行进中，电子地图能接通全球定位系统，将目前所处的位置准确地显示在地图上，并指示前进路线
144、和方向。不小心开错方向也没关系，电子地图会及时提醒行车人，并标出当前应该走的新路线。新的研究还将会把当前道路实况传输到电子地图中，这时它就能显示哪里有事故，哪里更快速。此类电子地图有美国的DeLorme Street Atlas USA和日本的Navin You等l2.2.多媒体地图多媒体地图l地图集被装进了CD一ROM，一大本图集变成了一张光盘，却没有了分幅， 能够无级缩放。地图上查到某个地方，就可以调出那里的景色像片，看看当地的风土人情，听听当地的民风民歌。反映历史演变也很方便，有历史演变过程的动画模拟。地图信息分层，地貌地形、环境、政区、河流、城市，需要显示什么层由使用者任意指定，能排列
145、组合出许多类型的地图来。还可以将现有地图作为底图，添加自己的标记和注释，制作出自己的地图。使用这类多媒体性质的电子地图兼有资料库、底图库、素材库等多种功能。lMicrosoft Virtual Globe是一个典型的多媒体电子地图，图8-22是其中的一个界面，从中可以看到多媒体地图的信息构成要素。图8-23则是其中的一个三维飞行地图。l3.3.网络地图网络地图l网络地图或网上地图（Webmap）是指在万维网上浏览、制作和使用的地图（图8-24）。和一般的电子地图相比，网络地图不仅可以利用闪烁或动画等手段，实现地图表现形式的动态变化，更重要的是基于网络环境，能够使地图内容实现实时动态更新，而普通
146、电子地图只是在原有信息基础上实现地图动态性的特点。如M上的气候图，可以按一定的时间分辨率全天候不断更新。l 交互性是指制图者（人）与计算机（机器）之间的信息互动与反馈，即人机信息交互。这种交互的结果表现为信息载体从形式到内容上的变化。l从静态的纸质地图到电子地图，再到网络地图，交互形式从无到有，交互功能从弱到强。纸质地图因为内容固化，信息传输形式完全是单向的，不可能有超越地图内容上的交互。电子地图实现了地图内容的数字化，在进行可视化显示时，可以实现查询、分析、量算等功能。地图用户可以对显示内容及显示方式等进行干预，真正实现了人机交互。网络地图基于网络环境，其交互性比电子地图的交互性有了更进一步
147、的发展。首先，网络地图可以根据不同用户提出的要求，定制不同类型、不同风格的网络地图，实现个性化服务。其次，网络地图的交互性制图功能极强。通过交互功能，用户可以定制地图的规格尺寸，选择地图内容，并且还能根据需要在图面上加点、加线，以表示新的地图内容。l制图结果可以保存、打印或通过E-mail转发。因此，网络地图真正把制图过程与读图过程在交互中融为一体。网络地图基于点、线、面图形，超链接相关信息或直接进入相关网页以获取更多信息。通过超链接手段构建的超媒体结构，使网络地图在地图的可视化背后隐含着更多的潜在信息。这正是网络地图区别于电子地图的重要特征。l此外，从分发形式上看，网络地图为用户提供了更加快
148、捷的地图传播方式和不同形式的人机交互，使公众更易于低成本、高效率地获取地图，具有更高的使用价值。目前在网络上比较著名的地图网站有：http：，http：，http：等。l复习参考题l1、计算机地图制图的基本原理和主要过程是什么?l2、简述计算机地图制图的硬件和软件构成?l3、地图数据的类型和表示方法有哪些?l4、谈谈你对地图数据库的理解以及地图数据库组织的方法。l5、简述地图数据库的管理与功能设计。l6、什么是地图图层？地图数据采用图层管理的意义是什么？l7、结合某一具体应用，阐述遥感制图的基本过程。l8、地理信息系统与计算机地图制图的联系和区别是什么？l9、从实践应用方面，谈谈你对电子地图的理解。
