计算机地图制图原理概述

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,计算机地图制图原理,计算机地图制图是什么？,计算机地图制图又称为机助地图制图或数字地图制图，它以传统的地图制图原理为基础，以计算机及其外围设备为工具，采用数据库技术和图形数据处理方法，实现地图信息的采集、存储、处理、显示和绘图的应用科学。,从这儿我们可以看出，计算机地图制图和地理信息系统很类似。,计算机地图制图和,GIS,的区别在哪儿？,计算机地图制图系统侧重于可见实体的显示和处理，具有强大的地图制图功能，而地理信息系统可以包含计算机地图制图的基本功能，还具有丰富的空间分析能力。,在现实中有哪些属于计算机地图制图的范畴？,我们用过的计算机地图制图系统：,AutoCAD,Cass,MapGIS,等,我们做过的计算机地图制图工作：,数字测图,学习计算机地图制图什么？,我们用过了一系列的空间数据以及计算机地图制图软件，了解了一些计算机地图制图的过程，可是我们不了解计算机地图制图的原理，不了解图形显示的理论，不了解一些计算机地图数据处理的算法，也不了解空间数据的数据结构。,计算机地图制图主要讲授内容,计算机地图制图原理与过程、构成等,图形显示理论以及算法,地图数据的结构,地图数据的采集和地图数据库,地图的数据处理以及算法,地理信息可视化的内容,第一章 绪论,计算机地图制图概述,计算机地图制图的发展,计算机地图制图系统的构成,计算机地图制图与相关科学技术,计算机地图制图概述,计算机地图制图的概念,计算机地图制图的原理,计算机地图制图的基本过程,计算机地图制图的优越性,计算机地图制图原理,地图图形的分类,点状图形 平面上的一个点来表示,线状图形 以中心定位轴线（有序点串）表示线状图形的位置和走向,面状图形 以外围轮廓（闭合的有序点串）表示面状要素的位置和分布范围,结论：地图上的一切要素可以看作点或点的集合,特征值,坐标位置,1,x,1,y,1,;x,2,y,2,;x,3,y,3,;x,4,y,4,;x,5,y,5,;x,6,y,6,;x,7,y,7,;x,8,y,8,;x,9,y,9,;x,10,y,10,;x,1,y,1,2,x,28,y,28,;x,29,y,29,;x,30,y,30,;x,31,y,31,;x,32,y,32,;x,33,y,33,;x,28,y,28,3,x,1,y,1,;x,11,y,11,;x,12,y,12,;x,13,y,13,;x,14,y,14,;x,15,y,15,;x,16,y,16,;x,17,y,17,;x,18,y,18,;x,19,y,19,;x,9,y,9,x,10,y,10,;x,1,y,1,4,x,18,y,18,;x,19,y,19,;x,9,y,9,;x,8,y,8,;x,7,y,7,;,x,20,y,20,;x,21,y,21,;x,22,y,22,;x,23,y,23,;x,24,y,24,;x,18,y,18,5,x,16,y,16,;x,17,y,17,;x,18,y,18,;x,24,y,24,;x,23,y,23,;x,27,y,27,;x,26,y,26,;x,25,y,25,;x,16,y,16,计算机地图制图的基本原理,图形的离散化,用点可以表示地图上所有的图形，而平面上的任意一点可以用,x,y,M,来表示，,X,Y,表示点的平面位置，,M,表示其类别、特征等属性，由这两类信息即可将地图上连续的图形转换为离散的数字信息。这种把连续的图形离散化的过程，在计算机地图制图中叫做模,-,数转换,(A/D,转换,),，或称为数字化。,计算机地图制图的基本原理,图形的集合：数,-,模转换,按一定的模式处理后的数据，通过数模,-,转换设备（绘图机），变换成人可以阅读的图形，这就是图解显示。,这种由图形到数字，再由数字变为图形的变换过程就是计算机地图制图的实质。,结论：计算机地图制图的核心问题就是：实现这两种变换的可能性以及怎样实现的问题。,计算机地图制图的基本过程,计算机地图制图的过程中，由于任务、要求、地图信息的资料来源和种类的不同，使数据获取的方式、数据处理的内容、地图数据的存贮管理方式、成果输出形式以及所使用的设备和软件均有一些差异，但都会经过以下三个阶段：,数据采集阶段,数据处理阶段,数据输出阶段,数据采集阶段,按照任务的要求采集输入各种所需的地图信息，将地图的图形信息转换成数字信息，以使计算机存储、识别和处理。,数据来源：,1,地图,2,航空、航天遥感像片,4,野外测量数据,5,地图数据或影像数据,6,统计资料,6,地理调查资料,数据获取阶段,模,-,数转换方式,1,纸质地图：手扶跟踪或半自动跟踪数字化仪，按统一的编码系统将图形离散成地图数据（矢量数据）,2,航空、航天遥感相片：扫描数字化仪离散成栅格数据,3,地图数据或影像数据、统计资料：通过键盘或扫描后进行模,-,数转换,数据处理阶段,数据获取以后、图形输出之前对地图数据的各种处理,地图数据的预处理,制图综合处理,图形处理：图形编辑、地图符号的图形生成等,数据处理阶段,地图数据的预处理：,直接数字化获取的数据，是一种毛坯数据，其中含有错误、误差、非标准化格式等许多问题，不能作为实际存储的数据，因此，在进行各种地图数据处理之前，首先要进行预处理。,预处理的内容：,误差纠正、坐标系变换、投影变换、结点匹配、数据格式转换、数据压缩等,数据处理阶段,制图综合,地图是空间信息的重要传播手段之一，空间信息不仅数量庞大，类型复杂，并且还在与日俱增。因此，在有限的图画上要反映这些庞大而复杂的空间信息，就不得不进行去粗取精，反映主要的，本质的方面，舍弃决要的、非本质性的方面，以确保地图的易读性，这个过程就是制图综合。,制图综合,制图综合表现在,5,个方面：,制图对象轮廓（形状）的概括；,制图对象数量特征的概括；,制图对象质量特征的概括,;,制图对象的取舍,;,以各个制图对象（概念）的集合符号（种的甚至是类的概念）代替各单个地物（概念）。,图形输出阶段,设备,图形输出方式,精度,特点,矢量绘图机,矢量线划,高,适合绘制一般的线划地图，还可以进行刻图等特殊方式的绘图,喷墨打印机,栅格点阵,高,可制作彩色地图与影像地图等各类精致地图制品。,高分辨彩显,屏幕像元点阵,一般,实时显示,GIS,的各类图形、图像产品。,行式打印机,字符点阵,差,以不同复杂度的打印字符输出各类地图，精度差，变形大。,胶片拷贝机,光栅,较高,可将屏幕图形复制至胶片上，用于制作幻灯片或正胶片。,图形输出阶段,地图,图像,统计表,三维多媒体虚拟现实,计算机地图制图的优越性,与传统的地图相比：,1,易于编辑和更新,2,提高绘图速度和精度,3,容量大且易于存储,4,丰富地图品种,5,便于信息共享,计算机地图制图的发展,国际发展状况,1,计算机地图制图的探索期,20,世纪,50,年代末至,60,年代初，牛津大学自动制图系统投入运行,2,计算机地图制图的发展期,20,世纪,70,年代，由于计算机、存储设备、图形显示理论的发展等，计算机地图制图朝实用化方向发展,3,计算机地图制图的成熟期,20,世纪,80,年代，微机的出现、数据库技术以及网络设备的发展，计算机地图制图得到了广泛的发展，,1982,年，美国地质调查局建成了,1,：,200,万美国国家地图数据库。,4,计算机地图制图的普及应用期,20,世纪,90,年代，逐步取代了传统地图制图的生产模式,计算机地图制图的发展,国内发展状况,1,硬件方面,2,软件开发及系统建立方面,计算机地图制图系统的构成,硬件,软件,地图数据,制图人员,硬件,输入设备,处理设备,输出设备,输入设备,键盘鼠标,光笔、触摸屏,数字化仪,扫描仪,全站仪、,GPS,接收机等,手扶跟踪数字化仪,手扶跟踪数字化仪,根据其采集数据的方式分为机械式、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。按照其数字化版面的大小可分为,A0,、,A1,、,A2,、,A3,、,A4,等。,数字化仪由电磁感应板、游标和相应的电子电路组成。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,200m,一条。游标中装有一个线圈。当使用者在电磁感应板上移动游标到图件的指定位置，并将十字叉丝的交点对准数字化的点位，按动相应的按钮时，线圈中就会产生交流信号，十字叉丝的中心也便产生了一个电磁场，当游标在电磁感应板上运动时，板下的印制线上就会产生感应电流。印制板周围的多路开关等线路可以检测出最大信号的位置，即十字叉线中心所在的位置，从而得到该点的坐标值。,手扶跟踪数字化仪,工作流程：,把待数字化的图件固定在图形输入板上，首先用鼠标器输入图幅范围和至少四个控制点的坐标，随后即可输入图幅内各点、曲线的坐标。,通过数字化仪采集数据量小，数据处理的软件也比较完备，但由于数字化的速度比较慢，工作量大，自动化程度低，数字化的精度与作业员的操作有很大关系，所以，目前很多单位在大批量数字化时，已不再采用它,。,扫描仪,通过扫描获得的是栅格数据，数据量比较大。如一张地形图采用,300dpi,灰度扫描其数据量就有,20,兆左右。,一般对获得的栅格数据还要进行一些后续处理如图象纠正、矢量化 等,扫描输入因其输入速度快、不受人为因素的影响、操作简单而越来越受到大家的欢迎，再加之计算机运算速度、存储容量的提高和矢量化软件的踊跃出现，使得扫描输入已成为图形数据输入的主要方法,。,处理设备,计算机,计算机是计算机地图制图系统的主要设备，是硬件部分的核心，主要用于整个系统的数据计算、处理和管理。,输出设备,图形显示终端,绘图仪,打印机,软件,1,计算机地图制图专业软件,2,数据库软件,存储空间数据、属性数据等,3,系统管理软件,操作系统,计算机地图专业软件,核心模块,1,数据输入和编辑模块,支持数字化、图形扫描及矢量化、对图形和属性数据提供修改和更新等编辑操作,2,空间数据管理模块,该模块对用户数据库进行有效的存储、检索和管理,3,数据处理模块,完成地图投影转换、转换各种标准的矢量格式和栅格格式的数据等,4,数据输出模块,5,用户界面,地图数据,地图数据通常分为空间数据和属性数据两种，空间数据可有矢量数据和栅格数据两种表达形式，空间数据可抽象为三类元素：点、线、面。,地图数据库由地图数据库实体和数据库管理系统两部分组成，数据库实体中存储数据，数据库管理系统对数据进行统一管理，包括查询、检索、增删、修改和维护等，如何对空间数据和属性数据进行统一的管理，是一个重要的问题，解决方法主要有三种：,紧凑式,紧凑式数据库管理系统是将空间数据和属性数据紧密结合在一起，例如：将属性数据作为空间数据的悬挂体，把属性数据作为空间数据的一部分进行存储。这种情况属性数据不强大，比方说：,autocad,混合式,利用两个子系统分别存储空间数据和属性数据，空间数据存储在文件中，属性数据存储在关系型数据库中，两个子系统之间的数据通过标志码,ID,进行连接。,扩展式,空间数据和属性数据都存储在一个关系型数据库中。可是标准的关系型数据库并不能存储空间数据，于是数据库商扩展了关系数据库的功能，能够存储变长纪录，但是在数据库中，用户还是不能定义自己的数据类型，于是出现了数据库引擎，把数据库引擎融入关系型数据库管理器中，把数据类型加入关系数据库中，在数据表中加入图形数据项。,计算机地图制图与相关科学技术,计算机科学,地图学,遥感技术,全球定位系统,电子地图,