计算机地图制图复习资料分解.docx
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计算机地图制图复习资料分解
1计算机地图制图的概念
计算机地图制图又称机助地图制图或数字地图制图，它是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。
2.支撑技术
支撑计算机地图制图的技术方法主要有:
计算机图形图像处理技术、数据库技术、制图综合技术、多媒体技术、虚拟现实技术等；
指导计算机地图制图的基本理论主要有:
地图信息论、地图信息传输论、地图感受论、地图符号论、地图模型论、地图认知理论、制图综合理论等。
3.应用范围：
普通地图制图；专题地图制图；数字高程模型；地理信息系统
4.计算机地图制图的优势：
●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
5．计算机地图制图的基本过程
数据采集阶段
数据处理阶段
数据输出阶段
数字化
数字测图
遥感
数据转换
预处理
投影变换
图形处理
制图综合
符号化
普通地图
专题地图
统计图表
.
6.与计算机地图制图相关的科学技术
Ø计算机科学
Ø地图学
Ø遥感技术
Ø全球卫星定位系统
Ø电子地图
7.计算机地图制图原理
计算机地图制图的核心问题是：
如何使用计算机处理地图信息以满足用户的需要，即解决地图信息如何以数字的形式表示、获取、存储、处理和输出，其实质是从图形（连续）转换为数字（离散），经过一定的处理，然后再由数字转换为图形的过程。
●计算机技术之所以能够应用于地图制图，是因为地图本身是按照一定的数学法则，经过科学概括，应用特有的符号系统将地球表面上的景物显示在平面上的一种“图形—数学模型”。
●面对地图，无论其内容多么千变万化，表示方法多么千差万变，图形结构多么复杂多样，总是可以按照几何特征将地图图形划分为三种基本类型图形元素，即“点状图形”，“线状图形”和“面状图形”。
8.计算机地图制图与相关科学技术的联系与区别
（1）.计算机地图制图与地理信息系统
Ø计算机地图制图系统具有强大的地图制图功能；
Ø而完善的地理信息系统可以包含计算机地图制图的基本功能，此外还应该具有空间分析能力；特别是对图形数据和属性数据进行深层次的空间分析能力。
●计算机地图制图是的重要组成部分。
计算机地图制图侧重于地物的显示和处理，讨论地形、地物和各种专题要素在地图上的表示，并且以数字形式对它们进行存贮、管理，最后通过图形输出设备输出地图。
●既注重实体的空间分布又强调它们的可视化效果，既注重实体的空间特征又强调它们的非空间（属性）特征及其操作，具备强大的空间分析和决策支持能力。
现代都具有计算机地图制图的成分，具备良好的地图制图功能，但并非所有计算机地图制图系统都含有的全部功能。
9.计算机地图制图与数据库
●数据库管理系统是一般事务管理系统的基础软件，同时也是计算机地图制图系统中属性数据管理的基础软件。
●计算机地图制图系统除了需要强大的空间数据管理功能之外，还需要具有图形数据的采集、空间数据的处理和可视化等功能。
10.计算机地图制图与遥感图像处理
●遥感图像处理是专门针对遥感图像进行分析处理的软件，图像分析处理功能强大。
●而一般计算机地图制图的图像分析处理功能较弱。
11.计算机地图制图与计算机辅助制图
●计算机辅助制图（）主要用来代替或辅助工程师进行各种设计。
◆共同点：
●都有坐标参考系统，都能描述和处理图形数据及其空间关系，也都能处理非图形属性数据。
◆区别：
●计算机辅助制图多为规则的几何图形及其组合，图形功能极强，属性功能相对较弱；
●计算机地图制图处理的图形及其关系更为复杂，空间数据与属性数据的相互操作频繁，空间数据的处理和符号化功能较强。
12.地图对地理空间的描述（方法）：
地理空间模型
地理坐标系
平面直角坐标系
高程系
地图投影
坐标网
空间实体
13.地图投影
地图是一个平面，而地球椭球面是不可展曲面，将地球椭球面上点映射到平面上的方法称为地图投影。
地图投影实质上就是就是建立地图平面上点的坐标与地球椭球面上对应点的坐标之间的函数关系
有三种常见的投影变形：
长度变形、角度变形和面积变形
根据地图投影中可能引入的变形的性质，可以将地图投影分为等角投影、等面积投影和任意投影。
14.坐标网
在地图上通常都绘有一种或两种坐标网，即经纬线网、方里网。
15.空间实体
在地图学中，把地理空间的实体分为点、线、面三种要素，分别用点状、线状、面状符号来表示。
16.地图数据的基本特征
●空间特征：
空间位置；空间关系
●属性特征
●时间特征
17.关系数据
●关系数据是描述空间数据之间的空间关系的数据。
●地理实体的空间拓扑关系不随地图投影而变化，比一般几何关系具有更大的稳定性，能本质地反映实体之间的逻辑结构关系。
18.属性数据
⏹属性数据是描述空间实体属性特征的数据，也称非几何数据，即描述地理现象或地理实体的定性或定量指标，包括语义与统计数据，如类型、等级、名称、状态等。
⏹属性数据中的定性（或定量）指标通常要经编码转换才能被计算机接受。
19.空间数据
空间数据是描述地图要素中空间特征部分的数据，也称为几何数据，即描述地理现象或地理实体的空间位置、形状、大小等的数据。
空间数据包括：
点类型，线类型，面类型
20.地图的数据结构
⏹地图的数据结构主要是指地图数据中空间数据的结构，即指空间数据适合于计算机存储、管理及处理的几何数据的逻辑结构。
⏹地图的数据结构主要分为矢量数据结构和栅格数据结构。
优缺点
压缩方法
优点
缺点
链码
有较强的压缩能力，有运算功能，适合于存储图形数据
叠置运算难实施，对局部的改动会影响整体结构，而且相邻区域的边界重复存储。
游程长度编码
压缩效率高，易于检索，叠加、合并等运算操作简单，编码和解码速度快。
只顾及单行单列，没有考虑周围其他方向的代码值是否相同，压缩受到一定限制。
块状编码
对大块成片分布的地物有较高的编码效率。
不适合过于破碎的图形编码。
四叉树编码
压缩效率高，压缩解压方便；阵列各部分的分辨率可变，易于进行大部分图形操作和运算。
具有图形编码的不定性，相同形状和大小的多边形可得出完全不同的四叉树结构，不利于形状分析和模式识别。
21.地理空间模型
（1）地球的自然表面
（2）大地水准面（3）地球椭球体模型
22.地理坐标系
建立地理坐标系主要的目的是确定地面点的位置，也就是求出地面点与大地水准面的关系，它包括地面点在大地水准面上的平面位置和地面点到大地水准面的高度。
23.平面直角坐标系
由于地理坐标系是一种球面坐标，难以进行距离、方向、面积等参数的计算，故运用地图投影的方法，建立地球表面和平面上点的函数关系，使得地球表面上任意一个由地理坐标确定的点，在平面上必有一个与其对应的点。
24.高程系
高程即由高程基准面起算的地面点的高度。
高程基准面是根据多年观测的平均海水面确定的。
高程是指地面点至平均海水面的垂直高度。
地面点之间的高程差，称为相对高程，简称高差。
25.地图投影
地图是一个平面，而地球椭球面是不可展曲面，将地球椭球面上点映射到平面上的方法称为地图投影。
地图投影实质上就是就是建立地图平面上点的坐标与地球椭球面上对应点的坐标之间的函数关系。
有三种常见的投影变形：
长度变形、角度变形和面积变形
根据地图投影中可能引入的变形的性质，可以将地图投影分为等角投影、等面积投影和任意投影。
26．地图数据源及数据分类编码
●数据源的种类
Ø地图
Ø遥感影像数据
Ø实测数据
Ø文字与统计资料
Ø已有数字数据
27.地图数据的采集
地图数据采集的任务就是将地理实体的几何数据和属性数据输入到地图数据库中去。
28.几何数据的采集
由于地图数据源的多样性，在几何数据采集中，可以使用不同的方法。
对于由外业测量仪器获取的几何数据，只需把测量仪器的数据传输进入数据库即可。
如果是已有的数字数据（包括栅格形式的数据等），可经过转换后输入数据库。
而从遥感影像上提取专题信息，必须使用几何纠正、图像变换、影像分类和信息提取等技术，这些主要属于遥感图像处理的内容。
29.手扶跟踪数字化
●手扶跟踪数字化是在数字化软件的支持下应用手扶跟踪数字化仪来完成的。
它通过记录数字化仪面板上点的平面坐标来获取矢量数据，是目前广泛采用的一种地图数据采集方式。
●手扶跟踪数字化的基本过程是：
先将所需数字化的地图（图件、航片等）固定在数字化板上；然后设定数字化范围，设置代码清单，输入有关参数及选择数字化方式；最后按地图要素的类别分别实施图形数字化即可。
30.扫描跟踪数字化
1）扫描跟踪数字化的基本思想
●扫描跟踪数字化的基本思想是：
首先通过扫描将地图（图件等）转换为栅格数据，并进行适当处理；然后采用模式识别技术识别出点和注记；最后使用栅格数据矢量化的技术追踪出线和面，并根据地图内容和地图符号的关系，自动给矢量数据赋属性值。
●扫描跟踪数字化与手扶跟踪数字化相比，具有速度快、精度高、自动化程度高等优点，是目前较为先进的地图数字化方式，也是今后的发展方向，正在逐步成为计算机地图制图中最主要的地图数字化方式。
31.属性数据的采集
1．属性数据的采集方法
属性数据的采集较为简单，主要使用键盘输入的方式。
分两种情况：
①当属性数据的数据量较小时，可以在输入几何数据的同时，根据数字化软件的提示用键盘输入。
②当属性数据的数据量较大时，可与几何数据分开输入，经检查修改后再转入到数据库中。
●在计算机地图制图系统中，应提供方便灵活的手段以对属性数据进行增加、删除、修改等操作。
32.属性数据与几何数据的联系方法
●当地图要素的属性数据与几何数据分开输入时，把属性数据与几何数据联系起来的方法是在属性数据与几何数据之间建立一个惟一的公共标志码。
该标志码可以在输入几何数据或属性数据时手工输入，也可以由系统自动生成。
●当几何数据或属性数据没有公共标志码时，必须通过人机交互的方法，如选取一个地图要素，再指定其对应的属性数据来确定两者之间的关系，并生成公共标志码。
●在数据库中，只有当地图要素的几何数据与属性数据有一共同的数据项时，才能将几何数据与属性数据自动地连接起来。
在地图要素的几何数据与属性数据连接起来以后，就可以进行各种诸如定性、定位等查询操作与运算了。
33.地图数据的编辑和数据质量分析
数据编辑
●在数据采集的过程中，无论是地图的几何数据数字化还是属性数据数字化，都不可能完全正确，常见的错误主要有：
地图要素的遗漏，地图要素的重复或多余，几何数据的位置不正确或不完整，属性数据的遗漏、重复，几何数据与属性数据的连接错误等。
因此，必须对所采集的数据进行编辑修改。
为此，首先要显示数据，然后才能进行编辑修改。
34.数据显示
●数据显示是指在屏幕上或通过绘图机把有关信息显示出来，以便与原图进行比较，找出数字化过程中的差错，加以编辑修改。
●为了能对采集到的数据进行较为完整的显示，计算机地图制图系统应提供如下基本功能：
Ø①图形显示功能。
Ø②符号设置及符号库功能。
Ø③图形输出功能。
35.数据质量分析
数据质量的概念
（1）地图数据质量的基本含义
●地图数据具有定位、定性和时间性三大特征。
地图数据的质量是指用该数据来表达其三大特征时所能达到的准确性、一致性和完整性，以及它们之间统一性的程度。
36.地图数据质量的基本内容
1准确性。
准确性主要指地图数据的几何位置精度和属性精度，
2一致性。
这里，一致性主要是指数据的逻辑一致性，
3完整性。
完整性包括诸如地图要素类型的完整性、数据分类的完整性、属性数据的完整性以及注记的完整性等。
4现势性。
现势性可以由数据的采集时间、数据的更新时间等来体现。
5统一性。
统一性主要是指各类数据之间的统一协调等。
37.地图数据库
计算机地图制图是地理信息处理的过程。
在地理信息的采集、存储、检索、分析处理及图形输出等过程中，都需要地图数据库的支持。
地图数据库与一般的数据库相比，不仅数据量特别大，而且既要管理属性数据又要管理空间数据。
地图数据库是计算机地图制图系统的重要组成部分。
38.面向对象的地图数据模型具有如下优点：
●①面向对象的数据模型是一种基于抽象的模型，允许设计者在基本功能上选择最为适用的技术，可充分吸收和利用传统数据模型的优点。
●②可以较为有效地模拟和操纵复杂对象。
●③具有良好的可扩充性。
39.可视化的概念
●可视化是指运用计算机图形学和图像处理技术，将计算过程中产生的数据及计算结果转换为图形和图像显示出来，并进行交互处理的理论、方法和技术。
●它的主要功能是从复杂的数据中产生图形图像，并可以分析和理解存入计算机的图形图像数据。
并非只是漂亮的图形，而是反映复杂的数据
重组数据使其更有效率，转化成图形形式，便于理解和分析
三要素：
数据（科学领域）、渲染（计算机图形）、人（感知与理解）
与计算机图形学和几何建模的区别
40.可视化的分类
●科学可视化：
来源与测量和计算的科学数据可视化
●数据可视化：
普通数据的可视化，如事务数据、股票数据等
●信息可视化：
语义关系、超文本的可视化
41.可视化的作用
①实现人与机之间的图像通信，而不是目前的文字或数字通信，从而使人们观察到传统方法难以观察到的现象和规律。
②使科学家不再是被动地得到计算结果，而是知道在计算过程中发生了什么现象，并可改变参数，观察其影响，对计算过程实现引导和控制。
③可提供在计算机辅助下的可视化技术手段，从而为在分布环境下的计算机辅助协同设计打下基础。
42．地理信息可视化
●地理信息可视化是指运用计算机地图制图技术以及计算机图形学和图像处理技术，将地理信息输入、存储、处理、查询以及输出的数据结果采用图形符号、图形、图像，结合图表、文字、表格等可视化形式显示并进行交互处理的理论、方法和技术。
43.可视化的形式
地图多媒体虚拟现实
44.电子地图的基本特征
（1）数据与软件的集成性
●在产品形式上，纸质地图表现为单一的地图数据输出，而电子地图是地图数据与软件系统的集成，缺一不可。
电子地图的软件系统又可称为电子地图浏览系统，它是地图由数据形式到模拟表达形式的翻译器和转换器，负责将地图数据库中的内容显示在屏幕上，并支持一系列对地图的操作功能。
●
（2）交互性
●纸质地图一旦印刷完成就成为定型产品，幅面、内容、形式都不会再发生改变。
电子地图保存在计算机的存储设备中，电子地图系统的浏览软件允许用户对表达的地图内容进行选择，并通过缩放、漫游对地图表达区域进行调整，经过用户的交互操作在屏幕上形成不同的地图。
（3）表达的多样性
（4）多尺度数据的结合
●一幅纸质地图通常只能表达某一个固定比例尺的地图内容。
而电子地图可以同时载负多个比例尺数据，并通过设定的显示条件动态地调整地图表达的内容，如随着地图的逐步放大，更大比例尺的地图被显示出来。
（5）快速、高精度的信息检索与地图分析
●在纸质地图上搜索地图目标需要用户独立完成，并且只能进行一些比较简单的量算和分析，不仅费时，精度也不容易得到保证。
电子地图利用地图数据库的查询、检索功能和的空间分析功能，很容易实现用户对地图目标的高效、高精度查询和分析的需要。
（6）多维与动态可视化
在纸质地图中，制图人员通常将地理对象的空间分布形态通过制图综合转换为二维平面形式表现出来，即使三维、连续分布的地图信息，也间接地转化为等值线形式来表达。
纸质地图表达的地图目标都是静态的、不变化的，要在图上反映动态变化的地图现象，往往通过几个时间段的静态地图组合来实现。
而在电子地图上，不仅可以进行地图的三维显示、空中飞行、虚拟环境漫游等，而且可以描述地图现象的动态变化过程。
（7）共享性
与纸质地图相比，电子地图依托于计算机技术，网络通信技术和容量大便于携带的存储设备，如光盘等，更容易实现地图的复制、传播和共享。
。
（8）低成本性
电子地图的内容以数据的形式保存在地图数据库中，可以方便地进行无损失复制和数据的编辑、修改，从而很容易更新再版，制作周期短，成本低。
45.电子地图的设计原则
数据设计
●界面设计
Ø界面的形式设计
Ø界面的显示设计
Ø界面的布局设计
●符号和注记设计
●色彩设计
46.电子地图集的制作过程
电子地图集的制作一般包含如下过程：
1电子地图集的选题和目标分析；
2电子地图集的结构与风格设计；
3电子地图集数据（包括电子地图、专题数据与多媒体数据）的加工与制作；
4电子地图集的数据集成；
5成果检查与电子地图浏览系统的应用测试；
6出版发行。
47.电子地图集浏览系统的开发
1电子地图集数据库的读写功能；
2电子地图集中各种基本单元的显示功能；
3电子地图的缩放、漫游功能
4多媒体（视频、音频、图片、动画等）的播放功能；
5当鼠标在一个专题图片单元的关联区域或电子地图的热点、热线、热面上点击时，关联到另一个单元或专题属性信息的快速响应功能；
6电子地图的查询、检索功能；
7电子地图的空间分析功能，主要表现为地图量算、缓冲区分析和最短路径分析功能。
48.电子地图集设计系统的开发
电子地图集设计系统应具备的功能包括：
①电子地图集数据库的读写功能；
②对电子地图集的素材（包括电子地图、专题图片、视频、音频、图像、动画等）进行分门
别类的管理，以便在需要时可以快速检索得到；
③可以构建9种类型的基本单元，不同的单元类型具有自己独立的参数形式；
④建立各基本单元之间的关联方法，包括在专题图片上通过指定关联区域与其他素材
关联，在电子地图上通过添加热点、热线和热面与专题属性数据关联；
⑤可以构建电子地图集的符号库系统，实现电子地图的显示。
49.系统开发的基础条件
⏹可支撑的硬件环境
⏹适合的软件环境
⏹全面的专业知识与技能
50.系统开发过程
按照软件工程化方法定义，系统开发包括系统的需求分析、设计、软件实现、软件测试与运行维护5个阶段。
（1）.需求分析
需求分析是系统开发的前期阶段，主要明确系统要实现的目标与任务要求。
只有确定了系统需要做什么，才能进一步研究系统必须具备哪些功能，以及如何实现这些功能。
（2）系统设计
⏹总体设计
该阶段确定系统的总体结构框架，主要是将前面的各项需求转化为统一的体系结构，包括各个模块的功能、组成以及模块之间的相互关系。
⏹数据库设计
针对系统需求建立数据模型。
⏹详细设计
这一阶段要对每个模块完成的功能进行具体的、结构化的过程描述，包括数据结构与算法、实施的功能和使用数据之间的关系等。
（3）软件实现
软件实现是系统开发的核心环节，它直接表现为程序编制，即将系统设计的结果采用特定的程序设计语言。
（4）软件测试
⏹软件测试的目的是尽可能找出在总体设计、详细设计、软件编码中的错误，加以纠正，从而确保得到高质量的软件。
⏹软件测试包括单元测试、组装测试、确认测试、系统测试等。
（5）运行维护
测试通过的系统经过一定时期（一般为几个月）的试运行并得到进一步完善后，可以正式投入运行使用。
但是，软件中仍然可能存在暂未发现的问题隐患，系统的数据、功能在实践过程中需要修改、调整，需要适应新的系统工作环境、设备等，都会提出系统维护的要求。
在系统中，地图数据采集设备的不断更新、采集方式的不断进步、地图制图规范的进一步完善，都会导致系统软件的升级维护。
51.软件开发模型
⏹瀑布模型
⏹增量模型
⏹螺旋模型
⏹喷泉模型
51.软件设计与实现方法
⏹结构化方法
它通过自上而下、逐层细化的方法将系统划分为一个个模块，其采取的策略是分解和抽象。
一方面，通过分解将复杂的问题划分成若干个相对简单的小问题，然后分别予以解决；
另一方面，不同的分解层次又具有不同的抽象程度，在顶层首先关注问题最本质的方面，其抽象程度最高，随着层次降低，越来越多地关注问题的具体方面，即问题的细节。
这一方法贯穿于分析、设计和程序设计的过程中，分别称为结构化分析（）、结构化设计（）和结构化程序设计（）
结构化方法使用的工具有数据流图、数据字典、判定表、判定树和结构化语言等。
结构化方法作为使用最早、使用时间最长、发展最为成熟的软件设计与实现方法，具有简单、实用的特点，开发者容易掌握和使用，特别适合于瀑布模型。
⏹面向对象方法
面向对象方法是一种围绕客观世界的概念来组织模型的全新的思考方式，它是一种运用对象、类、继承、封装、聚合、消息传送和多态性等概念来构造系统的软件开发方法。
52.结构化方法在系统开发中的应用
系统分析
系统需要完成以下基本功能：
⏹①地图数据（包含空间数据和非空间数据）的采集与入库；
⏹②地图数据的维护和更新；
⏹③地图数据的制图输出。
53.地图数据库的数据结构
（1）图层的概念及其分类
（2）空间数据结构
54.地图数据库管理系统的功能模块
55.地图符号库子系统的结构与功能
（1）基础地图符号
基础地图符号反映地图目标表达的可重复单元，包括点、线、面符号。
其中地图符号的内部组成的几何要素称为图元，基础地图符号可视为一组图元的有序集合。
56.地图符号库子系统的结构与功能
地图符号库管理系统提供了基础与专题两类地图符号的建立、组织、管理功能与应用接口。
这包括利用各类图元的设置与组合进行点、线、面符号的创建、存取、修改、删除等处理功能，以及面向各种类型地图目标的符号化调用接口。
基础地图符号的符号化调用函数的参数包括地图目标分类码和目标空间数据。
专题地图符号的符号化调用函数的参数在分类码和空间数据的基础上，增加目标的专题数据表达式，以确定专题表达的内容。
57.地图数据处理模块
地图数据处理的功能模块包括坐标变换模块、投影变换模块、编辑修改模块、制图综合模块和地图接边模块等。
以坐标转换模块为例：
控制点的建立
坐标变换关系的建立
坐标变换的实施
58.地图数字化采集模块
59.地图制图输出模块的设计
地图制图输出主要依赖于地图符号库子系统的支持。
该模块首先从地图数据库中依次取出一个图层，判断图层类型，然后在图层内再依次取出每一个地图目标，判断目标的分类码，将图层类型以及地图目标的分类码、空间数据和相关专题数据（如果为专题地图符号）一起传递给地图符号化模块。
58.系统的软件实现
系统软件必须通过程序编制实现。
程序编制简称编程，是软件开发的核心工作，其任务就是应用编程语言把已设计的各个模块转变为计算机
编程的前期工作
在编写程序前首先应完成系统的详细设计，也称为“过程设计”。
详细设计并不是具体地编程序，而是将各个模块细化成很容易从中产生程序的“图纸”。
系统界面设计也是详细设计的重要内容之一。
软件开发平台的选择
软件开发平台不仅仅指软件的编程语言，还包括相关的开发环境，如编程语言的版本、支持的库函数和资源、数据存储模式等。
选择软件开发平台要考虑到系统开发的任务和需求。
59系统对软件开发平台的基本要求包括：
具有灵活方便的编程环境。
支持大数据量数据的
升级会员 