MapGIS主要知识点1.docx
《MapGIS主要知识点1.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《MapGIS主要知识点1.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
MapGIS主要知识点1
1.概述
●地图编制的一般过程
制作地图一般先经过外业测量，得到实测的原图（地形图），或根据已成地图和编图资料，通过内业编绘的方法制成编绘原图。
然后经清绘、制板和印刷，复制出大量的地图。
地图制作的主要过程有4个阶段:
地图设计;原图编绘;制印准备;地图印刷
一、地图设计
地图设计通常包括下列内容：
地图设计准备、地图内容设计、编写地图设计书。
地图设计阶段的最终成果是完成地图设计书
二、原图编绘
编绘原图就是根据地图的用途、比例尺和制图区域的特点，将地图资料按编图规范要求，经综合取舍在制图底图上编绘的地图原稿。
编绘原图是原图编绘阶段的最终成果，它集中地体现新编地图的设计思想、主题内容及其表现形式。
地图编绘既不是各种资料的拼凑，也不是资料图形的简单重绘，原图编绘是地图编绘最关键的阶段
三、制印准备
制印准备阶段的最终成果是完成出版原图——清绘原图。
出版原图就是根据编图大纲和图式规范的要求，采用清绘或刻绘方法制成的复制地图的原图。
制印准备是为大量复制地图而进行的一项过渡性工作。
一般编绘原图的线划和符号质量达不到印刷出版要求，故需要将它清绘或刻绘制成出版原图，才能进行制版印刷。
四、地图印刷
地图印刷是利用出版原图进行制版印刷，以便获得大量的印刷地图。
目前制印地图多采用平版印刷。
其制印过程包括照像、翻版、分涂、制版、打样等过程
●常见的几种传统编图方法
编稿法就是按照规范和地图设计书的要求，在经过展点、拼贴、照像、晒蓝的底图上，用与印刷相近的颜色，对地图内容各要素进行制图综合，逐要素描绘制成编绘原图。
再以此为依据，经过清绘制成出版原图。
连编带绘法这种方法是将制作编绘原图和清绘出版原图两个工序合并成一个工序完成。
这种方法的优点是简化了工序，缩短了成图时间，提高了成图的精度，降低了制图成本。
但作业员必须具备编图和清绘两方面的能力。
连编带刻法刻图法与连编带绘法基本相似，其主要差别在于刻图法是应用各种刻图工具在涂有刻图膜（化学遮光涂料）的聚酯薄膜片基上刻绘出各要素。
刻图法不仅减少了制印工序，加快了成图速度，而且刻绘出的线划特别精细，提高了地图成图质量。
缺点
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，更新困难，不能反映空间地理事物的动态变化
信息难于共享
●地图制作新技术
计算机地图制图
从20世纪50年代开始，电子计算机技术引入地图学领域，经过理论探讨、应用试验、设备研制和软件发展，已形成地图学中一门新的制作地图的应用技术分支学科，即计算机地图制图学。
计算机地图制图是根据地图原理，以电子计算机的硬、软件为工具，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，模拟传统的制图方法，进行地图的设计和编绘。
计算机地图制图系统有三个组成部分：
硬件、软件、数据。
从一定意义上讲，计算机地图制图技术也可称为数字制图技术。
计算机地图制图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。
计算机地图制图的特点：
（1）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；
（2）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；
（3）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；
（4）增加了地图的品种，拓宽了服务的范围；
（5）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。
（6）地图信息能够进行远程传输。
●计算机地图制图的产生和发展
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。
试验探索阶段
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。
发展阶段
上世纪70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。
80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大发展和广泛应用。
如1982年美国地质调查局建成了本国1：
200万地图数据库，用于生产1:
200万-1：
1000万比例尺的各种地图；
1983年开始建立1：
10万国家地图数据库
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（DeskTopMappingSystem）为代表的高度集成的商品化软件。
应用阶段
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“BARCOGRAPHICS电子地图出版系统”。
实现了地图设计、编辑和制版的一体化。
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
●计算机地图制图的发展趋势
多元数据采集手段一体化：
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。
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。
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。
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。
2.计算机地图制图的基本原理
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。
●地图
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何确定点的空间位置。
●地图数字模型
地图组成要素的基本单位是点，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。
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。
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
●数字制图
随着计算机技术在地图制图领域的广泛利用，随着数字制图理论和方法的不断成熟和完善，现在完全可以在计算机环境下实现此成图过程。
数字制图就是以数字化仪为手段，将地图要素转化为数字的形式存储于计算机内，建立数字模型
计算机地图制图（数字制图）的基本原理可归纳为：
首先获取的地图（理）信息便于计算机读取和识别其内容；
然后由计算机按照一定的数学模式对数字形式的地图（理）信息进行数据处理形成一定形式的数字地图，或统一存储管理构成地图（理）数据库；
然后把数字地图变换成可阅读的地图图形。
●机助制图
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-AidedCartography），简称“机助制图”。
数字地图制图的技术基础
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
●数字地图制图的技术基础
1.计算机图形学（ComputerGraphics）
主要研究内容：
基本图形元素的生成算法、图形几何变换、图形显示、交互输入、几何模型建立、彩色真实感图形的生成、三维动画方法等。
2.数据库技术
数据库中的数据，不仅包括反映事物数量的数值，还包括各种非数值的信息：
文字材料、图形图像、声音等。
数据特点：
数据量大、需长期保存及反复使用、多用户共用。
数字地图制图的技术基础
2.数据库技术
集中并以一定组织方式存于存储器中，从而能以最佳方式、最少的重复，为多种应用服务——数据库。
对数据库中数据的各种操作统一由一个软件执行，即数据库管理系统（DBMS），数据库和数据库管理系统合称为数据库系统。
在地图学中的应用表现为对空间和非空间数据的管理。
数字地图制图的技术基础
3.数字图像处理
数字图像是以栅格阵列的像元数值来记录图像的，像元数值表现为0-255灰阶。
数字图像处理技术包括了对图像进行抽象、表示、变换等基础方法，图像处理的有效方法还有：
图像增强与恢复、图像分割、图像匹配与识别、图像信息的压缩与编码、图像的二维与三维重建等。
数字地图制图的技术基础
数字图像处理技术：
图像增强与恢复，图像分割，图像匹配与识别，图像信息压缩与编码等
航空与航天遥感图像是地图的重要数据源。
数字地图制图的技术基础
4.多媒体技术
多媒体技术是以计算机为核心对文本、图形、图像、动画、音频、视频等多种媒体实施综合、交互处理的一门综合信息处理技术。
多媒体的特性：
多样性：
在5个感觉空间内，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。
数字地图制图的技术基础
集成性：
多媒体信息的集成和多媒体设备的集成。
交互性：
计算机的人机“交互性”。
多媒体地图信息系统将成为数字地图制图发展的主流方向。
●数字地图制图的硬件配置
包括：
计算机系统硬件、地图数字化输入设备、地图输出设备。
1计算机系统硬件
控制器、运算器、存储器和输入、输出设备。
2数字地图输入设备，包括
交互设备：
键盘、鼠标、磁盘
数字化设备：
扫描仪、数字化仪等，是将地图图形转换成数字化数据的重要设备
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。
扫描仪包括平台式和滚筒式。
数字化仪：
包括手扶、半自动、全自动三种。
操作方式：
点方式、时间方式、距离方式。
3.地图输出设备
数字地图输出分为电子数据显示输出和纸质输出两类。
●计算机地图制图的基本过程
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
1.编辑准备
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，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
实现从图形或图像到数字的转化过程称为地图数字化。
目的是提供便于计算机存贮、识别和处理的数据文件。
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，将数据记入存贮介质，建立数据库，供计算机处理和调用。
3.数据处理和编辑
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。
数据处理和编辑是计算机地图制图的中心工作。
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。
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有不同的处理方法。
4.图形输出阶段
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。
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。
数字地图的数据结构及其数据库
将地理系统中复杂的地理现象进行抽象得到的地理对象称为地理实体或空间实体，简称实体（Entity）。
对实体的描述信息输入计算机，即构成数字地图。
地图数据分为空间数据和非空间数据两种。
1空间概念简述
1.1信息与空间信息
地理信息是与空间位置有关的信息，又称空间信息
空间数据
空间数据
空间数据对应于地图基本要素即实体，称几何数据
空间数据结构
矢量（Vector）：
在计算机图形中指一个有向线段，每个有向线段由有序的特征点来表示，其集合构成了图形。
栅格（Raster）：
将图像或地图分成若干行和列的栅格，记录全图每个栅格点数据，得到每个点的属性特征值，其空间特征已隐含其中。
2.1现实地理世界抽象模型
v点
v线
v多边形
v表面
v地理实体是分布在地球表面占有一定位置的事物。
自然的实体有河流、森林、山地、海洋等。
人工实体有道路、建筑物、城市、农田等。
也可以是人们对土地的某种划分的结果如国家、省、市、县等行政区划。
地图将这些地理实体抽象成点、线、面等可以用符号、注记来描述的地图实体。
v任何地理实体都可以用点、线、面、表面等抽象模型来表达它的空间位置、形状、面积、属性分布等特征。
v点:
用来表达有特定的位置，维数为零的物体
它是一个数据点，逻辑上不能再分的单元。
通常用来定义那些很小的以至于不能用线或面来表达的地理实体。
如井点，电话亭，建筑物等。
v线:
用来表达空间中维度为1的物体。
通常表现为具有相同属性的点的轨迹。
用来表达那些形状狭长，不能用面来表达的地理实体，如街道、河流等
线状特征只有长度，没有面积
v面:
用来表达空间中维度为2的事物。
通常表现为一个封闭的区域用来表达均质实体的形状和空间位置
2.2地图如何描述地理信息
v符号和注记
经过抽象后的点、线、面状地理实体，在地图上是通过符号和注记进行表现的。
如：
不同等级的道路在地图上用不同的线型、宽度、颜色来表达。
水体在地图上通常用蓝色表示。
铁路和机场在地图中有专用的符号。
2.3地图如何表达空间关系
v地理实体之间通过空间位置发生的关系称为空间关系（拓扑关系、方向关系、度量关系），如相邻、包含、相连、距离等。
空间关系在地图上是隐含的，依赖与读者的解释。
通常我们可以在地图上了解到如下一些隐含的空间关系。
例如，通过读图，可以找出长江沿岸的城市有那些，可以量测两个城市之间的距离，可以找出最近的医院位置和到达的路线，通过等高线可以估算山峰的高程等等。
但这些信息是隐含的，需要我们自己来分析。
3基本地图数学概念
3.1比例尺:
比例尺是指图上直线距离与地面上相应距离的水平投影长度之比。
比例尺的大小与地图的详细程度密切相关，比例尺越大，越详细，精度越细，信息越丰富。
如北京在世界地图上表现为一个点，在中国地图上则是一个区域。
3.4地图投影:
由于地球是近似椭球的，故从椭球面到平面必须经过数学变换，这个数学变换称为地图投影。
3.5地图与空间数据结构
地图是按一定的数学法则和特有的符号系统及制图综合原则，将地球表面的各种自然和社会经济现象缩小表示在平面上的图形，它反映制图现象的空间分布、组合、联系及其在时空方面的变化和发展。
空间数据结构是对地图严格数学基础的模拟，具备了地图所有的功能和数学基础，但它有多种形式，使得空间信息表达和空间分析功能比纸面地图更方便，功能更强大。
4矢量数据结构
4.1矢量数据结构
矢量数据结构是利用欧几里得几何学中的点、线、面及其组合体来表示地理实体空间分布的一种数据组织方式。
这种数据组织方式能最好地逼近地理实体的空间分布特征，数据精度高，数据存储的冗余度低，便于进行地理实体的网络分析，但对于多层空间数据的叠合分析比较困难。
包括
点：
（X，Y）；
线：
（X1，Y1），（X2，Y2），…，（XN，YN）；
面：
（X1，Y1），（X2，Y2），…，（XN，YN），（X1，Y1）。
注意面是一个任意形状，边界完全闭合的空间区域，其首尾坐标相同。
如下图所示：
坐标对（3，2）表示一个点（建筑物）的位置，坐标序列（1，5）（3，5）（5，7）（8，8）（11，7）表示一条线（道路），坐标序列（6，5）（7，4）（9，5）（11，3）（8，2）（5，3）（6，5）表示一个面（湖泊）。
这些坐标点对序列就是地理实体在计算机内存储方式。
为了有效的管理这些坐标串，矢量数据结构用一个标识码或关键字，来唯一的标识每个地理实体。
系统除存储它们的坐标序列外，还分别为它们赋唯一标识码。
所有的地理信息系统在这一点上都是相同的，但在具体实现上采用了不同的编码方式。
4.2矢量数据编码
对于点、线实体的矢量编码比较简单直接，只要能将空间信息与属性信息记录完全就可以了。
比较复杂的是多边形矢量编码，它不但要表示位置和属性，更为重要的是要能表达区域的拓扑性质，如形状、邻域和层次等。
我们首先给出一个不能表达拓扑信息的编码方法（顺序编码方法）：
它是最简单的多边形矢量编码方法，直接记录多边形的边界的（X，Y）坐标对集合及其说明信息组成。
如下图所示：
纪录格式如下：
A:
（Xa,Ya）（Xb,Yb）（Xc,Yd）（X20,Y20）（Xe,Ye）（X10,Y10）（Xa,Ya）
B:
（Xf,Yf）（Xg,Yg）（Xh,Yh）（Xi,Yi）（Xj,Yj）（X20,Y20）（Xe,Ye）（X10,Y10）（Xf,Yf）
它的结构很简单，对于实现以多边行为单位的处理和显示。
主要缺点是：
（1）多边形之间的公共边界被数字化和存储了两次，产生了资料冗余；如果多边形边界数字化存在误差，边界不重合时还会发生歧义。
（2）每个多边形自成体系缺少相邻多边形的信息，难以进行邻域处理，如消除某两个多边形之间的公共边。
（3）缺乏拓扑信息，不能处理有岛的情况。
如下图，由于岛的存在不能量算外包多边形的面积。
这种方法一般在一些简单的桌面制图软件中采用。
4.3拓扑
拓扑（topology）一词来自于希腊文，意思是“形状的研究”。
拓扑学是几何学的一个分支，它研究在拓扑变换下能够保持不变的几何属性——拓扑属性。
为了得到一些拓扑的感性认识，我们假设平面是一张高质量无边界的橡皮，该橡皮能够伸长和缩短到任何理想的程度。
想象一下在这张橡皮上所绘制的图形，在橡皮拉伸变形后，就会发现原来图形的一些属性将保留，而有些属性将会失去。
例如，在橡皮表面有一个多边形，多边形内部有一个点。
无论对橡皮进行压缩或拉伸，点依然存在于多边形内部，点和多边形之间的空间位置关系不改变，而多边形的面积则会发生变化。
前者则是空间的拓扑属性，后者则不是拓扑属性。
拓扑在地理信息系统中非常重要，它描述了多边形之间的各种空间关系。
拓扑带来的优点是：
●数据没有冗余，存储效率高。
●所有的邻域关系都能实现。
●岛与多边形的层次关系不受限制
●后续的查询检索和处理效率高；
拓扑的数学概念虽然很抽象，在实际使用的时候却很简单。
它通过特殊的编码，将各种细节进行了隐藏，用户在操作的时候几乎感觉不到它的存在。
拓扑结构可在用户将所有多边形边界数字化后，由系统自动创建。
也可以由用户在数字化的同时输入部分信息，如多边形的边界线编号、左右多边形编号等标识信息。
5栅格数据结构
5.1栅格数据结构
栅格数据结构非常类似与照片。
如果我们拿一个放大镜看一张照片，会发现照片是由一系列不同颜色的点组成的。
栅格数据结构也是同样的原理，它是由一系列规则的格网点（称象元、像素、网格）组成，每个格网点填充一个数值。
实际上所有的位图在计算机都是以栅格数据结构进行存储的。
对于格网点上的数值，可以有不同的解释。
可以是某种分类的结果，如植被类型、土壤类型；也可以是颜色或灰度强度的度量值，如遥感影像每个象素反映的是卫星传感器测量到的地物的特定光谱的反射率；还可以是实际测量的绝对或相对数量，如相对于某海平面的相对高程。
在栅格数据结构里，位置用格网点（象元）来表示，按行列次序组成格网矩阵。
下图所示的是一个地区的数字地形和它对应的以栅格数据结构存储的数据矩阵。
和矢量数据结构一
升级会员 