计算机地图制图(中国矿业大学课件)1概述

计算机地图制图中国矿业大学银川学院总学时：64总学分：4考核方式：考试参考教材：《计算机地图制图》艾自兴,龙毅武汉大学出版社。推荐资料：《计算机地图制图原理与算法基础》闫浩等，科学出版社。吴玥Email:[e-mail]:18795279718课程基本情况课程性质计算机地图制图是一门关于如何使用图像表达地理空间信息的专业基础课，是GIS软件开发和进行地图制图的技术理论基础。课程目的知识全面认识计算机制图的基本理论和地表空间信息的获取加工等方法，了解新理论、新方法及其应用。能力与技能具有利用基础程序语言进行机助制图的初级开发、地图数据录入、数据处理、地图编绘和输出的能力。态度与情感培养严谨的科学态度，激发大胆的创新思维。前景与期望计算机地图制图是集定性、定位、定量、定时于一身的多功能信息集合体，在数字地球、信息与知识经济时代已得到越来越广泛，深入的应用。课程安排（课堂授课+实验教学）一、绪论二、地图数据结构、数据库技术三、数字图像处理与地理信息可视化四、lisp开发语言的学习第一章绪论1.1计算机地图制图概述1.2计算机地图制图的发展1.3计算机地图制图系统的构成1.4计算机地图制图与相关科学技术1.1计算机地图制图概述地理信息的表达方式：影像地景素描风景照片地图What?计算机地图制图是根据地图学原理，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。特点：可识别性、可量算可分析性、可转化性、可传输性、存储与显示分离。优点：易于编辑和更新、提高绘图速度和精度、容量大且易于存储、丰富地图品种、便于信息共享。Why?How?数据采集地图数据的特点：多源，多时相，量大。数字化采集的基本原则：最小的数据冗余，只采集存储底图上的基本数据：点状符号（如独立地物）仅需采集其定位点数据、折线类型的符号只需采集其转折点的数据、曲线类型的符号只需采集其特征点等。有方向性的线状符号数据采集只在其定位线上进行。数据应分层采集。数据处理地图数据预处理地图编辑制图综合地图数据预处理：几何纠正图幅定向数据裁剪与拼接投影变换数据压缩数据光滑数据匹配数据规范化几何纠正：利用控制点数据和有关参数对图像变形进行的几何改正处理，用以消除图底及扫描产生的几何畸变。图幅定向：对图幅进行坐标变换，如将扫描仪坐标变为高斯投影平面直角坐标。数据裁剪与拼接：从整个区域裁剪出需要的区域，以减少不必要的数据参与运算。投影变换：将一种地图投影点的坐标变换为另一种地图投影点的坐标的过程。数据压缩：信息量压缩（数据简化）、存储空间压缩。数据光滑：数据获取时用点的方式记录了线状要素的特征点，图形缩放时为了逼真显示图形，在输出时恢复要素的本来面目，需对其进行必要的光滑处理。数据匹配：实现误差纠正的另一种方法，数据之间按照某种内在关系进行配准，比如计算实体相互之间的距离、两点一致性检验等，是进行多种专题信息复合处理与分析的几何基础。数据规范化：空间数据的转换、数据情况略图、位置和属性精度、逻逻辑一致性和完整性的控制，用以提高数据的共享程度。地图编辑：制定地图成图技术方案并负责指导地图设计、编辑与生产全过程的工作。地图综合：采取简单扼要的手法，将空间信息中主要的数据提取。是一个创造性的过程，通过取舍，在地图上明显的反映出区域内地理事物的特点。数据输出计算机地图制图过程的最后一个阶段，输出形式分为：图形、数据文件。依据其目的和用途选择合适的存储介质。1.2计算机地图制图的发展古代、近现代地图与传统的手工制图技术信息时代的地图与现代的计算机制图技术传统手工制图技术20世纪60年代前，传统的地图制图技术是在展绘好数学基础的裱版上，将地图资料晒蓝拼贴，作为底图。然后用小笔尖、曲线笔等绘图工具由手工编绘。地图制印主要采用的是玻璃照相制版工艺，通过复照、翻版、分图等多道工序完成，流程复杂，周期长，效率低。20世纪70、80年代，地图制图逐步实现软片化，胶片编绘、胶片清绘、刻绘，可剥离软片透明符号和注记等新工艺的应用，较大的简化了地图编绘和制印工序，减轻了手工劳动强度，缩短了成图周期，提高了成图质量。传统的制图工艺流程：现代计算机制图技术20世纪70年代开始，计算机制图研究由实验发展到试用阶段。20世纪80年代，计算机制图与地理信息系统技术迅速发展，建立了基于地图数据库的机助系统。20世纪90年代以后，地图电子编辑出版系统相继问世，彩色地图桌面出版技术广泛应用，实现了全数字化地图生产，出现了革命性的变革，极大提高了地图的生产效率和印刷质量。初期阶段：20世纪60年代牛津自动制图系统哈佛SYMAP制图系统发展阶段：20世纪60年代后期至80年代中期计算机及外部设备大发展，主要侧重数字地图应用。飞跃阶段：20世纪80年代中期至今硬、软件进一步完善，软件形成两分支,向大型网络、数据仓库发展。各阶段发展的成果：数据库驱动的计算机地图制图软件：现代计算机制图技术工艺流程：现代计算机制图技术的优势：工艺流程大为简化，成图周期极大缩短，综合效率大幅提高，降低了材料损耗和制图成本，提高了地图产品的质量。便于修改、存储、更新、再版及数据共享，派生其他地图品种。全数字化过程控制，便于实现规范化。计算机制图操作简单，相较于传统手工作业来讲，操作人员要易于培养。信息化时代的制图技术:地图制图技术已经实现了由传统手工模拟方式向计算机数字地图制图的跨越式发展。国家基础地理信息数据库的建成和快速更新技术体系的逐步建立，空间信息可视化与虚拟现实技术的创新增加了地图的科技含量。地图从二维静态向多维动态发展。地图制图综合的智能化、空间数据挖掘与知识发现的自动化、空间信息服务的网格化将成为未来信息化地图制图的核心技术支撑。1.3计算机地图制图系统的构成硬件配置软件配置地图数据数字地图制图的硬件配置：计算机硬件任务：数学计算、信息处理、设备控制数字地图输入设备键盘、鼠标、存储设备和数字化仪等，后者是将地图图形转换成数字的重要设备，分为两类：跟踪式和扫描式。以跟踪线划要素，记录特征点坐标形式将图形数字化。有点、时间、距离三种操作方式。A0幅面跟踪式数字化仪手扶跟踪数字化流程：手扶跟踪数字化优缺点：对复杂地图的处理能力较弱，耗时多，效率不高。适用于时间要求不紧迫，地图信息不太复杂的情况。精度取决于工作底图上地图要素的宽度、复杂程度、仪器的分辨率、作业人员的熟练程度等多种因素。扫描式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。主要指标有扫描精度、扫描速度和图像质量等。平台式和滚筒式扫描仪扫描图形的自动跟踪矢量化：数字地图输出设备数字地图输出分为显示器显示输出和拷贝输出两类。输出设备的特点：屏幕显示：光栅或液晶屏幕。优点：速度快、色彩鲜艳，可以动态刷新。缺点：非永久性输出，关机后无法留存。幅面小，精度低。滚筒式绘图机：两只步进电机带动绘图纸和绘图工具笔运动，控制两只步进电机协调动作进行绘图。绘图工具可以是笔，也可以是彩色喷墨头。优点：结构紧凑，占地面积小，绘图幅面大。缺点：精确稍差。平板式绘图机:图纸平铺，横梁和笔架运动。优点：精度高。缺点：造价高，占地面积大。软件:计算机地图制图专业软件数据库软件系统管理软件计算机地图制图专业软件数据输入、编辑模块空间数据管理模块数据处理模块用户界面MapGIS（武汉中地信息工程有限公司）SuperMapGIS（北京超图地理信息技术有限公司）GeoStar（武汉吉奥信息工程技术有限公司）方正智绘（北大方正技术研究所）MapInfoArc/Info（ARCGIS）AutoCADCorelDraw数据库软件用于支持空间、属性数据库。具有快速检索、多用户并发和数据安全保障等功能。系统管理软件主要指计算机操作系统。地图数据计算机地图制图系统的操作对象，描述了地理实体的空间（地理实体的空间位置）、时间（地理实体随时间发生的变化）、属性特征（地理实体的名称、类型、数量等）。空间数据对应于地图基本要素即实体，称几何数据，其表现形式有两种：矢量（图形）数据和栅格（图像）数据。EEERHRRRRRRRRRPRPPPPPEEEHEE56100065550005810006575000HousePineForestEucalyptsEPEHH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。地图数据库由数据库实体和数据库管理系统组成，实现两者的连接、查询、管理的方法有：紧凑式：将空间数据和属性数据紧密结合在一起。混合式：利用两个子系统分别储存空间数据和属性数据。扩展式：将地理结构查询语言转化成SQL查询，借助索引数据的辅助关系实施空间索引操作。1.4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全球卫星定位系统电子地图地理信息系统计算机辅助制图计算机科学为地图空间信息的表达、存储、处理、分析和应用提供了有利的工具。地图学其理论和方法对计算机地图制图系统有着重要的影响。遥感技术重要信息源与更新途径可从遥感图像中快速可靠的提取地面目标的空间和属性信息。区别是遥感图像分析功能强大，计算机地图制图稍弱。全球卫星定位系统TtGPSthesegmentsSpaceSegment空间部分UserSegment用户部分MonitorStationsDiegoGarciaAscensionIs.KwajaleinHawaiiControlSegment地面监测部分ColoradoSprings其高精度、高效益、全天候、低成本、高灵活性、实时性等优势在计算机地图制图中具有重要的应用价值。电子地图是数字地图在电子屏幕上的符号化显示。地理信息系统计算机地图制图是地理信息系统的技术基础，而广义的地理信息系统可以包含计算机地图制图的基本功能并具有丰富的空间分析能力。