第一讲-电子地图概述

电子地图可视化工程蔡忠亮武汉大学资源与环境科学学院第一讲电子地图概述BigData→Mapping？电子地图意义文字是地理学第一语言地图是地理学第二语言GIS是地理学第三语言陈述彭，1983电子地图新价值Google地图现实世界虚拟世界“我认为这是Google的核心资产。在50年内，Google将是一个自动驾驶汽车公司（由这个世界的深层地图驱动），哦，另外，他们在某个地方还有一个搜索引擎。”（科幻小说家RobinSloan）GoogleMap现实（地理）世界的索引，GoogleSearch是虚拟（网络）世界页面的索引。1.1数字环境下的地图学发展数字地图学正受到两股不同发展势力的左右夹击:一方面是地理信息系统中数据库内容不经过整饰设计的可视化,另一方面是计算机图形学中关于3维环境的增强现实和仿真可视化（孟立秋，2006）1.1数字环境下的地图学发展CartographyisnotGoogleMaps.It’snotOpenStreetMap.It’snotmashingupgeotaggeddatafromvariousAPIs.It’snotrenderingtiles.It’snot“geo”(“geo”isastupidnon-wordandIwishitwoulddie).It’snotGIS.Cartographyisinthethoughtfuldesignofmaps,nomatterhowtheyarebuiltordelivered.----AndyWoodruff,2011://bostonography.com/可视化问题的提出，激发了数字化时代地图学的活力，开拓了新领域，增加了新产品。数字化时代地图学的诠释——四面体。（高峻院士,2002）数字地图实地读者地图DMRUM地图数字化地图感受••••••地理知识地理可视化地学图谱地图投影符号化制图综合••••••测图（航测）数字制图空间认知编辑与生产••••••基础数据库影象数据库专题数据库••••••••••••可视化应用DM、VE直接应用地理信息系统••••••数据库空间数据基础设施软件数据获取处理数据更新管理系统技术支撑数字地图可视化手段直接使用传统地图电子地图VR、VE定位制导控制大脑电脑决策分析计算处理知识电子地图应用—资源管理应用—区域规划应用—灾害监测应用—环境评估应用—作战指挥应用—交通运输应用—宏观决策应用—商业金融应用—位置服务应用—数字地球应用—……应用—……应用—……1.1数字环境下的地图学发展正在发生的数字化革命对地图学的影响可以从技术、理论和实践三个方面体现（杜清运，2000）：理论发展－是针对数字化对传统理论进行总结提高是目前地图学的最大挑战；技术进步－是数字化革命为地图学发展带来的最大动力；实践提升－是保持地图学长久存在与发展的最终目标。1.1数字环境下的地图学发展三个最经典的理解模型是：认知论(cognitiveconcept)认知论认为，地图学是通过制图模型来认知周围真实世界的科学，地图是真实世界的图形符号模型。传输论(communicativeconcept)传输论认为，地图学是空间信息表达的科学，是信息科学的一个独立分支，地图是一个信息通道，一种传输的手段。地图语言学理论(maplanguageconcept)地图语言学理论认为，地图学是关于地图语言的科学，是符号学的一个分支，地图是一认知传输种用制图语言系统编写的特殊文本。（语义学、句法学和语用学）1、理论发展数学信息论认为：输出信息等于或小于输入信息；地图信息论中，地图信息的输入与输出之间并不是线性关系，地图的输出信息可能大于输入信息，不同的地图读者从一幅地图上所得到的地图信息量也是不同的。1.1数字环境下的地图学发展地图学理论的新进展：地图学定义的改变地图学定义的改变反映了学科内涵和外延上的变化，是地图学理论诸多转变的体现。地图学功能理论的改变Kraak（1998）指出，“地图可视化正在由供给驱动向需求驱动转变”地图学理解模型的改变地图学的理解模型呈现三足鼎立之势1、理论发展（cont.）1.1数字环境下的地图学发展1.1数字环境下的地图学发展产品模式数字地图的出现打破了模拟地图一统天下的局面产品模式可以表现为存贮介质、显示设备和内容三个方面的差别生产技术地图生产过程的全数字化地图设计生产软件的发展地图自动综合技术进展多技术支持对地图学的推动(3S、计算机、多媒体、虚拟现实等)2、技术进步1.1数字环境下的地图学发展分发途径通过计算机存贮介质交换，如软盘、光盘、U盘、移动硬盘等通过计算机与通信网络通过电视、报纸等大众传播媒体使用方式“人－图”-“人－机－图”“单张使用”-“集成式使用”多需求地图（详细程度、比例尺、专题内容、表现形式等）2、技术进步（cont.）1.2电子地图研究电子地图（集）作为一种新型的产品在信息时代扮演着更重要的角色(Taylor,1997)。在电子地图中，空间信息的显示与存储相分离开来。这也使得空间数据的使用不再仅仅为了地图生产这唯一的目标，很多空间分析以及与空间相关的决策等应用也成为可能（AndrewU.Frank，1991）。基于新媒介的“虚拟地图”（VirtualMap）逐渐代替了模拟地图，Koop（1995）将这这种信息传输载体变化称为地图学的第三次技术创新。1.2电子地图研究多媒体技术不仅拓宽了用户获取信息的渠道，允许用户以更加直观的不同方式对数据进行可视化和研究,而且在地图信息传输过程中成为用户访问信息的界面（Cartwright,1999）。Miller（1999）也指出多媒体是用于地理信息表达的潜在的、强有力的工具，它能充分利用多种媒体增强空间信息传输的能力，使得用户能在一个动态、交互的环境下进行空间信息的研究、操作和转换等，将各种媒体用于地图产品的设计，出现了大量的相关产品，这也将引起制图者在地图设计时对多媒体的关注。1.2电子地图研究多媒体电子地图中不仅包括了图形、图表、静态图像等静态地图符号和动画、视频图像等动态地图符号，而且包含了文字、声音、音乐等语言类符号。这些多媒体数据往往被一些GIS所忽视，不久的将来这些数据在决策方面将扮演着一个重要的角色（Lewis，1991）。GIS具有较强的数据管理能力，在扩展着制图功能，而电子地图（系统）或制图系统也在逐渐发展为具有强大分析功能的地图信息系统（CIS）（KirstArtimo，1994）。1.2电子地图研究电子地图的视觉感受研究。由于色彩在电子地图设计中具有重要的作用，目前，对电子地图的视觉感受研究主要集中在电子地图的色彩感受研究上。电子地图的色彩感受研究有利于地图设计人员掌握电子地图的色彩设计规律，制作出最符合人类视觉感受特点的电子地图，同时，也为非地图制图专业的电子地图用户制作和使用电子地图提供帮助。（陈毓芬，2002）1.2电子地图研究1.电子地图多媒体扩展的需要多媒体技术不仅拓宽了用户在交互地图时获取信息的渠道，允许用户以更加直观的不同方式对数据进行可视化和研究。电子地图是空间信息内容组织者(ContentOrganizers)，其可以利用各种空间隐喻(Metaphor)方法可视地组织内容。多媒体用来支持地图的解码和解释，让用户使用地图时更加轻松有趣。将多媒体技术应用于电子地图，并其扩展GIS分析功能。1.2电子地图研究2.数字环境下地图可视化表达的需要数字化制图环境对现代地图学形成巨大的冲击，传统上认为地图学只是关于地图的科学或信息表示的观念正在逐渐被掘弃，取而代之的是一种集动态性、交互性、探究性、超媒体结构等特征于一体的地图可视化工具(江斌等,1995)。可视化并不是一种简单的“图化”过程，可视化为地图学展示了新的一面，它是一种使得制图在视觉传输与视觉思维方面达到平衡的新方式（MacEathren，1994）。1.2电子地图研究2.数字环境下地图可视化表达的需要地图可视化正在由供给驱动（Supply-Driven）向需求驱动(Demand-Driven)转变(Kraak，1998）。数字环境下地图可视化的理论研究对于探索新的地图可视化知识、指导新型地图可视化产品的开发，乃至地图学的理论发展具有重要意义。1.2电子地图研究3.多源、多尺度空间信息集成的需要多数据格式是多源空间数据集成的瓶颈，地理信息系统的发展和广泛应用导致了空间数据多源性的产生。比例尺的有限性和人们观察与分析区域的细节分层的多样性之间的矛盾导致出现了GIS空间数据的多尺度表达—空间数据的“纵向无缝性”。以地图图幅为单位存储与使用和人们要求对区域进行无边界、无图幅显示、查询等之间的矛盾导致了空间数据的“横向无缝性”。数字景观模型（DLM）适于GIS的空间分析，而数字制图模型（DCM）则适于地图的可视化表达，两者相结合可以提高电子地图的可视化效果和增强GIS分析等功能。1.2电子地图研究4.电子地图的多媒体信息组织的需要电子地图系统应用的大众化和表达地理信息数据的多样化对电子地图系统的交互方式和多源信息组织与可视化提出了更高要求。超媒体技术在表现多媒体信息方面具有较强的优势，它以“非线性”的信息组织方式为读者与软件之间提供了一种崭新的交互方式。多媒体电子地图系统的多维性、集成性、交互性、动态性、以及自组织、自适应、自导航的特征，对电子地图数据结构、模型、组织和管理提出了更高的要求。1.3电子地图的定义电子地图(ElectronicMap)电子地图（ElectronicMap）定义的难度在于电子地图的“显示”与“存储”是相分离的。Taylor——电子地图就是在电子介质上使用的地图。吴忠性——电子地图是以地图数据库为基础，在屏幕上显示的一种地图。陈广学——电子地图是建立在计算机软硬件支持基础之上的一种新型地图，它借助于计算机信息传输、转换功能，是在计算机屏幕上显示图形的一种现代化图形形式。普遍接受的定义——电子地图是应用电子学和计算机技术建立起来的视屏显示地图。电子地图的制作包括地图符号系统的逻辑设计、空间信息可视化的表现手段，空间信息系统结构设计及空间信息浏览与查询设计等。更确切地说，电子地图一般地意指多媒体地图，是可交互、多功能的空间信息多媒体可视化集成地图。即电子地图的概念是一个动态发展的概念，即：数字地图——电子地图——电子地图系统。1.3电子地图的定义多媒体电子地图(MultimediaElectronicMap)Taylor（1991）给出的多媒体电子地图的定义是：计算机技术的支持下，集文本、图形、图表、图像、声音、动画和视频等一体的新型地图。它增加了地图表达空间信息的媒体形式，从而以视觉、听觉、触觉等感知形式，直观、形象、生动地表达空间信息。1.4电子地图与数字地图数字地图(DigitalMap)普遍认同的概念是“数字地图是以数字形式存储在磁带，磁盘，光盘等介质上的地图。”KirsiArtimo（1994）认为数字地图应该包括两个方面，即数字地图数据和可视化（感知）方法，而这里所说的可视化包括了触觉（Tactual）以及声音（Sonic）地图，所以他给出定义为：数字地图是指数字地图数据与感知方法的综合体，而感知能通过比例尺测度，并能被直观地或通过图例进行解释。1.4电子地图与数字地图电子地图与数字地图的区别将“数字地图”视觉化后才成为“电子地图”通过打印机或者绘图机视觉化，则“数字地图”就成为传统的“模拟地图”。“数字地图”是“电子地图”的数学基础;“电子地图”是“数字地图”的视觉化。“数字地图”是存储方式，“电子地图”是应用方式。“数字地图”强调地图的实质和存在形式是数字式的;“电子地图”强调地图的表象和主要表现形式。数字地图CDRSHPTIF电子地图1.4电子地图与数字地图电子地图与数字地图的区别1.4电子地图与数字地图几个数字地图与模拟地图的称谓1.5电子地图与GIS陈述彭——“地理信息系统可简单定义为用于采