GIS地图制图

GIS地图制图陈美凤福建师大地理科学学院第1章概述1.1地图概述1.1.1地图、地图学地图是遵循一定的数学法则，将客体（一般指地球，也包括其他星球）上的地理信息，通过科学的概括，并运用符号系统表示在一定载体上的图形，以传递它们的数量和质量在时间与空间上的分布规律和发展变化。地图是地理现实世界的表现或抽象，以视觉的、数字的或触觉的方式表现地理信息的工具。地图学的产生——20世纪60年代地图学的定义国际地图学协会地图学是根据有关科学获得的资料（野外测量、航空摄影测量、卫星图像、统计资料等）进行有关地图和图形生产时，所进行的科学、技术和艺术全部工作的总称。我国地图学家高俊地图学是以地图信息传递为中心，研究地图的理论实质、制作技术和使用方法的综合性科学。现代地图学是以地学信息传输与地学数据可视化为基础，以区域综合制图与地图概括为核心，以地图的科学认知与分析应用为目的，研究地图的理论实质、制作技术和使用方法的综合性科学。现代地图学的学科体系结构及组成表1.1.2地图的基本特性1.严密的数学法则2.特定的符号系统3.科学的地图概括1.1.3地图的分类1.按地图内容分类：普通地图、专题地图2.按地图比例尺分类：大、中、小比例尺3.按制图区域分类：政区、专业分区4.按地图功能和作用分类：通用、专用、特种5.按其他标志分类：按使用方式、载体介质、地图分幅、感受方式、印刷色数、历史年代、数据维数、出版形式等等。地图图名往往能反映出该地图的属性根据载体分类:实地图电子地图数字地图实物形式的地图为实地图，如绘制在纸张、丝棉等一类实体物质形式的地图。实地图使用直观方便，在对地理信息的表示、存储和传递中，起着重要的作用。地理信息当前以实地图的使用方式还很普遍。GIS中的地图是数字形式的，需要通过地图制作和绘制输出形成实地图。(1)专题要素，如土地利用、城市规划、气候、水文一类专题要素信息(2)背景要素，如地形等高线、遥感图像作为专题景(3)注记、专题要素和背景要素的文字注记(4)比例尺(5)坐标(6)指北针(7)图例(8)图廓(9)其他包括制图者、采用的坐标系统、资料来源，时间等实地图的基本构成要素包括：电子地图是用电子制图系统，以数字地图数据为基础制作、并能在屏幕上显示出图形符号、还能借助于计算机信息传输和转换等功能进行网络传输交流与转换的地图，即数字地图数据可视化（或称符号化）了的地图。数字地图是以数字形式记录和存储的地图。包括矢量的和栅格的数字式地图。电子地图与数字地图的区别：数字地图是用数字形式描述地图要素的位置、属性和关系信息的数据集合，与具体表达的符号无关，是一种存储方式；而电子地图则是数字地图符号化处理后的数据集合，是数字地图的可视化，是一种表示方式。电子地图是以数字地图为基础的屏幕模拟表达，并以多种媒介显示地图数据的可视化产品。数字地图的优势：1.交互性强纸质地图固定，电子地图人机对话，可指定显示范围、设定显示比例、自由组织图层地理要素（生成新的地图）。2.能无级缩放比例尺可变3.无缝图纸大小分幅（接边）屏幕大小漫游平移4．动态载负量调整载负量大小纸质、电子5．多维化二维、三维立体实景6．信息丰富信息量除各种地图符号外，外挂数据库，多窗口显示各种信息7．信息共享存放介质网络传播互联网用户人群8．基本地图计算、统计和分析功能简单计算（长度面积）精确量算（距离，面积、坡度、坡向、最优路径，利用GPS精确定位等等）1.2地图制图学概述地图制图学是测绘学的一个分支，是研究地图及其编制和应用的一门学科。它研究用地图图形反映自然界和人类社会各种现象的空间分布，相互联系及其动态变化，具有区域性学科和技术性学科的两重性。亦称技术地图学。地图制图学由地图学总论、地图投影、地图编制、地图整饰和地图制印等部分组成。此外地图应用也已成为地图制图学的一个组成部分。它主要研究地图分析、地图评价、地图阅读、地图量算和图上作业等。1.2.1地图制图学的定义1.2.2地图制图学与其他学科的关系地图制图学同许多学科都有联系，尤其同测量学、地理学和数学的联系更为密切。测量学给地图制图提供地面控制成果和实测地形原图。地理学为地图制图提供认识和反映地理环境及其空间分布规律的基础。地图制图学的地图投影就是以数学为工具阐明其原理和方法的；地图内容各要素选取指标已运用了数理统计和概率论的概念；计算机辅助地图制图更需要各种应用数学。此外，地图制图学还同物理学、化学、色彩学、美学、遥感技术、计算机科学等发生联系。1.2.3地图制图学发展简史地图的起源和地图制图学的发展已有悠久的历史。古希腊地理学家C.托勒密的《地理学指南》就是一部地图制图学著作。托勒密认为地理学就是“以线画形式描绘地球上所有迄今已知的部分及其附属的东西”。他研究了简单的圆锥投影并绘制了世界地图。中国西晋著名地图制图学家裴秀所创立的“制图六体”，对中国古代地图制图学的发展产生了深远的影响。唐代的贾耽、元代的朱思本、明代的罗洪先等历代地图制图学家也对地图制图学的发展有过较大贡献。欧洲文艺复兴时期，著名地图制图学家G.墨卡托对地图制图学的发展起过重大的推动作用。17世纪以后，欧洲进行的大规模三角测量和地形图测绘，促进了地图制图学的更快发展。在中国，从清代开始，进行了国家规模的地图测绘，编制成带有近代性的《皇舆全图》和《大清一统舆图》。20世纪初兴起的航空摄影测量方法，改变了地形图测绘生产过程，加上照像平版彩色胶印技术的应用，为地图的大规模编绘和印制创造了条件，同时也促进了地图制图学现代体系的形成。1.2.4地图制图学发展趋势①地图制图学作为区域性学科，其重点已由普通地图制图转移到专题地图制图，并向综合制图、实用制图和系统制图的方向发展。②地图制图学作为技术性学科，正在向机助制图方向发展，逐步代替延续几千年的手工编图的作业方法。③随着地图制图学同各学科间的相互渗透，产生了一些新的概念和理论。例如，以地图图形显示、传递、转换、存储、处理和利用空间信息为内容的地图信息论和地图传输论；研究经过地图图形模式化建立地图数学模型和数字模型的地图模式论；研究用图者对地图图形和色彩的感受过程和效果的地图感受论；研究和建立地图语言的地图符号学，等等。1.2地图制印的基本过程编辑设计、收集资料地图编绘、植字、剪贴、清绘或刻绘创意排版线划片翻版、修版彩色图像电分原图照相色稿制作普染色版注记版晒制印刷版拼版、分色套阳版（加网）、图形图像复合电子分色片打样、印刷目前编辑设计、收集资料传统图形、图像数字化地图编辑、色彩处理创意排版彩喷输出、检校激光照排软片输出晒制印刷版打样、印刷1.3计算机地图制图概述1.3.1计算机地图制图的概念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。1.3.2计算机地图制图系统的构成硬件软件地图数据1.硬件输入设备：数字化仪、自动图形扫描仪（种类、单色彩色、分辨率）输出设备：图形显示终端、绘图仪、打印机2.软件计算机地图制图系统的核心是软件，用于执行计算机制图功能的各种操作，包括数据输入、处理、数据库管理和图形用户界面等。有以下核心模块：数据输入和编辑模块，空间数据管理模块，数据处理模块，数据输出模块，用户界面。3.地图数据计算机地图制图系统的操作对象是地图数据，它描述了地理实体的空间特征（空间位置、几何图形）、属性特征（名称、类型和数量）、时间特征和地理实体之间的相互关系。根据表现形式可将地图空间数据抽象为点、线、面三类元素，数据表达可以采用矢量和栅格两种组织形式，分别称为矢量数据结构和栅格数据结构。在计算机地图制图系统中，地图数据是以结构化的形式存储在计算机的，称为地图数据库。地图数据库由数据库实体和数据库管理系统组成。数据库实体中存储着许多数据文件和文件中的大量数据（空间数据和属性数据）；而数据库管理系统主要用于对数据进行统一管理，包括查询、检索、增删、修改和维护等。1.3.4计算机地图制图与相关科学技术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。数据库技术提供数据的管理、更新、查询和维护功能；计算机图形学提供算法基础；CAD对于辅助设计提供支持；软件工程对于计算机地图制图的系统设计提供科学的方法。1、计算机科学2、地图学计算机地图制图源于传统地图制图，地图学理论与方法对计算机地图制图系统的发展有着重要的影响。计算机制图为地图特征的数字表达、操作和显示提供了一系列方法，为计算机地图制图系统的图形输出提供技术支持。3、遥感技术遥感作为空间数据的采集手段，已经成为计算机地图制图的重要信息源与数据更新途径。可以从遥感图像中快速而可靠地提取地面目标的空间信息和属性信息。我国卫星遥感地面站的实际工作经验证明，每1-2年TM图像可覆盖我国国土1次，其数据的现势性比常规的地图资料要好，因此，利用遥感图像实施地图空间数据的更新具有重要的现实意义和价值。4、全球定位系统GPS作为一种新型的定位数据的采集和更新手段，具有高精度、高效益、全天候、低成本、高灵活性、实时性等优势。5、电子地图电子地图是以地图数据库为基础，通过一定的硬件和软件在电子屏幕上显示的可视地图，是数字地图在电子屏幕上的符号化显示。1.4GIS与地图制图地理信息系统（GIS，GeographicInformationSystem）是在计算机硬、软件系统支持下，对现实世界（资源与环境）的研究和变迁的各类空间数据及描述这些空间数据特性的属性进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统，它作为集计算机科学、地理学、测绘遥感学、环境科学、城市科学、空间科学、信息科学和管理科学为一体的新兴边缘学科而迅速地兴起和发展起来。地理信息系统是用于输入、存储、查询、分析和显示地理数据的计算机系统。1.4.1GIS的概念GIS是在计算机地图制图技术上逐渐发展起来的，它不仅继承了地图学中空间信息的传递功能，更强调了空间数据早在18世纪，欧州一些国家就开始系统地绘制本国地形图。六七十年代期间，空间数据应用的主要领域是资源调查、土地评价和规划等领域，各学科领域的科学家们认识到地表各特征之间的相互联系、相互影响这一事实后，开始寻找一种综合的多学科、多目标的调查分析方法来评价地表特征，因而产生了面向特殊目的的专题图件。60年代，计算机的出现，传统的制图方式被打破，对地球资源的量化分析和评价产生了实质性的发展，地图要素被量化成简单的数字，可以用计算机很方便地给予定性、定量及定位分析，进而用颜色、符号和文字说明完整地表达实体，因此产生了计算机地图制图技术。70年代后期，由于计算机硬件持续发展，计算机地图制图的历程向前迈进了一大步。80年代，美国地质调查研究所制定了旨在实现地图制图现代化的计划，它的任务是大规模地扩充和改进地图数字化设备，制定数据库信息交换标准，提高地图修编能力，改革传统的制图工艺，形成现代化数字制图流程，计算机地图制图技术的发展对GIS的产生据的分析、处理与应用。GIS是地图学在信息时代的发展，是地图学理论、方法与功能的延伸。1.4.2GIS与计算机地图制图的发展1.4.3GIS与计算机地图制图的关系计算机地图制图技术的发展对GIS的产生起了有力的促进作用，GIS出现进一步为地图制图提供了现代化的先进技术手段,它必将引起地图制图过程深刻变化,成为现代地图制图主要手段，GIS应用于地图制图，可实现地图图形数字化，建立图形和属性两类数据相结合的数据库。GIS系统不同于计算机地图制图，计算机地图制图主要考虑可视材料的显示和处理,考虑地形、地物和各种专题要素在图上的表示，并且以数字形式对它们进行存贮、管理，最后通过绘图仪输出地图。计算机地图制图系统强调的是图形表示，通常只有图形数据，不太注重可视实体具有或不具有的非图形属性，而这种属性却是地理分析中非常有用的数据。GIS既注重实体的空间分布又强调它们的显示方法和显示质量，强调的是信息及其操作，不仅有图形数据库，还有非图形数据库，并且可综合两者的数