第九章 数字地图制图
教学目的和要求：
1.了解数字地图制图的技术基础和数据结构。
2.掌握数字地图制图的基本流程。
3.了解电子地图的概念和特点
本章重点：数字地图制图的基本流程。
本章难点：数字地图的数据结构。
教学时数：10学时
[讲授2学时]
[引入]
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。
第一节 数字地图制图技术基础
一、技术基础
1计算机图形学
计算机图形学是研究如何应用计算机生成、处理和显示图形的一门新兴学科。
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。
在许多应用场合，使用的数据有以下几个特点：数据量大；数据需要长期保存，反复使用；许多数据要被多个不同的用户共用。为了适应这些特点，数据必须集中起来以一定的的组织方式存放在计算机的外存贮器中，从而能以最佳方式、最少的重复，为多种应用服务。这样组织起来的数据就是数据库。数据库和数据管理系统合起来，称为数据库系统。
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。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。
4.多媒体技术
多媒体技术是20世纪90年代以来随着信息技术的发展而形成的一个领域。狭义的多媒体指的是文本、图像、图形动画、声音等多种可供传递的形式载体。多媒体的出现，拓宽了计算机处理信息的范围，提高了计算机处理信息的深度。
二、数字地图制图的系统组成
数字地图制图的组成包括：计算机硬件系统、软件系统、地图数据、制图人员。
第二节 数字地图的数据结构及其数据库
地图基本要素所能提供所见的有形的“图”的信息，是表达地理信息的基本单元，我们称之为实体。地图实体和属性景转换后输入计算机，成为计算机可是别的图形和文本数据，就构成了数字地图。根据地图数据所反映的信息以及地图实体和属性的概念，可以将地图数据分为空间数据和非空间数据两种结构类型。
一、空间数据结构
空间数据对应于地图基本要素即实体，所以又叫几何数据。
1.图形数据的基本要素为点、线、面和体
图形要素之出现在三位数据空间结构中，因此表达地图要素的图形都可以看作是点的几何。从数字制图角度看，制作地图的过程，就是把构成地图要素的点、线、面以点的坐标（xyz）一一记录下来，形成有规律的数字集合，并对这些数字形式的图形信息进行处理，然后将经过加工的数字信息再现，使其成为地图图形输出的过程。
在地图代数中就认为，点、线、面等基础要素构成了一幅地图，在数据组织形式上其中一种简单的矢量结构就表现为：点用单一的坐标（x，y）来表示，是地图基本要素中最基本的要素；线则用多个坐标对来表示，也可以说是用多个点来表示；面通线一样也是用多个坐标对来表示与线不同的是，面的最后一个坐标对必须与第一个坐标相对应。图形数据另一个重要的数据结构就是拓扑结构，即基本要素点、线、面、体之间具有、邻接、关联和包含的拓扑关系。
2.图形数据的组织形式
（1）面向栅格单元的组织形式 以不同层中对应于同一像元位置上的个属性值表示为一个数组，具体格式为：记录号、行号、列号，属性值1、属性值2。
（2）面向地理实体的组织形式 在同一层中，以多边形为记录顺序，记录多边形的属性值和组成多边形的各像元坐标，这种记录方式使用于地图分析和自动化制图。
（3）以“层”的方式存取， 以“层”为基础，每层中以像元为序，记录其坐标和属性值，这种方式结构简单。
二、非空间数据结构
非空间数据主要包括专题属性数据、质量描述数据、时间因素等有关属性的语义信息，因为这部分数据中专题属性数据占有相当的比重，所以在很多情况下直接称其为地图属性数据。地图数据库中的非空间数据有如下几种组织模式：
简单表格数据结构
层次数据结构
网络数据结构
关系数据结构
三、地图数据库数据组织
目前地图数据的组织，空间数据和非空间数据之间连接方式主要有：
1.非空间数据作为空间数据的悬挂体
2.非空间数据和空间数据自成体系。
第三节 数字地图制图的基本流程
一、数字地图制图的基本流程
数字地图制图的基本流程可分为四个阶段：
1编辑准备阶段
这一阶段的工作与传统的制图过程基本相同，包括收集、分析评价和确定编图资料，根据编图要求选定地图投影、比例尺、地图内容、表示方法等并按自动制图的要求做些编辑准备工作。
2数字化阶段
将具有模拟性质的图形和具有实际意义的属性转化为计算机可接受的数字，称为数字化。数字化的方法有手扶跟踪和扫描数字化两种。
3数据处理和编辑阶段
这是数字制图的核心工作，数字化信息输入计算机后要进行两方面处理：一是对数字化信息本身做规范化处理，主要有数字的检查、纠正，重新生成数字化文件，转换特征码，统一坐标远点，进行比例尺的变换，不同资料的数据合并归类等；另一方面是为实施地图编制而进行的数据处理，包括地图数学基础的建立，不同地图的投影变换，对数据进行选取和概括，各种专门符号、图形和注记的绘制处理。
4图形输出阶段
图形输出是将经计算机处理后的数据转换为图形，可以在显示器的屏幕上显示，可以存贮在磁盘上，也可以通过绘图仪或打印机以纸质输出。
二、地图分层
分层是数字地图重要的概念。不同的图形要素类型具有不同的图形空间结构，所以应当将不同图要素类型分为不同的图层存放。通过图形要素的分层可以方便的实现不同数字产品之间数据的“共享”，从而大大减小数字化作业量，同时也可保证地图数据的质量。
所以数字化一幅地图的分层往往先需确定图上的构成要素，例如道路、地块、水域、地名等；然而明确各图形要素是以面状、线状还是注记方式表示。
三、专题地图设计
制作专题地图是根据某个特定的专题对地图进行渲染的过程。
在桌面制图软件环境下，一般的专题制图步骤为：
根据所执行的专题变量，确定使用专题表示方法。
确定从何处获取数据，特别是使用不同图表上的数据时，需要通过数据之间的聚合来实现。
自定义专题图例
保存专题地图
四、图面配置与输出
最终的数字地图产品不仅包括各种分层的图形要素，还可能包括与图形相关的各类统计图表、图例乃至图片，所以需要将不同的图形窗口、统计图窗口和图例窗口在一个页面上妥善的安排，这就是图面的配置问题。地图输出功能设计一般包括了输出设备类型、输出幅面、比例尺、黑白或彩色等参数的选择。
第四节 电子地图
一、电子地图的概念
电子地图也称为数字地图，是地图制作和应用的一个系统，是一种数字化了的地图。电子地图可以存放在数字存储介质上，地图图形可以显示在计算机屏幕上，也可以随时打印输出到纸面上。
二、电子地图的特点
电子地图与纸质介质的地图相比，具有许多优点：1交互性、2无极缩放、3无缝、4动态载负量调整、5多维化、6信息丰富、7共享性、8计算统计和分析功能。
三、电子地图的图种
1.导航图
2.多媒体地图
3.遥感地图
4.网络地图
四、电子地图的应用举例
1在地图量算和分析中的应用
2在规划管理中的应用
3在军事指挥中的应用
4在其他领域中的应用
[重要内容提示]
1.数字地图制图的基本流程
2.地图图分层的含义
3.理解空间数据结构
4.电子地图的概念和特点
[数字地图制图实习8学时]
1.实验目的
了解计算机制图的基本过程，初步掌握地图数字化、地图编辑等基本技能。
2.实验要求
（1）根据给定的河北地图栅格图像，利用Mapinfo软件分层进行数字化。
（2）对各要素进行编辑，类型、位置、大小要正确。
（3）按规定的整饰方法对各要素进行整饰。
3.实验用具
河北政区栅格图、Mapinfo软件、计算机。
4.实验内容
（1）根据给定的河北地图栅格图像，利用Mapinfo软件分层进行数字化。
（2）利用软件提供的工具，分要素对各类图形进行编辑。
（3）对各要素进行整饰，设计完成一幅河北政区图。
5.实验注意事项
（1）数字化要准确。
（2）设色要协调一致，点、线、面设色合理。
（3）图面配置要合理、美观大方。
