第七章 地理信息系统产品输出 地理信息系统产品是指经由系统处理和分析，可以直接供专业规划人员或决策人员使用的各种地图、图表、图象、数据报表或文字说明。地理信息系统产品输出是指将GIS分析或查询检索的结果表示为某种用户需要的可以理解的形式的过程，其中，地图图形输出是地理信息系统产品的主要表现形式。 第一节 空间信息输出系统 目前，一般地理信息系统软件都为用户提供三种图形、图像输出方式以及属性数据报表输出，屏幕显示主要用于系统与用户交互时的快速显示，是比较廉价的输出产品，需以屏幕摄影方式做硬拷贝，可用于日常的空间信息管理和小型科研成果输出；矢量绘图仪制图用来绘制高精度的比较正规的大图幅图形产品。喷墨打印机，特别是高品质的激光打印机已经成为当前地理信息系统地图产品的主要输出设备。 表7-1 主要图形输出设备一览表 设备 图形输出方式 精度 特点  矢量绘图机 矢量线划 高 适合绘制一般的线划地图，还可以进行刻图等特殊方式的绘图  喷墨打印机 栅格点阵 高 可制作彩色地图与影象地图等各类精致地图制品。  高分辨彩显 屏幕象元点阵 一般 实时显示GIS的各类图形、图象产品。  行式打印机 字符点阵 差 以不同复杂度的打印字符输出各类地图，精度差，变形大。  胶片拷贝机 光栅 较高 可将屏幕图形复制至胶片上，用于制作幻灯片或正胶片。  屏幕显示 由光栅或液晶的屏幕显示图形、图像，通常是比较廉价的显示设备，常用来做人和机器交互的输出设备，其优点是代价低、速度快，色彩鲜艳，且可以动态刷新，缺点是非永久性输出，关机后无法保留，而且幅面小、精度低、比例不准确，不宜作为正式输出设备。但值得注意的是，目前，也往往将屏幕上所显示的图形采用屏幕拷贝的方式记录下来，以在其它软件支持下直接使用。 由于屏幕同绘图机的彩色成图原理有着明显的区别，所以，屏幕所显示的图形如果直接用彩色打印机输出, 两者的输出效果往往存在着一定的差异。这就为利用屏幕直接进行地图色彩配置的操作带来很大的障碍。解决的方法一般是根据经验制作色彩对比表，依此作为色彩转换的依据。近年来，部分地理信息系统与机助制图软件在屏幕与绘图机色彩输出一体化方面已经做了不少卓有成效的工作。 二．矢量绘图 矢量制图通常采用矢量数据方式输入，根据坐标数据和属性数据将其符号化，然后通过制图指令驱动制图设备；也可以采用栅格数据作为输入，将制图范围划分为单元，在每一单元中通过点、线构成颜色、模式表示，其驱动设备的指令依然是点、线。矢量制图指令在矢量制图设备上可以直接实现，也可以在栅格制图设备上通过插补将点、线指令转化为需要输出的点阵单元，其质量取决于制图单元的大小。 矢量形式绘图以点、线为基本指令。在矢量绘图设备中通过绘图笔在四个方向(+X、+Y)、（-X、-Y)或八个方向((+X，0)、(+X，+Y)、(0，+Y)、(-X，+Y)、(-X，0)、(+X，-Y)、(0，-Y)、(+X，-Y))上的移动形成阶梯状折线组成。由于一般步距很小，所以线划质量较高。在栅格设备上通过将直线经过的栅格点赋予相应的颜色来实现。矢量形式绘图表现方式灵活、精度高、图形质量好、幅面大，其缺点是速度较慢、价格较高。矢量形式绘图实现各种地图符号，采用这种方法形成的地图有点位符号图、线状符号图、面状符号图、等值线图·、透视立体图等。 在图形视觉变量的形式中，符号形状可以通过数学表达式、连接离散点、信息块等方法形成；颜色采用笔的颜色表示；图案通过填充方法按设定的排列、方向进行填充。 三．打印输出 打印输出一般是直接由栅格方式进行的，可利用以下几种打印机： ①行式打印机：打印速度快，成本低，但还通常需要由不同的字符组合表示象元的灰度值，精度太低，十分粗糙，且横纵比例不一，总比例也难以调整，是比较落后的方法。 ②点阵打印机：点阵打印可用每个针打出一个象元点，点精度达0．141mm，可打印精美的、比例准确的彩色地图，且设备便宜，成本低，速度与矢量绘图相近，但渲染图比矢量绘图均匀，便于小型地理信息系统采用，目前主要问题是幅面有限，大的输出图需拼接。 ③喷墨打印机（亦称喷墨绘图仪）：是十分高档的点阵输出设备，输出质量高、速度快，随着技术的不断完善与价格的降低，目前已经取代矢量绘图仪的地位，成为GIS产品主要的输出设备（见图7-3）。 ④激光打印机：是一种既可用于打印又可用于绘图的设备，其绘图的基本特点是高品质、快速。由于目前费用较高，尚未得到广泛普及，但代表了计算机图形输出的基本发展方向。 第二节 地理信息系统输出产品类型 地理信息系统产品是指由系统处理、分析，可以直接供研究、规划和决策人员使用的产品，其形式有地图、图像、统计图表以及各种格式的数字产品等。地理信息系统产品是系统中数据的表现形式，反映了地理实体的空间特征和属性特征。 一、地图 地图是空间实体的符号化模型，是地理信息系统产品的主要表现形式(如图7-5)， 根据地理实体的空间形态，常用的地图种类有点位符号图、线状符号图、面状符号图、等值线图、三维立体图、晕渲图等。点位符号图在点状实体或面状实体的中心以制图符号表示实体质量特征；线状符号图采用线状符号表示线状实体的特征；面状符号图在面状区域内用填充模式表示区域的类别及数量差异；等值线图将曲面上等值的点以线划连接起来表示曲面的形态；三维立体图采用透视变换产生透视投影使读者对地物产生深度感并表示三维曲面的起伏；晕渲图以地物对光线的反射产生的明暗使读者对三维表面产生起伏感，从而达到表示立体形态的目的。 二、图象 图像也是空间实体的一种模型，它不采用符号化的方法，而是采用人的直观视觉变量(如灰度、颜色、模式)表示各空间位置实体的质量特征。它一般将空间范围划分为规则的单元(如正方形)，然后再根据几何规则确定的图像平面的相应位置用直观视觉变量表示该单元的特征。 三、统计图表 非空间信息可采用统计图表表示。统计图将实体的特征和实体间与空间无关的相互关系采用图形表示，它将与空间无关的信息传递给使用者，使得使用者对这些信息有全面、直观的了解。统计图常用的形式有柱状图、扇形图、直方图、折线图和散点图等。统计表格将数据直接表示在表格中，使读者可直接看到具体数据值（见Ｐ245） 。 随着数字图像处理系统、地理信息系统、制图系统以及各种分析模拟系统和决策支持系统的广泛应用，数字产品成为广泛采用的一种产品形式，供信息作进一步的分析和输出，使得多种系统的功能得到综合。数字产品的制作是将系统内的数据转换成其它系统采用的数据形式。 第三节 计算机地图制图与GIS 一、从计算机地图制图到地理信息系统 计算机地图制图是GIS采集、贮存、处理空间数据的有力工具和手段。严格地讲，计算机地图制图是以传统的地图制图原理为基础，利用电子计算机及其连结的输入、输出装置作为主要工具，采用数据库技术和图形数字处理方法，实现地图信息的获取、变换、传输、识别、存贮、处理、显示和绘图输出。它是一门正在迅速发展的应用技术学科。计算机地图制图又称机助制图。 地理信息系统的发展最初是从计算机地图制图和地籍管理起步的。对于所有的GIS，地图是一个中心，它既是输入数据的来源，又是系统输出的一种形式，因此，地理信息系统的主要功能之一就是用于地图制图。通过图形的编辑来清除图形采集过程中的误差，并根据用户的需求和地物的类型，对数字地图进行整饰，添加符号、注记和颜色。利用绘图仪硬拷贝输出，即可得到一张用户需要的地图。然而计算机地图制图需要涉及到计算机的外围设备。由于各种绘图仪的接口软件和绘图指令都不尽相同，因此，GIS中计算机绘图的功能软件十分复杂。功能完善齐全的制图软件包还应具有地图综合、分色排版印刷的功能。 随着地理信息系统技术的迅速发展，基于GIS的计算机地图制图对传统制图技术的影响深入到了信息获取、数据处理、图形显示、地图产品等几乎每一个方面，传统地图制图所使用的定义对于以计算机和电子技术为基础的地图生产而言已显得不够具体、也不够严密。可以说，机助制图技术的出现，是地图制图学理论与方法的一场深刻的革命。计算机地图制图的发展孕育了地理信息系统的诞生，而地理信息系统的发展又推动着计算机地图制图的迅速提高和进一步发展。两者的关系是如此的密不可分，以致于引发了国际上有关专家、学者对计算机地图制图与地理信息系统相互关系定义的大争论。当前，对于计算机地图制图与地理信息系统关系问题上，至少存在着两种观点，一种观点认为计算机地图制图是地理信息系统的一部分；另一种观点认为地理信息系统是基于计算机地图制图的上层结构。到底应当如何看待两者的关系，尚需时间。但是有一点是明确的：所有的地理信息系统都具有计算机地图制图的成分，但不是所有计算机地图制图都含有地理信息系统的全部功能，两者相互联系，相互促进。 地理信息系统既提供信息服务(如查询、检索)，又提供综合分析(空间分析、系统分析)，它的博才(资源和技术)取胜和运筹帷幄的优势是计算机地图制图所不及的。计算机地图制图为地理信息的时空分布和产品输出提供了先进的手段，但对于区域综合、方案优选和战略决策等重大目标的管理只能依赖于地理信息系统。就功能而言，地理信息系统和计算机地图制图都需要数据采集、数据处理和图形输出等基本功能，然而，强有力的空间分析功能则是地理信息系统所具有的特色。 地理信息系统和计算机地图制图系统的主要区别在于：计算机地图制图系统侧重于可见实体的显示和处理，而对可见实体可能存在的非图形属性不太注重，然而这种属性在地理分析中却是非常有用的、必要的数据；地理信息系统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。地理信息系统的发展确实需要很好的计算机地图制图系统，但计算机地图制图系统本身并不能充分完成用户要求完成的最终给出分析评价结果的任务，同时，也没有必要单独发展功能完善的计算机地图制图系统而不去进一步形成地理信息系统。 计算机地图制图的基本过程 地图设计和生产工艺过程十分复杂，它的复杂程度由地图资料、地图类型、地图比例尺、地图用途等诸多因素来决定，但归纳起来可以分为编辑准备、编辑与设计、编绘与出版等基本阶段。对于计算机地图制图而言，其过程又与使用的硬件和软件、数据源以及图形输出的目的、要求有关。不论是制作普通地图还是类型多样的专题地图，只要是使用计算机地图制图的方法，都必然包括数据获取、数据处理和图形输出3个基本阶段。 三、计算机地图制图的发展趋势 计算机地图制图是一门与计算机科学密切相关的现代技术科学，当今信息时代对地图管理和应用的要求促使计算机地图制图迅速发展。计算机地图制图与传统地图制图相比，有着无可比拟的优势，具体体现在： 1、数字地图可以方便地应用于计算机读取、分析、管理和输入地形信息的各个领域(如 GIS)中的信息获取和输出。 2、数字地图易于校正、编辑、更新和复制，并可方便地根据用户要求进行改编，计算机可仅取出和制作用户所需要的内容和比例尺，增强了地图的适应性、实用性和用户的广泛性。 3、数字地图存贮方便，并保证了贮存的不变形性，提高了地图的使用精度。 4、数字地图的容量大，它只受计算机存贮器的限制，因此可以包含比一般模拟地图多得多的地理信息。 5、增加了地图的品种，拓宽了服务的范围，比如用电子计算机处理地图信息，可制作用常规方法难以实现的三维立体图、视觉立体图、地面切割密度图、坡度图、坡向图等。 6、传统地图制图主要是以手工完成，手工制图的质量高低，很大程度上取决于作业者的技术水平，不同的作业者对同一图幅内地理现象的认识存在着差异，因此不同作业者编制的同一地区的地图在内容上就有可能不完全一致，这种不一致有时就会给地图使用者带来困难。用绘图机绘图不仅减轻了作业人员的劳动强度，而且也减少了制图过程中人的主观随意性所引起的偏差，这样就为地图制图的进一步标准化，规范化奠定了基础。 7、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。 8、便于远程传输。数字地图信息，能作远距离的传输和处理。某些类型的制图，如航空图，需及时向用图者反映图上各种变化，通过远程传输能够有效地达到这一目的。 计算机地图制图的目标是集地图生产与管理于一体，往地理信息系统方向发展，为管理、规划、决策等部门提供更准确、更全面的信息。计算机地图制图是地理信息系统发展的起点，而地理信息系统又是以应用为目的的信息产业。目前，GIS的应用已遍及城市规划、资源清查、灾害监测、地籍管理、宏观决策、经济咨询、投资评价、军事等众多领域。当今计算机地图制图的发展趋势表现在以下几个方面： （1）多种数据采集手段一体化 目前，我国的计算机地图制图系统大多以野外实测数据作为信息源，一般都很少包含属性数据。今后应着力发展其它数据采集手段，比如在室内数字化、航片采集、遥感影像、一般照片的数据获取等方面进一步加强研究。采集获取的信息应包括矢量、栅格的图形、图像数据和非空间属性数据。 （2）数据标准化 以往在研究发展计算机地图制图系统时比较注重实用性，而对标准化问题考虑研究得比较少，这样就造成了数据共享与交流的困难，影响了计算机地图制图的进一步发展。数据标准化的研究包括数据采集编码的标准化、数据格式转换的标准化、数据分类的标准化等。实现数据的标准化是系统普及应用的必要条件。 （3）向集成化的地理信息系统发展 在当前的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联系，并实现其共同管理与相互查询。 第四节 电子地图系统简介 在80年代中期，随着数字地图及地理信息系统技术的发展和应用，随着计算机视觉化研究的深入，在侧重于空间信息的表现与显示的基础上，电子地图应运而生。电子地图主要应用于政府宏观管理、科学研究、规划、预测、大众传播媒介、信息服务等领域。另外，它与全球定位系统(GPS)相结合，在航天、航空领域、军事领域以及汽车导航中也发挥着十分广泛的作用。目前，在国际上影响较大的电子地图有美国世界影像电子地图集、加拿大国家电子地图集。在美国、英国、日本等国用于政府高层宏观决策与信息服务的电子屏幕显示系统中均有大量的电子地图。随着发展，众多的地理信息系统的应用成果也都以电子地图的形式来展示。目前，在电子地图系统方面的研究与应用在我国也取得了一定的成果。 一、电子地图的基本特征 电子地图是以地图数据库为基础，以数字形式存贮于计算机外存贮器上，并能在电子屏幕上实时显示的可视地图，又称“屏幕地图”或“瞬时地图”。根据电子地图存贮介质的不同又可分为“磁盘地图”或“光盘地图”等。 电子地图的主要优点在于： (1)电子地图数据库可包括图形、图像、文档、统计数据等多种形式，也可与视频、音频信号相连，数据类型与数据量的可扩展性比较强； (2)电子地图的检索十分方便，多种数据类型、多个窗口可以在同一屏幕上分层、实时地进行动态显示，具有广泛的可操纵性，用户界面十分友好； (3)信息的存贮、更新以及通讯方式较为简便，便于携带与交流； (4)可以进行动态模拟，便于定性与定量分析，具有较强的灵活性，为地图及其相关信息深层次的应用打下了坚实的基础； (5)可缩短大型系列地图集的生产周期和更新周期，降低生产成本。 与输出硬设备相连，可将电子地图上的多种信息制成硬拷贝。 二、电子地图系统的运行环境 电子地图效用的发挥必须依据一定的硬件和软件环境的支持。其运行要求的基本硬件环境如图7—1所示。其中，数字化仪、扫描仪、硬拷贝机以及绘图机等硬件，是为了建立电子地图数据库以及数据、产品采取多种形式输出而配置的。如果只是单纯地显示电子地图，可以不需要配置这些硬件。光盘驱动器是光盘地图必备的硬件。 电子地图软件系统的结构如图7—2所示，其中各功能模块的主要作用简述如下： (1)生成模块 生成模块包括多种地图制图、文字编辑、图表生成、影像恢复、数据更新等功能。 (2)分析模块 该模块依据不同的用户层次的具体要求而设计，全面考虑电子地图的内容和用途，可设置各种专用模块，或者设置定性分析、定量分析、相关分析、动态分析等功能。 (3)显示模块 显示模块包括检索方式、属性查询、静态显示(多窗口、多种数据类型、分层叠加显示)、动态显示(滚动、闪烁、漫游、动态模拟等)、图形缩放、翻页、模拟产品输出等功能。 电子地图系统的设计由于受运行环境的影响，应充分考虑其视觉感受的心理与生理特点，讲求实效，着重提高电子地图的表现力，增强地图的分析和应用功能。一个完善的、用于信息服务的电子地图系统应该与多媒体技术、超介质载体及地理信息系统相联系。 随着计算机地图制图的进一步发展，电子地图、多媒体地图的问世及其进一步深入的研究，制图学将再一次使地理信息系统进入一个新的天地，并且在现代信息社会中发挥越来越重要的作用。