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1、计算机地图制图原理,1,学习课件,计算机地图制图是什么？,计算机地图制图又称为机助地图制图或数字地图制图，它以传统的地图制图原理为基础，以计算机及其外围设备为工具，采用数据库技术和图形数据处理方法，实现地图信息的采集、存储、处理、显示和绘图的应用科学。,从这儿我们可以看出，计算机地图制图和地理信息系统很类似。,2,学习课件,计算机地图制图和GIS的区别在哪儿？,计算机地图制图系统侧重于可见实体的显示和处理，具有强大的地图制图功能，而地理信息系统可以包含计算机地图制图的基本功能，还具有丰富的空间分析能力。,3,学习课件,在现实中有哪些属于计算机地图制图的范畴？,我们用过的计算机地图制图系统： A
2、utoCAD, Cass, MapGIS等 我们做过的计算机地图制图工作： 数字测图,4,学习课件,学习计算机地图制图什么？,我们用过了一系列的空间数据以及计算机地图制图软件，了解了一些计算机地图制图的过程，可是我们不了解计算机地图制图的原理，不了解图形显示的理论，不了解一些计算机地图数据处理的算法，也不了解空间数据的数据结构。,5,学习课件,计算机地图制图主要讲授内容,计算机地图制图原理与过程、构成等 图形显示理论以及算法 地图数据的结构 地图数据的采集和地图数据库 地图的数据处理以及算法 地理信息可视化的内容,6,学习课件,第一章 绪论,计算机地图制图概述 计算机地图制图的发展 计算机地图
3、制图系统的构成 计算机地图制图与相关科学技术,7,学习课件,计算机地图制图概述,计算机地图制图的概念 计算机地图制图的原理 计算机地图制图的基本过程 计算机地图制图的优越性,8,学习课件,计算机地图制图原理,地图图形的分类 点状图形 平面上的一个点来表示 线状图形 以中心定位轴线（有序点串）表示线状图形的位置和走向 面状图形 以外围轮廓（闭合的有序点串）表示面状要素的位置和分布范围 结论：地图上的一切要素可以看作点或点的集合,9,学习课件,10,学习课件,计算机地图制图的基本原理,图形的离散化 用点可以表示地图上所有的图形，而平面上的任意一点可以用x,y,M来表示，X,Y表示点的平面位置，M表
4、示其类别、特征等属性，由这两类信息即可将地图上连续的图形转换为离散的数字信息。这种把连续的图形离散化的过程，在计算机地图制图中叫做模-数转换(A/D转换)，或称为数字化。,11,学习课件,计算机地图制图的基本原理,图形的集合：数-模转换 按一定的模式处理后的数据，通过数模-转换设备（绘图机），变换成人可以阅读的图形，这就是图解显示。 这种由图形到数字，再由数字变为图形的变换过程就是计算机地图制图的实质。 结论：计算机地图制图的核心问题就是：实现这两种变换的可能性以及怎样实现的问题。,12,学习课件,计算机地图制图的基本过程,计算机地图制图的过程中，由于任务、要求、地图信息的资料来源和种类的不同
5、，使数据获取的方式、数据处理的内容、地图数据的存贮管理方式、成果输出形式以及所使用的设备和软件均有一些差异，但都会经过以下三个阶段： 数据采集阶段 数据处理阶段 数据输出阶段,13,学习课件,14,学习课件,数据采集阶段,按照任务的要求采集输入各种所需的地图信息，将地图的图形信息转换成数字信息，以使计算机存储、识别和处理。 数据来源： 1 地图 2 航空、航天遥感像片 4 野外测量数据 5 地图数据或影像数据 6 统计资料 6 地理调查资料,15,学习课件,数据获取阶段,模-数转换方式 1 纸质地图：手扶跟踪或半自动跟踪数字化仪，按统一的编码系统将图形离散成地图数据（矢量数据） 2 航空、航天
6、遥感相片：扫描数字化仪离散成栅格数据 3 地图数据或影像数据、统计资料：通过键盘或扫描后进行模-数转换,16,学习课件,数据处理阶段,数据获取以后、图形输出之前对地图数据的各种处理 地图数据的预处理 制图综合处理 图形处理：图形编辑、地图符号的图形生成等,17,学习课件,数据处理阶段,地图数据的预处理： 直接数字化获取的数据，是一种毛坯数据，其中含有错误、误差、非标准化格式等许多问题，不能作为实际存储的数据，因此，在进行各种地图数据处理之前，首先要进行预处理。 预处理的内容： 误差纠正、坐标系变换、投影变换、结点匹配、数据格式转换、数据压缩等,18,学习课件,数据处理阶段,制图综合 地图是空间
7、信息的重要传播手段之一，空间信息不仅数量庞大，类型复杂，并且还在与日俱增。因此，在有限的图画上要反映这些庞大而复杂的空间信息，就不得不进行去粗取精，反映主要的，本质的方面，舍弃决要的、非本质性的方面，以确保地图的易读性，这个过程就是制图综合。,19,学习课件,制图综合,制图综合表现在5个方面： 制图对象轮廓（形状）的概括； 制图对象数量特征的概括； 制图对象质量特征的概括; 制图对象的取舍; 以各个制图对象（概念）的集合符号（种的甚至是类的概念）代替各单个地物（概念）。,20,学习课件,图形输出阶段,21,学习课件,图形输出阶段,地图 图像 统计表 三维多媒体虚拟现实,22,学习课件,计算机地
8、图制图的优越性,与传统的地图相比： 1 易于编辑和更新 2 提高绘图速度和精度 3 容量大且易于存储 4 丰富地图品种 5 便于信息共享,23,学习课件,计算机地图制图的发展,国际发展状况 1 计算机地图制图的探索期 20世纪50年代末至60年代初，牛津大学自动制图系统投入运行 2 计算机地图制图的发展期 20世纪70年代，由于计算机、存储设备、图形显示理论的发展等，计算机地图制图朝实用化方向发展 3 计算机地图制图的成熟期 20世纪80年代，微机的出现、数据库技术以及网络设备的发展，计算机地图制图得到了广泛的发展，1982年，美国地质调查局建成了1：200万美国国家地图数据库。 4 计算机地
9、图制图的普及应用期 20世纪90年代，逐步取代了传统地图制图的生产模式,24,学习课件,计算机地图制图的发展,国内发展状况 1 硬件方面 2 软件开发及系统建立方面,25,学习课件,计算机地图制图系统的构成,硬件 软件 地图数据 制图人员,26,学习课件,硬件,输入设备 处理设备 输出设备,27,学习课件,输入设备,键盘鼠标 光笔、触摸屏 数字化仪 扫描仪 全站仪、GPS接收机等,28,学习课件,29,学习课件,手扶跟踪数字化仪,手扶跟踪数字化仪,根据其采集数据的方式分为机械式、超声波式和全电子式三种, 其中全电子式数字化仪精度最高，应用最广。按照其数字化版面的大小可分为A0、A1、A2、A3
10、、A4 等。 数字化仪由电磁感应板、游标和相应的电子电路组成。这种设备利用电磁感应原理：在电磁感应板的x，y方向上有许多平行的印刷线，每隔200m一条。游标中装有一个线圈。当使用者在电磁感应板上移动游标到图件的指定位置，并将十字叉丝的交点对准数字化的点位，按动相应的按钮时，线圈中就会产生交流信号，十字叉丝的中心也便产生了一个电磁场，当游标在电磁感应板上运动时，板下的印制线上就会产生感应电流。印制板周围的多路开关等线路可以检测出最大信号的位置，即十字叉线中心所在的位置，从而得到该点的坐标值。,30,学习课件,手扶跟踪数字化仪,工作流程： 把待数字化的图件固定在图形输入板上，首先用鼠标器输入图幅范
11、围和至少四个控制点的坐标，随后即可输入图幅内各点、曲线的坐标。 通过数字化仪采集数据量小，数据处理的软件也比较完备，但由于数字化的速度比较慢，工作量大，自动化程度低，数字化的精度与作业员的操作有很大关系，所以，目前很多单位在大批量数字化时，已不再采用它。,31,学习课件,扫描仪,通过扫描获得的是栅格数据，数据量比较大。如一张地形图采用300dpi灰度扫描其数据量就有20兆左右。 一般对获得的栅格数据还要进行一些后续处理如图象纠正、矢量化 等 扫描输入因其输入速度快、不受人为因素的影响、操作简单而越来越受到大家的欢迎，再加之计算机运算速度、存储容量的提高和矢量化软件的踊跃出现，使得扫描输入已成为
12、图形数据输入的主要方法。,32,学习课件,处理设备,计算机 计算机是计算机地图制图系统的主要设备，是硬件部分的核心，主要用于整个系统的数据计算、处理和管理。,33,学习课件,输出设备,图形显示终端 绘图仪 打印机,34,学习课件,软件,1 计算机地图制图专业软件 2 数据库软件 存储空间数据、属性数据等 3 系统管理软件 操作系统,35,学习课件,计算机地图专业软件,核心模块 1 数据输入和编辑模块 支持数字化、图形扫描及矢量化、对图形和属性数据提供修改和更新等编辑操作 2 空间数据管理模块 该模块对用户数据库进行有效的存储、检索和管理 3 数据处理模块 完成地图投影转换、转换各种标准的矢量格
13、式和栅格格式的数据等 4 数据输出模块 5 用户界面,36,学习课件,地图数据,地图数据通常分为空间数据和属性数据两种，空间数据可有矢量数据和栅格数据两种表达形式，空间数据可抽象为三类元素：点、线、面。 地图数据库由地图数据库实体和数据库管理系统两部分组成，数据库实体中存储数据，数据库管理系统对数据进行统一管理，包括查询、检索、增删、修改和维护等，如何对空间数据和属性数据进行统一的管理，是一个重要的问题，解决方法主要有三种：,37,学习课件,紧凑式,紧凑式数据库管理系统是将空间数据和属性数据紧密结合在一起，例如：将属性数据作为空间数据的悬挂体，把属性数据作为空间数据的一部分进行存储。这种情况属
14、性数据不强大，比方说：autocad,38,学习课件,混合式,利用两个子系统分别存储空间数据和属性数据，空间数据存储在文件中，属性数据存储在关系型数据库中，两个子系统之间的数据通过标志码ID进行连接。,39,学习课件,扩展式,空间数据和属性数据都存储在一个关系型数据库中。可是标准的关系型数据库并不能存储空间数据，于是数据库商扩展了关系数据库的功能，能够存储变长纪录，但是在数据库中，用户还是不能定义自己的数据类型，于是出现了数据库引擎，把数据库引擎融入关系型数据库管理器中，把数据类型加入关系数据库中，在数据表中加入图形数据项。,40,学习课件,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 全球定位系统 电子地图,41,学习课件,