数字地图制图原理ppt课件.ppt
数字地图制图原理 Principles of Digital Cartography,课程名称： 数字地图制图原理学 时： 36考 核： 平时30% 考试70%Email：QQ: 16207142授课教师： 张 翔,专业必修课,1.1 课程定位1.2 计算机辅助地图制图的发展1.3 数字地图的基本概念和特性1.4 数字地图制图技术与GIS的关系,第一章 绪 论,1.1 课程定位,专业定位,0705,0816,围绕着“数据”与“地图” 产生组合数 图 （地图制作）: 地图设计 专题地图编制 地图艺术设计 地图制图数学模型 数字地图制图 遥感制图图 图 （地图变换）: 地图综合 普通地图编制 地图投影与变换 计算机地图制图图 数 （地图应用）: 空间分析 DEM分析与可视化 地图分析 空间统计,数字地图与地理空间信息工程专业设置？,早期数字地图技术发展,计算机辅助数字化绘图仪打印,计算机辅助地图制图计算机技术的发展及其在地图学中的应用对地图制图产生了深刻影响计算机引入到地图学中已彻底改变了人们对地图制图的理解以及实践的方式，影响了专业地图工作者对制图原则和地图学理论的重新思考,1.2 数字地图制图技术的先期发展,20世纪60年代初，计算机地图制图技术由试验发展到试用，制图工作者的态度是“走一步看一步”；20世纪60年代末到70年代，制图工作者运用计算机辅助技术对以往通过手工或其他技术编制的地图产品进行再制作；20世纪80年代末以后有了一整套新的生产工艺可用于生产新的地图产品（数字地图制图）；,计算机辅助制图发展的三个时期,地图制图系统 1960s,平板打印1970s,滚筒打印1970s,工作站1980s,激光扫描仪 1980s,滚筒扫描仪 1980s,滚筒扫描原理,其他扫描仪原理,扫描识别,SYMAP,早期的制图程序制作的地图,霍华德菲舍尔,概念特征区别,地图与数字地图,地图是按照一定的法则,有选择地以二维(2D)或多维形式(3D)与手段在平面或球面上表示地球(Earth)(或其它星球)若干现象的图形或图像，它具有严格的数学基础、符号系统、文字注记，用地图概括原则，科学地反映出自然和社会经济现象的分布特征及其相互关系。,1.3 地图的基本概念和特性,图面为正射投影平面；图上个点的平面坐标和它所对应的地理坐标之间存在已知的数学转换关系；具有单一的主比例尺，局部比例尺和主比例尺之间的关系是已知的；对地理目标及属性经过了一定的综合；图上内容以抽象的线划符号为主；配有图例和注记；符号间可以进行几何量算；,传统地图的特点,地图是客观世界的物质模型或图标模型，它通过比例缩放来再现现实世界，它试图通过缩小尺寸来保持真实世界的特征，以至于在实验室里就能模拟表达；地图是客观世界的抽象模型，它具有抽象模型中的概念模型、模拟模型、数学模型和数据模型的特点。,地图的模型观,概念模型分为形象模型和符号模型形象模型，是应用人的思维能力对客观世界进行简化和概括，用自然语言来表达（如交通：水陆空，铁路和公路，国省县等）；符号模型，是借助于专门符号和图形，按一定形式组合起来去描述前述概念模型即客观世界。,地图被称为形象符号模型,模拟模型：根据相似性原理来再现现实世界，如用等高线表示实际地面的高程分布和各种地貌类型、形态及其组合；数学模型：以数学形式来描述地图的特征，如投影、拓扑、综合等。数据模型：是实体及实体之间关系的一般性描述。,地理实体空间目标数据库表达（空间数据模型）,例子：专题地图=模拟模型+符号模型,纸质地图：是空间地理环境信息的抽象化、概念化和可视化的图形符号模型。它是按严格的数学法则和科学的综合法则，利用符号系统记录的空间地理环境信息，能反映自然和社会现象的空间分布、组合以及联系与制约。静态性：一旦完成，表示的内容就“固化”了是连续变化的现实世界的瞬时记录 “快照”不需要专门的阅读设备，符合人的视觉读图特点便于携带存储与表示（可视化）的一体化,纸质地图的概念及特性,数字地图是什么？,空间属性,非空间属性,空间数据和属性数据的综合体,数字地图,地理底图,专题覆盖,数字地图 即地图数据。（毋河海，1991）数字地图作为表达客观世界的一种数据模型，在数据库中表现为有序的空间数据（高俊，1999）数字地图是在一定坐标系统内具有确定坐标和属性标志的制图要素和离散数据在计算机可识别的存储介质上概括而有序的集合。具有计算机可识别性、可量算性、可分析性、可传输性及数字与模拟地图的互转性，是生产电子地图和纸质地图的基础。 （王家耀，2001）,数字地图的定义,数字地图的特性,可识别性：指计算机可识别，而目视一般不可识别；数字地图是存储在计算机的硬盘、软盘或磁带等介质上的，地图内容是通过数字来表示的，需要通过专用的计算机软件对这些数字进行显示、读取、检索、分析可量算：计算可进行几何度量，长度、面积、方位等；可分析性：分析的深度取决于数据结构和数据模型；可转化性：是数字地图与模拟地图之间能够相互转化；可传输性：可借助于当代通讯技术进行远程或近距离传输；存储与显示分离：存储与其显示是分离的；,数字地图的存储与显示相分离特性,地图设计更加容易 改变符号与配色,数据与图形表示的分离,Components of digital cartographySpatial dataGraphics Map design ContentSymbolColorLayout,Cartography: visualization of spatial data,Spatial data records in a table,Spatial data visualized on a 2D map,Well-designed map of spatial data,相同空间数据不同可视化形式,电子地图,电子地图：是数字地图在计算机屏幕上的符号化显示，是数字下的地理信息可视化，是人眼直接可视的，包括二维、三维电子地图。电子地图（英语：Electronic map），是利用计算机技术，以数字方式显示的地图。电子地图一般使用矢量图形，地图可动态放大、缩小或旋转而不影响显示效果，而早期使用位图图像来显示，地图比例不能放大或缩小，现代电子地图软件一般利用地理信息系统来储存和传输地图数据，也有其他的信息系统或数据库。,很强的动态表现能力多媒体的表现手段信息传输具有极强可选择性很强的增、删、改和更新能力丰富的计算和分析功能可视化的数据探索能力,电子地图的特性,电子地图的特性,可以快速存取显示。可以将地图要素分层显示。利用虚拟现实技术将地图立体化、动态化，令用户有身临其境之感。利用数据传输技术可以将电子地图传输到其他地方。可以实现图上的长度、角度、面积等的自动化测量。,地图内容与符号可定制,http:/www.mapsdata.co.uk/mapsdataapp/,可交互探索,The map as an interface,http:/,多维,动态,http:/,Visualization of a Day of Device Registration Activity,多媒体：多媒体技术的发展，使得视频、声音等都可以成为地图的表达手段,多载体,虚拟现实：可参与，身临其境,3S技术有机结合,实时动态更新,地图分析,数字地图与模拟地图特征的对比,数字环境下的技术为地图制图提供了更为丰富和强大的图形表现力（三维、动态、交互性、高性能图形图像）数字地图不再局限于传统地图作为最终结果的展示，有时，空间数据可视化是整个问题研究和分析的起点。数字地图具有可扩展性。,此外，,实地图（analog maps）：能直接可视和永久存在的任何制图产品，它包括大多数的传统地图产品；虚地图（virtual maps）第一类虚地图：能直接可视，但不具备持久性；第二类虚地图，具有持久性，但是不能直接作为地图可视；第三类虚地图，是既没有可视性也没有真实可触性；,按存储介质的地图产品分类,Tangible：有形的，可触摸的Permanent maps are not really permanent,传统制图,数据收集手工绘制地图小笔尖圆规、直尺成图,数字地图制图,数据采集设备、数字化数据存储管理计算机绘图、制图数据-图形多种媒体输出,数字地图是如何制作的？,地图印刷出版过程,以印刷出版为导向的制图流程,数字地图制图过程,数字景观模型（DLM）Digital landscape model数字制图模型（DCM）Digital cartographic model,非专业人士制作地图,数字地图制图原理,课程内容,数字地图制图原理学什么？,数字地图：如何从“数据”到“图形”？Core spatial concepts地图数据（空间数据）或地理信息 是如何存储在数据库中的？Spatial data modelsSpatial data structuresData acquisition methods如何高效的管理和访问空间数据？Data management地理信息能够如何处理与计算？数字地图制图：地理信息的可视化,作为地理信息专业人员理解数字地图制图与GIS的工作原理理解空间数据处理、管理、应用的总体流程从专业角度解决在该领域从业可能遇到的问题作为创新研究的基础当现有工具不足时，有能力扩展现有工具,为什么学这些内容？,Reference books,Chapter 1. General introductionChapter 2. Basics of databasesChapter 3. Core spatial conceptsChapter 4. Spatial data modelsChapter 5. Data structures, algorithmsChapter 6. Data storage and indexingChapter 7. GIS architectures Chapter 8. GIS-interfacesChapters 9, 10. Uncertainty and time,GIS: ACP Table of Content,第一章 绪论第二章 几何分析基础第三章 地图数据结构与数据组织第四章 地图数据的获取与预处理第五章 地图制图综合第六章 地图数据的可视化第七章 数字地图分析第八章 数字地图的标准化第九章 数字地图工程,中文学习材料及目录,数字地图制图与GIS,Paper maps,Digital maps,Web maps,地图制图的技术沿革路线,GIS = Maps + Analysis,Geospatial revolution,1980s,print maps on-screen maps,数字地图制图的初衷是为了提供地学分析能力由于计算机技术的限制，初期的分析能力很弱，更多机助制图色彩1980s 数字地图制图与空间数据处理取得长足进步数据库技术、计算机软件包的空间查询和分析功能不断增强这些技术的总和被人们称为地理信息系统（GIS）简单看，GIS = Map + Spatial analysis目前，数字地图制图与GIS的核心原理是一致的，包括空间数据建模、存储、管理等。数字地图制图更侧重可视化，GIS侧重空间分析。,1.4 数字地图制图与GIS,Dr. Roger Tomlinson“Father of GIS”,We dont advertise. The only advertising weve ever done is I have a number plate on my car called GIS One. It was a present from my wife.,Roger Tomlinson, Tomlinson Associates, Father of GISLaura Dangermond, ESRI Co-founderJack Dangermond, ESRI PresidentRichard Marston, American Association of Geographers PresidentDouglas Richardson, Executive Director, American Association of Geographers,GI_,Science,System,Service,地理信息服务,数字地图与电子地图差别？电子地图与模拟地图的差别？数字地图制图技术与GIS的关系？,Review,实现数字地图生产，生成符合需要的地图数据文件数字制图的几种方式（数据来源不同）：基于地图数据库的集成式数字制图软件（Atlas 2000）基于GIS的集成式数字制图软件（Arcmap）基于数字化方式编绘的集成式数字制图软件（Coreldraw）基于数字摄影测量技术的集成式数字制图软件（Virtuzo）基于空间可视化和虚拟现实技术的电子地图生成软件（VR）,数字地图制图软件,空间分析工具，目的在于提取空间信息 为空间分析提供工具箱地理实体/空间目标的形态分析（点、线、面）地理实体/空间目标分布特征的分析（空间聚类、趋势面分析等）地理实体/空间目标的位置分析（投影、坐标变换等）模拟工具（模拟地理现象的发生发展过程，从而实现预测预报小流域的土壤侵蚀）空间关系分析（距离、方位、拓扑、相似、相关等分析）面向应用的空间分析基于工具箱进行地学应用分析。如选址分析、城镇规划,数字地图分析软件,数字地形分析工具软件道路选线、土方量计算通视与否辅助遥感分类探索性分析工具（进行科学发现，如人口分布规律）分类工具决策树、聚合工具基于层次或密度关联工具发现空间相关预测工具基于统计规律如回归（参见数据挖掘概念与技术 ，J.HAN，高等教育出版社，2001）,数字地图分析软件,设计模式依旧以设计者为中心，未考虑用户的不同特点无法满足空间数据需求多样化与显示个性化的要求未考虑数据地图的认知环境差异未考虑显示设备的个性差异未考虑地图的使用环境变化缺少符合数字地图视觉感受规律的符号,当前数字地图存在的问题,越来越多的地图落户在屏幕上,传统纸质制图的理论很难完全搬到电子地图设计与实现上。长期以来,地图设计以设计者模型为主导,较少考虑用户模型,基本上是以设计者的模型进行用户缺省。地图介质越来越多,不同显示环境与分辨率需要分别制定不同显示策略。,网络技术产生的核心问题,每页适应到“系统”适应同一比例尺概括到不同比例尺的概括显示从静态到动态从二维到多维从单一用户到多用户从单一显示到“地图系统”,纸质制图理论-屏幕制图理论的转变?,设计者模型与用户模型的隔离,服务问题,多介质的地图传输，用户巨量的增加网络地图的发展， 特别是GOOGLE.EARTH和导航地图的运营,给地图服务带来巨大的契机,可能是地图学崛起并可持续发展的机遇如何为用户提供服务?技术策略的转变?市场观念的转变?.,全国211院校分布各省有几所,
