03讲环境信息系统的地图学基础.ppt

《03讲环境信息系统的地图学基础.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《03讲环境信息系统的地图学基础.ppt（130页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、南京信息工程大学环境科学与工程学院李凤英,一、地图符号的实质和分类二、地图符号的视觉变量三、地图符号对事物特征的描述四、地图符号的设计,第三节 地图符号,一、地图符号的实质和分类,地图符号本身是一种物质的对象（图形），它用来代指抽象的概念，并且这种代指是以约定关系为基础的。原始地图：制图物体 形象画；现代地图：制图物体 抽象符号 地图符号（表现定位、质量和数量特征）,地图符号的符号特征（1）地图符号具有被表示成分和表示成分的特征（2）地图记号有一定的约定性（规范约定、临时约定）（3）地图记号可以等价变换（4）记号构成地图,概念 被表示成分 空间信息=音响形象 表示成分 视觉形象,表层结构深层结

2、构,地图符号与地图模型,地图是空间信息的符号模型,地图符号空间信息（抽象、概括、简约化了的信息）传递的手段。地图符号构成的符号模型，不受比例尺限制。地图符号提供地图极大的表现力（自然的、人文的、直观的、抽象的、历史的、现在的、未来的）。地图符号能再现客体的空间模型，给难以表达的现象建立构想模型（如等值线图）。,地图符号的分类 1.按地图符号与比例尺的关系分为：-依比例尺符号：面状要素-不依比例尺符号：点状要素-半依比例尺符号：线状要素 2.按符号表示的地理尺度分为：-定性符号-等级符号-定量符号,3.按符号表现的制图对象的几何特征分为：（1）点状符号:地图所代指的概念可以认为是位于空间的点。如

3、：控制点、居民点、矿产地等。特点：（1）符号大小与比例无关；（2）定位特征。,（2）线状符号 地图符号所代指的概念可认为是位于空间的线。如：河流、岸线、道路、航线等特点：（1）符号长度与比例尺发生关系；（2）定位：精确和概略,（3）面状符号 地图符号所代指的概念可以认为是位于空间的面。如：水部范围、森林范围、土地利用分类范围、动植物和矿藏资源分布范围等。特点：（1）符号的范围与比例发生关系；（2）定位：确切和概略定位,4.按符号的形状特征分为：（1）几何符号 基本几何图形构成的较为简单的记性符号。（2）艺术符号-象形符号：（形象符号）-透视符号：（3）组合符号：,（4）图表符号 主要是反映对象

4、数量特征概念的定量符号。如：统计图表,（5）文字符号：文字本身是一种符号，地图上的文字具备了地图的空间特征。（6）色域符号：面积颜色可看成是色域符号。,二、地图符号的视觉变量,1、符号的视觉变量（基本图形变量）能引起视觉差别的图形和色彩变化因素称为“视觉变量”或“图形变量”。,构成符号的视觉变量,（1）基本视觉变量 从制图使用的角度看，视觉变量包括 形状、尺寸、方向、明度、密度、颜色、结构和位置。,图7-1,形状 产生符号视觉差异的最主要特征。点状符号：符号的外形。有规则：不规则：,几何图形,艺术符号,-线状符号：,构成线的那些点的（像元）的形状，不是线的外部轮廓。如：境界、等深线,-面积符号

5、：,无形状变化。,尺寸：描述数量特征 最有效的变量之一。,-顺序量表,-比率量表,-间隔量表,-点状符号：指符号的整体大小。-线状符号：构成它的点尺寸改变，线宽改变。-面积符号：尺寸与面积符号范围轮廓无关。,方向 指点状符号或线状符号的构成元素的方向，面状符号本身无方向变化，内部点、线填充有方向变化。,适用于长形或线状的符号,明度（亮度）符号色彩调子的相对明暗程度。明度包含顺序，能用来显示数据集的顺序状况。如：分级,密度 指在保持符号表面平均明度不变的条件改变像素的尺寸和数量。,结构符号内部像素组织方式的变化。颜色指色相和饱和度的变化。,位置 制图对象的地理位置是由坐标决定，是一种被动因素，但

6、专题图中无定位符号位置会产生视觉的差异感。如：定位图表、注记等,（2）视觉变量的扩展,1.发生时长：指符号形象从屏幕上从出现到消失所经历的时间。地图设计中，发生时长主要用于表现动态现象的延续过程。2.变化速率：描述符号状态改变的速度。可以反映同一图象在方向、明度、颜色等方面的变化速度，也可反映图象在尺寸、形状或空间位置上的变化速度。,3.变化次序：时间是有序的，以类似于二维空间中的前后、邻接关系的方式建立时间段之后的先后、相邻拓扑关系。4.节奏：是对符号周期性变化规律的描述。,图7-2,2、视觉变量能形成的图形知觉效果,（1）整体感和差异感整体感：“联合感受”，某些像素和图形是独立于另外一些像

7、素和图形的整体。如：地形图同类要素之间的整体感。河流、地貌 差异感：“选择性感受”。某种要素图形突出于平面上，目标突出与背景。,图7-3,（2）等级感 观察对象时，能迅速而明显地区分出几个等级的效果。如图7-4所示 产生等级感的视觉变量：尺寸、明度、颜色、结构、密度,图7-4,（3）数量感 指读图时从图形中获得数量（具体差值）的感受效果。产生数量感的最有效的变量：图形尺寸,（4）质量感 将观察对象区分出不同类别，使读者产生不同质的感受效果。产生质量差异的最有效变量：形状、颜色（色相）、结构 如地形图中，河流：蓝色；地貌：棕色,5.动态感 读者从图形中获得一种运动的视觉效果。表示动态感的习惯用法

8、：箭头尺寸、明度、方向、密度等渐变形成动态。,图7-6,6.立体感 通过变量组合，使读者能从二维平面上产生三维的立体视觉效果。尺寸、密度、结构、颜色、饱和度、位置等都可作为形成立体感的因素。,三、地图符号对制图特征的描述,1、制图对象基本特征的标志定位特征：空间对象的基本特征之一，包括物体位置和空间范围。性质特征：辨别不同类型对象的标志，属于定名尺度的范围。空间结构特征：对象的外部形状特征标志，包括轮廓的形状和内部空间的结构差异。,数量特征：对象数量的大小及数量关系的标志，包括间隔尺度和比率尺度的数量关系。关系特征：在制图对象系统中，每一个对象所处的地位极其与其它对象的相互关系。（逻辑层次关系

9、）时间特征：确定对象性质或数量的时点和时段标志，反映对象的发展变化趋势。,2、性质特征的描述描述对象的性质或类型差异的符号-定性符号 描述性质特征的图形变量主要是-形状、结构、方向、颜色（色相）-辅助手段-明度、密度,（1）点状符号 形状变量是表现性质差别的主要因素。颜色、结构具有一定象征意义。如：泉、井：符号+湖蓝 地貌符号：符号+棕色 图7-8,（2）线状符号形状、颜色、结构形式等表达一定象征意义，尺寸配合使用体现等级。形状例：河流粗细渐变形状变化体现等级差异颜色例：等高线、道路、水系的不同色相类型差异结构例：铁路、公路不同的结构 等级差异 尺寸例：道路的宽度变化 等级差别,（3）面状符号

10、 形状、结构、方向、颜色描述面积性质和范围的属性差异；,形状 不同的点状符号填充面积性质差异和范围属性结构 点、线状元素以不同结构填充面积符号方向 不同方向排列的线状元素填充面积符号颜色 不同色相填充面积符号，产生面积性质差异。,二、数量特征的描述 数据处理的两种形式：非分级处理精确描述分级处理 概略描述 描述数量特征的变量尺寸（精确/概略描述明度、结构(概略描述 如：相对大小、等级),(1)点状符号 尺寸比率符号：几何符号。(符号尺寸与数值之间具有一种函数关系，根据符号大小可量算和估算其相应的值。)分级符号：几何符号、象形符号(符号尺寸只给出相对等级概念。)明度 分级符号：符号面积小效果不明

11、显,结构、密度 分级符号 单元图形累加 特殊符号形式，可描述具体数值 图7-10,(2)线状符号 尺寸 比率尺度：如，双线河流的宽度分级尺度：如：道路的宽度明度：分级尺度：较宽的符号中使用结构、密度：分级尺度标注数字 线状现象反映面状或体状现象时，需标注数字。如：等高线、等温线、等密度线等。,图7-11,(3)面状符号主要表现为分级尺度。明度：分级尺度，常用的方法。结构、密度、饱和度、色相分级辅助手段。,实际表示数量特征时，常采用多种变量配合使用。尺寸+结构+密度尺寸+明度+结构明度+尺寸+结构,四、地图符号的设计,1、影响符号设计的因素,（1）地图内容普通图：地形图、地理图专题图:（2）资料

12、特点空间特征：决定符号的类型，点、线、面等测度特征：如定名、等级或是数量组织结构：关系特征。如有无层次，单层或是多层其它特征：如资料的精确性、制图对象在形象、颜色、结构等方面特征的表现等,（3）地图的使用要求地图的类型、主题、比例尺、地图使用对象和使用条件等。影响地图内容的确定，制约符号设计（4）所需感受水平 资料特点、内容主次、图面结构等影响感受水平 如，地形图各要素感受水平一致 专题图的主题内容需较强的感受效果,（5）视觉变量 决定视觉效果 影响地图符号的设计（6）如下表所示 一般视力的线划分辨能力,（7）技术和成本因素 技术水平：作业员的技术和印刷技术 成本：现有的技术条件下尽量降低成本

13、（8）传统习惯标准 如，普通地图：采用图示标准符号和用色,2、符号设计要求（1）图案化 具体对象：具体形象出发构成图案符号 点状符号正视、侧视，如烟囱、树等线、面状符号平面形态，如河流、道路非具体对象：会意性，如：境界、气温、噪音等,制图对象,整理、夸张、变形,规则化图形,烟囱,阔叶林,针叶林,河流,高度概括（基本特征）图案化 规格化（制图对象的质量、数量及关系特征）,（2）象征性 易于产生联想。如（3）清晰性,文,+,（4）系统性 指群体内部的相互关系，主要是逻辑关系。（5）适应性 适应不同地图的内容要求。如，旅游图：生动活泼、艺术性强，多用艺术符号；科学技术用图：严肃、庄重，多用抽象符号（

14、6）生产可行性 制作和复制的可行性,3、地图符号的系统设计,设计步骤分析地图内容及其地图资料，拟定分级、分类原则；确定内容在整体结构中的地位，排定应有的感受水平；选择适当视觉变量和变量组合方案；概括形成具体的图案符号,第四节 地图概括一、地图概括概述二、地图概括的“四步法”三、地图概括的数量分析方法 四、地图概括的实践,一、地图概括概述,一、地图概括,1、地图概括的概念：也称制图综合，就是采取简单扼要的手法，把空间信息中主要的、本质的数据提取后联系在一起，形成新的概念。2、地图概括的实质：解决广阔制图区域内繁多的地理事物与有限地图幅面面积之间的矛盾。,地图在变换比例尺的过程中，应保持地图内容详

15、细性与清晰性的对立统一，几何精确性与地理适应性的对立统一。,3、影响地图概括的因素,客观因素：地图用途和主题、比例尺、制图区域的特点、制图数据的质量、图解限制。主观因素：制图者的才能和经验。,（1）地图的用途和主题,地图用途地图概括的主导因素。地图主题影响地图概括。,同一种地理要素的选取也受地图主题的影响。,地 理 图,地 势 图,（2）地图比例尺,地图比例尺是决定地图概括数量特征的主要因素，限定了制图区域幅面和要素总量。,地图比例尺的变更，制约图上地物的质量特征。,（3）制图区域的地理特征,区域的自然和经济条件，同样的地理事物在不同地区具有不同意义，因而影响对区域的表达。,（4）数据质量,数

16、据的种类、特点及质量直接影响地图概括的质量。,空间数据：包括图表、影像、统计数据和文字资料。,四种表现形式：天文、大地、GPS数据 数字遥感图像和地图资料现势资料各种专题编图资料,（5）图解限制,地图的内容受符号的形状、尺寸、颜色和结构的直接影响，并制约着概括程度和方法。,影响符号最小尺寸设计的因素：视觉分辨能力；印刷与绘制技术；地物和地理环境,4、地图概括的原则,地图概括的原则：要全面、系统、综合地考虑各影响因素对地图概括的作用，从而确定不同的地图概括标准。符合地图用途的需要。保持地图清晰易读且内容完备。保证一定的地图精度。反映出制图区域地理特征。,1、选取 2、简化 3、夸张 4、符号化,

17、二、地图概括的“四步法”,1、选取,空间数据的排序、分级或分群,定性特征的概括：依据地物属性、制图需要及图解限度所进行的重新分类。分级：空间信息进行数量统计时，数据划分为数学定义的级别。,中国土地资源图的分类系统,分类 聚类或分群的过程,层次归类数量分级等级合并降维转换分区选取,显示空间信息的重要特征，删弃次要的细部,比例尺概括：依据比例尺变化而设定取舍标准。目的概括：依据制图目的、区域特征的空间信息选取。,2、简化,删除的最小尺寸删除的指标定额删除的资格排队形状的简化内部结构的简化,质量特征的简化数量特征的简化图形特征的简化地物内部结构的简化,因比例尺变化产生的简化概括,提高或强调符号的重要

18、特征,编图目的影响内容详简图例设计中的夸张:强调重要的地物，符合审美和寓意的需要。,3、夸张,位移,合并,分割,局部夸大,为突出基本特征为表达正确的相互关系强调整体特征刻画基本特征,将空间信息通过分类、简化、夸张等方法所获得的记号，根据其基本特征，相对重要性和相关位置制定成的各种图形。,制作符号：使空间信息成为视觉可见的图形视觉化,4、符号化,三、地图概括的数量分析方法,反映制图空间数据的类型及其区域差异,反映制图空间数据在不同比例下的信息容量,反映空间数据的精度,常用数量分析方法：图解计算法 用于居民点选取 等比数列法 用于河流等线状地物要素的选取 区域指标法 适用于各类要素的选取 回归分析

19、法 适用于某一类要素的选取 开方根规律 用于从大比例尺编制小比例尺图,1.图解计算法,以地图符号的面积负载量(S)确定符号选取数量指标的方法。,S=n(a+p)n/cm2为居民点个数,S=n(pr 2+3.5 d 2),SSi/100mm2=(Spri2+S3.5 di2)/100mm2,此方法一般用于确定居民点选取数额,居民点面积负载量：每100mm2居民点面积的总和,2.等比数列法,用等比数列确定地图要素选取的方法苏联学者鲍罗金根据心理物理学试验，察觉到同一要素的等级差别常遵循等比数列的规则。,以河流在支流选取上的应用为例：设,河流长度分级 A1,A2,An 河流间距分级 B1,B2,Bn

20、,符合等比关系,Ai=A1 ri-1Bi=B1 pi-1,r,p 为辨认系数(公比)可令 r=1.3，p=1.5,C11,C22,Cnn 为河流应保持的最小间隔，则,Cii=(Bi+Bi+1)/2,等比数列模式,等比数列法实例,以河流选取为例,3.区域指标法,小比例尺地图概括过程：,（1）搜集与编辑空间数据：原始地图的镶嵌和比例缩小,（2）研究区域地理特征：编制确定要素选取的区域指标图,3.区域指标法,在计算机制图过程中，此方法的使用需有专家系统的支持。,1,4.回归分析法,地图上居民点的选取程度，同实地密度之间存在着相关关系。,y=axb,xi 为居民点实地密度x 为居民点平均密度yi 为图

21、上选取数y 为选取的平均数,a,b 为待定系数,建立回归方程：,经全国抽样计算地形图上居民地选取的回归曲线,1:10万地形图居民地选取指标,2.2 开方根规律的应用,德国地图学家特普费尔(F.Topfer)提出的方案：,新编地图所应选取的地物数量与原始地图地物数量之比符合原始地图与新编地图的比例尺分母之比的平方根。,N 为图上地物数 A 原始图 M 为比例尺分母 B 新编图,开方根规律的扩展,以比例尺为主，地物选取还受其他多种因素的影响,公式扩展为：,符号尺寸改正系数 C地物重要性改正系数 D,NB=NA C DMA/MB,地物重要性改正系数D的三种情况,符合方根规律，尺寸缩小：C1=1 不符

22、方根规律，尺寸相同：不符方根规律，尺寸不同：,符号尺寸改正系数C 的三种情况,开方根规律的一般公式：,x 的选取级，可设为 0,1,2,3,开方根规律的基本特点：,直观地显示了地图概括时从重要到一般的选取标准，是一个有序的选取等级系统。是线性方程，在地图比例尺固定的条件下，地物选取的比例一致。未考虑到地理差异，特别是制图地物分布的密度变化。选取级x的调整可适当弥补地理差异的影响。,河流选取指标,1 海洋要素的制图综合,（1）海岸线图形概括的基本原则 1)保持海岸线平行图形的类型特征,侵蚀海岸概括图示,四、地图概括的实践（补充内容）,1 海洋要素的制图综合,（1）海岸线图形概括的基本原则 1)保

23、持海岸线平行图形的类型特征 以堆积为主的海岸图形概括图示,1 海洋要素的制图综合,（1）海岸线图形概括的基本原则2)保持各段岸线间的曲折对比,2 陆地水系的制图综合,2 陆地水系的制图综合,3 居民地的制图综合,城镇式居民地形状概括的一般程序,4 交通网的制图综合,（三）道路的形状概括的方法 1、删除 道路上的小弯曲可以根据尺度标准给与删除，从而减少道路上的弯曲个数，但是要注意保持各路段的弯曲对比。2、夸大具有特征意义的弯曲 对于具有特征意义的小弯曲，即使其尺寸在临界尺度一下，也应当夸大表示。3、特殊的表示手法共线或缩小符号 山区公路的之字型弯曲，为了保持其形状特征又不过多地使道路移位，可采用共线或局部缩小符号的方法作特殊处理。,交通网的制图综合,二、水上交通 水上交通包括内河航线和海上航线。内河航线只在城市图上完整绘出，地形图上一般只表示出通航起点，区分出定期通航的河段，表示出相应的码头设施，可以通行的水利设施及它们允许通过的吨位。海洋航线又分为近海航线和远洋定期或不定期通航的航线。近海航线沿大陆边缘用弧线绘出，但应避开岛屿和礁群。远洋航线常按两点间的大圆航线方向描绘，注出起终点和里程，大比例尺地图上还应绘出港口和码头符号。三、空中航线 我国地形图不表示任何的空中航行标志。,