第五章地图清晰性.ppt

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1、第五章 地图清晰性:地图概括,本章要点掌握地图概括的实质；地图概括的原则；地图概括的方法和影响地图概括的主要因素；计算机制图概括的原理。认识地图概括的基本过程。了解地图概括的数学模式、地图概括自动化趋势。一般了解计算机制图概括发展轨迹。,第一节 地图概括概述,一 地图概括的实质 地图概括的实质就是解决广阔制图区域内繁多的地理事物与有限地图图幅面积之间的矛盾。地图概括是通过对制图区域内客观事物的取舍和化简来实现的。地图概括也可以简单地表述为：“根据地图的用途、比例尺和区域特点对地图内容进行选择和化简，概括和综合的过程”。,二 影响地图概括的因素 1、地图用途 地图用途决定地图概括的方向，直接影响

2、对地图内容的评价、选择和概括的标准与原则。地图用途对制图概括的影响，一般由制图人员对客观世界的认识和制图经验表现出来，它是目的概括。2、地图比例尺 比例尺对地图概括影响十分明显，它决定事物被取舍的标准和地图内容的多少。,3、制图区域的特点 制图区域的特点是客观存在的，不同的制图区域，其地面要素的组成、地理分布及其相互关系是有很大差别的。因此，地图概括必须保证制图区域的基本特征和典型特点不会消失，即要体现出地理适应性。4、制图资料 制图资料的质量是正确概括的基础。如果收集的制图资料质量不高或不完整，将直接影响地图概括的方法和结果。,5、符号样式及大小 地图是以图形符号来表示各种事物现象的。符号的

3、图形样式、色彩、尺寸的大小将直接影响着地图的载负量，所以也就影响了地图的概括程度。6、制图者 地图概括是由地图的编绘者来完成的，编绘者对客观事物的认识程度对制图概括起着决定性的作用，制图者决定着地图概括的质量。由前所述，影响地图概括的因素有许多，因此在概括时不能只考虑单一因素，而要进行全面的分析研究。,1、符合地图用途的需要 每幅地图一般都有自己特定的用途，因此在进行地图内容的选取时，一定要满足地图用途的需要。地图用途不同，对选取的地理内容和图面的展现形式要求也不一样。2、保持地图清晰易读且内容完备 影响地图清晰性的因素主要是符号的大小、颜色、图形的细碎程度和图面的载负量等。而制约地图内容完备

4、程度的因素则更多，象地图的用途、比例尺、清晰性等都有较大影响。,三 地图概括的原则,3、保证一定的地图精度 在地图上，各种要素都是以图形符号表示的。因此，地图图形符号的几何精度要有一定的保障。4、反映出制图区域地理特征 制图区域内各要素的质量、数量、分布规律和相互关系是客观存在的事实，地图概括的目的就是在地图上模拟出各要素客观的典型特征。要反映出制图区域的主要地理特征，制图者要有丰富的地理知识和制图经验，并且也应具有漫画家那种敏锐的洞察力。,四 地图概括的方法步骤,1、简化 简化主要有两个目的。其一是经简化处理，使制图信息符合地图的展现能力，即简化后的要素信息能在规定的比例尺地图上表示出来；另

5、一个目的则是经简化处理后，能尽量保持制图现象的基本地理特征。简化的方法有多种，但主要侧重内容的取舍和图形的化简两个方面。,对制图要素的取舍受多种因素的影响，其中要素的相对重要性、要素与制图目的的关系、保留要素的图形效果，是进行取舍的重要参考指标。对图形的化简，并非仅仅是舍去一些细小的碎部或进行合并，而是应抓住事物的本质特征，经仔细分析研究后，创作出更易识别的新图形。,2、分类 分类与简化的目的相同，一般是根据地理要素属性信息的异同划分的。分类和简化都是概括的手段，所不同的是分类只对数据信息进行处理，使之更突出，更典型，而不是舍去某些数据 分类的一般定义是“数据排序、分级或分群”。常用的分类方法

6、是将一些类似的定性现象划分成类型；另一种分类的方法是将定量数据划分成以数字定义的级别，这种方法有助于统计要素的定性和定量分析研究。,3、符号化 符号化就是把简化和分类处理后的制图数据结果制成可视化符号图形的过程。地图是通过符号系统的建立来模拟客观世界的，符号是地理信息的抽象和图解，其功能是显而易见的。4、归纳 归纳法或归纳综合法，是运用逻辑的、地理的推理法，超越所选取的数据范围，扩展概括出地图信息内容的过程。,第二节 地图概括原理,地图概括的基本原理是，根据地图的用途、比例尺和区域地理特证，由制图者来压缩地图图面的负载量。压缩图面负载量的方法有：基本数学模式的图面载负标准确定法；内容的取舍法；

7、形状的化简（保证事物特征前提下）法；数量特征和质量特征的概括法等。,一、地图概括的数学模式1、图解计算模式 图解法是根据地图适宜面积负载量来确定制图对象选取数量指标的方法，一般用于居民点数量指标的选取。居民点面积负载量由居民点符号和名称注记两部分组成，即：S=n(r+p)式中：r居民点符号平均面积；p居民点名称注记平均面积；n图上1cm2内居民点个数；s图上单位面积（1cm2）的载负量。,2、方根模式,方根模式是德国制图学家特普费尔提出的，是建立在经验规律上的一种数学模型，可利用原资料图与新编地图的比例尺分母之比的平方根，来确定新编地图上制图物体的选取数量指标。该法强调地图内容选取和地图比例尺

8、的线性关系，并重视从重要次要一般的有序选取规律。,3、等比数列模式,等比数列模式是以制图物体的大小和密度作为取舍依据。识图时，人类辨认同一要素的等级差别符合等比数列规律，因此，可以用等比数列作为选取制图对象的数学模式。研究制图对象的选取指标，首先要确定出哪些制图对象应全部选取，哪些应全部舍掉，而介于全选和全舍之间的那部分对象选取指标的确定，则是地图概括等比数列法研究的重心。等比数列模式是按照制图对象的长度（大小）和间隔的大小进行等比分级并构建成为一个二维的关系表。,二、内容选取法,1、地图内容选取的标准（1）资格法 资格法是根据地物的数量、质量特征来确定地图内容的选取条件，目的是解决“选哪些”

9、的问题。作为选取条件的数量指标既可以是平均值，也可以是浮动值。这种选取尺度的确定，主要受地图用途、比例尺和制图区域地理特点的制约。制图对象的质量特征，如居民点的行政意义，道路的技术等级，河流的通航情况等，也可以作为制图对象选取的条件。,（2）定额法 定额法是以地图适宜的负载量为基础，确定单位面积内地图内容的选取指标（总量或密度）。目的是解决选多少要素的问题。通常按照从重要到一般，从大到小的顺序进行选取，不能超过规定数量指标。地图的负载量是评价地图内容的数量指标，对地图概括的程度有着重要的影响。地图负载量可分为面积负载量和数值负载量。地图的面积负载量是指地图上全部符号和注记所占面积与图幅总面积之

10、比。数值负载量是指地图上单位面积内的制图对象个数或长度。面积负载量和数值负载量反映了地图内容的疏密程度，可以作为选取指标的单位。,地图作品应当满足既清晰又详细的要求。为了达到上述水平，还需要对地图的极限负载量和适宜负载量进行研究。极限负载量是指地图上可能达到的最高负载量，超过它地图就不能够清晰易读。显然，极限负载量还会受印刷水平、地图设色、人的视觉等多种因素的影响。适宜负载量是指适合于地图用途并能反映制图区域特点的地图负载量，适宜负载量的大小，因图因地而异。极限负载量和适宜负载量可以是面积负载量，也可以是数值负载量。研究负载量先从面积负载量入手，在此基础上确定出地图的适宜负载量，最后常采用数值

11、负载量的形式表示适宜负载量。,2、地图内容选取的顺序原则,（1）从主要到次要（2）从高级到低级（3）从大到小（4）从全局到局部,3、地图内容选取的一般要求,（1）选取的地图内容能够反映出制图对象实 际分布的密度对比关系。（2）选取的地图内容能反映制图对象的分布特点。（3）保留具有重要意义的制图对象。,三、形状化简法,1、删除 即删去因比例尺缩小无法清晰表示的细微弯曲或减少弯曲的数目，使曲线趋于平滑并能反映制图对象的主体特征。2、夸大 一些具有特征意义和定位意义的小弯曲，不但不能删除，必要时还要夸大表示。,3、合并 就是合并同类地物的细小碎部。当图形的细小弯曲或图形间距小到不能清晰显示时就采用合

12、并的方法来概括地图图形。4、分割 当采用合并法有损制图对象的图形特征时（如排列、方向、大小对比等），为保持图形的主要特征，可采用分割方法将图形重新组合。它是以牺牲局部图形的真实性来换取主要特征的保持。,四、数量特征和质量特征的概括法,1、数量特征的概括 数量特征是指物体的长度、高度、宽度、密度、深度、面积、体积等制图现象的数量指标，是描述事物的量化信息。随着比例尺的缩小，制图对象的数量信息趋于简化和概略。这种简化描述制图对象数量特征的方法，称为数量特征的概括。数量特征概括常以扩大级差的方法来缩减制图对象的分级的数量。,2、质量特征的概括,质量特征是指描述制图对象的类别和性质。质量差别是对制图对

13、象进行分类的基础。制图对象质量特征的显示，同样受到地图用途和比例尺的限制。随着比例尺的缩小，制图对象质量特征的表示趋向于简单和概略。这种简单概略表示制图对象质量特征的方法，就称为质量特征的概括。质量概括的方法通常是用概括的分类代替详细的分类，以整体的概念代替局部的概念，以减少制图对象的质量差别。,第三节 地图概括自动化,一、计算机地图概括的发展轨迹 计算机地图概括是伴随着机助制图的发展而发展的。最早可追溯到Perkal（1966）和Tobler（1966）的工作。早期的工作多是基于单纯线状符号概括的程序和算法设计，如线形简化（删减细节）算法设计、线形平滑（柔缓尖硬折角）程序设计等。20世纪70

14、80年代随着卫星遥感图像处理技术和数字高程模型（DEM）处理技术的发展，大大丰富了计算机地图概括的方法。象图像增强技术通过改变图像的频谱、结构，或对已分类专题图像进行简化、归并处理，或通过再取样和改变像元大小等来实现地图概括。,80年代中后期，计算机地图概括引入了人工智能技术（如专家系统），该技术为模拟人类地图概括过程提供了可能。90年代随着软硬件性能，特别是高级图形界面和并行处理等技术的迅猛发展，以及面向对象的操作系统，使得计算机地图概括实践技术得到了突飞猛进的发展。伴随着计算机地图概括的成功尝试，90年代从理论到操作层次的各种局部研究和开发也很活跃，研究的水平档次也有明显提高。很多研究都不

15、同程度地采用了人工智能，尤其是专家系统的技术和思想。,展望未来，在计算机软硬件和更强有力的GIS绘图平台支撑下，采用自动化与半自动化（人机交互）相结合的计算机地图概括实践的不断增加，将促进计算机地图概括技术的更快发展，也必将促进计算机地图概括理论的发展。这种理论和实践的不断进步，将导致自动化的概括模块的增多或更加完善，使用户在更优化的操作界面中，选取适合自己需要的控制方式、途径或阈值，方便高效地进行地图概括。然而，需要说明的是自动化地图概括是一个相当复杂的问题，目前还很难找到一个通用的数学模式去描述，因此，不能期望在短期内就得到圆满的解决。但是随着计算机智能模拟的发展和地图概括专家系统的研究，

16、自动化概括技术和理论将会有突破性的进展。,二、计算机地图概括的原理,1、制图对象的自动取舍 计算机根据数据选取模式对制图数据进行处理，并依据选取指标自动地选取地理环境中的主要对象，舍去次要的部分，这一过程称为制图对象的自动取舍。2、制图对象的自动概括（1）形状的自动概括 形状的自动概括是通过计算机去掉一线状符号和面状轮廓符号的小弯曲，重点反映它们的基本特征和典型特点。有时还把有重要意义的细部特征进行夸大或位移、合并等。,（2）计算机数量和质量特征的自动概括 用计算机进行数量特征概括时，需要先读出原资料图的级别数据，然后把增大的数量间隔（级别或特征码）代替原来的级别（或特征码），如原来的2级和3

17、级需要合并，那就用“2”代替“2，3”。按照合并后的级差处理制图对象，就能实现数量特征的自动概括。质量特征的自动合并比较简单，计算机只需对输入数据的质量特征进行识别，绘制以新图所要求的质量符号即可。,3、制图对象的自动简化,（1）点删除 点删除是指简化线状要素和面状要素轮廓线的一串坐标，保留反映制图对象特征的点，删除次要的点。点删除的方法有二：一为在数据文件中每隔n个点保留1个点，即通过选取数据串第1个坐标点和每个第n点来建立新数据文件，也就是删除了(n-1)/n的点，n值越大，概括程度越强，简化越厉害。n值根据地图用途来确定；二为在数据文件中随机保留每n个点中的1个点，即通过随机选择每n个点

18、中的1个点来建立新数据文件，也是删除了(n-1)/n的点。,和第1种方法相比，前者选取的点是确定的，后者选取的点是随机的；两者的n值越大，概括的程度越大。传统地图概括的线状要素简化主要依靠制图者的经验，即根据线状要素上点的重要性来决定取舍；而自动简化的点删除主要根据线状要素图形的尺寸，制图者的经验体现在开始建立的计算机文件中，数据文件形成后，计算机就会自动地执行简化操作。,（2）制图要素删除,制图要素删除就是在新编地图中剔除某一类或几类不必要、不重要的制图要素。如在行政区域图上删除地貌要素，在人口分布图上删除植被要素等。在矢量数据中，每个要素在数据文件中是依重要性排序的，则可按照地图概括标准删

19、除一些要素。在栅格数据中，可建立必要的算法程序来删除栅格中的冗余数据，强化重要的像元数据，达到简化的目的。（3）平滑运算修改 当制图对象的转变或过渡出现不符合客观实际，发生“生硬变化”、平滑相连变成折角相连等时，则要调用滑动平均和曲面拟合等数据平滑运算处理程序进行平滑处理。,四、计算机自动概括专家系统介绍,1.专家系统 专家系统是人工智能中最活跃的领域。它模拟人的思维过程并将专家知识赋于计算机。当计算机对问题求解时，就利用这些知识进行推理、证明，从而得到答案。专家系统主要由特定领域的知识库和推理机所组成。知识库中存放着特定领域的专家知识，这些知识应当正确、完整和协调一致。推理机是根据解决的问题

20、所设计的一种程序，它是用来决定如何使用知识库中的知识，通过推理、证明而得到问题的答案。,解释接口是一个“人机”对话的交互程序，用来解释提问的含义或推理路线。知识获取是从专家那里获得知识。就目前而言，获取专家知识还离不开精通计算机的知识工程师，他们在专家系统的建立和维护过程中起着决定性的作用。专家系统建立后，就具备了解决特定领域问题的能力。专家系统在工作过程中主要是知识库和推理机起关键作用，解决问题的全过程都是在推理机的控制下进行。,2.自动概括专家系统简介,目前，地图自动概括需要智能化已得到共识，许多学者对地图概括知识进行了深入的研究和探讨，并把它们分为几何知识、结构知识和过程知识三部分。由于

21、地图概括的规则很难确定，其主要原因是地图概括强调艺术性，许多问题不易分解成逻辑规则；不同地图有不同的目的；需要强调的空间关系特征也不尽相同。因此，也就导致了地图概括知识的表达困难。,实践证明，完全基于知识的智能化地图自动概括是比较困难的，而人机交互则是一种比较好的方式。Stefan Fkeller使用交互式方法利用线状地物概括时输入的参数，使计算机自动学习不同参数会得到什么样的结果，其进一步发展了一种基于事例（实）的推理方法。,要实现地图自动概括的智能化，必须有强大的智能数据库的支持。同时也要求地图概括知识与地理信息必须融合。ES和GIS的结合可以通过文件交流和数据结构的统一来实现。总之，地图概括的自动化是地图制图自动化发展的主要方向，而地图概括的专家系统为地图概括自动化的实现开辟了新途径。,