電子地圖技術(shù)及其進(jìn)展分析

摘要：本文詳細(xì)分析了電子地圖學(xué)當(dāng)前采用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)模型，主要有圖層分層結(jié)構(gòu)，圖幅分幅結(jié)構(gòu)，地圖集分層結(jié)構(gòu)，要素-圖層-地圖結(jié)構(gòu)等。然后，在查閱大量文獻(xiàn)和書籍的基礎(chǔ)上，對(duì)學(xué)者們的研究進(jìn)行綜合分析，最后對(duì)電子地圖學(xué)出現(xiàn)的問(wèn)題及今后的研究發(fā)展方向進(jìn)行了進(jìn)一步的探討。

關(guān)鍵詞：電子地圖；數(shù)據(jù)組織方法；地圖表達(dá)；地圖認(rèn)知

1 引言

電子地圖是一種以可視化數(shù)字地圖為背景，用文本、圖片、圖表、聲音、動(dòng)畫、視頻等多媒體為表現(xiàn)手段，以硬件設(shè)備為處理平臺(tái)，來(lái)展示城市、企業(yè)、旅游景點(diǎn)等區(qū)域綜合面貌的現(xiàn)代信息產(chǎn)品，是數(shù)字化技術(shù)與古老地圖學(xué)相結(jié)合而產(chǎn)生的一種新的地圖品種[1]。

電子地圖以二維、三維甚至四維的表現(xiàn)形式對(duì)現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行空間抽象，為人類提供一種空間信息服務(wù)；它又可以集成多種媒體手段來(lái)展示現(xiàn)實(shí)世界。所以電子地圖的信息服務(wù)是立體的、綜合的，同時(shí)電子地圖的信息服務(wù)還具有智能性。

2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)模型

電子地圖的基礎(chǔ)是數(shù)字地圖，電子地圖要表達(dá)的信息比單純的紙質(zhì)地圖要大的多；因此，如何合理地組織起數(shù)據(jù)成為至關(guān)重要的問(wèn)題，也是影響電子地圖效率及發(fā)展的關(guān)鍵。在電子地圖的發(fā)展歷史上，出現(xiàn)了多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)模型。其中一部分是從計(jì)算機(jī)學(xué)科借鑒過(guò)來(lái)的，而針對(duì)地圖學(xué)本身發(fā)展來(lái)的，一般采用分層的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如圖層分層結(jié)構(gòu)，圖幅分幅結(jié)構(gòu)，地圖集分層結(jié)構(gòu)，要素-圖層-地圖結(jié)構(gòu)等等[2]。

2.1 圖層結(jié)構(gòu)

圖層結(jié)構(gòu)是最傳統(tǒng)的地圖組織方式，一般的GIS系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)采取按圖層組織的方法，即把同一種或幾種地圖要素的信息放到同一個(gè)圖層，每一個(gè)圖層存為一個(gè)獨(dú)立的文件(如圖1)，在這種文件中可以進(jìn)行圖層疊加和視口顯示操作。

2.2比例尺層-圖幅

比例尺層-圖幅結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于導(dǎo)航領(lǐng)域。目前國(guó)際上主流導(dǎo)航地圖數(shù)據(jù)的空間組織結(jié)構(gòu)，例如NAVTECH、KIWI等標(biāo)準(zhǔn)，是針對(duì)車載GPS導(dǎo)航設(shè)備設(shè)計(jì)的。其特點(diǎn)是將主地圖數(shù)據(jù)依比例尺組織成“比例尺層-圖幅”結(jié)構(gòu)。一個(gè)主地圖稱作圖集，在1：500至1：4000萬(wàn)比例尺的范圍內(nèi)將圖集分成若干比例尺層，也稱存儲(chǔ)層，所有存儲(chǔ)層覆蓋同一地理區(qū)域。每個(gè)存儲(chǔ)層的信息量是不一樣的。存儲(chǔ)層內(nèi)依一定規(guī)則劃分成等距或不等距的矩形區(qū)域，稱為圖幅。也可以在存儲(chǔ)層內(nèi)按“塊-基準(zhǔn)圖幅-圖幅”的多級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步劃分圖幅。

這種空間數(shù)據(jù)組織的優(yōu)點(diǎn)是充分考慮了車載設(shè)備對(duì)大容量地圖數(shù)據(jù)的操作能力，能緩解強(qiáng)勢(shì)數(shù)據(jù)與弱勢(shì)資源之間的矛盾。但由于它把各種地圖資料集合到一個(gè)主地圖上，不利于后續(xù)數(shù)據(jù)的增加和現(xiàn)有數(shù)據(jù)的局部更新。這種單圖集空間組織方式不適應(yīng)我國(guó)車載導(dǎo)航數(shù)據(jù)生產(chǎn)的現(xiàn)狀。

2.3圖層-地圖-圖集層次結(jié)構(gòu)

電子地圖系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一般采用層次結(jié)構(gòu)，其層次結(jié)構(gòu)通常可以分為要素-圖層-地圖，見圖2所示。在面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型出現(xiàn)后，矢量電子地圖系統(tǒng)的底層一般采用面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型，電子地圖系統(tǒng)的數(shù)據(jù)層次一般為圖層-地圖。

圖層-地圖結(jié)構(gòu)是一種有效電子地圖數(shù)據(jù)組織管理方法，缺點(diǎn)是沒(méi)有考慮到電子地圖集的數(shù)據(jù)組織管理。

3 存在問(wèn)題及建議

由于計(jì)算機(jī)技術(shù)、可視化技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等等的發(fā)展，使得電子地圖的制作越來(lái)越方便、越來(lái)越生動(dòng)，也越來(lái)越具有表現(xiàn)力。但是我們也應(yīng)該看到，電子地圖的設(shè)計(jì)原理和方法還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有解決，對(duì)于它的表示內(nèi)容、信息載負(fù)量、用戶界面、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)組織、多媒體表達(dá)方式等方面，還沒(méi)有統(tǒng)一的格式、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，呈現(xiàn)雜亂無(wú)章的局面，這是地圖工作者在新時(shí)期應(yīng)該深入研究和探討的問(wèn)題。

3.1 存在的問(wèn)題

我國(guó)電子地圖的發(fā)展和研究雖然有近十年的歷史，但是還存在很多問(wèn)題有待進(jìn)一步探索研究. 綜合學(xué)者們的研究成果，主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)[3-5]:

人才問(wèn)題：科學(xué)技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)歸根結(jié)底是人才的競(jìng)爭(zhēng)，硬件設(shè)備只要有足夠的資金很容易配備，但人才問(wèn)題不是一朝一夕所能解決的，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)專業(yè)人才的培養(yǎng)。

缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)（電子地圖數(shù)據(jù)格式及標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題）：電子地圖數(shù)據(jù)來(lái)源途徑有多種，數(shù)據(jù)之間只有進(jìn)行高效穩(wěn)妥的轉(zhuǎn)換，才能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的共享。目前有許多部門和公司都在生產(chǎn)電子地圖，但他們各自為政、自立標(biāo)準(zhǔn)，造成大量的地理數(shù)據(jù)重復(fù)數(shù)字化和不規(guī)范，而且在數(shù)據(jù)維護(hù)與更新上存在著一系列隱患，因此有必要建立統(tǒng)一 的電子地圖數(shù)據(jù)記錄格式，電子地圖產(chǎn)品也要進(jìn)行規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化。

中國(guó)電子地圖產(chǎn)業(yè)化問(wèn)題：電子地圖發(fā)展至今，國(guó)內(nèi)也出現(xiàn)了眾多的電子地圖生產(chǎn)商，可以預(yù)測(cè)，電子地圖產(chǎn)業(yè)將成為未來(lái)的GIS產(chǎn)業(yè)化中的重要組成部分。然而，總體上來(lái)講國(guó)內(nèi)的電子地圖的產(chǎn)業(yè)化水平還不高。

3.2 今后研究方向及建議

面對(duì)出現(xiàn)的若干問(wèn)題，及實(shí)踐中出現(xiàn)的新的要求，未來(lái)地圖學(xué)及電子地圖學(xué)研究應(yīng)著重在以下方面開展研究[6-8]。

開展現(xiàn)代地圖學(xué)理論研究：當(dāng)前要結(jié)合地圖制圖實(shí)踐中提出的課題，大力加強(qiáng)地圖空間認(rèn)知理論和地圖可視化理論的研究等。

開展網(wǎng)絡(luò)電子地圖研究：地理信息在全球范圍內(nèi)的共享，及移動(dòng)條件下空間定位服務(wù)等，使地圖學(xué)進(jìn)入了Web-Cartography時(shí)期。為了滿足互聯(lián)網(wǎng)用戶多種多樣的地圖服務(wù)要求，為適應(yīng)異地異構(gòu)分布式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，應(yīng)該在地圖信息結(jié)構(gòu)體系、信息獲取、信息傳輸和處理技術(shù)、安全保護(hù)、應(yīng)用策略上開展深入的研究。

電子地圖的數(shù)據(jù)模型和設(shè)計(jì)研究：電子地圖系統(tǒng)的多維性、集成性、交互性、動(dòng)態(tài)性以及自組織、自調(diào)整和自導(dǎo)航的一系列的特征，對(duì)電子地圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、模型、組織和管理提出了更高的要求。面對(duì)海量的空間數(shù)據(jù)實(shí)體，為實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)快速的數(shù)據(jù)檢索，必須對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理。

自動(dòng)地圖綜合：地圖綜合是地圖三個(gè)基本特性之一。當(dāng)從較大比例尺地圖或地圖數(shù)據(jù)庫(kù)派生出較小比例尺地圖或數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，受圖面信息載負(fù)量限制和地圖/數(shù)據(jù)庫(kù)用途的影響，必須進(jìn)行地圖內(nèi)容的選取和概括。地圖綜合是多比例尺GIS中的重要研究?jī)?nèi)容，也一直是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題。

地理信息的多維可視化和虛擬現(xiàn)實(shí)：地理信息的多維可視化是指采用2.5維、3維、4維等地圖表現(xiàn)形式來(lái)反映地理客體的多維特征。虛擬現(xiàn)實(shí)是現(xiàn)代地圖學(xué)的一個(gè)新生長(zhǎng)點(diǎn)，是現(xiàn)代地圖學(xué)的一個(gè)新發(fā)展方向。它使地圖進(jìn)入了在動(dòng)態(tài)、時(shí)空變換、多維的可交互的地圖條件下，探索通過(guò)多感覺(jué)通道，模擬人的地理空間認(rèn)識(shí)方式以及各種地理空間分析的階段。

4結(jié)語(yǔ)

電子地圖使地圖真正超越了時(shí)間和空間的界限，它正隨著計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、GIS、GPS等技術(shù)的發(fā)展而不斷的成長(zhǎng)，電子地圖將成為未來(lái)地圖發(fā)展的主流。

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