地圖制圖的基本分類

夏　江　郭中社

[摘要]首先介紹幾類重要的現(xiàn)代地圖產(chǎn)品,然后在對制圖實踐進行總結(jié)的基礎上,將地圖制圖的實際工作做較系統(tǒng)地劃分,同時總結(jié)各類型制圖工作的特點、流程及主要技術方法。

[關鍵詞]地圖制圖 分類

中圖分類號:K99文獻標識碼:A文章編號:1671-7597(2009)0810070-02

一、引言

地圖制圖古已有之,據(jù)考證,早在4500年前它就做為一門技能出現(xiàn)了,但真正上升為理論和科學,則應當不早于公元一世紀至三世紀,以古希臘的托勒密與我國的裴秀為著名。隨著近現(xiàn)代天文學、地球科學和數(shù)學等的新發(fā)現(xiàn)及國際大地測量與地球物理學聯(lián)合會(IUGG,International Union of Geodesy and Geophysics)的成立,特別是上世紀中葉以后計算機技術的出現(xiàn)和迅速發(fā)展,地圖制圖學的理論、技術、規(guī)范、手段、應用等都進入鼎盛時期。自二十世紀九十年代開始,我國地圖制圖行業(yè)開始摒棄傳統(tǒng)的圖紙制圖工藝,“光”與“電”逐漸取代“筆”與“墨”,經(jīng)過二十年的發(fā)展,取得了長足的進步。本文首先介紹幾類重要的地圖產(chǎn)品,并試圖從制圖實踐出發(fā),對當前基層制圖單位的主要作業(yè)方式做一分類,借此與同行交流。

二、重要現(xiàn)代地圖產(chǎn)品簡介

隨著計算機技術應用的日益廣泛,地圖用途和用戶逐漸多元化,制圖生產(chǎn)的類型正是適應這種變化而分化、定型的。因而介紹制圖分類之前,不能不談到地圖家族中的重要的現(xiàn)代成員:“4D”地圖。

“4D”地圖是數(shù)字高程模型(DEM)、數(shù)字正射影像(DOM)、數(shù)字柵格地圖(DRG)和數(shù)字線劃地圖(DLG)的總稱,它是現(xiàn)代地圖制圖技術和理論下的重要數(shù)字地圖產(chǎn)品。

DEM:數(shù)字高程模型(Digital Elevation Model),是在一定投影平面上規(guī)則格網(wǎng)點平面坐標及其高程的數(shù)據(jù)集,它是用一組有序數(shù)值陣列形式表示地面高程的一種實體地面模型。建立DEM的方法有多種:用GPS、全站儀等儀器設備進行野外測量獲取、根據(jù)遙感影像利用攝影測量的途徑獲取、從現(xiàn)有地形圖上采集數(shù)據(jù)通過內(nèi)插生成等。

DOM:數(shù)字正射影像圖(Digital Orthophoto Map),是對遙感影像進行數(shù)字微分糾正和鑲嵌,按一定圖幅范圍裁剪生成的正射影像數(shù)字集。它是同時具有地圖幾何精度和影像特征的圖像。

DLG:數(shù)字線劃地圖(Digital Line Graphic),是以矢量數(shù)據(jù)格式形成的數(shù)字地圖。這種地圖可以很方便地進行編輯,占用的數(shù)據(jù)空間非常小,而且能進行地圖對象的分層或疊加分析,可以根據(jù)矢量對象查詢屬性或根據(jù)屬性查詢矢量對象,數(shù)據(jù)易于修改、更新,易于創(chuàng)建自定義屬性和繪制專題地圖。

DRG:數(shù)字柵格地圖(Digital Raster Graphic),是紙質(zhì)地形圖的數(shù)字化產(chǎn)品。每幅圖紙經(jīng)掃描、糾正、圖幅處理及數(shù)據(jù)壓縮處理后,形成在內(nèi)容、幾何精度和色彩上與地形圖保持一致的柵格文件,以便進行屏幕顯示或歸檔。

三、地圖制圖工作的基本分類及特點

相應地,現(xiàn)代地圖制圖可以粗略地分為五種類型,下面就其產(chǎn)品類型、工作特點、制圖流程及注意事項分別簡述之。

(一)出版地圖制圖

本類制圖工作的目的是輸出圖形,主要是作為傳統(tǒng)圖紙制圖的替代,為各種地形圖、專題圖及圖集生產(chǎn)滿足印刷要求、可以批量復制的計算機圖形和制版菲林。此項工作的成果,主要形式是數(shù)字線劃地圖(DLG)。

該類工作特點是:圖形線劃精美、圖面用色合理、可讀性強,地圖內(nèi)容只考慮外觀(包括相對位置和符號配置)、無坐標系定義和數(shù)據(jù)屬性要求、點線面數(shù)據(jù)之間無拓撲關系要求。其基本工作流程為:

確定制圖范圍、地圖內(nèi)容和比例尺

↓

確定點線面符號系統(tǒng)

↓

基本制圖資料的掃描、糾正、拼接、縮放

↓

圖形制作、檢查、修改

↓

確認印刷用色并添加印刷要素

↓

輸出菲林

圖1出版地圖工作流程

進行此類工作常用的軟件有MapGis、Adobe Illustrator、CorelDRAW

等。由于需要將圖形數(shù)據(jù)送至激光照排機,所以對文件格式有一定要求,即必須與激光照排機兼容,并注意選擇能保證“所見即所得”效果的格式。同時,制圖的最終目的是大批量的復制成果,一個小小的失誤可能會造成成千上萬的損失,因而必須格外小心謹慎。

(二)顯示地圖制圖

本類制圖工作的目的是生產(chǎn)可供屏幕顯示的電子地圖,主要用戶群有兩類,一類是少量有電腦閱讀條件或有特殊需要的用戶(如發(fā)布網(wǎng)上地圖),另一類是傳統(tǒng)圖紙地圖資料的電子化存檔。

該類工作的特點是,一方面成果類型比較雜亂(可能會包括上述四類電子地圖),另一方面,由于必須能被普通用戶和一般電腦系統(tǒng)做為屏幕顯示打開,所以成果文件格式又相對單一,圖內(nèi)用色一般會追求強烈的對比度。與印刷地圖制圖相同,其內(nèi)容要素只須考慮外觀、無坐標系定義和屬性數(shù)據(jù)要求、空間上亦無拓撲關系要求。本類工作的基本流程如下:

前期數(shù)據(jù)準備

↓

地圖編輯處理

↓

圖形柵格輸出

↓

柵格成果的糾正和拼接

↓

圖像文件壓縮

↓

提交

圖2顯示地圖工作流程

當制圖目的是將紙質(zhì)地圖進行電子歸檔時,其工作流程有所不同:

制訂文檔命名規(guī)則和存放目錄結(jié)構(gòu)

↓

圖紙地圖的掃描柵格化

↓

幾何糾正

↓

內(nèi)容更新

↓

色彩校正

↓

數(shù)據(jù)壓縮處理

↓

歸檔

圖3紙質(zhì)地圖電子歸檔工作流程

(三)打印地圖制圖

此類工作介于上二類之間,一般不要求屏幕顯示而是需要復制,但復制份數(shù)較少。由于其最終成果不是印刷菲林而是噴繪圖件,只要制圖軟件本身具備打印輸出功能,不必考慮文件格式的問題。該類制圖內(nèi)容一般是專業(yè)性較強或保密要求較高的專題地圖,基于特殊的用途會有特殊的制圖要求,如地圖內(nèi)容、符號系統(tǒng)等,正是此類工作的特點。

小結(jié):上述三種類型可以歸為一大類,統(tǒng)稱為“計算機輔助地圖制圖”,它們主要關注的是“形”,共同特點是利用計算機對地圖圖形進行各種編輯操作,取得的最終成果是圖紙上的或屏幕上的平面(二維)圖形,以DLG、DRG為多,特殊用途時也會有DEM,DOM的生產(chǎn)需要特殊設備和工藝,一般的純制圖單位不具備,但會將它作為基本資料生產(chǎn)其他種類的地圖。

(四)地理數(shù)據(jù)庫

地理數(shù)據(jù)庫是電子地圖與數(shù)據(jù)庫技術相結(jié)合形成的,它既是包含海量信息的n維地圖產(chǎn)品,又是具有地理位置意義的、可視化的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品,因而兼具兩類優(yōu)點,是地理信息系統(tǒng)(GIS)和管理信息系統(tǒng)(MIS)的基礎,在眾多現(xiàn)代管理領域發(fā)揮著巨大作用。與第一大類制圖任務相反,它主要關注圖形的拓撲關系和屬性信息,地圖數(shù)據(jù)必定置于一定的投影和坐標系統(tǒng)下,成果是可以在一定平臺上完成查詢、修改、擴充、輸出等功能、相互關聯(lián)的一系列計算機文件。當前正在進行的第二次全國土地利用調(diào)查所建立的農(nóng)村土地利用數(shù)據(jù)庫和城鎮(zhèn)地籍數(shù)據(jù)庫就屬這一類型。下面是本類制圖工作的一般流程:

圖形數(shù)據(jù)準備

↓

圖形編輯、糾正、投影變換、接邊

↓

建立拓撲關系

↓

屬性錄入

↓

圖形與數(shù)據(jù)庫掛接

↓

數(shù)據(jù)入庫

↓

數(shù)據(jù)庫檢驗與維護

圖4土地利用數(shù)據(jù)庫工作流程

目前國內(nèi)外軟件均有建立地理數(shù)據(jù)庫的支持平臺,選用時應以相應技術要求為準,如果是土地利用數(shù)據(jù)庫,則必須能夠輸出國家標準地球空間數(shù)據(jù)交換格式(vct)。

(五)導航地圖制圖

導航地圖是在全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)技術逐漸成熟和民用化的基礎上發(fā)展起來的新興地圖種類,它不同于以上任何一種地圖,亦有別于地理信息系統(tǒng)。導航地圖具有如下一些特點:

1.內(nèi)容的專注性。導航地圖的內(nèi)容非常單一,以公路導航為例,它只關注與公路交通相關的兩項主要內(nèi)容,一為道路及其附屬信息,二為興趣點(Point of Interest,或稱服務點),其他傳統(tǒng)地圖要素或者只做為顯示背景存在(如街區(qū)、土質(zhì)、植被等),或者干脆不予顯示(如地貌)。其他交通手段下的導航地圖亦各取所需,大同小異。

2.采集的特殊性。與內(nèi)容的專注性相應,其地圖數(shù)據(jù)的采集手段與傳統(tǒng)測繪不同,目前國內(nèi)通用的做法是:原則上將道路的采集與興趣點的采集分開,運用公路交通工具(如汽車)配合搭載的GPS設備采集道路信息及稀疏地區(qū)(如農(nóng)村)的興趣點信息;對興趣點密集區(qū),由人工手持掌上電腦徒步采集。

3.使用的實時性。導航地圖的最終用戶必然持有GPS設備,地圖當前的顯示區(qū)域就是使用者所處的位置,并隨使用者的移動“移步換景”。

4.數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性。導航地圖所表達的主要內(nèi)容是變化最為頻繁的社會現(xiàn)象,而其中每一個微小的變化都可能直接導致用戶使用的失敗,因而導航地圖對數(shù)據(jù)現(xiàn)勢性的要求要強于其他任何種類的地圖。

5.表達的粗放性。導航地圖內(nèi)容的表達方式也完全不同于傳統(tǒng)地圖,就詳細程度而言,其不關注的要素可以完全不上圖,其所關注的要素卻要不受比例尺和制圖綜合原則的影響,毫無遺漏地表達,然而,這些充分表達的要素,其地理位置的精確度又被相對忽略,一般位置誤差可達十米級甚至更大,這一方面是受數(shù)據(jù)采集和使用時設備的精度影響,另一方面也是導航地圖的用途和使用方式使然。

另外,由于導航地圖要進入公共領域,因而其數(shù)學基礎均做了理論上不可逆的變換處理,且有些敏感內(nèi)容被強制隱去了。

導航電子地圖的工作流程如下:

外業(yè)采集

↓

采集數(shù)據(jù)的提取處理

↓

點線要素的內(nèi)業(yè)描述

線要素建立拓撲關系、點要素調(diào)整補充

↓

數(shù)據(jù)整理

↓

提交或發(fā)布

圖5導航電子地圖工作流程

從整體上講,導航地圖在國內(nèi)仍處于起步階段,相應的理論和國標都處于初創(chuàng)時期,導航數(shù)據(jù)標準以企業(yè)標準為多,數(shù)據(jù)生產(chǎn)軟件以ArcGis、MapInfo為主。

小結(jié):上述兩種類型可以歸為一大類,統(tǒng)稱為“地理信息系統(tǒng)制圖”(這里的地理信息系統(tǒng)不完全等同于通常所說的GIS,而是較后者為廣),它們主要關注的是“數(shù)”,此類制圖工作同樣是基于對圖形的編輯(因而仍然不失為“地圖”),但又不僅限于二維圖形,還包括多維數(shù)據(jù),如高程信息和各種自定義的屬性特征,取得的最終成果是各類數(shù)據(jù)庫及形而上的操作系統(tǒng)。

四、結(jié)語

地圖制圖工作紛繁雜亂,以上以一己之見試圖加以厘清,但限于作者水平和所站高度,實有管窺錐指、掛一漏萬之虞。然而,地圖制圖工作的分門別類,對研究現(xiàn)代制圖的規(guī)律、規(guī)則和發(fā)展方向至關重要,愿本文對業(yè)內(nèi)同仁及專家學者有所裨益。

參考文獻:

[1]胡鵬、黃杏元、華一新編著,《地理信息系統(tǒng)教程》,武漢大學出版社,2004年.

[2]樊彥國、孫秀玲,《地圖可視化的技術和分類》,《測繪科學》,2007年第04期.

[3]莫瑞開、劉靜、金玉平,《數(shù)字地圖制圖技術的發(fā)展》,測繪與空間地理信息,2005年06期.

[4]齊清文、梁雅娟、何晶、姜莉莉,《數(shù)字地圖的理論、方法和技術體系探討》,測繪科學,2005年06期.

作者簡介:

夏江,女,53歲,工程師,河北省地礦局測繪院制圖分院副院長、技術負責,從事測繪工作34年;郭中社,男,46歲,工程師河北省地礦局測繪院制圖分院院長。