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      電子地圖制作方法與技術(shù)研究

      2013-12-31 00:00:00朱超平
      電子世界 2013年22期

      【摘要】本文主要從電子地圖的特點(diǎn)、應(yīng)用前景、電子地圖設(shè)計(jì)與制作、未來(lái)發(fā)展前景四個(gè)方面,總結(jié)前人對(duì)電子地圖的制作方法和技術(shù)的研究,比較不同方式制圖的優(yōu)缺點(diǎn)。

      【關(guān)鍵詞】電子地圖;地圖設(shè)計(jì)

      地圖是對(duì)地球表面各種形體及其相關(guān)屬性的一種描述,是存儲(chǔ)空間信息的載體,并把信息存儲(chǔ)起來(lái)重復(fù)利用。電子地圖的出現(xiàn)和發(fā)展,擴(kuò)大了地圖的應(yīng)用領(lǐng)域,促進(jìn)了國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)的發(fā)展。

      1.電子地圖的特點(diǎn)

      電子地圖:顧名思義,即在屏幕上,數(shù)字記錄被符號(hào)化了的數(shù)字地圖。具有如下幾個(gè)特征:

      (1)動(dòng)態(tài)特性:與靜態(tài)的一成不變的模擬地圖相比,電子地圖首先具有隨需而變的動(dòng)態(tài)特性。

      (2)無(wú)縫特性:電子地圖的漫游和平移功能,使得地圖范圍可以做到“無(wú)邊無(wú)際”,達(dá)到“橫向”無(wú)縫。同時(shí),通過(guò)地圖投影的實(shí)時(shí)變換和空間尺度的無(wú)級(jí)縮放,可以使同一區(qū)域的不同比例尺、不同投影的不同電子地圖實(shí)現(xiàn)無(wú)縫疊置,實(shí)現(xiàn)“縱向”無(wú)縫。

      (3)多媒體特性:電子地圖不僅能通過(guò)地圖符號(hào)、文字、圖片來(lái)傳遞地理信息,而且還可以配以適當(dāng)?shù)囊纛l、視頻,甚至配合外掛數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)使用和查詢,從而使得地圖的信息更加豐富、更加全面。

      (4)共享特性:數(shù)字化使數(shù)字地圖比模擬地圖更加容易保存、復(fù)制、傳播和共享。

      (5)多維特性:電子地圖不僅可以擁有精美的點(diǎn)、線、面、體符號(hào),而且可以用真3維模擬現(xiàn)實(shí)的地表情況,以及專題要素隨時(shí)間的演過(guò)程。

      2.電子地圖的設(shè)計(jì)與制作

      電子地圖的設(shè)計(jì)是建立電子地圖系統(tǒng)和制作電子地圖之前的一項(xiàng)準(zhǔn)備和指導(dǎo)性工作。針對(duì)不同的專題電子地圖,需要采集不同的數(shù)據(jù)。

      2.1 電子地圖的數(shù)據(jù)采集與編輯

      空間信息數(shù)據(jù)量大,因此必須采用多種方式來(lái)獲取信息,根據(jù)不同的用途和功能采集數(shù)據(jù),才能保證信息的全面性、實(shí)時(shí)性和可靠性。

      (1)柵格數(shù)據(jù)的采集

      柵格數(shù)據(jù)是將空間分割成有規(guī)則的網(wǎng)格,在各個(gè)網(wǎng)格上給出相應(yīng)的屬性値來(lái)表示空間實(shí)體的一種數(shù)據(jù)組織形式。

      ①掃描獲?。和ㄟ^(guò)對(duì)紙質(zhì)地圖掃描,將地圖掃描成圖像存儲(chǔ),成為數(shù)字柵格(DRG)數(shù)據(jù)。掃描后得到的柵格數(shù)據(jù)文件格式比較多。常見的有TIF,PIX,GIF,JPG及BMP等。

      ②遙感圖像解譯:可以直接通過(guò)對(duì)遙感圖像的分類解譯,得到相應(yīng)的分類柵格數(shù)據(jù)。

      ③數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換:數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換是指可以把矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的空間數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)。

      (2)矢量數(shù)據(jù)的采集

      矢量數(shù)據(jù)是用歐式空間的點(diǎn)、線、面等幾何元素來(lái)表達(dá)空間實(shí)體的幾何特征的數(shù)據(jù)。把經(jīng)過(guò)分類和編碼的地理要素的空間位置,轉(zhuǎn)換為一系列坐標(biāo),然后將這些坐標(biāo)按照確定的數(shù)據(jù)格式存入到計(jì)算機(jī)。

      ①手扶跟蹤數(shù)字化:準(zhǔn)備要數(shù)字化的地圖,可將原圖內(nèi)容轉(zhuǎn)繪到不易變形的聚酯薄膜上,檢查原圖內(nèi)容的完整性,分別標(biāo)識(shí)原圖的圖幅角點(diǎn)、內(nèi)容的控制點(diǎn)等。將數(shù)字化的地圖放置在數(shù)字化儀的電磁感應(yīng)板上固定好。

      ②屏幕數(shù)字化:設(shè)置投影方式,選定坐標(biāo)單位。在圖像上選取3個(gè)以上的控制點(diǎn),并輸入地圖理論坐標(biāo),建立圖像坐標(biāo)體系與地圖理論坐標(biāo)系的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

      ③數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換:從現(xiàn)有紙質(zhì)地圖中獲取矢量繪圖數(shù)據(jù),更有效的方法應(yīng)是通過(guò)柵格數(shù)據(jù)矢量化法來(lái)獲取矢量數(shù)據(jù)。具體地就是通過(guò)掃描儀快速獲得高精度的柵格式地圖繪圖數(shù)據(jù),然后將柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成矢量數(shù)據(jù)。隨著技術(shù)的進(jìn)步,此法將是今后獲取矢量繪圖數(shù)據(jù)的最有效途徑,會(huì)逐步取代手扶跟蹤數(shù)字化法。

      (3)文本數(shù)據(jù)

      文本數(shù)據(jù)是指表示要素定性或定量特征的數(shù)據(jù),如:地物名稱、地貌類型、人口數(shù)量。可以在相關(guān)部門獲得有關(guān)區(qū)域的交通、人口、經(jīng)濟(jì)等歷年統(tǒng)計(jì)信息。

      矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)是電子地圖軟件常用的兩種數(shù)據(jù)。但是他們各有不同的優(yōu)缺點(diǎn),矢量數(shù)據(jù)對(duì)于每一個(gè)具體的實(shí)體都直接附有位置和屬性信息,以及目標(biāo)之間的拓?fù)潢P(guān)系說(shuō)明,柵格數(shù)據(jù)是面向位置的結(jié)構(gòu),平面空間上的任意一點(diǎn)都直接聯(lián)系到某一個(gè)或某一類實(shí)體。針對(duì)兩者的不同特點(diǎn),一般應(yīng)用的原則是:數(shù)據(jù)采集用矢量結(jié)構(gòu),有利于保證空間實(shí)體的集合精度和拓?fù)涮匦缘拿枋?;空間分析主要用柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),有利于加快系統(tǒng)數(shù)據(jù)的運(yùn)行速度和分析應(yīng)用的進(jìn)程。

      2.2 電子地圖的要素分層

      電子地圖是將現(xiàn)實(shí)世界抽象為相互聯(lián)結(jié)不同特征的層面組合,地理實(shí)體采用分層組織的方式,具有相同或相近特征的實(shí)體往往放置在同一層中。分層太少不利于制作與分類,太多則過(guò)于繁雜。可以分為:政區(qū)層、道路層、水系層、建筑物層、裝飾層等等。

      2.3 地圖符號(hào)制作

      地圖是地理要素符號(hào)化的抽象表達(dá),因此電子地圖的編制主要任務(wù)就是設(shè)計(jì)既符合科學(xué)又最具美感的各種地圖符號(hào)。

      (1)點(diǎn)狀符號(hào)

      點(diǎn)現(xiàn)象被認(rèn)為是不具有空間尺度的、或者說(shuō)它的空間尺寸可以被忽略,因此是0維。例如:測(cè)量控制點(diǎn)、氣象觀察測(cè)點(diǎn)、商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)等等。點(diǎn)狀現(xiàn)象在數(shù)學(xué)上可以用x,y坐標(biāo)來(lái)表示。

      (2)線狀符號(hào)

      線狀符號(hào)是一種長(zhǎng)度依比例尺表示地圖要素的符號(hào),只有長(zhǎng)度沒有寬度,或者寬度可以被忽略,被認(rèn)為在空間上是1維。通常又分為單線符號(hào)、雙線符號(hào)及裝飾性線狀符號(hào)等。

      (3)面狀符號(hào)

      面狀符號(hào)是指輪廓邊線依比例表示地圖上要素的符號(hào),它們既有長(zhǎng)度也有寬度,分布要素是2維的,具有一定輪廓邊界和屬性的封閉區(qū)域,由一系列首尾相同的x,y坐標(biāo)來(lái)表示。在地圖上表現(xiàn)為有一定范圍輪廓以及顏色或底紋填充,通常又可分為填充型和非填充型兩種。非填充型可按線狀符號(hào)來(lái)處理;填充型則需按多邊形填充法來(lái)處理,即需給出封閉區(qū)域的填充點(diǎn)坐標(biāo)及填充圖案式樣,才能完成此類面狀符號(hào)的繪制。

      3.電子地圖制作方式

      電子地圖按數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分為:矢量數(shù)字地圖、柵格數(shù)字地圖和矢柵混合數(shù)字地圖。矢量數(shù)字地圖是目前一種主要形式,它便于進(jìn)行地理對(duì)象的計(jì)算和分析,便于數(shù)據(jù)的提取、修改和利用繪圖機(jī)畫出傳統(tǒng)的地圖。矢量地圖的精度取決于原始數(shù)字化底圖的比例尺。柵格數(shù)字地圖是有掃描輸入或輸出的像元矩陣組成的,像元的尺寸就決定了地圖的分辨率。像元越小精度就越高。

      目前,比較普遍的電子地圖的制作方式主要有兩種。

      (1)將紙質(zhì)地圖數(shù)字化,由作業(yè)員用光筆沿著舊圖上的目標(biāo)逐點(diǎn)采樣,利用Arc/Info等軟件加工成數(shù)字地圖,進(jìn)入基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)。

      (2)將遙感圖像經(jīng)過(guò)剔除大氣因素的影響、幾何糾正、精糾正、圖象增強(qiáng)處理、主成分變換、非監(jiān)督分類、監(jiān)督分類、空間過(guò)濾等一系列的預(yù)處理,運(yùn)用PCI軟件和Arc/Info等軟件,在屏幕上通過(guò)人機(jī)交互的方式制成數(shù)字地圖。

      4.結(jié)論與討論

      矢量圖形法符號(hào)設(shè)計(jì)工作比較復(fù)雜,數(shù)字化工作量大而繁瑣,制作成本高。柵格圖形法成本低、速度快、自動(dòng)化程度高,可用于制作一些要求不太高的電子地圖。由柵格數(shù)據(jù)到矢量數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換技術(shù)已日臻成熟,使制作矢量式電子地圖的技術(shù)躍上一個(gè)新臺(tái)階。

      參考文獻(xiàn)

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      [6]劉光運(yùn).電子地圖技術(shù)與應(yīng)用[M].北京測(cè)繪出版社,2000.

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