電子地圖制作方法與技術(shù)研究

【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。

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