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计算机地图制图原理计算机地图制图是什么？•计算机地图制图又称为机助地图制图或数字地图制图，它以传统的地图制图原理为基础，以计算机及其外围设备为工具，采用数据库技术和图形数据处理方法，实现地图信息的采集、存储、处理、显示和绘图的应用科学。从这儿我们可以看出，计算机地图制图和地理信息系统很类似。计算机地图制图和GIS的区别在哪儿？•计算机地图制图系统侧重于可见实体的显示和处理，具有强大的地图制图功能，而地理信息系统可以包含计算机地图制图的基本功能，还具有丰富的空间分析能力。在现实中有哪些属于计算机地图制图的范畴？•我们用过的计算机地图制图系统：•AutoCAD,Cass,MapGIS等•我们做过的计算机地图制图工作：•数字测图学习计算机地图制图什么？•我们用过了一系列的空间数据以及计算机地图制图软件，了解了一些计算机地图制图的过程，可是我们不了解计算机地图制图的原理，不了解图形显示的理论，不了解一些计算机地图数据处理的算法，也不了解空间数据的数据结构。计算机地图制图主要讲授内容•计算机地图制图原理与过程、构成等•图形显示理论以及算法•地图数据的结构•地图数据的采集和地图数据库•地图的数据处理以及算法•地理信息可视化的内容第一章绪论•计算机地图制图概述•计算机地图制图的发展•计算机地图制图系统的构成•计算机地图制图与相关科学技术计算机地图制图概述•计算机地图制图的概念•计算机地图制图的原理•计算机地图制图的基本过程•计算机地图制图的优越性计算机地图制图原理•地图图形的分类•点状图形平面上的一个点来表示•线状图形以中心定位轴线（有序点串）表示线状图形的位置和走向•面状图形以外围轮廓（闭合的有序点串）表示面状要素的位置和分布范围•结论：地图上的一切要素可以看作点或点的集合特征值坐标位置1x1,y1;x2,y2;x3,y3;x4,y4;x5,y5;x6,y6;x7,y7;x8,y8;x9,y9;x10,y10;x1,y12x28,y28;x29,y29;x30,y30;x31,y31;x32,y32;x33,y33;x28,y283x1,y1;x11,y11;x12,y12;x13,y13;x14,y14;x15,y15;x16,y16;x17,y17;x18,y18;x19,y19;x9,y9x10,y10;x1,y14x18,y18;x19,y19;x9,y9;x8,y8;x7,y7;x20,y20;x21,y21;x22,y22;x23,y23;x24,y24;x18,y185x16,y16;x17,y17;x18,y18;x24,y24;x23,y23;x27,y27;x26,y26;x25,y25;x16,y16计算机地图制图的基本原理•图形的离散化•用点可以表示地图上所有的图形，而平面上的任意一点可以用x,y,M来表示，X,Y表示点的平面位置，M表示其类别、特征等属性，由这两类信息即可将地图上连续的图形转换为离散的数字信息。这种把连续的图形离散化的过程，在计算机地图制图中叫做模-数转换(A/D转换)，或称为数字化。计算机地图制图的基本原理•图形的集合：数-模转换•按一定的模式处理后的数据，通过数模-转换设备（绘图机），变换成人可以阅读的图形，这就是图解显示。•这种由图形到数字，再由数字变为图形的变换过程就是计算机地图制图的实质。•结论：计算机地图制图的核心问题就是：实现这两种变换的可能性以及怎样实现的问题。计算机地图制图的基本过程•计算机地图制图的过程中，由于任务、要求、地图信息的资料来源和种类的不同，使数据获取的方式、数据处理的内容、地图数据的存贮管理方式、成果输出形式以及所使用的设备和软件均有一些差异，但都会经过以下三个阶段：•数据采集阶段•数据处理阶段•数据输出阶段数字测图数字测图数据转换数据转换航天遥感航天遥感地图数字化地图数字化影象数字化影象数字化数字预处理数字预处理投影变换投影变换制图综合制图综合图形编辑图形编辑数字地图接边数字地图接边普通地图普通地图专题地图专题地图分析评价图分析评价图统计图表统计图表数据获取数据处理图形输出数据采集阶段•按照任务的要求采集输入各种所需的地图信息，将地图的图形信息转换成数字信息，以使计算机存储、识别和处理。•数据来源：•1地图•2航空、航天遥感像片•4野外测量数据•5地图数据或影像数据•6统计资料•6地理调查资料数据获取阶段•模-数转换方式•1纸质地图：手扶跟踪或半自动跟踪数字化仪，按统一的编码系统将图形离散成地图数据（矢量数据）•2航空、航天遥感相片：扫描数字化仪离散成栅格数据•3地图数据或影像数据、统计资料：通过键盘或扫描后进行模-数转换数据处理阶段•数据获取以后、图形输出之前对地图数据的各种处理•地图数据的预处理•制图综合处理•图形处理：图形编辑、地图符号的图形生成等数据处理阶段•地图数据的预处理：•直接数字化获取的数据，是一种毛坯数据，其中含有错误、误差、非标准化格式等许多问题，不能作为实际存储的数据，因此，在进行各种地图数据处理之前，首先要进行预处理。•预处理的内容：•误差纠正、坐标系变换、投影变换、结点匹配、数据格式转换、数据压缩等数据处理阶段•制图综合•地图是空间信息的重要传播手段之一，空间信息不仅数量庞大，类型复杂，并且还在与日俱增。因此，在有限的图画上要反映这些庞大而复杂的空间信息，就不得不进行去粗取精，反映主要的，本质的方面，舍弃决要的、非本质性的方面，以确保地图的易读性，这个过程就是制图综合。制图综合•制图综合表现在5个方面：•①制图对象轮廓（形状）的概括；•②制图对象数量特征的概括；•③制图对象质量特征的概括;•④制图对象的取舍;•⑤以各个制图对象（概念）的集合符号（种的甚至是类的概念）代替各单个地物（概念）。图形输出阶段设备图形输出方式精度特点矢量绘图机矢量线划高适合绘制一般的线划地图，还可以进行刻图等特殊方式的绘图喷墨打印机栅格点阵高可制作彩色地图与影像地图等各类精致地图制品。高分辨彩显屏幕像元点阵一般实时显示GIS的各类图形、图像产品。行式打印机字符点阵差以不同复杂度的打印字符输出各类地图，精度差，变形大。胶片拷贝机光栅较高可将屏幕图形复制至胶片上，用于制作幻灯片或正胶片。图形输出阶段•地图•图像•统计表•三维多媒体虚拟现实计算机地图制图的优越性•与传统的地图相比：•1易于编辑和更新•2提高绘图速度和精度•3容量大且易于存储•4丰富地图品种•5便于信息共享计算机地图制图的发展•国际发展状况•1计算机地图制图的探索期•20世纪50年代末至60年代初，牛津大学自动制图系统投入运行•2计算机地图制图的发展期•20世纪70年代，由于计算机、存储设备、图形显示理论的发展等，计算机地图制图朝实用化方向发展•3计算机地图制图的成熟期•20世纪80年代，微机的出现、数据库技术以及网络设备的发展，计算机地图制图得到了广泛的发展，1982年，美国地质调查局建成了1：200万美国国家地图数据库。•4计算机地图制图的普及应用期•20世纪90年代，逐步取代了传统地图制图的生产模式计算机地图制图的发展•国内发展状况•1硬件方面•2软件开发及系统建立方面计算机地图制图系统的构成•硬件•软件•地图数据•制图人员硬件•输入设备•处理设备•输出设备输入设备•键盘鼠标•光笔、触摸屏•数字化仪•扫描仪•全站仪、GPS接收机等手扶跟踪数字化仪•手扶跟踪数字化仪,根据其采集数据的方式分为机械式、超声波式和全电子式三种,其中全电子式数字化仪精度最高，应用最广。按照其数字化版面的大小可分为A0、A1、A2、A3、A4等。•数字化仪由电磁感应板、游标和相应的电子电路组成。这种设备利用电磁感应原理：在电磁感应板的x，y方向上有许多平行的印刷线，每隔200μm一条。游标中装有一个线圈。当使用者在电磁感应板上移动游标到图件的指定位置，并将十字叉丝的交点对准数字化的点位，按动相应的按钮时，线圈中就会产生交流信号，十字叉丝的中心也便产生了一个电磁场，当游标在电磁感应板上运动时，板下的印制线上就会产生感应电流。印制板周围的多路开关等线路可以检测出最大信号的位置，即十字叉线中心所在的位置，从而得到该点的坐标值。手扶跟踪数字化仪•工作流程：•把待数字化的图件固定在图形输入板上，首先用鼠标器输入图幅范围和至少四个控制点的坐标，随后即可输入图幅内各点、曲线的坐标。•通过数字化仪采集数据量小，数据处理的软件也比较完备，但由于数字化的速度比较慢，工作量大，自动化程度低，数字化的精度与作业员的操作有很大关系，所以，目前很多单位在大批量数字化时，已不再采用它。扫描仪•通过扫描获得的是栅格数据，数据量比较大。如一张地形图采用300dpi灰度扫描其数据量就有20兆左右。•一般对获得的栅格数据还要进行一些后续处理如图象纠正、矢量化等•扫描输入因其输入速度快、不受人为因素的影响、操作简单而越来越受到大家的欢迎，再加之计算机运算速度、存储容量的提高和矢量化软件的踊跃出现，使得扫描输入已成为图形数据输入的主要方法。处理设备•计算机•计算机是计算机地图制图系统的主要设备，是硬件部分的核心，主要用于整个系统的数据计算、处理和管理。输出设备•图形显示终端•绘图仪•打印机软件•1计算机地图制图专业软件•2数据库软件•存储空间数据、属性数据等•3系统管理软件•操作系统计算机地图专业软件•核心模块•1数据输入和编辑模块•支持数字化、图形扫描及矢量化、对图形和属性数据提供修改和更新等编辑操作•2空间数据管理模块•该模块对用户数据库进行有效的存储、检索和管理•3数据处理模块•完成地图投影转换、转换各种标准的矢量格式和栅格格式的数据等•4数据输出模块•5用户界面地图数据•地图数据通常分为空间数据和属性数据两种，空间数据可有矢量数据和栅格数据两种表达形式，空间数据可抽象为三类元素：点、线、面。•地图数据库由地图数据库实体和数据库管理系统两部分组成，数据库实体中存储数据，数据库管理系统对数据进行统一管理，包括查询、检索、增删、修改和维护等，如何对空间数据和属性数据进行统一的管理，是一个重要的问题，解决方法主要有三种：紧凑式•紧凑式数据库管理系统是将空间数据和属性数据紧密结合在一起，例如：将属性数据作为空间数据的悬挂体，把属性数据作为空间数据的一部分进行存储。这种情况属性数据不强大，比方说：autocad混合式•利用两个子系统分别存储空间数据和属性数据，空间数据存储在文件中，属性数据存储在关系型数据库中，两个子系统之间的数据通过标志码ID进行连接。扩展式•空间数据和属性数据都存储在一个关系型数据库中。可是标准的关系型数据库并不能存储空间数据，于是数据库商扩展了关系数据库的功能，能够存储变长纪录，但是在数据库中，用户还是不能定义自己的数据类型，于是出现了数据库引擎，把数据库引擎融入关系型数据库管理器中，把数据类型加入关系数据库中，在数据表中加入图形数据项。计算机地图制图与相关科学技术•计算机科学•地图学•遥感技术•全球定位系统•电子地图