第五章地圖清晰性

1、第五章 地圖清晰性: 地圖概括 本章要點(diǎn)本章要點(diǎn)掌握地圖概括的實(shí)質(zhì)；地圖概括的原則；地圖概括的方法和影響地圖概括的主要因素；計(jì)算機(jī)制圖概括的原理。認(rèn)識(shí)地圖概括的基本過程。了解地圖概括的數(shù)學(xué)模式、地圖概括自動(dòng)化趨勢(shì)。一般了解計(jì)算機(jī)制圖概括發(fā)展軌跡。 第一節(jié) 地圖概括概述 一一 地圖概括的實(shí)質(zhì)地圖概括的實(shí)質(zhì) 地圖概括的實(shí)質(zhì)就是解決廣闊制圖區(qū)域內(nèi)繁多的地理事物與有限地圖圖幅面積之間的矛盾。 地圖概括是通過對(duì)制圖區(qū)域內(nèi)客觀事物的取舍和化簡(jiǎn)來實(shí)現(xiàn)的。 地圖概括也可以簡(jiǎn)單地表述為：“根據(jù)地圖的用途、比例尺和區(qū)域特點(diǎn)對(duì)地圖內(nèi)容進(jìn)行選擇和化簡(jiǎn)，概括和綜合的過程”。 二二 影響地圖概括的因素影響地圖概括的因素

2、1 1、地圖用途、地圖用途 地圖用途決定地圖概括的方向，直接影響對(duì)地圖內(nèi)容的評(píng)價(jià)、選擇和概括的標(biāo)準(zhǔn)與原則。地圖用途對(duì)制圖概括的影響，一般由制圖人員對(duì)客觀世界的認(rèn)識(shí)和制圖經(jīng)驗(yàn)表現(xiàn)出來，它是目的概括。 2 2、地圖比例尺、地圖比例尺 比例尺對(duì)地圖概括影響十分明顯，它決定事物被取舍的標(biāo)準(zhǔn)和地圖內(nèi)容的多少。 3 3、制圖區(qū)域的特點(diǎn)、制圖區(qū)域的特點(diǎn) 制圖區(qū)域的特點(diǎn)是客觀存在的，不同的制圖區(qū)域，其地面要素的組成、地理分布及其相互關(guān)系是有很大差別的。因此，地圖概括必須保證制圖區(qū)域的基本特征和典型特點(diǎn)不會(huì)消失，即要體現(xiàn)出地理適應(yīng)性。 4 4、制圖資料、制圖資料 制圖資料的質(zhì)量是正確概括的基礎(chǔ)。如果收集的制圖資

3、料質(zhì)量不高或不完整，將直接影響地圖概括的方法和結(jié)果。 5 5、符號(hào)樣式及大小、符號(hào)樣式及大小 地圖是以圖形符號(hào)來表示各種事物現(xiàn)象的。符號(hào)的圖形樣式、色彩、尺寸的大小將直接影響著地圖的載負(fù)量，所以也就影響了地圖的概括程度。 6 6、制圖者、制圖者 地圖概括是由地圖的編繪者來完成的，編繪者對(duì)客觀事物的認(rèn)識(shí)程度對(duì)制圖概括起著決定性的作用，制圖者決定著地圖概括的質(zhì)量。 由前所述，影響地圖概括的因素有許多，因此在概括時(shí)不能只考慮單一因素，而要進(jìn)行全面的分析研究。 1 1、符合地圖用途的需要、符合地圖用途的需要 每幅地圖一般都有自己特定的用途，因此在進(jìn)行地圖內(nèi)容的選取時(shí)，一定要滿足地圖用途的需要。地圖用途

4、不同，對(duì)選取的地理內(nèi)容和圖面的展現(xiàn)形式要求也不一樣。 2 2、保持地圖清晰易讀且內(nèi)容完備、保持地圖清晰易讀且內(nèi)容完備 影響地圖清晰性的因素主要是符號(hào)的大小、顏色、圖形的細(xì)碎程度和圖面的載負(fù)量等。而制約地圖內(nèi)容完備程度的因素則更多，象地圖的用途、比例尺、清晰性等都有較大影響。 三 地圖概括的原則 3 3、保證一定的地圖精度、保證一定的地圖精度 在地圖上，各種要素都是以圖形符號(hào)表示的。因此，地圖圖形符號(hào)的幾何精度要有一定的保障。 4 4、反映出制圖區(qū)域地理特征、反映出制圖區(qū)域地理特征 制圖區(qū)域內(nèi)各要素的質(zhì)量、數(shù)量、分布規(guī)律和相互關(guān)系是客觀存在的事實(shí)，地圖概括的目的就是在地圖上模擬出各要素客觀的典型

5、特征。要反映出制圖區(qū)域的主要地理特征，制圖者要有豐富的地理知識(shí)和制圖經(jīng)驗(yàn)，并且也應(yīng)具有漫畫家那種敏銳的洞察力。四 地圖概括的方法步驟1 1、簡(jiǎn)化、簡(jiǎn)化 簡(jiǎn)化主要有兩個(gè)目的。其一是經(jīng)簡(jiǎn)化處理，使制圖信息符合地圖的展現(xiàn)能力，即簡(jiǎn)化后的要素信息能在規(guī)定的比例尺地圖上表示出來；另一個(gè)目的則是經(jīng)簡(jiǎn)化處理后，能盡量保持制圖現(xiàn)象的基本地理特征。 簡(jiǎn)化的方法有多種，但主要側(cè)重內(nèi)容的取舍和圖形的化簡(jiǎn)兩個(gè)方面。 對(duì)制圖要素的取舍受多種因素的影響，其中要素的相對(duì)重要性、要素與制圖目的的關(guān)系、保留要素的圖形效果，是進(jìn)行取舍的重要參考指標(biāo)。 對(duì)圖形的化簡(jiǎn)，并非僅僅是舍去一些細(xì)小的碎部或進(jìn)行合并，而是應(yīng)抓住事物的本質(zhì)特征

6、，經(jīng)仔細(xì)分析研究后，創(chuàng)作出更易識(shí)別的新圖形。 2 2、分類、分類 分類與簡(jiǎn)化的目的相同，一般是根據(jù)地理要素屬性信息的異同劃分的。分類和簡(jiǎn)化都是概括的手段，所不同的是分類只對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理，使之更突出，更典型，而不是舍去某些數(shù)據(jù) 分類的一般定義是“數(shù)據(jù)排序、分級(jí)或分群”。常用的分類方法是將一些類似的定性現(xiàn)象劃分成類型；另一種分類的方法是將定量數(shù)據(jù)劃分成以數(shù)字定義的級(jí)別，這種方法有助于統(tǒng)計(jì)要素的定性和定量分析研究。 3 3、符號(hào)化、符號(hào)化 符號(hào)化就是把簡(jiǎn)化和分類處理后的制圖數(shù)據(jù)結(jié)果制成可視化符號(hào)圖形的過程。地圖是通過符號(hào)系統(tǒng)的建立來模擬客觀世界的，符號(hào)是地理信息的抽象和圖解，其功能是顯而易見的。

7、 4 4、歸納、歸納 歸納法或歸納綜合法，是運(yùn)用邏輯的、地理的推理法，超越所選取的數(shù)據(jù)范圍，擴(kuò)展概括出地圖信息內(nèi)容的過程。第二節(jié) 地圖概括原理 地圖概括的基本原理是，根據(jù)地圖的用途、比例尺和區(qū)域地理特證，由制圖者來壓縮地圖圖面的負(fù)載量。壓縮圖面負(fù)載量的方法有：基本數(shù)學(xué)模式的圖面載負(fù)標(biāo)準(zhǔn)確定法；內(nèi)容的取舍法；形狀的化簡(jiǎn)（保證事物特征前提下）法；數(shù)量特征和質(zhì)量特征的概括法等。一、地圖概括的數(shù)學(xué)模式一、地圖概括的數(shù)學(xué)模式1、圖解計(jì)算模式 圖解法是根據(jù)地圖適宜面積負(fù)載量來確定制圖對(duì)象選取數(shù)量指標(biāo)的方法，一般用于居民點(diǎn)數(shù)量指標(biāo)的選取。 居民點(diǎn)面積負(fù)載量由居民點(diǎn)符號(hào)和名稱注記兩部分組成，即： s=n(r+

8、p) 式中：r居民點(diǎn)符號(hào)平均面積； p居民點(diǎn)名稱注記平均面積； n圖上1cm2內(nèi)居民點(diǎn)個(gè)數(shù)； s圖上單位面積（1cm2）的載負(fù)量。2、方根模式 方根模式是德國(guó)制圖學(xué)家特普費(fèi)爾提出的，是建立在經(jīng)驗(yàn)規(guī)律上的一種數(shù)學(xué)模型，可利用原資料圖與新編地圖的比例尺分母之比的平方根，來確定新編地圖上制圖物體的選取數(shù)量指標(biāo)。該法強(qiáng)調(diào)地圖內(nèi)容選取和地圖比例尺的線性關(guān)系，并重視從重要次要一般的有序選取規(guī)律。bamm/ 3、等比數(shù)列模式 等比數(shù)列模式是以制圖物體的大小和密度作為取舍依據(jù)。識(shí)圖時(shí)，人類辨認(rèn)同一要素的等級(jí)差別符合等比數(shù)列規(guī)律，因此，可以用等比數(shù)列作為選取制圖對(duì)象的數(shù)學(xué)模式。 研究制圖對(duì)象的選取指標(biāo)，首先要確

9、定出哪些制圖對(duì)象應(yīng)全部選取，哪些應(yīng)全部舍掉，而介于全選和全舍之間的那部分對(duì)象選取指標(biāo)的確定，則是地圖概括等比數(shù)列法研究的重心。 等比數(shù)列模式是按照制圖對(duì)象的長(zhǎng)度（大?。┖烷g隔的大小進(jìn)行等比分級(jí)并構(gòu)建成為一個(gè)二維的關(guān)系表。 二、內(nèi)容選取法 1 1、地圖內(nèi)容選取的標(biāo)準(zhǔn)、地圖內(nèi)容選取的標(biāo)準(zhǔn)（1）資格法）資格法 資格法是根據(jù)地物的數(shù)量、質(zhì)量特征來確定地圖內(nèi)容的選取條件，目的是解決“選哪些”的問題。作為選取條件的數(shù)量指標(biāo)既可以是平均值，也可以是浮動(dòng)值。 這種選取尺度的確定，主要受地圖用途、比例尺和制圖區(qū)域地理特點(diǎn)的制約。 制圖對(duì)象的質(zhì)量特征，如居民點(diǎn)的行政意義，道路的技術(shù)等級(jí)，河流的通航情況等，也可以作

10、為制圖對(duì)象選取的條件。（2）定額法）定額法 定額法是以地圖適宜的負(fù)載量為基礎(chǔ)，確定單位面積內(nèi)地圖內(nèi)容的選取指標(biāo)（總量或密度）。目的是解決選多少要素的問題。通常按照從重要到一般，從大到小的順序進(jìn)行選取，不能超過規(guī)定數(shù)量指標(biāo)。 地圖的負(fù)載量是評(píng)價(jià)地圖內(nèi)容的數(shù)量指標(biāo)，對(duì)地圖概括的程度有著重要的影響。地圖負(fù)載量可分為面積負(fù)載量和數(shù)值負(fù)載量。 地圖的面積負(fù)載量是指地圖上全部符號(hào)和注記所占面積與圖幅總面積之比。數(shù)值負(fù)載量是指地圖上單位面積內(nèi)的制圖對(duì)象個(gè)數(shù)或長(zhǎng)度。面積負(fù)載量和數(shù)值負(fù)載量反映了地圖內(nèi)容的疏密程度，可以作為選取指標(biāo)的單位。 地圖作品應(yīng)當(dāng)滿足既清晰又詳細(xì)的要求。為了達(dá)到上述水平，還需要對(duì)地圖的極限

11、負(fù)載量和適宜負(fù)載量進(jìn)行研究。 極限負(fù)載量是指地圖上可能達(dá)到的最高負(fù)載量，超過它地圖就不能夠清晰易讀。顯然，極限負(fù)載量還會(huì)受印刷水平、地圖設(shè)色、人的視覺等多種因素的影響。 適宜負(fù)載量是指適合于地圖用途并能反映制圖區(qū)域特點(diǎn)的地圖負(fù)載量，適宜負(fù)載量的大小，因圖因地而異。 極限負(fù)載量和適宜負(fù)載量可以是面積負(fù)載量，也可以是數(shù)值負(fù)載量。研究負(fù)載量先從面積負(fù)載量入手，在此基礎(chǔ)上確定出地圖的適宜負(fù)載量，最后常采用數(shù)值負(fù)載量的形式表示適宜負(fù)載量。 2、地圖內(nèi)容選取的順序原則 （1）從主要到次要 （2）從高級(jí)到低級(jí) （3）從大到小 （4）從全局到局部 3、地圖內(nèi)容選取的一般要求（1）選取的地圖內(nèi)容能夠反映出制圖對(duì)

12、象實(shí) 際分布的密度對(duì)比關(guān)系。 （2）選取的地圖內(nèi)容能反映制圖對(duì)象的分布特點(diǎn)。 （3）保留具有重要意義的制圖對(duì)象。 三、形狀化簡(jiǎn)法 1 1、刪除、刪除 即刪去因比例尺縮小無(wú)法清晰表示的細(xì)微彎曲或減少?gòu)澢臄?shù)目，使曲線趨于平滑并能反映制圖對(duì)象的主體特征。 2 2、夸大、夸大 一些具有特征意義和定位意義的小彎曲，不但不能刪除，必要時(shí)還要夸大表示 。3 3、合并、合并 就是合并同類地物的細(xì)小碎部。當(dāng)圖形的細(xì)小彎曲或圖形間距小到不能清晰顯示時(shí)就采用合并的方法來概括地圖圖形。 4 4、分割、分割 當(dāng)采用合并法有損制圖對(duì)象的圖形特征時(shí)（如排列、方向、大小對(duì)比等），為保持圖形的主要特征，可采用分割方法將圖形重

13、新組合。它是以犧牲局部圖形的真實(shí)性來?yè)Q取主要特征的保持。 四、數(shù)量特征和質(zhì)量特征的概括法四、數(shù)量特征和質(zhì)量特征的概括法 1 1、數(shù)量特征的概括、數(shù)量特征的概括 數(shù)量特征是指物體的長(zhǎng)度、高度、寬度、密度、深度、面積、體積等制圖現(xiàn)象的數(shù)量指標(biāo)，是描述事物的量化信息。隨著比例尺的縮小，制圖對(duì)象的數(shù)量信息趨于簡(jiǎn)化和概略。這種簡(jiǎn)化描述制圖對(duì)象數(shù)量特征的方法，稱為數(shù)量特征的概括。 數(shù)量特征概括常以擴(kuò)大級(jí)差的方法來縮減制圖對(duì)象的分級(jí)的數(shù)量。 2、質(zhì)量特征的概括 質(zhì)量特征是指描述制圖對(duì)象的類別和性質(zhì)。質(zhì)量差別是對(duì)制圖對(duì)象進(jìn)行分類的基礎(chǔ)。 制圖對(duì)象質(zhì)量特征的顯示，同樣受到地圖用途和比例尺的限制。隨著比例尺的縮小

14、，制圖對(duì)象質(zhì)量特征的表示趨向于簡(jiǎn)單和概略。這種簡(jiǎn)單概略表示制圖對(duì)象質(zhì)量特征的方法，就稱為質(zhì)量特征的概括。 質(zhì)量概括的方法通常是用概括的分類代替詳細(xì)的分類，以整體的概念代替局部的概念，以減少制圖對(duì)象的質(zhì)量差別。 第三節(jié) 地圖概括自動(dòng)化 一、計(jì)算機(jī)地圖概括的發(fā)展軌跡一、計(jì)算機(jī)地圖概括的發(fā)展軌跡 計(jì)算機(jī)地圖概括是伴隨著機(jī)助制圖的發(fā)展而發(fā)展的。最早可追溯到perkal（1966）和tobler（1966）的工作。早期的工作多是基于單純線狀符號(hào)概括的程序和算法設(shè)計(jì)，如線形簡(jiǎn)化（刪減細(xì)節(jié)）算法設(shè)計(jì)、線形平滑（柔緩尖硬折角）程序設(shè)計(jì)等。 20世紀(jì)7080年代隨著衛(wèi)星遙感圖像處理技術(shù)和數(shù)字高程模型（dem）處

15、理技術(shù)的發(fā)展，大大豐富了計(jì)算機(jī)地圖概括的方法。象圖像增強(qiáng)技術(shù)通過改變圖像的頻譜、結(jié)構(gòu)，或?qū)σ逊诸悓ｎ}圖像進(jìn)行簡(jiǎn)化、歸并處理，或通過再取樣和改變像元大小等來實(shí)現(xiàn)地圖概括。 80年代中后期，計(jì)算機(jī)地圖概括引入了人工智能技術(shù)（如專家系統(tǒng)），該技術(shù)為模擬人類地圖概括過程提供了可能。 90年代隨著軟硬件性能，特別是高級(jí)圖形界面和并行處理等技術(shù)的迅猛發(fā)展，以及面向?qū)ο蟮牟僮飨到y(tǒng)，使得計(jì)算機(jī)地圖概括實(shí)踐技術(shù)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。 伴隨著計(jì)算機(jī)地圖概括的成功嘗試，90年代從理論到操作層次的各種局部研究和開發(fā)也很活躍，研究的水平檔次也有明顯提高。很多研究都不同程度地采用了人工智能，尤其是專家系統(tǒng)的技術(shù)和思想。

16、展望未來，在計(jì)算機(jī)軟硬件和更強(qiáng)有力的gis繪圖平臺(tái)支撐下，采用自動(dòng)化與半自動(dòng)化（人機(jī)交互）相結(jié)合的計(jì)算機(jī)地圖概括實(shí)踐的不斷增加，將促進(jìn)計(jì)算機(jī)地圖概括技術(shù)的更快發(fā)展，也必將促進(jìn)計(jì)算機(jī)地圖概括理論的發(fā)展。這種理論和實(shí)踐的不斷進(jìn)步，將導(dǎo)致自動(dòng)化的概括模塊的增多或更加完善，使用戶在更優(yōu)化的操作界面中，選取適合自己需要的控制方式、途徑或閾值，方便高效地進(jìn)行地圖概括。然而，需要說明的是自動(dòng)化地圖概括是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的問題，目前還很難找到一個(gè)通用的數(shù)學(xué)模式去描述，因此，不能期望在短期內(nèi)就得到圓滿的解決。但是隨著計(jì)算機(jī)智能模擬的發(fā)展和地圖概括專家系統(tǒng)的研究，自動(dòng)化概括技術(shù)和理論將會(huì)有突破性的進(jìn)展。 二、計(jì)算機(jī)地

17、圖概括的原理 1 1、制圖對(duì)象的自動(dòng)取舍、制圖對(duì)象的自動(dòng)取舍 計(jì)算機(jī)根據(jù)數(shù)據(jù)選取模式對(duì)制圖數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并依據(jù)選取指標(biāo)自動(dòng)地選取地理環(huán)境中的主要對(duì)象，舍去次要的部分，這一過程稱為制圖對(duì)象的自動(dòng)取舍。 2 2、制圖對(duì)象的自動(dòng)概括、制圖對(duì)象的自動(dòng)概括（1 1）形狀的自動(dòng)概括）形狀的自動(dòng)概括 形狀的自動(dòng)概括是通過計(jì)算機(jī)去掉一線狀符號(hào)和面狀輪廓符號(hào)的小彎曲，重點(diǎn)反映它們的基本特征和典型特點(diǎn)。有時(shí)還把有重要意義的細(xì)部特征進(jìn)行夸大或位移、合并等。 （2 2）計(jì)算機(jī)數(shù)量和質(zhì)量特征的自動(dòng)概括）計(jì)算機(jī)數(shù)量和質(zhì)量特征的自動(dòng)概括 用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)量特征概括時(shí)，需要先讀出原資料圖的級(jí)別數(shù)據(jù)，然后把增大的數(shù)量間隔（級(jí)別或

18、特征碼）代替原來的級(jí)別（或特征碼），如原來的2級(jí)和3級(jí)需要合并，那就用“2”代替“2，3”。按照合并后的級(jí)差處理制圖對(duì)象，就能實(shí)現(xiàn)數(shù)量特征的自動(dòng)概括。 質(zhì)量特征的自動(dòng)合并比較簡(jiǎn)單，計(jì)算機(jī)只需對(duì)輸入數(shù)據(jù)的質(zhì)量特征進(jìn)行識(shí)別，繪制以新圖所要求的質(zhì)量符號(hào)即可。 3、制圖對(duì)象的自動(dòng)簡(jiǎn)化 （1 1）點(diǎn)刪除）點(diǎn)刪除 點(diǎn)刪除是指簡(jiǎn)化線狀要素和面狀要素輪廓線的一串坐標(biāo)，保留反映制圖對(duì)象特征的點(diǎn)，刪除次要的點(diǎn)。點(diǎn)刪除的方法有二：一為在數(shù)據(jù)文件中每隔n個(gè)點(diǎn)保留1個(gè)點(diǎn)，即通過選取數(shù)據(jù)串第1個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)和每個(gè)第n點(diǎn)來建立新數(shù)據(jù)文件，也就是刪除了(n-1)/n的點(diǎn)，n值越大，概括程度越強(qiáng)，簡(jiǎn)化越厲害。n值根據(jù)地圖用途來確定；

19、二為在數(shù)據(jù)文件中隨機(jī)保留每n個(gè)點(diǎn)中的1個(gè)點(diǎn)，即通過隨機(jī)選擇每n個(gè)點(diǎn)中的1個(gè)點(diǎn)來建立新數(shù)據(jù)文件，也是刪除了(n-1)/n的點(diǎn)。 和第1種方法相比，前者選取的點(diǎn)是確定的，后者選取的點(diǎn)是隨機(jī)的；兩者的n值越大，概括的程度越大。 傳統(tǒng)地圖概括的線狀要素簡(jiǎn)化主要依靠制圖者的經(jīng)驗(yàn)，即根據(jù)線狀要素上點(diǎn)的重要性來決定取舍；而自動(dòng)簡(jiǎn)化的點(diǎn)刪除主要根據(jù)線狀要素圖形的尺寸，制圖者的經(jīng)驗(yàn)體現(xiàn)在開始建立的計(jì)算機(jī)文件中，數(shù)據(jù)文件形成后，計(jì)算機(jī)就會(huì)自動(dòng)地執(zhí)行簡(jiǎn)化操作。（2）制圖要素刪除 制圖要素刪除就是在新編地圖中剔除某一類或幾類不必要、不重要的制圖要素。如在行政區(qū)域圖上刪除地貌要素，在人口分布圖上刪除植被要素等。在矢量數(shù)

20、據(jù)中，每個(gè)要素在數(shù)據(jù)文件中是依重要性排序的，則可按照地圖概括標(biāo)準(zhǔn)刪除一些要素。在柵格數(shù)據(jù)中，可建立必要的算法程序來刪除柵格中的冗余數(shù)據(jù)，強(qiáng)化重要的像元數(shù)據(jù)，達(dá)到簡(jiǎn)化的目的。 （3 3）平滑運(yùn)算修改）平滑運(yùn)算修改 當(dāng)制圖對(duì)象的轉(zhuǎn)變或過渡出現(xiàn)不符合客觀實(shí)際，發(fā)生“生硬變化”、平滑相連變成折角相連等時(shí)，則要調(diào)用滑動(dòng)平均和曲面擬合等數(shù)據(jù)平滑運(yùn)算處理程序進(jìn)行平滑處理。 四、計(jì)算機(jī)自動(dòng)概括專家系統(tǒng)介紹 1. 1.專家系統(tǒng)專家系統(tǒng) 專家系統(tǒng)是人工智能中最活躍的領(lǐng)域。它模擬人的思維過程并將專家知識(shí)賦于計(jì)算機(jī)。當(dāng)計(jì)算機(jī)對(duì)問題求解時(shí)，就利用這些知識(shí)進(jìn)行推理、證明，從而得到答案。 專家系統(tǒng)主要由特定領(lǐng)域的知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)所組成。 知識(shí)庫(kù)中存放著特定領(lǐng)域的專家知識(shí)，這些知識(shí)應(yīng)當(dāng)正確、完整和