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第八章空間數(shù)據(jù)表現(xiàn)與地圖制圖王紅巖昆明理工大學(xué)國資院地科系1

空間數(shù)據(jù)的表現(xiàn)功能貫穿于GIS空間數(shù)據(jù)處理的始終,包括符號、專題信息表達、圖幅配置、制圖綜合等,都來源于地圖制圖。從某種角度上來講,地理信息系統(tǒng)可以稱為“動態(tài)的地圖”,它提供了比普通地圖更為豐富和靈活的空間數(shù)據(jù)表現(xiàn)方式,如動態(tài)信息表達、虛擬現(xiàn)實等。但是,從另外的角度來看,制圖學(xué)又是一門藝術(shù),單純依靠計算機系統(tǒng)是難以制作完美的地圖的,它需要人工的交互干預(yù),目前還沒有任何GIS軟件能夠很好地解決這些問題。導(dǎo)讀:2

地圖:是遵循一定的數(shù)學(xué)法則,將客體上的地理信息,通過科學(xué)的概括,并運用符號系統(tǒng)表示在一定載體上的圖形,以傳遞它們的數(shù)量和質(zhì)量在時間和空間上的分布規(guī)律和發(fā)展變化。地圖學(xué):是以地圖信息傳遞為中心的,探討地圖的理論實質(zhì)、制圖技術(shù)和使用方法的綜合性科學(xué)。

地理信息系統(tǒng)1.概述——地理信息系統(tǒng)

數(shù)據(jù)表現(xiàn)與地圖學(xué)3地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)表現(xiàn)與地圖學(xué)

聯(lián)系:地圖是記錄地理信息的一種圖形語言形式,GIS脫胎于地圖,并成為地圖信息的又一種新的載體形式,它具有存儲、分析、顯示和傳輸?shù)墓δ?,尤其是計算機制圖為地圖特征的數(shù)字表達、操作和顯示提供了成套方法,為GIS的圖形輸出設(shè)計提供了技術(shù)支持;同時,地圖仍是目前地理信息系統(tǒng)的重要數(shù)據(jù)來源之一。

區(qū)別:地圖強調(diào)的是圖形信息的傳輸、符號化與顯示,而GIS更注重空間數(shù)據(jù)處理與分析。地圖學(xué)理論與方法對地理信息系統(tǒng)的發(fā)展有著重要的影響,特別是地理信息系統(tǒng)中的空間數(shù)據(jù)表現(xiàn)許多技術(shù)來源于地圖學(xué),但是,其表現(xiàn)手段更加靈活和豐富。41.1構(gòu)成地圖學(xué)與地理信息系統(tǒng)的數(shù)學(xué)法則

比例尺地圖投影各種坐標系統(tǒng)

51.2地圖學(xué)和地理信息系統(tǒng)的符號

地圖符號是表達地圖內(nèi)容的基本手段,不僅能表示事物的空間位置、形狀、質(zhì)量和數(shù)量特征,而且還可以表示各事物之間的相互聯(lián)系及區(qū)域總體特征。

地圖符號是地圖的語言,是一種圖形語言。就單個符號而言,它可以表示某個事物的空間位置、大小、質(zhì)量和數(shù)量特征;就同類符號而言,可以反映各類要素的分布特點;而各類符號的總和,可以表明各類要素之間的相互關(guān)系及區(qū)域總體特征。6

使用地圖符號的作用:

1)有選擇地表示地理環(huán)境中的主要事物;

2)用平面的圖形符號表示地面的起伏狀況,能夠表達出三維空間狀況,且可以量測其長度、高度和坡度等;

3)除了用符號表示出地面景物的外形,還能表示出景物的看不見的本質(zhì)特征;

4)用符號可以表示出地面沒有外形的許多自然和社會經(jīng)濟現(xiàn)象。

7

1.3地圖學(xué)和地理信息系統(tǒng)的制圖綜合

把實地景物縮小或把原來較詳細的地圖縮成更小比例尺地圖時,根據(jù)地圖用途或主題的需要,對實況或原圖內(nèi)容進行取舍和化簡,以便在有限的圖面上表達出制圖區(qū)域的基本特征和地理要素的主要特點的理論和方法,稱為制圖綜合(地圖概括)。8

制圖綜合是對制圖區(qū)域客觀事物的取舍和簡化。取舍就是從大量的客觀事物中選出最重要的事物表示在圖上,而舍去次要的事物;化簡就是對客觀事物的形狀、數(shù)量和質(zhì)量特征的化簡。制圖綜合可分為比例概括和目的概括。92.地圖的符號2.1地圖符號的實質(zhì)

概念:地圖符號是地圖的語言,是表達地圖內(nèi)容的基本手段。地圖符號是由形狀不同、大小不一和色彩有別的圖形和文字組成,注記是地圖符號的一個重要部分。

分類:

(1)按照符號的定位情況分類:定位符號和說明符號;

(2)按照符號所代表的客觀事物分布狀況分類:

點狀符號(不依比例尺符號)、線狀符號(半依比例符號)和面狀符號(依比例符號)(后附圖)。10點符號線狀符號面狀符號112.2地圖符號的構(gòu)成特點

符號的構(gòu)成要素:形狀、尺寸、顏色。

地圖符號的系統(tǒng)化

地圖符號的感受效果:地圖符號使用了不同的視覺變量,如尺寸、形狀、灰度、紋理、方向和顏色等,讀圖時可獲得整體感、差異感、立體感等不同的感受效果。12地圖符號的效果132.3地圖上的注記地圖注記的種類:名稱注記、說明注記、數(shù)字注記注記的字體、字級和顏色

注記的排列和配置:漢字注記通常有水平字列、垂直字列、雁形字列(注記的字向指向北方或圖廓上方)和屈曲字列(注記的字向與注記文字中心線垂直或平行)等。注記配置的基本原則是不應(yīng)該使注記壓蓋圖上的重要部分。注記應(yīng)與其所說明的事物關(guān)系明確。點、線、面注記的不同配置方式

143.專題信息表現(xiàn)

專題地圖:專題地圖是突出地表示一種或幾種自然現(xiàn)象和社會經(jīng)濟現(xiàn)象的地圖。專題地圖的特性內(nèi)容廣泛具備地理底圖圖型豐富,圖面配置多樣新穎圖種多,與相關(guān)學(xué)科的聯(lián)系更密切3.1專題地圖概述15專題地圖的內(nèi)容地理基礎(chǔ)專題內(nèi)容

專題地圖的類型——按專題內(nèi)容分類自然地圖社會經(jīng)濟地圖環(huán)境地圖其他專題地圖163.2面狀專題內(nèi)容的表示方法

等值線法(圖A)

質(zhì)底法(底色法,圖B)

范圍法(區(qū)域法,圖C)

點值法(圖D)

符號法動線法統(tǒng)計圖法(圖E)

DEM表示法(圖F)A、等值線17B、質(zhì)底法示例

C、范圍法(a)精確范圍法(b)概略范圍法

18D、點值法示例E、統(tǒng)計圖法示例19F、DEM表示法(1)地貌暈渲圖示意(2)曲面三維透視圖(3)網(wǎng)狀三維透視圖

203.3專題地圖內(nèi)容的表現(xiàn)手段

色彩線條注記各種線條樣式214.專題地圖設(shè)計(1)圖幅基本輪廓的設(shè)計(2)制圖區(qū)域范圍的確定(3)專題地圖數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的設(shè)計(4)圖面設(shè)計(后附圖)22不同風(fēng)格的圖面設(shè)計示例235.制圖綜合(制圖概括)5.1

制圖綜合的概念

制圖綜合是對制圖區(qū)域客觀事物的取舍和簡化。制圖綜合主要表現(xiàn)在內(nèi)容的取舍、數(shù)量簡化、質(zhì)量化簡和形狀化簡等方面。

245.2

影響制圖綜合的主要因素

地圖比例尺地圖的用途地圖的主題制圖區(qū)域的地理特征符號的圖形尺寸可視化要求255.3

制圖綜合的基本方法

內(nèi)容的取舍:內(nèi)容的取舍是指選取較大的、主要的內(nèi)容而舍去較小的、次要的或與地圖主題無關(guān)的內(nèi)容。

質(zhì)量特征的化簡:質(zhì)量特征的化簡就是減少一定范圍內(nèi)事物的質(zhì)量差別,用概括的分類代替詳細的分類,即按事物的性質(zhì)合并類型或等級相近的事物。

數(shù)量特征的化簡:數(shù)量特征的化簡就是減少事物的數(shù)量差別,增大數(shù)量指標內(nèi)部變化的間距,對于數(shù)量指標低于規(guī)定等級的事物不予表示。

形狀化簡:形狀化簡用于呈線狀和面狀分布的事物。形狀化簡的目的在于保留事物本身所固有的、典型的特征?;喌姆椒ㄓ袆h除、夸大和合并。

26面狀符號的綜合線符號的綜合276.地理信息的可視化

6.1

基本概念

可視化(Visualization)是指在人腦中形成對某物(某人)的圖像,是一個心理處理過程,促使對事物的觀察力及建立概念等。科學(xué)計算可視化是通過研制計算機工具、技術(shù)和系統(tǒng),把實驗或數(shù)值計算獲得的大量抽象數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為人的視覺可以直接感受的計算機圖形圖像,從而可進行數(shù)據(jù)探索和分析。

286.2

地學(xué)可視化的類型(1)地圖可視化(2)地理可視化(3)GIS可視化:指采用2.5維(假三維)、三維和四維等地圖表現(xiàn)形式來反映地理客體的多維特征?,F(xiàn)實世界是真三維空間的,二維GIS無法表達諸如地質(zhì)體、礦山、海洋、大氣等地學(xué)真三維數(shù)據(jù)場,所以,從80年代末以來,真三維GIS及其體可視化成為GIS的研究熱點。29

地表模型30礦體模型巖石模型31土木工程32動態(tài)地圖是由于地學(xué)數(shù)據(jù)存貯于計算機內(nèi)存,可以動態(tài)地顯示關(guān)于地學(xué)數(shù)據(jù)的不同角度的觀察,不同方法的表達結(jié)果,或者地學(xué)現(xiàn)象隨時間演變的過程等。交互交融地圖是指人與地圖可進行相互作用和信息交流。交互地圖是人可以通過一定的途徑,在這個過程中,屏幕地圖即虛擬地圖,與應(yīng)用人員人腦中相關(guān)地學(xué)知識以及直覺等形成的心智圖像一直處于相互作用、相互比較、相互修改完善的信息聯(lián)系和反饋狀態(tài)。

虛擬地圖指計算機屏幕上產(chǎn)生的地圖,或者利用雙眼觀看有一定重疊度的二幅相關(guān)地圖,從而在人腦中構(gòu)建的三維立體圖像。虛擬地圖具有暫時性,實物地圖具有靜態(tài)永久性。地圖可視化虛擬地圖理論信息表達交流模型地理視覺認知決策模型技術(shù)動態(tài)地圖交互交融地圖超地圖地圖可視化的概念框架

(1)地圖可視化超地圖(Hyper-maps)是基于萬維網(wǎng)(WWW)的與地學(xué)相關(guān)的多媒體,可以讓用戶通過主題和空間進行多媒體數(shù)據(jù)的導(dǎo)航,這與超文本的概念相對應(yīng)。超地圖提出了萬維網(wǎng)上如何組織空間數(shù)據(jù)并與其它超數(shù)據(jù)相聯(lián)系的問題。336.3

虛擬地理環(huán)境

虛擬現(xiàn)實(VirtualReality)又稱靈境技術(shù),是指通過頭盔式的三維立體顯示器、數(shù)據(jù)手套、三維鼠標、數(shù)據(jù)衣(DataSuit)、立體聲耳機等使人能完全沉浸計算機生成創(chuàng)造的一種特殊三維圖形環(huán)境,并且人可以操作控制三維圖形環(huán)境,實現(xiàn)特殊的目的。多感知性(視覺、聽覺、觸覺、運動等),沉浸感(Immersion),交互性(Interaction),自主感(Autonomy)是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的四個重要特征。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與地學(xué)相結(jié)合,可產(chǎn)生虛擬地理環(huán)境VGE

(VirtualGeographicalEnvironment)。

34

虛擬地理環(huán)境特點之

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