计算机地图制图知识总结

《计算机地图制图》期中知识总结

一、基本理论知识部分

1、名词：

（1）计算机地图制图

计算机地图制图（Computer-Aided Cartography，简称CAC）又称数字化制图、计算机辅助制图等，简称为机助制图。简单的讲计算机地图制图是以地图学基本原理为基础，应用计算机和图形输入输出设备，从事地图制作和使用的一门学科。具体讲，改技术通过数据库技术和图形的数字处理方法，实现最佳的解决地学信息的获取、变换、传输、识别、存储、处理以至最后实现地图的自动制作及其分析的一门学科。实质上。计算机地图制图就是数字化地图或者称为制作电子地图，其过程是从图形（连续）转换为数字（离散），经过一定的处理，再由数字转换为图形。。

（2）数字地图与电子地图

数字地图是以数字形式记录和存储的地图；电子地图是数字地图转化为模拟地图的软拷贝形式。

（3）无极比例尺

指以一个大比例尺空间数据库为基础数据源，在一定区域内空间对象的信息量随比例尺变化自动增减，从而使得空间地理信息的压缩和复现与比例尺自适应的一种信息处理技术。

2、回答

（1）比较电子地图与数字地图的概念与联系。

数字地图是以数字形式记录和存储的地图；电子地图是数字地图转化为模拟地图的软拷贝形式。

（2）机助制图与地理信息系统

计算机地图制图的发展孕育了地理信息系统的诞生，而地理信息系统的发展又推动着计算机地图制图的迅速提高和进一步发展，所有的GIS都具有计算机地图制图的成分，但不是所有计算机地图制图都含有GIS的全部功能，两者相互联系，相互促进。区别在于机助制图注重可见实体的显示和处理，对可能存在的非图形属性不太重视，而GIS则两者并重。（3）分析计算机地图制图、电子地图和GIS三者间的关系。

三者具有密切的联系，同时也有一定的区别。计算机地图制图是最先发展起来的一门地图处理技术，是实现其他两者的基础技术。电子地图是利用计算机地图制图技术而形成的一种新的地图形式。GIS则是在电子地图的基础上，增强了数据库管理和计算分析功能，而形成更加先进的信息处理工具和辅助决策工具。

（4）电子地图与传统的纸质地图相比较，其具有的优势有哪些。

1、交互性强

2、能无级缩放

3、无缝

4、动态的对地图信息的载负量调整

5、可以实现多维化

6、信息丰富

7、易于实现信息共享

8、可以自动实现基本地图计算、统计和分析功能

（5）CAC与传统的地图制图相比，其优越性表现在：

●地图数据采集与存储的数字化；

●地图表达与处理的数字化；

● 地图分析的自动化与交互化； ● 地图显示方式的多样化； ●

灵活性。

（6）CAC 与一般计算机图形学中的计算机制图对比，其特点在于： ● 图形要素的特殊性和复杂性； ● 图形关系的特殊性； ● 地图特点的体现； ● 地图分析；

●

数据来源的多格式性。

（5）机助制图的基本过程 见下图

（6）计算机地图制图的主要问题

计算机地图制图的核心问题是如何使用计算机处理地图信息，即解决地图信息如何以数字的形式表示、获取、存储、处理和输出。具体的需要解决3个主要问题： ● 对连续的地图信息数字化，对不同技术获取多源制图空间数据标准化，一边计算机读取并识别它的内容；

● 计算机根据地图制图生产和地理信息应用的要求，对数字形式的地图信息进行一系列的加工处理，按照特定制图规范形成一定形式的数字地图产品，构成地图数据库； ●

把数字地图有关的内容转换成人可阅读的地图图形。

（6）CAC 国际发展状况

● 探索期：大约是50年代末至60年代后期，出现了首张机绘地图和CAC 系统； ● 发展期：整个70年代，许多国家建立了人机交互的CAC 系统，并发展了GIS ，如CGIS 和JGIS 等；

● 发展成熟期：整个80年代，各种类型的地图数据库和GIS 不断涌现，特别是机助的专题地图制图得到了广泛应用和发展；

●

普及应用期：90年代至今，各种数字形式的地图数据库在各国全面建立并得到广泛的应用，同时CAC 也逐渐发展成为独立的学科体系。

（6）CAC 的当前发展特点

数据获取

数据处理

图形输出

●多元数据采集手段一体化

●数据标准化

●数据库集成化

●地图产品多元化

●地图分析的深入

●地图表达方式多样化

●地图及其相关应用系统的商业化

（6）CAC系统的软硬件构成

完整的CAC系统包括硬件、软件、地图数据和制图人员四个基本组成部分。

（7）CAC硬件系统

主要包括计算机、图形图像输入设备、图形图像输出设备和外存储器

（8）CAC软件系统

●通用软件：计算机操作系统、编程语言和工具、数据库管理系统、网络通讯软件以及设

备驱动和接口软件

●数字制图专用软件：矢量数据采集软件、栅格数据矢量化软件、数据编辑软件、地图符

号制作软件、地图数据处理软件、数字地图出版软件以及电子地图制作软件等。（9）空间数据与属性数据一体化操作的解决方法有：紧凑式、混合式和扩展式。

（10）CAC与相关科学技术的联系与区别

1、CAC与GIS

（1）联系：CAC是GIS的技术基础，是其重要组成部分，主要完成GIS前期的数据准备工作；现代GIS都具有CAC成分，具备良好的地图制图功能，但并非所有的CAC系统都含有GIS的全部功能。

（2）区别：主要存在于空间分析方面，CAC具有强大的地图制图功能，而GIS除包含CAC 系统的功能外，海具有丰富的空间分析能力，特别是对图形和属性数据进行深层次空间分析的能力。

2、CAC与CAD

（1）联系：二者都是以计算机图形学为数据处理和算法设计的基础，均有空间坐标系统，能把目标和参考系统联系起来，也都能在一定程度上处理非图形属性数据。

（2）区别：CAD一般采用几何坐标系统，处理的多为规则几何图形及其组合，图形功能尤其是现代的三维图形功能极强，属性数据处理功能相对较弱。CAC一般采用大地坐标系，处理的多为地理空间的自然目标和人工目标，图形关系复杂，且制图数据来源广，输入方式多样，需要及其丰富的地图符号库和属性库的支持。因此，一个功能强大的CAD系统，并不完全适合于完成CAC任务。

3、CAC与数据库

（1）联系：CAC需要一般数据库系统的支持。

（2）区别：一般数据库不具有图形数据库的功能。SDE是最好的解决方案

4、CAC与遥感图像处理

遥感图像处理是专门针对遥感图像进行分析处理的软件，图像分析处理功能强大；而一般计算机地图制图的图像分析处理功能较弱。

（11）主要的地图数据源有：地图、遥感影像数据、实测数据、文字与统计资料、已有数字数据。

（12）编码的基础是分类分级，编码的结果是代码。计算机地图制图中的代码分为两种：分类码和标志码。

（13）扫描跟踪数字化是目前计算机地图制图中最主要的地图数字化方式，主要采用人机

交互的数字化方式进行。

（14）属性数据的采集主要使用键盘输入的方式进行，其中当属性数据的数据量较小时，可以在输入几何数据的同时，根据软件的提示用键盘输入；当数据量较大时，可与几何数据分开输入，经检查后转入数据库中。其与几何数据的联系是通过公共标志码来实现的。（15）地图数据的编辑是在基本数字化完成后进行的，主要是为了修正和修饰采集的地图数据。其基本过程包括数据显示和数据的编辑修改。

（16）数据质量的相关内容

1、数据质量的含义

用地图数据来表达实体的定位、定性和时间特征时，其所能达到的准确性、一致性和完整性，以及它们之间统一性的程度。

2、数据质量的基本内容

准确性，一致性，完整性、现势性和统一性。

3、数据质量的评价方法

有直接法和间接法。

4、数据质量控制的方法

误差带法、比较法和相关分析法等。

（17）对地图数据库概念的两种理解

一是把它看作软件系统，即“空间数据库管理系统”，如常用的ArcSDE+Geodatabase；二是把它看作是地图信息的载体，即“图形文件”，是以数字的形式把一幅地图的诸要素及它们之间的相互联系有机的组织起来，并存储在计算机中的一批相互关联的数据文件，如SHAPE, COVERAGE等。

（18）从应用的角度看，地图数据库主要有两种类型，即GIS中的地图数据库和地图制图系统中的地图数据库，它们支持相同的数据格式。GIS的地图数据库倾向于“空间数据库管理系统”+客户程序构成GIS；CAC的地图数据库依然是图形数据库模式，即文件管理模式。（19）当前的空间数据库的数据模型均以关系数据库为基础

（20）关系模型用于设计地图数据模型的优点在于：

●结构灵活，可满足所有用于布尔逻辑运算和数字运算规则形成的询问要求；

●能搜索、组合和比较不同类型的数据；

●加入和删除数据方便；

●适宜表达地理属性数据。

（21）在纯关系数据库管理方式下，地图图形数据和属性数据都可以采用关系数据库来存储，对于存储可变长的图形数据，一般有两种处理方法：

●对变长的图形数据进行关系范式分解，使之成为若干定长的记录；

●利用存储变长记录的二进制字段类型，如ORACLE公司的Long raw数据类型，SQL

Server的IMAGE数据类型。该方式为大多数的SDBMS所使用。

（22）对象－关系数据库模型的具体结构

●面向对象的地物要素模型：从几何方面划分地图的各种地物可抽象为：点状地物、线状

地物、面状地物以及混合构成的复杂地物。则地图M可用面向对象的方式简单表达为节点类、弧段类、多边形类。

●面向对象的属性数据模型：在关系DBMS的基础上，增加面向对象数据模型的封装、

继承和信息传播等功能。

●拓扑关系与面向对象模型：通常地物之间的相邻、关联关系可以通过公共节点、公共弧

段的数据共享来隐含表达。

（23）空间数据的特殊性，就需要对传统关系数据库进行必要的功能扩展，使其成为

SDBMS，目前主要有两种实现技术：

●数据库开发商在标准的关系数据库上扩充SQL查询语言，支持空间数据的查询，增加

空间数据管理功能，如ORACLE SPA TIAL；

●GIS开发商通过扩展空间数据引擎来管理图形对象，保证图形信息的完整性与一致性，

动态保持图形信息的逻辑关系，支持空间分析与查询，维护图形信息的安全，以及图形数据与属性数据的连接等。如ArcSDE+Geodatabase。

●两种技术路线的原理是一致的：利用数据库的BLOB（二进制数据块）字段来存储图形

对象，并将传统的关系数据库管理系统扩展为对象—关系数据库管理方式，以此实现图形数据、属性数据的统一管理。

（24）空间数据库中，图形与属性的结合方式：图形文件形式、图形数据库、图形文件＋外挂属性数据、图形数据、属性数据一体化管理、面向对象组织方式。目前主流的组织方式第三和第四种，最后一种是发展的趋势。

（25）空间数据引擎的概念

空间数据引擎是指提供存储、查询、检索空间数据，以及对空间数据进行空间关系运算和空间分析的程序功能集合。正是空间数据库引擎的引入，才建立了真正意义上的面向分布式的空间数据库。

（26）空间数据引擎的基本功能

空间数据引擎作为客户应用和空间数据库的中间层，其具备的基本功能有以下几个方面：多用户管理；多空间数据库管理；空间数据的索引；空间关系运算和空间分析功能；GSQL 语句的解释执行。

（27）图形的表示种类：图形有点阵表示（图像）和矢量表示（图形）。点阵表示用图形各个要素点的颜色值从外表上反映图形；矢量表示则用生成图形所需的坐标、形状、颜色等几何和非几何数据集合来描述，反映了图形的内在联系。

（28）大多数图形学应用中采用矢量表示来建立图形对象模型，然而矢量表示不能直接用于屏幕表示，在显示时往往需要将图形对象转换成屏幕点阵表示。

（29）图形的扫描转换或光栅化

在图形输出时，从图形对象的几何和拓扑信息出发，确定最佳逼近图形的象素集合，并用指定的颜色和灰度设置象素的过程称为图形的扫描转换或光栅化。

（30）直线绘制算法的要求

●所绘直线应尽可能的直，尽量避免阶梯效应；

●所绘制的直线应该具有精确的起点和终点，具有连续性；

●所显示的亮度或颜色应该在直线长度范围内，与直线的长度和方向无关；

●直线的生成速度要快；

●尽量适合硬件实现。

（31）数值微分算法画直线

DDA（Digital Differential Analyzer）算法是根据直线的微分方程来计算Δx或Δy生成直线的扫描转换算法。在一个坐标轴上以单位间隔对线段取样, 以决定另一个坐标轴方向上最靠近理想线段的整数值。

（32）Bresenham画线算法

Bresenham画线算法是通过在每列像素中确定与理想直线最近的像素来进行直线的扫描转换的。为了讨论的方便,不妨也假定直线的斜率在0～1之间。如图所示, 过各行、各列像素中心构造一组虚拟网格线, 按直线从起点到终点的顺序计算直线与各垂直网格线的交点, 然后确定该列像素中与该交点最近的像素。

（33）中点画圆和Bresenham画圆算法描述

（34）扫描线算法和种子象素填充算法

（35）矢量数据处理主要包括数据的预处理、图形编辑、数据变换、数据插值、矢量符号的生成和拓扑关系的建立等。

（36）矢量数据的压缩经常应用于图形的简化处理中。其概念为：

又称为数据化简，是指从所取得的数据集合中抽出一个子集，这个子集作为一个新的信息源，能够用尽可能少的数据量，在规定的精度范围内，最好的逼近原集合。矢量数据的压缩主要是对线的压缩。

（37）线压缩应满足的基本条件

●保持曲线的形状特征

●保持曲线的密度对比

●保持曲线特征转折点的精度

●保持曲线空间关系的正确

主要运用的方法有：垂距法、光栏法、道格拉斯-普克法

垂距法的算法思想为：在给定的曲线上每次顺序取三个点，计算中间点与其它两点连线的垂距d，并与限差L比较。

光栏法的算法思想为：定义一个扇形区域，通过判断曲线上的点在扇形外还是在扇形内，确定保留还是舍去。

道格拉斯-普克法的算法思想为：对给定曲线的首末点虚连一条直线，求中间所有点与直线间的距离，并找出最大距离dmax，用dmax与限差L比较。

（38）栅格数据处理主要包括

●类似于矢量数据预处理中的坐标变换，数据格式转换，数据压缩处理等；

●进行基本的栅格运算处理，如平滑、锐化、增强等。

（39）可视化与地理信息的可视化

通常意义的可视化就是将事物或现象变成可被视觉感知的过程。目前的可视化是计算机的可视化，是指利用计算机图形学和图像处理技术，将计算过程中产生的数据及计算结果转换成图形和图像显示出来，并进行交互处理的理论、方法和技术。其主要功能是数字数据经过一定媒体形式的转换，而成为人能够视觉感知的结果。

地理信息的可视化是指将原有的地理信息数据转化为直观的图形、图像的技术，它是一个转换过程，与一般意义的可视化类似，其目的也是将原始数据转化为可显示的图形、图像，以便为人们视觉所感知。其结果即地理符号化的结果。

（40）可视化的作用

●实现人机之间的交互通信

●所见即所做

●为大量抽象的工作提供了直观的方式

（41）地理信息可视化的形式

●地图——最主要的形式

●多媒体

●虚拟现实

（42）符号化与符号化过程

符号化是指地图要素形成符号的过程。符号化过程是利用地图数据库得到有关地图要素的分级分类编码及相应符号和要素实体抽象后得到的定位坐标数据，以形成地图空间内的图形符号模型过程。

（43）符号化与数字化的关系

●数字化是将地图要素或相应图形符号抽象成地图数据库的定性、定位及时间数据。

●符号化是将地图数据库内的定性、定位及时间数据转换为图形符号，是数字化的逆过程。

●符号化的结果并不要求与来源的要素特征完全一致，可以进行人为的抽象模拟。大多的

地图符号就是这种结果。

（44）符号化的方法

根据不同的数据来源有矢量符号化和栅格符号化；跟符号具体生成过程又有直接信息法和间接信息法。

二、MapGIS部分

1、名词：

（1）MapGIS系统

是中地信息工程有限公司研制的具有自主版权的大型基础地理信息系统平台，它是一个集当代最先进的图形、图像、地质、地理、遥感、测绘、人工智能、计算机科学于一体的大型智能软件系统，是集数字制图、数据库管理及空间分析为一体的空间信息系统，是进行现代化管理与决策的先进工具。

（2）数字化

数字化是指把图形、文字等模拟信息转换成为计算机能够识别、处理、贮存的数字信息的过程。

（3）图层

按照一定的需要或标准把某些相关的物体组合在一起。可以把一个图层理解为一张透明薄膜，每一层上的物体在同一张薄膜上。一张图就是由若干层薄膜叠置而成的，图形分层有利于提高检索和显示速度。

（4）弧段

弧段是一系列有规则的，顺序的点的集合,用它们可以构成区域的轮廓线。它与曲线是两个不同的概念，前者属于面元，后者属于线元。

（5）节点平差

本来是同一个结点，由于数字化误差，几条弧段在交叉处，即结点处没有闭合或吻合，留有空隙，为此将它们在交叉处的端点按照一定的匹配半径捏合起来，成为一个真正结点的过程，称为结点平差。

（6）拓扑重建

就是要建立节点和弧段间的拓扑关系以及弧段所构成的区域之间的拓扑关系，并赋予它们属性。

（7）镶嵌配准：利用已知坐标的点（控制点）对不具有或误差坐标系的图像进行坐标系赋予或纠正的过程，就称为镶嵌配准。

（8）控制点

（9）节点

2、回答

（1）我国基本比例尺地形图的分幅标准和一般采用的地图投影是什么。

（2）MapGIS中如何对地图数据进行有效的管理。

（3）MapGIS中支持的栅格影像的格式有几种？

（4）在MapGIS注释输入中，在注释输入框中输入“中国＃+国土＃－资源＃＝部”和“/123/456/”，那么在图上将输出什么结果。

（5）MapGIS中弧段与线段的区别与联系。

（6）MapGIS中F4,F5,F6,F7,F8,F9,F11和F12等功能键的作用。

F4键—高程递加F5键—放大屏幕

F6键—移动屏幕F7键—缩小屏幕

F8键—加点F9键—退点

F11键—改向F12键—抓线头

（7）拓扑处理包括哪些内容，在MapGIS中，进行拓扑处理的基本工作流程。

1、数据准备

2、自动剪断线

3、清除重叠坐标及自相交

4、清除微短线

5、自动线节点平差

6、线转弧段

7、关闭线文件或清除线工作区8、装入转换后的弧段文件

9、拓扑查错10、拓扑重建

（8）图形数据的误差有几种类型，MapGIS的误差校正子系统主要校正哪种类型的误差，进行误差校正的基本原理是什么。

源误差是指数据采集和录入过程中产生的误差，如数字化过程中因纸张变形、变换比例尺、数字化仪的精度（定点误差、重复误差和分辨率）、操作员的技能和采样点的密度等引起的误差。

处理误差是指数据录入后进行数据处理过程中产生的误差，包括几何变换、数据编辑、数据格式转换、计算机截断误差等。

应用误差是指空间数据被使用过程中出现的误差。

其中数据处理误差远远小于数据源的误差，应用误差不属于数据本身的误差，因此误差校正主要是来校正数据源误差。

（9）给定一幅1：10000标准分幅的纸质地形图，地图编号为：J-50-041-(1)，如何实现在MapGIS中的图形矢量入库，具体步骤有哪些，并列出关键参数？

关键步骤为：（1）扫描地图，格式为Tiff或JPG格式；（2）进行图形基本处理，包括偏移处理和灰度处理，以使图形成水平，图面清晰易于数字化；（3）进入MapGIS图像镶嵌模块，进行DRG生产，完成图像格式MSI格式图像的转换，并输入图幅号进行坐标纠正，最后存储；（4）进入投影转换模块，生成标准图框，输入图幅号J-50-041-(1)，并对生成的标准图框进行投影转换；（5）进入图形编辑模块，打开投影转换后的图框文件，并添加MSI光栅图像文件，新建点、线、面文件；（6）分析图上的地理要素，建立分层字典，进行矢量化。（10）MAPGIS中，进行图形裁减的基本步骤，回答制图裁减和拓扑裁减两种方式的不同之处。