基于GIS的专题地图编制及其应用研究(1)

第32卷第5期2009年9月现 代 测 绘M odern Surveying and MappingVol.32,No.5Sep.2009基于GIS的专题地图编制及其应用研究杨 静,李云星(湖南省第一测绘院,湖南衡阳421001)摘 要 从专题地图的种类、特点、用途及其发展演变出发,运用专题地图编制、数字制图技术以及GIS的观点与方法,并结合相关应用实例,阐述基于GI S的专题地图编制的有关思路与要求,对实际工作有一定参考作用。

关键词 专题地图 GIS 多源数据整合 数字制图概括 地图符号库系统中图分类号:P208;P285 文献标识码:A 文章编号:1672-4097(2009)05-0014-041 引 言地图按内容分为普通地图和专题地图。

普通地图以相对平衡的程度来描述地表最基本的自然、人文现象,专题地图则是根据应用目的确定目标地图的主题和比例尺。

利用数据综合手段生成的目标地图,不仅要遵循地图概括的基本原则,还要考虑主题要素的位置、分布、现状、规律性及典型特征等信息,并顾及不同应用目的对上述信息的特定要求,突出而深入地反映一种或数种要素或现象,即集中表现某种主题内容。

随着GIS技术和理论的发展及GIS在各行业、多领域的广泛应用,地图的表现形式已经发生了巨大的变化,地图的功能也由认知地图空间为主扩展至动态导航、辅助决策等。

专题地图是GIS的重要组成部分,在GIS中的应用十分广泛。

专题地图不仅能直观地表示任何范围制图对象的质量特征、数量差异和动态变化,而且能够反映各现象的分布规律及其联系。

专题地图能够为经济建设、国防建设提供有关自然和经济条件的全面状况,是政府部门、各专业部门规划和设计的重要参考资料,是区域性科学调查研究成果的很好的表达形式,也是科学研究的重要参考资料和反映科学研究成果的重要手段。

同时,专题地图还是反映历史发展、阐明政治立场和教学的重要工具。

2 专题地图的种类及发展演变2 1 专题地图的种类专题地图的内容和用途多种多样、种类繁多,可以按照不同的分类标志进行区分。

按内容可分为自然地图和人文、社会经济地图与其它专题地图,按内容的综合程度又可分为分析图、合成图、综合图,按专题地图的表示方法和内容特点的不同,专题图的图型也形式多样。

专题图的分类通常可以归纳如表1,表1 专题地图分类一览表分类依据专题图类型专 题 图 图 种内容自然地图地质图、地球物理图、地势图、地貌图、气象气候图、水文图、土壤图、植被图、动物地理图、环境图、综合自然地理图、自然区划图、土地类型图等社会经济地图政治行政区划图、人口图、交通图、城市地图、历史图、文化建设图、经济地图、旅游图、工业地图、农业地图、商业地图、土地利用图等其它专题地图海图、航空图、特种军用图、教学图、历史图等内容的综合程度分析图、合成图、综合图等图型分布图、类型图、区划图、等量线图、向量线图、结构图、复合图、影像图等2 2 专题地图的发展演变在国民经济、科学研究和文化活动中对地图的需求的不断增加,促进了地图行业的发展和繁荣。

随着计算机技术和地理信息科学的发展,在完成了从手工向电子制图技术的工艺转化和地图学理论逐步确立的基础上,专题地图的发展演变可以归纳为:1)从模拟地图向数字地图转移;2)制图向制图、用图并重转移;3)品种单一向产品多样化转移;4)信息传输向地理信息深加工转移;5)二维静态地图向三维动态地图转移;6)地图产业化。

GIS脱胎于地图,是地图学中一个重要部分在信息时代的新发展。

专题地图和GIS都是信息的载体,都具有存储、分析、显示功能。

地图数据库是GIS数据库的核心,专题地图是GIS最重要的数据源和输出形式,地图注重数据分布、符号化和显示, GIS则着重于地理分析。

基于上述发展和演变,专题地图已经成为GIS 不可或缺的重要成分。

因此,研究基于GIS的专题地图编制及其应用的相关问题有较好的现实意义,不仅在认知和实践层面上加深地图工作者和GIS 人员对专题地图更进一步的了解,而且能够建立专题地图与GIS的密切关联,从而更好地编制专题地图信息产品,充分发挥其在GIS中的应用功能。

3 GIS对专题地图的基本需求GIS产业方兴未艾,应用广泛。

GIS涉及人口、资源、环境与经济可持续发展,国家宏观管理、辅助决策,培植新型产业,改造传统产业,国民经济和社会信息化建设目标和维护国家安全,参与全球竞争,等等。

GIS离不开专题地图信息产品的支撑,不同专业的GIS和不同的GIS用户对专题地图信息产品的需求也不尽相同。

GIS需要专题地图信息产品不仅具备认知地理空间的基本特性,还要求专题地图信息产品能够得到相应的扩展,比如支持动态导航、辅助决策等功能。

因此,基于应用GIS的专题地图信息产品需要不断扩大专题信息的选题范围、增加品种、提高地图的精度、具有较好的现势性、详细而可视化、便于地图信息的应用与分析。

4 基于GIS的专题地图编制的认识与思路4 1 专题地图的数据源专题地图包含基础底图和专题内容。

基础底图是专题内容的定位依据,并提供说明专题变量与周围地理环境之间的关系,而专题内容是由地图的主题所决定。

通常,基础底图是以同比例尺的普通地理图和影像地图作为基本资料来编制的。

专题内容使用的资料有多种来源,包括各种地图、图像、数据和文字资料等。

基于GIS的专题地图的数据具有多源性。

数据的多源性既包含数据的内容的多源,也包括数据格式的多源,如表2。

因此,收集和整合基于GIS的专题地图的多源数据,是一项至关重要的前期准备工作。

表2 基于GIS的专题地图多源数据分类一览表分类标志类别具体内容数据内容地图资料地形图、各种专题图、全国性的指标图、国界(系列)样图影像资料卫星像片、航空像片、地面摄影像片统计资料统计数据文字资料地理考察资料、各种区划资料、政府文告、报刊消息、各种地理学文献数据格式矢量数据各种数字化地图产品影像数据栅格数据4 2 专题地图编制的理念和技术路线专题地图编制的基本理念是规范、科学、适用和内容完整、主题鲜明、现势性好、表现力强、美观大方、具有特色。

充分运用现代先进的科技手段,收集完备的基础数据资料,准确、科学、生动地反映主题要素,内容翔实、信息丰富,为科学决策及各专业目的提供有力的保障。

如在编制专题电子地图时,就应充分顾及电子地图的特点,动态性、交互性、无级缩放、无缝拼接、多尺度显示、地理信息多维化表示、超媒体集成、共享性和空间分析功能等。

专题地图编制的技术路线主要是在认真调研、分析的基础上,充分利用和挖掘所掌握的基础资料、参考资料,根据应用的目的和用途,参照相适应的技术规程与规范,选择并制定科学、经济、可行的技术操作流程。

4 3 专题地图编制的一般要求和关键技术基于GIS的专题地图编制的一般要求:首先是收集并分析多源基础数据,然后确定技术路线,制定相应的技术流程。

在此基础上,依照专题图的主题要求,进行详细的技术设计,制定具体的编制方案。

通过对多源数据的整合与处理,在相应软件平台的环境下,提取、编制专题图的主题内容,最后完成专题地图编制。

基于GIS的专题地图编制的关键技术主要表现在:1)多源数据整合技术;2)数字制图概括技术;3)地图符号库系统设计与管理技术等。

4 3 1 多源数据整合技术由于我国的地域大、经济发展水平不平衡、相关规范发展落后,GIS平台种类多、空间数据大多来源于已有地图的矢量化或各种数字地图,图形数据格式各异,给信息共享带来了极大的不便。

多源数15第5期杨 静等:基于GIS的专题地图编制及其应用研究据集成一直是近年来GIS应用系统开发中需要解决的重要问题,无疑也是基于GIS的专题地图编制必须要解决的首要问题。

不同数据的表现形式具有多样性,数据整合也不能理解为简单的数据转换,涉及到多种数据生产方案的整合,要求最后统一到一种数据解决方案上来。

多源空间数据整合实际是多种数据处理方案的整合,而对方案整合实际是对数据方案进行解析、归整,并提出完整解决方案。

目前,实现多源数据整合的方式大致有三种,即:传统数据格式整合方式、间接数据整合方式、信息映射机制数据格式整合方式。

格式转换模式是传统GIS数据整合方法。

在这种模式下,其它数据格式经专门的数据转换模块进行格式转换后,加载到当前系统的数据库或文件中。

这是目前GIS系统数据集成的主要办法。

目前得到公认的几种重要的空间数据格式有:ESRI 公司的A rc/Info Cov erag e、Shape、E00格式; AutoDesk的DXF格式和DWG格式;M apInfo的MIF格式;Interg raph的dg n格式等。

间接数据整合方式:1)数据互操作方式。

数据互操作为多源数据集成提供了崭新的思路和规范。

它将GIS带入了开放式的时代,从而为空间数据集中式管理和分布存储与共享提供了操作的依据。

2)直接数据访问模式。

直接数据访问指在一个GIS 软件中实现对其他软件数据格式的直接访问,用户可以使用单个GIS软件存取多种数据格式。

信息映射机制数据整合模式是指利用GIS相关软件平台强大的符号库功能,设计一整套合适的符号定制规则,将原始数据按各GIS系统的特点重新组织,建立与GIS系统相适应的点、线、面数据结构和拓扑关系,从而建立对方系统的仿真环境,实现与不同系统间的信息映射,经过GIS前端数据加工、数据筛选、数据监理,最后通过输出一个中间空间数据交换格式文件,就可以将使用某种手段获取的数据直接进入本地区的GIS数据库,实现跨平台数据共享与大比例尺变比例制图综合,解决GIS系统的数据来源和更新问题,可以使大量现存于不同系统和工程项目中的数据再利用。

4 3 2 数字制图概括技术数字制图概括是基于传统地图制图概括而又有显著不同和特点的制图技术,其概念扩展为在GIS环境下对空间信息和属性的加工方法。

数字制图概括是在一定比例尺的限制下,从GIS的应用目标出发,对数据进行抽象和概括,生成各种专题用途的空间数据和属性数据库。

采用机助制图,数字制图概括较手工概括更为快捷、准确,对地理要素和专题要素的分层处理,不仅提高了成图精度,又便于信息的交换与共享,空间数据和属性数据的高度统一,为专题地图的分析应用提供有利条件。

基于GIS的专题地图编制数字制图概括的主要规则为:1)地图规则;2)几何规则;3)属性数据的概括规则等。

地图规则的内容很广,从单个地理要素的图形表达到整个地图的图面整饰的全过程,一般从合理性和精度两个方面描述。

几何规则要求保持正确和合理的拓扑关系,数字制图概括过程中,出现的拓扑叠加逻辑关系(交、或、差)、 图面碎片问题及拓扑关系的属性意义需得到合理的解决,也就是说要避免出现不可识别和不合理的图形。

几何规则还要求有合理科学的阈值设定,地图图面的几何图形和距离的表达一般要受地图比例尺精度的约束,因此就有 最小面积阈值和 最小距离阈值,例如,土地利用现状图中规定的最小图斑、最小长度、最小宽度等。