大學計算機地圖制圖復習資料
《計算機地圖制圖》
第1章 緒論
1、計算機地圖制圖：又稱機助地圖制圖或數字地圖制圖，它是以傳統的地圖制圖原理為基礎，以計算機及其外圍設備為工具，采用數據庫技術和圖形數據處理方法，實現地圖信息的采集、存儲、處理、顯示和繪圖的應用科學。
2、計算機地圖制圖優越性：①易于編輯和更新②提高繪圖速度和精度③容量大且易于存儲④豐富地圖品種⑤便于信息共享
3、計算機地圖制圖的基本過程：①數據采集階段②數據處理階段③數據輸出階段
4、計算機地圖制圖與地理信息系統：計算機地圖制圖是地理信息系統的技術基礎，它涉及地理信息系統中的空間數據采集，表示、處理、可視化甚至空間數據的管理。主要區別在于空間分析方面：計算機地圖制圖系統具有強大的地圖制圖功能；而完善的地理信息系統可以包含計算機地圖制圖系統的基本功能，此外還應該具有豐富的空間分析能力，特別是對圖形數據和屬性數據進行深層次的空間分析，以提供對規劃、管理和決策有用的信息。
第2章 地圖數據結構
1、地圖數據：是地圖諸要素的數字化表示，是以點、線、面等方式采用編碼技術對地理空間物體進行特征描述及在物體間建立相互聯系的數據集。
2、地理空間模型：①地球的自然表面：十分不規則的表面②大地水準面：是一個相對抽象的的面，即假設當海水處于完全靜止的平衡狀態時，從海平面延伸到所有的大陸下部，而與地球重力方向處處正交的一個連續、閉合的水準面。③地球橢球體模型：該模型為繞地球自轉軸旋轉而成的橢球體。它是一個規則的數學表面。
3、地理坐標系：地面上任一點的位置可以用經度和緯度表示。經線和緯線是地球表面上兩組正交的曲線，這兩組正交的曲線構成的坐標稱為地理坐標系。
平面直角坐標系：運用地圖投影的方法，建立地球表面和平面上點的函數關系，使得地球表面上任意一個由地理坐標確定的點，在平面上必有一個與其相對應的點。
高程系：高程（也稱絕對高程、海拔高程）即由高程基準面起算的地面點的高度。
4、地圖投影：地圖是一個平面，而地球橢球面是不可展曲面 將地球橢球面上的點映射到平面上來的方法，稱為地圖投影。
等角投影保證了投影后任意點的由任意兩條微分線段構成的角度不產生變形，這種投影可以使得投影前后的形狀保持不變。
等面積投影保證了投影前后面積保持不變，對微分面積如此，對整個區域的較大面積亦如此。
任意投影在投影后可能同時存在著長度、角度和面積的變形。在任意投影中，如果存在某一方向上長度不變時稱之為等距離投影。
等角投影與等面積投影是相互排斥的，等角是以犧牲等面積為代價的；同樣等面積也是以犧牲等角為前提的；任意投影雖然存在著各種變形，但各種變形比較均衡。
5、坐標網：①經緯線網：又稱地理坐標網，是指由經線和緯線所構成的坐標網②方里網：是由兩組分別平行于投影坐標軸的平行線所構成的方格網。
6、空間實體：①點實體：有特定的位置，維數為0的實體②線實體：維數為1的實體，由一系列坐標點表示③面實體：維數為2的實體，由一個封閉的坐標點序列外交內點表示。
7、地圖數據的基本特征：
①空間特征：空間位置：用以描述事物或現象的地理位置，又稱幾何特征、定位特征；空間關系：指地理空間實體之間存在的一些具有空間特性的關系，主要包括：
拓撲關系：拓撲變化下的拓撲不變量，如鄰接關系、關聯關系和包含關系等
方位關系：實體在地理空間中的某種順序，如左右、東南西北等
度量關系：用地理空間中的度量來描述的實體之間的關系，實體之間的距離
②屬性特征：用以描述事物或現象的特性，如事物或現象的類別等級、數量、名稱等，是與地理空間實體相聯系的、具有地理意義的數據或變量。定性：名稱、類型等；定量：數量、等級等。
③時間特征：用以描述地理實體隨著時間變化的特征
8、地圖數據的基本類型：
①空間數據：是描述地圖要素中空間特征部分的數據，也稱幾何數據，即描述地理現象或地理實體的空間位置、形狀、大小等的數據。主要分為點、線、面三種類型
②關系數據：是描述空間數據之間的空間關系的數據
③屬性數據：描述空間實體的屬性特征的數據，也稱非集合數據，即描述地理現象或地理實體的定性或定量指標，包括語義與統計數據
9、矢量數據結構：矢量是具有一定長度和方向的量。矢量數據結構是表達地圖空間數據的一種常見的數據結構，它通過記錄坐標值的方式盡可能精確地表示呈點、線和面等分布的地理實體。
矢量數據可以表示地圖中各種復雜的地理實體，當問題可描述成線、邊界和網時特別有效。矢量數據還有冗余度低，結構緊湊，具有空間實體的拓撲信息，便于深層次分析及輸出質量好、精度高等優點。
矢量數據表示：
①點：由一對x,y坐標表示
②線：由一串有序的x,y坐標對表示
③面：由一串有序的且首尾坐標相同的x,y坐標對表示
矢量數據結構表示：
①簡單數據結構及編碼：
獨立實體法：優點：編碼容易，數字化操作簡單，數據編碼直觀，顯示速度快；缺點：相鄰多邊形的公共邊界數字化兩次，造成數據的冗余，可能出現重疊或者裂縫,引起數據不一致，另外缺少拓撲關系，空間分析困難。
點位字典法：P26
②拓撲數據結構及編碼：拓撲學：又稱“橡皮幾何學”，是研究圖形在保持連續狀態下變形時的那些不變的性質。拓撲關系是一種對空間結構關系進行明確定義的數學方法。（顯示表示）
雙重獨立編碼：
鏈狀雙重獨立式編碼：優點：數據結構緊湊、數據冗余小拓撲關系明晰使得拓撲查詢、拓撲分析效率高；缺點：對單個地理實體的操作的效率低、難以表達復雜的地理實體、查詢效率低局部更新困難。
10、柵格數據結構：柵格數據是由二維平面表像對應位置上像元灰度值所組成的陣列形式的數據。柵格數據記錄的是屬性數據本身，而位置數據可以由屬性數據對應的行列號轉換為相應的坐標。
柵格數據的陣列方式很容易為計算機存貯和操作，不僅很直觀而且易于維護和修改。由于柵格數據的數據結構簡單，定位存取性能好，因而在計算機地圖制圖中發揮著越來越重要的作用。
柵格數據表示：
①點：用一個柵格單元表示
②線：用沿其走向的一組相鄰柵格單元表示
③面：用其所覆蓋的相鄰柵格單元的集合表示
柵格數據結構表示：
①簡單柵格數據結構：直接柵格編碼：其特點是直觀和處理方便，但沒有壓縮，占用較多存儲空間。該方法的優點是編碼簡單，信息無壓縮、無丟失，缺點是數據量較大。
②柵格數據壓縮編碼：
鏈碼：由某一起始點開始并按某些基本方向確定的單位矢量鏈。前兩個數字表示起點的行列號，從第三個數字開始的每個數字表示單位矢量的方向。優點：有很強的數據壓縮能力，并具有一定的運算功能，如面積、周長等的計算，蕾絲矢量數據結構，比較適合于存儲圖形數據；缺點是：疊置運算（如組合、相交等）較難實施，對局部的改動會影響整體結構，而且相鄰區域的邊界重復存儲。
游程長度編碼：按行掃描將相鄰等值的代碼象元合并，并記錄代碼的重復個數。第一種方法：各行的代碼，個數，代碼，個數，……第二種方法：代碼，位置，代碼，位置，……優點是：壓縮效率高（保證原始信息不丟失）易于檢索、疊加、合并等運算操作簡單，編碼和解碼的速度快；缺點：只顧及單行單列，沒有考慮周圍的其他方向的代碼值是否相同。壓縮受到一定限制。
塊狀編碼：是將游程長度編碼擴展到二維的情況，用方形區域作為記錄單元，每個記錄單元包含相鄰的若干柵格，數據結構有初始位置（行號、列號）和半徑，再加上記錄單元的代碼組成。即：行號，列號，半徑，單元代碼，行號，列號，半徑，單元代碼……塊狀編碼對大塊成片分布的地物有較高的編碼效率，而如果圖形過于破碎則效果不是很好。
四叉樹編碼：其基本思路是將2n×2n像元組成的圖像（不足的用背景補上）所構成的二維平面按四個象限進行遞歸分割,直到子象限的數值單調為止。優點：很高的壓縮效率，且壓縮和解壓縮也比較方便，陣列各部分的分辯率可變，既可精確地表示圖形結構，又可減少存貯量，易于進行大部分圖形操作和運算；缺點：具有圖形編碼的不定性，相同形狀和大小的多邊形可得出完全不同的四叉樹結構，不利于形狀分析和模式識別。
11、兩種數據結構的比較：矢量數據結構具有“位置明顯 信息隱含”的特點，它的數據表達精度高，工作效率高，數據存儲量小，輸出圖形美觀；但它操作起來比較復雜 許多分析操作（如疊置分析）用矢量數據結構難于實現。柵格數據結構具有“屬性明顯 位置隱含”的特點。它的數據表示直觀，易于實現，操作簡單，有利于空間信息的分析和處理；但柵格數據表達精度不高，數據存儲量大，工作效率低。對基于柵格結構的應用來說，需要根據應用項目的自身特點及其精度要求來恰當地平衡柵格數據結構的表達精度和工作效率兩者之間的關系。
第三章地圖數據的采集和地圖數據庫
1、數據源：建立計算機地圖制圖系統的數據庫庫所需的各種數據的來源。種類：
①地圖：各種現有紙質地圖是大多數計算機地圖制圖系統的主要數據源
②遙感影像數據：遙感影像數據是計算機地圖制圖的重要數據源
③實測數據：實地測量（包括GPS全球定位系統）等獲取的數據可以通過轉換直接進入計算機地圖制圖系統
④文字與統計資料：文字資料是指各部門的有關法律文檔、行業規范及條例等；統計資料是指國家部門和機構擁有的不同領域的大量統計數據。
⑤已有數字數據：是指從其他已建成的系統和數據庫中獲取的相應數字圖形數據和屬性數據。
2、屬性數據：用來描述實體的屬性特征的數據。
3、分類：分類是人們認識事物的一種方法，是將具有共同屬性特征的事物（或現象）歸并在一起，而把不同屬性特征的事物（或現象）分開的過程。
原則：①科學性：選擇事物或現象最穩定的屬性和特征作為分類的依據②完整性和系統性：應形成一個完整的分類體系，低級的類應能歸并到高級的類中③實用性：應考慮對信息分類所依據的屬性特征的獲取方式和獲取能力，應與有關的標準協調一致④可擴性：應能容納新增加的事物和現象，而不致
于打亂已建立的分類系統。
方法：層次分類法：將初始的分類對象按所選定的若干個屬性或特征依次分成若干層目錄，并編排成一個有層次的、逐級展開的分類體系。其中同層次類目之間存在并列關系，不同層次類目之間存在隸屬關系，同層次類目互不交叉、互不重復。優點：層次清晰，使用方便；缺點：分類體系確定后不易改動，當分類層次較多時，代碼位數較長。
4、分級：分級是對事物（或現象）的數量（或特征）進行等級的劃分，主要過程為分級數和分級界線的確定。
原則：①分級應符合數值估計精度的要求②分級應符合數據的分布特征③分級還應顧及可視化的效果
④分級時主要使用數學方法
5、數據編碼：是指確定屬性數據代碼的過程。代碼是一個易于被計算機識別與處理的符號，是計算機地圖制圖中定性查詢信息的主要依據和手段。
類型：代碼有數字、字母以及數字和字母混合三種類型。其中，數字代碼是用若干個阿拉伯數字表示對象的代碼，其特點是結構簡單、便于計算機處理，但直觀性交差；字母代碼是用若干個字母表示對象的代碼，特點是便于識別、易于記憶，但比數字代碼多占用計算機空間；數字、字母混合代碼是用數字和字母混合組成的代碼，兼有數字類型和字母類型的優點，但處理較復雜。
分類碼：是指根據地理信息分類體系設計出的專業信息的分類代碼，表示不同類別的數據。在計算機定性查詢信息時，可以根據它查出所需類別的全部數據。
標識碼：是指在分類碼的基礎上，對每類數據設計出其全部（或主要）實體的識別代碼，表示某一類數據中的某個實體。以實現對諸如某個鄉鎮、某條道路等進行個體查詢。
原則：①科學性：即代碼要與科學的分類體系相適應，要便于數據庫管理②唯一性：即一個代碼只唯一地表示一類對象③完整性和可擴充性：即代碼必須完整地反映分類體系，并留有足夠的備用代碼，以適應擴充的需要④適用性和規范性：即代碼應盡可能反映對象的特點，結構簡單，便于記憶，格式規范、統一
方法：①國土基礎信息分類編碼②土地利用分類編碼
6、地圖數據采集的任務：將地理實體的幾何數據和屬性數據輸入到地圖數據庫中
7、幾何數據的采集：對于由外業測量儀器獲取的幾何數據，只須把測量儀器的數據傳輸進入數據庫即可；如果是已有的數字數據（包括柵格形式的數據等）也可經過轉換后輸入數據庫；而從遙感影像上提取專題信息，必須使用幾何糾正、圖像變換影像分類和信息提取等技術，這些主要屬于遙感圖像處理的內容。
8、手扶跟蹤數字化：是在數字化軟件的支持下應用手扶跟蹤數字化儀來完成的。它通過記錄數字化儀板面上點的平面坐標來獲取矢量數據，是目前廣泛應用的一種地圖數據采集方式。
基本過程：先將所需數字化的地圖（圖件航片等）固定在數字化板上，后設定數字化范圍、設置代碼清單、輸入有關參數及選擇數字化方式，再按地圖要素的類別分別實施圖形數字化即可。
具體步驟：①確定數字化方案②設置代碼（特征碼）清單③設定有關參數④手扶跟蹤操作
9、掃描跟蹤數字化：基本思想：首先通過掃描將地圖（圖件等）轉換為柵格數據，經過適當處理，然后采用模式識別技術識別出點和注記，再使用柵格數據矢量化的技術追蹤出線和面，并根據地圖內容和地圖符號的關系，自動給矢量數據賦屬性值。
軟件主要功能：①地圖的掃描輸入和分版功能②圖形 圖像編輯功能③符號及注記的自動識別功能④
要素的矢量化功能⑤屬性編碼的設置與賦值功能⑥屏幕跟蹤數字化功能
10、屬性數據的采集：鍵盤輸入
①當屬性數據的數據量較小時，可以在輸入幾何數據的同時，根據數字化軟件的提示用鍵盤輸入。
②當屬性數據的數據量較大時，一般與幾何數據分開輸入，再經檢查修改后轉入到數據庫中。
11、屬性數據與幾何數據的聯系方法：在屬性數據與幾何數據之間建立一個唯一的公共標識碼。
12、數據顯示：指在屏幕上或通過繪圖機把有關信息顯示出來，以便于原圖進行比較，找出數字化過程中的差錯，加以編輯修改。
數據編輯修改：前提是數字化定位：指一旦發現圖形上的錯誤，就可以在數據庫中找到相應的數據。
13、數據質量：地圖數據具有定位、定性和時間性三大特征。地圖數據的質量是指用該數據來表達其三大特征時所等達到的準確性、一致性和完整性，以及它們之間統一性的程度。
14、數據庫：存儲和管理某個領域信息數據的系統。
第4章 地圖數據處理
1、地圖：按照一定的比例和投影原則，有選擇地將復雜的現實地理空間世界的某些內容投影到二維平面上，并用符號將這些內容要素表現出來。
地圖數據：地圖要素的數字化表示，是采用某種編碼技術方式對地理空間物體進行描述及在它們之間建立相互聯系的數據集。
2、數據預處理：使數據便于存儲、管理和進一步分析應用而進行的變換、加工等。主要包括坐標變換、數據壓縮等。
坐標變換：
數據壓縮：即是數據精煉的過程，其目的是刪除冗余數據，節省存貯空間，以利后繼處理。
3、數據變換：二維圖形變換：指對平面圖形經過幾何變換后產生新的平面圖形。
4、曲線光滑：根據已知離散點列用曲線插值或擬合的方法建立符合某種要求的連續光滑曲線函數，并按該函數計算加密點列來完成曲線的光滑連接。
5、灰度級轉換：用某種方法改變圖像的灰度，以提高圖像的質量，從而改善圖像的效果，以更適應人眼的觀察或計算機的處理。
6、柵格數據的算術組合：柵格圖像數據的算術組合是指將不同的柵格圖像相互疊置，對它們相應像元的灰度值進行各種算術運算，如相加、相減和相乘等。
柵格數據的邏輯組合：是指將不同的柵格圖像相互疊置，對它們相應像元的灰度值進行各種邏輯運算，如邏輯“或”、邏輯“與”、邏輯“非”等。
柵格數據的擴張：是指將柵格數據中同一種屬性的物體按事先指定的方向和給定的像元數目進行擴張。
柵格數據的侵蝕：是指將柵格數據中同一種屬性的物體按事先指定的方向和給定的像元數目進行侵蝕。
柵格數據的加粗：是指將柵格數據中同一種屬性的物體按事先給定的像元數目進行加粗運算。
柵格數據的減細：是指將柵格數據中同一種屬性的物體按事先給定的像元數目進行減細運算。
柵格數據的填充：在給定的區域范圍內，使得一些單個的像元通過某種算法而蔓延，直至充滿整個區域范圍。
第五章地理信息可視化
1、可視化：指將原有的地理信息數據轉化為直觀的圖形、圖像的技術。
2、可視化的作用：
①實現人與機之間的圖象通訊，而不是目前的文字或數字通訊，從而使人們觀察到傳統方法難以觀察到的現象和規律。
②使科學家不僅被動地得到計算結果，而且知道在計算過程中發生了什么現象，并可改變參數，觀察其影響，對計算過程實現引導和控制。
③可提供在計算機輔助下的可視化技術手段，從而為在分布環境下的計算機輔助協同設計打下了基礎。
3、符號化：地圖符號的符號化過程。符號化過程：即是利用地圖數據庫得到有關地圖要素的分級分類編碼及相應符號和要素實體抽象后得到的定位坐標數據，以形成地圖空間內的圖形符號模型的過程。
4、地圖符號：在地圖上用來表示各種地理事物和現象的圖形符號。
地圖符號設計：形狀、尺寸、色彩、亮度、密度和方向。
5、符號設計原則：①應盡量參照現有的地圖圖式②在新設計地圖符號時應遵循圖案化、精確性、對比性、統一性、象征性及自動繪制適應性等一般原則③選擇適當的符號信息塊結構④符號庫的可擴充性。
在全國范圍內通用的，對勞動者的從業資格進行認定的證。它是表明勞動者具有從事某一職業所必須具備的學識和技能的證明，是對勞動者具有和達到某一職業所要求的知識和技能標準，通過職業技能鑒定的憑證，是職業標準在社會勞動者身上的體現和定位。
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考核方式：采用理論與實操相結合的培訓方式；強化理論知識，重視實操訓練，教與訓相結合。采用理論與實操分別考核的方式。
