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1、第七讲第七讲 空间数据的可视化与地图空间数据的可视化与地图制图制图第1页，本讲稿共46页第七讲 空间数据的可视化与地图制图1.1.普通地图制图普通地图制图2.2.专题地图制图专题地图制图 3.3.地图注记地图注记4.4.地图输出地图输出 第2页，本讲稿共46页概述地理信息系统起源于或者说地理信息系统起源于或者说“脱胎于脱胎于”计算机地图制图。但是在建计算机地图制图。但是在建立了地理信息系统或者说空间数据库之后，计算机制图的问题则归结立了地理信息系统或者说空间数据库之后，计算机制图的问题则归结为空间数据的可视化表现问题，以及地图输出问题为空间数据的可视化表现问题，以及地图输出问题空间数据的可视化
2、表示包括颜色、线型、符号、文字注记、统空间数据的可视化表示包括颜色、线型、符号、文字注记、统计图表、图像、录相、声音等计图表、图像、录相、声音等 典型的输出产品有普通地图、专题地图和电子地图等典型的输出产品有普通地图、专题地图和电子地图等 第3页，本讲稿共46页概述空间数据的可视化表现涉及到计算机图形窗口的管理、图形窗口的空间坐标变换、色彩管理、符号库管理、窗口句柄、窗口的放大缩小、漫游操作以及绘图设备的连接等。窗口管理、窗口句柄以及窗口的放大、缩小漫游等属于计算机方面的技术，而且不同的软件，实现机制不完全相同 第4页，本讲稿共46页概述地图制图通常分普通地图制图和专题地图制图。普通地图和专题
3、地图制作的关键技术都是根据空间和非空间数据进行符号化的过程 第5页，本讲稿共46页普通地图制图普通地图制图普通地图包括国家的基本比例尺的地形图和城市及厂矿的大比例尺地形图等。这种地形图的一个显著特点是标准化，国家和有关行业如测绘局对各种系列比例尺的地形图的规格、大小、内容以及图式都作了严格的规定，所以要由空间数据生产制作符合规范要求的地形图并非易事 第6页，本讲稿共46页普通地图制图普通地图制图地图符号及其分类地图符号是地图的语言，是用来表示自然或人文现象的各种图形，它是表达地理现象与发展的基本手段 可以分解为点、线、面三种基本图形元素。其中点是最基本的图形元素，这是因为一组有序的点可以连成线
4、，而线可以围成面，面域内则由各种线划符号、点符号或文字表示其属性 从几何角度来看可以分为点状地物、线状地物和面状地物。因而表达地物的符号也可以相应地划分为点状符号、线状符号、面状符号。注记作为一种直接的地理信息描述手段，在地图中起着非常重要的作用。因此，有时也将注记看成是一种特殊的符号第7页，本讲稿共46页普通地图制图普通地图制图地图符号及其分类地图符号及其分类点点状状符符号号是是不不依依比比例例表表示示的的小小面面积积地地物物或或点点状状地地物物符符号号，如如油油库库、水水塔塔、测测量量控控制制点点等等。点点状状符符号号有有以以下下特特征征：点点符符号号的的图图形形固固定定，不不随随它它在在
5、图图幅幅中中的的位位置置的的变变化化而而变变化化；点点符符号号都都有有确确定定的的定定位位点点和和方方向向性性；点点符符号号图图形形大大都都比比较较规规则则，由由几几何何图图形形构构成成，简简单单、美美观观、形形象象，易易用用数数学学公公式式表表示示 第8页，本讲稿共46页普通地图制图普通地图制图地图符号及其分类地图符号及其分类线线符符号号是是长长度度在在图图上上依依比比例例尺尺表表示示而而宽宽度度不不用用比比例例尺尺表表示示的的符符号号，它它是是地地图图上上表表示示顺顺线线状状延延伸伸分分布布的的物物体体或或制制图图现现象象的的符符号号。如如河河流流、道道路路、输输电电线线等等符符号号。线线
6、符符号号有有以以下下特特点点：线线状状符符号号都都有有一一条条有有形形或或无无形形的的定定位位线线；线线状状符符号号可可以以进进一一步步划划分分为为曲曲线线、直直线线、虚虚线线、平平行行线线、沿沿定定位位线线连连续续配配置置点点符符号号等等；线线状状符符号号可可以以进进一一步步分分解解成成具具有有单单一一特特征征的的线线状状符符号号，即即一一线线状状符符号号可可以以由由若若干干条条具具有有单单一一特特征征的的线线状状符号组成符号组成 第9页，本讲稿共46页普通地图制图普通地图制图地图符号及其分类地图符号及其分类面面状状符符号号是是指指在在二二维维图图上上各各方方向向都都能能依依比比例例尺尺表表
7、示示的的符符号号，它它是是地地图图上上用用来来表表示示面面状状分分布布的的物物体体或或地地理理现现象象的的符符号号。通通常常用用来来表表示示诸诸如如植植被被、土土壤壤、池池塘塘等等呈呈面面状状分分布布的的地地物物。面面状状符符号号有有以以下下特特点点：有有一一条条有有形形或或无无形形的的封封闭闭的的轮轮廓廓线线；多多数数面面状状符符号号是是在在轮轮廓廓线线范范围围内内配配置置不不同同的的点点状状符符号号、绘绘阴影线或着染颜色阴影线或着染颜色 第10页，本讲稿共46页普通地图制图普通地图制图地图符号及其分类地图符号及其分类面面状状符符号号是是指指在在二二维维图图上上各各方方向向都都能能依依比比例
8、例尺尺表表示示的的符符号号，它它是是地地图图上上用用来来表表示示面面状状分分布布的的物物体体或或地地理理现现象象的的符符号号。通通常常用用来来表表示示诸诸如如植植被被、土土壤壤、池池塘塘等等呈呈面面状状分分布布的的地地物物。面面状状符符号号有有以以下下特特点点：有有一一条条有有形形或或无无形形的的封封闭闭的的轮轮廓廓线线；多多数数面面状状符符号号是是在在轮轮廓廓线线范范围围内内配配置置不不同同的的点点状状符符号号、绘绘阴影线或着染颜色阴影线或着染颜色 第11页，本讲稿共46页普通地图制图普通地图制图地图符号图元分析 点符号、线符号、面符号它们各有其特点，又具有共性。它们的差异是构成各自的基本图
9、素不同，而相同之处是他们的绘制参数（符号代码、绘图句柄、笔的颜色、刷子的颜色等）、操作方法（绘制、删除等）基本一致 第12页，本讲稿共46页普通地图制图普通地图制图地图符号图元分析 点状符号图元 第13页，本讲稿共46页普通地图制图普通地图制图地图符号图元分析 线状符号一是重复配置点符号图元法，即将线符号分解成基本点符号图元，然后沿线符号定位线连续配置点符号，这种方法的特点是每配置一个符号就要进行一次符号变换，变换速度随定位线的弯曲和符号的复杂程度而异，因而绘制速度较慢，且变换模板较难设计；二是组合绘制方法，它认为任何线符号可以由具有单一特征的线符号组合而成，这种方法的特点是绘制速度快、算法相
10、对简单，但要针对不同的线符号设计好各种单一线型。第14页，本讲稿共46页普通地图制图普通地图制图地图符号图元分析 面状符号绘制面符号有三种情况：一是在绘图区域内以不同的倾角、不同的间距、不同的实、虚部长度的平行线族来构成不同的图案，即阴影线填充图案；二是在绘图区域内以不同的间距、不同的布点形式（井字形、品字形）、不同的旋转转角绘制点状符号以构成图案，即点符号填充图案；三是位图填充图案 第15页，本讲稿共46页普通地图制图普通地图制图地图符号绘制方法 地图符号绘制的实质是将符号坐标系中图形元素特征点的坐标（x,y）变换到地图坐标系中的坐标(X,Y)并按给定的顺序连线的过程 计算机制图中符号绘制（
11、符号化）方法有两种，即编程法和信息法 第16页，本讲稿共46页普通地图制图普通地图制图地图符号绘制方法 编程法编程法是由绘图子程序按符号图形参数计算绘图矢量并操作绘图仪绘制地图符号。这种方法中每一个地图符号或同一类的一组地图符号可以编制一个绘图子程序。这些子程序就组成一个程序库。在绘图时按符号的编码调用相应的绘图子程序，并输入适当的参数，该程序便根据已知数据和参数计算绘图向量并产生绘图指令，从而完成地图符号的绘制。这种方法适合那些能用数学表达式描述的地图符号，其特点是增加符号不方便，即使增加一个符号也要对程序库进行重编译，给用户的自主权不大，因而很难作为商业软件进行流通。目前这种方法的应用越来
12、越少 第17页，本讲稿共46页普通地图制图普通地图制图地图符号绘制方法 信息法信息块法也称为符号库方法。绘图时只要通过程序处理已存在符号库中的信息块，即可完成符号的绘制。信息块即为描述符号的参数集。随着符号在地图上的表现形式不同，信息块的存放格式也不同第18页，本讲稿共46页普通地图制图普通地图制图地图符号绘制方法 信息法直接信息法是存贮符号图形特征点的坐标（矢量形式）或具有足够分辨率的点阵（栅格数据），直接表示图形的每个细部点。这种方法获得符号信息较为困难，占用存贮空间大，当符号精度要求较高时尤为突出，对符号进行放大时符号容易变形 第19页，本讲稿共46页普通地图制图普通地图制图地图符号绘制
13、方法 信息法间接信息法存放的是图形的几何参数，如图形的长、宽、间隔、半径、方向角、夹角等，其余数据都由绘图程序在绘制符号时按相应的算法计算出来。这种方法占用存贮空间小，能表达较复杂的图形，且绘图精度高，可以对符号进行无级放大也不变形，符号的图形参数可方便地利用交互式符号设计系统获得。但该方法的程序量相对大些，编程工作也较复杂 第20页，本讲稿共46页普通地图制图普通地图制图矢量符号绘制方法 点符号绘制 绘制一个点符号所需参数为：定位点（x0,y0）、缩放系数scale、旋转角。符号库中保持的符号描述信息都是基于符号坐标系的，因此，绘制点符号时应进行一系列变换，即缩放、旋转、平移 第21页，本讲
14、稿共46页普通地图制图普通地图制图矢量符号绘制方法 线符号绘制 第22页，本讲稿共46页普通地图制图普通地图制图矢量符号绘制方法 面符号绘制 第23页，本讲稿共46页普通地图制图普通地图制图栅格符号绘制方法栅格符号绘制方法利利用用栅栅格格符符号号信信息息绘绘制制符符号号的的算算法法比比较较单单纯纯。主主要要利利用用对对栅栅格格符符号号信信息息作栅格的基本运算完成作栅格的基本运算完成一一般般点点符符号号的的绘绘制制是是平平移移采采用用产产生生，对对于于有有向向点点符符号号，亦亦是是先先旋旋转转后后平平移移到到指定的位置上输出指定的位置上输出面面符符号号的的绘绘制制，首首先先在在轮轮廓廓内内填填“
15、实实”，然然后后将将填填实实的的区区域域图图像像分分块块与与栅栅格格点点符符号号进进行行逻逻辑辑“与与”运运算算，结结果果便便能能在在轮轮廓廓内内形形成成规规则则配配置置的的面面符符号号线线符符号号的的产产生生是是对对信信息息块块逐逐列列处处理理的的过过程程，由由于于线线状状符符号号走走向向多多变变，因因此此不不能能对对信信息息块块整整体体操操作作。这这里里介介绍绍线线符符号号的的“伦伦移移法法”。首首先先在在符符号号库库中中获获得得描描述述符符号号的的象象元元矩矩阵阵，接接着着从从左左至至右右逐逐列列取取出出电电阵阵信信息息，按按线线符符号号定定位位线线走走向向旋旋转转变变换换（列列向向与与
16、定定位位线线垂垂直直），然然后后平平移移至至指指定定位位置输出置输出 第24页，本讲稿共46页普通地图制图普通地图制图符号库设计对于一个GIS系统来讲，一般都提供了制作或设计符号库的功能，GIS用户或应用系统开发者应根据GIS系统的应用目的，设计并建立用于系统制图输出的符号库 第25页，本讲稿共46页普通地图制图普通地图制图符号库设计符号设计的实现途径有四种 一是文本编辑器设计方法，如AutoCAD的形文件（shp）、线文件和阴影文件，其特点是设计速度慢，不能实时观察所设计的符号二是采用系统提供的二次开发语言编程实现，如Arc/INFO的AML语言和ODE、MGE的MDL等,它提供了编程实现符
17、号绘制的接口，开发者可以利用它们实现特殊符号的绘制，如依比例桥梁、花房等符号三是利用系统本身的图形编辑功能实现。先在屏幕上绘制、编辑所要设计的符号，然后圈定符号范围并指定符号定位点，系统就从当前的编辑缓冲区中提取符号描述信息，当用户指定了诸如符号代码（或名称）等参数后，即可存放到符号库中。如AutoCAD的块文件（block）、MEG的单元(cell)都是采用这种设计方式，但这种方式又受系统图形编辑功能的限制，且只能设计点符号四是提供符号设计界面，如MGE提供的线型编辑(Line Style Editor)功能可用于交互式编辑线符号。总之，他们都有各自的特点和不足，一致的看法是为系统提供一个符
18、号编辑器，即符号设计系统 第26页，本讲稿共46页普通地图制图普通地图制图符号设计系统（1）组成符号的图素满足符号设计要求；（2）设计时能实时观察所设计的符号；（3）符号设计系统界面友好、操作方便灵活；（4）符号设计精度应满足一定的进度要求；（5）符号设计系统、符号显示软件具有良好的封装性、可维护性和可适应性。符号设计界面中提供了基本的图元，设计时先用鼠标选择所需的图元，之后用户既可以在屏幕上直接绘图，也可以在图元参数输入对话框中输入有关参数，增加图元时，符号实时发生变化。用户还可对符号库中的符号进行删除、修改、浏览、选取等。为用户使用方便 符号库即为符号描述信息的集合。无论是点符号、线符号还
19、是面符号，都是各自图元对象类实例对象聚集而成的复杂对象。对于矢量符号来讲，由于间接信息法节省存贮空间，符号精度高，符号描述信息可以用交互式符号设计系统获得。为了节省存储空间，符号库中保存组成符号的图元对象标识和图元描述参数 第27页，本讲稿共46页普通地图制图普通地图制图空间实体符号化过程空间实体与符号之间的关系 第28页，本讲稿共46页普通地图制图普通地图制图空间实体符号化过程空间实体地物编码的设定 GIS系统管理的空间实体一般都包含一个对象标识OID（Object IDebtify）和地物代码fcode(feature code),有的系统也叫用户标识UID（User IDentify）,
20、对象标识码一般由系统自动给定，即在数字化时软件会对不同的空间实体对象赋给一个唯一且不重复的标识码（一般为数字）。用户标识则是用户为区分空间实体不同类型而设置的一种标识码，在同一工作区域内不同实体对象可以具有相同的用户标识码。任何一个空间实体都应有用户标识码，用户标识码的确定有两种方式：一是在数字化某实体之前，先选择地物类型，从而得到用户标识码，数字化时将它自动赋给被数字化的实体；二是先对实体数字化，然后以修改实体属性值的方法给定。通常采用第一种方法给定空间实体的用户标识，第二种方法只是在修改实体的属性值时采用。第29页，本讲稿共46页普通地图制图普通地图制图空间实体符号化过程地物类型参数的设置
21、 第30页，本讲稿共46页普通地图制图普通地图制图空间实体符号化过程空间实体符号化过程 第31页，本讲稿共46页专题地图制图专题地图制图 专题地图着重反映某一种自然和社会经济要求的分布或强调表示这些现象的某一方面的特征专题地图的制作除了具有普通地图制作的共同特征外，还有自己的一些特征。这些特征主要反映在非空间属性值的符号化表示方面 第32页，本讲稿共46页专题地图制图专题地图制图 专题地图的分类 专题地图社会经济地图地貌图土壤图气候图陆地水文图海洋图地球物理图动物地理图文化图政区图历史图交通运输图植被图农业图工业图人口图自然地图第33页，本讲稿共46页专题地图制图专题地图制图 专题地图的表示方
22、法专题地图的表示方法 由由于于自自然然和和社社会会经经济济要要素素分分布布特特征征的的差差异异，在在专专题题图图上上采采用用的的表表示示方方法法也也有有多多种种方方式式。各各种种自自然然和和经经济济现现象象在在地地球球表表面面上上的的分分布布可可以以分分为为下下列列类类型型：有有的的现现象象具具有有面面状状连连续续分分布布的的特特点点，其其中中还还有有的的现现象象呈呈逐逐渐渐变变化化的的趋趋势势，在在制制图图区区域域内内只只是是表表现现高高低低、强强弱弱不不同同，如如地地形形、地地磁磁、气气压压、温温度度等等；有有的的要要素素呈呈离离散散的的点点状状分分布布或或占占有有较较小小面面积积的的块块
23、状状分分布布，大大多多数数社社会会经经济济要要素素属属此此类类型型，如如居居民民地地、工工厂厂、车车站站、水水井井、高高程程点点和和监监测测点点等等；有有的的呈呈线线性性连连续续分分布布，如如海海岸岸、河河流流、交交通通线线路路、油油气气管管道道等等自自然然和和经经济济要要素素；也也有有的的现现象象是是间间断断的的面面状状分分布布，它它们们在在整整个个制制图图区区域域内内到到处处都都可可能能出出现现，如如耕耕地地、森森林林、牧牧场场、沼沼泽泽等等；还还有有的的集集中中分分布布于于制制图图区域的个别地方区域的个别地方 第34页，本讲稿共46页专题地图制图专题地图制图 专题地图的表示方法 点符号法
24、专题地图上采用的点状符号按其形状可以划分文字符号、几何符号、特征符号和艺术符号。符号大小和分级，可采用按连续绝对增长的比例或阶梯增长的比例等原则。经常使用符号内的不同颜色和线画反映制图对象的内部结构，例如采用圆形符号表示工业分布中心，可用圆的大小表示工业中心规模，圆内划分不同比例部分反映各工业部门的组成。采用风玫瑰图可以表示多种指标，如用圆符号定位于观测点，用不同方向的齿线表示风向的频率等 第35页，本讲稿共46页专题地图制图专题地图制图 专题地图的表示方法 线符号法地球上许多制图要素，如河流、海岸、地质构造线、交通运输线等，都是呈线状分布，要在地图上反映这些现象，必须采用线状符号。线状符号包
25、括不同颜色和形状的线划、箭头、条带等。地物的质量特征可以用线状符号的形状和颜色加以区分，而数量特征则用符号大小表示。在专题图上经常使用线状符号的宽度来反映数量指标，例如在交通运输图上，用条宽表示运输量，同时带内用各种晕线或颜色划分货物品种 第36页，本讲稿共46页专题地图制图专题地图制图 专题地图的表示方法 等值线值线法是用来表示连续分布并逐渐变化的制图现象的数量特征。在制图上等值线被认为是具有相等数量指标的点的连线，但在实地上并没有这种标志，地图上等值线的意义并不是它的本身，而是作为一种表达整个制图地区特征的方法，反映制图对象的差异变化。等值线法具有较强的表现力，尤其是在地图采用不同灰阶和分
26、层设色的情况下，更能明显地反映出制图区域内现象的分布规律，如地形高低、气候要素的强弱变化等 第37页，本讲稿共46页专题地图制图专题地图制图 专题地图的表示方法 质底法 为了反映制图区域连续分布现象的质量特征，通常把性质有差异的不同类型对象在地图上用不同颜色加以区分，这种表示方法称质底法。质底法是反映整个制图地区的质量差异，需按确定的原则划分各种类型或进行区划。质底法除了使用各种颜色外，还经常采用面状符号、晕线等表示手段。但其本质问题是图例类型的划分和界线的确定 第38页，本讲稿共46页专题地图制图专题地图制图 专题地图的表示方法分级统计图法和图表统计图法 分级统计图法是用颜色深浅或符号疏密表
27、示制图现象统计差异，图表统计图法是用柱状图或其他图形符号表示各区域单元的统计数据。这两种方法的差别在于：用分级统计图法反映制图现象分布强弱，必须使用相对值指标；而图表统计图法则直接采用绝对值指标 第39页，本讲稿共46页专题地图制图专题地图制图 专题图制图的实现过程 在专题图的制作过程中，首先根据图层选择属性表和属性项，然后选择制图方法，如果属性是字符型选择质底法等方法，则系统会根据空间对象的特性在空间对象内充填相应的颜色或面状符号或晕线等 对于数值型属性，制作专题图时，相对复杂一些，需要将属性值的大小转化为符号的大小 第40页，本讲稿共46页地图注记地图注记地图注记包含两方面的内容，一是地图
28、上的内容注记，如地物名称等，它本身可以作为空间数据库中一项内容；第二种是制图说明注记，这种注记仅与地图输出有关，空间数据库中一般不存贮这些内容 第41页，本讲稿共46页地图注记地图注记注记的数据结构 AnnatationStructure 注记目标标识所属地物类或层字体颜色大小字形字符间距注记方式字符个数注记字符串注记点位坐标注记点位坐标注记点位方向角 第42页，本讲稿共46页地图注记地图注记注记方式与注记编辑 注记除了字体、颜色、大小、字形、字符间距等参数以外，注记方式是一项重要的内容。注记方式有单点注记。给定一个点位，注记一串字符，一般单点注记的注记方向角为零。第二种注记方式是双点注记，给
29、定两个点位，注记一串字符，注记的方向由两个点位决定。第三种是布点注记，虽然注记是一个字符串整体 第43页，本讲稿共46页地图注记地图注记注记方式与注记编辑 注记的编辑除了修改注记的字体、颜色、大小等选择参数以外，主要是注记内容的修改，注记点位的移动，注记方式与注记方向的修改等等。此外，还要考虑注记相互压盖和注记与地物的压盖与协调问题 第44页，本讲稿共46页地图注记地图注记注记方式与注记编辑 注记的编辑除了修改注记的字体、颜色、大小等选择参数以外，主要是注记内容的修改，注记点位的移动，注记方式与注记方向的修改等等。此外，还要考虑注记相互压盖和注记与地物的压盖与协调问题 第45页，本讲稿共46页地图排版地图排版地图的符号化与注记以后还有许多的颜色配置、图幅整饰、图例、图面布局等工作，这些工作称为地图排版颜色配置 图幅整饰：图幅整饰包括图名、方里格网图例、图幅外注记、比例尺、坡度尺等许多内容，对普通地图，图幅整饰的内容和注记大小等均有严格的规定。必须符合规范和图式要求。但对于专题图而言，图幅整饰则随意得多，它以合理和美观为原则 地图排版布局：专题图输出时丰富多彩，有时需要将多种主图、附图、统计图表、图片、文本等不同种类的文件混合排版，并建立绘图文件，为输出纸质地图、电子地图和分色加网软片做好准备 第46页，本讲稿共46页