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地图制作新技术之计算机制图及多媒体电子地图

[ 来源:互联网 | 时间:2007年10月16日 | 收藏本文 ] 【

现代科学技术的迅猛发展,完全改变了传统的地图制图系统。计算机制图学,又称“计算机图形学”。应用计算机处理图形信息的一门学科。研究图形生成,图形在计算机中的表示,图形信息的输入、输出和显示,图形的变换及人机交互式绘图等问题。是计算机的一个应用领域。

长期以来,地图都是靠手工方法制作。航空摄影测量的发展,只减轻了野外的测图工作,但是地图的绘制还是靠手工。刻图法诞生后,虽缩短了成图周期,可是建立图形的方法并没有从根本上改变,依然是手工作业。

从20世纪50年代航空摄影测量技术的形成和发展,到70年代人造卫星升空和90年代全球定位系统(GPS)的广泛应用,从根本上改变了人类观察认知地球的模式。遥感技术的进步,使人们已经达到实时获取多维空间信息的水平。GPS、RS和GIS的集成,从根本上改变了人们对空间信息认知的方法。随着空间技术、计算机技术和信息网络技术的发展,传统的地图制图技术已经发生了革命性的变革。计算机制图编辑设计与自动制版印刷一体化生产体系,基本上解决了各类地图的自动编绘与快速成图的方法。实现了从传统手工制图到全数字化地图制图的转变,并出现了多媒体电子地图、三维虚拟电子地图与网络地图等新形式。计算机制图技术与地理信息系统的结合,使得地图作为空间信息的载体,在图形表达形式,以及信息传输、存储、转换和显示等方面表现出了巨大的优势,已经成为分析评价、预测决策、规划管理的重要手段。在不同领域得到越来越广泛的应用。

一、计算机地图制图系统

长期以来,地图都是靠手工方法制作。航空摄影测量的发展,只减轻了野外的测图工作,但是地图的绘制还是靠手工。刻图法诞生后,虽缩短了成图周期,可是建立图形的方法并没有从根本上改变,依然是手工作业。1958年,世界上第一台数控绘图机问世,第一次从计算机控制的绘图机笔下绘出了地图,从此计算机地图制图便进入了一个崭新的时代。此部分内容将在第八章详述。

计算机地图制图具有许多优点:

(1)地图可以分要素用数码形式存储在磁带和磁盘中,不但节省了大量地图的存储空间,而且便于随时提取、更新、处理和应用;

(2)地图内容转绘、地图投影绘制及转换、比例尺变换等各项编绘技术都能采用数字处理方法,这比手工制图法容易得多;

(3)手工作业很难解决曲线内插,主体图形的表示和许多比较复杂的专题图表,运用数学方法都可方便解决,并能用计算机实现;

(4)可以绘制各类型地图。如立体图、晕渲图、组合符号图、地形图、透视图等。减轻了制图人员的劳动强度,提高了地图的精度,简化了成图工艺,缩短了成图周期。

我国制图自动化研究始于20世纪70年代初期,80年代逐步推广应用。目前自动编绘各种统计地图、土地利用图、土壤图、交通图、海图等问题已基本解决,能够用于正常生产地形图自动制图系统也已投入使用。

我国计算机制图技术研究,虽然时间较短,但取得了明显进展。自行研制的数字化仪和数控绘图机已经开始生产。电子分色扫描数字化仪和扫描绘图机已经研究成功。自动绘图基本软件的研制和自动化制图实验已取得了初步成果,其中利用统计资料自动制图的软件已经建立并开始使用,建成了部分专题数据库和正在着手研制综合数据库。我国计算机地图制图正在蓬勃发展。

计算机地图制图系统和传统地图制图相比,在地图制作过程,工艺方案、制图精度、成图周期等方面都产生了巨大的变革。

传统地图制作过程由编辑准备—原图编绘—制印准备—地图制印四个阶段构成;而机助制图系统由编辑准备—数据获取—数据处理—图形输出(地图制印)四个阶段构成。

编辑准备和传统地图编制的地图设计阶段相似,其最终成果要完成地图编制大纲。

数据获取    常以纸质地图、遥感影像资料,实测数字地图和地图数据库等为数据源。纸质地图可通过手扶跟踪数字化仪,对地图线划进行跟踪数字化,得到原始数据;亦可利用扫描仪对纸质地图进行扫描数字化,得到栅格数据;然后在屏幕上再进行数字化,得到原始矢量数据,此方法目前较为常用。遥或影像资料(航空像片、卫星像片等)可通过扫描仪进行扫描获原始数据,再经图像纠正、投影转换、数据格式转换、图像解释等过程,获得矢量数据。实测数字地图是利用全站仪等仪器进行实地测量,获得实地的地图数据,可供计算机地图制图直接使用。国家基础地理信息数据库和GIS数据库也可直接调用,用来进行地图制图。

数据处理和编辑    主要包括原始矢量数据处理和原始像素数据处理。原始矢量数据处理要进行数据预处理(误差纠正)、投影变换处理、拼接裁剪处理(数学方法的数据拼接与裁剪)和符号化处理(原始矢量数据转换为矢量图形数据)。原始像素数据处理包括数据本身处理和像素数据相互转换处理。本身处理主要指同类数据的处理。像素数据转换处理主要指图像变换和图像识别。前者指一类图像变换为另一类图像的过程。图像识别是指对识别对象属性、位置、相互关系等的分析提取。上述任务皆可通过计算机软件来实现。常用的地图软件有:地图设计软件、图像处理软件、图文编排软件、印前分色软件、彩色管理软件等。

图形输出    包括屏幕显示输出,磁盘、光盘存贮,彩色喷墨打印机样图输出、校样(线划、颜色、注记校对),四色(黄、品红、青、黑)分色胶片输出,彩色喷墨打印机成图输出(当地图用量较少时即为最终地图成品)。

如要获得大量纸质复制地图,则需进行制版印刷。和传统地图制印相比,计算机地图制印工艺省掉了印刷原图制作工序。四色分色胶片即为印刷原图,其可用来在自动制版机上快速制成印刷金属版,然后在四色平版印刷机印刷成品地图。一种计算机直接制版系统,可将计算机编辑处理的地图数据直接输出到印刷版上,省掉了胶片输出过程,精度和效率更高,代表着将来的发展方向之一

三、多媒体电子地图制作

多媒体电子地图是随着计算机技术的发展而产生的一个新的地图品种。多媒体电子地图的产生,使得地图制图发生了彻底的、革命性的变革。传统的地图编绘、清绘、制版、印刷的生产工艺流程已逐渐被计算机地图编辑设计与制印一体化所取代。从而实现了从传统手工制图到数字化、自动化制图与自动制版印刷的根本性转变。

多媒体电子地图是基于计算机技术的屏幕地图。与常规地图相比,它具有闪烁、渐变、音频、动画等动态特性。其以数据形式存储和传输信息,为地图编辑和读图提供了良好的交互空间,使制图过程与读图过程交互融为一体。它分要素的多层次数据结构不仅突破了常规纸质地图载负量的局限性,而且通过不同图层空间数据的叠加分析,产生出更有价值的再生信息,大大提高了多媒体电子地图的利用价值。其无级缩放功能也克服了纸质地图固定比例尺的限制,使读者能从宏观到微观,从全局到局部随意浏览。多媒体电子地图的立体化、动态化与多媒体和遥感影像的结合使读者如临其景。多媒体电子地图以其先进的地图语言、图形、图像、图表、文字、音频、动画等综合表现形式,成为地图的一种全新的展示形式。

多媒体电子地图制图系统由相应的硬件和软件两部分组成,其生产流程一般由编辑准备、数据获取、数据处理和产品输出四个步骤。

多媒体电子地图亦可输出4色分色胶片出版原图,经制版印刷得到文本型彩色地图。

随着Internet的快速发展,多媒体电子地图必将在网上传到千家万户,使地图空间信息成为普通百姓能够方便利用的信息资源。

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