计算机地图制图中的编辑制作及地图数字化和地图输出

一、地图数字化
地图数字化是地理空间数据输入的重要途径，图形经过数字化处理后，传统的纸质地图可转换成数字地图产品。

地图数字化的方法分为两种类型：手扶跟踪数字化和光学扫描仪的栅格扫描。对于地图制图来说,使用手工和自动方法进行地图数字化，是一切数据处理和分析的开始。早期，地图数据的输入以手扶跟踪方法为主，特别是对矢量数据，如河流、道路网等。现在，数据的扫描技术日新月异，速度和精度有了明显的提高，日益广泛地被采用。

1.手扶跟踪数字化
手扶跟踪数字化仪工作量非常繁重，但它仍然被一些行业部门或图种数字化时采用。手扶数字化的精度受三种情况的影响：控制点的数量；地图纸张的伸缩程度和操作者的技术。

手扶跟踪数字化操作的第一步是在数字化地图区域之外的三个角上，分别选取三个参照点，这些点确定了数字化文件相对于数字化板的位置。如果数字化图件从数字化板上取下，后又贴在板的不同于原来的位置上，当对该文件进行新的数字化或者编辑操作时，只需将上述选取的三个参照点重新数字化。虽然，在不同的数字化阶段，数字化文件相对于数字化板的位置可能发生几次变化，但是，由数字化软件在不同数字化阶段生成的结果——平面坐标数据将保持一致性。

第二步是确定几个控制点并将其数字化，这些控制点的位置用来确定从平面坐标到输入地图的投影坐标的转换参数。如果知道了地图的投影参数和投影类型，这些控制点的位置就可以用地理坐标的形式确定下来，由此可以进一步计算出控制点的东移和北移。控制点的选择对于空间实体地理位置的确定，即空间坐标数据的地理编码具有至关重要的意义。地理编码数据是不同来源的地图之间以及地图数据和其他类型数据相互之间进行比较的基础。

第三步是确定数字化模式。通常，数字化仪采用两种数字化模式：点模式（Point Mode）和流模式（Stream Mode）。在点模式下，地图上点的坐标通过将光标定位于点位上，并按下相应的按钮予以记录。输入孤立的点状地物要素时必须使用点模式，而线和多边形地物的录入也可以使用点模式，但在输入时操作员必须有选择地输入能够反映曲线特征的采样点。在流模式下，线和多边形曲线的坐标是以时间或距离的规定间隔自动采集而得到的。流方式录入能够加快数字化的速度，但其采集的点的数量往往要多于点模式，造成数据量过大。因此，在流模式下，大多数系统采用两种采样原则，即距离流方式（Distance Stream）和时间流方式（Time Stream）。时间流方式的特点是当数字化曲线比较平滑时，可以加快鼠标移动的速度，使采样点的数目相对减少；而当曲线比较弯曲时，鼠标移动较慢，采样点的数目就多。距离流方式的特点是容易遗漏曲线拐点，从而使曲线失真。因此，在数字化过程中，需要根据不同的对象选择不同的数字化方式。

2.扫描数字化
扫描数字化采用高精度扫描仪，将图形、图像扫描后形成栅格数据文件，再利用矢量化软件对栅格数据进行处理，将它转化成为矢量图形数据。矢量化过程有两种方式：交互式和全自动。影响扫描数字化数据质量的因素包括原图质量（如清晰度）、扫描精度、扫描分辨率、配准精度、校正精度等。

扫描获得的栅格图像数据主要有三种用途：一是对图像作增强和分类处理后进入栅格型的空间数据库。也可不作处理，仅用于显示，并在显示时叠加矢量图形，如很多GIS用户常把扫描后的航空像片作为矢量地图的背景图来显示；二是显示在屏幕上作进一步的手工矢量化。手工矢量化又分为完全的手工跟踪和借助软件的半自动化跟踪两种。完全手工跟踪方法把扫描获得的图像作为底图显示出来，操作员用鼠标器在屏幕上操作，这和手扶数字仪输入很相似。半自动的矢量化方法是由操作员用鼠标器点一下屏幕上需要矢量化的线条，软件则沿着栅格线条找到线的一个端点或在其它线条的相交处停下来，提示操作员，由操作员控制需要进一步矢量化的方向或下一点，计算机则自动记录下有关的关键点并连接成线。这种方法比完全手工跟踪的效率高，也容易保证精度，但只能处理线划地图，不能处理遥感图像。上述两种方法对点状信息、注记、符号的输入和手扶数字化仪的操作一样；三是由软件自动将栅格图像数据转化成矢量地图。

在上述三种矢量化方法中，屏幕矢量化是目前广泛使用的方法。对屏幕矢量化来说，图像的配准是矢量化的前提和基础，对矢量化的质量影响很大。许多地图制图软件或GIS软件都具备图像配准功能。

二、数学基础选择
地图投影是一种数学模型，它把地球表面的特征换算成一个二维表面的位置，即以平面地图的形式表现地球对象。坐标系则用于创建地理对象的数字表达，它把地理对象中的每一个点表示为一对数字。这些数字称为该点的坐标。在地图制图中，投影和坐标系密切相关，坐标系通常是通过为投影参数提供特定的数值来创建的。一个坐标系由一组参数来定义，它说明如何判读对象的定位坐标。

1.地图投影选择
在桌面数字制图环境下，用户同样需要根据地图的用途、制图区域的地理特征和形状等多种因素，为新编地图选择合适的地图投影。所不同的是，用户初选的地图投影并不一定就是最终成果图的地图投影，通常只需令初选投影和资料图（包括地图资料和影像资料）的投影相一致。因为，不管在哪一种投影下进行地图编辑，最终利用制图软件都可方便地实现投影的转换，这是数字制图的优越性。

2.坐标系选择
坐标系可以明确制图对象的空间定位坐标，它包括一组参数，如坐标系名称、投影类型、基准面等，投影只是其中的一个参数，是坐标系的一部分。现有的许多桌面GIS软件大多提供多种不同坐标体系(基准面)供用户选择，少数软件还允许用户建立自己的坐标系。以MapInfo为例，它以两级目录菜单的形式提供了300多个预定义坐标系，当用户要使用其他坐标系或创建新的坐标系时，可以通过修改投影参数文件Mapinfow.prj来实现。这个数据文件以分行记录每一个预定义坐标系的参数表，如坐标系名称、投影代码、椭球体、坐标单位、原点经度、原点纬度、标准纬线、方位角、比例系数等。MapInfo系统还定义了50个基准面代码，如果用户需要采用其他的基准面，且知道该基准面的数学参数，则可以使用代码在该投影参数文件中定义这个基准面。[NextPage]

三、图形编辑处理
在任何环境下，无论以何种数字化方式输入数据，都会出现误差或错误，最常见的数字化错误有5种（下图），这些错误需要通过编辑来修正。碎多边形（Sliver  polygon）的产生，形成于两个相邻多边形的边界绘制以及两个多边形的叠加；线的端点不达结点（Undershoot），即对于两个独立的多边形来说，在线的端点和结点之间存在着间隙，需要进行连接编辑；不正确多边形(Erroneous Polygon)常在结点附近形成，由于很小，所以难以查找和识别；线的端点超过了结点（Overshoot），在端点附近生长出多余的小弧段；边缘匹配问题（Edge  matching  problem）指分幅扫描图像在合成拼接时出现的边缘不匹配的情况。这些错误都可以通过矢量编辑来纠正，特别是通过剪辑程序来克服，剪辑程序可使多边形自动封闭，并保证每个弧段的两个端点都是结点。

手工编辑地图大多数是在计算机图形显示器上以人机交互的方式进行。从编辑方式上来讲，既有矢量编辑方式，也有栅格编辑方式。手工编辑的主要功能是添加、删除、移动、复制、旋转某些图形图像要素。在矢量方式下，地图数字化和地图编辑往往是结合在一起的。

“图层”，是地图数字化和地图图形编辑过程中一个非常重要的概念。不同的图形要素有不同的图形结构，所以在数字化或图形编辑时，常把它们分门别类地存放在不同的图层里，这就是所谓的分层数字化和分层编辑。现有的桌面制图软件和专业GIS软件都是按照“图层”的概念对数据进行组织和管理，如ArcView 的“Theme”、 MGE的“ Level”、 Erdas的“Layer”等。在现代地图制图和GIS中，这种分层数据组织与管理的重要意义主要表现在以下几个方面：（1）可以实现地图要素的分层显示；（2）为地图信息系统（电子地图）或GIS中实现空间数据库的多重显示创造条件；（3）有利于不同空间地理要素的叠加分析；（4）可实现不同数字产品之间的数据共享，从而减少数字化的作业量，还可以保证地图的质量。

四、地图输出

地图的信息是十分丰富的，在实践中，最终的数字地图产品不仅包括各种分层的图形要素，还可能包括与图形相关的各类统计图表、图片以及图例等，所以需要将不同的图形窗口、统计图窗口和图例窗口在一个页面上妥善地放置和安排，并在页面上增加标题或注记之类的文字，将所有的显示联系在一起，这就是图面配置(Layout)问题。现有的许多桌面制图软件都提供了对多窗口、多种图表进行图面配置的功能。

以ArcView软件为例，它提供了5种Layout模式，用户可以根据自己的需要，选择合适的模式。在所选模式上，利用系统提供的丰富的编辑工具，用户对图面组成要素可做进一步的调整和编辑，直到满意为止。然后，即可选择地图输出。地图输出功能设计一般包括输出设备类型选择（打印机、绘图机等）、输出纸张、输出幅面、比例尺、黑白或彩色等参数的确定。