计算机地图制图(完整版)

电子地图的特性：①很强的动态表现能力；②多媒体的表现手段； ③信息的传 输具有极强的课选择性；④很强的增、删、改喝更新能力；⑤ 丰富的计算和分析功能，具有可视化的数据探索能力。电子地图 集成软件包括设计制作系统和浏览系统

关系：设计系统 输出 电子地图集数据库 输入 浏览系统 数字地图与电子地图区别联系：二者区别在于数字地图计算机可识别，目视不可 识别，而电子地图计算机、目视均能识别；二者的联系在于电子地 图是数字地图经可视化处理得来的

计算机地图制图一般过程和主要内容？ CAC的基本过程为 ：①数据采集； ②数据处理；③数据输出；主要内容有：地图的数据结构、 地图数据处理、地图数据库、地理信息可视化、软件开发 计算机地图制图系统与GIS系统的区别与联系？

区别与联系：计算机地图制图是GIS的技术基础，它涉及GIS的空间 数据采集、表示、处理、可视化甚至空间数据的管理。他们的主要区别在于 空间分析方面：计算机地图制图系统具有强大的地图制图功能；而完善的GIS 可以包含CAC系统的基本功能，此外还应该具有丰富的空间分析能力，特别 是对图形数据和属性数据进行深层次的空间分析能力。 计算机地图制图与辅助地图制图的区别及联系？

CAD主要是用来代替或者辅助工程师进行各种设计。两者的共同点是都 有坐标参考系统，都能描述和处理图形数据及其空间关系，也都能处理费图 形属性数据。

主要区别是：CAD多为规则的集合图形及其组合，图形功能极强，属性功能相 对较弱；CAC处理的图形及其关系更为复杂，空间数据与属性数据 的相互操作频繁，空间数据的处理和符号化功能较强。

地图数据结构： 主要是指地图数据中空间数据的结构，即指空间数据适合于计 算机存储、 管理及处理的几何数据的逻辑结构。主要分为矢量数据结构和 栅格数据结构。矢量数据结构：是表达地图空间数据的一种常见的数据结构， 它通过记录坐标值的方式尽可能精确地表示呈点、线或面状分布的地理实体。 栅格数据结构：是以规则的像元阵列来表示地图上空间地物或现象的分布的 数据结构，其阵列中的每个数据表示地物或现象的属性特征。

简述地图数据特征：1）空间特征：即空间位置（用以描述事物或现象的地理位 置，又称几何特征、定位特征）和空间关系（是指地理空间实体之间存在的 一些具有空间特性的关系主要包括拓扑关系、方位关系和度量关系）；2）属 性特征：用以描述食物或现象的特性，分为定性（名称、类型）和定量（数 量、等级）；3）时间特征：用以描述地理实体随时间而变化的特征。

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简述栅格数据几种抽样编码方法？

a.中心归属法 b.长度占优法 c.面积占优法 d.重要性法 数据相邻

相邻栅格单元的概念分为四方向相邻和八方向相邻

四方向相邻的栅格图形线画显得粗壮、结实，但阶梯效应（栅格化“抖动”）较为明显

八方向相邻的栅格图形线画显得纤细，位置过度较自然，阶梯效应也相对较弱 四叉树编码四叉树编码是最有效的栅格数据压缩编码方法之一

基本思路：将2n*2n个像元组成的图像（不足的用背景补上）所构成的二维平面按4个象限进行递归分割，直到子象限的数值单调为止

常规四叉树编码：记录叶节点、中间节点，节点之间联系用指针

6个变量，1个父节点指针、4个子节点指针和本节点的属性值 多用于数据索引和图幅索引 线性四叉树编码的基本思想：不需要记录中间节点和使用指针，仅记录叶节点，并用地址码表示叶节点的位置，即线性四叉树只记录最后叶节点的信息 线性十进制四叉树编码的方法（获得Marton码）： a.将栅格阵列数据的行列号转化为二进制数 b.交叉放入Marton码中即可得到Marton码 用Marton码编码的方法：

a.按Marton码读入一维数组

b.如相邻四像元的值相同，则合并该相邻四像元，只记录第一个像元的Marton码，直到没有相邻相同的像元值

优点：压缩效率很高，且压缩和解压比较方便；阵列各部分的分辨率可变，既可减少存储量，又可精确的表示图形结构，易于进行大部分图形操作和运算 缺点：具有图形编码的不定性，相同形状和大小的多边形可得出完全不同的四叉树结构，不利于形状分析和模式识别 两种数据结构转换： 矢量与栅格数据比较 比较内容 矢量结构 栅格结构 数据结构 复杂、紧凑，冗余简单，冗余度高 度低 数据量 小 大 图形运算 复杂 简单 图形精度 高 低 影像格式 不一致 一致或接近 数据共享 不易实现 容易实现 拓扑和网络分析 容易实现 不易实现 叠置分析 不易实现 容易实现 栅格——》矢量 1.点的转换 XX0(J0.5)*X

YY0(I0.5)*Y2

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2．线的转换

错误!未找到引用源。细化 将线状栅格像元阵列逐步剥除轮廓边缘的点，使之成为线画宽度

只有一个像元的中轴线图形 错误!未找到引用源。跟踪骨架线 a． 从上到下，从左至右搜索骨架线起始点，并记下其按上述点转换方法

得到的（X，Y）坐标

b． 按该点的8个邻域方向跟踪下一个点，若没有，则本条线的跟踪结束，

转到第一步进行下一条线的追踪；否则，记下该点按上述点转换方法所得到的（X，Y）坐标

c． 把搜索点移到新取的点上，转第二步。在跟踪过程中应将已跟踪的点

做标记，避免重复跟踪

错误!未找到引用源。拓扑化:在跟踪时得到拓扑化的矢量数据，需找出线的端点、节点和孤立点 矢量——》栅格 A．点的转换

)/N Y(YmaxYmin)/M 栅格单元大小  X  ( X max  X min

转换后行列号： J 1int{(XX)/X}I1int{(Y0Y)/Y}0 B．线的转换

核心是对任一直线段如何将矢量数据转换为栅格数据 ① 八方向栅格化法

第一种情况， 若行差大于列差，则逐行分别地求出该中心线与直线段的交点 , X(YY1)•(X2X1)/(Y2Y1)X1YYt

第二种情况，若列差大于行差，则逐行分别地求出该中心线与直线段的交点

Y(XX1)•(Y2Y1)/(X2X1)Y1XXt

错误!未找到引用源。 分带法 基本思想：根据直线段的情况按行（或列）分带，计算各个分带

的起点和终点列号（或行号），再用本线段的栅格属性值去填充起点 和终点之间的栅格

 X2 当 | X 1 | | Y 2  Y 1 |时，按行分带

当 | X 2  X 1 |  |Y 2  Y 1 |时，按列分带

按行分带公式：设当前处理行为i，像元边长为N，则

起点b的列号 JbINT{((Y0(i1)NY1)(X2X1)/(Y2Y1)X1X0)/N}1 终点e的列号 J b INT{((Y0iNY1)(X2X1)/(Y2Y1)X1X0)/N}1C.面的转换

核心是将多边形矢量数据及其内部区域转换为栅格数据 转换方法：

a. 行填充法：根据面（多边形）的矢量数据，计算栅格图形每行中心线与面边界（多边形）的交点，对交点进行排序、配对，并用本面域的栅格属性

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值去填充每对交点之间的栅格 b. 点填充法：首先将多边形边界转换为栅格数据，然后由多边形内部一点（种子点），向4个方向的相邻点扩散。判断新加入的点是否在多边形边界上，如果是，不作为种子点，否则当做新的种子点，直到区域填满，无种子点为止。

矢量数据获取方式？

1）几何数据：外业测量获得，栅格形式的空间数据转换获得，对现有地图 跟踪数字化

2) 属性数据：特征码：用来描述要素的类别、级别等数字特征和矢量特征 的数据及编码

作用：反应地图要素的分类分级系统，便于特定的内容提取和更新 矢量数据处理方式： 批量式处理，人机交互式处理

主要包括：数据的预处理、图形编辑、数据变换、数据插值、矢量符号 的生成、拓扑关系的建立等

数据处理：把大量信息送入计算机进行加工和处理，使其成为有用信息的过程 特点：储存数据的空间远远大于数据处理程序所需的空间 坐标变换（几何改正。投影变换等等）：

1）几何改正：改正图纸变形以及数字化过程中的随机误差

x'f(x,y)a0a1xa2ya11x2a12xya22y2A二次变换和高次变换 y'f(x,y)b0b1xb2yb11x2b12xyb22y2B 变换实质：适合于非线性变化，直线变换后可能为二次或高次曲线

x'a1xa2ya3c1xc2yc3一次变换：同素变换

仿射变换 '

bxbybyb1sxtb2yb323sty'1ijaijxy,bijxiyjc1xc2yc3i0j0i0j0x'a1xa2ya3特点：直线变换后仍为直线；平行线变换后仍为平行线，并保持简单的长度比；

不同方向的长度比变化

2）投影变换（x，y） （X,Y） (X,Y)Xf1(x,y)解析法：直 接 法（正 解）(x,y)(X,Y) ；间接法（x,y) (,)

Yf2(x,y) ②数值法：多项式拟合；数值解析法

数据压缩：用资格筛选法、信息量法或其它的统计方法把大量原始数据转化为有 用的、有条理的精炼而简单的信息的过程

数据压缩目的：删除冗余数据、减少数据存储量、节省存储空间加快后继处理

DmaxDmaxDmax 速度

Dmax数据压缩算法： 垂距法、偏角法、道格拉斯-普克法、光栏法

道格拉斯-普克法：将一条曲线的首末两端点虚连一条直线，求其余所有点与 直线的距离，并找出最大距离 用 与限差d相比较。若 此材料仅供参考，切勿带入考场，祝大家考试愉快！

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光栏法：

（1）思想：以当前点为顶点，在后续点的方向上定义一个光栏区域，通过判断 曲线上的点在光栏外还是在光栏内，确定该点是保留还是舍去。 （2）步骤：设有曲线上的点列{Pi}，i=1,2,…,n，光栏口径为d。

连接P1和P2点，过P2点作一条垂直于P1P2的直线，在该垂线上去两点 a1和a2，使a1P2=a2P2=d/2，这里，a1和a2为“光栏”外界点，P1与a1、 P1与a2的连线为以P1为顶点的光栏的两条边，这里就定义了一个光栏（该 光栏的口朝曲线的前进方向，边长是任意的）。

若P3点在光栏内，则舍去P2点。然后连接P1和P3作P1P3的垂线，该垂 线与前面定义的光栏边交于c1和c2。在垂线上找到b1和b2点，使 P3b1=P3b2=d/2，若b1或b3点落在原光栏外面，则用c1或c2取代。此时 用P1b1和P1c2定义了一个新的光栏，一个口径缩小了的“光栏”。

检查曲线的下一曲线点，若该点在新光栏内，则重复第二步直到发现有一 个点在最新定义的光栏外为止。

④当发现在光栏外的节点，重复第一步至第三步。如此继续下去，直到整个

点列检测完毕为止。所有被保留的曲线点（含首点、末点），顺序地构成了 简化后的新点列。

数据变换：

数据变换是数据处理的形式之一内容包括几何变换和数据结构、格式等的变换。

几何变换：xy1xy1T,各种变换矩阵如下：

（1）平移变换 （2）比例变换 ( 3) 旋转变换 （4）错移变换 1Cy0100cossin0Sx00 T  0 1 0Cx10Ts0Sy0Tsincos0tT

001TxTy1001001

开窗显示（简述矩形开窗整个过程）

开窗显示：按用户指定的空间范围进行图形子集合的选取，分为正开窗、负

开窗。

矩形开窗：（1）点的选取：xminxpxmax且yminypymax （2）线段的选取

四比特串编码方法：为了判断线段与窗口的情况，求两个端

点编码的逻辑与——复合比特串。 a，若复合比特串不为零则该线段位于窗口外不显示。

b，否则有三种情况：①两端点均为零，在窗口内显示②其中有一个比特 串为零则有一个交点。③两端点都不为零，则有两个交点或无交点。

参数编码方法：假设线段两端点 ( x1 , y 1 )  I x , I y ， (x2,y2)Ix2,Iy211①若Ix1Ix20或Iy1Iy20则线段在外②IxIxIyIy0则线段

1212此材料仅供参考，切勿带入考场，祝大家考试愉快！

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(xxmin)(xxmax)0(yymin)(yymax)0在内③其他情况:计算交点，列方程联立求交点，剔除不在线段和在窗口延长线的交点。可用判别条件 且

(yy1)(yy2 ) 0x2 和 ( x  x 1)( x  )  0 或

（3）面状要素：方法与线状要素相同但在显示时要加入窗口的相关部分。

如何通过调用符号信息块进行地图绘制？

（1）直接信息法：直接表示符号图形的各个细部，在信息块中直接存储符号图 形的信息块（特点：信息块占用存储空间大、程序占用空间小）

实现过程：①获取要素的定位信息和特征码②读取符号的几何参数图形 数据③调用有关程序绘制符号

（2）间接信息法：不直接存储符号图形坐标数据，只存储图形的几何参数。 （特点：占用存储空间较小，程序量大） 实现过程：①获取要素的定位信息和特征码②读取符号的几何参数③调用 有关程序绘制符号

结论：直接信息法适用于符号本身不复杂，难以用数学模型描述，离散后信 息量不太大的地图符号，而间接信息法适用于能用数学方式表达的地图符号。

23点状符号绘制？

dd12cos(1)2.8 例1：圆，设拱高d(0.050.1mm)，drrcos，

rr22yircos(i)ysn  [ π ] 各点坐标： xircos(i)xs 例2：circle程序（功能：绘圆，画弧、螺线）

（1）参数说明circle（x，y，THO, THF, Ro, Rf） （2）注意事项：①THO（起始角度）、THF（终止角度）逆时针为正。 ②THOTHF按顺时 针方向描绘圆弧，THO=THF 则始点与终点用直线连接。

 RTHO（3）处理程序：①求圆心 x s  x  R o cos( THO ) y y o sin( )s d.8 ②计算圆心角增量 DTH  2 ③ 求半径

max(RO,Rf)的增量DR，N  [( THF  THO ) / DTH ] DR  ( R f  R O ④每) / N增加一个DTH及半径增量DR，计算圆周上每一点坐标 ( x i, y i ) 以始点（x，y）起相连点间直线连接，直到（xn，yn）。

xi xs(RoDR)cos(THODTH)yiys(RoDR)sin(THODTH)xExsRF.cos(THF)此材料仅供参考，切勿带入考场，祝大家考试愉快！

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yEysRF.sin(THF)6

线状符号绘制？ 例如：绘制土堤

22d(xx)(yy)（1）确定横短线的位置：如图 12 2 1 2 1 离第一点的距

d1pyy(yy).d1p(xy)离为d1p的横短线的位置 p, p 则 x p  x1  2  x 1 ). , p 1 2 1 (xd12d12xxy1y221cos (2)确定横短线的端点坐标:因为 sin   故此

方向相交的两个端点坐标 x i  x p  t. cos  yipd12ypt.sinip1pd12绘出一条新的横短线之后，以该段第二个起点起算 d  d  d  d  d ①若 d ip  d 12 ，说明该线段上仍有新的横短线，只要用d 代替上式

ip1p中的 d 。②若 d ip  d 12 则无新的横短线，应将 d ip  d 12 取代d ip 并 计算下线段的 d 12 ，决定下一位置。 25面状符号绘制（多边形晕线）？ （1）用截距表示多边形各顶点amin

ajamax ，ajyjbsxj ，

bsk，bstan（2）求多边形内第一条晕线的截距两条晕线间距离为d，则第一条 d 晕线的截距为 akamincos（3）求晕线与多边形的交点：多边形的某一条边i的两个顶点在y

k i 1 轴上的截距分别为ai,ai1 i k akAix1yBixAiBibs 则截距为ak的晕线与第i条边有交点。

(aa)(aa)0ybsxak1ks1（4）排队和配对输出：按一定顺序对交点进行排序。 da（5）终止判断： k 产生第二条晕线的截距ak，重复（3）（6）

cosyabx 步直到akamax时为止。

栅格数据处理基本运算：①灰度级变换：线性灰度级变换、非线性灰度级变换、

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切片变换、二值变换；②栅格数据组合：栅格数据的算术组合，栅格数 据的逻辑组合 ③栅格数据的扩张与侵蚀；④栅格数据的加粗与减细 ； ⑤栅格数据的填充：逐步蔓延加粗法、逐行填充法。

地理信息可视化？

可视化——是指运用计算机图形学和图像处理技术，将计算过程中产生的数据 及计算结果转换为图形和图像显示出来，并进行交互处理的理论，方法和技术。 地理信息的可视化——是指将原有的地理信息数据转化为直观的图形、图像的技 术，他是一个转换过程，其目的是将原始数据转化为可显示 的图形、图像，以便为人们视觉所感知。

地理信息可视化的三种基本形式？①地图，它包括纸质地图，数字地图，电子地 图及三维地图；②多媒体，各种多媒体形式如，文本，表格，图像，动画， 音频，视频等；③虚拟现实 由计算机和其他专用设备如头盔，数据手套组 成的高级人机交互系统，以视觉为主，结合触觉，听觉等来虚拟和感知现实 世界，使人们犹如进入真实的地理空间环境之中并与之进行交互作用。

计算机地图制图系统基本功能结构：

功能模块：地图数字化采集、地图数据处理、地图制图输出。 支持系统：地图数据库子系统、地图符号库子系统。

地图数据库子系统：他提供地图空间数据和非空间数据的组织、管理、存储 与输入输出功能。地图符号库子系统：提供各种 地图符号的建立、组织、管理、存储与符号化功能。 采集模块和处理模块是系统的基本功能部分：采集模块通过数字化手段将地 图信息转化为计算机能够识别和处理的地图数据（包括空间数据和非空间 数据）；处理模块则是将得到的数据通过投影变换，编辑修改，制图综合， 图幅接边等处理转换为正确、有效的地图数据，并存储在地图数据库中。 制图输出模块是系统的关键功能部分，关系到地图的制图质量。

名词解释:

1. 计算机地图制图：又称机助地图制图或数字地图制图,它是以传统的地图制图原理为基础,以计算机及其外围设备为工具,采用数据库技术和图形数据处理方法,实现地图信息的采集、存储、处理、显示、和绘图的应用科学。

2. 数字地图：是存储于计算机可识别的介质上，具有确定坐标和属性特征，并且按特殊数字法则构成的地理现象离散数据的有序结合。

3. 电子地图：是基于数字地图基础上，经可视化处理，在屏幕上显示出来的地图。

4. 地图数据结构：是指地图数据中空间数据的结构，即指空间数据适合于计算机存储、管理及处理的几何数据的逻辑结构。

5. 空间数据：是描述地图要素中空间特征部分的数据，也称几何数据，即描述地理现象或地理实体的空间位置、形状、大小等的数据。 6. 关系数据：是描述空间数据之间关系的数据。

7. 属性数据：是描述空间实体属性特征的数据，也称非几何数据，即描述地理现象或地理实体的定性或定量指标。

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