電子地圖技術及其進展分析

摘要：本文詳細分析了電子地圖學當前采用的數據結構和數據模型，主要有圖層分層結構，圖幅分幅結構，地圖集分層結構，要素-圖層-地圖結構等。然后，在查閱大量文獻和書籍的基礎上，對學者們的研究進行綜合分析，最后對電子地圖學出現的問題及今后的研究發展方向進行了進一步的探討。

關鍵詞：電子地圖；數據組織方法；地圖表達；地圖認知

1 引言

電子地圖是一種以可視化數字地圖為背景，用文本、圖片、圖表、聲音、動畫、視頻等多媒體為表現手段，以硬件設備為處理平臺，來展示城市、企業、旅游景點等區域綜合面貌的現代信息產品，是數字化技術與古老地圖學相結合而產生的一種新的地圖品種[1]。

電子地圖以二維、三維甚至四維的表現形式對現實世界進行空間抽象，為人類提供一種空間信息服務；它又可以集成多種媒體手段來展示現實世界。所以電子地圖的信息服務是立體的、綜合的，同時電子地圖的信息服務還具有智能性。

2 數據結構與數據模型

電子地圖的基礎是數字地圖，電子地圖要表達的信息比單純的紙質地圖要大的多；因此，如何合理地組織起數據成為至關重要的問題，也是影響電子地圖效率及發展的關鍵。在電子地圖的發展歷史上，出現了多種數據結構和數據模型。其中一部分是從計算機學科借鑒過來的，而針對地圖學本身發展來的，一般采用分層的數據結構，如圖層分層結構，圖幅分幅結構，地圖集分層結構，要素-圖層-地圖結構等等[2]。

2.1 圖層結構

圖層結構是最傳統的地圖組織方式，一般的GIS系統的空間數據組織結構采取按圖層組織的方法，即把同一種或幾種地圖要素的信息放到同一個圖層，每一個圖層存為一個獨立的文件(如圖1)，在這種文件中可以進行圖層疊加和視口顯示操作。

2.2比例尺層-圖幅

比例尺層-圖幅結構主要應用于導航領域。目前國際上主流導航地圖數據的空間組織結構，例如NAVTECH、KIWI等標準，是針對車載GPS導航設備設計的。其特點是將主地圖數據依比例尺組織成“比例尺層-圖幅”結構。一個主地圖稱作圖集，在1：500至1：4000萬比例尺的范圍內將圖集分成若干比例尺層，也稱存儲層，所有存儲層覆蓋同一地理區域。每個存儲層的信息量是不一樣的。存儲層內依一定規則劃分成等距或不等距的矩形區域，稱為圖幅。也可以在存儲層內按“塊-基準圖幅-圖幅”的多級結構進一步劃分圖幅。

這種空間數據組織的優點是充分考慮了車載設備對大容量地圖數據的操作能力，能緩解強勢數據與弱勢資源之間的矛盾。但由于它把各種地圖資料集合到一個主地圖上，不利于后續數據的增加和現有數據的局部更新。這種單圖集空間組織方式不適應我國車載導航數據生產的現狀。

2.3圖層-地圖-圖集層次結構

電子地圖系統的數據結構一般采用層次結構，其層次結構通常可以分為要素-圖層-地圖，見圖2所示。在面向對象的數據模型出現后，矢量電子地圖系統的底層一般采用面向對象的數據模型，電子地圖系統的數據層次一般為圖層-地圖。

圖層-地圖結構是一種有效電子地圖數據組織管理方法，缺點是沒有考慮到電子地圖集的數據組織管理。

3 存在問題及建議

由于計算機技術、可視化技術、互聯網技術等等的發展，使得電子地圖的制作越來越方便、越來越生動，也越來越具有表現力。但是我們也應該看到，電子地圖的設計原理和方法還遠遠沒有解決，對于它的表示內容、信息載負量、用戶界面、數據結構、數據組織、多媒體表達方式等方面，還沒有統一的格式、標準和規范，呈現雜亂無章的局面，這是地圖工作者在新時期應該深入研究和探討的問題。

3.1 存在的問題

我國電子地圖的發展和研究雖然有近十年的歷史，但是還存在很多問題有待進一步探索研究. 綜合學者們的研究成果，主要體現在以下幾點[3-5]:

人才問題：科學技術的競爭歸根結底是人才的競爭，硬件設備只要有足夠的資金很容易配備，但人才問題不是一朝一夕所能解決的，應加強對專業人才的培養。

缺乏統一的標準（電子地圖數據格式及標準化問題）：電子地圖數據來源途徑有多種，數據之間只有進行高效穩妥的轉換，才能實現數據資源的共享。目前有許多部門和公司都在生產電子地圖，但他們各自為政、自立標準，造成大量的地理數據重復數字化和不規范，而且在數據維護與更新上存在著一系列隱患，因此有必要建立統一 的電子地圖數據記錄格式，電子地圖產品也要進行規范化和標準化。

中國電子地圖產業化問題：電子地圖發展至今，國內也出現了眾多的電子地圖生產商，可以預測，電子地圖產業將成為未來的GIS產業化中的重要組成部分。然而，總體上來講國內的電子地圖的產業化水平還不高。

3.2 今后研究方向及建議

面對出現的若干問題，及實踐中出現的新的要求，未來地圖學及電子地圖學研究應著重在以下方面開展研究[6-8]。

開展現代地圖學理論研究：當前要結合地圖制圖實踐中提出的課題，大力加強地圖空間認知理論和地圖可視化理論的研究等。

開展網絡電子地圖研究：地理信息在全球范圍內的共享，及移動條件下空間定位服務等，使地圖學進入了Web-Cartography時期。為了滿足互聯網用戶多種多樣的地圖服務要求，為適應異地異構分布式網絡環境，應該在地圖信息結構體系、信息獲取、信息傳輸和處理技術、安全保護、應用策略上開展深入的研究。

電子地圖的數據模型和設計研究：電子地圖系統的多維性、集成性、交互性、動態性以及自組織、自調整和自導航的一系列的特征，對電子地圖數據結構、模型、組織和管理提出了更高的要求。面對海量的空間數據實體，為實現實時快速的數據檢索，必須對空間數據進行結構化處理。

自動地圖綜合：地圖綜合是地圖三個基本特性之一。當從較大比例尺地圖或地圖數據庫派生出較小比例尺地圖或數據庫時，受圖面信息載負量限制和地圖/數據庫用途的影響，必須進行地圖內容的選取和概括。地圖綜合是多比例尺GIS中的重要研究內容，也一直是國內外研究的熱點和難點問題。

地理信息的多維可視化和虛擬現實：地理信息的多維可視化是指采用2.5維、3維、4維等地圖表現形式來反映地理客體的多維特征。虛擬現實是現代地圖學的一個新生長點，是現代地圖學的一個新發展方向。它使地圖進入了在動態、時空變換、多維的可交互的地圖條件下，探索通過多感覺通道，模擬人的地理空間認識方式以及各種地理空間分析的階段。

4結語

電子地圖使地圖真正超越了時間和空間的界限，它正隨著計算機、網絡、GIS、GPS等技術的發展而不斷的成長，電子地圖將成為未來地圖發展的主流。

參考文獻

[1] 武雪玲，任福.新技術條件下電子地圖的現狀及發展趨勢分析[J].測繪與空間地理信息， 2004，27(6):75-78.

[2] 喬麗娟，陳實，李志宏.數字化成圖數據組織及處理基本方法的探討[J].東北測繪，2000， 23(4):13-14，24.

[3] 王杰.電子地圖技術及其最新發展[J].2003，20(增):191-194.

[4] 黃鳳仙，胡寶清，鐘業勛.新技術下電子地圖的應用及發展[J].廣西師范學院學報(自然科學版)，2006，23(增):189-192.

[5] 艾倫.中國導航電子地圖產業[J].電子與電腦，2007，6:29-33.

[6] 劉岳.我國電子地圖研制的實踐及其發展方向[J].地球信息科學，2005，7(2):17-22.

[7] 劉岳.現代地圖學發展的主要特征和今后方向[J].中國測繪，2002，1:39-42.

[8] 陳金美，王慧麟，安如.現代地圖學主要理論與方法探析[J].現代測繪，2006，29(1):10-13.