地圖制圖的基本分類

夏　江　郭中社

[摘要]首先介紹幾類重要的現代地圖產品,然后在對制圖實踐進行總結的基礎上,將地圖制圖的實際工作做較系統地劃分,同時總結各類型制圖工作的特點、流程及主要技術方法。

[關鍵詞]地圖制圖 分類

中圖分類號:K99文獻標識碼:A文章編號:1671-7597(2009)0810070-02

一、引言

地圖制圖古已有之,據考證,早在4500年前它就做為一門技能出現了,但真正上升為理論和科學,則應當不早于公元一世紀至三世紀,以古希臘的托勒密與我國的裴秀為著名。隨著近現代天文學、地球科學和數學等的新發現及國際大地測量與地球物理學聯合會(IUGG,International Union of Geodesy and Geophysics)的成立,特別是上世紀中葉以后計算機技術的出現和迅速發展,地圖制圖學的理論、技術、規范、手段、應用等都進入鼎盛時期。自二十世紀九十年代開始,我國地圖制圖行業開始摒棄傳統的圖紙制圖工藝,“光”與“電”逐漸取代“筆”與“墨”,經過二十年的發展,取得了長足的進步。本文首先介紹幾類重要的地圖產品,并試圖從制圖實踐出發,對當前基層制圖單位的主要作業方式做一分類,借此與同行交流。

二、重要現代地圖產品簡介

隨著計算機技術應用的日益廣泛,地圖用途和用戶逐漸多元化,制圖生產的類型正是適應這種變化而分化、定型的。因而介紹制圖分類之前,不能不談到地圖家族中的重要的現代成員:“4D”地圖。

“4D”地圖是數字高程模型(DEM)、數字正射影像(DOM)、數字柵格地圖(DRG)和數字線劃地圖(DLG)的總稱,它是現代地圖制圖技術和理論下的重要數字地圖產品。

DEM:數字高程模型(Digital Elevation Model),是在一定投影平面上規則格網點平面坐標及其高程的數據集,它是用一組有序數值陣列形式表示地面高程的一種實體地面模型。建立DEM的方法有多種:用GPS、全站儀等儀器設備進行野外測量獲取、根據遙感影像利用攝影測量的途徑獲取、從現有地形圖上采集數據通過內插生成等。

DOM:數字正射影像圖(Digital Orthophoto Map),是對遙感影像進行數字微分糾正和鑲嵌,按一定圖幅范圍裁剪生成的正射影像數字集。它是同時具有地圖幾何精度和影像特征的圖像。

DLG:數字線劃地圖(Digital Line Graphic),是以矢量數據格式形成的數字地圖。這種地圖可以很方便地進行編輯,占用的數據空間非常小,而且能進行地圖對象的分層或疊加分析,可以根據矢量對象查詢屬性或根據屬性查詢矢量對象,數據易于修改、更新,易于創建自定義屬性和繪制專題地圖。

DRG:數字柵格地圖(Digital Raster Graphic),是紙質地形圖的數字化產品。每幅圖紙經掃描、糾正、圖幅處理及數據壓縮處理后,形成在內容、幾何精度和色彩上與地形圖保持一致的柵格文件,以便進行屏幕顯示或歸檔。

三、地圖制圖工作的基本分類及特點

相應地,現代地圖制圖可以粗略地分為五種類型,下面就其產品類型、工作特點、制圖流程及注意事項分別簡述之。

(一)出版地圖制圖

本類制圖工作的目的是輸出圖形,主要是作為傳統圖紙制圖的替代,為各種地形圖、專題圖及圖集生產滿足印刷要求、可以批量復制的計算機圖形和制版菲林。此項工作的成果,主要形式是數字線劃地圖(DLG)。

該類工作特點是:圖形線劃精美、圖面用色合理、可讀性強,地圖內容只考慮外觀(包括相對位置和符號配置)、無坐標系定義和數據屬性要求、點線面數據之間無拓撲關系要求。其基本工作流程為:

確定制圖范圍、地圖內容和比例尺

↓

確定點線面符號系統

↓

基本制圖資料的掃描、糾正、拼接、縮放

↓

圖形制作、檢查、修改

↓

確認印刷用色并添加印刷要素

↓

輸出菲林

圖1出版地圖工作流程

進行此類工作常用的軟件有MapGis、Adobe Illustrator、CorelDRAW

等。由于需要將圖形數據送至激光照排機,所以對文件格式有一定要求,即必須與激光照排機兼容,并注意選擇能保證“所見即所得”效果的格式。同時,制圖的最終目的是大批量的復制成果,一個小小的失誤可能會造成成千上萬的損失,因而必須格外小心謹慎。

(二)顯示地圖制圖

本類制圖工作的目的是生產可供屏幕顯示的電子地圖,主要用戶群有兩類,一類是少量有電腦閱讀條件或有特殊需要的用戶(如發布網上地圖),另一類是傳統圖紙地圖資料的電子化存檔。

該類工作的特點是,一方面成果類型比較雜亂(可能會包括上述四類電子地圖),另一方面,由于必須能被普通用戶和一般電腦系統做為屏幕顯示打開,所以成果文件格式又相對單一,圖內用色一般會追求強烈的對比度。與印刷地圖制圖相同,其內容要素只須考慮外觀、無坐標系定義和屬性數據要求、空間上亦無拓撲關系要求。本類工作的基本流程如下:

前期數據準備

↓

地圖編輯處理

↓

圖形柵格輸出

↓

柵格成果的糾正和拼接

↓

圖像文件壓縮

↓

提交

圖2顯示地圖工作流程

當制圖目的是將紙質地圖進行電子歸檔時,其工作流程有所不同:

制訂文檔命名規則和存放目錄結構

↓

圖紙地圖的掃描柵格化

↓

幾何糾正

↓

內容更新

↓

色彩校正

↓

數據壓縮處理

↓

歸檔

圖3紙質地圖電子歸檔工作流程

(三)打印地圖制圖

此類工作介于上二類之間,一般不要求屏幕顯示而是需要復制,但復制份數較少。由于其最終成果不是印刷菲林而是噴繪圖件,只要制圖軟件本身具備打印輸出功能,不必考慮文件格式的問題。該類制圖內容一般是專業性較強或保密要求較高的專題地圖,基于特殊的用途會有特殊的制圖要求,如地圖內容、符號系統等,正是此類工作的特點。

小結:上述三種類型可以歸為一大類,統稱為“計算機輔助地圖制圖”,它們主要關注的是“形”,共同特點是利用計算機對地圖圖形進行各種編輯操作,取得的最終成果是圖紙上的或屏幕上的平面(二維)圖形,以DLG、DRG為多,特殊用途時也會有DEM,DOM的生產需要特殊設備和工藝,一般的純制圖單位不具備,但會將它作為基本資料生產其他種類的地圖。

(四)地理數據庫

地理數據庫是電子地圖與數據庫技術相結合形成的,它既是包含海量信息的n維地圖產品,又是具有地理位置意義的、可視化的數據庫產品,因而兼具兩類優點,是地理信息系統(GIS)和管理信息系統(MIS)的基礎,在眾多現代管理領域發揮著巨大作用。與第一大類制圖任務相反,它主要關注圖形的拓撲關系和屬性信息,地圖數據必定置于一定的投影和坐標系統下,成果是可以在一定平臺上完成查詢、修改、擴充、輸出等功能、相互關聯的一系列計算機文件。當前正在進行的第二次全國土地利用調查所建立的農村土地利用數據庫和城鎮地籍數據庫就屬這一類型。下面是本類制圖工作的一般流程:

圖形數據準備

↓

圖形編輯、糾正、投影變換、接邊

↓

建立拓撲關系

↓

屬性錄入

↓

圖形與數據庫掛接

↓

數據入庫

↓

數據庫檢驗與維護

圖4土地利用數據庫工作流程

目前國內外軟件均有建立地理數據庫的支持平臺,選用時應以相應技術要求為準,如果是土地利用數據庫,則必須能夠輸出國家標準地球空間數據交換格式(vct)。

(五)導航地圖制圖

導航地圖是在全球衛星定位系統(GPS)技術逐漸成熟和民用化的基礎上發展起來的新興地圖種類,它不同于以上任何一種地圖,亦有別于地理信息系統。導航地圖具有如下一些特點:

1.內容的專注性。導航地圖的內容非常單一,以公路導航為例,它只關注與公路交通相關的兩項主要內容,一為道路及其附屬信息,二為興趣點(Point of Interest,或稱服務點),其他傳統地圖要素或者只做為顯示背景存在(如街區、土質、植被等),或者干脆不予顯示(如地貌)。其他交通手段下的導航地圖亦各取所需,大同小異。

2.采集的特殊性。與內容的專注性相應,其地圖數據的采集手段與傳統測繪不同,目前國內通用的做法是:原則上將道路的采集與興趣點的采集分開,運用公路交通工具(如汽車)配合搭載的GPS設備采集道路信息及稀疏地區(如農村)的興趣點信息;對興趣點密集區,由人工手持掌上電腦徒步采集。

3.使用的實時性。導航地圖的最終用戶必然持有GPS設備,地圖當前的顯示區域就是使用者所處的位置,并隨使用者的移動“移步換景”。

4.數據的現勢性。導航地圖所表達的主要內容是變化最為頻繁的社會現象,而其中每一個微小的變化都可能直接導致用戶使用的失敗,因而導航地圖對數據現勢性的要求要強于其他任何種類的地圖。

5.表達的粗放性。導航地圖內容的表達方式也完全不同于傳統地圖,就詳細程度而言,其不關注的要素可以完全不上圖,其所關注的要素卻要不受比例尺和制圖綜合原則的影響,毫無遺漏地表達,然而,這些充分表達的要素,其地理位置的精確度又被相對忽略,一般位置誤差可達十米級甚至更大,這一方面是受數據采集和使用時設備的精度影響,另一方面也是導航地圖的用途和使用方式使然。

另外,由于導航地圖要進入公共領域,因而其數學基礎均做了理論上不可逆的變換處理,且有些敏感內容被強制隱去了。

導航電子地圖的工作流程如下:

外業采集

↓

采集數據的提取處理

↓

點線要素的內業描述

線要素建立拓撲關系、點要素調整補充

↓

數據整理

↓

提交或發布

圖5導航電子地圖工作流程

從整體上講,導航地圖在國內仍處于起步階段,相應的理論和國標都處于初創時期,導航數據標準以企業標準為多,數據生產軟件以ArcGis、MapInfo為主。

小結:上述兩種類型可以歸為一大類,統稱為“地理信息系統制圖”(這里的地理信息系統不完全等同于通常所說的GIS,而是較后者為廣),它們主要關注的是“數”,此類制圖工作同樣是基于對圖形的編輯(因而仍然不失為“地圖”),但又不僅限于二維圖形,還包括多維數據,如高程信息和各種自定義的屬性特征,取得的最終成果是各類數據庫及形而上的操作系統。

四、結語

地圖制圖工作紛繁雜亂,以上以一己之見試圖加以厘清,但限于作者水平和所站高度,實有管窺錐指、掛一漏萬之虞。然而,地圖制圖工作的分門別類,對研究現代制圖的規律、規則和發展方向至關重要,愿本文對業內同仁及專家學者有所裨益。

參考文獻:

[1]胡鵬、黃杏元、華一新編著,《地理信息系統教程》,武漢大學出版社,2004年.

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[4]齊清文、梁雅娟、何晶、姜莉莉,《數字地圖的理論、方法和技術體系探討》,測繪科學,2005年06期.

作者簡介:

夏江,女,53歲,工程師,河北省地礦局測繪院制圖分院副院長、技術負責,從事測繪工作34年;郭中社,男,46歲,工程師河北省地礦局測繪院制圖分院院長。