電子地圖制作方法與技術研究

【摘要】本文主要從電子地圖的特點、應用前景、電子地圖設計與制作、未來發展前景四個方面，總結前人對電子地圖的制作方法和技術的研究，比較不同方式制圖的優缺點。

【關鍵詞】電子地圖；地圖設計

地圖是對地球表面各種形體及其相關屬性的一種描述，是存儲空間信息的載體，并把信息存儲起來重復利用。電子地圖的出現和發展，擴大了地圖的應用領域，促進了國民經濟和國防建設的發展。

1.電子地圖的特點

電子地圖：顧名思義，即在屏幕上，數字記錄被符號化了的數字地圖。具有如下幾個特征：

（1）動態特性：與靜態的一成不變的模擬地圖相比，電子地圖首先具有隨需而變的動態特性。

（2）無縫特性：電子地圖的漫游和平移功能，使得地圖范圍可以做到“無邊無際”，達到“橫向”無縫。同時，通過地圖投影的實時變換和空間尺度的無級縮放，可以使同一區域的不同比例尺、不同投影的不同電子地圖實現無縫疊置，實現“縱向”無縫。

（3）多媒體特性：電子地圖不僅能通過地圖符號、文字、圖片來傳遞地理信息，而且還可以配以適當的音頻、視頻，甚至配合外掛數據庫來使用和查詢，從而使得地圖的信息更加豐富、更加全面。

（4）共享特性：數字化使數字地圖比模擬地圖更加容易保存、復制、傳播和共享。

（5）多維特性：電子地圖不僅可以擁有精美的點、線、面、體符號，而且可以用真3維模擬現實的地表情況，以及專題要素隨時間的演過程。

2.電子地圖的設計與制作

電子地圖的設計是建立電子地圖系統和制作電子地圖之前的一項準備和指導性工作。針對不同的專題電子地圖，需要采集不同的數據。

2.1 電子地圖的數據采集與編輯

空間信息數據量大，因此必須采用多種方式來獲取信息，根據不同的用途和功能采集數據，才能保證信息的全面性、實時性和可靠性。

（1）柵格數據的采集

柵格數據是將空間分割成有規則的網格，在各個網格上給出相應的屬性値來表示空間實體的一種數據組織形式。

①掃描獲取：通過對紙質地圖掃描，將地圖掃描成圖像存儲，成為數字柵格（DRG）數據。掃描后得到的柵格數據文件格式比較多。常見的有TIF，PIX，GIF，JPG及BMP等。

②遙感圖像解譯：可以直接通過對遙感圖像的分類解譯，得到相應的分類柵格數據。

③數據結構轉換：數據結構轉換是指可以把矢量數據結構的空間數據直接轉換成相應的柵格數據結構的數據。

（2）矢量數據的采集

矢量數據是用歐式空間的點、線、面等幾何元素來表達空間實體的幾何特征的數據。把經過分類和編碼的地理要素的空間位置，轉換為一系列坐標，然后將這些坐標按照確定的數據格式存入到計算機。

①手扶跟蹤數字化：準備要數字化的地圖，可將原圖內容轉繪到不易變形的聚酯薄膜上，檢查原圖內容的完整性，分別標識原圖的圖幅角點、內容的控制點等。將數字化的地圖放置在數字化儀的電磁感應板上固定好。

②屏幕數字化：設置投影方式，選定坐標單位。在圖像上選取3個以上的控制點，并輸入地圖理論坐標，建立圖像坐標體系與地圖理論坐標系的對應關系。

③數據格式轉換：從現有紙質地圖中獲取矢量繪圖數據，更有效的方法應是通過柵格數據矢量化法來獲取矢量數據。具體地就是通過掃描儀快速獲得高精度的柵格式地圖繪圖數據，然后將柵格數據轉換成矢量數據。隨著技術的進步，此法將是今后獲取矢量繪圖數據的最有效途徑，會逐步取代手扶跟蹤數字化法。

（3）文本數據

文本數據是指表示要素定性或定量特征的數據，如：地物名稱、地貌類型、人口數量。可以在相關部門獲得有關區域的交通、人口、經濟等歷年統計信息。

矢量數據和柵格數據是電子地圖軟件常用的兩種數據。但是他們各有不同的優缺點，矢量數據對于每一個具體的實體都直接附有位置和屬性信息，以及目標之間的拓撲關系說明，柵格數據是面向位置的結構，平面空間上的任意一點都直接聯系到某一個或某一類實體。針對兩者的不同特點，一般應用的原則是：數據采集用矢量結構，有利于保證空間實體的集合精度和拓撲特性的描述；空間分析主要用柵格數據結構，有利于加快系統數據的運行速度和分析應用的進程。

2.2 電子地圖的要素分層

電子地圖是將現實世界抽象為相互聯結不同特征的層面組合，地理實體采用分層組織的方式，具有相同或相近特征的實體往往放置在同一層中。分層太少不利于制作與分類，太多則過于繁雜。可以分為：政區層、道路層、水系層、建筑物層、裝飾層等等。

2.3 地圖符號制作

地圖是地理要素符號化的抽象表達，因此電子地圖的編制主要任務就是設計既符合科學又最具美感的各種地圖符號。

（1）點狀符號

點現象被認為是不具有空間尺度的、或者說它的空間尺寸可以被忽略，因此是0維。例如：測量控制點、氣象觀察測點、商業網點等等。點狀現象在數學上可以用x，y坐標來表示。

（2）線狀符號

線狀符號是一種長度依比例尺表示地圖要素的符號，只有長度沒有寬度，或者寬度可以被忽略，被認為在空間上是1維。通常又分為單線符號、雙線符號及裝飾性線狀符號等。

（3）面狀符號

面狀符號是指輪廓邊線依比例表示地圖上要素的符號，它們既有長度也有寬度，分布要素是2維的，具有一定輪廓邊界和屬性的封閉區域，由一系列首尾相同的x，y坐標來表示。在地圖上表現為有一定范圍輪廓以及顏色或底紋填充，通常又可分為填充型和非填充型兩種。非填充型可按線狀符號來處理；填充型則需按多邊形填充法來處理，即需給出封閉區域的填充點坐標及填充圖案式樣，才能完成此類面狀符號的繪制。

3.電子地圖制作方式

電子地圖按數據結構分為：矢量數字地圖、柵格數字地圖和矢柵混合數字地圖。矢量數字地圖是目前一種主要形式，它便于進行地理對象的計算和分析，便于數據的提取、修改和利用繪圖機畫出傳統的地圖。矢量地圖的精度取決于原始數字化底圖的比例尺。柵格數字地圖是有掃描輸入或輸出的像元矩陣組成的，像元的尺寸就決定了地圖的分辨率。像元越小精度就越高。

目前，比較普遍的電子地圖的制作方式主要有兩種。

（1）將紙質地圖數字化，由作業員用光筆沿著舊圖上的目標逐點采樣，利用Arc/Info等軟件加工成數字地圖，進入基礎地理信息數據庫。

（2）將遙感圖像經過剔除大氣因素的影響、幾何糾正、精糾正、圖象增強處理、主成分變換、非監督分類、監督分類、空間過濾等一系列的預處理，運用PCI軟件和Arc/Info等軟件，在屏幕上通過人機交互的方式制成數字地圖。

4.結論與討論

矢量圖形法符號設計工作比較復雜，數字化工作量大而繁瑣，制作成本高。柵格圖形法成本低、速度快、自動化程度高，可用于制作一些要求不太高的電子地圖。由柵格數據到矢量數據的轉換技術已日臻成熟，使制作矢量式電子地圖的技術躍上一個新臺階。

參考文獻

[1]毛贊猷，朱良，周占鰲，等.新編地圖學教程[M].北京高等教育出版社，2000.

[2]黃杏元，馬勁松.地理信息系統概論[M].北京高等教育出版社，2007.

[3]張曉輝.電子地圖總體設計研究[D].解放軍信息工程大學，2006.

[4]王稼耀，孫群，王光霞，等.地圖學原理與方法[M].北京高等教育出版社，2006.

[5]張薇，江南，白小雙.基礎電子地圖符號設計的研究與實踐[J].測繪科學，2008（51）.

[6]劉光運.電子地圖技術與應用[M].北京測繪出版社，2000.