地图制图的基本分类

夏　江　郭中社

[摘要]首先介绍几类重要的现代地图产品,然后在对制图实践进行总结的基础上,将地图制图的实际工作做较系统地划分,同时总结各类型制图工作的特点、流程及主要技术方法。

[关键词]地图制图 分类

中图分类号:K99文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)0810070-02

一、引言

地图制图古已有之,据考证,早在4500年前它就做为一门技能出现了,但真正上升为理论和科学,则应当不早于公元一世纪至三世纪,以古希腊的托勒密与我国的裴秀为著名。随着近现代天文学、地球科学和数学等的新发现及国际大地测量与地球物理学联合会(IUGG,International Union of Geodesy and Geophysics)的成立,特别是上世纪中叶以后计算机技术的出现和迅速发展,地图制图学的理论、技术、规范、手段、应用等都进入鼎盛时期。自二十世纪九十年代开始,我国地图制图行业开始摒弃传统的图纸制图工艺,“光”与“电”逐渐取代“笔”与“墨”,经过二十年的发展,取得了长足的进步。本文首先介绍几类重要的地图产品,并试图从制图实践出发,对当前基层制图单位的主要作业方式做一分类,借此与同行交流。

二、重要现代地图产品简介

随着计算机技术应用的日益广泛,地图用途和用户逐渐多元化,制图生产的类型正是适应这种变化而分化、定型的。因而介绍制图分类之前,不能不谈到地图家族中的重要的现代成员:“4D”地图。

“4D”地图是数字高程模型(DEM)、数字正射影像(DOM)、数字栅格地图(DRG)和数字线划地图(DLG)的总称,它是现代地图制图技术和理论下的重要数字地图产品。

DEM:数字高程模型(Digital Elevation Model),是在一定投影平面上规则格网点平面坐标及其高程的数据集,它是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型。建立DEM的方法有多种:用GPS、全站仪等仪器设备进行野外测量获取、根据遥感影像利用摄影测量的途径获取、从现有地形图上采集数据通过内插生成等。

DOM:数字正射影像图(Digital Orthophoto Map),是对遥感影像进行数字微分纠正和镶嵌,按一定图幅范围裁剪生成的正射影像数字集。它是同时具有地图几何精度和影像特征的图像。

DLG:数字线划地图(Digital Line Graphic),是以矢量数据格式形成的数字地图。这种地图可以很方便地进行编辑,占用的数据空间非常小,而且能进行地图对象的分层或叠加分析,可以根据矢量对象查询属性或根据属性查询矢量对象,数据易于修改、更新,易于创建自定义属性和绘制专题地图。

DRG:数字栅格地图(Digital Raster Graphic),是纸质地形图的数字化产品。每幅图纸经扫描、纠正、图幅处理及数据压缩处理后,形成在内容、几何精度和色彩上与地形图保持一致的栅格文件,以便进行屏幕显示或归档。

三、地图制图工作的基本分类及特点

相应地,现代地图制图可以粗略地分为五种类型,下面就其产品类型、工作特点、制图流程及注意事项分别简述之。

(一)出版地图制图

本类制图工作的目的是输出图形,主要是作为传统图纸制图的替代,为各种地形图、专题图及图集生产满足印刷要求、可以批量复制的计算机图形和制版菲林。此项工作的成果,主要形式是数字线划地图(DLG)。

该类工作特点是:图形线划精美、图面用色合理、可读性强,地图内容只考虑外观(包括相对位置和符号配置)、无坐标系定义和数据属性要求、点线面数据之间无拓扑关系要求。其基本工作流程为:

确定制图范围、地图内容和比例尺

↓

确定点线面符号系统

↓

基本制图资料的扫描、纠正、拼接、缩放

↓

图形制作、检查、修改

↓

确认印刷用色并添加印刷要素

↓

输出菲林

图1出版地图工作流程

进行此类工作常用的软件有MapGis、Adobe Illustrator、CorelDRAW

等。由于需要将图形数据送至激光照排机,所以对文件格式有一定要求,即必须与激光照排机兼容,并注意选择能保证“所见即所得”效果的格式。同时,制图的最终目的是大批量的复制成果,一个小小的失误可能会造成成千上万的损失,因而必须格外小心谨慎。

(二)显示地图制图

本类制图工作的目的是生产可供屏幕显示的电子地图,主要用户群有两类,一类是少量有电脑阅读条件或有特殊需要的用户(如发布网上地图),另一类是传统图纸地图资料的电子化存档。

该类工作的特点是,一方面成果类型比较杂乱(可能会包括上述四类电子地图),另一方面,由于必须能被普通用户和一般电脑系统做为屏幕显示打开,所以成果文件格式又相对单一,图内用色一般会追求强烈的对比度。与印刷地图制图相同,其内容要素只须考虑外观、无坐标系定义和属性数据要求、空间上亦无拓扑关系要求。本类工作的基本流程如下:

前期数据准备

↓

地图编辑处理

↓

图形栅格输出

↓

栅格成果的纠正和拼接

↓

图像文件压缩

↓

提交

图2显示地图工作流程

当制图目的是将纸质地图进行电子归档时,其工作流程有所不同:

制订文档命名规则和存放目录结构

↓

图纸地图的扫描栅格化

↓

几何纠正

↓

内容更新

↓

色彩校正

↓

数据压缩处理

↓

归档

图3纸质地图电子归档工作流程

(三)打印地图制图

此类工作介于上二类之间,一般不要求屏幕显示而是需要复制,但复制份数较少。由于其最终成果不是印刷菲林而是喷绘图件,只要制图软件本身具备打印输出功能,不必考虑文件格式的问题。该类制图内容一般是专业性较强或保密要求较高的专题地图,基于特殊的用途会有特殊的制图要求,如地图内容、符号系统等,正是此类工作的特点。

小结:上述三种类型可以归为一大类,统称为“计算机辅助地图制图”,它们主要关注的是“形”,共同特点是利用计算机对地图图形进行各种编辑操作,取得的最终成果是图纸上的或屏幕上的平面(二维)图形,以DLG、DRG为多,特殊用途时也会有DEM,DOM的生产需要特殊设备和工艺,一般的纯制图单位不具备,但会将它作为基本资料生产其他种类的地图。

(四)地理数据库

地理数据库是电子地图与数据库技术相结合形成的,它既是包含海量信息的n维地图产品,又是具有地理位置意义的、可视化的数据库产品,因而兼具两类优点,是地理信息系统(GIS)和管理信息系统(MIS)的基础,在众多现代管理领域发挥着巨大作用。与第一大类制图任务相反,它主要关注图形的拓扑关系和属性信息,地图数据必定置于一定的投影和坐标系统下,成果是可以在一定平台上完成查询、修改、扩充、输出等功能、相互关联的一系列计算机文件。当前正在进行的第二次全国土地利用调查所建立的农村土地利用数据库和城镇地籍数据库就属这一类型。下面是本类制图工作的一般流程:

图形数据准备

↓

图形编辑、纠正、投影变换、接边

↓

建立拓扑关系

↓

属性录入

↓

图形与数据库挂接

↓

数据入库

↓

数据库检验与维护

图4土地利用数据库工作流程

目前国内外软件均有建立地理数据库的支持平台,选用时应以相应技术要求为准,如果是土地利用数据库,则必须能够输出国家标准地球空间数据交换格式(vct)。

(五)导航地图制图

导航地图是在全球卫星定位系统(GPS)技术逐渐成熟和民用化的基础上发展起来的新兴地图种类,它不同于以上任何一种地图,亦有别于地理信息系统。导航地图具有如下一些特点:

1.内容的专注性。导航地图的内容非常单一,以公路导航为例,它只关注与公路交通相关的两项主要内容,一为道路及其附属信息,二为兴趣点(Point of Interest,或称服务点),其他传统地图要素或者只做为显示背景存在(如街区、土质、植被等),或者干脆不予显示(如地貌)。其他交通手段下的导航地图亦各取所需,大同小异。

2.采集的特殊性。与内容的专注性相应,其地图数据的采集手段与传统测绘不同,目前国内通用的做法是:原则上将道路的采集与兴趣点的采集分开,运用公路交通工具(如汽车)配合搭载的GPS设备采集道路信息及稀疏地区(如农村)的兴趣点信息;对兴趣点密集区,由人工手持掌上电脑徒步采集。

3.使用的实时性。导航地图的最终用户必然持有GPS设备,地图当前的显示区域就是使用者所处的位置,并随使用者的移动“移步换景”。

4.数据的现势性。导航地图所表达的主要内容是变化最为频繁的社会现象,而其中每一个微小的变化都可能直接导致用户使用的失败,因而导航地图对数据现势性的要求要强于其他任何种类的地图。

5.表达的粗放性。导航地图内容的表达方式也完全不同于传统地图,就详细程度而言,其不关注的要素可以完全不上图,其所关注的要素却要不受比例尺和制图综合原则的影响,毫无遗漏地表达,然而,这些充分表达的要素,其地理位置的精确度又被相对忽略,一般位置误差可达十米级甚至更大,这一方面是受数据采集和使用时设备的精度影响,另一方面也是导航地图的用途和使用方式使然。

另外,由于导航地图要进入公共领域,因而其数学基础均做了理论上不可逆的变换处理,且有些敏感内容被强制隐去了。

导航电子地图的工作流程如下:

外业采集

↓

采集数据的提取处理

↓

点线要素的内业描述

线要素建立拓扑关系、点要素调整补充

↓

数据整理

↓

提交或发布

图5导航电子地图工作流程

从整体上讲,导航地图在国内仍处于起步阶段,相应的理论和国标都处于初创时期,导航数据标准以企业标准为多,数据生产软件以ArcGis、MapInfo为主。

小结:上述两种类型可以归为一大类,统称为“地理信息系统制图”(这里的地理信息系统不完全等同于通常所说的GIS,而是较后者为广),它们主要关注的是“数”,此类制图工作同样是基于对图形的编辑(因而仍然不失为“地图”),但又不仅限于二维图形,还包括多维数据,如高程信息和各种自定义的属性特征,取得的最终成果是各类数据库及形而上的操作系统。

四、结语

地图制图工作纷繁杂乱,以上以一己之见试图加以厘清,但限于作者水平和所站高度,实有管窥锥指、挂一漏万之虞。然而,地图制图工作的分门别类,对研究现代制图的规律、规则和发展方向至关重要,愿本文对业内同仁及专家学者有所裨益。

参考文献:

[1]胡鹏、黄杏元、华一新编著,《地理信息系统教程》,武汉大学出版社,2004年.

[2]樊彦国、孙秀玲,《地图可视化的技术和分类》,《测绘科学》,2007年第04期.

[3]莫瑞开、刘静、金玉平,《数字地图制图技术的发展》,测绘与空间地理信息,2005年06期.

[4]齐清文、梁雅娟、何晶、姜莉莉,《数字地图的理论、方法和技术体系探讨》,测绘科学,2005年06期.

作者简介:

夏江,女,53岁,工程师,河北省地矿局测绘院制图分院副院长、技术负责,从事测绘工作34年;郭中社,男,46岁,工程师河北省地矿局测绘院制图分院院长。