計算機輔助地圖製圖

計算機輔助地圖製圖

指運用電子計算機的處理分析功能製作地圖。根據地圖製圖原理,利用電子計算機和圖形輸入、輸出等設備,通過套用資料庫技術和圖形的數字處理方法,實現地圖信息的量化、編輯、傳輸、處理,最後以自動或人機結合的方式輸出地圖。簡稱機助製圖,亦稱數字製圖或自動化製圖

基本介紹

  • 中文名:計算機輔助地圖製圖
  • 外文名CAC; Computer Assisted Cartography;
  • 定義:運用電計算機處理製作地圖
  • 簡稱:機助製圖
  • 別稱:數字製圖或自動化製圖
基本信息,方法,組成部分,歷史發展,工藝過程,展望,

基本信息

計算機輔助地圖製圖是以計算機為主要手段輔助編制地圖的過程和方法。從20世紀 60年代末開始發展,經過設備研製、軟體開發、建立機助製圖系統以及推廣套用,逐步成為地圖學主要發展方向和建立地理信息系統的重要技術手段。
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方法

①實現地圖數位化,即數字形式的轉換輸入和存儲。地圖數據有矢量方法和柵格方式 兩種結構。矢量數據通過跟蹤數位化儀將圖形轉換為X,Y坐標信息,而柵格數據是使用掃描數位化儀將地圖要素變換為矩陣形式排列的象元數據;
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②建立地圖資料庫,實現地圖數據的操作、檢索、更新、維護等功能。地圖資料庫不僅是地圖數據的集合,而且能有效地進行地圖數據的組織管理和共享,是地圖信息處理的前提;
③地圖信息處理。包括地圖投影變換、地圖數據綜合、地圖數據的符號化表示等;
④將數字形式回復為圖形。圖形輸出使用不同類型的繪圖設備可獲取彩色線劃和著色的各種地圖或複製於膠片上,用於地圖制印。機助製圖改變了傳統的地圖編制工藝技術,使地圖以數字信息新形式出現,提高了地圖套用價值,擴展了地圖功能,加快了地圖編制過程。所建立的地理空間信息系統,可廣泛用於各種區域環境分析研究和管理。計算機製圖設備(硬體)更加完善,出現了功能完善的各種製圖軟體系統,地圖數據的組織管理已從檔案系統向資料庫系統過渡。因人工智慧在計算機製圖方面研究的進展,現已著手建立以知識庫為基礎地圖專家系統。

組成部分

包括硬體系統軟體系統兩大部分。
硬體系統為機助製圖裝置的總稱,一般由電子計算機和各種輸入、輸出設備構成(見圖)。
計算機輔助地圖製圖
電子計算機是系統的關鍵設備,用以控制整個製圖過程,完成各種複雜的運算和數據處理;輸入設備主要有圖形數位化儀,其功能是將圖形或圖像轉換為數字。較常用的是手扶跟蹤數位化儀。輸出設備主要有各類自動繪圖機、圖形顯示設備和縮微膠片記錄儀等。
軟體系統為機助製圖程式和數據檔案的總稱。由於地圖內容和製作過程複雜,軟體的類型和功能也多種多樣,常按數據類型、設備類別、製圖目的和套用功能進行分類,分為矢量製圖軟體和柵格製圖軟體;行式印表機製圖軟體、繪圖機軟體和螢幕顯示軟體,地形圖製圖軟體、專題地圖製圖軟體和曬圖製圖軟體;以及基本軟體、功能軟體和套用軟體等等。根據開發的機助製圖軟體,製圖程式分為:①數據採集、編輯和管理;②基本繪圖操作;③繪製地圖的點、線和面狀符號;④插值和繪製等值線;⑤三維圖形表示;⑥建立地圖數學基礎和地圖投影轉換;⑦圖表和統計地圖的顯示;⑧螢幕顯示系統;⑨距離和面積的量算;⑩其他分析和處理程式。由於程式的功能主要取決於製圖算法和數據結構的有效性,因此算法和數據結構的研究也是機助製圖軟體的重要組成部分。

歷史發展

20世紀50年代,計算機控制的行式印表機開始輸出地圖圖形。1964年,研製成英國牛津自動製圖系統。1967年,美國H.T.費希爾領導的實驗室研製出組合統計製圖軟體包。1970年,美國人口統計局設計出具有拓撲編輯功能的雙重獨立地圖編輯技術(DIME),奠定了機助製圖數據結構的拓撲學基礎。在中國,1972年,由中國科學院地理研究所主持開始製圖自動化系統的研製,至80年代,各種類型的資料庫和地理信息系統相繼建立,在為普通地圖的計算機輔助生產準備和積累數據的同時,專題地圖的計算機製圖得到了廣泛的套用。

工藝過程

機助製圖的基本工藝過程包括輸入、處理和輸出3個主要環節。
①數據輸入。指圖形的數量化和輸入系統的全過程。用於編圖的資料有地透、像片和統計數據等。對於圖形和影像通過數位化,變為機器的可讀數字。數位化方法有很多種,最普遍的是以在線上方式的手扶跟蹤數位化方法。這種方法的速度較慢,但實用、可靠、容易處理。掃描數位化方法,是將像片或地圖圖形分解為一系列由0和1組成的圖形元素,或按不同灰度值構成的二維矩陣像元組,速度快,但所含數據量相當大,計算機處理也複雜得多,它是數位化技術的發展方向。
②信息處理。指在數據輸入和圖形輸出這兩個階段之間,計算機對數據進行的各種加工。包括數據的編輯加工,數據檢索和更新,以及圖形的變換、簡化和處理。如比例尺和投影的變換,數據壓縮和內容分類,專門要素的符號化等,以獲取符合編圖要求的製圖檔案,並將製圖檔案進一步加工為繪圖機可以識別的繪圖檔案。所有這些工作都是編圖人員通過調用系統程式、製圖庫程式和用戶應用程式來實現的。處理方式有在線上、脫機或混合方式三種,一般使用圖形在線上編輯處理方式較為理想。
③圖形輸出。指計算機執行繪圖檔案,驅動繪圖機輸出圖形。根據數據的不同來源、不同圖形特點和對繪圖質量的不同要求,可以採用矢量繪圖機、光柵繪圖機、陰極射線管顯示或計算機輸出縮微膠片等。由於地圖常常需要複製,一般採用帶有光學繪圖頭的平台式矢量繪圖機。

展望

長期以來,地圖靠手工方法製作,人工耗費多,生產周期長,資料更新慢,影響地圖的使用價值。機助製圖的誕生,引起地圖生產方式和地圖面貌的變化,也改變了地圖使用的實質。通過建立以知識庫為基礎的地圖專家系統,將推進地圖設計和地圖套用的發展。從人機結合到人工智慧,從資料庫設計到模型庫技術,從產品開發到系統設計,從信息管理到決策分析,將代表機助製圖今後發展的新領域。

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