第十一章 空间数据表现与地图制图 教学目的与要求：了解地理信息系统数据的表现，地图学的基本知识，掌握地图的符号、专题信息表达方法、图幅配置、制图综合、地理信息可视化技术的内容。 教学重点：专题地图内容的表示方法。 教学难点：动态信息表达、虚拟现实技术。

1．概述——地理信息系统数据表现与地图学 1．1构成地图学与地理信息系统的数学法则 1．2地图学和地理信息系统的符号 地图符号是表达地图内容的基本手段，它不仅能表示事物的空间位置、形状、质量和数量特征，而且还可以表示各事物之间的相互联系及区域总体特征。图形符号是由形状、尺寸和颜色三个基本因素所组成，具有系统化的特点；注记是地图符号的一个重要部分，它也有形状、尺寸和颜色的区别。

地图是运用易被人们感受的图形符号表示地面景物的，使用符号具有以下功效： 1）有选择地表示地理环境中的主要事物，因而在较小比例尺的地图上所表现的地面情况，仍能一目了然，重点突出。 2）用平面的图形符号表示地面的起伏状况，也可以说是在二维平面上，能够表达出三维空间状况，而且可以量测其长度、高度和坡度等。 3）除了用符号表示出地面景物的外形，还能表示出景物的看不见的本质特征。 4）用符号可以表示出地面没有外形的许多自然和社会经济现象，如气压、雨量、政区和人口移动等。

1．3地图学和地理信息系统的制图综合 制图综合是对制图区域客观事物的取舍和简化。地图概括主要表现在内容的取舍、数量简化、质量化简和形状化简等方面。 根据地图用途或主题的需要，对实况或原图内容进行取舍和化简，以便在有限的图面上表达出制图区域的基本特征和地理要素的主要特点的理论与方法，称为地图综合（地图概括）。

2．地图的符号 2．1地图符号的实质 2．1．1概念 地图符号是由形状不同、大小不一和色彩有别的图形和文字组成，注记是地图符号的一个重要部分，它也有形状、尺寸和颜色之区别。 2．1．2分类 1）按照符号的定位情况分类 可以将符号分为定位符号和说明符号。 2）按照符号所代表的客观事物分布状况分类 可以把符号分为面状符号、点状符号和线状符号。

2．2地图符号的构成特点 2．2．1符号的构成要素 地图上的形状、尺寸和颜色是构成符号的三个基本要素。 2．2．2地图符号的系统化 2．2．3地图符号的感受效果 2．3地图上的注记 2．3．1地图注记的种类 地图上的注记可分为名称注记、说明注记和数字注记三种。 2．3．2注记的字体、字级和颜色 2．3．3注记的排列和配置

3．专题信息表现 3．1专题地图的分类和内容 3．1．1专题地图含义 专题地图是突出地表示一种或几种自然现象和社会经济现象的地图。 按内容可分为三大类：自然地图、社会经济地图和其他专题地图。 3．1．2专题地图的内容 专题内容，从资料来讲，一是将普通地图内容中一种或几种要素显示得比较完备和详细，而将其他要素放到次要地位或省略，如交通图等；二是包括在普通地图上没有的和地面上看不见的或不能直接测量的专题要素，如人口密度图。

3．2面状专题内容的表示方法 面状专题内容的表示方法，最常用的有：等值线法、质底法、范围法、点值法、符号法、动线法、统计图法等。 3．3专题地图内容的表现手段 专题地图多种多样的表示方法，需要通过一定的手段来实现。选择合理的表示方法和表现手段，是提高科学内容表现能力的保证。现有的表达手段可归纳为色彩、线条和注记三种。

3．3．1色彩 世界上的物体，均有形状和色彩两个基本特征。色彩通常分为两类：一类是黑白及各种灰色，称为非彩色；一类是彩色，包括除黑、白、灰以外的颜色。 3．3．2线条 线条实质上是点、线、面状符号的简称，是显示制图现象数量和质量的重要手段，与色彩搭配使用，可大大地增加科学内容的表现能力。 3．3．3注记 注记是上述两种手段的补充，注记应紧密结合专题内容，可增强现象的显现效果。对于类型图和区划图，一般都要利用注记。

4．专题地图设计 专题地图的总体设计，是指任务和要求明确后初步提出的图幅基本轮廓，包括投影选择、明确比例尺、划定图幅范围、进行图面规划和绘制设计略图等内容。 4．1图幅基本轮廓的设计 具体要了解的内容包括： 1）该图幅是专用还是多用 2）已出版的类似专题地图 3）明确地图使用者的特殊要求 在弄清上述图幅的用途与要求之后，就要明确总体设计的指导思想，拟定专题内容项目，突出重点，提出图幅总体设计的方案。

4．2制图区域范围的确定 专题地图图幅的区域范围，是根据用途和要求来确定的。范围选择是否合适，在很大程度上影响着图幅的使用效能，并与专题地图的数学基础有紧密的联系。与普通地图一样，根据图幅范围可分为单幅、单幅图的“内分幅”、分幅三种形式。

4．3专题地图数学基础的设计 专题地图数学基础包括地图投影、比例尺、坐标网、地图配置与定向、分幅编号和大地控制基础等，其中地图投影和比例尺是最主要的。 4．3．1影响数学基础设计的因素 1）专题地图的用途与要求 2）制图区域的地理位置、形状和大小 3）地图的幅面及形式

4．4图面设计 4．3．2投影和比例尺的设计 1）投影设计 在专题地图制图中采用较多的是等积投影和等角投影，具体设计时采用何种投影，要视专题地图的用途和要求而定。 2）比例尺设计 专题地图比例尺的设计应考虑图幅的用途和要求，根据制图区域形状、大小，充分利用纸张有效面积，并将比例尺数值凑为整数。 4．4图面设计 专题地图不仅要有科学性，而且也要有艺术性。图面设计包括图名、比例尺、图例、插图（或附图）、文字说明和图廓整饰等。

5．制图综合(制图概括) 5．1制图综合的概念 制图综合是对制图区域客观事物的取舍和简化。地图的比例尺、用途和主题，制图区域的地理特征以及符号的图形尺寸是影响制图综合的主要因素，制图综合主要表现在内容的取舍、数量简化、质量化简和形状化简等方面。 5．2影响制图综合的主要因素 制图综合的程度受各种因素的影响，主要因素有：地图比例尺、地图的主题和用途、制图区域的地理特征以及符号的图形尺寸等。

5．3制图综合的基本方法 传统的制图综合包括的内容主要有：选择主要的对象，确定主要对象的选取标准；概括数量特征，主要从缩减分级、改变表示方法着手；综合质量特征，将一些相近的分类分级予以归并，利用组合符号代替单个符号；简化轮廓图形，包括简化符号线划和轮廓界线，合并小面积图斑成为大面积的轮廓，夸大具有特征的小面积轮廓；去掉一些小指标，转化为总的指标等。

5．3．1内容的取舍 内容的取舍是指选取较大的、主要的内容而舍去较小的、次要的或与地图主题无关的内容。选取主要表现在：一是选取主要的类别，二是选取主要类别中的主要事物。舍去主要表现在：一是舍去次要的类别，二是舍去已选取的类别中的次要事物。地图内容的选取，一般按下列顺序进行： 1）从整体到局部：进行选取时，要首先从整体着眼，然后从局部入手。 2）从主要到次要：地图上所表示的各个要素，根据地图的主题和用途，总有主要与次要之分。选取时要遵循先主要后次要的顺序进行。 3）从高级到低级：这样可以保证较高级的能被选择，不至于遗漏。 4）从大到小：这样可以保证大的事物首先入选。

5．3．2质量特征的化简 质量特征的化简就是减少一定范围内事物的质量差别，用概括的分类代替详细的分类，即按事物的性质合并类型或等级相近的事物。 5．3．3数量特征的化简 数量特征的化简就是减少事物的数量差别，增大数量指标内部变化的间距，对于数量指标低于规定等级的事物不予表示。 5．3．4形状化简 形状化简用于呈线状和面状分布的事物。形状化简的目的在于保留事物本身所固有的、典型的特征。化简的方法有删除、夸大和合并。删除就是去掉那些因比例尺缩小而无法清楚表示的碎部。有时为了显示和强调事物平面图形的特征，将本来按比例应删除的小弯曲，夸大表示出来。合并就是将邻近的、间隔小到难以区分的同类事物的图形加以合并，以表示出事物的总体特征。

6．地理信息的可视化 6．1基本概念 科学计算可视化：是通过研制计算机工具、技术和系统，把实验或数值计算获得的大量抽象数据转换为人的视觉可以直接感受的计算机图形图像，从而可进行数据探索和分析。 地理信息系统的多维可视化是指采用2.5维、三维和四维等地图表现形式来反映地理客体的多维特征，其中2.5维形式是图面上有隐藏部位的鸟瞰式地图表现形式，又称“假三维”。

6．2地学可视化的类型 6．2．1地图可视化 由于可视化的两个特点，即交流与认知分析，从而对现代地图学的理论和方法产生影响。 虚拟地图：指计算机屏幕上产生的地图，或者利用双眼观看有一定重叠度的二幅相关地图，从而在人脑中构建的三维立体图像。 动态地图：是由于地学数据存贮于计算机内存，可以动态地显示关于地学数据的不同角度的观察，不同方法(如不同颜色、符号等)的表达结果，或者地学现象随时间演变的过程等等。

6．2．2地理可视化 地理可视化是地学可视化中另一个被使用的概念。MacEachren开始时采用地图可视化，但他认为地理可视化要大于地图可视化的研究范围，如遥感图像、图表、摄影影像等中的可视化在地图可视化中并不作为重点研究的对象。所以，目前他倾向于采用地理可视化，认为它包含了所有空间显示工具，而这些所有空间显示的集合就是现代地图学中所指的可视化。 Didase[1990]针对科学可视化、数据探索分析以及地理科学的应用，提出了地理可视化的作用框架，强调了地理研究过程中地图的作用，它包括数据探索，假设形成并确证，综合合成，到最后的结果表达与呈现。 6．2．3 GIS可视化 从GIS及其可视化的发展看，GIS可视化着重于技术层次上，例如数据模型(空间数据模型，时空数据模型)的设计，二维、三维图形的显示，实时动态处理等，目标是用图形呈现地学处理和分析的结果。

6．3虚拟地理环境 虚拟现实(Virtual Reality)：又称灵境技术，是指通过头盔式的三维立体显示器、数据手套、三维鼠标、数据衣(Data Suit)、立体声耳机等使人能完全沉浸计算机生成创造的一种特殊三维图形环境，并且人可以操作控制三维图形环境，实现特殊的目的。 多感知性(视觉、听觉、触觉、运动等)，沉浸感(Immersion)，交互性(Interaction)，自主感(Autonomy)是虚拟现实技术的四个重要特征，其中自主感是指虚拟环境中物体依据物理定律动作的程度，如物体从桌面落到地面等。 虚拟现实技术、计算机网络技术与地学相结合，可产生虚拟地理环境VGE (Virtual Geographical Environment)。 虚拟地理环境：是基于地学分析模型、地学工程等的虚拟现实，它是地学工作者根据观测实验、理论假设等建立起来的表达和描述地理系统的空间分布以及过程现象的虚拟信息地理世界，一个关于地理系统的虚拟实验室，它允许地学工作者按照个人的知识、假设和意愿去设计修改地学空间关系模型、地学分析模型、地学工程模型等，并直接观测交互后的结果，通过多次的循环反馈，最后获取地学规律。

6．4地学可视化研究框架