地图地图应用

第!
"卷第#期$%!
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年!
$月地球信息科学学报&'()*+,'-.
/'01*-')2+31'*451/*5/6789!
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*79#:;基金项目科技创新方法工作专项之课题#地理信息科学方法研究$%$%%-@!
A%=%%0A&$'()作者简介齐清文%!
B#"(!
男!
研究员!
理学博士!
主要从事地图学与地理信息系统的理论*方法和应用研究)发表论文!
%%余篇!
专著部%含合著(!
计算机软件著作权登记证书#项)/0CDE8+FEFGEHIJKK>D$数字地图的理论新视点我国著名的地图学家高俊院士于$%%A年提出了#地图学四面体$的学说&$'!
即传统的地图学可概括为由地图*读者和实地"个顶点构成的#地图学三角形$)数字地图的出现!
极大地丰富了现代地图学的内涵!
扩大了研究领域!
在平面三角形之外增加了一个顶点#数字地图$!
由#地图学三角形$的"顶点和"条边的关系变为#地图学四面体$的A个顶点和#条边的关系%图!
()其中涉及诸多现代地图学的理论*方法和技术问题值得深入探究)在深入学习和研究和数字地图上述理论的基础上!
作者提出了数字地图研究成果评价的三维结构图%图$(!
即数字地图的研究成果可从#精度和科学性$*#抽象性和智能性$和#创意性$"个维度进行考量)其中地图的精度和科学性维度依次分为名义尺度*顺序尺度*分级和比率尺度A种精度水平"抽象性和智能性维度分为数据支撑*地图分析*知识地图与决策"种层次"创意性则分为实地图*半虚拟设计和规划地图*全虚拟的设计和规划地图)人类对自然界%原型(的初级描述!
形成信息模型%地图(!
在中等境界上实现对自然界的虚拟的*半精确的地图分析和研究!
在高级境界上则实现了对自然界的全虚拟的*高精度和全创意的决策分析地图系统)$>%数字地图的体系结构数字地图是一个庞大的体系!
其结构可从不同的角度来划分)从研究领域和研究方向来看!
数字地图由!
个本体对象和个技术环节=部分组成!
其中本体对象是数字地图和地图数据库!
个环节分别是数字地图的编制与出版*数据管理*制图综合*可视化*产品体系*共享与版权保护*分析和应用%图"()图!
数字地图时代的地图学四面体及其带来的研究问题据高俊$%%A文章$修改-EH>!
5DKM7HKDNOE地图应用研究成果的综合评价三维结构-EH>$/UD8TDME7J$数字地图的新技术数据模型是数字地图必须解决的一大难题迄今为止数字地图的数据模型仍以满足可视化表达和地图产品派生生产为其设计宗旨而用户所能够获取的数据有.
14数据库和数字地图又称为地图数据库之分前者可以称为数字景观模型:EHEMD8,DJPI"4MKTW维地图和三维立体地图的制图综合中)图A展示的就是三维地图中的立体符号的制图综合示例!
即随着比例尺的变小!
楼房的符号由真实感很强的符号变为由简单身体线条构成的楼房符号!
继而又变为棱柱体!
最后变成一个点状符号)图W反映是晕渲地图的制图综合示例)在此选择华北平原%京津翼部分区域(的晕渲地图为例+当比例尺变小时!
原图机械缩小后的图面显得不清晰!
经过对该图进行地物单元和景观的概括%也包括对部分山地地形的夸大表示(!
再加之对晕渲色彩的调整!
所形成的最终地图就能够非常好地反映该区域的地理特征!
在整体上与原大比例尺地图有景观格局上的神似关系)图A立体符号的概括示例-EH>A4DCN8;7VH;J;KD8EXDME7J7V":IRCS78地图可视化是数字地图的又一极为重要的技术)实质上!
地图信息可视化%也包括地理信息可视化(的一切技术难度皆源自于自然界复杂巨系统图W区域晕渲地图的制图综合示例-EH>W4DCN8;7VH;J;KD8EXDME7J7VOE880IODP;PCDNI的多维特征与人类表达手段的局限性之间的矛盾)也就是说!
长期以来!
人们不得不采取降维的方式来将复杂的问题简单化!
但用户已经越来越不满足于这种平面的*相对简单化的处理!
希望像人眼亲历一样能够同时看到三维立体及其发展变化"而人类的技术手段还远没有跟上人们对地理信息可视化日益增长的需求)人类所必须面对的问题包括+如何正确地兼顾显示区域水平维度和垂直维度信息-如何正确地兼顾反映静态片断的三维空间格局及其属性信息与其发生*发展和变化的过程-如何协调人类对自然表达元素的易感受性与专业化*标准化和简单化的人工创造符号和表示方法之间的矛盾-如何协调对象和现象的连续曲面和三维连续空间特征与人工获取信息的离散性之间的矛盾-如何协调权威的*专业的*集中式存储管理*分层次控制和发布的信息与公众对于个性化*泛在化的信息服务需求之间的矛盾-实现地图可视化的技术手段主要包括多维动态可视化*虚拟地图可视化等)首先!
在视觉变量上进行创新!
因为地图信息的表达依靠视觉变量的应用和变化)传统的地图视觉变量有形状*尺寸*方向*颜色*结构*综合图案等)数字地图的视觉变量增加了亮度*饱和度*反差*闪烁*移动*时长*速率*次序*节奏等数字环境下特有的环境变量!
使数字地图可视化考虑的参数变得更为丰富)其次!
要在表示方法和手段上进行创新!
在传统地图的十余种表示方法基础上!
数字地图的表示方法也更加丰富多彩!
例如!
增加了立体符号*象形符号*多种单一符号的组合式符号*双坐标系组合符号等!
在电子地图中运用了动态图例%随着在图例板上点击某一类型图例块!
图上与该类型相对应的图斑立刻高亮度地闪烁(*变焦比例尺*时间比例尺*交互式操B$#期齐清文等+数字地图的研究进展和应用新方向作工具等)然后!
在地图图型上增加了影像地图类型!
融地图的符号化*抽象性与遥感影像的信息丰富性*直观性于一体!
非常受读者欢迎)最后!
从广义来看!
用地图学的"大核心要素%地图投影*制图综合和符号化,表示方法(来衡量!
虚拟地理环境也是一种数字地图类型)虚拟地图的可视化采用三维地表景观%:/2Y遥感影像Y线划地图(来形象地显示地形!
用三维立体符号来反映三维对象%建筑物*立交桥*邮筒*灯杆*汽车等(!
用进入式的三维场景与用户进行交互式的信息感知和体验!
用场景的变化来反映地理现象的发展变化过程)与常规数字地图的最大区别在于视角和视场的变化!
以及交互式可进入*可反馈机制)因此!
从未来发展来看!
这一种非常有前景的地图可视化技术手段!
将越来越多地应用于数字城市*数字区域和数字工程中)在数字地图的地图编制技术上!
主要研究了如何根据制图目标和数据来源!
制定差别化*个性化的制图技术流程)数字地图的制图流程有两个方面的指标!
一是源数据格式!
二是制图目的)源数据格式总体上有数据库和5+:两种形式"制图目的也有印刷地图和电子地图两种)这两类A种内容的组合!
就会产生W种制图流程!
即数据库来源编制印刷地图*数据库来源编制电子地图*5+:数据源编制印刷地图*5+:数据源编制电子地图*5+:数据生成数据库后编制印刷地图)其中#数据库来源编制电子地图$是最能发挥.
14和地图数据库系统优点的制图流程!
#5+:数据源编制印刷地图$流程是一种比较简单的制图流程!
#5+:数据源编制电子地图$流程是较为复杂的一种流程)在专题地图的编制技术发展中!
存在着如下问题+一是在高精度的专题地图%或地图集(编制中!
既需要解决从.
14数据库向地图转换带来的拓扑*符号化等一系列难题!
也需要解决地图分色制版的格式转换难题!
以及字库不全带来的不便)地图规范在#突破$和#创新$声中只有#破$而没有#立$"二是在科研人员自己编制专题地图时!
经常会遇到所用的平台对于地图的投影设定不方便!
底图与专题图层套合不准!
地图与图表*公式及解释文字的配合困难!
以及地图出版前的审查带来的不便等"三是在商家编制专题地图时!
往往遇到地图与彩画*照片*文字等的混排困难!
简单的地图却在编制地图中花费过多成本!
以及广告商所需要的地图空间关系与实际地图尺度之间的冲突等问题"四是对于普通用户编制个性化专题地图而言!
问题更多!
经常是搜索现成地图难以满足特殊要求!
自主编制地图又感觉基础地理要素匹配太难!
修改现有地图却常因花费太多时间而放弃)上述问题促进我们努力研发既能够满足高精度专题地图需求!
又便于科研人员和普通用户灵活地*能够自主发挥地编制专题地图!
还要在商业化专题地图编制中满足科学研究之外的要求&#')解决上述问题的核心!
在于研发专题地图数学模型)这个问题长期以来被忽视!
因普遍观点认为专题地图的难度主要在符号和表达!
专业模型属于.
14的功能!
与专题地图无关)作者认为!
在专题地图编制过程中!
数据采集Z模型计算Z可视化Z出版与共享是不可分割的链条!
专业模型是产生专题图层的核心手段!
专业模型的深度和科学性代表了专题地图的深度和科学性!
因而专业模型与其产生的专题图层一道伴随着科学研究从一阶段走向另一个阶段!
阶段成果升华为最终成果&')%>%数字地图的产品新框架本文针对数字地图的产品系列的界定众说纷纭!
作者提出了如下的产品系列框架%图#(!
即将数字地图的产品分为平面印刷地图产品*立体制图地图产品*电子地图产品和决策分析产品四大类)其中!
平面印刷地图又分为单张地图*系列地图册和地图集"类"电子地图产品则分为光盘地图*网络地图*移动地图和虚拟地图A类)电子地图是数字地图产品中最主流的产品类型!
其细分的类型也很多)按功能可分为浏览型*查询型和分析型"类"按输出介质和使用方法!
可分为单机电子地图*光盘电子地图*触摸屏电子地图*L:+和手机电子地图*网络电子地图等"按技术特色可划分为多媒体电子地图*三维动态电子地图和移动导航电子地图等)在上述类型中!
多媒体%光盘(电子地图集是最常见的电子地图类型!
由地图数据及其可视化表达*文字说明*支撑软件等组成!
其最新的技术趋势是#电子地图集Y多媒体Y超链接技术$!
地图*文字*照片*声音等融为一体!
A:数据在电子地图集的融入!
虚拟现实技术的融入等&=!
$')移动导航电子地图是一类用户数量越来越多的数字地图产品!
是按照#任何时间*任何地点的立即通讯$的移动计算的理念!
在移动定位技术%"地球信息科学学报$%!
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年图#数字地图产品系列框架-EH>#-KDC;7VPEHEMD8CDNNK7PT$区域和城市规划地图制图包括各种综合规划和专业规划制图)编制地图是区域与城市规划中必不可少的一个环节!
其中的规划地理区位和环境需要通过规划图描述和反映!
规划的内容需要在规划图上落实到空间位置!
规划成果需要通过图的形成得以展示)编制区域和城市规划地图需要解决以下几个问题+一是规划底图的编制"二是专题内容的指标体系的建立"三是空间单元的划分"四是规划专题的数据处理和计算"五是计算后的内容如何可视化地表达在地图上)作者所在的团队近年来参与的区域规划及其制图任务有+北部湾%广西(经济区区域规划*张家界市旅游城市规划修编*宁夏石嘴山市#十二五$规划*江西省#十二五$规划*黄山风景名胜区信息化!
"#期齐清文等+数字地图的研究进展和应用新方向建设规划等)&>%区域与城市生态环境制图统一设计编制反映区域生态环境的形态结构*空间格局*机理过程*发展变化等基本概况的评价*预测和规划的专题地图制图过程!
从而为区域生态环境的有效管理!
资源的合理开发利用!
区域开发决策!
以及经济和社会的可持续发展服务)编制方法为地图演绎派生法!
即首先划分综合地理单元!
进而在分析基础上综合!
在野外调查和遥感判读基础上编绘出自然地理单元轮廓线图!
而后在综合指导下分析!
派生出地貌*植被*土壤*土地利用等系列自然地理图!
包括单因子生态环境评价图*生态环境脆弱度评价图*生态环境敏感性评价图*生态环境综合评价图等)图反映的就是生态环境制图和规划制图的技术流程)图生态环境规划地图编制的技术流程-EH>\7KQV87G7V;&区域与城市应急反应制图应急反应地图根据其突发事件主题的类型可以划分为自然灾害应急反应地图*事故灾难应急反应地图*公共卫生事件应急反应地图*社会安全事件应急反应地图)根据其严重程度还可以在前面标识级别!
级%特别重大(*级%重大(*级%较大(和级%一般()例如重大自然灾害应急反应地图等)应急反应地图编制中最重要的是数学模型的应用!
即从突发公共事件的预测模型产生预测图层数据!
从现状分析模型产生灾害态势图层数据!
从应急选址,调度模型产生应急调度图层数据!
从灾后损失评估模型产生灾后评估图层数据)此外!
应急反应地图中还应该运用知识的预案!
将其应用于应急反应地图视觉变量*颜色*符号等方面设计中!
并研发应急调度动态地图)图=应急反应地图服务产品系统技术流程-EH>=\7KQV87G7V;C;KH;J'农村和农业信息化制图农业和农业信息化过程中的地图制图!
是作者所在的团队近两年来的主要工作领域)从理念上讲!
采用的是#可视化管理$的理念和方法!
即通过高新技术的集成来挖掘可视力!
用系列二维*三维地图和动态地图与图表!
实现既定性又定量*定位的可视化!
一目了然地看清作物生长过程中所出现的各种问题!
例如!
出苗率*土壤水分*病虫害*长势*肥力等!
就有可能采取及时的精确措施!
逐步实施变量作业!
以提高指挥决策水平和效率!
达到提高作物产量和品质!
降低成本和保护环境的目标)新型精准农业技术体系保证了人眼不能直接观看到的对象可以通过采用各种监测*测量设备获得真$"地球信息科学学报$%!
!
年实的数据!
或者获得模拟量再经过数模转换装置转换为数字形式!
进而实现计算机存储和管理!
进而通过智能化方法或模型提炼出有用的信息!
而后使用可视化手段转换为各种形式的可视化产品!
例如!
运用二,三维定位*划线*标注*挂标示牌*制表*制图等方法!
生产出#文字的*数字的*图表或图形*图像或组合形式的各种可视化产品!
还可通过互联网或无线网实现远距离传输或共享)图B展示的是作者所在团队在中国科学院与沈阳军区农场开展精准农业技术集成与示范时的成果片断!
A幅地图分别是双山农场一队各地块的土壤氮含量图*土壤磷含量图*投入概算图和作物亩产图)图B精准农业地图应用案例-EH>B4DCN8;7VCDNDNN8E数字地图的理论*方法和技术体系探讨&&'>测绘科学!
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