1、任星机电工程学院 2016.12 电子地图技术相关内容电子地图技术相关内容1 1电子地图的概述电子地图的概述2 2国内外研究现状国内外研究现状3 3电子地图的使用方法及用途电子地图的使用方法及用途4 4电子地图的关键技术电子地图的关键技术5 5存在问题及建议存在问题及建议1 1 电子地图概述电子地图概述电子地图又称数字地图，是数字化的地图。是以数字形式记录、存贮的地图。属于现代测绘学与地理学的一门交叉学科。近年来地理信息系统、遥感、测绘学、计算机等学科的蓬勃发展，为传统地图制图学的发展注入了新的活力。特别是20世纪90年代以来，电子地图在中国得到了快速的发展。1 1 电子地图概述电子地图概述
2、计算机制图技术的发展在许多方面改变了地图学，包括数据的获取、存储及地图产品的生产方式，这直接促进了电子地图的发展。同时，电子地图扩展了地图作为一种信息传输和分析工具的作用，因此它又引起地图使用方式的重大变化。 电子地图为用户提供的通常是一个可视化的读图环境，用户在这样的环境中进行地图信息的分析加工并最终在大脑中形成认知。1 1 电子地图概述电子地图概述电子地图定义电子地图定义对于电子地图，至今尚无一个统一和严格的定义。目前的共识是，电子地图是地图与计算机技术相结合的产物。具体来说，电子地图是利用计算机技术，将存储于计算机设备(如磁盘、光盘等)上的数据在屏幕上进行可视化表现的地图产品。在地图学的
3、发展历程中，GIS（地理信息系统）的出现是一个重要的里程碑，它在技术上体现了地图与计算机技术的完美结合，同时在应用上又适应了人们对地图使用更高层次、更加多元化的要求，大大延伸了地图在表达信息和提供决策方面的能力。1 1 电子地图概述电子地图概述电子地图的特点电子地图的特点信息容量大，表现手段丰富。纸质地图由于存储介质单一，限制了其信息容量和表现手段。共享性。在数字技术的支持下，电子地图能够方便快捷地大批量无损复制。多维性。纸质地图只能以二维平面方式表达现实世界的信息。电子地图利用计算机图形图像技术，能够提供对真实世界的仿真与模拟。无级缩放。电子地图利用“漫游”和“平移”等功能，可以实现地图无级
4、缩放，即小可“细察局部”，大可“统揽全局”。电子地图的特点电子地图的特点动态变化。电子地图具有实时、动态表现空间信息能力。交互探索性。纸质地图由于静态性的特点，其信息传输基本上是单向的，即沿着制图人员向用户方向传递。电子地图表达的所有地图信息都以数字化数据的形式存储在计算机中，并利用计算机图形学方法将这些数据以可视化的形式展现在显示设备上。电子地图优点电子地图优点 便于存贮、传输和更新，可以转换成纸质地图，或在屏幕上显示。 2 2 国内外研究现状国内外研究现状2.1 2.1 国外研究现状国外研究现状20世纪60年代末期，美国ITS的雏形开始出现。在当时开始研发的系统名称叫做电子路径导向系统(E
5、RGS)，后来因为某种原因中间暂停了10多年。到了80年代中期，由加利福尼亚交通部门研发的PATHFINDER系统成功应用。在此之后，国外开始了一系列关于智能交通技术的研究。2.1 2.1 国外研究现状国外研究现状国外研究现状国外研究现状1990年，美国运输部成立智能化车辆道路系统(IVHS)组织，1991年国会制定了ISTEA(综合地面运输效率方案)，这个方案重点是安排IVHS的研发和试验，目的是能利用通信和信息技术对交通承载量进行合理的分配，从而提高整个路网的运输效率。1994年，IVHS更名为ITS，同时提出了ITS的7个服务领域(7个系统)：即交通管理系统、公共交通运营系统、商用车辆运
6、营系统、出行信息服务系统、电子收费系统、应急管理系统和车辆控制系统。2.1 2.1 国外研究现状国外研究现状20042004年，美国国会通过了年，美国国会通过了SAF-ETEA-LUSAF-ETEA-LU法案，内容涉及交法案，内容涉及交通管理、公交管理、公路营运、货运管理、道路气象管理通管理、公交管理、公路营运、货运管理、道路气象管理、出行者信息、费用征收、事件管理等系统的改善和远程、出行者信息、费用征收、事件管理等系统的改善和远程传感器系统等领域，其重点放在了使用多样的智能交通系传感器系统等领域，其重点放在了使用多样的智能交通系统及增强多式联运。统及增强多式联运。19881988年，由欧洲多
7、国投资年，由欧洲多国投资5050多亿美元，联合推进一项完多亿美元，联合推进一项完善道路设施，提高服务质量为目的善道路设施，提高服务质量为目的DRIVEDRIVE计划。这是欧洲计划。这是欧洲用于车辆安全的专用道路基础设施方案，这一计划己于用于车辆安全的专用道路基础设施方案，这一计划己于19941994年完成第年完成第1 1阶段。目前欧洲各国正着手阶段。目前欧洲各国正着手TELEMATICSTELEMATICS的的全面应用研究工作，计划在全欧洲内建立专门用于交通数全面应用研究工作，计划在全欧洲内建立专门用于交通数据共享使用的无线通信网，使据共享使用的无线通信网，使ITSITS系统中的交通管理、车系
8、统中的交通管理、车辆行驶和电子收费等都围绕这个无线通信网络展开。辆行驶和电子收费等都围绕这个无线通信网络展开。2.2 2.2 国内研究现状国内研究现状20042004年年1010月福州举行的月福州举行的“全国地图学与全国地图学与GISGIS学术会议学术会议”上上，涌现了大批讨论电子地图的论文，这些论文讨论了电子，涌现了大批讨论电子地图的论文，这些论文讨论了电子地图从理论研究到具体设计实现技术的一系列专题，对电地图从理论研究到具体设计实现技术的一系列专题，对电子地图发展具有重要的推动意义。子地图发展具有重要的推动意义。刘岳全面分析了我国当前电子地图研究的现状，并提刘岳全面分析了我国当前电子地图研
9、究的现状，并提出利用面向对象模型设计与制作电子地图，为电子地图的出利用面向对象模型设计与制作电子地图，为电子地图的设计技术提供了新的手段。设计技术提供了新的手段。凌云和陈毓芬从具体的实例分析入手，详细讨论了从凌云和陈毓芬从具体的实例分析入手，详细讨论了从底层开发多媒体电子地图集的思路与方法。底层开发多媒体电子地图集的思路与方法。齐清文等详细讨论了数字地图的理论和方法体系，并齐清文等详细讨论了数字地图的理论和方法体系，并介绍了计算机地图编辑与制版一体化、电子地图、网络地介绍了计算机地图编辑与制版一体化、电子地图、网络地图及手机地图等一系列研究成果，为数字地图在各个领域图及手机地图等一系列研究成果
10、，为数字地图在各个领域的应用提供了有益的参考。的应用提供了有益的参考。2.2 2.2 国内研究现状国内研究现状其它一些比较重要的理论还包括，高俊教授于其它一些比较重要的理论还包括，高俊教授于20002000年提出了基于可视化的知识发现和数据挖掘年提出了基于可视化的知识发现和数据挖掘功能，主要讨论了通过色彩、符号、图形等要素功能，主要讨论了通过色彩、符号、图形等要素表现地物在地理空间中的相互关系并进行分析，表现地物在地理空间中的相互关系并进行分析，从而获得知识、发现规律。他强调从而获得知识、发现规律。他强调“视觉视觉心象心象形象思维形象思维创新创新”的认知过程，即从已知发现的认知过程，即从已知发
11、现未知的过程，指出可视化的主要作用就是引发大未知的过程，指出可视化的主要作用就是引发大脑中的这个思维过程。脑中的这个思维过程。3 3 电子地图的使用方法及电子地图的使用方法及用途用途3 3.1.1电子地图的使用环境电子地图的使用环境纸质地图受图幅面积的限制，存在图面载负量的极大值，因此在有限的图面上表达尽可能多的信息以最大限度满足用户的需要，成为纸质地图整个设计制作过程的决定因素。用户在读图时，其视觉的主要承载媒介是纸张。电子地图由于其在信息存储和表达方面的巨大优势，理论上具有无限大的载负量；同时它在信息显示方面又受到计算机屏幕尺寸和分辨率的限制。用户在读图时，其视觉的承载媒介是屏幕。因此电子
12、地图的使用环境主要依赖于计算机硬件设备，电子地图上图形的视觉感受效果必然受到计算机屏幕尺寸和分辨率的影响。3.23.2电子地图的使用方式电子地图的使用方式电子地图与计算机图形学的有效结合，将地图从信息传输工具扩展为一种信息查询与分析工具。因此使用方式也必然从以地图信息传输为主向地图可视化分析为主转变。MacEachren把面向地图传输的地图使用方式与面向地图可视化的地图使用方式两者之间的关系，用一个三维立体进行了写实性的说明，如图所示3.23.2电子地图的使用方式电子地图的使用方式从图中可以看出，两者在相互转化方面具有以下特点:从面向地图传输的公共地图使用到面向可视化的个人地图使用转变。前者强
13、调地图用户的广泛性，后者则强调个性化的地图使用。从面向地图传输的表示已知的地图使用到面向可视化的表示未知的地图使用转变。前者强调用户被动接受地图上存在的信息，后者则更多的把注意力放在如何帮助用户从自己的特定需求出发去发现地图中感兴趣的信息。从面向地图传输的低级交互性地图使用到面向可视化的高级交互性地图使用转变。通过前者，地图上的信息总是沿着地图向用户的方向流动；通过后者，用户可以利用工具自己操纵地图。4 4 电子地图的关键技术电子地图的关键技术4.14.1数据模型数据模型电子地图在伴随计算机信息技术及信号处理技术的发展过程中，出现了多种数据结构和数据模型，数据库组织方式也相应的发生了变化。例如
14、数据模型发展中，从关系型数据模型、面向对象数据模型，到现在最新的时空数据模型、超媒体数据模型等。在数据库存储管理上，从已经成熟的文件管理系统、传统数据库管理系统，到现在正在发展完善中的面向对象数据库管理系统、多媒体数据库管理系统等等。在电子地图领域，针对电子地图技术本身发展设计的数据结构是分层思想，如图层分层结构、要素图层地图结构等。4.24.2图层分层结构图层分层结构目前国内外一些著名的目前国内外一些著名的GISGIS软件都以图层方式组织数据，软件都以图层方式组织数据，并设计了图层的操作功能。分层管理思想是并设计了图层的操作功能。分层管理思想是GISGIS空间数据空间数据组织管理的重要内容，
15、在诸多地图数据管理概念中，以层组织管理的重要内容，在诸多地图数据管理概念中，以层的管理形式效率最高。的管理形式效率最高。在地理信息系统应用程序中，图层是地图数据组织的基在地理信息系统应用程序中，图层是地图数据组织的基本储存单位，用来区分空间实体的类别。层是在一定空间本储存单位，用来区分空间实体的类别。层是在一定空间范围内属性一致、特征相同、具有一定拓扑关系的地理实范围内属性一致、特征相同、具有一定拓扑关系的地理实体或地理因子在空间分布上的集合，即具有某些相同或相体或地理因子在空间分布上的集合，即具有某些相同或相似特性的同种类型多个几何空间元素组成的集合。似特性的同种类型多个几何空间元素组成的集
16、合。4.24.2图层分层结构图层分层结构在实际应用系统中，每一类特征数据都可以单独组成一个图层如图所示，也可以将若干类特征数据合并成一个新的图层。而多个空间图层的组合，构成能满足一定应用需求的图层的集合称为图层集。图层集包含有以下图层信息：图层空间索引(大小、标号、表名)、组成图层集的图层引用(图层标号、层表名)、图层坐标范围(坐标最大、最小值)、图层是否显示等信息。4.34.3图层图层地图地图图集层次结构图集层次结构地图层次结构思想对电子地图的应用开发影响非常大，地图层次结构思想对电子地图的应用开发影响非常大，因为它在电子地图的应用系统中很常用。这种地图层次结因为它在电子地图的应用系统中很常
17、用。这种地图层次结构多数由要素构多数由要素图层图层地图三层逻辑体系组成见图所示。地图三层逻辑体系组成见图所示。这种体系可以根据现实世界的分层组成分别对应建立相应这种体系可以根据现实世界的分层组成分别对应建立相应的地图图层，这样对现实世界的描绘可以更清晰，且可扩的地图图层，这样对现实世界的描绘可以更清晰，且可扩展性非常好，可以很方便地加入需要的图层。展性非常好，可以很方便地加入需要的图层。4.34.3图层图层地图地图图集层次结构图集层次结构在实际电子地图的应用中，图层地图结构确实是一种有效的地理数据组织管理方法，但它仍然有一个不足，那就是它缺乏大数据量的地图集应对策略。在电子地图应用系统中，一般
18、将地图做成电子地图集的数据组织管理，即在电子地图制作系统中，采用图层地图思想的数据组织管理体系，而在电子地图系统中采用树或其他思想进行图集的组织管理。这样一个电子地图的数据组织管理雏形就产生了。4.44.4电子地图表现形式电子地图表现形式地图作为空间信息的展示，是空间信息数据经过全面抽象化后的符号模型。电子地图的本意是为了对现实世界进行展现，为了达到直观、美化、对使用者友好的用电子地图刻画现实地理的目的，有必要对电子地图的表现手法进行介绍。现在国内很多研究主要对地图视觉理论、增强地图表现力、地图符号系统及符号库等方面进行了阐述。地图的制作过程是通过抽象模型进行图数转换，即将现实世界的地图实体转
19、换为可以在计算机中表示的数字符号，这样就可以用地图数据表示现实世界了，最后将抽象化的地图数据存储在空间数据库中。电子地图中采用的图形元素符号可以认为是电子地图的语言，它对描述现实世界地理实体特征与拓扑关系有着重要作用，是表达地理环境的基本元素。5 5 存在问题及建议存在问题及建议5.15.1存在的问题存在的问题由于计算机技术、可视化技术、互联网技术等等的发展，使得电子地图的制作越来越方便、越来越生动，也越来越具有表现力。但是我们也应该看到，电子地图的设计原理和方法还远远没有解决，对于它的表示内容、信息载负量、用户界面、数据结构、数据组织、多媒体表达方式等方面，还没有统一的格式、标准和规范，呈现杂乱无章的局面，这是地图工作者在新时期应该深入研究和探讨的问题。我国存在的问题:人才问题、缺乏统一的标准、中国地图产业化问题。5.25.2今后的研究方向及建议今后的研究方向及建议面对出现的若干问题，及实践中出现的新的要求，未来地图学及电子地图学研究应着重在以下方面开展研究。开展现代地图学理论研究：当前要结合地图制图实践中提出的课题，大力加强地图空间认知理论和地图可视化理论的研究等。开展网络电子地图研究电子地图的数据模型和设计研究自动地图综合：地图综合是地图三个基本特性之一。地理信息的多维可视化和虚拟现实
