基于地形测绘保障系统中电子地图制作系统的设计与实现
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摘要
电子地图简单地说就是基于电子技术的屏幕地图，是80年代初出现的地图新品种。对它的研究虽然只有短短二十多年，但它随着计算机、数据库等技术的发展而飞速地发展起来，在很多部门得到了广泛的应用和普及。本文主要阐述基于《地形测绘保障系统》中电子地图制作系统的一些理论、技术、方法以及系统的编程实现。主要内容如下：
1、本文研究工作的目的和重要性
与传统的纸质地图相比，电子地图在自适应性、动态性、信息量、地图显示、量算分析、数据共享性等方面具有无可比拟的优越性，因而，电子地图制作系统的研究具有重要的意义。开发电子地图制作系统的目的是为《地形测绘保障系统》提供独立自主的电子地图显示模块。
2、电子地图制作的相关技术研究
数据建模、数据采集、数据处理、数据管理、符号化处理和色彩显示技术是电子地图制作中的关键步骤。
数据建模是电子地图制作的前提，是指地理空间信息在计算机二进制数据世界中如何表达与组织。文中提出了一种表述地理空间实体及相互关系的四层树形结构模型，并简略概述了目前通用的地图数据分类与编码方法。
数据采集和数据处理是电子地图制作的基础。数据采集是指将各种地学信息通过某种数字化方法转换为电子地图数据形式的过程。数据处理主要包括坐标变换、数据精度处理、拓扑处理、数据压缩。文中讲述了坐标变换时涉及到的地图投影、投影间变换技术，以及数字化坐标系统、数据库坐标系统和屏幕坐标系统之间的变换方法。同时，给出了三种几何纠正方法来纠正数字化和图纸变形产生的误差。拓扑处理是数据查询与分析的前提，矢量数据压缩则有利于节省存贮空间和提高数据处理速度，文中也讨论了电子地图制作系统中所采用的拓扑及数据压缩方法。
数据管理是电子地图制作的关键，文中详细讲述了数据的组织、存贮、检索和维护方法，并建立了一种高效的地图数据管理机制。符号化则是电子地图的脸面，文中介绍了点状、线状和面状符号生成的一些方法。
色彩在电子地图设计中具有非常重要的作用，文中分析了色彩的基本特征、
色彩的心理感受，并得出了在电子地图色彩设计中我们应遵守的几个原则。
3、电子地图制作系统的功能与实现
电子地图制作系统的主要功能有:数据编辑、图形显示、地图量算、地形分
析。数据编辑的前提是空间目标的捕捉，文中提出了一种定性定位索引方法，并
在定性定位索引基础上实现了空间目标的捕捉。在图形显示方面，主要完成了图
形缩放、漫游和地图要素的分类分级显示。随后，分别论述了坐标量算、面积量
算、距离量算、坡度量算、方位角量算等功能的实现。最后，详细论述了坡度分
析、高度分析、剖面分析、通视分析等地形分析功能是如何实现的，并简要介绍
了电子地图与立体地图、多媒体一体化显示的方法。
4、本文主要研究成果
(l)系统自成一体，不依赖于其它任何软件工具，不仅满足《地形测绘保障系
统》对版本要独立自主的要求，而且还易于升级与维护。
(2)提出了一种定位索引与定性索引相结合的空间数据索引模式，这种索引模
式广泛地应用于电子地图制作系统的各个方面，如地图显示、多级缩放、无缝漫
游、编辑、检索等。
(3)提出了一种管理空间数据文件的四层树形结构索引模式，这种索引模式使
得电子地图制作系统中所有空间目标逻辑上有序。
(4)本文对一个电子地图制作系统的诸多方面进行了研究，也就是说，本文是
一个完整的电子地图制作系统开发过程。
5、下一步要进行的工作
(1)加强电子地图新产品的研究与开发。
(2)加强数据结构和数据模型的研究，建立地图数据库与各种文字、数字信息
数据库一体化的数据结构和面向对象的数据模型。
(3)加强计算机制图理论与方法的研究，建成一套功能强大、易学易用的用户
自定义地图及其表示方法的电子地图制作系统。
The electronic map is a new kind of map, which is a kind of screen map based on electronic technology. It appeared in 1980s. In the recent twenty years, it has been applied in many fields by the development of the computer science and the database technology. This paper mainly introduces some cartographic theories, techniques, methods and how to design and realize the electronic cartography system in the terrain survey system. The main contents are as follows:
1, The intention and the importance
Compared with the traditional paper map, the electronic map has an advantage in many fields, such as self-adaptive, dynamic, information quantity, map drawing, map surveying, data share and so on. That is to say, the research and realization on the electronic cartography system is very important to us. The aim for the research on the electronic cartography system is to provide the electronic map drawing module for the terrain survey system.
2, Some techniques of the electronic cartography
The processing of the electronic cartography system contains data modeling, data collection, data processing, data management, symbolization and the color design.
The data modeling is the prediction of the electronic cartography. It means that how we can organize and express the geographic space information in the bit world. A four-layer-tree structure that can express the geographic objects and the relations between them is presented. And some ordinary classification and coding methods are presented at the present time too.
The data collection and the data processing are the foundation of the electronic cartography system. The data collection means the processing of digitizing all kinds of geographic information into the electronic map data formats. The data processing mainly contains the coordinates transform, the data precision processing, the topology processing and the data compressing. The map projection transform and the transform between the digitizing coordinates system, the map database coordinates
system, the screen coordinates system are presented in this paper. And three geometric correcting methods are provided for correcting the error originated from the digitizing and the map paper's distortion too. The topology processing is the prediction of the data searching and analysis, and the vector map data compressing is good for economizing memory space and speeding up the data processing. The topology method and the data compressing method are discussed in this paper.
The data management is an important step in the electronic cartography system. Firstly, the methods of data organizing, data storage, data searching and data editing are given. Secondly, a scheme of the map data management is built. The symbolization is the face of the electronic map. Some methods about how to symbolize the point object, the polyline object and the polygon object are presented in this paper.
The color design is very important to the electronic map design. We discussed the character of color, the feeling of color, and some principles of the electronic map color design are given.
3 , The functions to be realized in the electronic cartography system
The main functions of the electronic cartography system consist of data editing, data drawing, map surveying and terrain analysis. The spatial object catch is the prediction of the data editing. A kind of attribute query and a kind of position query are brought forward, and a spatial object catch method is presented based on the attribute and position query. And then, we discuss how to zoom the electronic map, how to browse the electronic map, how to draw the electronic map as map layers or classes. In the electronic map survey, we mainly realize the coordinate survey, the area survey, the distance survey, the gradient survey and the orientation angle survey. At last, the gradient analysis, the altitude analysis, and the section analysis are reached. At the same time, we discuss how to display the electronic map, the three-dimension map and the multimedia together.
4, the main research produc
1、本文研究工作的目的和重要性
与传统的纸质地图相比，电子地图在自适应性、动态性、信息量、地图显示、量算分析、数据共享性等方面具有无可比拟的优越性，因而，电子地图制作系统的研究具有重要的意义。开发电子地图制作系统的目的是为《地形测绘保障系统》提供独立自主的电子地图显示模块。
2、电子地图制作的相关技术研究
数据建模、数据采集、数据处理、数据管理、符号化处理和色彩显示技术是电子地图制作中的关键步骤。
数据建模是电子地图制作的前提，是指地理空间信息在计算机二进制数据世界中如何表达与组织。文中提出了一种表述地理空间实体及相互关系的四层树形结构模型，并简略概述了目前通用的地图数据分类与编码方法。
数据采集和数据处理是电子地图制作的基础。数据采集是指将各种地学信息通过某种数字化方法转换为电子地图数据形式的过程。数据处理主要包括坐标变换、数据精度处理、拓扑处理、数据压缩。文中讲述了坐标变换时涉及到的地图投影、投影间变换技术，以及数字化坐标系统、数据库坐标系统和屏幕坐标系统之间的变换方法。同时，给出了三种几何纠正方法来纠正数字化和图纸变形产生的误差。拓扑处理是数据查询与分析的前提，矢量数据压缩则有利于节省存贮空间和提高数据处理速度，文中也讨论了电子地图制作系统中所采用的拓扑及数据压缩方法。
数据管理是电子地图制作的关键，文中详细讲述了数据的组织、存贮、检索和维护方法，并建立了一种高效的地图数据管理机制。符号化则是电子地图的脸面，文中介绍了点状、线状和面状符号生成的一些方法。
色彩在电子地图设计中具有非常重要的作用，文中分析了色彩的基本特征、
色彩的心理感受，并得出了在电子地图色彩设计中我们应遵守的几个原则。
3、电子地图制作系统的功能与实现
电子地图制作系统的主要功能有:数据编辑、图形显示、地图量算、地形分
析。数据编辑的前提是空间目标的捕捉，文中提出了一种定性定位索引方法，并
在定性定位索引基础上实现了空间目标的捕捉。在图形显示方面，主要完成了图
形缩放、漫游和地图要素的分类分级显示。随后，分别论述了坐标量算、面积量
算、距离量算、坡度量算、方位角量算等功能的实现。最后，详细论述了坡度分
析、高度分析、剖面分析、通视分析等地形分析功能是如何实现的，并简要介绍
了电子地图与立体地图、多媒体一体化显示的方法。
4、本文主要研究成果
(l)系统自成一体，不依赖于其它任何软件工具，不仅满足《地形测绘保障系
统》对版本要独立自主的要求，而且还易于升级与维护。
(2)提出了一种定位索引与定性索引相结合的空间数据索引模式，这种索引模
式广泛地应用于电子地图制作系统的各个方面，如地图显示、多级缩放、无缝漫
游、编辑、检索等。
(3)提出了一种管理空间数据文件的四层树形结构索引模式，这种索引模式使
得电子地图制作系统中所有空间目标逻辑上有序。
(4)本文对一个电子地图制作系统的诸多方面进行了研究，也就是说，本文是
一个完整的电子地图制作系统开发过程。
5、下一步要进行的工作
(1)加强电子地图新产品的研究与开发。
(2)加强数据结构和数据模型的研究，建立地图数据库与各种文字、数字信息
数据库一体化的数据结构和面向对象的数据模型。
(3)加强计算机制图理论与方法的研究，建成一套功能强大、易学易用的用户
自定义地图及其表示方法的电子地图制作系统。
The electronic map is a new kind of map, which is a kind of screen map based on electronic technology. It appeared in 1980s. In the recent twenty years, it has been applied in many fields by the development of the computer science and the database technology. This paper mainly introduces some cartographic theories, techniques, methods and how to design and realize the electronic cartography system in the terrain survey system. The main contents are as follows:
1, The intention and the importance
Compared with the traditional paper map, the electronic map has an advantage in many fields, such as self-adaptive, dynamic, information quantity, map drawing, map surveying, data share and so on. That is to say, the research and realization on the electronic cartography system is very important to us. The aim for the research on the electronic cartography system is to provide the electronic map drawing module for the terrain survey system.
2, Some techniques of the electronic cartography
The processing of the electronic cartography system contains data modeling, data collection, data processing, data management, symbolization and the color design.
The data modeling is the prediction of the electronic cartography. It means that how we can organize and express the geographic space information in the bit world. A four-layer-tree structure that can express the geographic objects and the relations between them is presented. And some ordinary classification and coding methods are presented at the present time too.
The data collection and the data processing are the foundation of the electronic cartography system. The data collection means the processing of digitizing all kinds of geographic information into the electronic map data formats. The data processing mainly contains the coordinates transform, the data precision processing, the topology processing and the data compressing. The map projection transform and the transform between the digitizing coordinates system, the map database coordinates
system, the screen coordinates system are presented in this paper. And three geometric correcting methods are provided for correcting the error originated from the digitizing and the map paper's distortion too. The topology processing is the prediction of the data searching and analysis, and the vector map data compressing is good for economizing memory space and speeding up the data processing. The topology method and the data compressing method are discussed in this paper.
The data management is an important step in the electronic cartography system. Firstly, the methods of data organizing, data storage, data searching and data editing are given. Secondly, a scheme of the map data management is built. The symbolization is the face of the electronic map. Some methods about how to symbolize the point object, the polyline object and the polygon object are presented in this paper.
The color design is very important to the electronic map design. We discussed the character of color, the feeling of color, and some principles of the electronic map color design are given.
3 , The functions to be realized in the electronic cartography system
The main functions of the electronic cartography system consist of data editing, data drawing, map surveying and terrain analysis. The spatial object catch is the prediction of the data editing. A kind of attribute query and a kind of position query are brought forward, and a spatial object catch method is presented based on the attribute and position query. And then, we discuss how to zoom the electronic map, how to browse the electronic map, how to draw the electronic map as map layers or classes. In the electronic map survey, we mainly realize the coordinate survey, the area survey, the distance survey, the gradient survey and the orientation angle survey. At last, the gradient analysis, the altitude analysis, and the section analysis are reached. At the same time, we discuss how to display the electronic map, the three-dimension map and the multimedia together.
4, the main research produc
引文
[1] 王家耀、武芳、吴升，发展我图数字地图生产若干问题的思考，数字地图技术与数字地图生产学术讨论会论文集，湖南地图出版社，1999，1-6
[2] 刘光运、韩丽斌，电子地图技术与应用，测绘出版社，1996
[3] 王飞，数字地图、电子地图与地图，地图，1998年第3期，26-27
[4] 刘悦，黄河流域多媒体电子的研制，硕士学位论文，中国人民解放军信息工程大学测绘学院，2001
[5] 杨春成、李波、谢俊峰、陈双军，WIN32下电子地图制图与应用系统设计，测绘学报，2001年第3期，220-222
[6] 李志刚、史瑞芝、赵敬道，电子地图的信息特征，测绘学报，2002年第1期，68-69
[7] 蔡孟裔、毛赞猷、田德森、周占鳌，新编地图学教程，高等教育出版社，2001
[8] 杨春成，数字地图可视化研究，硕士学位论文，中国人民解放军信息工程大学测绘学院，1996
[9] 吴芳华，矢量地图数据质量控制的理论与实践，硕士学位论文，中国人民解放军信息工程大学测绘学院，2002
[10] 郭庆胜，现代地图学理论的回顾与分析，地图，1998年第2期，2-6
[11] 郑海鹰，关于建立军事地理信息系统的研究，测绘科技，1996年第2期，23-26
[12] 张跃鹏，战术MGIS的特点及要求，军事测绘，1998年第2期，18-19
[13] 王家耀，地图学的回顾与展望，军事测绘，1998年第6期，25-28
[14] 华一新、吴升、赵军喜，地理信息系统原理与技术，解放军出版社，2001
[15] 韩丽斌、孙群，军用数字地图，解放军出版社，2001
[16] G.Gambosi M. scholl H.-W. Six(Eds.).Geographic Database Management Systems.Workshop proceedings, Capri, Italy, 1991
[17] 马耀峰，旅游地图制图，西安地图出版社，1996
[18] [美]W、M纽曼、R、F斯普劳而，对话式计算机图形显示原理，易晓东等译、沈国缪校，1984
[19] 唐荣锡、汪嘉业、彭群生、汪国昭等编著，计算机图形学教程(修订版)，科学院出版社，2000
[20] 江南，屏幕电子地图及其设计特点，军事测绘，1997年第1期，37-38
[21] 军用数字地形图矢量数据模型
[22] 军用基础地理信息分类及编码
[23] [美]T．帕夫利迪斯，计算机图形显示和图象处理的算法，吴成柯译，樊昌信校，1987
[24] 应武生，地图图形交互编辑的实现方法，测绘科技，1992年第3期，35-38
[25] 应武生，机助制图中图形数据的开窗，测绘科技，1991年第4期，43-46
[26] 应武生，关于电子地图制作软件中一些技术问题的处理，陕西省地理学会2001年会论文
[27] 杨启和，等角投影变换原理和BASIC程序，测绘出版社，1987
[28] 龚建文，地图量算，测绘出版社，1989
[29] 祝国瑞、张根寿，地图分析，测绘出版社，1994
[30] 王家耀，GIS的实质与MGIS的发展战略，军事地理信息系统概要，解放军出版社，1995
[31] 张跃鹏，区域军事地理信息系统(MGIS)的设计与实现，测绘科技，1998年第4期，36-39
[32] 惠宏朝，军事地形信息保障系统的设计与实现，测绘科技，1997年第1期，46-48
[33] 邬伦、任伏虎、谢昆青、程承旗，地理信息系统教程，北京大学出版社，1994
[34] 黄利民，电子沙盘制作原理和方法，测绘科技，1993年第3期，37-42
[35] 王建华，多媒体地图——90年代地图学的新变革，地图，1996年第4期，17-21
[36] 应武生，新型电子地图系统，军事测绘，1997年第2期，55-56
[2] 刘光运、韩丽斌，电子地图技术与应用，测绘出版社，1996
[3] 王飞，数字地图、电子地图与地图，地图，1998年第3期，26-27
[4] 刘悦，黄河流域多媒体电子的研制，硕士学位论文，中国人民解放军信息工程大学测绘学院，2001
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[25] 应武生，机助制图中图形数据的开窗，测绘科技，1991年第4期，43-46
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[27] 杨启和，等角投影变换原理和BASIC程序，测绘出版社，1987
[28] 龚建文，地图量算，测绘出版社，1989
[29] 祝国瑞、张根寿，地图分析，测绘出版社，1994
[30] 王家耀，GIS的实质与MGIS的发展战略，军事地理信息系统概要，解放军出版社，1995
[31] 张跃鹏，区域军事地理信息系统(MGIS)的设计与实现，测绘科技，1998年第4期，36-39
[32] 惠宏朝，军事地形信息保障系统的设计与实现，测绘科技，1997年第1期，46-48
[33] 邬伦、任伏虎、谢昆青、程承旗，地理信息系统教程，北京大学出版社，1994
[34] 黄利民，电子沙盘制作原理和方法，测绘科技，1993年第3期，37-42
[35] 王建华，多媒体地图——90年代地图学的新变革，地图，1996年第4期，17-21
[36] 应武生，新型电子地图系统，军事测绘，1997年第2期，55-56