上北下南,绿色代表平原,棕色代表高山,蓝色代表海洋。 布拉格是粉红色的,佛罗伦萨是蓝色的。 地图是一个令人想入非非的东西,它的容量如此之大,足够存储我们过于丰富的 第十一章空间数据表现与地图制图 导读:空间数据的表现功能贯穿于GIS空间数据处理的始终,功能的许多方面,包 括符号、专题信息表达、图幅配置、制图综合等,都来源于地图制图,这也表明了 地理信息系统和制图学的渊源关系。从某种角度上来讲,地理信息系统可以称为“动 态的地图”,它提供了比普通地图更为丰富和灵活的空间数据表现方式,如动态信息 表达、虚拟现实等等。但是,从另外的角度来看,制图学又是一门艺术,单纯依靠 计算机系统是难以制作完美的地图的,它需要人工的交互千预,如制图综合,目前 还没有任何GS软件能够很好地解决这些问题。 本章最后介绍了可视化的内容,可视化与信息的感知和传输有着密切的关系,地学 可视化的研究、以及在GS中应用可视化技术,对于空间数据的广泛应用有着重要 的意义 1.概述一一地理信息系统数据表现与地图学 地图是记录地理信息的一种图形语言形式,从历史发展的角度来看,地理信息系统脱胎 于地图,并成为地图信息的又一种新的载体形式,它具有存储、分析、显示和传输的功能 尤其是计算机制图为地图特征的数字表达、操作和显示提供了成套方法,为地理信息系统的 图形输出设计提供了技术支持;同时,地图仍是目前地理信息系统的重要数据来源之一。但 二者又有本质之区别:地图强调的是数据分析、符号化与显示,而地理信息系统更注重于信 息分析。地图学理论与方法对地理信息系统的发展有着重要的影响,特别是地理信息系统中 的空间数据表现许多技术来源于地图学,但是,其表现手段更加灵活和丰富。 计算机制图是地图学中较新的一个领域,也是地理信息系统输出、显示结果的一个重要 部分。计算机制图的主要内容是将地图设计和绘制通过计算机程序和相应的绘图硬件来实 现。地图符号己经可以完全由计算机绘制。对地图特征的许多处理,如分类、空间插值等均 可用计算机来实现。利用计算机对线状要素进行制图综合也已经取得很大进步。但是,利用 计算机进行制图综合的结果仍比较机械,需要将更多的专家经验计算机化,特别是用计算机
上北下南，绿色代表平原，棕色代表高山，蓝色代表海洋。 布拉格是粉红色的，佛罗伦萨是蓝色的。 地图是一个令人想入非非的东西，它的容量如此之大，足够存储我们过于丰富的 情感。 佚名 第十一章 空间数据表现与地图制图 导读：空间数据的表现功能贯穿于 GIS 空间数据处理的始终，功能的许多方面，包 括符号、专题信息表达、图幅配置、制图综合等，都来源于地图制图，这也表明了 地理信息系统和制图学的渊源关系。从某种角度上来讲，地理信息系统可以称为“动 态的地图”，它提供了比普通地图更为丰富和灵活的空间数据表现方式，如动态信息 表达、虚拟现实等等。但是，从另外的角度来看，制图学又是一门艺术，单纯依靠 计算机系统是难以制作完美的地图的，它需要人工的交互干预，如制图综合，目前 还没有任何 GIS 软件能够很好地解决这些问题。 本章最后介绍了可视化的内容，可视化与信息的感知和传输有着密切的关系，地学 可视化的研究、以及在 GIS 中应用可视化技术，对于空间数据的广泛应用有着重要 的意义。 1．概述——地理信息系统数据表现与地图学 地图是记录地理信息的一种图形语言形式，从历史发展的角度来看，地理信息系统脱胎 于地图，并成为地图信息的又一种新的载体形式，它具有存储、分析、显示和传输的功能， 尤其是计算机制图为地图特征的数字表达、操作和显示提供了成套方法，为地理信息系统的 图形输出设计提供了技术支持；同时，地图仍是目前地理信息系统的重要数据来源之一。但 二者又有本质之区别：地图强调的是数据分析、符号化与显示，而地理信息系统更注重于信 息分析。地图学理论与方法对地理信息系统的发展有着重要的影响，特别是地理信息系统中 的空间数据表现许多技术来源于地图学，但是，其表现手段更加灵活和丰富。 计算机制图是地图学中较新的一个领域，也是地理信息系统输出、显示结果的一个重要 部分。计算机制图的主要内容是将地图设计和绘制通过计算机程序和相应的绘图硬件来实 现。地图符号已经可以完全由计算机绘制。对地图特征的许多处理，如分类、空间插值等均 可用计算机来实现。利用计算机对线状要素进行制图综合也已经取得很大进步。但是，利用 计算机进行制图综合的结果仍比较机械，需要将更多的专家经验计算机化，特别是用计算机
同时对多种内容进行地图综合还不太成熟。计算机图形学是利用计算机处理图形信息以及借 助图形信息进行人一一机通讯处理的技术,是GIS算法设计的基础,GIS是随着计算机图形 学技术的发展而不断发展完善的 1.1构成地图学与地理信息系统的数学法则 地图对它所表现的地面上的景物,应能按比例尺衡量。比例尺是地图上直线长度与地面 上相应距离的水平投影长度之比。如地图上注有比例尺1:5000,表示图上地物的长度相 当于相应地面地物长度的1/50000。这个尺度对大比例尺地图来说,基本上适合图上各个部 分。因此,可以认为,比例尺是地图线形缩小程度的标志,它是构成地图数学要素的基本组 成部分之一。地图上各种地物之间的关系,要求按数学法则构成,这就是先将地球自然表面 的景物垂直投影到地球椭球面(或球面)上,再将地球椭球面(或球面)按数学法则投影到 平面上而构成地图。这种按数学法则将地球椭球面(或球面)转绘到平面上的方法,叫地图 投影。按这种方法建立的数学基础,才能使地球表面上各点和地图平面上的相应各点保持 定的函数关系,从而才能在地图上准确地表达空间各要素的关系和分布规律,才可能反映出 它们之间的方向、距离和面积,使地图具有区域性和可量测性。 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。根据事物分布的特点,地图符号有面状、点状和线状之分。这些 符号运用在表示专题要素的分布、质量和数量特征以及动态变化时,形成了许多表示法:范 围法、质底法、量底法、等值线法、定点符号法、线状符号法、动线法、点值法、定域统计 图法、色级统计图法以及定位统计图法。表示地形的主要方法有等高线法、分层设色法、晕 渲法等 地图符号是表示地图内容的基本手段,它由形状不同、大小不一、色彩有别的图形和文 字组成。地图符号是地图的语言,是一种图形语言。它与文字语言相比较,最大的特点是形 象直观。就单个符号而言,它可以表示某个事物的空间位置、大小、质量和数量特征:就同 类符号而言,可以反映各类要素的分布特点;而各类符号的总和,则可以表明各类要素之间 的相互关系及区域总体特征。因此,地图符号不仅具有确定客观事物空间位置、分布特点以 及质量和数量特征的基本功能,而且还具有相互联系和共同表达地理环境各要素总体的特殊 功能 地图符号的形成过程,可以说是一种约定的过程,经过很长时间的检验,有约定而达到 俗成的程度,为广大用图者所熟悉和承认。地图符号的作用,在于它能保证所表示的客观事 物空间位置具有较高的几何精度,从而提供了可测量性:能用不依据比例符号或半依据比例 符号表示出事物的质量和数量特征。 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。对于那些由于缩小而不能按比例尺表示的重要地面景物,可 用不依比例的符号夸大表示 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
同时对多种内容进行地图综合还不太成熟。计算机图形学是利用计算机处理图形信息以及借 助图形信息进行人——机通讯处理的技术，是 GIS 算法设计的基础，GIS 是随着计算机图形 学技术的发展而不断发展完善的。 1．1 构成地图学与地理信息系统的数学法则 地图对它所表现的地面上的景物，应能按比例尺衡量。比例尺是地图上直线长度与地面 上相应距离的水平投影长度之比。如地图上注有比例尺 1：50000，表示图上地物的长度相 当于相应地面地物长度的 1/50000。这个尺度对大比例尺地图来说，基本上适合图上各个部 分。因此，可以认为，比例尺是地图线形缩小程度的标志，它是构成地图数学要素的基本组 成部分之一。地图上各种地物之间的关系，要求按数学法则构成，这就是先将地球自然表面 的景物垂直投影到地球椭球面（或球面）上，再将地球椭球面（或球面）按数学法则投影到 平面上而构成地图。这种按数学法则将地球椭球面（或球面）转绘到平面上的方法，叫地图 投影。按这种方法建立的数学基础，才能使地球表面上各点和地图平面上的相应各点保持一 定的函数关系，从而才能在地图上准确地表达空间各要素的关系和分布规律，才可能反映出 它们之间的方向、距离和面积，使地图具有区域性和可量测性。 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。根据事物分布的特点，地图符号有面状、点状和线状之分。这些 符号运用在表示专题要素的分布、质量和数量特征以及动态变化时，形成了许多表示法：范 围法、质底法、量底法、等值线法、定点符号法、线状符号法、动线法、点值法、定域统计 图法、色级统计图法以及定位统计图法。表示地形的主要方法有等高线法、分层设色法、晕 渲法等。 地图符号是表示地图内容的基本手段，它由形状不同、大小不一、色彩有别的图形和文 字组成。地图符号是地图的语言，是一种图形语言。它与文字语言相比较，最大的特点是形 象直观。就单个符号而言，它可以表示某个事物的空间位置、大小、质量和数量特征；就同 类符号而言，可以反映各类要素的分布特点；而各类符号的总和，则可以表明各类要素之间 的相互关系及区域总体特征。因此，地图符号不仅具有确定客观事物空间位置、分布特点以 及质量和数量特征的基本功能，而且还具有相互联系和共同表达地理环境各要素总体的特殊 功能。 地图符号的形成过程，可以说是一种约定的过程，经过很长时间的检验，有约定而达到 俗成的程度，为广大用图者所熟悉和承认。地图符号的作用，在于它能保证所表示的客观事 物空间位置具有较高的几何精度，从而提供了可测量性；能用不依据比例符号或半依据比例 符号表示出事物的质量和数量特征。 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。对于那些由于缩小而不能按比例尺表示的重要地面景物，可 用不依比例的符号夸大表示； 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,如在海 图上可以表示出海底地形、海底地质、海水的温度和含盐度等 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。此外还可以表现出事物间的联系和制约关系,如森林分布和木材加工工业之 间的联系。地图上还有起说明作用的文字和数字,它们也是地图的重要组成部分,用以标明 地面景物的名称、质量和数量。 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。经过概括后的地图可以显示出主要的事 物和本质的特征。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 影响地图概括的主要因素,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。 地图最重要、最基本的特征是以缩小的形式表达地面事物的空间结构,这个特征表明, 地图不可能把地面全部事物毫无遗漏地表示出来。地图上所表示的地面状况是经过概括后的 结果。地图和实际地面相比,是缩小的。地图上所表现的地面景物,从数量上看是少的,从 图形上看是小了、简化了。这是因为地图上所表现的内容都是经过取舍和化简的。由1:10000 比例尺缩小到1:50000比例尺的地图,对原来的内容如不进行取舍和化简,缩小后的地图 既不清楚又不易读。这种把实地景物缩小或把原来较详细的地图缩成更小比例尺地图时,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)。制 图综合就是对客观事物进行取舍和化简,取舍就是从大量的客观事物中选出最重要的事物表 示在图上,而舍去次要的事物:化简就是对客观事物的形状、数量和质量特征的化简:形状 化简是去掉轮廓形状的碎部,以突出事物的总体特征;数量和质量特征的化简就是减少分类 和分级的数量,以缩小与客观事物的差别。当然取舍和化简不是任意的,而是根据地图的比 例尺、用途和制图区域的地理特征,对地图上各要素及其内在联系加以分析研究,选取的目 的是强调主要的事物和本质的特征,而舍去次要的事物和非本质的特征。制图综合可分为比 例概括和目的概括。前者是由于地图比例尺缩小,图形也就缩小,有些图形缩小到难以清楚 地表达出来,从而必须选取和化简:后者是因为客观事物的重要性并不完全决定于它的图形 大小,故而它的选取和化简也不完全由比例尺决定,还要根据编图者对客观事物重要性的判 断来确定是否选取和化简 从地理信息系统的发展过程可以看出,地理信息系统的产生、发展与制图信息系统存在 着密切的联系,两者的相通之处是基于空间数据库的表达、显示和处理。从系统构成与功能 上看,一个地理信息系统具有机助制图系统的所有组成和功能,并且地理信息系统还有数据 处理的功能。地图是一种图解图像,是根据地理思想对现实世界进行科学抽象和符号表示的 种地理模型,是地理思维的产物,也是实体世界地理信息的高效载体,地图可以从不同方 面、不同专题,系统地记录和传输实体世界历史的、现在的和规划预测的地理景观信息
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，如在海 图上可以表示出海底地形、海底地质、海水的温度和含盐度等； 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。此外还可以表现出事物间的联系和制约关系，如森林分布和木材加工工业之 间的联系。地图上还有起说明作用的文字和数字，它们也是地图的重要组成部分，用以标明 地面景物的名称、质量和数量。 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。经过概括后的地图可以显示出主要的事 物和本质的特征。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 影响地图概括的主要因素，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。 地图最重要、最基本的特征是以缩小的形式表达地面事物的空间结构，这个特征表明， 地图不可能把地面全部事物毫无遗漏地表示出来。地图上所表示的地面状况是经过概括后的 结果。地图和实际地面相比，是缩小的。地图上所表现的地面景物，从数量上看是少的，从 图形上看是小了、简化了。这是因为地图上所表现的内容都是经过取舍和化简的。由 1：10000 比例尺缩小到 1：50000 比例尺的地图，对原来的内容如不进行取舍和化简，缩小后的地图 既不清楚又不易读。这种把实地景物缩小或把原来较详细的地图缩成更小比例尺地图时，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）。制 图综合就是对客观事物进行取舍和化简，取舍就是从大量的客观事物中选出最重要的事物表 示在图上，而舍去次要的事物；化简就是对客观事物的形状、数量和质量特征的化简；形状 化简是去掉轮廓形状的碎部，以突出事物的总体特征；数量和质量特征的化简就是减少分类 和分级的数量，以缩小与客观事物的差别。当然取舍和化简不是任意的，而是根据地图的比 例尺、用途和制图区域的地理特征，对地图上各要素及其内在联系加以分析研究，选取的目 的是强调主要的事物和本质的特征，而舍去次要的事物和非本质的特征。制图综合可分为比 例概括和目的概括。前者是由于地图比例尺缩小，图形也就缩小，有些图形缩小到难以清楚 地表达出来，从而必须选取和化简；后者是因为客观事物的重要性并不完全决定于它的图形 大小，故而它的选取和化简也不完全由比例尺决定，还要根据编图者对客观事物重要性的判 断来确定是否选取和化简。 从地理信息系统的发展过程可以看出，地理信息系统的产生、发展与制图信息系统存在 着密切的联系，两者的相通之处是基于空间数据库的表达、显示和处理。从系统构成与功能 上看，一个地理信息系统具有机助制图系统的所有组成和功能，并且地理信息系统还有数据 处理的功能。地图是一种图解图像，是根据地理思想对现实世界进行科学抽象和符号表示的 一种地理模型，是地理思维的产物，也是实体世界地理信息的高效载体，地图可以从不同方 面、不同专题，系统地记录和传输实体世界历史的、现在的和规划预测的地理景观信息
2.地图的符号 2.1地图符号的实质 2.1.1概念 地图符号( Symbol)是地图的语言,它是表达地图内容的基本手段。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。就单个符号而言,它可以表示事物的空间位置、大小、质量和数 量特征:就同类符号而言,可以反映各类要素的分布特点:而各类符号的总和,则可以表明 各要素之间的相互关系及区域总体特征。 地图符号可以指出目标种类(如公路)及其数量特征和质量特征(如公路行车部分的铺 面种类和宽度),并且可以确定对象的空间位置和现象的分布(如人口密度等) 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。 定位符号是指图上有确定位置,一般不能任意移动的符号,如河流、居民地及边界等, 地图上的符号大部分都属于这一类; 说明符号是指为了说明事物的质量和数量特征而附加的一类符号,它通常是依附于定位 符号而存在的,如说明森林树种的符号等。它们在图上配置于地类界范围内,但都没有定位 意义。 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。 面状符号是一种能按地图比例尺表示出事物分布范围的符号。面状符号是用轮廓线(实 线、虚线或点线)表示事物的分布范围,其形状与事物的平面图形相似,轮廓线内加绘颜色 或说明符号以表示它的性质和数量,并可以从图上量测其长度、宽度和面积,一般又把这种 符号称为依比例符号(图11-1)。 ↓中ψ 图11-1:面状符号
2．地图的符号 2．1 地图符号的实质 2．1．1 概念 地图符号（Symbol）是地图的语言，它是表达地图内容的基本手段。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。就单个符号而言，它可以表示事物的空间位置、大小、质量和数 量特征；就同类符号而言，可以反映各类要素的分布特点；而各类符号的总和，则可以表明 各要素之间的相互关系及区域总体特征。 地图符号可以指出目标种类（如公路）及其数量特征和质量特征（如公路行车部分的铺 面种类和宽度），并且可以确定对象的空间位置和现象的分布（如人口密度等）。 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。 定位符号是指图上有确定位置，一般不能任意移动的符号，如河流、居民地及边界等， 地图上的符号大部分都属于这一类； 说明符号是指为了说明事物的质量和数量特征而附加的一类符号，它通常是依附于定位 符号而存在的，如说明森林树种的符号等。它们在图上配置于地类界范围内，但都没有定位 意义。 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。 面状符号是一种能按地图比例尺表示出事物分布范围的符号。面状符号是用轮廓线（实 线、虚线或点线）表示事物的分布范围，其形状与事物的平面图形相似，轮廓线内加绘颜色 或说明符号以表示它的性质和数量，并可以从图上量测其长度、宽度和面积，一般又把这种 符号称为依比例符号（图 11-1）。 图 11-1：面状符号
点状符号是一种表达不能依比例尺表示的小面积事物(如油库等)和点状(如控制点) 所采用的符号。点状符号的形状和颜色表示事物的性质,点状符号的大小通常反映事物的等 级或数量特征,但是符号的大小与形状与地图比例尺无关,它只具有定位意义,一般又称这 种符号为不依比例尺符号(图11-2)。 △三角点 父矿井 r烟囱 风磨坊 汽油加油站 气象站 图11-2:点符号 线状符号是一种表达呈线状或带状延伸分布事物的符号,如河流,其长度能按比例尺表 示,而宽度一般不能按比例尺表示,需要进行适当的夸大。因而,线状符号的形状和颜色表 示事物的质量特征,其宽度往往反映事物的等级或数值。这类符号能表示事物的分布位置 延伸形态和长度,但不能表示其宽度,一般又称为半依比例符号(图11-3)。 一地下石油管道 6(8)=公路干线 架空素道 河流、小溪 图11-3: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 1)符号的形状 符号的形状主要是表示事物的外形和特征,面状符号的形状是由它所表示的事物平面图 形决定的,点状符号的形状往往与事物外部特征相联系,线状符号的形状是各种形式的线划, 如单线、双线。 2)符号尺寸 符号尺寸大小和地图内容、用途、比例尺、目视分辨能力、绘图与印刷能力等都有关系, 不同的比例尺的地图,其符号大小也有所不同。 3)符号的颜色 符号的颜色可以增强地图各要素分类、分级的概念,简化符号的形状差别,减少符号数 量,提高地图的表现力。使用颜色主要用以反映事物的质量特征、数量特征和等级
点状符号是一种表达不能依比例尺表示的小面积事物（如油库等）和点状（如控制点） 所采用的符号。点状符号的形状和颜色表示事物的性质，点状符号的大小通常反映事物的等 级或数量特征，但是符号的大小与形状与地图比例尺无关，它只具有定位意义，一般又称这 种符号为不依比例尺符号（图 11-2）。 图 11-2：点符号 线状符号是一种表达呈线状或带状延伸分布事物的符号，如河流，其长度能按比例尺表 示，而宽度一般不能按比例尺表示，需要进行适当的夸大。因而，线状符号的形状和颜色表 示事物的质量特征，其宽度往往反映事物的等级或数值。这类符号能表示事物的分布位置、 延伸形态和长度，但不能表示其宽度，一般又称为半依比例符号（图 11-3）。 图 11-3：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。 1）符号的形状 符号的形状主要是表示事物的外形和特征，面状符号的形状是由它所表示的事物平面图 形决定的，点状符号的形状往往与事物外部特征相联系，线状符号的形状是各种形式的线划， 如单线、双线。 2）符号尺寸 符号尺寸大小和地图内容、用途、比例尺、目视分辨能力、绘图与印刷能力等都有关系， 不同的比例尺的地图，其符号大小也有所不同。 3）符号的颜色 符号的颜色可以增强地图各要素分类、分级的概念，简化符号的形状差别，减少符号数 量，提高地图的表现力。使用颜色主要用以反映事物的质量特征、数量特征和等级