数字地图制图

《计算机地图制图原理》复习思考题

第一章绪论

1、什么叫数字地图制图？数字地图制图与计算机辅助设计（CAD）、地理信息系统（GIS）有什么联系和区别？

数字地图制图（Digital Cartography ）：又称为计算机地图制图、自动化地图制图或机助地图制图（Computer-Aided Cartography，简称CAC）。它是研究以传统的地图制图原理为基础，在计算机软、硬件的支持下，采用数据库技术和图形数字处理方法，实现地图信息的获取、变换、存贮、处理、识别、分析和输出的一门技术性学科。

计算机地图制图与CAD

相同之处：CAD与计算机地图制图都以计算机图形学为数据处理和算法设计的基础，均有空间坐标系统，能把目标和参考系统联系起来，也都能在一定程度上处理非图形属性数据。不同之处：CAD一般采用几何坐标系，处理的多为规则几何图形及其组合，图形功能尤其是三维图形功能极强，属性数据处理功能相对较弱。

计算机地图制图一般采用大地坐标系，处理的多为地理空间的自然目标和人工目标，图形关系更为复杂，因而图形处理的难度更大，且制图数据来源广、输入方式多样化。特别是专题地图的自动绘制，需要丰富的地图符号库和属性数据库支持。

因此一个功能强大的CAD系统，并不完全适合于完成计算机地图制图的任务。

计算机地图制图与GIS

计算机地图制图是GIS的重要组成部分。计算机地图制图侧重于地物的显示和处理，讨论地形、地物和各种专题要素在地图上的表示，并且以数字形式对它们进行存贮、管理，最后通过图形输出设备输出地图。

GIS既注重实体的空间分布又强调它们的可视化效果，既注重实体的空间特征又强调它们的非空间（属性）特征及其操作，具备强大的空间分析和决策支持能力。现代GIS都具有计算机地图制图的成分，具备良好的地图制图功能，但并非所有计算机地图制图系统都含有GIS的全部功能。

2、数字地图制图的一般过程可分为那几个阶段？

第二章计算机地图制图的理论基础

1、点线侧位关系如何判断？

2、如何判断一点与一个多边形的位置关系？

3.一有向图（G）如下图所示，写出该图的邻接矩阵A(G)和关联矩阵M（G）表。

4、什么是凸壳？什么是Delaunay三角网？

平面点集S的凸壳（Convex Hull）或凸包或凸多边形是指包含S的最小凸集，通常用CH（S）来表示。

从几何的直观上判断，S的凸壳表现为S中任意两点所连的线段全部位于S中。平面点集S的凸壳边界BCH(S)是一个凸多边形，多边形的顶点必定为S中的点。

凸壳是计算几何中最普遍、最基本的一种结构，在CAC中使用频繁。

有公共边的V oronoi多边形称为相邻的V oronoi多边形，连接所有相邻V oronoi多边形的生长中心所形成的三角网称为Delaunay三角网。

5、DTM和DEM的概念有何区别？

DEM，(Digital Elevation Models)，是国家基础空间数据的重要组成部分，它表示地表区域上地形的三维向量的有限序列，即地表单元上高程的集合，数学表达为：z=f(x，y)。

DTM：当z为其它二维表面上连续变化的地理特征，如地面温度、降雨、地球磁力、重力、土地利用、土壤类型等其他地面诸特征，此时的DEM成为DTM(Digital Terrain Models)。6、DEM的生成方法有哪些？

人工格网法三角网法立体像对法曲面拟合法等值线插值法

第三章计算机地图制图数据模型

1、矢量数据结构编码的方式有哪些？

1) 实体式2) 索引式（树状）3) 双重独立式编码4) 链状双重独立式编码--拓扑数据结构

2、常用的矢量数据压缩算法有哪些，并简要介绍各自的优缺点。

①道格拉斯——普克法压缩效果好，但必须在对整条曲线数字化完成后才能进行，且计算量较大。

②垂距(限值)法压缩算法好，可在数字化时实时处理，每次判断下一个数字化的点，且计算量较小。

③间隔取点法从该压缩方式可看出，这种方法的优点是算法简单，可以大量压缩数字化时用连续方法获取的点和通过栅格数据矢量化得到的点，其缺点是不一定能恰当地保留方向上曲率显著变化的点。

④光栏法算法简单，速度快，但有时会将曲线的弯曲极值点p值去掉而失真。

3、拓扑关系的概念以及建立拓扑关系的意义。

拓扑关系是一种对空间结构关系进行明确定义的数学方法，是指图形在保持连续状态下变形，但图形关系不变的性质。

点(结点)、线(链、弧段、边)、面(多边形)是表示空间拓扑关系最基本的拓扑元素。

建立拓扑关系的意义

①拓扑关系能清楚地反映制图要素之间的逻辑结构关系，它比几何关系具有更大的稳定性，不随地图投影而变化；

②有助于空间要素的查询、检索，并可利用拓扑关系来解决许多实际问题，如邻接多边形的研究和供水管网监测系统对故障阀门的查询等。

③根据拓扑关系可重建地图要素，如根据弧段构建多边形，实现面域的选取；根据弧段与结点的关联关系重建道路网络，并进行最佳路径选择等。

4、栅格单元属性确定方法。

当一个栅格单元内有多个可选属性值时，按一定方法来确定栅格属性值。

1、中心点法：取位于栅格中心的属性值为该栅格的属性值。

2、面积占优法：栅格单元属性值为面积最大者，常用于分类较细，地理类别图斑较小时。

3、重要性法：定义属性类型的重要级别，取重要的属性值为栅格属性值，常用于有重要意义而面积较小的要素，特别是点、线地理要素。

4、长度占优法——每个栅格单元的值由该栅格中线段最长的实体的属性来确定。

5、栅格数据结构编码的方式有哪些？

1.直接栅格编码

2.行程编码（变长编码）

3.块码——游程编码向二维扩展

4.链式编码

5.四叉树编码

6、矢量和栅格数据各有和优缺点？

7、线段栅格化有哪几种方法？

①八方向栅格化②全路径栅格化③恒密度栅格化

8、什么是面向对象的数据模型？

面向对象的数据模型是按照面向对象的思想，根据数字地图空间结构化的需要，在对现实世界地理空间和认知的基础上，利用面向对象的方法可以建立的一个通用的数字地图模型，它为研制相关的基础软件提供数据模型基础，并且该数据模型独立于物理实现，即具体的数据库管理系统可以是关系型，也可以是纯面向对象型。

第四章数字地图制图的基本设备

1、常用的图形（图像）输入设备有哪些？

图形图像输入设备可分为矢量型和光栅型两大系列。矢量型输入设备采取跟踪轨迹、记录坐标点的方法输入图形，得到的数据形式为点、直线或折线组成的图形数据，常用的设备有跟踪式数字化仪、鼠标、光笔等；光栅型输入设备采取逐行扫描、按一定密度采样的方式输入图形，获取的数据为一幅由像素构成的数字矩阵，成为图像（Image），常用的设备有扫描仪和摄像机。

2、常用的图形（图像）输出设备有哪些？

图形输出设备是以纸、胶片、塑料薄膜等物质为介质，输出人眼可视并能长期保存的图形的计算机外部设备。图形输出设备也可分为矢量型和光栅型两大类。

矢量型设备以画笔的方式绘制图像，随着图形的输出形状而移动并成像。这类设备绘图精度高、图形惊喜，但绘图速度慢，色彩较少。如笔式绘图机就属于此类型设备；

光栅型设备按光栅矩阵扫描整张图面，并按输出内容对图面成象。这类设备成图速度

快，色彩丰富，产品种类多，应用很广泛。光栅扫描型输出设备包括图形显示器、点阵式打印机、热敏印刷机、静电印刷机、喷墨印刷机以及激光打印机等等。

第五章地图数据的获取与预处理

1、什么是地图数据的预处理，常见的操作有哪些？

地图数据预处理是对所获取的数据进行处理，以建立地图目标与其空间和非空间属性之间的关联，或发现属性值的规律。一定的预处理能辅助数据的结构组织和简化后续操作。

包括查找、排序、数据的压缩、几何改正、数据的规格化、数据匹配等。

第六章空间数据处理算法

1、什么是地图符号化？什么是地图符号库？

地图符号化即是地图数据的符号化，它有两层含义：

在地图设计工作中，是指利用符号将连续的数据进行分类、分级、概括化、抽象化的过程；在数字地图转换为模拟地图的过程中，是指将已处理好的矢量地图数据恢复成可见的图形，并附之以不同符号表示的过程。

地图符号的有序集合即是地图符号库。

地图符号（库）的建立可以基于矢量数据和栅格数据两种方式，即矢量符号（库）和栅格符号（库）。

矢量符号（库）的构造一般可以采用三种方法：信息块法、程序块法和综合法；

栅格符号（库）的构造一般只采用信息块法。

2、矢量符号（库）的构造一般有哪三种方法？

矢量符号（库）的构造一般可以采用三种方法：信息块法、程序块法和综合法；

信息块法是用人工或程序将要绘制的符号离散成坐标信息，用统一的结构和方法进行描述，这些描述信息存放在数据文件中形成符号库。

通常，一个符号构成一个信息块，直接表示符号图形的每个细节。绘图时只要通过程序处理符号数据文件中的信息块，即可完成符号的绘制。

程序块法是对每一类地图符号编写一个绘图子程序，由这些子程序组成符号库。绘图时按照符号的编号调用库中相应程序，输入相应参数，由程序根据参数及已知数据计算矢量，从而完成地图符号的绘制。

程序块法的关键在于对绘图要素全面而精心的分类，准确的用数学表达式描述各类符号及编程，并且选择合适的参数。

综合法实际上是把信息块法和程序块法相结合，其通用性更广，但实现的难度更大一些，多用于专题地图符号（库）的设计。

3、地图符号库设计的原则？

1．对于国家基本比例尺地图，图形符号颜色、图形、符号含义与匹配比例尺，应尽可能符合国家规定图式；

2．专题地图部分，尽可能采用国家及整个符号部门标准，有益于标准化、规范化；

3．新设计符号应遵循图案化及整个符号系统逻辑性、统一性、准确性、对比性，色彩象征性，制图和印刷可能性等一般原则。

4、为什么要开窗？实现开窗的关键算法有哪些？

在地图制图过程中，用户通常需要把指定范围（窗口）内的要素在显示器上放大显示出来，为编辑等操作提供便利，这种显示或提取数据库图形的一部分的过程就是一种开窗。

开窗技术还可用于地图的放大、缩小、漫游显示、定位查询、绘图范围选择、局部图形转贮等过程中。

矩形开窗算法：1）四比特串编码法2）参数编码法

任意多边形开窗算法：1）Weiler—Atherton算法

5、说明等值线注记的过程。

寻找写字的位置和确定字向

重新整理等值点数据场

6、多边形拓扑关系自动建立的步骤。

（1）链的组织

①找出在链的中间相交的情况，自动切成新链；

②把链按一定顺序存储，并把链按顺序编号

（2）结点匹配

①把一定限差内的链的端点作为一个结点，其坐标值取多个端点的平均值。

②对结点顺序编号。

（3）检查多边形是否闭合

通过判断一条链的端点是否有与之匹配的端点来进行。

（4）建立多边形

7、常用的曲线光滑的算法有哪些？

常用的曲线光滑的算法：

①线性迭代光滑法；

②正轴抛物线加权平均法；

③斜轴抛物线法；

④五点求导分段三次多项式插值；

⑤三点求导分段三次多项式插值；

⑥张力样条法等。

8、什么是距离变换图算法？什么是骨架图？

距离变换图算法是一种针对栅格图像的特殊变换，是把二值图像变换为灰度图像，其中每个像素的灰度值等于它到栅格地图上相邻物体的最近距离。

骨架图就是从距离变换图中提取出具有相对最大灰度值的哪些像元所组成的图像。

第七章数字地图的制图综合

1、为什么要进行地图综合？说明矩形法实现居民地综合的原理。

1.从大空间到小空间的映射

2.生成较小比例尺的地图或生成另一分辨率的空间数据库

3.为不同层次的决策提供适宜信息

4.减少信息的存储空间

5.降低数据处理和传输时间开销等

2、地图制图综合和自动地图综合的概念。

地图制图综合：当地图由大比例尺向小比例尺变换时，地图图面要素的拥挤、迭置几乎不可避免。为此，必然需要对图面表达内容进行合理的取舍，使地图在有限的平面上表达足够丰富的、容易阅读的信息量。

对地图内容进行合理取舍的过程称为地图制图综合；并把计算机环境下通过软件，较少或不借助于人工干预的地图综合称为自动地图综合。

3、无级比例尺信息处理流程有哪些？

①确定地学应用②指定信息源③计算新图比例尺④分层处理⑤符号设置⑥信息综合

⑦图形修饰⑧多层叠置⑨图形输出

4、基于Voronoi图的点群目标普适综合算法的过程。

1.构造新的点集；

2.基于V oronoi图的点群反复综合；

3.确定最后保留在结果地图上的点数。

5、建筑物间的两种临近关系。

拓扑邻近多边形视觉邻近多边形

6、视觉邻近多边形的合并算法。

基于栅格扩展的算法对视觉邻近多边形进行合并合并的条件通过栅格之间的距离来控制，既保证建筑物覆盖区域的范围轮廓不失真，又能将相互间距离小的空白区域填充。

基于栅格扩展的算法的具体步骤：

1.对待合并的多边形进行旋转；

2.对旋转后的各多边形进行栅格化；

3.按行扫描对行程编码结构的栅格扩展，填充空白间距小于阈值的区域；

7、考虑上下文关系时，对居民地综合可能操作的类型有哪些？

①居民地综合的操作和约束条件；

②基于城市形态学的居民地综合全局约束条件；

③基于格式塔心理学的居民地综合局部约束条件；

④基于城市形态学、格式塔心理学的居民地聚类；

⑤居民地综合算法的选择和综合的实现。