地图学论文

数字地图制图的理论基础与技术体系

张培，渠俊峰，史赛赛

中国矿业大学环测学院，江苏徐州（221008）

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摘 要：随着科学技术的发展，地图开始由传统纸质地图向现代电子地图的方向转变，数字地图成为时代发展的焦点。在现代各项理论和技术的支撑下，数字地图制图的快速发展促使了地图在表达方式、阅读、使用等方面更加灵活方便。本文探讨了数字地图制图的理论基础，其中包括信息理论、认知理论、传输理论、制图综合理论、感知理论和符号理论等，在这些理论的基础上介绍了数字地图制图的技术体系，即数据库技术、图形图像技术、网络技术和3S（地理信息系统GIS,全球定位系统GPS,遥感RS）技术。最后，本文阐述了数字地图的发展趋势，它将向着服务型、个性化的方向发展。

关键词：数字地图制图；理论基础；技术体系

中图分类号：P28 文献标识码：A

随着科学技术的发展，计算机科学、信息处理、数学、逻辑学等学科的引入，地图开始由传统形式向现代地图制图技术方向发展，数字地图成为了时代发展的焦点。数字地图是指用数字形式描述地图要素的属性、定位和关系信息的数据集合【1】。数字地图便于存储、传输和更新，又可经分析处理后在计算机屏幕上显示或打印输出，有助于领导层的决策，因此，地图开始由模拟地图发展到数字地图，从平面地图扩展为三维地图，从静态地图发展为动态地图【2】，从实地图扩展为虚地图，地图学的研究也开始向更新的方向发展。

1. 数字地图制图的理论基础

数字地图的理论基础很多，主要有数字地图的认知理论、传输理论、感知理论等几个方面，具体的如图1所示。

图1、数字地图的理论基础

Fig.1 The theoretical basis of digital map

1.1 信息理论

地图信息论是专门研究地图信息的交换、表达和利用的理论，它着重研究地图图形的显示、转化、传递、存储、处理和利用等方面的技术与理论问题。地图信息包括地图符号和地图图形所表示的具体的地理含义，它不仅包括符号所代表的内容，还包括这些符号所构成的

空间实体在时空中的变化规律。地图信息是制图对象和时间、空间的组合信息，具有定量、定位和可测度。

1.2 传输理论

地图传输理论是研究地图信息传递的过程与方法的理论。地图信息的传输贯穿于地图制图到用图的整个流程中。地图信息传递的过程是：地理实体（制图对象）通过制图者的认识，形成概念，使用地图符号（地图语言）变成地图，地图的使用者通过对地图符号和图形的解析和分析，形成对地理实体认识的概念。这样，地图作为传递通道，将地图制作者和用图者联系到一起，同时与地理环境结合在一起组成一个相互联系的完整系统【3】。

1.3 认知理论

地图认知理论是研究人类如何通过地图对客观环境进行认知和信息加工，并弄清地图设计制作的思维过程及描述的理论【4】。它涵盖计算机科学、哲学、心理学、语言学、人类学及神经科学等方面的内容，通过一定的认知模型来反映人类对客观环境的认识。在地图的设计和编绘的过程中，人们通过感知来获取空间环境信息，在头脑中经过抽象思维和加工处理后形成关于客观环境的概念，根据地图的用途和要求来构思表达形式、表达内容及表达方法，运用一定的地图符号来表达客观事物，从而形成地图。地图的使用者通过地图来解析客观事物，形成对事物的认识和了解。

1.4 感知理论

地图感知理论是研究地图视觉感受的基本过程和特点，分析用图者对图形感受的心理、物理因素和地图感受效果的理论。它涉及到生理学和心理学方面的理论和方法。地图不仅可以通过眼睛这个视觉系统感受到，同时可以通过触觉和嗅觉等感官器官来将图形信息传达到大脑中，更加详尽地了解客观事物。通过运用多种感官，在心理因素的作用下，形成图形的整体感、数量感、质量感、动态感和立体感，更有效地达到传递信息的目的。

1.5 符号理论

地图符号理论是研究地图语言所使用的符号系统及其特征的理论，来探讨地图符号和图形的构图规律、地图符号及其系统结构。在多媒体技术的支持下，地图符号得到了很大的扩充。动画、视频、声音等媒体的制作、转换、组合、演播、编辑及多种媒体的协作开始引入到地图制图中，地图由传统的静态地图开始向动态方向发展，形式表达多样化。

1.6 制图综合理论

地图制图综合理论是研究编制地图的过程中对地图内容进行概括和取舍的原理和方法，最终目的是合理地反映制图区域的地理特征。现阶段，多媒体地图是地图输出的重要形式，在GIS的环境下进行制图综合需要解决的问题有：地图综合的智能化、地理特征和空间关系的自动识别和获取、地图制图综合算法研究、地图自动综合策略研究及地图制图综合质量评价等问题。

2. 数字地图制图的技术体系

20世纪80年代以来，由于微电子技术、光电子技术、计算机技术、光纤和卫星通信及全球网络技术、多媒体技术和虚拟现实技术【5】以及现阶段飞速发展的知识工程、地图数据

库、地理信息系统技术、遥感技术和全球定位技术的结合，地图制图也开始运用新的技术来支撑和发展自身的理论基础。数字地图制图应用到的技术如图2所示。

图2、数字地图涉及到的技术

Fig.2 Technologies involved of digital map

2.1 数据库技术

数据是信息系统的核心，地图数据来源于地图资料、影像资料、统计资料、文字资料、遥感、摄影测量、GPS定位系统等。这些数据具有多源性、多维性、多尺度的特征，地图数据库就是要以数字地图的形式来存储各种特征的数据【6】。地图所描述的客观环境不仅含有属性数据，而且还包括图形数据，每个实体的数据量都是庞大的，如何有效地将这些数据存入数据库中，同时又可以很好地将图形数据和属性数据组织起来，方面数据分析和应用是现阶段研究的热点。地图数据库技术又可详细分为数据获取和编辑检查技术、数据存储和数据库管理技术、数据处理和检索技术、数据输出与符号化技术及图形编辑和用户界面技术。移动数据库技术【7】在各种移动设备、具有无线通信能力的服务网络的移动环境中来解决嵌入式数据库系统、分布式数据库系统、多层结构数据库系统的数据复制、查询、分析的问题，以此保证数据的可靠性、安全性、保密性、一致性等。

2.2 图形图像处理技术

数字地图是运用符号来表达地理现象，现今的符号已扩展到动画、视频、声音等形式。因此，数字地图是对图形或图像信息的获取、传输、存储、变换、显示、理解与综合利用的技术，可输出为相应的地图形式，用于数字制图。数字地图制图已不再限于应用图形图像学来表达地理现象，同时开始应用心理学、艺术学来更美观、更人性化地制作地图。

2.3 网络技术

网络的发展促进了信息的流转和共享，网络技术包括网络协议、网络操作系统等网络软件及各种硬件技术。通过网络来分发数字地图将改变地图的出版方式，共享、普及及使用地图。地图提供者可以通过网络快速更新地图，地图使用者可以在任何地方实时地获取所需要的地图，来满足其要求。

2.4 3S技术

地理信息系统、遥感、全球定位系统在地图制图领域的应用，使得人们不仅能够将地图及对地图上表示的内容的描述一起放到计算机中【8】，同时为地图制作提供了快速、丰富、真实、源源不断的信息来源，而且还很好地解决了大范围、高精度定位问题。针对所获取的实时的数据，使用地理信息系统技术，对空间数据进行存储、处理、分析、传输和输出，可以获取多尺度、多形式、高精度、高质量、高标准的实时地图，来进一步帮助人们进行决策管理。基于3S集成技术的数字地图制图将会改变传统的地图表达形式，向动态地图、导航地图、虚拟地图等方向发展。

3. 数字地图发展趋势

理论与技术的发展必然导致数字地图产品的多样性，数字地图在融合了计算机技术、通信技术、遥感技术、定位技术、地理信息技术，同时结合测量学、地理学等的理论基础必然向新的方向发展：从平面地图向立体地图甚至虚拟地图发展；从二维形式、三维形式向四维地图发展；从单一符号地图向多媒体地图发展。纵观国内外电子地图发展现状，当前的数字地图发展的趋势有如下几个方面：

（1）向个性化的方向发展。图形界面实现多级化，根据不同用户的使用要求定制不同的界面【9】，增强人机交互的灵活性，界面友好，使用方面，符合用户的习惯。个性化地定

【10】制电子地图，实现地图的个性化服务，空间信息服务内容的定制、软件功能的定制、智

能终端的定制来实现一种多元化的发展，满足不同的人群需求。

（2）媒体信息丰富、质量较高。数字地图不仅包括图形信息，同时含有文本信息、声音、动画、视频等。

（3）向虚拟的方向发展。用户可以通过视觉、嗅觉、触觉来感知客观环境，使用户产生一种沉浸感，据此来形成对客观环境的真切认识。虚拟地图使人们通过使用一些传感设备如数据手套、立体显示器、特殊头盔等来实现与虚拟空间的交流和通话

种沉浸感、交互感，如步入真实环境。

（4）服务性电子地图的发展。服务性电子地图满足了人们快节奏的生活方式，提高了工作效率。交通导航电子地图、旅游电子地图、房产电子地图、管线电子地图等的发展使得地图切切实实地服务于广大人们。

参考文献

[1]闫志刚,盛业华.数字地图的理论基础.理论与探索.

[2]于冬梅,董罗海,张力果.数字地图制图理论方法与应用.地球信息科学.2003.6.

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[10]武雪玲,任福.新技术条件下电子地图的现状及发展趋势分析.测绘与空间地理信息.2004.12.

[11]王欣,郑贵洲.地图制图发展及地图可视化.测绘通报.2002年增刊.

【11】，使人们产生一

The Theoretical Basis and Technical System of Digital

Mapping

ZHANG Pei, QU Junfeng, SHI Saisai

School of Environment and Survey, China University of Mining and Technology, Xuzhou

(221008)

Abstract

With the development of science and technology, it begins to convert the traditional paper map to modern digital map, the digital map becomes the focus of the times. With the support of various theories and technologies, the rapid development of digital mapping contributes to its flexibility and convenience in presenting, reading and using of the map. The paper researches the theoretical basis including information theory, cognitive theory, transport theory, automated cartographic theory, perception theory and coding theory, on the basis of these theories, the paper also presents the technical system which are database technology, graphics and image technology, network technology and 3S technology (Geographical Information System, GIS for short; Global Position System, GPS for short; Remote Sensing, RS for short). At last, the development tendency of digital mapping is introduced, and it will has a progressive development direction for service and individuation.

Keywords: digital mapping; theoretical basis; technical system

作者简介：张培 女，1984年8月，江苏徐州，研究方向：地图制图学与地理信息工程

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