計算機輔助地圖製圖

計算機輔助地圖製圖是以計算機為主要手段輔助編制地圖的過程和方法。從20世紀 60年代末開始發展，經過設備研製、軟件開發、建立機助製圖系統以及推廣應用，逐步成為地圖學主要發展方向和建立地理信息系統的重要技術手段。

①實現地圖數字化，即數字形式的轉換輸入和存儲。地圖數據有矢量方法和柵格方式 兩種結構。矢量數據通過跟蹤數字化儀將圖形轉換為X，Y座標信息，而柵格數據是使用掃描數字化儀將地圖要素變換為矩陣形式排列的象元數據；

②建立地圖數據庫，實現地圖數據的操作、檢索、更新、維護等功能。地圖數據庫不僅是地圖數據的集合，而且能有效地進行地圖數據的組織管理和共享，是地圖信息處理的前提；

③地圖信息處理。包括地圖投影變換、地圖數據綜合、地圖數據的符號化表示等；

④將數字形式回覆為圖形。圖形輸出使用不同類型的繪圖設備可獲取彩色線劃和着色的各種地圖或複製於膠片上，用於地圖制印。機助製圖改變了傳統的地圖編制工藝技術，使地圖以數字信息新形式出現，提高了地圖應用價值，擴展了地圖功能，加快了地圖編制過程。所建立的地理空間信息系統，可廣泛用於各種區域環境分析研究和管理。計算機製圖設備（硬件）更加完善，出現了功能完善的各種製圖軟件系統，地圖數據的組織管理已從文件系統向數據庫系統過渡。因人工智能在計算機製圖方面研究的進展，現已着手建立以知識庫為基礎地圖專家系統。

包括硬件系統和軟件系統兩大部分。

硬件系統為機助製圖裝置的總稱，一般由電子計算機和各種輸入、輸出設備構成（見圖）。

計算機輔助地圖製圖

電子計算機是系統的關鍵設備，用以控制整個製圖過程，完成各種複雜的運算和數據處理；輸入設備主要有圖形數字化儀，其功能是將圖形或圖像轉換為數字。較常用的是手扶跟蹤數字化儀。輸出設備主要有各類自動繪圖機、圖形顯示設備和縮微膠片記錄儀等。

軟件系統為機助製圖程序和數據文件的總稱。由於地圖內容和製作過程複雜，軟件的類型和功能也多種多樣，常按數據類型、設備類別、製圖目的和應用功能進行分類，分為矢量製圖軟件和柵格製圖軟件；行式打印機製圖軟件、繪圖機軟件和屏幕顯示軟件，地形圖製圖軟件、專題地圖製圖軟件和曬圖製圖軟件；以及基本軟件、功能軟件和應用軟件等等。根據開發的機助製圖軟件，製圖程序分為：①數據採集、編輯和管理；②基本繪圖操作；③繪製地圖的點、線和麪狀符號；④插值和繪製等值線；⑤三維圖形表示；⑥建立地圖數學基礎和地圖投影轉換；⑦圖表和統計地圖的顯示；⑧屏幕顯示系統；⑨距離和麪積的量算；⑩其他分析和處理程序。由於程序的功能主要取決於製圖算法和數據結構的有效性，因此算法和數據結構的研究也是機助製圖軟件的重要組成部分。

20世紀50年代，計算機控制的行式打印機開始輸出地圖圖形。1964年，研製成英國牛津自動製圖系統。1967年，美國H.T.費希爾領導的實驗室研製出組合統計製圖軟件包。1970年，美國人口統計局設計出具有拓撲編輯功能的雙重獨立地圖編輯技術(DIME)，奠定了機助製圖數據結構的拓撲學基礎。在中國，1972年，由中國科學院地理研究所主持開始製圖自動化系統的研製，至80年代，各種類型的數據庫和地理信息系統相繼建立，在為普通地圖的計算機輔助生產準備和積累數據的同時，專題地圖的計算機製圖得到了廣泛的應用。

機助製圖的基本工藝過程包括輸入、處理和輸出3個主要環節。

①數據輸入。指圖形的數量化和輸入系統的全過程。用於編圖的資料有地透、像片和統計數據等。對於圖形和影像通過數字化，變為機器的可讀數字。數字化方法有很多種，最普遍的是以聯機方式的手扶跟蹤數字化方法。這種方法的速度較慢，但實用、可靠、容易處理。掃描數字化方法，是將像片或地圖圖形分解為一系列由0和1組成的圖形元素，或按不同灰度值構成的二維矩陣像元組，速度快，但所含數據量相當大，計算機處理也複雜得多，它是數字化技術的發展方向。

②信息處理。指在數據輸入和圖形輸出這兩個階段之間，計算機對數據進行的各種加工。包括數據的編輯加工，數據檢索和更新，以及圖形的變換、簡化和處理。如比例尺和投影的變換,數據壓縮和內容分類,專門要素的符號化等，以獲取符合編圖要求的製圖文件，並將製圖文件進一步加工為繪圖機可以識別的繪圖文件。所有這些工作都是編圖人員通過調用系統程序、製圖庫程序和用户應用程序來實現的。處理方式有聯機、脱機或混合方式三種，一般使用圖形聯機編輯處理方式較為理想。

③圖形輸出。指計算機執行繪圖文件，驅動繪圖機輸出圖形。根據數據的不同來源、不同圖形特點和對繪圖質量的不同要求，可以採用矢量繪圖機、光柵繪圖機、陰極射線管顯示或計算機輸出縮微膠片等。由於地圖常常需要複製，一般採用帶有光學繪圖頭的平台式矢量繪圖機。

長期以來，地圖靠手工方法制作，人工耗費多，生產週期長,資料更新慢,影響地圖的使用價值。機助製圖的誕生,引起地圖生產方式和地圖面貌的變化,也改變了地圖使用的實質。通過建立以知識庫為基礎的地圖專家系統，將推進地圖設計和地圖應用的發展。從人機結合到人工智能，從數據庫設計到模型庫技術，從產品開發到系統設計，從信息管理到決策分析，將代表機助製圖今後發展的新領域。