5．13 空间数据的输出与制图

    空间数据经地理信息系统分析处理后，所得结果必须以各种形式输出给用户，供生产、研究和管理部门使用。图形、图象，图表及文本是其主要输出形式。尤其是各种类型的专题图已成为地理信息系统的主要输出产品。为了能准确、清晰、高效地制出高质量的图件，制图功能已成为地理信息系统中不可缺少的重要功能之一。

    在地理信息系统中，为了输出各种图件，硬件上必须配备相应的输出装置，及在设备驱动软件支持下的制图输出模块。通常，不同地理信息系统所具有的制图功能的强弱各不相同，这已经成为评价地理信息系统功能强弱的重要标志之一，该功能的强弱也直接影响它在市场上的占有率。

5．13．1 输出图件的类型及方式

    1．地图输出。地图是地理信息系统的主要输出形式，它以符号化模型来表示空间实体的形态。组成地图的要素包括地理要素，数字要素和辅助要素。地理要素是构成地图的主要内容，其中包括自然地理要素和社会经济要素；数字要素用来控制地理要素和地面事物的相对位置，使地图上空间要素有可能表达出它们之间的方向，距离和面积等参数指标；辅助要素包括图例，图表，文字说明等。

    地图的种类很多，其分类依据也较多，如按性质分类，按比例尺分类，按用途分类等等。从制图的角度出发，根据其空间形态可分如下类型：

    点状图 它通过不同图形、尺寸和颜色的符号来表示点状分布的现象以及它们的数量和质量特征。如通过符号位置反映事物的分布；通过不同符号形状(如几何符号，文字符号，象形符号等)反映事物的类别；通过定位符的大小反映事物的数量差异等。如居民点分布图，矿产分布图等。

    线状图 通过各种线状符号来反映事物的特征。如用特定的线状符号来表示交通图，河流海岸线图；用带箭头的线状符号来表示风向图；用线条粗细来表示交通运输能力图等。

    面状图 通过在区域内填充不同颜色，图案来表示区域的数量和质量特征。如行政区图、土壤图、植被图等。

    等值线图 它是用数值相等的点连接成的曲线来表示事物特征。实质上它反映的是连续递变的面状分布特征。如等高线、等温线等。

    三维立体图 它通过透视变换产生的透视投影，在平面地图上表示空间事物变化，从而使人产生立体感，如立地地形图等。

    影象图 它以航空像片或卫星图象平面图为基础，配以简要的线划符号和注记，以表示空间事物的特征。它比上面所述的线划图增加了大量环境信息，且直观性强，细节丰富，制图工作量小，尤其适合对较难调查的如森林、沙漠、沼泽地区的制图。

    2．统计图表的输出。对于非空间数据，特别是属性数据，统计图表可以直观地、正确地为用户提供信息。统计图的主要类型有散点图、折线图、直方图、棒图及饼图等。利用这些统计图定位，形成定位统计图，可以表示现象的数量特征或在一定周期内数量上的变化。如用若干同类型的定位统计图，较均匀地分布在图上，可反映整个区域内现象的差异。

    统计表可详细地表示非空间数据，它不直观。其优点是数据详细，便于对这些数据进行再处理。

    3．数字、数据的输出

    随着地理信息系统，图象处理系统以及各种分析模拟系统和决策支持系统的广泛应用，不同系统之间需要共享数据。因此常常要求系统直接输出数字产品，使一个系统内的数据形式能转换成其它系统可接收的数据形式。

    由于每个地理信息系统都有各自的数据结构和存贮形式，这样给数据交换带来了困难。为此，现阶段提出空间数据的低级交换格式是提供一个ASCII码的数据交换文件，把系统中的几何数据，拓扑数据，注记数据及属性数据，以块段方式顺序存贮在外部数据文件中，用该外部数据文件作为各系统数据输出交换标准。如AUTOCAD中的DXF文件，属于这类输出数据文件，这种数据文件对用户来说是透明的。也就是说，不同系统用户可利用这种外部数据文件来共享数据。这种方法的缺点是，不利于数据更新，费时费力。

    从发展的角度看，共享数据的更佳的方式是制定出空间数据相互操作的协议，其实质是制定出一套各个系统都能接收的空间数据操作函数，使各方都能驱动对方数据。其缺点是易出现数据的不一致性。共享数据的最好形式是各个系统的空间数据共享平台，但实际上因涉及各个系统软件低层结构，实施有一定困难。

    地理信息系统输出图件的方法可分矢量制图和栅格制图，相应地有矢量制图设备和栅格制图设备。

    矢量制图同矢量数据相匹配，它以画点、画线作为其基本绘图指令。在矢量绘图中，通过逻辑或物理绘图笔在四邻域方向，或八邻域方向上移动形成阶梯状折线来表示直线。由于步距非常小如0.05mm人的肉眼已觉察不出阶梯状波动。所以，划线的质量好，精度高，便于通过各种坐标变换实现图形变换，形成如透视立体图、各种比例尺的专题图等。矢量制图也可以在栅格制图设备上输出，这时，常通过插补法，将点、线指令转化成所需输出的点阵单元。矢量制图的缺点是软件开发复杂，对面状区域填充均匀性差，此外在矢量制图设备上输出图件速度慢。

    栅格制图与栅格数据相匹配，以栅格单元的颜色或灰度值作为基本属性。制图精度决定于栅格单元的大小，因为它是通过每个单元的点、线颜色和模式来表示图形的，软件开发相对容易。在栅格制图设备上输出图时，通常将操作结果存入缓冲区，待缓冲区满后，一次性输出到设备上，它适合输出影象图，晕渲图。

    通过矢量和栅格数据的转换，也可以将两种形式的数据以两种制图方式在制图设备上输出，图5－67列出空间数据输出设备。

5．13．2 制图符号与注记

    制图用的符号和注记是地理信息系统输出模块中不可缺少的部分，用来增加图件的可视性。

    通常，在输出图件上，各要素的位置，大小及数量和质量特征是通过不同颜色的点、线和面填充符号来表达，这些点、线、面符号总称为制图符号。此外，在图上常需要少量的文字注记，以说明各要素的名称、种类、性质和数量等，这些文字和数字总称为制图注记。

    制图符号用来表示地图上的地物特征，它同输出图的主题、内容、比例尺和用途等因素有关。一般来说，制图符号可以分为点状符号、线状符号及面状填充符号。它们分别表示点状分布，线状分布和面状分布的各种地物。

    1．矢量符号。矢量符号创建有很多方法，如直接坐标点法，编码法及子图形法等。下面以点状符号来说明之。

    1)直接坐标点法 在字符信息块组成的局部坐标系中顺序存贮组成符号的特征点坐标及抬落笔码，如表5－10所示。

    这样，在绘制符号时，可不必考虑符号形状，只需用同一绘图程序调用输出，从而，便于符号的扩充。

    2)编码法 用一系列编码来描述组成符号的线段所用的数据。每个符号有一个标题行和若干描述行组成。下面是AUTOCAD中采用的编码格式：

    标题行<编号>，<字节数>，<名称>

    描述行<字节1>，<字节2>……0

    描述行中每个字节的低4位表示矢量方向，其编码如图5－68(a)所示，高4位表示矢量长度，字节前0表示为16进制。

    图5－68中所示矢量具有“相同”的长度，实际上45°方向的一

    标题行 * 代码，7，TREE

    描述行 024 028 020 020 026 04A 0

    3)子图形法 将每个符号看成一个图，符号信息块中存入符号图形的几何参数，如图形长、宽、间隔、半径、夹角等，有些参数也可通过数学表达式计算出来。所绘制的每个符号都有相应子程序或函数来调用。这种方法所用存贮空间小，但编制程序复杂，且不利于用户扩充符号。

    在制图符号中，线状符号如公路、铁路、国界线等，其基本单元也可看作一个图案，包括简单线状符号，以及有简单的线状符号，加其他符号组成的复杂线状符号。在地图上往往要求线状符号具有延伸性，要求将线状符号沿中轴线串接起来，将图案坐标系的X轴与线状要素的中轴线重合，并在线状要素拐弯处随着弯曲要求而变形。因此，制图时，除要求对线状要素定位外，还应作弯曲和串接处理。

    面状符号由点状或线状符号在面域内按一定要求排列组合而成。面状符号信息所记录的内容除了点和线状信息结构外，还需增加排列方式，方向及间距信息。晕线是面状填充符号常用形式之一，通常在填充时需要逐段计算符号线与边界的交点，然后在交点间配置相应的填充符号。为了提高填充效率，可将欲填充的多边形边界坐标旋转，使所填充的线状符号要素的走向同图件坐标系的X轴平行，然后按要求填充，最后再将扫描线坐标转回到原坐标系中。若该符号由多个方向的线状要素组成，按上述过程重复多次即可。如图5－70所示。

    2．栅格符号。在栅格制图方式中，通常用点阵网格来生成栅格图形符号。

    点状符号一般采用模板来表示，例如用24×24点阵可以形象地表示各种形状的点状符号。在调用时，只要根据定位位置作出相应替换。

    线状符号亦以点阵方式，按规定的长度和宽度建立。但为了反映线的走向及变化特征，不能如点状符号那样作简单注记，而往往需要用图象处理方法进行计算。

    面状符号是根据图斑大小，建立各种疏密的面状填充符。首先读取制图数据单元的数据值，然后将模板单元值拷贝到相应位置的图象缓冲区中形成面状符号。

    在地理信息系统中，通常根据需要将矢量和栅格符号分别组成矢量符号库及栅格符号库。建立的符号应符合国家标准及规定，图案应美观大方且具有象征性或逻辑性。另外，符号库应具有可扩充性、可编辑性，应为用户提供自定义符号及编辑符号的功能，以满足地理信息系统用户的不同要求。

    地理信息系统输出图件的注记中，除了通常文字和数字外，汉字注记尤为重要。从原理上讲，汉字库和上面所述的点状字符库无本质区别。

    根据国家标准GB2312－80《信息交换用汉字编码字符集》规定共有7445个字符，其中一级汉字3755个，二级汉字3008个，特殊符号682个，每个字符都规定了统一的机内码，为汉字使用提供了方便。

    汉字具有两种表示方法，即基于划笔的矢量汉字和基于点位图的点阵汉字，它们分别置于矢量汉字库和点阵汉字库中。此外，借助栅格向矢量数据转换方法，亦可以将栅格汉字矢量化。

    在地理信息系统输出中注记汉字时常常使用矢量汉字，主要是因为矢量汉字具有无级缩放的优点。从而可满足各种比例尺要求，而点阵汉字放大时，其直线处常常出现锯齿形，严重影响美观。

5．13．3 图面整饰及制图综合

    一个优良的地理信息系统，应具有很强的制图系统。一个良好的制图输出系统能为用户输出信息丰富、表达完整、视觉效果好的图件。为此，在输出功能中常提供人机交互方式的图面整饰功能。

    每张输出图由数据(矢量或栅格数据)，图名、图框、图例、比例尺等信息组成。图面的整饰实际上给用户提供人机交互方式来处理上述信息，以得到高质量的输出图。它包括如下内容：

    1．图面布置。用来确定图框、图名、比例尺、经纬网以及图例的位置。通常图名置于图的上方，图例置于图的右下侧，说明置于图的下方等等。

    2．图例的创建与修改。其中包括图例尺寸的确定和位置的选择。

    3．图符的填充。图斑的填充通常有两种方式，一种是根据图斑填充图例；另一种是根据图例填充图斑，其填充内容可包含点状符号，线状符号及面状符号填充。

    4．文字注记。包括字型、字尺寸、间隔、方向等参数的选择，通常输出矢量图时用矢量汉字注记，文字注记整饰常包含有基本文本编辑功能。

    制图综合功能就是根据所制图件的特征、主题、用途、比例尺等因素，对它们之间进行内在关系的分析，从而对某些要素进行舍去和概括，使图件反映重要问题的本质现象，舍去非本质的现象。

    地理信息系统中的空间分析和处理功能为制图综合提供了模型级的功能。制图综合模块在图件输出级上为用户提供了操作功能，如要素的取舍、数量质量的概括、形状的概括等。

    随着地理信息系统用途的扩大，人们越来越感到制图综合功能的重要，从而在某些商品化系统中出现了制图综合模块。如美国INTERGRAPH公司生产的MGE系统中提供的MAP GENERALIZER模块等，其最终目的是方便用户，以输出理想的图件。