【文章內(nèi)容簡介】 3。31 附 錄 32 1 第 一 章 緒 論 電子地圖概述 電子地圖的定義 關(guān)于 電子地圖的名稱，曾經(jīng)有不同的提法，如“電腦地圖”、“聯(lián)機(jī)地圖”、“屏幕地圖”和“瞬時(shí)地圖”等，有時(shí)又把電子地圖和數(shù)字地圖等同起來，或者認(rèn)為電子地圖是數(shù)字地圖和視盤地圖的集合等。但是在人們的生活中，電子地圖的概念更通俗易懂，因而被大眾所接受。 Taylor（ 1991）將電子地圖定義為“在電子介質(zhì)上使用的地圖”；郭仁忠（ 1995）認(rèn)為投影技術(shù)和設(shè)備的發(fā)展使顯示電子地圖的介質(zhì)并不一定是電子介質(zhì)，運(yùn)用計(jì)算機(jī)主機(jī)和光學(xué)投影儀同樣 可以在屏幕（白紙、幕布甚至墻壁）上顯示地圖，故可以認(rèn)為“電子地圖是屏幕上顯示的地圖的總稱”。但為了排除單純投影與幻燈生成的屏幕地圖，因此建議將電子地圖定義為“是基于電子技術(shù)的屏幕地圖”，并進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了計(jì)算機(jī)在電子地圖中的作用。祝國瑞（ 2020）從數(shù)字地圖的可視化作用出發(fā)，提出“電子地圖是數(shù)字地圖經(jīng)可視化處理在屏幕上顯示出來的地圖”。吳忠性（ 1993）、張文詩（ 1994）等從地圖數(shù)據(jù)來源和地圖傳輸?shù)牟煌嵌纫步o出了電子地圖的定義。造成電子地圖概念多樣化現(xiàn)象的原因在很大程度上是因?yàn)榘l(fā)展中的電子地圖與現(xiàn)代技術(shù)迅速 結(jié)合，不斷推出新的應(yīng)用形式，從而在短時(shí)間內(nèi)難以給出一個(gè)簡潔、科學(xué)和明確的定義。 要弄清楚電子地圖的概念，就需要從目前多種多樣的電子地圖產(chǎn)品中分析其內(nèi)在的特性，同時(shí)還要保證這個(gè)概念的包容性和可成長性。歸納起來，電子地圖具有以下基本性質(zhì)： （ 1） 電子地圖首先是一種模擬地圖產(chǎn)品。它反映了地理信息，同時(shí)具有地圖的 3 個(gè) 基本特征，即數(shù)學(xué)法則、制圖綜合和特定的符號(hào)系統(tǒng)，這使得電子地圖有別于遙感影像或建筑設(shè)計(jì)圖。 （ 2） 電子地圖的數(shù)據(jù)來源是數(shù)字地圖。數(shù)字地圖是地圖的數(shù)字形式，一般存儲(chǔ)在 計(jì)算機(jī)磁帶、硬盤、 CD— ROM 等介質(zhì)上。數(shù)字地 圖既可以是矢量地圖數(shù)據(jù)，也可是柵格地圖數(shù)據(jù)。 （ 3） 電子地圖的采集、設(shè)計(jì)等都是在計(jì)算機(jī)平臺(tái)環(huán)境下實(shí)施的。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為電 子地圖提供強(qiáng)大的軟硬件支持。同時(shí)，電子地圖的屏幕顯示也依賴于某個(gè)特定地圖軟件的表達(dá)功能。正因?yàn)槿绱耍簡⒄虏捎谩半娔X地圖”而不是“電子地圖”這一術(shù)語是有一定道理的。 2 （ 4） 電子地圖的表達(dá)載體是屏幕。屏幕既可以是電子介質(zhì)，如計(jì)算機(jī)顯示屏、電 視機(jī)屏幕等，也可以是投影屏幕等其他形式。電子地圖的顯示不是靜止的和固化的，而應(yīng)是實(shí)時(shí)和可變化的，這使得電子地圖和傳統(tǒng)紙質(zhì)地圖相比在應(yīng)用上具有更大的靈活性。 綜上所述 ，我們可以這樣理解電子地圖的概念：從狹義上講，電子地圖是一種以數(shù)據(jù) 地圖為數(shù)據(jù)基礎(chǔ) 、以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為處理平臺(tái)、在屏幕上實(shí)時(shí)顯示的地圖形式。而從廣義上講，電子地圖應(yīng)該是屏幕地圖與支持其顯示的地圖軟件的總稱。前者強(qiáng)調(diào)了電子地圖的地圖特性，后者則反映了電子地圖的綜合特性。 當(dāng)然，電子地圖的形式、范疇都可能隨著技術(shù)、方法的發(fā)展而延伸，但是必須滿足電子地圖的基本定義。例如，網(wǎng)絡(luò)地圖雖然是通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)地圖數(shù)據(jù)的傳輸，但是它同時(shí)符合上述的 4個(gè)基本特征，所以網(wǎng)絡(luò)地圖又稱為網(wǎng)絡(luò)電子地圖；而直接采用數(shù)碼攝像（攝影）設(shè)備拍 攝的地圖，盡管可以通過 VCD、 DVD 影碟機(jī)等在電視機(jī)上播放、瀏覽，但是缺少數(shù)字地圖的數(shù)據(jù)管理和計(jì)算機(jī)平臺(tái)的支持，就不能夠稱為通常意義上的電子地圖。 電子地圖的特點(diǎn) 電子地圖將傳統(tǒng)的地圖與當(dāng)代技術(shù)方法結(jié)合起來，產(chǎn)生了新的地圖產(chǎn)品品種，表現(xiàn)在制圖工藝流程、表現(xiàn)形式、地圖介質(zhì)、應(yīng)用方法等諸多方面。因此，電子地圖不是將地圖內(nèi)容簡單地搬上屏幕，而是在地圖設(shè)計(jì)、應(yīng)用上的一個(gè)重大變革，在一定程度上改變了地圖的傳統(tǒng)信息、傳輸方法與應(yīng)用模式，賦予了地圖新的生命力和科學(xué)價(jià)值。 和傳統(tǒng)紙質(zhì)地圖相比，電子地圖擁有 的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)可以歸納為以下幾個(gè)方面。 1． 數(shù)據(jù)與軟件的集成性 在產(chǎn)品形式上，紙質(zhì)地圖表現(xiàn)為單一的地圖數(shù)據(jù)輸出，而電子地圖是地圖數(shù)據(jù)與軟件系 統(tǒng)的集成，缺一不可。電子地圖的應(yīng)用軟件又可稱為電子地圖瀏覽或者閱讀系統(tǒng)，它是地圖由數(shù)據(jù)形式到模擬表達(dá)形式的翻譯器和轉(zhuǎn)換器，負(fù)責(zé)將地圖數(shù)據(jù)庫中的內(nèi)容顯示在屏幕上，并具有一系列對(duì)地圖瀏覽的操作功能。 2．過程的交互性 紙質(zhì)地圖一旦印刷完成就成為定型產(chǎn)品，幅面、內(nèi)容、形式都不會(huì)再發(fā)生改變。而電子地圖保存在計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)設(shè)備中，電子地圖系統(tǒng)的瀏覽軟件允許用戶對(duì)表達(dá)的地圖內(nèi)容進(jìn)行選擇 ，并通過縮放、漫游對(duì)地圖表達(dá)區(qū)域進(jìn)行調(diào)整，從而經(jīng)過用戶的交互操作在屏幕上形成一張新的地圖。 3． 信息表達(dá)的多樣性 3 由于受到比例尺、幅面和媒介的制約，紙質(zhì)地圖能反映的信息量有限，只能通過地圖符 號(hào)的結(jié)構(gòu)、色彩、大小來反映地理對(duì)象的信息。而電子地圖的交互功能，如放大，漫游功能以及地圖數(shù)據(jù)庫的支持使得地圖的載負(fù)量可以得到極大的擴(kuò)展，同時(shí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的多窗口和多線程技術(shù)可以運(yùn)用于視頻、聲音、圖像、文字、動(dòng)畫等多媒體信息的表達(dá)，豐富了電子地圖的內(nèi)容，最大限度地發(fā)揮電子地圖的閱讀功效。 4． 無級(jí)縮放與多尺度數(shù)據(jù) 每一幅紙質(zhì)地圖都 具有一個(gè)固定的比例尺，但在電子地圖中由于屏幕顯示的靈活性，可 以在一定限度范圍內(nèi)通過開窗、剪裁和無級(jí)縮放，實(shí)現(xiàn)對(duì)電子地圖內(nèi)容的任意局部或全局顯示。針對(duì)縮放過程中用戶對(duì)細(xì)節(jié)信息的要求不同，電子地圖還可以同時(shí)載負(fù)多個(gè)比例尺地圖數(shù)據(jù)，并通過設(shè)定的顯示條件動(dòng)態(tài)地調(diào)整地圖表達(dá)的內(nèi)容，如隨著地圖的逐步放大，更大比例尺的地圖細(xì)節(jié)被顯示出來。 5． 快速、高效的信息檢索與地圖分析 在紙質(zhì)地圖上搜索地圖目標(biāo)需要用戶人工獨(dú)立完成，并且只能進(jìn)行一些比較簡單的量算 和分析，不僅費(fèi)時(shí)，而且精度也不容易得到保證。電子地圖利用地圖數(shù)據(jù)庫的查詢 、檢索功能和 GIS 的空間分析功能很容易實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)地圖目標(biāo)的快速查詢（包括空間與屬性之間的雙向查詢）和高精度量算、分析的需要。 6． 多維與動(dòng)態(tài)可視化 在紙質(zhì)地圖中制圖人員通常將地理對(duì)象的空間分布形態(tài)通過制圖綜合轉(zhuǎn)換為二維平面形式表現(xiàn)出來，即使三維、連續(xù)分布 的地理信息，也間接地轉(zhuǎn)化為等值線形式來表達(dá)；紙質(zhì)地圖表達(dá)的地圖目標(biāo)都是靜態(tài)的、不變化的，要在圖上反映動(dòng)態(tài)變化的地圖現(xiàn)象，往往通過幾個(gè)時(shí)間段的靜態(tài)地圖組合來實(shí)現(xiàn)。在電子地圖上，不僅可以進(jìn)行了地圖的三維顯示、空中飛行、虛擬環(huán)境漫游等，而且還可以直接描述地理現(xiàn)象的動(dòng)態(tài) 變化過程。 7． 共享性 與紙質(zhì)地圖相比，電子地圖依托于計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和容量大、便于攜帶的存 儲(chǔ)設(shè)備，如光盤等，更容易實(shí)現(xiàn)地圖的復(fù)制、傳播和共享。目前在 Inter 上已建立了眾多的電子地圖網(wǎng)站，可以很方便地從地圖上查詢城市交通、地名、旅游景點(diǎn)、商業(yè)服務(wù)業(yè)信息等，極大地提高了電子地圖的利用率。 8． 低成本性 電子地圖的內(nèi)容以數(shù)據(jù)的形式保存在地圖數(shù)據(jù)庫中，可以方便地進(jìn)行無損失復(fù)制和數(shù)據(jù) 的編輯、修改，從而很容易更新再版，做到周期短、成本低。 4 電子地圖的分類 電子地圖的類型十分豐富，在傳統(tǒng)地圖的 基礎(chǔ)上有了較大的發(fā)展，因此，電子地圖的類型劃分可以基于基本分類和擴(kuò)展分類兩種方式?；痉诸愂侵负蛡鹘y(tǒng)地圖分類相對(duì)應(yīng)的劃分方法，主要根據(jù)地圖的內(nèi)容、性質(zhì)（比例尺、區(qū)域范圍）與用途來進(jìn)行劃分；擴(kuò)展分類是電子地圖特有的劃分方法，劃分依據(jù)有電子地圖的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、功能特點(diǎn)、輸出與使用方式以及技術(shù)特色等。 電子地圖的總體分類情況見表 。 表 電子地圖分類表 基本分類 擴(kuò)展分類 劃分方式 類型 劃分方式 類型 按內(nèi)容劃分 普通電子地圖 按數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)劃分 矢量電子地圖 專題電子地圖 柵格電子地圖 按 比例尺劃分 大比例尺電子地圖 矢柵混合電子地圖 中比例尺電子地圖 按功能特點(diǎn)劃分 瀏覽型電子地圖 小比例尺電子地圖 查詢型電子地圖 按區(qū)域范圍劃分 自然區(qū)域 分析型電子地圖 行政區(qū)域 按輸出和使用方式劃分 單機(jī)電子地圖 按用途劃分 軍用電子地圖 電子陸圖 電子海圖 電子航空?qǐng)D 電子宇航圖等 光盤電子地圖 觸摸屏電子地圖 PDA電子地圖 網(wǎng)絡(luò)電子地圖 民用電子地圖 農(nóng)業(yè)用電子地圖 地質(zhì)用電子地圖 石油用電子地圖 民航用電子地圖等 按技術(shù)特色劃分 多媒體 電子地圖 三維動(dòng)態(tài)電子地圖 移動(dòng)導(dǎo)航電子地圖 5 電子地圖系統(tǒng) 電子地圖系統(tǒng)是指在計(jì)算機(jī)軟硬件的支持下 ,以地圖數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ) ,能夠進(jìn)行空間信息的采集、存儲(chǔ)、管理、分析和顯示的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 電子地圖系統(tǒng)由硬件、軟件、數(shù)據(jù)和人員等部分組成。這里著重介紹電子地圖的軟件組成與主要功能。軟件系統(tǒng)包括操作系統(tǒng)、地圖數(shù)據(jù)庫管理軟件、專業(yè)軟件以及其他應(yīng)用軟件。其中，地圖數(shù)據(jù)庫管理軟件是核心軟件，其主要功能如圖圖 所示。 圖 地圖數(shù)據(jù)庫管理軟件的功能 地圖構(gòu)建功能。允許用戶根據(jù)設(shè)計(jì)方案選擇內(nèi)容、比例尺、地圖投影、地圖符號(hào)、 顏色等，生產(chǎn)預(yù)想的地圖，以滿足需要。從發(fā)展的角度來看，電子地圖將成為新的地圖制圖平臺(tái)，“地圖制圖平民化”趨勢(shì)也將越來越明顯。 地圖管理功能。除包含空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)和時(shí)間數(shù)據(jù)外，電子地圖還包含多種數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)，因此需要使用地圖數(shù)據(jù)庫管理這些復(fù)雜、大量的數(shù)據(jù)。 檢索查詢功能?？梢愿鶕?jù)用 戶需求來檢索信息，并以多媒體的形式顯示查詢結(jié)果，包括圖形到屬性的 查詢，屬性到圖形的查詢，圖 形、屬性綜合查詢以及拓?fù)洳樵儭? 分析功能。進(jìn)行簡單的空間分析和統(tǒng)計(jì)分析。 數(shù)據(jù)更新功能。能提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)輸入、編輯能力，以確保及時(shí)更新數(shù)據(jù)，保證電子地圖的現(xiàn)勢(shì)性，并為再版地圖創(chuàng)造優(yōu)越的制圖環(huán)境。 地圖概括功能。在電子地圖中，地圖概括是按照視覺限度的原理實(shí)現(xiàn)的，它是一個(gè)逆向過程。當(dāng)數(shù)據(jù)庫中存 儲(chǔ)了十分詳細(xì)的制圖數(shù)據(jù)時(shí)，正常位置的屏幕上不可能顯示全部圖形細(xì)節(jié)，即顯示的比例尺縮小時(shí)，很多的細(xì)節(jié)被忽略了。只有 窗 口放大時(shí)，才 能逐步顯示全部細(xì)電子地圖數(shù)據(jù)庫 生成模塊 管理模塊 分析模塊 顯示模塊 電子地圖 6 節(jié)，依次放大可獲得多種比例尺的效果。 輸出功能。空間查詢、空間分析、地 圖制圖的結(jié)果，可通過一定的方式提供給用戶。 本文 主要工作 以上 是 電子地圖的概況，對(duì) 基于 Shape 的電子地圖 顯示 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要做了以下兩方面的工作： （ 1）對(duì) Shapefile 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式進(jìn)行分 析， 對(duì)地圖源數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取和存儲(chǔ)。 （ 2）讀入地圖數(shù)據(jù)， 完成地圖顯示， 實(shí)現(xiàn)放大、縮小、漫游、圖層疊加功能。 7 第 二 章 基于 Shape 的電子地圖 顯示 系統(tǒng) 概要設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)需求 基于 shape 的電子地圖顯示 系統(tǒng) 主要具有以下功能： ● 電子地圖的 顯示 ● 電子地圖的漫游功能 ● 無級(jí)縮放功能 ● 圖層疊加顯示功能 系統(tǒng)功能分析 圖 表示了基于 Shape 的電子地圖 顯示系統(tǒng) 功能劃分。 地 無 地 圖 圖 級(jí) 圖 層 顯 縮 漫 疊 示 放 游 加 圖 基于 Shape 的電子地圖 顯示 系統(tǒng) 功能劃分 1． 地圖顯示 根據(jù)用戶需要裝載 Shapefile 電子地圖，讀取數(shù)據(jù)并將地圖 顯示 出來。 2． 無級(jí)縮放 對(duì)顯示的地圖進(jìn)行任何部位的無級(jí)放大和縮小， 地圖細(xì)節(jié)部分將被顯示出來，利于對(duì)地圖進(jìn)行細(xì)致 觀察、研究。 3． 地圖漫游 對(duì)顯示的地圖，可以拖動(dòng)，移動(dòng)到任何位置，與縮放功能配合更有利于觀察細(xì)節(jié)部分。 4． 圖層疊加 實(shí)現(xiàn)對(duì)多幅地圖在同一屏幕下 ，同一個(gè)最大邊界框 的管理 顯示 ，方便對(duì) 多 地圖 數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比觀察研究。 電子地圖顯示系統(tǒng) 地 圖 顯 示 無 級(jí) 縮 放 地 圖 漫 游 圖 層 疊 加 8 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)模塊劃分 對(duì)系統(tǒng)功能 進(jìn)行分析，其 模塊劃分如圖 所示： 圖 系統(tǒng)模塊劃分 文件讀取模塊及類實(shí)現(xiàn) （ 1） 文件讀取模塊流程圖設(shè)計(jì) 文件讀取模塊流程如圖 所示： 選 擇 要 讀 取 的 . S H P 文 件讀 取 . S H P 文 件 頭并 根 據(jù) S h a p e 類 型 創(chuàng) 建 相 應(yīng) 的 圖 層讀 取 . D B F 文 件 頭并 加 載 各 記 錄 項(xiàng) 的 描 述 信 息. S H P 文 件讀 取 結(jié) 束讀 取 空 間 幾 何 數(shù) 據(jù)讀 取 屬 性 數(shù) 據(jù)讀 取 點(diǎn) 讀 取 線 讀 取 面否 點(diǎn) 線 面 . S H P 、 . D B F 文 件 讀 取 結(jié) 束是一 一 對(duì) 應(yīng)一 一 對(duì) 應(yīng)一 一 對(duì) 應(yīng) 數(shù)據(jù)顯示模塊 鼠標(biāo)事件模塊 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn) 文件讀取模塊 9 圖 文件讀取模塊流程圖 (2) 類 及主要函數(shù)說明 Geometry（基類） GeoPoint（點(diǎn)類） Shape 類型類 ： GeoPoints（點(diǎn)集類） GeoPolygon（多邊形類） GeoPolyLine（折線類） Geometry 是點(diǎn)類、多邊形類、折線類的基類，點(diǎn)類主要是對(duì)點(diǎn)坐標(biāo)的 存取 。點(diǎn)集類是對(duì)多點(diǎn)的管理， 實(shí)現(xiàn)對(duì)各點(diǎn)的存取。多邊形類、折線類是點(diǎn)集的集合，實(shí)現(xiàn)對(duì)各部分點(diǎn)的存取。 FieldValue (記錄 項(xiàng)值類 ) 記錄項(xiàng)類： Field （記錄項(xiàng)類） Fields （記錄項(xiàng)集類） FieldValue 實(shí)現(xiàn)對(duì)各記錄項(xiàng)值的存取。 Field 實(shí)現(xiàn)對(duì)記錄項(xiàng)的管理，包括存取記錄項(xiàng)的字段名稱、字段類型、字段長度及讀取記錄項(xiàng)值 等功能 。 Fields 用 STL vector、 map實(shí)現(xiàn)對(duì) 一行記錄項(xiàng)的管理，包括添加記錄項(xiàng) Field、通過索引或者字段名取得記錄項(xiàng)、通過字段名取索引值、記錄項(xiàng)個(gè)數(shù)等功能。 行類： Feature （行類） 繼承 Row Row 實(shí)現(xiàn)對(duì)一項(xiàng)屬性記錄 的構(gòu)造管理， Feature 公有繼承 Row，實(shí)現(xiàn)對(duì)一項(xiàng)屬性記錄與相對(duì)應(yīng)的幾何數(shù)據(jù)相聯(lián)系，并對(duì)該記錄邊界實(shí)現(xiàn)存取。 DataSource (圖層數(shù)據(jù)集管理類 ) DataSet （基類） Table （圖層 數(shù)據(jù) 各行管理類） FeatureClass（ 圖層數(shù)據(jù)類 ） FeatureClass 繼承 Table 繼承 DataSet， FeatureClass 實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)圖層數(shù)據(jù)邊界框的計(jì)算及存儲(chǔ)整個(gè)圖層數(shù)據(jù)， Table 實(shí)現(xiàn)對(duì)上面 Row的管理，包括添加行數(shù)據(jù)、取得各行 等功能。 DataSource 實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)對(duì)各圖層數(shù)據(jù)管理，取得任意圖層數(shù)據(jù)。 類主要函數(shù)及功能說明見表 ： 表 類主要函數(shù)及功能說明 圖層數(shù)據(jù)類： 10 類 主要函數(shù) 功能說明 GeoPoint GeoPoint (double X, double Y) 以 X、 Y 坐標(biāo)構(gòu)造點(diǎn) GeoPoints GetPoint 通過索引返回相應(yīng)點(diǎn) GetPtCount 返回點(diǎn)集合中點(diǎn)的總數(shù) SetPointCount 設(shè)置點(diǎn)集合中點(diǎn)的個(gè)數(shù) SetPoint 通過索引設(shè)置點(diǎn)集中某點(diǎn)的值 GeoPolyline GeoPolygon SetPointsCount 設(shè)置點(diǎn)集合的個(gè)數(shù) GetPointsCount 返回點(diǎn)集合的總數(shù) GetPoints 通過索引返回相應(yīng)的點(diǎn)集 FieldValue SetInt 設(shè)置記錄項(xiàng)的整數(shù)值 SetDouble 設(shè)置記錄項(xiàng)的浮點(diǎn)值 SetString 設(shè)置記錄項(xiàng)的字符值 Field GetFieldName 返回記錄項(xiàng)字段名 GetFieldType 返回記錄項(xiàng)字段類型 GetFieldLen