安師大《地圖學(xué)》教案03地圖概括

PAGE１２PAGEPAGE１第三章地圖概括【教學(xué)目的】通過(guò)本章教學(xué)，使學(xué)生理解并初步掌握地圖概括的實(shí)質(zhì)、意義，地圖概括的影響因子，地圖概括的主要方法等。【重點(diǎn)難點(diǎn)】教學(xué)重點(diǎn)：地圖概括的實(shí)質(zhì)，地圖概括的影響因子，地圖概括的主要方法等。教學(xué)難點(diǎn)：地圖概括的實(shí)質(zhì)及地圖概括方法分析。第一節(jié)地圖概括概述一、地圖概括的實(shí)質(zhì)及意義地圖學(xué)中“地圖概括“一詞最初源于拉丁文。解放初期我國(guó)在將加蕾耶夫斯婭的俄文版《制圖學(xué)》譯為中文時(shí)，將該詞翻譯為“制圖綜合”，并一直沿用至今。根據(jù)《牛津英漢字典》，譯文出版社《新英漢同典》和地質(zhì)出版社的《俄華簡(jiǎn)明測(cè)繪詞典》等，在《新編地圖學(xué)教程》一書中，又將該名詞統(tǒng)一翻譯為“地圖概括”?？梢姟暗貓D概括”與“制圖綜合”含義實(shí)質(zhì)是一樣的，只是表達(dá)不同而已。地圖概括，是地圖編制的重要環(huán)節(jié)。其實(shí)質(zhì)就是采取簡(jiǎn)單扼要的手法，把空間信息（地球表面的信息）主要的本質(zhì)的數(shù)據(jù)提取后聯(lián)系在一起，形成新的概念。地圖概括包括取舍與概括兩大環(huán)節(jié)。通過(guò)有目的的取舍、概括揭示制圖區(qū)域或制圖對(duì)象最主要的、本質(zhì)性的特征和分布規(guī)律。取舍：就是從制圖區(qū)域中選取主要的、本質(zhì)的地理事物，舍去次要的、非本質(zhì)性的的事物。概括：就是對(duì)制圖對(duì)象的形狀，數(shù)量和質(zhì)量特征進(jìn)行化簡(jiǎn)。包括圖形概括（去掉輪廓形狀的碎部，以突出事物的總體特征）和數(shù)量和質(zhì)量特征的化簡(jiǎn)（即減少分類和分級(jí)的數(shù)量，以縮減客觀事物的差別）。取舍和概括不是任意的，而是根據(jù)地圖比例尺、用途和制圖區(qū)域的地理特征，對(duì)地圖上各要素及共同內(nèi)在聯(lián)系加以分析研究，選取和強(qiáng)調(diào)主要的事物和本質(zhì)的特征，而舍去次要的事物和非本質(zhì)的特征。地圖概括意義體現(xiàn)在兩大矛盾的協(xié)調(diào)：（1）地圖圖幅有限性和制圖對(duì)象的豐富性；（2）地圖幾何精確性與地理適應(yīng)性。地圖概括的水平和質(zhì)量對(duì)地圖恰當(dāng)?shù)胤从掣鞯乩硪氐奶卣?、分布?guī)律與相互聯(lián)系，保證地圖質(zhì)量具有重要意義。二、地圖概括的步驟地圖概括的步驟可歸納為：分類、化簡(jiǎn)、夸張、符號(hào)化四步。在制圖過(guò)程中四個(gè)步驟間互相影響，不能截然分開的。1分類可分類定義為空間數(shù)據(jù)的排序、分組或分群。根據(jù)地理信息的異同，在集合成類的過(guò)程中，既有歸并，也有拆分。例如“河流”的定義，指沿地表低凹部分呈線形分布經(jīng)常性或周期性水流，包括常流河段或季節(jié)件河。而常流河又分中心通航河段和不通航河段?！愕卣f(shuō)，地圖內(nèi)容的分類是依照地物的屬性劃分的，這種劃分由需要及圖解限度而定。例如土地利用分類，分類的詳細(xì)程度程度決定于使用目的以及成圖的比例尺。小比例尺制圖，土地利用分類程度概括。反之，在大比例尺圖上，分類就會(huì)更細(xì)化。分級(jí)是另一種形式的分類，即對(duì)空間數(shù)據(jù)按數(shù)量等級(jí)差異劃分為若干個(gè)級(jí)別。例如高程值是連續(xù)面上的離散數(shù)據(jù)，而等高線是由等間隔的或漸增的計(jì)量曲線所構(gòu)成。將統(tǒng)計(jì)值分為若干級(jí)表示，有助于統(tǒng)計(jì)面的定性及定量分析。再如，根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，將某區(qū)域人口密度數(shù)據(jù)劃分為若干個(gè)等級(jí)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)制圖，以反映該區(qū)域人口空間分布差異。2簡(jiǎn)化簡(jiǎn)化可定義為顯示空間數(shù)據(jù)的重要特征，刪除不重要的細(xì)部。依比例尺和目的的不同，它包括地理信息的取舍和圖形簡(jiǎn)化兩個(gè)方面。根據(jù)制圖區(qū)域特征、制圖比例尺以及制圖目的對(duì)制圖內(nèi)容進(jìn)行取舍或圖形簡(jiǎn)化。假定有—組道路，普通公路的寬度為30m，簡(jiǎn)易公路的寬度為20m，大車路的寬度為10m，在1:20萬(wàn)的地形圖上，相應(yīng)的寬度為0.15、0.1、0.05mm。在我國(guó)的西部省區(qū)，由于交通還不夠發(fā)達(dá)，它們會(huì)被全部選取，而在我同東部省份，若全選取上便會(huì)使線狀道路過(guò)分稠密，因而必然會(huì)將一些低等級(jí)道路舍棄。再如，比例尺的變更影響著圖形要素的變化，比例尺愈大，圖形愈詳細(xì)，反之簡(jiǎn)化。3夸張夸張可定義為提高或強(qiáng)調(diào)符號(hào)的重要特征。它與編圖的目的和用途密切相關(guān)，并體現(xiàn)在地圖設(shè)計(jì)過(guò)程中。例如，在小比例尺圖中，中國(guó)東部海岸線的長(zhǎng)江口以南的海岸線形狀就就是夸大的，以此強(qiáng)調(diào)其巖質(zhì)海岸多彎曲的特征。可見，夸張突出了地理適應(yīng)性特征，但破壞了地圖的精確性。4符號(hào)化符號(hào)化就是將空間數(shù)據(jù)通過(guò)分類、簡(jiǎn)化、夸張等方法所獲得的記號(hào)，根據(jù)其基本特征、相對(duì)重要性和相關(guān)位置制定成各種圖形。地圖上的一切都體現(xiàn)出它是符號(hào)的模型，制圖者就是運(yùn)用這些記號(hào)，使空間數(shù)據(jù)的每個(gè)概念，構(gòu)成的一個(gè)事件，以及它的地理分布來(lái)實(shí)現(xiàn)符號(hào)化。制作符號(hào)就是使空間數(shù)據(jù)成為視覺(jué)可見的圖形。因此，符號(hào)化的過(guò)程也就是地圖可視化的過(guò)程。三、影響地圖概括的因素地圖概括的程度主要取決于地圖比例尺、地圖主題和用途，制圖區(qū)域地理特征、制圖資料詳細(xì)程度等。一般說(shuō)，比例尺愈小，概括程度愈高。1地圖的用途和主題圖3-1地圖的用途和主題的影響地勢(shì)圖地理圖編圖目的與任務(wù)不同，圖上反映空間數(shù)據(jù)的廣度和深度亦不同，地圖的用途是地圖概括的主導(dǎo)因素。例如，同是比例尺1；100萬(wàn)的華北地區(qū)地圖，中學(xué)用的教學(xué)掛圖和參考性的行政地圖，內(nèi)容繁簡(jiǎn)有很大的差別。前者只要滿足教學(xué)大綱的要求，區(qū)分行政省份、主要山川川和城市，以及反映一般自然地理概念即可(圖3-1)；但后者除了上述內(nèi)容外，還需要表不出華北地區(qū)所轄各縣的行政界線、詳細(xì)的河流和交通線。表示方法上兩者也有較大的差異。教學(xué)地圖符號(hào)粗大，色彩對(duì)比性較大，以便在課堂學(xué)習(xí)時(shí)全教室里的學(xué)牛都能看得清楚；行政地圖則需要使用圖3-1地圖的用途和主題的影響地勢(shì)圖地理圖地圖主題決定要素的重要程度和選取，必然影響地圖概括。例如相同比例尺的水資源圖和交通圖，前者要詳細(xì)表示水系，應(yīng)盡量選取一切可能的小支流與湖泊，不放棄人工水體(水庫(kù)、運(yùn)河)，面積較小的水上建筑物可以用符號(hào)表示，以反映水系的工程差異。而圖上的居民點(diǎn)、交通線要素等選取則較少；相反，在交通圖上，鐵路和公路要根據(jù)運(yùn)營(yíng)的情況盡量表示，而水系要素可少選。同一種地理要素的選取也受地圖主題的影響。以居民點(diǎn)為例，在地勢(shì)圖上不必強(qiáng)調(diào)表示每—個(gè)縣級(jí)行政中心，而在政區(qū)圖上則盡量表示各級(jí)行政中心。在經(jīng)濟(jì)地圖上只表示與經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)有聯(lián)系的居民點(diǎn)，而不管它的行政意義。2地圖比例尺圖3-2不同比例尺圖上居民點(diǎn)圖形的變化地圖比例尺是決定地圖概括數(shù)量特征的主要因素，限定了制圖區(qū)域幅面和要素總量。例如，地面上1km2內(nèi)所對(duì)應(yīng)的圖上面積隨比例尺而變化，1:5萬(wàn)的地圖上有4cm2，1：25萬(wàn)地圖有0.25cm2，而1:50萬(wàn)地圖上只有0.45mm2。顯然，在各種比例尺圖上要表示同樣數(shù)量的地物是不可能的。開始時(shí)還能顯示居民點(diǎn)的碎部，繼而要對(duì)居民點(diǎn)進(jìn)行形狀的簡(jiǎn)化，最后只圖3-2不同比例尺圖上居民點(diǎn)圖形的變化圖3-3比例尺影響地圖概的數(shù)量和質(zhì)量特征地圖比例尺的變更，制約圖上地物的質(zhì)量特征（要素質(zhì)量特征的表示受幅面限制）（圖3-3）。例如大比例尺地圖上的河流可以表示出河寬、水深、流向、流速、河床質(zhì)地和能否徒涉等。但在相同區(qū)域的小比例尺地圖上，大部分河段特征由于幅面太小面無(wú)法表示，只有河網(wǎng)結(jié)構(gòu)成了地圖概括后的主要圖3-3比例尺影響地圖概的數(shù)量和質(zhì)量特征3制圖區(qū)域的地理特征區(qū)域的自然和經(jīng)濟(jì)條件，同樣的地理事物在不同地區(qū)具有不同意義，因而影響對(duì)區(qū)域的表達(dá)。例如我國(guó)江南水網(wǎng)地區(qū)，水系和居民點(diǎn)主要由密集的河渠和分散的居民點(diǎn)組成，居民點(diǎn)多沿河岸和渠道排列，由于河網(wǎng)過(guò)密，勢(shì)必影響其它要素的顯示。因此，在制圖規(guī)范中對(duì)這些地區(qū)需要限定河網(wǎng)密度，一般不表示水井、涵洞等。而在我國(guó)西北干旱區(qū)，蒸發(fā)量大大超過(guò)降水量，干河床多，常流河少，季節(jié)給水的河流和井、泉附近，成為人們生活、生產(chǎn)的土要基地。制圖規(guī)范對(duì)這些地區(qū)規(guī)定必須表示全部河流、季節(jié)河和泉水出露的地點(diǎn)。4數(shù)據(jù)質(zhì)量地圖概括是以空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)的種類、特點(diǎn)及質(zhì)量直接影響地圖概括的質(zhì)量?？臻g數(shù)據(jù)：包括圖表、影像、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和文字資料。5圖解限制地圖的內(nèi)容受符號(hào)的形狀、尺寸、顏色和結(jié)構(gòu)的直接影響，并制約著概括程度和方法。影響符號(hào)最小尺寸設(shè)計(jì)的因素：視覺(jué)分辨能力；印刷與繪制技術(shù)；地物意義和地理環(huán)境等。第二節(jié)地圖概括的主要方法一、取舍1取舍原則選取與地圖主題相關(guān)的內(nèi)容，舍去無(wú)關(guān)的內(nèi)容；選取反映地圖主題的主要類別,舍去次要類別；選取主要類別中的主要事物，舍去已選取的類別的次要事物。2取舍順序從整體到局部，從主要到次要，從高級(jí)到低級(jí)，從大到小。選取時(shí)要從總體出發(fā),按照先主要后次要,先高級(jí)后低級(jí),先大后小的選取順序,最后還要從整體上進(jìn)行分析,以保證制圖區(qū)域的總體特征反映制圖對(duì)象的主次關(guān)系。同時(shí)又要使地圖內(nèi)容豐富，地圖負(fù)載量適當(dāng)，清晰易讀。3取舍方法圖解計(jì)算法：用于居民點(diǎn)選??；等比數(shù)列法：用于河流等線狀地物要素的選?。粎^(qū)域指標(biāo)法：適用于各類要素的選??；開方根規(guī)律：用于從大比例尺圖向小比例尺圖的縮編。1）圖解計(jì)算法以單位面積內(nèi)能容納的符號(hào)面積負(fù)載量(S)確定符號(hào)選取數(shù)量指標(biāo)的方法。一般用于居民點(diǎn)的選?。▓D3-4）。確定單位面積內(nèi)能容納的符號(hào)數(shù)(n):圖3-4圖解計(jì)算法n=S/(q+p)圖3-4圖解計(jì)算法=S/(r2+3.5d2)2）等比數(shù)列法用等比數(shù)列確定地圖要素選取的方法——蘇聯(lián)學(xué)者鮑羅金根據(jù)心理物理學(xué)試驗(yàn)，察覺(jué)到同一要素的等級(jí)差別常遵循等比數(shù)列的規(guī)則。以河流在支流選取上的應(yīng)用為例,按等比規(guī)則：以河流支流選取應(yīng)用為例（表1）,按等比規(guī)則：河流長(zhǎng)度分級(jí)A1,A2,…An，Ai=A1·ri-1河流間距分級(jí)B1,B2,…Bn，Bi=B1·pi-1表3-1等比數(shù)列模式這里,r,p為辨認(rèn)系數(shù)(公比),可令r=1.3，p=1.5表3-1等比數(shù)列模式表格中，C11,C22,…,Cnn為河流應(yīng)保持的最小間隔，令Cii=(Bi+Bi+1)/23）區(qū)域指標(biāo)法小比例尺地圖概括過(guò)程：搜集與編輯空間數(shù)據(jù)：原始地圖的鑲嵌和比例縮小研究區(qū)域地理特征：編制確定要素選取的區(qū)域指標(biāo)圖提出區(qū)域概括定量指標(biāo)，如下例（表3-2，圖3-5）。4）開方根法德國(guó)地圖學(xué)家特普費(fèi)爾(F.Topfer)提出的方案：新編地圖所應(yīng)選取的地物數(shù)量與原始地圖地物數(shù)量之比符合原始地圖與新編地圖的比例尺分母之比的平方根。這里，N為圖上地物數(shù)，M為比例尺分母，A為原始圖，B為新編圖。例如，由一張1：5萬(wàn)地形編繪成一張1：10萬(wàn)地形圖，在相應(yīng)的范圍內(nèi)，原始地圖有居民點(diǎn)78個(gè)，則新編地圖上的居民點(diǎn)NB此應(yīng)為：但是，選取地物的多少，除了與比例尺有關(guān)外，還要受到多種因素的影響。例如地物的重要程度不同，各種用途的地圖符號(hào)尺寸不同等。因此，特普費(fèi)爾又在基本公式上增加符號(hào)尺寸改正系數(shù)C和地物重要性改正系數(shù)D，將公式擴(kuò)展為：圖3-5選取指標(biāo)圖圖3-5選取指標(biāo)圖對(duì)于符號(hào)改正系數(shù)C，可能出現(xiàn)三種情況：⑴符合方根規(guī)律，且隨比例縮小，則有C1=1⑵不符合方根規(guī)律，但新圖與原圖符號(hào)尺寸相同。⑶不符合方根規(guī)律，且新圖和原圖符號(hào)尺寸也不同：地物重要性改正系數(shù)D的三種情況：綜上，開方根規(guī)律的一般公式可寫為：這里，x為選取級(jí)，可設(shè)為0,1,2,3開方根規(guī)律的基本特點(diǎn)：⑴直觀地顯示了地圖概括時(shí)從重要到一般的選取標(biāo)準(zhǔn)，是一個(gè)有序的選取等級(jí)系統(tǒng)。⑵是線性方程，在地圖比例尺固定的條件下，地物選取的比例一致。⑶未考慮到地理差異，特別是制圖地物分布的密度變化。⑷選取級(jí)x的調(diào)整可適當(dāng)彌補(bǔ)地理差異的影響。二、概括1數(shù)量特征的概括根據(jù)制圖比例尺的差異，對(duì)制圖對(duì)象數(shù)量等級(jí)進(jìn)行細(xì)分或合并的過(guò)程。例如，區(qū)域人口密度分布圖。制圖比例尺大，數(shù)量分級(jí)數(shù)多，反之亦然。具體方法有：分級(jí)：指對(duì)選取的制圖對(duì)象按數(shù)量分布差異進(jìn)行分等劃級(jí)的過(guò)程（圖3-6）。圖3-6圖3-6人口密度分級(jí)圖例（7級(jí)）合并：根據(jù)制圖需要對(duì)制圖資料中有關(guān)數(shù)量等級(jí)進(jìn)行合并的過(guò)程，一般在從大比例尺圖向小比例尺圖縮編中，則需要對(duì)制圖對(duì)象數(shù)量等級(jí)進(jìn)行適當(dāng)合并（圖3-7）。圖3-7不同比例尺圖圖3-7不同比例尺圖人口密度分級(jí)圖例2質(zhì)量特征的概括根據(jù)制圖需要,按質(zhì)量特征對(duì)制圖對(duì)象進(jìn)行分類、歸并的過(guò)程。如土地利用分布圖。制圖比例尺大，制圖對(duì)象分類更詳細(xì)，反之概括。具體方法有：分層歸類：地圖上的分類可分為兩種情況，對(duì)于普通地圖，制圖部門獨(dú)立地制定圖例、圖式，使普通地理要素按不同的比例尺納入規(guī)范要求。對(duì)于專題地圖，遵從該專題的學(xué)科分類。在比例尺變換時(shí)，專題作者需要和編圖作者商討在地圖上表示專題分類的詳細(xì)程度。如圖3-8，1971年版1：10萬(wàn)地形圖有詳細(xì)的水系分類。當(dāng)比例尺變換至1：25萬(wàn)時(shí)．這個(gè)分類僅保留了河流、運(yùn)河、常年湖、水庫(kù)，其它都在分類上消失。類型合并：用概括的分類代替詳細(xì)的分類，或者說(shuō)將當(dāng)前類型并入上一級(jí)的類型等級(jí)中。如將水田、旱地合并為“耕地”；將石橋、鐵橋、木橋合并為“橋”。3-8水系的分類經(jīng)過(guò)層次歸類的空間數(shù)據(jù)，具有明確的先后層次順序，隨著比例尺的縮小，按數(shù)據(jù)的質(zhì)員特征來(lái)合并，減少類型數(shù)量。3-8水系的分類3圖形特征的概括根據(jù)制圖需要,對(duì)制圖對(duì)象圖形特征進(jìn)行簡(jiǎn)化概括的過(guò)程。圖形特征包括：內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外部輪廓1）簡(jiǎn)化降維轉(zhuǎn)換表示數(shù)據(jù)的符號(hào)圖形產(chǎn)生維量變化，稱為圖形等級(jí)轉(zhuǎn)換。點(diǎn)狀符號(hào)是1維的數(shù)據(jù)，線狀符號(hào)和面狀符號(hào)是一種2維的數(shù)據(jù)，比例尺縮小或同級(jí)比例尺的制圖目的不個(gè)同時(shí)，運(yùn)用符號(hào)表示數(shù)據(jù)的圖形產(chǎn)生維量的變化，它對(duì)地圖的載負(fù)量影響很大。圖3-9降維轉(zhuǎn)換如四3-9，居民點(diǎn)從一個(gè)平面圖形(2維)轉(zhuǎn)換為圓圈符號(hào)(1維)，河流從雙線的線狀符號(hào)，變更為單線(同是2維)，實(shí)測(cè)的橋梁(2維)轉(zhuǎn)換為橋梁符號(hào)(1圖3-9降維轉(zhuǎn)換碎部刪除去處那些因比例尺縮小而無(wú)法清晰顯示的圖形碎部特征（圖3-10）。圖3-10碎部刪除圖3-10碎部刪除保持輪廓圖形和彎曲形狀的基本特征；保持彎曲轉(zhuǎn)折點(diǎn)的相對(duì)精確性；保持不同地段彎曲程度的對(duì)比。任何線狀地物或面狀地物，其輪廓都是點(diǎn)的連續(xù)，而這些點(diǎn)所構(gòu)成的曲線中，只有能反映舊線彎曲形狀特征的點(diǎn)才是特征轉(zhuǎn)折點(diǎn)(數(shù)學(xué)上稱反曲點(diǎn))，是構(gòu)成圖形的支柱。只有保持這些轉(zhuǎn)折點(diǎn)才能保持線狀和面狀地物的形狀相似性。保證圖形形狀簡(jiǎn)化后相似性的具體方法有：按拉最小尺寸限定彎曲的取舍；按開方根規(guī)律簡(jiǎn)化形狀。2）夸張有時(shí)候?yàn)榱孙@示或強(qiáng)調(diào)物體的平面圖形特征時(shí)，本來(lái)應(yīng)按比例刪除的小彎曲，反而夸大表示。例如小比例尺地圖上的一個(gè)湖群地區(qū)，在比例尺縮小以后，不對(duì)一些主要的湖泊適當(dāng)放大，就顯示不出這個(gè)湖區(qū)的地理特征。新編地圖可能不適于量測(cè)，然而它反映了區(qū)域的地理面貌。包括不依比例的放大與位移。局部夸大—些有許多微小彎曲的河流，如果按核比例尺機(jī)械地化簡(jiǎn)，這些彎曲將會(huì)全部被刪除，多彎曲河流將變成筆直的河段，反而歪曲了河流的特征。因此，必須對(duì)一些彎曲進(jìn)行局部夸人(圖3—11)。其它地理要素概括時(shí)也會(huì)出現(xiàn)類似的情況。3）位移為了保持地圖上各地理要素相互位置關(guān)系的對(duì)比，當(dāng)對(duì)某要素進(jìn)行夸大表示時(shí)，其它地理要素也要做相應(yīng)的位置調(diào)整。例如，粵北坪石金雞嶺路段(圖3-12)：南向是武水，中間是京廣鐵路，北面是金雞嶺。在小比例尺地圖上，武水位移量最小，而坪石、金雞嶺已經(jīng)移到東邊去了。4）合并由于比例尺的縮小，將圖上間隔小于規(guī)定尺寸的圖形加以合并（圖3-13）。合并與刪除是一個(gè)問(wèn)題的兩個(gè)方面。刪除等高線所表示的谷地，就等于兩邊山脊的合并。城市街道的刪除就造成街區(qū)的合并。比例尺縮小以后，也造成森林的互相合并。4）分割合并的結(jié)果可能導(dǎo)致圖形某些特征的丟失，為了彌補(bǔ)這一缺陷，有時(shí)根據(jù)制圖需要對(duì)合并后的圖形再作適當(dāng)?shù)姆指睿▓D3-14）。但分割造成圖形的變形很大，一般不常用。第三節(jié)地圖概括的現(xiàn)代發(fā)展計(jì)算機(jī)制圖使現(xiàn)代地圖的編制更多地?cái)[脫手工勞動(dòng)，它對(duì)地圖概括提出的要求是：總結(jié)概括的規(guī)律，研究地圖概括過(guò)程的計(jì)量化和模型化，充分利用地圖數(shù)據(jù)庫(kù)和地理信