科普 | 数字地图制图技术
随着社会的发展和经济水平的提高，计算机地图制图技术由试验发展到试用阶段。80年代以后,丰富的数字制图软件进入市场,极大地改变了地图的制作和使用方式,各种类型的地图数据库和地理信息系统都相继建立,计算机地图制图得到了较大发展和广泛应用。到90年代以后,计算机地图编辑出版系统相继问世,推出了新型印前处理系统———彩色桌面出版系统( desk top pulishing,DTP) ,利用计算机可以制作出高品质的地图产品,全数字化的制图工艺成为现实,从而打破了长期以来传统地图制图与出版的分工界线,实现了地图设计、输入、编辑和制版的一体化,地图制图技术和工艺都发生了革命性的改变,从传统手工制图转变为现代数字地图制图的生产模式。
二、数字地图制图的优势数字地图制图系统和传统地图制图相比,在地图工艺流程、制图精度、成图周期等方面都产生了巨大变革。传统地图工艺流程由编辑准备、原图编绘、制印准备、地图制印四个阶段构成,而数字地图制图工艺流程由编辑准备、数据获取、数据编辑处理、直接制版印刷四个阶段构成。
数字地图制图的整个过程都是以彩色桌面出版系统为核心,利用计算机输入输出功能,实现地图数据获取、处理和输出的全数字化链接,即从地图数据库(GIS)中自动生成符合一定件的地图底图数据,利用计算机辅助制图技术,对原始数据进行编辑出版处理,再利用计算机制版技术实现由计算机直接到印版的过程。
用现代数字地图信息代替传统图形模拟信息,提高了地图制图的精度。以基于GIS地图数据库的地图编制与出版系统,兼备了GIS与CAD制图系统的功能;基于CTP技术的电子出版,省去了出胶片再晒版的工艺环节,缩短了地图制图的周期。
1. 地图数据库
基于GIS技术建立的地图数据库具备GIS空间数据的大部分特点,其主要功能有数据获取、要素分类分层管理、要素编辑、地图整饰、居民地密度选取、生成里程、投影变换、生成经纬网、地图裁切、转换格式等。其中有几项功能在地图制图中较为实用。
(1) 要素编辑
在GIS地图数据库中进,充分利用GIS软件的空间分析、数据编辑、要素分类分层提取。编图者根据所编地图的主题,确定要提取的地理底图要素和专题地图内容,并进行分类分层管理,以便分层输出后文件的匹配。例如
,在编制交通地图集时,主要利用数据库中水系、境界、居民地、山脉等基础地理要素和道路及与之相关的旅游等专题要素,在GIS软件中进行要素的提取和分层管理,并可根据制图综合选取的原则,利用计算机可以进行自动选取居民点密度,为图集的编制提供了方便、准确、可动态更新的底图数据。
(2) 投影变换
地图投影变换是从一种地图投影点的坐标变换为另一种地图投影点的坐标。GIS中的空间数据往往源于多种信息源，而多种信息源与地图所采用的投影并不一致,不同投影的变换在GIS软件平台中易于实现。各种地图根据其内容主题、制图目的及制图区域的位置、使用方式等以及为了满足制图的长度、面积和角度变形的要求,可根据实际的需要选择不同的地图投影,提高地图的使用精度。如等角圆锥投影适合绘制中纬度沿东西方向延伸地区的地图,因此常用双标准纬线等角圆锥投影编制中国大陆全图、省(区)图。这种操作只需在GIS软件平台中设定投影参数和投影方式即可,这也是利用GIS数据的优势所在。
(3) 格式转换
GIS数据的格式通常为E00、Shape和Mif等,需要转换为计算机辅助制图软件能够接受的格式,在系统中完成地图的编制和出版。通过转换格式可以实现不同软件之间的数据转换与共享,利用计算机辅助制图软件打开GIS数据的中间数据格式,如在GIS数据平台中Mif转换为Dxf或Dwg,将E00、Shape转换为A I格式,利用目前在地图制图行业中使用较为普遍的CorelDRAW制图软件打开A I、Dxf和Dwg格式等,在CorelDRAW中采用VBA功能对地图要素进行分离分层、符号化处理、印前处理等。这种输出方式在地图行业中便于接受,利于推广。
2. 地图电子编辑出版
在彩色桌面出版系统中,用地图制图的专业化软件,通过格式转换接受来自GIS地图数据库的数据,并进行编辑处理和印前处理。
(1) 编辑处理：
地图数字化输入后,在计算机上进行设计与制作,包括将矢量的数据进行分离分层,置入版式设计中,图形、符号和注记的编辑、色彩管理、图面整饰、形成成果文件、彩喷校样等工作,各种图形软件进行编辑,在屏幕上看到的地图就是最终地图样式,大大丰富了表现手段,提高了成图质量。要实现地图制图过程的全数字化,一个好的专业制图软件是必不可少的。目前普遍使用的地图制作软件主有两类:一类是计算机辅助设计类软件,如CorelDRAW、Illustrator等,这类软件界面丰富,具有较好的地图整饰功能和效果,在地图制图行业中使用较多;另一类是GIS类软件,如ArcGIS、Map Info、mapgis等。
(2) 印前处理
在地图编制出版系统中,印前处理是完成地图印刷出版的一个重要环节。在计算机直接制版工艺中,印刷前我们看到的是数码样,它永远不会出现露白、漏色或重色现象,而在印刷中,由于续纸的不稳定性会引起各印刷色之间的相对位置偏离标准位置;同时当纸张随滚筒高速旋转时,会发生横向移动或拉伸;而且纸张吸收了润版液和油墨后尺寸会发生改变,引起不同程度的变形等,这些因素都会引起套印不准。套不准的颜色会产生印品上相邻色块之间因套印误差而产生的白色缝隙,即人们所说的露白,从而影响印品的美感,造成印品质量不合格。为了解决因套印误差而产生的白边,在印前输出系统中进行印前处理,主要包括陷印处理和压印处理。陷印是指相邻两个色块衔接处要有一定的交错叠加,以避免印刷时露出白边。压印是一个色块叠印在另一个色块上,细线和小文字可以使用这种方法,要注意的是黑色文字在彩色图像上的压印,不要将黑色文字底下的图案镂空,不然印刷套印不准时黑色文字会露出白边。地图出版软件MapGIS、CorelDRAW、Photoshop等不仅有良好的图形处理、图形编辑功能,而且有完善的陷印和压印处理技术。
3. 计算机直接制版
随着现代印刷技术的发展,印刷产品的地图印前技术发展迅速。CTP是建立在彩色桌面出版系统之中,使用新型板材与成像的技术,改变了以往传统工艺流程中的出胶片、拼版、晒版等手工环节,实现了数据由计算机直接到印刷版的过程,使地图出版完全转变为数字生产，大大地提高了印刷质量和生产效率,降低了生产成本。CTP系统包括:数码打样、组版、直接制版生成印版、印版上机印刷。其中数码打样是
CTP流程中较为关键的技术。数码打样是指以数字出版系统为基础,在印刷生产过程中按照出版印刷生产标准与规范处理好页面图文信息直接输出彩色样稿的打样技术。
(1) 色彩管理技术
色彩管理是将印前数据的色空间与要输出该色的色空间进行对比,并根据输出端的呈色特性进行线性化调整,制作出不同特性的线性化曲线,使要处理的地图文件在从一个设备到另一个设备的转换过程和各个输出端(如计算机屏幕显示、数码打样、印刷)上显示的颜色尽可能保持一致。在数码打样中,图像的分色已被定义用数字来交换,呈色是基于喷墨打印机的介质和墨水(模拟印刷的纸和墨) ,不同于传统打样中的纸张和油墨。喷墨系统的呈色原理与胶印过程的呈色原理不同,意味着和印刷一致的分色不能从数码打样直接实现,因此分色的数值必须转化为合成的数码打样墨值才能获得相同的颜色。通过一个反映印刷特性的色彩描述文件,运用国际通用的ICC色彩管理技术,贯穿于从屏幕软打样、输出数码打样样张、印版输出及印刷的全过程之中,才可使色彩管理技术的优势在每个环节都得到真实的体现,以保证打样输出结果与印刷输出结果的颜色一致。
(2) R IP技术
光栅图像处理器( raster image p rocessor, R IP)是一种输出软件,它可将图形、图像文件转换成各种大幅面打印机相应的打印语,然后传给打印机输出。目前, R IP已经变成了印前生产的核心技术。它影响到从色彩和文件管理到印刷的整个生产过程,而且还具有陷印和拼大版的功能。R IP打样可在很短的时间内获得样张,样张可用于印前检查,发现错误可以直接修改地图数据,从而使整个打印过程及审校、修改都比传统打样具有优越的时效性,提高了生产效率,满足了现代地图出版周期短、时间紧的要求。
全数字地图制图系统集GIS技术、数字制图技术、CTP技术于一体,工艺流程大为减化,成图周期大大缩短,提高了地图产品质量,数字地图制图有着广阔的发展前景,但同时也为地图编制人员提出了更高的要求。彩色桌面出版系统可将地图的输入、编辑和印刷一体化完成,
在现今技术融合、信息发达、知识更新加速的环境下,这就要求制图人员对空间数据和属性数据极为丰富与复杂的数据库数据、数字条件下制图综合选取原则的确定与划分、后端计算机直接制版印刷的要求等新技术有足够的了解,充分了解数字地图制图的技术规范及流程,突破传统手工制图工艺的限制,在全数字地图制图提供的更宽泛的条件下,拓展设计空间,提高地图的表现力,设计出内容更加丰富、更准确的地图产品。
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