福建省地图制图学与地理信息工程学科发展研究

[摘要] 随着计算机、遥感技术的发展以及多学科理论的相互渗透，以地理空间信息数据库，计算机地图制图、地理信息系统和计算机网络技术为主体的数字化地图制图，取代了传统手工地图制图，并向以地理空间信息综合服务为核心的信息化地图制图与地理信息系统转变。本文较为系统地总结福建省地图制图学与地理信息工程学科在地图制图、空间数据挖掘、地图数据的可视化表达、地理信息系统及网络技术的研究应用状况，并提出今后一段时间学科的关键技术发展方向和思路。

[关键词] 地图制图 地理信息 空间数据库 可视化 数据挖掘 网格

地图制图学与地理信息工程是研究利用图形科学、抽象概括地反映自然地理和社会经济各种要素和现象的空间分布、相互联系、空间关系及其动态变化，并对空间地理环境信息进行获取、智能抽象、存储、管理、分析、处理和可视化，建立相应的空间信息系统，以图形和影像方式传输空间地理环境信息的科学。

随着计算机、遥感技术的发展以及多学科理论的相互渗透，以地理空间信息数据库、计算机地图制图、地理信息系统和计算机网络技术为主体的数字化地图制图，已经取代了传统手工地图制图，并正向以地理空间信息综合服务为核心的信息化地图制图与地理信息系统转变，地理空间信息获取的天、空、地一体化、信息处理的智能化、信息服务的网络化正在成为信息时代地图制图学与地理信息工程学科的新特征。当前，我省地图制图与地理信息系统工程的技术与应用发展与全国先进省份相比，还存在一定的差距。因此，进一步总结我省地图制图学与地理信息工程学科的发展状况，分析所面临的挑战和机遇，明确今后一段时期的发展方向，是十分必要的。

1 地图制图学与地理信息工程学科取得的进展

地图制图学与地理信息工程学科有其特殊的社会任务和科学任务。它的社会任务是：从社会需求出发，设计和制作不同种类的地图，建立各类空间数据库和专题地理信息系统，为资源调查与开发、工程建设与规划、环境监测与灾害治理、宏观管理与社会应用等服务。它的科学任务是：为完成其它任务提供一系列理论、方法和技术支持，如地图空间认知理论、地图自动综合理论和方法、空间数据不确定性理论和数据质量控制技术、空间数据分析、数据挖掘与知识发现方法、空间信息可视化与虚拟现实技术、基于网格的地理空间信息管理与服务技术等。近年来，我省地图制图学与地理信息工程学科取得了一些重要进展。

1.1 地图制图生产进一步实现了由手工模拟地图制图向现代计算机数字制图的转变

“十五”期间，我省地图制图生产基本实现了由传统的手工地图制图技术向现代计算机数字制图技术的跨越式发展，地图制图与出版的数字化与一体化已成为我省地图制图生产的基本技术手段，基本改变了地图制图技术的落后状况，提高了成图速度，缩短了成图周期，适应了经济建设和社会发展的需求。目前，常见的地图制图数据模型有两种：面向计算机地图制图的数据模型和面向GIS的建库数据模型。前者以满足地图制图规范与图式要求为核心，强调要素的符号化，以制图效率与质量作为评价标准，适合于地图制图；后者以地理空间对象（包含图形信息、高程信息和空间关系信息）的表达为核心，不强调物理特征的符号化表达，以检索查询和空间分析效率作为评价标准，适合于计算机识别、空间分析和计算（简灿良，2008）。有的专家提出一种同时面向地图制图和GIS的数据模型，将矢量地理信息与符号化地图图形数据进行有机融合，在统一平台上一次性地完成地理信息的生产和更新、地图制作及图形信息再现。

1.2 初步构建了我省基础空间数据库，空间数据索引技术研究进一步深入

继建立我省l:25万、1:5万数字线划图（DLG）数据库、数字高程模型数据库、数字正射影像数据库等之后，又建成了我省1:1万数字线划图（DLG）数据库、数字高程模型数据库、数字正射影像数据库( 叶荣青，2007 )。各设区市l:2000、1:1000、1:500基础地理信息数据库也在建设之中，基本建立了福建省地理空间基础框架，为我省区域经济规划、防灾减灾、科学管理和重大工程建设提供了及时可靠的基础地理空间信息保障。但海量空间数据的组织与快速检索仍是空间数据库领域的一个重要问题。一种大数据量森林场景组织及其实时绘制方法（李建微、陈崇成等，2007），针对森林场景建模的复杂性和大数据量等特点，并在对比分析各种场景组织算法的基础上，阐述了采用八叉数结构(Octree)来组织森林场景的流程，提出了层次包围盒+线性边缘检测的预裁剪算法，并将该算法应用于大数据量森林场景的实时绘制；通过实验结果进行分析，得出了八叉树结构对场景不同划分深度对绘制效率影响的规律，对大数据量的组织管理，进行有益探索。

1.3 省、市地图集的编纂出版水平有了新的提高

20世纪70年代以前，由于受制图技术手段、印刷工艺的制约，地图产品多数为手工绘制或单色机器印刷的单张图，地图表现形式单调，内容简单。地图集（册）的编制出版工作也受技术制约，发展缓慢。1962年，我省编制出版了第一本《福建省地图集》，直到1989年才编制出版第二本《福建省海岸带与海涂资源综合调查地图集》。1995年之前，编制出版全国范围的地图册一本，全省范围的地图册两本。上述图集（册）均为手工绘制，地图符号、线划较为粗糙，色彩表现力不强，内容详尽程度也受到一定影响。90年代后期，计算机技术的快速发展和四色印刷技术的应用，地图集（册）的编制和出版也有了新的提高。相继编制出版了《福建省农业地图集》（1995）、《福建省海岛资源综合调查地图集》（1997）、《福建省自然地图集》（1998）、《福建省普通地图集》（1999）、《福建省历史地图集》（2004）、《福建省文物地图集》（2007）、《福建省行政区划地图集》（2007）、《中国精品地图册》（2007）、《中国高速公路营运里程及城乡公路网地图集》（2007）、《中国城市间快速行车指南地图集》（2007）、《福建省情地图集》（2008），编制出版了全国性、区域性和省（市、县）地图册几十种。此外，还与台湾大舆出版社联合编制出版了《台湾省地图册》。同时，还编制出版了福州、厦门、泉州市多媒体电子地图。地图集（册）的编制呈现多方位、多品种、形式多样、内容丰富、信息量大的发展态势，其应用已涉及到各行各业，在国民经济建设、社会发展、政府辅助决策中发挥了重要作用。

1.4 电子地图和地理信息系统技术紧跟国内先进水平，地理信息服务形式更加多样化

随着地理信息系统技术、计算机地图制图技术和空间数据库技术的发展，各种专业应用GIS中的电子地图、多媒体电子地图(地图集)、网络电子地图、导航电子地图等多种地图可视化系统应运而生。例如，福建省地图出版社编制出版的《福州市电子地图》（2001）、《泉州市多媒体电子地图》（2003）、《福建省城市三维电子地图》（2007）；福建省基础地理信息中心研制的《福建省三维电子地图》（2007）；福州市勘测院编制《福州之窗电子地图》（2004）等。与此同时，用户范围也更加大众化。

近年来，我省地理信息系统技术快速发展，紧跟国内先进水平。福州大学参与研究的国家863 计划“面向网络海量空间数据处理的大型GIS 开发”项目立足技术创新，在解决面向空间实体及其关系的数据组织、高效海量空间数据的存储与索引、分布式计算等关键技术问题的基础上，开发了具有我国自主知识产权的、可支持国家级空间基础设施建设的大型地理信息系统（GIS）基础软件平台。空间数据库服务器和空间应用服务器可以在Unix/Linux 大型服务器上运行，具有TB 级空间数据处理能力、安全级别达到B2 级，可以支持局域、广域网络环境下空间数据的分布式计算，可供国家级空间数据处理与交换中心以及大型GIS 应用工程使用。此外，福州大学还在国内率先成功研究开发了基于XML Web Services技术、SOA体系架构和SaaS运行模式的城市空间信息网络服务平台，通过对地理信息内容和GIS 功能的集中管理，并为应用开发人员提供基于Web Services 的二次开发接口，实现与各种Web 应用的快速集成，从而为地理空间信息的应用提供了基于GIS信息发布与应用的公共服务平台，为我国“数字城市”、政府和企业信息化建设提供了一种经济适用的地理空间信息应用解决方案。地理信息系统研究结合福建省情，立足解决区域发展的实际问题，在不同行业得到广泛应用。