光盘地图的研究与应用
出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第766页（4839字）
计算机地图制图和地理信息系统的发展与应用，必须要有制图和空间信息数据库的支持。
建立这样一种数据库不仅是一个繁重而复杂的工作，而且需要大容量的存贮器。而光盘存贮技术的发展，则为地图学者提供了一种完全新颖的技术方法。
相对磁盘而言，人们把利用激光进行信息存取的介质圆盘称之为激光光盘。
它的形状象唱片，功能似录象介质，故有时又称为激光视盘。
它的特点是记录密度高，存贮容量大，存取时间短，检索快，信息保存时间长，易与计算机联机使用。光盘是利用聚焦极为细微的激光光点来记录信息的。记录密度可高达107～108位／cm2，是目前磁盘的几十倍至100多倍。光盘存贮器是采用非接触方式来读、写信息的，这种方式不会使盘面磨损、划伤，不受光盘表面的灰尘、指纹和划痕的影响，输出图象清晰。
光盘与计算机联结，可进行图形处理，例如影像的叠加和组合。它与印刷装置联结，可将光盘上的信息打印或复制为纸质拷贝。光盘可以用母盘大量复制，因此，其价格低廉，在常温、常压和常湿下，可长期保存。光盘按其性能分为3种类型：只读式、只写一次式和可擦式。
只读式光盘只能读出光盘上已记录的各种信息，但不能修改或写入新的信息。只写一次式又叫写入后立即读出式，它是记录后不能在原址重新写入信息的不可逆记录系统。
可擦式光盘是可以写入、擦除、重写的可逆型记录系统。
按数据记录形式，光盘又可分为两类，即模拟型和数字型。模拟型的存贮方式与电视记录过程相似，以视频信号调制激光存入光盘；数字型是将图象以数字信息存入，类似磁盘。前者存贮容量大，后者可直接与计算机联用。
光盘的性能与记录形式的不同，其用途也不同。光盘存贮技术因具有其它存贮技术无可比拟的优越性而受到重视。
近年来在数据处理，图象存贮和地图制作等领域也开始采用激光存贮技术。
光盘存贮的主要原理是激光与物质的相互作用。
它是利用激光的单色性和相干性，把光束聚焦成为1μm的微小光点，其能量高度集中，在存贮介质上产生物理化学变化，进行记录；用微小的光点在介质上扫描，根据反射光的变化读出记录的信息。光盘存贮系统分为两大功能部件，即控制处理机部件与读、写部件。
前者控制从用户到光盘和从光盘返回用户的数据流。写、读部件又可分为光盘机和光盘机电路两部分。
光盘的盘体结构由光盘基片，存贮介质和密封层3个部分组成。
基片是最为关键的光学部件，通常采用的材料有丙稀酸类树脂，聚碳酸脂类树脂，环氧类树脂以及铝合金类等。
只读型光盘的写读原理：记录输入的数据、信号首先通过检校电路和编码电路，去调制激光器的输出，把调制过的记录光束聚焦成直径约1μm的光点，并落在数据存贮介质上，当高强度的写入光通过时，记录光脉冲就在介质上形成一连串的物理标志。记录后的光盘上形成了极细密的螺旋式信息道。在电子显微镜下观看，这些信道上的纹迹是一个个相隔间距不同的，大小不一的凹坑。对于数字光盘，激光在信道上直接烧出坑来，有坑无坑分别代表二进制代码的1或0。
读出过程是记录的逆过程。读取光学头是一个激光器，聚焦成微米级光点照在光盘面上，并跟踪光盘上的信息纹迹，则被调制的光信号还原成调制的电讯号，经解调后还原成视频和音频信号。光盘存贮数据的格式与磁盘相似。沿光盘半径方向有若干条信息道，每条信息道在圆周方向分成若干扇区，每个扇区又可分为标题区和数据区，其中附有误差检验和校正码。
一条信息道划分多少个扇区，一个扇区内有几个数据区，或数据区内有多少字节，均随光盘系统不同而异。
光盘在存贮和显示文字与图像信息方面的优越性，早已引起国外地图制作和应用部门的重视。正如奥尔森(J．M．Olson，1984)指出；“光盘具有高密度存贮能力，可以随机存取图象，图形显示能与计算机联结，并可用软件控制，激光读图不损坏光盘，可长期保存，它为地图生产提供了一种完全革新的方法”。因此，国外地图制作机构，以光盘作为制图传递媒介出版发行光盘地图。
由于光盘存贮容量大，人们可以充分利用它的存贮功能建立模拟测绘资料库，或数字数据库。可以配套地存贮地图、航片和大地控制网图，以及各种测量控制数据等。
存贮的地图可以是各种比例尺的地形图，专题地图；并以不同规格的幅面存入，单色地图或多色地图均可存入。航片可以是按航线排列的单幅像片，也可以是某一地区的像片镶嵌图。
一张或多张光盘就可以组成一个区域完整的测绘资料库。
据估计，一张光盘就足以存贮中国陆上和海上全部的1∶50000基本比例尺地形图。
1982年美国在一张光盘上存贮了108000幅单色地图，在1985年美国国家海洋局和大地测量局开始应用双面光盘存贮了他们的全部地图、航图和有关文字说明资料。这种视频光盘测绘资料存贮系统，带有随机存取功能的处理机，用户不仅可以在很短的时间内，从屏幕上查询和阅读所需的地图资料。
光盘本身也可作为母盘大量复制出版。日本准备把测地卫星的遥测资料制成光盘，代替磁盘向外发行。日本国土地理院也计划把公开的地图制成光盘向外发行。这种光盘测绘资料库，占有空间小，便于保存，机动性强，利于管理和检索；比纸质地图和资料有更大的优越性，它可以减少地图的贮印数量，有助于解决一些地图存贮和供应的困难。从目前来看这种超大容量的地图资料数据库，采用光盘存贮是一可行的办法。视频光盘地图资料存贮系统，给地图资料的管理和应用开辟了新的途径。
将光盘存贮系统与计算机联结，可以建立视频处理系统，进行各种地图的图形处理与制图。用模拟光盘存贮的地图图像，能自动完成地图数字化过程，并用微机以交互式修改和变更数字化数据，进行图形处理，修改或编绘新的地图，输入激光绘图机，制作出合适的晒印底片，然后制版印刷，即可得到新地图。
光盘上存贮的地图，也可根据用户的要求制作地理底图，把已存贮在光盘上的数据，或实时输入的专题数据，分类分级制成统计图表，叠加在底图上，可快速显示事物变化的新信息，或实时制作有关的统计地图，并可对图像套色增强某些要素，以提高图形的显示和判读能力。对存贮的航空像片，可以进行影像的合并，叠加和镶嵌，甚至可以利用航空像片的像对，以视差较法建立地形的立体模型，进行立体显示或测图。在该系统内的图形或图像，可以平面显示，也可立体显示，分色或单要素显示；能扫视全图，也能从整体移向局部的地区详图。
近年来国外利用光盘存贮技术，开发了一些专用的信息系统光盘：(1)人口统计地理信息系统光盘的研制。
澳大利亚时空研究所发行的高级制图光盘就是这种性质的光盘。在该光盘上存贮了澳大利亚1981年至1986年的人口和住房建筑调查统计资料及有关的文件与数据；澳大利亚各州和州以下地区边界的数据库，高级地图制图软件包，并留有一定的空间供用户实时使用。
该盘可在索尼、飞利浦和日立等光盘放象机上使用，只要与IBM·AT或XT的微机联接，即可运行该信息系统。
它可以显示各种统计数据，制作统计图表，选择或组合不同地区的数据，用户可根据需要设计专题地图并在屏幕上显示或修改，然后用单色或多色喷笔输出地图，也可实时输入数据进行制图。
该系统还存贮了美国(1980)、新西兰(1986)、香港地区(1981)和瑞典(1970～1987)的人口调查资料和这些国家的省、县地区的行政界线。该系统使用方便，无需专门训练，用户只要阅读手册即可上机操作。
(2)城市街道信息系统光盘的研制。在该系统中存贮了这些城镇的全部大街小巷的平面图，并区分出主干道，高速公路和一般街道，或按照车速分级的道路；有的还能显示特殊的交通规定，如单行，禁止转弯的路口，限速和超车区等。
同时存贮了所有的街名，干线两侧住宅的门牌号码；并具有计算两点之间距离和选择最快，最短行车距离的功能，有的甚至还可计算到达目的地所消耗汽油的用量。有的系统光盘上还可进行准确的行车定位，若驾驶员没有按预先确定的路线行车，它会在你迷路或错过的路口处，停止播放音乐，并问你是否要重新计算或选择到达目的地的路线。这种道路网系统光盘目前有两类：一是在室内使用的，供快餐食品公司，给送货的驾驶员选择和确定最佳分送路线用，或给私人在家选择或确定假期的最佳旅游路线，这种系统既可屏幕显示也可打印出所需区域的道路图；二是放在汽车内使用的小型光盘系统，它具有汽车运行实时定位和重新选择路线的功能。(3)军用光盘制图系统的研制。
该系统将地图与战场信息、通讯指挥联合起来，采用了新颖的光盘存贮与显示手段进行作战指挥。该系统存贮了许多不同比例尺和不同用途的地图。其功能有：快速查阅地图；分色显示制图区域内的军事设施和物体结构，以及不同比例尺的地图；进行地图图形的处理(如叠加图形、符号和注记)；立体观察高度、地形和视线范围、设计航线；还有公用的数据库、地名索引库和通讯软件等，系统内有2048×2048像元的高分辨率工作站。其软件均按标准化形式设计的。
该系统主要应用于战斗演习模拟，空军的战场指挥、控制和通讯，战区的情报准备、收集、管理和综合分析等。国外地图学者利用光盘存贮的特性开始研制光盘地图集，也称之为“录像地图集”。
英国电视广播事业公司出版的视频光盘图像系统被认为是第1部光盘录像地图集。它存贮了50000张照片，250000页的文字内容，24000幅地图，以及航空照片和卫星影象。存贮的地图是英国陆军测量局测制的标准化地图，比例尺从1∶1250至1∶625000的系列地图。全系统分国家盘和公共盘。公共盘具有下列功能：沿地图移动，观看照片，阅读文字内容和地图索引。可在地图上计算距离、测量面积、换算比例尺、拼接地图、选择最佳路线、分要素提取信息、实时输入数据进行制图等。
该系统存贮有专题地图和普通地图，比例尺有大、中、小；有文字和图片，能多方面地介绍一个区域的状况，起到了一部地图集的作用。澳大利亚皇家理工学院的一位地图学者，在前几年研制录像磁带地图集的基础上，近年来开始研制光盘专题地图集，并提出研制用于城市规划决策的专用光盘地图集。他对光盘存贮专题地图集的内容、图幅大小和文字照片的编排，资料搜集的广度和深度，内容显示的逻辑层次，用于规划设计的专门功能等，按地图集的特点作了进一步的研究，该光盘地图集将为城市规划决策者提供一个有力的工具。
光盘存贮技术在地图领域中的应用，解决了计算机地图制图和地理信息系统中的数据采集和存贮容量的问题，加速这些系统中的超容量的大型数据库的建立及其应用，随着超大容量数据管理系统软件的解决，完全可以用光盘存贮进行全数字制图，这为计算机地图制图和地理信息系统的发展开创了新的前景。存贮在光盘上的图像资料可用视频信号或数字信号远距离传送到显示终端上，屏幕上的观察代替了实地考查，并能快速给军事、科研、生产和政府机构等部门提供地理环境信息，及时为军事指挥，规划决策服务，提高了地图信息传递的效率。光盘地图集的研制，使光盘存贮技术不仅在计算机地图制图中所发挥的作用，而在地图应用中还存在着很大的潜力。
地图、照片、文字说明、统计图表、地名索引、声音解释等汇编在一起，有图有声，检索方便，有平面和立体显示、定位和量算的功能，这种地图以完全新颖的形式提供给用户，给地图应用开拓出更加广阔的领域，光盘地图的发展也必将会对传统的地图设计和编制产生一定的影响。中国从20世纪70年代开始研究光盘技术，1984年引进激光视盘系统生产线；近年来已推出一种光盘文件管理系统，在可擦重写磁光盘的研制方面取得很大的进展。
随着光盘技术的大力发展，将会很快引用到测绘领域中来。
(南京大学田德森、冯璧华撰)