淺談數字化地圖的矢量化

周　琳

摘要:隨著社會發展和計算機技術的普及,傳統的生活方式正逐漸改變,在許多領域,人們需要使用計算機技術模擬顯示現實世界中的各種信息,并對信息進行查詢和處理。由此需要對實際信息進行數字化處理,即進行各種數據的采集和矢量化處理,使之變成我們需要的電子信息。本文著重介紹了數據采集常用的方法,常用的矢量化處理軟件和使用MAPINFO軟件進行矢量化處理的步驟方法。

關鍵詞:數字化地圖;矢量化;數據采集;數據控制

隨著社會經濟的發展,越來越多的人開始使用計算機網絡進行信息的傳遞,開始使用數字化地圖進行地域、信息的查詢,例如圖書館數字地圖導購系統、旅游區景點數字地圖導游系統,110出警線路查詢系統等等。也就是說,隨著經濟的發展,我們在公務、出外辦公、旅游等一系列活動中,紙質的地圖已經不能滿足各種信息查找的需求。而數字化地圖與傳統地圖相比,很明顯地有如下幾點優勢:①信息資源豐富②信息傳遞快捷③信息更新便捷④信息查詢靈活⑤信息“三定”優勢,即數字化成地圖中的各種信息比普通地圖具有更強的定性、定位、定量的功能。

要實現紙質地圖到數字化地圖的轉變,就要涉及到地理信息系統數據的處理。通常地理信息系統(GIS)把要處理的數據分為兩類,第一類是反映事物地理空間位置的信息,從計算機的角度稱空間位置數據,也常稱地圖數據、圖形數據;第二類是與事物的地理位置無關,反映事物其它特征的信息,可稱為專題屬性信息或專題屬性數據,也稱文字數據、非圖形數據。為了進行有效的查詢、分析和管理等,必須將這兩類信息都輸入到計算機GIS數據庫中。[1]

首先我們要做的就是空間信息的獲取。其途徑通常為:野外測量、遙感、現場調查、已有資料等;屬性信息的獲取途徑通常為:遙感、現場調查、社會調查、已有資料等。獲取的數據經過分類、編碼、轉換等,輸入到GIS數據庫中,形成規范化、標準化的數據。 下面就其內容做詳細的說明。

1 空間數據的采集

由于空間數據的來源不同,采集的儀器和方法也不同。目前有如下幾種方法:

1.1野外數據采集

GPS數據采集。GPS是全球定位系統的簡稱。GPS定位方法精度高,方便靈活。GPS定位技術在測繪中的應用和普及,是測繪科技的一個重大的突破性進展。隨著GPS接收站的全面建成和發展,GPS技術在普通測量與工程測量中的應用將越來越廣泛。我們可以通過接受站接受設備直接進行GPS數據的接受,并經過投影變換,輸入到數據庫中。

全站儀數據采集。用全站儀(或半站儀)進行實地測量,將野外采集的數據自動傳輸到電子手簿,磁卡或便攜機內記錄,并可在現場繪制地形(草)圖,再到室內將數據傳輸到計算機中,人機交互編輯后由計算機自動生成數字化地圖,并控制繪圖儀自動繪制地形圖。

1.2原圖(底圖)數據采集

在已進行過測繪工作的測區,有存檔的紙介質(或聚酯薄膜)地形圖,即原圖,也稱底圖。為了圖的計算機存檔和修測,為了建立該區的GIS或進行工程CAD設計,就必須將原圖數字化后,才能將圖的有關數據輸入到計算機中。目前數字化的方法主要有兩種:

數字化儀數字化。通稱的數字化儀實質是圖形數字化儀,是-種將圖示坐標轉換為數字信息的設備。數字化的過程,即用數字化儀對原圖的地形特征點逐點進行采集(稱手按數字化),將數據自動傳輸到計算機,處理成數字地圖的過程。

掃描儀數字化。掃描儀實質是圖像(含圖形)數字化儀,圖在掃描儀上走-遍,即完成圖的掃描數字化,將數據輸入計算機,存儲、處理并可再回放成圖。掃描數字化速度較快,但此時獲得的僅為柵格數據。柵格數據結構比矢量數據結構簡單,但圖形數據量大;其空間數據的疊置和組合十分簡便,一些空間分析也易于進行;圖像表現比較真切,易于與遙感數據匹配應用和分析,因此在GIS中,它與矢量數據結構并用。在數字測圖中,對原圖(矢量圖)掃描數字化,獲得柵格圖形數據后,還必須將柵格數據轉換為矢量數據,即矢量化。

1.3攝影測量與遙感。[3]

這種方法是以航空攝影獲取的航空像片作數據源,即利用測區的航空攝影測量獲得的立體像對,在解析測圖儀上或在經過改裝的立體量測儀上采集地形特征點,自動傳輸到計算機內,經過軟件處理,自動生成數字地形圖,并控制繪圖儀繪制地形圖。在我國目前條件下,航測適于較大面積幾年一次的測量工作,在城市利用新的航測數據建立GIS以后,只要用野外數字測圖系統作為GIS地形數據的更新系統,用地面測繪的數字圖作局部更新,即可保證GIS地形數據的現勢性。

在空間數據采集完后,我們要進行與空間事物相關的屬性數據的輸入和管理工作。

2.屬性數據輸入與管理

屬性數據是描述空間實體的特征信息,一般包括文字信息、圖、表等。屬性數據的輸入通常有4種方法:鍵入法、使用光學的字符識別技術、在數字化或矢量化的過程中賦值以及人工編輯法。

在實際實現系統時,可以通過相應實體的屬性輸入界面逐個輸入,但當數據量較大時,一般都與空間數據分開輸入且分別存貯。在分開輸入時,將屬性數據通過數據庫軟件或者辦公軟件如Excel等輸入。它不僅能表示常規類型的屬性數據即表數據外,還可以表示報表、普通照片、錄象資料、聲音、動畫等,從而更形象的表示實體內容。

3 目前常用矢量化軟件

目前市場上,可以用來進行矢量化處理的軟件也很多,比如AUTOCAD、COREL TRACE、COREDRAW、FREEHAND、VPHYBRID MAP、WISEIMAGE、MAPINFO、SUPERMAP GIS等,都可以用來進行地圖的矢量化處理。

4 使用MAPINFO軟件進行矢量化處理的步驟

這里就常用的使用掃描矢量化方法和MAPINFO軟件工具,來完成數字化成地圖制作的過程做具體介紹。一般來說,使用MAPINFO進行矢量化的步驟方法,可分別描述如下:

4.1首先將紙質地圖用掃描儀掃描后,以圖形格式存盤。然后在專業化圖像處理軟件中打開(例如PHOTOSHOP等),調用圖像處理軟件的功能進行圖形拼接、降噪、細化等,以改善獲取的柵格圖象的質量,從而得到柵格地圖。

4.2在MapInfo中打開柵格地圖。根據顯示的信息框,選擇只要求簡單顯示還是要求進行配準。如果選擇簡單顯示,則MapInfo自動生成一個與該柵格文件同名的TAB文件,并在地圖窗口中顯示。此時的圖層被稱為柵格圖層。我們可以通過在柵格圖層上覆蓋新的圖層來繪制我們需要的矢量化地圖。如果要在軟件中同時使用柵格圖象與矢量圖象,則必須選擇后者進行圖象配準,這樣MapInfo才能在地圖窗口中確切地放置圖象。配準過程在圖象配準對話框中進行,主要有兩方面的工作,一是提供準確的控制點信息,二是指定柵格圖象的投影。選擇前者僅僅將柵格地圖作為繪制矢量化地圖的參考。

4.3在MapInfo中利用保存修飾層的方法建立一個新圖層,并將該圖層設為可見、可以編輯。利用修飾層來生成新圖層可以保證各層尺寸等參數的統一。然后在新建的圖層上參考柵格圖層調用MapInfo提供的繪制點、線、折線、圓弧、多邊形、矩形、文本、符號等工具進行描路徑。實踐表明,道路部分適合采用折線繪制,街區、河流、綠地等用多邊形繪制比較方便。考慮到工作效率,還可以象Photoshop那樣在MapInfo中生成多個圖層,分別代表道路、綠地、河流、街區等,可以由多人分別在自己的計算機上繪制,最后在一臺機器上總體合并。

4.4每個新圖層都是我們繪制的多邊形、折線等對象的集合,可以調用MapInfo提供的工具對各對象進行分割、合并、擦除、拖拉等操作,可以對每個對象設置屬性信息(如路名、所屬街區、GPS位置信息等)。

4.5將繪制好的圖層匯總到一起。啟動MapX的地圖管理工具Geoset Manager,在該軟件中打開所有圖層,保存為一個GST文件(要存放在MapX的Maps目錄下)。再將畫好的地圖注冊。至此,矢量化地圖的生成工作就結束了。

在做完矢量化地圖的工作之后,我們就可以在其基礎上通過編程完成一系列的界面設計、算法設計、查詢窗口設計,最終完成完整的系統設計。

5 總結

總而言之,地圖矢量化是進入電子社會必經的一個過程和手段,掌握它的工具、方式、方法是我們從事地圖系統開發的基礎,是一切現實數據進行計算機模擬顯示和查詢所必須的步驟,也是具有現實意義和廣泛應用的。

參考文獻

[1]張劍平等. 地理信息系統與Mapinfo 應用〔M 〕. 北京: 科學出版社. 1999.

[2]龔建雅.地理信息系統基礎[M].北京:科學出版社,2002

[3]朱武,嚴榮華.基于DEM的航空攝影技術設計方法研究,海峽兩岸地理信息系統發展研討會論文集[C].廈門,2002.

[4]丁軍,劉艷芳.基于遙感圖像處理系統的數字影像地圖生產實踐與認識