紙質地形圖數字化的方法

摘 要：地圖數字化是將紙質地形圖轉換成計算機能存儲和處理的數字地形圖，這一過程稱為紙質地形圖的數字化，簡稱地圖數字化，其常見方法為兩種：手扶跟蹤數字化法和掃描屏幕數字化法。

關鍵詞：數字化；手扶跟蹤；掃描屏幕

1 數字化儀和掃描儀概述

數字化儀是數字測圖系統中一種圖形數據采集設備，主要用來獲取矢量數據，用它從地圖上獲取空間位置數據。數字化儀工作的實質是把圖上的位置點信息轉換成數字化的平面坐標點信息，并輸入給計算機。其硬件主要有感應板，定位器（檢測器）及電子處理器三部分。圖形感應板是一個長方形面板，里面印刷著等距離的平行網線路。工作時，掃描脈沖依次加到網格陣列X，Y方向的各條線上。

掃描儀數字測圖是系統中又一種重要的輸入設備，主要用來獲取柵格數據，即將各種圖件轉換成柵格數據結構的數字化圖像數據，再輸入給計算機。掃描儀是機電一體化的產品，它的硬件主要有光學成像部分，機械傳動部分和轉換電路部分，其核心是完成光電轉換的電耦合器件CCD。掃描儀將自身攜帶的光源照射到圖件上，以反射光或透射光的形式，將光信號傳給CCD器件，并將它轉換成電信號，然后進行模/數（A/D）轉換，把形成的數字圖像信號傳給計算機。

地圖圖形是由點、線、面三種圖形要素構成的。其數據格式分為柵格數據和矢量數據，柵格數據結構相比矢量數據其結構簡單，表示效果相同時，柵格數據數據量比矢量數據大，在逐級放大時會發生失真。矢量數據精確度高，數據結構嚴密、數據量小，顯示、輸出的圖形精確美觀，其數據結構特點決定其有利于網絡的分析。

2 手扶跟蹤數字化法

手扶跟蹤數字化的操作方法是首先將數字化儀同安裝有專門的數字化軟件的電腦相連接。手持定標器（鼠標）對地形圖進行定向，建立數字化儀設備坐標系和測量坐標系的轉換關系。然后用定標器對準地圖上的每一個地形特征進行數據采集，經軟件編輯后獲得最終的矢量數據，即數字化地形圖。

2.1 地形圖定位方法

當圖幅內沒有已知控制點，或雖有控制點但控制點不滿足地圖定位要求，一般采用四個內圖廓點作為已知點進行地圖定位，四個內圖廓點的地圖坐標，由地圖可直接讀取。當采用控制點進行地圖定位時應首先確定好控制點的圖上點位，然后輸入對應的控制點的坐標。在數字化桌的右面開辟一個矩形或正方形的菜單區。在菜單區內按行和列分成相同大小的小方格，每個小方格內是以圖形表示或文字說明常用地形圖圖式符號和圖形處理功能。

2.2 手扶跟蹤數字化流程

地形圖數字化數據采集就是要對地形、地物的每一特征點的點位坐標進行采集，然后輸入其屬性信息和點的連接信息。對于地形圖的分層，其分層方法是任意的，如圖廓層、點號層、高程注記層等，也可按其它分層方法。對于數字化完成的相鄰兩幅地形圖，如有地物跨兩幅地形圖，因兩幅地形圖分別數字化，由于誤差影響，將產生拼接誤差，如誤差在允許范圍內，采用移動地物點方式使其無縫相接，如誤差超過允許范圍，則查明原因，改正有錯數據。接邊后的數據要保證接邊處的地物完整、連續。數字化精度是數字化工作必須考慮的問題，它包括圖紙定位誤差、采樣誤差、儀器誤差等。

3 掃描屏幕數字化

手扶數字化儀數字化是較早采用的紙質地圖數字化方法，其幾何精度較低，速度慢，勞動強度大。而地圖掃描屏幕數字化則速度很快，精度較高。地形圖掃描屏幕數字化是利用掃描儀，將地圖掃描，形成一定的分解力且按行和列規則劃分的柵格數據。柵格數據的標準文件格式包括BMP、TIFF、PCX等。地形圖的掃描屏幕數字化是利用掃描儀將紙質地圖掃描成柵格文件，又將柵格數據利用數字化軟件轉變成矢量數據的過程，其作業效率高于手扶跟蹤數字化。

3.1 圖像處理

圖像經過掃描處理后，得到光柵圖像，而后需要對光柵圖像進行預處理、細化處理和糾正工作。

（1）光柵圖像預處理。圖像掃描時掃描儀由于圖紙不干凈、線不光滑以及受掃描、攝像系統分辨率的影響，掃描出來的圖像會有斑點、孔洞和毛刺等噪聲。因此原始光柵文件必須進行多項處理后才能完成矢量化與地圖編輯。預處理要完成消除原始光柵圖像中的噪聲，防止圖像失真；對原始光柵圖像進行圖幅定位坐標糾正，修正圖紙坐標的偏差，圖幅定向等工作。

（2）光柵圖像的細化。細化處理是尋找掃描圖像線條原骨架（中心線）的過程。細化處理時要保證圖像中的線段連通性，雖然進行了預處理但由于種種關系，圖像上總會出現毛刺和斷點，因此要進行必要的毛刺剔除和人工補斷。

（3）光柵圖像糾正。紙質地圖在打印、保管過程中會產生變形，導致地圖的數學要素的變化。也就是說圖幅坐標格網、圖幅大小、圖幅的方向等與相應比例標準的地形圖有差異，因此必須將其糾正為正確的位置。對于光柵的糾正各種數字化軟件的操作大體相同，這里以CASS為例介紹其糾正過程。

3.2 編輯數字化地形圖

地圖符號是將客觀物體經過分類、分級抽象，用特定的符號表示在地形圖上。地圖符號根據空間實物的抽象特征可分為點符號、線狀符號、面狀符號和體積符號，另外按地圖符號比例尺關系可分為依比例符號、半依比例符號和不依比例符號。對于不同比例尺的地形圖所用的符號有所區別。對于地圖注記來說，根據被注物體的特點，分為水平注記、垂直注記、雁行注記和屈曲注記等。對于點狀地物，其注記多以水平字列或垂直字列方式；線狀地物用水平字列、垂直字列、雁行字列或屈曲字列沿線狀地物的中心線排列；面狀地物則選擇其中部或沿面狀地物伸展的方向注記。相鄰圖幅接邊時，同一地物地貌應保持連續性，其裂隙不能超過規范規定的比例尺測圖接邊限差，如果地貌之間的偏差過大無法拼接時，則應到實地重新采集點的坐標數據，然后在內業對圖紙在進行編輯與修正。

3 數字化圖紙精度檢查

在數字化圖紙的質量檢查與控制中，特征點的坐標精度必須進行嚴格的檢查，并分析誤差產生的原因并加以改正。點位的坐標精度就是地圖中地物地貌的圖示位置與真實的地面位置之間的誤差。實測數據（全野外數字測量、攝影測量采集數據）的數字地形圖，地物點對相鄰控制點位置中誤差以及相鄰地物點間的間距中誤差不得大于相應比例尺測圖規范的規定。掃描圖矢量化采集數據的數字產品其誤差以偏離中心位置為衡量標準，主要地物的誤差不得超過0.2mm，次要地物的誤差不得超過0.3mm，線狀目標位移中誤差不得大于±0.35mm。

參考文獻

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作者簡介：孫艷崇（1978，3-），男，漢族，遼寧綏中，講師，注冊測繪師，碩士研究生，研究方向：數字化測圖技術。