交互式矢量化技術在水文站網分布圖編繪中的應用

李亞菲　趙蕊　楊慧玲

【摘 要】整個黃河流域的大小河流數量巨大，傳統矢量化方法需要人工多，時間長，效率不高。本文就在紙質圖矢量化的過程中使用人機交互式矢量化技術進行介紹。

【關鍵詞】影像二值化；交互式矢量化

0 概述

黃河流域經過多年水文站網規劃和建設，形成了功能比較齊全的水文站、水位站、降水量站等水文測驗站網。限于以前的應用水平和技術水平，全流域至今還未形成一套較具現實性、信息齊全的水文測驗站網地圖。隨著科技發展的日新月異，技術應用水平也在不斷提高，治黃事業亦是迅速蓬勃發展，應用需求也隨之擴大。因此，編繪一套精度較高、信息豐富、現實性強、實用性高、水文測驗站網要素齊全的地圖圖冊，是一項十分必要而又重要的工作任務。由于整個黃河流域的大小河流數量巨大，傳統矢量化方法需要人工多，時間長，效率不高。所以在矢量化的過程中使用人機交互式矢量化（半自動矢量化）技術，提高工作效率。

1 紙質圖人機交互式矢量化

交互式矢量化可以實現半自動的矢量化。即在柵格圖上分別點擊某條線上的兩個點，系統就會自動跟蹤矢量化這兩點之間的這段線。使用軟件為ArcGIS9.3。

1.1 紙質圖掃描

首先將紙質地圖經掃描儀掃描后，以圖形格式存盤。掃描分辨率不低于400dpi。

1.2 圖像校正

在ArcGIS9.3軟件中，選擇圖像校正后需要的投影坐標系。校正底圖時采用投影為蘭伯特正形圓錐投影，中央經線選取108，第一標準緯線選25，第二標準緯線選47，起始緯度選0；采用的地理坐標系為GCS_Beijing_1954。

（1）添加控制點。控制點應均勻分布。添加控制點時，選擇經度、緯度相交的地方，點擊鼠標左鍵，進行定位，然后單擊右鍵，輸入經緯度。控制點應做到均勻分布，最好沿中軸線對稱。添加完控制點，選擇一次糾正。

（2）更新圖像顯示：在Georeferencing菜單下，點擊Update Display。更新后，就變成真實的坐標。如果糾正過程沒有遺漏或者錯誤，則糾正后圖像經緯格網點坐標與實際坐標差值會很小，且圖像無變形。點擊Rectify，將校準后的影像另存。

1.3 創建矢量圖層

（1）啟動ArcCatalog。選擇要存放圖層的文件夾，單擊右鍵，選擇New——Shapefile，創建矢量圖層。

（2）進行圖層信息的設置：在Create New Shapefile對話框中設置圖層名稱、要素類型、坐標系統信息。點擊編輯坐標系統，選擇坐標的時候，直接引入選影像數據一樣的坐標系。

新建圖層之后，根據規范，對每一圖層進行屬性字段的設置，以河流為例：河流的屬性字段包括，層名、要素名稱、要素代碼、河流名稱。

1.4 交互式矢量化

為方便作圖，部分要素（如：河流）可使用軟件進行交互式矢量化。

（1）在ArcMap中添加保存的糾正后的圖像.img和創建的矢量圖層。

（2）影像二值化：ArcGIS有自動追蹤矢量化的功能，但采用自動矢量化時，需要圖像二值化，圖像的二值化處理就是將圖像上的點的灰度置為0或255，也就是將整個圖像呈現出明顯的黑白效果。

（3）交互式矢量化

影像二值化之后，選擇Editor——Start Editing，這時工具欄中的Editor和Raster工具條被激活。編輯之前，可根據需要設置捕捉，編輯器工具條Editor—snapping。

設置完成之后，選擇圖層（以河流為例）進行交互式矢量化。選擇AcrScan，開始編輯。該工具可自動追蹤影像上的線。將光標放在需要矢量化的線上點擊鼠標左鍵開始，沿著光柵線條的方向會自動跟蹤影像上的線。

在交互式矢量化時需要注意的是，對于復雜圖件，線條存在交叉或重疊的現象。在線條交叉處，交互式矢量化要求人工干預以決定線條矢量化的走向，此時可沿線條方向點擊鼠標。利用該方法，即使再復雜的線條也可以在短時間內完成線條矢量化。

矢量化時，要素圖式符號按照標準SL 460-2009《水文年鑒匯編刊印規范》要求，對于該標準內未規定相應圖式符號的要素參照SZHH04-2003《“數字黃河”工程標準——數字地圖圖式》和GB/T20257.3-2006《1：25000 1：50000 1：100000地形圖圖式》。一個要素矢量化完成之后，根據底圖信息，對其名稱等屬性信息進行編輯，保存。

為了保證數字化精度，要求顯示窗口放大比例在25倍以上，采用半自動、交互式分層矢量采集。相對于工作底圖，點狀要素平面位移中誤差≤±0.25，線狀、面狀要素平面位移中誤差≤±0.3。

分幅圖矢量化完成以后，檢查圖幅內所有矢量化要素的屬性值是否正確。如果屬性為空或錯誤可直接修改完善。

2 矢量數據入庫

矢量化完成后，使用ArcCatalog新建一個Personal Geodatabase。設置所需坐標系，將存有矢量數據的圖層入庫，建立一個數據集，方便數據的管理和使用。

3 打印出圖

數據入庫完成之后，可根據地圖功能、圖幅大小等要求，選擇數據庫中需要顯示的圖層要素，按要求編輯整理完成后，保證圖面整潔、清晰，進行打印出圖。

4 結語

人機交互式矢量化是一種新的矢量化技術，與傳統的矢量化相比，它具有無需細化處理，處理速度快，矢量化精度高等特點，不會出現細化過程中常見的毛刺現象。掌握它的工具、方式、方法是我們提高地圖編繪工作效率的重要途徑，是紙質數據進行計算機模擬現實和查詢所必需的步驟。在此次黃河流域水文測站分布圖編繪項目中，共使用人機交互式矢量化了近3000條大小河流，總長度近74000公里。該技術的應用不僅提高了整個水文站網分布圖編繪項目的進度，其自動識別線條的功能更是提高了矢量化過程中的精度。總體來看，在紙質圖轉化為矢量數據圖中交互式矢量化是一種更高效、更經濟、更方便、值得推廣的好方法。

【參考文獻】

[1]SZHH04-2003《“數字黃河”工程標準——數字地圖圖式》[S].

[2]GB/T20257.3-2006《1：25000 1：50000 1：100000地形圖圖式》[S].

[責任編輯：湯靜]