基于扫描矢量化的内业数据采集技术研究

【前言】基于扫描矢量化的内业数据采集技术研究由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。1 地图数据采集 在我国现今的状况下,地图数据采集应用的范围很广。它可以充分利用现有数据,提高效率,因此本节就该方法进行详细介绍。 1.1 地图矢量化 纸质地图经扫描仪扫描后,初步保存为栅格图像(常见的格式有TIFF、BMP、PCX、JPEG等)。栅格图像,也称光栅图像,是指在...

摘要:在基础地理信息系统中,数据采集作为其数据来源的前提占有至关重要的作用。而扫描矢量化在当今的数据采集里使用越来越多。地理信息系统建设前期的数据采集使用了扫描矢量化软件GEOWAY,本文就其使用在土地测绘成图工作中的具体应用与存在问题展开论述。

关键词:基础地理信息系统 数据采集 扫描矢量化 Geoway 矢量化

中图分类号:P2 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)09(c)-0031-02

以数字化测绘技术体系为依托,各国测绘部门所提供的基础地理信息的作用正在日益受到重视。联合国的有关文献指出:“人类活动相关信息中的80％与地理位置有关”、“测绘是实现可持续发展不可或缺的有力工具”。各个工业化国家早在20世纪80年代即开始了基础地理信息数据的规模化生产,国家基础地理信息数据库先后投入使用,成为国家信息化建设的重要组成部分。“空间数据基础设施(SDI)”和“数字地球”的提出得到大多数国家的响应,尤其是全球、区域和国家层次的SDI建设已在不少国家和地区开展。

在信息技术日新月异的今天,空间数据的采集日趋成熟和多样化,主要有航测、遥感、摄影测量、各种比例尺常规地形图测绘、全数字化测量、全球定位系统、地图扫描矢量化等。扫描矢量化因充分利用了现有的纸质图,将绘图人员从传统的数字化仪描图板前解放出来,同时利用了计算机高速智能化处理能力,成为目前国际上流行的一种全新的数据采集手段。同时,国内具有矢量化功能的软件,如雨后春笋般出现,如MapGIS、方正智绘、Read、Geoscan、Epscan以及Geoway等。

1 地图数据采集

在我国现今的状况下,地图数据采集应用的范围很广。它可以充分利用现有数据,提高效率,因此本节就该方法进行详细介绍。

1.1 地图矢量化

纸质地图经扫描仪扫描后,初步保存为栅格图像(常见的格式有TIFF、BMP、PCX、JPEG等)。栅格图像,也称光栅图像,是指在空间和亮度上都已经离散化了的图像。栅格图像在地理应用领域有着这样的缺陷:首先,栅格图像文件对图像的每一像素点(不管前景或背景像素)都要保存,所以其存储开销特别大。另外,我们不能对图像上的任一对象(曲线、文字或符号)进行属性修改、拷贝、移动及删除等图形编辑操作,更不能进行拓扑求解,只能对某个矩形区域内的所有像素同时进行图像编辑操作。此外,当图像进行放大或缩小显示时,图像信息会发生失真,特别是放大时图像目标的边界会发生阶梯效应,正如点阵汉字放大显示发生阶梯效应的原理一样。而矢量图形则不同。在矢量图形中每个目标均为单个矢量单位(点、线、面)或多个矢量单位的结合体。基于这样的数据结构,我们便可以很方便地在地图上编辑各个地物,将地物归类,以及求解各地物之间的空间关系。并有利于地图的浏览、输出。

矢量化则是利用数字图像处理算法,将源图上的各种栅格阵列识别为矢量对象,最后以一定格式保存的过程。矢量图形在工业、制图业、土地利用部门等行业都有广泛的应用。在这些领域的许多成功软件都基于矢量图形,或离不开矢量图形的参与,如AutoCAD、ARC/INFO、Corel Draw、GeoStar等等。可见,地图矢量化有其一定的优势。

1.2 地图数据采集方法

在地图数据采集中,又分为以下两种方法。

(1)手扶跟踪数字化。

(2)扫描矢量化。

扫描矢量化是先把地形底图用自动扫描仪扫描输入计算机,然后进行矢量化。自动扫描仪对图形扫描时,从光源发出的光照射在图片上,光电转换接收从图像反射回来的光,并把它转换成模拟电信号,经过转换变成数字信号送入计算机。

这种方法的优点是精度高,扫描得到的栅格数据便于空间定位分析。而针对其生成的图形数据量大、不便编辑、分类和识别的缺点,人们在较成熟的矢量化软件基础上开发矢量化后处理软件系统,以提高对图形要素和中文的自动识别率,实现图形分层,提高矢量化过程的自动化程度。

1.3 地图扫描矢量化法

基于二者采集过程中的优缺点,再结合实际,因此,在内业的数据采集过程中一般采用扫描矢量化的方法进行。在基于地图扫描矢量法、基于数字正射影像提取法、基于摄影测量法中,因基于地图扫描矢量法所占比重最大,而且步骤较其他两种更为复杂,所以下面就其加以着重介绍。地图扫描矢量化法流程图如图1所示。

(1)资料准备,收集好地形图薄膜黑图或者纸质图。(2)预处理,检查用于扫描的地形底图,并对原图有问题的地方进行处理。(3)图纸扫描。(4)坐标转换,①采集已知控制点(如图廓点,公里网交点或其它大地控制点等)的栅格坐标,根据其已知的高斯直角坐标,利用坐标变换公式求解变换参数,再将栅格坐标转换成高斯平面直角坐标,②加选的控制点(控制点的顺序和编号如图1所示)从5开始顺序增加,③对于非系统变形较大,应考虑采用逐公里格网进行坐标变换的方法。(5)数据采集与编辑,全部要素采用扫描矢量化或人机交互矢量化完成。(6)矢量数据接边,接边时应保持关系合理。(7)元数据文件制作。按规定内容和格式要求填写元数据文件内容。(8)最终产品的形成,矢量数据文件、元数据文件、检测点文件。(9)文档簿填写,文档簿按照规定填写,资料利用、加密、负片扫描、测图定向、数据提取注记、图幅拼接、图幅精度、喷绘质量等主要工序,都要有详细说明、记载。并要有检查人员的签名。

2 利用GEOWAY进行数据采集

2.1 建立工程

(1)纸图图像预处理,扫描时要调整好扫描仪,使图纸的扫描尽量清晰。(2)方案设计,方案为软件进行矢量化提供前提,因此方案的设计应该符合实际操作的需要。(3)以矢量化任务新建工程,设置创建工程所需的各种参数(如图像路径、工程路径、比例尺等)图像单点配准(如果背景图已纠正,但不含坐标信息),还原大地坐标。(4)采集作业,使用线跟踪、边角提取等快速矢量化命令交互式采集纸图中原有的地物图形。在采集图形过程中运用“属性同步输入”或在采集后批量输入图形属性。

2.2 质量控制

在GIS数据的生产过程中,总是会产生一些不可避免错误。错误的原因和形式是多种多样的,Geoway根据现象大致分为:图形检测、属性检测、拓扑检测、其他检测。因此,数据采集完毕以后,作业员要进行作业初期自查。

2.3 图幅接边

由于不可避免的原因,两个独立采集的相邻图幅地图在结合处可能出现属性裂隙(同一个物体在两个工程中具有不同的属性信息)和几何裂隙(由两个工程边界分开的一个地物的两部分不能精确的衔接),因此在GIS和机助制图中,需要把相邻的图幅之间的空间数据在属性和几何上融成一个连续一致的数据体,这个过程就是接边。接边工作包括以下几项。

(1)接边图预处理。(2)新建接边工程。(3)接边设置。(4)接边线定义。(5)自动接边。(6)接边检查—— 再次建立接边关联。(7)手工接边遗漏部分。图幅接边的目的是保证矢量数据在图幅边界处能保持图形衔接性。直观地说,也就是使得相邻图幅图形在边界处的端点位置一致,但不作合并。而图幅拼接不仅要使边界处图形连续,而且经过接边处理后,图幅两旁的对象也应合并成一个对象。

2.4 制图

(1)图幅整饰,图幅整饰包括图名、方里格网、图幅外注记、比例尺、坡度尺等内容,对地形图来说,图幅整饰的内容和注记的大小等均有严格的规定,必须符合规范和图式的要求。(2)符号属性编辑。(3)符号表现属性设置。(4)打印出图或者执行符号化输出命令后导出交换格式文件。

3 结语

数据采集中的地图矢量化很符合现代社会信息的要求,是现代测绘的发展方向。而数据采集中的矢量化已成为各个领域特别是测绘行业的一个很重要的工作。为尽快解决矢量化中存在的一系列问题,使矢量化逐步社会化,一方面需要各个行业尽快制定相关规范、程序及检验标准；另一方面各软件开发商应调整各自的开发策略,使矢量化软件能具备以下特点:(1)功能的开放性。用户能自定义功能模块。(2)数据的可交换性。实现矢量化软件与GIS,数字测图系统及其它Scan系统等各种数据的交换。(3)图式符号编码的科学性、统一性。(4)图式符号的开放性。用户能对图式符号进行编辑和再生成。

参考文献

[1] 边馥苓.GIS地理信息系统原理和方法[M].测绘出版社,1996.

[2] 龚健雅.地理信息系统基础[M].科学出版社,2001,2.