地圖矢量化

地圖矢量化是重要的地理數據獲取方式之一。所謂地圖矢量化，就是把柵格數據轉換成矢量數據的處理過程。當紙質地圖經過計算機圖形、圖像系統光—電轉換量化為點陣數字圖像，經圖像處理和曲線矢量化，或者直接進行手扶跟蹤數位化後，生成可以為地理信息系統顯示、修改、標註、漫遊、計算、管理和列印的矢量地圖數據檔案，這種與紙質地圖相對應的計算機數據檔案稱為矢量化電子地圖。

基本介紹

• 中文名：地圖矢量化
• 地位：重要的地理數據獲取方式之一
• 基本含義：柵格數據轉換為矢量數據的過程
• 相對應：與紙質地圖
• 主要套用軟體：AUTOCAD、COREL TRACE、COREDRAW
• 主要優點：可進行多級比例尺之間無縫轉換

創立

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,並對信息進行查詢和處理。由此需要對實際信息進行數位化處理,即進行各種數據的採集和矢量化處理,使之變成我們需要的電子信息。紙質地圖是我們平時常用的一種地圖，但存在數據有限且更新慢、信息描述簡單且形式單一、查詢分析不方便和地形景觀不直觀等特點，使它很難適應日新月異的社會變化，經常帶來諸多麻煩。電子地圖會給我們的生活帶來意想不到的方便，它具有良好的用戶界面，可以對聲音、圖文和數字多媒體進行集成，圖形直觀、數字準確、聲音引導並具有親切感。最大優點是可進行多級比例尺之間無縫轉換，實現圖形放大、縮小、漫遊等動態變化功能，另外一個優點是查詢檢索和分析功能，可以幫您方便的查找和分析。

地圖矢量化

地理信息系統技術的創立和發展，與地理空間信息的表示、處理、分析和套用手段的不斷發展緊密相連。地理信息系統起源於地圖，它們都是地理信息的載體，具有獲取、存儲、編輯、處理、分析與顯示地理數據的功能。隨著技術的發展，人們對地圖的要求進一步提高。由於傳統紙質地圖效率、速度和精度很低，因此難以適應現代和未來科技的發展。通過GIS工具，可以把紙質地圖經過一系列處理轉換成能夠在螢幕上顯示的電子化地圖，滿足人們使用地圖的新要求。

紙質地圖加工成的電子地圖可分為兩形式：柵格電子地圖和矢量電子地圖。柵格圖像在套用領域有著很大的缺陷：首先，柵格圖像檔案對圖像的每一像素點（不管前景或背景像素）都要保存，所以其存儲開銷特別大。其次，不能對圖像上的任一對象（曲線、文字或符號）進行屬性修改、拷貝、移動及刪除等圖形編輯操作，更不能進行拓撲求解，只能對某個矩形區域內的所有像素同時進行圖像編輯操作。再者，當圖像進行放大或縮小顯示時，圖像信息會發生失真，特別是放大時圖像目標的邊界會發生階梯效應，正如點陣漢字放大顯示發生階梯效應的原理一樣。

特點與發展

基於矢量化的電子地圖，當放大或縮小顯示地圖時，地圖信息不會發生失真，並且用戶可以很方便地在地圖上編輯各個地物，將地物歸類，以及求解各地物之間的空間關係，有利於地圖的瀏覽、輸出。矢量圖形在工業、製圖業、土地利用部門等行業都有廣泛的套用。這些領域的許多成功軟體都基於矢量圖形，或離不開矢量圖形的參與，例如TITAN GIS、AutoCAD、Arc/Info、Corel Draw、GeoStar等。

隨著地理信息系統技術的不斷發展，地理信息系統獲取數據的方式不斷多樣化，矢量化在數據採集中的作用越來越突出，這就迫切需要一大批矢量化方面的專業人才對地理信息系統的數據進行支持。開設GIS相關專業的高校越來越多，不少高校已形成了從本科到博士的完整的培養梯隊，培養了一批又一批的GIS技術人才。專業教材的編寫是人才培養的一個重要環節。綜觀市場上眾多的GIS相關教材，不難發現，大部分都是講授相關理論，真正涉及實際套用的並不多。這些教材缺乏實際案例的支撐，理論與實踐結合不緊。不少學生學完後仍然不能獨立進行一些最基本的工作。在實際的工程套用甚至商業化軟體開發中，僅僅有理論知識是不夠的，更需要的是實踐技能。

實現方式

要實現紙質地圖到數位化地圖的轉變,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,反映事物其它特徵的信息,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資料庫中。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資料庫中,形成規範化、標準化的數據。

空間數據的採集

由於空間數據的來源不同,採集的儀器和方法也不同。目前有如下幾種方法: 野外數據採集 GPS數據採集。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套用和普及,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套用將越來越廣泛。我們可以通過接受站接受設備直接進行GPS數據的接受,並經過投影變換,輸入到資料庫中。 全站儀數據採集。用全站儀(或半站儀)進行實地測量,將野外採集的數據自動傳輸到電子手簿,磁卡或便攜機內記錄,並可在現場繪製地形(草)圖,再到室內將數據傳輸到計算機中,人機互動編輯後由計算機自動生成數位化地圖,並控制繪圖儀自動繪製地形圖。 原圖(底圖)數據採集 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,就必須將原圖數位化後,才能將圖的有關數據輸入到計算機中。數位化的方法主要有兩種: 數位化儀數位化。通稱的數位化儀實質是圖形數位化儀,是-種將圖示坐標轉換為數字信息的設備。數位化的過程,即用數位化儀對原圖的地形特徵點逐點進行採集(稱手按數位化),將數據自動傳輸到計算機,處理成數字地圖的過程。 掃瞄器數位化。掃瞄器實質是圖像(含圖形)數位化儀,圖在掃瞄器上走-遍,即完成圖的掃描數位化,將數據輸入計算機,存儲、處理並可再回放成圖。掃描數位化速度較快,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,一些空間分析也易於進行;圖像表現比較真切,易於與遙感數據匹配套用和分析,因此在GIS中,它與矢量數據結構並用。在數字測圖中,對原圖(矢量圖)掃描數位化,獲得柵格圖形數據後,還必須將柵格數據轉換為矢量數據,即矢量化。 攝影測量與遙感。 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採集地形特徵點,自動傳輸到計算機內,經過軟體處理,自動生成數字地形圖,並控制繪圖儀繪製地形圖。在我國目前條件下,航測適於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以後,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。 在空間數據採集完後,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屬性數據輸入與管理

屬性數據是描述空間實體的特徵信息,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、使用光學的字元識別技術、在數位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,將屬性數據通過資料庫軟體或者辦公軟體如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。

常用矢量化軟體

目前市場上,可以用來進行矢量化處理的軟體也很多,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。

矢量化處理的步驟

這裡就常用的使用掃描矢量化方法和MAPINFO軟體工具,來完成數位化成地圖製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:

1首先將紙質地圖用掃瞄器掃描後,以圖形格式存檔。然後在專業化圖像處理軟體中打開(例如PHOTOSHOP等),調用圖像處理軟體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。

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檔案同名的TAB檔案,並在地圖視窗中顯示。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製我們需要的矢量化地圖。如果要在軟體中同時使用柵格圖象與矢量圖象,則必須選擇後者進行圖象配準,這樣MapInfo才能在地圖視窗中確切地放置圖象。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製矢量化地圖的參考。

3在MapInfo中利用保存修飾層的方法建立一個新圖層,並將該圖層設為可見、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。然後在新建的圖層上參考柵格圖層調用MapInfo提供的繪製點、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,道路部分適合採用折線繪製,街區、河流、綠地等用多邊形繪製比較方便。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製,最後在一台機器上總體合併。

4每個新圖層都是我們繪製的多邊形、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、合併、擦除、拖拉等操作,可以對每個對象設定屬性信息(如路名、所屬街區、GPS位置信息等)。

5將繪製好的圖層匯總到一起。啟動MapX的地圖管理工具Geoset Manager,在該軟體中打開所有圖層,保存為一個GST檔案(要存放在MapX的Maps目錄下)。再將畫好的地圖註冊。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後,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、查詢視窗設計,最終完成完整的系統設計。

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套用的。