浅谈地形图矢量化
摘要: 本文指出了地图扫描矢量化在全过程中所存在的若干问题,分析了问题产生的原因,并就部分问题提出了解决思路。

对避免和减少误差、提高矢量化产品质量有一定实际意义。

关键词：地形图 ;矢量化 ;图纸变形 ;误差
中图分类号：p284 文献标识码：a 文章编号：
1 引言
随着社会的发展和科学技术的进步，地图作为一种具有信息传输和信息模拟功能的载体，已被普遍认同。

地图可以标明所处的位置。

可以识别用其它方式不能体现的空间分布、关系和趋势。

人口统计学家通过比较过去编制的城区地图和现在的城区地图，可以支持公共决策；流行病学家通过把罕见疾病爆发地点与周围环境因素相关联便可以找出可能的病因。

地图可以将不同来源的数据集成到同一地理参考坐标系中。

市政府可以将街道分布图与建筑布局图结合起来以调整市政建筑结构；农业科学家可以把气象卫星影像图与农场、作物分布图结合起来，以提高作物产量。

地图可以通过数据的合并或叠加来分析空间问题。

省政府可以通过合并多层数据来找到合适的废弃物处理地点。

地图可以用来确定两地之间的最佳路径。

通过地图，包裹速递公司能够找到最有效的运输路径；公共交通设计者也能设计出最优的公交路线。

地图可以用来模拟未来的情况。

公共事业服务公司可以模拟新设施添加后会产生怎么样的效果，并且根据这个效果判断是否需要进行投入。

市政规划者也可以
模拟一些严重的意外事故如有毒物质泄露等，从而得出相应的解决方案…。

gis（地理信息系统）技术的发展拓宽了人们对地图的认识。

与过去作为单纯的静态实体相比，现在的地图成为了地理信息动态表达的一种主要手段。

而今现在的手段也越来越先进，对于地图的读取不仅仅局限于纸质地图，还有电子地图。

纸质地图是我们平时常用的一种地图，但存在数据有限、更新慢、信息描述简单且形式单一、查询分析不方便和地形景观不直观等缺点，使它很难适应日新月异的社会变化，并经常带来诸多麻烦。

电子地图会给我们的生活带来意想不到的方便，它具有良好的用户界面，可以对声音、图文和数字多媒体进行集成，图形直观、数字准确、声音引导并具有亲切感。

最大优点是可进行多级比例尺之间无缝转换，实现图形放大、缩小、漫游等动态变化功能，另外一个优点是查询检索和分析功能，可以帮您方便的查找和分析。

但是不是每一份纸质地图都有对应的电子地图，仅有纸质地图，应用十分不方便，将纸质地图各种数据转换为对应的电子数据，就是地图矢量化。

2 地形图矢量化误差分析
从最初的数字化仪描图板到现在的地图扫描矢量化，充分利用了现有的大量纸地图 ,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，但是在地图扫描矢量化的过程中仍然存在诸多的问题，并没有因为科技技术的提高
而消失，下面结合作者实际经验，叙述一下矢量化中造成误差的几个方面。

2.1 图纸变形误差
由于空气温度和湿度的变化 ,图纸会有伸张或收缩。

不同纸质的图其变形率是不一样的。

通过反复实验分析发现一般图纸的伸缩变形率约为 0.5% ,即图幅上 0.5 cm的距离其变形将达 0.25 mm。

并且图纸的膨胀率和收缩率也不相同 ,即使温度恢复原来的大小 ,图纸也不可能恢复原来的尺寸。

2.2 栅格图像扫描误差
扫描仪分为平板式扫描仪和滚筒式扫描仪，相较于平板式扫描仪在对地图进行扫描时受图纸尺寸限制 ,通常要经过拼接才能完成整张图纸的扫描工作 ,在拼接的过程中会进一步产生误差，因此建议使用滚筒式扫描仪。

在对地图进行扫描时 ,扫描仪本身的稳定性、操作人员的熟练程度、扫描软件的处理能力等都是影响扫描精度的因素。

2.3 位置误差
矢量化是一种单调乏味、容易出错的工作 ,手和眼所引起的坐标误差随操作员和时间而变化 ,经常会出现过头线、不达结点、多边形未封闭等错误。

另外 ,要素本身的宽度、密度和复杂程度对矢量化误差也有显著影响。

2.4 属性误差
此外 ,还存在属性识别、高程注记识别、属性注记等误差。

属性
误差经常不被重视。

事实上 ,在许多情况下 ,属性误差的影响是很大的。

这一方面有人为的因素 ,另一方面也与软件的自动识别能力有关。

3 解决方法
作者针对产生误差的原因并结合自己实际工作经验，对产生的误差提出一些自己见解。

3.1 减小图纸变形误差
图纸变形的主要影响可以通过采用适当的坐标变换来加以消除。

基于聚脂薄膜的底图与纸质地图相比 ,材料变形产生的误差相对较小，因此建议若条件允许，尽量采用聚脂薄膜材质绘制地图。

3.2 提高栅格图像扫描精度
为提高图像扫描精度 ,可适当提高扫描仪的扫描分辨率 ,但随着分辨率的提高 ,图像扫描数据也相应增大。

实际工作中 ,通常采用几何纠正来减少材料变形误差和扫描过程中产生的随机误差。

栅格图几何纠正一般以图廓四个角点粗略纠正 ,然后选择多个十字格网精确纠正。

纠正所用的数字模型视每幅图的具体情况而采用线性或非线性变换公式。

为确保扫描图像的质量 ,矢量化之前需要对栅格图像进行细化处理 ,细化就是把扫描图像线条的图形中心线抽取出来。

为减少细化误差、避免图像失真 ,细化前一般采用消噪声和平滑等预处理除去图像上的黑色斑点、孔洞、毛刺和凹陷等噪声。

3.3提高作业能力
一方面提高绘图员的作业水平，并且通过检查员对绘图成果进行检查，尽量减少人为误差；另一方面选择识别能力强的软件，也能提高图纸精度。

结合作者绘图经验，向大家推荐一款识别能力强的软件r2v，并简单介绍其使用。

4 r2v
4.1 软件介绍
r2v for windows是一款高级光栅图矢量化软件系统。

该软件系统将强有力的智能自动数字化技术与方便易用的菜单驱动图形用
户界面有机地结合windows环境中，为用户提供了全面的自动化光栅图像到矢量图形的转换，它可以处理多种格式的光栅 (扫描 ) 图像，是一个可以用扫描光栅图像为背景的矢量编辑工具。

这些光栅图像可以是扫描的图纸、航摄照片或是卫星图片。

由于该软件良好的适应性和高精确度，非常适合于 gis、cad 及科学计算等应用。

4.2 数据加载
本方法利用 r2v 软件进行屏幕矢量化 ,需要地形图数据。

利用扫描仪将地形图扫描成二值栅格图像并保存入磁盘 ,得到研究区
域的数字地图数据。

然后启动 r2v 软件 ,将采集来的数字地图数据 ,添加到窗口之中。

4.3 分层处理
根据空间数据的特征 ,要将各种地理要素进行分层处理和存储。

地形图制作一般将等高线作为专题层提取出来 ,并存储于专用的
图层中 ,为以后的研究和分析提供方便。

操作方法：单击工具栏上
的定义图层图标 ,在打开的图层管理窗口中 ,输入新图层的名称 ,然后单击添加图层按钮 ,点击确定来实现。

4.4 交互式跟踪等高线
r2v 软件具有良好的自动跟踪线段的能力 ,因此采用交互式矢
量跟踪和手动屏幕数字化的方法对等高线进行矢量化 ,并且此方
法可以减少单纯手工屏幕矢量化的巨大工作量。

虽然 r2v 软件提供了自动矢量化的方法 ,但是由于地形图内容的复杂性和多样性 ,若采用自动矢量化的方法 ,常常会产生大量的拓扑错误 ,这给后
期的编辑带来很大不便。

因此在本例中以省时省力、提高效率、保证精度为原则 ,选择了交互式矢量跟踪和手动屏幕数字化的方法
来矢量化等高线。

操作方法：激活数据将要保存的图层 ,利用 f2 键和 f3键将地形图放大到合适的大小 ,点击线段编辑按钮 ,然后从底图等高线
的一端开始矢量化。

在矢量化的过程中 ,鼠标会在底图等高线的交接处或断开处停下 ,需要操作者根据经验来选择接下来的矢量化
方向 ,直到矢量化线段到达底图等高线的另一端时 ,单击空格健
来结束这条等高线的矢量化。

4.5 等高线的赋值
完成等高线的屏幕矢量化后 ,就应当为等高线赋高程值。

高程值将自动以属性数据的格式来存储。

操作方法：单击工具栏上的等高线标注按钮 ,根据底图的标识来标注一组等高线的高程值 ,直到
所有等高线都完成标注。

4.6 等高线的检查和修改
为确保等高线的正确性和精度，要对全图进行检查。

利用 r2v 方便的编辑功能 ,可以实现以下操作：对缺画、漏画的等高线，使用线段编辑工具进行补充 ;对错误的等高线 ,使用添加节点、移动节点等工具进行修改 ; 对断开的同一条等高线 ,使用连接线段工具进行处理 ; 可以使用显示线段d工具 ,对等高线的高程值进行检查 ;也可以在编辑状态下 ,使用设置值工具和线段标注工具 ,对单独的等高线进行等高线高程值的修改。

4.7 添加控制点
根据底图的经纬网 ,对矢量化好的等高线图层添加控制点 ,输入控制点的经纬度值。

控制点的数量由具体要求来确定 ,以控制点来确定地图在地理格网 (经纬网 ) 中的位置。

此信息将在数据导出后起作用。

5 结束语
由于作者自身的能力限制，本文仅是作者的一些经验之谈，不当之处，请大家多多指导。