摘要:針對地圖掃描矢量化的作業特點，數據誤差來源及誤差性質，作者總結出提高精度減少誤差的一些方法，供同行進行參考。

　　關鍵詞： 地圖掃描,矢量化

　　1 前言

　　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字化后，生成可以為地理信息系統顯示、修改、標注、漫游、計算、管理和打印的矢量地圖數據文件，這種與紙質地圖相對應的計算機數據文件稱為矢量化電子地圖。

　　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、分析和應用手段的不斷發展緊密相連。地理信息系統起源于地圖，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。由于傳統紙質地圖效率、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屏幕上顯示的電子化地圖，滿足人們使用地圖的新要求。

　　2 地圖掃描矢量化作業流程及特點

　　掃描數字化是對掃描得到的柵格圖像利用繪圖軟件編輯成矢量化地圖，掃描數字化精度與收手扶跟蹤數字化比，其對原圖的質量要求較高，受人為因素影響較小，采用了半自動和全自動方式矢量化，操作人員勞動強度較小，作業效率高且數據可靠性較強。目前國內地圖掃描矢量化有兩種作業方式： ⑴.把柵格圖像作為底圖定向，定位后由操作員在屏幕上用鼠標對特征點逐點采集進行矢量數字化;⑵.用軟件對柵格圖像進行分析，在少量的人工干預下自動追蹤線狀符號得到數字化信息。

　　3 地圖掃描矢量化的誤差來源及分析

　　3.1 材料變形誤差

　　材料變形誤差是由于圖紙在存儲過程中受濕度和溫度影響而產生的。在溫度不變的情況下,若濕度由0 %增至25 % , 圖紙的尺寸可能改變116 % ,即一張36 英寸的圖紙因濕度變化而產生的誤差可能高達01576 英寸。并且圖紙的膨脹率和收縮率也不相同,即使溫度恢復原來的大小,圖紙也不可能恢復原來的尺寸。而聚脂薄膜的底圖與紙質地圖相比,材料變形產生的誤差相對較小，是一種較為理想的介質。

　　3.2　柵格圖像掃描誤差及控制

　　在對地圖進行掃描時,掃描儀本身的精度及穩定性、操作人員的熟練程度、掃描軟件的處理能力等都是影響掃描精度的因素。為提高圖像掃描精度,可適當提高掃描儀的掃描分辨率,但隨著分辨率的提高,圖像掃描數據也相應增大。譬如,對一幅1∶500 的40cm ×50cm 的地圖以300dpi 的分辨率進行掃描時,約需500kb 的空間來存儲TIF 格式文件,如將掃描分辨率提高到600dpi ,則約需115Mb的存儲空間。對于BMP 格式的文件,所需的存儲空間約為TIF 格式的8 倍。為解決分辨率和存儲空間的矛盾,一種更高壓縮比的圖像文件格式有待問世。

　　在實際工作中,通常采用幾何糾正來減少材料變形誤差和掃描過程中產生的隨機誤差。柵格圖幾何糾正一般以圖廓四個角點粗略糾正,然后選擇多個十字格網精確糾正。糾正所用的數字模型視每幅圖的具體情況而采用線性或非線性變換公式。為確保掃描圖像的質量,矢量化之前需要對柵格圖像進行細化處理,細化就是把掃描圖像線條的圖形中心線抽取出來。為減少細化誤差、避免圖像失真,細化前一般采用消噪聲和平滑等預處理除去圖像上的黑色斑點、孔洞、毛刺和凹陷等噪聲。

　　3.3 　矢量化過程中產生的誤差

　　矢量化是一種單調乏味、容易出錯的工作,手和眼所引起的坐標誤差隨操作員和時間而變化,經常會出現過頭線、不達結點、多邊形未封閉等錯誤(如圖2 所示) 。另外,要素本身的寬度、密度和復雜程度對矢量化誤差也有顯著影響,例如,矢量化一條線時,不可能總在線的中央采樣。這些都影響數據精度并增加圖形編輯工作量。

　　3.4 　其它誤差

　　除位置誤差外,還存在屬性識別、高程注記識別、屬性注記等誤差。與位置誤差相比,屬性誤差經常不被重視。事實上,在許多情況下,屬性誤差的影響是很大的。這一方面有人為的因素,另一方面也與軟件的自動識別能力有關。

　　4 　矢量化數據后處理

　　對現階段國內使用的矢量化軟件,矢量化后的數據仍存在一些問題需要在以下幾個方面進行處理。

　　4.1 　曲線點稀釋

　　矢量化追蹤得到的矢量數據大多點數較多,數據量大,占用的空間較多,特別是等高線,所以對矢量線條還要進行抽稀處理。抽稀要在保證矢量化曲線形狀不變的情況下,最大限度地減少曲線上點的個數。如果按曲線上相鄰兩點間的最小距離來定義抽稀因子,則曲線上的特征點如曲線弧段起始處、曲線拐彎處、曲率變化較大處的點均可能被抽稀而引起曲線變形。因此,結合間距與曲率來考慮抽稀因子是比較合理的。

　　4.2 　房屋直角化

　　對于矢量化后不規則的房屋,需進行直角改正。雖然,矢量化軟件一般都具有直角化功能,問題是房屋的直角改正以改正多大為宜,直角化后房屋的點位誤差、房屋與鄰近地物間的距離誤差是否仍滿足規范和說明書的有關規定。

　　4.3 　直線中間點與重復點、線處理

　　為準確反映空間拓撲關系,又最大限度地節省存儲空間,適當刪除直線中間點與重復點、線是很必要的。

　　4.4 　懸掛點處理

　　矢量化時弧段相交處如不吻合,則會出現懸掛點。這是矢量化產品質量標準所不允許的,必須進行處理,正確反映出地物間的位置關系。

　　4.5 　數字、文本、符號等的識別及其位置的調整

　　4.6 　接邊處理

　　接邊是矢量化后一個非常重要的環節。每幅圖矢量化完成后都需與相鄰圖幅進行接邊檢查,確保矢量化后的整體圖形忠實于原圖。實際上,由于紙張伸縮和矢量化誤差,相鄰圖幅公共圖廓線兩側本應相互連接的地圖要素會發生錯位。傳統的接邊方法是將具有相同特征碼的點進行最近距離匹配。但對于多點匹配時,容易產生距離搜索錯誤。最有效的方法是設置程序進行接邊擬合,將公共圖廓點視為已知點,并加以分析診斷和剔除粗差的功能。

　　以上矢量化后處理工作,主要是在圖形編輯中進行加工,但也可以利用編程語言來實現矢量化軟件的處理能力。

　　5　矢量化產品及其質量管理

　　矢量化產品的主要形式是數字地圖。過去存在一種誤解,認為只要有了數字化的地圖,用戶就可以根據需要以任意比例輸出。這對依比例的地物是可行的,但對不依比例的符號、地物及注記就行不通了,如稻田、圍墻、管線、陡坎等。針對這種情況,一方面是從數據源端想辦法,要求軟件開發商擴展其軟件功能,但這種辦法只能對該系統生產的數字地圖工作。另一方面是從數據輸出端想辦法,如從Autocad 上想辦法,這種辦法難度較大,其工具是編程。

　　另外,矢量化產品的質量管理也是一個急需解決的問題。至今還沒有簡便有效的檢核條件和完善的檢驗理論。目前對矢量化地圖的檢驗方法主要是屏幕檢查與圖檢(即與底圖對照檢查) 。這種方法充分利用了圖形的直觀性與一覽性特點,但只停留在“看”的水平,即看屏幕與看回放圖。這無異于將“數字產品”當“模擬產品”來檢驗。且缺乏檢驗規范與驗收標準,人為的因素很多。為突出“數字”檢測的特點,可開發通過“數據處理過程”來檢測矢量化產品質量水平的處理軟件。

　　結語：

　　掃描數字化是一種值得推廣的高效率的地圖數字化方法，但是其數據質量的控制也是一個復雜的過程，要控制好及質量必須從各環節入手，采用一定的方法減少各種誤差。我們相信隨著GIS技術的發展，未來對掃描矢量化的技術，質量會更加完美。