纸质地形图数字化的方法

摘 要：地图数字化是将纸质地形图转换成计算机能存储和处理的数字地形图，这一过程称为纸质地形图的数字化，简称地图数字化，其常见方法为两种：手扶跟踪数字化法和扫描屏幕数字化法。

关键词：数字化；手扶跟踪；扫描屏幕

1 数字化仪和扫描仪概述

数字化仪是数字测图系统中一种图形数据采集设备，主要用来获取矢量数据，用它从地图上获取空间位置数据。数字化仪工作的实质是把图上的位置点信息转换成数字化的平面坐标点信息，并输入给计算机。其硬件主要有感应板，定位器（检测器）及电子处理器三部分。图形感应板是一个长方形面板，里面印刷着等距离的平行网线路。工作时，扫描脉冲依次加到网格阵列X，Y方向的各条线上。

扫描仪数字测图是系统中又一种重要的输入设备，主要用来获取栅格数据，即将各种图件转换成栅格数据结构的数字化图像数据，再输入给计算机。扫描仪是机电一体化的产品，它的硬件主要有光学成像部分，机械传动部分和转换电路部分，其核心是完成光电转换的电耦合器件CCD。扫描仪将自身携带的光源照射到图件上，以反射光或透射光的形式，将光信号传给CCD器件，并将它转换成电信号，然后进行模/数（A/D）转换，把形成的数字图像信号传给计算机。

地图图形是由点、线、面三种图形要素构成的。其数据格式分为栅格数据和矢量数据，栅格数据结构相比矢量数据其结构简单，表示效果相同时，栅格数据数据量比矢量数据大，在逐级放大时会发生失真。矢量数据精确度高，数据结构严密、数据量小，显示、输出的图形精确美观，其数据结构特点决定其有利于网络的分析。

2 手扶跟踪数字化法

手扶跟踪数字化的操作方法是首先将数字化仪同安装有专门的数字化软件的电脑相连接。手持定标器（鼠标）对地形图进行定向，建立数字化仪设备坐标系和测量坐标系的转换关系。然后用定标器对准地图上的每一个地形特征进行数据采集，经软件编辑后获得最终的矢量数据，即数字化地形图。

2.1 地形图定位方法

当图幅内没有已知控制点，或虽有控制点但控制点不满足地图定位要求，一般采用四个内图廓点作为已知点进行地图定位，四个内图廓点的地图坐标，由地图可直接读取。当采用控制点进行地图定位时应首先确定好控制点的图上点位，然后输入对应的控制点的坐标。在数字化桌的右面开辟一个矩形或正方形的菜单区。在菜单区内按行和列分成相同大小的小方格，每个小方格内是以图形表示或文字说明常用地形图图式符号和图形处理功能。

2.2 手扶跟踪数字化流程

地形图数字化数据采集就是要对地形、地物的每一特征点的点位坐标进行采集，然后输入其属性信息和点的连接信息。对于地形图的分层，其分层方法是任意的，如图廓层、点号层、高程注记层等，也可按其它分层方法。对于数字化完成的相邻两幅地形图，如有地物跨两幅地形图，因两幅地形图分别数字化，由于误差影响，将产生拼接误差，如误差在允许范围内，采用移动地物点方式使其无缝相接，如误差超过允许范围，则查明原因，改正有错数据。接边后的数据要保证接边处的地物完整、连续。数字化精度是数字化工作必须考虑的问题，它包括图纸定位误差、采样误差、仪器误差等。

3 掃描屏幕数字化

手扶数字化仪数字化是较早采用的纸质地图数字化方法，其几何精度较低，速度慢，劳动强度大。而地图扫描屏幕数字化则速度很快，精度较高。地形图扫描屏幕数字化是利用扫描仪，将地图扫描，形成一定的分解力且按行和列规则划分的栅格数据。栅格数据的标准文件格式包括BMP、TIFF、PCX等。地形图的扫描屏幕数字化是利用扫描仪将纸质地图扫描成栅格文件，又将栅格数据利用数字化软件转变成矢量数据的过程，其作业效率高于手扶跟踪数字化。

3.1 图像处理

图像经过扫描处理后，得到光栅图像，而后需要对光栅图像进行预处理、细化处理和纠正工作。

（1）光栅图像预处理。图像扫描时扫描仪由于图纸不干净、线不光滑以及受扫描、摄像系统分辨率的影响，扫描出来的图像会有斑点、孔洞和毛刺等噪声。因此原始光栅文件必须进行多项处理后才能完成矢量化与地图编辑。预处理要完成消除原始光栅图像中的噪声，防止图像失真；对原始光栅图像进行图幅定位坐标纠正，修正图纸坐标的偏差，图幅定向等工作。

（2）光栅图像的细化。细化处理是寻找扫描图像线条原骨架（中心线）的过程。细化处理时要保证图像中的线段连通性，虽然进行了预处理但由于种种关系，图像上总会出现毛刺和断点，因此要进行必要的毛刺剔除和人工补断。

（3）光栅图像纠正。纸质地图在打印、保管过程中会产生变形，导致地图的数学要素的变化。也就是说图幅坐标格网、图幅大小、图幅的方向等与相应比例标准的地形图有差异，因此必须将其纠正为正确的位置。对于光栅的纠正各种数字化软件的操作大体相同，这里以CASS为例介绍其纠正过程。

3.2 编辑数字化地形图

地图符号是将客观物体经过分类、分级抽象，用特定的符号表示在地形图上。地图符号根据空间实物的抽象特征可分为点符号、线状符号、面状符号和体积符号，另外按地图符号比例尺关系可分为依比例符号、半依比例符号和不依比例符号。对于不同比例尺的地形图所用的符号有所区别。对于地图注记来说，根据被注物体的特点，分为水平注记、垂直注记、雁行注记和屈曲注记等。对于点状地物，其注记多以水平字列或垂直字列方式；线状地物用水平字列、垂直字列、雁行字列或屈曲字列沿线状地物的中心线排列；面状地物则选择其中部或沿面状地物伸展的方向注记。相邻图幅接边时，同一地物地貌应保持连续性，其裂隙不能超过规范规定的比例尺测图接边限差，如果地貌之间的偏差过大无法拼接时，则应到实地重新采集点的坐标数据，然后在内业对图纸在进行编辑与修正。

3 数字化图纸精度检查

在数字化图纸的质量检查与控制中，特征点的坐标精度必须进行严格的检查，并分析误差产生的原因并加以改正。点位的坐标精度就是地图中地物地貌的图示位置与真实的地面位置之间的误差。实测数据（全野外数字测量、摄影测量采集数据）的数字地形图，地物点对相邻控制点位置中误差以及相邻地物点间的间距中误差不得大于相应比例尺测图规范的规定。扫描图矢量化采集数据的数字产品其误差以偏离中心位置为衡量标准，主要地物的误差不得超过0.2mm，次要地物的误差不得超过0.3mm，线状目标位移中误差不得大于±0.35mm。

参考文献

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[2]施永胜，孙鸿睿，向南平.基于位置关系的地块矢量化成果检核算法研究[J].地理空间信息，2006（1）.

[3]陈换新，孙群，刘新贵，等.彩色扫描地图中背景色的等高（等深）线矢量化研究[J].武汉大学学报（信息科学版），2013（5）.

作者简介：孙艳崇（1978，3-），男，汉族，辽宁绥中，讲师，注册测绘师，硕士研究生，研究方向：数字化测图技术。