交互式矢量化技术在水文站网分布图编绘中的应用

李亚菲　赵蕊　杨慧玲

【摘 要】整个黄河流域的大小河流数量巨大，传统矢量化方法需要人工多，时间长，效率不高。本文就在纸质图矢量化的过程中使用人机交互式矢量化技术进行介绍。

【关键词】影像二值化；交互式矢量化

0 概述

黄河流域经过多年水文站网规划和建设，形成了功能比较齐全的水文站、水位站、降水量站等水文测验站网。限于以前的应用水平和技术水平，全流域至今还未形成一套较具现实性、信息齐全的水文测验站网地图。随着科技发展的日新月异，技术应用水平也在不断提高，治黄事业亦是迅速蓬勃发展，应用需求也随之扩大。因此，编绘一套精度较高、信息丰富、现实性强、实用性高、水文测验站网要素齐全的地图图册，是一项十分必要而又重要的工作任务。由于整个黄河流域的大小河流数量巨大，传统矢量化方法需要人工多，时间长，效率不高。所以在矢量化的过程中使用人机交互式矢量化（半自动矢量化）技术，提高工作效率。

1 纸质图人机交互式矢量化

交互式矢量化可以实现半自动的矢量化。即在栅格图上分别点击某条线上的两个点，系统就会自动跟踪矢量化这两点之间的这段线。使用软件为ArcGIS9.3。

1.1 纸质图扫描

首先将纸质地图经扫描仪扫描后，以图形格式存盘。扫描分辨率不低于400dpi。

1.2 图像校正

在ArcGIS9.3软件中，选择图像校正后需要的投影坐标系。校正底图时采用投影为兰伯特正形圆锥投影，中央经线选取108，第一标准纬线选25，第二标准纬线选47，起始纬度选0；采用的地理坐标系为GCS_Beijing_1954。

（1）添加控制点。控制点应均匀分布。添加控制点时，选择经度、纬度相交的地方，点击鼠标左键，进行定位，然后单击右键，输入经纬度。控制点应做到均匀分布，最好沿中轴线对称。添加完控制点，选择一次纠正。

（2）更新图像显示：在Georeferencing菜单下，点击Update Display。更新后，就变成真实的坐标。如果纠正过程没有遗漏或者错误，则纠正后图像经纬格网点坐标与实际坐标差值会很小，且图像无变形。点击Rectify，将校准后的影像另存。

1.3 创建矢量图层

（1）启动ArcCatalog。选择要存放图层的文件夹，单击右键，选择New——Shapefile，创建矢量图层。

（2）进行图层信息的设置：在Create New Shapefile对话框中设置图层名称、要素类型、坐标系统信息。点击编辑坐标系统，选择坐标的时候，直接引入选影像数据一样的坐标系。

新建图层之后，根据规范，对每一图层进行属性字段的设置，以河流为例：河流的属性字段包括，层名、要素名称、要素代码、河流名称。

1.4 交互式矢量化

为方便作图，部分要素（如：河流）可使用软件进行交互式矢量化。

（1）在ArcMap中添加保存的纠正后的图像.img和创建的矢量图层。

（2）影像二值化：ArcGIS有自动追踪矢量化的功能，但采用自动矢量化时，需要图像二值化，图像的二值化处理就是将图像上的点的灰度置为0或255，也就是将整个图像呈现出明显的黑白效果。

（3）交互式矢量化

影像二值化之后，选择Editor——Start Editing，这时工具栏中的Editor和Raster工具条被激活。编辑之前，可根据需要设置捕捉，编辑器工具条Editor—snapping。

设置完成之后，选择图层（以河流为例）进行交互式矢量化。选择AcrScan，开始编辑。该工具可自动追踪影像上的线。将光标放在需要矢量化的线上点击鼠标左键开始，沿着光栅线条的方向会自动跟踪影像上的线。

在交互式矢量化时需要注意的是，对于复杂图件，线条存在交叉或重叠的现象。在线条交叉处，交互式矢量化要求人工干预以决定线条矢量化的走向，此时可沿线条方向点击鼠标。利用该方法，即使再复杂的线条也可以在短时间内完成线条矢量化。

矢量化时，要素图式符号按照标准SL 460-2009《水文年鉴汇编刊印规范》要求，对于该标准内未规定相应图式符号的要素参照SZHH04-2003《“数字黄河”工程标准——数字地图图式》和GB/T20257.3-2006《1：25000 1：50000 1：100000地形图图式》。一个要素矢量化完成之后，根据底图信息，对其名称等属性信息进行编辑，保存。

为了保证数字化精度，要求显示窗口放大比例在25倍以上，采用半自动、交互式分层矢量采集。相对于工作底图，点状要素平面位移中误差≤±0.25，线状、面状要素平面位移中误差≤±0.3。

分幅图矢量化完成以后，检查图幅内所有矢量化要素的属性值是否正确。如果属性为空或错误可直接修改完善。

2 矢量数据入库

矢量化完成后，使用ArcCatalog新建一个Personal Geodatabase。设置所需坐标系，将存有矢量数据的图层入库，建立一个数据集，方便数据的管理和使用。

3 打印出图

数据入库完成之后，可根据地图功能、图幅大小等要求，选择数据库中需要显示的图层要素，按要求编辑整理完成后，保证图面整洁、清晰，进行打印出图。

4 结语

人机交互式矢量化是一种新的矢量化技术，与传统的矢量化相比，它具有无需细化处理，处理速度快，矢量化精度高等特点，不会出现细化过程中常见的毛刺现象。掌握它的工具、方式、方法是我们提高地图编绘工作效率的重要途径，是纸质数据进行计算机模拟现实和查询所必需的步骤。在此次黄河流域水文测站分布图编绘项目中，共使用人机交互式矢量化了近3000条大小河流，总长度近74000公里。该技术的应用不仅提高了整个水文站网分布图编绘项目的进度，其自动识别线条的功能更是提高了矢量化过程中的精度。总体来看，在纸质图转化为矢量数据图中交互式矢量化是一种更高效、更经济、更方便、值得推广的好方法。

【参考文献】

[1]SZHH04-2003《“数字黄河”工程标准——数字地图图式》[S].

[2]GB/T20257.3-2006《1：25000 1：50000 1：100000地形图图式》[S].

[责任编辑：汤静]