數(shù)字城市影像掛圖編制技術(shù)和方法

唐國禮

摘 要：隨著數(shù)字城市建設(shè)的迅速發(fā)展，影像掛圖編制也越來越普遍。筆者以編制韶山市正射影像掛圖為例，詳細(xì)介紹了影像掛圖編制的技術(shù)和方法，為同行提供一些參考和幫助。

關(guān)鍵詞：DOM；影像掛圖；編制

地理信息數(shù)據(jù)是數(shù)字城市中的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，其中DOM（正射影像圖）數(shù)據(jù)是數(shù)字城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的主要內(nèi)容之一。近年來，由于數(shù)字城市建設(shè)的迅速發(fā)展，各種影像圖編制也越來越普遍。與普通地圖相比，影像圖具有豐富的地面信息，內(nèi)容層次分明，圖面清晰易讀，充分表現(xiàn)出影像與地圖的雙重優(yōu)勢。筆者利用數(shù)字湘潭的DOM和DLG（數(shù)字線劃圖）數(shù)據(jù)編制了韶山市正射影像掛圖。此圖直觀地反映地理信息，展現(xiàn)韶山市城區(qū)及周邊狀況，有利于人們獲取真實、感興趣的地理信息，方便旅游和出行。

1 主要內(nèi)容

根據(jù)地圖編制要求及影像圖特點，影像掛圖主要內(nèi)容包括數(shù)學(xué)要素、地理要素和輔助要素。其中數(shù)學(xué)要素為比例尺及地圖定向；地理要素包括公路、鐵路、河流、地名、符號、影像等；輔助要素包括圖名、圖廓、圖例、圖幅整飾等。

2 編制技術(shù)和方法

影像掛圖是以航空和航天遙感影像為基礎(chǔ)，經(jīng)幾何糾正，配合以線劃和少量注記符號，將制圖對象綜合表示在圖面上的地圖，是直接反映制圖對象地理特征及空間分布的地圖。影像掛圖編制技術(shù)主要包括兩個方面：一是遙感影像制作；二是掛圖編制。為了有效利用數(shù)據(jù)資源，提高效率，應(yīng)先確定掛圖范圍。

2.1 影像掛圖范圍確定方法

首先確定影像中心區(qū)。一般應(yīng)以城區(qū)為中心區(qū)向外擴散，但是如果需要重點表現(xiàn)某一方面，如旅游、休閑、交通等，就應(yīng)該著重考慮所要表現(xiàn)的那一方面。如韶山市正射影像掛圖主要體現(xiàn)旅游，而韶山市的旅游景點大都分布在市區(qū)西邊，所以確定范圍時，中心區(qū)設(shè)定不在城區(qū)，而是在毛澤東故居和城區(qū)之間。

其次，確定影像范圍大小。影像范圍大小關(guān)系到DOM拼接圖幅，以及DLG數(shù)據(jù)處理工作量，所以要慎重考慮。方法是：根據(jù)中心區(qū)大小，用矩形框圈定，矩形框的長短邊之比應(yīng)近似黃金分割。

2.2 遙感影像制作

由于DOM影像是1∶2000標(biāo)準(zhǔn)分幅的，所以應(yīng)按影像范圍把該區(qū)域內(nèi)的DOM拼接成一幅整圖。根據(jù)需要對影像進(jìn)行局部色彩調(diào)整，使整圖色調(diào)均勻柔和、反差適中、紋理清晰、細(xì)節(jié)清楚、無拼接明顯痕跡，圖面無顏色模糊、偏色、缺色、無變形、拉花、錯位、扭曲、重影等。技術(shù)路線如下：

2.2.1 DOM檢查

收集的DOM數(shù)據(jù)一般不存在大的問題，但為了保障成果質(zhì)量，應(yīng)著重檢查影像是否有異常，色彩是否偏差較大，坐標(biāo)是否與DLG數(shù)據(jù)一致等。

2.2.2 DOM鑲嵌

DOM鑲嵌主要是把多幅影像拼接成整幅。DOM地面分辨率為0.2米，拼接成整幅，由于數(shù)據(jù)量特別大，影響運行速度，因此在不妨礙影像判讀和信息獲取的情況下，對DOM重采樣為0.5米。影像勻光軟件GeoDodging和ARCGIS軟件配合使用，可有效提高效率。GeoDodging軟件鑲嵌速度較ARCGIS快，但數(shù)據(jù)量過大，則不能拼接。采用方法是用GeoDodging拼接成4幅，再用ARCGIS把4幅拼接成整幅。

2.2.3 色彩調(diào)整

對拼接后的影像色彩進(jìn)行局部調(diào)整。主要包括勻光勻色、去薄云以及影像增強處理。勻光勻色就是處理影像的亮度和色彩，使影像達(dá)到反差均勻、色彩均衡的效果。彩色影像的調(diào)整很少需色階調(diào)整，只要色彩輸出量化值選定，對紅、綠、藍(lán)三色曲線進(jìn)行調(diào)整，即可得到比較接近自然的影像。經(jīng)過比較實驗，當(dāng)紅、綠、藍(lán)三色中間值為150時，影像色彩還原清晰逼真。調(diào)色時選區(qū)不宜太小，不宜選擇地物過于集中處，基本上先對中心投影區(qū)較亮的部分作為選區(qū)，調(diào)整后，進(jìn)行反選再調(diào)整周邊較暗區(qū)。色彩調(diào)整多少會帶來影像信息損失。色彩、亮度變化越大，信息損失也越大。影像調(diào)整時切勿調(diào)整過大或反復(fù)調(diào)整，盡量減少影像細(xì)部信息的損失。去薄云是處理DOM局部小范圍內(nèi)的薄云遮蓋。主要方法是利用同態(tài)濾波以及修改光照度、反射率和截取頻率，達(dá)到去云效果，使影像清晰。影像增強就是采用濾波和直方圖拉伸方法對影像進(jìn)行處理，使影像直方圖盡量呈正態(tài)分布，紋理清晰，無顯著噪聲。

2.2.4 局部修正

局部修正就是對局部影像出現(xiàn)重影、變形、拉花、錯位、扭曲等的處理。重影一般出現(xiàn)在圖幅拼接處。制作DOM旁向拼接處理時，由于上下航線投影變化大，不進(jìn)行人工干預(yù)，經(jīng)常會在接邊處產(chǎn)生重影、模糊。對于城區(qū)高大建筑，由于沒有DEM的改正，投影差無法消除，因此，在接邊處也會產(chǎn)生重影。處理方法是：①選擇較小的羽化值10-30象素為拼接過渡。②拼接線取近似直線的平滑曲線效果最好，避免取小角度折線。③對無法消除的拼接缺損應(yīng)用單模型正射影像修補。而對于變形、拉花等則用Photoshop圖像軟件進(jìn)行局部調(diào)整處理。

2.2.5 影像變換

根據(jù)DLG數(shù)據(jù)要求對影像進(jìn)行投影變換，使之與DLG數(shù)據(jù)坐標(biāo)一致。

2.2.6 影像裁切

根據(jù)影像范圍裁切影像，作為掛圖的基礎(chǔ)底圖。

2.3 掛圖編制

掛圖編制主要內(nèi)容包括數(shù)據(jù)資料分析、版式版面設(shè)計、地理要素處理、正射影像處理、地名地址處理及地圖綜合處理等。流程如下：

第一步，數(shù)據(jù)資料分析。數(shù)據(jù)資料包括：1∶500DLG、1∶2000DLG數(shù)據(jù)庫、地名地址數(shù)據(jù)庫、1∶2000DOM數(shù)據(jù)庫。由于軟件操作平臺是MAPGIS K9，所以需要把DLG、DOM和地名地址數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成Mapgis的文件格式。DLG數(shù)據(jù)庫坐標(biāo)系統(tǒng)為1980西安坐標(biāo)系，所以把地名地址數(shù)據(jù)和DOM數(shù)據(jù)統(tǒng)一變換為1980西安坐標(biāo)系。

第二步，版式版面設(shè)計。地圖版式版面的設(shè)計內(nèi)容為圖名、圖框、圖例、比例尺和主圖區(qū)及圖面配置等。設(shè)計原則和方法是：①確定地圖性質(zhì)、特點與制圖范圍。②確定地圖內(nèi)容并制訂地圖圖例。根據(jù)地圖用途、地圖內(nèi)容及分類、分級系統(tǒng)，設(shè)計相應(yīng)符號系統(tǒng)、邏輯地排列組成地圖圖例表。③確定地圖數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。④研究制圖區(qū)域地理特征，制圖對象的分布規(guī)律，制定地圖概括的原則、方法與指標(biāo)等。⑤圖面配置既要充分地利用地圖幅面，又要使圖面配置在科學(xué)性、藝術(shù)性和清晰性方面相互協(xié)調(diào)。⑥影像作為地圖的基礎(chǔ)，圖面內(nèi)容盡量以影像信息為主，其他要素為輔。

設(shè)計工作可先進(jìn)行樣圖試驗，以便檢查各項規(guī)定是否可行，能否達(dá)到預(yù)期效果。樣圖檢驗最好采用幾個方案，以便對比分析選出最佳方案。版面大小要考慮紙張尺寸，長寬邊一般宜為1.8米和1.2米左右，具體情況可視要求而定。為了保證掛圖印制效果和人們讀圖方便，比例尺設(shè)計不應(yīng)大于1/15000，盡量控制在1/10000內(nèi)。

版式版面設(shè)計后，用圖框邊線裁剪地理要素、影像和地名地址數(shù)據(jù)，方便后面工序操作。

第三步，地理要素處理。地理要素主要是DLG數(shù)據(jù)，包括鐵路、公路、水系、境界、注記等。數(shù)據(jù)提取原則：①舍小留大，取長去短。舍去一些小路、溝渠，留下長度較長、寬10米以上的道路以及大的河流和干渠。②綜合取舍，根據(jù)影像顯現(xiàn)的形狀，對一些道路邊線綜合，把彎曲較多，影響圖面效果的河流和道路邊線化簡，對一些細(xì)微部分的線條直線化處理。具體處理方法為：①鐵路以單線表示，符號化成黑白相間的線型，復(fù)線鐵路用雙線，站臺處多條鐵路可用多線表示。②公路，包括等級公路和城區(qū)街道。路面用顏色填充，邊線用灰色實線表示，在道路轉(zhuǎn)彎處，參照影像用弧線重新采集處理。③由于影像上顯示的水系顏色一般較暗，且各個圖幅之間的水系顏色有差別，不協(xié)調(diào)，所以需要對水系進(jìn)行構(gòu)面填色。對河流，以及較寬的溝渠、較大的水庫、魚塘重新構(gòu)面，以淺藍(lán)色填充。邊線可從DLG中提取，也可根據(jù)影像采集，以深藍(lán)色表示。④境界保留鄉(xiāng)鎮(zhèn)級以上，對照影像修正，折點多的地方需要刪除多余點，處理原則是在盡量保持境界線走向的情況下，去繁就簡。⑤注記主要是行政區(qū)注記，包括鄉(xiāng)鎮(zhèn)注記、相鄰縣市區(qū)注記和駐地名稱，注記顏色應(yīng)鮮艷、突出，字體不同于一般地名。

第四步，地名地址處理。影像圖上最能反映人們需要的，人們最感興趣的地理要素，莫過于地名地址了。地名地址數(shù)據(jù)主要包括：行政機關(guān)、團體、企事業(yè)單位、有紀(jì)念或指示意義的名稱、道路名、河流名、鐵路名、自然地名以及駐地名稱等。

（1）地名選取要求

①行政機關(guān)、團體名稱，包括市委、市政府、各局委辦等。視圖面載負(fù)量，行政機關(guān)名稱一般都要求保留，團體組織名稱可取舍。

②企事業(yè)單位，包括學(xué)校、醫(yī)院、工礦企業(yè)等。學(xué)校和醫(yī)院一般都要求保留，如果圖面載負(fù)量較大，則可以舍去小學(xué)或一般診所名稱。工礦企業(yè)城區(qū)范圍選取較大的單位名稱，城區(qū)周邊因為單位名稱很少，一般應(yīng)予以保留。

③有紀(jì)念或指示意義的名稱，包括廣場、車站、旅游地、橋名等。廣場一般選取有紀(jì)念意義的或大型活動場地的名稱；車站、橋梁全部選??；旅游景點名稱全部保留，特別是與旅游相關(guān)的地名應(yīng)多保留，如景區(qū)周邊停車場、住宿餐飲名等。

④道路、河流和鐵路名，全部選取。

⑤自然地名，根據(jù)圖面載負(fù)量取舍。城區(qū)自然村，一般予以選??；周邊地名根據(jù)居民地集散程度、是否有方位意義等條件進(jìn)行選??；農(nóng)村部分應(yīng)全部選取。

（2）地名地址處理

①地名注記處理

為了突出表示地名要素，一般采用比較鮮艷的顏色表示。如市委、市政府用紅色，水系名稱如河流名用藍(lán)色，公路、鐵路名用黃泥色，行政單位名稱用紅色。字體建議采用黑體或宋體，字列方向用雁行、水平、垂直或屈曲字列；水系名稱，如河流名，字體左斜表示。城區(qū)主要道路和高速公路名稱用大號的字，如城區(qū)主干路、韶山大道，次要的道路名稱和街道名稱用小號的字，如沁園路。道路、鐵路名，根據(jù)圖面要求進(jìn)行調(diào)整位置、字頭朝向。依照一定的間隔配置道路、鐵路和河流名稱。注記名稱可加白邊，突出與影像顏色的區(qū)別。

②注記符號處理

符號設(shè)計原則，使所設(shè)計的符號和色彩與制圖對象建立一定聯(lián)系，使各符號和色彩含義明確。各符號和色彩既要有系統(tǒng)性，又要有差異性，使讀圖者獲得較好的感受效果。

行政機關(guān)、團體、企事業(yè)單位、有紀(jì)念意義的廣場和旅游地、大型市場、停車場旁加注記符號點表示位置。公路、鐵路、橋、自然地名等表示片區(qū)的不加注符號點。市委、市政府駐地用紅色“★”表示，行政機關(guān)、團體、企事業(yè)單位駐地用粉色“●”表示，酒店、旅游景點、車站等用象形會意符號表示，如古井用表示，學(xué)校、醫(yī)院用圖式約定符號表示。

第五步，地圖綜合處理。地圖綜合主要是把影像、鐵路、公路、地名、符號等要素疊加一起，并按顯示順序排列，再添加圖例、圖框、圖名和比例尺等，形成一幅完整的影像掛圖，查看圖面整體效果，進(jìn)行修改、調(diào)整。

第六步，輸出檢查和成果整理。修改整飾完后，輸出400DPI分辨率的JPG圖打印檢查。主要檢查內(nèi)容：①版面設(shè)計檢查，主要檢查版式版面設(shè)計是否合理，是否符合現(xiàn)實情況，是否存在缺陷等。②數(shù)據(jù)資料檢查，主要檢查坐標(biāo)系是否符合設(shè)計要求、采用的數(shù)據(jù)是否為最新數(shù)據(jù)、是否存在重大錯漏資料等。③圖形圖面檢查，檢查內(nèi)容主要包括：圖面色彩配置是否合理、協(xié)調(diào)，各地理要素層次配置是否合理，各線劃要素是否與圖面融洽，影像是否失真、變形，注記符號大小、配置是否恰當(dāng)，地名地址選取是否合理，是否滿足相關(guān)要求等。

3 成果實例（部分）

4 結(jié)論

影像掛圖具有信息的綜合性、數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、使用的方便性、風(fēng)格的突出性等四個特征。隨著遙感影像的應(yīng)用越來越廣，這種既有影像又有地圖特征的編圖也會越來越多。如何在地圖編制和設(shè)計上實現(xiàn)創(chuàng)新，提高實用價值，滿足不同人群的需求，應(yīng)是探索和研究的方向。

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