交互式矢量化技術(shù)在水文站網(wǎng)分布圖編繪中的應(yīng)用

李亞菲　趙蕊　楊慧玲

【摘 要】整個黃河流域的大小河流數(shù)量巨大，傳統(tǒng)矢量化方法需要人工多，時間長，效率不高。本文就在紙質(zhì)圖矢量化的過程中使用人機交互式矢量化技術(shù)進行介紹。

【關(guān)鍵詞】影像二值化；交互式矢量化

0 概述

黃河流域經(jīng)過多年水文站網(wǎng)規(guī)劃和建設(shè)，形成了功能比較齊全的水文站、水位站、降水量站等水文測驗站網(wǎng)。限于以前的應(yīng)用水平和技術(shù)水平，全流域至今還未形成一套較具現(xiàn)實性、信息齊全的水文測驗站網(wǎng)地圖。隨著科技發(fā)展的日新月異，技術(shù)應(yīng)用水平也在不斷提高，治黃事業(yè)亦是迅速蓬勃發(fā)展，應(yīng)用需求也隨之?dāng)U大。因此，編繪一套精度較高、信息豐富、現(xiàn)實性強、實用性高、水文測驗站網(wǎng)要素齊全的地圖圖冊，是一項十分必要而又重要的工作任務(wù)。由于整個黃河流域的大小河流數(shù)量巨大，傳統(tǒng)矢量化方法需要人工多，時間長，效率不高。所以在矢量化的過程中使用人機交互式矢量化（半自動矢量化）技術(shù)，提高工作效率。

1 紙質(zhì)圖人機交互式矢量化

交互式矢量化可以實現(xiàn)半自動的矢量化。即在柵格圖上分別點擊某條線上的兩個點，系統(tǒng)就會自動跟蹤矢量化這兩點之間的這段線。使用軟件為ArcGIS9.3。

1.1 紙質(zhì)圖掃描

首先將紙質(zhì)地圖經(jīng)掃描儀掃描后，以圖形格式存盤。掃描分辨率不低于400dpi。

1.2 圖像校正

在ArcGIS9.3軟件中，選擇圖像校正后需要的投影坐標系。校正底圖時采用投影為蘭伯特正形圓錐投影，中央經(jīng)線選取108，第一標準緯線選25，第二標準緯線選47，起始緯度選0；采用的地理坐標系為GCS_Beijing_1954。

（1）添加控制點?？刂泣c應(yīng)均勻分布。添加控制點時，選擇經(jīng)度、緯度相交的地方，點擊鼠標左鍵，進行定位，然后單擊右鍵，輸入經(jīng)緯度?？刂泣c應(yīng)做到均勻分布，最好沿中軸線對稱。添加完控制點，選擇一次糾正。

（2）更新圖像顯示：在Georeferencing菜單下，點擊Update Display。更新后，就變成真實的坐標。如果糾正過程沒有遺漏或者錯誤，則糾正后圖像經(jīng)緯格網(wǎng)點坐標與實際坐標差值會很小，且圖像無變形。點擊Rectify，將校準后的影像另存。

1.3 創(chuàng)建矢量圖層

（1）啟動ArcCatalog。選擇要存放圖層的文件夾，單擊右鍵，選擇New——Shapefile，創(chuàng)建矢量圖層。

（2）進行圖層信息的設(shè)置：在Create New Shapefile對話框中設(shè)置圖層名稱、要素類型、坐標系統(tǒng)信息。點擊編輯坐標系統(tǒng)，選擇坐標的時候，直接引入選影像數(shù)據(jù)一樣的坐標系。

新建圖層之后，根據(jù)規(guī)范，對每一圖層進行屬性字段的設(shè)置，以河流為例：河流的屬性字段包括，層名、要素名稱、要素代碼、河流名稱。

1.4 交互式矢量化

為方便作圖，部分要素（如：河流）可使用軟件進行交互式矢量化。

（1）在ArcMap中添加保存的糾正后的圖像.img和創(chuàng)建的矢量圖層。

（2）影像二值化：ArcGIS有自動追蹤矢量化的功能，但采用自動矢量化時，需要圖像二值化，圖像的二值化處理就是將圖像上的點的灰度置為0或255，也就是將整個圖像呈現(xiàn)出明顯的黑白效果。

（3）交互式矢量化

影像二值化之后，選擇Editor——Start Editing，這時工具欄中的Editor和Raster工具條被激活。編輯之前，可根據(jù)需要設(shè)置捕捉，編輯器工具條Editor—snapping。

設(shè)置完成之后，選擇圖層（以河流為例）進行交互式矢量化。選擇AcrScan，開始編輯。該工具可自動追蹤影像上的線。將光標放在需要矢量化的線上點擊鼠標左鍵開始，沿著光柵線條的方向會自動跟蹤影像上的線。

在交互式矢量化時需要注意的是，對于復(fù)雜圖件，線條存在交叉或重疊的現(xiàn)象。在線條交叉處，交互式矢量化要求人工干預(yù)以決定線條矢量化的走向，此時可沿線條方向點擊鼠標。利用該方法，即使再復(fù)雜的線條也可以在短時間內(nèi)完成線條矢量化。

矢量化時，要素圖式符號按照標準SL 460-2009《水文年鑒匯編刊印規(guī)范》要求，對于該標準內(nèi)未規(guī)定相應(yīng)圖式符號的要素參照SZHH04-2003《“數(shù)字黃河”工程標準——數(shù)字地圖圖式》和GB/T20257.3-2006《1：25000 1：50000 1：100000地形圖圖式》。一個要素矢量化完成之后，根據(jù)底圖信息，對其名稱等屬性信息進行編輯，保存。

為了保證數(shù)字化精度，要求顯示窗口放大比例在25倍以上，采用半自動、交互式分層矢量采集。相對于工作底圖，點狀要素平面位移中誤差≤±0.25，線狀、面狀要素平面位移中誤差≤±0.3。

分幅圖矢量化完成以后，檢查圖幅內(nèi)所有矢量化要素的屬性值是否正確。如果屬性為空或錯誤可直接修改完善。

2 矢量數(shù)據(jù)入庫

矢量化完成后，使用ArcCatalog新建一個Personal Geodatabase。設(shè)置所需坐標系，將存有矢量數(shù)據(jù)的圖層入庫，建立一個數(shù)據(jù)集，方便數(shù)據(jù)的管理和使用。

3 打印出圖

數(shù)據(jù)入庫完成之后，可根據(jù)地圖功能、圖幅大小等要求，選擇數(shù)據(jù)庫中需要顯示的圖層要素，按要求編輯整理完成后，保證圖面整潔、清晰，進行打印出圖。

4 結(jié)語

人機交互式矢量化是一種新的矢量化技術(shù)，與傳統(tǒng)的矢量化相比，它具有無需細化處理，處理速度快，矢量化精度高等特點，不會出現(xiàn)細化過程中常見的毛刺現(xiàn)象。掌握它的工具、方式、方法是我們提高地圖編繪工作效率的重要途徑，是紙質(zhì)數(shù)據(jù)進行計算機模擬現(xiàn)實和查詢所必需的步驟。在此次黃河流域水文測站分布圖編繪項目中，共使用人機交互式矢量化了近3000條大小河流，總長度近74000公里。該技術(shù)的應(yīng)用不僅提高了整個水文站網(wǎng)分布圖編繪項目的進度，其自動識別線條的功能更是提高了矢量化過程中的精度?？傮w來看，在紙質(zhì)圖轉(zhuǎn)化為矢量數(shù)據(jù)圖中交互式矢量化是一種更高效、更經(jīng)濟、更方便、值得推廣的好方法。

【參考文獻】

[1]SZHH04-2003《“數(shù)字黃河”工程標準——數(shù)字地圖圖式》[S].

[2]GB/T20257.3-2006《1：25000 1：50000 1：100000地形圖圖式》[S].

[責(zé)任編輯：湯靜]