道橋?qū)I(yè)紙質(zhì)地形圖數(shù)字化方法的研究

李 靜 白 云

（云南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 云南昆明 650500）

道橋?qū)I(yè)紙質(zhì)地形圖數(shù)字化方法倡導(dǎo)綜合運(yùn)用地圖地形圖編輯軟件矢量化軟件道路設(shè)計(jì)軟件來對(duì)紙質(zhì)的地形圖數(shù)字方法進(jìn)行實(shí)際的操作，對(duì)于紙質(zhì)地形圖數(shù)字化的程序?qū)⒄`差來降到最低。

1 數(shù)字化儀和掃描儀的概述

數(shù)字化儀是一種圖形數(shù)據(jù)采集的設(shè)備，是數(shù)字測(cè)繪系統(tǒng)中的一項(xiàng)，主要是來獲取數(shù)據(jù)，從地圖上找到空間位置的數(shù)據(jù)，數(shù)字化儀工作就是把圖上的位置轉(zhuǎn)換成數(shù)字化的坐標(biāo)信息，并且存入網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)。圖形的感應(yīng)板是一個(gè)面板，里面有等距離的平行網(wǎng)絡(luò)線，掃描儀測(cè)圖是一項(xiàng)重要的輸入系統(tǒng)，主要是來獲得柵格數(shù)據(jù)，刪格數(shù)據(jù)也就是將圖轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的圖像數(shù)據(jù)，然后存入網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)。掃描儀是機(jī)電一體的產(chǎn)品，主要有光學(xué)的部分，將機(jī)械傳動(dòng)部分和電路部分進(jìn)行轉(zhuǎn)換。傳統(tǒng)的紙制地形圖存在著許多的缺陷，因長(zhǎng)時(shí)間的儲(chǔ)存會(huì)造成磨損以及數(shù)據(jù)的丟失，不利于保存，所以需要進(jìn)行數(shù)字化的存檔，如果通過人力來抄寫和手繪對(duì)于紙質(zhì)版地形圖的精準(zhǔn)程度不能達(dá)到完全統(tǒng)一，同樣在人力方面也需要耗費(fèi)許多時(shí)間，開展設(shè)計(jì)案例的教學(xué)和項(xiàng)目教學(xué)需要有許多的數(shù)字地形圖來作為參考資料，對(duì)于許多高校來說這一方面的資料相對(duì)較少，而且購(gòu)買的資金成本相對(duì)來說比較高，所以紙質(zhì)地形圖數(shù)字化的方法，在實(shí)際操作中有很重要的作用。對(duì)于土木專業(yè)的學(xué)生來說應(yīng)該在記錄的時(shí)候，充分考慮到路橋?qū)I(yè)的特征，路橋?qū)I(yè)的學(xué)生再進(jìn)行測(cè)量學(xué)基礎(chǔ)測(cè)繪專業(yè)課和道路設(shè)計(jì)軟件時(shí)要進(jìn)行相應(yīng)的研究。

2 紙質(zhì)地形圖數(shù)字化程序和方法

掃描之前要做好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，要選擇清晰和質(zhì)量好的底圖來操作掃描。地形圖需要多方面使用，如果保存不善就會(huì)使底圖留下折痕，那么出現(xiàn)折痕的區(qū)域，由于底圖的拉伸可能會(huì)形成一定的變形，會(huì)造成一部分區(qū)域的空間不準(zhǔn)確，所以在整體掃描之前要準(zhǔn)備質(zhì)量好的底圖，并將地圖在平整的臺(tái)面上使用玻璃或者重物來進(jìn)行壓屏放置一段時(shí)間，如果地圖變形比較嚴(yán)重，還需要將需要改變的區(qū)域進(jìn)行局部的調(diào)整。

掃描之前還需要添加一些標(biāo)記和邊框，因?yàn)榈匦螆D在掃描之后還需要進(jìn)行進(jìn)一步的矯正，對(duì)于地形圖添加地理標(biāo)記以及邊框來說是十分有必要的，掃描的紙質(zhì)地形圖中如果遇到大區(qū)域掃描儀的底圖，這時(shí)需要將整個(gè)地形圖進(jìn)行分版塊掃描，版塊間要留有搭接部分以便于后期整圖拼接。要保證掃描圖像的清晰度圖像的面積越大，它的分辨率會(huì)變得越高，也就是說掃描之后的目標(biāo)圖像就更大，一般掃描圖像大小為100%和300DPI，在選擇儲(chǔ)存格式時(shí)掃描的圖像可以通過不同的格式來存儲(chǔ)，但是為了保證掃描圖像的真實(shí)性一般會(huì)采用TIF和BMP格式來作為存儲(chǔ)的掃描圖像。

地圖上的圖形有點(diǎn)線面三個(gè)要素組成，數(shù)據(jù)格式有柵格數(shù)據(jù)和矢量數(shù)據(jù)，相對(duì)來說柵欄里柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在對(duì)于效果比對(duì)時(shí)柵格數(shù)據(jù)數(shù)量較大，在放大時(shí)會(huì)出現(xiàn)失真的情況，所以矢量數(shù)據(jù)比較精確，并且有嚴(yán)密的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在顯示和呈現(xiàn)的時(shí)候圖形相對(duì)來說比較精美，對(duì)于數(shù)據(jù)特點(diǎn)也比較利于整體的分析。運(yùn)用地形圖定位的方法，在圖幅之內(nèi)沒有得到控制點(diǎn)時(shí)一般會(huì)用四個(gè)涂點(diǎn)來當(dāng)成已知點(diǎn)，進(jìn)行整體的圖形定位，四個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)可以通過地圖來直接獲取，當(dāng)控制點(diǎn)進(jìn)行地圖定位的時(shí)候，要將控制點(diǎn)的圖上點(diǎn)位標(biāo)明，之后對(duì)應(yīng)的控制點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行輸入，菜單區(qū)內(nèi)按照列和行來分成形狀，相同的小方格，每個(gè)格內(nèi)以圖形或者文字的形象來進(jìn)行b型的圖片符號(hào)處理。利用手扶跟蹤數(shù)字化流程地形圖數(shù)字化，要對(duì)地形的每一個(gè)特點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)收集，錄入屬性和信息來連接網(wǎng)絡(luò)，在地形圖的分層過程中，對(duì)于點(diǎn)號(hào)層、圖廓層等方面也需要按照其特定的分成方法進(jìn)行數(shù)字化，完成的兩幅地形圖，如果這兩幅地形圖分別具有數(shù)字化，為了避免誤差將產(chǎn)生的拼接誤差值控制在允許范圍之內(nèi)，通過移動(dòng)第五點(diǎn)的方式來連接，并且要改正數(shù)據(jù)中的錯(cuò)誤，保證連接處的地物完整。

3 掃描屏幕數(shù)字化

對(duì)于手扶數(shù)字化的采用最早是利用紙質(zhì)地圖數(shù)字化的方法來進(jìn)行，但是幾何精確度比較低，人工勞動(dòng)強(qiáng)度較大，并且速度緩慢，這一系列的問題都不利于工作的展開。地形圖掃描數(shù)字化則改進(jìn)了以上問題，精準(zhǔn)度比較高，而且在速度方面也有所提高，地形圖掃描屏幕數(shù)字化，會(huì)利用掃描儀將地圖的整體圖形進(jìn)行全面掃描，來形成一定的柵格數(shù)據(jù)，地形圖的掃描數(shù)字化是利用掃描儀來使紙質(zhì)地圖轉(zhuǎn)變?yōu)闁鸥裎募?，通過柵格的數(shù)據(jù)來將軟件變?yōu)槭Я繑?shù)據(jù)。

掃描的過程中掃描儀的分辨率以及失真度，還有操作人員對(duì)于工作的熟練程度等方面，都對(duì)掃描圖像的準(zhǔn)確產(chǎn)生了影響，對(duì)于掃描的均勻和處理圖像的軟件都要進(jìn)行嚴(yán)格控制，對(duì)于掃描圖像的處理，紙張的變形和誤差都可以通過幾何矯正來進(jìn)行處理，對(duì)于掃描前的地理標(biāo)志可以通過圖形的四個(gè)點(diǎn)進(jìn)行糾正，對(duì)于二維刪格圖像進(jìn)行細(xì)化，保證掃描圖像的質(zhì)量。還需要將矢量化的誤差進(jìn)行修正以及拼圖進(jìn)行接邊，因?yàn)槭Я炕浖筒僮魅藛T之間的熟練程度以及時(shí)間的延長(zhǎng)會(huì)出現(xiàn)一部分的誤差，這時(shí)就需要矢量誤差的修正在形成校正文件的同時(shí)，通過計(jì)算的平移縮放旋轉(zhuǎn)等系數(shù)，將所需要的矢量化圖形矯正進(jìn)行系統(tǒng)修正，整張圖運(yùn)用分塊掃描的方法使得每一幅圖在完成之后都會(huì)和周邊的圖進(jìn)行連接處理，來確保矢量后的整體圖形的準(zhǔn)確，因?yàn)榧垙埖淖冃我约笆噶炕恼`差，有些部分的圖線會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)位，所以需要進(jìn)行整體檢查。

在圖像經(jīng)過掃描的處理之后會(huì)得到光柵圖像，對(duì)于光柵圖像進(jìn)行細(xì)化和處理，圖像掃描時(shí)掃描儀如果出現(xiàn)圖紙有污漬，不光滑，出來的圖像會(huì)有斑點(diǎn)以及噪音，所以光柵文件必須進(jìn)行完整的全面處理之后才能進(jìn)行矢量化的編輯。在處理之前要對(duì)原始圖像中的噪聲進(jìn)行消除，以防圖片的失真修正圖紙的坐標(biāo)偏差。然后將光柵圖像進(jìn)行細(xì)化，進(jìn)行細(xì)化處理也是尋找掃描圖像的過程，在處理時(shí)要對(duì)于圖像中出現(xiàn)的線段進(jìn)行連貫的聯(lián)通，圖像中如果出現(xiàn)毛刺和斷點(diǎn)的情況，要進(jìn)行毛刺剔除，以及及時(shí)的補(bǔ)救措施。光柵圖像及時(shí)糾正，利用紙質(zhì)圖在打印保管過程當(dāng)中產(chǎn)生的問題，對(duì)于圖幅坐標(biāo)的大小、網(wǎng)格、方向等比例的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行糾正，再利用數(shù)字化軟件的操作進(jìn)行完整的改進(jìn)。最后要將數(shù)字化圖紙進(jìn)行準(zhǔn)確的檢查質(zhì)量，提高重視坐標(biāo)的精細(xì)程度，必須進(jìn)行嚴(yán)格的檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)誤差及時(shí)分析原因，并且改正對(duì)于點(diǎn)位的坐標(biāo)顯示位置和真實(shí)位置之間的差距進(jìn)行實(shí)際測(cè)量第五點(diǎn)，對(duì)于相鄰的控制點(diǎn)的誤差不得超過標(biāo)準(zhǔn)范圍，利用掃描圖的矢量化數(shù)據(jù)已偏離中心位置來衡量誤差不得高于標(biāo)準(zhǔn)。

4 建立DTM

地形圖數(shù)字化完成后保存成DWG或DXF文件，為了滿足后期公路路線輔助設(shè)計(jì)的需求，可以利用緯地道路設(shè)計(jì)軟件建立DTM。具體操作如下：①數(shù)?！聰?shù)模。②三維數(shù)據(jù)讀入——DWG和DXF格式，通過瀏覽選定數(shù)字地形圖。③選中地形圖中等高線圖層，數(shù)據(jù)類型選“約束線”，SPLINE搜索：圓滑點(diǎn)；選中高程點(diǎn)圖層，數(shù)據(jù)類型選“地形點(diǎn)”，SPLINE搜索：控制點(diǎn)，點(diǎn)擊開始讀入。④依次進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)檢、三角構(gòu)網(wǎng)、網(wǎng)格顯示、三角網(wǎng)優(yōu)化、優(yōu)化數(shù)模邊界（自動(dòng)搜索參數(shù)）等操作最后保存數(shù)模，就建立好數(shù)字地面模型，即DTM。

5 結(jié)語

紙質(zhì)地形圖可以經(jīng)過掃描三維矢量化和底圖的處理這些方面來建立DTM，這些處理軟件對(duì)于開展道路設(shè)計(jì)工作提供了便利，并且DTM數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)會(huì)影響到后面設(shè)計(jì)的整體效果，在獲得高質(zhì)量的數(shù)字化圖形的基礎(chǔ)上，還要做到對(duì)于地圖的分塊掃描圖像的比例進(jìn)行精準(zhǔn)的記錄。在掃描圖像處理的時(shí)候，對(duì)于復(fù)雜圖像的識(shí)別細(xì)化功能相對(duì)來說較為困難，對(duì)于有效特征的提取要加以重視，在提高矢量化軟件的基礎(chǔ)之上來提高矢量化算法的適應(yīng)性，使得各類技術(shù)的高效成果，與掃描圖像失量化進(jìn)行結(jié)合，并加以改進(jìn)。

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