实习二 地图矢量化

1. 实习二 地图矢量化 1.1 实验目的 • 了解空间数据数字化的有关方法，掌握课本有关地图矢量化的理论知识。 • 掌握地图数字化这种最基本的数据采集方法，掌握地图扫描矢量化的基本原理、方法和步骤，熟悉地图的绘图和编辑工作。

2. 实习二 地图矢量化 1.2 实验要求 • 根据所学知识方法和步骤对地图进行屏幕跟踪矢量化。

3. 实习二 地图矢量化 2 地图矢量化的基础知识 • 地理信息系统的基本功能之一就是数据采集,数据采集也是一个完整的GIS应具备的基本功能。 • 地理数据分为空间数据与属性数据两部分，数据采集也分为空间数据采集和属性数据采集。空间数据的采集方法很多，根据数据的来源可分为地图数字化，遥感数据获取和以GPS为数据源的数据采集等。其中，地图数字化是最基本的数据采集方法，它是指把传统的纸质或者其他材料上的地图（模拟信号）转换为计算机可识别的图形数据（数字信号）的过程，以便进一步在计算机进行存贮，分析和输出。

4. 2.1地图投影与坐标转换 • 在地图数字化时,首先要选择合适的地图投影和建立适当的坐标系。没有合适的投影或坐标系的空间数据不是一个好的空间数据，甚至是没有意义的空间数据，它不含地理意义。

5. 2.1.1投影与坐标系 • 当把地球上的物体按地理位置转绘到平面上时，必然会产生变形，投影是用于减少这种变形的一种方法。地图投影的实质是建立地球球面上的点与平面上的点的对应关系。所有的投影都会引起某种变形，采用哪种投影取决于实际应用的需要。 • 每一种投影都与一个坐标系相联系。对于那些大比例尺地图(如1：2 000或更大)，由于不含投影变换，我们称为非地球地图(Non-earth map)。非地球地图虽然没有投影变形，但却有自己的坐标系统，有自己的参考系和量算单位。

6. 2.1.2坐标变换与最小二乘法 • GIS中间数据的采集、处理和输出等过程中都进行着空间坐标变换。空间坐标变换是指将地理实体在一个坐标系中的坐标(x，y)通过某种对应法则，转换成另一个坐标系中的坐标(x’，y’)的过程。 • 解算这种对应法则有两种方法：一种是解析法，这是在知道投影公式或坐标变换公式的情况下，直接利用变换公式进行解算。GIS中图形的缩放、平移、旋转及三维变换等操作都使用这种变换；另一种是数值变换法，这种方法主要用于地图的数字化。最小二乘法是最为常用的数值变换的方法。

7. 2.1.3坐标变换的地理意义 • 数值变换公式的求解依赖于控制点的选取及输入的相应坐标值的精度。在地图数字化过程中通过选取控制点建立空间坐标的数值变换公式有其重要意义： (1) 实现地图的数学法则。 (2) 实现由设备坐标到现实世界坐标的转换。 (3) 控制数据采集的精度。 (4) 实现多图幅拼接或不同比例尺间地图的匹配。

8. 2.2数字化的方法与步骤 • 数字化仪和扫描仪获取地图数据的方式逐渐普及起来，大大提高了数字化的精度和速度。 • 数字化仪直接以矢量形式获取地图坐标数据，绝大多数GIS和图形处理软件都带有利用数字化仪进行数字化的模块，而GIS的系统设计者亦可以自己编写数字化接口程序。 • 扫描矢量化是目前较为流行的数字化方法，这种方法是先用扫描仪将地图扫描为栅格图像，然后对栅格图像进行屏幕跟踪矢量化。屏幕跟踪矢量化不受数字化设备的限制，可以同时大批量进行数字化工作。

9. 3 实验步骤提要 • 先用扫描仪将地图扫描成栅格图像，然后以栅格图像为背景，手工或利用自动跟踪软件进行屏幕数字化是的目前较为普遍的一种地图数字化方法。 • 许多GIS和图形软件都有对栅格图像的自动矢量化功能。以ArcGIS为例，说明对栅格图像在屏幕上进行手工矢量化的基本步骤。

10. 3.1 确定数字化的路线 • 在数字化之前一定要设计好数字化所采用的技术路线，这直接关系到地图数字化的效率。确定数字化路线包括采取什么样的方式进行数字化，数字化精度要求如何、选取什么样的地图作为数字化底图、对哪些要素进行数字化，以及如何对数字化要素进行分层和分幅数字化等。

11. 3.1 确定数字化的路线 • (1)选择底图：数字化底图的选取是进行空间数据采集前的首要工作，底图的选取主要考虑两方面的内容即底图的精度和要素的繁简。 • (2)地图分层与分幅：在进行地图数字化前，必须确定对哪些要素数字化，并对这些要素进行分层并确定层名。

12. 3.2 栅格图像配准 所有图件扫描后都必须经过扫描配准，对扫描后的栅格图进行检查，以确保矢量化工作顺利进行。 • 打开ArcMap，添加“影像配准”工具栏。 • 把需要进行配准的影像增加到ArcMap中，会发现“影像配准”工具栏中的工具被激活。

14. 3.3 输入控制点 在配准中我们需要知道一些特殊点的坐标。通过读图，我们可以得到一些控件点――公里网格的交点，我们可以从图中均匀的取几个点。一般在实际中，这些点应该能够均匀分布。 • 在”影像配准”工具栏上，点击“添加控制点”按钮。

15. 使用该工具在扫描图上精确到找一个控制点点击，然后鼠标右击输入该点实际的坐标位置，如下图所示：使用该工具在扫描图上精确到找一个控制点点击，然后鼠标右击输入该点实际的坐标位置，如下图所示：

16. 用相同的方法，在影像上增加多个控制点，输入它们的实际坐标。点击“影像配准”工具栏上的“查看链接表”按钮。用相同的方法，在影像上增加多个控制点，输入它们的实际坐标。点击“影像配准”工具栏上的“查看链接表”按钮。 • 注意：在连接表对话框中点击“保存”按钮，可以将当前的控制点保存为磁盘上的文件，以备使用。

17. 检查控制点的残差和RMS，删除残差特别大的控制点并重新选取控制点。转换方式设定为“二次多项式”检查控制点的残差和RMS，删除残差特别大的控制点并重新选取控制点。转换方式设定为“二次多项式”

18. 3.4 设定数据框的属性 • 增加所有控制点，并检查均方差（RMS）后，在”影像配准”菜单下，点击“更新显示”。执行菜单命令“视图”－“数据框属性”，设定数据框属性 在“常规”选项页中，将地图显示单位设置为“米”

19. 在“坐标系统”选项页中，设定数据框的坐标系统为“Beijing_1954_3_Degree_GK_CM_117E”（北京54投影坐标系，3度分带，东经117度中央经线），与扫描地图的坐标系一致在“坐标系统”选项页中，设定数据框的坐标系统为“Beijing_1954_3_Degree_GK_CM_117E”（北京54投影坐标系，3度分带，东经117度中央经线），与扫描地图的坐标系一致

20. 更新后，就变成真实的坐标。

21. 3.5 矫正并重采样栅格生成新的栅格文件 • 在”影像配准”菜单下，点击“矫正”，对配准的影像根据设定的变换公式重新采样，另存为一个新的影像文件。

22. 3.6 分层矢量化－在ArcCatlog中创建一个线要素图层 • 打开ArcCatalog.在指定目录下，鼠标右击，在“新建”中，选择shapefile”。并修改该文件的名称（例如contour.shp）。 • 下面将为该shapefile创建新的要素类。 • 将contour在arcmap中加载进来。

23. 右键单击contour layer，打开属性表。 • 输入创建的要素类的名称“等高线”，点击下一步。 • 点击下一步。

24. 下面将是我们创建新的要素类的关键，为我们的数据定义坐标系统，空间范围，存储要素类型。以及可以在这增加属性字段。下面将是我们创建新的要素类的关键，为我们的数据定义坐标系统，空间范围，存储要素类型。以及可以在这增加属性字段。

25. 点击Shape字段。在对话框中将显示详细的选项，我们首先点击“几何类型”，并将要素类型选择为我们需要的类型（我们现在要创建等高线这个要素类，所以应该选择线）.点击Shape字段。在对话框中将显示详细的选项，我们首先点击“几何类型”，并将要素类型选择为我们需要的类型（我们现在要创建等高线这个要素类，所以应该选择线）.

26. 点击“空间参考”选项后面的按钮，在“空间参考属性”对话框中的“坐标系”选项页下，将选择合适的坐标系统，点击“选择”按钮。在(Projected Coordinate Systems目录下，选择Gauss Kruger--Beijing 1954-- Beijing_1954_3_Degree_GK_CM_117E.prj)。点击增加，现在这些坐标系统信息应该如下图所示：

27. 3.7 从已配准的地图上提取等高线并保存到上面创建的要素类中 • 切换到ArcMap中， 将新建的线要素图层，加载到包含已配准地形图的数据框中 • 打开“编辑器”工具栏，在“编辑器”下拉菜单中执行“开始编辑命令”，并选择前面创建的“等高线”要素类。确认编辑器中：任务为――新建要素，目标为――等高线，设置图层――等高线的显示符号为红色，并设置为合适的宽度。

29. 将地图放大到合适的比例下，从中跟踪一条等高线并根据高程点判读其高程，输入该条等高线的高程。将地图放大到合适的比例下，从中跟踪一条等高线并根据高程点判读其高程，输入该条等高线的高程。 • 进行一步练习线要素的其它操作，比如线段的合并、分割、编辑顶点等操作 • 可参照以上步骤，从地图中提出其他点状,线状,面状要素（比如居民地），并进一步熟悉多边形要素编辑的相关操作。 • 最后保存为mxd文档。

30. 4. 实验报告要求 • 将扫描图像进行配准，记录控制点的位置及控制点的坐标。 • 记录工作流程，所遇到的问题及其解决的方法。 • 按照空间数据分类标准完成空间数据和属性数据采集，将空间数据组织为不同的图层。 • 矢量化完成后，按照原图像样式对成果进行符号设置、文字标注。