基于ArcGIS軟件的數(shù)據(jù)掃描矢量化與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

摘 要：掃描矢量化是對各種類型的數(shù)字工作底圖如紙基地圖等進行矢量化處理，掃描矢量化工作是數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)，本文通過南方Cass軟件實現(xiàn)了地圖掃描矢量化工作；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換就是把不同格式的空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成所用地理信息系統(tǒng)平臺使用的格式，是對數(shù)據(jù)進一步處理與分析的前提。本實驗通過應(yīng)用ArcGIS軟件實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，為避免直接轉(zhuǎn)換存在的問題，本實驗采用的方法是在ARCMAP中讀入轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，然后將各類要素分別篩選出，再生成新的要素層。

關(guān)鍵詞：掃描矢量化；ArcGIS；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

中圖分類號：P28

1 掃描矢量化原理

掃描矢量化是對各種類型的數(shù)字工作底圖如紙基地圖、黑圖或聚酯薄膜圖，使用掃描儀及相關(guān)掃描圖像處理軟件，把底圖轉(zhuǎn)化為光柵圖像，對光柵圖像進行諸如點處理、區(qū)處理、幀處理、幾何處理等，在此基礎(chǔ)上對光柵圖像進行矢量化處理和編輯，包括圖像二值化、黑白反轉(zhuǎn)、線細化、噪聲消除、節(jié)點斷開、斷線連接等。這些處理由專業(yè)掃描圖像處理軟件進行，其中區(qū)處理是二值圖像處理（如線細化）的基礎(chǔ)，而幾何處理則是進行圖像坐標(biāo)糾正處理的基礎(chǔ)，通過處理達到提高影像質(zhì)量的目的。然后利用軟件矢量化的功能，采用交互矢量化或自動矢量化的方式，對地圖的各類要素進行矢量化，并對矢量化結(jié)果進行編輯整理，存儲在計算機中，最終獲得矢量化數(shù)據(jù)，即數(shù)字化地圖，完成掃描矢量化的過程。

2 掃描矢量化軟件處理步驟

2.1 在CASS中插入掃描得到的圖像

本部分使用的軟件為AutoCAD2004、Cass8.0。啟動南方Cass，選擇工具->光柵圖像->插入圖像。彈出“圖像管理器”對話框，點擊目標(biāo)圖像。

2.2 圖像糾正，對圖像進行變形糾正并賦以坐標(biāo)

選擇工具->光柵圖像->糾正圖像 彈出“圖像糾正”對話框，通過拾取按鈕，在圖上選擇具有清楚、精細、易識別的點狀標(biāo)志。該標(biāo)志一定有對應(yīng)的實際坐標(biāo)，一般為格網(wǎng)點、控制點。與源坐標(biāo)對應(yīng)，給出圖上選擇的點的實際坐標(biāo)，并將該點添加到已采集控制點的集合中。

在圖面上均勻地選擇4個及4個以上的控制點，點擊“誤差”按鈕，若誤差在許可范圍內(nèi)則選擇“線性變換”，點擊“糾正”按鈕，進行線性糾正，否則重新選擇控制點進行誤差糾正。

2.3 數(shù)據(jù)采集

由于圖面上存在多種要素，需要對其進行分類、分級，把不同符號的要素分層，以便于管理。點、線、面要素分別數(shù)字化為點、多段線、閉合多段線。（1）線狀要素數(shù)字化。對于線狀要素，首先點擊多段線命令，然后在圖上選擇要素的特征點，連成多段線。對于曲線部分，用折線段來替代，曲率小時取點較少，大時可多取些點，盡量避免冗余數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集要盡量與原圖保持一致，但要識別出原圖中模糊、毛刺、斑點等質(zhì)量問題，做到精益求精。數(shù)字化時，要正確劃分要素個體，不要多個要素連成一體，也不要單一要素分成若干段。對于能用線狀符號描述的，只需數(shù)字化符號的中心線或控制線、邊界線即可；不能用符號描述的，可以整體數(shù)字化；（2）面狀要素數(shù)字化。對于面狀要素，首先點擊多段線命令，然后在圖上選擇面域邊界的特征點，連成閉合的多段線。參照線狀要素數(shù)字化要求。不要在AutoCAD中進行區(qū)域、填充圖案、塊等操作，也不要進行符號操作，這些操作在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程中將失效，并影響數(shù)據(jù)質(zhì)量。對面狀要素，數(shù)字化為閉合的多段線，一定在結(jié)束時選擇閉合命令，或在多段線屬性中選擇閉合，首尾點重合不表示閉合。數(shù)據(jù)點的采集要符合實際，如房屋的墻體一般是平直的，并且前后面保持平行，對面狀要素，數(shù)字化為閉合的多段線，一定在結(jié)束時選擇閉合命令，或在多段線屬性中選擇閉合，首尾點重合不表示閉合。數(shù)據(jù)點的采集要符合實際，如房屋的墻體一般是平直的，并且前后面保持平行；（3）點狀要素數(shù)字化。對于點狀要素，數(shù)字化為點，點的采集要盡量位于要素中心，可以適當(dāng)放大要素；（4）結(jié)果保存。經(jīng)常保存已數(shù)字化的文件，防止計算機故障，所有數(shù)字化任務(wù)結(jié)束后，將結(jié)果保存為DXF格式文件。

3 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換操作步驟

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換就是把不同格式的空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成所用地理信息系統(tǒng)平臺使用的格式，DXF文件做為通用的圖形文件交換格式，被眾多圖形軟件支持，ARCGIS可以直接讀取DXF、DWG文件，但無法對其進行深入操作與管理，需要進行數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換方法主要有直接轉(zhuǎn)換和間接轉(zhuǎn)換。

在ArcToolBox中，選擇轉(zhuǎn)換工具->到GeoDataBase->Feature Class To Geodatabase（multiple）。并添加dxf文件。選擇相應(yīng)輸出路徑，單擊確定，進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。利用ArcMap將轉(zhuǎn)換結(jié)果進行顯示。

直接轉(zhuǎn)換有如下問題：（1）其僅僅能區(qū)分點、線、面、注記，不能再細分要素，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)使用不便，也不能符號化；（2）數(shù)據(jù)在轉(zhuǎn)換時，不嚴(yán)格照簡單要素模式轉(zhuǎn)換，會生成多層數(shù)據(jù)，如閉合的多段線，轉(zhuǎn)換后生成兩類要素，一類是多段線，一類是面域，造成數(shù)據(jù)冗余；（3）數(shù)字化過程中的問題，如要素缺失、斷開、連接錯誤、拓撲關(guān)系錯誤等也容易暴露出來。

解決的方法是在ARCMAP中讀入轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，然后將各類要素分別篩選出，再生成新的要素層。下面以面狀要素篩選為例。

右鍵選擇“底圖_dxf_Polygon”圖層，打開其屬性表，點擊屬性表下方Option選項，然后選擇“通過屬性選擇”，通過構(gòu)造SQL語句，選擇道路要素。

右鍵選擇“底圖_dxf_Polygon”圖層，選擇數(shù)據(jù)->導(dǎo)出數(shù)據(jù)，輸出項選擇“已選擇的要素”，輸入導(dǎo)出路徑。確認(rèn)無誤后，單擊“確定”。在彈出對話框詢問是否將新要素做為圖層添加到當(dāng)前地圖中，選擇“確定”。用以上方法，逐個篩選出其他的面狀要素。類似的可以篩選出線狀要素和點狀要素。

4 結(jié)束語

通過應(yīng)用ArcGIS軟件實現(xiàn)了矢量化數(shù)據(jù)的具體轉(zhuǎn)換步驟。掃描矢量化的過程是一個解釋光柵圖像并用矢量元素替換的過程，但由于原圖紙的各種誤差和掃描本身的原因，掃描結(jié)果提供的是有誤差甚至是有錯誤的光柵結(jié)構(gòu)。因而，掃描地圖工作底圖得到的原始光柵文件，還需進行多項處理才能完成矢量化，預(yù)處理過程實際上是對原始光柵文件進行修正。掃描矢量化是一項繁雜的過程，數(shù)字化圖數(shù)據(jù)采集工作精確度越高，得到的矢量數(shù)據(jù)越準(zhǔn)確，因此追求更高的數(shù)字化圖數(shù)據(jù)采集具有非常重要的意義。

參考文獻：

[1]熊助國，謝剛生，鄒時林.用掃描矢量化方法生產(chǎn)符合GIS要求的數(shù)字地圖[J].測繪通報，2000（07）.

[2]郭立偉.工程圖掃描識別及矢量化[D].新疆大學(xué)，2001.

作者單位：河南能源化工集團 永煤公司城郊煤礦，河南永城 476600