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1、矿图扫描数字化误差分析及对策探讨李璐 1，2 ,王战举 3(1.中国矿业大学 环测学院 江苏，徐州 2.平顶山工业职业技术学院 河南，平顶山3.上海英塔信息技术有限公司郑州办事处 河南，郑州 )Li Lu1,2 ,Wang Zhanju3(1. China University of Mining & Technology ,Xuzhou,Jiangsu. 2.Pingdingshan Industry Professional Technology Institute, Pingdingshan,Henan.3. Shanghai Inta Information Technology Co
2、.,Ltd Zhengzhou Office,Zhengzhou,Henan.)摘要：本文分析了矿图扫描数字化的误差来源，对误差的控制作了探讨并给出一些质量控制指标；结合实际工程，对误差控制的数据结果用点位中误差方法进行了抽查鉴定。关键字：矿图，扫描数字化，误差分析Errors Analyzing and Control Measures Discussing in Mine Mapping DigitizingAbstract: The paper analyzes errors resource in mine mapping digitizing, and discusses the c
3、ontrol measures ,sets the standard data to chotrol the quality. Combining the projection , spot-checks the result data.Key Words: mine map; digitizing; errors analyzing1 前言数字矿山是实现煤矿现代化管理的必由之路。实现数字矿山的基础性工作就是对测量、地质、水文地质等矿图的扫描数字化,特别是对储量图、地形图、采掘工程平面图的扫描数字化。地图数字化分为手扶跟踪数字化与扫描数字化, 对于前者误差的性质、分布以及处理方法已有不少的研究
4、,对扫描数字化的研究也有不少，但是对矿图扫描数字化的误差及精度分析很少, 本文在详细分析矿图扫描数字化误差来源的基础上，对矿图扫描数字化误差的分析及对策作进行探讨。2 矿图扫描数字化误差来源2.1 矿图源数据误差矿图数据原有误差受矿图投影方式的影响，比例尺对矿图数据误差的影响。“在120000或比例尺更大的地图上, 90 %的测量点的精度应在1/ 726 cm 之内, 在比例尺小于120000 的地图上,该标准是1/ 127 cm。” 影响地图扫描数字化成果精度的主要因素为图纸变形、地图要素本身的影响、原图清晰度的影响。2.2 扫描误差由于当前的工程扫描仪误差较大，特别是不均匀的扫描误差加上图
5、纸不均匀变形，矿图扫描可产生较大的扫描误差，由于扫描误差的影响，定向点图上也坐标存在误差。因此，受数学模型误差及定向点误差的影响，产生图纸定向误差。扫描误差是地图扫描数字化的主要误差源。地图扫描误差除了原图的质量因素外, 扫描时在光学成像部分、机械传动部分、转换电路部分都会产生一定的误差，另外还包括扫描仪分辨率、扫描灰度阀值、扫描速度、外界环境影响、人员因素、图像处理误差等。2.3 图幅定向误差在扫描矢量化过程中，矿图经扫描后得到的是一帧栅格图像（二值图像），矢量化时要从栅格图像中对矿图要素进行采集。工作底图定向误差由定向点误差（图廓点本身误差引起的最后采样点矿图坐标误差）和采样点量测误差（采
6、样点量测引起的采样点矿图坐标误差）构成，前者与扫描分辨率的大小成反比，提高扫描分辨率可减小该项误差的影响；后者与点量测精度有关，点量测精度可通过自动对中算法来提高，达到量测精度的极限。2.4 屏幕数字化误差在屏幕上以矿图扫描图像为背景采集矢量地图要素，是矿图扫描数字化十分重要的工序，产生误差的原因包括：软件因素。包括扫描矢量化软件图纸定向、坐标系统转换、数据精度定义、操作方法、线划跟踪、在线质量检查与编辑功能、图像交换格式等不全造成的误差等。采样误差。采样误差属于偶然误差，包括操作员采点时的对中误差及取点的代表性误差，此项误差与操作人员的经验、熟练程度、技能及作业习惯有很大关系。3 误差控制对
7、策3.1 控制矿图源数据误差在矿图扫描数字化误差处理过程前，必须对矿图源数据进行检查。目的是防止数据源可能存在的粗差。矿图原图要求图纸变形小和图面清晰，已有矿图若变形太大，则扫描二底图或分版图；若为平板仪测图成果，在测图时注意选用图廓尺寸符合规范要求，可以利用距离测量工具对坐标格网位置或底图对角线长度检查。另外加强对图面不清晰原始地图进行线划清绘或补绘，可以用较高精度或大比例尺矿图与工作底图进行比较，也可以对工作底图之间的接边精度进行检查。3.2 控制扫描精度选择合适的扫描参数。分辨率是扫描矢量化误差中最主要的误差源，减小这种误差的根本方法就是提高扫描仪的分辨率。但是随着分辨率的提高，栅格数据
8、量以平方级增长。综合考虑矿图线划宽度、扫描误差、图像处理误差及图像数据量大小，矿图扫描数字化扫描分辨率不能低于300DPI，即扫描仪精度至少为0.085mm，可以根据矿图的复杂程度进一步提高分辨率。对其他参数的选择如扫描阈值、消蓝方式等也要合适。扫描时要调整好扫描仪，使地图扫描影像尽量清晰；并由技术熟练人员操作。3.3 控制矿图扫描几何形变误差为了消除由于数字化仪/扫描仪坐标系与地面坐标系不一致以及图纸变形、扫描变形所产生的系统误差, 需要对数字化地图进行纠正。其变形可以分为线性变形; 非线性变形; 局部畸变。所谓线性变形, 指可以由仿射变换模型精确描述的变形; 非线性变形指不能由仿射变换模型
9、精确描述的变形; 局部畸变指图纸的某部位发生的变形与整幅图的变形大不相同, 对该局部宜采用单独的纠正模型纠正。纠正完成后，可以由图廓理论坐标生成图廓线、公里网线，检查几何纠正精度。3.4 控制矿图数字化误差首先控制矿图栅格图像定向误差。采用4 个图廓点定向时，定向精度不能超过0.10mm；采用9 个点定向时，要求样点均匀分布，定向精度不能超过0.12mm，最大不能大于0.15mm。在矿图数字化前由技术人员统一制定数字化作业方案(包括图层、地物类、属性代码、属性项定义等)并仔细检查，供作业员调用；数字化时要求在放大条件下进行数字化采集,依据国家规范1：500、1：1000、1：2000地形图数字
10、化规范GB/T17160-1997和数字测绘产品检查验收和质量评定 GB/T18316-2001 中规定，相对于工作底图，点状要素平面位移中误差不超过图上的0.25mm，线状、面状要素平面位移中误差不超过图上的0.30。对于1:1000 的地形图而言，实际点状、线面状平面位移中误差则分别为0.25m, 0.30m。地形图图扫描数字化过程质量控制是保证成果数据质量的关键，为此需要采用具有数据质量检查功能的矢量化软件，在作业过程中采用矢量化软件提供的质量控制功能，进行数据质量在线检查实时地控制数据质量。3.5 控制接边误差采样点误差的存在必然会使相邻图幅在公共图廓线上的坐标不一致。这是侧图规范所不
11、允许的。图幅接边的目的在于，通过与周边图拼接、裁切，形成同一目标在不同图幅内具有连续一致的坐标位置、相同的属性代码、相同的拓扑关系，是数据质量控制的重要手段之一。要素属性、拓扑关系则需完全保持一致。按成图精度要求给定两个阈值，当相邻图幅对应要素之间的距离小于最小值时，可移动其中一个要素以使两者接合；在两值之间时，两要素各自移动一半距离进行接合；若距离大于最大值，则按一般制图原则接边。4 精度评定衡量精度的最主要指标是方差和中误差。本工程中采用求取其中误差的方法进行精度评定，步骤为先量取采样点在原图和数字图中的坐标值（x i,yi）,(xiy i)；再以式(1)计算同一采样点的点位偏差；以式（2
12、）计算同一幅图点位中误差。 （1） 22()()iiisxXy（2） 2/(1)1nmsnisi源数据与采样点点位偏差i同一幅图点位中误差sn 同一幅图采样点个数本试验采用 1:2000 煤矿采掘平面图，分辨率为 325DPI，几何精度和图纸定向精度（四点定向）均控制在 1 个像素内，采用熟练作业人员，采集过程中进行质量控制。在 135 幅图中抽取 70 幅进行检验， 最小0.0006m,最大0.0010m,均在sm合格范围内。5 总结本文主要对矿图扫描数字化误差来源，误差控制作了简要的分析与探讨，结合工程对精度进行了分析。扫描数字化是数字矿山的主要矢量图来源。数据质量的好坏直接影响分析和决策
13、的质量。因此，本文的研究对矿山 GIS 的数据质量分析有一定的意义。参考文献：(1) 高均海，黄永忠等，框图扫描过程中的质量控制研究J.矿山测量，2001 年 3 月第 1期:23-24(2) 曾衍为地形图扫描数字化精度分析J. 四川测绘，2003 年 6 月第 26 期:82-85(3) 余晓红地图扫描矢量化的误差分析J. 测绘科学，2001，26(4):50-52(4) 花向红,等.扫描数字化地图数据的误差构成及精度分析J.武测科技，1996,21(4):16-18(5) 郝向阳，赵夫来数字测图原理与方法M.解放军出版社.第一作者简介：李璐（1972），河南镇平人，平顶山工业职业技术学院讲师，在读硕士，现就读于中国矿业大学环测学院地图制图与地理信息工程专业。
