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1、1实验 5 地形图校正与矢量化1 主要内容（1）了解各类数据获取的方法，掌握矢量数据获取的流程。（2）通过练习 Georeference 工具的基本操作，掌握栅格地图匹配的过程。（3）熟悉 arcCatalog 的界面，掌握 shape 文件( 包括点、线、面图层)的建立方法。（4）熟悉 ArcScan 工具条，学会屏幕跟踪矢量化的操作方法。2 学时安排4 学时3 预习内容了解 GIS 中各类数据获取方法了解矢量数据获取的三种方法熟练掌握屏幕跟踪数字化的主要过程（重点）3.1 GIS 中各类数据获取方法在 GIS 的几何数据采集中，如果几何数据已存在于其它的 GIS 或专题数据库中，那么只要经
2、过转换装载即可；对于由测量仪器获取的几何数据，只要把测量仪器的数据传输进入数据库即可，测量仪器如何获取数据的方法和过程通常是与 GIS 无关的。对于栅格数据的获取，GIS 主要涉及使用扫描仪等设备对图件的扫描数字化，这部分的功能也较简单。因为通过扫描获取的数据是标准格式的图像文件，大多可直接进入 GIS 的地理数据库。从遥感影像上直接提取专题信息，需要使用几何纠正、光谱纠正、影像增强、图像变换、结构信息提取、影像分类等技术，主要属于遥感图像处理的内容。3.2 矢量数据获取方法以下主要介绍 GIS 中矢量数据的采集。GIS 中矢量数据的采集主要包括地图跟踪数字化与地图扫描数字化，以及屏幕跟踪数字
3、化。3.2.1 地图跟踪数字化跟踪数字化是目前应用最广泛的一种地图数字化方式，是通过记录数字化板上点的平面坐标来获取矢量数据的。其基本过程是：将需数字化的图件(地图、航片等) 固定在数字化板上，然后设定数字化范围、输入有关参数、设置特征码清单、选择数字化方式(点方式和流方式等)， 就可以按地图要素的类别分别实施图形数字化了。由于跟踪数字化本身几乎不需要 GIS 的其它计算功能，所以跟踪数字化软件往往可以与整个 GIS 系统脱离开，因而可单独使用。地图跟踪数字化时数据的可靠性主要取决于操作员的技术熟练程度，操作员的情绪会严重影响数据的质量。操作员的经验和技能主要表现在能选择最佳点位来数字化地图上
4、的点、线、面要素，判断十字丝与目标重合的程度等能力。3.2.2 地图扫描数字化扫描数字化是目前较为先进的地图数字化方式，也是今后的发展方向，但要实现完全2自动化还要做大量艰巨的努力，目前所能提供的扫描数字化软件是半自动化的，还需做相当的人机交互工作。地图扫描数字化的基本思想是：首先通过扫描将地图转换为栅格数据，然后采用栅格数据矢量化的技术追踪出线和面，采用模式识别技术识别出点和注记，并根据地图内容和地图符号的关系，自动给矢量数据赋属性值。根据目前的技术水平，首先要对所扫描的彩色地图进行分版处理，通常分为黑版要素、水系版要素、植被要素和地貌要素，也可以直接对分版图进行扫描，然后由软件进行二值化，
5、去噪音等处理，经常需要进行一些编辑，以保证自动跟踪和识别的进行；在软件自动进行跟踪和识别时，仍需要进行部分的人机交互，如处理断线、确定属性值等，有时甚至要人工在屏幕上进行数字化。与地图跟踪数字化相比，地图扫描数字化具有速度快、精度高、自动化程度高等优点，正在成为 GIS 中最主要的地图数字化方式。地图扫描数字化的自动化程度高，但必须具有一些对扫描后的地图数据的预处理能力，同时，由于其最后结果同地图跟踪数字化的结果是相同的，因而还必须具有地图跟踪数字化所具有的一些功能。3.2.3 屏幕跟踪数字化过程当数据量不是特别大，精度要求不是特别高的时候，可以采用一种折中的方法，就是屏幕跟踪数字化。结合实例
6、介绍屏幕跟踪数字化的过程。（1）纸质地图准备。（2）建立新的图层或者打开已有的图层，并进行坐标系统、范围的设置。（3）在纸质地图上建立控制点，扫描。（4）配准纸质地图。所有图件扫描后都必须经过扫描纠正，对扫描后的栅格图进行检查，以确保矢量化工作顺利进行。准备扫描地图在 ArcCatalog中建立矢量图层ArcMap中新建工程导入地图和矢量图层 地图配准手动矢量化全自动矢量化半自动矢量化1 添加新地物2.描绘新地图3. 修改属性图 2.1 矢量数据获取流程图4. 具体内容及操作3影像校准熟悉 ArcCatalog 界面，掌握 shape 文件建立的操作熟悉 ArcScan 工具条，学会屏幕跟踪矢
7、量化的操作方法。4.1 影像校准所有图件扫描后都必须经过扫描纠正，对扫描后的栅格图进行检查，以确保矢量化工作顺利进行。对影像的校准有很多方法,下面介绍一种常用方法。4.1.1 选择坐标系统（coordinate system）新建一幅地图，新建一个数据框架（方法：insert 菜单下选择 data frame） ，选中数据框架，右键点击 Properties(属性),弹出如下窗口：图 2.2在 coordinate system (坐标系统) 标签页，设置坐标系统。方法：在 select a coordinate system 下面的选择框中，选择 predefined/projected c
8、oordinate systems/ gauss kruger/ ,再选中所对应的坐标系。在这里我们选用的是中南林业科技大学株洲校区周边地区的一幅 1:10000 的地形图来配准的，它所对应的坐标系为 Beijing 1954 3 degree GK Zone 38 坐标系（如下图所示，对应的 38414 前面两位数字 38 为带号） ，选中后4点击确定。图 2.3图 2.44.1.2 校正栅格图像5（1）将需要进行纠正的影像增加到 ArcMap 中。（在工具条中点击 ，然后在弹出对话框中选择 .tff 文件）图 2.5（2）增加 Georeferencing 工具条。在菜单的 view 下选
9、 Toolbar 中选中 Georeferncing 或菜单区空白处，点击鼠标右键，在弹出菜单中将 Georeferncing 前打勾选中。6图 2.6（3） 添加控制点。选择公里坐标点、经纬度点、或同名地物点作为栅格图像校正的依据。注意，这些点的选取应该均匀分布，一般不少于四个。首先将 Georeferncing 工具条的 Georeferncing 菜单下 Auto Adjust 前的勾去掉。在 Georeferncing 工具条上，点击 Add Control Point 按钮。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：7图 2.7用同样
10、的方法，在影像上增加多个控制点（一般选取图纸的四个角的公里网格交点 4个以上） ，输入它们的实际坐标。（4）更新显示校正后的栅格图像。增加所有控制点后，在 Georeferencing 菜单下，点击 Update Display。更新后，就变成真实的坐标。在 Georeferencing 菜单下，再点击 Rectify。对校正后的图像进行输出保存，保存后将田心.tif 图关闭，然后再重新打开刚才保存的文件，请注意观察状态栏右下角的值。8图 2.8（5）保存校正后的栅格图像。将校准后的影像另存，以此校准后的影像为依据，进行后面的矢量化操作。4.1.3 矢量化操作创建新的矢量文件（通常是 shap
11、e 文件，包括点、线、面图层文件） ，然后以校准好的影像为底图，在矢量文件上进行了矢量跟踪，编辑操作。4.1.3.1 创建 ShapeFile 文件（包括点、线、面图层文件）Shape 文件的创建在 ArcCatalog 中进行。打开 ArcCatalog 的方式有：在 ArcMap 的工具条中点击 图标，或者从 “开始/ 所有程序/arcgis/arccatalog”中点击应用程序打开。打开后如下图所示：9图 2.9建立自己的目录，用来放置 ShapeFile 文件，在该目录上点击右键 New ShapeFile 设置 ShapeFile 的属性，包括 name, feature type
12、(Point、Line 、Polygon )等类型，这里选 Polyline（此示例只涉及到等高线的矢量化） 。坐标系（点击 edit.弹出坐标系统选择对话框）生成（坐标系的生成与 4.1.1 选择坐标系统的操作相同） ，这些都选好后点击确定。10图 2.10 ArcCatalog 中创建新 ShapeFile11图 2.11重复以上操作，建立至少一个点文件，一个线文件，一个区文件。4.1.3.2 属性字段的建立在 ArcCatalog 中用鼠标左键选中张三目录下的等高线，再点击右键选中 Properties。图 2.12再在 Shapefile Properties 的 Fields 属性下
13、加等高线字段，如下图所示。图 2.134.1.3.2 栅格图象预处理栅格图象预处理包括旋转，补洞，去毛刺，细化，反相，图像二值化等。 栅格图象预处理的目的是为了得到更加清晰、高质量的图像，以提高矢量化工作的效率和质量。这里12介绍下图像二值化的过程，其他预处理过程请参考有关帮助文档。图像二值化的过程：把图像重新 symbolize，使用 classify 分成两种类型，如：0-126，126-255。(把图象二值化：在图象上鼠标右击，选取 properties,在选 symbolgy 标签，在 show 中选 classified，classes 等于 2。) 注意：只有进行二值化的栅格图像才
14、能进行跟踪矢量化。图 2.14令 classes 等于 213图 2.154.1.3.3 添加矢量文件将 arcmap 和 arccatalog 两个界面同时摆放在桌面，将在 ArcCatalog 中新建等高线文件拖放到 ArcMap 的 table of content 窗口中。然后就可以对其进行编辑，在打开 arcscan 工具条后进行矢量化工作。14图 2.164.1.3.4 使用 ArcScan 扩展模块进行矢量化跟踪ArcScan 提供一套强大的易于使用的栅格矢量化工具。用这些工具可以自己创建要素，也可以把栅格数据的一部分或全部栅格化成矢量要素。ArcScan 和 ArcGIS 的
15、ArcMap 编辑环境完全集成在一起，还提供简单的栅格编辑工具，可以在进行批量转换前，擦除和填充栅格区域以提高批处理效率，减少后处理工作量。ArcScan 可以把栅格影像转成 shape 或Geodatabase。(1) 打开 ArcScan 扩展模块。先选 Tools 栏下的 Extensions。图 2.17在 ArcScan 前面的框内打上勾。15图 2.18点击任意空白处，弹出如下图，选中 ArcScan 模块。图 2.19则 ArcScan 模块显示出来。图 2.20设置栅格捕捉选项在 ArcScan 工具栏中单击 Raster Snapping Option 按钮 ，打开如图的对话
16、框，把Maximum width 设置为 7。单击确定。16打开 Edit 工具栏下拉菜单，选择 Snapping，在 Snapping 对话框中选择 Centerlines 和Intersection 工具来进行矢量线捕捉。17(2) 矢量化跟踪编辑以一个线状图层为编辑对象，在编辑工具条 target 中选择目标图层，在 task 中选择create new feature, 然后点击 editor 下拉菜单，选中 start editing , 然后在 arcscan 工具条中点击 （ vectorization trace）就可以进行矢量化自动跟踪，按 F2 键表示一条等高线矢量化完成，完毕后点击 ，赋上高程值。图 2.21图 2.22按 表示后退，如果等高线出现间断的时候，矢量数据需要跳跃连接，按 shiftS 键即18可完成。按照上述方法将整张图的等高线进行矢量化4.2 编辑工具的使
