基于CASS系统下光栅式矿图的矢量化及坐标校正技术的研究

基于CASS系统下光栅式矿图的矢量化及
坐标校正技术的研究
摘要：随着科技的飞速发展，图纸的数字化时代已经到来，这就要求我们
将历史图纸上人工绘制的图件转化为数字化图件。

加之煤炭行业各类规范规程的
要求，白纸矿图已无法满足矿井的需要，但投入大量的人力、财力进行各类图纸
的更新及测绘，完成其数字化显然不太现实。

因此应用矿图的矢量化技术是我矿
目前图件完善及数字化的迫切需要。

本项目利用CASS系统实现了矿图的矢量化，使复杂繁琐的矿图处理变得轻松、简单、快捷，图纸和文字说明标准、规范、系统，其成果可永久保存并随时调用及修改。

一、矢量化成图的概念
矢量化成图是通过将测区原有的纸质地形图数字化生成电子地形图数据文件，并输出纸质地形图的方法。

对测区原有的纸质地形图进行数字化有两种方式，一
是利用数字化扫描仪对原有地形图的图纸进行扫描，得到以栅格数据形式存在的
扫描图，然后通过专门的数字化软件对该扫描图进行矢量化；二是通过手扶跟踪
数字化仪配合专业成图软件如 CASS 软件对原有的地形图的图纸进行数字化。

采用矢量化成图技术进行地形图的生产具有工作量小、制图成本低、成图速
度快等优点，因为采取扫描矢量化或者是用手扶跟踪数字化仪进行纸质地形图数
字化，都不需要到野外进行外业数据采集，成图工作全部在室内完成。

利用该方
法生成地形图也有一些缺点，一是现势性不好，用于数字化的纸质地形图一般是
许多年前的测绘成果，许多地形地物信息都与现在有所不同，生成的地形图有一
些地方会与现实不符；二是所获得的数字地形图的精度要比原图的精度差，因为
新生成的地形图的数据源是原有纸质地形图，且数字化过程中也会产生一些误差；三是对于那些地形资料比较匮乏的地方，因为没有合适的纸质地形图，所以不能
够采用矢量化成图技术。

为了能够充分利用矢量化成图方法得到数字地形图，可以采取一些措施，例如通过修测或补测，实测一部分地物点的精确坐标，再用这些点的实测坐标代替原来的坐标，通过调整，可在一定的程度上提高新生成的地形图的精度。

另外，在选取数据源时尽量选择近几年测绘的纸质地形图，也能够在一定程度上提高新生成地形图的精度和表达信息的正确性。

二、作业步骤
1、对纸质图纸进行扫描（也可是卫星影像图片）；
2、根据图上左下角经纬度，确定3度带或6度带时的中央子午线，并绘制小比例尺图框；（不包含未要求图纸比例及坐标系统的图件）
3、根据图框左下角位置插入扫描后的光栅图像；
4、对插入后的光栅图像进行图形灰度处理，然后进行灰度修正，再进行祛斑处理；
5、再对祛斑后的灰度图像进行坐标几何纠正，其中包括两点纠正和多点纠正；
6、可以通过CASS系统对坐标校正后的图像进行矢量化处理，特别是等高线实现完美跟踪；
7、当图形上所有的要素整饰完毕后，可随意更改图形比例尺为目标比例，然后内插等高线，并可根据卫星影像图片完成图件的更新测绘，对变形较大的等高线进行处理；
8、分幅完成图件处理。

三、作业难点（以大比例尺地形图为例）
1、受硬件设备限制，需进行光栅图像的多幅精确拼接。

（成图后景观精度的关键）
2、受图幅面积较大的影响，需进行多次多点的坐标校正。

（成图后数学精
度的关键）
四、关键点：（坐标校正）
在系统中插入光栅图像，一般要求该光栅图像位于指定坐标系下，这就需要
对图形进行校正。

1、校正原理--通过采集添加已知的图根控制点或图面十字丝“实际坐标”
与这些点的“图面坐标”通过相应的校正方法，如赫尔默特变换、仿射变换、线
型变换等进行图形校正。

2、图面实际坐标定义--我矿图面实际坐标属于“北京54系”。

图面实际
坐标竖排是北坐标（X 坐标）单位是Km ，上下两个数显示全数，中间只显示后
两位，平凉地区一般是38+XX(或39+XX)，它代表的意义是该点距离赤道的距离；横坐标是东坐标（Y 坐标），单位是Km ，本地区图上显示，两头为3637+xx，
中间显示后两位，注意横坐标各数的意义：36表示平凉地区位于3度带第36带（中央子午线为106度），其余的数表示该点离中央子午线的距离（点位于子午
线以东取“+”，以西取“‐”），为了避免子午线以西的点出现负坐标，所以
东坐标都加500Km 图面实际坐标是加过500Km 的。

一般进行图形校正时不取带号，也就是只取37+XX。

重点注意：这里的单位是Km ，坐标录入时单位是m ，
所以输入时都需要乘1000，如37XX 需要输入37XX000。

3、校正过程中常见的问题
①图面实际坐标坐标系与输出成果坐标系不符。

就如光栅图像图面实际坐
标是北京54系，而要将图像校正到西安80系下。

首先需要知道该地区这两个坐
标系相互转换的参数（四参数或七参数）；然后将图面的十字丝坐标或图根控制
点坐标转换到西安80系下坐标。

最后在图形纠正“实际坐标”输入时，输入转
换后的坐标。

②校正光栅图像没有十字丝和图根控制点。

由于以前都是手工制图，个别图幅由于制作者的原因，没有绘制方格网十字丝，但图形边框都会有坐标，这时可以连接上、下，左、右对应坐标，自己构造十字丝，以完成校正。

如果什么都没有，只有寻找明显地物如水塔、大的十字路口等作为控制点进行校正了，但这中校正精度和上边的比起来要低好多。

③不知道图面实际坐标属于哪一个坐标系
图幅四角一般都是标注大地坐标，首先，点出图幅一个角点的高斯坐标，分别在北京54系和西安80系下利用高斯反算的方法算出它对应的大地坐标，与标注的大地坐标相比较那个接近一般就说明是哪个系的。

4、校正结果的检查
①利用已知控制点检查--将已知的控制点展到校正好的图上，查看点与展到图面上的对应情况。

②视觉判读--图形校正完成后检查相邻两幅图的接边效果，如偏差较大，肯定有图校正出错，检查出错原因，重新校正。

五、应用实施情况
通过该技术的应用已完成我矿各基础图纸的数字化工作，经过外业实地的检
查及测量，其景观及数学精度完全符合要求，同时在今后的各类历史图件的数字
化工作中具有一定的推广应用价值，大大降级了劳动强度及作业周期。

六、效益评价
1、基于矢量化的数字化图，当放大或缩小显示时，图面信息不会发生失真，并且可以很方便地在图上编辑各个地物，将地物归类，以及求解各地物之间的空
间关系，有利于图幅的浏览、输出。

2、对大量历史图纸的矢量化作业，节省了人力、物力、资金的投入。

3、加快了图纸编绘的进度，缩短了作业周期。

4、将大量的外业作业转变至内业，降低了作业劳动强度。