地质图扫描矢量化方法

２００２年第２１卷第４期４４４。４４６页云南地质ＣＮ５３—１０４１／ＰＩＳＳＮｌ００４—１８８５

地质图扫描矢量化方法

胡正富

（云南省地质矿产勘查开发局第三地质大队，云南大理６７１０００；

中国地质大学研究生院，湖北武汉４３００７４）

摘要：本文介绍地质图扫描矢量化（数字化）的前源误差之控制以及扫描矢量化（数字化）

过程中所产生的误差控制，阐述误差校正的基本原理，提出相应的解决方法，并介绍一些相应

的计算机处理软件。对从事计算机辅助制图及ＧＩＳ工作的人员有参考价值。

关键词：ＧＩＳ；矢量化；地质图数字化

中图分类号：Ｐ２８２文献标识码：Ａ文章编号：１００４—１８８５（２００２）０４—４４４—０３

用数字化仪板编制数字化地质图，因其劳动强度大，干扰因素多，质量和精度难以保证，而逐渐被淘汰。代之而起的扫描矢量化（数字化）成为机助制图的主流。用扫描矢量化（数字化）制地质图，通常采用以下手段和方法：

ｌ扫描前的准备工作

要想获得高质量的扫描图和高效的数字化图，扫描的前期准备工作，是十分必要和非常重要的，即使是对一般图件，这一工作也不能被忽视。一般而言，一幅做得美观但空间位置不准确的地质图件并不具有多大价值，投入大量人力、物力去做一幅没有多大价值的图件并没有多大的实际意义。通常情况，一幅图按一定的数据结构经过矢量化（数字化）获得的数据，所产生的误差是不可避免，但可以通过误差校正而得到满意的效果；而由原图质量所引起的误差却无法得以弥补。当误差超过允许范围，其后续工作即使做得再好也是徒劳。因此，把好原图质量这一关非常关键。聚纸薄膜因其变形小，是一种非常理想的介质，对于质量不好的原图，应先清绘在薄膜上，对复杂的图件应分层清绘，可减少由于原图质量而造成的变形等误差，而且通过扫描可获得满意的二值图，大大提高矢量化（数字化）速度。即使是一般要求的成图，也应该找完好平整，无过多褶痕，地质要素清晰的原图。严把原图质量关，减少数据源误差是机助制图及获取高质量ＧＩＳ数据的重要环节。

２图纸扫描

扫描也会产生一定误差，扫描误差主要由扫描仪出厂的技术参数，操作员的熟练程度，扫描介质均匀度，和处理扫描图的软件性能所决定。扫描仪的技术参数包括：扫描仪的分辨

收稿日期：２００１—０９—０４．

作者简介：胡正富（１９６８～），男，云南祥云人。地质工程师，在读硕士研究生，地质矿产勘查开发、地质信息技术专业．

４期胡正富：地质图扫描矢量化方法４４５

率；光学误差；电信号转换过程中的误差；扫描过程中的歪斜失真度；以及外界因素影响产生的误差等。当扫描仪已确定，扫描所产生的误差主要来源于扫描人员操作。认真放置好图纸，设置好扫描的各种参数，如分辩率、阀值、滤波值……，辅以有关软件对扫描图进行几何校正等，这样一般都能达到较高的精度。对幅面较大的图纸，最好用大幅面扫描仪一次扫描完成，若没有大幅面扫描仪，用Ａ４幅面扫描仪分多次扫描，然后用图形拼接及校正软件（如瑞得扫描矢量化系统ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．｛２ｒｅａｄ．ｃｏｍ．ｃｎ）拼接成整图。笔者曾使用过，效果不错，其质量并不亚于用大幅面扫描仪。当然也可多次分别矢量化、校正，最后拼接成整图。一幅好的扫描图，可大大提高矢量化（数字化）的效率、成图质量和数据质量。

３选择一套好的矢量化软件

“工欲善其事，必先利其器”。选择一套好的矢量化软件，可达事半功倍的效果。现在，尽管市场上扫描矢量化软件很多，但适于工程机械制图或其它用途的较多。对于地质机助制图而言，笔者接触和使用过的矢量化软件，如Ｔｉｔａｎ的ＳｃａｎＩｎ（３．０ａ）、ＡｂｌｅＳｏｆｔｗａｒｅＣｏｒｐ．的Ｒ２Ｖ（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｂｌｅｓｗ．ｃｏｍ），ＭａｐＧｉｓ的矢量化系统等，其特点是操作简单、方便，使用效果好，完全能够适应地质图形不规则曲线多的特点。传统的矢量化算法通常只处理二值图像，前两种矢量化软件对二值图、灰度图都可进行矢量化，而且具有多种输出接口。ＭａｐＧｉｓ矢量化软件不仅能对以上两种图形进行矢量化，而且能对ＲＧＢ图进行矢量化。上述三个软件矢量化二值图，因人工干预少，自动化程度高，效果最好。矢量化（数字化）的操作过程也不能忽视，矢量化（数字化）之前，应设置好矢量化相关参数，将不同的地质要素放在不同的层中。矢量化（数字化）过程中，自动跟踪与半自动跟踪相结合，大视窗与小视窗相结合，大视窗可反映局部细节，小视窗可正确捕捉跟踪目标，视窗过小，影响跟踪精度；视窗过大，影响跟踪速度，增加数据量，一般在曲率大的地方可适当增加点，曲率小的地方可适当减少点。

４正确认识误差校正

图件数字化输入过程中，通常由于图纸变形等因素，使输入后的图形与实际图形所在的位置发生偏差，即存在误差。所以，数字化地图数据必须经过数据校正处理，消除输入图形的变形，才能使之满足应用要求。

输入到计算机中的图形，实际上都是通过其位置坐标（ｘ，Ｙ）来表示，因此校正过程实质上是找一种数学关系（或函数关系），实现变换前图形坐标（Ｘ，Ｙ）与变换后图形坐标（ｘ７，ｙ７）之间的转换，其数学关系一般描述为：

ｆ戈’＝工（戈，Ｙ）

【Ｙ’＝＾（戈，Ｙ）

’此数学关系常表示为一次、二次或更高次二元多项式表达式。

ｎｎ一１

ｆ菇’（羲，磊叩７，，７

１。。一１

¨Ｙ２（羲ｉ磊ｂｏ．ｘ＇ｙ７

为求得上式的未知系数，首先寻找图形中已知坐标的位置点，称为控制点，该点的实际

４４６云南地质２１卷

值和理论值是已知或为可求得的点，如图形中经纬网交叉点，将每个控制点理论值和实际值代人方程，求出校正系数，即可对图形进行校正变换。为了使校正后的图形各处校正效果都比较好，必须使控制点选取在图形各处，且分布比较均匀，特别是边界、四个角点必须有控制点，以避免图形校正不能满幅。增加控制点数目和增加多项式次数可以提高精度。

对非线性变形而言，ＭＡＰＣＡ＆ＭＡＰＧＩＳ提供了五种校正方法：分块校正、双线性多项式、二次多项式、三次多项法，双三次多项式，具体选用哪种校正方法，一般视控制点的多少而定。控制点在４～７个时，用双线性变换；控制点为８～１９个时，用二次多项式；控制点为２０～４９个时；用三次多项式。

因此，正确认识误差校正，合理使用误差校正方案，不要盲目相信误差校正而忽视扫描前的预处理工作，是地质图扫描矢量化工作中必不可少的要点。

拳考文献

［１］樊文有，谢忠．ＧＩＳ空间数据的误差校正［Ｊ］，１９９８．７．２３（４）．

［２］刘修国，谢忠．Ｍ蝴中扫描矢量化及其相关技术［Ｊ］，１９９８．７．２３（４）

［３］杨启和．地图投影变换原理与方法［Ｍ］，解放军出版社，１９８９．

［４］ＭＡＰＣＡＤ＆ＭＡ＿ＰＧＩＳ，地理信息系统参考手册［Ｍ］，１９９７．５。

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ａｎｄＧＩＳｗｏｒｋｉｎｇ．

ｉｎｇｆｏｒｐｅｒｓｏｎｎｅｌｉｎｃｏｍｐｕｔｅｒａｉｄｅｄｇｒａｐｈｉｃ

ＫｅｙＷｏｒｄｓ：ＧＩＳ；Ｖｅｃｔｏｒｉｚａｔｉｏｎ；ＤｉｇｉｔａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆＧｅｏｍａｐ．