实验5地形图校正与矢量化.docx

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实验5地形图校正与矢量化

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）

3.1GIS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，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。

图2.1矢量数据获取流程图

4.具体内容及操作

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（coordinatesystem）

新建一幅地图，新建一个数据框架（方法：

insert菜单下选择dataframe），选中数据框架，右键点击Properties（属性）,弹出如下窗口：

图2.2

在coordinatesystem（坐标系统）标签页，设置坐标系统。

方法：

在selectacoordinatesystem下面的选择框中，选择predefined/projectedcoordinatesystems/gausskruger/,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Beijing19543degreeGKZone38坐标系（如下图所示，对应的38414前面两位数字38为带号），选中后点击确定。

图2.3

图2.4

4.1.2校正栅格图像

（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。

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AutoAdjust前的勾去掉。

在Georeferncing工具条上，点击AddControlPoint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：

图2.7

用同样的方法，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UpdateDisplay。

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。

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shape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：

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,featuretype（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。

图2.10ArcCatalog中创建新ShapeFile

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ShapefileProperties的Fields属性下加等高线字段，如下图所示。

图2.13

4.1.3.2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能进行跟踪矢量化。

图2.14

令classes等于2

图2.15

4.1.3.3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tableofcontent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。

图2.16

4.1.3.4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。

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RasterSnappingOption按钮

，打开如图的对话框，把Maximumwidth设置为7。

单击确定。

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。

（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createnewfeature,然后点击editor下拉菜单，选中startediting,然后在arcscan工具条中点击

（vectorizationtrace）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shift＋S键即可完成。

按照上述方法将整张图的等高线进行矢量化

4.2编辑工具的使用

在主菜单“View”、“Toolbars”中选取“Editor”，打开编辑工具栏，熟悉编辑工具栏。

如图：

图3.4

4.3激活数据层

选取数据层QsPoly，按Editor的下拉键，点取“StartEditing”,利用编辑工具，就可数字化多边形。

编辑工具有：

。

4.4学习并熟悉各个编辑工具

4.4.1选取、拖动和旋转要素

（1）点击Edit按钮

，选取要素，被选要素高亮。

选取要素后，左键按住不放可以拖动要素。

选取要素后，点击Rotate按钮可以旋转要素。

（2）对于多要素的选择。

在Task中选择：

SelectFeathersUsingaLine.单击

，绘制一条直线或折线，双击结束。

所有与该线相交的要素都将被选择。

4.4.2创建新要素

（1）草图工具

“Sketch　tool”，可以数字化多边形的边界；

（2）中点工具

是增加所选多边形的中间点。

a单击编辑工具条中的中点工具；

b在图中点击两点画一条线；

c这条线的中点将作为新创建的线的一个点；

d继续画线，每一条线的中点将作为新创建线的点。

（3）距离－距离工具

a单击编辑工具条中的距离-距离工具；

b单击图中任意一点，以此点为圆心画圆，按D键后输入数字，确定半径；

c单击图中任意一点，以此点为圆心画圆，按D键后输入数字，确定半径；

d两个圆的交点作为创建线的一个点；

e按上述方法继续创建线的其他点。

（4）方向—距离工具

a单击编辑工具条中的方向-距离工具；

b单击图中任意一点，确定方向后单击；

c单击图一点，以此点为圆心画圆，按D键后输入数字，确定半径；

d圆与线的交点将做为新创建线的一点；

e按上述方法继续创建线的其他点。

（5）弧线工具

（6）中点弧工具

a单击编辑工具条中的工具中点弧工具；

b点击弧线的起点；

c点击弧线的终点；

d移动鼠标确定合适的弧度。

（7）切线工具

a在画完一段弧线之后，单击编辑工具条中的工具切线工具；

b点击任意一点画第二个点；

c确定的弧线和原来的弧线相切。

（8）“TraceTool”

用于对已有公共边界的自动追踪，确保公共边界的一致性。

重点练习和总结各种编辑工具的使用：

如

图3.5

4.4.3编辑存在要素

（1）编辑节点

StartEditing后，在Task栏选择ModifyFeature，点击Edit工具→点击小方块形的节点，可以进行移动，删除等操作。

（2）要素的合并

选择要合并的两个或两个以上的要素，点击Merge或Union。

Merge执行合并，原要素删除；Union产生一个新的合并要素，原要素不变。

（3）要素的延伸和裁剪

StartEditing后，在Task栏选择Extend/TrimFeatures→点击Edit按钮→选择要延伸或裁剪的线段→点击Sketch工具→绘制线段，完成延伸或裁剪。

图3.6中要素的延伸和裁剪

（4）连续面状图的绘制

单击TASK中的AUTO－completePolygon，即可以绘制连续的封闭的面状图。

图3.7

图3.8

（5）打断多边形的具体操作：

用

选择要打断的多边形，再在

中选定CutPolygonFeatures，然后按

工具，绘出打断线（可以是弧段，注意要与所选多边形完全相交），双击结束。

如图：

打断多边形

用

选择要打断的多边形，再在

中选定CutPolygonFeatures，然后按

工具，绘出打断线（可以是弧段，注意要与所选多边形完全相交），双击结束。

如图：

图3.9

5属性数据编辑

点取要加要素的数据层，如QSPoly，点右键，“OpenAttributeTable”,出现属性表，再按“Option”中的“AddField”,可增加所需的属性项，如名称。

图3.10

图3.11

在Arcmap环境中，可以对属性表进行多种编辑操作，如增加属性字段、删除属性字段、添加记录、输入数值、删除记录、删除数值和复制数值等。

5.1打开工具栏

图3.12

5.2增加新记录

Editor工具栏：

a单击Editor按钮，打开Editor菜单，单击StartEditing命令。

b打开需要编辑的属性表。

c在属性表下部单击MovetoendofTable按钮

d属性表末尾增加一条空白的新纪录。

e单击新记录中的任意一个字段单元，输入数值（字符）。

f编辑完成后，在Editor工具栏上单击Editor按钮。

g在Editor菜单中单击StopEditoring命令。

H再打开Save对话框，保存编辑结果。

5.3删除记录

a单击Editor按钮，打开Editor菜单，单击StartEditing命令。

b打开需要编辑的属性表。

c在属性表左侧单击记录前面的按钮，选择一个想要删除的记录。

d按住Ctrl键，同时执行上一步操作，选择更多的想要删除的记录。

e在键盘上按Delete键，删除所选择的记录。

f删除完成后，在Editor工具栏上单击Editor按钮。

g在Editor菜单中单击StopEditor按钮,Save。

5.4增加新字段

属性表字段的增加与删除操作，与属性表记录的增加与上次操作有所不同，不需要进入编辑状态，而是随时可以进行，但新字段数值的输入，需要在编辑状态下进行。

ArcMap属性表：

a单击属性表下方的Option按钮，打开属性表操作选择菜单。

图3.13

b单击ADDField命令，打开Selectbyattribute对话框。

c在Method下拉列表中选择建立新的选择集：

Createanewselection。

d在Name文本框输入需要新加字段名称：

CodeNumber。

e在Type下拉列表框选择确定新加字段类型：

ShortInteger。

f在FieldProperties文本框确定新加字段精度（Pricision）:

0

g单击OK按钮（执行增加字段操作，属性表中增加了名为CodeNumber的新字段）。

图3.14

5.5删除字段

ArcMap属性表：

单击要删除的字段，点右键，打开属性表操作快捷菜单。

点击DeleteField。

图3.15

5.6输入新数值

Editor工具栏：

Editor按钮，打开EDITOR菜单，点Starteditoring。

打开属性表。

单击要编辑字段单元，输入数值或字符。

Stopeditoring然后Save。

图3.16

同时，在StartEditing中可以对属性表快捷菜单中进行数值复制操作。