计算机应用研究
APPLICATION RESEARCH OF COMPUTERS
2000　Vol.17　No.2　P.104-105



地形图的数字化
樊彦国　祝卫东　杨勇
摘 要 着重讨论了地形图的手抚跟踪数字化采集，并对数字化时的分层和精度问题进行了探讨。
关键词 地形图 数字化 采集
　　传统的地形图是空间信息的直观描述，是运用坐标位置、符号和注记，以图解的形式表达地面的形状大小与高低起伏。图解图形必须转换成数字信息，才能被计算机所接受处理。为充分利用现有的大比例尺地形图，必须采用地形图数字化的方法，将纸上地形图转换为数字地形图(数字地形信息)，这主要由数字化仪来完成。数字化分两大类：手抚跟踪数字化和屏幕数字化。本文着重阐述地形图的手抚跟踪数字化。手抚跟踪数字化就是将图解图形信息转换成数字信息并可直接传输到计算机的一种设备，是以矢量方式从图纸上获取数据的主要工具；数字化是机助制图系统和建立地理信息系统(GIS)数据采集的主要方法之一。
1 数据采集
　　地图数字化的数据采集与野外数字测量类似，只要对地形的特征点进行数字化采集，即可得到每一特征点的点位坐标，同时还输入它们的属性编码(由编码绘制图式符号)和连接信息(使本点与应该连接的点相连)。所不同的是，数字化是在图上采集而不是在实地进行，因而采集特征点的顺序可以更有规律，例如，可按地物类型分类采集，先采集道路，再采集房屋等。一个地物可以被连续采完，这样，采集每一点所应输入的信息就可以大大省略，而且有效地防止了地物的漏采。
　　在数字化过程中,对于独立地物符号,只需采集符号的定位点；对于折线线状符号，顺序采集各转折点；若是曲线线状符号，只需采集曲线的特征点(如明显的转弯点)，由程序自动拟合为曲线。对于有方向性的线性符号，如围墙、栏杆、陡坎、斜坡等要结合图示符号库的具体算法进行采集，只采集其定位线，采集时前进方向右侧(或左侧，按软件的图示符号库规定的方向)为短毛线或小符号。对于面状符号，则只需轮廓线上的拐点或特征点。若内部有填充符号，则轮廓线必须闭合，程序根据地物的编码和轮廓线的位置自动配置并填充符号。对于闭合图形，数字化时也需要闭合。至于注记，一般不进行数字化，在图形编辑时加入。
　　对于公共边的采集需要特殊规定：既满足多边形闭合的条件，以便计算面积，又希望只采集一次。
　　采集时应注意的事项：
　　顺时针方向采集；
　　对结点，凡第二次或二次以上的采集，每次只进行捕捉，结点公共边上的点不需要采集，用程序自动组合到多边形。
　　当一组多边形采点结束后，外环多边形面积理论上应等于所含的内部各多边形的面积之和，由此可检验多边形采点的正确性。
　　为了保证点位采集的正确性，对地形图地物符号的定位点必须有一正确的认识，这里特作补充说明：
　　●比例符号。对轮廓较大的地物，如房屋、湖泊、林地等，其形状按实测点(特征点)位置，配一特定的符号，依测图比例尺予以缩绘。
　　●非比例尺符号。对轮廓较小，无法将其形状和大小按测图比例尺缩绘到图上，而又很重要的地物(如岗亭、独立树)，必须表示到图上，这时，不管地物的实际尺寸，仅以规定的符号表示，这类符号称为非比例尺符号。其定位点的位置也因各种地物而异，采集与读图时应加以注意：①圆形、方形、矩形、三角形等几何图形符号，如三角点、导线点、检查井等，其几何图形的中心为定位点。②宽底符号，如岗亭等，其符号的底线中心为地物中心。③底部为直角形的符号，如独立树、加油站，其符号底部直角顶点为地物中心位置。④不规则的几何图形，又没有宽底或直角顶点的符号，如山洞、窑洞等，其符号下方两端点连线的中点为地物中心位置。
　　●线状符号。对于一些带状延伸的地物，如窄道路、管道等，其长度可按比例尺缩绘，而宽度却无法缩绘，这种长度按比例，宽度不按比例的符号称为线状符号，其中心线即为实际地物的中心线。有些地物究竟是用比例符号还是用非比例符号还是用线状符号表示，主要由比例尺确定，比例尺越大，用比例符号的地物就越多，如公路在大比例尺图中就可以有宽度(按比例)，在小比例尺图中就变成了线状符号。
　　地图数字化的具体操作是在计算机和数字化仪组成的系统中进行的，计算机内安装有地图数字化软件。数字化采集进行之前，要将地图固定在数字化板上，以防地图在数字化过程中图纸被移动，然后进行图纸定位。如果在数字化过程中发现图纸有移动，必须对图纸进行重新定位。
2 数字化时的分层
　　地形图的数字化通常需要分层，其分层方法是任意的，如图廓层、点号层、高程注记层等，也可以线型等分层。AutoCAD的层称为layer，其属性包括层名、颜色、线型、是否显示等，每个图形实体都属于一个图层。数字化采点时，将数字化仪鼠标的十字交叉点对准地物的特征点，按鼠标左键，得到该点的平面坐标数据，同时在计算机的屏幕上显示出刚数字化的图形。逐点进行各类地物的数字化，直到整幅图数字化完成。
3 数字化精度
　　数字化精度是数字化工作必须考虑的问题，首先要保证原图的质量，要求图纸变形小和图面清晰。跟踪数字化过程当中引起的误差比较复杂，它包括图纸定位误差、采样误差、仪器误差等。
3.1 图纸定位误差
　　定位误差受到定位点本身的误差、定位点分布情况以及坐标变换模型等因素的影响。不同的变换模型对于克服图纸的各种变形的效果不一样，一般通过实验选用。定位点应均匀分布，图纸定位适应保证有一定的多余观测，即应有多余的定位点，一方面提高定位精度，另一方面也为剔除粗差创造条件，从而减少粗差的影响。
3.2 采样误差
　　采样误差主要有采点时的对中误差和取点的代表性误差。采样误差属于偶然性误差，当数字化一条粗线时，很难连续地把光标对准线的中央。对等高线数字化时，操作上就可能产生更多的偏移误差，所以数字化的精度很大程度上受到操作员的技能及责任心和疲劳程度的影响，另一方面还受到被数字化要素的宽度、密度及复杂性的影响。
3.3 仪器误差
　　仪器误差是指由于数字化仪本身的结构和分辨率等因素引起的误差，属于系统误差。目前数字化仪的精度一般能达到0.1mm ～ 0.2mm,这是可以满足数字化的精度要求的。
　　对于图的数字化还没有可靠、有效的评价其精度的方法。通常采用比对的方法，就是将数字化后的数据通过绘图机回放图形，将此回放图形(一般使用透明纸或薄膜作图)套合在数字化原图上，选择明显的地物进行量测，分别计算出图幅的平面或高程中误差。
樊彦国（石油大学(华东) 山东东营 257062）
祝卫东（胜利油田桩西海堤管理站 山东东营 257062）
杨勇（胜利油田桩西海堤管理站 山东东营 257062）
参考文献
1，林龙震教师工作室. AutoCAD R14技术手册. 北京: 机械工业出版社, 1998
2，李世林, 宋英华. 大比例尺地形图绘制. 北京: 测绘出版社, 1987
收稿日期：1999年7月26日
