GIS矢量疊加技術(shù) gis矢量疊加技術(shù)有哪些

矢量數(shù)據(jù)的疊加有什么作用?

疊加分析至少要使用到同一區(qū)域，具有相同坐標(biāo)系統(tǒng)的兩個(gè)圖層。所謂疊加分析，就是將包含感興趣的空間要素對(duì)象的多個(gè)數(shù)據(jù)層進(jìn)行疊加，產(chǎn)生一個(gè)新要素圖層。該圖層綜合了原來(lái)多層實(shí)體要素所具有的屬性特征。疊加分析的目標(biāo)是分析在空間位置上有一定關(guān)聯(lián)的空間對(duì)象的空間特征和專題屬性之間的相互關(guān)系。多層數(shù)據(jù)的疊加分析，不僅僅產(chǎn)生了新的空間對(duì)象的空間特征和專題屬性之間的相互關(guān)系，能夠發(fā)現(xiàn)多層數(shù)據(jù)間的相互差異、聯(lián)系和變換等特征。

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根據(jù)GIS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，將GIS疊加分析分為基于矢量數(shù)據(jù)的疊加分析和基于柵格數(shù)據(jù)的疊加分析。

在GIS的矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，地理孔吉對(duì)象由點(diǎn)、線、面等要素來(lái)表示，所以基于矢量數(shù)據(jù)的疊加分析又可以分為點(diǎn)與多邊形的疊加分析、線與多邊形的疊加分析和多邊形間的疊加分析三大類。

點(diǎn)與多邊形的疊加，就是研究某一矢量數(shù)據(jù)層中的點(diǎn)要素位于另外一個(gè)矢量數(shù)據(jù)層中的哪個(gè)多邊形內(nèi)，這呀就可以根據(jù)點(diǎn)與多邊形的空間關(guān)系，確定給點(diǎn)要素添加哪些屬性特征。

線與多邊形疊加，就是研究矢量數(shù)據(jù)層中的線要素與其他數(shù)據(jù)層中的多邊形要素之間的關(guān)系，進(jìn)而判定線要素與多邊形的相離、相交、包含等空間關(guān)心。

多邊形的疊加，就是要研究?jī)蓚€(gè)或多個(gè)多邊形矢量數(shù)據(jù)層的疊加操作，生成一個(gè)新的多邊形數(shù)據(jù)層。

矢量化及MAPGIS相關(guān)技術(shù)

秦爽 李進(jìn)化

（河南省地質(zhì)博物館，鄭州450016）

摘要 地質(zhì)圖件的矢量化，是解決地質(zhì)圖件數(shù)字化瓶頸難題的必然途徑，隨著計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)字化成圖方式已被廣泛應(yīng)用，基于數(shù)字化地質(zhì)圖的機(jī)助編繪勢(shì)在必行。本文從掃描矢量化的實(shí)際出發(fā)，從MAPGIS的基礎(chǔ)準(zhǔn)備到具體操作等環(huán)節(jié)進(jìn)行了分析，并結(jié)合了本人工作實(shí)踐，得出利用MAPGIS矢量化圖像的幾點(diǎn)體會(huì)。

關(guān)鍵詞 掃描；矢量化；柵格圖像；矢量圖形；MAPGIS；編輯；數(shù)字化

對(duì)于原有地質(zhì)資料進(jìn)行矢量化管理已成為趨勢(shì)。對(duì)圖件數(shù)字化不外乎兩種方法，一種是利用數(shù)字化儀進(jìn)行數(shù)字化，誤差來(lái)源定向誤差，采集誤差等，這種方法在20世紀(jì)80、90年代曾流行一時(shí)，但由于投資較大，誤差較高，很少有人再使用；另一種方法是將圖件掃描成柵格圖像，并利用光柵矢量混合編輯軟件如MAPGIS、GTX、AutoCAD Overlay等來(lái)轉(zhuǎn)變成矢量數(shù)字圖形。

1 掃描矢量化的基本概念

（1）數(shù)字化。數(shù)字化是指把圖形、文字等模擬信息轉(zhuǎn)換成為計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別、處理、貯存的數(shù)字信息的過(guò)程。

（2）矢量化。矢量化是指把柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成矢量數(shù)據(jù)的過(guò)程。

（3）光柵化。光柵化是指把矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成柵格數(shù)據(jù)的過(guò)程。

（4）柵格圖像。也稱光柵圖像，是指在空間和亮度上都已經(jīng)離散化了的圖像。我們可以把一幅柵格圖像考慮為一個(gè)矩陣，矩陣中的任一元素對(duì)應(yīng)于圖像中的一個(gè)點(diǎn)，而相應(yīng)的值對(duì)應(yīng)于該點(diǎn)的灰度級(jí)，數(shù)字矩陣中的元素叫做像素。數(shù)字圖像與馬賽克拼圖相似，是由一系列像素組成的矩形圖案，如果所有的像素有且僅有兩個(gè)灰度級(jí)（黑或白），則稱其為二值圖像，即位圖；否者稱其為灰度圖像或彩色圖像。

（5）矢量圖形。在介紹矢量圖形之前，我們首先闡述矢量對(duì)象的概念。矢量對(duì)象是以矢量的形式，即用方向和大小來(lái)綜合表示目標(biāo)的形式描述的對(duì)象。例如畫面上的一段直線，一個(gè)矩形，一個(gè)點(diǎn)，一個(gè)圓，一個(gè)填充的封閉區(qū)域等。矢量圖形文件就是由這些矢量對(duì)象組合而成的描述性文件。矢量圖形則是計(jì)算機(jī)軟件通過(guò)一定算法，將矢量對(duì)象的描述信息在顯示終端上重繪的結(jié)果。

紙質(zhì)地圖經(jīng)掃描儀掃描后，初步保存為柵格圖像（常見的格式有TIFF、BMP、PCX、JPEG等）。柵格圖像在地理應(yīng)用領(lǐng)域有著這樣的缺陷：首先，柵格圖像文件對(duì)圖像的每一像素點(diǎn)（不管前景或背景像素）都要保存，所以其存儲(chǔ)量特別大。另外，我們不能對(duì)圖像上的任一對(duì)象（曲線、文字或符號(hào)）進(jìn)行屬性修改、拷貝、移動(dòng)及刪除等圖形編輯操作，更不能進(jìn)行拓?fù)淝蠼?，只能?duì)某個(gè)矩形區(qū)域內(nèi)的所有像素同時(shí)進(jìn)行圖像編輯操作。此外，當(dāng)圖像進(jìn)行放大或縮小顯示時(shí)，圖像信息會(huì)發(fā)生失真，特別是放大時(shí)圖像目標(biāo)的邊界會(huì)發(fā)生階梯效應(yīng)，正如點(diǎn)陣漢字放大顯示發(fā)生階梯效應(yīng)的原理一樣。

而矢量圖形則不同。在矢量圖形中每個(gè)目標(biāo)均為單個(gè)矢量單位（點(diǎn)、線、面）或多個(gè)矢量單位的結(jié)合體。基于這樣的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，我們便可以很方便地在地圖上編輯各個(gè)地物，將地物歸類，以及求解各地物之間的空間關(guān)系。并有利于地圖的瀏覽、輸出。矢量化則是利用數(shù)字圖像處理算法，將源圖上的各種柵格陣列識(shí)別為矢量對(duì)象，最后以一定格式保存的過(guò)程。矢量圖形在工業(yè)、制圖業(yè)、土地利用部門等行業(yè)都有廣泛的應(yīng)用。在這些領(lǐng)域的許多成功軟件都基于矢量圖形，或離不開矢量圖形的參與，如MAPGIS、AutoCAD、ARC/INFO、Corel Draw、GeoStar等等。

隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)、地理學(xué)、制圖學(xué)、遙感與攝影測(cè)量學(xué)、圖形圖像技術(shù)以及數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的不斷發(fā)展，地理信息系統(tǒng)已成為一種功能強(qiáng)大、性能完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于規(guī)劃、土地、測(cè)繪、建設(shè)、環(huán)保、軍事等諸多部門，成為政府部門進(jìn)行科學(xué)管理和快速?zèng)Q策時(shí)不可或缺的工具。而各具特點(diǎn)的 GIS和制圖應(yīng)用軟件也給社會(huì)用戶提供更大的選擇性。MAP GIS作為較早發(fā)展起來(lái)的國(guó)產(chǎn) GIS軟件，國(guó)內(nèi)擁有一定數(shù)量的用戶。

由中國(guó)地質(zhì)大學(xué)開發(fā)的MAP GIS是一個(gè)具有國(guó)際先進(jìn)水平的地理信息系統(tǒng)，它分為“圖形處理”、“庫(kù)管理”、“空間分析”、“圖像處理”及“實(shí)用服務(wù)”5大部分，共計(jì)21個(gè)子系統(tǒng)。使用時(shí)，用戶根據(jù)自己的不同需要，隨機(jī)選擇各個(gè)子系統(tǒng)。

2 MAPGIS 掃描矢量化輸入

掃描矢量化，通過(guò)掃描儀輸入掃描圖像，然后通過(guò)矢量追蹤，確定實(shí)體的空間位置。對(duì)于高質(zhì)量的原資料，掃描是一種省時(shí)、高效的數(shù)據(jù)輸入方式。MAPGIS掃描矢量化的主要功能有：

圖像格式轉(zhuǎn)換功能——系統(tǒng)可接受掃描儀輸入的TIFF柵格數(shù)據(jù)格式，并將其轉(zhuǎn)換為MAPGIS系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)RBM格式。

矢量跟蹤導(dǎo)向功能——可對(duì)整個(gè)圖形進(jìn)行全方位游覽，任意縮放，自動(dòng)調(diào)整矢量化時(shí)的窗口位置，以保證矢量化的導(dǎo)向光標(biāo)始終處在屏幕中央。在多灰度級(jí)圖像上跟蹤線劃時(shí)，保證跟蹤中心線。

多種矢量化處理功能——系統(tǒng)提供了交互式手動(dòng)、半自動(dòng)、細(xì)化全自動(dòng)和非細(xì)化全自動(dòng)矢量化方式，同時(shí)提供了全圖矢量化和窗口內(nèi)矢量化功能，供用戶選擇。

自動(dòng)識(shí)別功能——系統(tǒng)應(yīng)用人工智能及模式識(shí)別的技術(shù)，在我國(guó)率先成功地實(shí)現(xiàn)灰度掃描地圖矢量化和彩色掃描地圖矢量化，克服了二值掃描地圖矢量化的致命弱點(diǎn)，使之彩色地圖可達(dá)全要素一次性矢量化。

編輯校正功能——系統(tǒng)提供了對(duì)矢量化后的圖元（包括點(diǎn)圖元和線圖元），進(jìn)行編輯、修改等功能，可隨時(shí)進(jìn)行任意大小比例的顯示，便于校對(duì)；對(duì)漢字、圖符等特殊圖元，可直接調(diào)用系統(tǒng)庫(kù)，根據(jù)給定的參數(shù)，自動(dòng)輸入生成。

3 MAPGIS 的基本概念

MAP GIS把地圖數(shù)據(jù)根據(jù)基本形狀分為三類：點(diǎn)數(shù)據(jù)，線數(shù)據(jù)和區(qū)數(shù)據(jù)（亦即面數(shù)據(jù)）。與之相對(duì)應(yīng)，文件的基本類型也分為三類：點(diǎn)文件（?.WT），線文件（?.WL）和區(qū)文件（?.WP）。只有包括所有地圖數(shù)據(jù)的三類文件都疊加起來(lái)時(shí)，才構(gòu)成一幅完整的地圖。

3.1 點(diǎn)

點(diǎn)是地圖數(shù)據(jù)中點(diǎn)狀物的統(tǒng)稱，是由一個(gè)控制點(diǎn)決定其位置的符號(hào)或注釋。它不是一個(gè)簡(jiǎn)單的點(diǎn)，而是包括各種注釋（英文、漢字、阿拉伯?dāng)?shù)字等）和專用符號(hào)（包括圓、弧、直線、五角星、亭子等各類符號(hào)）。它與線編輯中“線上加點(diǎn)”的點(diǎn)的概念不同，“線上加點(diǎn)”的點(diǎn)是坐標(biāo)點(diǎn)。所有的點(diǎn)圖元數(shù)據(jù)都保存在點(diǎn)文件中（?.WT）。

3.2 線

線是地圖中線狀物的統(tǒng)稱。MAP GIS將各種線型（如點(diǎn)劃線、省界、國(guó)界、等高線、路、河堤）以線為單位作為線圖元來(lái)編輯。所有的線圖元數(shù)據(jù)都保存在線文件中（?.WL）。

3.3 區(qū)

區(qū)通常也稱面，它是由首尾相連的弧段組成封閉圖形，并以顏色和花紋圖案填充封閉圖形所形成的一個(gè)區(qū)域。如湖泊、居民地等。所有的區(qū)圖元數(shù)據(jù)都保存在區(qū)文件中（?.WP）。

3.4 圖層

在GIS的應(yīng)用中，同一文件中有多種類型的地理要素。如一個(gè)線文件中可能包括等高線、公路、鐵路、河流等多種類型的線。為了便于編輯和管理，一般情況下，可以把同一類型的地理要素放到同一圖層，例如：將所有的鐵路線都放到鐵路圖層，而把所有的等高線都存放到等高線圖層，這樣所有的圖層都疊加起來(lái)就構(gòu)成了一個(gè)完整的線文件。特殊情況下，一個(gè)圖層也可存為一個(gè)單獨(dú)的文件。

3.5 工程

一個(gè)工程由一個(gè)或一個(gè)以上的點(diǎn)文件、一個(gè)或一個(gè)以上的線文件和一個(gè)或一個(gè)以上的區(qū)文件組成。

3.6 編輯處理

數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)后，就要進(jìn)入圖形編輯、數(shù)據(jù)校正、圖廓整飾、鄰圖接邊、誤差消除等項(xiàng)工作。由MAP GIS圖形編輯子系統(tǒng)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)編輯子系統(tǒng)、錯(cuò)誤檢查和數(shù)據(jù)校正等子系統(tǒng)來(lái)完成上述各項(xiàng)編輯處理任務(wù)。

3.7 顏色設(shè)計(jì)

顏色是地學(xué)圖表現(xiàn)的一種重要要素，它直接影響地學(xué)圖的表現(xiàn)力和圖面效果。因此，地學(xué)圖對(duì)顏色的要求是非常嚴(yán)格的。MAP GIS對(duì)地學(xué)圖作了顏色的要求，在分析了地學(xué)圖印刷特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一套靈活、方便、精確的顏色定義和色標(biāo)系統(tǒng)。

3.8 圖形輸出

圖形輸出是MAP GIS系統(tǒng)中最后一道工序，通常是把顯示所需的圖形數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)分析、處理、編輯、用色、自檢、誤差消除等，在基本符合要求后，用彩色噴墨繪圖儀輸出彩色樣圖，對(duì)彩色樣圖進(jìn)行校對(duì)和系統(tǒng)質(zhì)量檢查。

4 利用 MAPGIS 矢量化圖像的幾點(diǎn)體會(huì)

在MAP GIS軟件使用過(guò)程中，制圖單位經(jīng)常會(huì)遇到這樣或那樣棘手的問(wèn)題，針對(duì)這類問(wèn)題，通過(guò)查閱MAP GIS參考手冊(cè)并總結(jié)計(jì)算機(jī)制圖工作經(jīng)驗(yàn)，得出了以下利用MAP GIS繪制地質(zhì)圖件的幾點(diǎn)體會(huì)，以供同行參考。

4.1 掃描數(shù)字化的圖件，可以直接用于MAPGIS 矢量化

我們掃描圖字化的圖件，有黑白二值、灰度和彩色（RGB模式）三種格式，MAP GIS正好支持這三種格式的TIF光柵文件（?.TIF），可以在PHOTOSHOP中打開此光柵文件，另存為TIF文件即可。

4.2 編輯

作為地質(zhì)圖編輯者來(lái)說(shuō)，不僅應(yīng)有相關(guān)的專業(yè)技術(shù)能力，而且還要有一定的野外工作經(jīng)驗(yàn)，美術(shù)特長(zhǎng)和認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)規(guī)范進(jìn)行編輯處理。在圖形輸入之前，編輯者必須對(duì)原圖進(jìn)行全面閱讀，了解圖面內(nèi)容，查看平面圖、圖切剖面、圖例、文字、地質(zhì)事件、模式圖等是否合理和吻合。對(duì)地形圖編輯時(shí)，必須增加補(bǔ)充現(xiàn)勢(shì)性資料，如三角點(diǎn)、公路、鐵路、河流、湖泊、水庫(kù)、居民地及注記等。然后，對(duì)圖件的各項(xiàng)內(nèi)容先進(jìn)行錯(cuò)誤消除，按地學(xué)圖制作要求，設(shè)計(jì)版面，按規(guī)范設(shè)置字體、字號(hào)、圖面整飾、設(shè)色方案等，這些都與編輯者密切相關(guān)。

4.3 校對(duì)

校對(duì)是一項(xiàng)反復(fù)的系統(tǒng)工程，又是出版物的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，一般需經(jīng)過(guò)多次校對(duì)，才可能消除存在的錯(cuò)誤，保證其質(zhì)量。地質(zhì)圖雖然在MAP GIS系統(tǒng)下經(jīng)過(guò)編輯和處理，往往還不能達(dá)到理想效果。那么，必須通過(guò)彩色噴墨繪圖儀輸出彩色樣圖（或素圖），進(jìn)行一校、二校及質(zhì)量檢查。在檢查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的缺陷，應(yīng)及時(shí)處理，使圖件規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，彌補(bǔ)編圖者之不足，達(dá)到最佳效果。

值得注意的是：從彩色噴墨繪圖儀輸出的顏色和色標(biāo)存在著一定的差異（水性顏色與油性油墨之間的差別），膠版紙和銅版紙紙質(zhì)纖維、亮度的差別，只要按地質(zhì)圖用色標(biāo)準(zhǔn)確定色號(hào)，印刷成品的顏色和色標(biāo)顏色基本是一致的。

5 結(jié)束語(yǔ)

在掃描數(shù)字化的基礎(chǔ)上，對(duì)原有地質(zhì)資料進(jìn)行矢量化。MAP GIS作為一套優(yōu)秀的地理信息系統(tǒng)軟件，應(yīng)用在很多行業(yè)中。我們可以通過(guò)MAP GIS的“輸入編輯”模塊，在地形圖或其他掃描后的柵格圖件上采集數(shù)據(jù)，矢量化，形成完整的點(diǎn)、線、面文件，結(jié)果或者出圖打印，或者進(jìn)行各種應(yīng)用分析，這是我們的發(fā)展趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

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