地图矢量化实验报告

2023-05-23 04:27:01 来源：实验报告作者：依依阅读量：下载此文档

　　实验课内容：地图的矢量化

　　开课实验室：基础实验大楼北90201

　　学院：土木工程学院

　　年级专业班：20xx级测绘工程一班

　　学生姓名：陈涛

　　学生学号：631301040116

　　开课时间：20xx年xx月xx号

　　一、实验目的及要求

　　了解从纸质地形图转化为计算机数字地形图数据的基本过程，掌握数字图制图软件ArcGIS 中基本的地图编辑处理方法，巩固地图基础知识，根据所学的知识对扫描地图进行屏幕跟踪矢量化。

　　二、地图矢量化的基础知识

　　地理信息系统的基本功能之一就是数据采集，数据采集也是一个完整的GIS 应具备的基本功能。地理数据分为空间数据与属性数据两部分，数据采集也分为空间数据采集和属性数据采集。空间数据的采集方法很多，根据数据的来源可分为地图数字化，遥感数据获取和以GPS 为数据源的数据采集等。其中，地图数字化是最基本的数据采集方法，它是指把传统的纸质或者其他材料上的地图（模拟信号）转换为计算机可识别的图形数据（数字信号）的过程，以便进一步在计算机进行存贮，分析和输出。

　　扫描数字化包括以下步骤：

　　(1) 获取扫描图像数据

　　利用扫描仪对纸质地图进行扫描，并根据实际情况设置分辨率、颜色种类、对比度等参数，从而获得背景图像，格式可以为bmp、jpg、tif 等。如果扫描的图像效果不理想，可以利用图像处理软件（如photoshop 软件）对图像进行预处理，使得背景图像清晰，予以识别。

　　(2) 确定投影方式和坐标系

　　地图具有确定的数学基础，即包含了投影方式和坐标系。但扫描后的图像数据具有的是图像坐标，因此需要将扫描图像坐标转换成地图中的实际地理坐标。转换方法有两种：一种是解析法，这是在知道投影公式或坐标变换公式的情况下，直接利用变换公式进行解算，GIS 中图形的缩放、平移、旋转及三维变换等操作都使用这种变换；另一种是数值变换法，这种方法主要用于地图的数字化。最小二乘法是最为常用的数值变换的方法。

　　在数字化的过程中，在背景图像上采集一定的控制点，得到它们的图像坐标，同时通过地图上的坐标信息获得对应点在地图上的实际地理坐标，根据最小二乘法的思想，利用这组坐标值建立线性（或非线性）多项式拟合的坐标变换公式，根据最小二乘法原理解算出多项式的系数，从而求解出地图上任意点的实际地理坐标。

　　(3) 利用数字化软件进行数字化

　　选择数字化软件，根据软件的数据组织方法将地图要素进行分层，然后利用编辑功能将地图上的要素描绘出来，存入相应的图层，完成地图数据的矢量化工作。

　　三、实验组织及工具

　　每组一人，个人独立完成；课内2 学时。电脑、扫描地图数据、ArcGIS 10.0软件。

　　四、实验步骤

　　（1）数字化方案设计

　　仔细研读待矢量化的地图，获得地图上的所有要素，并根据内容进行分类，如控制点、坐标格网、道路及其附属设施、房屋及其附属设施、河流、湖泊、独立地物等。确定哪些要素对应点文件、哪些要素对应线文件、哪些要素对应面文件。以此为基础确定要建立的图层名称和类型。获得地图的数学基础，包括地理坐标、投影坐标、高程坐标、比例尺等相关内容。

　　（2）数据库的建立

　　① 打开ArcCatolog。在指定的目录下，鼠标右击，在“新建”中，选择“文件地理数据库”，并修改数据库的名称“矢量化”。

　　② 向该数据库中添加要素数据集。右键点击该数据库，在“新建”中，选择“要素数据集”，在弹出的“新建要素数据集”向导框中依次输入名称、地图坐标系、高程系、坐标容差，完成要素数据集的建立。

　　③向数据集中添加要素。右键点击新建的数据集地理要素，在“新建”中选择“要素类”，在弹出的“新建要素类”向导框中依次输入文件名、别名、要素类型、数据库存储配置、表结构定义。

　　④、按照③中的步骤依次添加标记、河流、湖泊、等高线、独立地物、道路要素，完成数据集的建立。

　　（3）数据库属性设置

　　同时在ArcMap的左侧“内容列表框”中更改数据框名称、设置数据库属性、包括坐标系、地图定位、显示范围等，该处的坐标系与数据集坐标系和扫描图坐标系一致。

　　（4）地理配准

　　将扫描的背景图像添加到数据库，并鼠标右击该图层，在弹出的数据框中选择“缩放至图层”，在右侧的地图窗口将出现背景图像，利用放大、平移工具将视图定位到需要矢量化的区域（3422,18600）-（3424,18602）。

　　接着对地图进行配准工作：

　　① 在ArcMap中添加地理配准工具。

　　② 选择公里网格的交点，在图中选择需要矢量化的的区域的四个角度作为控制点。在“地理配准”工具栏中点击“添加控制点”按钮，使用该工具。