GIS光栅分析技术 arcgis栅格转矢量

矢量化及MAPGIS相关技术

秦爽 李进化

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（河南省地质博物馆，郑州450016）

摘要 地质图件的矢量化，是解决地质图件数字化瓶颈难题的必然途径，随着计算机与信息技术的迅速发展，数字化成图方式已被广泛应用，基于数字化地质图的机助编绘势在必行。本文从扫描矢量化的实际出发，从MAPGIS的基础准备到具体操作等环节进行了分析，并结合了本人工作实践，得出利用MAPGIS矢量化图像的几点体会。

关键词 扫描；矢量化；栅格图像；矢量图形；MAPGIS；编辑；数字化

对于原有地质资料进行矢量化管理已成为趋势。对图件数字化不外乎两种方法，一种是利用数字化仪进行数字化，误差来源定向误差，采集误差等，这种方法在20世纪80、90年代曾流行一时，但由于投资较大，误差较高，很少有人再使用；另一种方法是将图件扫描成栅格图像，并利用光栅矢量混合编辑软件如MAPGIS、GTX、AutoCAD Overlay等来转变成矢量数字图形。

1 扫描矢量化的基本概念

（1）数字化。数字化是指把图形、文字等模拟信息转换成为计算机能够识别、处理、贮存的数字信息的过程。

（2）矢量化。矢量化是指把栅格数据转换成矢量数据的过程。

（3）光栅化。光栅化是指把矢量数据转换成栅格数据的过程。

（4）栅格图像。也称光栅图像，是指在空间和亮度上都已经离散化了的图像。我们可以把一幅栅格图像考虑为一个矩阵，矩阵中的任一元素对应于图像中的一个点，而相应的值对应于该点的灰度级，数字矩阵中的元素叫做像素。数字图像与马赛克拼图相似，是由一系列像素组成的矩形图案，如果所有的像素有且仅有两个灰度级（黑或白），则称其为二值图像，即位图；否者称其为灰度图像或彩色图像。

（5）矢量图形。在介绍矢量图形之前，我们首先阐述矢量对象的概念。矢量对象是以矢量的形式，即用方向和大小来综合表示目标的形式描述的对象。例如画面上的一段直线，一个矩形，一个点，一个圆，一个填充的封闭区域等。矢量图形文件就是由这些矢量对象组合而成的描述性文件。矢量图形则是计算机软件通过一定算法，将矢量对象的描述信息在显示终端上重绘的结果。

纸质地图经扫描仪扫描后，初步保存为栅格图像（常见的格式有TIFF、BMP、PCX、JPEG等）。栅格图像在地理应用领域有着这样的缺陷：首先，栅格图像文件对图像的每一像素点（不管前景或背景像素）都要保存，所以其存储量特别大。另外，我们不能对图像上的任一对象（曲线、文字或符号）进行属性修改、拷贝、移动及删除等图形编辑操作，更不能进行拓扑求解，只能对某个矩形区域内的所有像素同时进行图像编辑操作。此外，当图像进行放大或缩小显示时，图像信息会发生失真，特别是放大时图像目标的边界会发生阶梯效应，正如点阵汉字放大显示发生阶梯效应的原理一样。

而矢量图形则不同。在矢量图形中每个目标均为单个矢量单位（点、线、面）或多个矢量单位的结合体。基于这样的数据结构，我们便可以很方便地在地图上编辑各个地物，将地物归类，以及求解各地物之间的空间关系。并有利于地图的浏览、输出。矢量化则是利用数字图像处理算法，将源图上的各种栅格阵列识别为矢量对象，最后以一定格式保存的过程。矢量图形在工业、制图业、土地利用部门等行业都有广泛的应用。在这些领域的许多成功软件都基于矢量图形，或离不开矢量图形的参与，如MAPGIS、AutoCAD、ARC/INFO、Corel Draw、GeoStar等等。

随着计算机科学、地理学、制图学、遥感与摄影测量学、图形图像技术以及数据库技术的不断发展，地理信息系统已成为一种功能强大、性能完善的计算机系统，广泛应用于规划、土地、测绘、建设、环保、军事等诸多部门，成为政府部门进行科学管理和快速决策时不可或缺的工具。而各具特点的 GIS和制图应用软件也给社会用户提供更大的选择性。MAP GIS作为较早发展起来的国产 GIS软件，国内拥有一定数量的用户。

由中国地质大学开发的MAP GIS是一个具有国际先进水平的地理信息系统，它分为“图形处理”、“库管理”、“空间分析”、“图像处理”及“实用服务”5大部分，共计21个子系统。使用时，用户根据自己的不同需要，随机选择各个子系统。

2 MAPGIS 扫描矢量化输入

扫描矢量化，通过扫描仪输入扫描图像，然后通过矢量追踪，确定实体的空间位置。对于高质量的原资料，扫描是一种省时、高效的数据输入方式。MAPGIS扫描矢量化的主要功能有：

图像格式转换功能——系统可接受扫描仪输入的TIFF栅格数据格式，并将其转换为MAPGIS系统的标准RBM格式。

矢量跟踪导向功能——可对整个图形进行全方位游览，任意缩放，自动调整矢量化时的窗口位置，以保证矢量化的导向光标始终处在屏幕中央。在多灰度级图像上跟踪线划时，保证跟踪中心线。

多种矢量化处理功能——系统提供了交互式手动、半自动、细化全自动和非细化全自动矢量化方式，同时提供了全图矢量化和窗口内矢量化功能，供用户选择。

自动识别功能——系统应用人工智能及模式识别的技术，在我国率先成功地实现灰度扫描地图矢量化和彩色扫描地图矢量化，克服了二值扫描地图矢量化的致命弱点，使之彩色地图可达全要素一次性矢量化。

编辑校正功能——系统提供了对矢量化后的图元（包括点图元和线图元），进行编辑、修改等功能，可随时进行任意大小比例的显示，便于校对；对汉字、图符等特殊图元，可直接调用系统库，根据给定的参数，自动输入生成。

3 MAPGIS 的基本概念

MAP GIS把地图数据根据基本形状分为三类：点数据，线数据和区数据（亦即面数据）。与之相对应，文件的基本类型也分为三类：点文件（∗.WT），线文件（∗.WL）和区文件（∗.WP）。只有包括所有地图数据的三类文件都叠加起来时，才构成一幅完整的地图。

3.1 点

点是地图数据中点状物的统称，是由一个控制点决定其位置的符号或注释。它不是一个简单的点，而是包括各种注释（英文、汉字、阿拉伯数字等）和专用符号（包括圆、弧、直线、五角星、亭子等各类符号）。它与线编辑中“线上加点”的点的概念不同，“线上加点”的点是坐标点。所有的点图元数据都保存在点文件中（∗.WT）。

3.2 线

线是地图中线状物的统称。MAP GIS将各种线型（如点划线、省界、国界、等高线、路、河堤）以线为单位作为线图元来编辑。所有的线图元数据都保存在线文件中（∗.WL）。

3.3 区

区通常也称面，它是由首尾相连的弧段组成封闭图形，并以颜色和花纹图案填充封闭图形所形成的一个区域。如湖泊、居民地等。所有的区图元数据都保存在区文件中（∗.WP）。

3.4 图层

在GIS的应用中，同一文件中有多种类型的地理要素。如一个线文件中可能包括等高线、公路、铁路、河流等多种类型的线。为了便于编辑和管理，一般情况下，可以把同一类型的地理要素放到同一图层，例如：将所有的铁路线都放到铁路图层，而把所有的等高线都存放到等高线图层，这样所有的图层都叠加起来就构成了一个完整的线文件。特殊情况下，一个图层也可存为一个单独的文件。

3.5 工程

一个工程由一个或一个以上的点文件、一个或一个以上的线文件和一个或一个以上的区文件组成。

3.6 编辑处理

数据输入计算机后，就要进入图形编辑、数据校正、图廓整饰、邻图接边、误差消除等项工作。由MAP GIS图形编辑子系统、拓扑结构编辑子系统、错误检查和数据校正等子系统来完成上述各项编辑处理任务。

3.7 颜色设计

颜色是地学图表现的一种重要要素，它直接影响地学图的表现力和图面效果。因此，地学图对颜色的要求是非常严格的。MAP GIS对地学图作了颜色的要求，在分析了地学图印刷特点的基础上，设计了一套灵活、方便、精确的颜色定义和色标系统。

3.8 图形输出

图形输出是MAP GIS系统中最后一道工序，通常是把显示所需的图形数据，经过分析、处理、编辑、用色、自检、误差消除等，在基本符合要求后，用彩色喷墨绘图仪输出彩色样图，对彩色样图进行校对和系统质量检查。

4 利用 MAPGIS 矢量化图像的几点体会

在MAP GIS软件使用过程中，制图单位经常会遇到这样或那样棘手的问题，针对这类问题，通过查阅MAP GIS参考手册并总结计算机制图工作经验，得出了以下利用MAP GIS绘制地质图件的几点体会，以供同行参考。

4.1 扫描数字化的图件，可以直接用于MAPGIS 矢量化

我们扫描图字化的图件，有黑白二值、灰度和彩色（RGB模式）三种格式，MAP GIS正好支持这三种格式的TIF光栅文件（∗.TIF），可以在PHOTOSHOP中打开此光栅文件，另存为TIF文件即可。

4.2 编辑

作为地质图编辑者来说，不仅应有相关的专业技术能力，而且还要有一定的野外工作经验，美术特长和认真负责的态度，按照国家标准、行业规范进行编辑处理。在图形输入之前，编辑者必须对原图进行全面阅读，了解图面内容，查看平面图、图切剖面、图例、文字、地质事件、模式图等是否合理和吻合。对地形图编辑时，必须增加补充现势性资料，如三角点、公路、铁路、河流、湖泊、水库、居民地及注记等。然后，对图件的各项内容先进行错误消除，按地学图制作要求，设计版面，按规范设置字体、字号、图面整饰、设色方案等，这些都与编辑者密切相关。

4.3 校对

校对是一项反复的系统工程，又是出版物的一个重要环节，一般需经过多次校对，才可能消除存在的错误，保证其质量。地质图虽然在MAP GIS系统下经过编辑和处理，往往还不能达到理想效果。那么，必须通过彩色喷墨绘图仪输出彩色样图（或素图），进行一校、二校及质量检查。在检查过程中发现的缺陷，应及时处理，使图件规范化、标准化，弥补编图者之不足，达到最佳效果。

值得注意的是：从彩色喷墨绘图仪输出的颜色和色标存在着一定的差异（水性颜色与油性油墨之间的差别），胶版纸和铜版纸纸质纤维、亮度的差别，只要按地质图用色标准确定色号，印刷成品的颜色和色标颜色基本是一致的。

5 结束语

在扫描数字化的基础上，对原有地质资料进行矢量化。MAP GIS作为一套优秀的地理信息系统软件，应用在很多行业中。我们可以通过MAP GIS的“输入编辑”模块，在地形图或其他扫描后的栅格图件上采集数据，矢量化，形成完整的点、线、面文件，结果或者出图打印，或者进行各种应用分析，这是我们的发展趋势。

参考文献

［1］秦爽，李进化.普查地图编制.北京：测绘出版社.1982.

［2］秦爽，李进化.计算机地图制图.北京：测绘出版社.1991.

［3］第四届全国地质档案资料学术研讨会文集.北京：海洋出版社.2004.

［4］杨公之主编.档案信息化建设实务.北京：中国档案出版社.2003.

［5］董国臣，郝国杰，陈达，等.GIS在1：5万榆关镇幅区域地质调查中的应用［J］.中国区域地质，1998，17（4）.

GIS是什么，初学GIS学习哪种软件？

GIS == Geographic Information System （地理信息系统）。

最简单地来说，GIS是以测绘测量为基础，以数据库作为数据储存和使用的数据源，以计算机编程为平台的全球空间分析即使技术。这是GIS的本质，也是核心。GIS即地理信息系统（Geographic Information System），经过了40年的发展，到今天已经逐渐成为一门相当成熟的技术，并且得到了极广泛的应用。尤其是近些年，GIS更以其强大的地理信息空间分析功能，在GPS及路径优化中发挥着越来越重要的作用。GIS地理信息系统是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，运用系统工程和信息科学的理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供管理、决策等所需信息的技术系统。简单的说，地理信息系统就是综合处理和分析地理空间数据的一种技术系统。

软件主要包括以下几类：操作系统软件 、数据库管理软件 、系统开发软件 、GIS 软件，等等。GIS常用软件AutoCAD Map3d，ArcGIS（包括ArcGIS, MapObjects, ArcIMS、ArcSDE、ArcEngine、ArcServer等），MapInfo，MapGIS（MapGISK9基础平台、数据中心集成开发平台等，目前国内市场份额最大的软件系列），SuperMap等。

GIS 技术

GIS技术可以为多种来源的空间信息数据采集提供地学知识与处理。空间数据是指描述“空间实体”的空间位置特征与专题属性的数据，通常包括不同来源和形式的遥感数据、地形图数据、专题图数据、野外采样数据、统计调查数据等。

广西壮族自治区农用地分等是在掌握全自治区农用地数量与分布的基础上，借助于地理信息系统和计算机技术，对农用地的质量进行全面、科学、综合的评价，为提高农用地管理提供依据。工作中主要利用MapGIS软件强大的图形编辑功能、数据库管理功能和空间分析功能，科学量化农用地数量、质量和分布，形成数字化的各类农用地分等工作底图，对全自治区农用地进行综合分析、评价，提高了分等结果的准确性和精确性。广西壮族自治区农用地分等采用的信息系统是以MapGIS软件为基础平台，结合Excel电子表格和Access数据库等软件，根据该自治区农用地分等的技术路线，对MapGIS软件进行局部的二级开发，保证了广西壮族自治区农用地分等信息系统的结构完整和功能齐全，建库方便、快捷。

（一）资料整理与图件准备

将资料整理录入计算机，对资料数据进行综合核实，剔除不符合实际的特殊的极值，为入库做好准备。图件的准备工作包括工作底图的准备和其他专业要素图件的准备。图件比例尺要满足农用地分等精度要求，图上内容要素齐全、图面清晰，满足扫描矢量化要求。

（二）工作底图的入库（数字化）

具体工作过程中，采用各县（市、区）1∶5万～1∶10万的土地利用现状图作为工作底图，用扫描仪将工作底图资料进行灰度扫描，以栅格形式存贮于图像文件中（例如TIFF格式），在MapGIS软件编辑功能下，经过图像黑白转换，进行矢量化，转换成矢量数据，把点、线分层存入，成为线文件或点文件，再进行点、线、面的编辑，然后把编辑好的图形文件进行光栅处理，输出图件校对。其中，图形编辑包括对点、线、面3种图元的空间数据和图形属性进行编辑。首先，对已经矢量化好的图形文件（线文件或点文件）进行参数设置（即分层设置、线形设置、符号设置、区颜色设置），编辑点、线属性结构；然后，对图形数据进行自动拓扑处理，经过建立拓扑关系的图形，每个区域赋予属性并自动控制为区域填色。根据图件的用途，可以更改区域参数及属性。

（三）分等单元图的编制

根据分等评价单元的基本要求和单元划分时应遵循的原则，结合广西壮族自治区区域内地貌类型多样、地形复杂、土壤类型异常明显，呈垂直分带性、农用地分布零碎等特点，采用叠置法将同比例尺的土地利用现状图（工作底图）与地形图、土壤图叠加，手工划分分等评价单元，并按行政区划编号。

在已经编制好的各县（市、区）分等评价单元图上，进行农用地分等单元图数字化，即将划分好的分等评价单元的手工图作为作者原图，在已经数字化的同比例尺土地利用现状图上，采用MapGIS在图上进行点图元编辑。然后，在图形编辑菜单中打开区属性编辑栏，根据单元编号所在的区域（即面域），输入单元编号，编辑单元区属性（即分等单元属性编辑），使单元编号成为图、表链接的关键字段，完成分等单元图件数字化。

（四）编制单元因素分值

以手工划分的分等评价单元图为工作底图，按照广西壮族自治区农用地分等所确定的分等因素图逐一套合分等评价单元，读出该评价单元所应有的因素分值，即计算单元因素分值，对照“指定作物－分等因素－自然质量分”关系表，将分等因素分值转换成分等因素自然质量分，再把各分等评价单元的自然质量分录入计算机，编制分等单元分等因素自然质量分值表。

（五）分等评价单元的自然属性和经济属性入库

将分等评价单元自然质量分值表以Excel格式录入计算机，成为电子表格文件，即分等评价单元的自然属性入库。分等评价单元的经济属性指单元的土地利用系数和土地经济系数，是将有关资料在电子表格上按指标区进行汇总计算得出，根据规程要求划分土地利用等值区和土地经济等值区，将各分等评价单元所处的土地利用等值区的值与土地经济等值区的值读出并录入分等评价单元自然属性表，再在计算机上对电子表格进行分析，计算出各类等指数，完成分等评价单元的自然属性和经济属性入库，把Excel电子表转到数据库存为DBASE格式文件。

（六）建立农用地分等数据库

将编辑好的分等单元图形属性的数据文件与数据库中的分等单元自然属性和经济属性质量分值电子表（DBASE格式）数据文件，根据关键属性字段（分等单元编号）挂接，即把已经存在的图形属性信息和空间数据库中的自然属性和经济属性信息用关键字段链接起来，使图、表合一，成为统一的空间数据库。这样建立起来的农用地分等数据库，可以把图形属性数据和空间属性数据库的采集并行，便于图、表的修改，即对表格进行修改，就能使图形自动完成更改，提高成图的工作效率和精度。在计算机系统软件属性管理菜单中，根据属性赋参数栏，对各种农用地分等因素值、分等指数参数值规定一定范围域，给范围域设置颜色参数，完成颜色参数设置后，农用地分等信息系统自动给数据图形的值域赋予颜色，进行农用地的各种因素图件和等别图件的制作，并根据系统内的条件生成点文件，把区域属性转换成等别号，图形上注解等级信息，由此完成广西壮族自治区农用地分等数据库的建立。

（七）农用地等别面积的汇总统计

根据等别图图形属性数据文件，在MapGIS软件实用服务功能上，打开投影变换菜单，点击工具栏，在属性生成文件文本目录下，打开图元文件，由图形属性库（各单元图形属性）生成文件，存为TXT格式的报表文件，再由TXT文件转为Excel电子表格，进行分等面积汇总。由图形属性文件转换成的Excel电子表格文件，保留了农用地各单元的属性，例如，乡（镇）、村、地类号、单元号、等别、面积等。在此基础上分村汇总等别面积，并结合各县（市、区）土地利用现状变更台账数据，进行单元面积平差。经过平差的农用地单元面积，分村、乡（镇）、县（市、区）、全自治区4级，在计算机上进行等别面积汇总统计。

请问一下GIS技术是什么，高人指教下下。

地理信息系统 (GIS, Geographic Information System) 是一种基于计算机的工具，它可以对在地球上存在的东西和发生的事件进行成图和分析。 GIS 技术把地图这种独特的视觉化效果和地理分析功能与一般的数据库操作（例如查询和统计分析等）集成在一起。这种能力使 GIS与其他信息系统相区别，从而使其在广泛的公众和个人企事业单位中解释事件、预测结果、规划战略等中具有实用价值。

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