摘要： MAPGIS作為深受廣大用戶喜愛的一款國(guó)產(chǎn)GIS軟件，已經(jīng)從4.0、5.0、5.32、6.0、6.5發(fā)展到目前的6.6 版本。但是在圖形矢量化過程中依然不可避免各種類型誤差的產(chǎn)生。本文對(duì)MAPGIS6.6圖形處理模塊在地圖矢量化過程中產(chǎn)生誤差的原因及減小誤差、誤差校正等問題進(jìn)行了深入的分析和探討。

關(guān)鍵詞：MAPGIS6.6  矢量化  誤差分析  誤差校正

0. 引言
地理信息系統(tǒng)（Geographical Information System，GIS）的廣泛應(yīng)用極大地促進(jìn)了地理空間信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。隨著數(shù)字地球（Digital Earth）的興起及空間信息資源的基礎(chǔ)性地位日漸突出，地理信息技術(shù)成為推動(dòng)數(shù)字地球的關(guān)鍵因素。地理信息技術(shù)包括地理信息系統(tǒng)（GIS），全球定位系統(tǒng)（Global Position System，GPS）和遙感（Remote Sensing，RS），而GIS又是其關(guān)鍵技術(shù)之一。地理數(shù)據(jù)是GIS的重要組成部分，其建設(shè)工作量是最大的。專家認(rèn)為，一個(gè)GIS工程建設(shè)的投資比例一般為：
硬件∶軟件∶數(shù)據(jù) ＝ 1∶2∶7
由此，數(shù)據(jù)的精確度對(duì)于GIS來(lái)說(shuō)顯得尤其關(guān)鍵和重要。筆者根據(jù)在數(shù)字化與資源環(huán)境信息技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室做地圖矢量化及數(shù)據(jù)校正的工作經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合相關(guān)理論，對(duì)MAPGIS6.6圖形處理模塊在圖形矢量化的實(shí)際操作過程中產(chǎn)生誤差的原因及如何減小誤差、誤差校正等問題進(jìn)行了深入的分析和探討。

1. 地圖矢量化產(chǎn)生誤差的原因
1.1 原始地圖數(shù)據(jù)信息載體介質(zhì)不同產(chǎn)生的源誤差
原始地圖數(shù)據(jù)信息載體介質(zhì)一般分為紙介質(zhì)、透明薄膜介質(zhì)及刻圖薄膜介質(zhì)3種。在3種信息載體中,紙介質(zhì)的變形最大,其次為透明薄膜介質(zhì)變形較小,刻圖薄膜介質(zhì)變形最小。紙介質(zhì)變形產(chǎn)生誤差的主要原因是折疊、褶皺以及氣候的影響,變形誤差一般在1～2ｍｍ。薄膜介質(zhì)產(chǎn)生變形的主要原因是在使用和保存過程中產(chǎn)生褶皺,溫度也會(huì)對(duì)薄膜形狀產(chǎn)生影響,其變形誤差≤0.2ｍｍ。刻圖薄膜產(chǎn)生誤差的主要原因是在翻印刻繪原圖時(shí)因設(shè)備精度的原因而引起的誤差,它的變形誤差一般≤0.15ｍｍ。
1.2 地圖掃描矢量化產(chǎn)生的誤差
地圖掃描矢量化形成的誤差主要來(lái)自兩個(gè)方面:
（1） 用于掃描地圖的掃描儀本身精度不高或者在掃描過程中設(shè)置的掃描精度不夠產(chǎn)生的誤差,掃描過程中還可能由于光柵圖像變形而產(chǎn)生誤差。有些單位在沒有寬幅掃描儀的情況下，將地圖裁剪成數(shù)張掃描后拼接而產(chǎn)生的雙重誤差。
（2）地圖矢量化時(shí)光柵圖像沒有配準(zhǔn)就矢量化而形成的誤差。在矢量點(diǎn)、線過程中圖像放大倍數(shù)過小形成的誤差等等。
1.3 子圖庫(kù)、線型庫(kù)定位點(diǎn)(定位線)不精確形成的誤差
MAPGIS6.6的系統(tǒng)庫(kù)（Slib）包括子圖庫(kù)（對(duì)應(yīng)Subgraph.lib文件）、線型庫(kù)（對(duì)應(yīng)Linesty.lib文件）、色庫(kù)、圖案庫(kù)（對(duì)應(yīng)Fillgrah.lib文件）。子圖庫(kù)是各類基礎(chǔ)地理及專題要素的符號(hào)庫(kù)。線型庫(kù)是各類地物界線及專題要素界線的符號(hào)庫(kù)。地圖符號(hào)是地圖的語(yǔ)言,在地圖上用來(lái)表示實(shí)地物體與現(xiàn)象的特點(diǎn)圖解記號(hào),它是地圖的主要表現(xiàn)形式,也是地理信息得以傳輸?shù)拿襟w。地圖符號(hào)按地面物體和符號(hào)的比例關(guān)系分為依比例尺、半依比例尺和不依比例尺符號(hào)。在傳統(tǒng)制圖理論中,任何符號(hào)都有它的定位點(diǎn)和定位線。符號(hào)的定位點(diǎn)和定位線都有嚴(yán)格的規(guī)定,它決定了地物在空間的分布位置和相互關(guān)系。符號(hào)庫(kù)(子圖庫(kù),線形庫(kù))形成誤差的主要原因是符號(hào)的定位點(diǎn)和定位線不在規(guī)定的位置上。工作人員在矢量化地圖過程中往往把符號(hào)移動(dòng)到與原圖相同的位置,當(dāng)坐標(biāo)點(diǎn)可見時(shí),符號(hào)的定位點(diǎn)(定位線)和符號(hào)的坐標(biāo)可見點(diǎn)不在同一點(diǎn)上,其圖上距離的誤差一般在0.1～0.5mm之間,圖件比例尺越小其誤差變形越大。
1.4 誤差校正控制點(diǎn)分布不合理形成的誤差
MAPGIS6.6誤差校正功能能把掃描矢量化的底圖通過誤差校正功能校正到理論圖廓中,形成用戶坐標(biāo)系到大地坐標(biāo)系之間的投影變換,使地圖各要素符號(hào)坐標(biāo)通過系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算得到大地坐標(biāo)。誤差校正控制點(diǎn)的多少和分布位置決定了誤差校正的精確性?？刂泣c(diǎn)越多,分布位置越合理,誤差變形越小。特別是國(guó)際分幅的圖幅中,南北圖廓是用折線來(lái)表示,地圖比例尺越小,折線越多。在誤差校正過程中,如果僅取4個(gè)圖幅角點(diǎn)作為校正依據(jù)是不足的,這樣有可能造成校正后的圖形不完全位于內(nèi)圖廓內(nèi)或者部分超出圖廓線,其圖上誤差＞0.5ｍｍ。

2. 消除誤差的方法與校正
誤差的來(lái)源是各種各樣的。在利用MAPGIS6.6做地圖矢量化的過程中必須盡可能地提高各個(gè)環(huán)節(jié)的精度,減小誤差,提高數(shù)字信息的質(zhì)量和精度。
2.1 對(duì)矢量化底圖的預(yù)處理
對(duì)矢量化底圖因折疊或其它原因?qū)е碌鸟薨檰栴},用電熨斗熨平。用高精度的日歷瓦尺量測(cè)內(nèi)圖廓邊長(zhǎng)和對(duì)角線長(zhǎng)度：
測(cè)量值 理論值 調(diào)整幅度 處理方案
A1 436.2 436.0 -0.1～0.3 熱處理
A2 435.6 436.0 +0.3～0.5 濕處理
B1 321.4 322.0 +0.5～0.7 濕處理
B2 322.1 322.0 -0.0～0.2 可不處理
C1 540.8 541.0 +0.1～0.3 濕處理
C2 541.6 541.0 -0.5～0.7 熱處理
精度控制 ＜0.1

量測(cè)的長(zhǎng)度（A1、A2、B1、B2、C1、C2）與圖幅理論值進(jìn)行比較,大于理論值進(jìn)行熱處理,用電熨斗均勻的熨一遍,但溫度應(yīng)控制在低溫狀態(tài)。小于理論值進(jìn)行濕處理,用濕拖布把地拖濕,在地上鋪上一層紙,在紙上放上圖紙進(jìn)行潮溫。熱處理或濕處理后,應(yīng)使內(nèi)圖廓邊長(zhǎng)和對(duì)角線長(zhǎng)度誤差控制在0.1～0.2ｍｍ,對(duì)于大比例尺地圖，工作底圖可適當(dāng)放寬精度要求：①圖廓點(diǎn)位誤差≤0.15mm，②圖廓邊長(zhǎng)誤差≤0.2mm，③圖廓對(duì)角線誤差≤0.3mm，④公里網(wǎng)點(diǎn)間距誤差≤0.2mm。如綿陽(yáng)市行政區(qū)劃圖的圖幅處理方案。
2.2 掃描矢量化形成誤差的處理
掃描底圖掃描儀的分辨率一般不應(yīng)小于每厘米157點(diǎn)。在地圖矢量化之前,首先利用MAPGIS6.6圖像處理模塊提供的圖像鑲嵌配準(zhǔn)功能對(duì)光柵文件進(jìn)行誤差處理,對(duì)于國(guó)際分幅的圖幅,控制點(diǎn)除4個(gè)角之外,還應(yīng)包括南北內(nèi)圖廓線拐點(diǎn)的坐標(biāo),及圖內(nèi)分布均勻的方里網(wǎng)坐標(biāo)。對(duì)于控制點(diǎn)數(shù)量的選擇,圖幅越大,選取的控制點(diǎn)應(yīng)越多;比例尺越小,選取的控制點(diǎn)也應(yīng)越多。一般不低于13個(gè)控制點(diǎn)。在矢量化的過程中,不論輸入點(diǎn)和線,一般矢量化工作人員應(yīng)將圖像放大100倍以上進(jìn)行矢量化，特別熟練的數(shù)據(jù)加工老手可以只放大到30～80倍進(jìn)行。對(duì)線狀地物矢量化時(shí),其轉(zhuǎn)彎處應(yīng)多加點(diǎn),使其光滑、自然。以保證達(dá)到GB/T17160－1997規(guī)定的重復(fù)定位最大較差絕對(duì)值不超過0.16mm，線狀符號(hào)跟蹤中誤差不超過±0.25mm。我們?cè)谧鼍d陽(yáng)市行政區(qū)劃圖矢量化時(shí)，將控制點(diǎn)設(shè)為14個(gè)，光柵底圖放大150倍左右進(jìn)行矢量化。
2.3 子圖庫(kù)和線型庫(kù)定位點(diǎn)(定位線)形成誤差的處理
MAPGIS6.6的子圖庫(kù)和線型庫(kù)是地圖矢量化的主要符號(hào),它們位置的精確性決定了地物的空間分布特征。地圖符號(hào)的定位點(diǎn)(定位線)具有嚴(yán)格的規(guī)定。如綿陽(yáng)市行政區(qū)劃圖矢量化過程中所涉及的子圖庫(kù)和線型庫(kù)的定位（見表2）。在使用MAPGIS6.6圖形處理模塊制圖的過程中,首先要檢查子圖庫(kù)、線型庫(kù)(定位點(diǎn)、定位線)的精確性,與制圖理論規(guī)定的定位點(diǎn)(定位線)不相符的符號(hào)利用MAPGIS6.6編輯符號(hào)的功能,修改符號(hào)中心位置使符號(hào)的定位點(diǎn)(定位線)在編輯符號(hào)柜的中心位置。用雙線表示的地物符號(hào)(如公路、鐵路)其定位線在兩線的中心位置,以一側(cè)為基線的符號(hào),其中心線在基線上(如不整合地層界線、陡坎等)。同時(shí)，在采點(diǎn)中的誤差亦不允許超過±0.20mm。
編碼 符號(hào)特征 定位點(diǎn)(定位線) 應(yīng)用圖例
1 單個(gè)幾何圖形 地物實(shí)地的中心位置

2 幾種幾何圖形組成 主體圖形的中心

3 寬底圖形 底部中心點(diǎn)

4 底部為直角形 直角頂點(diǎn)

5 下部設(shè)有底線 符號(hào)下部?jī)啥它c(diǎn)連線的中點(diǎn)

6 不依比例橋梁、攔水壩礦井 符號(hào)的中心

7 線狀符號(hào) 符號(hào)的中心線、邊緣線或底線

表2 綿陽(yáng)市行政區(qū)劃圖矢量化底圖子圖庫(kù)和線型庫(kù)定位表
2.4 誤差校正形成誤差的處理
誤差校正形成的誤差主要是控制點(diǎn)分布設(shè)置不合理,校正后圖形發(fā)生了扭曲變形。消除誤差校正帶來(lái)的誤差,應(yīng)根據(jù)圖幅的大小、圖面各要素分布特征及比例尺設(shè)置控制點(diǎn)的分布位置。誤差校正控制點(diǎn)的設(shè)置除圖幅的4個(gè)角點(diǎn)、圖內(nèi)分布均勻的方里網(wǎng)點(diǎn)外,還包括南北內(nèi)圖廓線拐點(diǎn)(一般地,1∶1萬(wàn)～1∶10萬(wàn)圖幅選2個(gè),1∶20萬(wàn)圖幅選6個(gè),1∶50萬(wàn)圖幅選10個(gè))。如我們?cè)谧觥毒d陽(yáng)市行政區(qū)劃圖》的矢量化時(shí)控制點(diǎn)定為14個(gè)按圖幅角點(diǎn)、方里網(wǎng)點(diǎn)及主要要素特征分布。這樣校正的圖形,不會(huì)出現(xiàn)小于或者超出圖廓的現(xiàn)象。對(duì)于圖面內(nèi)容不滿圖框的圖件,校正控制點(diǎn)選擇包含圖面所有要素,否則會(huì)出現(xiàn)各要素折曲現(xiàn)象。

3. 結(jié)語(yǔ)
地理信息系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集和輸入是一項(xiàng)十分重要的基礎(chǔ)性工作,是建立地理信息系統(tǒng)不可缺少的關(guān)鍵部分。在利用MAPGIS建庫(kù)的過程中,誤差的來(lái)源有多種多樣。在數(shù)據(jù)信息輸入的過程中應(yīng)盡量避免各個(gè)環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的誤差,以提高數(shù)據(jù)信息的質(zhì)量,為數(shù)據(jù)空間分析和數(shù)據(jù)管理提供優(yōu)質(zhì)數(shù)據(jù)。