淺談ＣＡＤ技術(shù)在土地利用數(shù)據(jù)精度數(shù)據(jù)庫建設(shè)應(yīng)用

蔡柳陽　陳　斌　陳遠帆　

摘要：本文主要介紹了AutoCAD技術(shù)應(yīng)用于第二次土地調(diào)查的土地利用數(shù)據(jù)庫建設(shè)，一是如何通過掃描矢量化進行數(shù)據(jù)采集，其次是把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到GIS系統(tǒng)中。筆者結(jié)合實際工作在這方面進行了實驗研究，重點對數(shù)據(jù)精度問題進行了探討。

關(guān)鍵詞：CAD技術(shù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)庫精度

0 引言

根據(jù)國務(wù)院部署，自2007年7月1日起開展第二次全國土地調(diào)查，并以2009年10月31日為調(diào)查的標(biāo)準(zhǔn)時點，統(tǒng)一進行變更調(diào)查數(shù)據(jù)更新。第二次全國土地調(diào)查利用遙感等先進技術(shù)，以正射影像圖為基礎(chǔ)，逐地塊實地調(diào)查土地的地類和面積，掌握全國各類用地的分布和利用狀況；逐地塊調(diào)查全國城鄉(xiāng)各類土地的所有權(quán)和使用權(quán)狀況，掌握國有土地使用權(quán)和農(nóng)村集體土地所有權(quán)狀況；調(diào)查全國基本農(nóng)田的數(shù)量、分布和保護狀況，對每一塊基本農(nóng)田上圖、登記、造冊；建立互聯(lián)共享的覆蓋國家、省、市(地)、縣四級的集影像、圖形、地類、面積和權(quán)屬為一體的土地調(diào)查數(shù)據(jù)庫；建立土地資源變化信息的調(diào)查統(tǒng)計、及時監(jiān)測與快速更新機制。

土地調(diào)查數(shù)據(jù)建庫需用專用的GIS軟件，如AreGIS、MapGIS、MapinfO等，由于擔(dān)任第二次土地調(diào)查任務(wù)的單位和技術(shù)人員絕大部分是測繪行業(yè)的，多數(shù)測繪技術(shù)人員只熟悉AutoCAD軟件而不熟悉GIS軟件，這對土地調(diào)查工作，特別是對土地利用數(shù)據(jù)建庫帶來較大的困難。為了充分發(fā)揮現(xiàn)有的技術(shù)優(yōu)勢，保質(zhì)保量做好第二次土地調(diào)查工作，作者結(jié)合實際工作，對如何把AutoCAD技術(shù)應(yīng)用于土地利用數(shù)據(jù)庫建設(shè)當(dāng)中進行了實驗研究，其中包括通過掃描矢量化進行數(shù)據(jù)采集及把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到GIS系統(tǒng)中，然后對數(shù)據(jù)的精度進行分析。

1 掃描矢量化

1.1 分幅圖掃描及校正 聚脂薄膜圖及像片圖相對于普通圖紙具有變形小不易伸縮的特點，所以二次土地調(diào)查的工作底圖采用聚脂薄膜或DOM影像圖為二底圖。

本次實驗研究，采用AnitechE8AO幅面掃描儀，對聚脂薄膜圖按400dpi分辨率進行二值掃描。為了保證柵格圖像的精度，需要注意以下幾點。①掃描儀分辨率不低于400dpi；②為避免掃描影像的歪斜失真，掃描時應(yīng)注意保持掃描送紙的水平，DRG與水平線的角度不宜超過0.2度；③幾何糾正。選擇四個內(nèi)圖廓點和至少五個均勻分布的公里格網(wǎng)點為控制點，當(dāng)矢量化底圖圖件變形誤差超限時，應(yīng)適當(dāng)增加控制點數(shù)量，以保證糾正精度；控制點的選取應(yīng)在DRG放大2-3倍的條件下完成；糾正后的DRG，其圖廓點和公里格網(wǎng)交點坐標(biāo)與理論值的偏差不大于0.1mm；將圖廓點、公里格網(wǎng)點、控制點等坐標(biāo)按檢索條件在屏幕上顯示，與理論值套合檢查糾正精度，記錄檢查結(jié)果，不合格影像應(yīng)重新糾正。④DRG數(shù)據(jù)應(yīng)存儲為國際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)無壓縮的TIFF或BMP格式文件；⑤坐標(biāo)系統(tǒng)及投影變換。當(dāng)基礎(chǔ)圖件與數(shù)據(jù)庫的坐標(biāo)系不一致時，需要進行坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換；當(dāng)涉及跨帶時，需要進行投影變換作換帶處理。

1.2 數(shù)據(jù)采集

1.2.1圖形數(shù)據(jù)采集 圖形數(shù)據(jù)采集是在AutoCAD下完成的。根據(jù)土地利用現(xiàn)狀圖的實際情況以及規(guī)程要求，在AutoCAD下定制了一部分工具和符號并制定了相應(yīng)的技術(shù)要點。①根據(jù)圖幅理淪圖廓，縮放校正后的柵格圖像大小，移動?xùn)鸥駡D像位置，使之與理論內(nèi)圖廓完全吻合。②在圖形矢量化過程中，將圖像線條放大約30倍，在線條中間跟蹤圖像，在畫曲線時，要求采點均勻，走線圓滑。③對于相臨圖斑共用一條邊界的情況，共用邊界不重復(fù)跟蹤，利用AutoCAD下邊界處理的命令，利用已有邊界，自動生成區(qū)域。④在每幅圖矢量化結(jié)束后，首先由繪圖員自行檢查，然后交檢查員檢查，最后將分幅圖打印出來與薄膜圖扣合，全部檢查無誤，分幅圖才能進行拼接。⑤在分幅圖拼接過程中，采用人工拼接的方法。在拼接交叉點距離過大的情況下，以保證精度為前提，取交叉點的中點進行拼接。

本次實驗首先對一個面積適中的圖斑分別獨立進行10次矢量化，考察矢量化的精度；其次是對大小不同的圖斑分別獨立進行兩次矢量化，研究不同大小的圖斑矢量化的相對精度。

1.2.2 屬性數(shù)據(jù)采集

屬性數(shù)據(jù)采集在地理信息系統(tǒng)(GIS)平臺中進行，這里就不贅述。

臺賬數(shù)據(jù)錄人結(jié)束后，根據(jù)詳查控制面積，對匯總數(shù)據(jù)進行檢查，以保證各行政單位各地類面積與控制面積相同，數(shù)據(jù)匯總統(tǒng)計可在Excel中進行。

2 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換是在GIS軟件下接收AutoCAD拼接完畢的矢量圖的過程。首先要求在AutoCAD下以DXF格式保存圖形，然后利用GIS軟件的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能轉(zhuǎn)人DXF文件，并對轉(zhuǎn)人的點、線、面文件分層進行處理。

根據(jù)《土地利用數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)》和《數(shù)據(jù)庫建設(shè)技術(shù)規(guī)范》的建庫要求，建立數(shù)據(jù)庫屬性結(jié)構(gòu)，并錄人各類屬性數(shù)據(jù)。對于地類圖斑層，錄人圖斑的標(biāo)識信息，完成圖斑數(shù)據(jù)錄人，達到圖形數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的一致性，建立完整的土地利用數(shù)據(jù)庫。

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換前應(yīng)先進行數(shù)據(jù)格式、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)精度、現(xiàn)勢性等方面的檢查，然后進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和相應(yīng)處理。

3 精度分析

在土地利用數(shù)據(jù)建庫過程中，成果精度主要取決于數(shù)字化精度。柵格圖像人工數(shù)字化方法的誤差主要存在于四個方面:一是圖紙伸縮誤差，二是圖紙掃描誤差，三是柵格圖像校正誤差，四是數(shù)字化澡作誤差。下面分別進行簡要分析。

3.1 圖紙伸縮產(chǎn)生的誤差 圖紙伸縮產(chǎn)生的誤差由于紙張質(zhì)地不同，差別也比較大。如前所述，聚脂薄膜圖紙及用相紙印制的DOM圖具有變形小不易伸縮的特點，，其伸縮誤差可以忽略不計。

3.2 圖紙掃描誤差 一般工程掃描儀的掃描精度偏低，而且由于其走紙機構(gòu)設(shè)計缺陷，會造成“歪斜失真”。實驗中采用的掃描儀，其掃描失真的出廠指標(biāo)為±0.1％，實際工作精度均在±0.06％以內(nèi)。一幅1:10000標(biāo)準(zhǔn)圖幅的掃描最大誤差一般小于0.25mm。

3.3 柵格圖像校正誤差 用不同的掃描分辨率對同一幅圖進行掃描，然后根據(jù)柵格圖像內(nèi)圖廓的四個頂點進行四點定向，定向誤差如表1所示。

從表1可知，比例尺為(1:10000)土地利用現(xiàn)狀圖，在實驗中采用400dpi的分辨率進行圖紙掃描，定向誤差為1.27m。

3.4 數(shù)字化操作誤差 在進行圖形數(shù)字化過程中，由于人為習(xí)慣或操作方式不同，跟蹤地圖時視野大小，曲線圓滑程度，數(shù)字化后圖斑面積必然存在著不同。表2是對同一圖斑進行10次跟蹤矢量化得到的結(jié)果，表3是對不同大小的圖斑兩次跟蹤矢量化的差異，由此來估算數(shù)字化操作的精度。由表2數(shù)據(jù)，根據(jù)菲列羅公式。求得數(shù)字化圖斑面積中誤差為m=±0.01515(畝)，相對誤差為0.17％。

對同一圖斑進行10次跟蹤矢量化結(jié)果見表2

不同大小的圖斑兩次跟蹤矢量化的差異見表3

由以上的數(shù)據(jù)可知，在數(shù)字化的過程中，由于人工操作產(chǎn)生的誤差是很小的，基本可以控制在0.5％以內(nèi)。

4 結(jié)論

由以上實驗研究及分析可得出以下幾點結(jié)論。

4.1 應(yīng)用AutoCAD技術(shù)，對土地利用現(xiàn)狀圖或土地調(diào)查外業(yè)調(diào)繪的影像圖進行掃描和校正，然后進行矢量化采集圖形數(shù)據(jù)。在AutoCAD下以DXF格式保存圖形，然后利用GIS軟件的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能轉(zhuǎn)人DXF文件，并對轉(zhuǎn)人的點、線、面文件分層進行處理，用于建立土地利用數(shù)據(jù)庫。方法簡便易行，適合于不熟悉GlS軟件的測繪技術(shù)人員，有利于第二次土地調(diào)查工作的全面開展。

4.2 在掃描矢量化過程中，主要誤差是圖紙掃描誤差以及數(shù)字化操作誤差，圖紙伸縮誤差及定向誤差較小。減小圖紙掃描誤差的措施主要有，選擇較高分辨率及“歪斜失真”較小的掃描儀，掃描底圖的放置方向及要正確;其次是數(shù)字化操作時要把柵格圖像放大到30倍左右，跟蹤描繪線條影像的中間。

4.3 矢量化圖斑的誤差與圖斑的大小有關(guān)，圖斑面積越小，其相對誤差越大。綜合考慮各種因素，應(yīng)用AutoCAD技術(shù)進行掃描矢量化，最大誤差不超過0.5％，滿足GIS建庫的要求。

4.4 通過實驗研究，對掃描矢量化及數(shù)據(jù)采集中應(yīng)注意的問題進行總結(jié)。