遙感解譯成果圖件矢量化方法技術(shù)研究＊

宋艷茹，劉 琦，付鈺瑩，周樹(shù)英

（中國(guó)自然資源航空物探遙感中心，北京100083）

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局航空物探遙感中心自1957年成立以來(lái)，大力發(fā)展航空物探及遙感調(diào)查等方面的業(yè)務(wù)。經(jīng)過(guò)幾十年的積累，獲取了基本覆蓋中國(guó)大陸和海域的航空物探、衛(wèi)星遙感資料以及大部分國(guó)土的航空遙感資料，在區(qū)域地質(zhì)調(diào)查、礦產(chǎn)資源勘查、生態(tài)文明建設(shè)、防災(zāi)減災(zāi)等國(guó)家重大戰(zhàn)略方面取得了一系列重要成果，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。

其中，遙感解譯成果圖件是遙感專(zhuān)業(yè)相關(guān)項(xiàng)目解釋的重要成果，是科研人員進(jìn)行綜合應(yīng)用研究的基礎(chǔ)資料。由于信息技術(shù)的限制，在20世紀(jì)90年代之前，遙感解譯成果圖件多為專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員在寬幅圖面上清繪所得，并以紙介質(zhì)形式在資料室?guī)旆繗w檔保存，紙介質(zhì)的保存方式使得項(xiàng)目成果信息與計(jì)算機(jī)處于隔離狀態(tài)，數(shù)據(jù)利用率很低，而且紙介質(zhì)容易老化和使用磨損，如果不及時(shí)拯救，珍貴的歷史地質(zhì)資料將慢慢成為“死資料”?！笆濉币詠?lái)，國(guó)家大力發(fā)展信息化建設(shè)，航遙中心依托信息化項(xiàng)目，自2011年開(kāi)始啟動(dòng)了遙感解譯紙質(zhì)成果圖件的掃描數(shù)字化、矢量化工作，即通過(guò)掃描紙質(zhì)成果圖件，再利用MapGis等平臺(tái)對(duì)圖件進(jìn)行地理位置校正，并按照點(diǎn)、線、面的方式來(lái)記錄圖件成果信息，使得歷史資料成為可分析、有價(jià)值的重要數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)近10年的推進(jìn)，航遙中心目前的遙感解譯成果圖件包括電子圖片約1 500余幅已全部實(shí)現(xiàn)矢量化，矢量化數(shù)據(jù)以信息產(chǎn)品的形式集中存儲(chǔ)于遙感解譯成果數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)遙感解譯成果數(shù)據(jù)的有效管理，大大提高了遙感解譯成果數(shù)據(jù)的價(jià)值。

遙感解譯紙質(zhì)成果圖件掃描矢量化是通過(guò)掃描儀直接掃描原圖，以柵格形式存貯于圖像文件中（如.tif等），然后使用MapGIS軟件對(duì)圖件進(jìn)行矢量跟蹤，轉(zhuǎn)換成矢量數(shù)據(jù)，存入到線文件（.wl）或點(diǎn)文件（.wt）中。主要過(guò)程包括掃描、校正、矢量化、屬性采集、質(zhì)量檢查等步驟。

1 圖件預(yù)處理

1.1 圖件掃描

掃描之前，首先對(duì)圖件進(jìn)行初步判斷，對(duì)于無(wú)法掃描或矢量化的圖件（包括超寬圖件、薄膜、照片等無(wú)法掃描或圖件無(wú)坐標(biāo)信息導(dǎo)致無(wú)法校正、無(wú)解譯信息導(dǎo)致無(wú)法矢量化的圖件）不予處理。對(duì)于滿足掃描條件的圖件，依照規(guī)定程序進(jìn)行掃描。掃描方法如下：①采用VIDAR SD XD大幅面掃描儀，通過(guò)“Nextimage”掃描軟件，手動(dòng)設(shè)定輸入尺寸、分辨率（300dpi）、輸出文件路徑。規(guī)范命名，掃描圖件保存為“檔案號(hào)+存放位置.jpg”格式，如“Y11-1-7.jpg”，其他參數(shù)保持默認(rèn)。②對(duì)于有漏洞、撕裂、折痕的圖件，需進(jìn)行修補(bǔ)、低溫隔層熨燙、清潔等前期處理工作，最大限度地減少掃描圖件的誤差。③掃描儀掃描圖件時(shí)，需手扶圖件下緣，直到掃描儀平穩(wěn)掃描完畢整幅圖件。④掃描完畢后，及時(shí)檢查掃描圖件是否信息完整，包括圖框內(nèi)解譯信息和圖件上的印章，若不完整，則重新掃描。檢查掃描圖件是否足夠清晰，若不夠清晰則需重新設(shè)定分辨率，重新掃描。⑤按照年份和項(xiàng)目名稱整理所有掃描文件到相應(yīng)的文件夾內(nèi)并按照規(guī)范命名，所有圖件作為掃描原圖使用。

圖件進(jìn)行矢量化之前應(yīng)根據(jù)具體圖件的情況進(jìn)行必要的前期處理，如掃描圖件有明顯傾斜時(shí)，應(yīng)將整幅圖件旋轉(zhuǎn)至水平；掃描圖件外邊界留有大幅空白或者邊緣雜亂時(shí)，應(yīng)裁剪有效區(qū)域等。

山東省水道-馮家幅信息成礦預(yù)測(cè)如圖1所示。

圖1 山東省水道-馮家幅信息成礦預(yù)測(cè)圖（1989年編制）

1.2 打印圖件

為了更清晰地對(duì)成果圖件進(jìn)行解讀和必要的坐標(biāo)演算，有必要將掃描圖件通過(guò)繪圖儀完整打印出來(lái)。打印前，將圖件用Photoshop打開(kāi)，查看其圖像大小，根據(jù)圖像的高度和寬度以選擇相應(yīng)尺寸的卷紙。為了有效利用紙張，一般選擇圖像的高度和寬度中最小的值；安裝好卷紙后，調(diào)整打印方向即可正確打印。為了提高打印效率，一般將同等規(guī)格大小的一批圖件一次打印完畢，更換紙張，再打印另一批同等規(guī)格大小的圖件。打印完畢之后將所有的圖件分別卷起，并在圖件邊緣標(biāo)注其檔案號(hào)。

1.3 圖框制作

首先，確定坐標(biāo)。在實(shí)際工作過(guò)程中，部分圖件沒(méi)有四角坐標(biāo)，部分圖件坐標(biāo)標(biāo)注有誤，因此在進(jìn)行地理坐標(biāo)配準(zhǔn)前必須查閱相關(guān)資料，或者進(jìn)行同名點(diǎn)推斷演算，保證圖件坐標(biāo)的正確性；根據(jù)比例尺和投影參數(shù)等信息在MapGis中按步驟和參數(shù)要求制作標(biāo)準(zhǔn)或非標(biāo)準(zhǔn)圖框；有些圖件圖框不規(guī)則且一套多幅圖件應(yīng)做相應(yīng)的外邊框，方便裁剪。首先按照“單點(diǎn)投影”方法繪制外邊框，將該外邊框與投影變換后的標(biāo)準(zhǔn)圖框做交集作為其固有圖框。

在MapGis“系列標(biāo)準(zhǔn)圖框”菜單中，按照所需要的比例尺填入所需參數(shù)即可生成標(biāo)準(zhǔn)圖框，如圖2所示。

在MapGis“繪制投影經(jīng)緯網(wǎng)”命令中，輸入起始經(jīng)緯度和間隔等參數(shù)，然后依次設(shè)置好“角度單位”和“投影參數(shù)”中的坐標(biāo)系類(lèi)型、橢球參數(shù)和坐標(biāo)單位、投影類(lèi)型、比例尺、投影中心點(diǎn)經(jīng)度等參數(shù)，選擇“繪經(jīng)緯網(wǎng)”或者“繪公里網(wǎng)”即可生成所需的非標(biāo)準(zhǔn)圖框，如圖3所示。圖框的命名方式為：“投影的縮寫(xiě)+比例尺_(dá)中央經(jīng)線”，如GS100W_105.WL。

圖2 生成標(biāo)準(zhǔn)圖框

圖3 生成非標(biāo)準(zhǔn)圖框

1.4 圖像校正

圖件校正一方面是糾正掃描后的圖形變形，另一方面是給柵格圖像賦以坐標(biāo)信息。一般情況下，標(biāo)準(zhǔn)分幅圖件控制點(diǎn)選擇方里網(wǎng)交點(diǎn)和邊界交點(diǎn)進(jìn)行校正；非標(biāo)準(zhǔn)分幅圖件采用幾何校正方法，MapGis軟件可以針對(duì)不同的圖件要求，輸入相應(yīng)的地圖投影參數(shù)來(lái)制作非標(biāo)準(zhǔn)圖框，然后將掃描圖件校正、配準(zhǔn)，從而套合到相應(yīng)的圖框中，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行矢量化。圖件校正后，按照規(guī)范命名保存，同時(shí)保存控制點(diǎn)文件。

2 圖件矢量化

2.1 創(chuàng)建環(huán)境

對(duì)圖件進(jìn)行矢量化之前，首先需進(jìn)行下述準(zhǔn)備工作：①建立工作目錄；②讀圖、分層；③新建工程文件，并導(dǎo)入圖框文件和msi校正后影像文件；④新建編輯圖層，并正確命名；⑤創(chuàng)建圖例板，類(lèi)似創(chuàng)建參數(shù)表；⑥關(guān)聯(lián)工程圖例，打開(kāi)圖例板；⑦制作接圖表。

2.2 矢量化要求

要求如下：①矢量化的內(nèi)容與底圖保持一致；②光柵面上的線條只能矢量化一次；③矢量化要求采點(diǎn)密度至少每1 mm兩個(gè)點(diǎn)，屏幕需放大到至少50倍進(jìn)行跟蹤，線跟蹤時(shí)，應(yīng)與原圖件的位置形狀吻合，在平滑處可適當(dāng)使采點(diǎn)密度稀疏，在彎曲處應(yīng)加密采點(diǎn)，確保跟蹤線的平滑過(guò)渡。

2.3 矢量化線跟蹤

首先選中將要輸入數(shù)據(jù)的層，將其設(shè)為當(dāng)前編輯狀態(tài)；在圖例板上選中要輸入的線型；移動(dòng)光標(biāo)，選擇需要跟蹤的矢量線段，使用鼠標(biāo)在屏幕上不斷點(diǎn)擊，就顯示出所跟蹤出來(lái)的線條。

當(dāng)一條線跟蹤完后，鼠標(biāo)右鍵終止一條線，此時(shí)可以開(kāi)始下一條線的跟蹤，CTRL+右鍵可以自動(dòng)封閉選定的一條線。

2.4 線拓?fù)溴e(cuò)誤檢查

矢量化完畢之后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行線拓?fù)溴e(cuò)誤檢查。針對(duì)常見(jiàn)的線段重疊、自相交、懸掛線段等錯(cuò)誤進(jìn)行檢查并修改。

2.5 矢量化點(diǎn)圖元

選中要矢量化的點(diǎn)文件，設(shè)為當(dāng)前編輯；在圖例板上選中要矢量化的點(diǎn)圖例；啟動(dòng)輸入相應(yīng)點(diǎn)的功能；在地圖窗口點(diǎn)擊鼠標(biāo)輸入點(diǎn)元素。

2.6 拓?fù)湓靺^(qū)

將線圖層中封閉的線要素轉(zhuǎn)成區(qū)要素存到區(qū)文件。操作步驟具體如下：①將線圖層狀態(tài)修改為當(dāng)前編輯；②單擊菜單欄“其他→線轉(zhuǎn)弧段”，系統(tǒng)自動(dòng)生成.wp區(qū)文件，在工程窗口右鍵“添加項(xiàng)目”加載該文件，并使其處于“當(dāng)前編輯”狀態(tài)；③單擊菜單“其他→區(qū)拓?fù)溴e(cuò)誤檢查”命令，如果有拓?fù)溴e(cuò)誤要反復(fù)修改，直到?jīng)]有錯(cuò)誤；④單擊“其他→拓?fù)渲亟ā泵睿到y(tǒng)會(huì)自動(dòng)為每個(gè)區(qū)填充不同的顏色，形成不同的區(qū)，根據(jù)圖例和經(jīng)驗(yàn)，選擇“區(qū)編輯→修改區(qū)參數(shù)”，來(lái)對(duì)所造的區(qū)規(guī)范賦顏色及賦圖案參數(shù)。

遙感解譯成果圖件矢量化成果示例如圖4所示。

3 屬性管理

屬性由屬性結(jié)構(gòu)和屬性數(shù)據(jù)兩部分內(nèi)容構(gòu)成。屬性結(jié)構(gòu)為屬性的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它描述實(shí)體的特性分類(lèi)，與相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)的表結(jié)構(gòu)、字段相當(dāng)，具有字段名、數(shù)據(jù)類(lèi)型、長(zhǎng)度或小數(shù)位數(shù)等特性。屬性數(shù)據(jù)，指的就是實(shí)體特征的描述，它與數(shù)據(jù)庫(kù)表中的數(shù)據(jù)記錄相當(dāng)。屬性結(jié)構(gòu)編輯如圖5所示。

圖4 遙感解譯成果圖件矢量化成果示例

圖5 屬性結(jié)構(gòu)編輯

首先，根據(jù)圖件專(zhuān)業(yè)內(nèi)容編輯屬性結(jié)構(gòu)名稱，設(shè)置字段類(lèi)型、字段長(zhǎng)度等參數(shù)。編輯好屬性結(jié)構(gòu)之后，根據(jù)圖面及圖例內(nèi)容對(duì)點(diǎn)、線、面文件進(jìn)行屬性采集。填充屬性值時(shí)有兩種方法，第一種是屬性采集，可通過(guò)直接輸入屬性值或者以注釋點(diǎn)文件賦為屬性，運(yùn)行l(wèi)abel點(diǎn)與區(qū)合并；第二種是屬性聯(lián)接，對(duì)于大批量屬性值，可以利用Mapgis能夠聯(lián)接的數(shù)據(jù)庫(kù)文件（如DBASE、Acess、Excel等）記錄相應(yīng)的屬性文件，然后選擇關(guān)鍵字段進(jìn)行屬性聯(lián)接。屬性值采集分類(lèi)如圖6所示。

圖6 屬性值采集分類(lèi)

4 制作快視圖

為了方便用戶快速瀏覽或查閱所需圖件的信息及數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理的需要，應(yīng)在矢量化完畢后，通過(guò)工程出圖，制作快視圖?？煲晥D包含圖名、圖例，規(guī)范快視圖名稱，命名規(guī)則為：

例如對(duì)Y126項(xiàng)目的1-13文件名進(jìn)行更改，更改后的文件名為Y126-1-13.MPJ或Y126-1-13_植被.MPJ。

5 元數(shù)據(jù)采集

元數(shù)據(jù)表是對(duì)整個(gè)成果圖件的信息記錄匯總，包括檔案號(hào)、圖幅號(hào)、圖件名、圖件編號(hào)、圖件類(lèi)型、圖件分類(lèi)、經(jīng)緯度值、比例尺、坐標(biāo)系、坐標(biāo)投影、坐標(biāo)投影參數(shù)、象元大小、編圖人、制圖單位、制圖日期、資料來(lái)源、圖件文件名、圖件文件夾名、快視圖名、采集時(shí)間、采集人員、備注等具體信息。

6 數(shù)據(jù)入庫(kù)

所有成果圖件需入“遙感解譯成果圖件數(shù)據(jù)庫(kù)”。首先將mapgis格式轉(zhuǎn)換為shapefile格式，然后對(duì)遙感解譯圖件成果數(shù)據(jù)以下列入庫(kù)模式入庫(kù)。

批量資料入庫(kù)：對(duì)于MapGis圖件成果進(jìn)行批量入庫(kù)，包括對(duì)Mapgis圖件文件、快視圖文件、元數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理。

MapGis圖庫(kù)管理：將MapGis圖庫(kù)文件（SlibClib）進(jìn)行入庫(kù)統(tǒng)一管理。

7 結(jié)語(yǔ)

遙感解譯成果紙質(zhì)圖件通過(guò)矢量化，形成了標(biāo)準(zhǔn)的地理信息產(chǎn)品，統(tǒng)稱為遙感解譯成果圖件信息服務(wù)產(chǎn)品。該產(chǎn)品具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式、屬性分類(lèi)和分層模式，由點(diǎn)、線、面空間圖層組成，不但保留了原圖件的整飾符號(hào)化特征，而且可以與專(zhuān)業(yè)信息要素疊加。遙感解譯成果圖件內(nèi)容豐富，根據(jù)自然資源部信息分類(lèi)編碼標(biāo)準(zhǔn)，成果圖件可分為十大類(lèi)：地質(zhì)遙感填圖、礦產(chǎn)資源遙感調(diào)查、區(qū)域國(guó)土資源遙感調(diào)查、城市遙感調(diào)查、工程地質(zhì)遙感調(diào)查、水文地質(zhì)遙感調(diào)查、地質(zhì)災(zāi)害遙感調(diào)查、環(huán)境生態(tài)遙感調(diào)查、土地資源遙感調(diào)查、海洋及海岸帶遙感調(diào)查。按照該分類(lèi)將遙感解譯成果信息產(chǎn)品存儲(chǔ)于遙感解譯成果數(shù)據(jù)庫(kù)，可以實(shí)現(xiàn)元數(shù)據(jù)、快視圖瀏覽、圖件查詢、要素分類(lèi)展示等功能，該系統(tǒng)目前不但存儲(chǔ)管理紙質(zhì)圖件矢量化成果1 500余幅，而且存儲(chǔ)了近年來(lái)航空物探遙感中心遙感項(xiàng)目中涉及山、水、林、田、湖、草等自然資源遙感調(diào)查矢量成果1 800余幅，具有重要的社會(huì)研究?jī)r(jià)值。目前該系統(tǒng)已為專(zhuān)業(yè)人員提供數(shù)據(jù)服務(wù)百余次，實(shí)現(xiàn)了遙感解譯成果數(shù)據(jù)的共享和服務(wù)，大大提高了遙感解譯成果數(shù)據(jù)的價(jià)值。

碎石山幅遙感地質(zhì)解譯如圖7所示。

圖7 碎石山幅遙感地質(zhì)解譯圖