基于arcgis的扫描地形图纠正方法研究

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1、基于ArcGIS的扫描地形图纠正方法研究：在扫描地形图过程中不可避免的会产生误差，这些误差使图像发生变形，对地图数字化影响极大。为了使数据满足实际应用要求，必须进行纠正。利用ArcGIS软件，采用二次多项式拟合方法对地形图纠正，不仅实现了扫描图件的图像坐标到地图直角坐标的变换，还很好的削弱了数字化误差带来的影响，提高了图形位置精度和表达质量。　　关键词：ArcGIS纠正配准误差　　　　引言　　扫描数字化是我国制作基本比例尺数字地形图的主要方式之一。所谓扫描数字化，就是先用扫描仪对地图扫描得到栅格数字图像，然借助矢量化软件进行处理，得到数字化信息的过程。这种数

2、字化方式具有速度快、自动化程度高，劳动强度低、适于大规模生产、易于检查等优点[1]。但在地图数字化过程中，不可避免地会产生数据误差[2]。扫描数字化成图过程中产生的误差有很多，如地图纸张变形所产生的误差;图纸扫描过程中产生的误差；图纸矢量化误差，图形输出误差等，但误差的主要是扫描仪误差和图纸变形误差，其总的影响可归结为旋转、平移、缩放、放射、弯曲以及各种扭曲变形的综合作用结果。在实际操作过程中，很难对这些误差一一进行变形改正，只能综合考虑它们的影响，综合纠正。　　1、地形图纠正模型　　1.1地形图纠正　　由于各种误差的存在，使地图各要素的数字化数据转换成图形

3、时不能套合，使不同时间数字化的成果不能精确联结，使相邻图幅不能拼接，因此，在完成矢量化之前，必须对数字化的地图数据进行编辑处理和数据校正，消除输入图形的变形，这样才能使数据满足实际要求，进行应用[3]。除此之外未经处理的扫描图像只具有依赖于仪器设备的物理坐标（如数字化坐标、屏幕坐标、扫描仪坐标），而不具有用户坐标（用户进行空间分析时所需要的，能够正确说明地理对象空间位置、空间距离等性质的坐标，如地理经纬度坐标、地图直角坐标）[4]，给扫描地形图的使用带来了很大的不便，所以，必须对扫描后的图像进行处理使之具有用户坐标。地形图纠正就是对扫描图像进行校正、配准，削

4、弱图像变形并使之具有用户坐标的过程。　　1.2纠正模型的选择　　纠正地图变形的模型有很多，多项式校正模型在实践中使用的最多。但不同阶数的多项式，适用于不同的变形校正。一次多项式变换，即仿射变换是一种比较简单的一次变换，在进行直线变换和平行线变换时效果相当好，但不同方向上的长度比发生变化，适用于旋转、平移、缩放引起的变形。二次变换和高次变换的实质是：制图资料上的直线经变换后可能为二次曲线或高次曲线，适用于原图有非线性变形的情况，如扭曲变形[5]。　　扫描地图变形包括扫描变形和图纸变形，但目前多采用聚酯薄膜图纸，图纸变形相对较小，扫描变形是主要的。扫描变形中，使

5、点位产生误差的主要原因是缩放和各种扭曲变形，并且扭曲变形对点位产生的影响较大，因此采用一次多项式的线性变换是不适宜的，应当采用二次以上的非线性多项式变换[1]。　　多项式公式：　　X=a0a1xa2ya11x2a12xya22y2A　　Y=b0b1xb2yb11y2b12xyb22y2B　　式中（X，Y）和（x，y）分别表示纠正后的像点坐标和纠正前扫描影像的像点坐标。此数学关系式表示一次、二次及更高次的多项式变换。多项式阶数越高，需要选取的控制点数量越多。但在实际操作中一般选用低阶多项式模型纠正而不用高次多项式进行变换，因为当方程次数增高时，控制点外的其他位

6、置点将按照曲面拟合路径进行变换，而图形输入过程中产生的误差很少满足这种关系，控制点外其他点的误差反而会增大，离控制点越远，误差越大。[6]　　2、地形图纠正过程　　本文利用ArcGIS中的Georeferencing工具结合地形图公里X采用二次多项式拟合方法来完成栅格图像的纠正。采用的地形图数据为：图幅号11-45-16，比例尺1：10万，1954北京坐标系，投影方式高斯-克吕格6度分带。　　利用ArcGIS进行地形图纠正的过程如下：　　①加载数据和图像配准工具　　打开ArcMap，添加“Georeferencing”工具栏。把需要进行配准的影像——11.4

7、5.16.tif增加到ArcMap中，“Georeferencing”工具栏中的工具被激活，如图1。　　②添加控制点　　控制点采样的精确度和分布的科学度直接影响图像纠正效果的好坏。因此，在控制点采集时，要十分重视其精确度及其分布的有效性与均匀性，而且数量要足够。对于不同的拟合方式需要的控制点数目不同，二次多项式拟合一般需要6~19个控制点。经过反复实验，找出实验结果相对较好，控制点数量不是特别大的情况，最终实验选择的控制点数为17个。控制点是直接读取的地形图公里格X交点。　　使用“AddControlPoints”按钮在扫描图上精确到找一个控制点点击，然后鼠

8、标右击输入该点实际的坐标位置。如图1，图中黑色十字显