栅格地图矢量化方法的分析与实现

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1、济南大学硕士学位论文1．1研究背景及意义1．1．1地理信息系统简介第一章绪论GIS是地理信息系统(GeographicalInformationSystem，简称为GIS)的简称，是以地理信息为基础能够对数据进行分析和表达的计算机支持系鲥1l。即将普通管理信息系统(MIS)与矢量图形系统结合在了一起，克服了普通MIS的局限性，大大提高了系统的直观性和可操作性，同时提供了普通MIS所不能解决的功能，如空间信息统计、空间信息计算、网络分析等。1．1．2矢量化的提出及意义地理信息系统对科学的决策和管理有深远意义。在当今社会中，不论是个人还是组织每天的活动涉及的

2、信息有70％90％是属于地理信息的内容，作为信息最主要表现形式的地图成了人们日常生活和工作的必备工具。可以说，地图是几个世纪以来最重要的空间信息表达的载体。近年来随着高科技的发展特别是基于计算机平台GIS的发展，地理信息系统得到日益广泛的应用。电子地图，载于各种媒体上的规模不等的空间数据库逐渐取代了传统地图的主导地位而成为地理信息在社会生活中表现和交流的主要形式，并逐步显示了其所具有的价值。然而对现有地图的输入至今仍然是建立地理信息系统的一个难点，地图数字化(矢量化)是地理信息系统数据采集的一种主要手段，现有的各种地图是非常珍贵的地理数据源，将地图上的静

3、态数据变成数据库中的数据首先必须数字化叫。1．1．3矢量化发展的两个阶段地图信息获取技术的策略和方法与输入方式密切相关。地图信息获取技术的研究先后围绕两种不同的输入方式展开，·因而也代表了数字化技术发展的两个阶段。(1)以手扶数字化仪为输入设备的数字化。数字化仪曾经是地图信息获取的重要输入设备，操作过程是通过手扶数字化仪沿着提取的地理要素逐点输入。根据数字化图形的不同以及跟踪速度和精度要求不同，l栅格地图矢量化方法的研究与实现数字化仪提供了时问方式、点方式、增量方式、栅格方式等记录方式[31，其中点方式最常用。具体方法是由操作人员手扶跟踪头，沿图形线的中

4、心位置移动，每按一下记录按钮，标示器所在点的卫y坐标就输送到计算机里。进而图形位置便以一串X、Y坐标，及按图示标号的性质赋予相应的属性编码来表示。这种传统方法的扰点是操作人员可以控制所采集的特征点，以此可以大大减少非特征点数据，具有简单易行、对工作条件不高、直接提供矢量格式数据等优点。但同时也应看到，这种人工矢量化作业强度大、速度慢、精度低，而且对操作员的制图经验有一定的要求。另外人工操作随意性较大，并且由于缺乏科学的检查手段．地图要素漏采的现象在所难免。使用手扶数字化仪的数字化方法在速度、精度等方面已远远不能适应对大星地形图进行数字化任务的要求，因而这

5、种方法如今已很少使用，取而代之的是以扫描仪为输入设备的数字化。(2)以扫描仪为输入设备的数字化。自从二十世纪八十年代以来，人们就开始致力于地图扫描数字化的研究和开发。扫描技术是一种并行获取图像信息的技术，用扫描仪将可视图像转换成数字图像(如BMP格式)。通过这种方便快捷的方式将地图扫摇输入计算机，并应用一些成熟的计算机技术、数字图像处理、模式识别和人工智能等技术实现自动、半自动的识别并跟踪需要获取的地理要素，由此完成地图的矢量化。近几年，许多扫描仪制造商相继推出了大至爿。幅面的扫描仪，与以前相比，一张地图需要分块输入、再拼接的问题已不存在了。同时计算机的

6、内存和运算速度也有了很大的改进，为地图扫描数字化技术的研究和实际作业创造了更有利的条件。这种数字化方法由计算机按一定的算法来自动跟踪扫描后的彩色地图要素，并按一定的间距记录跟踪点，晟后得到矢量数据。其作业过程具有简便、成本低的优点，并且可以大大减轻作业人员的劳动强度、提高采集数据的精度。因而在今后相当长的～段时间内，以纸质地图扫描图像为地理信息源的数字化问题仍将作为研究热点。因此本文将以纸质地图的扫描图像为研究对象对数字化问题进行深入讨论。济南大学硕士学位论文1．2地图矢量化技术概况1．2．1栅格图像和矢量图像格式在计算机中，图像格式各式各样，总体来说大

7、致有两种：一种是位映像图像，也就是前面所述的栅格图像，简称位图，例如BMP、PCX、TIFF、GIF等格式的图像。另一种是矢量图像，也称矢量图形，例如DXF、MIF、PLT、EPS等格式的图像。GIS系统软件一般同时支持以上两种图像格式。(1)栅格图像是指在空间和亮度上都已经离散化了的图像。栅格数据是以像素为单位描述图像，每个像素是栅格数据中最基本的信息存储单元，其位置可以用行号和列号确定。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，矩阵中的元素叫做像素。如果所有的像素有且仅有两个灰度级(黑和

8、自)，则称其为二值图像；否则称其为灰度图像或彩色图像。地图经扫描仪扫描后，初步保