二.柵格數(shù)據(jù)處理

1、影像配準及地圖數(shù)字化影像配準及地圖數(shù)字化地圖矢量化地圖矢量化屏幕跟蹤數(shù)字化過程屏幕跟蹤數(shù)字化過程影像配準影像配準主要內(nèi)容主要內(nèi)容地圖矢量化 數(shù)字化可分為手扶跟蹤數(shù)字化和掃描數(shù)字化 對于柵格數(shù)據(jù)的獲取，GIS 主要涉及使用掃描儀等設(shè)備對圖件的掃描數(shù)字化， 這部分的功能也較簡單。因為通過掃描獲取的數(shù)據(jù)是標準格式的圖像文件，大多 可直接進入 GIS 的地理數(shù)據(jù)庫。 從遙感影像上直接提取專題信息，需要使用幾何糾正、光譜糾正、影像增強、 圖像變換、結(jié)構(gòu)信息提取、影像分類等技術(shù)，主要屬于遙感圖像處理的內(nèi)容。 因此，以下主要介紹 GIS 中矢量數(shù)據(jù)的采集。 手扶跟蹤數(shù)字化手扶跟蹤數(shù)字化 通過數(shù)字化儀獲取是一

2、種最普通的傳統(tǒng)方法 是單調(diào)而細致的工作數(shù)字化儀工作原理數(shù)字化儀工作原理操作人員在數(shù)字化儀上點擊一點或跟蹤一條線段y = 10 x = 5坐標被存入到GIS數(shù)據(jù)庫中屏幕跟蹤數(shù)字化過程 1. 配準影像 2. 新建要素類 3. 在ArcMap中加載已配準的影像和新建的圖層（要素類） 4. 在ArcMap中使用“編輯器”，分層提取要素（對于二值化掃描地圖，可使用ArcScan模塊進行半自動化的屏幕跟蹤數(shù)字化）影像配準 柵格數(shù)據(jù)通常是通過掃描紙質(zhì)地圖或采集航空及衛(wèi)星照片獲得 。 通過掃描獲取的影像不包含定義其地理空間位置所需的信息。而航空及衛(wèi)星照片所使用的坐標系統(tǒng)是相對于通用GIS平臺軟件所使用的坐標系

3、統(tǒng)是獨立的。 為了能夠?qū)⑦@些影像數(shù)據(jù)與其它的數(shù)據(jù)集成，以便進行分析， 就必須對其進行處理：用戶需要事先將這些數(shù)據(jù)校準（配準）到一個指定的地圖坐標系掃描地圖的誤差來源掃描地圖的誤差來源GIS中數(shù)據(jù)的來源主要是對地圖圖紙的數(shù)字化,掃描數(shù)字化過程中引起的誤差主要決定于 要素對象 軟件處理技術(shù) 掃描儀 掃描要素對象掃描要素對象要素本身的寬度、復(fù)雜程度、粘連以及圖面的整潔和清晰程度都對掃描數(shù)字化誤差有一定的影響。例如,線條的粘連,結(jié)合處易出現(xiàn)較大的誤差;線條發(fā)虛,會得到多個實體;圖面不整潔引入了噪聲,易引起軟件誤判;線條不光滑,易出現(xiàn)毛刺等。 軟件處理技術(shù)軟件處理技術(shù)在掃描數(shù)字化過程中,三個主要參數(shù):分

4、辨率、門檻值(灰度值或?qū)Ρ榷戎?和濾波值的確定將對掃描圖的質(zhì)量產(chǎn)生重大的影響;而圖像處理、幾何校正和矢量化等后處理技術(shù),其功能的強弱、模型的優(yōu)化將直接影響掃描數(shù)字化的精度。如采用合適的校正模型(仿射變換、雙線形變換、多項式變換等)、定向點的自動對中、采樣點的自動對中等,將有效的提高掃描數(shù)字化的精度。 掃描儀掃描儀在掃描過程中,由于使用CCD掃描儀,會引入一些誤差。主要包含有:掃描儀的分辨率;光學(xué)誤差;電信號傳輸過程中造成的輻射誤差;沿導(dǎo)軌掃描過程中,由于機械運動、速度不均或其它原因所造成的直線性誤差;線陣方向與掃描方向不垂直所引起的CCD線陣的直線性誤差;外界因素影響產(chǎn)生的誤差;隨機性誤差等等

5、。所有以上這些掃描的誤差引起的幾何變形,可看成平移、旋轉(zhuǎn)、縮放、仿射、彎曲以及各種更高變形的綜合作用結(jié)果。在實際操作過程中,很難對這些誤差一一進行變形改正,只能綜合考慮它們的影響,綜合校正。 輸入到計算機中的圖形，實際上都是通過其位置坐標(x,y)來表示，因此校正過程實質(zhì)上是找一種數(shù)學(xué)關(guān)系(或函數(shù)關(guān)系)，描述變換前圖形坐標(x,y)與變換后圖形坐標(x,y)之間的換算，其數(shù)學(xué)關(guān)系一般描述為 x=f1(x,y) y=f2(x,y)名詞：名詞：Georeference 地理配準：是為了使得影像數(shù)據(jù)可以和GIS矢量數(shù)據(jù)集成在一起，而為影像數(shù)據(jù)指定一個參考坐標系的過程。 將掃描地圖配準到坐標系下影像配

6、準的步驟影像配準的步驟（RegisterRectify）校準柵格數(shù)據(jù) （選擇控制點）坐標變換 （求解二元多項式n次方程）檢查均方差（計算控制點誤差）重采樣矯正（Rectify）：生成新的影像文件 （三種重采樣算法）校準柵格數(shù)據(jù)校準柵格數(shù)據(jù) 通常,你會將柵格數(shù)據(jù)校準到已經(jīng)存在具有坐標信息的空間數(shù)據(jù) （矢量數(shù)據(jù)） 。首先假定矢量化數(shù)據(jù)中的一些空間要素 (目標數(shù)據(jù))也同時存在于要進行配準的柵格圖像上 比如： 街道、建筑物、河流. 地理配準的基本過程是在柵格圖像中選取一定數(shù)據(jù)的控制點，將它們的坐標指定為矢量數(shù)據(jù)中對應(yīng)點的坐標（在空間數(shù)據(jù)中，這些點的坐標是已知的，坐標系統(tǒng)為地圖坐標系）控制點控制點 在配

7、準中我們需要知道一些特殊點的坐標，即控制點。 控制點可以是經(jīng)緯 線網(wǎng)格的交點、公里網(wǎng)格的交點或者一些典型地物的坐標。 我們可以從 圖中均勻的取幾個點。如果我們知道這些點在我們矢量坐標系內(nèi)坐標， 則直接輸入控制點的坐標值，如果不知道它們的坐標，則可以采用間接方法獲取從矢量數(shù)據(jù)中選取。 選取控制點選取控制點 控制點的數(shù)目取決于 你打算使用哪一種數(shù)學(xué)方法來實現(xiàn)坐標轉(zhuǎn)換. 但是，過多的控制點并不一定能夠保證高精度的配準 。要盡可能使控制點均勻分布于整個格格圖像，而不是只在圖像的某個較小區(qū)域 選擇控制點。 通常,先在圖像的四個角選擇4個控制點，然后在中間的位置有規(guī)律地選擇一些控制點能得到較好的效果 地形

8、圖中，讀取控制點的坐標，圖中紅色控制點的坐標為（564000,2776000），單位：米 輸入控制點坐標坐標變換 一旦你選取了足夠的控制點, 你就可以將柵格數(shù)據(jù)變換（或轉(zhuǎn)換）到地圖坐標系統(tǒng)下. 轉(zhuǎn)換(Transformation) 運用一種數(shù)學(xué)變換方法來重新確定柵格數(shù)據(jù)中每個像元的灰度值。 一次多項式：仿射（affine）變換可以將柵格數(shù)據(jù)平移, 縮放, 及旋轉(zhuǎn). 柵格圖像中的一條直線變換后然后為直線。 矩形和正方形變換后為平行四邊形檢查均方差(RMS) 坐標轉(zhuǎn)換的準確程度可以通過比較某一點在地圖中的實際坐標與根據(jù)變換公式得到的坐標來判斷。 這兩個點之間的距離之差稱為殘差(residual error). 通過計算均方差(RMS)獲取控制點總誤差。 均方差(RMS) 的大小描述了變換公式在不同控制點間的一致性。 可以將殘差特別大控制點刪除，然后添加新的控制點。 RMS 比較小時，說明控制點的選取是比較準確的，但也要注意有可能存在殘差非常大的控制點，但由于其它控制點是很精確的，所以總的RMS誤差比較小的情況。矯正柵格數(shù)據(jù)-重采樣 你可能會認為一旦實現(xiàn)了柵格數(shù)據(jù)到地圖坐標變換之后，每一個像元都被轉(zhuǎn)換到了新的地圖坐標。事實并非如此。在