數(shù)字電子地圖制作流程和原理

1、數(shù)字電子地圖整理原理和流程數(shù)字電子地圖整理版本 1.0 13 / 13修訂歷史記錄日期版本說(shuō)明整理日/月/年x.x詳細(xì)信息<姓名>23/12/200210CXD目錄1.引言42.原理42.1地圖的基本特征42.2地理坐標(biāo)42.3地圖投影與坐標(biāo)系選擇42.4地圖空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)42.5電子地圖的概念43.電子地圖整理要求的軟硬件環(huán)境53.1硬件環(huán)境53.2軟件要求54.電子地圖整理一般流程54.1圖像幾何矯正54.2數(shù)字化地圖54.3地圖數(shù)據(jù)拓?fù)涮幚?4.4數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換（CoverageàShapefile）84.5數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換（ShapefileàTAB）84.6地圖配色處

2、理94.7添加地圖標(biāo)注114.8使用GPS控制點(diǎn)對(duì)地圖進(jìn)行驗(yàn)證114.9對(duì)地圖進(jìn)行重新矯正135.電子地圖整理總結(jié)13數(shù)字電子地圖整理1. 引言數(shù)字電子地圖的整理可以有幾種方式實(shí)現(xiàn)，比如：可以從航空相片上采集地面信息，一般來(lái)說(shuō)通過(guò)從航空相片上直接采集地面信息，相對(duì)來(lái)說(shuō)精度比較高，覆蓋面也比較廣，整理出的地圖比較規(guī)范，但是整理費(fèi)用非常昂貴，一次航飛所需要的費(fèi)用接近幾百萬(wàn)，這對(duì)于小型單位是難以承受的，也是不必要的。成都市旅游地圖概括的內(nèi)容比較詳細(xì)，但精度較低，二環(huán)路以?xún)?nèi)道路的精度還可以，二環(huán)路以外，精度達(dá)不到要求，因?yàn)槌啥际械貓D更新的速度，根本趕不上成都市道路建設(shè)的步伐，所以一般通過(guò)旅游地圖整理出

3、的電子地圖都存在二環(huán)路以外有偏差的問(wèn)題，對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，要想很好的解決，需要針對(duì)具體偏差地區(qū)，多采集控制點(diǎn)，來(lái)對(duì)地圖做多點(diǎn)矯正，矯正時(shí)可能要分區(qū)和分塊處理，以使局部不產(chǎn)生扭曲和變形。2. 原理顧名思義，數(shù)字電子地圖就是通過(guò)數(shù)字化的方法，把城市地理信息以計(jì)算機(jī)可識(shí)別的格式存儲(chǔ)起來(lái)，并能以連續(xù)地圖的形式呈現(xiàn)出來(lái)，其實(shí)它就是一個(gè)小型的城市地理數(shù)據(jù)庫(kù)。2.1 地圖的基本特征地圖的基本特征是：遵循一定的數(shù)學(xué)法則，具有完整的符號(hào)系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)地圖概括，是地理信息的載體。2.2 地理坐標(biāo)地理坐標(biāo)，就是用經(jīng)緯度表示地面點(diǎn)位的球面坐標(biāo)。對(duì)于地理坐標(biāo)系統(tǒng)中的經(jīng)緯度有三種提法：天文經(jīng)緯度、大地經(jīng)緯度和地心經(jīng)緯度。在地圖學(xué)

4、中常以大地經(jīng)緯度來(lái)定義地理坐標(biāo)。地面上任意點(diǎn)的位置，可用大地經(jīng)度、大地緯度和大地高表示。大地經(jīng)度，向東0°-180°為東經(jīng)，向西0°-180°為西經(jīng)。大地緯度，由赤道向南北倆級(jí)量度，向北0°-90°為北緯，向南0°-90°為南緯。2.3 地圖投影與坐標(biāo)系選擇地圖投影，就是按照一定數(shù)學(xué)法則，將地球橢球面上的經(jīng)緯網(wǎng)轉(zhuǎn)換到平面上，使地面點(diǎn)位的地理坐標(biāo)與地圖上相對(duì)應(yīng)的點(diǎn)位的平面直角坐標(biāo)間，建立起一一對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系。在編制地圖過(guò)程中，對(duì)新編地圖投影的選擇與設(shè)計(jì)至關(guān)重要，它將直接影響地圖的精度和使用價(jià)值。本次地圖整理主要采用了

5、橫軸墨卡托投影，它通常是按6°或3°分帶投影 ，經(jīng)線和緯線成正交關(guān)系，該投影無(wú)角度變形。其中1：1萬(wàn)比例尺的地形圖采用按經(jīng)差3°分帶，1：2.5萬(wàn)-1：50萬(wàn)比例尺地形圖采用經(jīng)差6°分帶。在6°分帶中，從東經(jīng)到西經(jīng)一共分為60個(gè)投影帶。由于我國(guó)疆域均在北半球，X值皆為正值。為避免Y值出現(xiàn)負(fù)值，還規(guī)定各投影帶的坐標(biāo)縱軸均西移500KM，中央經(jīng)線上原橫坐標(biāo)值由0變?yōu)?00KM，在整個(gè)投影帶內(nèi)Y值就不會(huì)出現(xiàn)負(fù)值了。坐標(biāo)系可以明確地圖對(duì)象的空間定位坐標(biāo)，它包括一組參數(shù)，如坐標(biāo)系名稱(chēng)、投影類(lèi)型、基準(zhǔn)面、坐標(biāo)單位、原點(diǎn)坐標(biāo)、方位角、比例系數(shù)等。2.4 地圖

6、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)空間圖形數(shù)據(jù)的基本要素為點(diǎn)、線、面和體，表達(dá)地圖要素的圖形都可以看作是點(diǎn)的集合。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，就是基本要素點(diǎn)、線、面和體之間具有鄰接、關(guān)聯(lián)和包含的拓?fù)潢P(guān)系。這種關(guān)系從總體上面反映了空間實(shí)體間的結(jié)構(gòu)關(guān)系，對(duì)地圖信息的數(shù)據(jù)處理和空間分析有重要意義。2.5 電子地圖的概念 電子地圖，也稱(chēng)為數(shù)字地圖，是地圖整理和應(yīng)用的一個(gè)系統(tǒng)，是一種數(shù)字化的地圖。電子地圖大多連著屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，能做查詢(xún)和分析。3. 電子地圖整理要求的軟硬件環(huán)境3.1 硬件環(huán)境 一般需要配置奔及以上品牌或兼容機(jī)型，RAM：128MB以上，Disk Space：10GB以上。3.2 軟件要求 在電子地圖整理過(guò)程中，需要使用到的軟件主

7、要有：AutoCAD R14 、 MapInfo 6.5 、 ArcInfo 、 PhotoShop 5.0及以上、ErDas Imagine 8.2及以上.4. 電子地圖整理一般流程4.1 圖像幾何矯正 首先拿到一張經(jīng)過(guò)了掃描的柵格地圖，裁剪地圖使地圖范圍達(dá)到成圖要求，根據(jù)已經(jīng)獲得的控制點(diǎn)的坐標(biāo)（平面直角坐標(biāo)系），在ErDas Imagine中對(duì)柵格圖像進(jìn)行幾何矯正。1）、選取數(shù)據(jù)預(yù)處理按鈕（Data Preparation）,選擇幾何矯正（geometry rectification）按鈕，選擇鍵盤(pán)輸入（Only KeyBoard）選項(xiàng)，在要矯正地圖上選擇明顯地物特征點(diǎn)（如水系交叉口，道路

8、交叉口等）輸入在這些明顯地物特征點(diǎn)的地理坐標(biāo)（注：X軸去掉帶號(hào)），例如在成都地圖中：圖1.成都地圖的矯正控制點(diǎn)參數(shù)信息 采集15個(gè)控制點(diǎn)的依據(jù)是根據(jù)你所選用的矯正系數(shù)，矯正系數(shù)要滿(mǎn)足這個(gè)方程 (n+2)(n+1)/2,其中n等于4。在矯正過(guò)程中，參數(shù)的設(shè)置主要包括投影坐標(biāo)系，矯正方法等一系列的設(shè)置（由于本機(jī)硬盤(pán)空間所限，ErDas Imagine已經(jīng)被我卸載掉，具體的操作流程無(wú)法更詳細(xì)的用截圖的形式表現(xiàn)出來(lái)）。4.2 數(shù)字化地圖 對(duì)于一幅效果比較好的電子地圖來(lái)說(shuō)，所需要的數(shù)字化信息要包括雙線道路、單線道路、居民小區(qū)、市政設(shè)施、基礎(chǔ)信息等，其中道路按照級(jí)別可以分為主要道路、一般道路、普通道路，市

9、政設(shè)施包括公園、游樂(lè)園、隧道、鐵路和橋梁等，基礎(chǔ)信息包括河流，其它信息都用居民小區(qū)來(lái)表示。 在數(shù)字化過(guò)程之前，首先要做的是把矯正出的柵格圖像插入CAD中，根據(jù)矯正柵格的坐標(biāo)范圍，在CAD中畫(huà)一矩形框，其左下角坐標(biāo)和右上角坐標(biāo)即為圖像插入的范圍界限，根據(jù)這一界限插入柵格圖像。這些數(shù)字化信息，在AutoCAD中，以分層的形式分別進(jìn)行數(shù)字化，其中面狀地物的屬性信息是通過(guò)在其中加入POINT點(diǎn)的形式設(shè)定的，因?yàn)樵贕IS數(shù)據(jù)處理中，對(duì)于面狀地物的屬性標(biāo)注是通過(guò)在其中任意位置的標(biāo)注點(diǎn)來(lái)標(biāo)示的。以下是CAD中具體操作界面： 圖2 當(dāng)按照這種方式對(duì)圖像進(jìn)行了數(shù)字化后，點(diǎn)擊文件菜單下，輸出按鈕，輸出DXF格式文

10、件。圖34.3 地圖數(shù)據(jù)拓?fù)涮幚?(AutoCADR14)DXF文件是進(jìn)行處理的主要的文件格式,當(dāng)獲得了DXF文件后，就可以對(duì)它進(jìn)行處理了。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，采用的是ArcInfo軟件的WorkStation部分，這是個(gè)數(shù)據(jù)GIS平臺(tái)，它涵蓋了ARCINFO中所有的功能。首先啟動(dòng)ARC，創(chuàng)建工作區(qū)間，然后把DXF文件拷貝到這個(gè)工作區(qū)間內(nèi)，運(yùn)行DXFARC命令，這樣DXF文件就轉(zhuǎn)換成了COVERAGE文件，轉(zhuǎn)移到ArcEdit模塊內(nèi)，選擇轉(zhuǎn)換來(lái)的COVERAGE文件，進(jìn)行拓?fù)涮幚恚褜傩晕募c矢量文件連接起來(lái)，退出ArcEdit模塊，在Arc模塊內(nèi)對(duì)矢量數(shù)據(jù)單獨(dú)進(jìn)行拓?fù)涮幚?，退出，保存。圖4圖4是

11、在Workstation中進(jìn)行處理的過(guò)程，其中1-5步分別為：1 創(chuàng)建工作區(qū)間2 把工作區(qū)間轉(zhuǎn)移到新創(chuàng)建的工作區(qū)間中。3 轉(zhuǎn)換DXF文件為COVERAGE。4 取得默認(rèn)參數(shù)$rest。5 選擇Y，對(duì)其它圖層數(shù)據(jù)同樣對(duì)待處理。6 對(duì)COVERAGE文件中的點(diǎn)進(jìn)行拓?fù)涮幚怼? 把COVERAGE文件的特征屬性表和DXF文件的圖層屬性連接起來(lái)。8 對(duì)COVERAGE文件進(jìn)行多邊形拓?fù)涮幚怼?.4 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換（CoverageàShapefile）對(duì)于得到的COVERAGE文件，選擇其中的POLYGON格式文件，加入到ArcMap中，點(diǎn)擊右鍵選擇輸出數(shù)據(jù)（Shapefile）（如圖5所示）。圖

12、5圖5中,1表示選擇輸出數(shù)據(jù)，2表示保存到磁盤(pán)中，文件格式為Shapefile.4.5 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換（ShapefileàTAB）當(dāng)?shù)玫搅薙hapefile文件之后，就可以在MapInfo中進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換了，在MapInfo中，在工具菜單下提供了一個(gè)通用轉(zhuǎn)換器的工具，這個(gè)工具主要是實(shí)現(xiàn)文件格式之間相互轉(zhuǎn)換的功能。在這里還可以定義投影坐標(biāo)系。其中，在這里的工作步驟（如圖6）為：1 選擇通用轉(zhuǎn)換器工具。2 彈出通用轉(zhuǎn)換器對(duì)話框。3 選擇準(zhǔn)備轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)文件格式（Shapefile）。4 選擇磁盤(pán)中要轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)文件。5 對(duì)要轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)文件進(jìn)行投影變換。6 選擇UNIVERSAL TRANSVERS

13、E MERCATOR(WGS 84)類(lèi)別。7 選擇UTM 48 Zone,Northern Hemisphere(WGS 84)類(lèi)別項(xiàng)。8 選擇目標(biāo)文件格式（TAB）。9 選擇磁盤(pán)中要保存的位置，點(diǎn)擊確定按鈕，完成Shapefile文件到TAB文件的轉(zhuǎn)換操作。圖6圖74.6 地圖配色處理在圖7中，是把轉(zhuǎn)換過(guò)來(lái)的TAB文件，全部加入MapInfo中來(lái)，右鍵點(diǎn)擊彈出圖層控制對(duì)話框，在這個(gè)對(duì)話框中，選擇1按鈕，這個(gè)按鈕是用來(lái)控制圖層是否處于可編輯狀態(tài)，選擇它就表示這個(gè)圖層處于可編輯狀態(tài)。圖8當(dāng)選擇了某個(gè)可編輯的圖層后，就可以選擇查詢(xún)菜單中的選擇選項(xiàng)，彈出對(duì)話框1，在對(duì)話框1中，選擇要查詢(xún)的表名稱(chēng)，點(diǎn)

14、擊輔助（2）按鈕，彈出輸入查詢(xún)表達(dá)式對(duì)話框，輸入要查詢(xún)的表達(dá)式，點(diǎn)擊確定按鈕。圖9圖9中是對(duì)前面選擇的圖層某部分進(jìn)行局部配色的過(guò)程示意圖。其中：1 在MapInfo選項(xiàng)菜單下的區(qū)域樣式選項(xiàng)被選擇之后彈出的顏色配置對(duì)話框。2 選擇要填充的配色圖案。3 選擇自定義的配色方案。4 根據(jù)R、G、B三元色，對(duì)面狀區(qū)域進(jìn)行配色的對(duì)話框。4.7 添加地圖標(biāo)注添加地圖地圖標(biāo)注，首先要為標(biāo)注創(chuàng)建標(biāo)注圖層，這些圖層就是用來(lái)存儲(chǔ)標(biāo)注變量的。圖10圖10中，首先選取2，設(shè)置標(biāo)注文本樣式，然后就可以選擇1，進(jìn)行添加標(biāo)注了。4.8 使用GPS控制點(diǎn)對(duì)地圖進(jìn)行驗(yàn)證由于GPS控制點(diǎn)是以度分秒形式表示的球面坐標(biāo)。在MapInf

15、o中默認(rèn)的坐標(biāo)形式地理直角坐標(biāo)。首先要把地理坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為以球面度分秒形式表示。如圖11所示：圖11在圖11中：1 選擇MapInfo菜單中“地圖”。2 選擇“地圖”菜單中的“選項(xiàng)”。3 彈出對(duì)話框，此對(duì)話框主要是用來(lái)修改地圖顯示單位的，把狀態(tài)條中顯示組合框內(nèi)的“視野”改為“光標(biāo)位置”。4 把顯示坐標(biāo)組合框內(nèi)的“十進(jìn)制度數(shù)”改為“度分秒”。5 在地圖單位內(nèi)，把“坐標(biāo)單位”由“米”改為“度”。6 若需要重新定義投影，可點(diǎn)擊6按鈕，否則，不用改變。當(dāng)定義好地圖顯示方式后，就可以根據(jù)GPS點(diǎn)位信息，查看地圖是否坐標(biāo)正確。如何查看點(diǎn)位信息如圖12所示。圖12在圖12中，1 表示一個(gè)已知GPS點(diǎn)，其坐標(biāo)為參

16、照坐標(biāo)。2 在狀態(tài)欄中顯示了已知GPS點(diǎn)在本圖上的實(shí)際坐標(biāo)（X，Y）。注：當(dāng)把狀態(tài)欄中的實(shí)際坐標(biāo)和參照坐標(biāo)相比較時(shí)，若產(chǎn)生偏差很大，則說(shuō)明地圖未矯正正確，需要重新矯正；若產(chǎn)生偏差很小，則說(shuō)明地圖矯正正確。4.9 對(duì)地圖進(jìn)行重新矯正當(dāng)?shù)貓D未完全達(dá)到要求時(shí)，即坐標(biāo)未達(dá)到要求時(shí)，普遍采用的方式是，把GPS控制點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為地理坐標(biāo)形式，然后根據(jù)這個(gè)控制點(diǎn)坐標(biāo)在AutoCAD中對(duì)地圖做矯正，只需要對(duì)矢量數(shù)據(jù)移動(dòng)，就可以達(dá)到矯正要求。但是這種方式畢竟精度相對(duì)較低，若要求精度很高，則需要在圖像處理軟件中，把矢量數(shù)據(jù)重新矯正到柵格圖像上，具體的操作流程屬于圖像處理范圍，由于本人機(jī)子硬盤(pán)空間不夠，所裝的圖像處理軟件已經(jīng)被我卸載，所以操作插圖在這里就不能附上。5. 電子地圖整理總結(jié)當(dāng)今時(shí)代屬于信息化時(shí)代，人民生產(chǎn)生活的一切活動(dòng)都離不開(kāi)信息，信息服務(wù)相應(yīng)就被提到很高的要求上來(lái)，GPS汽車(chē)導(dǎo)航與防盜，就是針對(duì)這一迫切要求被提到議事日程上來(lái)的。電子地圖為GPS汽車(chē)導(dǎo)航和防盜提供了可視化的平臺(tái)界面，電子地圖整理的好壞直接影響到GPS定位的精確度和用戶(hù)的每日心情，同時(shí)也勢(shì)必要影響到開(kāi)發(fā)公司的銷(xiāo)售情況，有效的組織和管理電子地圖的整理流程勢(shì)必就顯得格外重要。首先，對(duì)于大批量生產(chǎn)電子