測(cè)繪工程-04地形圖數(shù)字化

1、地形圖數(shù)字化第四章9/20/20221測(cè)繪工程教研室 數(shù)字地形圖除采用地面數(shù)字測(cè)圖方法外，也可采用地形圖數(shù)字化方法。 采用常規(guī)測(cè)圖方法測(cè)繪的圖解地形圖通過地形圖數(shù)字化，可轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能存儲(chǔ)和處理的數(shù)字地形圖，但其地形要素的位置精度不會(huì)高于原地形圖的精度。 地形圖數(shù)字化方法按采用的數(shù)字化儀不同分為： 手扶跟蹤數(shù)字化 掃描屏幕數(shù)字化 9/20/20222測(cè)繪工程教研室 手扶跟蹤數(shù)字化利用跟蹤數(shù)字化儀，將圖解地形圖直接轉(zhuǎn)換成矢量格式的數(shù)字地形圖。 地形圖掃描屏幕數(shù)字化是利用掃描儀將地形圖掃描，得到柵格數(shù)據(jù)形式的數(shù)字圖像，其標(biāo)準(zhǔn)文件格式有PCX、GIF、TIFF、BMP等；在柵格數(shù)據(jù)處理后，然后再采用

2、人機(jī)交互與自動(dòng)跟蹤相結(jié)合的方法完成地形圖的矢量化。 地形圖掃描屏幕數(shù)字化的作業(yè)效率要高于手扶跟蹤數(shù)字化。9/20/20223測(cè)繪工程教研室數(shù)字化儀示意圖9/20/20224測(cè)繪工程教研室9/20/20225測(cè)繪工程教研室9/20/20226測(cè)繪工程教研室9/20/20227測(cè)繪工程教研室9/20/20228測(cè)繪工程教研室當(dāng)使用數(shù)字化儀對(duì)地圖進(jìn)行數(shù)字化時(shí)，數(shù)字化儀所發(fā)送的坐標(biāo)數(shù)據(jù)是數(shù)字化儀坐標(biāo)系的坐標(biāo)，與地圖坐標(biāo)系不一致，因此必須把數(shù)字化儀坐標(biāo)系的坐標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成地圖坐標(biāo)系的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。地形圖定位就是求出兩個(gè)坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)，同時(shí)還要能有效地克服圖紙的變形誤差，以提高數(shù)字化的精度，因此變換模型的

3、選擇很重要。 線性正形變換 仿射變換4.1 地形圖定位9/20/20229測(cè)繪工程教研室4.1.1 線性正形變換 設(shè)XOY為地圖坐標(biāo)系，xoy為數(shù)字化儀坐標(biāo)系，兩坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸之間的夾角為。地圖西南角圖廓點(diǎn)O的地圖坐標(biāo)為X0和Y0 ，數(shù)字化儀坐標(biāo)為x0和y0，即O點(diǎn)相對(duì)于xoy坐標(biāo)原點(diǎn)o的平移距離為x0，y0 ，為長(zhǎng)度比。 對(duì)于任一已知點(diǎn)P的地圖坐標(biāo)（X，Y）和數(shù)字化儀坐標(biāo)（x，y）進(jìn)行線性正形變換的數(shù)學(xué)模型為9/20/202210測(cè)繪工程教研室2、仿射變換 與線性變換相比，仿射變換還顧及到了X，Y兩個(gè)方向比例變化的不一致性，其數(shù)學(xué)模型為 式中 X，Y地圖坐標(biāo)系坐標(biāo)；x，y數(shù)字化儀坐標(biāo)系坐標(biāo)；

4、a1,b1,a2,b2,a0,b06個(gè)定向系數(shù) 當(dāng)有n個(gè)已知點(diǎn)時(shí)，對(duì)于每個(gè)已知點(diǎn)都可以列出一對(duì)誤差方程式，即 9/20/202211測(cè)繪工程教研室4.1.3 地形圖定位方法1.按圖廓點(diǎn)的地形圖定位 先輸入圖幅左下角和右上角的地形圖坐標(biāo),然后由數(shù)字化游標(biāo)十字絲分別對(duì)準(zhǔn)左上角、左下角、右下角和右上角圖廓點(diǎn)依次輸入這四個(gè)圖廓點(diǎn)的數(shù)字化坐標(biāo)。9/20/202212測(cè)繪工程教研室地形圖定位2.按控制點(diǎn)的地形圖定位 在圖幅內(nèi)選擇3-5個(gè)控制點(diǎn)，控制點(diǎn)均勻分布，然后對(duì)控制點(diǎn)分別進(jìn)行數(shù)字化。9/20/202213測(cè)繪工程教研室4.2.1 數(shù)字化儀概述 一、數(shù)字化儀的性能指標(biāo)1、工作幅面：A0A1。 A0： 8

5、41mm1189mm A1： 597mm841mm2、分辨率（能識(shí)別的最小間距）有兩種單位：毫米（mm）和英寸（in），通常分辨率能達(dá)到0.1mm（10線/mm ）0.01mm（100線/mm）， 0.01 in （100線/ in）0.001 in （1000線/ in )。3、數(shù)字化儀的波特率（異步通信的數(shù)據(jù)傳送速度）有1200，2400，4800，9600，19200b/s。4、數(shù)字化儀發(fā)送數(shù)據(jù)的輸出格式，一般有ASCII碼和二進(jìn)制碼兩種，具體的數(shù)據(jù)輸出格式可根據(jù)需要自行設(shè)置。數(shù)字化儀的輸出速度一般為10對(duì)/s 100對(duì)/s。4.2 手扶跟蹤數(shù)字化9/20/202214測(cè)繪工程教研室一、

6、地圖手扶跟蹤數(shù)字化二、數(shù)字化儀與計(jì)算機(jī)的連接 數(shù)字化儀具有RS-232C標(biāo)準(zhǔn)串行接口，用一根串行線把數(shù)字化儀的串行接口和計(jì)算機(jī)的串行接口連接，即可實(shí)現(xiàn)數(shù)字化儀和計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)通信。9/20/202215測(cè)繪工程教研室掃描數(shù)字化儀分為平臺(tái)式和滾筒式兩種類型。 平臺(tái)式掃描儀由平臺(tái)、掃描頭和x、y導(dǎo)軌組成，圖紙固定在平臺(tái)上，掃描頭可作x方向和y方向上的移動(dòng)。 滾筒式掃描儀由滾筒、掃描頭和方向?qū)к壗M成，圖紙由滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)作y方向的移動(dòng)，掃描頭可作x方向的移動(dòng)。9/20/202216測(cè)繪工程教研室臺(tái)式掃描儀滾筒式掃描儀平臺(tái)掃描頭x y導(dǎo)軌滾筒掃描頭方向?qū)к?/20/202217測(cè)繪工程教研室手扶跟蹤數(shù)字化的

7、特點(diǎn) 數(shù)字化儀的精度：比較高 手扶數(shù)字化的缺陷無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤作業(yè)辛苦6小時(shí)9/20/202218測(cè)繪工程教研室 基本過程 將需要數(shù)字化的圖件（地圖、航片等）固定在數(shù)字化板上，設(shè)定數(shù)字化范圍，輸入有關(guān)參數(shù)，選擇數(shù)字化方式，按地圖要素的類別實(shí)施數(shù)字化地圖跟蹤數(shù)字化 在進(jìn)行地圖手扶跟蹤數(shù)化時(shí)，需要在數(shù)字化儀面板坐標(biāo)和地圖真實(shí)坐標(biāo)之間建立映射關(guān)系，通常的做法是先錄入控制點(diǎn)。9/20/202219測(cè)繪工程教研室菜單定位 地形圖數(shù)字化除需給出地形圖要素的地形圖坐標(biāo)外，還必須輸入相應(yīng)地形圖要素類別。這些地形圖要素類別用規(guī)定的代碼來表示。代碼輸入方法通常采用菜單法輸入地形圖要素代碼。 在數(shù)字化桌面上開辟一個(gè)

8、菜單區(qū)，通常把菜單放在數(shù)字化桌的右面，菜單區(qū)可以是一個(gè)矩形或正方形。 9/20/202220測(cè)繪工程教研室9/20/202221測(cè)繪工程教研室地形圖符號(hào)數(shù)字化9/20/202222測(cè)繪工程教研室公共邊的數(shù)字化方法 9/20/202223測(cè)繪工程教研室數(shù)字化精度 數(shù)字化精度是數(shù)字化工作必須考慮的問題，首先要保證原圖的質(zhì)量，要求圖紙變形小和圖面清晰。1 圖紙定位誤差 定位點(diǎn)本身的誤差、定位點(diǎn)的分布情況以及坐標(biāo)變換模型選擇等因素的影響。2 采樣誤差 采點(diǎn)時(shí)的對(duì)中誤差，取點(diǎn)的代表性誤差（偶然誤差）。3 儀器誤差 數(shù)字化儀本身的結(jié)構(gòu)及分辨率等因素引起的誤差（系統(tǒng)誤差）。9/20/202224測(cè)繪工程教研

9、室一、掃描數(shù)字化儀 掃描數(shù)字化儀分為平臺(tái)式和滾筒式兩種類型。 平臺(tái)式掃描儀由平臺(tái)、掃描頭和x、y導(dǎo)軌組成，圖紙固定在平臺(tái)上，掃描頭可作x方向和y方向上的移動(dòng)。 滾筒式掃描儀由滾筒、掃描頭和x方向?qū)к壗M成，圖紙由滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)作y方向的移動(dòng)，掃描頭可作x方向的移動(dòng)。 如果地圖是單色線劃圖，掃描頭將感受的反射光強(qiáng)弱表示為二值像元，0表示空白，1表示線劃。如果是多色圖，掃描頭將感受的色調(diào)表示為不同灰度值的像元。 掃描數(shù)字化儀的主要技術(shù)指標(biāo)是分辨率、精度、掃描速度和幅面大小。分辨率最小值應(yīng)達(dá)到0.025mm，絕對(duì)精度不應(yīng)低于0.1mm，掃描速度在80000像元/秒以上，幅面可選用A1幅面。9/20/202

10、225測(cè)繪工程教研室二、柵格數(shù)據(jù)與矢量圖形的區(qū)別（1）柵格圖像是以點(diǎn)陣形式存儲(chǔ)，它的基本元素是像素（像元），它是以像素灰度的矩陣形式記錄的；矢量圖形是以矢量形式存儲(chǔ)的，它的基本元素是圖像要素，圖像要素的幾何形狀是以坐標(biāo)方式按點(diǎn)、線、面結(jié)構(gòu)記錄的。（2）圖像的顯示是逐行、逐列、逐像元地顯示，與內(nèi)容無關(guān)；圖形的顯示是逐個(gè)圖形要素按順序地顯示，顯示位置的先后沒有規(guī)律。（3）圖像放大到一定的倍數(shù)，圖像信息會(huì)發(fā)生失真，特別是圖像目標(biāo)的邊界會(huì)發(fā)生階梯效應(yīng)；圖形的放大或縮小，其圖形要素、目標(biāo)不會(huì)發(fā)生失真。（4）表示效果相同時(shí)，柵格圖像表示比矢量圖形表示所占用的存儲(chǔ)空間大得多。4.3 地形圖的掃描數(shù)字化9/2

11、0/202226測(cè)繪工程教研室三、柵格數(shù)據(jù)的基本運(yùn)算1.灰度值變換 (也稱輻射量測(cè)值) 將柵格數(shù)據(jù)中像元的原始灰度值按各種待定方式變換。（“臨界值操作”是指凡低于(或高于)某一個(gè)臨界值的灰度值都被置成一種新灰度值(例如0)，其余的也可均置為另一種不同的灰度值常量 。在灰度值l0上作臨界值操作9/20/202227測(cè)繪工程教研室2.柵格圖像的平移 原始的柵格圖像按事先給定的方向平移一個(gè)確定的像元數(shù)目。原始圖像分別向右、向上平移了一個(gè)像元而形成的新圖像。9/20/202228測(cè)繪工程教研室3.兩個(gè)柵格圖像的算術(shù)組合 將兩個(gè)柵格圖像互相疊置，使它們對(duì)應(yīng)像元的灰度值相加、相減、相乘等 。ABA+B9/

12、20/202229測(cè)繪工程教研室4.兩個(gè)柵格圖像的邏輯組合 將兩個(gè)圖像相對(duì)應(yīng)的像元，利用邏輯算子“或”、“異或”、“與”和“非”進(jìn)行邏輯組合。A或BA與B9/20/202230測(cè)繪工程教研室4.兩個(gè)柵格圖像的邏輯組合A異或BA非B用集合運(yùn)算的符號(hào)表示:A“或”B的結(jié)果是AB=x：xA或xB；A“與”B的結(jié)果是AB=x：xA且xB；A“異或”B的結(jié)果是A“非”B的結(jié)果即為A集與B集的差：9/20/202231測(cè)繪工程教研室4.3.2 掃描屏幕數(shù)字化的作業(yè)過程在掃描后處理中，需要進(jìn)行柵格轉(zhuǎn)矢量的運(yùn)算，一般稱為掃描矢量化過程。 掃描矢量化可以自動(dòng)進(jìn)行，但是掃描地圖中包含多種信息，系統(tǒng)難以自動(dòng)識(shí)別分辨（例如，在一幅地形圖中，有等高