1、2018年5月6日星期日,测绘工程教研室,1,地形图数字化,第四章,2018年5月6日星期日,测绘工程教研室,2,数字地形图除采用地面数字测图方法外，也可采用地形图数字化方法。 采用常规测图方法测绘的图解地形图通过地形图数字化，可转换成计算机能存储和处理的数字地形图，但其地形要素的位置精度不会高于原地形图的精度。 地形图数字化方法按采用的数字化仪不同分为： 手扶跟踪数字化 扫描屏幕数字化,2018年5月6日星期日,测绘工程教研室,3,手扶跟踪数字化利用跟踪数字化仪，将图解地形图直接转换成矢量格式的数字地形图。 地形图扫描屏幕数字化是利用扫描仪将地形图扫描，得到栅格数据形式的数字图像，其标准文件
2、格式有PCX、GIF、TIFF、BMP等；在栅格数据处理后，然后再采用人机交互与自动跟踪相结合的方法完成地形图的矢量化。 地形图扫描屏幕数字化的作业效率要高于手扶跟踪数字化。,2018年5月6日星期日,测绘工程教研室,4,数字化仪示意图,2018年5月6日星期日,测绘工程教研室,5,2018年5月6日星期日,测绘工程教研室,6,2018年5月6日星期日,测绘工程教研室,7,2018年5月6日星期日,测绘工程教研室,8,2018年5月6日星期日,测绘工程教研室,9,当使用数字化仪对地图进行数字化时，数字化仪所发送的坐标数据是数字化仪坐标系的坐标，与地图坐标系不一致，因此必须把数字化仪坐标系的坐标
3、数据转换成地图坐标系的坐标数据。地形图定位就是求出两个坐标系之间的转换参数，同时还要能有效地克服图纸的变形误差，以提高数字化的精度，因此变换模型的选择很重要。,线性正形变换 仿射变换,4.1 地形图定位,2018年5月6日星期日,测绘工程教研室,10,4.1.1 线性正形变换 设XOY为地图坐标系，xoy为数字化仪坐标系，两坐标系的坐标轴之间的夹角为。地图西南角图廓点O的地图坐标为X0和Y0 ，数字化仪坐标为x0和y0，即O点相对于xoy坐标原点o的平移距离为x0，y0 ，为长度比。,对于任一已知点P的地图坐标（X，Y）和数字化仪坐标（x，y）进行线性正形变换的数学模型为,2018年5月6日星
4、期日,测绘工程教研室,11,2、仿射变换 与线性变换相比，仿射变换还顾及到了X，Y两个方向比例变化的不一致性，其数学模型为,式中 X，Y地图坐标系坐标；x，y数字化仪坐标系坐标；a1,b1,a2,b2,a0,b06个定向系数,当有n个已知点时，对于每个已知点都可以列出一对误差方程式，即,2018年5月6日星期日,测绘工程教研室,12,4.1.3 地形图定位方法,1.按图廓点的地形图定位 先输入图幅左下角和右上角的地形图坐标,然后由数字化游标十字丝分别对准左上角、左下角、右下角和右上角图廓点依次输入这四个图廓点的数字化坐标。,2018年5月6日星期日,测绘工程教研室,13,地形图定位,2.按控制
5、点的地形图定位 在图幅内选择3-5个控制点，控制点均匀分布，然后对控制点分别进行数字化。,2018年5月6日星期日,测绘工程教研室,14,4.2.1 数字化仪概述 一、数字化仪的性能指标1、工作幅面：A0A1。 A0： 841mm1189mm A1： 597mm841mm2、分辨率（能识别的最小间距）有两种单位：毫米（mm）和英寸（in），通常分辨率能达到0.1mm（10线/mm ）0.01mm（100线/mm）， 0.01 in （100线/ in）0.001 in （1000线/ in )。3、数字化仪的波特率（异步通信的数据传送速度）有1200，2400，4800，9600，19200b
6、/s。4、数字化仪发送数据的输出格式，一般有ASCII码和二进制码两种，具体的数据输出格式可根据需要自行设置。数字化仪的输出速度一般为10对/s 100对/s。,4.2 手扶跟踪数字化,2018年5月6日星期日,测绘工程教研室,15,一、地图手扶跟踪数字化,二、数字化仪与计算机的连接 数字化仪具有RS-232C标准串行接口，用一根串行线把数字化仪的串行接口和计算机的串行接口连接，即可实现数字化仪和计算机的数据通信。,2018年5月6日星期日,测绘工程教研室,16,扫描数字化仪分为平台式和滚筒式两种类型。 平台式扫描仪由平台、扫描头和x、y导轨组成，图纸固定在平台上，扫描头可作x方向和y方向上的
7、移动。 滚筒式扫描仪由滚筒、扫描头和方向导轨组成，图纸由滚筒的转动作y方向的移动，扫描头可作x方向的移动。,2018年5月6日星期日,测绘工程教研室,17,台式扫描仪,滚筒式扫描仪,平台扫描头x y导轨,滚筒扫描头方向导轨,2018年5月6日星期日,测绘工程教研室,18,手扶跟踪数字化的特点,数字化仪的精度：比较高,手扶数字化的缺陷,无法及时发现错误,作业辛苦,6小时,2018年5月6日星期日,测绘工程教研室,19,基本过程 将需要数字化的图件（地图、航片等）固定在数字化板上，设定数字化范围，输入有关参数，选择数字化方式，按地图要素的类别实施数字化,地图跟踪数字化,在进行地图手扶跟踪数化时，需
8、要在数字化仪面板坐标和地图真实坐标之间建立映射关系，通常的做法是先录入控制点。,2018年5月6日星期日,测绘工程教研室,20,菜单定位,地形图数字化除需给出地形图要素的地形图坐标外，还必须输入相应地形图要素类别。这些地形图要素类别用规定的代码来表示。代码输入方法通常采用菜单法输入地形图要素代码。 在数字化桌面上开辟一个菜单区，通常把菜单放在数字化桌的右面，菜单区可以是一个矩形或正方形。,2018年5月6日星期日,测绘工程教研室,21,2018年5月6日星期日,测绘工程教研室,22,地形图符号数字化,2018年5月6日星期日,测绘工程教研室,23,公共边的数字化方法,2018年5月6日星期日,
9、测绘工程教研室,24,数字化精度,数字化精度是数字化工作必须考虑的问题，首先要保证原图的质量，要求图纸变形小和图面清晰。,1 图纸定位误差 定位点本身的误差、定位点的分布情况以及坐标变换模型选择等因素的影响。2 采样误差 采点时的对中误差，取点的代表性误差（偶然误差）。3 仪器误差 数字化仪本身的结构及分辨率等因素引起的误差（系统误差）。,2018年5月6日星期日,测绘工程教研室,25,一、扫描数字化仪 扫描数字化仪分为平台式和滚筒式两种类型。 平台式扫描仪由平台、扫描头和x、y导轨组成，图纸固定在平台上，扫描头可作x方向和y方向上的移动。 滚筒式扫描仪由滚筒、扫描头和x方向导轨组成，图纸由滚
10、筒的转动作y方向的移动，扫描头可作x方向的移动。 如果地图是单色线划图，扫描头将感受的反射光强弱表示为二值像元，0表示空白，1表示线划。如果是多色图，扫描头将感受的色调表示为不同灰度值的像元。 扫描数字化仪的主要技术指标是分辨率、精度、扫描速度和幅面大小。分辨率最小值应达到0.025mm，绝对精度不应低于0.1mm，扫描速度在80000像元/秒以上，幅面可选用A1幅面。,2018年5月6日星期日,测绘工程教研室,26,二、栅格数据与矢量图形的区别（1）栅格图像是以点阵形式存储，它的基本元素是像素（像元），它是以像素灰度的矩阵形式记录的；矢量图形是以矢量形式存储的，它的基本元素是图像要素，图像要
11、素的几何形状是以坐标方式按点、线、面结构记录的。（2）图像的显示是逐行、逐列、逐像元地显示，与内容无关；图形的显示是逐个图形要素按顺序地显示，显示位置的先后没有规律。（3）图像放大到一定的倍数，图像信息会发生失真，特别是图像目标的边界会发生阶梯效应；图形的放大或缩小，其图形要素、目标不会发生失真。（4）表示效果相同时，栅格图像表示比矢量图形表示所占用的存储空间大得多。,4.3 地形图的扫描数字化,2018年5月6日星期日,测绘工程教研室,27,三、栅格数据的基本运算1.灰度值变换 (也称辐射量测值) 将栅格数据中像元的原始灰度值按各种待定方式变换。,（“临界值操作”是指凡低于(或高于)某一个临
12、界值的灰度值都被置成一种新灰度值(例如0)，其余的也可均置为另一种不同的灰度值常量 。,在灰度值l0上作临界值操作,2018年5月6日星期日,测绘工程教研室,28,2.栅格图像的平移 原始的栅格图像按事先给定的方向平移一个确定的像元数目。,原始图像分别向右、向上平移了一个像元而形成的新图像。,2018年5月6日星期日,测绘工程教研室,29,3.两个栅格图像的算术组合 将两个栅格图像互相叠置，使它们对应像元的灰度值相加、相减、相乘等 。,A,B,A+B,2018年5月6日星期日,测绘工程教研室,30,4.两个栅格图像的逻辑组合 将两个图像相对应的像元，利用逻辑算子“或”、“异或”、“与”和“非”
13、进行逻辑组合。,A或B,A与B,2018年5月6日星期日,测绘工程教研室,31,4.两个栅格图像的逻辑组合,A异或B,A非B,用集合运算的符号表示:A“或”B的结果是AB=x：xA或xB；A“与”B的结果是AB=x：xA且xB；A“异或”B的结果是,A“非”B的结果即为A集与B集的差：,2018年5月6日星期日,测绘工程教研室,32,4.3.2 扫描屏幕数字化的作业过程在扫描后处理中，需要进行栅格转矢量的运算，一般称为扫描矢量化过程。 扫描矢量化可以自动进行，但是扫描地图中包含多种信息，系统难以自动识别分辨（例如，在一幅地形图中，有等高线、道路、河流等多种线地物，尽管不同地物有不同的线型、颜色，但是对于计算机系统而言，仍然难以对它们进行自动区分），这使得完全自动矢量化的结果不那么“可靠”， 所以在实际应用中，常常采用交互跟踪矢量化，或者称为半自动矢量化。,2018年5月6日星期日,测绘工程教研室,33,1.检查工作底图2.扫描地形图3.调入图像文件4.地形图定位5.图形矢量化6.图形编辑,
