淺談ＣＡＤ技術在土地利用數據精度數據庫建設應用

摘要：本文主要介紹了AutoCAD技術應用于第二次土地調查的土地利用數據庫建設，一是如何通過掃描矢量化進行數據采集，其次是把數據轉換到GIS系統中。筆者結合實際工作在這方面進行了實驗研究，重點對數據精度問題進行了探討。

關鍵詞：CAD技術數據轉換數據庫精度

0 引言

根據國務院部署，自2007年7月1日起開展第二次全國土地調查，并以2009年10月31日為調查的標準時點，統一進行變更調查數據更新。第二次全國土地調查利用遙感等先進技術，以正射影像圖為基礎，逐地塊實地調查土地的地類和面積，掌握全國各類用地的分布和利用狀況；逐地塊調查全國城鄉各類土地的所有權和使用權狀況，掌握國有土地使用權和農村集體土地所有權狀況；調查全國基本農田的數量、分布和保護狀況，對每一塊基本農田上圖、登記、造冊；建立互聯共享的覆蓋國家、省、市(地)、縣四級的集影像、圖形、地類、面積和權屬為一體的土地調查數據庫；建立土地資源變化信息的調查統計、及時監測與快速更新機制。

土地調查數據建庫需用專用的GIS軟件，如AreGIS、MapGIS、MapinfO等，由于擔任第二次土地調查任務的單位和技術人員絕大部分是測繪行業的，多數測繪技術人員只熟悉AutoCAD軟件而不熟悉GIS軟件，這對土地調查工作，特別是對土地利用數據建庫帶來較大的困難。為了充分發揮現有的技術優勢，保質保量做好第二次土地調查工作，作者結合實際工作，對如何把AutoCAD技術應用于土地利用數據庫建設當中進行了實驗研究，其中包括通過掃描矢量化進行數據采集及把數據轉換到GIS系統中，然后對數據的精度進行分析。

1 掃描矢量化

1.1 分幅圖掃描及校正 聚脂薄膜圖及像片圖相對于普通圖紙具有變形小不易伸縮的特點，所以二次土地調查的工作底圖采用聚脂薄膜或DOM影像圖為二底圖。

本次實驗研究，采用AnitechE8AO幅面掃描儀，對聚脂薄膜圖按400dpi分辨率進行二值掃描。為了保證柵格圖像的精度，需要注意以下幾點。①掃描儀分辨率不低于400dpi；②為避免掃描影像的歪斜失真，掃描時應注意保持掃描送紙的水平，DRG與水平線的角度不宜超過0.2度；③幾何糾正。選擇四個內圖廓點和至少五個均勻分布的公里格網點為控制點，當矢量化底圖圖件變形誤差超限時，應適當增加控制點數量，以保證糾正精度；控制點的選取應在DRG放大2-3倍的條件下完成；糾正后的DRG，其圖廓點和公里格網交點坐標與理論值的偏差不大于0.1mm；將圖廓點、公里格網點、控制點等坐標按檢索條件在屏幕上顯示，與理論值套合檢查糾正精度，記錄檢查結果，不合格影像應重新糾正。④DRG數據應存儲為國際工業標準無壓縮的TIFF或BMP格式文件；⑤坐標系統及投影變換。當基礎圖件與數據庫的坐標系不一致時，需要進行坐標系轉換；當涉及跨帶時，需要進行投影變換作換帶處理。

1.2 數據采集

1.2.1圖形數據采集 圖形數據采集是在AutoCAD下完成的。根據土地利用現狀圖的實際情況以及規程要求，在AutoCAD下定制了一部分工具和符號并制定了相應的技術要點。①根據圖幅理淪圖廓，縮放校正后的柵格圖像大小，移動柵格圖像位置，使之與理論內圖廓完全吻合。②在圖形矢量化過程中，將圖像線條放大約30倍，在線條中間跟蹤圖像，在畫曲線時，要求采點均勻，走線圓滑。③對于相臨圖斑共用一條邊界的情況，共用邊界不重復跟蹤，利用AutoCAD下邊界處理的命令，利用已有邊界，自動生成區域。④在每幅圖矢量化結束后，首先由繪圖員自行檢查，然后交檢查員檢查，最后將分幅圖打印出來與薄膜圖扣合，全部檢查無誤，分幅圖才能進行拼接。⑤在分幅圖拼接過程中，采用人工拼接的方法。在拼接交叉點距離過大的情況下，以保證精度為前提，取交叉點的中點進行拼接。

本次實驗首先對一個面積適中的圖斑分別獨立進行10次矢量化，考察矢量化的精度；其次是對大小不同的圖斑分別獨立進行兩次矢量化，研究不同大小的圖斑矢量化的相對精度。

1.2.2 屬性數據采集

屬性數據采集在地理信息系統(GIS)平臺中進行，這里就不贅述。

臺賬數據錄人結束后，根據詳查控制面積，對匯總數據進行檢查，以保證各行政單位各地類面積與控制面積相同，數據匯總統計可在Excel中進行。

2 數據轉換

數據轉換是在GIS軟件下接收AutoCAD拼接完畢的矢量圖的過程。首先要求在AutoCAD下以DXF格式保存圖形，然后利用GIS軟件的數據轉換功能轉人DXF文件，并對轉人的點、線、面文件分層進行處理。

根據《土地利用數據庫標準》和《數據庫建設技術規范》的建庫要求，建立數據庫屬性結構，并錄人各類屬性數據。對于地類圖斑層，錄人圖斑的標識信息，完成圖斑數據錄人，達到圖形數據與屬性數據的一致性，建立完整的土地利用數據庫。

數據轉換前應先進行數據格式、數學基礎、數據精度、現勢性等方面的檢查，然后進行數據轉換和相應處理。

3 精度分析

在土地利用數據建庫過程中，成果精度主要取決于數字化精度。柵格圖像人工數字化方法的誤差主要存在于四個方面:一是圖紙伸縮誤差，二是圖紙掃描誤差，三是柵格圖像校正誤差，四是數字化澡作誤差。下面分別進行簡要分析。

3.1 圖紙伸縮產生的誤差 圖紙伸縮產生的誤差由于紙張質地不同，差別也比較大。如前所述，聚脂薄膜圖紙及用相紙印制的DOM圖具有變形小不易伸縮的特點，，其伸縮誤差可以忽略不計。

3.2 圖紙掃描誤差 一般工程掃描儀的掃描精度偏低，而且由于其走紙機構設計缺陷，會造成“歪斜失真”。實驗中采用的掃描儀，其掃描失真的出廠指標為±0.1％，實際工作精度均在±0.06％以內。一幅1:10000標準圖幅的掃描最大誤差一般小于0.25mm。

3.3 柵格圖像校正誤差 用不同的掃描分辨率對同一幅圖進行掃描，然后根據柵格圖像內圖廓的四個頂點進行四點定向，定向誤差如表1所示。

從表1可知，比例尺為(1:10000)土地利用現狀圖，在實驗中采用400dpi的分辨率進行圖紙掃描，定向誤差為1.27m。

3.4 數字化操作誤差 在進行圖形數字化過程中，由于人為習慣或操作方式不同，跟蹤地圖時視野大小，曲線圓滑程度，數字化后圖斑面積必然存在著不同。表2是對同一圖斑進行10次跟蹤矢量化得到的結果，表3是對不同大小的圖斑兩次跟蹤矢量化的差異，由此來估算數字化操作的精度。由表2數據，根據菲列羅公式。求得數字化圖斑面積中誤差為m=±0.01515(畝)，相對誤差為0.17％。

對同一圖斑進行10次跟蹤矢量化結果見表2

不同大小的圖斑兩次跟蹤矢量化的差異見表3

由以上的數據可知，在數字化的過程中，由于人工操作產生的誤差是很小的，基本可以控制在0.5％以內。

4 結論

由以上實驗研究及分析可得出以下幾點結論。

4.1 應用AutoCAD技術，對土地利用現狀圖或土地調查外業調繪的影像圖進行掃描和校正，然后進行矢量化采集圖形數據。在AutoCAD下以DXF格式保存圖形，然后利用GIS軟件的數據轉換功能轉人DXF文件，并對轉人的點、線、面文件分層進行處理，用于建立土地利用數據庫。方法簡便易行，適合于不熟悉GlS軟件的測繪技術人員，有利于第二次土地調查工作的全面開展。

4.2 在掃描矢量化過程中，主要誤差是圖紙掃描誤差以及數字化操作誤差，圖紙伸縮誤差及定向誤差較小。減小圖紙掃描誤差的措施主要有，選擇較高分辨率及“歪斜失真”較小的掃描儀，掃描底圖的放置方向及要正確;其次是數字化操作時要把柵格圖像放大到30倍左右，跟蹤描繪線條影像的中間。

4.3 矢量化圖斑的誤差與圖斑的大小有關，圖斑面積越小，其相對誤差越大。綜合考慮各種因素，應用AutoCAD技術進行掃描矢量化，最大誤差不超過0.5％，滿足GIS建庫的要求。

4.4 通過實驗研究，對掃描矢量化及數據采集中應注意的問題進行總結。