基于ArcGIS的數字地圖制作技術*

西安交通大學醫學院公共衛生系(710061) 畢育學 顏 虹

空間統計分析是基于GIS發展起來的一個新的統計分支，是從一個或多個空間圖層中，通過地理計算和空間表達獲取和挖掘潛在的空間信息，進而通過空間數據和空間模型的聯合分析，揭示相關因素間的內在規律。隨著GIS技術不斷發展，空間統計分析技術會在研究疾病的地理空間分布及與地理空間、環境諸多因素的相互影響上發揮其越來越重要的作用〔1，2〕，而這一技術應用主要是通過專業的GIS軟件和相應的數字地圖來實現的。因此數字地圖在進行空間統計分析時是必不可少的〔3〕。

數字地圖是地圖的數字存在形式，是在一定坐標系統內具有確定的坐標和屬性的地面要素和現象的數據，以數字的形式存儲在計算機上，并能在電子屏幕上顯示的地圖。數字地圖的來源一般有二種:一是購買，即從國家或省級基礎地理信息中心直接購買現成的數字地圖。二是自行制作，即自己將紙質地圖轉化成數字地圖，這一過程也稱為地圖矢量化。

直接購買數字地圖雖方便、快捷、省時省力，但費用較高。自己制作耗時費力工作量大，但費用少。下面介紹利用ArcGIS軟件制作數字地圖的經驗和體會。

1．購買紙質地圖。首先根據研究工作的需要選擇好地圖類型和比例尺。國家基本比例尺地形圖是目前使用最廣泛的基礎測繪成果，包括1:100萬到1:5百等11種比例尺的地形圖。常用的為1:25萬、1:10萬的地形圖。紙質地形圖等屬于國家機密，需要到基礎地理信息中心按國家涉密基礎測繪成果資料使用審批程序辦理相關審批手續和付款后可拿到地圖。

2．掃描紙質地圖。買到的紙質地圖在4開大小，需要用掃描儀將其掃描成柵格圖保存的計算機中用于數字化。掃描的分辨率應在300DPI以上，才能保證在進行數字化時，放大后地圖上各要素仍能看清。通常我們自己的掃描儀的幅面為A4沒法一次將整個地圖掃完。分開來掃會產生后期的裁剪和拼接工作。因此可到有寬幅掃描儀圖像處理公司請代為掃描。掃描前要識別該圖的投影、坐標系統、比例尺和分幅號等。在圖上選取至少4個控制點并獲取控制點的實際地理坐標用于數字化地圖的校準。另外還要注意看地圖掃描是否完整，有無瑕疵。掃描完成后的柵格地圖用于數字化，為避免丟失應多保存幾個拷貝。

3．選擇地圖數字化軟件〔4〕。可進行地圖數字化軟件較多，有多功能綜合性的GIS軟件如美國環境系統研究所公司的ArcGIS、美國MapInfo公司的MapInfo、武漢中地數碼科技有限公司開發的MAPGIS及北京超圖軟件股份有限公司SuperMap GIS。還有專門進行地圖數字化軟件:如 AlgoLab的 Raster2Vector(R2V)for Windows，德國 Sofelec公司的 VP Hybrid-CAD、吉威數源的GeoWay，清華三維的EPSCAN和 北京東方泰坦科技有限公司的TITAN ScanIn等。一般來說專業的數字化軟件，提供了大量半自動化功能，如等高線自動跟蹤，房屋的自動提取，文字的自動識別(OCR)等，地圖數字化效率高一些。如果要用專業的軟件數字化時，要特別注意能否將數字化地圖導入后期所用的GIS軟件進行處理，否則會給研究工作帶來麻煩。

4．確定數字化的圖層。圖層是地圖數字化后所形成的表示性質相近的實體的空間信息特征的一組矢量數據基本單元。一幅圖多由若干個圖層組成，圖層劃分可根據三個方面的信息確定，一是研究者的目的和需求，二是地物類別，三是保存的圖層夠被所選用GIS軟件處理。分層是否合理將影響數字化的效率。另外因為在GIS軟件中容易將2個圖層合而為1，所以分層宜細不宜粗。

我們根據需要建立了13圖層，各層包括一個或多個屬性表。選用ArcGIS軟件來對數據后期的分析與綜合處理，將圖層以Shapefile格式分層存放。

5．分層數字化

在進行數字化前要確定地圖的比例尺大小和投影坐標系和高程系，并按地圖的分幅號或其經緯度確定進行數字化順序。數字化過程可按下列步驟進行

(1)柵格圖校準 所有地圖經掃描后都必須對掃描后的柵格圖進行掃描糾正，以確保矢量化工作順利進行。選用ArcGIS中的ArcMap。操作步驟為:

①打開ArcMap，下拉菜單tool中選擇 Customize，在打開的窗口中選擇Georeferncing項加載。

②把需要進行校準的柵格圖增加到ArcMap中，之后Georeferncing工具條中的工具被激活。

③選擇投影坐標系統。我們選擇1980西安坐標系和高斯－克呂格投影方法。具體步驟為:

a．選擇Data Management Tools下的Projections and Transformations l Define Projection選項，打開 Define Projection對話框。

b．在Input Dataset or Feature Class文本框中選擇需要定義投影的數據。

c．Coordinate System文本框顯示為Unknown，表明原始數據沒有定義坐標系統。單擊Coordinate System文本框旁邊的圖標，打開Spatial Reference屬性對話框，設置數據的投影參數。單擊New按鈕，新建坐標系統。在New Geographic Coordinate System對話框，定義地理坐標系統包括定義或選擇參考橢球體、測量單位和起算經線。

在New Projected Coordinate System對話框，定義投影坐標系統，需要選擇投影類型、設置投影參數及測量單位等。因為投影坐標系統是以地理坐標系統為基礎的，在定義投影坐標系統時，還需要選擇或新建一個地理坐標系統，單擊New按鈕，打開New Geographic Coordinate System對話框，新建地理坐標系統。

d．定義投影后，單擊OK按鈕。

④根據選擇的點的坐標選取控制點。

⑤將Georeferncing工具條的Georeferncing菜單下Auto Adjust不選擇

⑥放大圖形到一定程度，再在Georeferncing工具條上，點擊Add Control Point按鈕。

⑦使用該工具在掃描圖上精確到找控制點單擊，然后擊鼠標右鍵，在打開菜單中選擇Enter Coordinates選項，在彈出的窗中輸入該點對應的實際坐標值。

⑧用上述相同的方法，在圖上增加其他的控制點，輸入它們對應的實際坐標值。

⑨可通過選擇Spataial Adjustment下的Link選項中的View Link Table打開Link Table來檢查控制點的殘差(Residual)和總的殘差均方(Total RMS)來對輸入的值進行調整直到吻合為止。為減少誤差，可增加控制點數量并精確控制點坐標。

⑩所有控制點確定后，在Georeferencing菜單下，點擊Update Display。

○11更新后，柵格圖像就校準成真實的坐標。

(2)根據校準后的柵格圖，分層進行圖形要素的跟蹤采集。即通過建立新的圖層，分別對每類地物進行操作，逐一數字化和編輯，注意的是做的每個圖都要完全和底圖的投影坐標系一樣。具體步驟為:

①啟動ArcCalolog。進入保存圖層的文件夾，在空白處右擊，選擇New選項，并命名。新建的shp文件可分為點、線、多邊形、多點四種類型，圖層數根據需要確定。

②將校準好的柵格圖象和shp文件一起加入到ArcMap視窗中。

③激活ArcScan，進行矢量化。ArcScan是ArcMap工具箱中的一個組件。在使用ArcScan之前，須在下拉菜單tool中選擇Customize，在打開的toolbars窗頁中選擇ArcScan項加載它。

在使用ArcScan中的工具前，先要在editor工具條中選擇startediting項，ArcScan中的工具就被激活。運用ArcScan中Sketch tool等數字化工具逐步進行數字化。選擇合適的比例，使地圖窗口的視野滿足適合于屏幕跟蹤的寬度。數字化的內容保存在當前圖層中。如果一次不能完成數字化工作，則可先按Stopping結束工作，在退出ArcScan后，保存文件，下次可以直接打開繼續進行數字化工作。

④給圖層屬性表添加字段記錄其屬性，同時以合適的格式保存文件。如果是分幅多人進行數字化時，還要對小的數字化好的圖進行合成、接邊和編輯，再增加屬性數據后，建成空間數據庫保存。

下列的2幅圖是我們數字化好的部分地圖。

圖1 高程圖(部分)

圖2 公路圖(部分)

1．應倩，陳坤．空間分析技術在腫瘤流行病學中的應用．腫瘤防治研究，2010(2):231-236．

2．王麗萍，金水高．GIS空間分析技術在瘧疾研究中應用．中國公共衛生，2008(6):745-747．

3．彭斌，張鷹，胡代玉，等．利用空間分析技術探討結核病發病的空間分布模式．中國衛生統計，2007(3):229-231．

4．倪金生，王永明，錢曉明．地圖矢量化技術實踐教程．電子工業出出版社，北京，2008．