遙感解譯成果圖件矢量化方法技術研究＊

宋艷茹，劉 琦，付鈺瑩，周樹英

（中國自然資源航空物探遙感中心，北京100083）

中國地質調查局航空物探遙感中心自1957年成立以來，大力發展航空物探及遙感調查等方面的業務。經過幾十年的積累，獲取了基本覆蓋中國大陸和海域的航空物探、衛星遙感資料以及大部分國土的航空遙感資料，在區域地質調查、礦產資源勘查、生態文明建設、防災減災等國家重大戰略方面取得了一系列重要成果，為國民經濟建設和發展作出了重要貢獻。

其中，遙感解譯成果圖件是遙感專業相關項目解釋的重要成果，是科研人員進行綜合應用研究的基礎資料。由于信息技術的限制，在20世紀90年代之前，遙感解譯成果圖件多為專業技術人員在寬幅圖面上清繪所得，并以紙介質形式在資料室庫房歸檔保存，紙介質的保存方式使得項目成果信息與計算機處于隔離狀態，數據利用率很低，而且紙介質容易老化和使用磨損，如果不及時拯救，珍貴的歷史地質資料將慢慢成為“死資料”。“十二五”以來，國家大力發展信息化建設，航遙中心依托信息化項目，自2011年開始啟動了遙感解譯紙質成果圖件的掃描數字化、矢量化工作，即通過掃描紙質成果圖件，再利用MapGis等平臺對圖件進行地理位置校正，并按照點、線、面的方式來記錄圖件成果信息，使得歷史資料成為可分析、有價值的重要數據。經過近10年的推進，航遙中心目前的遙感解譯成果圖件包括電子圖片約1 500余幅已全部實現矢量化，矢量化數據以信息產品的形式集中存儲于遙感解譯成果數據庫系統，該系統實現了對遙感解譯成果數據的有效管理，大大提高了遙感解譯成果數據的價值。

遙感解譯紙質成果圖件掃描矢量化是通過掃描儀直接掃描原圖，以柵格形式存貯于圖像文件中（如.tif等），然后使用MapGIS軟件對圖件進行矢量跟蹤，轉換成矢量數據，存入到線文件（.wl）或點文件（.wt）中。主要過程包括掃描、校正、矢量化、屬性采集、質量檢查等步驟。

1 圖件預處理

1.1 圖件掃描

掃描之前，首先對圖件進行初步判斷，對于無法掃描或矢量化的圖件（包括超寬圖件、薄膜、照片等無法掃描或圖件無坐標信息導致無法校正、無解譯信息導致無法矢量化的圖件）不予處理。對于滿足掃描條件的圖件，依照規定程序進行掃描。掃描方法如下：①采用VIDAR SD XD大幅面掃描儀，通過“Nextimage”掃描軟件，手動設定輸入尺寸、分辨率（300dpi）、輸出文件路徑。規范命名，掃描圖件保存為“檔案號+存放位置.jpg”格式，如“Y11-1-7.jpg”，其他參數保持默認。②對于有漏洞、撕裂、折痕的圖件，需進行修補、低溫隔層熨燙、清潔等前期處理工作，最大限度地減少掃描圖件的誤差。③掃描儀掃描圖件時，需手扶圖件下緣，直到掃描儀平穩掃描完畢整幅圖件。④掃描完畢后，及時檢查掃描圖件是否信息完整，包括圖框內解譯信息和圖件上的印章，若不完整，則重新掃描。檢查掃描圖件是否足夠清晰，若不夠清晰則需重新設定分辨率，重新掃描。⑤按照年份和項目名稱整理所有掃描文件到相應的文件夾內并按照規范命名，所有圖件作為掃描原圖使用。

圖件進行矢量化之前應根據具體圖件的情況進行必要的前期處理，如掃描圖件有明顯傾斜時，應將整幅圖件旋轉至水平；掃描圖件外邊界留有大幅空白或者邊緣雜亂時，應裁剪有效區域等。

山東省水道-馮家幅信息成礦預測如圖1所示。

圖1 山東省水道-馮家幅信息成礦預測圖（1989年編制）

1.2 打印圖件

為了更清晰地對成果圖件進行解讀和必要的坐標演算，有必要將掃描圖件通過繪圖儀完整打印出來。打印前，將圖件用Photoshop打開，查看其圖像大小，根據圖像的高度和寬度以選擇相應尺寸的卷紙。為了有效利用紙張，一般選擇圖像的高度和寬度中最小的值；安裝好卷紙后，調整打印方向即可正確打印。為了提高打印效率，一般將同等規格大小的一批圖件一次打印完畢，更換紙張，再打印另一批同等規格大小的圖件。打印完畢之后將所有的圖件分別卷起，并在圖件邊緣標注其檔案號。

1.3 圖框制作

首先，確定坐標。在實際工作過程中，部分圖件沒有四角坐標，部分圖件坐標標注有誤，因此在進行地理坐標配準前必須查閱相關資料，或者進行同名點推斷演算，保證圖件坐標的正確性；根據比例尺和投影參數等信息在MapGis中按步驟和參數要求制作標準或非標準圖框；有些圖件圖框不規則且一套多幅圖件應做相應的外邊框，方便裁剪。首先按照“單點投影”方法繪制外邊框，將該外邊框與投影變換后的標準圖框做交集作為其固有圖框。

在MapGis“系列標準圖框”菜單中，按照所需要的比例尺填入所需參數即可生成標準圖框，如圖2所示。

在MapGis“繪制投影經緯網”命令中，輸入起始經緯度和間隔等參數，然后依次設置好“角度單位”和“投影參數”中的坐標系類型、橢球參數和坐標單位、投影類型、比例尺、投影中心點經度等參數，選擇“繪經緯網”或者“繪公里網”即可生成所需的非標準圖框，如圖3所示。圖框的命名方式為：“投影的縮寫+比例尺_中央經線”，如GS100W_105.WL。

圖2 生成標準圖框

圖3 生成非標準圖框

1.4 圖像校正

圖件校正一方面是糾正掃描后的圖形變形，另一方面是給柵格圖像賦以坐標信息。一般情況下，標準分幅圖件控制點選擇方里網交點和邊界交點進行校正；非標準分幅圖件采用幾何校正方法，MapGis軟件可以針對不同的圖件要求，輸入相應的地圖投影參數來制作非標準圖框，然后將掃描圖件校正、配準，從而套合到相應的圖框中，然后在此基礎上進行矢量化。圖件校正后，按照規范命名保存，同時保存控制點文件。

2 圖件矢量化

2.1 創建環境

對圖件進行矢量化之前，首先需進行下述準備工作：①建立工作目錄；②讀圖、分層；③新建工程文件，并導入圖框文件和msi校正后影像文件；④新建編輯圖層，并正確命名；⑤創建圖例板，類似創建參數表；⑥關聯工程圖例，打開圖例板；⑦制作接圖表。

2.2 矢量化要求

要求如下：①矢量化的內容與底圖保持一致；②光柵面上的線條只能矢量化一次；③矢量化要求采點密度至少每1 mm兩個點，屏幕需放大到至少50倍進行跟蹤，線跟蹤時，應與原圖件的位置形狀吻合，在平滑處可適當使采點密度稀疏，在彎曲處應加密采點，確保跟蹤線的平滑過渡。

2.3 矢量化線跟蹤

首先選中將要輸入數據的層，將其設為當前編輯狀態；在圖例板上選中要輸入的線型；移動光標，選擇需要跟蹤的矢量線段，使用鼠標在屏幕上不斷點擊，就顯示出所跟蹤出來的線條。

當一條線跟蹤完后，鼠標右鍵終止一條線，此時可以開始下一條線的跟蹤，CTRL+右鍵可以自動封閉選定的一條線。

2.4 線拓撲錯誤檢查

矢量化完畢之后，應及時進行線拓撲錯誤檢查。針對常見的線段重疊、自相交、懸掛線段等錯誤進行檢查并修改。

2.5 矢量化點圖元

選中要矢量化的點文件，設為當前編輯；在圖例板上選中要矢量化的點圖例；啟動輸入相應點的功能；在地圖窗口點擊鼠標輸入點元素。

2.6 拓撲造區

將線圖層中封閉的線要素轉成區要素存到區文件。操作步驟具體如下：①將線圖層狀態修改為當前編輯；②單擊菜單欄“其他→線轉弧段”，系統自動生成.wp區文件，在工程窗口右鍵“添加項目”加載該文件，并使其處于“當前編輯”狀態；③單擊菜單“其他→區拓撲錯誤檢查”命令，如果有拓撲錯誤要反復修改，直到沒有錯誤；④單擊“其他→拓撲重建”命令，系統會自動為每個區填充不同的顏色，形成不同的區，根據圖例和經驗，選擇“區編輯→修改區參數”，來對所造的區規范賦顏色及賦圖案參數。

遙感解譯成果圖件矢量化成果示例如圖4所示。

3 屬性管理

屬性由屬性結構和屬性數據兩部分內容構成。屬性結構為屬性的數據結構，它描述實體的特性分類，與相應數據庫的表結構、字段相當，具有字段名、數據類型、長度或小數位數等特性。屬性數據，指的就是實體特征的描述，它與數據庫表中的數據記錄相當。屬性結構編輯如圖5所示。

圖4 遙感解譯成果圖件矢量化成果示例

圖5 屬性結構編輯

首先，根據圖件專業內容編輯屬性結構名稱，設置字段類型、字段長度等參數。編輯好屬性結構之后，根據圖面及圖例內容對點、線、面文件進行屬性采集。填充屬性值時有兩種方法，第一種是屬性采集，可通過直接輸入屬性值或者以注釋點文件賦為屬性，運行label點與區合并；第二種是屬性聯接，對于大批量屬性值，可以利用Mapgis能夠聯接的數據庫文件（如DBASE、Acess、Excel等）記錄相應的屬性文件，然后選擇關鍵字段進行屬性聯接。屬性值采集分類如圖6所示。

圖6 屬性值采集分類

4 制作快視圖

為了方便用戶快速瀏覽或查閱所需圖件的信息及數據庫系統數據管理的需要，應在矢量化完畢后，通過工程出圖，制作快視圖。快視圖包含圖名、圖例，規范快視圖名稱，命名規則為：

例如對Y126項目的1-13文件名進行更改，更改后的文件名為Y126-1-13.MPJ或Y126-1-13_植被.MPJ。

5 元數據采集

元數據表是對整個成果圖件的信息記錄匯總，包括檔案號、圖幅號、圖件名、圖件編號、圖件類型、圖件分類、經緯度值、比例尺、坐標系、坐標投影、坐標投影參數、象元大小、編圖人、制圖單位、制圖日期、資料來源、圖件文件名、圖件文件夾名、快視圖名、采集時間、采集人員、備注等具體信息。

6 數據入庫

所有成果圖件需入“遙感解譯成果圖件數據庫”。首先將mapgis格式轉換為shapefile格式，然后對遙感解譯圖件成果數據以下列入庫模式入庫。

批量資料入庫：對于MapGis圖件成果進行批量入庫，包括對Mapgis圖件文件、快視圖文件、元數據進行統一管理。

MapGis圖庫管理：將MapGis圖庫文件（SlibClib）進行入庫統一管理。

7 結語

遙感解譯成果紙質圖件通過矢量化，形成了標準的地理信息產品，統稱為遙感解譯成果圖件信息服務產品。該產品具有統一的數據格式、屬性分類和分層模式，由點、線、面空間圖層組成，不但保留了原圖件的整飾符號化特征，而且可以與專業信息要素疊加。遙感解譯成果圖件內容豐富，根據自然資源部信息分類編碼標準，成果圖件可分為十大類：地質遙感填圖、礦產資源遙感調查、區域國土資源遙感調查、城市遙感調查、工程地質遙感調查、水文地質遙感調查、地質災害遙感調查、環境生態遙感調查、土地資源遙感調查、海洋及海岸帶遙感調查。按照該分類將遙感解譯成果信息產品存儲于遙感解譯成果數據庫，可以實現元數據、快視圖瀏覽、圖件查詢、要素分類展示等功能，該系統目前不但存儲管理紙質圖件矢量化成果1 500余幅，而且存儲了近年來航空物探遙感中心遙感項目中涉及山、水、林、田、湖、草等自然資源遙感調查矢量成果1 800余幅，具有重要的社會研究價值。目前該系統已為專業人員提供數據服務百余次，實現了遙感解譯成果數據的共享和服務，大大提高了遙感解譯成果數據的價值。

碎石山幅遙感地質解譯如圖7所示。

圖7 碎石山幅遙感地質解譯圖