基于影像背景的關注設施專題圖制作探討

喬亞明，常曉瀅，李曉明，陳 楊

（1.西安測繪總站，陜西 西安 710054；2.中國人民解放軍94654部隊，江蘇 南京 210046）

關注設施專題圖通常為大比例尺地形圖，是以1∶25 000、1∶50 000等標準系列比例尺地形圖、航空相片或衛星影像為底圖，輔以現勢性較好的影像數據，利用地圖符號、注記表達地圖要素信息，并在其上反映關注設施地理特征及其空間分布的專題地圖。該類專題圖突出表現了關注設施的組成分布情況以及周圍相關設施情況，對于水利施工、災害預防具有非常重要的意義。制作傳統專題圖對制圖人員綜合素質要求較高，且從業人員數量需有一定規模，制作周期較長。隨著各測繪單位改革調整、轉型發展的逐步深入，關注設施專題圖制作人員少、任務重的矛盾日趨突出，很難滿足高速快捷的制圖需求。本文提出了在應急保障時利用基于影像背景的關注設施專題圖替代傳統專題圖的方法，并討論了二者的差異。基于影像背景的關注設施專題圖是以航空相片或衛星影像為背景，采集關注設施區重點地物要素，添加等高線、高程點、注記、行政區劃界線等要素形成的專題圖。其圖面內容主要由影像構成，以影像地物取代大部分地物要素采集，突破了傳統專題圖的制圖約束，使作業人員從大量的地物采集工作中脫離出來，減少了制圖工作量，縮短了成圖周期，提高了專題圖的制作 效率[1-2]。

1 關注設施專題圖制作流程

基于影像背景的關注設施專題圖與傳統專題圖的制作方法基本類似，只是在細節上略有不同，傳統專題圖以正射影像或地形圖為底圖，采集完整的地圖要素和注記制作；本文所述專題圖以影像為背景，采集部分地圖要素和專題信息制作，制作流程如圖1 所示[3-4]。

圖1 基于影像背景的關注設施專題圖制作流程圖

1.1 影像數據選擇

由于關注設施區影像數據來源復雜多樣，存在一個 區域搜集到多個多類影像資料的情況，因此其選用原則為：①優先選擇現勢性最好的影像資料；②當影像拍攝時間相差不大、經對比分析其表示地理信息無較大差別時，優先選擇空間分辨率較高的影像資料； ③當影像現勢性和空間分辨率差別較小時，優先選擇幾何變形較小的影像資料；④按照從前到后的優先級順序進行選用。

1.2 影像糾正

若選擇的影像位置信息不精確，則需進行影像糾正[5]。糾正處理原則為：①附帶地理坐標信息的影像應先進行預處理，使其坐標系統、地圖投影、中央經線與關注設施專題圖保持一致，再進行糾正處理； ②糾正處理應保持原圖像的空間分辨率，不得人為降低原圖像的空間分辨率；③糾正時同名點應清晰易辨、位置穩定、分布均勻，一般選擇建筑拐角、道路交叉口、明顯地物標志等，不選擇易變動的地物，如河流匯合點、湖泊輪廓點等[3]；④在保證影像范圍足夠滿足關注設施區域的情況下，按成圖范圍的1.5倍裁切輸出。

糾正影像成果應制作精度評估表來計算糾正誤差，檢核點不得選取糾正過程中的同名點，一般情況下檢核點應不少于15個。糾正誤差的計算公式為：

式中，m為糾正誤差，單位為m；Δx、Δy分別為檢查點坐標差，單位為m；n為檢查點個數。

1.3 專題信息采集

專題信息采集通過專題符號突出表現關注設施中心點的位置，公路、鐵路、河流、非關注點建筑等 一般不采集。信息采集時應遵循的原則為：①采集順序應合理，同層要素按照“點→線→面、主要→次要”的順序采集，以減少壓蓋，方便作業和檢查； ②線狀、面狀要素的采點密度以線狀、面狀要素的幾何形狀不失真為原則，采點密度隨著曲率的增大而增加，曲線不得有明顯變形和折線；③面狀要素只采集范圍線或輪廓線，關注設施以及圖幅內與其屬性相關的設施頂部輪廓線應繪制至其地表真實位置。

1.4 地圖要素添加

添加等高線、高程點、注記、行政區劃界線等影像無法表達的地圖要素，采用與背景影像現勢性相當的數據，特別是等高線數據，現勢性較差的影像一般不能使用，除非可以證明該地區這些年地貌無明顯變化。

1.5 專題圖地圖整飾

專題圖地圖整飾注記包括圖名、經緯網格、地圖比例尺、左下角說明注記和右下角說明注記。左下角說明注記應說明采用資料的來源、參考影像的攝影時間與來源以及專題圖的制作時間；右下角說明注記應說明該專題圖采用的坐標系統、地圖投影、中央經線和圖幅等高距。

1.6 質量檢查

采用三級檢查驗收和成果審查制度對完成的專題圖進行檢查，以確保專題圖質量。檢查內容主要包括專題圖數學基礎正確性檢查、圖面要素采集誤差與缺漏檢查、整飾信息正確性檢查等。

1.7 成果上交

上交的數據成果包括關注設施專題圖印前數據文件、入庫數據文件、背景影像tiff文件和tfwTFW文件。

2 基于影像背景的關注設施專題圖與傳統專題圖比較

與傳統專題圖相比，基于影像背景的關注設施專題圖具有地理信息豐富、地物直觀、可讀性強、工作效率高、成圖周期短等特點，降低了識圖用圖難度，并在一定程度上解決了目前制圖人員少與制圖任務量大的矛盾；但要取代傳統專題圖還需考慮以下方面的因素：

1）應用拓展方向不同。傳統專題圖經過地物采集、符號標注、圖面整飾后，底圖不再顯示在專題圖上，圖面整潔美觀、簡單明了。由于其地圖要素突出易讀，能較好地激發用戶的空間想象能力，可作為指揮用圖。基于影像背景的關注設施專題圖的背景為影像圖，內容豐富、真實直觀、對識圖用圖能力要求較低，形象地反映了地勢起伏、河流形態，建筑物、道路等地物相對位置清晰明了，增強了地圖的可讀性，一般作為行動用圖。

2）地圖取舍原則不同。傳統專題圖的地圖取舍是根據地圖比例尺和用途對地圖內容或地圖圖斑進行選擇，舍棄的一般為次要點、線狀地物或細小面狀圖斑。基于影像背景的關注設施專題圖理論上不存在地圖取舍的問題，但存在地物缺失現象，一般是由云霧遮擋、森林遮擋、建筑物遮擋等造成的，這部分被遮擋地物若是關注設施區域，則應根據其他影像進行地物轉繪；若不是關注設施區域，則可視情況確定是否轉繪。因此，傳統專題圖取舍由地圖綜合規范確定，而基于影像背景的關注設施專題圖取舍由影像拍攝條件確定。

3）無法進行精確的地物量算。傳統專題圖中任何地物均可通過量算進行精確定位。經過投影糾正和幾何糾正處理后，每個像素都具有坐標信息，理論上是可以進行定位量算的；但由于目前無法開展關注設施區的航空攝影，數字地表模型也較難獲取，背景影像不是真正射影像，地物頂部在影像中的位置與其真實位置存在位移，因此基于影像背景的關注設施專題圖中的影像地物無法通過量算進行精確定位，限制了其使用的靈活性。

4）地圖符號、注記、線劃表示很難規范統一。傳統專題圖的制作有嚴格的制圖規范限制，對地形、地物表現使用的符號、注記、線劃、色彩等有統一要求，地圖表現形式規范[6]。基于影像背景的關注設施專題圖雖突破了傳統專題圖表現形式的約束，彌補了傳統專題圖專業性太強的不足，降低了使用門檻；但背景影像沒有信息空白區域（不考慮云霧遮擋等特殊情況），本身信息負載量較大[2]，若將傳統地圖的所有符號、注記等信息都加載進去，將影響影像信息的閱讀，且不同影像圖面的背景顏色復雜，制圖工作者在影像專題圖的策劃設計階段應考慮圖面注記、符號等顏色與背景影像形成明顯色差，以防相互干擾影響識圖用圖，因此在實際操作中基于影像背景的關注設施專題圖的符號、注記、線劃等圖面內容很難做到顏色統一、內容規范。

3 結 語

與傳統專題圖相比，基于影像背景的關注設施專題圖的符號、注記、線劃表示很難規范統一，無法進行精確的地物量算，圖面不夠簡潔明了，存在一些不盡完美的地方，若作業人員充足，作業時間充裕，盡量考慮利用傳統方式制作專題圖。然而，基于影像背景的關注設施專題圖圖面清晰易讀、立體、直觀、保留細部數據、成圖周期短，大大減少了制圖工作量，提高了專題圖的制作效率，在應急保障時不失為一個很好的選擇。