二.柵格數(shù)據(jù)處理

1、影像配準(zhǔn)及地圖數(shù)字化影像配準(zhǔn)及地圖數(shù)字化地圖矢量化地圖矢量化屏幕跟蹤數(shù)字化過程屏幕跟蹤數(shù)字化過程影像配準(zhǔn)影像配準(zhǔn)主要內(nèi)容主要內(nèi)容地圖矢量化 數(shù)字化可分為手扶跟蹤數(shù)字化和掃描數(shù)字化 對(duì)于柵格數(shù)據(jù)的獲取，GIS 主要涉及使用掃描儀等設(shè)備對(duì)圖件的掃描數(shù)字化， 這部分的功能也較簡(jiǎn)單。因?yàn)橥ㄟ^掃描獲取的數(shù)據(jù)是標(biāo)準(zhǔn)格式的圖像文件，大多 可直接進(jìn)入 GIS 的地理數(shù)據(jù)庫。 從遙感影像上直接提取專題信息，需要使用幾何糾正、光譜糾正、影像增強(qiáng)、 圖像變換、結(jié)構(gòu)信息提取、影像分類等技術(shù)，主要屬于遙感圖像處理的內(nèi)容。 因此，以下主要介紹 GIS 中矢量數(shù)據(jù)的采集。 手扶跟蹤數(shù)字化手扶跟蹤數(shù)字化 通過數(shù)字化儀獲取是一

2、種最普通的傳統(tǒng)方法 是單調(diào)而細(xì)致的工作數(shù)字化儀工作原理數(shù)字化儀工作原理操作人員在數(shù)字化儀上點(diǎn)擊一點(diǎn)或跟蹤一條線段y = 10 x = 5坐標(biāo)被存入到GIS數(shù)據(jù)庫中屏幕跟蹤數(shù)字化過程 1. 配準(zhǔn)影像 2. 新建要素類 3. 在ArcMap中加載已配準(zhǔn)的影像和新建的圖層（要素類） 4. 在ArcMap中使用“編輯器”，分層提取要素（對(duì)于二值化掃描地圖，可使用ArcScan模塊進(jìn)行半自動(dòng)化的屏幕跟蹤數(shù)字化）影像配準(zhǔn) 柵格數(shù)據(jù)通常是通過掃描紙質(zhì)地圖或采集航空及衛(wèi)星照片獲得 。 通過掃描獲取的影像不包含定義其地理空間位置所需的信息。而航空及衛(wèi)星照片所使用的坐標(biāo)系統(tǒng)是相對(duì)于通用GIS平臺(tái)軟件所使用的坐標(biāo)系

3、統(tǒng)是獨(dú)立的。 為了能夠?qū)⑦@些影像數(shù)據(jù)與其它的數(shù)據(jù)集成，以便進(jìn)行分析， 就必須對(duì)其進(jìn)行處理：用戶需要事先將這些數(shù)據(jù)校準(zhǔn)（配準(zhǔn)）到一個(gè)指定的地圖坐標(biāo)系掃描地圖的誤差來源掃描地圖的誤差來源GIS中數(shù)據(jù)的來源主要是對(duì)地圖圖紙的數(shù)字化,掃描數(shù)字化過程中引起的誤差主要決定于 要素對(duì)象 軟件處理技術(shù) 掃描儀 掃描要素對(duì)象掃描要素對(duì)象要素本身的寬度、復(fù)雜程度、粘連以及圖面的整潔和清晰程度都對(duì)掃描數(shù)字化誤差有一定的影響。例如,線條的粘連,結(jié)合處易出現(xiàn)較大的誤差;線條發(fā)虛,會(huì)得到多個(gè)實(shí)體;圖面不整潔引入了噪聲,易引起軟件誤判;線條不光滑,易出現(xiàn)毛刺等。 軟件處理技術(shù)軟件處理技術(shù)在掃描數(shù)字化過程中,三個(gè)主要參數(shù):分

4、辨率、門檻值(灰度值或?qū)Ρ榷戎?和濾波值的確定將對(duì)掃描圖的質(zhì)量產(chǎn)生重大的影響;而圖像處理、幾何校正和矢量化等后處理技術(shù),其功能的強(qiáng)弱、模型的優(yōu)化將直接影響掃描數(shù)字化的精度。如采用合適的校正模型(仿射變換、雙線形變換、多項(xiàng)式變換等)、定向點(diǎn)的自動(dòng)對(duì)中、采樣點(diǎn)的自動(dòng)對(duì)中等,將有效的提高掃描數(shù)字化的精度。 掃描儀掃描儀在掃描過程中,由于使用CCD掃描儀,會(huì)引入一些誤差。主要包含有:掃描儀的分辨率;光學(xué)誤差;電信號(hào)傳輸過程中造成的輻射誤差;沿導(dǎo)軌掃描過程中,由于機(jī)械運(yùn)動(dòng)、速度不均或其它原因所造成的直線性誤差;線陣方向與掃描方向不垂直所引起的CCD線陣的直線性誤差;外界因素影響產(chǎn)生的誤差;隨機(jī)性誤差等等

5、。所有以上這些掃描的誤差引起的幾何變形,可看成平移、旋轉(zhuǎn)、縮放、仿射、彎曲以及各種更高變形的綜合作用結(jié)果。在實(shí)際操作過程中,很難對(duì)這些誤差一一進(jìn)行變形改正,只能綜合考慮它們的影響,綜合校正。 輸入到計(jì)算機(jī)中的圖形，實(shí)際上都是通過其位置坐標(biāo)(x,y)來表示，因此校正過程實(shí)質(zhì)上是找一種數(shù)學(xué)關(guān)系(或函數(shù)關(guān)系)，描述變換前圖形坐標(biāo)(x,y)與變換后圖形坐標(biāo)(x,y)之間的換算，其數(shù)學(xué)關(guān)系一般描述為 x=f1(x,y) y=f2(x,y)名詞：名詞：Georeference 地理配準(zhǔn)：是為了使得影像數(shù)據(jù)可以和GIS矢量數(shù)據(jù)集成在一起，而為影像數(shù)據(jù)指定一個(gè)參考坐標(biāo)系的過程。 將掃描地圖配準(zhǔn)到坐標(biāo)系下影像配

6、準(zhǔn)的步驟影像配準(zhǔn)的步驟（RegisterRectify）校準(zhǔn)柵格數(shù)據(jù) （選擇控制點(diǎn)）坐標(biāo)變換 （求解二元多項(xiàng)式n次方程）檢查均方差（計(jì)算控制點(diǎn)誤差）重采樣矯正（Rectify）：生成新的影像文件 （三種重采樣算法）校準(zhǔn)柵格數(shù)據(jù)校準(zhǔn)柵格數(shù)據(jù) 通常,你會(huì)將柵格數(shù)據(jù)校準(zhǔn)到已經(jīng)存在具有坐標(biāo)信息的空間數(shù)據(jù) （矢量數(shù)據(jù)） 。首先假定矢量化數(shù)據(jù)中的一些空間要素 (目標(biāo)數(shù)據(jù))也同時(shí)存在于要進(jìn)行配準(zhǔn)的柵格圖像上 比如： 街道、建筑物、河流. 地理配準(zhǔn)的基本過程是在柵格圖像中選取一定數(shù)據(jù)的控制點(diǎn)，將它們的坐標(biāo)指定為矢量數(shù)據(jù)中對(duì)應(yīng)點(diǎn)的坐標(biāo)（在空間數(shù)據(jù)中，這些點(diǎn)的坐標(biāo)是已知的，坐標(biāo)系統(tǒng)為地圖坐標(biāo)系）控制點(diǎn)控制點(diǎn) 在配

7、準(zhǔn)中我們需要知道一些特殊點(diǎn)的坐標(biāo)，即控制點(diǎn)。 控制點(diǎn)可以是經(jīng)緯 線網(wǎng)格的交點(diǎn)、公里網(wǎng)格的交點(diǎn)或者一些典型地物的坐標(biāo)。 我們可以從 圖中均勻的取幾個(gè)點(diǎn)。如果我們知道這些點(diǎn)在我們矢量坐標(biāo)系內(nèi)坐標(biāo)， 則直接輸入控制點(diǎn)的坐標(biāo)值，如果不知道它們的坐標(biāo)，則可以采用間接方法獲取從矢量數(shù)據(jù)中選取。 選取控制點(diǎn)選取控制點(diǎn) 控制點(diǎn)的數(shù)目取決于 你打算使用哪一種數(shù)學(xué)方法來實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換. 但是，過多的控制點(diǎn)并不一定能夠保證高精度的配準(zhǔn) 。要盡可能使控制點(diǎn)均勻分布于整個(gè)格格圖像，而不是只在圖像的某個(gè)較小區(qū)域 選擇控制點(diǎn)。 通常,先在圖像的四個(gè)角選擇4個(gè)控制點(diǎn)，然后在中間的位置有規(guī)律地選擇一些控制點(diǎn)能得到較好的效果 地形

8、圖中，讀取控制點(diǎn)的坐標(biāo)，圖中紅色控制點(diǎn)的坐標(biāo)為（564000,2776000），單位：米 輸入控制點(diǎn)坐標(biāo)坐標(biāo)變換 一旦你選取了足夠的控制點(diǎn), 你就可以將柵格數(shù)據(jù)變換（或轉(zhuǎn)換）到地圖坐標(biāo)系統(tǒng)下. 轉(zhuǎn)換(Transformation) 運(yùn)用一種數(shù)學(xué)變換方法來重新確定柵格數(shù)據(jù)中每個(gè)像元的灰度值。 一次多項(xiàng)式：仿射（affine）變換可以將柵格數(shù)據(jù)平移, 縮放, 及旋轉(zhuǎn). 柵格圖像中的一條直線變換后然后為直線。 矩形和正方形變換后為平行四邊形檢查均方差(RMS) 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確程度可以通過比較某一點(diǎn)在地圖中的實(shí)際坐標(biāo)與根據(jù)變換公式得到的坐標(biāo)來判斷。 這兩個(gè)點(diǎn)之間的距離之差稱為殘差(residual error). 通過計(jì)算均方差(RMS)獲取控制點(diǎn)總誤差。 均方差(RMS) 的大小描述了變換公式在不同控制點(diǎn)間的一致性。 可以將殘差特別大控制點(diǎn)刪除，然后添加新的控制點(diǎn)。 RMS 比較小時(shí)，說明控制點(diǎn)的選取是比較準(zhǔn)確的，但也要注意有可能存在殘差非常大的控制點(diǎn)，但由于其它控制點(diǎn)是很精確的，所以總的RMS誤差比較小的情況。矯正柵格數(shù)據(jù)-重采樣 你可能會(huì)認(rèn)為一旦實(shí)現(xiàn)了柵格數(shù)據(jù)到地圖坐標(biāo)變換之后，每一個(gè)像元都被轉(zhuǎn)換到了新的地圖坐標(biāo)。事實(shí)并非如此。在