實驗課內(nèi)容 ：地圖的矢量化
開課實驗室 ：基礎(chǔ)實驗大樓北90201
學(xué)院 ：土木工程學(xué)院
年級專業(yè)班 ：20xx級測繪工程一班
學(xué) 生 姓 名：陳 濤
學(xué) 生 學(xué) 號：631301040116
開 課 時 間：20xx年xx月xx號
一、 實驗?zāi)康募耙?/strong>
了解從紙質(zhì)地形圖轉(zhuǎn)化為計算機(jī)數(shù)字地形圖數(shù)據(jù)的基本過程，掌握數(shù)字圖制圖軟件ArcGIS 中基本的地圖編輯處理方法，鞏固地圖基礎(chǔ)知識，根據(jù)所學(xué)的知識對掃描地圖進(jìn)行屏幕跟蹤矢量化。
二、 地圖矢量化的基礎(chǔ)知識
地理信息系統(tǒng)的基本功能之一就是數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)采集也是一個完整的GIS 應(yīng)具備的基本功能。地理數(shù)據(jù)分為空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)兩部分，數(shù)據(jù)采集也分為 空間數(shù)據(jù)采集和屬性數(shù)據(jù)采集。空間數(shù)據(jù)的采集方法很多，根據(jù)數(shù)據(jù)的來源可分 為地圖數(shù)字化，遙感數(shù)據(jù)獲取和以GPS 為數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)采集等。其中，地圖數(shù) 字化是最基本的數(shù)據(jù)采集方法，它是指把傳統(tǒng)的紙質(zhì)或者其他材料上的地圖（模 擬信號）轉(zhuǎn)換為計算機(jī)可識別的圖形數(shù)據(jù)（數(shù)字信號）的過程，以便進(jìn)一步在計 算機(jī)進(jìn)行存貯，分析和輸出。
掃描數(shù)字化包括以下步驟：
(1) 獲取掃描圖像數(shù)據(jù)
利用掃描儀對紙質(zhì)地圖進(jìn)行掃描，并根據(jù)實際情況設(shè)置分辨率、顏色種類、對比度等參數(shù)，從而獲得背景圖像，格式可以為bmp、jpg、tif 等。如果掃描的圖像效果不理想，可以利用圖像處理軟件（如photoshop 軟件）對圖像進(jìn)行預(yù)處理，使得背景圖像清晰，予以識別。
(2) 確定投影方式和坐標(biāo)系
地圖具有確定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，即包含了投影方式和坐標(biāo)系。但掃描后的圖像數(shù) 據(jù)具有的是圖像坐標(biāo)，因此需要將掃描圖像坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成地圖中的實際地理坐標(biāo)。 轉(zhuǎn)換方法有兩種：一種是解析法，這是在知道投影公式或坐標(biāo)變換公式的情況下， 直接利用變換公式進(jìn)行解算，GIS 中圖形的縮放、平移、旋轉(zhuǎn)及三維變換等操 作都使用這種變換；另一種是數(shù)值變換法，這種方法主要用于地圖的數(shù)字化。最 小二乘法是最為常用的數(shù)值變換的方法。
在數(shù)字化的過程中，在背景圖像上采集一定的控制點，得到它們的圖像坐標(biāo)，同時通過地圖上的坐標(biāo)信息獲得對應(yīng)點在地圖上的實際地理坐標(biāo)，根據(jù)最小二乘 法的思想，利用這組坐標(biāo)值建立線性（或非線性）多項式擬合的坐標(biāo)變換公式， 根據(jù)最小二乘法原理解算出多項式的系數(shù)，從而求解出地圖上任意點的實際地理 坐標(biāo)。
(3) 利用數(shù)字化軟件進(jìn)行數(shù)字化
選擇數(shù)字化軟件，根據(jù)軟件的數(shù)據(jù)組織方法將地圖要素進(jìn)行分層，然后利用 編輯功能將地圖上的要素描繪出來，存入相應(yīng)的圖層，完成地圖數(shù)據(jù)的矢量化工 作。
三、實驗組織及工具
每組一人，個人獨立完成；課內(nèi)2 學(xué)時。電腦、掃描地圖數(shù)據(jù)、ArcGIS 10.0軟件。
四、實驗步驟
（1） 數(shù)字化方案設(shè)計
仔細(xì)研讀待矢量化的地圖，獲得地圖上的所有要素，并根據(jù)內(nèi)容進(jìn)行分類， 如控制點、坐標(biāo)格網(wǎng)、道路及其附屬設(shè)施、房屋及其附屬設(shè)施、河流、湖泊、獨 立地物等。確定哪些要素對應(yīng)點文件、哪些要素對應(yīng)線文件、哪些要素對應(yīng)面文 件。以此為基礎(chǔ)確定要建立的圖層名稱和類型。獲得地圖的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，包括地理坐標(biāo)、投影坐標(biāo)、高程坐標(biāo)、比例尺等相關(guān)內(nèi)容。
（2） 數(shù)據(jù)庫的建立
① 打開ArcCatolog。在指定的目錄下，鼠標(biāo)右擊，在“新建”中，選擇“文 件地理數(shù)據(jù)庫”，并修改數(shù)據(jù)庫的名稱“矢量化”。
② 向該數(shù)據(jù)庫中添加要素數(shù)據(jù)集。右鍵點擊該數(shù)據(jù)庫，在“新建”中，選 擇“要素數(shù)據(jù)集”，在彈出的“新建要素數(shù)據(jù)集”向?qū)Э蛑幸来屋斎朊Q、地圖 坐標(biāo)系、高程系、坐標(biāo)容差，完成要素數(shù)據(jù)集的建立。
③向數(shù)據(jù)集中添加要素。右鍵點擊新建的數(shù)據(jù)集地理要素，在“新建”中選擇“要素類”，在彈出的“新建要素類”向?qū)Э蛑幸来屋斎胛募e名、要素類型、數(shù)據(jù)庫存儲配置、表結(jié)構(gòu)定義。
④、按照③中的步驟依次添加標(biāo)記、河流、湖泊、等高線、獨立地物、道路要素，完成數(shù)據(jù)集的建立。
（3）數(shù)據(jù)庫屬性設(shè)置
同時在ArcMap的左側(cè)“內(nèi)容列表框”中更改數(shù)據(jù)框名稱、設(shè)置數(shù)據(jù)庫屬性、包括坐標(biāo)系、地圖定位、顯示范圍等，該處的坐標(biāo)系與數(shù)據(jù)集坐標(biāo)系和掃描圖坐標(biāo)系一致。
（4）地理配準(zhǔn)
將掃描的背景圖像添加到數(shù)據(jù)庫，并鼠標(biāo)右擊該圖層，在彈出的數(shù)據(jù)框中選擇“縮放至圖層”，在右側(cè)的地圖窗口將出現(xiàn)背景圖像，利用放大、平移工具將視圖定位到需要矢量化的區(qū)域（3422,18600）-（3424,18602）。
接著對地圖進(jìn)行配準(zhǔn)工作：
① 在ArcMap中添加地理配準(zhǔn)工具。
② 選擇公里網(wǎng)格的交點，在圖中選擇需要矢量化的的區(qū)域的四個角度作為控制點。在“地理配準(zhǔn)”工具欄中點擊“添加控制點”按鈕，使用該工具。
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