测绘工程-04地形图数字化

1、地形图数字化第四章9/20/20221测绘工程教研室 数字地形图除采用地面数字测图方法外，也可采用地形图数字化方法。 采用常规测图方法测绘的图解地形图通过地形图数字化，可转换成计算机能存储和处理的数字地形图，但其地形要素的位置精度不会高于原地形图的精度。 地形图数字化方法按采用的数字化仪不同分为： 手扶跟踪数字化 扫描屏幕数字化 9/20/20222测绘工程教研室 手扶跟踪数字化利用跟踪数字化仪，将图解地形图直接转换成矢量格式的数字地形图。 地形图扫描屏幕数字化是利用扫描仪将地形图扫描，得到栅格数据形式的数字图像，其标准文件格式有PCX、GIF、TIFF、BMP等；在栅格数据处理后，然后再采用

2、人机交互与自动跟踪相结合的方法完成地形图的矢量化。 地形图扫描屏幕数字化的作业效率要高于手扶跟踪数字化。9/20/20223测绘工程教研室数字化仪示意图9/20/20224测绘工程教研室9/20/20225测绘工程教研室9/20/20226测绘工程教研室9/20/20227测绘工程教研室9/20/20228测绘工程教研室当使用数字化仪对地图进行数字化时，数字化仪所发送的坐标数据是数字化仪坐标系的坐标，与地图坐标系不一致，因此必须把数字化仪坐标系的坐标数据转换成地图坐标系的坐标数据。地形图定位就是求出两个坐标系之间的转换参数，同时还要能有效地克服图纸的变形误差，以提高数字化的精度，因此变换模型的

3、选择很重要。 线性正形变换 仿射变换4.1 地形图定位9/20/20229测绘工程教研室4.1.1 线性正形变换 设XOY为地图坐标系，xoy为数字化仪坐标系，两坐标系的坐标轴之间的夹角为。地图西南角图廓点O的地图坐标为X0和Y0 ，数字化仪坐标为x0和y0，即O点相对于xoy坐标原点o的平移距离为x0，y0 ，为长度比。 对于任一已知点P的地图坐标（X，Y）和数字化仪坐标（x，y）进行线性正形变换的数学模型为9/20/202210测绘工程教研室2、仿射变换 与线性变换相比，仿射变换还顾及到了X，Y两个方向比例变化的不一致性，其数学模型为 式中 X，Y地图坐标系坐标；x，y数字化仪坐标系坐标；

4、a1,b1,a2,b2,a0,b06个定向系数 当有n个已知点时，对于每个已知点都可以列出一对误差方程式，即 9/20/202211测绘工程教研室4.1.3 地形图定位方法1.按图廓点的地形图定位 先输入图幅左下角和右上角的地形图坐标,然后由数字化游标十字丝分别对准左上角、左下角、右下角和右上角图廓点依次输入这四个图廓点的数字化坐标。9/20/202212测绘工程教研室地形图定位2.按控制点的地形图定位 在图幅内选择3-5个控制点，控制点均匀分布，然后对控制点分别进行数字化。9/20/202213测绘工程教研室4.2.1 数字化仪概述 一、数字化仪的性能指标1、工作幅面：A0A1。 A0： 8

5、41mm1189mm A1： 597mm841mm2、分辨率（能识别的最小间距）有两种单位：毫米（mm）和英寸（in），通常分辨率能达到0.1mm（10线/mm ）0.01mm（100线/mm）， 0.01 in （100线/ in）0.001 in （1000线/ in )。3、数字化仪的波特率（异步通信的数据传送速度）有1200，2400，4800，9600，19200b/s。4、数字化仪发送数据的输出格式，一般有ASCII码和二进制码两种，具体的数据输出格式可根据需要自行设置。数字化仪的输出速度一般为10对/s 100对/s。4.2 手扶跟踪数字化9/20/202214测绘工程教研室一、

6、地图手扶跟踪数字化二、数字化仪与计算机的连接 数字化仪具有RS-232C标准串行接口，用一根串行线把数字化仪的串行接口和计算机的串行接口连接，即可实现数字化仪和计算机的数据通信。9/20/202215测绘工程教研室扫描数字化仪分为平台式和滚筒式两种类型。 平台式扫描仪由平台、扫描头和x、y导轨组成，图纸固定在平台上，扫描头可作x方向和y方向上的移动。 滚筒式扫描仪由滚筒、扫描头和方向导轨组成，图纸由滚筒的转动作y方向的移动，扫描头可作x方向的移动。9/20/202216测绘工程教研室台式扫描仪滚筒式扫描仪平台扫描头x y导轨滚筒扫描头方向导轨9/20/202217测绘工程教研室手扶跟踪数字化的

7、特点 数字化仪的精度：比较高 手扶数字化的缺陷无法及时发现错误作业辛苦6小时9/20/202218测绘工程教研室 基本过程 将需要数字化的图件（地图、航片等）固定在数字化板上，设定数字化范围，输入有关参数，选择数字化方式，按地图要素的类别实施数字化地图跟踪数字化 在进行地图手扶跟踪数化时，需要在数字化仪面板坐标和地图真实坐标之间建立映射关系，通常的做法是先录入控制点。9/20/202219测绘工程教研室菜单定位 地形图数字化除需给出地形图要素的地形图坐标外，还必须输入相应地形图要素类别。这些地形图要素类别用规定的代码来表示。代码输入方法通常采用菜单法输入地形图要素代码。 在数字化桌面上开辟一个

8、菜单区，通常把菜单放在数字化桌的右面，菜单区可以是一个矩形或正方形。 9/20/202220测绘工程教研室9/20/202221测绘工程教研室地形图符号数字化9/20/202222测绘工程教研室公共边的数字化方法 9/20/202223测绘工程教研室数字化精度 数字化精度是数字化工作必须考虑的问题，首先要保证原图的质量，要求图纸变形小和图面清晰。1 图纸定位误差 定位点本身的误差、定位点的分布情况以及坐标变换模型选择等因素的影响。2 采样误差 采点时的对中误差，取点的代表性误差（偶然误差）。3 仪器误差 数字化仪本身的结构及分辨率等因素引起的误差（系统误差）。9/20/202224测绘工程教研

9、室一、扫描数字化仪 扫描数字化仪分为平台式和滚筒式两种类型。 平台式扫描仪由平台、扫描头和x、y导轨组成，图纸固定在平台上，扫描头可作x方向和y方向上的移动。 滚筒式扫描仪由滚筒、扫描头和x方向导轨组成，图纸由滚筒的转动作y方向的移动，扫描头可作x方向的移动。 如果地图是单色线划图，扫描头将感受的反射光强弱表示为二值像元，0表示空白，1表示线划。如果是多色图，扫描头将感受的色调表示为不同灰度值的像元。 扫描数字化仪的主要技术指标是分辨率、精度、扫描速度和幅面大小。分辨率最小值应达到0.025mm，绝对精度不应低于0.1mm，扫描速度在80000像元/秒以上，幅面可选用A1幅面。9/20/202

10、225测绘工程教研室二、栅格数据与矢量图形的区别（1）栅格图像是以点阵形式存储，它的基本元素是像素（像元），它是以像素灰度的矩阵形式记录的；矢量图形是以矢量形式存储的，它的基本元素是图像要素，图像要素的几何形状是以坐标方式按点、线、面结构记录的。（2）图像的显示是逐行、逐列、逐像元地显示，与内容无关；图形的显示是逐个图形要素按顺序地显示，显示位置的先后没有规律。（3）图像放大到一定的倍数，图像信息会发生失真，特别是图像目标的边界会发生阶梯效应；图形的放大或缩小，其图形要素、目标不会发生失真。（4）表示效果相同时，栅格图像表示比矢量图形表示所占用的存储空间大得多。4.3 地形图的扫描数字化9/2

11、0/202226测绘工程教研室三、栅格数据的基本运算1.灰度值变换 (也称辐射量测值) 将栅格数据中像元的原始灰度值按各种待定方式变换。（“临界值操作”是指凡低于(或高于)某一个临界值的灰度值都被置成一种新灰度值(例如0)，其余的也可均置为另一种不同的灰度值常量 。在灰度值l0上作临界值操作9/20/202227测绘工程教研室2.栅格图像的平移 原始的栅格图像按事先给定的方向平移一个确定的像元数目。原始图像分别向右、向上平移了一个像元而形成的新图像。9/20/202228测绘工程教研室3.两个栅格图像的算术组合 将两个栅格图像互相叠置，使它们对应像元的灰度值相加、相减、相乘等 。ABA+B9/

12、20/202229测绘工程教研室4.两个栅格图像的逻辑组合 将两个图像相对应的像元，利用逻辑算子“或”、“异或”、“与”和“非”进行逻辑组合。A或BA与B9/20/202230测绘工程教研室4.两个栅格图像的逻辑组合A异或BA非B用集合运算的符号表示:A“或”B的结果是AB=x：xA或xB；A“与”B的结果是AB=x：xA且xB；A“异或”B的结果是A“非”B的结果即为A集与B集的差：9/20/202231测绘工程教研室4.3.2 扫描屏幕数字化的作业过程在扫描后处理中，需要进行栅格转矢量的运算，一般称为扫描矢量化过程。 扫描矢量化可以自动进行，但是扫描地图中包含多种信息，系统难以自动识别分辨（例如，在一幅地形图中，有等高