基于MAPGIS的等高线矢量化研究.pdf

第25卷第7期 计算机应用与软件Vol125 No. 7 2008年7月 ComputerApplications and SoftwareJul . 2008 基于MAPGIS的等高线矢量化研究 郝 容 刘 星 刘亚 ; 中国地质大学 湖北 武汉430074 收稿日期 2006 - 07 - 31。郝容,硕士,主研领域遥感技术。 摘 要 论述了基于MAPGIS平台的等高线矢量化方法,并对矢量化过程中出现的彩色地形图、 等高线与图廓相交、 断线及等高 线方向不清等问题作了适当的方法论述。 关键词 MAPGIS 等高线 矢量化 彩色地形图 THE VECTORIZATI ONM ETHODS FOR CONTOUR L INE BASED ONMAPGIS Hao Rong Liu Xing Liu Yali China University of Geosciences,W uhan 430074, Hubei, China Abstract The vectorization s for contour line based on MAPGIS are discussed, and some proper ways are presented to deal with problems that appear during vectoring such as color reliefmap, contour lines intersecting on remarks, direction judgement of broken lines and contour lines . Keywords MAPGIS Contour line Vectorization Color reliefmap 0 引 言 随着信息技术的快速发展,传统纸制地图保存方式很难满 足大信息量、 快捷方便、 批量操作和修改、 分析获取信息的需求, 需要利用计算机处理地形图以使之满足本行业的专业用途,这 就需要将早期的地形图数字化。等高线是地图上的重要要素, 其数字化工作量约占全部工作量的40 ,在山区份量更重 [1]。 因此,提高等高线矢量化速度,对降低生产作业劳动强度,提高 地图数字化速度,具有十分重要的意义。 1 等高线的特点及矢量化的难点 等高线之所以成为地形图矢量化的难点,主要因为等高线 具有以下特征 1整体而言每条等高线都是封闭的,但小区域内等高线 不一定是完整的封闭曲线; 2对于单条等高线来讲,曲线的走向是随意的,没有先验 信息的约束 [2]; 3受原地形图质量及扫描仪性能的影响,地形图图像含 有大量的过渡色彩及失真; 4地形图上的各类要素相互交叉及覆盖,等高线中含有 大量的断点。同时,地形图图像颜色的不均匀性不可避免地在 等高线稀疏的地方产生断线,在线状要素稠密的地方产生粘连。 通过以上分析可以看出,等高线在颜色上的模糊性、 在形状 上的任意性并且含有大量断线的特征,决定了等高线是图形矢 量化研究最难解决的问题之一。 2 方法探究 2. 1 矢量化前的准备工作 扫描的地形图有黑白、 灰度及彩色图像之分。对灰度和彩 色图像进行跟踪矢量化,常常得不到满意的效果,而黑白二值图 像能实现全自动矢量化及交互矢量化,矢量化效果也最好。所 以矢量化等高线之前可将彩色地形图转换成黑白二值图,以简 化和消除彩色地形图各要素之间的相互干扰和影响,使后续工 作得以顺利进行。 1利用MAPGIS图像分析模块进行彩色图像HSV分解 扫描获得未经压缩的JPEG格式或TIFF格式彩色图像,利 用MAPGIS图像处理中的镶嵌配准或图像分析模块,经数据输 入转换生成MAPGIS内部图像MSI格式。利用影像处理中的 “HSV分解 ”,输入要处理的图像文件,处理生成H、S、V 3个分 量的灰度MSI格式图像,点击确定后提取出以等高线为主的图 像,该图像基本淡化或去除了原来彩色地形图中黑色、 蓝色图像 内容。对于彩色地图中表示植被的绿色色斑,实际上由较密集 的绿色斜线构成,会对HSV分解提取工作造成干扰,可利用 Photoshop软件中菜单“ 图像 → 调整 → 替换颜色 ”,利用吸管工具 吸取图像中的绿色,调整其明度后将其淡化 [3]。 2图像二次化处理 MAPGIS色彩HSV分解生成的 3. msi图像文件输出生成 Photoshop可以识别的JPEG或TIFF格式,利用Photoshop软件 进行图像的二次处理。如果使用生成的H波段或S波段灰度图 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 234 计算机应用与软件2008年 像,由于底色比较灰暗,难以分辨图像中的等高线,这时可采用人 机交互式方式,利用Photoshop中的“ 图像 → 调整 → 反相 ” 菜单对 灰度图像进行反相变换,V波段文件底色较淡,能比较容易地分 辨出等高线,可不作上述处理。处理后的图像可能会出现一些断 线或粘连现象,这时可利用Photoshop中的“ 图像 → 调整 → 色阶 ”, 通过调整色阶来调整图像的暗调、 中间调和高光等强度级别,校 正图像的色调范围和色彩平衡;对于图像中比较模糊的地方可利 用锐化菜单,通过增加相邻像素的对比度来聚焦模糊的图像;调 整阈值将灰度图像生成相应分辨率的黑白二值图像。 2. 2 等高线矢量化方法 借助MAPGIS平台进行等高线矢量化,根据处理后的地形 图情况,可采用全自动矢量化和半自动矢量化。 1全自动矢量化 经图像处理后,如果地形图图像清晰、 地理要素线条鲜明、 间断少并且无疵点,可利用MAPGIS中的全 自动跟踪方式,一次性获得当前地形图对应的矢量数据。此方 法的优点是省时、 高效,但当图像中的等高线有断线或等高线之 间模糊不清时,自动矢量化会出现错误。 2半自动跟踪矢量化 对于图中要素互相重叠、 交叉的 图像,可以使用动态跟踪法对线状要素进行交互式跟踪。跟踪 时遇奇异点会停下来,可手动连接跨过奇异点,然后继续自动跟 踪直至结束,重复上述步骤完成全图的矢量化工作。在跟踪的 过程中,可采用各种快捷方式,如F5放大、F7缩小、F9后退、 F12捕捉等高线首尾节点等以提高矢量化的速度。 3 实例分析 实例所显示的是1∶50000云南龙塘圩的部分图像。图1为 未经处理的原图像,图2为经过图像处理生成的黑白二值图像。 对比两图可以看出,处理后的图像基本上除去或淡化了原图的 色块,等高线弯曲走向比较清晰,可利用MAPGIS软件进行半自 动交互式矢量化。 图 1图 2 实际中一幅地图往往只是地形的某一部分的描述。在图廓 边处等高线是被截断的,对于在图廓处断开的等高线,可根据与 图廓边相交时某条等高线与相邻等高线的高程关系来判断其走 向;在地貌形态连续变化的地区,相邻高程的等高线有着不同程 度的相似性,对于图中出现的等高线的断线问题可根据相邻高 程等高线的拓扑关系。每条与图廓相交的等高线其走向由相邻 较高和较低等高线的空间位置所决定,从而确定等高线唯一的 闭合方向。 4 结 论 所论述的等高线处理过程中遇到的问题和解决方法,只是 在交互式人工处理过程中提高矢量化速度和准确矢量化的一些 方法,和全自动矢量化方法相比,有其不足之处。但是由于到目 前为止尚未见着能够实现完全自动矢量化软件和方法,所以本 文所论述的不失为提高交互式人工处理等高线速度和准确度的 方案。 参考文献 [ 1 ]王列平.等高线图的自动生成.西部探矿工程, 20067. [ 2 ]黄培之.等高线形状变化规律的研究.中国图像图形学报, 2006, 11 1 . [ 3 ]程起敏,杨崇峻,等.彩色扫描地形图的自动分色与处理.测绘信息 与工程, 2003, 28 2 上接第181页 了三维数据的传输与共享。MapGIS7. 0推出的MAPGIS2TDE, 实现了真三维功能方面的突破。 4由于三维数据模型、 数据结构理论与技术不成熟等原 因,上述软件与本文所述三维GIS应具有的功能体系存在着较 大差距。尽管MapGIS7. 0实现了真三维功能的突破,但三维 GIS的理论、 技术、 应用总体上还不成熟,处于初级阶段,且发展 速度较慢。2003～2005三年国产地理信息系统平台软件测评 大纲对三维功能的评价标准并无较大变化,也未明确提及真三 维方面的功能标准。这从侧面说明GIS基础软件三维功能的发 展速度缓慢,未引起足够重视。笔者认为今后有必要将真三维 功能引入测评大纲,以促进GIS软件三维功能的快速发展。 目前已有一些专门针对地质、 采矿等领域的三维软件,如 GoCAD、LYNX等,但多是针对各自的领域,理论上没有系统完 整的研究,没有面向通用平台,因此具有较大的局限性,普及程 度较低。而ArcGIS、MapGIS、Super Map等大型的GIS基础软件 已有广阔的应用背景,若将三维模块引入,将更有利于三维GIS 应用的深入。 随着计算机技术的发展以及GIS应用的深入, GIS从二维 进步到三维是其发展的必然,三维功能必将成为GIS软件的一 个竞争点。 参考文献 [ 1 ]姜小轶,孙运生,王安.三维地理信息系统 3D 2 GIS 的发展现状及 趋势[J ].世界地质, 1998, 174 58262. [ 2 ]肖乐斌,钟耳顺,刘纪远,等.三维GIS的基本问题探讨[J ].中国图 像图形学报, 2001, 69 8422848. [ 3 ] Alexander K, Sigrid B. 3D2GIS forUrban Purposes [J ]. Geo Inat2 ics, 1998 21. [ 4 ]王继周,李成名,林宗坚.三维GIS的基本问题与研究进展[J ].计 算机工程与应用, 200, 24 40244. [ 5 ]李青元,林宗坚,李成明.真三维GIS技术研究的现状与发展[J ]. 测绘科学, 2000, 252 47251. [ 6 ] Kevin Spraguea, Ericde Kempa. Spatial targeting using queries in a 3 - D GIS environment with application to mineral exploration [ J ]. Com2 puters Geosciences, 200632 3962418. [ 7 ]骆驼人,毋丽红.中国GIS人才生存状况调查报告[J ]. GIS开发 者,20056 4221. [ 8 ]党安荣,贾海峰,易善桢,等. ArcGIS 8 Desktop地理信息系统应用 指南[M ].北京清华大学出版社, 2002 5612562. [ 9 ] http / /www. esrichina2bj . cn/news/industynews/ReaderFinalPublish2 er . htm. [10] http / /www. mapgis . com. cn/xwzx_view. asp id 113genre 152. [11] http / /www. supermap. net/gb/products/deskpro. htm. 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.