矢量数据的叠加有什么作用?

叠加分析至少要使用到同一区域，具有相同坐标系统的两个图层。所谓叠加分析，就是将包含感兴趣的空间要素对象的多个数据层进行叠加，产生一个新要素图层。该图层综合了原来多层实体要素所具有的属性特征。叠加分析的目标是分析在空间位置上有一定关联的空间对象的空间特征和专题属性之间的相互关系。多层数据的叠加分析，不仅仅产生了新的空间对象的空间特征和专题属性之间的相互关系，能够发现多层数据间的相互差异、联系和变换等特征。

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根据GIS数据结构的不同，将GIS叠加分析分为基于矢量数据的叠加分析和基于栅格数据的叠加分析。

在GIS的矢量数据结构中，地理孔吉对象由点、线、面等要素来表示，所以基于矢量数据的叠加分析又可以分为点与多边形的叠加分析、线与多边形的叠加分析和多边形间的叠加分析三大类。

点与多边形的叠加，就是研究某一矢量数据层中的点要素位于另外一个矢量数据层中的哪个多边形内，这呀就可以根据点与多边形的空间关系，确定给点要素添加哪些属性特征。

线与多边形叠加，就是研究矢量数据层中的线要素与其他数据层中的多边形要素之间的关系，进而判定线要素与多边形的相离、相交、包含等空间关心。

多边形的叠加，就是要研究两个或多个多边形矢量数据层的叠加操作，生成一个新的多边形数据层。

矢量化及MAPGIS相关技术

秦爽 李进化

（河南省地质博物馆，郑州450016）

摘要 地质图件的矢量化，是解决地质图件数字化瓶颈难题的必然途径，随着计算机与信息技术的迅速发展，数字化成图方式已被广泛应用，基于数字化地质图的机助编绘势在必行。本文从扫描矢量化的实际出发，从MAPGIS的基础准备到具体操作等环节进行了分析，并结合了本人工作实践，得出利用MAPGIS矢量化图像的几点体会。

关键词 扫描；矢量化；栅格图像；矢量图形；MAPGIS；编辑；数字化

对于原有地质资料进行矢量化管理已成为趋势。对图件数字化不外乎两种方法，一种是利用数字化仪进行数字化，误差来源定向误差，采集误差等，这种方法在20世纪80、90年代曾流行一时，但由于投资较大，误差较高，很少有人再使用；另一种方法是将图件扫描成栅格图像，并利用光栅矢量混合编辑软件如MAPGIS、GTX、AutoCAD Overlay等来转变成矢量数字图形。

1 扫描矢量化的基本概念

（1）数字化。数字化是指把图形、文字等模拟信息转换成为计算机能够识别、处理、贮存的数字信息的过程。

（2）矢量化。矢量化是指把栅格数据转换成矢量数据的过程。

（3）光栅化。光栅化是指把矢量数据转换成栅格数据的过程。

（4）栅格图像。也称光栅图像，是指在空间和亮度上都已经离散化了的图像。我们可以把一幅栅格图像考虑为一个矩阵，矩阵中的任一元素对应于图像中的一个点，而相应的值对应于该点的灰度级，数字矩阵中的元素叫做像素。数字图像与马赛克拼图相似，是由一系列像素组成的矩形图案，如果所有的像素有且仅有两个灰度级（黑或白），则称其为二值图像，即位图；否者称其为灰度图像或彩色图像。

（5）矢量图形。在介绍矢量图形之前，我们首先阐述矢量对象的概念。矢量对象是以矢量的形式，即用方向和大小来综合表示目标的形式描述的对象。例如画面上的一段直线，一个矩形，一个点，一个圆，一个填充的封闭区域等。矢量图形文件就是由这些矢量对象组合而成的描述性文件。矢量图形则是计算机软件通过一定算法，将矢量对象的描述信息在显示终端上重绘的结果。

纸质地图经扫描仪扫描后，初步保存为栅格图像（常见的格式有TIFF、BMP、PCX、JPEG等）。栅格图像在地理应用领域有着这样的缺陷：首先，栅格图像文件对图像的每一像素点（不管前景或背景像素）都要保存，所以其存储量特别大。另外，我们不能对图像上的任一对象（曲线、文字或符号）进行属性修改、拷贝、移动及删除等图形编辑操作，更不能进行拓扑求解，只能对某个矩形区域内的所有像素同时进行图像编辑操作。此外，当图像进行放大或缩小显示时，图像信息会发生失真，特别是放大时图像目标的边界会发生阶梯效应，正如点阵汉字放大显示发生阶梯效应的原理一样。

而矢量图形则不同。在矢量图形中每个目标均为单个矢量单位（点、线、面）或多个矢量单位的结合体。基于这样的数据结构，我们便可以很方便地在地图上编辑各个地物，将地物归类，以及求解各地物之间的空间关系。并有利于地图的浏览、输出。矢量化则是利用数字图像处理算法，将源图上的各种栅格阵列识别为矢量对象，最后以一定格式保存的过程。矢量图形在工业、制图业、土地利用部门等行业都有广泛的应用。在这些领域的许多成功软件都基于矢量图形，或离不开矢量图形的参与，如MAPGIS、AutoCAD、ARC/INFO、Corel Draw、GeoStar等等。

随着计算机科学、地理学、制图学、遥感与摄影测量学、图形图像技术以及数据库技术的不断发展，地理信息系统已成为一种功能强大、性能完善的计算机系统，广泛应用于规划、土地、测绘、建设、环保、军事等诸多部门，成为政府部门进行科学管理和快速决策时不可或缺的工具。而各具特点的 GIS和制图应用软件也给社会用户提供更大的选择性。MAP GIS作为较早发展起来的国产 GIS软件，国内拥有一定数量的用户。

由中国地质大学开发的MAP GIS是一个具有国际先进水平的地理信息系统，它分为“图形处理”、“库管理”、“空间分析”、“图像处理”及“实用服务”5大部分，共计21个子系统。使用时，用户根据自己的不同需要，随机选择各个子系统。

2 MAPGIS 扫描矢量化输入

扫描矢量化，通过扫描仪输入扫描图像，然后通过矢量追踪，确定实体的空间位置。对于高质量的原资料，扫描是一种省时、高效的数据输入方式。MAPGIS扫描矢量化的主要功能有：

图像格式转换功能——系统可接受扫描仪输入的TIFF栅格数据格式，并将其转换为MAPGIS系统的标准RBM格式。

矢量跟踪导向功能——可对整个图形进行全方位游览，任意缩放，自动调整矢量化时的窗口位置，以保证矢量化的导向光标始终处在屏幕中央。在多灰度级图像上跟踪线划时，保证跟踪中心线。

多种矢量化处理功能——系统提供了交互式手动、半自动、细化全自动和非细化全自动矢量化方式，同时提供了全图矢量化和窗口内矢量化功能，供用户选择。

自动识别功能——系统应用人工智能及模式识别的技术，在我国率先成功地实现灰度扫描地图矢量化和彩色扫描地图矢量化，克服了二值扫描地图矢量化的致命弱点，使之彩色地图可达全要素一次性矢量化。

编辑校正功能——系统提供了对矢量化后的图元（包括点图元和线图元），进行编辑、修改等功能，可随时进行任意大小比例的显示，便于校对；对汉字、图符等特殊图元，可直接调用系统库，根据给定的参数，自动输入生成。

3 MAPGIS 的基本概念

MAP GIS把地图数据根据基本形状分为三类：点数据，线数据和区数据（亦即面数据）。与之相对应，文件的基本类型也分为三类：点文件（∗.WT），线文件（∗.WL）和区文件（∗.WP）。只有包括所有地图数据的三类文件都叠加起来时，才构成一幅完整的地图。

3.1 点

点是地图数据中点状物的统称，是由一个控制点决定其位置的符号或注释。它不是一个简单的点，而是包括各种注释（英文、汉字、阿拉伯数字等）和专用符号（包括圆、弧、直线、五角星、亭子等各类符号）。它与线编辑中“线上加点”的点的概念不同，“线上加点”的点是坐标点。所有的点图元数据都保存在点文件中（∗.WT）。

3.2 线

线是地图中线状物的统称。MAP GIS将各种线型（如点划线、省界、国界、等高线、路、河堤）以线为单位作为线图元来编辑。所有的线图元数据都保存在线文件中（∗.WL）。

3.3 区

区通常也称面，它是由首尾相连的弧段组成封闭图形，并以颜色和花纹图案填充封闭图形所形成的一个区域。如湖泊、居民地等。所有的区图元数据都保存在区文件中（∗.WP）。

3.4 图层

在GIS的应用中，同一文件中有多种类型的地理要素。如一个线文件中可能包括等高线、公路、铁路、河流等多种类型的线。为了便于编辑和管理，一般情况下，可以把同一类型的地理要素放到同一图层，例如：将所有的铁路线都放到铁路图层，而把所有的等高线都存放到等高线图层，这样所有的图层都叠加起来就构成了一个完整的线文件。特殊情况下，一个图层也可存为一个单独的文件。

3.5 工程

一个工程由一个或一个以上的点文件、一个或一个以上的线文件和一个或一个以上的区文件组成。

3.6 编辑处理

数据输入计算机后，就要进入图形编辑、数据校正、图廓整饰、邻图接边、误差消除等项工作。由MAP GIS图形编辑子系统、拓扑结构编辑子系统、错误检查和数据校正等子系统来完成上述各项编辑处理任务。

3.7 颜色设计

颜色是地学图表现的一种重要要素，它直接影响地学图的表现力和图面效果。因此，地学图对颜色的要求是非常严格的。MAP GIS对地学图作了颜色的要求，在分析了地学图印刷特点的基础上，设计了一套灵活、方便、精确的颜色定义和色标系统。

3.8 图形输出

图形输出是MAP GIS系统中最后一道工序，通常是把显示所需的图形数据，经过分析、处理、编辑、用色、自检、误差消除等，在基本符合要求后，用彩色喷墨绘图仪输出彩色样图，对彩色样图进行校对和系统质量检查。

4 利用 MAPGIS 矢量化图像的几点体会

在MAP GIS软件使用过程中，制图单位经常会遇到这样或那样棘手的问题，针对这类问题，通过查阅MAP GIS参考手册并总结计算机制图工作经验，得出了以下利用MAP GIS绘制地质图件的几点体会，以供同行参考。

4.1 扫描数字化的图件，可以直接用于MAPGIS 矢量化

我们扫描图字化的图件，有黑白二值、灰度和彩色（RGB模式）三种格式，MAP GIS正好支持这三种格式的TIF光栅文件（∗.TIF），可以在PHOTOSHOP中打开此光栅文件，另存为TIF文件即可。

4.2 编辑

作为地质图编辑者来说，不仅应有相关的专业技术能力，而且还要有一定的野外工作经验，美术特长和认真负责的态度，按照国家标准、行业规范进行编辑处理。在图形输入之前，编辑者必须对原图进行全面阅读，了解图面内容，查看平面图、图切剖面、图例、文字、地质事件、模式图等是否合理和吻合。对地形图编辑时，必须增加补充现势性资料，如三角点、公路、铁路、河流、湖泊、水库、居民地及注记等。然后，对图件的各项内容先进行错误消除，按地学图制作要求，设计版面，按规范设置字体、字号、图面整饰、设色方案等，这些都与编辑者密切相关。

4.3 校对

校对是一项反复的系统工程，又是出版物的一个重要环节，一般需经过多次校对，才可能消除存在的错误，保证其质量。地质图虽然在MAP GIS系统下经过编辑和处理，往往还不能达到理想效果。那么，必须通过彩色喷墨绘图仪输出彩色样图（或素图），进行一校、二校及质量检查。在检查过程中发现的缺陷，应及时处理，使图件规范化、标准化，弥补编图者之不足，达到最佳效果。

值得注意的是：从彩色喷墨绘图仪输出的颜色和色标存在着一定的差异（水性颜色与油性油墨之间的差别），胶版纸和铜版纸纸质纤维、亮度的差别，只要按地质图用色标准确定色号，印刷成品的颜色和色标颜色基本是一致的。

5 结束语

在扫描数字化的基础上，对原有地质资料进行矢量化。MAP GIS作为一套优秀的地理信息系统软件，应用在很多行业中。我们可以通过MAP GIS的“输入编辑”模块，在地形图或其他扫描后的栅格图件上采集数据，矢量化，形成完整的点、线、面文件，结果或者出图打印，或者进行各种应用分析，这是我们的发展趋势。

参考文献

［1］秦爽，李进化.普查地图编制.北京：测绘出版社.1982.

［2］秦爽，李进化.计算机地图制图.北京：测绘出版社.1991.

［3］第四届全国地质档案资料学术研讨会文集.北京：海洋出版社.2004.

［4］杨公之主编.档案信息化建设实务.北京：中国档案出版社.2003.

［5］董国臣，郝国杰，陈达，等.GIS在1：5万榆关镇幅区域地质调查中的应用［J］.中国区域地质，1998，17（4）.

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