摘 要：本文研究了基于MapGIS平臺(tái)的地理信息柵格圖像數(shù)據(jù)矢量化處理方法。首先，對(duì)柵格圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括去噪、二值化和圖像增強(qiáng)等操作，以提高圖像質(zhì)量和降低矢量化難度。其次，采用自動(dòng)矢量化與手動(dòng)矢量化相結(jié)合的方式，利用MapGIS軟件中的矢量化工具，提取預(yù)處理后柵格圖像的矢量數(shù)據(jù)。在矢量化過(guò)程中，結(jié)合地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）知識(shí)對(duì)矢量數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系、屬性信息和空間關(guān)系進(jìn)行校正和優(yōu)化。最后，利用實(shí)例驗(yàn)證了本文方法的可行性和有效性。結(jié)果表明，基于MapGIS的地理信息柵格圖像數(shù)據(jù)矢量化處理方法能夠高效、準(zhǔn)確地將柵格圖像轉(zhuǎn)換至矢量數(shù)據(jù)，為地理信息數(shù)據(jù)的處理和應(yīng)用提供支持。

關(guān)鍵詞：MapGIS；地理信息；柵格圖像；矢量化處理

中圖分類號(hào)：TN 911" " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

MapGIS是國(guó)內(nèi)應(yīng)用廣泛的地理信息系統(tǒng)軟件，其空間數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)大，用戶界面體驗(yàn)友好，因此成為地理信息領(lǐng)域的重要工具。地理信息柵格圖像數(shù)據(jù)矢量化處理方法主要包括深度學(xué)習(xí)的矢量化技術(shù)，該方法雖然矢量化精度高，但是效率低、耗時(shí)長(zhǎng)，對(duì)操作人員的專業(yè)知識(shí)和技能要求較高。本文提出基于遙感圖像處理平臺(tái)（The Environment for Visualizing Images，ENVI）和ArcGIS的矢量化與拓?fù)浞治龇椒āｋm然該方法處理速度快，但是通常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇閾值，不能適應(yīng)復(fù)雜多變的圖像特征。因此，研究基于MapGIS的地理信息柵格圖像數(shù)據(jù)矢量化處理方法，其目的是使柵格圖像數(shù)據(jù)矢量化，為地理信息系統(tǒng)提供更加豐富的空間數(shù)據(jù)支持。

1 項(xiàng)目概況

傳統(tǒng)的土地證和房產(chǎn)證的附圖處理方式是物理粘貼，沒(méi)有在系統(tǒng)中保存電子版本。2003年，深圳市引入新版房產(chǎn)證（單頁(yè)A4格式），為了提升登記和發(fā)證效率，決定取消舊版證書(shū)中的人工粘貼附圖方式[1]。受限于當(dāng)時(shí)的信息技術(shù)水平，產(chǎn)權(quán)登記系統(tǒng)也未能同步制作和存儲(chǔ)相關(guān)的附圖數(shù)據(jù)。

由于國(guó)家對(duì)附圖有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，因此為高效、準(zhǔn)確地打印附圖，本文計(jì)劃進(jìn)行1個(gè)專項(xiàng)項(xiàng)目。該項(xiàng)目的核心目標(biāo)是針對(duì)全市已完成初始登記，但是尚未制作不動(dòng)產(chǎn)權(quán)證書(shū)附圖的登記單元進(jìn)行全面梳理?；诂F(xiàn)有的登記檔案掃描并應(yīng)用矢量化技術(shù)，將相關(guān)圖片轉(zhuǎn)化為電子格式，完成不動(dòng)產(chǎn)證書(shū)附圖的制作工作。最終，這些成果數(shù)據(jù)會(huì)統(tǒng)一上傳至登記系統(tǒng)，以保證數(shù)據(jù)的完整性和可訪問(wèn)性。

本項(xiàng)目工作范圍為深圳市已辦理初始登記、未完成不動(dòng)產(chǎn)權(quán)證書(shū)附圖制作的登記單元，包括紙質(zhì)檔案和電子掃描件等多種形式。

在不動(dòng)產(chǎn)登記工作中，基于測(cè)繪報(bào)告的紙質(zhì)檔案系統(tǒng)地收集相關(guān)的房產(chǎn)測(cè)繪成果數(shù)據(jù)。這些成果數(shù)據(jù)主要包括《房屋建筑面積測(cè)繪報(bào)告》和《建設(shè)工程竣工測(cè)量報(bào)告》的紙質(zhì)檔案。為了有效管理和利用這些資料，根據(jù)招標(biāo)清單的具體要求對(duì)清單內(nèi)宗地的首次登記檔案進(jìn)行細(xì)致整理。

對(duì)能夠采用掃描矢量化技術(shù)制作附圖的檔案按照登記單元進(jìn)行分類，并使用專業(yè)設(shè)備將這些紙質(zhì)檔案掃描成電子版。這個(gè)步驟不僅保證數(shù)據(jù)的數(shù)字化存儲(chǔ)，還為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和分析提供了便利。

2 柵格圖像數(shù)據(jù)預(yù)處理

在項(xiàng)目啟動(dòng)的初期階段，從不動(dòng)產(chǎn)登記中心全面收集與項(xiàng)目有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的核心資料。這些資料包括房產(chǎn)測(cè)繪的詳細(xì)材料、原始紙質(zhì)圖件、已有的掃描文檔、CAD格式的圖紙文件以及地籍宗地的數(shù)據(jù)等。對(duì)這些資料進(jìn)行系統(tǒng)性解讀和深入分析，制定一套高效且有針對(duì)性的數(shù)據(jù)整理策略。針對(duì)紙質(zhì)版的房產(chǎn)測(cè)繪圖件實(shí)施一項(xiàng)重要的數(shù)字化轉(zhuǎn)換工作。這個(gè)過(guò)程需要投入大量人力。由專業(yè)的技術(shù)人員仔細(xì)檢查每一份紙質(zhì)圖件，保證在數(shù)字化過(guò)程中不遺漏任何關(guān)鍵信息，并且采用特殊的修復(fù)技術(shù)使一些年代久遠(yuǎn)、破損較為嚴(yán)重的圖件盡可能恢復(fù)到原始狀態(tài)，以更好地進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)換[2]。經(jīng)過(guò)精心整理后，利用先進(jìn)的掃描設(shè)備將這些圖件轉(zhuǎn)化為高清的電子圖件。同時(shí)，為了保證數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性和可追溯性，對(duì)所有電子圖件進(jìn)行統(tǒng)一命名和編號(hào)，并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的存儲(chǔ)管理。使用高清掃描設(shè)備并指派專業(yè)人員前往檔案中心對(duì)尚未數(shù)字化的原始紙質(zhì)版房產(chǎn)測(cè)繪資料進(jìn)行實(shí)地掃描和收集工作。完成這個(gè)流程后出具詳盡的掃描清單，準(zhǔn)確地記錄和整理每份資料。

柵格圖像數(shù)據(jù)在獲取過(guò)程中可能會(huì)受到各種因素的影響，例如傳感器噪聲、大氣干擾和傳輸錯(cuò)誤等，導(dǎo)致圖像中有噪聲。這些噪聲會(huì)降低圖像質(zhì)量，影響后續(xù)分析和應(yīng)用。針對(duì)獲取的柵格圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪。在去噪過(guò)程中，可以采用多種方法相結(jié)合的方式。首先，采用濾波算法對(duì)圖像進(jìn)行初步去噪，去除大部分明顯的噪聲點(diǎn)。其次，采用圖像增強(qiáng)技術(shù)提高圖像的對(duì)比度和清晰度，進(jìn)一步降低噪聲的影響。最后，對(duì)去噪后的圖像進(jìn)行質(zhì)量評(píng)估，保證其滿足后續(xù)分析和應(yīng)用的要求。如果發(fā)現(xiàn)去噪效果不理想，那么需要及時(shí)調(diào)整去噪方法和參數(shù)，以達(dá)到最佳的去噪效果。采用均值濾波方法，其計(jì)算過(guò)程如公式（1）所示。

（1）

式中：y（n）為處理后的柵格圖像數(shù)據(jù)值；k為濾波器的大小；x（n+i）為第n+i個(gè)原始柵格圖像數(shù)據(jù)。對(duì)柵格圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行二值化處理，如公式（2）所示。

（2）

式中：B（a，b）為二值化后柵格圖像的像素值；a為原始像素的灰度值；b為圖像行數(shù)；δ為判斷像素是否為白色的閾值。對(duì)柵格圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理，引入增強(qiáng)算法，如公式（3）所示。

S=clog（r+1） " " "（3）

式中：S為增強(qiáng)后的柵格圖像像素值；c為1個(gè)常數(shù)，其作用是控制增強(qiáng)的程度；r為原始像素值。

在進(jìn)行數(shù)字矢量化前，為保證數(shù)據(jù)的兼容性和處理效率，電子圖件和掃描件須先轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的格式。這個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程通常利用專業(yè)的軟件平臺(tái)，例如FME、MapGIS和ArcGIS等，其能夠?qū)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為適用于自動(dòng)或交互式矢量化的中間格式。該過(guò)程不僅簡(jiǎn)化了后續(xù)矢量化的步驟，還有助于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化存儲(chǔ)和便捷核驗(yàn)，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和一致性。

3 基于MapGIS的矢量數(shù)據(jù)提取

利用MapGIS軟件對(duì)柵格圖像進(jìn)行預(yù)處理，將自動(dòng)矢量化與手動(dòng)矢量化相結(jié)合，應(yīng)用MapGIS對(duì)矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行提取。MapGIS軟件平臺(tái)支持多種空間索引形式，例如格網(wǎng)索引、R樹(shù)索引以及多重四叉樹(shù)索引，還引入多級(jí)索引的創(chuàng)新技術(shù)。這個(gè)技術(shù)的應(yīng)用提升了超大數(shù)據(jù)量GIS系統(tǒng)在檢索、分析和顯示方面的效率，并充分利用計(jì)算機(jī)硬件資源的并行處理能力，進(jìn)一步優(yōu)化了系統(tǒng)性能[3]。MapGIS在整合多源異構(gòu)數(shù)據(jù)集的過(guò)程中展現(xiàn)了出色的能力，例如在ArcGIS和AutoCAD數(shù)據(jù)的管理方面。Oracle 可移植性、可伸縮性、可靠性和易用性高，功能強(qiáng)大，適用于各種規(guī)模的計(jì)算環(huán)境 [4]，因此成為處理高吞吐量數(shù)據(jù)的有效工具。綜合考慮實(shí)際需求和技術(shù)現(xiàn)狀，結(jié)合MapGIS空間數(shù)據(jù)引擎的卓越功能和Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的應(yīng)用于文件服務(wù)器的強(qiáng)大性能，可以為掃描檔案矢量化數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)管理提供全面、高效的解決方案。在柵格數(shù)據(jù)自動(dòng)矢量化處理的流程中，保證交點(diǎn)要素的正確生成對(duì)矢量化數(shù)據(jù)的質(zhì)量至關(guān)重要。這些交點(diǎn)通常是在公共點(diǎn)相交的3個(gè)或者更多柵格線性元素，例如共享地塊邊界的拐角處。針對(duì)這些交點(diǎn)提出以下3種解決方案：幾何交點(diǎn)法、中值交點(diǎn)法以及無(wú)交點(diǎn)法。

幾何交點(diǎn)法的作用是準(zhǔn)確捕捉角和直線的交點(diǎn)，其特別適用于工程繪圖和街道地圖等需要精確描繪直線和角的應(yīng)用場(chǎng)景。中值更側(cè)重處理非直線角。無(wú)交點(diǎn)法則適用于柵格數(shù)據(jù)中沒(méi)有實(shí)際交叉點(diǎn)的場(chǎng)景，例如等高線地圖，這些地圖中的線條通常是連續(xù)且不相交的。3種交點(diǎn)解決方案在實(shí)際應(yīng)用中的示例如圖1所示。

在實(shí)際操作中，由于原始數(shù)據(jù)可能無(wú)法滿足既定的精度標(biāo)準(zhǔn)，因此需要引入人工干預(yù)并采用交互式矢量化技術(shù)。當(dāng)需要完全掌控矢量化流程或者僅對(duì)柵格圖像中的特定區(qū)域進(jìn)行矢量化時(shí)，采用交互式矢量化處理。完成手動(dòng)創(chuàng)建或補(bǔ)充圖像要素后，結(jié)合自動(dòng)矢量化技術(shù)來(lái)生成最終的矢量數(shù)據(jù)。采用GIS平臺(tái)MapGIS引擎進(jìn)行圖形展現(xiàn)以及功能支撐。

4 矢量數(shù)據(jù)拓?fù)潢P(guān)系和空間關(guān)系校正優(yōu)化

掃描矢量化技術(shù)具備處理GIS兼容的任何二值圖像形式的柵格數(shù)據(jù)格式的能力。該技術(shù)基于識(shí)別和應(yīng)用2種特定顏色來(lái)區(qū)分和符號(hào)化柵格圖層。在地圖應(yīng)用中，用戶可以利用“唯一值”或“分類”等渲染技術(shù)將柵格數(shù)據(jù)清晰地劃分為2種顏色類別，便于矢量化操作。通常來(lái)說(shuō)，大多數(shù)掃描文檔利用深色（例如黑色）來(lái)作為主要信息或前景內(nèi)容，利用淺色（例如白色）來(lái)標(biāo)識(shí)背景。這2種顏色的選擇并非一成不變，可以根據(jù)具體需求調(diào)換為其他顏色值。只要圖像中的這2種顏色具有明確的區(qū)分度，掃描矢量化技術(shù)就能高效地將前景柵格像元轉(zhuǎn)化為矢量數(shù)據(jù)。這個(gè)矢量化過(guò)程的基本流程如圖2所示。

矢量數(shù)據(jù)生成后，受坐標(biāo)系差異、位置誤差等多種因素的影響，其空間位置可能會(huì)產(chǎn)生偏差。為保證后續(xù)數(shù)據(jù)融合與建庫(kù)過(guò)程的質(zhì)量，需要利用GIS平臺(tái)對(duì)矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行精確的空間校正。這個(gè)過(guò)程的作用是修正矢量數(shù)據(jù)中的位置偏離、圖件變形和誤差，以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性[5]。在矢量化流程中，矢量誤差的出現(xiàn)是難以避免的。為保證數(shù)據(jù)的真實(shí)性和準(zhǔn)確性，需要針對(duì)這些誤差采取相應(yīng)的措施。一個(gè)有效的方法是結(jié)合宗地的登記年代充分利用歷史地形圖數(shù)據(jù)。深入挖掘和分析這些歷史數(shù)據(jù)，能夠更準(zhǔn)確地還原宗地的地形特征，優(yōu)化矢量化過(guò)程，提高矢量化效率。經(jīng)過(guò)上述步驟處理并優(yōu)化精度后，矢量數(shù)據(jù)將規(guī)范地存儲(chǔ)并整合成制圖數(shù)據(jù)庫(kù)。該數(shù)據(jù)庫(kù)按照制圖數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)將矢量化后的各類要素圖層標(biāo)準(zhǔn)化，以保證高效批量制圖操作。為了使數(shù)據(jù)具有關(guān)聯(lián)性和一致性，將制圖數(shù)據(jù)庫(kù)中與房產(chǎn)登記有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的圖層要素與登記業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行精確匹配和關(guān)聯(lián)。數(shù)據(jù)庫(kù)要素層內(nèi)容統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

在測(cè)繪工作中，當(dāng)大比例尺圖縮略至小比例尺圖時(shí)，根據(jù)成圖后的目的和繪制地區(qū)的特性，采用一種概括、抽象的形式表現(xiàn)繪制目標(biāo)類型特征和典型特征的規(guī)律，舍棄圖中次要、不重要的要素，例如形狀、數(shù)量和種類等。

根據(jù)不同的比例尺，宗地圖和房產(chǎn)分戶圖都需要經(jīng)過(guò)綜合制圖處理，在綜合制圖的過(guò)程中，可以對(duì)圖件元素進(jìn)行節(jié)點(diǎn)編輯、線條編輯和面狀要素編輯等操作，保證圖件表現(xiàn)形式的完整與美感。在綜合制圖的過(guò)程中，圖層要素的管理更規(guī)范，滿足使用這類數(shù)據(jù)進(jìn)行批量出圖的需求[6]。

5 實(shí)例應(yīng)用效果分析

獲取柵格圖像數(shù)據(jù)后，對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理。首先，利用公式（1）均值濾波算法進(jìn)行去噪處理，其次，利用公式（2）對(duì)柵格圖像進(jìn)行二值化處理，最后，引入公式（3）增強(qiáng)算法，對(duì)柵格圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和一致性。對(duì)柵格圖像進(jìn)行預(yù)處理后，將自動(dòng)矢量化與手動(dòng)矢量化相結(jié)合，利用MapGIS提取矢量數(shù)據(jù)。矢量數(shù)據(jù)生成后，利用GIS平臺(tái)對(duì)矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行精確的空間校正。采用上述方式對(duì)該項(xiàng)目柵格圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行矢量化處理。柵格圖像數(shù)據(jù)的矢量化處理橫向進(jìn)度如圖3所示。

由圖3可知，對(duì)柵格圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行矢量化處理可以按照預(yù)期進(jìn)度完成，為進(jìn)一步驗(yàn)證數(shù)據(jù)矢量化處理的準(zhǔn)確性，將幾何精度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，比較原始數(shù)據(jù)和矢量數(shù)據(jù)，進(jìn)行幾何精度評(píng)估，記錄見(jiàn)表2。

由表2可知，采用上述處理方法得到的矢量化結(jié)果幾何精度高，因此，上述實(shí)例驗(yàn)證了該方法的有效性，在實(shí)際應(yīng)用中可以有效提高柵格圖像數(shù)據(jù)處理的效率和準(zhǔn)確性。

6 結(jié)語(yǔ)

本文探討了基于MapGIS的地理信息柵格圖像數(shù)據(jù)矢量化處理方法，總結(jié)現(xiàn)有方法的不足，提出結(jié)合MapGIS軟件功能和圖像處理技術(shù)的矢量化處理方案。該方法不僅能夠提高矢量化的效率和精度，還能夠適應(yīng)不同復(fù)雜度的圖像特征，具有較強(qiáng)的魯棒性和實(shí)用性。未來(lái)將繼續(xù)深入研究基于MapGIS的地理信息柵格圖像數(shù)據(jù)矢量化處理方法，不斷優(yōu)化算法，提高處理效率和質(zhì)量，為地理信息系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用提供更加堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。期待與業(yè)界同行共同推動(dòng)地理信息領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步和應(yīng)用創(chuàng)新。

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