基于ArcGIS的数字地图制作技术*

2011-03-11西安交通大学医学院公共卫生系710061毕育学

中国卫生统计 2011年5期

西安交通大学医学院公共卫生系(710061) 毕育学颜虹

空间统计分析是基于GIS发展起来的一个新的统计分支，是从一个或多个空间图层中，通过地理计算和空间表达获取和挖掘潜在的空间信息，进而通过空间数据和空间模型的联合分析，揭示相关因素间的内在规律。随着GIS技术不断发展，空间统计分析技术会在研究疾病的地理空间分布及与地理空间、环境诸多因素的相互影响上发挥其越来越重要的作用〔1，2〕，而这一技术应用主要是通过专业的GIS软件和相应的数字地图来实现的。因此数字地图在进行空间统计分析时是必不可少的〔3〕。

数字地图是地图的数字存在形式，是在一定坐标系统内具有确定的坐标和属性的地面要素和现象的数据，以数字的形式存储在计算机上，并能在电子屏幕上显示的地图。数字地图的来源一般有二种:一是购买，即从国家或省级基础地理信息中心直接购买现成的数字地图。二是自行制作，即自己将纸质地图转化成数字地图，这一过程也称为地图矢量化。

直接购买数字地图虽方便、快捷、省时省力，但费用较高。自己制作耗时费力工作量大，但费用少。下面介绍利用ArcGIS软件制作数字地图的经验和体会。

1．购买纸质地图。首先根据研究工作的需要选择好地图类型和比例尺。国家基本比例尺地形图是目前使用最广泛的基础测绘成果，包括1:100万到1:5百等11种比例尺的地形图。常用的为1:25万、1:10万的地形图。纸质地形图等属于国家机密，需要到基础地理信息中心按国家涉密基础测绘成果资料使用审批程序办理相关审批手续和付款后可拿到地图。

2．扫描纸质地图。买到的纸质地图在4开大小，需要用扫描仪将其扫描成栅格图保存的计算机中用于数字化。扫描的分辨率应在300DPI以上，才能保证在进行数字化时，放大后地图上各要素仍能看清。通常我们自己的扫描仪的幅面为A4没法一次将整个地图扫完。分开来扫会产生后期的裁剪和拼接工作。因此可到有宽幅扫描仪图像处理公司请代为扫描。扫描前要识别该图的投影、坐标系统、比例尺和分幅号等。在图上选取至少4个控制点并获取控制点的实际地理坐标用于数字化地图的校准。另外还要注意看地图扫描是否完整，有无瑕疵。扫描完成后的栅格地图用于数字化，为避免丢失应多保存几个拷贝。

3．选择地图数字化软件〔4〕。可进行地图数字化软件较多，有多功能综合性的GIS软件如美国环境系统研究所公司的ArcGIS、美国MapInfo公司的MapInfo、武汉中地数码科技有限公司开发的MAPGIS及北京超图软件股份有限公司SuperMap GIS。还有专门进行地图数字化软件:如 AlgoLab的 Raster2Vector(R2V)for Windows，德国 Sofelec公司的 VP Hybrid-CAD、吉威数源的GeoWay，清华三维的EPSCAN和北京东方泰坦科技有限公司的TITAN ScanIn等。一般来说专业的数字化软件，提供了大量半自动化功能，如等高线自动跟踪，房屋的自动提取，文字的自动识别(OCR)等，地图数字化效率高一些。如果要用专业的软件数字化时，要特别注意能否将数字化地图导入后期所用的GIS软件进行处理，否则会给研究工作带来麻烦。

4．确定数字化的图层。图层是地图数字化后所形成的表示性质相近的实体的空间信息特征的一组矢量数据基本单元。一幅图多由若干个图层组成，图层划分可根据三个方面的信息确定，一是研究者的目的和需求，二是地物类别，三是保存的图层够被所选用GIS软件处理。分层是否合理将影响数字化的效率。另外因为在GIS软件中容易将2个图层合而为1，所以分层宜细不宜粗。

我们根据需要建立了13图层，各层包括一个或多个属性表。选用ArcGIS软件来对数据后期的分析与综合处理，将图层以Shapefile格式分层存放。

5．分层数字化

在进行数字化前要确定地图的比例尺大小和投影坐标系和高程系，并按地图的分幅号或其经纬度确定进行数字化顺序。数字化过程可按下列步骤进行

(1)栅格图校准所有地图经扫描后都必须对扫描后的栅格图进行扫描纠正，以确保矢量化工作顺利进行。选用ArcGIS中的ArcMap。操作步骤为:

①打开ArcMap，下拉菜单tool中选择 Customize，在打开的窗口中选择Georeferncing项加载。

②把需要进行校准的栅格图增加到ArcMap中，之后Georeferncing工具条中的工具被激活。

③选择投影坐标系统。我们选择1980西安坐标系和高斯－克吕格投影方法。具体步骤为:

a．选择Data Management Tools下的Projections and Transformations l Define Projection选项，打开 Define Projection对话框。

b．在Input Dataset or Feature Class文本框中选择需要定义投影的数据。

c．Coordinate System文本框显示为Unknown，表明原始数据没有定义坐标系统。单击Coordinate System文本框旁边的图标，打开Spatial Reference属性对话框，设置数据的投影参数。单击New按钮，新建坐标系统。在New Geographic Coordinate System对话框，定义地理坐标系统包括定义或选择参考椭球体、测量单位和起算经线。

在New Projected Coordinate System对话框，定义投影坐标系统，需要选择投影类型、设置投影参数及测量单位等。因为投影坐标系统是以地理坐标系统为基础的，在定义投影坐标系统时，还需要选择或新建一个地理坐标系统，单击New按钮，打开New Geographic Coordinate System对话框，新建地理坐标系统。

d．定义投影后，单击OK按钮。

④根据选择的点的坐标选取控制点。

⑤将Georeferncing工具条的Georeferncing菜单下Auto Adjust不选择

⑥放大图形到一定程度，再在Georeferncing工具条上，点击Add Control Point按钮。

⑦使用该工具在扫描图上精确到找控制点单击，然后击鼠标右键，在打开菜单中选择Enter Coordinates选项，在弹出的窗中输入该点对应的实际坐标值。

⑧用上述相同的方法，在图上增加其他的控制点，输入它们对应的实际坐标值。

⑨可通过选择Spataial Adjustment下的Link选项中的View Link Table打开Link Table来检查控制点的残差(Residual)和总的残差均方(Total RMS)来对输入的值进行调整直到吻合为止。为减少误差，可增加控制点数量并精确控制点坐标。

⑩所有控制点确定后，在Georeferencing菜单下，点击Update Display。

○11更新后，栅格图像就校准成真实的坐标。

(2)根据校准后的栅格图，分层进行图形要素的跟踪采集。即通过建立新的图层，分别对每类地物进行操作，逐一数字化和编辑，注意的是做的每个图都要完全和底图的投影坐标系一样。具体步骤为:

①启动ArcCalolog。进入保存图层的文件夹，在空白处右击，选择New选项，并命名。新建的shp文件可分为点、线、多边形、多点四种类型，图层数根据需要确定。

②将校准好的栅格图象和shp文件一起加入到ArcMap视窗中。

③激活ArcScan，进行矢量化。ArcScan是ArcMap工具箱中的一个组件。在使用ArcScan之前，须在下拉菜单tool中选择Customize，在打开的toolbars窗页中选择ArcScan项加载它。

在使用ArcScan中的工具前，先要在editor工具条中选择startediting项，ArcScan中的工具就被激活。运用ArcScan中Sketch tool等数字化工具逐步进行数字化。选择合适的比例，使地图窗口的视野满足适合于屏幕跟踪的宽度。数字化的内容保存在当前图层中。如果一次不能完成数字化工作，则可先按Stopping结束工作，在退出ArcScan后，保存文件，下次可以直接打开继续进行数字化工作。

④给图层属性表添加字段记录其属性，同时以合适的格式保存文件。如果是分幅多人进行数字化时，还要对小的数字化好的图进行合成、接边和编辑，再增加属性数据后，建成空间数据库保存。

下列的2幅图是我们数字化好的部分地图。