数字城市影像挂图编制技术和方法

唐国礼

摘 要：随着数字城市建设的迅速发展，影像挂图编制也越来越普遍。笔者以编制韶山市正射影像挂图为例，详细介绍了影像挂图编制的技术和方法，为同行提供一些参考和帮助。

关键词：DOM；影像挂图；编制

地理信息数据是数字城市中的数据基础，其中DOM（正射影像图）数据是数字城市基础地理信息数据的主要内容之一。近年来，由于数字城市建设的迅速发展，各种影像图编制也越来越普遍。与普通地图相比，影像图具有丰富的地面信息，内容层次分明，图面清晰易读，充分表现出影像与地图的双重优势。笔者利用数字湘潭的DOM和DLG（数字线划图）数据编制了韶山市正射影像挂图。此图直观地反映地理信息，展现韶山市城区及周边状况，有利于人们获取真实、感兴趣的地理信息，方便旅游和出行。

1 主要内容

根据地图编制要求及影像图特点，影像挂图主要内容包括数学要素、地理要素和辅助要素。其中数学要素为比例尺及地图定向；地理要素包括公路、铁路、河流、地名、符号、影像等；辅助要素包括图名、图廓、图例、图幅整饰等。

2 编制技术和方法

影像挂图是以航空和航天遥感影像为基础，经几何纠正，配合以线划和少量注记符号，将制图对象综合表示在图面上的地图，是直接反映制图对象地理特征及空间分布的地图。影像挂图编制技术主要包括两个方面：一是遥感影像制作；二是挂图编制。为了有效利用数据资源，提高效率，应先确定挂图范围。

2.1 影像挂图范围确定方法

首先确定影像中心区。一般应以城区为中心区向外扩散，但是如果需要重点表现某一方面，如旅游、休闲、交通等，就应该着重考虑所要表现的那一方面。如韶山市正射影像挂图主要体现旅游，而韶山市的旅游景点大都分布在市区西边，所以确定范围时，中心区设定不在城区，而是在毛泽东故居和城区之间。

其次，确定影像范围大小。影像范围大小关系到DOM拼接图幅，以及DLG数据处理工作量，所以要慎重考虑。方法是：根据中心区大小，用矩形框圈定，矩形框的长短边之比应近似黄金分割。

2.2 遥感影像制作

由于DOM影像是1∶2000标准分幅的，所以应按影像范围把该区域内的DOM拼接成一幅整图。根据需要对影像进行局部色彩调整，使整图色调均匀柔和、反差适中、纹理清晰、细节清楚、无拼接明显痕迹，图面无颜色模糊、偏色、缺色、无变形、拉花、错位、扭曲、重影等。技术路线如下：

2.2.1 DOM检查

收集的DOM数据一般不存在大的问题，但为了保障成果质量，应着重检查影像是否有异常，色彩是否偏差较大，坐标是否与DLG数据一致等。

2.2.2 DOM镶嵌

DOM镶嵌主要是把多幅影像拼接成整幅。DOM地面分辨率为0.2米，拼接成整幅，由于数据量特别大，影响运行速度，因此在不妨碍影像判读和信息获取的情况下，对DOM重采样为0.5米。影像匀光软件GeoDodging和ARCGIS软件配合使用，可有效提高效率。GeoDodging软件镶嵌速度较ARCGIS快，但数据量过大，则不能拼接。采用方法是用GeoDodging拼接成4幅，再用ARCGIS把4幅拼接成整幅。

2.2.3 色彩调整

对拼接后的影像色彩进行局部调整。主要包括匀光匀色、去薄云以及影像增强处理。匀光匀色就是处理影像的亮度和色彩，使影像达到反差均匀、色彩均衡的效果。彩色影像的调整很少需色阶调整，只要色彩输出量化值选定，对红、绿、蓝三色曲线进行调整，即可得到比较接近自然的影像。经过比较实验，当红、绿、蓝三色中间值为150时，影像色彩还原清晰逼真。调色时选区不宜太小，不宜选择地物过于集中处，基本上先对中心投影区较亮的部分作为选区，调整后，进行反选再调整周边较暗区。色彩调整多少会带来影像信息损失。色彩、亮度变化越大，信息损失也越大。影像调整时切勿调整过大或反复调整，尽量减少影像细部信息的损失。去薄云是处理DOM局部小范围内的薄云遮盖。主要方法是利用同态滤波以及修改光照度、反射率和截取频率，达到去云效果，使影像清晰。影像增强就是采用滤波和直方图拉伸方法对影像进行处理，使影像直方图尽量呈正态分布，纹理清晰，无显著噪声。

2.2.4 局部修正

局部修正就是对局部影像出现重影、变形、拉花、错位、扭曲等的处理。重影一般出现在图幅拼接处。制作DOM旁向拼接处理时，由于上下航线投影变化大，不进行人工干预，经常会在接边处产生重影、模糊。对于城区高大建筑，由于没有DEM的改正，投影差无法消除，因此，在接边处也会产生重影。处理方法是：①选择较小的羽化值10-30象素为拼接过渡。②拼接线取近似直线的平滑曲线效果最好，避免取小角度折线。③对无法消除的拼接缺损应用单模型正射影像修补。而对于变形、拉花等则用Photoshop图像软件进行局部调整处理。

2.2.5 影像变换

根据DLG数据要求对影像进行投影变换，使之与DLG数据坐标一致。

2.2.6 影像裁切

根据影像范围裁切影像，作为挂图的基础底图。

2.3 挂图编制

挂图编制主要内容包括数据资料分析、版式版面设计、地理要素处理、正射影像处理、地名地址处理及地图综合处理等。流程如下：

第一步，数据资料分析。数据资料包括：1∶500DLG、1∶2000DLG数据库、地名地址数据库、1∶2000DOM数据库。由于软件操作平台是MAPGIS K9，所以需要把DLG、DOM和地名地址数据转换成Mapgis的文件格式。DLG数据库坐标系统为1980西安坐标系，所以把地名地址数据和DOM数据统一变换为1980西安坐标系。

第二步，版式版面設计。地图版式版面的设计内容为图名、图框、图例、比例尺和主图区及图面配置等。设计原则和方法是：①确定地图性质、特点与制图范围。②确定地图内容并制订地图图例。根据地图用途、地图内容及分类、分级系统，设计相应符号系统、逻辑地排列组成地图图例表。③确定地图数学基础。④研究制图区域地理特征，制图对象的分布规律，制定地图概括的原则、方法与指标等。⑤图面配置既要充分地利用地图幅面，又要使图面配置在科学性、艺术性和清晰性方面相互协调。⑥影像作为地图的基础，图面内容尽量以影像信息为主，其他要素为辅。

设计工作可先进行样图试验，以便检查各项规定是否可行，能否达到预期效果。样图检验最好采用几个方案，以便对比分析选出最佳方案。版面大小要考虑纸张尺寸，长宽边一般宜为1.8米和1.2米左右，具体情况可视要求而定。为了保证挂图印制效果和人们读图方便，比例尺设计不应大于1/15000，尽量控制在1/10000内。

版式版面设计后，用图框边线裁剪地理要素、影像和地名地址数据，方便后面工序操作。

第三步，地理要素处理。地理要素主要是DLG数据，包括铁路、公路、水系、境界、注记等。数据提取原则：①舍小留大，取长去短。舍去一些小路、沟渠，留下长度较长、宽10米以上的道路以及大的河流和干渠。②综合取舍，根据影像显现的形状，对一些道路边线综合，把弯曲较多，影响图面效果的河流和道路边线化简，对一些细微部分的线条直线化处理。具体处理方法为：①铁路以单线表示，符号化成黑白相间的线型，复线铁路用双线，站台处多条铁路可用多线表示。②公路，包括等级公路和城区街道。路面用颜色填充，边线用灰色实线表示，在道路转弯处，参照影像用弧线重新采集处理。③由于影像上显示的水系颜色一般较暗，且各个图幅之间的水系颜色有差别，不协调，所以需要对水系进行构面填色。对河流，以及较宽的沟渠、较大的水库、鱼塘重新构面，以浅蓝色填充。边线可从DLG中提取，也可根据影像采集，以深蓝色表示。④境界保留乡镇级以上，对照影像修正，折点多的地方需要删除多余点，处理原则是在尽量保持境界线走向的情况下，去繁就简。⑤注记主要是行政区注记，包括乡镇注记、相邻县市区注记和驻地名称，注记颜色应鲜艳、突出，字体不同于一般地名。

第四步，地名地址处理。影像图上最能反映人们需要的，人们最感兴趣的地理要素，莫过于地名地址了。地名地址数据主要包括：行政机关、团体、企事业单位、有纪念或指示意义的名称、道路名、河流名、铁路名、自然地名以及驻地名称等。

（1）地名选取要求

①行政机关、团体名称，包括市委、市政府、各局委办等。视图面载负量，行政机关名称一般都要求保留，团体组织名称可取舍。

②企事业单位，包括学校、医院、工矿企业等。学校和医院一般都要求保留，如果图面载负量较大，则可以舍去小学或一般诊所名称。工矿企业城区范围选取较大的单位名称，城区周边因为单位名称很少，一般应予以保留。

③有纪念或指示意义的名称，包括广场、车站、旅游地、桥名等。广场一般选取有纪念意义的或大型活动场地的名称；车站、桥梁全部选取；旅游景点名称全部保留，特别是与旅游相关的地名应多保留，如景区周边停车场、住宿餐饮名等。

④道路、河流和铁路名，全部选取。

⑤自然地名，根据图面载负量取舍。城区自然村，一般予以选取；周边地名根据居民地集散程度、是否有方位意义等条件进行选取；农村部分应全部选取。

（2）地名地址处理

①地名注记处理

为了突出表示地名要素，一般采用比较鲜艳的颜色表示。如市委、市政府用红色，水系名称如河流名用蓝色，公路、铁路名用黄泥色，行政单位名称用红色。字体建议采用黑体或宋体，字列方向用雁行、水平、垂直或屈曲字列；水系名称，如河流名，字体左斜表示。城区主要道路和高速公路名称用大号的字，如城区主干路、韶山大道，次要的道路名称和街道名称用小号的字，如沁园路。道路、铁路名，根据图面要求进行调整位置、字头朝向。依照一定的间隔配置道路、铁路和河流名称。注记名称可加白边，突出与影像颜色的区别。

②注记符号处理

符号设计原则，使所设计的符号和色彩与制图对象建立一定联系，使各符号和色彩含义明确。各符号和色彩既要有系统性，又要有差异性，使读图者获得较好的感受效果。

行政机关、团体、企事业单位、有纪念意义的广场和旅游地、大型市场、停车场旁加注记符号点表示位置。公路、铁路、桥、自然地名等表示片区的不加注符号点。市委、市政府驻地用红色“★”表示，行政机关、团体、企事业单位驻地用粉色“●”表示，酒店、旅游景点、车站等用象形会意符号表示，如古井用表示，学校、医院用图式约定符号表示。

第五步，地图综合处理。地图综合主要是把影像、铁路、公路、地名、符号等要素叠加一起，并按显示顺序排列，再添加图例、图框、图名和比例尺等，形成一幅完整的影像挂图，查看图面整体效果，进行修改、调整。

第六步，输出检查和成果整理。修改整饰完后，输出400DPI分辨率的JPG图打印检查。主要检查内容：①版面设计检查，主要检查版式版面设计是否合理，是否符合现实情况，是否存在缺陷等。②数据资料检查，主要检查坐标系是否符合设计要求、采用的数据是否为最新数据、是否存在重大错漏资料等。③图形图面检查，检查内容主要包括：图面色彩配置是否合理、协调，各地理要素层次配置是否合理，各线划要素是否与图面融洽，影像是否失真、变形，注记符号大小、配置是否恰当，地名地址选取是否合理，是否满足相关要求等。

3 成果实例（部分）

4 结论

影像挂图具有信息的综合性、数据的准确性、使用的方便性、风格的突出性等四个特征。随着遥感影像的应用越来越广，这种既有影像又有地图特征的编图也会越来越多。如何在地图编制和设计上实现创新，提高实用价值，满足不同人群的需求，应是探索和研究的方向。

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