基于MapGIS的地理信息栅格图像数据矢量化处理方法

摘 要：本文研究了基于MapGIS平台的地理信息栅格图像数据矢量化处理方法。首先，对栅格图像数据进行预处理，包括去噪、二值化和图像增强等操作，以提高图像质量和降低矢量化难度。其次，采用自动矢量化与手动矢量化相结合的方式，利用MapGIS软件中的矢量化工具，提取预处理后栅格图像的矢量数据。在矢量化过程中，结合地理信息系统（Geographic Information System，GIS）知识对矢量数据的拓扑关系、属性信息和空间关系进行校正和优化。最后，利用实例验证了本文方法的可行性和有效性。结果表明，基于MapGIS的地理信息栅格图像数据矢量化处理方法能够高效、准确地将栅格图像转换至矢量数据，为地理信息数据的处理和应用提供支持。

关键词：MapGIS；地理信息；栅格图像；矢量化处理

中图分类号：TN 911" " " " 文献标志码：A

MapGIS是国内应用广泛的地理信息系统软件，其空间数据处理能力强大，用户界面体验友好，因此成为地理信息领域的重要工具。地理信息栅格图像数据矢量化处理方法主要包括深度学习的矢量化技术，该方法虽然矢量化精度高，但是效率低、耗时长，对操作人员的专业知识和技能要求较高。本文提出基于遥感图像处理平台（The Environment for Visualizing Images，ENVI）和ArcGIS的矢量化与拓扑分析方法。虽然该方法处理速度快，但是通常根据经验选择阈值，不能适应复杂多变的图像特征。因此，研究基于MapGIS的地理信息栅格图像数据矢量化处理方法，其目的是使栅格图像数据矢量化，为地理信息系统提供更加丰富的空间数据支持。

1 项目概况

传统的土地证和房产证的附图处理方式是物理粘贴，没有在系统中保存电子版本。2003年，深圳市引入新版房产证（单页A4格式），为了提升登记和发证效率，决定取消旧版证书中的人工粘贴附图方式[1]。受限于当时的信息技术水平，产权登记系统也未能同步制作和存储相关的附图数据。

由于国家对附图有严格的标准，因此为高效、准确地打印附图，本文计划进行1个专项项目。该项目的核心目标是针对全市已完成初始登记，但是尚未制作不动产权证书附图的登记单元进行全面梳理。基于现有的登记档案扫描并应用矢量化技术，将相关图片转化为电子格式，完成不动产证书附图的制作工作。最终，这些成果数据会统一上传至登记系统，以保证数据的完整性和可访问性。

本项目工作范围为深圳市已办理初始登记、未完成不动产权证书附图制作的登记单元，包括纸质档案和电子扫描件等多种形式。

在不动产登记工作中，基于测绘报告的纸质档案系统地收集相关的房产测绘成果数据。这些成果数据主要包括《房屋建筑面积测绘报告》和《建设工程竣工测量报告》的纸质档案。为了有效管理和利用这些资料，根据招标清单的具体要求对清单内宗地的首次登记档案进行细致整理。

对能够采用扫描矢量化技术制作附图的档案按照登记单元进行分类，并使用专业设备将这些纸质档案扫描成电子版。这个步骤不仅保证数据的数字化存储，还为后续的数据处理和分析提供了便利。

2 栅格图像数据预处理

在项目启动的初期阶段，从不动产登记中心全面收集与项目有统计学意义的核心资料。这些资料包括房产测绘的详细材料、原始纸质图件、已有的扫描文档、CAD格式的图纸文件以及地籍宗地的数据等。对这些资料进行系统性解读和深入分析，制定一套高效且有针对性的数据整理策略。针对纸质版的房产测绘图件实施一项重要的数字化转换工作。这个过程需要投入大量人力。由专业的技术人员仔细检查每一份纸质图件，保证在数字化过程中不遗漏任何关键信息，并且采用特殊的修复技术使一些年代久远、破损较为严重的图件尽可能恢复到原始状态，以更好地进行数字化转换[2]。经过精心整理后，利用先进的扫描设备将这些图件转化为高清的电子图件。同时，为了保证数据的统一性和可追溯性，对所有电子图件进行统一命名和编号，并进行标准化的存储管理。使用高清扫描设备并指派专业人员前往档案中心对尚未数字化的原始纸质版房产测绘资料进行实地扫描和收集工作。完成这个流程后出具详尽的扫描清单，准确地记录和整理每份资料。

栅格图像数据在获取过程中可能会受到各种因素的影响，例如传感器噪声、大气干扰和传输错误等，导致图像中有噪声。这些噪声会降低图像质量，影响后续分析和应用。针对获取的栅格图像数据进行预处理，对数据进行去噪。在去噪过程中，可以采用多种方法相结合的方式。首先，采用滤波算法对图像进行初步去噪，去除大部分明显的噪声点。其次，采用图像增强技术提高图像的对比度和清晰度，进一步降低噪声的影响。最后，对去噪后的图像进行质量评估，保证其满足后续分析和应用的要求。如果发现去噪效果不理想，那么需要及时调整去噪方法和参数，以达到最佳的去噪效果。采用均值滤波方法，其计算过程如公式（1）所示。

（1）

式中：y（n）为处理后的栅格图像数据值；k为滤波器的大小；x（n+i）为第n+i个原始栅格图像数据。对栅格图像数据进行二值化处理，如公式（2）所示。

（2）

式中：B（a，b）为二值化后栅格图像的像素值；a为原始像素的灰度值；b为图像行数；δ为判断像素是否为白色的阈值。对栅格图像进行增强处理，引入增强算法，如公式（3）所示。

S=clog（r+1） " " "（3）

式中：S为增强后的栅格图像像素值；c为1个常数，其作用是控制增强的程度；r为原始像素值。

在进行数字矢量化前，为保证数据的兼容性和处理效率，电子图件和扫描件须先转换为统一的格式。这个转换过程通常利用专业的软件平台，例如FME、MapGIS和ArcGIS等，其能够将数据转换为适用于自动或交互式矢量化的中间格式。该过程不仅简化了后续矢量化的步骤，还有助于对数据进行标准化存储和便捷核验，保证数据的准确性和一致性。

3 基于MapGIS的矢量数据提取

利用MapGIS软件对栅格图像进行预处理，将自动矢量化与手动矢量化相结合，应用MapGIS对矢量数据进行提取。MapGIS软件平台支持多种空间索引形式，例如格网索引、R树索引以及多重四叉树索引，还引入多级索引的创新技术。这个技术的应用提升了超大数据量GIS系统在检索、分析和显示方面的效率，并充分利用计算机硬件资源的并行处理能力，进一步优化了系统性能[3]。MapGIS在整合多源异构数据集的过程中展现了出色的能力，例如在ArcGIS和AutoCAD数据的管理方面。Oracle 可移植性、可伸缩性、可靠性和易用性高，功能强大，适用于各种规模的计算环境 [4]，因此成为处理高吞吐量数据的有效工具。综合考虑实际需求和技术现状，结合MapGIS空间数据引擎的卓越功能和Oracle数据库系统的应用于文件服务器的强大性能，可以为扫描档案矢量化数据处理系统的空间数据管理提供全面、高效的解决方案。在栅格数据自动矢量化处理的流程中，保证交点要素的正确生成对矢量化数据的质量至关重要。这些交点通常是在公共点相交的3个或者更多栅格线性元素，例如共享地块边界的拐角处。针对这些交点提出以下3种解决方案：几何交点法、中值交点法以及无交点法。

几何交点法的作用是准确捕捉角和直线的交点，其特别适用于工程绘图和街道地图等需要精确描绘直线和角的应用场景。中值更侧重处理非直线角。无交点法则适用于栅格数据中没有实际交叉点的场景，例如等高线地图，这些地图中的线条通常是连续且不相交的。3种交点解决方案在实际应用中的示例如图1所示。

在实际操作中，由于原始数据可能无法满足既定的精度标准，因此需要引入人工干预并采用交互式矢量化技术。当需要完全掌控矢量化流程或者仅对栅格图像中的特定区域进行矢量化时，采用交互式矢量化处理。完成手动创建或补充图像要素后，结合自动矢量化技术来生成最终的矢量数据。采用GIS平台MapGIS引擎进行图形展现以及功能支撑。

4 矢量数据拓扑关系和空间关系校正优化

扫描矢量化技术具备处理GIS兼容的任何二值图像形式的栅格数据格式的能力。该技术基于识别和应用2种特定颜色来区分和符号化栅格图层。在地图应用中，用户可以利用“唯一值”或“分类”等渲染技术将栅格数据清晰地划分为2种颜色类别，便于矢量化操作。通常来说，大多数扫描文档利用深色（例如黑色）来作为主要信息或前景内容，利用浅色（例如白色）来标识背景。这2种颜色的选择并非一成不变，可以根据具体需求调换为其他颜色值。只要图像中的这2种颜色具有明确的区分度，扫描矢量化技术就能高效地将前景栅格像元转化为矢量数据。这个矢量化过程的基本流程如图2所示。

矢量数据生成后，受坐标系差异、位置误差等多种因素的影响，其空间位置可能会产生偏差。为保证后续数据融合与建库过程的质量，需要利用GIS平台对矢量数据进行精确的空间校正。这个过程的作用是修正矢量数据中的位置偏离、图件变形和误差，以保证数据的准确性和可靠性[5]。在矢量化流程中，矢量误差的出现是难以避免的。为保证数据的真实性和准确性，需要针对这些误差采取相应的措施。一个有效的方法是结合宗地的登记年代充分利用历史地形图数据。深入挖掘和分析这些历史数据，能够更准确地还原宗地的地形特征，优化矢量化过程，提高矢量化效率。经过上述步骤处理并优化精度后，矢量数据将规范地存储并整合成制图数据库。该数据库按照制图数据库结构将矢量化后的各类要素图层标准化，以保证高效批量制图操作。为了使数据具有关联性和一致性，将制图数据库中与房产登记有统计学意义的图层要素与登记业务数据进行精确匹配和关联。数据库要素层内容统计见表1。

在测绘工作中，当大比例尺图缩略至小比例尺图时，根据成图后的目的和绘制地区的特性，采用一种概括、抽象的形式表现绘制目标类型特征和典型特征的规律，舍弃图中次要、不重要的要素，例如形状、数量和种类等。

根据不同的比例尺，宗地图和房产分户图都需要经过综合制图处理，在综合制图的过程中，可以对图件元素进行节点编辑、线条编辑和面状要素编辑等操作，保证图件表现形式的完整与美感。在综合制图的过程中，图层要素的管理更规范，满足使用这类数据进行批量出图的需求[6]。

5 实例应用效果分析

获取栅格图像数据后，对其进行预处理。首先，利用公式（1）均值滤波算法进行去噪处理，其次，利用公式（2）对栅格图像进行二值化处理，最后，引入公式（3）增强算法，对栅格图像进行增强处理，保证数据的准确性和一致性。对栅格图像进行预处理后，将自动矢量化与手动矢量化相结合，利用MapGIS提取矢量数据。矢量数据生成后，利用GIS平台对矢量数据进行精确的空间校正。采用上述方式对该项目栅格图像数据进行矢量化处理。栅格图像数据的矢量化处理横向进度如图3所示。

由图3可知，对栅格图像数据进行矢量化处理可以按照预期进度完成，为进一步验证数据矢量化处理的准确性，将几何精度作为评价指标，比较原始数据和矢量数据，进行几何精度评估，记录见表2。

由表2可知，采用上述处理方法得到的矢量化结果几何精度高，因此，上述实例验证了该方法的有效性，在实际应用中可以有效提高栅格图像数据处理的效率和准确性。

6 结语

本文探讨了基于MapGIS的地理信息栅格图像数据矢量化处理方法，总结现有方法的不足，提出结合MapGIS软件功能和图像处理技术的矢量化处理方案。该方法不仅能够提高矢量化的效率和精度，还能够适应不同复杂度的图像特征，具有较强的鲁棒性和实用性。未来将继续深入研究基于MapGIS的地理信息栅格图像数据矢量化处理方法，不断优化算法，提高处理效率和质量，为地理信息系统的发展和应用提供更加坚实的技术支撑。期待与业界同行共同推动地理信息领域的技术进步和应用创新。

参考文献

[1]王风帆，孔敏，余佳，等.海洋底质类型图矢量化智能制作技术研究[J].海洋信息技术与应用，2023，38（4）： 212-217.

[2]唐丹丹.基于GIS地图矢量化成果可用性提升下的地图制图数据组织模型设计[J].智能建筑与智慧城市，2024（1）：36-38.

[3]李强，石德强，徐璇，等.MapGIS，Section与Surfer软件在处理氡等值线图中的应用[J].地理空间信息， 2022（2）：20.

[4]赵卫东.MapGIS影像镶嵌融合控制点获取的一种有效方法[J].科学技术创新，2023（26）：39-42.

[5]刘继梅，张文佳.MAPGis与ArcGis在多源影像图处理中的应用[J].河南科技，2023，42（22）：13-17.

[6]李犁，周朝阳.基于MapGIS的1︰1万土地利用数据库建设与管理[J].信息记录材料，2022，23（2）：160-163.