基于MapGIS的地质图数字化误差来源和对策.pdf

1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 基于MapGIS的地质图数字化误差来源和对策 方 杰 1 ,徐 芬 2 ,何虎军 1 ,李煜航 1 ,魏 翔 1 [收稿日期] 2008 - 12 - 4 [基金项目] 国家重点基础研究发展规划973 编号 2003CB14601 [作者简介] 方杰1984 , 男,陕西神木人,硕士研究生,主要从事构造地质学和GIS应用研究。 1. 长安大学地球科学与资源学院,陕西 西安710054; 2.中国地质大学武汉环境学院,湖北 武汉430074 [摘 要] 误差的减小要从数字化的各个环节入手,从数字化的一开始就要控制,重点是减少源误 差和避免误差的传播。结合具体实例,利用数字化流程对各个环节进行分析,查出了主要的4个误差来 源,并提出数字化前误差减少与数字化中误差减少的具体方法。 [关键词] 地质图;误差分析;误差校正 [中图分类号] P28511 [文献标识码] A [文章编号] 1004 - 1184 2009 02 - 0120 - 02 D igital Error Sources of GeologicalMap Based on MapGIS and its Countermeasures FANG Jie 1 , XU Fen 2 , HE Hu - jun 1 , L IYu - hang 1 , W ei Xi ang 1 1. School of Earth Science and Resources, Chang’an University, Xi’an 710054, China ; 2. School of En2 vironmental Studies, China University of Geosciences, Wuhan 430074, China Abstract Reducing of errors startswith the various segments of the digital, it is necessary to control from the very beginning of the digital, with a focuson reducing sourcesof error and avoiding the spread of error . Ana2 lyzing of all aspects using digital processeswith specific examples, this paper identifies the fourmain sources of error, proposes relevant countermeasures and makes a good practice effects . Key words Digital, MapGIS6. 7, ErrorAnalysis and Error correction 随着现代计算机技术和地理信息系统的广泛结合 与应用,极大的促进了地理空间信息产业的发展。这 一技术的结合,应用到地质学界使得大量的地质图件 数字化势在必行,以方便对地质数据的编辑、 分析和输 出。输入的地质数据的质量、 精确度如何,直接关系到 接下来的地质分析,最终影响到输出的结果。有误差 的地质数据经过比例尺的放大,可谓是“ 差之毫厘谬以 千里 ” 。笔者等根据在“ 陕西旬阳 白河地区矿产远 景调查 ” 项目所做的地质图数字化及数据校正的工作 经验,结合相关理论,对MapGIS6. 7图形处理模块在数 字化的实际操作过程中误差的来源及如何减少误差, 误差校正等问题进行了深入的分析和探讨。 1 地质图数字化误差的来源 图形数据误差可分为源误差,处理误差和应用误 差3种类型。地质图数字化中的源误差主要是指数据 采集和录入过程中产生的误差,如制图过程种展绘控 制点、 编绘或清绘地质图、 制印和套色等引入的误差, 数字化过程种因纸张变形、 变化比例尺、 数字化仪的精 度定点误差、 重复误差和分辨率、 操作员的技能和采 样点的密度等引起的误差。 1. 1 原始地质图数据信息载体介质变形所产生的 误差 以前的地质图大多是画在纸、 透明薄膜、 刻图薄膜 这三种介质上,其中最常见的是纸介质,对地质图数据 化的原始数据也大多是纸介质。纸介质的变形是三种 介质变形中最小的,其次是透明薄膜,刻图薄膜介质变 形最小。纸介质变形产生的误差主要是折叠,起皱以 及受天气气候的影响。 1. 2 地质图扫描矢量化产生的误差 1用于扫描地质图的扫描仪本身精度不够高或 者在扫描过程中设置的扫描的精度不够产生的误差, 扫描过程中还可能由于光栅图像变形而产生误差。有 些单位在没有宽幅扫描仪的情况下,将地图裁剪成数 021 2009年3月 第31卷 第2期 地下水 Ground water Mar1, 2009 Vol131 NO12 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 张扫描后拼接而产生的双重误差;甚至有些单位用照 相机代替扫描仪进行地质图的扫描录入工作。 2地图矢量化时光栅图像没有配准就矢量化而 形成的误差;在矢量点数据和线数据过程中,地质图底 图没有放大到足够的倍数而形成的误差。 1. 3 由于数字化读数所产生的误差 对原来的物理介质地质图进行数字化时需要进行 大量的数字化读数,从而使用类似尺子这样的测量读 数工具。在反复的读数操作过程中,由于工具的精确 度有限,以及受磨损的影响导致刻度不清楚,加上天气 气候对工具材质的影响,这些都会使得在数字化读数 这一环节中产生误差。 1. 4 数字化操作所产生的各种粗差 数字化的整个程序中,误差校正是非常重要的一 部。误差校正是使扫描数字化的地质底图中各个数据 元素无限接近理论数值的步骤。误差校正控制点的多 少和分布位置直接决定了误差校正的精确度,控制点 越多,分布位置越合理,误差变形就越小。特别是笔者 等参加的1∶5万远景矿调项目使用的图幅,南北向图 轮廓线与东西向图廓线并非垂直相交,且理论上也不 是一个规则四方形,如果仅取4个图幅点做校正,精度 是远远不够的。 2 误差校正方法 数字化了的地质图件,实际上都是通过其位置坐 标x, y来表示在计算机中的,因此校正过程实质上是 使数字化后的图形坐标 x ′, y′无限接近数字化前的实 际值坐标x, y。其数学关系一般描述为 x′ fxx, y y′ fxx, y 误差的来源是各种各样的,在利用MapGIS6. 7做 地质图数字化的过程中应尽可能的提高各个环节的精 度,减小误差,提高数字化的质量和精度。 2. 1 数字化前的误差减小 1主要针对数字化底图受折叠、 起皱,以及受天 气气候的影响,把图像折叠破损处用胶水小心拼合平 展,并用电熨斗均匀的熨一遍,但温度一定要控制在低 温状态。 2扫描数字化底图时所用的扫描仪分辨率一般 应不小于157点/cm。坚决不能用数码相机来代替扫 描仪。在数字化读图过程中也要使用精度比较高,材 质最好是钢的测量仪器,如游标卡尺。 2. 2 数字化中的误差减小 当底图被扫描到计算机中后,“ 真正 ” 的数字化就 开始了。首先,要利用MapGIS6. 7图像处理模块提供 的图像镶嵌配准功能对光栅文件进行误差处理。对于 国际分幅的图幅,控制点除4个角点之外,还应该包括 南北内图廓线拐点的坐标,及图内分布均匀的公里网 坐标。对于控制点的选择,图幅越大,选取的控制点越 多;比例尺越小,选取的控制点也越多。控制点数量不 同时,所选取的参数也应有所不同。选择一般采用的 方案是控制点在4～7个时用双线性变换,控制点为8 ～19个时用二次多项式,控制点为20～49个时用三次 多项式,控制点在50个以上时用四次多项式。增加控 制点的数目和增加多项式次数可以一定程度的有效提 高精度。 在矢量化过程中不论输入点还是线,一般矢量化 工作人员应将图像放大到20倍以上进行矢量化,特别 熟练的数据录入人员也要放大到10倍以上进行,以保 证达到GB /T17160 - 1997规定的重复定位最大误差绝 对值不超过0. 16 mm,线状符号跟踪中误差不超过 0. 25 mm。 3 结语 纸介质地质图件的数字化是一项十分重要的基础 性工作,是地质信息化的关键部分。在数字化的过程 中应尽量避免各个环节所产生的误差,减少源误差,避 免误差传播。应在数字化图件的开始就控制数据误 差,在数字化的过程中要尽量的避免误差的再次产生 和传播。只有提高了数字化的质量,才能为数据的分 析和输出提供有力的保障。 参考文献 [1]赫普克.误差理论与平差计算[M ].田佩俊.北京煤炭工业 出版社, 1989. [2]吴信才. MAPGIS地理信息系统[M ].北京电子工业出版 社, 2004. [3]汤国安,刘学军,闾国年.数字高程模型及地学分析的原理 与方法[M ].北京科学出版社, 2003 [4]杨春贤. GIS空间数据的误差校正[ J ].建材与装饰中旬 刊 , 2007, 9 , 285 - 287. [5 ]江斌,黄波,陆锋. GIS环境下的空间分析和地学视觉化 [M ].北京高等教育出版社, 2002. [6]邬伦,张晶,赵伟.地理信息系统[M ].北京电子工业出版 社, 2002. 121 第31卷 第2期 地下水 2009年3月