實驗課內容 ：地圖的矢量化
開課實驗室 ：基礎實驗大樓北90201
學院 ：土木工程學院
年級專業班 ：20xx級測繪工程一班
學 生 姓 名：陳 濤
學 生 學 號：631301040116
開 課 時 間：20xx年xx月xx號
一、 實驗目的及要求
瞭解從紙質地形圖轉化為計算機數字地形圖數據的基本過程，掌握數字圖製圖軟件ArcGIS 中基本的地圖編輯處理方法，鞏固地圖基礎知識，根據所學的知識對掃描地圖進行屏幕跟蹤矢量化。
二、 地圖矢量化的基礎知識
地理信息系統的基本功能之一就是數據採集，數據採集也是一個完整的GIS 應具備的基本功能。地理數據分為空間數據與屬性數據兩部分，數據採集也分為 空間數據採集和屬性數據採集。空間數據的採集方法很多，根據數據的來源可分 為地圖數字化，遙感數據獲取和以GPS 為數據源的數據採集等。其中，地圖數 字化是最基本的數據採集方法，它是指把傳統的紙質或者其他材料上的地圖（模 擬信號）轉換為計算機可識別的圖形數據（數字信號）的過程，以便進一步在計 算機進行存貯，分析和輸出。
掃描數字化包括以下步驟：
(1) 獲取掃描圖像數據
利用掃描儀對紙質地圖進行掃描，並根據實際情況設置分辨率、顏色種類、對比度等參數，從而獲得背景圖像，格式可以為bmp、jpg、tif 等。如果掃描的圖像效果不理想，可以利用圖像處理軟件（如photoshop 軟件）對圖像進行預處理，使得背景圖像清晰，予以識別。
(2) 確定投影方式和座標系
地圖具有確定的數學基礎，即包含了投影方式和座標系。但掃描後的圖像數 據具有的是圖像座標，因此需要將掃描圖像座標轉換成地圖中的實際地理座標。 轉換方法有兩種：一種是解析法，這是在知道投影公式或座標變換公式的情況下， 直接利用變換公式進行解算，GIS 中圖形的縮放、平移、旋轉及三維變換等操 作都使用這種變換；另一種是數值變換法，這種方法主要用於地圖的數字化。最 小二乘法是最為常用的數值變換的方法。
在數字化的過程中，在背景圖像上採集一定的控制點，得到它們的圖像座標，同時通過地圖上的座標信息獲得對應點在地圖上的實際地理座標，根據最小二乘 法的思想，利用這組座標值建立線性（或非線性）多項式擬合的座標變換公式， 根據最小二乘法原理解算出多項式的係數，從而求解出地圖上任意點的實際地理 座標。
(3) 利用數字化軟件進行數字化
選擇數字化軟件，根據軟件的數據組織方法將地圖要素進行分層，然後利用 編輯功能將地圖上的要素描繪出來，存入相應的圖層，完成地圖數據的矢量化工 作。
三、實驗組織及工具
每組一人，個人獨立完成；課內2 學時。電腦、掃描地圖數據、ArcGIS 10.0軟件。
四、實驗步驟
（1） 數字化方案設計
仔細研讀待矢量化的地圖，獲得地圖上的所有要素，並根據內容進行分類， 如控制點、座標格網、道路及其附屬設施、房屋及其附屬設施、河流、湖泊、獨 立地物等。確定哪些要素對應點文件、哪些要素對應線文件、哪些要素對應面文 件。以此為基礎確定要建立的圖層名稱和類型。獲得地圖的數學基礎，包括地理座標、投影座標、高程座標、比例尺等相關內容。
（2） 數據庫的建立
① 打開ArcCatolog。在指定的目錄下，鼠標右擊，在“新建”中，選擇“文 件地理數據庫”，並修改數據庫的名稱“矢量化”。
② 向該數據庫中添加要素數據集。右鍵點擊該數據庫，在“新建”中，選 擇“要素數據集”，在彈出的“新建要素數據集”嚮導框中依次輸入名稱、地圖 座標系、高程系、座標容差，完成要素數據集的建立。
③向數據集中添加要素。右鍵點擊新建的數據集地理要素，在“新建”中選擇“要素類”，在彈出的“新建要素類”嚮導框中依次輸入文件名、別名、要素類型、數據庫存儲配置、表結構定義。
④、按照③中的步驟依次添加標記、河流、湖泊、等高線、獨立地物、道路要素，完成數據集的建立。
（3）數據庫屬性設置
同時在ArcMap的左側“內容列表框”中更改數據框名稱、設置數據庫屬性、包括座標系、地圖定位、顯示範圍等，該處的座標系與數據集座標系和掃描圖座標系一致。
（4）地理配準
將掃描的背景圖像添加到數據庫，並鼠標右擊該圖層，在彈出的數據框中選擇“縮放至圖層”，在右側的地圖窗口將出現背景圖像，利用放大、平移工具將視圖定位到需要矢量化的區域（3422,18600）-（3424,18602）。
接着對地圖進行配準工作：
① 在ArcMap中添加地理配準工具。
② 選擇公里網格的交點，在圖中選擇需要矢量化的的區域的四個角度作為控制點。在“地理配準”工具欄中點擊“添加控制點”按鈕，使用該工具。