测绘技术装备季刊第7卷 2005年第4期学术研究 3
刘平芝
（西安测绘研究所 西安 710054）
摘 要：本文论述了提高地图等高线数据采集智能化水平的重要性。对自动识别、交互跟踪和自动矢量化三
种地图等高线扫描数据处理方法进行了分析。提出了用于地图等高线矢量化的预测跟踪法，描述了该方法的
舒马赫原理、跟踪规则和跟踪过程。并对试验结果进行了说明。
1 引言
地图数字化是建立GIS的基础工作之一，它往往是建立GIS的“瓶颈”[1]。地图数字化的方式主要有手工数
字化和扫描数字化两种[2]。扫描数字化由于速度快、精度高，作为基础地理信息数据来源的重要手段，已成为地图数字化的主流[3]。等高线是地图上的重要要素，其数字化工作量约占全部工作量的40%，在山区份量更重。因此，等高线数据采集智能化水平的提高，对降低生产作业劳动强度，提高地图数字化速度，具有十分重要的意义。
2 等高线扫描数据处理方法
地图等高线扫描数字化的资料一般采用存档的棕版薄膜黑图。它的优点是来源可靠，片基伸缩性小，能用酒精等溶剂清洗灰尘，可扫描为二值图像，图像清晰。缺点是图上有冲沟、陡石山等地图符号压盖等高线，给后续处理带来困难[4]。
利用地图棕版薄膜黑图进行等高线扫描数字化，按数据处理方式分为三类：自动识别、交互跟踪和自动矢量化。
1）自动识别
根据地图棕版要素的构图规律和等高线的特点，借助高程注记，模拟用户读图的规则和经验，并将这些规则和经验转化成算法，达到利用计算机技术的优势，自动获取等高线的属性和坐标信息[5]。
2）交互跟踪
首先将扫描图像细化[5][6]，变成单象元线化的骨架图像。在骨架图像上，人工逐条选取等高线，并赋相应的属性值，自动跟踪等高线获取坐标信息，遇到线化交叉处（冲沟、毛刺、陡石山等），由人工引导跟踪方向来完成等高线的数字化工作。
3）自动矢量化
首先对扫描图像进行编辑，分割等高线与其相交的要素，然后自动矢量化；或者，先自动矢量化，然后对矢量图形进行编辑，分割等高线与其相交的要素。在此基础上，根据等高线的特点，对等高线矢量图形成组、成批的快速赋属性值。
自动识别不需人工干预，速度快，是等高线数字化的发展方向。由于技术的原因，目前还无法实现全自动识别，识别的要素和信息也存在一定的错误。因此，在实际生产中，主要采用交互跟踪和自动矢量化方法。这两种方法都需要人工干预（编辑，引导），为提高等高线数字化速度，降低劳动强度，本文提出了一种预测跟踪法。
3 预测跟踪法
预测跟踪法是一种半自动的等高线矢量化方法。它在等高线的矢量化过程中，根据跟踪规则，自动跟踪等高线，实现等高线与其他棕版地貌符号的自动分割，获取等高线的坐标信息。等高线的属性信息由人工赋值。
（1） 等高线和地貌符号相交情况
地图棕版上有许多地貌符号与等高线相交，同时，由于线条不光滑，图像细化时，也可能在线条的边缘产生毛刺，这些问题都会给自动跟踪带来困难。若当前像元的八邻域中, 除已跟踪过的像元外，有两个以上值为“1”的点为交叉点，则等高线细化
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刘梦露之后可能存在以下几种交叉情况：
（2） 等高线和地貌符号的特点移动视频会议
等高线和地貌符号作为表示陆地地貌的手段，不同于一般的图形，有其自身的特点。
1） 等高线的特点[4][8]
一条等高线除在双线冲沟、陡坎等处有断线外，一般是一条连续曲线；一条等高线只有一个高程值，一个高程值可能有几条等高线；一条等高线不是在
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本图幅闭合，就一定在其他图幅闭合（与图廓相接）；等高线不相交；等高线一般都比其他地貌符号长。
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2）冲沟符号的特点
冲沟不太长；冲沟与等高线相交，单线冲沟与等高线正交；单线冲沟可单独存在，双线冲沟一般与单线冲沟同时存在。仪征市第二中学
3）陡坎符号的特点
陡坎不太长；陡坎曲线与等高线相交；陡坎的齿线与陡坎曲线正交；陡坎齿线较短，但比毛刺长。
4）毛刺的特点
毛刺一般都较短，不会超过等高线宽度的两倍。
（3） 等高线跟踪
等高线的跟踪是在当前像元八邻域之内寻下一像元的过程。如果像元的八邻域值之和为“1”，选择值为“1”的像元为下一跟踪像元；如果像元的八邻域值之和大于“1”，根据跟踪规则，选择下一跟踪像元。
1）跟踪规则
跟踪规则是根据等高线和地貌符号的特点总结形成的，目的是正确识别和跟踪每一条等高线。若像元的八邻域中，除已跟踪过的像元外，有两个以上值为“1”的点为交叉点，则有如下跟踪规则： 规则1：若像元八邻域值之和为“2”，一条分支较长，另一分支较短，并且长度小于等高线宽度的两倍，则短分支为毛刺，选择长分支作为等高线继续跟踪。
规则2：若像元八邻域值之和为“2”，两条分支在较短的距离内，或者终止，或者与较长的线划成“丫”相交，则两条分支为双线冲沟，等高线跟踪终止。
规则3：若像元八邻域值之和为“2”，两条分支在较短的距离内，或者终止，或者与较长的线划成“丫”相交，但一定与较短的线划正交，则两条分支为陡坎，等高线跟踪终止。
规则4：若像元八邻域值之和为“3”，三条分支正交，与已跟踪线化正交的两条分支，在较短的距离内，或者终止，或者与较长的线划正交，则正交的两条分支为单线冲沟，选择另一分支作为等高线继续跟踪。
2）选择起点
对棕版二值图像文件逐行进行扫描，如果某一像元的八邻域值之和为“1”，则为开曲线起点，八邻域值之和为“2”，则为闭曲线起点。但这些起点有时可能是地貌符号或毛刺的起点，到起点后，先跟踪一段，在规定的长度内没有相交或终止，则作为等高线继续跟踪，否则，重新选择起点。
3）跟踪
到等高线起点后，开始等高线的跟踪。在跟踪前，为提高效率，需要设定最大预跟踪长度MAXL 和最小分支（毛刺）长度MINL。跟踪到交叉点时，对所有方向的线划都预跟踪一段，不删除跟踪过的像元，只标记它。同时，记录跟踪的方向和经过的长度。当预跟踪的线划或者终止，或者与其他线划相交，或者长度超过MAXL，则停止该线划的跟踪。所有线划预跟踪完成之后，对交叉情况进行分析，选择合适的跟踪规则，正确识别和跟踪等高线。
4 结论
在黄土地貌区，利用本文提出的预测跟踪方法，对一幅1∶5万地形图棕版进行实验。正确跟踪等高线接近70%，其中等高线通过单线冲沟和毛刺正确率较高。本文描述的是几种常见的等高线与地貌符号相交的情况，由于地形图内容复杂，每一幅图的情况都不一样。有的图幅还存在少量的滑坡、干河床等其他地貌符号，需要总结相应的跟踪规则。对于一些特殊情况，无法用跟踪规则判别时，需人工引导跟踪方向，或对矢量化后的图形数据进行少量编辑。
参考文献
[1] 蓝悦明，杨晓梅.手工数字化地图误差的分布检验. 测绘通报，2003（4）
[2] 余晓红，刘大杰.地图数字化数据坐标变换的相关性分析.武汉大学学报.信息科学版，2002（10）
[3] 胡晋山，马明栋，李博.地形图扫描数字化质量控制. 测绘通报，2004（12）
[4] 刘平芝.CCD扫描地图图形识别.解放军测绘学院硕士论文，1991.12
[5] 王季青.地图棕版信息的自动识别.解放军测绘学院博士论文，1998.4
[6] 张圣训.离散二值图像的细化算法.浙江大学学报，1984（3）
[7] 李长河.条纹图像的快速细化.计算机应用与软件，1988.（6）
[8] 军用地图识别及使用.解放军测绘学院教材，1981.6
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