数字城市影像挂图编制技术和方法

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  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,版式版面设计。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。
  参考文献:
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