地圖數字化

即將傳統的紙質或其他材料上的地圖（模擬信號）轉換成計算機可識別圖形數據（數字信號）的過程，以便進一步計算機存儲、分析和輸出。是將地圖圖形或圖像的模擬量轉換成離散的數字量的過程 ^[1]  。

其主要種類有手扶跟蹤數字化和掃描數字化。

跟蹤數字化是一種地圖數字化方式，是通過紀錄數字化板上點的平面座標來獲取矢量數據的。利用手扶跟蹤數字化儀可以輸入點地物、線地物以及多邊形邊界的座標。其具體的輸入方式與地理信息系統軟件的實現有關。

手扶跟蹤數字化的方式：

(1)點方式（Point Mode）每按下游標(Puck)一次，向計算機發送一個點的座標信息。

(2)流方式（Stream Mode）:流方式又分距離流方式和時間流方式。

距離流方式（Distance Stream）：當前接收的點與上一點距離超過一定閾值，才記錄該點；

時間流方式（Time Stream）：按照一定時間間隔對接收的點進行採樣。

手扶跟蹤數字化的作用，可以直接獲取矢量數據。用數字化儀跟蹤紙介質圖形中的點、線等信息，通過數字化軟件實現圖形信息向數字化信息的轉換。

掃描圖為柵格數據，要進行屏幕跟蹤矢量化。故在掃描後處理中，需要進行柵格轉矢量的運算稱為掃描矢量（數字）化 ^[2]  。

掃描屏幕數字化就是利用數字化掃描儀將地圖圖形或圖像轉換成柵格數據的方法。

掃描屏幕數字化基本步驟：紙質地圖→掃描轉化→拼接子圖塊→幾何校正→屏幕跟蹤矢量化→矢量圖合成接邊→矢量圖編輯→存入空間數據庫。

手扶跟蹤數字化方法需要作業人員逐點，逐線地在數字化板上採集數據，存在勞動強度大，工作效率低等問題，因此，手扶跟蹤數字化成圖方法已經較少使用。而地圖掃描屏幕數字化方法亦稱掃描矢量化，其矢量化軟件通過人機交匯結合自動跟蹤的方式，對掃描所得的影像地形圖進行數據採集化，經過編輯整理，得到矢量格式的數字化地圖。

地圖掃描矢量化方法是地形圖數字化處理的主要方法，它與手扶跟蹤數字化方法相比，具有以下優點：作業速度快、精度高、工作效率高、所需勞動力少等。

將數字化儀與計算機通過RS-232C標準串行線連接進行地圖定向。其定向類型可分為圖廓點定位和控制點定位兩種。實際作業時，一般首選4個內圖廓點作為定向點進行圖紙定位，而採用控制點定位，應確定好控制點的圖上座標，然後輸入對應的控制點座標。

利用手扶跟蹤數字化儀進行地圖數字化時，數字化儀輸入到計算機的座標屬於數字化儀座標系統，要將該座標轉換成要數字化的地圖採用的座標系統，就必須確定兩個座標系之間的轉換參數。

在地圖掃描屏幕數字化方法中，地圖掃描後成為以像元座標行和列表示的柵格數據，將其矢量化，也就是建立柵格數據行列與矢量數據座標之間的對應關係，對應關係的建立也必須事先確定它們之間的變換參數。

確定座標間的變換參數其實質就是地圖定向或柵格圖像糾正。

地圖定向或柵格圖像糾正一般包括座標的平移，旋轉和尺度縮放，並非單純的定向。

根據紙質圖和掃描柵格圖像的變形程度，變換參數可以通過以下幾種方法來求定：赫爾默特變換、仿射變換、雙線性變換、二次變換以及三次變換。

地形圖數字化除需要給出地形圖要素的地形圖座標外，還必須輸入地形圖要素的類別，用規定的代碼來表示，而代碼輸入通常採用菜單輸入，菜單亦稱代碼清單，它是一張柵格表，表中各個方格用圖形或文字表明瞭各種地形圖符號和圖形處理功能，每一個符號或功能通過軟件與其代碼相對應。

圖板菜單在使用前，須先進行定位，一般將其定位在地形圖的右邊。

圖板菜單定位完成後菜單區內某一位置的行號和列號就可以用數字化儀座標換算出來。在數字化軟件中，每一行號和列號都已和方格所對應的代碼或程序功能聯繫起來。因此，只要在數字化地形圖要素時，將數字化儀定標器移動到菜單區相應的地形圖符號的小方格內，就把該地形圖要素的代碼和圖形座標連在一起，形成一個規定格式的數據串存儲在計算機內。操作菜單除用於輸入圖形要素代碼外，還可以輸入程序執行命令，進行數字化數據的處理和屏幕圖形的編輯，作為人機交互系統中的一個輸入設備。

將數字化儀定標器十字絲對準圖形的特徵點逐一數字化，得到相應點的座標數據，再移動定標器到菜單區並選擇相應地形圖符號，按下定標器，它會自動記錄下該要素的代碼，並與圖形座標保存在一起。並依次完成其他地形圖符號的數字化，直至完成所有 ^[3]  。