ArcGIS地质图矢量化技巧

今天我们以ArcGIS为例，结合自己多年的工作经验，来介绍一下地质图矢量化的技巧。

1.底图的配准

不同比例尺的图件，有着不同的配准精度要求：

1：20万的地质图，配准误差不能高于20米；

1：50万的地质图，配准误差不能高于50米。

扫描质量很好的原始图件，只需要4个以上的控制点用一次配准就可达到精度要求；扫描质量不好的原始图件，必须要用二次甚至三次配准，在ArcGIS中，至少6个控制点才能进行二次配准，至少10个控制点才能进行三次配准。

控制点要均匀分布在图面上。为了配准的方便，在配准之前，还有必要用图像处理软件对一些老化严重的图件进行处理，以去除老化色，恢复其原色。

2.地理数据库中要素类的建立

要素类的建立是地理数据库建立工作的主要内容。

在地质图的矢量化工作中，主要涉及到的要素类有面要素（Polygon Features）、线要素（Line Features）、点要素（Point Fatures）。

与地质有关的面要素有：侵入岩、沉积岩、变质岩、蚀变带、各种脉岩等；

线要素主要有：断层、地质界线等；

点要素主要则主要是各种矿点。

除此之外还有水系、道路、城镇、居民点等非地质要素。

在建立要素类的过程中，依次要设置名称（Name）、别名（Alias）、类型（Type）、几何特征（Geometry Properties）、坐标系（Coordinate System）、XY容忍度（XY Tolerance）、属性表字段（Fields）等。

名称是计算机识别要素类的依据，其设置要做到简洁明了、见名知意，如果需要，还可以设置别名，请注意别名仅是供用户识别使用的，它不是计算机识别的依据。

类型（即面、线、点）、几何特征（即是不是包括Z值的3D数据）、坐标系的设置要和底图相同，这样才能保证矢量化后的数据与原始数据一致。

XY容忍度不宜设置过大，否则会影响到数据的精确度，我们可根据底图具体的精度要求设置，比如1:20万的地质图，此值设为1米即可满足精度要求。属性表字段的设置十分重要，故放在下一节介绍。

3.要素类的属性表

要素类的属性表的创建和填写是矢量化工作的主要和关键内容。

属性表的创建过程主要包括字段的命名、字段类型和字段长度的选择。

例如对于侵入岩，可设置岩体地方性名称、岩石类型、岩性符号、岩性代码、岩石颜色、岩石结构、岩石构造、岩相、主要矿物及含量、次要矿物及含量、与围岩接触关系、接触面走向、接触面倾向、接触面倾角、围岩时代、形成时代、含矿性等。对于沉积岩及地层，可设置地层地方性名称、地层单位符号、地层单位时代、岩石组合、岩石组合主体颜色、岩层主要沉积构造、生物化石、产状等。

字段类型，在地质图矢量化中常用的主要有：Short Integer、Long Integer、Float、Double、Text，因该依字段数据的特征选择。

字段长度太短会不够使用，太长又会造成数据冗余，尤其对于Text类型如此。

4.点、线、面的矢量化跟踪

点、线、面的矢量化跟踪，必须要遵循一个基本的原则，就是忠实于原图，与原图一致。

点的矢量化十分容易，只需将地图上的点放到合适的大小，然后在其中心处定位即可。

线的矢量化也较为简单，要求将线条放到合适的粗细，依次用鼠标对其跟踪。由于扫描后的底图在放大到一定程度时将会是一个个方形的栅格，有人主张将底图放大到很大的倍数，跟踪时将鼠标点在栅格中央即可，这样可以将图精确到栅格。

其实这样的说法是不对的，这样做的弊端有二：一是速度慢、效率低；二是这样做的后果未必忠实于原图，相反会造成一些细微的错误。如图1所示，底图的线条原本是光滑的，而按照一个一个的栅格跟踪，出现了很多微小的锯齿。

一定要认识到：任何栅格图像放大到一定程度都会出现方形的栅格，这是栅格数据的一大局限，这些方格并不是原始底图的真实反映，而是原始线条的近似表达。要跟踪的不是一个个的方格中心点，而是所有方格的整体走势。

图1 正确和错误的跟踪方法对比

A：正确的方法，把握所有方格的整体走势，线条平滑

B：错误的方法，按照每个栅格的中心跟踪，出现了很多微小的锯齿

由此可见，所谓的“细致”是相对的，有时过于细致，反而会造成错误。所以正确的跟踪方法应该是：把握所有方格的整体走势，让线条最大程度地贯穿这个走势。一般来说，线条应该是平滑的。

面的矢量化是最为复杂和繁琐的，工作量非常巨大。总体上来说，面与面的拓扑关系有以下四种：相离、相邻、相交、包含。处理好面的矢量化问题，就是要正确地处理好这四种拓扑关系。传统的方法是：如果两个面有公共的边，在作图时就要使用捕捉、跟踪等工具，以保证这两个面严格重合在公共边。如果一个面中包含了另外一个面，在作图时就要使用切割工具，然后才能在大面内部新建小面。

很显然，以上关于面的矢量化方法在ArcGIS中完全是常规的方法。这样的方法每次遇到公共的边都要重复跟踪，费时费力，操作起来非常繁琐，稍有不慎就会产生错误，最常见的错误是在多个面的交接处产生一些小的三角形。这样的错误修改起来也是非常麻烦的。

正是因为传统方法的以上缺点，我们强烈地不推荐这样做，而是用一种更为快捷的方法：按照线要素的矢量化的方法将所有面的边界当作线要素矢量化，从而形成一个叫做作图原始线条的线要素类。注意：矢量化时所有面的边界一定要闭合，所有的线条只能跟踪一遍。然后再用工具箱中的“Feature to Polygon”工具，将作图原始线条转化为面。这样做的好处是操作简单，省时省力而且大大降低了出错的机会。如图2所示：

图2 用工具箱中的“Feature to Polygon”工具可以将任何封闭的曲线转化成面

5.图例

这一部分的操作属于视觉表达的范畴。

ArcGIS有强大的图例生成工具，只要熟悉了操作方法，完全可以生成任何需要的图例。在生成了图例之后，应该将其保存为Style文件，Style文件一旦生成，可使用Style Manger对其修改和管理。

如果以后见到以前做过的图例，这时只需调用以前做好的Style即可。还可以将Style成套地保存，以后遇到这样的图例，只需用“Match to symbols in a style”的方法即可，这样就可以节省大量的时间。如图3：

图3 Match to symbols in a style

6.多人分工协作技巧

如果要想在较短的时间内完成规模巨大的图件，就必须要进行多人分工协作。多人分工协作要求每一位成员都严格执行统一的标准，只有这样才能使每个人负责的各个部分都完美地整合衔接在一起。

在工作开始之前，可以建立一个分工图框，每人负责其中的一部分，当所有人的工作完成后就要进行合图。由于大家都是按照统一的分工图框进行工作的，所以合图时每个人的图都可以很好地衔接在一起。有些被图框一分为二的线和面，需要用Merge工具将其恢复原状。如图4所示：

图4 分工协作时，可以设置分工图框，每人完成其中的一块，合图时用Merge工具即可消除分工图框线条

分工协作要求高度的一致性，大家执行的标准一点要细化到方方面面，如矢量化跟踪时各节点之间的距离、填写属性表时各字符是大写还是小写，是全角还是半角等。如果在每一个细节上都做到统一，出错的机会将会被降到很小，那么合图后整个数据就会浑然一体。

7.元数据

有人将元数据称为“数据的数据”，它就相当于数据的说明书，对于一套完整的数据，元数据是必不可少的。但笔者对一些矢量化工作人员调查发现，元数据的重要性一直得不到足够的重视，这是很不应该的。比如在商场中购物，没有说明书的产品我们会认为它的质量是信不过的。同理，没有元数据的数据，它的可靠度也不会太高。

ArcGIS为我们提供了丰富而又强大的元数据编辑工具，进入ArcCatalog，选中所要编辑的数据，然后点击数据编辑工具即可进行元数据的编辑，点击各个选项卡即可对各个项目进行编辑。如图5所示：

图5 元数据编辑器

总结

地质图的矢量化是一项要求细致的基础工作，高质量的矢量数据将为以后的研究提供可靠的数据支撑。在掌握以上所述的方法之前，每人用6-7天时间才能勉强完成一幅1:20万的区域地质图，掌握了科学高效的方法后，每人用2-3天即可完成同样的工作量。由此可见，掌握科学高效的矢量化方法是多么重要。