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矢量化论文

摘要

随着高校信息化进程的不断推进,全面快速地提升高校教学管理水平已成为各高校共识。

数字校园作为高校信息化建设的重要组成部分,它的实施建设,已成为我国高校快速提升整体教学管理水平的重要手段。

基于GIS的数字校园，即校园地理信息、系统是由一张电子地图和若于图层组成。

用户可以在地图上浏览校园的全景和局部，像在校园中散步一样漫游。

在陌生的环境中也不用担心在其中迷失了方向，为了找寻一条准确的道路而浪费自己的时间。

有了数字校园，这些都不在是难事。

找到地图上面和现实的某一个建筑。

从地图上面就可以清楚的找到你将要去的地方的路线。

除了这些，他还可以随时链接到学院的主页和一些关于学校的相关信息。

作为一个数字化了的校园，查找宿舍和上课教室将不再是难事。

“TOP校园地图矢量化”包括TOP校园中的所有建筑布局、道路信息、球场、绿化等要素类的矢量化地图。

该项目具有实现地图的拓扑关系，建立校园精确的校园矢量地图数据，除具有一般地图的功能外，在ArcGIS中还能对此进行各种综合分析功能，如查找路线、查找最近的自习室和食堂等、统计绿化面积、对校园进行合理的规划等。

关键字：

数字校园、ArcGIS、矢量化、拓扑、几何网络

目录

摘要1

目录2

第一章绪论4

1.1矢量化的背景4

1.2系统的目标4

1.3系统的意义4

第二章需求分析5

2.1功能需求5

2.2性能需求5

2.2.1操作平台5

2.2.2运行环境5

2.3可行性分析5

2.4数据需求6

2.4.1栅格数据的需求6

2.4.2矢量数据结构需求6

第三章总体设计7

3.1系统的实现方案和系统模块的划分7

3.1.1系统设计的思想7

3.1.2系统功能模块的划分7

3.1.3系统模块介绍7

3.2数据结构设计8

第四章详细设计10

4.1矢量化的具体操作10

4.1.1图形的加载10

4.1.2要素点的采集10

4.1.3图形矢量化12

4.2数据的修改13

4.2.1数据库的建立13

4.2.2要素集的建立13

4.2.3点要素要素在图中的建立15

4.2.4线要素在图中的建立17

4.2.6面要素的建立19

4.3拓扑、几何网络的建立20

4.3.1拓扑的建立20

4.3.2几何网络的建立21

4.3.3几何网络在Arcmap中对要素的检验22

4.4符号的设计、标注的添加、地图版面等矢量数据的后期处理23

4.4.1符号设计23

4.4.2符号的添加26

4.4.3标注的添加28

4.4.4添加超连接30

4.4.5地图版面等矢量数据的后期处理31

第五章总结33

5.1项目开发时注意的问题33

致谢词35

参考文献36

第一章绪论

1.1矢量化的背景

矢量对象是以矢量的形式，即用方向和大小来综合表示目标的形式描述的对象。

例如画面上的一段直线，一个矩形，一个点，一个圆，一个填充的封闭区域……等等。

矢量图形文件就是由这些矢量对象组合而成的描述性文件。

矢量图形则是计算机软件通过一定算法，将矢量对象的描述信息在显示终端上重绘的结果。

在矢量图形中每个目标均为单个矢量单位（点、线、面）或多个矢量单位的结合体。

基于这样的数据结构，我们便可以很方便地在地图上编辑各个地物，将地物归类，以及求解各地物之间的空间关系。

并有利于地图的浏览、输出。

矢量化则是利用数字图像处理算法，将源图上的各种栅格阵列识别为矢量对象，最后以一定格式保存的过程。

1.2系统的目标

建立TOP矢量化地图，利用其自身特有的功能，使大家在托普学院中能够更准确的找到建筑、在道路上更能够清楚的明白线路的可行驶或不可行驶。

使大家在一个陌生的环境中能够清楚明白的找到要找的地方。

1.3系统的意义

数字化校园能够使该校园的各类用户迅速的熟悉校园的环境，方便地制作自身所需要的地图，并且利用地图的形式，将校园信息展现的方式从传统的纯文字模式解脱出来，实现地图与文字、图片等展现模式相结合的方式。

本网站的建设，可以大大方便校园内外的人员在校园内学习、工作和生活，对于学校的宣传也有重要的意义。

第二章需求分析

2.1功能需求

TOP校园矢量化系统具体的实施过程包括校园内控制点坐标的获取、平面图的几何校正、矢量数据的提取、矢量数据的编辑、矢量数据的输出、拓扑关系的建立和在ArcGIS中进行功能分析等。

TOP校园矢量化系统的建立,使学校有些部门通过使用该系统,提高这些部门的校园规划和管理信息能力.例如统计各个教学部或单位所占房产面积,人均房产面积等,以支持学校分房工作,正确掌握学校资产部门的空间分布状况.对于完备GIS系统,它应该能够对学校楼群,重要楼（如教学楼、礼堂、办公室、学生宿舍楼等）各层房间的分布,各个房间用途,负责人,电话等信息进行管理.它应具有楼图,楼层房间图的浏览,录入,编辑,查询,打印输出,以及相关统计报表功能.,除此以外，TOP校园矢量化系统还拥有查找路线、查找最近的自习室和食堂等、统计绿化面积、对校园进行合理的规划等功能。

2.2性能需求

2.2.1操作平台

数据库：

GeoDatabase（ArcGIS自带）

数据需求：

TOP校园平面图

开发平台：

GoogleEarth，ArcGIS9.0

软件需求：

MicrosoftWord，MicrosoftVisio，GoogleSketchUpPro7

硬件需求：

PentiumⅢ以上CUP、512MB以上内存___________________________________________________________________________________________________________________________

2.2.2运行环境

操作系统和版本：

WindowsXP/Windows2000/Windows2003

支撑环境和版本：

ArcGIS9.0

2.3可行性分析

（1）经济可行性

该系统主要是利用电子地图对校园进行规划和查找路径等，这就需要一定的资金来完善、更新系统，以保证系统正常运行。

（2）技术可行性

操作该系统要掌握一定的计算机相关知识，如：

文件的打开和保存、ArcGIS软件的基本操作等。

（3）操作可行性

操作该系统的人不一定都会使用ArcGIS软件，因此造成了一定的局限性。

应系统更加完善，以方便操作、使用。

2.4数据需求

2.4.1栅格数据的需求

栅格数据是按网格单元的行与列排列、具有不同灰度或颜色的阵列数据。

栅格结构是大小相等分布均匀、紧密相连的像元（网格单元）阵列来表示空间地物或现象分布的数据组织。

是最简单、最直观的空间数据结构，容易被计算机存储、操作和显示。

点实体由一个栅格像元来表示；线实体由一定方向上连接成串的相邻栅格像元表示；面实体（区域）由具有相同属性的相邻栅格像元的块集合来表示。

本系统所需要的栅格数据是“托普学院效果图”

2.4.2矢量数据结构需求

矢量数据通过记录坐标的方式尽可能精确的表示点、线、面等地理实体，坐标空间设为连续、允许任意位置、长度和面积的精确定义。

矢量数据分三种类型，即点、线、面。

点记录是在特定坐标系下的坐标和属性代码，它可以代表具体的地物，例如教学楼、图书馆等，也可以是抽象的东西，如文本位置点。

线实体主要是以线元素组成的各种线性要素，直线元素有两对以上（x,y）坐标点定义。

主要用来表示道路和围墙等线状地物。

面实体：

在记录面实体时，通常通过记录面状地物的边界来表现，因而有时也称为多边形数据。

第三章总体设计

3.1系统的实现方案和系统模块的划分

3.1.1系统设计的思想

（1）系统主要分成“几何校正”、“矢量提取”、“矢量编辑”等部分来完成,每一部分都相互联系。

（2）系统严格按照要素分层的思想来具体实现，校园内的点、线、面状地物都可以位于不同的层上，属于不同的数据层。

（3）系统中，要素具有层次性，方便操作和管理，具有较强的层次结构。

3.1.2系统功能模块的划分

为了使设计思想更加明确，便于项目有目标、有条理地开发，所以，将TOP校园地图矢量化系统进行模块划分是必要的，模块具体划分如图3.1所示。

（图3.1）

3.1.3系统模块介绍

（1）控制点坐标数据的获取

该操作的实现要求掌握GoogleEarth的基本操作。

具体为在GoogleEarth中找到托普校园，然后对校园内的关键点进行坐标的获取，并作记录。

（2）校园平面图的几何校正

校园平面图是一副扫描图像，没有地理坐标，也就不能实现定位和精确的位置查找，并且和真实区域有相当大的差别。

为了实现其位置的校正和地理坐标的匹配就需要进行几何校正。

（3）对校园平面图进行矢量的提取

在地图校正后，所提出的矢量图层点、线、面等要素才具有地理参考性，所以必须对平面图中的地位进行矢量的提出。

（4）矢量数据的编辑

矢量提取（矢量化）后，有必要对已经矢量化的要素进行编辑，包括修改、重命名、颜色设置、打断、连接、圆滑等。

（5）拓扑关系的建立

为了使各种空间信息资源的查询、检索、分析、各种资源整合的方便，将输出的矢量数据建立起拓扑关系是必要的。

（6）在ArcGIS中进行分析

在ArcGIS中进行路径查找、缓冲区的建立、统计、合并等分析。

3.2数据结构设计

从空间角度而言，校园内的地物可以分为点、线、面三种类型。

（注：

所有类型都会默认自动产生ID号，所以在表中ID字段不再给出）

（1）点要素数据结构（如图表3-2-1所示。

点要素主要针对学院从空间角度看成点状的地物，如教学楼、旗杆、食堂等）

类型

名称

颜色

点

旗杆

自定义

点

教学楼

自定义

点

实训楼

自定义

点

行政楼

自定义

点

图书馆

自定义

点

学生宿舍

自定义

点

食堂

自定义

点

商店

自定义

点

水房

自定义

点

活动中心

自定义

点

教师公寓

自定义

点

配电室

自定义

点

门卫

自定义

点

数控中心

自定义

点

网球中心

自定义

点

学院礼堂

自定义

表3-2-1

（2）线要素数据结构（如图表3-2-2所示。

线要素主要针对学院从空间角度看成线状的地物，如路、围墙等）

类型

名称

长度

等级

样式

颜色

线

围墙

待测

4

点划线

自定义

线

一级路

待测

1

较粗

自定义

线

二级路

待测

2

较细

自定义

线

水沟

待测

3

最细

自定义

线

校大门

Null

Null

Null

自定义

表3-2-2

（3）面要素秫秸结构（如图表3-2-3所示。

面要素主要针对学院从空间角度看成面状的地物，如绿化带、花园、足球场等，由于校园内的道路没有具体名称，为了便于区分，所以将所有道路分为两大类，即：

一级路（能通车的路）和二级路（不能通车的路）

类型

名称

周长

面积

颜色

面

校门口广场

待测

待测

自定义

面

池塘

待测

待测

自定义

面

绿化带

待测

待测

自定义

面

足球场

待测

待测

自定义

面

篮球场

待测

待测

自定义

面

乒乓球场

待测

待测

自定义

面

排球场

待测

待测

自定义

面

羽毛球场

待测

待测

自定义

面

花园

待测

待测

自定义

表3-2-3

第四章详细设计

4.1矢量化的具体操作

4.1.1图形的加载

双击ARCMAP，打开ARCMAP。

单击“添加”图层

按钮。

找到图层所在位置单击添加。

将图形载到ArcInfo中。

（图4.1.1）

4.1.2要素点的采集

（1）因为工具的有限。

我们不能够运用GPS接收机来测量学院的相应点的位置。

所以我们运用需要运用第二个软件来确定采集点的地理坐标。

（2）右击菜单栏空白处。

选择“影像配准”。

（图4.1.2）

（3）打开“GoogleEarth”软件。

在文本框中我们输入四川托普学院。

地球将自动到达目的地。

（图4.1.3）

（4）下面的五个点我们分别采集为“旗杆”、“教学楼”、“学生寝室”、“学生食堂”、“网球场”。

如下图所示。

我们要尽量的选择两端的交汇处来进行。

然后确定记住坐标的位置。

（图4.1.5）

（5）所以我们运用自己做的一个小软件就是经纬度坐标的转换来转换其坐标。

输入转换的坐标然后点击“转换”

（6）选择

“添加控制点按钮”。

然后右击选择“输入x、y点”在弹出的对话框中输入之前我们转换的经纬度即可,然后点击确定。

（图4.1.6）

（7）按照同样的方法，我们依次对“教学楼”、“学生寝室”、“学生食堂”“网球场”。

进行采集。

4.1.3图形矢量化

（8）当点都采集完以后。

图形会出现偏差。

这属于正常原因。

我们选择“影像配准”—“地理参考”中的“矫正”。

弹出“矫正”对话框。

确定输入的栅格图像。

单击保存即可

（图4.1.7）

（9）如图所示。

此时我们图形的矢量化就算完成了

（图4.1.8）

4.2数据的修改

4.2.1数据库的建立

当我们把图像矢量化之后。

我们就要在图像中进行要素的添加。

如果进行要素的添加。

我们就必须要建立一个个人空间数据库（mygeoDatabase）。

（1）在开始菜单中选择“程序”——“ArcGIS”——“ArcCatalog”。

打开“ArcCatalog”。

（图4.2.1）

（2）选中“E盘”——右击选择“新建”。

在新建的下拉菜单中我们选择。

新建“个人GeoDatabase”。

右击“个人空间数据库”选择“重命名”。

输入“TOP”

（图4.2.2）

4.2.2要素集的建立

（1）右击个人空间数据库。

选择新建——“要素集”。

输入要素集的名字。

我们同样取名为“TOP”。

（图4.2.3）

（2）因为要素集需要一个空间参考坐标。

我们单击“编辑”按钮弹出编辑对话框。

在对话框中我们选择“导入”。

打开导入对话框。

选择CHINA地图来作为空间地理参考。

找到CHINA文件单击添加。

单击确定，建立要素集。

（图4.2.4）

当要素集建立好以后、我们就要建立许多的要素类。

要素类的类型分为三种。

点、线、面。

在TOP地理数据库中这三种类型我们都将用到。

点要素的建立：

（1）右击要素集，选择新建——要素类。

弹出新建对话框。

在对话框中输入名字为“旗杆”单击下一步。

（2）在配置关键字中我们选择“默认”，单击下一步。

（3）在字段名中我们要新建一个字段名。

取名为“name”。

在SHAP选择类型中默认的是多边形。

我们选择“点”。

单击“完成”。

第一个要素就新建好了。

（图4.2.5）

按照相同的方法。

把所需要的点全部建立起来。

线要素的建立：

需要建立线的长度、样式等字段。

在输入字段名的时候我们不能够输入中文作为字段名。

只能用中文。

面要素的建立：

如上，面要素也是如此，需要建立名称、面积、周长字段名。

当要素建立好以后，我们的窗口中就会出现我们新建的类型。

如下图所示：

（图4.2.6）

4.2.3点要素在图中的建立

在ArcCatalog建立完个人空间数据库、要素集、要素类后。

我们就要在ArcInfo中对要素进行建立了。

（1）打开ArcGIS，然后点击“加载”按钮。

加载已经矢量化的TOP地图。

（2）在单击添加按钮，再加载我们建立好的要素。

（图4.2.7）

（1）添加好要素以后。

右击菜单栏空白处。

在弹出的菜单中我们选择编辑器。

（图4.2.8）

（2）第一个编辑是食堂，在图中找到食堂的位置。

然后将点点在食堂的一个鲜明的可以清楚的看到位置。

如图4.2.9所示：

（图4.2.9）

（3）依照上述的方法依次对教学楼、实训楼、行政楼、图书馆、学生宿舍、食堂、商店、水房、活动中心、教师公寓、配电室等所有点类型的要素进行建立。

建立完以后效果图4.2.10如下：

（图4.2.10）

（4）当所有的点要素建立好以后，单击编辑器下的“保存编辑”。

此刻我们所编辑的点要素就被保存了。

4.2.4线要素在图中的建立

道路分为一级路和二级路。

一级路：

是指：

车辆和行人都能够通行的路。

二级路：

指只允许行人通过，而不准车辆通过的路。

此外还有水沟和围墙这四个线要素。

（1）打开编辑器，选择开始编辑在“目标”下拉列表框中选择“一级路”。

就开始对“一级路”进行编辑。

（图4.2.11）

此时，我们就要在编辑器里面选择ARCGIS的另外一种功能“捕捉环境”。

（2）点击“编辑器”。

在下拉列表框中选择“捕捉环境”。

弹出“捕捉环境”对话框。

选择所有点类型的要素和一级路、二级路。

如图所示：

（图4.2.12）

（3）设置完成以后点“关闭”按钮。

这时功能就被激活。

然后根据学校的具体线路开始对一级路开始编辑，如果线路编辑完成，双击鼠标左键完成编辑。

如4.2.13图所示：

（图4.2.13）

（4）当所有的线要素编辑好以后，单击编辑器下的“保存编辑”。

此刻我们所编辑的点要素就被保存了。

（图4.2.14）

（5）按照同样的方法我们依次对围墙、二级路、水沟、校大门这些线形要素进行建立。

在加载我们之前建立的点类型的要素。

效果图2.17如下：

（图4.2.15）

（6）当所有的线要素建立好以后，单击编辑器下的“保存编辑”。

此刻我们所编辑的线要素就被保存了。

4.2.6面要素的建立

建立完点和线要素以后。

我们就只剩下面要素需要我们来建立。

面要素建立与前面两项基本类似。

操作的方法都大致一样。

（1）在编辑器中的目标的下拉列表框中选择“绿化带”要素。

（2）根据学校的情况在图形中建立“绿化带”。

要注意、这些面要素不能够与点、线要素重合在一起。

如下图4.2.16所示：

（图4.2.16）

（3）当所有的面要素建好以后，单击编辑器下的“保存编辑”。

此刻我们所编辑的面要素就被保存了。

（4）此时面要素也被保存以后，我们所做的要素的建立也完成了。

效果图4.2.47如下所示：

（图4.2.17）

4.3拓扑、几何网络的建立

4.3.1拓扑的建立

（1）要建立一个拓扑结果。

首先我们要打开ArcCatalog

（2）在里面找到我们建立的TOP个人空间地理数据库的top校园地图要素集。

（3）右击该要素集，在弹出快捷菜单中选择新建下的拓扑。

打开新建拓扑对话框。

（图4.3.1）

（4）点击“下一步”，输入新建TOP的名称。

我们选择默认的一个名称“top校园地图_Topology”，在输入一个集束容限值中我们同样选择默认，单击下一步,选择一级路和二级路单击下一步。

（图4.3.2）

（6）在选择优先级中我们选择系统默认。

单击下一步。

（7）此时我们要定义拓扑规定。

单击添加规则。

弹出对话框。

在对话框中，选择“不能有伪接点”。

“不能有悬挂接点”（一级路和二级路都是一样）。

（图4.3.3）

（7）自动提示进行“拓扑效验”。

我们选择“是”。

再打开“ARCMAP”添加的top校园地图。

“top校园地topology”拓扑关系同样一起加载进去。

当加载进去以后，如果你所做的一级路和二级路之间有我们上面所规定的那两个错误。

地图上会出现错误的点。

如图所示：

（图4.3.4）

4.3.2几何网络的建立

在建立几何网络之前，我们必须要把之前我们建立的拓扑删除。

如果不删除，几何网络在建立的过程中将会出现错误。

打开ARCCATALOG右击选择“Geometricnetwork…”弹出新建对话框，其中的前五个全部选择为YES。

SELCETALL即可。

最后一个就选择NO点击完成即可。

4.3.3几何网络在ArcMap中对要素的检验

点击添加数据按钮选择我们之前建立的“top校园地图_NET”打开以后图上就出现了我们需要修改的要素类。

用通俗的话来讲，我们要对一级路和二级路进行修改。

使其在查找路径时，查找到的为一条最优路径。

（1）右击菜单栏空白处，在弹出的快捷菜单中选择“设施网络分析”

（图4.3.5）

在追踪任务：

的下拉列表中开始默认的是“与上同共游”。

我们要选择“查找路径”再点击“增加连接点标记工具”

（2）点击地图上面线路的一个端点和另外一个端点。

选择一条线路。

（图4.3.6）

（3）然后点击执行按钮，也就是设施网络分析最后边的一个按钮。

当地图上出现如下图所示的样式一样，那么说明这一条路需要我们修改

（图4.3.7）

此时，就要运用到我们之前运用过的编辑器来修改线路。

（4）可以清楚的看到有一级路和二级路有一个交点。

点一下两路之间的交点的地方。

将他们进行拆分。

然后保存编辑。

（5）再用设施网络分析中增加连接点标记工具在相同的位置进行同样的操作，此时，如果效果如下图所示为正确

（图4.3.8）

（6）按照相同的方法对每条路都要进行检查，如果出现错误运用以上方法进行编辑修改，测试成功以后保存修改。

4.4符号的设计、标注的添加、地图版面等矢量数据的后期处理

4.4.1符号设计

为了更清新的了解托普校园的建筑。

单纯的点要素在图中展现的只是凤毛麟角。

而在Arcmap中，我们能够自己创建一些3D模型作为符号。

这样就能够更好的来展现出建筑的样式。

而我们设计符号的软件。

是当下非常流行的SketchUp，制作托普点建筑模型。

拿做托普大学的一栋学生寝室为例。

（1）首先，进入SketchUp，操作界面如图4.4.1所示：

（图4.4.1）

（2）选择工具栏上的矩形按钮

在图上按照学生寝室的比例，画出寝室长宽。

（3）点击工具栏上的推/拉按钮

在地图上按照学生寝室的比例，拉出寝室的高度。

（图4.4.2）

（4）因为学生寝室的颜色分为了白色和红色两个色调。

所以我们要用线来区隔两个颜色。

如果不用线来分隔，那么上色的颜色就会每一面都一样。

点击工具栏的线按钮

来一步一步画出分隔的区域。

我们需要注意的是每个面上的那条线都要连接好。

如果没有连接好那么上色的时候同样是失败的。

画完效果图4.4.3：

（图4.4.3）

（5）选择“工具”菜单下的“材质”在弹出一个选择框中，我们选择“颜色”，因为学生寝室的色调只有红色和白色，系统默认模型的颜色是白色的，所以我们只需要改变为红色的区域。

效果图4.4.4如下：

（图4.4.4）

（6）单击“窗口”菜单下的“组件”弹出一个组件框。

在里面我们可以选择一些建模比较常用的模型。

如图4.4.5所示：

（图4.4.5）

（7）这个时候就要运用组件上面的一个GOOGLE搜索。

在文本框中输入“窗户”或者“windows”。

下边就会出现一些窗户，选择适合模型的窗户点击下载。

如图所示：

（图4.4.6）

（8）根据学生寝室情况依次把窗户安装在墙面上。

注意窗户间的间隔，尽量不要把窗户安的东倒西歪。

为了看起来更加的美观。

将其安装的要一致、整齐。

（图4.4.7）

当窗户贴好以后，模型就算完成了。

但是因为ArcMap里面；里面的添加模型的功能。

只能够添加文件后缀名为“3DS”的。

而sketchup默认的保存文件后缀名为“skp”所以我们要运用sketchup的到处3D模型功能。

（9）单击“文件”菜单找到“导出”选择导出“3D模型”。

打开导出对话框。

（10）