ArcGIS地質圖矢量化技巧概要

1. 概述

前段時間我們發布關於怎麼用水經注萬能地圖下載器下載地質圖的文章，《地質圖、專題圖等其它專業地圖下載》點擊了解原文，今天以ArcGIS為例，結合多年的工作經驗，來介紹一下地質圖矢量化的技巧。

水經注萬能地圖下載器下載地質圖

2. 底圖的配准

不同比例尺的圖件，有著不同的配准精度要求：

1：20萬的地質圖，配准誤差不能高於20米；

1:50萬的地質圖，配准誤差不能高於50米。

掃描質量很好的原始圖件，只需要4個以上的控制點用一次配准就可達到精度要求；掃描質量不好的原始圖件，必須要用二次甚至三次配准，在ArcGIS中，至少6個控制點才能進行二次配准，至少10個控制點才能進行三次配准。控制點要均勻分布在圖面上。為了配準的方便，在配准之前，還有必要用圖像處理軟體對一些老化嚴重的圖件進行處理，以去除老化色，恢復其原色。

3. 地理資料庫（Geodatabase）中要素類（Feature Class）的建立

要素類的建立是地理資料庫建立工作的主要內容，在地質圖的矢量化工作中，主要涉及到的要素類有面要素（Polygon Features）、線要素（Line Features）、點要素（Point Fatures）。與地質有關的面要素有：侵入岩、沉積岩、變質岩、蝕變帶、各種脈岩等；線要素主要有：斷層、地質界線等；點要素主要則主要是各種礦點。除此之外還有水系、道路、城鎮、居民點等非地質要素。

在建立要素類的過程中，依次要設置名稱（Name）、別名（Alias）、類型（Type）、幾何特徵（Geometry Properties）、坐標系（Coordinate System）、XY容忍度（XY Tolerance）、屬性表欄位（Fields）等。名稱是計算機識別要素類的依據，其設置要做到簡潔明了、見名知意，如果需要，還可以設置別名，請注意別名僅是供用戶識別使用的，它不是計算機識別的依據。類型（即面、線、點）、幾何特徵（即是不是包括Z值的3D數據）、坐標系的設置要和底圖相同，這樣才能保證矢量化後的數據與原始數據一致。XY容忍度不宜設置過大，否則會影響到數據的精確度，我們可根據底圖具體的精度要求設置，比如1:20萬的地質圖，此值設為1米即可滿足精度要求。屬性表欄位的設置十分重要，故放在下一節介紹。

4. 要素類的屬性表

要素類的屬性表的創建和填寫是矢量化工作的主要和關鍵內容。屬性表的創建過程主要包括欄位的命名和欄位類型和長度的選擇。例如對於侵入岩，可設置岩體地方性名稱、岩石類型、岩性符號、岩性代碼、岩石顏色、岩石結構、岩石構造、岩相、主要礦物及含量、次要礦物及含量、與圍岩接觸關係、接觸面走向、接觸面傾向、接觸面傾角、圍岩時代、形成時代、含礦性等。對於沉積岩及地層，可設置地層地方性名稱、地層單位符號、地層單位時代、岩石組合、岩石組合主體顏色、岩層主要沉積構造、生物化石、產狀等。

欄位類型，在地質圖矢量化中常用的主要有：Short Integer、Long Integer、Float、Double、Text，因該依欄位數據的特徵選擇。

欄位長度太短會不夠使用，太長又會造成數據冗餘，尤其對於Text類型如此。

地質圖

5. 點、線、面的矢量化跟蹤

點、線、面的矢量化跟蹤，必須要遵循一個基本的原則，就是忠實於原圖，與原圖一致。

點的矢量化十分容易，只需將地圖上的點放到合適的大小，然後在其中心處定位即可。

線的矢量化也較為簡單，要求將線條放到合適的粗細，依次用滑鼠對其跟蹤。由於掃描後的底圖在放大到一定程度時將會是一個個方形的柵格，有人主張將底圖放大到很大的倍數，跟蹤時將滑鼠點在柵格中央即可，這樣可以將圖精確到柵格。

其實這樣的說法是不對的，這樣做的弊端有二：一是速度慢、效率低；二是這樣做的後果未必忠實於原圖，相反會造成一些細微的錯誤。如圖1所示，底圖的線條原本是光滑的，而按照一個一個的柵格跟蹤，出現了很多微小的鋸齒。一定要認識到：任何柵格圖像放大到一定程度都會出現方形的柵格，這是柵格數據的一大局限，這些方格並不是原始底圖的真實反映，而是原始線條的近似表達。要跟蹤的不是一個個的方格中心點，而是所有方格的整體走勢。

正確和錯誤的跟蹤方法對比

A：正確的方法，把握所有方格的整體走勢，線條平滑

B：錯誤的方法，按照每個柵格的中心跟蹤，出現了很多微小的鋸齒

由此可見，所謂的"細緻"是相對的，有時過於細緻，反而會造成錯誤。所以正確的跟蹤方法應該是：把握所有方格的整體走勢，讓線條最大程度地貫穿這個走勢。一般來說，線條應該是平滑的。

面的矢量化是最為複雜和繁瑣的，工作量非常巨大。總體上來說，面與面的拓撲關係有以下四種：相離、相鄰、相交、包含。處理好面的矢量化問題，就是要正確地處理好這四種拓撲關係。傳統的方法是：如果兩個面有公共的邊，在作圖時就要使用捕捉、跟蹤等工具，以保證這兩個面嚴格重合在公共邊。如果一個面中包含了另外一個面，在作圖時就要使用切割工具，然後才能在大面內部新建小面。

很顯然，以上關於面的矢量化方法在ArcGIS中完全是常規的方法。這樣的方法每次遇到公共的邊都要重複跟蹤，費時費力，操作起來非常繁瑣，稍有不慎就會產生錯誤，最常見的錯誤是在多個面的交接處產生一些小的三角形。這樣的錯誤修改起來也是非常麻煩的。

正是因為傳統方法的以上缺點，我們強烈地不推薦這樣做，而是用一種更為快捷的方法：，按照線要素的矢量化的方法將所有面的邊界當作線要素矢量化，從而形成一個叫做作圖原始線條的線要素類。注意：矢量化時所有面的邊界一定要閉合，所有的線條只能跟蹤一遍。然後再用工具箱中的"Feature to Polygon"工具，將作圖原始線條轉化為面。這樣做的好處是操作簡單，省時省力而且大大降低了出錯的機會。

用工具箱中的"Feature to Polygon"工具可以將任何封閉的曲線轉化成面

6. 圖例

這一部分的操作屬於視覺表達的範疇。ArcGIS有強大的圖例生成工具，只要熟悉了操作方法，完全可以生成任何需要的圖例。

在生成了圖例之後，應該將其保存為Style文件，Style文件一旦生成，可使用Style Manger對其修改和管理。

如果以後見到以前做過的圖例，這時只需調用以前做好的Style即可。還可以將Style成套地保存，以後遇到這樣的圖例，只需用"Match to symbols in a style"的方法即可，這樣就可以節省大量的時間。

Match to symbols in a style

7. 多人分工協作技巧

如果要想在較短的時間內完成規模巨大的圖件，就必須要進行多人分工協作。多人分工協作要求每一位成員都嚴格執行統一的標準，只有這樣才能使每個人負責的各個部分都完美地整合銜接在一起。

在工作開始之前，可以建立一個分工圖框，每人負責其中的一部分，當所有人的工作完成後就要進行合圖。由於大家都是按照統一的分工圖框進行工作的，所以合圖時每個人的圖都可以很好地銜接在一起。有些被圖框一分為二的線和面，需要用Merge工具將其恢復原狀。

Merge工具即可消除分工圖框線條

分工協作時，可以設置分工圖框，每人完成其中的一塊，合圖時用Merge工具即可消除分工圖框線條。

分工協作要求高度的一致性，大家執行的標準一點要細化到方方面面，如矢量化跟蹤時各節點之間的距離、填寫屬性表時各字元是大寫還是小寫，是全形還是半形等。如果在每一個細節上都做到統一，出錯的機會將會被降到很小，那麼合圖後整個數據就會渾然一體。

8. 元數據

有人將元數據稱為"數據的數據"，它就相當於數據的說明書，對於一套完整的數據，元數據是必不可少的。但筆者對一些矢量化工作人員調查發現，元數據的重要性一直得不到足夠的重視，這是很不應該的。比如在商場中購物，沒有說明書的產品我們會認為它的質量是信不過的。同理，沒有元數據的數據，它的可靠度也不會太高。

ArcGIS為我們提供了豐富而又強大的元數據編輯工具，進入ArcCatalog，選中所要編輯的數據，然後點擊數據編輯工具即可進行元數據的編輯，點擊各個選項卡即可對各個項目進行編輯。

元數據編輯器

9. 總結

地質圖的矢量化是一項要求細緻的基礎工作，高質量的矢量數據將為以後的研究提供可靠的數據支撐。筆者所在的工作小組，在掌握以上所述的方法之前，每人用6——7天時間才能勉強完成一幅1:20萬的區域地質圖，掌握了科學高效的方法後，每人用2——3天即可完成同樣的工作量。由此可見，掌握科學高效的矢量化方法是多麼重要。