浅谈地图扫描数字化的误差分析及质量控制

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2024年7月10日发(作者：)

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浅谈地图扫描数字化的误差分析及质量控制

浅谈地图扫描数字化的误差分析及质量控制

摘要：对地图扫描数字化的作业特点和误差来源进行了分析、

比较，对扫描数字化空间数据的误差性质和精度进行了探讨，并用几

幅1∶500的地籍图进行扫描数字化试验，对其中明显地物点的扫描

数字化误差进行了统计检验。

关键词：GIS；扫描数字化；误差分析

一、扫描数字化的误差来源

GIS的数据质量取决于定位精度、属性精度、逻辑一致性、完整

性等，本文仅讨论定位精度。影响定位精度的主要因素是原图误差以

及数字化过程中引入的误差。

1、原图误差。原图误差包含外业测图的误差、制图整饰综合误

差、图纸变形误差等。扫描数字化与手扶跟踪数字化具有相同的此类

误差。

2、仪器误差。地图扫描数字化时使用的扫描仪大部分为以CCD

为核心或以PMT为核心的扫描仪，扫描时在光学成像部分、机械传动

部分、转换电路部分都会产生一定的误差。采用较高分辨率的扫描仪

以及扫描时尽量使原图保持平直可以减弱此项误差。手扶跟踪数字化

的仪器误差主要取决于数字化仪的分辨率，实际作业时可以根据实际

需要选择合适分辨率的数字化仪进行数字化。

3、操作误差。手扶跟踪数字化误差受操作者的经验和技能的影

响较大，操作者在数字化的过程中产生的误差是数字化误差的主要部

分。目前受到影像自动识别技术的限制，扫描全自动矢量化还不成熟，

大部分采用半自动矢量化方式，需要人机交互处理，在断线、噪声等

处进行人工干预，这种半自动交互矢量化作业方式，在形式上与手扶

跟踪数字化作业方式似乎没有什么本质区别，但大部分时间作业员只

是起引导作用，跟踪还是由软件自动完成，因此操作误差比手扶跟踪

数字化误差还是大大减小了。

4、软件误差。在相当长的一段时间里，实现扫描矢量化的技术

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逐渐形成了一种以细化、曲线跟踪拟合为核心的技术，这种技术的弊

病表现为抗干扰性差，产生的识别畸变直接影响到最终结果，因此算

法的抗干扰性就成为一个基本要求，据此提出了各种矢量化方法，但

都没有重大突破，最终将导致由软件产生的误差。手扶跟踪数字化则

不存在类似的软件误差。在手扶跟踪数字化图板作业结束后可以进行

后处理，主要是进行矢量图的纠正，通过纠正可以消除一部分系统误

差，如图纸误差及仪器误差。扫描数字化时，在扫描得到光栅图后应

对光栅图进行纠正，通过纠正可消除部分系统性图纸误差及仪器误

差。手扶跟踪数字化最后的成图误差构成，主要是：矢量图纠正后的

剩余误差与偶然操作误差。扫描数字化最后的成图误差构成是：光栅

图纠正后的剩余误差与偶然操作误差及软件误差，其中偶然操作误差

较手扶跟踪数字化小，软件误差为系统误差。

二、扫描数字化误差分析试验

1、测试过程简介。试验中所使用的扫描仪分辨率为800dpi，256

级灰度，标准精度为0.1%。将全野外解析数字化测图测得的地籍图

用绘图仪绘于聚酯薄膜上用于扫描，图纸比例尺为1∶500，图幅规

格为40cm×50cm。

由于薄膜图纸存在误差，在扫描仪扫描过程中会产生误差，扫描

所得到的图形存在旋转和扭曲，该图形不能直接用于矢量化，必须经

过纠正处理。本试验采用正射变换选择4个图廓点进行纠正，将纠正

后的图形用于矢量化。在矢量化之前须对矢量化的参数进行设置，包

括光栅线宽的最大值，跟踪时可跳过的影像断裂缝隙，跟踪采样的步

距，直角化处理参数等。根据不同的地形、地物可设置不同的矢量化

参数，但因地图中相同地形、地物的线条变化情况相近，如房子大多

为矩形状，河流多为曲线状，为了较真实地分析矢量化误差，在参数

设置时经过多次试验，选择一组最能贴近实际情况的参数，且房子都

不作直角化处理。在本次试验中，选择7幅图的房角点坐标进行分析，

每一幅图的房角点坐标作为一个子样。

2、均值与中误差。设子样的样本数为n，房角点在原数字化图

中的坐标为（Xi，Yi）（i=1，2，…，n），经扫描矢量化后的坐标为

（xi，yi）（i=1，2，…，n），将原数字化坐标与扫描矢量化坐标之

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差（△xi，△yi）作为真误差进行分析。按式（1）计算子样均值 ， ，

中误差 x， y以及协方差 xy，其值如表1。

从表中中误差的数据可以看出扫描数字化的误差在7cm以内，此

结果表明扫描数字化与手工数字化的精度基本一致。

3、均值检验。为了检验数字化过程中系统误差的影响，对上述

x，y坐标误差的均值进行假设检验。采用非正态总体均值检验，设

总体Z的分布函数为F（Z），总体均值为 ，标准差为S，构造检验统

计量： （2）

当n充分大时，任意总体Z的样本均值近似服从N（0，1）。检

验原假设H0∶E（Z）=0；备选假设H1∶E（Z）≠0。在给定显著水平

α下，当H0为真，且n充分大时，有： （3）

若： （4），则在显著水平α下拒绝H0，反之接受。

用子样均值 代替 ，用子样中误差 x， y代替S，分别计算x坐

标误差，y坐标误差的统计量 ，取显著水平α为0.01，对应的分位

值U0.995=2.576，计算结果如表2。

从表中结果看，计算的所有统计量均大于分位值，说明其均值不

为0，即扫描数字化过程存在系统误差，系统误差由光栅图纠正后的

剩余误差、矢量化软件误差等构成。

三、结语

扫描数字化与手扶跟踪数字化相比，前者在作业的劳动强度、受

操作者的影响程度以及成果的可靠性等方面都有较大的优势。用这两

种方法获得的数据误差来源、误差性质都不一样，分析表明：对1∶500

的地图，扫描数字化数据的精度与手扶跟踪数字化数据的精度基本一

致，但其误差并不服从正态分布，更多地表现出系统性，本文的分析

对减弱系统误差，以及在减弱系统误差影响的基础上进一步探讨扫描

数字化数据的误差分布和精度具有一定的意义。

参考文献：

[1] 赵俊兰，冯仲科. 地图扫描矢量化空间数据误差校正与精度

分析的研究[J]. 矿山测量. 2012（04）

[2] 孟亚宾，李淼. 扫描数字化地图数据的误差分析及控制[J].

测绘与空间地理信息. 2009（03）

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本文标签： 误差数字化扫描跟踪矢量化