地形图档案资料扫描建库技术方法与实践

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测绘成果是政府管理、国土规划、文化教育、科学研究和国防建设不可缺少的地理信息战略资源和国家的宝贵财富。而地形图作为测绘成果中应用最广泛利用最频繁的一种,它记载了城市发展过程中地形地貌等地理环境的变迁历程,是城市建设过程中积累的珍贵历史资料。

由于早期测绘工艺和技术设备条件的限制,年代久远的地形图多为聚脂薄膜图和纸质图,没有电子档案存留,随着年代的日渐久远及防护措施的局限,有的资料开始老化,有的甚至出现不同程度的损坏。为了防止这些老旧而珍贵的历史资料随时间的推移而被湮灭,永久保留历史地形图,需要采用电子化手段进行管理和应用。

从档案利用上看,诸如城市建设中的地质勘察、旧城改造等项目常常需要利用历史地形图来了解现状地形地貌下原始的地形地貌,以此作为推测地质情况、追溯历史地形地貌情况等的重要依据,但传统的通过建立台账查询档号柜号,再到档案库房借拿的人工管理模式效率低下、利用困难,已不匹配当下智慧城市建设的发展趋势。因此,纸质档案的电子化存储利用和信息化管理已成为亟待解决的问题。

由于历史地形图涉及不同年代、不同比例尺、不同坐标系,而在实际的应用过程中往往需要多幅地形图拼接使用才能充分发挥其作用,故管理方法的探究也非常重要。为实现历史地形图的保护与高效利用,我们利用 Arc-GIS 平台开展了一系列的历史地形图扫描建库工作。

1.技术实现

1.1　历史地形图扫描

馆藏的历史地形图资料有聚脂薄膜图和纸质图两类,年代较远的图纸都出现了不同程度的褶皱,有些当年的铅笔原图字迹也开始变模糊,因此,历史地形图的扫描工作主要考虑的问题有 3 个:

一是保证有足够的精度,扫描出来的图片视觉效果上应达到和原件一致;

二是数据量大小应在一个适宜的范围,数据量太大既占存储空间,也必然影响后期的可视化加载显示和最终的成果利用效率;

三是保证原件在扫描过程中的绝对安全,避免损坏。

经过市场对比考察和实际的反复试验, 选 用 ContexHD3650 彩色大幅面扫描仪,相比于传统的滚筒式黑白扫描仪,其能更全面完整地保留纸质图上的各种信息、作业痕迹,且成色较好,基本不用再做调色、匀光等处理,且空间占用小,有利于扫描后的图片裁切、存储和历史地形图的真实展现。将扫描分辨率设置为 300dpi,色彩模式选择256 彩色模式,图片格式为 jpg,完成历史地形图的扫描工作。

1.2　元数据信息录入

元数据是关于数据的数据,是数据的结构化表达。元数据信息对后期历史地形图数据的管理和建库起着关键的作用,它的准确性直接决定着数据库最终能否为相关用户高效地提供真实准确的档案信息,因此,此项工作的唯一原则就是准确。对于每一条信息的录入都应做到准确无误,无遗漏。

表 1 展示了地形图年代、比例尺、坐标系等栅格数据建库必须的基本信息,在实际应用中也可根据实际情况扩展录入必要的属性信息,诸如制图单位、制图人员、检查人员、档号、柜号等信息,这样既满足纸质档案的电子化利用,又可以通过元数据信息反查纸质档案实物所存放的位置。

1.3　坐标匹配

扫描后的地形图为图片格式,只带图像坐标,要实现历史扫描图的电子化利用,就必须还原其在空间位置上的真实坐标。使用 ArcGIS 平台完成地形图扫描文件的坐标配准处理,在 ArcMap 中使用 Georeferencing 工具选择图幅内图框 4 个角点作为配准点,选点时为避免误操作,仅在栅格地形图上选择像素点,配准坐标值暂不输入。

为配合后续的图片自动裁切程序的运行,坐标角点统一按左下→右下→右上→左上的顺序选择,生成的Link Table 存储为与扫描图幅文件相同名称的文本文件(∗.txt),并与图幅扫描文件存储于同一目录下。馆藏历史地形图基本为标准分幅,可根据标准图幅号检查元数据表中坐标信息录入的正确性,非标准分幅则可利用同名点通过人工方式进行坐标信息的校正。坐标信息校验完成后,编写脚本程序将配准坐标信息按元数据表内容批量写入对应的 Link Table 文本文件。

1.4　配准裁切

由于扫描图片存在留白,为了使空间位置的相邻图片实现无缝衔接,必须将地形图内图框以外的部分全部切除并配准。在 ArcGIS 平台中,调用 ArcEngine 中的IRasterGeometryProc 接口,完成扫描地形图的配准、裁切。

1.5　栅格数据建库

栅格数据建库的关键环节在于数据组织存储方式的选择,目前,ArcGIS 平台提供的栅格数据存储方式有两种:栅 格 数 据 集 ( raster datasets) 和 栅 格 目 录 ( rastercatalog)。

栅格数据集主要用于管理空间参考系一致的一幅或者多幅栅格数据镶嵌为一个整体的栅格数据,它实现了栅格数据在物理上真正的无缝存储,适用于在空间位置上呈连续分布和实际应用中需要频繁进行空间分析的栅格数据类型,由于其物理上是无缝拼接的,因此,栅格数据集的存储方式在空间分析功能的应用上具有快速和高精度的优势;栅格目录,主要用于管理空间参考系一致的多幅栅格数据,其每个栅格数据在物理上都是分散存储的,适用于数据量大、更新比较频繁的栅格数据类型,因其目录项既可以是单幅栅格数据也可以是栅格数据集,故其既可用于栅格数据的管理也可用于栅格数据集的管理。

相对于栅格数据集,栅格目录在数据组织上更加灵活、层次更加清晰、更新更加便捷,同时还具备在任意比例尺下都能快速显示等特点。在实际的建库过程中,应根据实际的数据自身情况和应用需求来选择使用哪一种数据组织方式,如果主要用于对栅格数据作为一个整体进行各种空间分析,则应选择栅格数据集,如果更侧重于对栅格数据的独立存储和管理,则应选择栅格目录。

通过对 ArcGIS 软件平台、馆藏数据自身情况以及实际应用需求的综合分析,为便于历史地形图按坐标系、比例尺、成图年代等信息灵活分类拼接、分层对比,选择以栅格目录的方式建立地理栅格数据库。不同于栅格数据集形式,栅格目录仅在库中存储各栅格数据集的描述信息,在逻辑上将栅格数据拼接为一个整体,物理上栅格数据仍然分散存储,这样更便于栅格数据的灵活组合、利用。

2.结束语

应用以上方法,完成了重庆市各历史时期、不同坐标系、不同比例尺历史地形图的扫描处理及裁切建库工作,涉及图幅数达 10 万余幅。经实践检验,本方法快捷高效,建立的栅格地形数据库已经在地质勘察、旧城改造、学术研究、城市历史风貌展示等方面广为应用,为城市开发、建设和管理提供了宝贵的历史地形图资料参考,达到了有效保护历史地形档案资料的目的,为推进测绘历史档案信息化建设、促进历史档案信息深挖掘奠定了基础。

END