西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院公共衛(wèi)生系(710061) 畢育學(xué) 顏 虹

空間統(tǒng)計(jì)分析是基于GIS發(fā)展起來(lái)的一個(gè)新的統(tǒng)計(jì)分支，是從一個(gè)或多個(gè)空間圖層中，通過(guò)地理計(jì)算和空間表達(dá)獲取和挖掘潛在的空間信息，進(jìn)而通過(guò)空間數(shù)據(jù)和空間模型的聯(lián)合分析，揭示相關(guān)因素間的內(nèi)在規(guī)律。隨著GIS技術(shù)不斷發(fā)展，空間統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)會(huì)在研究疾病的地理空間分布及與地理空間、環(huán)境諸多因素的相互影響上發(fā)揮其越來(lái)越重要的作用〔1，2〕，而這一技術(shù)應(yīng)用主要是通過(guò)專業(yè)的GIS軟件和相應(yīng)的數(shù)字地圖來(lái)實(shí)現(xiàn)的。因此數(shù)字地圖在進(jìn)行空間統(tǒng)計(jì)分析時(shí)是必不可少的〔3〕。

數(shù)字地圖是地圖的數(shù)字存在形式，是在一定坐標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)具有確定的坐標(biāo)和屬性的地面要素和現(xiàn)象的數(shù)據(jù)，以數(shù)字的形式存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)上，并能在電子屏幕上顯示的地圖。數(shù)字地圖的來(lái)源一般有二種:一是購(gòu)買，即從國(guó)家或省級(jí)基礎(chǔ)地理信息中心直接購(gòu)買現(xiàn)成的數(shù)字地圖。二是自行制作，即自己將紙質(zhì)地圖轉(zhuǎn)化成數(shù)字地圖，這一過(guò)程也稱為地圖矢量化。

直接購(gòu)買數(shù)字地圖雖方便、快捷、省時(shí)省力，但費(fèi)用較高。自己制作耗時(shí)費(fèi)力工作量大，但費(fèi)用少。下面介紹利用ArcGIS軟件制作數(shù)字地圖的經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)。

1．購(gòu)買紙質(zhì)地圖。首先根據(jù)研究工作的需要選擇好地圖類型和比例尺。國(guó)家基本比例尺地形圖是目前使用最廣泛的基礎(chǔ)測(cè)繪成果，包括1:100萬(wàn)到1:5百等11種比例尺的地形圖。常用的為1:25萬(wàn)、1:10萬(wàn)的地形圖。紙質(zhì)地形圖等屬于國(guó)家機(jī)密，需要到基礎(chǔ)地理信息中心按國(guó)家涉密基礎(chǔ)測(cè)繪成果資料使用審批程序辦理相關(guān)審批手續(xù)和付款后可拿到地圖。

2．掃描紙質(zhì)地圖。買到的紙質(zhì)地圖在4開大小，需要用掃描儀將其掃描成柵格圖保存的計(jì)算機(jī)中用于數(shù)字化。掃描的分辨率應(yīng)在300DPI以上，才能保證在進(jìn)行數(shù)字化時(shí)，放大后地圖上各要素仍能看清。通常我們自己的掃描儀的幅面為A4沒法一次將整個(gè)地圖掃完。分開來(lái)掃會(huì)產(chǎn)生后期的裁剪和拼接工作。因此可到有寬幅掃描儀圖像處理公司請(qǐng)代為掃描。掃描前要識(shí)別該圖的投影、坐標(biāo)系統(tǒng)、比例尺和分幅號(hào)等。在圖上選取至少4個(gè)控制點(diǎn)并獲取控制點(diǎn)的實(shí)際地理坐標(biāo)用于數(shù)字化地圖的校準(zhǔn)。另外還要注意看地圖掃描是否完整，有無(wú)瑕疵。掃描完成后的柵格地圖用于數(shù)字化，為避免丟失應(yīng)多保存幾個(gè)拷貝。

3．選擇地圖數(shù)字化軟件〔4〕?？蛇M(jìn)行地圖數(shù)字化軟件較多，有多功能綜合性的GIS軟件如美國(guó)環(huán)境系統(tǒng)研究所公司的ArcGIS、美國(guó)MapInfo公司的MapInfo、武漢中地?cái)?shù)碼科技有限公司開發(fā)的MAPGIS及北京超圖軟件股份有限公司SuperMap GIS。還有專門進(jìn)行地圖數(shù)字化軟件:如 AlgoLab的 Raster2Vector(R2V)for Windows，德國(guó) Sofelec公司的 VP Hybrid-CAD、吉威數(shù)源的GeoWay，清華三維的EPSCAN和 北京東方泰坦科技有限公司的TITAN ScanIn等。一般來(lái)說(shuō)專業(yè)的數(shù)字化軟件，提供了大量半自動(dòng)化功能，如等高線自動(dòng)跟蹤，房屋的自動(dòng)提取，文字的自動(dòng)識(shí)別(OCR)等，地圖數(shù)字化效率高一些。如果要用專業(yè)的軟件數(shù)字化時(shí)，要特別注意能否將數(shù)字化地圖導(dǎo)入后期所用的GIS軟件進(jìn)行處理，否則會(huì)給研究工作帶來(lái)麻煩。

4．確定數(shù)字化的圖層。圖層是地圖數(shù)字化后所形成的表示性質(zhì)相近的實(shí)體的空間信息特征的一組矢量數(shù)據(jù)基本單元。一幅圖多由若干個(gè)圖層組成，圖層劃分可根據(jù)三個(gè)方面的信息確定，一是研究者的目的和需求，二是地物類別，三是保存的圖層夠被所選用GIS軟件處理。分層是否合理將影響數(shù)字化的效率。另外因?yàn)樵贕IS軟件中容易將2個(gè)圖層合而為1，所以分層宜細(xì)不宜粗。

我們根據(jù)需要建立了13圖層，各層包括一個(gè)或多個(gè)屬性表。選用ArcGIS軟件來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)后期的分析與綜合處理，將圖層以Shapefile格式分層存放。

5．分層數(shù)字化

在進(jìn)行數(shù)字化前要確定地圖的比例尺大小和投影坐標(biāo)系和高程系，并按地圖的分幅號(hào)或其經(jīng)緯度確定進(jìn)行數(shù)字化順序。數(shù)字化過(guò)程可按下列步驟進(jìn)行

(1)柵格圖校準(zhǔn) 所有地圖經(jīng)掃描后都必須對(duì)掃描后的柵格圖進(jìn)行掃描糾正，以確保矢量化工作順利進(jìn)行。選用ArcGIS中的ArcMap。操作步驟為:

①打開ArcMap，下拉菜單tool中選擇 Customize，在打開的窗口中選擇Georeferncing項(xiàng)加載。

②把需要進(jìn)行校準(zhǔn)的柵格圖增加到ArcMap中，之后Georeferncing工具條中的工具被激活。

③選擇投影坐標(biāo)系統(tǒng)。我們選擇1980西安坐標(biāo)系和高斯－克呂格投影方法。具體步驟為:

a．選擇Data Management Tools下的Projections and Transformations l Define Projection選項(xiàng)，打開 Define Projection對(duì)話框。

b．在Input Dataset or Feature Class文本框中選擇需要定義投影的數(shù)據(jù)。

c．Coordinate System文本框顯示為Unknown，表明原始數(shù)據(jù)沒有定義坐標(biāo)系統(tǒng)。單擊Coordinate System文本框旁邊的圖標(biāo)，打開Spatial Reference屬性對(duì)話框，設(shè)置數(shù)據(jù)的投影參數(shù)。單擊New按鈕，新建坐標(biāo)系統(tǒng)。在New Geographic Coordinate System對(duì)話框，定義地理坐標(biāo)系統(tǒng)包括定義或選擇參考橢球體、測(cè)量單位和起算經(jīng)線。

在New Projected Coordinate System對(duì)話框，定義投影坐標(biāo)系統(tǒng)，需要選擇投影類型、設(shè)置投影參數(shù)及測(cè)量單位等。因?yàn)橥队白鴺?biāo)系統(tǒng)是以地理坐標(biāo)系統(tǒng)為基礎(chǔ)的，在定義投影坐標(biāo)系統(tǒng)時(shí)，還需要選擇或新建一個(gè)地理坐標(biāo)系統(tǒng)，單擊New按鈕，打開New Geographic Coordinate System對(duì)話框，新建地理坐標(biāo)系統(tǒng)。

d．定義投影后，單擊OK按鈕。

④根據(jù)選擇的點(diǎn)的坐標(biāo)選取控制點(diǎn)。

⑤將Georeferncing工具條的Georeferncing菜單下Auto Adjust不選擇

⑥放大圖形到一定程度，再在Georeferncing工具條上，點(diǎn)擊Add Control Point按鈕。

⑦使用該工具在掃描圖上精確到找控制點(diǎn)單擊，然后擊鼠標(biāo)右鍵，在打開菜單中選擇Enter Coordinates選項(xiàng)，在彈出的窗中輸入該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的實(shí)際坐標(biāo)值。

⑧用上述相同的方法，在圖上增加其他的控制點(diǎn)，輸入它們對(duì)應(yīng)的實(shí)際坐標(biāo)值。

⑨可通過(guò)選擇Spataial Adjustment下的Link選項(xiàng)中的View Link Table打開Link Table來(lái)檢查控制點(diǎn)的殘差(Residual)和總的殘差均方(Total RMS)來(lái)對(duì)輸入的值進(jìn)行調(diào)整直到吻合為止。為減少誤差，可增加控制點(diǎn)數(shù)量并精確控制點(diǎn)坐標(biāo)。

⑩所有控制點(diǎn)確定后，在Georeferencing菜單下，點(diǎn)擊Update Display。

○11更新后，柵格圖像就校準(zhǔn)成真實(shí)的坐標(biāo)。

(2)根據(jù)校準(zhǔn)后的柵格圖，分層進(jìn)行圖形要素的跟蹤采集。即通過(guò)建立新的圖層，分別對(duì)每類地物進(jìn)行操作，逐一數(shù)字化和編輯，注意的是做的每個(gè)圖都要完全和底圖的投影坐標(biāo)系一樣。具體步驟為:

①啟動(dòng)ArcCalolog。進(jìn)入保存圖層的文件夾，在空白處右擊，選擇New選項(xiàng)，并命名。新建的shp文件可分為點(diǎn)、線、多邊形、多點(diǎn)四種類型，圖層數(shù)根據(jù)需要確定。

②將校準(zhǔn)好的柵格圖象和shp文件一起加入到ArcMap視窗中。

③激活A(yù)rcScan，進(jìn)行矢量化。ArcScan是ArcMap工具箱中的一個(gè)組件。在使用ArcScan之前，須在下拉菜單tool中選擇Customize，在打開的toolbars窗頁(yè)中選擇ArcScan項(xiàng)加載它。

在使用ArcScan中的工具前，先要在editor工具條中選擇startediting項(xiàng)，ArcScan中的工具就被激活。運(yùn)用ArcScan中Sketch tool等數(shù)字化工具逐步進(jìn)行數(shù)字化。選擇合適的比例，使地圖窗口的視野滿足適合于屏幕跟蹤的寬度。數(shù)字化的內(nèi)容保存在當(dāng)前圖層中。如果一次不能完成數(shù)字化工作，則可先按Stopping結(jié)束工作，在退出ArcScan后，保存文件，下次可以直接打開繼續(xù)進(jìn)行數(shù)字化工作。

④給圖層屬性表添加字段記錄其屬性，同時(shí)以合適的格式保存文件。如果是分幅多人進(jìn)行數(shù)字化時(shí)，還要對(duì)小的數(shù)字化好的圖進(jìn)行合成、接邊和編輯，再增加屬性數(shù)據(jù)后，建成空間數(shù)據(jù)庫(kù)保存。

下列的2幅圖是我們數(shù)字化好的部分地圖。

圖1 高程圖(部分)

圖2 公路圖(部分)

1．應(yīng)倩，陳坤．空間分析技術(shù)在腫瘤流行病學(xué)中的應(yīng)用．腫瘤防治研究，2010(2):231-236．

2．王麗萍，金水高．GIS空間分析技術(shù)在瘧疾研究中應(yīng)用．中國(guó)公共衛(wèi)生，2008(6):745-747．

3．彭斌，張鷹，胡代玉，等．利用空間分析技術(shù)探討結(jié)核病發(fā)病的空間分布模式．中國(guó)衛(wèi)生統(tǒng)計(jì)，2007(3):229-231．

4．倪金生，王永明，錢曉明．地圖矢量化技術(shù)實(shí)踐教程．電子工業(yè)出出版社，北京，2008．