第一节 空间数据输入
三、数字化
地图数字化方法分为两种类型：①手扶跟踪数字化；②光学扫描仪的栅格扫描。使用手工和自动方法进行地图数字化，对于地理信息系统的应用来说是一切数据处理和分析的开始。早期，地理信息系统的数据输入以手扶跟踪方法为主，特别是对矢量数据，如河流、道路网等，而数据的扫描输入技术，现今日新月异，速度和精度有明显提高，日益广泛地被应用。
1．手扶跟踪数字化
用来记录和跟踪地图点、线位置的手工数字化设备，包括固定地图的数字化板和光标。手扶跟踪数字化的采点精度为每毫米大约5到50个点，而光标位置的记录是在平面笛卡尔坐标系中以毫米、或者千分之一英寸为单位进行的。空间坐标串包括了表达点、线和面等矢量格式的原始数据。
手扶跟踪数字化的精度受三种情况的影响：①控制点的数量和精度；②地图纸张伸缩；③操作者的技术。
一般地，手扶跟踪数字化操作的第一步是在数字化地图区域之外的三个角上分别选取三个参照点，这些点确定了数字化文件相对于数字化板的位置。如果数字化文件从数字化板上取下，后又贴在板上的不同于原来的位置，当对该文件进行新的数字化或者编辑操作时，只需将上述选取的三个参照点重新数字化。虽然，数字化文件在不同的数字化阶段，文件相对于数字化板的位置可能发生了几次变化，但是，由数字化软件在不同数字化阶段生成的结果——平面坐标数据将保持一致性。
数字化操作的第二步是确定几个控制点并将其数字化，这些控制点的位置用来确定从平面坐标到输入地图的投影坐标的转换参数。如果知道了地图的投影参数和投影类型，这些控制点的位置可以以地理坐标的形式确定下来，由此可以进一步计算出控制点的东移和北移。控制点的选择对于空间实体地理位置的确定，即空间坐标数据的地理编码具有至关重要的意义。地理编码数据，是不同来源的地图相互之间以及地图数据和其它类型数据相互之间进行比较的基础。
数字化操作的第三步，将以点、线和数据流模式采集数据。在点模式下，地图上各个孤立的点位置（例如井点、道路交叉口等）通过将光标定位于点位置上并按下正确的按钮予以记录。在线模式下，直线段通过数字化线段的两个端点来记录，曲线则是通过对于组成它的一系列直线的数字化来记录。在数据流模式下，曲线是以时间或者距离的规定间隔自动采集点的坐标值得到。该模式下的数字化能够快速生成很大的数据文件。
在对点、线进行数字化时，它们也被赋上了数值标识符，这些标识符用来联接空间坐标和非空间属性。例如，在对土壤调查中以点形式存在的采样点进行数字化时，需要对这些采样点赋上点的标识符号，1，2，3，…，N，这些标识符使得采样点的空间坐标与点的各种土地属性值相联。
对于多边形边界进行数字化时，其有关空间坐标与多边形属性的连接问题将变得复杂化。该问题解决的常见方法有三种：①全多边形模式；②手工拓扑关系建立模式；③自动拓扑关系建立模式。
1）全多边形模式
每个多边形的所有外边界在数字化后成为一个独立的空间实体，而每个多边形的所有边界都存贮在一起，这样有利于点在多边形中（Point-in-polygon）的快速搜索以及闭合多边形的自动填充。但是，从地理信息系统应用的角度来看，该种方法存在严重的问题。除非是针对某个特殊多边形进行数字化，否则，多边形的边界将被数字化两次，这是由于每条线对于相邻的两个多边形来说是共公边。这样就导致了数据记录的冗余以及同一条直线的两次数字化结果的不重合。由此，将会产生许多的“碎（Sliver）多边形”。
2）手工拓扑关系建立模式
在数字化过程中，不是以多边形为主要的数字化对象，而是线以及它们的交叉点（结点）为主要的数字化对象。对于每一条数字化弧段，它都被赋予一对数值属性以确认该弧段左右两边的多边形。这种方法在数字化过程中直接对拓扑信息进行编码。由于每条弧段只数字化一次，因而避免了“碎片”多边形的发生。有关“岛”的问题则通过对象间的拓扑关系会自动得到解决。这种方法的不足之处是它要求数字化操作人员经常中断利用光标跟踪线条的数字化工作，以记录拓扑数据，这样就造成了数字化工作注意力的不集中，由此容易造成数字化操作质量降低的问题。解决的方法是应用自动拓扑关系建立的模式。
3）自动拓扑关系建立模式
该方法使得操作人员集中注意力于弧段和结点的数字化，而不用考虑对于弧段左右多边形标识符的赋值。在接下来的步骤中，每个多边形内部中的一个点被数字化并被赋予一个数值标识符以建立和多边形属性表的联系。虽然这些点不一定是几何质心，但它们仍被称作质心。几何质心是位于多边形质量中心的一个点，在某些情况下，它可能位于多边形边界之外。该方法将自动建立拓扑关系，以生成多边形标识符的一个集合，该集合通过点到多边形的计算来与质心标识符建立联系。