空间数据的获取与处理.ppt

地 理 信 息 系 统,主讲：潘晓芳 2011.10,第六章 空间数据的获取与处理,第一节 地图数字化 第二节 空间数据录入后的处理,一、输入数据步骤：,1、选择数据源、确定数据的表现形式 2、确定数据有关技术指标 3、选择数据获取的软件平台 4、数据采集 5、数据编辑 6、数据拼接 7、数据入库 8、数据动态更新与维护,1. 选择数据源：,数据源：指建立GIS数据库所需的各种类型的数据的来源。 空间数据源种类： 地图、遥感影像数据、统计数据、实测数据、数字数据、各类文字报告和立法文件。,地图,各种类型的地图是GIS最主要的数据源.因为地图是地理数据的传统描述形式，是具有共同参考坐标系统的点、线、面的二维平面形式的表示，内容丰富，图上实体间的空间关系直观，而且实体的类别或属性可以用各种不同的符号加以识别和表示。我国大多数的GIS系统其图形数据大部分都来自地图。,遥感影象数据,遥感影象是GIS中一个极其重要的信息源。 通过遥感影象可以快速、准确地获得大面积的、综合的各种专题信息，航天遥感影象还可以取得周期性的资料，这些都为GIS提供了丰富的信息。但是因为每种遥感影象都有其自身的成像规律、变形规律，所以对其的应用要注意影象的纠正、影象的分辨率、影象的解译特征等方面的问题。,统计数据,国民经济的各种统计数据常常也是GIS的数据源。如人口数量、人口构成、国民生产总值等等。,实测数据,各种实测数据特别是一些GPS点位数据、地籍测量数据常常是GIS 的一个很准确和很现势的资料,数字数据,目前，随着各种专题图件的制作和各种GIS系统的建立，直接获取数字图形数据和属性数据的可能性越来越大。数字数据也成为GIS信息源不可缺少的一部分。但对数字数据的采用需注意数据格式的转换和数据精度、可信度的问题。,文字报告和立法文件,目前，随着各种专题图件的制作和各种GIS系统的建立，直接获取数字图形数据和属性数据的可能性越来越大。数字数据也成为GIS信息源不可缺少的一部分。但对数字数据的采用需注意数据格式的转换和数据精度、可信度的问题。,2、确定数据表现形式 (1) 栅格数据 (2) 矢量数据 (3) 文本数据 3、确定数据有关技术指标 编写元数据文件 确定数据分类与编码体系 编写数据字典 数据分层及拓扑 数据属性项设计,4、选择数据获取的软件平台 ArcInfo（ArcGIS） MapInfo Arcview SupperMap AutoCAD Map ,5、数据采集 扫描栅格地图 在MapInfo中加入栅格数据 建立地图投影 栅格数据定向 依据数据字典建立相应的图层 依据数据字典建立各图层的属性项 图形数字化 属性录入、赋值,6、数据编辑 图形编辑 属性编辑 拓扑编辑 7、数据拼接 图形接边 属性接边 拓扑接边,1. 手工方式 2. 手扶跟踪化数字方式 3. 扫描方式 4. 影像处理和信息提取方式 5. 数据通讯方式,通过手工在计算机终端上输入数据，主要是键盘输入。 主要用于属性数据的输入。,二、地图数字化方法：,1. 手工方式 2. 手扶跟踪化数字方式 3. 扫描方式 4. 影像处理和信息提取方式 5. 数据通讯方式,手扶跟踪数字化仪是一种图形数字化设备，是目前常用的地图数字化方式 生成矢量数据。,二、地图数字化方法：,1. 手工方式 2. 手扶跟踪化数字方式 3. 扫描方式 4. 影像处理和信息提取方式 5. 数据通讯方式,扫描仪是一种图形、图象输入设备，可以快速地将图形、图象输入计算机系统，是目前发展最快的数字化设备 生成栅格数据。,二、地图数字化方法：,1. 手工方式 2. 手扶跟踪化数字方式 3. 扫描方式 4. 影像处理和信息提取方式 5. 数据通讯方式,从遥感影像上直接提取专题信息。,二、地图数字化方法：,1. 手工方式 2. 手扶跟踪化数字方式 3. 扫描方式 4. 影像处理和信息提取方式 5. 数据通讯方式,联网方式下，信息系统内部各子系统之间以及与其它信息系统之间实现信息交流和信息共享的主要方式。,二、地图数字化方法：,（3）扫描矢量化,地图数字化,（1）手工数字化,（2）数字化仪数字化,（1）手工数字化,数字化仪,（2）数字化仪数字化,数字化仪示意图,底座,感应板,定标器,有效区域,数字化仪板面组成示意图,流程：,1点方式 每次定标器的键被按下，感应板发送一对坐标数据到计算机。 2开关流方式 在定标器上，每按下一次键，即将一组坐标数据发送到计算机。当用数字化来输入一条连续曲线是很有效。 3时间流方式 不论定标器的键是否按下，数字化仪每个一定的时间就向计算机发送坐标数据，即是不可控的。 4距离流方式 当定标器在感应板上移动某个距离，数字化仪就发送一对绝对坐标数据。,数字化仪的工作方式操作方式,曲线离散化算法 在数字化过程中，需要对曲线进行采样简化，即在曲线上取有限个点，将其变为折线，并且能够在一定程度上保持原有的形状。 1）在曲线首尾两点A、B之间连接一条直线段AB，该直线称为曲线的弦； 2）得到曲线上离该直线段距离最大的点C，并计算其与AB的距离d； 3）比较该距离与预先给定阈值的大小，如果小于，则将该直线段作为曲线的近似，该段曲线处理完毕； 4）如果距离大于阈值，则用C将曲线分为两段AC和BC，并分别对两段曲线进行1-3步的处理。 5）当所有曲线都处理完毕后，依次连接各个分割点形成的折线，即可以作为曲线的近似。,曲线的离散算法,（3）扫描矢量化,扫描转换,拼接子图块,裁剪地图,屏幕跟踪矢量化,矢量图合成、接边,矢量图编辑,纸质地图,空间 数据库,1、扫描矢量化处理流程：,小型扫描仪,工程扫描仪,二值化,细化,矢量化,冗余去除,断线修复,要素提取,符号识别,属性赋值,地图扫描数据处理,图像细化预处理二值图像平滑,扫描图像的“毛刺”和“凹陷孔洞”,去除毛刺噪声 按点阵格式扫描图像上每一像素，只要图像相应区域与图中的模板（包括其三次90度旋转所形成的模板）匹配，则判定为毛刺，对应于模板中心的像素数值变为0。根据需要可进行多次这种匹配运算。,去除孔洞及凹陷噪声 只要图像对应区域与该模板（包括其三次90度旋转）匹配，则区域中心点数值变为1。,图像细化（Thinning） 线细化，就是不断去除曲线上不影响连通性的轮廓像素的过程，对细化的一般要求是： 保证细化后曲线的连通性 细化结果是原曲线的中心线 保留细线端点,对于二值栅格图像中每个像素点p，以及该像素直接相邻的8个像素点,令： 1）N(p)为p的邻点的数值的和； 2）图像像素联接数T(p)，如果旋转着看像素周围的点，T(p)就是p周围8个点从0变成1的次数，它反映了像素邻点的联接的块数。 3）pW，pE，pS，pN分别指像素左侧、右侧、下边、上边邻点的数值。,算法步骤如下Zhang-Suen，1984： 1：对于栅格图像中的每个点p，进行如下操作：如果2N(p)6并且T(p)=1并且pNpSpE=0并且pWpEpS=0则标志p点； 2：将所有被标志的栅格点赋值为0，如果没有被标志的点，则算法结束； 3：对于栅格图像中的每个点p，进行如下操作：如果2N(p)6并且T(p)=1并且pNpSpW=0并且pWpEpN=0则标志p点； 4：将所有被标志的栅格点赋值为0，如果没有被标志的点，则算法结束； 5：转到第一步。,线状地物的细化,链码（弗里曼码） 链码是由弗里曼（Freeman）提出的用曲线出发点坐标和线的斜率来描述二值线图形的一种方法。 任意一条细线都可用链码序列表示为下式： Ca1a2.an，0ai7 如果始点a1和终点an重合，则说明曲线是闭合的。,（3，0）21100066567,三、属性数据采集,1、键盘，人机对话方式 2、程序批量输入。,001,002,程序,四、属性和几何数据的连接,1、可手工输入 2、由系统自动生成(如用顺序号代表标识符),标识码,属性数据,几何数据,五、空间数据的编辑和检核,1、空间数据输入的误差 1）几何数据的不完整或重复。 2）几何数据的位置不正确。 3）比例尺不正确。 4）变形。 5）几何数据与属性数据的连接有误。 6）属性数据错误、不完整。 键盘输入错误，漏输数据或属性错误分类、编码等。,数据处理的概念,空间数据处理的方法,空间数据的编辑处理,第二节 地图数据处理,为什么要进行数据处理 地图变形(均匀变形、非均匀变形） 数字化中的位置移动 遥感影像本身存在几何变形 投影方式不同 分幅扫描 实质 建立纠正图象与标准地图的一一对应关系,一、数据处理的概念,1 、数据处理的概念 2、 数据处理的内容 3、 数据处理的意义,对采集的各种数据，按照不同的方式方法对数踞进行编辑运算，清除数据沉余，弥补数据缺失，形成符合用户要求的数据文件格式,1 、数据处理的概念 2、 数据处理的内容 3、 数据处理的意义,数踞编辑 数据压缩 数据变换 数据格式转换 空间数据内插 边沿匹配 数据提取,一、数据处理的概念,1 、数据处理的概念 2、 数据处理的内容 3、 数据处理的意义,空间数据有序化 检验数据质量 实现数据共享 提高资源利用效果,一、数据处理的概念,1、图形坐标变换 2、图形编辑 3、拓扑生成,二、空间数据处理的方法,平移变换,x=x+x y=y+y,空间数据处理的方法-图形坐标变换,旋转变换,x=xcos-y sin y=xsin+y cos,空间数据处理的方法-图形坐标变换,比例变换（图形缩放）,点可以通过对其P（x，y）坐标分别乘以各自的比例因子Sx和Sy来改变它们到坐标原点的距离。,x=xSx y=ySy,空间数据处理的方法-图形坐标变换,仿射变换,对坐标轴的放缩，旋转，平移,空间数据处理的方法-平面坐标变换,空间数据编辑的必要性 修正数据输入错误 维护数据的完整性和一致性 更新地理信息 空间数据一般性错误 数据不完整、重复 空间数据位置不正确 空间数据比例尺不准确 空间数据变形 几何和属性连接有误 属性数据不完整,空间数据处理的方法-图形编辑处理,空间数据编辑处理的目的是为了消除地图数字化过程中所产生的错误，以及将数字化数据重新组织以便得到进一步处理和使用的格式。,空间数据处理的方法-图形编辑处理,图形拼接,图幅拼接,不同图幅的连接 自动、手工 第一种方法是小心地修改空间数据库中点和矢量的坐标，以维护数据库 的连续性； 第二种方法是先对准两幅图的一条边缘线，然后再小心地调整其它线段使其取得连续。,空间数据编辑 1）区域 2）邻接性 3）连通性,数字化后的地图上错误表现形式有： 1）伪节点（Pseudo Node），伪节点使一条完整的线变成两段，造成伪节点的原因常常是没有一次录入完毕一条线。,2）悬挂节点（Dangling Node），如果一个节点只与一条线相连接，那么该节点称为悬挂节点，悬挂节点有多边形不封闭不及和过头节点不重合等几种情形。,3）“碎屑”多边形（Sliver Polygon） 条带多边形一般由于重复录入引起，由于前后两次录入同一条线的位置不可能完全一致，造成了“碎屑”多边形。另外，由于用不同比例尺的地图进行数据更新，也可能产生“碎屑”多边形。,4）不正规的多边形（Weird Polygon） 不正规的多边形是由于输入线时，点的次序倒置或者位置不准确引起的。在进行拓扑生成时，同样会产生“碎屑”多边形。,拓扑关系的建立,1）多边形拓扑关系的建立 如果使用DIME或者类似的编码模型，多边形拓扑关系的