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第三章空间数据的处理 数据变换 从一种数学状态到另一种数学状态的变换 几何纠正 投影转换和辐射纠正 解决空间数据的几何匹配问题 数据重构 从一种格式到另一种格式的变换 结构转换 格式转换和类型替换 解决空间数据结构 格式和类型上的统一 实现多源和异构数据的融合 数据提取 对数据进行某种条件的提取 包括类型 窗口提取和空间插值等 解决不同需求 1空间数据的左臂变换 建立两个面之间的一一对应关系 比例尺变换变形误差消除投影类型转换坐标旋转和平移 几何纠正中的仿射变换 实质上为因图件变形引起实际比例尺在x y方向的变化不相同X a0 m1cos x m2sin yY b0 m1sin x m2cos y当a0b0取不同值时 m1m2取不同值时 2空间数据结构的转换 矢量向栅格的转换 1 基于弧段数据的栅格化方法 1 数据管理将要建立的栅格数据体划分为数据段 将每个数据段获数据带建立相应的矢量数据文件 2 转换计算采样扫描线与有关弧段相交 求交点坐标并排序 把坐标转换为栅格数据文件的行列号 逐段生成栅格数据 基于多边形数据的栅格化方法 内部点扩散算法该算法由每个多边形一个内部点 种子点 开始 向其八个方向的邻点扩散 判断各个新加入点是否在多边形边界上 如果是边界上 则该新加入点不作为种子点 否则把非边界点的邻点作为新的种子点与原有种子点一起进行新的扩散运算 并将该种子点赋以该多边形的编号 重复上述过程直到所有种子点填满该多边形并遇到边界停止为止 扩散算法程序设计比较复杂 并且在一定的栅格精度上 如果复杂图形的同一多边形的两条边界落在同一个或相邻的两个栅格内 会造成多边形不连通 这样一个种子点不能完成整个多边形的填充 复数积分算法对全部栅格阵列逐个栅格单元地判断该栅格归属的多边形编码 判别方法是由待判点对每个多边形的封闭边界计算复数积分 对某个多边形 如果积分值为2 r 则该待判点属于此多边形 赋以多边形编号 否则在此多边形外部 不属于该多边形 射线算法和扫描算法射线算法可逐点判断数据栅格点在某多边形之外或在多边形内 由待判点向图外某点引射线 判断该射线与某多边形所有边界相交的总次数 如相交偶数次 则待判点在该多边形外部 如为奇数次 则待判点在该多边形内部 图1 采用射线算法 要注意的是 射线与多边形边界相交时 有一些特殊情况会影响交点的个数 必须予以排除 图2 扫描算法是射线算法的改进 将射线改为沿栅格阵列的列或行方向扫描线 判断与射线算法相似 扫描算法省去了计算射线与多边形边界交点的大量运算 大大提高了效率 边界代数算法 BAF BoundaryAlgebraFilling 边界代数多边形填充算法是一种基于积分思想的矢量格式向栅格格式转换算法 它适合于记录拓扑关系的多边形矢量数据转换为栅格结构 图7 15表示转换单个多边形的情况 多边形编号为a 模仿积分求多边形区域面积的过程 初始化的栅格阵列各栅格值为零 以栅格行列为参考坐标轴 由多边形边界上某点开始顺时针搜索边界线 当边界上行时 图7 15 a 位于该边界左侧的具有相同行坐标的所有栅格被减去a 当边界下行时 图7 15 b 该边界左边 前进方向看为右侧 所有栅格点加一个值a 边界搜索完毕则完成了多边形的转换 单个多边形的转换 事实上 每幅数字地图都是由多个多边形区域组成的 如果把不属于任何多边形的区域 包含无穷远点的区域 看成编号为零的特殊的多边形区域 则图上每一条边界弧段都与两个不同编号的多边形相邻 按弧段的前进方向分别称为左 右多边形 可以证明 对于这种多个多边形的矢量向栅格转换问题 只需对所有多边形边界弧段作如下运算而不考虑排列次序 当边界弧段上行时 该弧段与左图框之间栅格增加一个值 左多边形编号减去右多边形编号 当边界弧段下行时 该弧段与左图框之间栅格增加一个值 右多边形编号减去左多边形编号 两个多边形转换过程如图7 16所示 检验夹角之和与交点相似 栅格格式向矢量格式的转换 目的分析处理结果的输出数据压缩 基于图像数据的矢量化方法 二值化细化跟踪 栅格格式向矢量格式的转换 多边形栅格格式向矢量格式转换就是提取以相同的编号的栅格集合表示的多边形区域的边界和边界的拓扑关系 并表示由多个小直线段组成的矢量格式边界线的过程 步骤栅格格式向矢量格式转换通常包括以下四个基本步骤 1 多边形边界提取 采用高通滤波将栅格图像二值化或以特殊值标识边界点 2 边界线追踪 对每个边界弧段由一个结点向另一个结点搜索 通常对每个已知边界点需沿除了进入方向的其他7个方向搜索下一个边界点 直到连成边界弧段 3 拓扑关系生成 对于矢量表示的边界弧段数据 判断其与原图上各多边形的空间关系 以形成完整的拓扑结构并建立与属性数据的联系 4 去除多余点及曲线圆滑 由于搜索是逐个栅格进行的 必须去除由此造成的多余点记录 以减少数据冗余 搜索结果 曲线由于栅格精度的限制可能不够圆滑 需采用一定的插补算法进行光滑处理 常用的算法有 线形迭代法 分段三次多项式插值法 正轴抛物线平均加权法 斜轴抛物线平均加权法 样条函数插值法 多边形栅格转矢量的双边界搜索算法 基本思想是通过边界提取 将左右多边形信息保存在边界点上 每条边界弧段由两个并行的边界链组成 分别记录该边界弧段的左右多边形编号 边界线搜索采用2 2栅格窗口 在每个窗口内的四个栅格数据的模式 可以唯一地确定下一个窗口的搜索方向和该弧段的拓扑关系 极大地加快了搜索速度 拓扑关系也很容易建立 边界点和结点提取采用2 2栅格阵列作为窗口顺序沿行 列方向对栅格图像全图扫描 如果窗口内四个栅格有且仅有两个不同的编号 则该四个栅格表示为边界点 如果窗口内四个栅格有三个以上不同编号 则标识为结点 即不同边界弧段的交汇点 保持各栅格原多边形编号信息 对于对角线上栅格两两相同的情况 由于造成了多边形的不连通 也当作结点处理 图a节点的8种情形 图b边界点的6种情形 边界线搜索与左右多边形信息记录 边界线搜索是逐个弧段进行的 对每个弧段由一组已标识的四个结点开始 选定与之相邻的任意一组四个边界点和结点都必定属于某一窗口的四个标识点之一 首先记录开始边界点的两个多边形编号 作为该弧段的左右多边形 下一点组的搜索方向则由进入当前点的搜索方向和该点组的可能走向决定 每个边界点组只能有两个走向 一个是前点组进入的方向 另一个则可确定为将要搜索后续点组的方向 多余点去除 多余点的去除基于如下思想 在一个边界弧段上的连续的三个点 如果在一定程度上可以认为在一条直线上 满足直线方程 则三个点中间一点可以被认为上多余的 予以去除 多余点是由于栅格向矢量转换时逐点搜索边界造成的 当边界为直线时 多余点去除算法可大量去除多余点 减少数据冗余 3多源空间数据的融合 3 1遥感与GIS数据的融合常用方法 遥感图像与图形的融合目的 提高视觉效果遥感数据与DEM的融合目的 几何校正与配准 消除地形起伏造成的位移 改善分类精度遥感图像与地图扫描图像的融合目的 快速发现变化 实现自动 半自动更新 不同格式的融合 数据存储格式和结构不同方式 基于转换器的数据融合基于数据标准的数据融合基于公共接口的数据融合基于直接访问的数据融合 MapInfo向Arcinfo转换 MapInfo中的地图可以有两种格式 Tab格式 表格式 Mif格式 交换格式 ArcInfo中的地图也支持多种格式 Shape格式 Coverage E00 交换格式 由Tab Shape 使用MapInfo工具中的通用转换器由Tab E00 使用MapInfo工具中的ArcLink由Tab Coverage 先转换成Shape 然后在ArcInfo中用Shapearc 或则先转成E00 在Import由Mif Shape 使用MapInfo工具中的通用转换器 或则使用ArcToolbox直接转换由Mif E00 在MapInfo中导入成Tab 然后使用MapInfo工具中的ArcLink由Mif Coverage 先用ArcToolbox转换成Shape 然后在ArcInfo中用Shapearc 基于转换器的数据融合 通过交换格式进行 E00问题 数据转换复杂 转换次数频繁 系统内部的数据格式需公开 转换技术可保密 基于数据标准的数据融合 空间数据转换标准如 美国空间数据协会 NSDI 的SDTS spatialdatatransformationstandard 包括 几何坐标 投影 拓扑关系 属性 数据字典等标准 ArcInfo的SDTSIMPORT和SDTSEXPORT模块 可供其它系统调用 特点 可同时处理多个数据集 转化次数少 系统内部数据格式可保密 但转换采用的技术需公开 基于公共接口的数据融合 需考虑数据格式和数据处理 以及采用的协议 各个系统公共接口互相联系 允许内部数据结构和处理不相同 最典型的是OGC OpenGISConsortium 特点 独立于具体平台 转换技术抽象 数据格式不需公开 代表数据共享方向 基于直接访问的数据融合 一个软件对其他软件数据格式的直接访问 可使用单个GIS软件存取多种数据格式 特点 避免繁琐的数据转换不要求拥有宿主软件 无须运行该软件 4空间数据的压缩与综合 空间数据压缩 意义 减少存储空间 提高访问效率 提高处理效率数据压缩概念从数据集合中抽取一个子集 使之在规定的范围内最好的逼近原集合 又得到最大的压缩比 5空间数据的内插 点的