栅格矢量数据的相互转换

栅格、矢量数据的相互转换 地理信息系统空间数据类型主要有矢量和栅格结构。矢量结构包含有拓扑信息，通常应用于空间关系的分析；栅格数据则易于表示面状要素，主要应用于空间分析和图象处理。由于栅格和矢量数据在GIS应用过程中各有其优缺点，所以，一般情况下，同一个GIS系统能够处理、存储栅格和矢量数据。对同一研究区域而言，有时为了分析处理问题的方便，需要实现栅格和矢量数据间的转换（如扫描图象的矢量化，地形图的栅格化）。矢量向栅格的转换图3-37 栅格单元属性值的确定从矢量向栅格转换过程中，应尽量保持矢量图形的精度。在决定属性值时尽可能保持空间变量的真实性和最大信息量。在图3-37中，格网单元对应几种不同的属性值，而每一单元只能取一个值。在这种情况下，有如下一些取值方法。(1)中心点法：用处于格网单元0处的地物类型或空间特征决定属性值。此时，该单元属性值为C。此法常用于连续分布的地理要素，如降雨量分布、大气污染等；(2)面积占优法：以占单元面积最大的地物类型和空间特征决定格网单元的属性值。此时，栅格单元的属性值为B。面积占优法适合分类较细、地物类别斑块较小的情况；(3)重要性法：根据格网单元内不同地物的重要性，选取最重要的地物类型代表相应的格网单元的属性值。这种方法对于特别重要的地理实体，尽管其面积很小或不在格网的中心，也采取保留的原则。重要性法常用于具有特殊意义而面积较小的地理要素，特别是具有点、线状分布的地理要素，如城镇、交通枢纽、河流水系等。 在进行弧段或多边形的矢量化时，可以利用上述三种方法确定格网的属性值。为了逼近原图或原始数据精度，除了采用上述几种取值方法外，还可以采用提高图象分辨率的方法。这种方法可以提高转换的精度，更接近真实状态，表现更细小的地物类型。当然，图象分辨率的提高，将大大增加数据量。 1 基于弧段数据的栅格化方法首先计算所有弧段结点或中间点所在的格网位置，并赋予该结点正确的属性，然后根据下面的算法完成弧段的栅格化。图 3-38 基于弧段数据的栅格化方法示意图如图3-38所示。利用弧段的数据列与格网的行列线相交，以得到正确的栅格化结果。实际计算时，需逐段处理弧段中的局部直线段，待处理完某一局部线段后，再进行下一局部线段的处理（如处理完AB后，再处理BC段），直至完成整条弧段的处理。局部线段与行列线求交后，存储交点坐标，并对x或y从小到大排序。根据排序结果，相邻交点所构成线段通过的格网需赋予属性值。2 基于多边形数据的栅格化方法如图3-39。可以采用的算法如下；(1)得到构成多边形的数据列（如ABCDEFGHA）；(2)根据拓扑包含关系得到多边形内的比当前多边形低一个层次的所有多边形的数据（如JKLMNOPJ，QRSTUQ）；(3)逐行或逐列与(1)、(2)得到的数据列求交，得到所有的交点。在进行下一步骤时，需对交点等于结点或中间点的情况进行处理。图 3-39 基于多边形数据栅格化示意图如果与交点相邻的两点位于行或列的同一侧，那么，不删除与当前交点相等的另一交点（如图3-40中A点）,反之，需删除另一交点(图3-40中B点)；(4)以x或y对交点进行由小到大的排序；(5)奇数点至偶数点间的格网需赋予多边形的属性值，而偶数至奇数间的格网则不处理。图 3-40 多边形栅格化奇异点处理示意图栅格向矢量的转换把栅格单元中的空间信息转换为几何图形的过程叫矢量化。矢量化的过程要保证以下两点：(1) 拓扑转换，即保持栅格表示出的连通性和邻接性。否则，转换出的图形是杂乱无章的，没有任何实用价值的；(2) 转换空间对象正确的外形。栅格向矢量转换的主要步骤为：(1) 二值化：一般情况下，栅格数据是按0255的不同灰度值表达的。为了简化追踪算法，需把256个灰阶压缩为2个灰阶，即0和1两级。为此，假设任一格网的灰度值为 ,阀值为 ，那么，根据下式就可以得到二值图。(2) 细化：细化是消除线划横断面栅格数的差异，使得每一条线 只保留代表其轴线或周围轮廓线（对多边形而言）位置的单个栅格的宽度。对于栅格线划的细化方法，一般采用剥皮法。剥皮法的实质是剥掉等于一个栅格宽的一层，直到最后留下彼此连通的由单个栅格点组成的图形。(3) 边界跟踪：跟踪的目的是把细化后的栅格数据整理为从结点出发的线段或闭合的线条，并以矢量形式加以存储。跟踪时，根据人为规定的搜索方向（如沿图幅边界的顺时针或逆时针方向），从起始点开始，在保证趋势的情况下对八个邻域进行搜索，依次得到相邻点，最终得到完整的弧段或多边形。(4) 去除多余点及曲线光滑：由于搜索是逐个栅格进行的，所以， 弧段或多边形的数据列十分密集。为了减少存储量，在保证线段精度的情况下可以删除部分数据点。可以采用如下算法删除多余点：图3-41，计算当前点A与相邻点B、C组成的线段BA、AC的夹角 ，