邬伦_第6章 空间数据获取.ppt

第六章空间数据获取,1地图数字化2空间数据录入后的处理,1地图数字化,1.1概述1.2地图数据类型1.3数字化仪数字化1.4扫描矢量化及常用算法,1.1概述,数据源包括：地图（纸质的，电子地图）遥感数据实测数据各种文字报告和统计数据,地图数字化,地图数字化：纸质地图经过扫描后得到点阵数字图像，再通过图像处理和矢量化软件，生成矢量化数据文件；或者通过数字化仪进行手扶跟踪，直接生成矢量化数据文件。矢量化数据文件可以为地理信息系统显示、修改、标注、漫游、计算、管理和打印。,矢量电子地图的优势,计算距离和标注地名符号快速准确放大、缩小和移动显示、漫游功能分层显示地图以图元为单位编缉修改、标注符号文字便于传输共享能实现地图的智能矢量化,矢量电子地图比点阵图像地图的优势,相同信息量下矢量电子地图的文件相对要小得多，图越复杂表现越明显；矢量电子地图可以以图元为单位进行信息编缉修改删除，人机交互画线标注符号文字；后者只能以像素为基本单位（如矩形图像块）进行拷贝，移动和删除，即它的编辑功能很差；矢量电子地图可对所有图元分层显示，后者只能做到对整图某区域（矩形区）的开窗显示控制。,1.2地图数据类型,1）空间数据（或图形数据）2）语义数据(属性数据)要素类别要素特征（属性）作用范围的描述地理定义,1.3数字化仪数字化,1.3.1手扶跟踪数字化1.3.2曲线离散化算法,1.3.1手扶跟踪数字化,数字化仪工作原理,坐标被存入到GIS数据库中,通过数字化仪获取是一种最普通的传统方法,是单调而细致的工作,数字化仪的两种工作方式,数字化仪采用两种数字化方式，即点方式（PointMode）和流方式（StreamMode）流方式又分为：距离流方式（DistanceStream）和时间流方式,手扶跟踪数字化仪输入特点,把待数字化的图件固定在图形输入板上，首先用鼠标器输入图幅范围和至少四个控制点的坐标，随后即可输入图幅内各点、曲线的坐标。通过数字化仪采集数据数据量小，数据处理的软件也比较完备，但由于数字化的速度比较慢，工作量大，自动化程度低，数字化的精度与作业员的操作有很大关系，所以，目前很多单位在大批量数字化时，已不再采用它。,1.3.2曲线离散化算法,Douglas-Peucker算法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(弦)距离最大的点C，并计算其与AB的距离d；3）比较该距离（d）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。,1.4扫描矢量化及常用算法,1.4.1扫描矢量化以及处理流程1.4.2图像拼接/裁剪1.4.3图像细化预处理二值图像平滑1.4.4图像细化（Thinning）1.4.5链码（弗里曼码）1.4.6矢量线生成,扫描仪,扫描软件界面,1.4.1扫描矢量化以及处理流程,矢量化的过程：1）图像二值化（Threshold）2）平滑（Smooth）3）细化4）链式编码5）矢量线提取,1.4.2图像拼接/裁剪,图像拼接以两相邻地图图像的部分重叠区为基础，把它们合成为一幅整图的过程叫做图像拼接，分上下拼接和左右拼接。图像拼接一般采用半自动化方式进行。,图像裁剪,把一幅图像裁成两两相邻的规则图块的过程称为地图裁剪。图像裁剪非常简单，实际应用中，可以根据不同的硬件配置确定采用和不采用图像裁剪技术。,1.4.3图像细化预处理二值图像平滑,二值图像平滑是在图像细化之前进行的预处理，主要除去毛刺噪音和孔洞凹陷噪音。通过33点阵的去毛刺模板和去孔洞凹陷模板（包括其三次90旋转）扫描整个图像。与去毛刺模板（包括其三次90旋转）匹配的将中心像素数值变为0；与去孔洞凹陷模板（包括其三次90旋转）匹配的将中心像素数值变为1；,1.4.4图像细化（Thinning）,以目前扫描仪的分辨率进行扫描采样，0.1mm粗度的线条其扫描后横断面平均有8个像元，而矢量化要求只允许横断面保持一个像元（栅格）的宽度，因此需对图像进行细化。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,细化算法,1.4.5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。链码规定了8个方向及它们的序号细线用栅格的起始行列坐标+方向序号系列表示如下图中细线表示为：(3,0)21100066567,1.4.6矢量线生成,将链式编码的每一条链转换成为一条矢量线也可以使用Douglas-Peucher算法,2空间数据录入后的处理,2.1图形坐标变换2.2图形拼接2.3拓扑生成,2.1图形坐标变换,2.1.1基本坐标变换2.1.2仿射变换（AffineTranformation）,2.1.1基本坐标变换,1）平移X=X+TxY=Y+Ty2）缩放X=XSxY=YSy3）旋转X=Xcos+YsinY=-Xsin+Ycos,2.1.2仿射变换（AffineTranformation）,如果综合考虑图形的平移、旋转和缩放，则其坐标变换式如下：上式是一个正交变换，其更为一般的形式是：,仿射变换,2.2图形拼接,整个图幅划分成几部分分别输入时需要使用进行图形拼接。在拼接时有时会出现边界不一致的情况，需要进行边缘匹配处理。如果输入标准分幅的图形，还需要进行投影转换。从地形图使用的高斯克吕格投影转换到经纬度坐标系中，然后再进行拼接。,2.3拓扑生成,2.3.1图形修改2.3.2建立拓扑关系,2.3.1图形修改,建立拓扑的过程中发现可以下列发现错误，应进行编辑修改：1）遗漏某些实体；2）某些实体重复录入；3）定位的不准确伪节点（PseudoNode）悬挂节点（DanglingNode）“碎屑”多边形或“条带”多边形不正规的多边形（WeirdPolygon）,2.3.2建立拓扑关系,1）多边形拓扑关系的建立2）网络拓扑关系的建立,拓扑关系定义,在GIS数据管理中，拓扑关系定义以下内容：1）区域：如果多边形数据DIME数据模型，每个多边形可以用一组封闭的线来表示，而不需要记录封闭线上的所有点，避免两次记录相邻多边形的公共边界，这样减少了数据冗余。2）邻接性：另一种可以用拓扑描述的属性是多边形之间的相互邻接性。3）连通性：连通性是指对弧段连接的判别，连通性的建立和表现是网络分析的基础。,1）多边形拓扑关系的建立,多边形拓扑关系的表达需要描述以下实体之间的关系：多边形的组成弧段；弧段左右两侧的多边形，弧段两端的节点；节点相连的弧段。DIME编码模型中拓扑关系的建立,2）网络拓扑关系的建立,为了进行流量以及连通性分析，需要确定线实体之间的连接关系。网络拓扑关系的建立包括确定节点与连接线之间的关系，这个工作可以由计算机自动完成。一些特殊情况需要手工处理。,双重独立式编码（DIME）,这种数据结构最早是由美国人口统计局研制来进行人口普查分析和制图的，简称为DIME(DuallndependentMapEncoding)系统或双重独立式的地图编码法。它以城市街道为编码的主体。其特点是采用了拓扑编码结构。,双重独立式编码,双重独立式数据结构是对图上网状或面状要素的任何一条线段，用其两端的节点及相邻面域来予以定义,双重独立式编码示例,双重独立式编码特点,利用这种拓朴关系来组织数据，可以有效地进行数据存储正确性检查，同时便于对数据进行更新和检索，因为在这种数据结构中，当编码数据经过计算机编辑处理以后，面域单元的第一个始节点应当和最后一个终节点相一致，而且当按照左侧面域或右侧面域来自动建立一个指定的区域单元时，其空间点的坐标应当自行闭合。,双重独立式编码示例,例如，从上表中寻找右多边形为A的记录，则可以得到组成A多边形的线及结点，通过这种方法可以自动形成面文件，并可以检查线文件数据的正确性。,返回,距离流方式和时间流方式示例,返回,道格拉斯算法示意,返回,图像二值化,图像二值化就是对图像进行扫描时，只采样黑色（）和白色（）两种值。实际的图像中的各个像素一般灰度值各不相同，通过设置灰度阀值进行二值采样，当灰度大于阀值时就采样为，否则采样为。,返回,图像拼接算法,返回,二值图像平滑,毛刺噪声,孔洞凹陷噪声,去毛刺33模板,去孔洞凹陷33模板,返回,如果2N(p)6并且T(p)=1并且pNpSpE=0并且pWpEpS=0则标志p点；如果2N(p)6并且T(p)=1并且pNpSpW=0并且pWpEpN=0则标志p点；将所有被标志的栅格点赋值为0，如果没有