第三章 空间数据的处理

1、第三章第三章 空间数据的处理空间数据的处理 3.1 空间数据的采集空间数据的采集3.2 空间数据的坐标转换空间数据的坐标转换3.3 空间数据结构的转换空间数据结构的转换3.4 多源空间数据的融合多源空间数据的融合3.5 空间数据的压缩与综合空间数据的压缩与综合3.6 空间数据的内插方法空间数据的内插方法3.7 图幅数据边沿匹配处理图幅数据边沿匹配处理3.1空间数据的采集空间数据的采集以数据为处理线索硬件软件 数据 = 1 2 7汽油数据 数字线化数据 影像数据u数据源丰富u生产效率高u直观详细记录地表自然现象 数字高程模型 属性数据u是什么，判读和考察u详细描述信息GIS数据的内容空间数据质量

2、1.源误差源误差2.操作误差操作误差 1.传统的手工方法传统的手工方法2.元数据方法元数据方法3.地理相关法地理相关法数据采集任务 将现有的地图、外业观测成果、航空像片、遥感图片数据、文本资料等转换成GIS可以接受的数字形式。 数据库入库之前进行验证、修改、编辑等处理，保证数据在内容和逻辑上的一致性。 不同的数据来源要用到不同的设备和方法。 数据的转换装载 数据处理：几何纠正、图幅拼接、拓扑生成等数据源与相应设备地图地面测量数据统计资料航空、遥感文字数据多媒体坐标几何数字化仪扫描仪摄影测量系统键盘空间数据库编辑处理数据交换数据采集方式1. 手工方式手工方式2. 手扶跟踪化数字方式3. 扫描方式

3、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。1. 手工方式2. 手扶跟踪化数字方式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。数字化仪数字化仪1. 手工方式2. 手扶跟踪化数字方式3. 扫描方式扫描方式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。小型扫描仪小型扫描仪工程扫描仪工程扫描仪1. 手工方式2

4、. 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。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。属性数据的采集属性数据的采集包括各类调查报告、文件、统计数据、实验数据与野外调查的原始记录等，如人口数据、经济数据、土壤成份、环境数据。对于要输入属性库的属性数据，通过键盘直接键入或文件、表格、数据库导入。对于要直接记录到栅格或矢量数据文件中的属性数据，则必须进行

5、编码输入。国家资源与环境信息系统规范在“专业数据分类和数据项目建议总表”中，将数据分为社会环境、自然环境和资源与能源三大类共14小项，并规定了每项数据的内容及基本数据来源。属性数据的采集属性数据的采集采集基本模式有两种：采集基本模式有两种：将地理信息实体以x,y坐标的形式，以顺时针或逆时针方法依次输入。用点、线、多边形和格网邻接的方法表示地理实体。特征数码位置点11x,y（点）线21x1,y1,x2,y2,.,xn,yn(线）面31x1,y1,x2,y2,.,xn,yn（面）空间数据采集空间数据采集图形数据的采集图形数据的采集方法方法： 手扶跟踪数字化仪采集 摄影测量数字化采集 扫描跟踪数字化

6、采集 外业实地数字化采集选择采集方法的依据是如何应用图形数据，图形数据类型，现有设备状况，现有人力，物力，财力状况等。空间数据采集空间数据采集图形数据的采集图形数据的采集通向计算机接口叉丝游标按扭电磁感应板数字化设备：数字化仪、扫描仪、摄影测量设备特 点：范围大，速度快使 用 范 围：大面积GIS数据采集、资源普查等数字化仪扫描仪数字摄影测量工作站野外测量：大平板、全站仪、GPS、移动测绘系统特 点：精度高、效率较低适合范围：小范围GIS数据采集或局部数据更新空间数据采集空间数据采集方案方案随机采样系统采样系统随机采样可变系统采样蔟聚采样断面采样等高线采样空间数据采集空间数据采集流程流程计划调

7、查编辑处理评价准备收集数字化3.2空间数据的坐标转换空间数据的坐标转换平移变换平移变换 0yxP（x，y）P(x，y)xyx=x+x y=y+y旋转变换旋转变换 yP（x，y）0 xP(x，y)x=xcos-y sin y=xsin+y cosx=x0+(x- x0)cos-(y- y0) siny=y0+(x- x0) sin+(y- y0) cos比例变换（图形缩放比例变换（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=xSxy=ySyx=x0+(x- x0) Sx y=y0+(y- y0) Sy地图投影变换地图投影变换 当系统

8、使用的数据来自不同地图投影的图幅时，需要将一种投影的数字化数据转换为所需要投影的坐标数据地图投影变换正解变换反解变换数值变换通过建立两个投影的解析关系式，直接把一种投影坐标 ( x , y )( x , y ) 变换成另一种投影的坐标 ( X , Y )( X , Y ) 当系统使用的数据来自不同地图投影的图幅时，需要将一种投影的数字化数据转换为所需要投影的坐标数据地图投影变换正解变换反解变换数值变换由一种投影的坐标 (x,y)(x,y)反解出地理坐标（,) ) ，然后再将地理坐标代入另一种投影公式中，求出该投影下的直角坐标（X,Y)X,Y) 当系统使用的数据来自不同地图投影的图幅时，需要将一

9、种投影的数字化数据转换为所需要投影的坐标数据地图投影变换正解变换反解变换数值变换根据两种投影在变换区内若干同名的坐标点，采用插值法、有限差分法、待定系数法等，实现不同投影之间的转换投影A（x，y）投影B（X，Y）正解变换：解析函数关系X=f (x , y) ，Y=g( x , y )反解变换：经纬度B=f (x , y) , L=g( x , y )X=F(B, L) , Y=G( B, L)数值变换：数学方法yxbabaYXnn11已数字化好的文件(D1)隐含了投影信息（ALBERS）新建议一个 COVERAGE (TIC1)将 D1 的控制点文件复制到 tic1 中使形成相同的控制点使用

10、TABLES 修改 TIC1 的控制点数据并输入真实值（经纬度） ，目前 TIC1 的投影类型：Geographic对 TIC1 的进行投影变换到 TIC2投影类型：ALBERS将 D1 Transform 到 TIC2 中过程完成Tic.dbfTransformmmProjectionARCINFO中中1002011050120201303011030数字化后的地图数字化后的地图我们可以做到的（我们可以做到的（GeographicGeographic）我们投影变换成（我们投影变换成（AlbersAlbers）ProjectionProjectionTransformTransformX =

11、Ax + By + C; Y = Dx + Ey +F数字化后的地图数字化后的地图XYX”Y”XYX = Ax + By + C; Y = Dx + Ey +F真实地图坐标真实地图坐标数字化仪坐标数字化仪坐标1002011050120201303011030Transform最后得到（最后得到（AlbersAlbers） 数据格式的转换： 数据结构转换 相同数据结构的不同组织形式转换 矢量拓扑结构变换 栅格数据转换 不同数据结构转换 矢量到栅格 栅格到矢量 不同介质转换空间数据结构的转换空间数据结构的转换一、矢量数据结构向栅格数据结构的转换 矢量数据转换成栅格数据后，图形的几何精度必然要降低，

12、所以选择栅格尺寸的大小要尽量满足精度要求，使之不过多地损失地理信息。为了提高精度，栅格需要细化，但栅格细化，数据量将以平方指数递增，因此，精度和数据量是确定栅格大小的最重要的影响因素。 栅格尺寸确定 计算若干个小图斑的面积S（i1，2，n）； 求小图斑面积平均值； 求栅格尺寸L（）1/2。点矢量数据点矢量数据向栅格数据转换实质找出点矢量数据所在的栅格单元。向栅格数据转换实质找出点矢量数据所在的栅格单元。线矢量数据线矢量数据向栅格数据转换实质找出组成曲线的直线段对应的栅格。向栅格数据转换实质找出组成曲线的直线段对应的栅格。面矢量数据面矢量数据向栅格向栅格 数据转换实质对多边形内部进行填充，找出组

13、成多数据转换实质对多边形内部进行填充，找出组成多边形的栅格的集合。边形的栅格的集合。一、矢量数据结构向栅格数据结构的转换一、矢量数据结构向栅格数据结构的转换 点的栅格化点的栅格化p81一、矢量数据结构向栅格数据结构的转换 直线栅格化直线栅格化p82扫描线法 一、矢量数据结构向栅格数据结构的转换 面域的栅格化面域的栅格化 内点填充法 边界迭代法 包含检验法 二、栅格数据结构向矢量数据结构的转换 多边形边界提取多边形边界提取 边界线追踪边界线追踪 拓扑关系生成拓扑关系生成 去除多余点及曲线圆滑去除多余点及曲线圆滑边界提取：二值化、细化、跟踪边界提取：二值化、细化、跟踪二、栅格数据结构向矢量数据结构

14、的转换 多边形边界提取多边形边界提取 二值化二值化 细化细化 跟踪跟踪 二、栅格数据结构向矢量数据结构的转换待剥栅格为中心的待剥栅格为中心的33栅格组合图栅格组合图 ARCINFO中中转换转换Coverage到栅格文件到栅格文件(GRID) POLYGRID、LINEGRID、POINTGRID转换栅格文件到转换栅格文件到Coverage GRIDPOLY GRIDLINE GRIDPOINT1 1 复制一个复制一个CoverageCoverage：COPYCOPY2 2 对一个对一个 Coverage Coverage 重新命名：重新命名：RENAMERENAME3 3 删除一个已有的删除一

15、个已有的 CoverageCoverage：KILLKILL 4 4 显示显示 CoverageCoverage的主要特征：的主要特征：DESCRIBEDESCRIBE5 5 build and cleanbuild and cleanCoverageCoverage的维护的维护多源空间数据的融合多源空间数据的融合空间数据的压缩与综合空间数据的压缩与综合数据压缩的目的数据压缩的目的 节省存贮空间 节省处理时间数据压缩途径数据压缩途径压缩软件压缩软件:原数据信息基本不丢失而且可以大大节省存贮空间，缺点缺点是压缩后的文件必须在解压缩后才能使用数据消冗处理数据消冗处理:原数据信息不会丢失，得到的文件

16、可以直接使用，缺点缺点是技术要求高，工作量大，对冗余度不大的数据集合效用小用数据子集代替数据全集用数据子集代替数据全集:在规定的精度范围内,从原数据集合中抽取一个子集，缺点缺点以信息损失为代价，换取空间数据容量的缩小常见空间数据的压缩方法常见空间数据的压缩方法 曲线数据的压缩面域栅格数据的压缩 面域邻接线段的删除 特征点筛选法：特征点筛选法：筛选抽取曲线特征点，并删除全部多余点以达到节省存贮空间的目的。 常见空间数据的压缩方法常见空间数据的压缩方法 曲线数据的压缩面域栅格数据的压缩 面域邻接线段的删除 通过压缩编码技术来消除冗余数据：链码游程长度编码块码四叉树编码常见空间数据的压缩方法常见空间

17、数据的压缩方法 曲线数据的压缩面域栅格数据的压缩 面域邻接线段的删除 数据属性的重新分类和空间图形的化简需要对数据进行压缩相邻界线的删除共同属性的合并面域邻接线段的删除面域邻接线段的删除 空间数据的内插方法空间数据的内插方法1. 离散空间离散空间：空间具有跳跃特征（土地利用类型），重要变化发生在边界上，边界内的变化则是均匀的均匀的，同质的，同质的，即在各个方面都是相同的。 邻近元法：邻近元法：以最相邻近图元的特征值表征未知图元的特征值。 2. 连续空间：连续空间：空间具有渐变特征（地形表面），内插技术必须采用连续的空间渐变模型实现这些连续变化，可用一种平滑的数学表面加以描述。这类技术可分为整体

18、拟合整体拟合和局部拟合技术局部拟合技术两大类。 整体拟合技术：整体拟合技术：拟合模型是由研究区域内所有采样点上的全部特征观测值建立的。通常采用的技术是整体趋势面拟合。这种内插技术一般用于模拟大范围内的变化，而不能提供内插区域的局部特性。 局部拟合技术：局部拟合技术：则是仅仅用邻近的数据点来估计未知点的值，而不受局部范围外其它点的影响。这类技术包括双线性多项式内插、样条函数、移动拟合法等等。15001770185020002150230024502600275029003050Front Range, ColoradoSouthwest Corner of the Morrison Quadra

19、ngle, ColoradoSagebrush Hills, IdahoProposed Country Club AreaNational Forest Boundary113.0112.8112.6112.4112.2112.0Longitude36.036.236.436.636.837.0LatitudeGrand Canyon, U.S.A.4008801360184023202800Elevation -72.4 -69.1 -67.6 -23.1 -24.1 -9.1 -71.8 -10.7 -22.4 -13.8 -15.6 -12.8 -23.6 -12.9 -9.6 -3.9 3.9 -31.1 -68.5 -26.2 -1.8Temp