第五章 地理信息系统数据的处理---新

1、第五章第五章 空间数据的处理空间数据的处理w 第一节第一节 空间数据的编辑空间数据的编辑w 第二节第二节 空间数据的坐标变换空间数据的坐标变换w 第三节第三节 空间数据结构的转换空间数据结构的转换w 第四节第四节 空间数据的压缩与综合空间数据的压缩与综合w 第五节第五节 图幅数据边沿匹配处理图幅数据边沿匹配处理w 第六节第六节 空间空间插值方法插值方法第一节第一节 空间数据的编辑空间数据的编辑w 数据编辑的内容与方法数据编辑的内容与方法q 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q 空间数据编辑内容 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

2、确 空间数据变形 几何和属性连接有误 属性数据不完整q 主要方法 叠合比较法 目视检查法 逻辑检查法第一节第一节 空间数据的编辑空间数据的编辑w常见数据输入错误常见数据输入错误q图纸移动q图纸变形q制图误差q数字化误差制图误差图幅接边误差数字化误差误差探测与编辑q空间数据一般错误 多边形不闭合 裂缝 交叉 属性错误等等误差修正一般过程w 设定容许值w 连接接点w 重建拓扑关系边界匹配w 不同图幅的连接w 自动、手工数字化边界调整第二节第二节 空间数据的坐标转换空间数据的坐标转换w 几何纠正几何纠正 几何纠正是指对数字化原图数据进行的坐标系转换和图纸变形误差的改正，以实现与理论值的一一对应关系；

3、 几何纠正的方法包括仿射变换、相似变换、二次变换和高次变换等。图象纠正图象纠正q 纠正原因 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q 实质 建立纠正图象与标准地图的一一对应关系q 变换方法 精确方法：仿射变换、双线性变换、平方变换、立方变换等 近似方法：橡皮板变换q 纠正步骤 纠正点数据采集函数建立逐点或网格纠正坐标变换坐标变换第二节第二节 空间数据的坐标转换空间数据的坐标转换w 投影转换投影转换 投影转换是指当系统使用来自不同地图投影的图形数据时，需要将该投影的数据转换为所需要投影的坐标数据； 投影转换的方法包括正解变换、反解变

4、换和数值变换等。第二节第二节 空间数据的坐标转换空间数据的坐标转换地图投影投影变换墨卡特投影摩尔魏特投影w 由矢量向栅格的转换由矢量向栅格的转换 当数据采集采用矢量数据，而空间分析采用栅格数据时，需要将矢量数据转换为栅格数据； 由矢量数据向栅格数据的转换方法，根据原数据文件的不同，可以分别应用：基于弧段数据的栅格化方法；基于多边形数据的栅格化方法。w 由栅格向矢量的转换由栅格向矢量的转换基于图像数据的矢量化方法；基于再生栅格数据的矢量化方法。例：矢量到栅格转换第四节第四节 多源空间数据的融合多源空间数据的融合w 遥感与遥感与GISGIS数据的融合数据的融合 遥感图像与数字地图数据的融合； 遥感

5、图像与DEM数据的融合； 遥感图像与地图扫描数据的融合。w 不同格式数据的融合不同格式数据的融合 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。第四节第四节 空间数据的压缩与综合空间数据的压缩与综合 空间数据的压缩，即从所取得的数据集合S中抽出一个子集A，这个子集作为一个新的信息源，在规定的程度范围内 最 好 地 逼 近 原 集 合 ， 而 且 具 有 最 大 的 压 缩 比a式中：m为曲线的原点数；n为曲线经压缩后的点数。 曲线上点的压缩方法： 道格拉斯-普克法(Douglas-Peucker)； Li-openshaw的自然综合法则法；

6、 垂距法 。1nma面域栅格数据的压缩方法： 游程编码法； 四叉树编码压缩法。w 空间数据的综合 空间数据的综合是针对存贮在GIS数据库中的数据因属性数据的重新分类而进行的操作； 空间数据的综合内容包括相同属性的删除和相同属性公共边界线的删除等。第五章第五章 空间数据的处理空间数据的处理5-4 5-4 空间数据压缩与光滑空间数据压缩与光滑一、一、数据压缩数据压缩图形显示输出图形显示输出数据存储数据存储数据压缩数据压缩光滑光滑矢量数据压缩矢量数据压缩 栅格数据压缩栅格数据压缩第五章第五章 空间数据的处理空间数据的处理5-4 5-4 空间数据压缩与光滑空间数据压缩与光滑一、一、数据压缩数据压缩1、

7、间隔取点法、间隔取点法 每隔每隔K K隔点取一个点，或每间隔一定距离隔点取一个点，或每间隔一定距离取一个点，但首末点一定要保留。取一个点，但首末点一定要保留。 可大量压缩数据，但不一定能恰当保留可大量压缩数据，但不一定能恰当保留原来方向上曲率显著变化的点。原来方向上曲率显著变化的点。第五章第五章 空间数据的处理空间数据的处理5-4 5-4 空间数据压缩与光滑空间数据压缩与光滑一、一、数据压缩数据压缩2、（分裂法）、（分裂法） DouglasDouglasPeuckerPeucker 压缩效果好，但必须在对整条曲线数字化完成压缩效果好，但必须在对整条曲线数字化完成后才能进后才能进 行，且计算量较

8、大；行，且计算量较大；第五章第五章 空间数据的处理空间数据的处理5-4 5-4 空间数据压缩与光滑空间数据压缩与光滑3 3、垂距法、垂距法 每次顺序取曲线上的每次顺序取曲线上的三个点三个点，计算，计算中间点中间点与其它两点与其它两点连线的连线的垂线距离垂线距离d d， 并与限差并与限差D D比较。若比较。若d dD D，则中间点，则中间点去去掉掉；若；若d dD D，则中间点，则中间点保留保留。然后。然后 顺序取下三个点继续处顺序取下三个点继续处理，直到这条线结束。理，直到这条线结束。压缩算法好，且计算量较小压缩算法好，且计算量较小一、一、数据压缩数据压缩第五章第五章 空间数据的处理空间数据的

9、处理5-4 5-4 空间数据压缩与光滑空间数据压缩与光滑4、光栏法 定义一个定义一个扇形区域扇形区域，通过判断曲线上的点在，通过判断曲线上的点在扇形外还是在扇形内，确定保留还是舍去。扇形外还是在扇形内，确定保留还是舍去。 算法简单，速算法简单，速度快，度快， 但有时但有时会将曲线的弯曲会将曲线的弯曲 极值点极值点p p值去掉值去掉而失而失 真。真。一、一、数据压缩数据压缩第五章第五章 空间数据的处理空间数据的处理5-4 5-4 空间数据压缩与光滑空间数据压缩与光滑二、曲线光滑（拟合二、曲线光滑（拟合） 是假象曲线为一组离散点，寻找形式较简单、性能良是假象曲线为一组离散点，寻找形式较简单、性能良

10、好的曲线解析式。好的曲线解析式。 插值方式插值方式：曲线：曲线通过通过给定的离散点。如给定的离散点。如拉格朗日拉格朗日插值插值，三次样条曲线三次样条曲线 逼近方式逼近方式：曲线尽量：曲线尽量逼近逼近给定离散点。如给定离散点。如贝塞尔贝塞尔和和B B样条曲线样条曲线。例：地图综合（矢量数据概化）例：栅格数据重采样1MMU = 1公顷1MMU = 9公顷MMU：最小制图单位第五节第五节 图幅数据边沿匹配处理图幅数据边沿匹配处理w 图幅数据边沿匹配的概念w 图幅数据边沿匹配的任务 逻辑一致性的处理 识别和检索相邻图幅的数据； 相邻图幅边界点坐标数据的匹配； 相同属性多边形公共界线的删除；2、相邻图幅

11、识别与检索、相邻图幅识别与检索3132332123111213223、相邻图幅边界点坐标数据的匹配、相邻图幅边界点坐标数据的匹配w 追踪拼接法 :相邻图幅边界两条线段或弧段的左右码各自相同或相反；相邻图幅同名边界点坐标在某一允许值范围内(如土O5mm)。向右追踪向左追踪向上追踪向下追踪12121212212121212222111122221111ABCDABCDABCDABCD3、相邻图幅边界点坐标数据的匹配、相邻图幅边界点坐标数据的匹配拼接前拼接中边缘不匹配调整后的边缘匹配第六节第六节 空间插值空间插值一、空间插值的概念和理论一、空间插值的概念和理论（一）空间插值（一）空间插值 将离散点的

12、测量数据转换为连续的数据曲面的过程。（二）空间插值的理论假设（二）空间插值的理论假设 其理论假设是空间位置上越靠近的点，越可能具有相似的特征值；而距离越远的点，其特征值相似的可能性越小。 第六节第六节 空间插值空间插值一、空间插值的概念和理论一、空间插值的概念和理论（三）算法（三）算法 （1）空间内插算法：通过已知点的数据推求同一区域其它未知点数据； （2）空间外推算法：通过已知区域的数据，推求其它区域数据的方法。 第六节第六节 空间插值空间插值一、空间插值的概念和理论一、空间插值的概念和理论（四）、空间插值方法（四）、空间插值方法（1）整体插值：用研究区域所有采样点的数据进行全区域特征拟合，

13、如边界内插法、趋势面分析等。（2）部分插值：仅仅用邻近的数据点来估计未知点的值，如最邻近点法（泰森多边形方法）、移动平均插值方法（距离倒数插值法）、样条函数插值方法、空间自协方差最佳插值方法（克里金插值）等。第六节第六节 空间插值空间插值一、空间插值的概念和理论一、空间插值的概念和理论（五）需要作空间插值的情况（五）需要作空间插值的情况 （1）现有的离散曲面的分辨率，象元大小或方向与所要求的不符，需要重新插值。例如将一个扫描影象（航空像片、遥感影象）从一种分辨率或方向转换到另一种分辨率或方向。 （2）现有的连续曲面的数据模型与所需的数据模型不符，需要重新插值。如将一个连续的曲面从一种空间切分方

14、式变为另一种空间切分方式，从TIN到栅格、栅格到TIN或矢量多边形到栅格。 （3）现有的数据不能完全覆盖所要求的区域范围，需要插值。如将离散的采样点数据内插为连续的数据表面。 第六节第六节 空间插值空间插值二、空间插值的数据源二、空间插值的数据源( (一）连续表面空间插值的数据源包括：一）连续表面空间插值的数据源包括： （1）摄影测量得到的正射航片或卫星影象； （2）卫星或航天飞机的扫描影象； （3）野外测量采样数据，采样点随机分布或有规律的线性分布（沿剖面线或沿等高线）； (4)数字化的多边形图、等值线图； 硬数据硬数据：空间插值的数据通常是复杂空间变化有限的采样点的测量数据，这些已知的测量

15、数据称为“硬数据”。 软数据软数据：如果采样点数据比较少的情况下，可以根据已知的导致某种空间变化的自然过程或现象的信息机理，辅助进行空间插值，这种已知的信息机理，称为“软信息”。 第六节第六节 空间插值空间插值二、空间插值的数据源二、空间插值的数据源( (二）采样点的分布二）采样点的分布 采样点的空间位置对空间插值的结果影响很大，理想的情况是在研究区内均匀布点。然而当区域景观大量存在有规律的空间分布模式时，如有规律间隔的数或沟渠，用完全规则的采样网络则显然会得到片面的结果，正是这个原因，统计学家希望通过一些随机的采样来计算无偏的均值和方差。但是完全随机的采样同样存在缺陷，首先随机的采样点的分布

16、位置是不相关的，而规则采样点的分布则只需要一个起点位置，方向和固定大小的间隔，尤其是在复杂的山地和林地里比较容易。其次完全随机采样，会导致采样点的分布不均，一些点的数据密集，另一些点的数据缺少。图图7-127-12列出空间采样点分布的几种选择。列出空间采样点分布的几种选择。 图7-12 各种不同的采样方式 第六节第六节 空间插值空间插值三、空间插值方法三、空间插值方法 空间插值方法可以分为空间插值方法可以分为整体插值整体插值和和局部插值局部插值方法两类。方法两类。（一）整体插值方法（一）整体插值方法 用研究区所有采样点的数据进行全区特征拟合；用研究区所有采样点的数据进行全区特征拟合； 1 1、

17、边界内插：、边界内插： 思路：假设任何重要的变化发生在边界上，边界思路：假设任何重要的变化发生在边界上，边界内的变化是均匀的，同质的，即在各方向都是相同的。内的变化是均匀的，同质的，即在各方向都是相同的。这种概念模型经常用于土壤和景观制图。这种概念模型经常用于土壤和景观制图。边界内插方法最简单的统计模型是标准方差分析边界内插方法最简单的统计模型是标准方差分析（ANOVARANOVAR）模型：）模型： 式中，式中，z z是在是在x x0 0位置的属性值，位置的属性值，是总体平均值，是总体平均值，k k是是k k类平均值与类平均值与的差，的差，为类间平均误差（噪为类间平均误差（噪声）。声）。 第六

18、节第六节 空间插值空间插值三、空间插值方法三、空间插值方法 （一）整体插值方法（一）整体插值方法 2 2、趋势面面分析、趋势面面分析： 思路：某种地理属性在空间的连续变化，思路：某种地理属性在空间的连续变化，可以用一个平滑的数学平面加以描述。即先可以用一个平滑的数学平面加以描述。即先用已知采样点数据拟合出一个平滑的数学平用已知采样点数据拟合出一个平滑的数学平面方程，再根据该方程计算无测量值的点上面方程，再根据该方程计算无测量值的点上的数据。的数据。 它的理论假设是地理坐标它的理论假设是地理坐标（x,yx,y）是独立是独立变量，属性值变量，属性值Z Z也是独立变量且是正态分布的，也是独立变量且是

19、正态分布的，同样回归误差也是与位置无关的独立变量。同样回归误差也是与位置无关的独立变量。 是一种是一种多项式回归多项式回归分析技术，用分析技术，用多项式多项式表示表示线线或或面面，按，按最小二乘法最小二乘法原理对数据点进原理对数据点进行行拟合拟合。 第七节第七节 空间插值空间插值三、空间插值方法三、空间插值方法 （一）整体插值方法（一）整体插值方法 2 2、趋势面面分析、趋势面面分析： 1 1）线性回归线性回归: :二元二次或高次二元二次或高次多项式多项式2)2)数据是二维的数据是二维的三、空间插值方法三、空间插值方法 （一）整体插值方法（一）整体插值方法 2 2、趋势面面分析、趋势面面分析：

20、第七节第七节 空间插值空间插值第七节第七节 空间插值空间插值三、空间插值方法三、空间插值方法 （一）整体插值方法（一）整体插值方法 3 3、变换函数插值、变换函数插值 根据一个或多个空间参量的经验方程进行整体空根据一个或多个空间参量的经验方程进行整体空间插值，这种经验方程称为变换函数间插值，这种经验方程称为变换函数 。 如：冲积平原的土壤重金属污染与几个重要因子如：冲积平原的土壤重金属污染与几个重要因子有关，其中距污染源（河流）的距离，和高程两个因有关，其中距污染源（河流）的距离，和高程两个因子最重要子最重要 。 式中是式中是z(x)z(x)某种重金属含量（某种重金属含量（ppmppm），），

21、b b0 0b bn n是是回归系数，回归系数，p p1 1p pn n是独立空间变量，本例是独立空间变量，本例p p1 1是距河流是距河流的距离因子，的距离因子，p p2 2是高程因子。是高程因子。第七节第七节 空间插值空间插值三、空间插值方法三、空间插值方法 （二）局部插值方法（二）局部插值方法 局部插值方法只使用邻近的数据点来估计未知点的局部插值方法只使用邻近的数据点来估计未知点的值，值， 1 1、步骤：、步骤： （1 1）定义一个邻域或搜索范围；）定义一个邻域或搜索范围； （2 2）搜索落在此邻域范围的数据点；）搜索落在此邻域范围的数据点； （3 3）选择表达这有限个点的空间变化的数学

22、函数；）选择表达这有限个点的空间变化的数学函数； （4 4）为落在规则格网单元上的数据点赋值。重复这）为落在规则格网单元上的数据点赋值。重复这个步骤直到格网上的所有点赋值完毕。个步骤直到格网上的所有点赋值完毕。 使用局部插值方法需要注意的几个方面是：所使使用局部插值方法需要注意的几个方面是：所使用的插值函数；邻域的大小、形状和方向；数据点的用的插值函数；邻域的大小、形状和方向；数据点的个数；数据点的分布方式是规则的还是不规则的个数；数据点的分布方式是规则的还是不规则的。 第七节第七节 空间插值空间插值三、空间插值方法三、空间插值方法 （二）局部插值方法（二）局部插值方法 2 2、插值方法、插值

23、方法 （1 1）最近邻点法：泰森多边形方法）最近邻点法：泰森多边形方法 原理：只用最近的单个点进行区域插值。原理：只用最近的单个点进行区域插值。 （2 2）移动平均插值方法：距离）移动平均插值方法：距离( (平方平方) )倒数插倒数插值值 它假设未知点它假设未知点x x0 0处属性值是在处属性值是在局部邻域内局部邻域内中中所有数据点的距离加权平均值。距离倒数插所有数据点的距离加权平均值。距离倒数插值方法是加权移动平均方法的一种。值方法是加权移动平均方法的一种。 （3 3）样条函数插值方法）样条函数插值方法( (见后面）见后面） （4 4）空间自协方差最佳插值方法）空间自协方差最佳插值方法：克里

24、金插：克里金插值值 （趋势）假设属性的空间变异包含空间相（趋势）假设属性的空间变异包含空间相关成分关成分 利用利用局部范围局部范围内的已内的已知采样点的数据内插出知采样点的数据内插出未知点的数据。未知点的数据。1 1、线性内插、线性内插将内插点周围的将内插点周围的3 3个数据点个数据点的数据值带入多项式，的数据值带入多项式， 即可即可解算解算出出系数系数a a0 0、a a1 1、a a2 2 。局部内插局部内插2、双线性多项式内插 将内插点周围的将内插点周围的4 4个个 数据点数据点的数据值带入的数据值带入 多多项式，即可项式，即可解算出解算出 系数系数a a0 0，a a1 1，a a2

25、2，a a3 3 。当数据是按当数据是按正方形格网点正方形格网点布置布置:局部内插局部内插将内插点周围的将内插点周围的1616个点个点的数据带入多项式，可计的数据带入多项式，可计算出所有的算出所有的 系数。系数。 1616个点个点局部内插局部内插特点：特点：内插速度内插速度很快很快可用于可用于精确精确的内插，的内插，可用于平滑处理可用于平滑处理3 3、双三次多项式（样条函数）内插、双三次多项式（样条函数）内插4 4、移动平均法、移动平均法 在局部范围（或称窗口）内计算各数在局部范围（或称窗口）内计算各数据点的平均值据点的平均值. . 二维平面二维平面的移动平均法也可用的移动平均法也可用相同相同

26、的公式，但位置的公式，但位置X Xi i应应被被坐标矢量坐标矢量X Xi i代替。代替。 小窗口小窗口将增强近距离数据的影响；将增强近距离数据的影响； 大窗口大窗口将增强远距离数据的影响，减小近距离数据的影响。将增强远距离数据的影响，减小近距离数据的影响。 当观测点的相互位置当观测点的相互位置越近越近，其数据的，其数据的相似性越强相似性越强； 当观测点的相互位置当观测点的相互位置越远越远，其数据的，其数据的相似性越低相似性越低。加权移动平均法加权移动平均法:i i是采样点是采样点i i对应的权值对应的权值 加权平均内插的加权平均内插的结果结果随使用的函数及其参数、采样点随使用的函数及其参数、采

27、样点的分布、窗口的大小等的不同而变化。通常使用的采样的分布、窗口的大小等的不同而变化。通常使用的采样点数为点数为6 68 8点。点。 对于不规则分布的采样点需要对于不规则分布的采样点需要不断地改变不断地改变窗口的大窗口的大小、形状和方向，小、形状和方向， 以获取以获取一定数量的采样点。一定数量的采样点。 4 4、移动平均法、移动平均法空间插值的概念：空间插值的概念：内插内插: :在已观测点的区域内估算未观测点的数据的过程；在已观测点的区域内估算未观测点的数据的过程； 外推外推: :在已观测点的区域外估算未观测点的数据的过在已观测点的区域外估算未观测点的数据的过程程. . 预测。预测。第五章第五

28、章 空间数据的处理空间数据的处理5-6 5-6 空间插值空间插值第五章第五章 空间数据的处理空间数据的处理5-6 5-6 空间插值空间插值一、边界内插一、边界内插 首先首先假定假定任何任何重要的变化重要的变化都发生在都发生在区区域的边界域的边界上，上， 边界内边界内的变化则是的变化则是均匀均匀的、的、同质同质的。的。 边界内插的方法之一边界内插的方法之一：泰森多边形法泰森多边形法。 泰森多边形法的泰森多边形法的基本原理基本原理是，未知点的是，未知点的最佳值最佳值由由最邻最邻 近近的观测值产生。的观测值产生。 第五章第五章 空间数据的处理空间数据的处理5-6 5-6 空间插值空间插值二、趋势面分

29、析二、趋势面分析 是一种是一种多项式回归多项式回归分析技术，用分析技术，用多项式多项式表示表示线线或或面面，按，按最小二乘法最小二乘法原理对数据点进行原理对数据点进行拟合拟合。 1 1、当数据为一维、当数据为一维时，时， 1 1）线性回归线性回归: :2 2）二次或高次多项式：）二次或高次多项式：第五章第五章 空间数据的处理空间数据的处理5-6 5-6 空间插值空间插值二、趋势面分析二、趋势面分析2 2、数据是二维的、数据是二维的二元二次或高次二元二次或高次多项式多项式第五章第五章 空间数据的处理空间数据的处理5-6 5-6 空间插值空间插值三、局部内插三、局部内插 利用利用局部范围局部范围内的已内的已知采样点的数据内插出知采样点的数据内插出未知点的数据。未知点的数据。1 1、线性内插、线性内插将内插点周围的将内插点周围的3 3个数据点个数据点的数据值带入多项式，的数据值带入多项式， 即可即可解算解算出出系数系数a a0 0、a a1 1、a a2 2 。第五章第五章 空间数据的处理空间数据的处理5-6 5-6 空