空间数据处理

空间数据处理第1页，课件共54页，创作于2023年2月中国地质大学信息工程学院

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怡5.1数据编辑5.1.1窗口操作5.1.2图形数据编辑5.1.3属性数据编辑5.2多边形自动生成5.3空间数据的误差分析和校正5.4空间数据的压缩与光滑5.5图形变换5.6图幅拼接处理5.7栅格数据与矢量数据的互相转换第五章地理信息系统的数据处理第2页，课件共54页，创作于2023年2月中国地质大学信息工程学院

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怡5.1.1窗口操作开窗显示裁剪技术关键是判断空间实体是否在开窗范围内二维观察变换坐标系之间的转换世界坐标系设备坐标系数据库坐标系图形获取图形输出交互编辑图形数据图形数据入库图形数据检索数字化仪显示器滚桶绘图仪YYYXXXooo第3页，课件共54页，创作于2023年2月中国地质大学信息工程学院

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怡5.1.2图形数据编辑为什么要进行编辑进行哪些编辑？第4页，课件共54页，创作于2023年2月中国地质大学信息工程学院

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怡weirdpolygon伪结点，当单条线自相交时，或只有两条弧相交时，会产生伪结点。伪结点不一定就是错误的，例如代表土地的多边形，或道路铺设材料改变之处等的伪结点都是可以的。悬挂结点，只与一条弧相连。例如一条弧构成的未连接的多边形、出头、欠头等。在某些场合可以应用悬挂结点。第5页，课件共54页，创作于2023年2月中国地质大学信息工程学院

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怡5.1.2图形数据编辑1、图元捕捉点的捕捉线的捕捉面的捕捉2、编辑操作3、图幅接边第6页，课件共54页，创作于2023年2月中国地质大学信息工程学院

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怡可设一捕捉半径D(通常为3～5个象素，这主要由屏幕的分辩率和屏幕的尺寸决定)。1、点的捕捉设光标点为S(x,y)，某一点状要素的坐标为A(X，Y)若S和A的距离d小于D则认为捕捉成功，即认为找到的点是A，否则失败，继续搜索其它点。乘方运算影响了搜索的速度，因此，把距离d的计算改为：捕捉范围由圆改为矩形，这可大大加快搜索速度。

第7页，课件共54页，创作于2023年2月中国地质大学信息工程学院

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怡2、线的捕捉

设光标点坐标为S(x,y)，D为捕捉半径，线的坐标为(x1,y1),(x2,y2),…(xn,yn)。通过计算S到该线的每个直线段的距离d。.

若min(d1,d2,…dn-1)＜D，则认为光标S捕捉到了该条线，否则为未捕捉到。

简化为：加快线捕捉的速度的方法：1）在实际的捕捉中，可每计算一个距离di就进行一次比较，若di＜D，则捕捉成功，不需再进行下面直线段到点S的距离计算了。2）把不可能被光标捕捉到的线，用简单算法去除。3）对于线段也采用类似的方法处理。4）简化距离公式：

点S(x,y)到直线段(x1,y1),(x2,y2)的距离d的计算公式为：第8页，课件共54页，创作于2023年2月中国地质大学信息工程学院

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怡3、面的捕捉

实际上就是判断光标点S(x,y)是否在多边形内，若在多边形内则说明捕捉到。

判断点是否在多边形内的算法主要有垂线法或转角法。

垂线法的基本思想是从光标点引垂线(实际上可以是任意方向的射线)，计算与多边形的交点个数。

若交点个数为奇数则说明该点在多边形内；若交点个数为偶数，则该点在多边形外。

加快速度的方法：1）找出该多边形的外接矩形，若光标点落在该矩形中，才有可能捕捉到该面，否则放弃对该多边形的进一步计算和判断。2）对不可能有交点的线段应通过简单的坐标比较迅速去除。3）运用计算交点的技巧。

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怡5.1.2图形数据编辑1、图元捕捉2、编辑操作删除、增加、修改、移动、复制、咬合……3、图幅接边第10页，课件共54页，创作于2023年2月中国地质大学信息工程学院

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怡1）结点吻合(Snap)

或称结点匹配、结点咬合，结点附和。方法：A、

结点移动，用鼠标将其它两点移到另一点；B、

鼠标拉框，用鼠标拉一个矩形，落入该矩形内的结点坐标通过求它们的中间坐标匹配成一致；C、

求交点，求两条线的交点或其延长线的交点，作为吻合的结点；D、自动匹配，给定一个吻合容差，或称为咬合距，在图形数字化时或之后，将容差范围内的结点自动吻合成一点。

一般，若结点容差设置合理，大多数结点能够吻合在一起，但有些情况还需要使用前三种方法进行人工编辑。

结点的编辑第11页，课件共54页，创作于2023年2月中国地质大学信息工程学院

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怡结点与线的吻合编辑的方法：A、

结点移动，将结点移动到线目标上。B、

使用线段求交；C、

自动编辑，在给定容差内，自动求交并吻合在一起。ABDCE

在数字化过程中，常遇到一个结点与一个线状目标的中间相交。由于测量或数字化误差，它不可能完全交于线目标上，需要进行编辑，称为结点与线的吻合。需要考虑两种情况A、

要求坐标一致，而不建立拓扑关系；如

高架桥（不需打断，直接移动）B、

不仅坐标一致，且要建立之间的空间关联关系；如

道路交叉口（需要打断）无结点有结点第12页，课件共54页，创作于2023年2月中国地质大学信息工程学院

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怡清除假结点（伪结点）

有些系统要将这种假结点清除掉（如ARC/INFO），即将目标A和B合并成一条，使它们之间不存在结点;

但有些系统并不要求清除假结点，如Geostar,因为它们并不影响空间查询、分析和制图。由仅有两个线目标相关联的结点成为假结点。AB第13页，课件共54页，创作于2023年2月中国地质大学信息工程学院

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怡图形编辑

包括用鼠标增加或删除一个点、线、面实体，移动、旋转一个点、线、面实体。1）删除和增加一个顶点

删除顶点，在数据库中不用整体删除与目标有关的数据，只是在原来存储的位置重写一次坐标，拓扑关系不变。

增加顶点，则操作和处理都要复杂。不能在原来的存储位置上重写，需要给一个新的目标标识号，在新位置上重写，而将原来的目标删除，此时需要做一系列处理，调整空间拓扑关系。2）移动一个顶点

移动顶点只涉及某个点的坐标，不涉及拓扑关系的维护，较简单。3）删除一段弧段

复杂，先要把原来的弧段打断,存储上原来的弧段实际被删除，拓扑关系需要调整和变化.jkjkabL3L1L2第14页，课件共54页，创作于2023年2月中国地质大学信息工程学院

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怡5.1.2图形数据编辑1、图元捕捉2、编辑操作3、图幅接边逻辑接边几何接边第15页，课件共54页，创作于2023年2月中国地质大学信息工程学院

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怡图幅接边逻辑接边：同一地物地物编码不同或具有不同的属性信息，如公路的宽度，等高线高程等。2、几何接边人工接边接边几何接边：1、识别或提取相邻图幅。313233212223111213直接移动突变回缩2-3个点减少突变

第16页，课件共54页，创作于2023年2月中国地质大学信息工程学院

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怡图幅接边前原始数据接边处理图幅接边后数据第17页，课件共54页，创作于2023年2月中国地质大学信息工程学院

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怡第18页，课件共54页，创作于2023年2月中国地质大学信息工程学院

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怡5.1.3属性数据编辑属性数据的输入、增加、修改等操作第19页，课件共54页，创作于2023年2月中国地质大学信息工程学院

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怡5.1数据编辑5.2多边形自动生成5.2.1弧段邻接关系建立5.2.2环的生成5.2.3确定多边形之间的包含关系5.3空间数据的误差分析和校正5.4空间数据的压缩与光滑5.7栅格数据与矢量数据的互相转换第五章地理信息系统的数据处理第20页，课件共54页，创作于2023年2月中国地质大学信息工程学院

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怡5.2多边形自动生成拓扑关系建立手工建立自动建立步骤：自动建立面域、弧段及其节点之间的拓扑关系多采用弧段跟踪法1）链的组织2）节点匹配3）检查多边形是否闭合4）建立多边形第21页，课件共54页，创作于2023年2月中国地质大学信息工程学院

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怡1、链的组织1）找出在链的中间相交的情况，自动切成新链；2）把链按一定顺序存储，并把链按顺序编号。2、结点匹配1）

把一定限差内的链的端点作为一个结点，其坐标值取多个端点的平均值。2）对结点顺序编号。

3、检查多边形是否闭合通过判断一条链的端点是否有与之匹配的端点来进行.多边形不闭合的原因：1）由于结点匹配限差的问题，造成应匹配的端点未匹配；2）由于数字化误差较大，或数字化错误，这些可以通过图形编辑或重新确定匹配限差来确定。3）还可能这条链本身就是悬挂链，不需参加多边形拓扑，这种情况下可以作一标记，使之不参加下一阶段拓扑建立多边形的工作。第22页，课件共54页，创作于2023年2月中国地质大学信息工程学院

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怡1°顺序取一个结点为起始结点，取完为止；取过该结点的任一条链作为起始链。2°取这条链的另一结点，找这个结点上，靠这条链最右边的链，作为下一条链。3°

是否回到起点：是，已形成一多边形，记录之，并转4°；否，转2°。4°取起始点上开始的，刚才所形成多边形的最后一条边作为新的起始链，转2°；若这条链已用过两次，即已成为两个多边形的边，则转1°。例：1°从P1开始，起始链定为P1P2,从P2点算起，P1P2最右边的链为P2P5；从P5算起，P2P5最右边

的链为P5P1,...形成的多边形为P1P2P5P1。2°从P1开始，以P1P5为起始链，形成的多边形为P1P5P4P1。3°从P1开始，以P1P4为起始链,形成的多边形为P1P4P3P2P1。4°

这时P1为结点的所有链均被使用了两次，因而转向下一个结点P2，继续进行多边形追踪，直至所有的结点取完。共可追踪出五个多边形，即A1、A2、A3、A4、A5。4、建立多边形

第23页，课件共54页，创作于2023年2月中国地质大学信息工程学院

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怡5、岛的判断

找出多边形互相包含的情况.1°、计算所有多边形的面积。2°、分别对面积为正的多边形和面积为负的多边形排序。3°、从面积为正的多边形中，顺序取每个多边形，取完为止。4°、找出该多边形所包含的所有面积为负的多边形，并把这些面积为负的多边形加入到包含它们的多边形中，转3°。正面积多边形包含的负面积多边形是关键.1°、找出所有比该正面积多边形面积小的负面积多边形。2°、用外接矩形法去掉不可能包含的多边形。即负面积多边形的外接矩形不和该正面积多边形的外接矩形相交或被包含时，则不可能为该正面积多边形包含。3°、取负面积多边形上的一点，看是否在正面积多边形内，若在内，则被包含；若在外，则不被包含。

单多边形被追踪两次

p1p2p36、确定多边形的属性多边形以内点标识。内点与多边形匹配后,内点的属性常赋于多边形.单多边形是由单条链或由多条链顺序构成的，不与其它多边形相交的多边形第24页，课件共54页，创作于2023年2月中国地质大学信息工程学院

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怡5.1数据编辑5.2多边形自动生成5.3空间数据的误差分析和校正5.3.1空间数据的误差分析5.3.2空间数据的误差校正5.4空间数据的压缩与光滑5.7栅格数据与矢量数据的互相转换第五章地理信息系统的数据处理第25页，课件共54页，创作于2023年2月中国地质大学信息工程学院

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怡5.3.1空间数据的误差分析产品质量？图表精度？精确度？……误差分析方法：分析体系、敏感度分析、蒙特卡罗、空间滤波……第26页，课件共54页，创作于2023年2月中国地质大学信息工程学院

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怡5.3.2空间数据的误差校正二次变换高次变换一次变换消除图纸变形或数字化过程中所产生的随机误差线性变换第27页，课件共54页，创作于2023年2月中国地质大学信息工程学院

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怡二次变换和高次变换适用于原图有非线性变形的情况二次变换高次变换第28页，课件共54页，创作于2023年2月中国地质大学信息工程学院

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怡同素变换

（一次变换）特性：·直线变换后仍为直线，但同一线段上长度比不是常数；·平行线变换后为直线束；·同一线束中经同一割线的交叉比保持不变；

·通过同一割线上相应各点的线束的交叉比保持不变。用于校正由于纸张伸缩和地图定向引起的系统误差第29页，课件共54页，创作于2023年2月中国地质大学信息工程学院

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怡仿射变换

（一次变换）仿射变换：允许图形角度变形，但保留线的平行性.。大多数GIS软件采用仿射变换.是一种一次变换，常用于GIS的坐标变换。特性：·直线变换后仍为直线；·平行线变换后仍为平行线；·不同方向上的长度比发生变化。

求解上式中的6个未知数，需不在一直线上的3对已知控制点，由于误差，需多余观测，所以，用于图幅定向或坐标变换至少需要四对控制点。第30页，课件共54页，创作于2023年2月中国地质大学信息工程学院

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怡5.3.2空间数据的误差校正二次变换高次变换一次变换消除图纸变形或数字化过程中所产生的随机误差线性变换4~7个控制点：用双线性变换8~19个控制点：二次变换20~49个控制点：三次变换50个控制点以上：用四次变换控制点增加，位置精度增加，但计算量加大第31页，课件共54页，创作于2023年2月中国地质大学信息工程学院

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怡几何变换----仿射变换的变形1、比例尺变换（图形缩放）2、坐标旋转3、坐标平移x′=x·Sxy′=y·Sy第32页，课件共54页，创作于2023年2月中国地质大学信息工程学院

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怡缩放第33页，课件共54页，创作于2023年2月中国地质大学信息工程学院

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怡几何变换----仿射变换的变形1、比例尺变换2、坐标旋转3、坐标平移yP（x，y）0xθP′(x′，y′)x′=x•cosθ-y•sinθy′=x•sinθ+y•cosθ第34页，课件共54页，创作于2023年2月中国地质大学信息工程学院

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怡旋转第35页，课件共54页，创作于2023年2月中国地质大学信息工程学院

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怡几何变换----仿射变换的变形1、比例尺变换2、坐标旋转3、坐标平移0yxP（x，y）P′(x′，y′)xyx′=x+Δx′y′=y+Δy′坐标平移和旋转主要解决G1S中设备坐标同用户坐标的不一致，设备坐标之间的不一致问题。第36页，课件共54页，创作于2023年2月中国地质大学信息工程学院

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一般采用4点纠正法或网格纠正法。4点纠正法通过输入4个图幅轮廓控制点坐标来实现变换。当4点纠正法不能满足精度要求时，可选用网格纠正法，以增加采样控制点的个数。例证：地形图的纠正TIC3TIC2TIC1TIC4第37页，课件共54页，创作于2023年2月中国地质大学信息工程学院

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遥感影像图的纠正通常选用同遥感影像图比例尺相同的地形图或正射影像图作变换标准图，在选择好变换方法后，在被纠正的遥感影像图和标准图上分别采集同名地物点，所选的点在图上应分布均匀、点位合适，通常选道路交叉点、河流桥梁等固定设施点，以保证纠正精度。例证2：遥感影像图的纠正第38页，课件共54页，创作于2023年2月中国地质大学信息工程学院

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怡投影变换

目的投影源投影第39页，课件共54页，创作于2023年2月中国地质大学信息工程学院

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怡5.1数据编辑5.2多边形自动生成5.3空间数据的误差分析和校正5.4空间数据的压缩与光滑5.4.1数据压缩5.4.2数据光滑5.7栅格数据与矢量数据的互相转换第五章地理信息系统的数据处理第40页，课件共54页，创作于2023年2月中国地质大学信息工程学院

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怡5.4空间数据的压缩与光滑数据压缩数据光滑图形显示输出数据存储数据压缩光滑节省存储空间，加快处理速度恢复数据，使得图形显示美观第41页，课件共54页，创作于2023年2月中国地质大学信息工程学院

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怡栅格数据压缩矢量数据压缩数据压缩间隔取点法垂距法合并法分裂法第42页，课件共54页，创作于2023年2月中国地质大学信息工程学院

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根据一组离散点，寻找形式较简单、性能良好的曲线解析式。插值方式：曲线通过给定的离散点。如拉格朗日插值，三次样条曲线逼近方式：曲线尽量逼近给定离散点。如贝塞尔曲线和B样条曲线数据光滑第43页，课件共54页，创作于2023年2月中国地质大学信息工程学院

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怡5.1数据编辑5.2多边形自动生成5.3空间数据的误差分析和校正5.4空间数据的压缩与光滑5.7栅格数据与矢量数据的互相转换5.7.1矢量数据转换成栅格数据5.7.2栅格数据转换成矢量数据第五章地理信息系统的数据处理第44页，课件共54页，创作于2023年2月中国地质大学信息工程学院

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怡1、点的转换设矢量数据的一坐标点值为(X，Y)，转成栅格数据其行列值为(I，J)。X0、Y0，表示栅格原点在矢量坐标系中的坐标值。矢量向栅格的转换第45页，课件共54页，创作于2023年2月中国地质大学信息工程学院

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怡2、线的转换1）用点栅格化方法，实现直线的起点和终点坐标点栅格化

用以上点栅格计算公式分别求出矢量数据中直线端点a、b的栅格行列值(ia、ja)和(ib、jb)。2）求出直线段所对应的栅格单元的行列值范围

这里直线段ab所对应的栅格单元的行范围为(ia-ib)；列范围为(ja-jb)。

(x,y)22(x,y)11ba第46页，课件共54页，创作于2023年2月中国地质大学信息工程学院

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怡3）求直线经过的中间栅格数据所在行列值

八方向栅格化：每行或每列上只有一个像元被栅格化行列全路径栅格化：直线经过的所有像元都被栅格化tga=（Y2-Y1）/（X2-X1）

起始列号终止列号

第47页，课件共54页，创作于2023年2月中国地质大学信息工程学院

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就是在矢量表示的多边形边界内部的所有栅格上赋予相应的多边形编号，从而形成栅格数据阵列。转换方法①边界代数算法②内部点扩散法③复数积分算法④射线算法和扫描算法3、多边形数据的栅格化方法第48页，课件共54页，创作于2023年2月中国地质大学信息工程学院

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对任意栅格点数据P，假设其行列号为(I，J)，按下图所示坐标，将其转换为矢量数据，其中心点坐标(x，y)计算公式为：x=x0+△x(J-1/2)y=y0-△y(I-1/2)y0

、x0

表示栅格数据的坐标原点；△x、△y为每个栅格单元对应的边长。

1、点的矢量化栅格向矢量的转换第49页，课件共54页，创作于2023年2月中国地质大学信息工程学院

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线段栅格数据向矢量数据转换的实质是，将具有相同属性值的连续的单元格搜索出来，最后得到细化的一条线。

具体实施时可以先将具有一定粗细的栅格数据线进行细化，使其成为单像素的线段，然后进行矢量化。2、线段的矢量化

第50页，课件共54页，创作于2023年2月中国地质大学信息工程学院

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多边形栅格数据向矢量数据转换的实质是将具有同一属性的单元归为一类