第三章 空间数据处理.ppt

1、第三章空间数据处理，第一节空间数据的转换第二节空间数据结构的转换第三节多元空间数据的融合第四节空间数据的压缩和再分类第五节空间数据的插值方法第六节空间拓扑分析关系的编辑，主要内容，在GIS中空间数据是重要的部分。 整个GIS是围绕空间数据的收集、加工、记忆、分析和表现的展开。 原始空间数据本身通常与数据结构、数据组织、数据表达和您自己的情报系统不匹配，需要转换和处理原始数据。 例如，需要进行心理投射转换、不同数据格式之间的相互转换、数据剪切、连接等处理。 数据转换：从一个数学状态到另一个数学状态的转换。 包括几何修改、投影转换和放射性射线修改。 解决空间数据的几何定位。 重新建构数据：将数据从

2、一种格式转换为另一种格式。 包括结构转换、格式转换、类型替换等。 解决空间数据的结构、格式、类型的统一，实现多源和异构数据的联合与融合。 数据提取：对数据进行条件提取，如类型提取、窗口提取和空间插值，以解决数据的特定需要。 几何地修正原因图的变形(均匀变形、不均匀变形)数字化中的位置移动遥感影像本身存在几何变形心理投射方式的不同振幅扫描实质上确立修正图像和标准图的一对一的对应关系变换方法的精确方法：仿射变换、双线性变换、平方变换， 立方变换等近似方法：橡胶板变换修正步骤修正点数据收集函数按点或网格修正，第1节空间数据的变换、空间数据坐标变换类型：几何变换：主要解决数码原画变形等原因引起的误差，

3、并进行几何对位。 坐标系变换：主要解决G1S中的解老虎钳坐标与用户坐标的不一致、解老虎钳坐标之间的不一致。 射影变换：主要解决地理座标到平面坐标的转换问题。 几何变换和坐标系变换可以通过仿射变换来进行。 基本坐标变换的图像： (a )平移，(b )放大缩小，(c )图形旋转，第1节空间数据坐标变换，第1节空间数据坐标变换，是存在于原始图形媒体上的几何变形，扫描输入时图形不受压迫而产生的倾斜放置，遥感影像自身的几何变形等引起的一、几何修改、图为标准的5万地形图，扫描时图纸倾斜。 仿射变换、相似变换是几何学上常用的方法。 第一节空间数据坐标变换和仿射变换定义为几何上在两个向量空间之间的仿射变换或仿

4、射映射(拉丁语、affinis、 ) .相关)由直线转换和平移组成。 平移变换、x=x x y=y y、类似变换：两个坐标系之间的平移、旋转、缩放。旋转变换、x=xcos-y sin y=xsin y cos、仿射变换可由平移变换和旋转变换构成，比例变换(图形定标)是点通过将其P(x，y )坐标乘以各自的定标系数Sx和Sy来改变到坐标原点的距离如果原点坐标不为零，则x=xSx y=ySy或： x=x0 (x- x0) Sx y=y0 (y- y0) Sy将用于仿射变换或实质上两个坐标系之间的旋转变换。 假设附图变形，x、y两个方向的缩尺不同，x、y的缩尺相同的情况下设为相似变换。 为了保持目标

5、的平行条件，行政许可旋转、平移、倾斜、不均匀缩放等，在仿射变换原理中，如图所示，将x、y设为数字化仪坐标，将x、y设为理论坐标，将m1、m2设为地理图的横向和纵向的实际缩放，两坐标系的角度为数字化仪原点o相对于理论坐标系原点为a0 仿射变换，上式包含a0、a1、a2、b0、b1、b2这6个残奥参数。 为了实现仿射变换，需要知道不在同一直线上的3对测量控制点的数字坐标及其理论坐标值，可以求出上述6个未定残奥参数。用最小二乘法原理求解未定残奥仪表。 关于最小二乘法的计算，请参照相关算法。 第1节空间数据的坐标变换、仿射变换的空间数据，其精度用点的误差表示。 Mp=(x2 y2/n )其中，x=X理

6、论值- X计算值y=Y理论值- Y计算值n是数字化的已知测量控制点的个数。 精度评价、第一节空间数据的坐标变换一般采用4点校正法或网格校正法。 4点补正法通过输入4个图案轮廓测量控制点坐标来实现变换。 当四点校正方法不能满足精度要求时，可以选择网格校正方法来增加采样测量控制点的数量。 实施例1 :地形图的修正、第一节空间数据坐标变换、TIC坐标：元坐标：遥感影像图的修正通常选择与遥感影像图比例尺相同的地形图或者正射影像图作为变换基准图，选择变换方法后， 在修正后的遥感影像图和基准图中分别收集同名掩蔽物点，选择的点在地理图上均匀分布，选择地点适当，通常道路交叉、河桥等固定设施，保证修正精度。 实

7、例2 :修正遥感影像图，第一节空间数据坐标变换，第一节空间数据坐标变换，缩小为地球比例尺并透明的地球仪那样的球体，将发光点置于其球心、球面或者球外，将地球仪上的经线(包括测量控制点和地形、地上物图形)心理投射球外的平面，则成为地理图。 图3-2-3是将地球表面心理投射为平面的透视投影图图。根据第一节空间数据坐标变换、第二、心理投射变换、心理投射面的性质，心理投射为：圆柱心理投射圆锥心理投射方位心理投射，1图心理投射的类型，第一节空间数据坐标变换，圆柱心理投射：圆柱面为投影面，纬线投影为平行直线，经线投影为垂直于纬线且间隔相等的平行直线，两经线的间隔与相应的差成比例方位心理投射：方位心理投射心理

8、投射面为平面，纬线心理投射为同心圆，经线心理投射是同心圆的直径，两经线之间的角度等于对应的经线差。 在第一节空间数据坐标变换中，在上述心理投射中，辅助几何面与地球表面的关系位置不同，因此，的正轴心理投射正轴方位心理投射的心理投射面与轴垂直，正轴圆柱和正轴圆锥心理投射使轴与圆柱轴和圆锥轴重合。 横轴心理投射横轴方位心理投射使心理投射面与赤道的直径垂直，横轴圆柱心理投射和圆锥心理投射使圆柱和圆锥轴与赤道的直径一致。 斜轴心理投射斜轴方位心理投射使心理投射面与地球两极直径和赤道直径以外的任意直径垂直，斜轴圆柱心理投射和圆锥心理投射使圆柱轴和圆锥轴与地球两极直径和赤道直径以外的任意直径重合。第一节空间

9、数据坐标变换、第一节空间数据坐标变换、第一节空间数据坐标变换、第一节空间数据坐标变换、我国常用的地图投影、第一节空间数据坐标变换、(1)正解变换将一个心理投射的x，y坐标直接变换成另一个心理投射的x，y坐标。 (2)反解析变换将一个心理投射的坐标反解析为地理座标(x，yB，l )，实现从一个心理投射的坐标向另一个心理投射坐标的变换(b，l-x，y )。 (3)数值变换基于心理投射到两种变换区域内的多个同名数字点，采用插值法、保留系数法等，实现从一个心理投射坐标向另一个心理投射坐标的变换，双地图投影的变换方法是，在系统使用的数据从不同地图投影的照片取得的情况下，将某个投影的数字数据向所需投影坐标

10、第一节空间数据坐标变换，逆解变换，未定系数法，地图投影变换，等面积伪圆锥心理投射，斜轴等面积方位心理投射，第二节空间数据构造变换，在数据收集中采用矢量数据构造，保证空间实体的几何精度和拓扑分析特性的记述的空间分析主要采用网格数据结合，系统数据的执行速度和分析为了有效地利用不同数据结构的优点，需要数据结构之间的转换。结构变换的意思、变换的种类、向量网格的变换网格向向量的变换、另一方面，向量网格的变换向量数据的基本要素是点、线、面，因此，如果实现点、线、面的变换，则能够几乎解决各种线条图案的变换问题。 由于第二节空间数据结构的变换、向第一、向量网格的变换向量数据的基本要素是点、线、面，所以只要实现

11、点、线、面的变换，就能够几乎解决各种线条图案的变换问题。 1、点的变换将矢量数据的1坐标的标点符号值设为(x，y )，变换为网格数据并将矩阵值设为(I，j )。 Ymax和Xmin表示向量数据的y最大值和x最小值。 第二节空间数据构造的变换：、2、线的变换1 )，为了使用点删格化方法实现直线的起点坐标点删格化，将矢量数据中的直线端点a、b的格子矩阵值(ia，ja )和(ib，jb )通过上述的点网格计算式分别进行2 )与要求的直线段对应的网格单元的矩阵值范围这里与直线段ab对应的网格单元的行范围是(ia - ib ) .列的范围是(ja - jb )。线的变换、b、a、第二节的空间数据结构的变

12、换、3 )直线通过的中间网格数据所在的矩阵值，因为网格数据中的线由相邻的网格单元构成，所以知道了与线对应的网格单元的矩阵值的范围这里，使用已知直线的中间网格深度值I，求出列值j法。 求出I行中心线与直线相交的y值y=y max - y(i 1/2)，其中，y max根据y值使用已知的直线方程式，求出直线上的对应点x的值x=(x2 x1)、(y2- y1) ) (y1) x 1根据x值对应于I行根据以上求出的x值，使用点的栅格旋转变换式，求出与I行对应的j值j=1 Integer(x xmin )x )。 xmin是向量数据x的最小值。 第二节空间数据结构的变换：、第二节空间数据结构的变换，把1

13、和2作为直线段的两个端点，把其坐标分别作为(X1，Y1)和(X2，Y2)。 按一下。 首先，在上述点的删格化方法中，有端点1和2的行、列数字(I1，J1 )和(I2 )， J2 )，将它们设为“涂黑”。如果求出这两个端点位置的行数差和列数差的行数差比列数差大，则按每行求出本行的中心线和通过这两个端点的直线的升交点，如果用上式计算出该网格“涂黑”的行数差在列数差以下，则按每列自列附加了与矢量表现的多边形边界内侧的全部网格相对应的多边形编号，形成了网格数据阵列。 变换方法边界代数算法内点扩散法多积分算法放射性射线算法与扫描算法，3，多边形数据的删格化方法，第二节空间数据结构变换，(1)边界代数算法

14、，边界代数法基于积分推求多边形思想，用简单的代数运算实现多边形向量格变换。 该算法简单可靠，大量使用。 边界代数多边形填充算法适用于将记录拓扑分析关系的多边形向量数据转换为栅格结构。 假设y值沿着边界的行进方向下降，y值为上升。向上时，填充搜索多边形边界曲线的左侧，填充值按从左侧多边形减去右侧多边形的顺序喀呖声。 在下行中，填充搜索多边形边界曲线的左侧(从曲线的行进方向看为右侧)。 填充值等于右多边形减去左多边形。 每次代数运算填充值及其原始值时，都会得到最终的属性值。 第二节空间数据结构变换，下图是边界代数法的填充过程。 其中图(a )是实际的图形。 填充过程是(1)确定网格数，将所有网格设

15、定为0的值，(2)沿圆弧段a上升，如图(b )所示。 填充值(左)=左多边形右多边形=0 1=-1，求出各网格的代数和，得到图(c )，沿着(3)圆弧段b下行，基于图(c )。 填充值(右)=右多边形左多边形=1 0=1，求出各网格的代数和，得到图(d )。 第二节空间数据结构的变换是每多边形从一个内部点(种子点)向其8个方向的邻接点扩散，每个新的加入点在多边形的边界上判断有木有，如果是边界点，则不将新的加入点作为种子点，否则将非边界点的邻接点作为新的种子点作为原来的种子点重复上述步骤，直到所有种子点填充多边形并到达边界。 缺点：计程仪程序设计复杂，需要在网格阵列内搜索，占用内存较多，内存有限

16、时难以采用。 (2)内部点扩散算法的概念、第二节空间数据构造变换、(3)多积分算法、基本概念也称为验证角度之和，即被称为全网格阵列，按每个网格针织面料判断网格所属的多边形和查询密码。 判别方法：从判定对象点对每个多边形的闭合边界计算多个积分。 当积分值为2时，该判定对象点属于该多边形，并被赋予多边形编号(记录属性)。第二节空间数据结构变换、复积分算法的变换步骤、空间平面ABCDE和判定点p，将其投影得到ABCDE和p。 从p到各顶点的直线，形成角度ai。 p的位置判断如下：图(a )、图(b )、第二节空间数据构造变换、建立最小矩形窗的网格尺寸(精度)计算各网格的中心点与矩形窗的各节点的角度之

17、和：变换步骤：又称为第二节空间数据构造变换、基本概念线算法、检查相交数具体而言，是从判定对象点向图外的某点引出放射性射线，判别该放射性射线与某多边形的所有边界交叉的总次数的方法，如果交叉了双位数次，则判定对象点位于该多边形的外部，如果交叉了奇数次，则判定对象点位于该多边形的内部。 扫描算法是放射性射线算法的改进算法。 更改放射性射线以沿网格阵列或行方向扫描，以确定其类似于放射性射线算法。 (4)验证放射性射线算法和扫描算法、第二节空间数据结构变换、相交数的实现，从应判别的网格点p到与y轴平行的放射性射线朝下，计算其放射性射线和多边形ABCD的相交数。 如果升交点为奇数，则网格点p位于多边形的内侧，并被记录，多边形的属性将被赋予该网格点。 图6 b示出了如果相交数是双位数，则网格点p位于多边形外部，不进行记录。 图(a )重复上述步骤，直到所有的网格单元填充多边形为止。第二节空间数据结构变换是为了将自动扫描仪取得的网格数据追加到向量形式的数据库为目的的网格数据的解析结果在向量描绘装置中输出的数据压缩的必要性， 将大量的平面栅格数据转换