第三章空間數(shù)據(jù)的處理PPT課件

1、1,.,第三章 空間數(shù)據(jù)的處理,學(xué)習(xí)目標： 理解幾何糾正，空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插方法，空間數(shù)據(jù)的壓縮與綜合 理解和掌握空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之間的轉(zhuǎn)換，多源空間數(shù)據(jù)的融合 了解圖幅數(shù)據(jù)邊沿匹配處理 重點：矢量向柵格的轉(zhuǎn)換和柵格向矢量的轉(zhuǎn)換。 難 點：矢量與柵格數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換,2,.,第三章 空間數(shù)據(jù)的處理,數(shù)據(jù)處理是指對數(shù)據(jù)進行收集、篩選、排序、歸并、轉(zhuǎn)換、存儲、檢索、計算、以及分析、模擬和預(yù)測等等操作，涉及的內(nèi)容廣泛，一般包括數(shù)據(jù)變換、數(shù)據(jù)重構(gòu)、數(shù)據(jù)提取等內(nèi)容。 數(shù)據(jù)變換指數(shù)據(jù)從一種數(shù)學(xué)狀態(tài)到另一種數(shù)學(xué)狀態(tài)的變換，包括幾何糾正、投影轉(zhuǎn)換和輻射糾正等，以解決空間數(shù)據(jù)的幾何配準。 數(shù)據(jù)重構(gòu)指數(shù)據(jù)從一種格式到另一種

2、格式的轉(zhuǎn)換，包括結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換、格式變換、類型替換等，以解決空間數(shù)據(jù)在結(jié)構(gòu)、格式和類型上的統(tǒng)一，實現(xiàn)多元和異構(gòu)數(shù)據(jù)的聯(lián)接與融合。 數(shù)據(jù)提取指對數(shù)據(jù)進行某種有條件的提取，包括類型提取、窗口提取、空間內(nèi)插等，以解決不同用戶對數(shù)據(jù)的特定需求。,3,.,第三章 空間數(shù)據(jù)的處理,第一節(jié) 空間數(shù)據(jù)的變換 第二節(jié) 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換 第三節(jié) 多元空間數(shù)據(jù)的融合 第四節(jié) 空間數(shù)據(jù)的壓縮與重分類 第五節(jié) 空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插方法 第六節(jié) 空間拓撲關(guān)系的編輯,4,.,第一節(jié) 空間數(shù)據(jù)的變換,空間數(shù)據(jù)坐標系轉(zhuǎn)換的實質(zhì)是建立兩個平面點之間的一一對應(yīng)關(guān)系，包括幾何糾正和投影轉(zhuǎn)換。,幾何糾正 幾何糾正是指對數(shù)字化原圖數(shù)據(jù)進行的坐標系

3、轉(zhuǎn)換和圖紙變形誤差的改正，以實現(xiàn)與理論值的一一對應(yīng)關(guān)系； 幾何糾正的方法包括仿射變換、相似變換、二次變換和高次變換等。,5,.,仿射變換,仿射變換是GIS數(shù)據(jù)處理中使用最多的一種幾何糾正方法。它的主要特征為：同時考慮到地圖因變形而引起的實際比例尺在x和y方向上都不相同，因此具有圖紙變形的糾正功能。 坐標變換原理：,Y,O,X,b0,O,y,x,a0,如圖，設(shè)x,y為數(shù)字化儀坐標，X,Y為理論坐標，m1 、 m2 為地圖橫向和縱向的實際比例尺，兩坐標系夾角為 ，數(shù)字化儀原點O相對于理論坐標系原點平移了a0、b0。,6,.,：,.,7,根據(jù)圖形變換原理，得出坐標變換公式：,式中，設(shè),則上式可簡化為

4、,.,8,由簡化式中可以看到含有6個參數(shù)，要實現(xiàn)仿射變換，需要知道不在同一直線上的3對控制點的數(shù)字化坐標及其理論值，才能求得6個待定參數(shù)。但實際上常采用多于3個以上的點來進行幾何糾正。通常采用最小二乘法原理來求解待定參數(shù)： 設(shè) 、 表示轉(zhuǎn)換坐標與理論坐標之差，則有,.,9,按照 和 的條件，可得到兩組法方程：,和,式中：n為控制點個數(shù)；x、y為控制點的數(shù)字化坐標；X、Y為控制點的理論坐標。由上面法方程，通過消元法，可求出六個待定參數(shù),10,.,仿射變換舉例,11,.,二次多項式,.,12,投影轉(zhuǎn)換 投影轉(zhuǎn)換是指當(dāng)系統(tǒng)使用來自不同地圖投影的圖形數(shù)據(jù)時，需要將該投影的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為所需要投影的坐標數(shù)據(jù)

5、； 投影轉(zhuǎn)換的方法包括： 正解變換 反解變換 數(shù)值變換,通過建立兩個投影的解析關(guān)系式，直接把一種投影坐標 ( x , y ) 變換成另一種投影的坐標 (X，Y）,由一種投影的坐標 (x,y)反解出地理坐標（B,L) ，然后再將地理坐標代入另一種投影公式中，求出該投影下的直角坐標（X,Y)，從而實現(xiàn)由一種投影坐標到另一種投影坐標的變換（x,y X,Y）。,根據(jù)兩種投影在變換區(qū)內(nèi)若干同名的坐標點，采用插值法、有限差分法、待定系數(shù)法等，實現(xiàn)不同投影之間的轉(zhuǎn)換。,.,13,矢量與柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)比較,第二節(jié) 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換,14,.,數(shù)據(jù)采集采用矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，有利于保證空間實體的幾何精度和拓撲特性的描

6、述； 空間分析則主要采用柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，有利于加快系統(tǒng)數(shù)據(jù)的運行速度和分析應(yīng)用的進程。,應(yīng)用原則,15,.,由矢量向柵格的轉(zhuǎn)換 矢量向柵格轉(zhuǎn)換處理的根本任務(wù)就是把點、線或面的矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的柵格數(shù)據(jù)，即柵格化。根據(jù)轉(zhuǎn)換處理時，基于弧段數(shù)據(jù)文件和多邊形數(shù)據(jù)文件的不同，分別采用不同的算法。 矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成柵格數(shù)據(jù)后，圖形的幾何精度必然要降低，所以選擇柵格尺寸的大小要盡量滿足精度要求，使之不過多的損失地理信息。為了提高精度，柵格需要細化，但數(shù)據(jù)量將以平方指數(shù)遞增，因此，精度和數(shù)據(jù)量是確定柵格大小的最重要的影響因素。,16,.,柵格化過程包括以下操作：,選擇單元的大小和形狀； 將點和線實體角點的笛卡

7、爾坐標轉(zhuǎn)換到預(yù)定分辨率和已知位置的矩陣中； 利用單根掃描線（沿行或列）或一組相連接的掃描線去測試線狀要素與單元邊界的交叉點，并記錄穿過交叉點的柵格單元個數(shù)； 測試多邊形時，先測試角點，再對剩下線段進行二次掃描，到達邊界位置時，記錄其位置與屬性值。,.,17,（一）點的柵格化 設(shè)矢量坐標點（x，y），轉(zhuǎn)換后的柵格單元行列值為（I，J），則有,18,.,b線的轉(zhuǎn)換,線的矢量數(shù)據(jù)是由多個直線段數(shù)據(jù)組成的，因此，線矢量數(shù)據(jù)向柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的核心就是對任一直線段如何將矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為柵格數(shù)據(jù)。,1、八方向柵格法。設(shè)直線段兩端點的矢量坐標分別為P1(X1,Y1)、P2(X2,Y2)。首先將直線段兩端點按上述點

8、轉(zhuǎn)換方法得到相應(yīng)的行列號，其次求出兩端點的行數(shù)差和列數(shù)差。分兩種情況：,.,19,第一種情況，若行數(shù)差大于列數(shù)差，則逐行分別地求出該行中心線與直線段的交點，即,式中，Yi為該行中心線的Y坐標。然后，再將所求出的交點按上述點轉(zhuǎn)換方法得到相應(yīng)的行列號。,第二種情況，若列數(shù)差大于行數(shù)差，則逐列分別地求出該列中心線與直線段的交點，即,式中，Xi為該列中心線的X坐標。然后，再將所求出的交點按上述點轉(zhuǎn)換方法得到相應(yīng)的行列號。,20,.,面的柵格化基于弧段數(shù)據(jù)的柵格化方法,轉(zhuǎn)換計算：任務(wù)是將任意的x,y坐標轉(zhuǎn)換為由行號（I）和列號（J）表示的柵格數(shù)據(jù)。 方法：1、采用按行或按列對整個柵格化范圍作 中心掃描線

9、，求出與所有矢量多邊形的邊界弧段 的交點坐標。 2、采用點的柵格化方法求出交點的行列值，并 判斷交點左右多邊形的數(shù)值。 3、通過對一行所有交點按其坐標x值從小到大進 行排序，并參照左右多邊形配對情況，逐段生成 柵格數(shù)據(jù)。直到全部掃描線都完成轉(zhuǎn)換為止。,.,21,A,G,B,C1,C2,(xi,yi),(x2,y2),(x3,y3),掃描線,y=y0,如圖，設(shè)y0為通過某個柵格帶中心的掃描線，該掃描線與兩弧段的交點為(xi,yi)和(xi+1,yi+1)，則根據(jù)兩直線方程：,(xi+1,yi+1),(x1,y1),和,可求得交點(xi,yi)和(xi+1,yi+1)。,.,22,將它們轉(zhuǎn)換為柵格

10、數(shù)據(jù)的行號（I）和列號（J），對應(yīng)于交點(xi,yi)的行列號分別為： 對應(yīng)于交點(xi+1,yi+1)的行列號分別為：,進而可確定兩交點間的柵格列數(shù)及其屬性值。,23,.,基于多邊形數(shù)據(jù)的柵格化方法,原理：針對實體結(jié)構(gòu)的多邊形矢量數(shù)據(jù)柵格化的。是以非拓撲的實體多邊形作為柵格化的處理單元，將一個多邊形的內(nèi)部柵格單元賦予多邊形的屬性值。包括：內(nèi)點填充法、邊界代數(shù)法和包含檢驗法等。,內(nèi)點填充法：首先按線的柵格化方法把多邊形的邊界柵格化，然后在多邊形的內(nèi)部找一點作為內(nèi)點，從該點出發(fā)，向外填充多邊形區(qū)域，直到邊界為止。,.,24,邊界代數(shù)法：沿著多邊形實體的邊界環(huán)繞多邊形一圈，當(dāng)向上環(huán)繞的時候，把邊界

11、左邊一行中所有的柵格單元的數(shù)值都減去屬性值，當(dāng)向下環(huán)繞的時候，把邊界左邊一行中所有的柵格單元的數(shù)值都加上屬性值，則多邊形外部的柵格正負數(shù)值抵消，而內(nèi)部的柵格被賦予屬性值。（圖示）,包含檢驗法：對每個柵格單元，逐個判定其是否包含在某個實體多邊形之內(nèi)，若包含在某個多邊形之內(nèi)，則將多邊形的屬性值賦給該柵格單元。點在多邊形內(nèi)的判定有兩種方法：檢驗夾角之和和檢驗交點數(shù)。,25,.,圖a)為實際圖形，填充過程如下： (1)確定格網(wǎng)數(shù)，并將全部格網(wǎng)置為0值，如圖(b)所示； (2)沿弧段a上行，在圖(b)的基礎(chǔ)上。左邊減去屬性值， 得到圖(c)： (3)沿弧段b下行， 在圖(c)的基礎(chǔ)上。 左邊加上屬性值，

12、 求各網(wǎng)格的代數(shù) 和，得到圖(d)。,.,26,基于多邊形數(shù)據(jù)的柵格化方法,包含檢驗法檢驗夾角之和和檢驗交點數(shù),檢驗夾角之和：設(shè)平面圖形ABCDE和待判定的柵格點P，令i分別為APB , BPC, CPD, ,如果 ，則P在多邊形之外，如果 ，則P在多邊形內(nèi)。,檢驗交點數(shù)：由任一待判別的柵格點P向下作與y軸平行的射線，計算射線與多邊形ABCDE的交點數(shù)。若交點數(shù)為偶數(shù)，則柵格點P在多邊形之外，不予記錄；若交點數(shù)為奇數(shù)，則柵格點P在多邊形之內(nèi)，予以記錄，并將多邊形的屬性賦予該柵格點。,27,.,由柵格向矢量的轉(zhuǎn)換 柵格向矢量轉(zhuǎn)換處理的目的：是為了將柵格數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，通過矢量繪圖裝置輸出，或者為

13、了數(shù)據(jù)壓縮的需要，將大量的面狀柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為由少量數(shù)據(jù)表示的多邊形邊界，主要的目的是將自動掃描儀獲取的柵格數(shù)據(jù)加入矢量形式的數(shù)據(jù)庫。 轉(zhuǎn)換處理算法：基于圖像數(shù)據(jù)的矢量化方法和基于再生柵格數(shù)據(jù)的矢量化方法。,28,.,基于圖像數(shù)據(jù)的矢量化方法,轉(zhuǎn)換步驟： 1、二值化。線化圖形掃描后得到了不同灰度值G(I,j)的柵格數(shù)據(jù)，為了將這種256或128級不同灰階壓縮到2個灰階，即0和1兩級，首先要在最大與最小灰階之間定義一個閾值T，則根據(jù)下式就得到二值圖。,二值化閾值確定方法：經(jīng)驗法、直方圖人機交互法和數(shù)理統(tǒng)計法。,29,.,2、細化。細化就是為了消除線化橫斷面柵格數(shù)的差異，使得每一條線只保留代表其軸線

14、或周圍輪廓線位置的單個柵格的寬度。剝離法的實質(zhì)是從曲線的邊緣開始，由上而下，自左到右一次選3 3個象元，進行分析，每次剝掉等于一個柵格寬的一層，直到最后留下彼此連通的由單個柵格點組成的圖形。因為一條線在不同位置可能有不同的寬度，故在剝皮過程中必須注意一個條件，即不允許剝?nèi)?dǎo)致曲線不連通的柵格。 （3 3柵格組合圖有51種排列方式）（如下圖）,30,.,3、跟蹤。目的是將寫入數(shù)據(jù)文件的細化處理后的柵格數(shù)據(jù)，整理為從節(jié)點出發(fā)的線段或閉合的線條，并以矢量形式存儲于特征柵格點中心的坐標。跟蹤時，從圖幅西北角開始，按順時針或逆時針方向，從起始點開始，根據(jù)八個鄰域進行搜索，依次跟蹤相鄰點。并記錄節(jié)點坐標

15、，然后搜索閉曲線，直到完成全部柵格數(shù)據(jù)的矢量化，寫入矢量數(shù)據(jù)庫。,31,.,灰度圖,二值圖,細化圖,跟蹤圖,32,.,基于再生柵格數(shù)據(jù)的矢量化方法,再生柵格數(shù)據(jù)是根據(jù)弧段數(shù)據(jù)或多邊形數(shù)據(jù)生成的柵格數(shù)據(jù)，這種再生柵格數(shù)據(jù)的矢量化其主要目的時為了通過矢量繪圖裝置輸出，具體的矢量化算法如下： 首先：在柵格數(shù)據(jù)中搜索多邊形邊界弧段相交的節(jié)點位置。 其次：建立對類型邊界柵格單元的追蹤算法，尋找同質(zhì)區(qū)的閉合界限，同時計算其坐標，并整理成有序的坐標數(shù)組。 最后：將跟蹤得到的弧段數(shù)據(jù)連接組織成多邊形。,33,.,建立拓撲關(guān)系,在圖形修改完畢之后，就意味著可以建立正確的拓撲關(guān)系，拓撲關(guān)系可以由計算機自動生成，目

16、前大多數(shù)GIS軟件也都提供了完善的拓撲功能；但是在某些情況下，也需要對計算機創(chuàng)建的拓撲關(guān)系進行手工修改。通常建立拓撲關(guān)系時只需要關(guān)注實體之間的連接、相鄰關(guān)系，而節(jié)點的位置、弧段的具體形狀等非拓撲屬性不會影響拓撲的建立過程。,以多邊形拓撲關(guān)系建立為例，多邊形拓撲關(guān)系的表達需要描述以下實體之間的關(guān)系： 多邊形的組成弧段； 弧段左右兩側(cè)的多邊形，弧段兩端的節(jié)點； 節(jié)點相連的弧段。,.,34,多邊形拓撲建立過程,如圖中共有4個節(jié)點，以A、B、C、D表示；6條弧段，用數(shù)字表示；以及I、II、III三個多邊形。首先定義以下概念： 由于弧段是有方向的，算法 中將弧段起始節(jié)點稱為首 節(jié)點Ns(A)，而終止節(jié)點

17、為尾 節(jié)點NE(A)； 考慮到弧段的方向性，沿弧 段前進方向，將其相鄰的多邊 形分別定義為左多邊形和右多 邊形PL(A)和PR(A)。,35,.,在建立拓撲之前，首先將所有弧段的左右多邊形（在實現(xiàn)中，可以用多邊形的編碼表示）都設(shè)置為空；然后對每個節(jié)點計算與其相連弧段的在連接處的角度,并進行排序（注意，這個排序是循環(huán)的）如下表 。,36,.,建立拓撲的算法如下：,（1）得到第一條弧段A，并設(shè)置為當(dāng)前弧段； （2）判斷PL(A)和PR(A)是否為空。如果都非空，轉(zhuǎn)到第一步，當(dāng)所有弧段處理完畢后，算法結(jié)束； （3）如果左多邊形為空，則創(chuàng)建一個新的多邊形P，多邊形的第一條弧段為當(dāng)前弧段，并設(shè)置PL(A

18、)=P，設(shè)置搜尋起始節(jié)點為Ns(A)，搜尋當(dāng)前節(jié)點為NE(A)。如果右多邊形為空，則創(chuàng)建一個新的多邊形P，多邊形的第一條弧段為當(dāng)前弧段，并設(shè)置PR(A)=P，設(shè)置搜尋起始節(jié)點N0=NE(A)，搜尋當(dāng)前節(jié)點NC=NS(A)。 （4）判斷N0和NC是否相等，如果是，則多邊形所有弧段都已經(jīng)找到，轉(zhuǎn)到第一步。,37,.,（5）檢查與當(dāng)前節(jié)點相連接的、已經(jīng)排列好的弧段序列，將當(dāng)前弧段的下一條弧段A作為多邊形的第二條弧段。 （6）如果NC=NS(A)，設(shè)置PL(A)=P，NC=NE(A)；如果NC= NE(A)，設(shè)置PR(A)=P，NC=NS(A)，轉(zhuǎn)到第四步。,續(xù),如圖，如果從弧段4開始搜尋，找到節(jié)點C

19、后，根據(jù)弧段的排序，下一條弧段是2；然后找到節(jié)點A，弧段1，整個搜尋結(jié)束，建立多邊形I，其組成弧段為4、2、1。,38,.,柵格矢量化舉例（柵格數(shù)據(jù)）,.,39,柵格矢量化得到的弧段數(shù)據(jù),40,.,弧段數(shù)據(jù)自動生成多邊形,.,41,2003年SPOT影像分類圖,42,.,2003年柵格轉(zhuǎn)向矢量圖,43,.,第三節(jié) 多源空間數(shù)據(jù)的融合,由于地理數(shù)據(jù)的多語義性、多時空性、多尺度性、獲取手段的多樣性、存儲格式的不同以及數(shù)據(jù)模型與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的差異等，導(dǎo)致多源數(shù)據(jù)的產(chǎn)生，給數(shù)據(jù)的采集和信息共享帶來困難，為了實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的共享，多源數(shù)據(jù)融合已成為GIS設(shè)計者和用戶的共同要求。,.,44,遙感與GIS數(shù)據(jù)的融

20、合：,遙感圖像與圖形的融合。經(jīng)過正射糾正后的遙感影像，與數(shù)字地圖信息融合，可產(chǎn)生影像地圖。這種地圖具有一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，有豐富的光譜信息與幾何信息，又有行政界限和屬性信息，直接提高了用戶的可視化效果。 遙感數(shù)據(jù)與DEM的融合。DEM代表精確的地形信息，它與遙感數(shù)據(jù)的融合，有助于實施遙感影像的幾何校正與配準，消除遙感圖像中因地形起伏所造成的像元位移，提高遙感圖像的定位精度，同時DEM可參與遙感圖像的分類，改善分類精度。 遙感圖像與地圖掃描圖像的融合。將地圖掃描圖像與遙感圖像配準疊加，可以從遙感圖像中快速發(fā)現(xiàn)已發(fā)生變化的區(qū)域，進而實現(xiàn)GIS數(shù)據(jù)庫的自動/ 半自動快速更新。,.,45,不同格式數(shù)據(jù)的融

21、合,由于GIS軟件的多樣性，每種GIS軟件都有自己特定的數(shù)據(jù)模型，造成數(shù)據(jù)存儲格式和結(jié)構(gòu)的不同。 目前不同GIS軟件系統(tǒng)使用的空間數(shù)據(jù)格式主要有： ESRI公司的ARC/INFO Coverge、ArcShape Files、EOO格式； Autodesk公司的DEF和DWG格式； MapInfo公司的TAB、MIF格式； Intergraph公司的DGN格式等等。,46,.,不同格式數(shù)據(jù)之間的融合主要方法：,基于轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)融合。這種模式下，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換一般通過交換格式進行（如圖 單一數(shù)據(jù)庫集成多源數(shù)據(jù)模式）。如：要將MapInfo的Tab文件轉(zhuǎn)換到ARC/INFO的Coverge，首先需要使用

22、MapInfo軟件將Tab文件輸出為EOO或DXF文件，然后運行ARC/INFO將EOO或DXF文件轉(zhuǎn)換為ARC/INFO的Coverge。 存在的主要問題：數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程復(fù)雜，轉(zhuǎn)換次數(shù)頻繁，系統(tǒng)內(nèi)部格式需要公開，但轉(zhuǎn)換采用的技術(shù)不公開等。,47,.,分析處理器,數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器,數(shù)據(jù)字典,屬性數(shù)據(jù)庫,圖形數(shù)據(jù)庫,交換格式,交換格式,交換格式,交換格式,數(shù)據(jù)源1,數(shù)據(jù)源2,數(shù)據(jù)源k,用戶1,用戶2,用戶n,48,.,基于數(shù)據(jù)標準的數(shù)據(jù)融合。采用一種空間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換標準來實現(xiàn)多源GIS數(shù)據(jù)的融合。這種轉(zhuǎn)換方法能處理多個數(shù)據(jù)集，轉(zhuǎn)換次數(shù)少，系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)格式不需公開，但轉(zhuǎn)換采用的技術(shù)需要公開等。如：美國國家

23、空間數(shù)據(jù)協(xié)會（NSDI）制定了統(tǒng)一的空間數(shù)據(jù)格式規(guī)范（SDTS）,包括幾何坐標、投影、拓撲關(guān)系、屬性數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)字典，也包括柵格和矢量等不同空間數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換標準。,49,.,基于公共接口的數(shù)據(jù)融合，又叫數(shù)據(jù)互操作模式。 接口相當(dāng)于一種規(guī)程，它是大家都遵守并達成統(tǒng)一的標準。在接口中不僅要考慮數(shù)據(jù)格式和數(shù)據(jù)處理，而且還要提供對數(shù)據(jù)處理應(yīng)采用的協(xié)議，各個系統(tǒng)通過共同接口相互聯(lián)系，而且允許各自系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)處理各不相同（如圖）。主要特點是獨立于具體平臺，轉(zhuǎn)換技術(shù)高度抽象，數(shù)據(jù)格式不需公開，代表著數(shù)據(jù)共享技術(shù)的發(fā)展方向。如：OGC（Open GIS Consortium）為數(shù)據(jù)互操作制定了統(tǒng)一的

24、規(guī)范，從而使一個系統(tǒng)同時支持不同的空間數(shù)據(jù)格式成為可能。,50,.,協(xié)議及分布式計算環(huán)境,系統(tǒng)A,系統(tǒng)B,系統(tǒng)C,公共接口,公共接口,公共接口,系統(tǒng)1,系統(tǒng)2,系統(tǒng)3,公共接口,公共接口,公共接口,基于直接訪問的數(shù)據(jù)融合。 指在一個GIS軟件中實現(xiàn)對其他軟件數(shù)據(jù)格式的直接訪問，用戶可以使用單個GIS軟件存取多種數(shù)據(jù)格式。直接數(shù)據(jù)訪問不僅避免了繁瑣的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，而且在一個GIS軟件中訪問某種軟件的數(shù)據(jù)格式，不要求用戶擁有該數(shù)據(jù)格式的宿主軟件，更不需要該軟件的運行，這為多源數(shù)據(jù)的融合提供了更為使用便捷的支持。,51,.,關(guān)系數(shù)據(jù)庫,GIS數(shù)據(jù),Geomedia支持多源數(shù)據(jù)示意圖,52,.,第四節(jié) 空

25、間數(shù)據(jù)的壓縮與重分類,壓縮軟件:原數(shù)據(jù)信息基本不丟失而且可以大大節(jié)省存貯空間，缺點是壓縮后的文件必須在解壓縮后才能使用。 數(shù)據(jù)消冗處理:原數(shù)據(jù)信息不會丟失，得到的文件可以直接使用，缺點是技術(shù)要求高，工作量大，對冗余度不大的數(shù)據(jù)集合效用小。 用數(shù)據(jù)子集代替數(shù)據(jù)全集:在規(guī)定的精度范圍內(nèi),從原數(shù)據(jù)集合中抽取一個子集，缺點以信息損失為代價，換取空間數(shù)據(jù)容量的縮小。,數(shù)據(jù)壓縮途徑,數(shù)據(jù)壓縮的目的：一、節(jié)省存儲空間；二、節(jié)省處理時間。,53,.,空間數(shù)據(jù)壓縮定義：即從所取得的數(shù)據(jù)集合S中抽出一個子集A，這個子集作為一個新的信息源，在規(guī)定的精度范圍內(nèi)最好地逼近原集合，而又取得盡可能大的壓縮比a。 式中：m為

26、曲線的原點數(shù)，n為曲線經(jīng)壓縮后的點數(shù)。 壓縮比表示曲線信息載量減少的程度，顯然，a值的大小，既與曲線的復(fù)雜程度、縮小倍數(shù)、精度要求、數(shù)字化取點的密度等因素有關(guān)，又與數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)本身有關(guān)。,.,54,曲線上點的壓縮,特征點篩選法：篩選抽取曲線特征點，并刪除全部多余點以達到節(jié)省存貯空間的目的，它是以信息丟失為代價，換取空間數(shù)據(jù)容量的縮小。 原理：,設(shè)曲線由點序 構(gòu)成，則給定反映其坐標值的兩數(shù)組 和 。 在自動抽取特征點時，處理區(qū)間由PM(起點)到PN （終點）。根據(jù)一條曲線的起點和終點建立直線方程：,M(1),N(2),3,6,5,7,8,.,55,化成一般式Ax+By+C=0 其中：,若Pi為P

27、M到PN間任一一點，則有 為Pi到直線PMPN的距離。,.,56,取 （約定等值時取第一個），并給開關(guān)量P賦值 即 式中，為控制數(shù)據(jù)壓縮的極差（被舍去點距離取點連線之間的最大偏差，一般取為0.2mm）。當(dāng)P0時， PN作為留取點抽出，并依次排在前一個流取點之后。這樣，M、N的初始值是1和R，以后，當(dāng)某段曲線不能以直線逼近時，則進一步處理從原起點到偏差最大點之間的曲線段；反之，則再處理原終點到距其最近一個被記錄點間的一段，直至多余點全部被刪除，以實現(xiàn)曲線信息量的壓縮。,.,57,矢量數(shù)據(jù)壓縮技術(shù),垂距法 偏角法 道格拉斯普克法 光欄法,.,58,矢量數(shù)據(jù)壓縮技術(shù),垂距法,垂距法的基本算法是：從任

28、一個端點起，每次順序取曲線上的三個點，計算中間點與其他兩點這線的垂線距離D，并與限差d比較。若Dd，則中間點保留。然后順序取下三個點繼續(xù)處理，直到這條線結(jié)束(如下圖所示)。,.,59,偏角法,偏角法的基本算法是：從任一個端點起，每次順序取曲線上的三個點，計算中間點與其他兩點連線的夾角并與限差比較。若，則中間點去掉；若，則中間點保留然后順序取下三個點繼續(xù)處理，直到這條線結(jié)束(如下圖)。,.,60,(3)道格拉斯普克法,若Dmaxd，則這條曲線上的中間點全部舍去；反之，保留D max對應(yīng)的坐標點，并以該點為界，把曲線分為兩部分，對這兩部分重復(fù)使用該方法（如上圖）。,道格拉斯普克法可以看成是垂距法的

29、推廣，其基本算法是將一條曲線的首末端點虛連一條直線，求其余所有點與直線的距離，并找出最大距離值D max，用Dmax與限差d相比較。,.,61,光欄法,其基本思想是：以當(dāng)前點為頂點，在后續(xù)點的方向上定義一個光欄區(qū)域、通過判斷曲線上的點在光欄外還是在光欄內(nèi)，確定該點是保留還是舍去(如下圖所示)。,.,62,設(shè)有曲線上的點列Pi，i1,2,n，光欄口徑為d(可根據(jù)需要自己定義大小)，則光欄法的實施步驟為： 連接Pl和P2點，過P2點作一條垂直于P1P2的直線，在該垂線上取兩點a1和a2，使a1P2a2P2 d2，這里a1和a2為“光欄”邊界點，Pl與a1、Pl與a2的連線為以Pl為頂點的光欄的兩條

30、邊，這就定義了一個光欄(該光欄的口朝向曲線的前進方向，邊長是任意的)。,若P3點在光欄內(nèi)，則舍去P2點。然后連接P1和P3，過P3作P1P3的垂線，該垂線與前面定義的光欄邊交于c1和c2。在垂線上找到b1和b2點，使P3b1P3b2d/2，若b1或b2點落在原光欄外面，則用c1或c2取代（如上圖由c2取代b2）。此時用P1b1和P1c2定義了一個新的光欄，一個口徑（b1c2）縮小了的“光欄”。 檢查曲線的下一曲線點，若該點在新光欄內(nèi)，則重復(fù)第二步；直到發(fā)現(xiàn)有一個點在最新定義的光欄外為止。,.,63,當(dāng)發(fā)現(xiàn)在光欄外的節(jié)點如圖中的P4，此時保留P3點，以P3作為新起點，重復(fù)第一步至第三步。如此繼續(xù)

31、下去，直到整個點列檢測完畢為止。所有被保留的曲線點(含首點、末點)，順序地構(gòu)成了簡化后的新點列。,上述幾種矢量數(shù)據(jù)的壓縮方法各有優(yōu)劣：,大多數(shù)情況下道格拉斯普克法的壓縮算法較好，但必須在對整條曲線同時進行計算，且計算量較大；光欄法的壓縮算法也很好，并且可在數(shù)字化時實時處理、每次判斷下一個數(shù)字化的點，且計算雖較??；垂距法和偏角法簡單、速度快，但有時會將曲線的特征點去掉而導(dǎo)致曲線形態(tài)失真。,.,64,面域柵格數(shù)據(jù)的壓縮,掃描數(shù)字化數(shù)據(jù)、矢量柵格轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)以及DTM數(shù)據(jù)等。柵格數(shù)據(jù)分辨率與柵格數(shù)據(jù)量之間，呈平方指數(shù)率的函數(shù)關(guān)系。 壓縮方法： 鏈碼 游程長度編碼 塊碼 四插樹編碼等,.,6

32、5,空間數(shù)據(jù)的重分類,當(dāng)需要進行特定的數(shù)據(jù)分析時，通常需要對從數(shù)據(jù)庫中提取的數(shù)據(jù)作定向處理，這些定向處理包括數(shù)據(jù)屬性的重新分類、空間圖形的化簡，以構(gòu)成數(shù)據(jù)新的使用形式。,由于數(shù)據(jù)屬性的重新分類和空間圖形的化簡，一些相鄰界線需要刪除，然后重新組合弧段形成新的多邊形。,66,.,（a）原始屬性數(shù)據(jù),（b）重新分類的屬性數(shù)據(jù),（c）鄰接線段刪除數(shù)據(jù),（d）屬性壓縮數(shù)據(jù),黃砂土,黑砂土,棕紅壤,石質(zhì)土,板漿白土,淀砂土,灰泥土,老紅土,換碼操作,A,A,A,A,A,A,B,B,B,B,B,B,C,C,C,C,C,B,A,數(shù)據(jù)綜合的過程,67,.,面域之間界線的自動刪除，可以通過構(gòu)成每一面域的線段鏈，刪

33、去其中共同的線段，然后重新建立合并多邊形的線段鏈表。,4,11,15,6,20,21,22,P1,P2,P1 P2 P1 + P2 4 21 21 6 + 22 = 22 15 6 11 11 20 4 20 15,面域公共邊界線的自動刪除,68,.,第五節(jié) 空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插方法,空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插描述：設(shè)已知一組空間數(shù)據(jù)，它們可以是離散點的形式，也可以是分區(qū)數(shù)據(jù)的形式，現(xiàn)在要從這些數(shù)據(jù)中找到一個函數(shù)關(guān)系式，使該關(guān)系式最好地逼近這些已知的空間數(shù)據(jù)，并能根據(jù)該函數(shù)關(guān)系式推求出區(qū)域范圍內(nèi)其他任意點或任意分區(qū)的值。 空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插：就是通過已知點或分區(qū)的數(shù)據(jù)，推求任意點或分區(qū)數(shù)據(jù)的方法。根據(jù)已知點和已知分

34、區(qū)數(shù)據(jù)的不同，將空間數(shù)據(jù)內(nèi)插分為點的內(nèi)插和區(qū)域的內(nèi)插。被廣泛應(yīng)用于等值線自動制圖、數(shù)字高程模型的建立、不同區(qū)域界限現(xiàn)象的相關(guān)分析和比較研究等等。,69,.,點的內(nèi)插,點的內(nèi)插是研究具有連續(xù)變化特征現(xiàn)象（例如地面高程等）的數(shù)值內(nèi)插方法。,70,.,但是不論采用那種內(nèi)插方法，建立按一定網(wǎng)格（三角網(wǎng)、格網(wǎng)等）形式排列的地面點高程數(shù)據(jù)，一般需要經(jīng)過數(shù)據(jù)取樣、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)記錄三個過程。 數(shù)據(jù)取樣是指數(shù)據(jù)點的選取和坐標的確定； 數(shù)據(jù)處理是以數(shù)據(jù)點作為控制基礎(chǔ)，用某一數(shù)學(xué)模型來模擬地表面，進行內(nèi)插加密計算，確定三角網(wǎng)或格網(wǎng)節(jié)點處的特征值； 數(shù)據(jù)記錄是將建立的節(jié)點特征值記錄于存儲器內(nèi)，以供分析應(yīng)用。,點的內(nèi)

35、插,.,71,數(shù)據(jù)取樣,取樣點可以按地性線（山脊線、山谷線、坡度變換線），沿等高線或沿斷面線布設(shè)，將數(shù)據(jù)點選擇在地性線坡度改變處，或沿等高線在方向改變的地點，即根據(jù)地形變化取點，所采取的點應(yīng)落在地形特征點上，以至能很好地表達地表面形態(tài)，也叫著隨機取樣方案。 具體取樣時，利用數(shù)字化儀獲取等高線上具有特征意義的各點的x、y、z數(shù)據(jù)，并分別建立包含這三種數(shù)據(jù)的等高線目標文件及每條等高線的索引文件。,.,72,例：,LL 等高線高程（Z）值 LG 等高線目標文件的區(qū)號（每區(qū)由1000各記錄組成） LC 每條等高線在目標文件中的地址（記錄號） LP 該條等高線的取樣點數(shù) IX1、IY1 該條等高線第一個

36、取樣點的坐標值 IX2、IY2 該條等高線最后一個取樣點的坐標值,.,73,高程內(nèi)插間距的確定方法,二次曲線,1,2,1/2,1/2,3,h3,h2,h1,h,h,h,設(shè)擬定的取樣點1、2和3，相應(yīng)的高程為h1、h2和h3取等距離間隔為單位數(shù)，則間隔中點的高程為：,線性內(nèi)插值,.,74,續(xù),二次曲線內(nèi)插值,其高程差異,高程差異值應(yīng)在數(shù)字地面模型精度要求的限差之內(nèi)，否則要縮短格網(wǎng)間距。 對地形變化顯著的地方,要輔以地形特征點為數(shù)據(jù)點； 對采集的離散高程點，在插值計算之前，要檢查其點位是否與記錄的高程值匹配，點位是否有偏離現(xiàn)象，特征點高程是否有遺漏，是否有重復(fù)記錄的情況等等。,75,.,數(shù)據(jù)內(nèi)插,

37、由于取樣的數(shù)據(jù)點呈離散分布形式，或者數(shù)據(jù)點雖按格網(wǎng)排列，但格網(wǎng)的密度不能滿足使用的要求，這樣就需要以數(shù)據(jù)點為基礎(chǔ)進行插值運算。 插值運算的手段就是選擇一個合理的數(shù)學(xué)模型，通過已知點上的信息求出函數(shù)的待定系數(shù)。但由于地表形態(tài)千變?nèi)f化，采用低次多項式來擬合整個地表面形態(tài)是不合理的；而采用高次多項式模擬地表面，又會出現(xiàn)函數(shù)的不穩(wěn)定，為此，常采用局部函數(shù)內(nèi)插和逐點內(nèi)插兩種方式。,.,76,局部分塊內(nèi)插法,常以格網(wǎng)小塊為加密區(qū)，采用低項函數(shù)擬合地表面。 線性內(nèi)插。數(shù)據(jù)點位于地形特征點時，地面模型則以三角網(wǎng)形式建立。此時認為分塊插值區(qū)的地表面為一平面，按直線比例內(nèi)插待定點的高程，使用最靠近待定點的3個數(shù)據(jù)

38、點來定義函數(shù)。由線性內(nèi)插函數(shù)： 將3個數(shù)據(jù)點的坐標值代入，聯(lián)立求解出系數(shù)，待定點在給予平面坐標之后，就可求出內(nèi)插高程值。,.,77,雙線性多項式內(nèi)插。認為分開插值區(qū)內(nèi)待定點的高程在軸x（和y）平行的方向上與坐標y（和x）成直線比例關(guān)系。設(shè)待定點的高程為zp，則按雙線性多項式內(nèi)插的函數(shù)式為： 此時取用最靠近的4個數(shù)據(jù)點定義函數(shù)的待定參數(shù)。,如果數(shù)據(jù)是按正方形格網(wǎng)節(jié)點布置，如圖，可先用點A和B及C和D兩對點的高程，線性內(nèi)插出點M和N的高程，然后再由M和N兩點高程直線內(nèi)插出待定點P的高程，內(nèi)插公式為：,.,78,式中：x、y為以點A（i，j）為坐標原點的待定點坐標； L為正方形格網(wǎng)的間距邊長，當(dāng)取格

39、網(wǎng)間距L為單位長度1時，格網(wǎng)分塊內(nèi)加密的待定點也是正方形格網(wǎng)，則有公式為：,其中待定點坐標仍以點A(i,j)為坐標原點，而,n為內(nèi)插正方 形格網(wǎng)的數(shù)目,.,79,雙三次多項式（樣條函數(shù)）。在分塊插值區(qū)用雙三次多項式即樣條函數(shù)模擬地表面。待定點高程為：,設(shè)數(shù)據(jù)點按正方形格網(wǎng)排列，每一格網(wǎng)作為分塊單元，取格網(wǎng)間隔為單位長度，并取左下角的數(shù)據(jù)點為坐標原點。這樣分塊單元上4個格網(wǎng)節(jié)點的信息只能列出4個方程式，而函數(shù)的待定參數(shù)卻有16個，因此把各數(shù)據(jù)點處在x方向的斜率，y方向的斜率和曲面的扭矩參與來定義函數(shù)的待定值。這樣每一個數(shù)據(jù)點就可以列出4個方程，4個數(shù)據(jù)點就能解求出16個待定參數(shù)。,.,80,y,

40、x,1,2,3,4,5,6,7,8,A(0,0),B(1,0),C(0,1),D(1,1),x,y,z,而,得到,如圖對于數(shù)據(jù)點A,因此4個數(shù)據(jù)點A、B、C、D列出Z、R、S和T的式子寫成矩陣形式：ZKA，求出待定系數(shù)A。,.,81,逐點內(nèi)插法移動擬合法,移動擬合法是典型的逐點內(nèi)插法。對每個待定點取用一個多項式曲面擬合該點附近的地表面，此時取待定點作平面坐標的原點，并用待定點為圓心，以R為半徑的圓內(nèi)諸數(shù)據(jù)點來定義函數(shù)的待定系數(shù)，如圖所示。,y,O,x,X,y,d,R,P(xp,yp),數(shù)據(jù)點,設(shè)采用二次多項式來擬合，則待求點的高程可寫成一般式為： 將坐標原點平移到待定點處，即,.,82,代入得到移動擬合法二次多項式插值公式,式中：x、y為數(shù)據(jù)點坐標經(jīng)坐標系原點平移至待求點坐標xp、yp后的坐標。 式中有6個待求參數(shù)，最少取用6個數(shù)據(jù)點的信息代入求得。當(dāng)取用的數(shù)據(jù)點多于6個時，則以數(shù)據(jù)點高程z作為觀測值，列出誤差方程式：