空間數據處理

1、12 要求：理解空間數據處理的原因，掌握數據處理的主要內容和基本原理3 為什么要進行處理常見數據輸入錯誤圖紙移動圖紙變形制圖誤差數字化誤差各種誤差將影響到GIS數據處理的各個環(huán)節(jié)4 為什么要進行處理修正數據輸入錯誤在坐標系、數據結構、數據類型上滿足GIS要求維護數據的完整性和一致性5 空間數據處理涉及的內容數據變換：指數據從一種數學狀態(tài)到另一種數學狀態(tài)指數據從一種數學狀態(tài)到另一種數學狀態(tài)的變換，包括幾何糾正、投影變換和輻射糾正等，以解的變換，包括幾何糾正、投影變換和輻射糾正等，以解決空間數據的幾何配準。決空間數據的幾何配準。數據重構：指數據從一種格式到另一種格式的轉換，指數據從一種格式到另一種

2、格式的轉換，包括結構轉換、格式轉換、類型轉換等，以解決空間數包括結構轉換、格式轉換、類型轉換等，以解決空間數據在結構、格式和類型上的統一，實現多源和異構數據據在結構、格式和類型上的統一，實現多源和異構數據的聯接和融合。的聯接和融合。數據提?。褐笇祿M行某種有條件的提取，包括類指對數據進行某種有條件的提取，包括類型提取、窗口提取、空間內插等，以解決不同用戶對數型提取、窗口提取、空間內插等，以解決不同用戶對數據的特定需求。據的特定需求。6 1.空間數據的坐標轉換 2.空間數據結構的轉換 3.多源空間數據的融合 4.空間數據的壓縮與綜合 5.空間數據的內插方法 6.圖幅數據邊沿匹配處理7地球坐標經

3、度、緯度地圖投影變換地圖投影變換地圖坐標直角坐標屏幕顯示坐標數字化儀、掃描儀坐標用戶坐標物理坐標8 實質：建立兩個坐標系之間的數學關系 轉換的意義：將設備坐標轉換為地理要素的實際坐標減少各種變形產生的誤差(投影變形、掃描變形、紙張變形等)實現多幅地圖，包括不同投影、不同比例尺地圖的拼接或疊置92.類型（）基本坐標變換平移縮放旋轉1011 幾何糾正幾何糾正整理可得變換公式如下：x = a0 + a1x + a2yy = b0 + b1x + b2yx = a0 + m * cos x + n * sin yy = b0 + m * sin x + n * cos y相似變換(m=n)仿射變換(m

4、=n)仿射變換的主要特征：同時考慮到仿射變換的主要特征：同時考慮到x x和和y y方向上的變形，因方向上的變形，因此糾正后的坐標數據在不同方向上的長度比將發(fā)生變化。此糾正后的坐標數據在不同方向上的長度比將發(fā)生變化。12控制點選擇：控制點選擇：經緯網交點、方里網交點、三角點、經緯網交點、方里網交點、三角點、水準點、圖廓點水準點、圖廓點13 二、投影轉換當系統使用來自不同地圖投影的圖形數據時，需要將該投影的數據轉換為所需要投影的坐標數據方法：正解變換反解變換數值變換14 投影轉換投影轉換投影投影A（x，y）投影投影B（X，Y）正解變換：解析函數關系正解變換：解析函數關系X=f (x , y) ，Y

5、=g( x , y )反解變換：經緯度反解變換：經緯度B=f (x , y) , L=g( x , y )X=F(B, L) , Y=G( B, L)數值變換：數學方法數值變換：數學方法yxbabaYXnn11插值法、有限差分法、有插值法、有限差分法、有限元法或待定系數法等限元法或待定系數法等15 一、相同數據結構的不同組織形式轉換矢量拓撲結構變換柵格數據轉換 二、不同數據結構轉換柵格結構“屬性明顯、位置隱含”，易于與遙感結合，易于信息共享。矢量結構“位置明顯、屬性隱含” 應用原則：數據采集用矢量結構、空間分析主要采用柵格結構。 16 1.矢量柵格又稱多邊形填充，在矢量表示的多變形邊界內部的所

6、有柵格點上賦以相應的多邊形編碼，從而形成柵格數據陣列的過程。 根據原數據文件的不同，可以分別應用：根據原數據文件的不同，可以分別應用：基于弧段數據的柵格化方法基于多邊形數據的柵格化方法17 2.柵格柵格矢量矢量 為了壓縮數據，或將柵格數據加入矢量數據庫；進行某些分析計算，如網絡分析等；當由柵格數據分析的結果通過矢量繪圖機輸出等，都需要進行轉換 提取以相同編號的柵格集合表示的多邊形區(qū)域的邊界和邊界拓撲關系，并表示由多個小直線段組成的矢量格式邊界線的過程。18 2柵格矢量相對而言，由柵格數據結構向矢量數據轉換要復雜得多。對于一些在外形上與矢量數據相差較大的圖形，其轉換就更加困難，甚至有可能無法轉換

7、19 2.柵格矢量由柵格數據向矢量數據的轉換，根據圖像數據文件和再生柵格數據文件的不同，分為兩類：基于圖像數據的矢量化方法基于再生柵格數據的矢量化方法20 2柵格柵格矢量矢量 1.基于圖像數據的矢量化方法基于圖像數據的矢量化方法（1）二值化）二值化 首先設定一個閥值首先設定一個閥值T，然后根據下式得到圖像數據，然后根據下式得到圖像數據的二值圖。的二值圖。 5 9 10141 138 9 5 3 1 0 2 245156 73 144 178 132 23 7 3 212 5 6 8 29 11214 167 5 124110 7 6 5 4 7 133 5 192 350 110 135 6

8、4 7 244 12 2 5 12135 201 166 127155 9 1 1 9 4 8 2112211 43 5 0 1 G(i,j)=TB(i,j)=0 G(i,j)=T21 2柵格柵格矢量矢量 基于圖像數據的矢量化方法基于圖像數據的矢量化方法(2)細化：細化：消除線劃橫斷面柵格數的差異，使得每一消除線劃橫斷面柵格數的差異，使得每一條線只保留代表其軸線或周圍輪廓線（對面狀符號條線只保留代表其軸線或周圍輪廓線（對面狀符號言）位置的單個柵格的寬度。言）位置的單個柵格的寬度。有剝皮法和骨架化有剝皮法和骨架化22 2柵格柵格矢量矢量 基于圖像數據的矢量化方法基于圖像數據的矢量化方法（3）跟蹤

9、：）跟蹤：將細化處理后的柵格數據，整理為從將細化處理后的柵格數據，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。于特征柵格點中心的坐標。232.柵格向矢量轉換的總體步驟（1）多邊形邊界提取：采用高通濾波將柵格圖像二值化或以特殊值標識邊界點；（2）邊界線追蹤：對每個邊界弧段由一個結點向另一個結點搜索，通常對每個已知邊界點需沿除了進入方向的其他7個方向搜索下一個邊界點，直到連成邊界弧段；24（3）拓撲關系生成：對于矢量表示的邊界弧段數據，判斷其與原圖上各多邊形的空間關系，以形成完整的拓撲結構并建立與屬性數據的聯系；（4）去除

10、多余點及曲線圓滑：由于搜索是逐個柵格進行的，必須去除由此造成的多余點記錄，以減少數據冗余；搜索結果，曲線由于柵格精度的限制可能不夠圓滑，需采用一定的插補算法進行光滑處理。25262728 2柵格柵格矢量矢量 基于再生柵格數據的矢量化方法基于再生柵格數據的矢量化方法同樣也可以利用針對掃描圖像的轉換方法，只是不同樣也可以利用針對掃描圖像的轉換方法，只是不需要需要“二值化二值化”的步驟。最根本的區(qū)別是屬性數據的步驟。最根本的區(qū)別是屬性數據的轉換。在掃描圖中，只有空間數據信息，沒有屬的轉換。在掃描圖中，只有空間數據信息，沒有屬性信息，通常需要在空間數據轉換結束后由人工給性信息，通常需要在空間數據轉換結

11、束后由人工給定每一矢量數據的屬性。再生柵格數據的各格網是定每一矢量數據的屬性。再生柵格數據的各格網是帶屬性值的。一種可行的方法是根據屬性值先將柵帶屬性值的。一種可行的方法是根據屬性值先將柵格數據分層，再分別轉換，經空間拓撲關系建立后格數據分層，再分別轉換，經空間拓撲關系建立后自動賦予屬性值自動賦予屬性值2930原因：空間數據具有多語義性、多時空性、多尺度性等特征，同時獲取手段多樣、存儲格式不同、數據模型與數據格式差異很大。為了數據共享和系統集成，多源數據需要進行融合處理。 定義：數據融合是一種多層次的、多方面的處理過程，這個過程是對多源數據進行檢測、結合、相關、估計和組合以達到精確的狀態(tài)估計和

12、身份估計，以及完整、及時的態(tài)勢評估和威脅估計。311.RS 與 GISRS數據的特點:周期動態(tài)性、信息豐富、獲取效率高等GIS的特點：強大的空間數據管理和分析能力常用的融合方式：遙感圖像與數字地圖的融合可產生影像地圖遙感圖像與DEM的融合可提高遙感圖像的定位精度遙感圖像與掃描圖像數據的融合可實現GIS數據庫的自動/半自動快速更新。3233 2.不同格式數據的融合 目前，不同GIS軟件使用的空間數據格式主要有：ESRI公司的ARC/INFO Coverage、ArcShape Files、EOO格式；Autodesk公司的DXF和DWG格式；MapInfo公司的MIF格式；Intergraph公

13、司的DGN格式等。融合方式基于轉換器的數據融合基于數據標準的數據融合（SDTS）基于公共接口的數據融合（OGC）基于直接訪問的數據融合（Geomedia,Intergraph）34 2.不同格式數據的融合基于轉換器的數據融合（目前GIS系統數據融合的主要方法）先轉換后讀取。例如，要轉換例如，要轉換MapInfoMapInfo的的TabTab文件到文件到ARC/INFOARC/INFO的的CoverageCoverage，首先使用，首先使用MapInfoMapInfo軟件將軟件將TabTab文件文件輸出為輸出為EOOEOO或或DXFDXF文件，然后運行文件，然后運行ARC/INFOARC/INF

14、O將將EOOEOO或或DXFDXF文文件轉換為件轉換為CoverageCoverage。過程復雜，次數頻繁，軟件系統內部數據格式需公開，轉換技術不公開基于數據標準的數據融合（SDTS）直接讀取轉換次數少，系統內部的數據格式不需公開，但轉換技術需要公開35 2.不同格式數據的融合基于公共接口的數據融合（OGC）各軟件可以有自己的數據格式，但對外遵守并達成一個統一的標準。根據這個標準開發(fā)一個公共接口，各個軟件通過該接口互相直接讀取數據公共接口獨立于具體平臺，轉換技術高度抽象，數據格式不需公開基于直接訪問的數據融合（Geomedia）把其他軟件的數據格式都作為自己的數據格式，故全部能直接讀取36 一

15、、壓縮問題的提出:簡化數據記錄節(jié)約存儲量1.數據壓縮的概念 從所取得的數據集合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)定的精度范圍內最好地逼近原集合，而又取得盡可能大的壓縮比。372.壓縮比1nma383.曲線上點的壓縮Douglas-Peucker法：由遠到近，找與矢量兩端點連線的垂足最大的頂點，判斷其是否滿足要求39二、綜合 空間數據的綜合是針對存貯在GIS數據庫中的數據因屬性數據的重新分類而進行的操作。數據綜合的另一個作用就是能實現數據壓縮空間數據的綜合內容包括重新分類、圖形簡化和圖形特征的內插等數據綜合的過程：換碼、重新分類、刪除鄰界線（同碼鄰接分析）、合并相同屬性（P92

16、）4041 面域鄰接線段的刪除，是由于數據屬性的重新分面域鄰接線段的刪除，是由于數據屬性的重新分類和空間圖形的化簡而伴隨需要的一種數據壓縮形式，類和空間圖形的化簡而伴隨需要的一種數據壓縮形式，它包括相鄰界線的刪除和共同屬性的合并，其過程如它包括相鄰界線的刪除和共同屬性的合并，其過程如下：下：42 1 問題的提出研究具有連續(xù)變化特征現象（如地形、氣溫、氣壓等），用于生成等值線、建立數字高程模型等 2 內插的概念（P93）一組空間數據找到函數關系推求區(qū)域內任意點或任意區(qū)域的空間數據 3分類點的內插區(qū)域的內插43 點的內插點的內插 按精度分類：精確、概略按精度分類：精確、概略44(1)點的內插步驟：

17、數據取樣、數據處理和數據記錄數據取樣實測點數據人工在圖形上讀取（1）規(guī)則采樣（2）隨機采樣（4）成層隨機采樣（5）聚集采樣（3）斷面采樣（6）等值線采樣45 此值應在數字此值應在數字地面模型精度要地面模型精度要求的限差內，否求的限差內，否則要縮短格網間則要縮短格網間距。距。格網密度的判斷：格網密度的判斷： 用間隔中點的線性內插用間隔中點的線性內插值與二次曲線內插值所得到值與二次曲線內插值所得到的斷面高程的差異來判斷。的斷面高程的差異來判斷。46數據處理利用已知數據設計數學模型：移動擬合法、局部函數法確定模型參數計算未知點數據47局部函數法雙線性多項式內插雙三次多項式（樣條函數）內插48最鄰近點法：泰森多邊形方法 邊界內插方法，用最近的單個點進行區(qū)域插值。泰森多邊形按數據點位置將區(qū)域分割成子區(qū)域，每個子區(qū)域包含一個數據點，各子區(qū)域到其內數據點的距離小于任何到其它數據點的距離，并用其