第三部分地理空間數(shù)據(jù)的獲取與處理二

1、第三部分第三部分 地理空間數(shù)據(jù)的獲取與處理地理空間數(shù)據(jù)的獲取與處理(二)第十一章第十一章 空間數(shù)據(jù)的處理方法空間數(shù)據(jù)的處理方法o GIS中空間數(shù)據(jù)的處理方法涉及圖形數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)。其中關(guān)于圖形方面的算法主要來自計算機圖形學(xué)，柵格數(shù)據(jù)的處理方法主要來自圖象處理或遙感圖象處理原理與方法等。這里主要介紹拓撲關(guān)系的自動生成算法、空間數(shù)據(jù)的壓縮算法、空間數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換、矢量和柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等。第一節(jié)第一節(jié) 圖形屏幕編輯的基本操作算法圖形屏幕編輯的基本操作算法o 圖形編輯的關(guān)鍵是點、線、面的捕捉，即如何根據(jù)光標的位置找到需要編輯的要素，以及圖形編輯的數(shù)據(jù)組織。下面分別作簡要介紹。第一節(jié)第一節(jié) 圖形屏幕編輯的

2、基本操作算法圖形屏幕編輯的基本操作算法o一、點的捕捉算法一、點的捕捉算法 圖形編輯是在計算機屏幕上圖形編輯是在計算機屏幕上進行的，因此首先應(yīng)把圖幅進行的，因此首先應(yīng)把圖幅的坐標轉(zhuǎn)換為當前屏幕狀態(tài)的坐標轉(zhuǎn)換為當前屏幕狀態(tài)的坐標系和比例尺。設(shè)光標的坐標系和比例尺。設(shè)光標點為點為S(x，y)，圖幅上某一，圖幅上某一點狀要素的坐標為點狀要素的坐標為A(X，Y)，則可設(shè)一捕捉半徑則可設(shè)一捕捉半徑D(通常為通常為35個象素，這主要由屏幕個象素，這主要由屏幕的分辯率和屏幕的尺寸決定的分辯率和屏幕的尺寸決定)。若若S和和A的距離的距離d小于小于D則認則認為捕捉成功，即認為找到的為捕捉成功，即認為找到的點是點是

3、A，否則失敗，繼續(xù)搜索，否則失敗，繼續(xù)搜索其它點。其它點。 第一節(jié)第一節(jié) 圖形屏幕編輯的基本操作算法圖形屏幕編輯的基本操作算法o 二、線的捕捉算法二、線的捕捉算法 設(shè)光標點坐標為S(x, y)，D為捕捉半徑，線的坐標為(x1,y1),(x2,y2),(xn,yn)。通過計算S到該線的每個直線段的距離di 。在實際的捕捉中，可每計算一個距離di就進行一次比較，若diD，則捕捉成功，不需再進行下面直線段到點S的距離計算了。 第一節(jié)第一節(jié) 圖形屏幕編輯的基本操作算法圖形屏幕編輯的基本操作算法o 為了加快線捕捉的速度，可以把不可能被光標捕捉到的線以簡單算法去除。如圖，對一條線可求出其最大最小坐標值Xm

4、in，Ymin，Xmax，Ymax，對由此構(gòu)成的矩形再向外擴D的距離，若光標點S落在該矩形內(nèi)，才可能捕捉到該條線，因而通過簡單的比較運算就可去除大量的不可能捕捉到的情況。 第一節(jié)第一節(jié) 圖形屏幕編輯的基本操作算法圖形屏幕編輯的基本操作算法o 對于線段與光標點也應(yīng)該采用類似的方法處理。即在對一個線段進行捕捉時，應(yīng)先檢查光標點是否可能捕捉到該線段。即對由線段兩端點組成的矩形再往外擴D的距離，構(gòu)成新的矩形，若S落在該矩形內(nèi)，才計算點到該直線段的距離，否則應(yīng)放棄該直線段，而取下一直線段繼續(xù)搜索。 第一節(jié)第一節(jié) 圖形屏幕編輯的基本操作算法圖形屏幕編輯的基本操作算法o 可以看出計算量較大，速度較慢，因此可

5、按如下方法計算。即從S(x，y)向線段(x1,y1)(x2,y2)作水平和垂直方向的射線，取dx，dy的最小值作為S點到該線段的近似距離。由此可大大減小運算量，提高搜索速度。計算方法為：第一節(jié)第一節(jié) 圖形屏幕編輯的基本操作算法圖形屏幕編輯的基本操作算法o 三、面的捕捉算法三、面的捕捉算法 面的捕捉實際上就是判斷光標點S(x,y)是否在多邊形內(nèi)，若在多邊形內(nèi)則說明捕捉到。判斷點是否在多邊形內(nèi)的算法主要有垂線法或轉(zhuǎn)角法，這里介紹垂線法。第一節(jié)第一節(jié) 圖形屏幕編輯的基本操作算法圖形屏幕編輯的基本操作算法o 垂線法的基本思想是從光標點引垂線(實際上可以是任意方向的射線)，計算與多邊形的交點個數(shù)。若交點

6、個數(shù)為奇數(shù)則說明該點在多邊形內(nèi)；若交點個數(shù)為偶數(shù)，則該點在多邊形外。第一節(jié)第一節(jié) 圖形屏幕編輯的基本操作算法圖形屏幕編輯的基本操作算法o 為了加速搜索速度，可先找出該多邊形的外接矩形，即由該多邊形的最大最小坐標值構(gòu)成的矩形，如上圖。若光標點落在該矩形中，才有可能捕捉到該面，否則放棄對該多邊形的進一步計算和判斷，即不需進行作垂線并求交點個數(shù)的復(fù)雜運算。通過這一步驟，可去除大量不可能捕捉的情況，大大減少了運算量，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。 第一節(jié)第一節(jié) 圖形屏幕編輯的基本操作算法圖形屏幕編輯的基本操作算法o 在計算垂線與多邊形的交點個數(shù)時，并不需要每次都對每一線段進行交點坐標的具體計算。對不可能有交點

7、的線段應(yīng)通過簡單的坐標比較迅速去除。 第一節(jié)第一節(jié) 圖形屏幕編輯的基本操作算法圖形屏幕編輯的基本操作算法o 多邊形的邊分別為18，而其中只有第3、7條邊可能與S所引的垂直方向的射線相交。即若直線段為(x1,y1)(x2,y2)時，若x1xx2，或x2xx1時才有可能與垂線相交，這樣就可不對1，2，4，5，6，8邊進行繼續(xù)的交點判斷了。第二節(jié)第二節(jié) 空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系自動生成空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系自動生成o 矢量數(shù)據(jù)拓撲關(guān)系在空間數(shù)據(jù)的查詢與分析中非常重要，矢量數(shù)據(jù)拓撲關(guān)系自動建立的算法是GIS中的關(guān)鍵算法之一，下面介紹其實現(xiàn)的基本步驟和要點。第二節(jié)第二節(jié) 空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系自動生成空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)

8、系自動生成o 一、歐拉定理一、歐拉定理 對于一個多邊形圖形，其結(jié)點數(shù)n，弧段數(shù)a，和多邊形數(shù)b之間滿足函數(shù)關(guān)系：bancbnac12c b包含邊界里面和外面多邊形 b僅包含邊界里面多邊形 第二節(jié)第二節(jié) 空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系自動生成空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系自動生成o 歐拉定理的用途是用于拓撲檢驗，可以發(fā)現(xiàn)點、線、面的不匹配情況和多余或遺漏圖形元素，出現(xiàn)這些情況時，公式等式就不成立。但滿足等式的圖形，并不能說明圖形關(guān)系不存在錯誤。第二節(jié)第二節(jié) 空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系自動生成空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系自動生成o 二、點、線拓撲關(guān)系的建立二、點、線拓撲關(guān)系的建立 它的實質(zhì)是建立結(jié)點弧段、弧段結(jié)點的關(guān)系表格，有兩種方案：（

9、1）在圖形采集和編輯時自動建立。主要記錄兩個數(shù)據(jù)文件：一個記錄結(jié)點所關(guān)聯(lián)的弧段，即結(jié)點弧段列表；另一個記錄弧段的兩個端點（起、始結(jié)點）的列表。數(shù)字化時，自動判斷新的弧段周圍是否有已存在的結(jié)點，若有，將其結(jié)點編號登記，若沒有，產(chǎn)生一個新的結(jié)點，并進行登記。（2）在圖形采集和編輯后自動建立。第二節(jié)第二節(jié) 空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系自動生成空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系自動生成o 三、多邊形矢量數(shù)據(jù)自動拓撲關(guān)系自動建立三、多邊形矢量數(shù)據(jù)自動拓撲關(guān)系自動建立 多邊形有四種基本圖形： 第二節(jié)第二節(jié) 空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系自動生成空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系自動生成o 1、 多邊形矢量數(shù)據(jù)多邊形矢量數(shù)據(jù)自動拓撲的步驟自動拓撲的步驟 主要是

10、找出在鏈的中間主要是找出在鏈的中間相交，而不是在端點相交，而不是在端點相交的情況，自動切相交的情況，自動切成新鏈；把鏈按一定成新鏈；把鏈按一定順序存儲，如按最大順序存儲，如按最大或最小的或最小的x或或y坐標的坐標的順序，這樣查找和檢順序，這樣查找和檢索都比較方便，然后索都比較方便，然后把鏈按順序編號。把鏈按順序編號。 鏈中間相交 第二節(jié)第二節(jié) 空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系自動生成空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系自動生成o （2）結(jié)點匹配）結(jié)點匹配 結(jié)點匹配是指把一定限差內(nèi)的鏈的端點作為一個結(jié)點，其坐標值取多個端點的平均值。然后，對結(jié)點順序編號。 結(jié)點匹配 第二節(jié)第二節(jié) 空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系自動生成空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系自動

11、生成（3）檢查多邊形是否閉合）檢查多邊形是否閉合 檢查多邊形是否閉合可以通檢查多邊形是否閉合可以通過判斷一條鏈的端點是否過判斷一條鏈的端點是否有與之匹配的端點來進行。有與之匹配的端點來進行。 弧弧a的端點的端點P沒有與之匹配沒有與之匹配的端點，因此無法用該條的端點，因此無法用該條鏈與其它鏈組成閉合多邊鏈與其它鏈組成閉合多邊形。形。 第二節(jié)第二節(jié) 空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系自動生成空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系自動生成o 2、多邊形矢量數(shù)據(jù)自動、多邊形矢量數(shù)據(jù)自動拓撲的算法拓撲的算法 （1）建立多邊形拓撲關(guān)系）建立多邊形拓撲關(guān)系的概念的概念 1順時針方向構(gòu)多邊形順時針方向構(gòu)多邊形 所謂順時針方向構(gòu)多邊所謂順時針方向

12、構(gòu)多邊形是指多邊形在鏈的右形是指多邊形在鏈的右側(cè)（圖側(cè)（圖a），多邊形在閉），多邊形在閉合曲線內(nèi)。逆時針方向合曲線內(nèi)。逆時針方向構(gòu)多邊形是指多邊形在構(gòu)多邊形是指多邊形在鏈的左側(cè)（圖鏈的左側(cè)（圖b），多邊），多邊形在閉合曲線外。形在閉合曲線外。順時針構(gòu)建的多邊形 (a) 逆時針構(gòu)建的多邊形 (b) 第二節(jié)第二節(jié) 空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系自動生成空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系自動生成o 2最靠右邊的鏈 最靠右邊的鏈是指從鏈的一個端點出發(fā)，在這條鏈的方向上最右邊的第一條鏈，實質(zhì)上它也是左邊最近鏈，a的最右邊的鏈為d。找最靠右邊的鏈可通過計算鏈的方向和夾角實現(xiàn)。第二節(jié)第二節(jié) 空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系自動生成空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系

13、自動生成o 3多邊形面積的計算 設(shè)構(gòu)成多邊形的坐標串為(xi, yi )，i1,2,n，則多邊形的面積A可用如下公式求出：第二節(jié)第二節(jié) 空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系自動生成空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系自動生成o 當多邊形由順時針方向構(gòu)成時，面積為正；反之，面積為負 .第二節(jié)第二節(jié) 空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系自動生成空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系自動生成o （2）建立多邊形的基本過程 1順序取一個結(jié)點為起始結(jié)點，取完為止；取過該結(jié)點的任一條鏈作為起始鏈 2取這條鏈的另一結(jié)點，找這個結(jié)點上，靠這條鏈最右邊的鏈，作為下一條鏈。 3是否回到起點：是，已形成一多邊形，記錄之，并轉(zhuǎn)4；否，轉(zhuǎn)2。 4取起始點上開始的，剛才所形成多邊形的最后一條邊

14、作為新的起始鏈，轉(zhuǎn)2；若這條鏈已用過兩次，即已成為兩個多邊形的邊，則轉(zhuǎn)1。第二節(jié)第二節(jié) 空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系自動生成空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系自動生成o 例如 :1從P1結(jié)點開始，起始鏈定為P1P2；從P2點算起，P1P2最右邊的鏈為P2P5；從P5算起，P2P5最右邊 的鏈為P5P1。所以，形成的多邊形為P1P2P5P1。2從P1結(jié)點開始，以P1P5為起始鏈，形成的多邊形為P1P5P4P1。3從P1開始，以P1P4為起始鏈形成的多邊形為P1P4P3P2P1。4這時P1為結(jié)點的所有鏈均被使用了兩次，因而轉(zhuǎn)向下一個結(jié)點P2，繼續(xù)進行多邊形追蹤，直至所有的結(jié)點取完。共可追蹤出五個多邊形，即A1、A2、A3、

15、A4、A5。第二節(jié)第二節(jié) 空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系自動生成空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系自動生成o （3）島的判斷）島的判斷 島的判斷即指找出多邊形互相包含的情況，也即尋找多邊形的連通邊界。 第二節(jié)第二節(jié) 空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系自動生成空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系自動生成o 根據(jù)上述追蹤多邊形的方法，單多邊形(即由單條鏈或由多條鏈順序構(gòu)成的，不與其它多邊形相交的多邊形，被追蹤了兩次，因為每條鏈必須使用兩次，所以，多邊形的一個面積是為正的，另一個是為負的。如果一個多邊形包含另一多邊形，則必然是面積正的多邊形包含面積負的多邊形。所以，解決多邊形包含問題的步驟為：第二節(jié)第二節(jié) 空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系自動生成空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系自動生成

16、1計算所有多邊形的面積。 2分別對面積為正的多邊形和面積為負的多邊形排序。3從面積為正的多邊形中，順序取每個多邊形，取完為止。若負面積多邊形個數(shù)為0，則結(jié)束。4找出該多邊形所包含的所有面積為負的多邊形，并把這些面積為負的多邊形加入到包含它們的多邊形中，轉(zhuǎn)3。第二節(jié)第二節(jié) 空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系自動生成空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系自動生成o （4）確定多邊形的屬性）確定多邊形的屬性 在追蹤出每個多邊形的坐標后，經(jīng)常需確定該多邊形的屬性。如果在原始矢量數(shù)據(jù)中，每個多邊形有內(nèi)點，則可以把內(nèi)點與多邊形匹配后，把內(nèi)點的屬性賦于多邊形。由于內(nèi)點的個數(shù)必然與多邊形的個數(shù)一致，所以，還可用來檢查拓撲的正確性。如果沒有內(nèi)點，

17、則必須通過人機交互，對每個多邊形賦屬性。第三節(jié)第三節(jié) 空間數(shù)據(jù)的壓縮編碼方法空間數(shù)據(jù)的壓縮編碼方法o 數(shù)據(jù)壓縮的目的是刪除冗余數(shù)據(jù)，減少數(shù)據(jù)的存貯量，節(jié)省存貯空間，加快后繼處理的速度。在GIS數(shù)據(jù)存儲中具有重要作用。分為矢量數(shù)據(jù)壓縮和柵格數(shù)據(jù)壓縮方法。第三節(jié)第三節(jié) 空間數(shù)據(jù)的壓縮編碼方法空間數(shù)據(jù)的壓縮編碼方法o 一、矢量數(shù)據(jù)的壓縮一、矢量數(shù)據(jù)的壓縮(簡化簡化) 矢量數(shù)據(jù)壓縮是有損壓縮。當數(shù)字化采集的點過密時，經(jīng)常需要刪除一些交點，簡化數(shù)據(jù)。下面介紹幾種常用的矢量數(shù)據(jù)的壓縮算法，以及它們之間的異同點。第三節(jié)第三節(jié) 空間數(shù)據(jù)的壓縮編碼方法空間數(shù)據(jù)的壓縮編碼方法o1、道格拉斯、道格拉斯普克法普克法(

18、DouglasPeucker) 當數(shù)字化的圖形如 圖，需要刪除一些交點時，可以采用該方法。其算法思想是：對每一條曲線的首末點虛連一條直線，求所有點與直線的距離，并找出最大距離值d-max，用d-max與限差D相比： 若d-maxD，這條曲線上的中間點全部舍去； 若d-maxD，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。第三節(jié)第三節(jié) 空間數(shù)據(jù)的壓縮編碼方法空間數(shù)據(jù)的壓縮編碼方法o 2、垂距法、垂距法 如圖，垂距法的算法思想是：每次順序取曲線上的三個點，計算中間點與其它兩點連線的垂線距離d，并與限差D比較。若dD，則中間點去掉；若dD，則中間點保留。然后

19、順序取下三個點繼續(xù)處理，直到這條線結(jié)束。d-maxd-maxd-max第三節(jié)第三節(jié) 空間數(shù)據(jù)的壓縮編碼方法空間數(shù)據(jù)的壓縮編碼方法o 3、 光欄法光欄法 如圖，光欄法的算法思想是：定義一個扇形區(qū)域，通過判斷曲線上的點在扇形外還是在扇形內(nèi)，確定保留還是舍去。 第三節(jié)第三節(jié) 空間數(shù)據(jù)的壓縮編碼方法空間數(shù)據(jù)的壓縮編碼方法o 二、柵格數(shù)據(jù)的壓縮二、柵格數(shù)據(jù)的壓縮1、直接?xùn)鸥窬幋a、直接?xùn)鸥窬幋a 將柵格數(shù)據(jù)看作一個數(shù)據(jù)矩陣，逐行將柵格數(shù)據(jù)看作一個數(shù)據(jù)矩陣，逐行(或逐或逐列列)記錄代碼，可以每行都從左到右記錄，記錄代碼，可以每行都從左到右記錄，也可以奇數(shù)行從左到右，偶數(shù)行從右到左。也可以奇數(shù)行從左到右，偶數(shù)行

20、從右到左。 第三節(jié)第三節(jié) 空間數(shù)據(jù)的壓縮編碼方法空間數(shù)據(jù)的壓縮編碼方法ABBBBBBBAAAAAAAA柵格數(shù)據(jù) 第三節(jié)第三節(jié) 空間數(shù)據(jù)的壓縮編碼方法空間數(shù)據(jù)的壓縮編碼方法o 柵格數(shù)據(jù)可存儲記錄為：（AAAAABBBAABBAABB）。o 這種記錄柵格數(shù)據(jù)的文件常稱為柵格文件，且常在文件頭中存有該柵格數(shù)據(jù)的長和寬，即行數(shù)和列數(shù)和兩方向的密度。這樣，具體的象元值就可連續(xù)存儲了。其特點是處理方便，但沒有壓縮。 第三節(jié)第三節(jié) 空間數(shù)據(jù)的壓縮編碼方法空間數(shù)據(jù)的壓縮編碼方法o 2、游程長度、游程長度(行程行程)編碼編碼 地理數(shù)據(jù)往往有較強的相關(guān)性，也就是說相鄰象元的值往往是相同的。 游程長度編碼的基本思想

21、是：按行掃描，將相鄰等值的象元合并，并記錄代碼的重復(fù)個數(shù)。 第三節(jié)第三節(jié) 空間數(shù)據(jù)的壓縮編碼方法空間數(shù)據(jù)的壓縮編碼方法 其編碼為（A4 A1 B3 A2 B2 A2 B2）。 若在行與行之間不間斷地連續(xù)編碼，則為（A5 B3 A2 B2 A2 B2）。 ABBBBBBBAAAAAAAA第三節(jié)第三節(jié) 空間數(shù)據(jù)的壓縮編碼方法空間數(shù)據(jù)的壓縮編碼方法o 對于游程長度編碼，區(qū)域越大，數(shù)據(jù)的相關(guān)性越強，則壓縮越大。其特點是，壓縮效率較高，疊加、合并等運算簡單，編碼和解碼運算快。 第三節(jié)第三節(jié) 空間數(shù)據(jù)的壓縮編碼方法空間數(shù)據(jù)的壓縮編碼方法o 3、四叉樹編碼、四叉樹編碼 四叉樹編碼是最有效的柵格數(shù)據(jù)壓縮編碼方

22、法之一，在GIS中有廣泛的應(yīng)用。 第三節(jié)第三節(jié) 空間數(shù)據(jù)的壓縮編碼方法空間數(shù)據(jù)的壓縮編碼方法行號 5= 0 1 0 1列號 7= 0 1 1 1Morton 碼=0 0 1 1 0 1 1 1=55十進制Morton碼的編碼 第三節(jié)第三節(jié) 空間數(shù)據(jù)的壓縮編碼方法空間數(shù)據(jù)的壓縮編碼方法第三節(jié)第三節(jié) 空間數(shù)據(jù)的壓縮編碼方法空間數(shù)據(jù)的壓縮編碼方法o這樣就可將用行列表示的二維圖像，用Morton碼寫成一維數(shù)據(jù)，通過Morton碼就可知道象元的位置。 把一幅2 n2 n的圖像壓縮成線性四叉樹的過程為：1按Morton碼把圖象讀入一維數(shù)組。2相鄰的四個象元比較，一致的合并，只記錄第一個象元的Morton碼

23、。3比較所形成的大塊，相同的再合并，直到不能合并為止。 對用上述線性四叉樹的編碼方法所形成的數(shù)據(jù)還可進一步用游程長度編碼壓縮。壓縮時只記錄第一個象元的Morton碼。第三節(jié)第三節(jié) 空間數(shù)據(jù)的壓縮編碼方法空間數(shù)據(jù)的壓縮編碼方法o 例：ABBBBBBBAAAAAAAA0213891011121314154567四叉樹Morton碼編碼結(jié)果 第三節(jié)第三節(jié) 空間數(shù)據(jù)的壓縮編碼方法空間數(shù)據(jù)的壓縮編碼方法第三節(jié)第三節(jié) 空間數(shù)據(jù)的壓縮編碼方法空間數(shù)據(jù)的壓縮編碼方法o 解碼時，根據(jù)Morton碼，就可知道象元在圖像中的位置。從左上角，本Morton碼和下一個Morton碼之差即為象元個數(shù)。知道了象元的個數(shù)和象

24、元的位置就可恢復(fù)出圖像了。o 線性四叉樹編碼的優(yōu)點是：壓縮效率高，壓縮和解壓縮比較方便，陣列各部分的分辯率可不同，既可精確地表示圖形結(jié)構(gòu)，又可減少存貯量，易于進行大部分圖形操作和運算。缺點是：不利于形狀分析和模式識別，即具有圖形編碼的不定性，如同一形狀和大小的多邊形可得出完全不同的四叉樹結(jié)構(gòu)。第四節(jié)第四節(jié) 空間數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換空間數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換o 因GIS軟件的原因，不同的GIS軟件對空間數(shù)據(jù)定義和存儲結(jié)構(gòu)的差別，GIS數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)格式之間存在不兼容的問題。即不同的GIS軟件所支持的數(shù)據(jù)存儲格式不能直接相互利用。需經(jīng)過格式轉(zhuǎn)換才能相互被對方使用。第四節(jié)第四節(jié) 空間數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換空間數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)

25、換o 一、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換的內(nèi)容一、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換的內(nèi)容o 數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換的內(nèi)容包括三個方面的內(nèi)容：n 空間定位信息，即幾何信息，主要是實體的坐標。n 空間關(guān)系信息，幾何實體之間的拓撲或幾何關(guān)系數(shù)據(jù)。n 屬性信息，幾何實體的屬性說明數(shù)據(jù)。第四節(jié)第四節(jié) 空間數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換空間數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換o 二、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換的方式二、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換的方式o 主要有三種方式：第四節(jié)第四節(jié) 空間數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換空間數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換o 1、通過外部數(shù)據(jù)交換、通過外部數(shù)據(jù)交換文件進行。文件進行。o 大部分GIS工具軟件都定義了外部交換文件格式， 軟件名稱外部交換格式ARCINFOE00;MapInfoMID;AutoCADDXF;M

26、GEASCII Loader第四節(jié)第四節(jié) 空間數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換空間數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換外部交換格式轉(zhuǎn)換 B,11,11,25第四節(jié)第四節(jié) 空間數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換空間數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換o 2、通過標準空間數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換、通過標準空間數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換o 在系統(tǒng)之間進行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換的另一種解決方案是，定義標準的空間數(shù)據(jù)交換文件標準，每個GIS軟件都按這個標準提供外部交換格式，并且提供讀入標準格式的軟件。這樣系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換經(jīng)過二次轉(zhuǎn)換即可完成。第四節(jié)第四節(jié) 空間數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換空間數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換標準數(shù)據(jù)文件交換 第四節(jié)第四節(jié) 空間數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換空間數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換o 3、通過標準的、通過標準的API函數(shù)進行轉(zhuǎn)換函數(shù)進行轉(zhuǎn)換

27、o 上述兩種方式都是經(jīng)過文件實現(xiàn)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方式。如果GIS軟件都提供直接讀取對方存儲格式的API函數(shù)，則系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換只需一次轉(zhuǎn)換即可完成 。第四節(jié)第四節(jié) 空間數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換空間數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換函數(shù)轉(zhuǎn)換 第五節(jié)第五節(jié) 矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換o 由于矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)各自的優(yōu)點和互補性，矢量到柵格、柵格到矢量的轉(zhuǎn)換的情況在GIS中經(jīng)常發(fā)生。第五節(jié)第五節(jié) 矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換o 一、矢量一、矢量柵格轉(zhuǎn)換柵格轉(zhuǎn)換o 由于矢量數(shù)據(jù)的點到柵格數(shù)據(jù)的點只是簡單的坐標變換，所以，這里主要介紹線和面(多邊形)的矢量數(shù)據(jù)向柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。第五節(jié)第五節(jié) 矢量數(shù)據(jù)

28、和柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換o 1、線的柵格化方法、線的柵格化方法o 線是由多個直線段組成的，因此，線的柵格化的核心就是直線段如何由矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為柵格數(shù)據(jù) 。第五節(jié)第五節(jié) 矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換o 設(shè)直線段的兩端點坐標轉(zhuǎn)換到柵格數(shù)據(jù)的坐標系后為(xA,yA),(xB,yB)。 第五節(jié)第五節(jié) 矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換o2、面、面(多邊形多邊形)的柵格化方法的柵格化方法 多邊形的柵格化方法主要有三種算法。（1）內(nèi)部點擴散法 由一個內(nèi)部的種子點，向其4個方向的鄰點擴散。判斷新加入的點是否在多邊形邊界上，如果是，不作為種子點，否則當作新的種

29、子點，直到區(qū)域填滿，無種子點為止。 該算法比較復(fù)雜，而且可能造成阻塞而造成擴散不能完成（如圖），此外若多邊形不完全閉合時，會擴散出去。第五節(jié)第五節(jié) 矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換o （2）掃描法 如圖，按掃描線的順序，計算多邊形與掃描線的相交區(qū)間，再用相應(yīng)的屬性值填充這些區(qū)間，即完成了多邊形的柵格化。第五節(jié)第五節(jié) 矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換o （3）邊填充算法o 其基本思想是：對于每一條掃描線和每條多邊形邊上的交點，將該掃描線上交點右方的所有象素取原屬性值之補。對多邊形的每條邊作此處理，多邊形的方向任意。如圖，是一個簡單的例子。第五節(jié)第五節(jié) 矢量數(shù)據(jù)和柵

30、格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換o 二、二、 柵格柵格矢量轉(zhuǎn)換矢量轉(zhuǎn)換 柵格數(shù)據(jù)到矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的一般過程可描述為：o 1、二值化、二值化 由于掃描后的圖像是以不同灰度級存儲的，為了進行柵格數(shù)據(jù)矢量化的轉(zhuǎn)換，需壓縮為兩級(0和1)，稱為二值化。地圖掃描灰度影像直方圖 第五節(jié)第五節(jié) 矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換o 2、二值圖像的預(yù)處理、二值圖像的預(yù)處理 對于掃描輸入的圖幅，由于原稿不干凈等原因，總是會出現(xiàn)一些飛白、污點、線劃邊緣凹凸不平等。 圖象預(yù)處理 第五節(jié)第五節(jié) 矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換o 3、細化、細化 所謂細化就是將二值圖像象元陣列逐步剝除輪

31、廓邊緣的點，使之成為線劃寬度只有一個象元的骨架圖形。細化后的圖形骨架既保留了原圖形的絕大部分特征，又便于下一步的跟蹤處理。 細化的基本過程是：(1)確定需細化的象元集合；(2)移去不是骨架的象元；(3)重復(fù)，直到僅剩骨架象元。第五節(jié)第五節(jié) 矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換(1)、(2)是可剝?nèi)サ?，?3)、(4)的中心點是不可剝?nèi)サ摹?第五節(jié)第五節(jié) 矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換o 如果是對掃描后的地圖圖像進行細化處理，應(yīng)符合下列基本要求：（1）保持原線劃的連續(xù)性；（2）線寬只為一個象元；（3）細劃后的骨架應(yīng)是原線劃的中心線；（4）保持圖形的原有特征。第五節(jié)第

32、五節(jié) 矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換o 4、追蹤、追蹤細化后的二值圖像形成了骨架圖，追蹤就是把骨架轉(zhuǎn)換為矢量圖形的坐標序列。其基本步驟為：（1）從左向右，從上向下搜索線劃起始點，并記下坐標。（2）朝該點的8個方向追蹤點，若沒有，則本條線的追蹤結(jié)束，轉(zhuǎn)(1)進行下條線的追蹤；否則記下坐標。（3）把搜索點移到新取的點上，轉(zhuǎn)（2）。o 注意的是，已追蹤點應(yīng)作標記，防止重復(fù)追蹤。第五節(jié)第五節(jié) 矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換o 5、拓撲化、拓撲化為了進行拓撲化，需找出線的端點和結(jié)點，以及孤立點。（1）孤立點：8鄰城中沒有為1的象元。如圖(1)。（2）端點：8鄰城中只有

33、一個為1的象元。如圖(2)。（3）結(jié)點：8鄰城中有三個或三個以上為1的象元。如圖（3）。第五節(jié)第五節(jié) 矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換拓撲化 第十二章第十二章 地理空間數(shù)據(jù)的質(zhì)量地理空間數(shù)據(jù)的質(zhì)量o GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的研究是GIS的重要研究內(nèi)容之一。長期以來，對GIS數(shù)據(jù)及其分析結(jié)果的誤差分析和處理方法的研究，一直處于滯后狀況，缺乏評定GIS的數(shù)據(jù)質(zhì)量以及分析結(jié)果的可靠性的必要方法。第一節(jié)第一節(jié) GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的概念數(shù)據(jù)質(zhì)量的概念o 關(guān)于數(shù)據(jù)質(zhì)量研究的目的、意義、內(nèi)容和類型以及評定數(shù)據(jù)質(zhì)量的指標構(gòu)成了數(shù)據(jù)質(zhì)量的整體概念。關(guān)于評定指標，不同的數(shù)據(jù)使用目的，可能存在差別。第一節(jié)第一節(jié)

34、 GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的概念數(shù)據(jù)質(zhì)量的概念o 一、什么是一、什么是GIS的數(shù)據(jù)質(zhì)量的數(shù)據(jù)質(zhì)量 GIS的數(shù)據(jù)質(zhì)量是指GIS中空間數(shù)據(jù)(幾何數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù))在表達空間位置、屬性和時間特征時所能達到的準確性、一致性、完整性以及三者統(tǒng)一性的程度。第一節(jié)第一節(jié) GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的概念數(shù)據(jù)質(zhì)量的概念o二、二、GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量研究的目的數(shù)據(jù)質(zhì)量研究的目的 GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量研究的目的是建立一套空間數(shù)據(jù)的分析和處理的體系，包括誤差源的確定、誤差的鑒別和度量方法、誤差傳播的模型、控制和削弱誤差的方法等，使未來的GIS在提供產(chǎn)品的同時，附帶提供產(chǎn)品的質(zhì)量指標，即建立GIS產(chǎn)品的合格證制度。 從應(yīng)用的角度，可把GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的研

35、究分為兩大問題。當GIS錄入數(shù)據(jù)的誤差和各種操作中引入的誤差已知時，計算GIS最終生成產(chǎn)品的誤差大小的過程稱為正演問題。而根據(jù)用戶對GIS產(chǎn)品所提出的誤差限值要求，確定GIS錄入數(shù)據(jù)的質(zhì)量稱為反演問題。顯然，誤差傳播機制是解決正反演問題的關(guān)鍵。第一節(jié)第一節(jié) GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的概念數(shù)據(jù)質(zhì)量的概念o 三、研究三、研究GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的意義數(shù)據(jù)質(zhì)量的意義 研究GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量對于評定GIS的算法、減少GIS設(shè)計與開發(fā)的盲目性都具有重要意義。如果不考慮GIS的數(shù)據(jù)質(zhì)量，那么當用戶發(fā)現(xiàn)GIS的結(jié)論與實際的地理狀況相差較大時，GIS會失去信譽。第一節(jié)第一節(jié) GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的概念數(shù)據(jù)質(zhì)量的概念o四、四、GIS的數(shù)

36、據(jù)質(zhì)量的內(nèi)容和類型的數(shù)據(jù)質(zhì)量的內(nèi)容和類型1、GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的基本內(nèi)容數(shù)據(jù)質(zhì)量的基本內(nèi)容GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量包含如下五個方面：（1）位置精度：如數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、平面精度、高程精度等，用以描述幾何數(shù)據(jù)的質(zhì)量。（2）屬性精度：如要素分類的正確性、屬性編碼的正確性、注記的正確性等，用以反映屬性數(shù)據(jù)的質(zhì)量。（3）邏輯一致性：如多邊形的閉合精度、結(jié)點匹配精度、拓撲關(guān)系的正確性等。（4）完備性：如數(shù)據(jù)分類的完備性、實體類型的完備性、屬性數(shù)據(jù)的完備性、注記的完整性等。（5）現(xiàn)勢性：如數(shù)據(jù)的采集時間、數(shù)據(jù)的更新時間等。第一節(jié)第一節(jié) GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的概念數(shù)據(jù)質(zhì)量的概念o 2、空間數(shù)據(jù)的誤差類型、空間數(shù)據(jù)的誤差類型o GIS空

37、間數(shù)據(jù)的誤差可分為源誤差和處理誤差。第一節(jié)第一節(jié) GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的概念數(shù)據(jù)質(zhì)量的概念o（1） 源誤差源誤差是指數(shù)據(jù)采集和錄入中產(chǎn)生的誤差，包括：1遙感數(shù)據(jù)：攝影平臺、傳感器的結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性、分辯率等。2測量數(shù)據(jù)：人差(對中誤差、讀數(shù)誤差等)、儀差(儀器不完善、缺乏校驗、未作改正等)、環(huán)境(氣候、信號干擾等)。3屬性數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)的錄入、數(shù)據(jù)庫的操作等。4GPS數(shù)據(jù)：信號的精度、接收機精度、定位方法、處理算法等。5地圖：控制點精度，編繪、清繪、制圖綜合等的精度。6地圖數(shù)字化精度：紙張變形、數(shù)字化儀精度、操作員的技能等。第一節(jié)第一節(jié) GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的概念數(shù)據(jù)質(zhì)量的概念o （2） 處理誤差處理誤差是指GI

38、S對空間數(shù)據(jù)進行處理時產(chǎn)生的誤差，例如在下列處理中產(chǎn)生的誤差就是處理誤差。1幾何糾正；幾何糾正所用控制點的精度、糾正的數(shù)學(xué)模型精度是產(chǎn)生這類誤差的主要原因。2坐標變換；控制點的布局、精度、轉(zhuǎn)換的數(shù)學(xué)模型是產(chǎn)生這類誤差的主要原因。3幾何數(shù)據(jù)的編輯；在編輯過程中，結(jié)點、線的移動，交點的增加、刪除、移動等都會產(chǎn)生編輯誤差。第一節(jié)第一節(jié) GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的概念數(shù)據(jù)質(zhì)量的概念4屬性數(shù)據(jù)的編輯；屬性取值的合理性是主要誤差產(chǎn)生原因。5空間分析(如多邊形疊置等)；疊加算法的自動取舍、誤差容限的給定是主要原因。6圖形化簡(如數(shù)據(jù)壓縮)；壓縮算法是主要原因。7數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換；數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換會丟失數(shù)據(jù)信息，如拓撲關(guān)系信息

39、、屬性信息等。8計算機截斷誤差；與算法規(guī)則有關(guān)。9空間內(nèi)插；與內(nèi)插的算法有關(guān)，與數(shù)據(jù)點的分布有關(guān)。10矢量柵格數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換。與算法有關(guān)，與二值化和細線化有關(guān)。二值化和細線化會影響線的中心位置的確定。柵格分辨率也是影響因素。第一節(jié)第一節(jié) GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的概念數(shù)據(jù)質(zhì)量的概念o （3） GIS中的誤差傳播誤差傳播是指對有誤差的數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理生成的GIS產(chǎn)品也存在著誤差。誤差傳播在GIS中可歸結(jié)為三種方式。1代數(shù)關(guān)系下的誤差傳播：這是指對有誤差的數(shù)據(jù)進行代數(shù)運算后，所得結(jié)果的誤差。2邏輯關(guān)系下的誤差傳播：即指在GIS中對數(shù)據(jù)進行邏輯交、并等運算所引起的誤差傳播，如疊置分析時的誤差傳播。3推理關(guān)系下的

40、誤差傳播：這是指不精確推理所造成的誤差。第二節(jié)第二節(jié) GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的研究方法數(shù)據(jù)質(zhì)量的研究方法o 數(shù)據(jù)質(zhì)量的研究涉及數(shù)據(jù)問題的檢查方法、評價方法和標準等內(nèi)容。第二節(jié)第二節(jié) GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的研究方法數(shù)據(jù)質(zhì)量的研究方法o 一、GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量問題的檢查方法數(shù)據(jù)質(zhì)量問題的檢查方法 發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)錯誤，探測數(shù)據(jù)精度和準確性，是研究數(shù)據(jù)質(zhì)量的前提。GIS中對數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查的方法主要有直接評價、間接評價和非定量描述等。第二節(jié)第二節(jié) GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的研究方法數(shù)據(jù)質(zhì)量的研究方法o 1、 直接評價法直接評價法（1）用計算機程序自動檢測 某些類型的錯誤可以用計算機軟件自動發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)中不符合要求的數(shù)據(jù)項的百分率或平均質(zhì)量等

41、級也可由計算機軟件算出。例如，可以檢測文件格式是否符合規(guī)范、編碼是否正確、數(shù)據(jù)是否超出范圍等。 （2）隨機抽樣檢測 在確定抽樣方案時，應(yīng)考慮數(shù)據(jù)的空間相關(guān)性。 第二節(jié)第二節(jié) GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的研究方法數(shù)據(jù)質(zhì)量的研究方法o 2、間接評價法、間接評價法 所謂間接評價法是指通過外部知識或信息進行推理來確定空間數(shù)據(jù)的質(zhì)量的方法。用于推理的外部知識或信息如用途、數(shù)據(jù)歷史記錄、數(shù)據(jù)源的質(zhì)量、數(shù)據(jù)生產(chǎn)的方法、誤差傳遞模型等。第二節(jié)第二節(jié) GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的研究方法數(shù)據(jù)質(zhì)量的研究方法o 3、非定量描述法、非定量描述法 非定量描述法是指通過對數(shù)據(jù)質(zhì)量的各組成部分的評價結(jié)果進行的綜合分析來確定數(shù)據(jù)的總體質(zhì)量的方法。第

42、二節(jié)第二節(jié) GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的研究方法數(shù)據(jù)質(zhì)量的研究方法o 二、研究二、研究GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的常用方法數(shù)據(jù)質(zhì)量的常用方法o 1、敏感度分析法、敏感度分析法 一般而言，精確確定GIS數(shù)據(jù)的實際誤差非常困難。為了從理論上了解輸出結(jié)果如何隨輸入數(shù)據(jù)的變化而變化，可以通過人為地在輸入數(shù)據(jù)中加上擾動值來檢驗輸出結(jié)果對這些擾動值的敏感程度。然后根據(jù)適合度分析，由置信域來衡量由輸入數(shù)據(jù)的誤差所引起的輸出數(shù)據(jù)的變化。第二節(jié)第二節(jié) GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的研究方法數(shù)據(jù)質(zhì)量的研究方法o 為了確定置信域，需要進行地理敏感度測試，以便發(fā)現(xiàn)由輸入數(shù)據(jù)的變化引起輸出數(shù)據(jù)變化的程度，即敏感度。這種研究方法得到的并不是輸出結(jié)果的真實誤差

43、，而是輸出結(jié)果的變化范圍。對于某些難以確定實際誤差的情況，這種方法是行之有效的。o 在GIS中，敏感度檢驗一般有以下幾種：地理敏感度、屬性敏感度、面積敏感度、多邊形敏感度、增刪圖層敏感度等。敏感度分析法是一種間接測定GIS產(chǎn)品可靠性的方法。第二節(jié)第二節(jié) GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的研究方法數(shù)據(jù)質(zhì)量的研究方法o 2、尺度不變空間分析法、尺度不變空間分析法o 地理數(shù)據(jù)的分析結(jié)果應(yīng)與所采用的空間坐標系統(tǒng)無關(guān)，即為尺度不變空間分析，包括比例不變和平移不變。尺度不變是數(shù)理統(tǒng)計中常用的一個準則，一方面在能保證用不同的方法能得到一致的結(jié)果，另一方面又可在同一尺度下合理地衡量估值的精度。o 也就是說，尺度不變空間分析法使

44、GIS的空間分析結(jié)果與空間位置的參考系無關(guān)，以防止由基準問題而引起分析結(jié)果的變化。第二節(jié)第二節(jié) GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的研究方法數(shù)據(jù)質(zhì)量的研究方法o 3、Monte Carlo實驗仿真實驗仿真o 由于GIS的數(shù)據(jù)來源繁多，種類復(fù)雜，既有描述空間拓撲關(guān)系的幾何數(shù)據(jù)，又有描述空間物體內(nèi)涵的屬性數(shù)據(jù)。對于屬性數(shù)據(jù)的精度往往只能用打分或不確定度來表示。對于不同的用戶，由于專業(yè)領(lǐng)域的限制和需要，數(shù)據(jù)可靠性的評價標準并不相同。因此，想用一個簡單的、固定不變的統(tǒng)計模型來描述GIS的誤差規(guī)律似乎是不可能的。在對所研究問題的背景不十分了解的情況下，Monte Carlo實驗仿真是一種有效的方法。第二節(jié)第二節(jié) GIS數(shù)據(jù)

45、質(zhì)量的研究方法數(shù)據(jù)質(zhì)量的研究方法o Monte Carlo實驗仿真首先根據(jù)經(jīng)驗對數(shù)據(jù)誤差的種類和分布模式進行假設(shè)，然后利用計算機進行模擬試驗，將所得結(jié)果與實際結(jié)果進行比較，找出與實際結(jié)果最接近的模型。對于某些無法用數(shù)學(xué)公式描述的過程，用這種方法可以得到實用公式，也可檢驗理論研究的正確性。第二節(jié)第二節(jié) GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的研究方法數(shù)據(jù)質(zhì)量的研究方法o 4、空間濾波、空間濾波 獲取空間數(shù)據(jù)的方法可能是不同的，既可以采用連續(xù)方式采集，也可采用離散方式采集。這些數(shù)據(jù)采集的過程可以看成是隨機采樣，其中包含傾向性部分和隨機性部分。前者代表所采集物體的實際信息，而后者是由觀測噪聲引起的。第二節(jié)第二節(jié) GIS數(shù)據(jù)

46、質(zhì)量的研究方法數(shù)據(jù)質(zhì)量的研究方法o 空間濾波可分為高通濾波和低通濾波。高通濾波是從含有噪聲的數(shù)據(jù)中分離出噪聲信息；低通濾波是從含有噪聲的數(shù)據(jù)中提取信號。例如經(jīng)高通濾波后可得到一隨機噪聲場，然后用隨機過程理論等方法求得數(shù)據(jù)的誤差。o 對GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的研究，傳統(tǒng)的概率論和數(shù)理統(tǒng)計是其最基本的理論基礎(chǔ)，同時還需要信息論、模糊邏輯、人工智能、數(shù)學(xué)規(guī)劃、隨機過程、分形幾何等理論與方法的支持。第二節(jié)第二節(jié) GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的研究方法數(shù)據(jù)質(zhì)量的研究方法o三、數(shù)據(jù)采集中數(shù)據(jù)質(zhì)量的評價內(nèi)容三、數(shù)據(jù)采集中數(shù)據(jù)質(zhì)量的評價內(nèi)容 GIS中數(shù)據(jù)采集的方法通?？煞譃橹苯臃椒ê烷g接方法兩種。直接方法是指直接從野外采集，以獲取

47、觀測數(shù)據(jù)、圖像等，間接方法是指從已有的圖件上進行采集。o 直接方法獲 取的數(shù)據(jù)受人差、儀差、環(huán)境等的影響，但已有傳統(tǒng)的方法可以解決。間接方法獲取的數(shù)據(jù)中，除了含有直接方法中的誤差外，還有展繪控制點的誤差、編繪的誤差、制圖綜合的誤差，數(shù)字化的誤差等。o 地圖數(shù)字化是獲取矢量數(shù)據(jù)的主要方法之一，也是GIS中的重要誤差源，是GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量研究的重點之一。在地圖數(shù)字化中，原圖固有誤差和數(shù)字化過程中引入的誤差是兩個主要的誤差源。下面對地圖數(shù)字化的數(shù)據(jù)誤差作一分析。第二節(jié)第二節(jié) GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的研究方法數(shù)據(jù)質(zhì)量的研究方法o1、地圖固有誤差的來源和類型、地圖固有誤差的來源和類型 在地圖的固有誤差中，除了含有

48、控制點和碎部點引入的誤差外，至少存在下列誤差：（1）控制點展繪誤差 展繪控制點是成圖的第一步。當對地圖的精度要求不高時，該項誤差可不考慮。（2）編繪誤差通常點狀特征的編繪精度優(yōu)于線狀特征的編繪精度，即使都是線狀特征，如果分辨率或?qū)挾炔煌?，編繪精度也不同。（3）繪圖誤差繪圖誤差是在繪圖過程中產(chǎn)生的，其誤差范圍為0.060.18mm.。（4）綜合誤差綜合誤差的大小取決于特征的類型和復(fù)雜程度，又取決于采用的制圖綜合方法，如取舍、移位、夸大等，因此，綜合誤差極難量化。第二節(jié)第二節(jié) GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的研究方法數(shù)據(jù)質(zhì)量的研究方法（5）地圖復(fù)制誤差和分版套合誤差 這些都是地圖印刷中產(chǎn)生的誤差，如地圖復(fù)制誤差的

49、均方差為0.10.2mm。（6）繪圖材料的變形誤差 地圖一般印在紙上，隨著溫度和濕度的變化，紙張的尺寸也會變化。由于紙張在印刷時溫度升高，紙張長度會伸長1.5%，寬度會伸長2.5%；而當紙張干燥和冷卻后，其長度和寬度又分別收縮0.5%和0.75%。因此，在地圖印刷完成后，圖紙在長、寬方向上的凈伸長分別為0.99%和1.73%。（7）特征的定義自然界中的許多特征并無明確的界限。例如，海岸線的位置、森林的邊界等，但在地圖上卻有明確的位置。第二節(jié)第二節(jié) GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的研究方法數(shù)據(jù)質(zhì)量的研究方法o2、數(shù)字化的誤差、數(shù)字化的誤差 目前的地圖數(shù)字化方式主要有跟蹤數(shù)字化和掃描數(shù)字化兩種。數(shù)字化的精度主要受數(shù)字化儀的精度、數(shù)字化方式、操作員的水平、數(shù)字化軟件的算法等的影響，常采用下列方法進行評價。 （1）自動回歸法 在對線劃進行跟蹤數(shù)字化的過程中，每隔一定時間和距離就記錄一次坐標值，因此可以認為這些數(shù)據(jù)是序列相關(guān)的。即某一點誤差的大小，除受該點本身的影響外，還受前一點誤差的影響。 由于跟蹤數(shù)字化不僅是一個隨機序列，而且是一個時間序列，因此可用數(shù)理統(tǒng)計中的時間序列分析法來確定數(shù)字化的誤差。第二節(jié)第二節(jié) GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的研究方法數(shù)據(jù)質(zhì)量的研究方法o （2）Band法 Band法又稱誤差帶方法，即在一條數(shù)字化線的兩側(cè)，各定義寬為的范圍，