空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換

1、第2節(jié) 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換 矢量數(shù)據(jù)到柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，稱為矢量柵格化。 許多數(shù)據(jù)如行政邊界、交通干線、土地利用類型、土壤類型等都是用矢量數(shù)字化的方法輸人計(jì)算機(jī)或以矢量的方式存在計(jì)算機(jī)中，表現(xiàn)為點(diǎn)、線、多邊形數(shù)據(jù)。然而，矢量數(shù)據(jù)直接用于多種數(shù)據(jù)的復(fù)合分析等處理將比較復(fù)雜，特別是不同數(shù)據(jù)要在位置上一一配準(zhǔn)。 具體轉(zhuǎn)換步驟分如下幾步：1 準(zhǔn)備好矢量數(shù)據(jù)或矢量地圖；2 構(gòu)架一個(gè)與地圖等大小的格網(wǎng)，選取好適當(dāng)?shù)母窬W(wǎng)密度或分辨率，依據(jù)范圍則可以算出格網(wǎng)的行列數(shù)。3 根據(jù)地圖上的點(diǎn)、線、多邊形相對(duì)這個(gè)格網(wǎng)的配置及其屬性來(lái)確定每一個(gè)項(xiàng)元的數(shù)值。 上述三步中，第三步內(nèi)容較多，需要專門說(shuō)明：1、點(diǎn)狀對(duì)象的柵格化：

2、點(diǎn)的變換十分簡(jiǎn)單，只要這個(gè)點(diǎn)落在哪個(gè)網(wǎng)格中就是屬于那個(gè)網(wǎng)格元素，根據(jù)該點(diǎn)狀對(duì)象的特性賦予該像元屬性值。點(diǎn)行、列坐標(biāo)i，j計(jì)算公式：2、線狀對(duì)象的柵格化（一）： 假定一線段兩端點(diǎn)之間經(jīng)過(guò)若干個(gè)網(wǎng)格元素(至少一個(gè))，兩端點(diǎn)坐標(biāo)為(X1，Y1)，(X2，Y2)，則：P82YX（X1，Y1）（X2，Y2） 判斷行差和列差是為了確保單一連接：?jiǎn)我贿B接定義：1 、線條不中斷，線上每?jī)蓚€(gè)像元間必須連接，或鄰邊連接，或頂角連接。2 、任何三個(gè)像元不得兩兩間都相鄰。3、面的柵格化方法：一、基于弧段數(shù)據(jù)的柵格化方法： 按行或列做中心掃描線 求交點(diǎn)柵格坐標(biāo)的行列值 判斷交點(diǎn)左右多邊形數(shù)值 交點(diǎn)排序并逐段生成柵格數(shù)據(jù)

3、 特點(diǎn)： 計(jì)算量較大，算法比較復(fù)雜。abcdef10110111101110000111101001000100010000001000000001000011101110001001101100011100000001110110000100111010001100001111111110二、基于多邊形的柵格化方法：、內(nèi)部點(diǎn)擴(kuò)散法： 由一個(gè)內(nèi)部的種子點(diǎn)，向其四個(gè)方向的鄰點(diǎn)擴(kuò)散，判斷新加入的點(diǎn)是否在多邊形邊界上。如果是，不作為種子點(diǎn)；否則當(dāng)作新的種子點(diǎn)，直到區(qū)域填滿。算法特點(diǎn)： 算法設(shè)計(jì)復(fù)雜，而且可能造成阻塞而使擴(kuò)散不能完成。、邊界代數(shù)法：上減下加特點(diǎn)：算法簡(jiǎn)單，但對(duì)于復(fù)雜圖形，每一像素可能被

4、訪問(wèn)多次，增加了運(yùn)算量。、包含檢驗(yàn)法： 點(diǎn)在多邊形內(nèi)判斷：檢驗(yàn)夾角之和射線算法：由待判點(diǎn)向圖外某點(diǎn)引射線，判斷該射線與某多邊形所有邊界相交的總次數(shù)，如果相交偶數(shù)次，則待判點(diǎn)在該多邊形外部，如為奇數(shù)次，則待判點(diǎn)在該多邊形內(nèi)部如圖所示。 n=0內(nèi)部點(diǎn)外部點(diǎn)n=2n=1n=3n=4n交點(diǎn)個(gè)數(shù)三、柵格到矢量：柵格向矢量轉(zhuǎn)換處理的目的，是為了：1 將柵格數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，通過(guò)矢量繪圖裝置輸出；2 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；3 將自動(dòng)掃描儀獲取的柵格數(shù)據(jù)加入矢量形式的數(shù)據(jù)庫(kù)。1、基于圖象數(shù)據(jù)的矢量化方法 圖象數(shù)據(jù)是由不同灰階的影像或線劃，通過(guò)自動(dòng)掃描儀(scann

5、er)，按一定的分辨率進(jìn)行掃描采樣，得到以不同灰度值(0255)表示的數(shù)據(jù)。目前掃描儀的分辨率可達(dá)00125mm，因此對(duì)一般粗度(例如0.1mm)的線條，其橫斷面掃描后平均也有8個(gè)像元，而矢量化的要求只能允許橫斷面保持一個(gè)柵格的寬度，因此需要進(jìn)行從柵格向矢量數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。 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 4 7 244 12 2 5 12135 201 166 127155 9 1 1 9

6、 4 8 2112211 43 5 0 （a）掃描前的矢量數(shù)據(jù)）掃描前的矢量數(shù)據(jù) （b）掃描得到的灰度值）掃描得到的灰度值具體轉(zhuǎn)換的步驟： I 、二值化 線劃圖形掃描后產(chǎn)生柵格數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是按從0255的不同灰度值量度的，設(shè)以G(i，j)表示，為了將這種256級(jí)不同的灰階壓縮到2個(gè)灰階，即0和1兩級(jí)，首先要在最大與最小灰階之間定義一個(gè)閾值，設(shè)閾值為T，則如果G(i，j)大于等于T，則記此柵格的值為1，如果G(i，j)小于T，則記此柵格的值為0，得到一幅二值圖。根據(jù)給定的閾值二值化后得到的柵格數(shù)據(jù)II、細(xì)化 細(xì)化是消除線劃?rùn)M斷面柵格數(shù)的差異，使得每一條線只保留代表其軸線或周圍輪廓線(對(duì)面狀符號(hào)

7、而言)位置的單個(gè)柵格的寬度。 對(duì)于柵格線劃的“細(xì)化”方法，常用 “剝皮法” 。剝皮法的實(shí)質(zhì)是從曲線的邊緣開始，每次剝掉等于一個(gè)柵格寬的一層，直到最后留下彼此連通的由單個(gè)柵格點(diǎn)組成的圖形。因?yàn)橐粭l線在不同位置可能有不同的寬度，故在剝皮過(guò)程中必須注意一個(gè)條件，即不允許剝?nèi)?huì)導(dǎo)致曲線不連通的柵格。 這是這一方法的技術(shù)關(guān)鍵所在。其解決辦法是，借助一個(gè)在計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)著的，由待剝柵格為中心的33柵格組合圖來(lái)決定。一個(gè)33的柵格窗口，其中心柵格有八個(gè)鄰域，因此組合圖有多種不同的排列格式，若將相對(duì)位置關(guān)系的差異只是轉(zhuǎn)置90、180、270度或互為鏡象反射的方法進(jìn)行歸并，則共有51種排列格式。 12345678

8、91 01 11 21 31 41 51 61 71 82 82 93 03 13 23 33 43 53 62 42 52 62 71 92 02 12 22 34 64 74 84 95 05 14 24 34 44 53 73 83 94 04 1123456789101112131415161718282930313233343536242526271920212223464748495051424344453738394041 顯然，其中只有格式2、3、4、5、10、11、12、16、21、24、28、33、34、35、38、42、43、46和50，可以將中心點(diǎn)剝?nèi)?。這樣，便可確定中

9、間柵格點(diǎn)保留或刪除，得到經(jīng)細(xì)化處理后應(yīng)予保留的柵格系列，并寫入數(shù)據(jù)文件。III、跟蹤 跟蹤的目的是將寫入數(shù)據(jù)文件的細(xì)化處理后的柵格數(shù)據(jù)，整理為從結(jié)點(diǎn)出發(fā)的線段或閉合的線條，并以矢量形式存儲(chǔ)于特征柵格點(diǎn)中心的坐標(biāo)。 2022-5-7222022-5-723第三節(jié)第三節(jié) 空間數(shù)據(jù)的融合空間數(shù)據(jù)的融合1、遙感與遙感與GISGIS數(shù)據(jù)的融合數(shù)據(jù)的融合1 1）遙感圖像與）遙感圖像與DLGDLG圖形的融合圖形的融合 豐富的光譜信息、幾何信息、行政界線和屬性信息，提豐富的光譜信息、幾何信息、行政界線和屬性信息，提高可視化效果。高可視化效果。2 2）遙感數(shù)據(jù)與）遙感數(shù)據(jù)與DEMDEM的融合的融合 有助于遙感影

10、像的幾何校正與配準(zhǔn)。有助于遙感影像的幾何校正與配準(zhǔn)。3 3）遙感與地圖掃描圖像的融合）遙感與地圖掃描圖像的融合 發(fā)現(xiàn)快速變化的區(qū)域，進(jìn)行自動(dòng)更新。發(fā)現(xiàn)快速變化的區(qū)域，進(jìn)行自動(dòng)更新。2022-5-7242 2、不同格式數(shù)據(jù)的融合、不同格式數(shù)據(jù)的融合 矢量矢量 交換格式文件交換格式文件 柵格柵格ARC/INFO Coverage E00 GridARCVIEW Shape GridMapinfo Tab Mif AutoCAD DWG DxfMapGIS .wt .wl .wpMicrostation DGN2022-5-725 融合方式：基于轉(zhuǎn)換器基于數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)基于公共接口基于直接訪問(wèn)2022-5

11、-726第四節(jié)第四節(jié) 壓縮與重分類壓縮與重分類1 1、數(shù)據(jù)壓縮的意義、數(shù)據(jù)壓縮的意義優(yōu)化存儲(chǔ)空間，減少處理時(shí)間優(yōu)化存儲(chǔ)空間，減少處理時(shí)間2 2、數(shù)據(jù)壓縮：從所取得的數(shù)據(jù)集合中抽取一個(gè)子集，、數(shù)據(jù)壓縮：從所取得的數(shù)據(jù)集合中抽取一個(gè)子集，作為一個(gè)新的信息源，在規(guī)定的精度范圍內(nèi)最好地逼作為一個(gè)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。近原集合，而又取得盡可能大的壓縮比。 a= m/na= m/n1 1 1 1）曲線上點(diǎn)的壓縮）曲線上點(diǎn)的壓縮2 2）柵格數(shù)據(jù)的壓縮）柵格數(shù)據(jù)的壓縮36578M(1)N(2)曲線上點(diǎn)的篩選2022-5-727二二 空間數(shù)據(jù)重分類空間數(shù)據(jù)重分

12、類2022-5-728 離散空間：離散空間：空間具有跳躍特征（土地利用空間具有跳躍特征（土地利用類型），重要變化發(fā)生在邊界上，邊界內(nèi)類型），重要變化發(fā)生在邊界上，邊界內(nèi)的變化則是的變化則是均勻的均勻的，同質(zhì)的，同質(zhì)的，即在各個(gè)方即在各個(gè)方面都是相同的。面都是相同的。 連續(xù)空間：連續(xù)空間：空間具有漸變特征（地形表空間具有漸變特征（地形表面），內(nèi)插技術(shù)必須采用連續(xù)的空間漸變面），內(nèi)插技術(shù)必須采用連續(xù)的空間漸變模型實(shí)現(xiàn)這些連續(xù)變化，可用一種平滑的模型實(shí)現(xiàn)這些連續(xù)變化，可用一種平滑的數(shù)學(xué)表面加以描述。這類技術(shù)可分為數(shù)學(xué)表面加以描述。這類技術(shù)可分為整體整體擬合擬合和和局部擬合技術(shù)局部擬合技術(shù)兩大類。兩大

13、類。第五節(jié)第五節(jié) 空間數(shù)據(jù)內(nèi)插方法空間數(shù)據(jù)內(nèi)插方法 2022-5-729 整體擬合技術(shù)整體擬合技術(shù):擬合模型是由研究區(qū)域內(nèi)所擬合模型是由研究區(qū)域內(nèi)所有采樣點(diǎn)上的全部特征觀測(cè)值建立的。通有采樣點(diǎn)上的全部特征觀測(cè)值建立的。通常采用的技術(shù)是整體趨勢(shì)面擬合。這種內(nèi)常采用的技術(shù)是整體趨勢(shì)面擬合。這種內(nèi)插技術(shù)一般用于模擬大范圍內(nèi)的變化。插技術(shù)一般用于模擬大范圍內(nèi)的變化。 局部擬合技術(shù)：局部擬合技術(shù)：是僅僅用鄰近的數(shù)據(jù)點(diǎn)來(lái)是僅僅用鄰近的數(shù)據(jù)點(diǎn)來(lái)估計(jì)未知點(diǎn)的值，而不受局部范圍外其它估計(jì)未知點(diǎn)的值，而不受局部范圍外其它點(diǎn)的影響。這類技術(shù)包括雙線性多項(xiàng)式內(nèi)點(diǎn)的影響。這類技術(shù)包括雙線性多項(xiàng)式內(nèi)插、樣條函數(shù)、移動(dòng)擬合法等等。插、樣條函數(shù)、移動(dòng)擬合法等等。2022-5-730 1 分塊內(nèi)插 （1）線性內(nèi)插 （2）雙線性多項(xiàng)式內(nèi)插 2 逐點(diǎn)內(nèi)插 （1）移動(dòng)擬合法 （2）加權(quán)平均法 3 數(shù)據(jù)精度分析2022-5-731 二區(qū)域內(nèi)插1 疊置法2 比重法2022-5-732123比重法比重法第第6節(jié)節(jié) 空間拓?fù)潢P(guān)系編輯空間拓?fù)潢P(guān)系編輯作業(yè)（2）一 比重法可以根據(jù)平滑密度函數(shù)原理將源區(qū)人口統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)從同質(zhì)性改變?yōu)榉峭|(zhì)，其步驟如下： 在源區(qū)上疊置一張格網(wǎng) 將源區(qū)各個(gè)分區(qū)的平均人口數(shù)賦予相應(yīng)分區(qū)的各個(gè)格網(wǎng)點(diǎn)。 .、步結(jié)果如圖，請(qǐng)對(duì) 粗線區(qū)粗線區(qū) 進(jìn)行平滑計(jì)算二 TIN中某三角形如圖所示，其坐標(biāo)