空間數(shù)據(jù)的獲取與處理

1、空間數(shù)據(jù)的獲取與處理第1頁，共72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六第六章 空間數(shù)據(jù)的獲取與處理第一節(jié) 地圖數(shù)字化第二節(jié) 空間數(shù)據(jù)錄入后的處理第2頁，共72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六一、輸入數(shù)據(jù)步驟：1、選擇數(shù)據(jù)源、確定數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式 2、確定數(shù)據(jù)有關(guān)技術(shù)指標(biāo) 3、選擇數(shù)據(jù)獲取的軟件平臺 4、數(shù)據(jù)采集 5、數(shù)據(jù)編輯6、數(shù)據(jù)拼接 7、數(shù)據(jù)入庫 8、數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)更新與維護(hù)第3頁，共72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六1. 選擇數(shù)據(jù)源：數(shù)據(jù)源：指建立GIS數(shù)據(jù)庫所需的各種類型的數(shù)據(jù)的來源。空間數(shù)據(jù)源種類： 地圖、遙感影像數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、實(shí)測數(shù)據(jù)、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)、各

2、類文字報(bào)告和立法文件。第4頁，共72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六地圖 各種類型的地圖是GIS最主要的數(shù)據(jù)源.因?yàn)榈貓D是地理數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)描述形式，是具有共同參考坐標(biāo)系統(tǒng)的點(diǎn)、線、面的二維平面形式的表示，內(nèi)容豐富，圖上實(shí)體間的空間關(guān)系直觀，而且實(shí)體的類別或?qū)傩钥梢杂酶鞣N不同的符號加以識別和表示。我國大多數(shù)的GIS系統(tǒng)其圖形數(shù)據(jù)大部分都來自地圖。第5頁，共72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六遙感影象數(shù)據(jù)遙感影象是GIS中一個(gè)極其重要的信息源。通過遙感影象可以快速、準(zhǔn)確地獲得大面積的、綜合的各種專題信息，航天遙感影象還可以取得周期性的資料，這些都為GIS提供了豐富的信息。

3、但是因?yàn)槊糠N遙感影象都有其自身的成像規(guī)律、變形規(guī)律，所以對其的應(yīng)用要注意影象的糾正、影象的分辨率、影象的解譯特征等方面的問題。 第6頁，共72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù) 國民經(jīng)濟(jì)的各種統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)常常也是GIS的數(shù)據(jù)源。如人口數(shù)量、人口構(gòu)成、國民生產(chǎn)總值等等。 指 標(biāo)單位2000年2001年2002年2003年水資源總量億立方米27700.8 26867.8 28261.3 27460.2 #地表水資源量億立方米26561.9 25933.4 27243.3 26250.7 地下水資源量億立方米8501.9 8390.1 8697.2 8299.3 地表水與地下水資源重

4、復(fù)量億立方米7363.0 7455.7 7679.2 7089.9降水量億立方米60092.0 58122.0 62610.0 60415.5人均水資源量立方米/人2193.9 2112.5 2207.2 2131.3第7頁，共72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六實(shí)測數(shù)據(jù) 各種實(shí)測數(shù)據(jù)特別是一些GPS點(diǎn)位數(shù)據(jù)、地籍測量數(shù)據(jù)常常是GIS 的一個(gè)很準(zhǔn)確和很現(xiàn)勢的資料 第8頁，共72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù) 目前，隨著各種專題圖件的制作和各種GIS系統(tǒng)的建立，直接獲取數(shù)字圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的可能性越來越大。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)也成為GIS信息源不可缺少的一部分。但對數(shù)

5、字?jǐn)?shù)據(jù)的采用需注意數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)精度、可信度的問題。第9頁，共72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六文字報(bào)告和立法文件 目前，隨著各種專題圖件的制作和各種GIS系統(tǒng)的建立，直接獲取數(shù)字圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的可能性越來越大。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)也成為GIS信息源不可缺少的一部分。但對數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的采用需注意數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)精度、可信度的問題。第10頁，共72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六2、確定數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式(1) 柵格數(shù)據(jù) (2) 矢量數(shù)據(jù) (3) 文本數(shù)據(jù)3、確定數(shù)據(jù)有關(guān)技術(shù)指標(biāo)編寫元數(shù)據(jù)文件 確定數(shù)據(jù)分類與編碼體系 編寫數(shù)據(jù)字典 數(shù)據(jù)分層及拓?fù)?數(shù)據(jù)屬性項(xiàng)設(shè)計(jì)第11頁，共

6、72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六4、選擇數(shù)據(jù)獲取的軟件平臺ArcInfo（ArcGIS） MapInfo Arcview SupperMap AutoCAD Map第12頁，共72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六5、數(shù)據(jù)采集掃描柵格地圖 在MapInfo中加入柵格數(shù)據(jù) 建立地圖投影 柵格數(shù)據(jù)定向 依據(jù)數(shù)據(jù)字典建立相應(yīng)的圖層 依據(jù)數(shù)據(jù)字典建立各圖層的屬性項(xiàng) 圖形數(shù)字化 屬性錄入、賦值第13頁，共72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六6、數(shù)據(jù)編輯圖形編輯 屬性編輯 拓?fù)渚庉?、數(shù)據(jù)拼接圖形接邊 屬性接邊 拓?fù)浣舆叺?4頁，共72頁，2022年，5月20日

7、，2點(diǎn)15分，星期六1. 手工方式2. 手扶跟蹤化數(shù)字方式3. 掃描方式4. 影像處理和信息提取方式5. 數(shù)據(jù)通訊方式通過手工在計(jì)算機(jī)終端上輸入數(shù)據(jù)，主要是鍵盤輸入。主要用于屬性數(shù)據(jù)的輸入。二、地圖數(shù)字化方法：第15頁，共72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六1. 手工方式2. 手扶跟蹤化數(shù)字方式3. 掃描方式4. 影像處理和信息提取方式5. 數(shù)據(jù)通訊方式手扶跟蹤數(shù)字化儀是一種圖形數(shù)字化設(shè)備，是目前常用的地圖數(shù)字化方式生成矢量數(shù)據(jù)。二、地圖數(shù)字化方法：第16頁，共72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六1. 手工方式2. 手扶跟蹤化數(shù)字方式3. 掃描方式4. 影像處理和信

8、息提取方式5. 數(shù)據(jù)通訊方式掃描儀是一種圖形、圖象輸入設(shè)備，可以快速地將圖形、圖象輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，是目前發(fā)展最快的數(shù)字化設(shè)備生成柵格數(shù)據(jù)。二、地圖數(shù)字化方法：第17頁，共72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六1. 手工方式2. 手扶跟蹤化數(shù)字方式3. 掃描方式4. 影像處理和信息提取方式5. 數(shù)據(jù)通訊方式從遙感影像上直接提取專題信息。二、地圖數(shù)字化方法：第18頁，共72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六1. 手工方式2. 手扶跟蹤化數(shù)字方式3. 掃描方式4. 影像處理和信息提取方式5. 數(shù)據(jù)通訊方式聯(lián)網(wǎng)方式下，信息系統(tǒng)內(nèi)部各子系統(tǒng)之間以及與其它信息系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)信息交流和

9、信息共享的主要方式。二、地圖數(shù)字化方法：第19頁，共72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六（3）掃描矢量化地圖數(shù)字化（1）手工數(shù)字化（2）數(shù)字化儀數(shù)字化第20頁，共72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六（1）手工數(shù)字化第21頁，共72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六第22頁，共72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六數(shù)字化儀（2）數(shù)字化儀數(shù)字化第23頁，共72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六數(shù)字化儀示意圖 底座感應(yīng)板定標(biāo)器第24頁，共72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六有效區(qū)域數(shù)字化儀板面組成示意圖第25頁，共72頁，

10、2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六流程：第26頁，共72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六1點(diǎn)方式 每次定標(biāo)器的鍵被按下，感應(yīng)板發(fā)送一對坐標(biāo)數(shù)據(jù)到計(jì)算機(jī)。2開關(guān)流方式 在定標(biāo)器上，每按下一次鍵，即將一組坐標(biāo)數(shù)據(jù)發(fā)送到計(jì)算機(jī)。當(dāng)用數(shù)字化來輸入一條連續(xù)曲線是很有效。3時(shí)間流方式 不論定標(biāo)器的鍵是否按下，數(shù)字化儀每個(gè)一定的時(shí)間就向計(jì)算機(jī)發(fā)送坐標(biāo)數(shù)據(jù)，即是不可控的。4距離流方式 當(dāng)定標(biāo)器在感應(yīng)板上移動(dòng)某個(gè)距離，數(shù)字化儀就發(fā)送一對絕對坐標(biāo)數(shù)據(jù)。數(shù)字化儀的工作方式操作方式第27頁，共72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六第28頁，共72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分

11、，星期六曲線離散化算法 在數(shù)字化過程中，需要對曲線進(jìn)行采樣簡化，即在曲線上取有限個(gè)點(diǎn)，將其變?yōu)檎劬€，并且能夠在一定程度上保持原有的形狀。1）在曲線首尾兩點(diǎn)A、B之間連接一條直線段AB，該直線稱為曲線的弦；2）得到曲線上離該直線段距離最大的點(diǎn)C，并計(jì)算其與AB的距離d；3）比較該距離與預(yù)先給定閾值的大小，如果小于，則將該直線段作為曲線的近似，該段曲線處理完畢；4）如果距離大于閾值，則用C將曲線分為兩段AC和BC，并分別對兩段曲線進(jìn)行1-3步的處理。5）當(dāng)所有曲線都處理完畢后，依次連接各個(gè)分割點(diǎn)形成的折線，即可以作為曲線的近似。第29頁，共72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六曲線的離

12、散算法 第30頁，共72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六（3）掃描矢量化掃描轉(zhuǎn)換拼接子圖塊裁剪地圖屏幕跟蹤矢量化矢量圖合成、接邊矢量圖編輯紙質(zhì)地圖空間數(shù)據(jù)庫1、掃描矢量化處理流程：第31頁，共72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六小型掃描儀工程掃描儀第32頁，共72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六二值化細(xì)化矢量化冗余去除斷線修復(fù)要素提取符號識別屬性賦值地圖掃描數(shù)據(jù)處理第33頁，共72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六圖像細(xì)化預(yù)處理二值圖像平滑 掃描圖像的“毛刺”和“凹陷孔洞” 第34頁，共72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六去除

13、毛刺噪聲 按點(diǎn)陣格式掃描圖像上每一像素，只要圖像相應(yīng)區(qū)域與圖中的模板（包括其三次90度旋轉(zhuǎn)所形成的模板）匹配，則判定為毛刺，對應(yīng)于模板中心的像素?cái)?shù)值變?yōu)?。根據(jù)需要可進(jìn)行多次這種匹配運(yùn)算。 000010第35頁，共72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六去除孔洞及凹陷噪聲 只要圖像對應(yīng)區(qū)域與該模板（包括其三次90度旋轉(zhuǎn)）匹配，則區(qū)域中心點(diǎn)數(shù)值變?yōu)?。 X1X101第36頁，共72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六圖像細(xì)化（Thinning） 線細(xì)化，就是不斷去除曲線上不影響連通性的輪廓像素的過程，對細(xì)化的一般要求是：保證細(xì)化后曲線的連通性細(xì)化結(jié)果是原曲線的中心線保留細(xì)線端

14、點(diǎn)第37頁，共72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六對于二值柵格圖像中每個(gè)像素點(diǎn)p，以及該像素直接相鄰的8個(gè)像素點(diǎn),令：1）N(p)為p的鄰點(diǎn)的數(shù)值的和；2）圖像像素聯(lián)接數(shù)T(p)，如果旋轉(zhuǎn)著看像素周圍的點(diǎn)，T(p)就是p周圍8個(gè)點(diǎn)從0變成1的次數(shù)，它反映了像素鄰點(diǎn)的聯(lián)接的塊數(shù)。3）pW，pE，pS，pN分別指像素左側(cè)、右側(cè)、下邊、上邊鄰點(diǎn)的數(shù)值。 第38頁，共72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六第39頁，共72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六算法步驟如下Zhang-Suen，1984：1：對于柵格圖像中的每個(gè)點(diǎn)p，進(jìn)行如下操作：如果2N(p)6并且T(

15、p)=1并且pNpSpE=0并且pWpEpS=0則標(biāo)志p點(diǎn)；2：將所有被標(biāo)志的柵格點(diǎn)賦值為0，如果沒有被標(biāo)志的點(diǎn)，則算法結(jié)束；3：對于柵格圖像中的每個(gè)點(diǎn)p，進(jìn)行如下操作：如果2N(p)6并且T(p)=1并且pNpSpW=0并且pWpEpN=0則標(biāo)志p點(diǎn)；4：將所有被標(biāo)志的柵格點(diǎn)賦值為0，如果沒有被標(biāo)志的點(diǎn)，則算法結(jié)束；5：轉(zhuǎn)到第一步。 第40頁，共72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六線狀地物的細(xì)化 第41頁，共72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六鏈碼（弗里曼碼） 鏈碼是由弗里曼（Freeman）提出的用曲線出發(fā)點(diǎn)坐標(biāo)和線的斜率來描述二值線圖形的一種方法。任意一條細(xì)線

16、都可用鏈碼序列表示為下式：Ca1a2.an，0ai7如果始點(diǎn)a1和終點(diǎn)an重合，則說明曲線是閉合的。 第42頁，共72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六（3，0）21100066567第43頁，共72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六三、屬性數(shù)據(jù)采集1、鍵盤，人機(jī)對話方式2、程序批量輸入。a1a2001002001002程序空間數(shù)據(jù)庫四、屬性和幾何數(shù)據(jù)的連接1、可手工輸入2、由系統(tǒng)自動(dòng)生成(如用順序號代表標(biāo)識符) 標(biāo)識碼屬性數(shù)據(jù)幾何數(shù)據(jù)第44頁，共72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六五、空間數(shù)據(jù)的編輯和檢核1、空間數(shù)據(jù)輸入的誤差1）幾何數(shù)據(jù)的不完整或重復(fù)。

17、2）幾何數(shù)據(jù)的位置不正確。3）比例尺不正確。4）變形。5）幾何數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的連接有誤。6）屬性數(shù)據(jù)錯(cuò)誤、不完整。鍵盤輸入錯(cuò)誤，漏輸數(shù)據(jù)或?qū)傩藻e(cuò)誤分類、編碼等。 第45頁，共72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六數(shù)據(jù)處理的概念空間數(shù)據(jù)處理的方法空間數(shù)據(jù)的編輯處理第二節(jié) 地圖數(shù)據(jù)處理第46頁，共72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六為什么要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理地圖變形(均勻變形、非均勻變形）數(shù)字化中的位置移動(dòng)遙感影像本身存在幾何變形投影方式不同分幅掃描實(shí)質(zhì)建立糾正圖象與標(biāo)準(zhǔn)地圖的一一對應(yīng)關(guān)系第47頁，共72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六一、數(shù)據(jù)處理的概念1 、數(shù)據(jù)

18、處理的概念2、 數(shù)據(jù)處理的內(nèi)容3、 數(shù)據(jù)處理的意義對采集的各種數(shù)據(jù)，按照不同的方式方法對數(shù)踞進(jìn)行編輯運(yùn)算，清除數(shù)據(jù)沉余，彌補(bǔ)數(shù)據(jù)缺失，形成符合用戶要求的數(shù)據(jù)文件格式第48頁，共72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六1 、數(shù)據(jù)處理的概念2、 數(shù)據(jù)處理的內(nèi)容3、 數(shù)據(jù)處理的意義數(shù)踞編輯數(shù)據(jù)壓縮數(shù)據(jù)變換數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換空間數(shù)據(jù)內(nèi)插邊沿匹配數(shù)據(jù)提取一、數(shù)據(jù)處理的概念第49頁，共72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六1 、數(shù)據(jù)處理的概念2、 數(shù)據(jù)處理的內(nèi)容3、 數(shù)據(jù)處理的意義空間數(shù)據(jù)有序化檢驗(yàn)數(shù)據(jù)質(zhì)量實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享提高資源利用效果一、數(shù)據(jù)處理的概念第50頁，共72頁，2022年，5月2

19、0日，2點(diǎn)15分，星期六1、圖形坐標(biāo)變換2、圖形編輯3、拓?fù)渖啥?、空間數(shù)據(jù)處理的方法第51頁，共72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六平移變換 0yxP（x，y）P(x，y)xyx=x+xy=y+y空間數(shù)據(jù)處理的方法-圖形坐標(biāo)變換第52頁，共72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六第53頁，共72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六旋轉(zhuǎn)變換 yP（x，y）0 xP(x，y)x=xcos-y sin y=xsin+y cos空間數(shù)據(jù)處理的方法-圖形坐標(biāo)變換第54頁，共72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六第55頁，共72頁，2022年，5月20日，2

20、點(diǎn)15分，星期六比例變換（圖形縮放） 點(diǎn)可以通過對其P（x，y）坐標(biāo)分別乘以各自的比例因子Sx和Sy來改變它們到坐標(biāo)原點(diǎn)的距離。 x=xSxy=ySy空間數(shù)據(jù)處理的方法-圖形坐標(biāo)變換第56頁，共72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六第57頁，共72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六仿射變換 對坐標(biāo)軸的放縮，旋轉(zhuǎn)，平移 空間數(shù)據(jù)處理的方法-平面坐標(biāo)變換第58頁，共72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六第59頁，共72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六空間數(shù)據(jù)編輯的必要性修正數(shù)據(jù)輸入錯(cuò)誤維護(hù)數(shù)據(jù)的完整性和一致性更新地理信息空間數(shù)據(jù)一般性錯(cuò)誤數(shù)據(jù)不完整

21、、重復(fù)空間數(shù)據(jù)位置不正確空間數(shù)據(jù)比例尺不準(zhǔn)確空間數(shù)據(jù)變形幾何和屬性連接有誤屬性數(shù)據(jù)不完整空間數(shù)據(jù)處理的方法-圖形編輯處理第60頁，共72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六空間數(shù)據(jù)編輯處理的目的是為了消除地圖數(shù)字化過程中所產(chǎn)生的錯(cuò)誤，以及將數(shù)字化數(shù)據(jù)重新組織以便得到進(jìn)一步處理和使用的格式。一、圖幅拼接處理二、空間數(shù)據(jù)編輯空間數(shù)據(jù)處理的方法-圖形編輯處理第61頁，共72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六圖形拼接 圖幅拼接數(shù)字化邊界調(diào)整不同圖幅的連接自動(dòng)、手工第一種方法是小心地修改空間數(shù)據(jù)庫中點(diǎn)和矢量的坐標(biāo)，以維護(hù)數(shù)據(jù)庫的連續(xù)性；第二種方法是先對準(zhǔn)兩幅圖的一條邊緣線，然后再小心地調(diào)整其它線段使其取得連續(xù)。第62頁，共72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六空間數(shù)據(jù)編輯1）區(qū)域 2）鄰接性 3）連通性 第63頁，共72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六數(shù)字化后的地圖上錯(cuò)誤表現(xiàn)形式有：1）偽節(jié)點(diǎn)（Pseudo Node），偽節(jié)點(diǎn)使一條完整的線變成兩段，造成偽節(jié)點(diǎn)的原因常常是沒有一次錄入完畢一條線。 第64頁，共72頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)15分，星期六2）懸掛節(jié)點(diǎn)（Dangling Node），如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)只與一條線相連接，那么