空間數(shù)據(jù)采集與處理

1當(dāng)前1頁，總共119頁。3.1概述

空間數(shù)據(jù)采集是地理信息系統(tǒng)建設(shè)首先要進(jìn)行的任務(wù)，它可以有多種實(shí)現(xiàn)方式，包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、遙感數(shù)據(jù)處理以及數(shù)字測量等，其中已有地圖的數(shù)字化錄入，是目前被廣泛采用的手段，也是錄入的主體。空間數(shù)據(jù)的錄入方式主要有兩種：手扶跟蹤數(shù)字化和掃描矢量化。2當(dāng)前2頁，總共119頁。手扶跟蹤數(shù)字化儀有效區(qū)域標(biāo)示器操作平臺接口標(biāo)示器支架3當(dāng)前3頁，總共119頁。4當(dāng)前4頁，總共119頁。平臺式掃描儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)滾筒式掃描儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)

數(shù)字化掃描儀5當(dāng)前5頁，總共119頁。1.數(shù)據(jù)采集在GIS中的地位汽油數(shù)據(jù)3.1.1空間數(shù)據(jù)采集的任務(wù)6當(dāng)前6頁，總共119頁。2.數(shù)據(jù)采集任務(wù)將現(xiàn)有的地圖、外業(yè)觀測成果、航空像片、遙感圖片數(shù)據(jù)、文本資料等轉(zhuǎn)換成GIS可以接受的數(shù)字形式。數(shù)據(jù)庫入庫之前進(jìn)行驗(yàn)證、修改、編輯等處理，保證數(shù)據(jù)在內(nèi)容和邏輯上的一致性。不同的數(shù)據(jù)來源要用到不同的設(shè)備和方法。數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換裝載數(shù)據(jù)處理：幾何糾正、圖幅拼接、拓?fù)渖傻?當(dāng)前7頁，總共119頁。3.1.2數(shù)據(jù)源種類

圖形圖像數(shù)據(jù)：地圖工程圖規(guī)劃圖照片航空與遙感影像等文字?jǐn)?shù)據(jù)：調(diào)查報(bào)告文件統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)野外調(diào)查的原始記錄等圖形圖像數(shù)據(jù)文字?jǐn)?shù)據(jù)第一手?jǐn)?shù)據(jù)第二手?jǐn)?shù)據(jù)非電子數(shù)據(jù)電子數(shù)據(jù)全站儀、GPS數(shù)據(jù)地球物理、地球化學(xué)遙感數(shù)據(jù)地圖專題地圖統(tǒng)計(jì)圖表平板測量數(shù)據(jù)工程測量數(shù)據(jù)筆記航空、遙感相片人口普查社會經(jīng)濟(jì)調(diào)查各種統(tǒng)計(jì)資料已建各種數(shù)據(jù)庫GIS數(shù)據(jù)8當(dāng)前8頁，總共119頁。1.數(shù)據(jù)源種類目前各種類型的地圖是重要的信息源。這不僅是因?yàn)榈貓D的內(nèi)容直觀與豐富，而且是由于在地理信息系統(tǒng)誕生以前，地圖是表示空間與非空間信息強(qiáng)有力的手段，從某種意義上說，一冊完備的專題地圖集是一個很好的人工操作地理信息系統(tǒng)。遙感影像是地理信息系統(tǒng)中一個極其重要的數(shù)據(jù)源，它至少具有下列一些特點(diǎn)：①能取得大面積、綜合的信息；②速度快；③降低數(shù)據(jù)儲存冗余和不連續(xù)性；④能提供各類專題所需要的信息。9當(dāng)前9頁，總共119頁。

文字?jǐn)?shù)據(jù)主要用來描述空間對象的屬性，比如人口數(shù)據(jù)、經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)、土壤成份、環(huán)境數(shù)據(jù)；確定應(yīng)用哪些類型的數(shù)據(jù)是由系統(tǒng)的功能所確定的，例如要建立一個土地的適宜性和承載力的信息系統(tǒng)，所需要的數(shù)據(jù)有地形、土壤類型、降雨、地下水位、運(yùn)輸條件等。10當(dāng)前10頁，總共119頁。2空間數(shù)據(jù)采集流程

數(shù)據(jù)入庫圖像數(shù)字信息地圖要素像片資料磁帶機(jī)測量數(shù)據(jù)及屬性電子數(shù)據(jù)記錄器跟蹤掃描數(shù)字化儀和掃描儀鍵盤攝像機(jī)編輯、接邊、分層、圖形與屬性連接、注記標(biāo)注文本統(tǒng)計(jì)信息現(xiàn)實(shí)世界圖4-7GIS數(shù)據(jù)采集流程圖

11當(dāng)前11頁，總共119頁。3空間數(shù)據(jù)采集方法

1.地圖數(shù)字化

1）手工輸入圖形數(shù)據(jù)

2）手扶跟蹤數(shù)字化儀輸入

3）掃描數(shù)字化2.野外實(shí)地采集（測量與GPS）3.攝影測量

4.遙感圖像解譯12當(dāng)前12頁，總共119頁。

mapinfo掃描數(shù)字化的過程1）地圖掃描2）在mapinfo中打開地圖3）配準(zhǔn)4）建立新圖層5）跟蹤數(shù)字化13當(dāng)前13頁，總共119頁。ScanningFlatbedDrumDPIFilesizeSource:[Clarke,2001]14當(dāng)前14頁，總共119頁。ScanningexampleThissectionofmapwasscanned,resultinginafileinTIFformatthatwasbytesinsize.Thiswasafileofcolorintensitiesbetween0and255forred,green,andblueineachofthreelayersspacedonagrid0.25millimeterapart.Howmuchdatawouldbenecessarytocapturethefeaturesonyourmapasvectors?Woulditbemoreorlessthanthegrid(raster)file?-15x15cm(3.6x3.6km)-gridis0.25mm-groundequivalentis6m-600x600pixels-onebytepercolor(0-255)-1.08MB15當(dāng)前15頁，總共119頁。1.4屬性數(shù)據(jù)采集屬性數(shù)據(jù)即空間實(shí)體的特征數(shù)據(jù)，一般包括名稱、等級、類型、數(shù)量、代碼等多種形式。

屬性數(shù)據(jù)的內(nèi)容直接可記錄在柵格或矢量數(shù)據(jù)文件中，也可單獨(dú)輸入屬性數(shù)據(jù)庫存儲為屬性文件，通過標(biāo)示碼與圖形數(shù)據(jù)相聯(lián)。

16當(dāng)前16頁，總共119頁。

第2節(jié)空間數(shù)據(jù)編輯為什么要編輯？（數(shù)據(jù)存在問題）

2.1矢量數(shù)據(jù)編輯

2.2屬性數(shù)據(jù)編輯

2.3柵格數(shù)據(jù)編輯

17當(dāng)前17頁，總共119頁。

第2節(jié)空間數(shù)據(jù)編輯2.1矢量數(shù)據(jù)編輯

多邊形不封閉懸掛欠交偽結(jié)點(diǎn)碎屑多邊形結(jié)點(diǎn)不重合不合理多邊形圖4-15數(shù)字化幾種誤差示例矢量數(shù)據(jù)編輯指對地圖資料數(shù)字化后的數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯加工，其主要目的是在改正數(shù)據(jù)差錯的同時(shí)，相應(yīng)地改正數(shù)字化資料的圖形。18當(dāng)前18頁，總共119頁。

第2節(jié)空間數(shù)據(jù)編輯2.1矢量數(shù)據(jù)編輯

編輯檢查內(nèi)容主要包括：

1.結(jié)點(diǎn)編輯

1）結(jié)點(diǎn)吻合(Snap)2）結(jié)點(diǎn)與線的吻合

3）清除假結(jié)點(diǎn)（偽結(jié)點(diǎn)）圖4-16結(jié)點(diǎn)與線吻合AB圖4-17偽結(jié)點(diǎn)的清除

19當(dāng)前19頁，總共119頁。

第2節(jié)空間數(shù)據(jù)編輯2.1矢量數(shù)據(jù)編輯

編輯檢查內(nèi)容主要包括：

1.結(jié)點(diǎn)編輯

2.線段編輯

3.多邊形編輯

包括多邊形邊線自動閉合、多邊形合并、自動添加遺漏的標(biāo)識點(diǎn)等。曲線光滑分割線段添加結(jié)點(diǎn)20當(dāng)前20頁，總共119頁。

第2節(jié)空間數(shù)據(jù)編輯2.2屬性數(shù)據(jù)編輯常見錯誤

屬性項(xiàng)名稱、類型、寬度、格式定義存在問題；屬性與圖形連接對應(yīng)關(guān)系不正確；屬性值的類型、值域與定義不一致、屬性賦值錯誤等。2.屬性數(shù)據(jù)編輯功能屬性數(shù)據(jù)一般采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)存儲管理。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中增加、刪除、修改數(shù)據(jù)文件或記錄；檢查屬性項(xiàng)存在的問題；建立屬性與空間數(shù)據(jù)的連接與關(guān)聯(lián)，通過圖形可以對屬性進(jìn)行修改。

21當(dāng)前21頁，總共119頁。

第2節(jié)空間數(shù)據(jù)編輯2.3柵格數(shù)據(jù)編輯柵格數(shù)據(jù)編輯用于處理以柵格結(jié)構(gòu)表示的數(shù)據(jù)，如DEM數(shù)據(jù)、遙感影像、數(shù)字柵格地圖等。柵格數(shù)據(jù)編輯的主要方式：圖像剪切、拷貝、粘貼、旋轉(zhuǎn)、漫游、區(qū)域填充、增加幾何圖形、去除各種圖像噪聲、提供噴槍、刷子、橡皮等工具。

22當(dāng)前22頁，總共119頁。

第3節(jié)空間數(shù)據(jù)監(jiān)理3.1數(shù)據(jù)質(zhì)量評價(jià)的主要內(nèi)容

3.2數(shù)據(jù)質(zhì)量控制的主要方法

3.3數(shù)據(jù)生產(chǎn)各階段的質(zhì)量控制3.4空間數(shù)據(jù)拓?fù)錂z查23當(dāng)前23頁，總共119頁。

第3節(jié)空間數(shù)據(jù)監(jiān)理3.1數(shù)據(jù)質(zhì)量評價(jià)的主要內(nèi)容

GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量包含五個方面：（1）位置精度：如數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、平面精度、高程精度等，用以描述空間數(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(diǎn)匹配精度、拓?fù)潢P(guān)系的正確性等。（4）完備性：如數(shù)據(jù)分類的完備性、實(shí)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(shí)間、數(shù)據(jù)的更新時(shí)間等。24當(dāng)前24頁，總共119頁。

第3節(jié)空間數(shù)據(jù)監(jiān)理3.2數(shù)據(jù)質(zhì)量控制的主要方法

空間數(shù)據(jù)質(zhì)量控制常見的方法有：

1.傳統(tǒng)的手工方法25當(dāng)前25頁，總共119頁。26當(dāng)前26頁，總共119頁。

第3節(jié)空間數(shù)據(jù)監(jiān)理3.2數(shù)據(jù)質(zhì)量控制的主要方法

空間數(shù)據(jù)質(zhì)量控制常見的方法有：

2.元數(shù)據(jù)方法跟蹤元數(shù)據(jù)的變化情況

3.地理相關(guān)法山脊線、山谷線在等高線中的位置27當(dāng)前27頁，總共119頁。

第3節(jié)空間數(shù)據(jù)監(jiān)理3.3數(shù)據(jù)生產(chǎn)各階段的質(zhì)量控制1.數(shù)據(jù)源的選擇（1）數(shù)據(jù)源的誤差范圍不能大于系統(tǒng)對數(shù)據(jù)誤差的允許范圍。（2）地圖數(shù)據(jù)源最好采用最新的底圖，即采用以變形較小的薄膜片為材料制作的分版圖，以降低輸入源圖的復(fù)雜性和可能的變形誤差。（3）盡可能減少數(shù)據(jù)處理的中間環(huán)節(jié)。28當(dāng)前28頁，總共119頁。

第3節(jié)空間數(shù)據(jù)監(jiān)理3.3數(shù)據(jù)生產(chǎn)各階段的質(zhì)量控制1.數(shù)據(jù)源的選擇2.數(shù)字化過程的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制（1）數(shù)據(jù)預(yù)處理（2）數(shù)字化設(shè)備的選用（3）數(shù)字化對點(diǎn)精度(準(zhǔn)確性)

（4）數(shù)字化限差（5）數(shù)據(jù)的精度檢查29當(dāng)前29頁，總共119頁。

第3節(jié)空間數(shù)據(jù)監(jiān)理3.3數(shù)據(jù)生產(chǎn)各階段的質(zhì)量控制1.數(shù)據(jù)源的選擇2.數(shù)字化過程的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制3.空間數(shù)據(jù)處理分析中的質(zhì)量控制（1）計(jì)算誤差（2）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換誤差（3）拓?fù)浏B加分析誤差

30當(dāng)前30頁，總共119頁。點(diǎn)線拓?fù)潢P(guān)系的自動建立a1a2

N1N2N3N4a3(b)a1a2

N1N2N3(a)a1a2

N1N2N3N4a3a4(c)結(jié)點(diǎn)-弧段表Oid起結(jié)點(diǎn)終結(jié)點(diǎn)a1a2N1N2N2N3Oid弧段號N1N2N3a1a1,a2a2弧段-結(jié)點(diǎn)表1）在圖形采集和編輯中實(shí)時(shí)建立

Oid起結(jié)點(diǎn)終結(jié)點(diǎn)a1a2a3N1N2N2N2N3N4Oid弧段號N1N2N3N4a1a1,a2,a3a2a3Oid起結(jié)點(diǎn)終結(jié)點(diǎn)a1a2a3a4N1N2N2N4N2N3N4N3Oid弧段號N1N2N3N4a1a1,a2,a3a2,a4a3,a42）、在圖形采集和編輯之后自動建立，其基本原理與前類似。3.3數(shù)據(jù)生產(chǎn)各階段的質(zhì)量控制4.空間數(shù)據(jù)拓?fù)錂z查31當(dāng)前31頁，總共119頁。

第3節(jié)空間數(shù)據(jù)監(jiān)理3.4空間數(shù)據(jù)拓?fù)錂z查下面以ArcGIS為例說明空間數(shù)據(jù)拓?fù)錂z查的方法。

1.共享結(jié)點(diǎn)的移動圖4-19共享結(jié)點(diǎn)的移動2.共享邊線的移動圖4-20共享邊線的移動32當(dāng)前32頁，總共119頁。

第3節(jié)空間數(shù)據(jù)監(jiān)理3.4空間數(shù)據(jù)拓?fù)錂z查下面以ArcGIS為例說明空間數(shù)據(jù)拓?fù)錂z查的方法。

3.共享邊線的編輯

1）共享邊線變形

2）修改共享邊線

3）生成共享多邊形圖4-21共享邊線變形圖4-22共享邊線修改圖4-23共享多邊形生成33當(dāng)前33頁，總共119頁。

第4節(jié)空間數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換4.1空間數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換的方法4.2常見數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換34當(dāng)前34頁，總共119頁。

第4節(jié)空間數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換4.1空間數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換的方法空間數(shù)據(jù)多樣化：多源性多語義性多時(shí)空性多尺度性存儲格式的不同數(shù)據(jù)模型與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的差異為了數(shù)據(jù)共享和系統(tǒng)集成，需要將其他格式的數(shù)據(jù)經(jīng)過專門的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序進(jìn)行轉(zhuǎn)換，變成本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)格式。35當(dāng)前35頁，總共119頁。

第4節(jié)空間數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換4.1空間數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換的方法交換格式數(shù)據(jù)源1分析處理器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器屬性數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)字典圖形數(shù)據(jù)庫用戶1用戶2用戶n…交換格式數(shù)據(jù)源k交換格式…交換格式數(shù)據(jù)源2圖4-24數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換過程36當(dāng)前36頁，總共119頁。

第4節(jié)空間數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換4.1空間數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換的方法1、基于不同軟件的數(shù)據(jù)格式2、統(tǒng)一的空間數(shù)據(jù)格式規(guī)范3、基于公共接口的GIS互操作模式4、基于直接訪問的數(shù)據(jù)融合37當(dāng)前37頁，總共119頁。

第4節(jié)空間數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換4.1空間數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換的方法1、基于不同軟件的數(shù)據(jù)格式該方法存在的主要問題是：◆過程復(fù)雜，次數(shù)頻繁，存在信息丟失現(xiàn)象；◆系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)格式需要公開，但轉(zhuǎn)換技術(shù)不公開；◆不能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)處理和分析方法的共享。

如：Tab（MapInfo）E00或DXFCoverage（Arc/Info）38當(dāng)前38頁，總共119頁。

第4節(jié)空間數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換4.1空間數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換的方法2、統(tǒng)一的空間數(shù)據(jù)格式規(guī)范美國國家空間數(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(即spatialdatatransformationstandard)。格式內(nèi)容：包括幾何坐標(biāo)、投影、拓?fù)潢P(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(biāo)準(zhǔn)。特點(diǎn)：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)換技術(shù)需要公開。直接讀取39當(dāng)前39頁，總共119頁。

第4節(jié)空間數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換4.1空間數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換的方法2、統(tǒng)一的空間數(shù)據(jù)格式規(guī)范我國國家技術(shù)監(jiān)督局1999年8月2日發(fā)布了“中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)地球空間數(shù)據(jù)交換格式”（簡稱CNSDTF）。格式內(nèi)容包括六大部分：文件頭、要素類型說明、屬性結(jié)構(gòu)說明、圖形數(shù)據(jù)、注記數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)。特點(diǎn)：比較完備、簡單易懂；基本上包括了當(dāng)前GIS數(shù)據(jù)體系中的所有信息，對我國NSDI的建設(shè)和地理信息的充分利用和共享將產(chǎn)生積極的推動作用。40當(dāng)前40頁，總共119頁。

第4節(jié)空間數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換4.1空間數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換的方法3、基于公共接口的GIS互操作模式

OGC（OpenGISConsortium）為數(shù)據(jù)互操作制定了統(tǒng)一的規(guī)范。但目前還不成熟。特點(diǎn)：公共接口獨(dú)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。數(shù)據(jù)互操作代表著數(shù)據(jù)共享技術(shù)的發(fā)展方向。

各軟件可以有自己的數(shù)據(jù)格式，但對外遵守并達(dá)成一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)一個公共接口，通過該接口，各軟件可相互直接讀取數(shù)據(jù)。41當(dāng)前41頁，總共119頁。

第4節(jié)空間數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換4.1空間數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換的方法4、基于直接訪問的數(shù)據(jù)融合實(shí)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。如Intergraph的Geomedia。問題：1.又來一種新的格式怎么辦？

2.所有軟件都這么做，累不累？42當(dāng)前42頁，總共119頁。

第4節(jié)空間數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換4.2常見數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換1.CAD轉(zhuǎn)MapInfo數(shù)據(jù)2.CAD轉(zhuǎn)ArcGIS數(shù)據(jù)3.數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換中的問題投影設(shè)置坐標(biāo)轉(zhuǎn)換屬性轉(zhuǎn)入CAD圖(*.dwg)AutoCADR12/13（*.dxf)MapInfo(*.TAB)

ArcToolBox

ConversionTools

ToGeodatabaseImportfromCAD，可將DWG文件轉(zhuǎn)換為FileGeodatabase。

CAD多注重于制圖表達(dá)，轉(zhuǎn)換后需進(jìn)行對應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。這些問題絕大部分可采用編程來解決。43當(dāng)前43頁，總共119頁。第5節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換44當(dāng)前44頁，總共119頁。

各有優(yōu)缺點(diǎn)，適合與完成不同的功能，因此需進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換。矢量數(shù)據(jù)的基本坐標(biāo)是直角坐標(biāo)x，y，其坐標(biāo)原點(diǎn)一般取圖的左下方。網(wǎng)格數(shù)據(jù)的基本坐標(biāo)是行和列(i，j)，其坐標(biāo)原點(diǎn)一般取圖的左上角。兩種數(shù)據(jù)變換時(shí)，令直角坐標(biāo)x和y分別與行和列平行。由于矢量數(shù)據(jù)的基本要素是點(diǎn)、線、面，因而只要實(shí)現(xiàn)點(diǎn)、線、面的轉(zhuǎn)換，各種線劃圖形的相互轉(zhuǎn)換問題就解決了。矢量數(shù)據(jù)柵格數(shù)據(jù)45當(dāng)前45頁，總共119頁。第5節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換

在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)具體情況選擇數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，主要依據(jù)有：（1）可獲取的數(shù)據(jù)（2）定位要素的必要精度系統(tǒng)本身要求的精度較高，則盡量采用矢量數(shù)據(jù)格式。（3）需要什么類型的拓?fù)潢P(guān)聯(lián)（4）所需空間分析類型例如緩沖區(qū)分析一般采用矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，而空間疊加分析則選用柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。（5）生產(chǎn)地圖類型46當(dāng)前46頁，總共119頁。

第5節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換5.1矢量數(shù)據(jù)向柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換5.2柵格數(shù)據(jù)向矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換47當(dāng)前47頁，總共119頁。

第5節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換5.1矢量數(shù)據(jù)向柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換1、柵格單元大小的確定柵格單元的大小為為dx和dy，設(shè)xmax、xmin和ymax、ymin分別表示全圖X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)的最大值與最小值，NI、NJ表示全圖格網(wǎng)的行數(shù)和列數(shù)，它們之間的關(guān)系為：48當(dāng)前48頁，總共119頁。

第5節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換2、點(diǎn)的轉(zhuǎn)換

點(diǎn)的轉(zhuǎn)換十分簡單，只要這個點(diǎn)(X,Y)落在哪個網(wǎng)格中就屬于哪個網(wǎng)格元素，行列坐標(biāo)（I,J）可由下式計(jì)算：圖4-26中點(diǎn)A矢量坐標(biāo)為（4.3，8.2），Xmin，Ymin為（0.5,3.1），則按照公式點(diǎn)轉(zhuǎn)換為柵格為I=5，J=3，即位于第五行，第三列。dx765432176543210YXmin,YmindyXOA圖4-26矢量點(diǎn)的轉(zhuǎn)換49當(dāng)前49頁，總共119頁。

第5節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換3、矢量線的柵格化

GIS的線實(shí)體是由順序連接一組坐標(biāo)點(diǎn)形成的折線段來表達(dá)的，線的柵格化可以分解成對組成的每一個線段的柵格化。首先柵格化兩個端點(diǎn)A、B，再柵格化中間部分，即找出該線段所經(jīng)過的網(wǎng)格。設(shè)A坐標(biāo)為(x1，y1)，B坐標(biāo)為(x2，y2)，柵格化后的單元行列值分別為（I1，J1）和（I2，J2）則行差，列差為。需要分兩種情況來處理：行差小于列差、列差小于行差。50當(dāng)前50頁，總共119頁。第5節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換3、矢量線的柵格化1）行差小于列差a、算出兩端點(diǎn)列數(shù)b、平行于Y軸做每一列的中心線，稱為掃描線，求每條掃描線與線段的交點(diǎn)，交點(diǎn)坐標(biāo)為：

c、求出的每一個交點(diǎn)坐標(biāo)按點(diǎn)轉(zhuǎn)換方法轉(zhuǎn)換為行列號，只需求出行值即可。

112121)(yxxyyxxyxxm+---==51當(dāng)前51頁，總共119頁。第5節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換3、矢量線的柵格化2）列差小于行差a、計(jì)算出兩端點(diǎn)的行數(shù)b、平行于Y軸做每一行的中心線，稱為掃描線，求每條掃描線與線段的交點(diǎn)，交點(diǎn)坐標(biāo)為：c、求出的每一個交點(diǎn)坐標(biāo)按點(diǎn)轉(zhuǎn)換方法轉(zhuǎn)換為行列號，只需求出列值即可。

112121)(xyyxxyyxyym+---==52當(dāng)前52頁，總共119頁。

第5節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換5.1矢量數(shù)據(jù)向柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換4、面（多邊形）的柵格化

面的柵格化又稱多邊形填充或區(qū)域填充，就是在矢量表示的多邊形內(nèi)部的所有柵格點(diǎn)上賦以相應(yīng)的多邊形代碼，形成柵格陣列。具體可以采用:

邊界代數(shù)算法、內(nèi)部點(diǎn)擴(kuò)散算法、包含檢驗(yàn)法等方法。53當(dāng)前53頁，總共119頁。

第5節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換4、面（多邊形）的柵格化1）邊界代數(shù)法邊界代數(shù)算法是一種基于積分思想的矢量格式向柵格轉(zhuǎn)換算法，它適合于記錄拓?fù)潢P(guān)系的矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)向柵格格式轉(zhuǎn)換。

54當(dāng)前54頁，總共119頁。5.1矢量數(shù)據(jù)向柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換4、面（多邊形）的柵格化1）邊界代數(shù)法具體方法：

每幅地圖的全部具有左右多邊形編號的邊界弧段，不屬于任何多邊形的區(qū)域看成一個邊界為0的特殊區(qū)域，按弧段前進(jìn)方向分為左右多邊形，沿其前進(jìn)的方向逐個搜索，“左加右減”，加減的值為左多邊形(L)編號減右多邊形(R)編號（判斷左右多邊形的依據(jù)為按照弧段的前進(jìn)方向）。當(dāng)邊界搜索完畢則完成了多邊形的轉(zhuǎn)換。55當(dāng)前55頁，總共119頁。4、面（多邊形）的柵格化1）邊界代數(shù)法單個多邊形轉(zhuǎn)換：(a)矢量圖(b)第1次變換(c)第2次變換(d)第3次變換56當(dāng)前56頁，總共119頁。4、面（多邊形）的柵格化1）邊界代數(shù)法多個多邊形轉(zhuǎn)換：(a)矢量圖（c）第2次變換（b）第1次變換57當(dāng)前57頁，總共119頁。4、面（多邊形）的柵格化1）邊界代數(shù)法多個多邊形轉(zhuǎn)換：(a)矢量圖(d)第3次變換（c）第2次變換58當(dāng)前58頁，總共119頁。5.1矢量數(shù)據(jù)向柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換4、面（多邊形）的柵格化1）邊界代數(shù)法多個多邊形轉(zhuǎn)換：(a)矢量圖(e)第4次變換(d)第3次變換59當(dāng)前59頁，總共119頁。5.1矢量數(shù)據(jù)向柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換4、面（多邊形）的柵格化1）邊界代數(shù)法多個多邊形轉(zhuǎn)換：(a)矢量圖(e)第4次變換(f)第5次變換60當(dāng)前60頁，總共119頁。4、面（多邊形）的柵格化1）邊界代數(shù)法特點(diǎn)：邊界代數(shù)法與其他算法的不同之處，在于它不是逐點(diǎn)判斷與邊界的關(guān)系完成轉(zhuǎn)換，而是根據(jù)邊界的拓?fù)湫畔?，通過簡單的加減代數(shù)運(yùn)算將邊界位置信息動態(tài)地賦給各柵格點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了矢量格式到柵格格式的高速轉(zhuǎn)換，而不需要考慮邊界與搜索軌跡之間的關(guān)系，因此算法簡單、可靠性好，各邊界弧段只被搜索一次，避免了重復(fù)計(jì)算。但是這并不意味著邊界代數(shù)法可以完全替代其它算法，在某些場合下，還是要采用其它算法。

61當(dāng)前61頁，總共119頁。5.1矢量數(shù)據(jù)向柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換4、面（多邊形）的柵格化2）內(nèi)部點(diǎn)擴(kuò)散算法該算法由每個多邊形一個內(nèi)部點(diǎn)（種子點(diǎn)）開始，向其4個或8個方向的鄰點(diǎn)擴(kuò)散，判斷各個新加入點(diǎn)是否在多邊形邊界上，如果是邊界點(diǎn)，則新加入點(diǎn)不作為種子點(diǎn)，否則把非邊界點(diǎn)的鄰點(diǎn)作為新的種子點(diǎn)一起進(jìn)行新的擴(kuò)散運(yùn)算，并該種子點(diǎn)賦予多邊形的編號。重復(fù)上述過程，直到所有種子點(diǎn)填滿該多邊形并遇到邊界為止。（如圖4-31）

33330003300033003333圖4-31內(nèi)部點(diǎn)擴(kuò)散算法（邊界線的柵格化）62當(dāng)前62頁，總共119頁。5.1矢量數(shù)據(jù)向柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換4、面（多邊形）的柵格化2）內(nèi)部點(diǎn)擴(kuò)散算法特點(diǎn)：擴(kuò)散算法程序設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，需要在柵格陣列中進(jìn)行搜索，占用內(nèi)存很大。在一定柵格精度上，如果復(fù)雜圖形的同一多邊形的兩條邊界落在同一個或相鄰的兩個柵格內(nèi)，會造成多邊形不連通，則一個種子點(diǎn)不能完成整個多邊形的填充。63當(dāng)前63頁，總共119頁。5.1矢量數(shù)據(jù)向柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換4、面（多邊形）的柵格化3）包含檢驗(yàn)法——鉛垂線法由任一待判的P向下作與Y軸平行的射線（稱為鉛垂線），計(jì)算該射線與多邊形交點(diǎn)的個數(shù)，若為偶數(shù)，則待判點(diǎn)在多邊形外，若為奇數(shù)，則待判點(diǎn)在多邊形內(nèi)。OXABCDEFPOXABCDEFP圖4-33包含檢驗(yàn)法64當(dāng)前64頁，總共119頁。5.1矢量數(shù)據(jù)向柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換4、面（多邊形）的柵格化3）包含檢驗(yàn)法——鉛垂線法須注意：有一些特殊情況會影響交點(diǎn)的個數(shù)（相切、重合、不連通），必須予以排除。圖4-34判斷交點(diǎn)個數(shù)的特殊情況65當(dāng)前65頁，總共119頁。第5節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換5.2柵格數(shù)據(jù)向矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換1)二值化

掃描圖是以不同灰度值(0-255)表示的數(shù)據(jù)。二值化即某網(wǎng)格點(diǎn)要么表示地物，要么不表示某地物。具體方法即確定一個灰度閾值，灰度大于閾值的網(wǎng)格點(diǎn)賦1，其余賦0（背景值），從而生成二值圖。閾值取得越小，數(shù)據(jù)量越大，以后細(xì)化等工作量也越大。閾值過小，有時(shí)甚至還會提取一些錯誤信息，一連線段中有可能會出現(xiàn)斷點(diǎn)等。所以應(yīng)注意選取合適的閾值，對于一幅特定的圖象，甚至需嘗試不同的閾值。柵格數(shù)據(jù)可來源于掃描、遙感分類圖象等?，F(xiàn)以黑白掃描圖像為例，介紹具體的轉(zhuǎn)換步驟如下：66當(dāng)前66頁，總共119頁。5.2柵格數(shù)據(jù)向矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換1)二值化圖4-34柵格圖二值化67當(dāng)前67頁，總共119頁。5.2柵格數(shù)據(jù)向矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換2)細(xì)化細(xì)化是消除線劃橫斷面柵格數(shù)的差異，使得每一條線只保留代表其橫軸線的單個柵格的寬度。柵格線劃的細(xì)化方法，可分為“剝皮法”和“骨架化”。

68當(dāng)前68頁，總共119頁。2)細(xì)化---“剝皮法”“剝皮法”的實(shí)質(zhì)是從曲線的邊緣開始，每次剝樣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(diǎn)組成的圖形。這一方法的最關(guān)鍵的技術(shù)是在剝皮過程中，不允許剝?nèi)?dǎo)致曲線不連通的柵格。考察3*3網(wǎng)格組合，共有28種排列－－考慮旋轉(zhuǎn)后的相似性，共有51種（如圖）。為了保持連通性，只有2，3，4，5，10，11，12，16，20，21，24，28，33，34，35，38，42，43，46，可將中心網(wǎng)格去除。69當(dāng)前69頁，總共119頁。5.2柵格數(shù)據(jù)向矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換細(xì)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(biāo)序列?；静襟E：（1）從左向右，從上向下搜索線劃起始點(diǎn)，并記下坐標(biāo)。（2）朝該點(diǎn)的8個方向追蹤點(diǎn)，若沒有，則本條線的追蹤結(jié)束，轉(zhuǎn)(1)進(jìn)行下條線的追蹤；否則記下坐標(biāo)。（3）把搜索點(diǎn)移到新取的點(diǎn)上，進(jìn)行步驟（2）。3)跟蹤70當(dāng)前70頁，總共119頁。5.2柵格數(shù)據(jù)向矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換圖4-37跟蹤過程3)跟蹤71當(dāng)前71頁，總共119頁。5.2柵格數(shù)據(jù)向矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換4)壓縮經(jīng)過轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)結(jié)果，需要經(jīng)過壓縮后存儲在數(shù)據(jù)庫中，具體壓縮方法見本章第6節(jié)。

72當(dāng)前72頁，總共119頁。第6節(jié)空間數(shù)據(jù)的壓縮與重分類6.1空間數(shù)據(jù)壓縮6.2空間數(shù)據(jù)重分類73當(dāng)前73頁，總共119頁。第6節(jié)空間數(shù)據(jù)的壓縮與重分類問題的提出空間數(shù)據(jù)壓縮的概念即從所取得的數(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)定的程度范圍內(nèi)最好地逼近原集合，而且具有最大的壓縮比a，其中：式中：m為曲線的原點(diǎn)數(shù)；n為曲線經(jīng)壓縮后的點(diǎn)數(shù)。a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(diǎn)的密度等因素有關(guān)，又與壓縮技術(shù)本身有關(guān)。

6.1空間數(shù)據(jù)壓縮74當(dāng)前74頁，總共119頁。第6節(jié)空間數(shù)據(jù)的壓縮與重分類6.1空間數(shù)據(jù)壓縮空間數(shù)據(jù)壓縮的方法

1、垂距法

2、光欄法

3、道格拉斯--普克（Douglas-Peucker）法75當(dāng)前75頁，總共119頁。6.1空間數(shù)據(jù)壓縮空間數(shù)據(jù)壓縮的方法

1、垂距法該方法的原理為利用三點(diǎn)中的中間點(diǎn)到前后兩點(diǎn)連線的垂距是否滿足或超過限差來判別該點(diǎn)是保留還是刪除，如下圖所示，該法的優(yōu)點(diǎn)是算法簡單、速度快，但其缺陷是易刪去特征點(diǎn)。76當(dāng)前76頁，總共119頁。6.1空間數(shù)據(jù)壓縮1）連接p1和p2點(diǎn)，過p2點(diǎn)作垂直于p1,p2的直線，在該垂線上取兩點(diǎn)a1和a2，使a1p2=a2p2=d/2，此時(shí)a1和a2為光欄邊界點(diǎn)，p1與a1、p1與a2的連線為以p1為頂點(diǎn)的扇形的兩條邊，這就定義了一個扇形。

設(shè)曲線上的點(diǎn)列為｛pi｝，i＝1，2，…，n，光欄口經(jīng)為d，d可根據(jù)壓縮比的大小自己定義，光欄法的實(shí)施步驟可描述為：光欄法的基本思想：定義一個扇形區(qū)域，通過判斷曲線上的點(diǎn)在扇形外還是在扇形內(nèi)，確定保留還是舍去。空間數(shù)據(jù)壓縮的方法

2、光欄法77當(dāng)前77頁，總共119頁。6.1空間數(shù)據(jù)壓縮

2)若p3點(diǎn)在扇形內(nèi)，則舍去p2點(diǎn)。然后連接p1和p3，過p3作p1p3的垂線，該垂線與前面定義的扇形邊交于c1和c2。在垂線上找到b1和b2點(diǎn)，使p3b1＝p3b2＝d／2，若b1或b2點(diǎn)(圖4-41中為b2點(diǎn))落在原扇形外面，則用c1或c2取代(圖4-41中由c2取代b2)。此時(shí)用p1b1和p1c2定義一個新的扇形，這當(dāng)然是口徑(b1c2)縮小了的“光欄”。

光欄法的實(shí)施步驟可描述為：空間數(shù)據(jù)壓縮的方法

2、光欄法78當(dāng)前78頁，總共119頁。6.1空間數(shù)據(jù)壓縮

3)檢查下一節(jié)點(diǎn)，若該點(diǎn)在新扇形內(nèi)，則重復(fù)第(2)步；直到發(fā)現(xiàn)有一個節(jié)點(diǎn)在最新定義的扇形外為止。

4)當(dāng)發(fā)現(xiàn)在扇形外的節(jié)點(diǎn)，如圖4-41中的p4，此時(shí)保留p3點(diǎn)，以p3作為新起點(diǎn)，重復(fù)1)～3)步。如此繼續(xù)下去，直到整個點(diǎn)列檢測完為止。所有被保留的節(jié)點(diǎn)(含首、末點(diǎn))，順序地構(gòu)成了簡化后的新點(diǎn)列。光欄法的實(shí)施步驟可描述為：空間數(shù)據(jù)壓縮的方法

2、光欄法79當(dāng)前79頁，總共119頁。6.1空間數(shù)據(jù)壓縮3、道格拉斯--普克（Douglas-Peucker）法

Douglas-Peucker法由(DouglasandPeucker,1973)首先提出，其基本思想是由遠(yuǎn)到近，找與矢量兩端點(diǎn)連線的垂足最大的頂點(diǎn)判斷其是否滿足要求。第6節(jié)空間數(shù)據(jù)的壓縮與重分類80當(dāng)前80頁，總共119頁。6.1空間數(shù)據(jù)壓縮空間數(shù)據(jù)壓縮的方法

3、道格拉斯--普克（Douglas-Peucker）法其具體做法是如圖4-41：1）連接曲線首、末點(diǎn)為直線，直線所涵蓋點(diǎn)序稱全程；圖4-41中連接點(diǎn)1、6，構(gòu)成一條直線段；2）由全程各點(diǎn)（2、3、4、5）對該直線（1、6）作垂線；3）求各點(diǎn)到垂足的垂距，取垂距最大且大于給定限差的點(diǎn)，該圖取點(diǎn)4；4）連接首點(diǎn)與所取點(diǎn)直線（1、4），及末點(diǎn)到所取點(diǎn)直線（6、4）；對此兩線分別遞歸進(jìn)行（2）、（3）、（4）步驟，直至再取不到點(diǎn)。在進(jìn)行操作前需先確定臨界值。圖4-41

D-P方法示意圖81當(dāng)前81頁，總共119頁。6.1空間數(shù)據(jù)壓縮3、道格拉斯--普克（Douglas-Peucker）法

ArcMap中的D-P算法效果示意圖如圖4-42所示。第6節(jié)空間數(shù)據(jù)的壓縮與重分類4-42

ArcMap中D-P算法示意圖82當(dāng)前82頁，總共119頁。ExampleofDouglas-PeuckeralgorithmAteachstage:Original13points,aftersimplification6points.83當(dāng)前83頁，總共119頁。ExampleofDouglas-PeuckeralgorithmThreshold:5metersBlacksolid:originallines;Reddash:aftersimplificationThreshold:10meters84當(dāng)前84頁，總共119頁。6.1空間數(shù)據(jù)壓縮空間數(shù)據(jù)壓縮的方法總結(jié)：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數(shù)字化完成后才能進(jìn)行，且計(jì)算量較大；光欄法可在數(shù)字化時(shí)實(shí)時(shí)處理，每次判斷下一個數(shù)字化的點(diǎn)，計(jì)算量較小；垂距法算法簡單，速度快，但有時(shí)會將曲線的彎曲極值點(diǎn)p值去掉而失真。第6節(jié)空間數(shù)據(jù)的壓縮與重分類85當(dāng)前85頁，總共119頁。第6節(jié)空間數(shù)據(jù)的壓縮與重分類6.2空間數(shù)據(jù)重分類概念：空間數(shù)據(jù)的重分類是針對存貯在GIS數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)因?qū)傩詳?shù)據(jù)的重新分類而進(jìn)行的操作，包括相同屬性值的刪除和相同屬性公共邊界線的刪除等。黃砂土石質(zhì)土黑砂土淀砂土灰泥土老紅土棕紅壤板漿白土(a)原始屬性數(shù)據(jù)BAAABCCB(b)重新分類的屬性數(shù)據(jù)AAABBCCB(c)鄰接線段刪除數(shù)據(jù)ABC(d)屬性壓縮數(shù)據(jù)圖4-43土壤類型綜合示意圖86當(dāng)前86頁，總共119頁。第7節(jié)空間數(shù)據(jù)內(nèi)插問題提出空間數(shù)據(jù)內(nèi)插的概念這種通過已知點(diǎn)或分區(qū)的數(shù)據(jù)，推求任意點(diǎn)或分區(qū)數(shù)據(jù)的方法稱為空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插。

空間數(shù)據(jù)內(nèi)插方法

整體內(nèi)插方法、局部分塊內(nèi)插方法、逐點(diǎn)內(nèi)插已知一組空間數(shù)據(jù)函數(shù)關(guān)系研究區(qū)域內(nèi)任意點(diǎn)或任意區(qū)域的空間數(shù)據(jù)87當(dāng)前87頁，總共119頁。第7節(jié)空間數(shù)據(jù)內(nèi)插7.1整體內(nèi)插方法7.2局部分塊內(nèi)插7.3逐點(diǎn)內(nèi)插88當(dāng)前88頁，總共119頁。第7節(jié)空間數(shù)據(jù)內(nèi)插7.1整體內(nèi)插方法1、概念：由研究區(qū)域內(nèi)所有采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)建立多項(xiàng)式函數(shù)，用多項(xiàng)式函數(shù)對整個研究區(qū)域的表面進(jìn)行擬合的方法。2、方法：趨勢面分析是一種常用的整體內(nèi)插方法，它是一種多項(xiàng)式回歸分析技術(shù)。多項(xiàng)式回歸的基本思想是用多項(xiàng)式表示線或面，按最小二乘法原理對數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行擬合，擬合時(shí)假定數(shù)據(jù)點(diǎn)的空間坐標(biāo)X、Y為獨(dú)立變量，而表示特征值的Z坐標(biāo)為因變量。3、特點(diǎn)：整體內(nèi)插法是對整個研究區(qū)域表面進(jìn)行擬合，數(shù)學(xué)擬合較復(fù)雜，精度較低，在實(shí)際中應(yīng)用也較少。89當(dāng)前89頁，總共119頁。第7節(jié)空間數(shù)據(jù)內(nèi)插7.2局部分塊內(nèi)插1、概念：局部插值方法是只使用鄰近的數(shù)據(jù)點(diǎn)來估計(jì)未知點(diǎn)的值，具體包括以下幾個步驟：定義一個鄰域或搜索范圍，搜索落在此鄰域范圍的數(shù)據(jù)點(diǎn)，選擇表達(dá)這有限格點(diǎn)的空間變化的數(shù)學(xué)函數(shù)；為落在規(guī)則格網(wǎng)單元上的數(shù)據(jù)點(diǎn)賦值。重復(fù)這個步驟直到格網(wǎng)上的所有點(diǎn)賦值完畢。

2、方法：線性內(nèi)插、雙線性多項(xiàng)式內(nèi)插、雙三次多項(xiàng)式、克里金內(nèi)插等。90當(dāng)前90頁，總共119頁。第7節(jié)空間數(shù)據(jù)內(nèi)插7.2局部分塊內(nèi)插1、線性內(nèi)插原理：用線性曲面方程Zp=a0+a1x+a2y擬合待定點(diǎn)附近的地形面（如圖4-45中TIN模型的三角平面可視為線性曲面ABCD為一平面）。將內(nèi)插點(diǎn)周圍的3個數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)據(jù)值（BCD）帶入多項(xiàng)式，即可解算出系數(shù)a0、a1、a2。把A點(diǎn)x,y值代入即可求出Z值。圖4-45線性內(nèi)插原理示意圖91當(dāng)前91頁，總共119頁。解算這三個參數(shù)可以根據(jù)下式進(jìn)行計(jì)算：注意:當(dāng)三個參考點(diǎn)所構(gòu)成的幾何形狀趨近于一條直線時(shí)，這種解算會出現(xiàn)不穩(wěn)定解，因此宜采用雙線性內(nèi)插方法。92當(dāng)前92頁，總共119頁。第7節(jié)空間數(shù)據(jù)內(nèi)插7.2局部分塊內(nèi)插2、雙線性插值PADBCLdYdX原理：用曲面方程擬合待定點(diǎn)附近的地形面。即認(rèn)為待定點(diǎn)附近的地形面的高程Zp在x軸方向呈線性變化，同時(shí)在y軸方向上也呈線性變化。如圖4-47所示，可用待定點(diǎn)附近的4個數(shù)據(jù)點(diǎn)來計(jì)算雙線性曲面函數(shù)的待定系數(shù)，再根據(jù)曲面函數(shù)計(jì)算待定點(diǎn)的高程值。當(dāng)數(shù)據(jù)是按正方形格網(wǎng)點(diǎn)布置時(shí)：93當(dāng)前93頁，總共119頁。第7節(jié)空間數(shù)據(jù)內(nèi)插7.2局部分塊內(nèi)插3、克里金插值

1）地統(tǒng)計(jì)學(xué)的基本原理當(dāng)一個變量呈現(xiàn)為空間分布時(shí)，就稱之為區(qū)域化變量（regionalizedvariable）。它介于完全隨機(jī)和完全確定的變量之間，它隨所在區(qū)域位置的改變而連續(xù)地變化，因此離得近的點(diǎn)之間有某種程度的空間相似性，而相隔比較遠(yuǎn)的點(diǎn)之間在統(tǒng)計(jì)上看是相互獨(dú)立的。協(xié)方差函數(shù)和變異函數(shù)是以區(qū)域化變量理論為基礎(chǔ)建立起來的地統(tǒng)計(jì)學(xué)的兩個最基本的函數(shù)。94當(dāng)前94頁，總共119頁。7.2局部分塊內(nèi)插3、克里金插值變異函數(shù)（variograms）:在一維條件下變異函數(shù)定義為，當(dāng)空間點(diǎn)x在一維x軸上變化時(shí)，區(qū)域化變量Z(x)在點(diǎn)x和x+h處的值Z(x)與Z(x+h)差的方差的一半為區(qū)域化變量Z(x)在x軸方向上的變異函數(shù)，記為γ(h)，即

1）地統(tǒng)計(jì)學(xué)的基本原理協(xié)方差函數(shù)設(shè)X為一個隨機(jī)變量，若存在，則稱其為X的方差。記為。協(xié)方差函數(shù)的計(jì)算公式為：

95當(dāng)前95頁，總共119頁。

1）地統(tǒng)計(jì)學(xué)的基本原理7.2局部分塊內(nèi)插3、克里金插值圖4-49圖缺失值情況下樣本數(shù)對的組成和計(jì)算過程☉為缺失值空間上有些點(diǎn)，由于某種原因沒有采集到。如果沒有缺失值，可直接對正方形網(wǎng)格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算變異函數(shù)；在有缺失值的情況下，也可以計(jì)算變異函數(shù)。只要“跳過”缺失點(diǎn)位置即可。

96當(dāng)前96頁，總共119頁。第7節(jié)空間數(shù)據(jù)內(nèi)插7.2局部分塊內(nèi)插3、克里金插值

2）克里金插值概念：克里金插值（Ｋriginginterpolation)是根據(jù)變異函數(shù)模型而發(fā)展起來的一系列地統(tǒng)計(jì)的空間插值方法。其在空間相關(guān)范圍分析的基礎(chǔ)上，用相關(guān)范圍內(nèi)的采樣點(diǎn)來估計(jì)待插點(diǎn)屬性值。主要包括：普通克里金法（ordinaryKriging）、簡單克里金法（indicatorKriging）、泛克里金法（universalKriging）。97當(dāng)前97頁，總共119頁。第7節(jié)空間數(shù)據(jù)內(nèi)插7.2局部分塊內(nèi)插3、克里金插值

2）克里金插值克里金方法的主要步驟：數(shù)據(jù)檢驗(yàn)與分析，刪去明顯偏離實(shí)際的采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)。數(shù)據(jù)預(yù)處理。繪制方差圖，了解空間變量的集聚范圍與方向?？死锝鸩逯倒烙?jì)。

98當(dāng)前98頁，總共119頁。第7節(jié)空間數(shù)據(jù)內(nèi)插7.2局部分塊內(nèi)插2）克里金插值克里金方法的第一步是確定適當(dāng)?shù)膍(x)函數(shù)，最簡單的情況是m(x)等于采樣區(qū)的平均值，距離矢量h分離的兩點(diǎn)x，x+h之間的數(shù)學(xué)期望等于零：式中z(x),z(x+h)是隨機(jī)變量z在x,x+h處的值，同時(shí)還假設(shè)兩點(diǎn)之間的方差只與距離h有關(guān)99當(dāng)前99頁，總共119頁。第7節(jié)空間數(shù)據(jù)內(nèi)插7.2局部分塊內(nèi)插2）克里金插值

權(quán)重的選擇應(yīng)使是無偏估計(jì)，且估計(jì)的方差

小于觀測值的其它線性組合產(chǎn)生的方差。的最小方差為：

只有下式成立時(shí)，才可獲得

的最小方差：100當(dāng)前100頁，總共119頁。高程數(shù)據(jù)2）克里金插值——應(yīng)用舉例101當(dāng)前101頁，總共119頁。設(shè)置參數(shù)102當(dāng)前102頁，總共119頁。插值結(jié)果103當(dāng)前103頁，總共119頁。三維顯示104當(dāng)前104頁，總共119頁。第7節(jié)空間數(shù)據(jù)內(nèi)插7.2局部分塊內(nèi)插

2）克里金插值（1）普通克里金假設(shè)在待估計(jì)點(diǎn)（x）的臨域內(nèi)共有n個實(shí)測點(diǎn)，即x1，x2，…，xn，其樣本值為。那么，普通克里金法的插值公式為：105當(dāng)前105頁，總共119頁。第7節(jié)空間數(shù)據(jù)內(nèi)插7.2局部分塊內(nèi)插

2）克里金插值（1）普通克里金

Kriging方法的這個公式和反向距離加權(quán)的公式基本相同，只是權(quán)重不是一個任意的距離函數(shù)，而是基于模型變量圖。例如，利用P點(diǎn)周圍的三個點(diǎn)P1、P2、P3在P點(diǎn)插值，必須先找到W1、W2、W3。權(quán)重可以通過求解聯(lián)立方程來獲得。

106當(dāng)前106頁，總共119頁。第7節(jié)空間數(shù)據(jù)內(nèi)插7.2局部分塊內(nèi)插

2）克里金插值（2）簡單克里金插值法和通用克里金插值法

這兩種方法和普通克里金方法相似，區(qū)別在于沒有把W1+W2+W3=1加入方程組，并且權(quán)重相加也不等于1。簡單克里金是用整個數(shù)據(jù)集合來平均，而普通克里金采用局部平均（對一個插值點(diǎn)的離散點(diǎn)子集的平均）。因此，簡單克里金方法會不如普通克里金精確，但它會產(chǎn)生一個更加平滑的結(jié)果。，如果m是已知常數(shù)，稱為簡單克立格法；如果m是未知常數(shù)，稱為普通克立格法。107當(dāng)前107頁，總共119頁。特點(diǎn)：要有合理的插值鄰域控制點(diǎn)點(diǎn)數(shù)解決內(nèi)插中權(quán)的估算問題。能同時(shí)產(chǎn)生與內(nèi)插值有關(guān)的誤差估計(jì)值一種先進(jìn)的內(nèi)插技術(shù)，它強(qiáng)烈依賴于統(tǒng)計(jì)理論和大量的計(jì)算工作，特別是用于制圖的克里金內(nèi)插結(jié)果效果更好。缺點(diǎn)：

從數(shù)據(jù)中清除不穩(wěn)定性，使其達(dá)到與固有假設(shè)相同的