安師大地理信息系統(tǒng)原理課件03空間數(shù)據(jù)的處理

第三章空間數(shù)據(jù)的處理第一節(jié)空間數(shù)據(jù)的坐標(biāo)變換第二節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換第三節(jié)多源空間數(shù)據(jù)的融合第四節(jié)空間數(shù)據(jù)的壓縮與綜合第五節(jié)空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插方法第六節(jié)圖幅數(shù)據(jù)邊沿匹配處理數(shù)據(jù)變換：從一種數(shù)學(xué)狀態(tài)到另一種數(shù)學(xué)狀態(tài)的變換，包括：幾何糾正、投影轉(zhuǎn)換和輻射糾正。以解決空間數(shù)據(jù)的幾何配準(zhǔn)。數(shù)據(jù)重構(gòu)：數(shù)據(jù)從一種格式到另一種格式的轉(zhuǎn)換。包括：結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換、格式變換和類型替換等。以解決空間數(shù)據(jù)在結(jié)構(gòu)、格式和類型上的統(tǒng)一，實現(xiàn)多源和異構(gòu)數(shù)據(jù)的聯(lián)結(jié)與融合。數(shù)據(jù)提?。簩?shù)據(jù)進(jìn)行某種有條件的提取，包括：類型提取、窗口提取、空間內(nèi)插等，以解決用戶對數(shù)據(jù)的特定需求。第一節(jié)空間數(shù)據(jù)的坐標(biāo)變換

坐標(biāo)變換1、坐標(biāo)變換的實質(zhì)是建立兩個平面點之間的一一對應(yīng)關(guān)系，包括幾何糾正和投影變換。2、幾何糾正：是指對數(shù)字化原圖數(shù)據(jù)進(jìn)行的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換和圖紙變形誤差的改正，以實現(xiàn)與理論值的一一對應(yīng)關(guān)系；幾何糾正的方法包括仿射變換、相似變換、二次變換和高次變換等。平移變換

0yxP（x，y）P′(x′，y′)xyx′=x+Δx′y′=y+Δy′旋轉(zhuǎn)變換

yP（x，y）0xθP′(x′，y′)x′=x?cosθ-y

?sinθy′=x?sinθ+y?cosθx′=x0+(x-x0)cosθ-(y-y0)

?sinθy′=y0+(x-x0)

sinθ+(y-y0)

cosθ比例變換（圖形縮放）

點可以通過對其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)原點的距離。

x′=x·Sxy′=y·Syx′=x0+(x-x0)·Sx

y′=y0+(y-y0)

·Sy仿射變換αYOXO’xya0b0X=a0+(m1cosα)x+(m2sinα)yy=b0-(m1sinα)x+(m2cosα)yX=a0+a1x+a2yy=b0+b1x+b2y得到系數(shù)令最小二乘法地圖投影變換

當(dāng)系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)來自不同地圖投影的圖幅時，需要將一種投影的數(shù)字化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為所需要投影的坐標(biāo)數(shù)據(jù)地圖投影變換正解變換反解變換數(shù)值變換通過建立兩個投影的解析關(guān)系式，直接把一種投影坐標(biāo)(x,y)變換成另一種投影的坐標(biāo)(X,Y)地圖投影變換

當(dāng)系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)來自不同地圖投影的圖幅時，需要將一種投影的數(shù)字化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為所需要投影的坐標(biāo)數(shù)據(jù)地圖投影變換正解變換反解變換數(shù)值變換由一種投影的坐標(biāo)(x,y)反解出地理坐標(biāo)（λ,φ)，然后再將地理坐標(biāo)代入另一種投影公式中，求出該投影下的直角坐標(biāo)（X,Y)地圖投影變換

當(dāng)系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)來自不同地圖投影的圖幅時，需要將一種投影的數(shù)字化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為所需要投影的坐標(biāo)數(shù)據(jù)地圖投影變換正解變換反解變換數(shù)值變換根據(jù)兩種投影在變換區(qū)內(nèi)若干同名的坐標(biāo)點，采用插值法、有限差分法、待定系數(shù)法等，實現(xiàn)不同投影之間的轉(zhuǎn)換地圖投影轉(zhuǎn)換等面積偽圓錐投影斜軸等面積方位投影第二節(jié)空間數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換1、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：矢量結(jié)構(gòu)和柵格結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)采集采用矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，有利于保證空間實體的幾何精度和拓?fù)涮匦缘拿枋觯豢臻g分析主要采用柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，有利于加快系統(tǒng)數(shù)據(jù)的運(yùn)行速度和分析應(yīng)用的進(jìn)程。2、空間數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換1）矢量轉(zhuǎn)柵格（點，線與面）點的轉(zhuǎn)換－簡單的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，把坐標(biāo)點轉(zhuǎn)換成行號和列號即可。線（弧段）的轉(zhuǎn)換－按解析幾何中的兩點式直線方程，根據(jù)柵格精度要求，在每兩坐標(biāo)之間插入一系列柵格單元，每個坐標(biāo)點轉(zhuǎn)換為行列坐標(biāo)。方法：可以分為－數(shù)據(jù)管理和轉(zhuǎn)換計算兩個步驟轉(zhuǎn)換計算－DDA法（數(shù)字微分分析方法）Bresenham法（根據(jù)直線斜率構(gòu)成的誤差項的符號，確定下一列坐標(biāo)遞增值）BAG（x1,y1）（xi,yj）（xi+1,yj+1）C1C2（x2,y2）（x3,y3）矢量數(shù)據(jù)向柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換點的變換

矢量數(shù)據(jù)向柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換矢量線段的變換矢量數(shù)據(jù)向柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換多邊形數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換

(邊界代數(shù)算法、內(nèi)部點擴(kuò)散法、射線算法）內(nèi)部點擴(kuò)散法、掃描法、邊界填充法內(nèi)部擴(kuò)散法掃描法邊界填充法矢量數(shù)據(jù)向柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換邊界代數(shù)算法

柵格數(shù)據(jù)向矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換二值化

柵格數(shù)據(jù)向矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換細(xì)化（剝皮法、骨架法）

柵格數(shù)據(jù)向矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換跟蹤

柵格矢量化舉例（柵格數(shù)據(jù)）柵格矢量化得到的弧段數(shù)據(jù)弧段數(shù)據(jù)自動生成多邊形第三節(jié)空間數(shù)據(jù)的融合1、遙感與GIS數(shù)據(jù)的融合1）遙感圖像與圖形的融合

豐富的光譜信息、幾何信息、行政界線和屬性信息，提高可視化效果。2）遙感數(shù)據(jù)與DEM的融合

有助于遙感影像的幾何校正與配準(zhǔn)。3）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)行自動更新。(1)結(jié)合的必要性(2)結(jié)合的途徑發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)的空間數(shù)據(jù)交換格式建立能綜合處理矢量數(shù)據(jù)與柵格數(shù)據(jù)的GISGIS軟件與遙感圖像處理系統(tǒng)之間建立接口DEM與RS2、不同格式數(shù)據(jù)的融合空間數(shù)據(jù)格式主要有：ESRI公司：ARC/INFOCoverage、ARCShapeFiles、E00；Autodesk公司：.DXF,.DWG格式；

Mapinfo公司：.MIF格式；Intergraph公司：.DGN格式等。1）基于轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)融合Mapinfo的Tab→（E00或DXF）→ARC/INFOCoverage

中間文件2）基于數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)融合ARC/INFO的SDTSIMPORT和SDTSEXPORT模塊等。3）基于公共接口的數(shù)據(jù)融合數(shù)據(jù)客戶通過公共接口，發(fā)出請求，由數(shù)據(jù)服務(wù)器提供空間數(shù)據(jù)。4）基于直接訪問的數(shù)據(jù)融合常用軟件的空間數(shù)據(jù)格式

矢量交換格式文件柵格ARC/INFOCoverageE00GridARCVIEWShapeGridMapinfoTabMif

AutoCADDWGDxfMapGIS.wt.wl.wpMicrostationDGN常用軟件的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換Arc/Info與ArcViewArc：arcshapeArc：shapearcArc/Info與AutoCADArc：DXFarcArc：ArcDXFArc/Info與MicrostationArc：IGDSArcArc：ArcIGDSArc/Info與MapinfoArc：MifArc第四節(jié)壓縮與綜合1、數(shù)據(jù)壓縮的意義優(yōu)化存儲空間，減少處理時間2、數(shù)據(jù)壓縮：從所取得的數(shù)據(jù)集合中抽取一個子集，作為一個新的信息源，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。a=m/n≧1式中：m為曲線的原點數(shù)；n為曲線經(jīng)壓縮后的點數(shù)。1）曲線上點的壓縮道格拉斯-普克法(Douglas-Peucker)；Li-openshaw的自然綜合法則法；垂距法2）面域柵格數(shù)據(jù)的壓縮游程編碼法；四叉樹編碼壓縮法。36578M(1)N(2)曲線上點的篩選3、空間數(shù)據(jù)的綜合空間數(shù)據(jù)的綜合是針對存貯在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；空間數(shù)據(jù)的綜合內(nèi)容包括相同屬性的刪除和相同屬性公共邊界線的刪除等。1）數(shù)據(jù)屬性的重新分類2）空間圖形的化簡3）圖形特征的內(nèi)插35

數(shù)據(jù)壓縮與概化數(shù)據(jù)壓縮簡化數(shù)據(jù)記錄節(jié)約存儲量數(shù)據(jù)概化比例尺變換精度減少矢量：更少的點、線、面柵格：重采樣（小格網(wǎng)到大格網(wǎng)）36

地圖綜合（矢量數(shù)據(jù)概化）37

柵格數(shù)據(jù)重采樣1MMU=1公頃1MMU=9公頃MMU：最小制圖單位38

誤差探測與編輯空間數(shù)據(jù)一般錯誤多邊形不閉合裂縫交叉屬性錯誤等等39

誤差修正一般過程設(shè)定容許值連接接點重建拓?fù)潢P(guān)系

容許范圍40

邊界匹配不同圖幅的連接自動、手工41

圖象糾正糾正原因地圖變形(均勻變形、非均勻變形）數(shù)字化中的位置移動遙感影像本身存在幾何變形投影方式不同分幅掃描實質(zhì)建立糾正圖象與標(biāo)準(zhǔn)地圖的一一對應(yīng)關(guān)系變換方法精確方法：仿射變換、雙線性變換、平方變換、立方變換等近似方法：橡皮板變換糾正步驟糾正點—數(shù)據(jù)采集—函數(shù)建立—逐點或網(wǎng)格糾正

第五節(jié)空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插方法點的內(nèi)插點的內(nèi)插是研究具有連續(xù)變化特征現(xiàn)象（如地形、氣溫、氣壓等）的數(shù)值內(nèi)插方法；點的內(nèi)插方法可以采用：移動擬合法；局部函數(shù)法；克里格（Kriging）內(nèi)插法。區(qū)域的內(nèi)插區(qū)域的內(nèi)插是研究根據(jù)一組分區(qū)的已知數(shù)據(jù)來推求同一地區(qū)另一組分區(qū)未知數(shù)據(jù)的內(nèi)插方法；區(qū)域的內(nèi)插方法可以采用：疊置法；比重法。克里格（Kriging）內(nèi)插法舉例高程數(shù)據(jù)設(shè)置參數(shù)插值結(jié)果三維顯示第六節(jié)圖幅數(shù)據(jù)邊沿匹配處理圖幅數(shù)據(jù)邊沿匹配的概念圖幅數(shù)據(jù)邊沿匹配的任務(wù)識別和檢索相鄰圖幅的數(shù)據(jù)；相鄰圖幅邊界點