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(shí)現(xiàn)多源和異構(gòu)數(shù)據(jù)的聯(lián)結(jié)與融合。數(shù)據(jù)提取：對(duì)數(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(duì)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(shí)質(zhì)是建立兩個(gè)平面點(diǎn)之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，包括幾何糾正和投影變換。2、幾何糾正：是指對(duì)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(shí)現(xiàn)與理論值的一一對(duì)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(diǎn)可以通過(guò)對(duì)其P（x，y）坐標(biāo)分別乘以各自的比例因子Sx和Sy來(lái)改變它們到坐標(biāo)原點(diǎn)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(lái)自不同地圖投影的圖幅時(shí)，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(guò)建立兩個(gè)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(lái)自不同地圖投影的圖幅時(shí)，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(lái)自不同地圖投影的圖幅時(shí)，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(diǎn)，采用插值法、有限差分法、待定系數(shù)法等，實(shí)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(shí)體的幾何精度和拓?fù)涮匦缘拿枋?；空間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(diǎn)，線與面）點(diǎn)的轉(zhuǎn)換－簡(jiǎn)單的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，把坐標(biāo)點(diǎn)轉(zhuǎn)換成行號(hào)和列號(hào)即可。線（弧段）的轉(zhuǎn)換－按解析幾何中的兩點(diǎn)式直線方程，根據(jù)柵格精度要求，在每?jī)勺鴺?biāo)之間插入一系列柵格單元，每個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)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(jì)算兩個(gè)步驟轉(zhuǎn)換計(jì)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(xiàng)的符號(hào)，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(diǎn)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(diǎn)擴(kuò)散法、射線算法）內(nèi)部點(diǎn)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(dòng)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(dòng)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(guò)公共接口，發(fā)出請(qǐng)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(wèn)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(chǔ)空間，減少處理時(shí)間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，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。a=m/n≧1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)。1）曲線上點(diǎn)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(shù)編碼壓縮法。36578M(1)N(2)曲線上點(diǎn)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(duì)存貯在GIS數(shù)據(jù)庫(kù)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(jiǎn)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(jiǎn)化數(shù)據(jù)記錄節(jié)約存儲(chǔ)量數(shù)據(jù)概化比例尺變換精度減少矢量：更少的點(diǎn)、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(cè)與編輯空間數(shù)據(jù)一般錯(cuò)誤多邊形不閉合裂縫交叉屬性錯(cuò)誤等等39

誤差修正一般過(guò)程設(shè)定容許值連接接點(diǎn)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(dòng)、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(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(duì)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(diǎn)—數(shù)據(jù)采集—函數(shù)建立—逐點(diǎn)或網(wǎng)格糾正

第五節(jié)空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插方法點(diǎn)的內(nèi)插點(diǎn)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(diǎn)的內(nèi)插方法可以采用：移動(dòng)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(lái)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(shí)別和檢索相鄰圖幅的數(shù)據(jù)；相鄰圖幅邊界點(diǎn)