第3章 空间数据处理精选文档.ppt

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1、第3章 空间数据处理本讲稿第一页，共一百一十四页数据变换数据变换指数据从一种指数据从一种数学状态数学状态到另一种数学状态的变换，到另一种数学状态的变换，包括包括几何纠正和地图投影转换几何纠正和地图投影转换等，以实现空间数据的几何等，以实现空间数据的几何配准。配准。数据重构数据重构指数据从一种指数据从一种格式格式到另一种格式的转换，包括到另一种格式的转换，包括结构转换、类型替换结构转换、类型替换等，以实现空间数据在结构、格式和等，以实现空间数据在结构、格式和类型上的统一，类型上的统一，多源和异构数据的连接与融合多源和异构数据的连接与融合。数据提取数据提取指对数据进行某种指对数据进行某种条件的取舍

2、条件的取舍，包括类型提取、，包括类型提取、窗口提取、空间内插等，以适应不同用户对数据的特定要求。窗口提取、空间内插等，以适应不同用户对数据的特定要求。本讲稿第二页，共一百一十四页第第 3 3 章章 空间数据处理空间数据处理空间数据的处理是空间数据的处理是GISGIS的重要功能之一。的重要功能之一。空间数据的处理主要取决于原始数据的特空间数据的处理主要取决于原始数据的特 点点和用户的具体要求，一般包括数据变换、数据和用户的具体要求，一般包括数据变换、数据重构、数据提取等内容。重构、数据提取等内容。空间数据处理是指空间数据处理是指GISGIS对空间数据本身对空间数据本身所提供所提供的操作手段的操作

3、手段，它不涉及内容的分析。，它不涉及内容的分析。本讲稿第三页，共一百一十四页第第1 1节节 空间数据的变换空间数据的变换第第2 2节节 空间数据结构的转换空间数据结构的转换第第3 3节节 多元空间数据的融合多元空间数据的融合第第4 4节节 空间数据的压缩与重分类空间数据的压缩与重分类第第5 5节节 空间数据的内插方法空间数据的内插方法第第6 6节节 空间拓扑关系的编辑空间拓扑关系的编辑第第 3 3 章章 空间数据处理空间数据处理本讲稿第四页，共一百一十四页第第1节节 空间数据的变换空间数据的变换空间数据的变换空间数据的变换即空间数据即空间数据坐标系的变换坐标系的变换，其实质，其实质是两个平面点

4、之间的一一对应的关系，包括是两个平面点之间的一一对应的关系，包括几何纠正几何纠正和投影转换和投影转换，它们是空间数据处理的基本内容之一。，它们是空间数据处理的基本内容之一。一、几何纠正一、几何纠正 二、地图投影及其转换二、地图投影及其转换本讲稿第五页，共一百一十四页一、几何纠正一、几何纠正几何纠正是为了实现对数字化数据的坐标系转换和几何纠正是为了实现对数字化数据的坐标系转换和图纸变形误差的改正。常见的图纸变形误差的改正。常见的GIS软件一般都具有软件一般都具有仿仿射变换、相似变换和二次变换射变换、相似变换和二次变换等几何纠正功能。等几何纠正功能。仿射变换可以对坐标数据在仿射变换可以对坐标数据在

5、x和和y方向进行不同比例方向进行不同比例的缩放，同时进行的缩放，同时进行扭曲、旋转和平移扭曲、旋转和平移。本讲稿第六页，共一百一十四页扭曲扭曲 x*=x.Sx y*=y.Sy 其中：其中：Sx,SySx,Sy分别为分别为x,yx,y方向方向 的缩放比例系数，矩阵为：的缩放比例系数，矩阵为：x*,y*=x,y.本讲稿第七页，共一百一十四页比例缩放比例缩放 x*=x.Sx y*=y.Sy 其中：其中：Sx,SySx,Sy分别为分别为x,yx,y方向方向 的的缩放比例系数，矩阵为：缩放比例系数，矩阵为：x*,y*=x,y.本讲稿第八页，共一百一十四页旋转旋转 将点将点(x,y)(x,y)旋转旋转 角

6、角 x=A.cos,y=A.sin x*=A.cos(+)=A.(cos.cos -sin.sin)=x.cos -y.sin y*=A.sin(+)=A(sin.cos +cos.sin)=x.sin +y.cos 矩阵为：矩阵为：x*,y*=x,y.本讲稿第九页，共一百一十四页平移平移 x*=x+dx y*=y+dy 其中，其中，dx、dy分别为分别为x,y 方向平移量方向平移量相应的向量形式为：相应的向量形式为：x*,y*=x,y+dx,dy本讲稿第十页，共一百一十四页 设设x x，y y为数字化仪坐标，为数字化仪坐标，X X、Y Y为理论坐标，为理论坐标，m m1 1、m m2 2为地

7、图横向和为地图横向和纵向的长度变化比例，两坐标系纵向的长度变化比例，两坐标系夹角为夹角为 ，数字化仪原点，数字化仪原点OO相相对于理论坐标系原点平移了对于理论坐标系原点平移了a a0 0、b b0 0，则根据，则根据图形变换原理图形变换原理，得出，得出坐标变换公式：坐标变换公式：X=a0+(m1cos)x+(m2sin)y Y=b0(m1sin)x+(m2cos)y坐标变换原理坐标变换原理O OX XY YO Oa a0 0b b0 0 xy本讲稿第十一页，共一百一十四页本讲稿第十二页，共一百一十四页 X=a0+(m1cos)x+(m2sin)y Y=b0(m1sin)x+(m2cos)y式中

8、，设式中，设 a1=m1cos ，b1=-m1sin a2=m2sin ，b2 =m2cos 则上式可以简化为：则上式可以简化为：X=X=a0+a1 x+a2 y Y=Y=b0 b1x+b2 y 上式中含有上式中含有6 6个参数个参数a0a0、a1a1、a2a2、b0b0、b1b1、b2b2，要实现仿，要实现仿射变换，需要知道不在同一直线上的射变换，需要知道不在同一直线上的3 3对控制点的数字化坐标对控制点的数字化坐标及其理论值，才能求得上述及其理论值，才能求得上述6 6个待定参数。但在实际应用中，个待定参数。但在实际应用中，通常利用通常利用4 4个以上的点来进行几何纠正。下面按个以上的点来进

9、行几何纠正。下面按最小二乘法最小二乘法原理求解待定参数（原理求解待定参数（首先回顾首先回顾最小二乘法最小二乘法）本讲稿第十三页，共一百一十四页 设设QxQx、QyQy表示转换坐标于理论坐标之差，表示转换坐标于理论坐标之差，则有：则有：Qx=X (aQx=X (a0 0+a+a1 1x+ax+a2 2y)y)Qy=Y (b Qy=Y (b0 0+b+b1 1x+bx+b2 2y)y)按照按照QxQx2 2=min=min和和QyQy2 2=min=min的条件，可的条件，可得到两组法方程：得到两组法方程：a a0 0n+an+a1 1x+ax+a2 2y=Xy=X a a0 0 x+ax+a1

10、1xx2 2+a+a2 2xy=xX xy=xX a a0 0y+ay+a1 1xy+axy+a2 2yy2 2=yX=yX 和和 b b0 0n+bn+b1 1x+bx+b2 2y=Yy=Y b b0 0 x+bx+b1 1xx2 2+b+b2 2xy=xY xy=xY b b0 0y+by+b1 1xy+bxy+b2 2yy2 2=yY=yY 式中：式中：n n为控制点个数；为控制点个数；x x、y y为控制点的数字化坐标；为控制点的数字化坐标；X X、Y Y为控制点的理论坐标。为控制点的理论坐标。本讲稿第十四页，共一百一十四页 由上述法方程，通过消元法，可求得仿射变换的由上述法方程，通过

11、消元法，可求得仿射变换的待定参数待定参数a a0 0、a a1 1、a a2 2和和b b0 0、b b1 1、b b2 2。仿射变换是仿射变换是GISGIS数据处理中使用最多的一种几何纠正数据处理中使用最多的一种几何纠正方法。它的主要特性为：方法。它的主要特性为：同时考虑到同时考虑到x x和和y y方向上的变形，方向上的变形，因此纠正后的坐标数据在不同方向上的长度比将发生变化因此纠正后的坐标数据在不同方向上的长度比将发生变化。其他方法还有相似变换和二次变换等。其他方法还有相似变换和二次变换等。经过仿射变换的空间数据，其精度可用点位中误差经过仿射变换的空间数据，其精度可用点位中误差表示，即：表

12、示，即：式中：式中：x=Xx=X理论值理论值XX计算值计算值；y=Yy=Y理论值理论值YY计算值计算值 n n为数字化已知控制点的个数为数字化已知控制点的个数。x+x+y y 2 22 2n nMp=+Mp=+本讲稿第十五页，共一百一十四页二、地图投影及其转换二、地图投影及其转换（一）地图投影的基本原理（一）地图投影的基本原理（二）地图投影的类型（二）地图投影的类型（三）地理信息系统常用的地图投影（三）地理信息系统常用的地图投影（四）地图投影转换（四）地图投影转换本讲稿第十六页，共一百一十四页地图投影：投影实质本讲稿第十七页，共一百一十四页地图投影：投影实质 建立地球椭球面上经纬线网和平面上相

13、应经纬线网的数学基础，也就是建立地球椭球面上的点的地理坐标（，）与平面上对应点的平面坐标（x，y）之间的函数关系：当给定不同的具体条件时，将得到不同类型的投影方式。本讲稿第十八页，共一百一十四页地图投影：投影变形将不可展的地球椭球面展开成平面，并且不能有断裂，则图形必将在某些地方被拉伸，某些地方被压缩，故投影变形是不可避免的。l长度变形l面积变形l角度变形本讲稿第十九页，共一百一十四页地图投影：投影分类变形分类：变形分类：等角投影：投影前后角度不变等角投影：投影前后角度不变 等面积投影：投影前后面积不变；等面积投影：投影前后面积不变；任意投影：角度、面积、长度均变形任意投影：角度、面积、长度均

14、变形投影面：投影面：横圆柱投影：投影面为横圆柱横圆柱投影：投影面为横圆柱 圆锥投影：投影面为圆锥圆锥投影：投影面为圆锥 方位投影：投影面为平面方位投影：投影面为平面投影面位置：投影面位置：正轴投影：投影面中心轴与地轴相互重合正轴投影：投影面中心轴与地轴相互重合 斜轴投影：投影面中心轴与地轴斜向相交斜轴投影：投影面中心轴与地轴斜向相交 横轴投影：投影面中心轴与地轴相互垂直横轴投影：投影面中心轴与地轴相互垂直 相切投影：投影面与椭球体相切相切投影：投影面与椭球体相切 相割投影：投影面与椭球体相割相割投影：投影面与椭球体相割本讲稿第二十页，共一百一十四页地图投影：投影选择因素制图区域的地理位置、形状

15、和范围制图比例尺地图内容出版方式本讲稿第二十一页，共一百一十四页地图投影：GIS中地图投影GIS以地图方式显示地理信息，而地图是平面，地理信息则在地球椭球上，因此地图投影在GIS中不可缺少。GIS数据库中地理数据以地理坐标存储时，则以地图为数据源的空间数据必须通过投影变换转换成地理坐标；而输出或显示时，则要将地理坐标表示的空间数据通过投影变换变换成指定投影的平面坐标。GIS中，地理数据的显示可根据用户的需要而指定投影方式，但当所显示的地图与国家基本地图系列的比例尺一致时，一般采用国家基本系列地图所用的投影。本讲稿第二十二页，共一百一十四页地图投影：我国常用地图投影1：100万：兰勃投影（正轴等

16、积割圆锥投影）大部分分省图、大多数同级比例尺也采用兰勃投影1：50万、1：25万、1：10万、1：5万、1：2.5万、1:1万、1：5000采用高斯克吕格投影。本讲稿第二十三页，共一百一十四页地图比例尺 地图比例尺反映了制图区域和地图的比例关系地图比例尺反映了制图区域和地图的比例关系 纸质地图：内容、概括程度、数据精度等纸质地图：内容、概括程度、数据精度等 GIS GIS：数据精度：数据精度 比例尺的含义：比例尺的含义：制图区域较小，采用各方面变形都较小的地图投影，图上各处的比例是一制图区域较小，采用各方面变形都较小的地图投影，图上各处的比例是一致的，故此时比例尺的含义是图上长度与相应地面长度

17、的比例；致的，故此时比例尺的含义是图上长度与相应地面长度的比例；制图区域较大时，地图投影比较复杂，地图上长度因地点和方向的制图区域较大时，地图投影比较复杂，地图上长度因地点和方向的不同而有所变化，这种地图比例尺一般是指在地图投影时，对地球半不同而有所变化，这种地图比例尺一般是指在地图投影时，对地球半径缩小的比率，径缩小的比率，称为主比例尺。地图经过投影后，体现在图上只有个称为主比例尺。地图经过投影后，体现在图上只有个别点线没有长度变形，也就是说，只有在这些长度没有变形的点或线别点线没有长度变形，也就是说，只有在这些长度没有变形的点或线上，才可用地图上注明的比例尺上，才可用地图上注明的比例尺 我

18、国地图比例尺分级系统：我国地图比例尺分级系统：大比例尺：大比例尺：1 1：50050011：1010万万 中比例尺：中比例尺：1 1：1010万万11：100100万万 小比例尺：小比例尺：1 1：100100万万 无无级级比例尺概念比例尺概念本讲稿第二十四页，共一百一十四页第第2节节 空间数据结构的转换空间数据结构的转换矢量数据结构与栅格数据结构是矢量数据结构与栅格数据结构是GISGIS常用的两种数据结常用的两种数据结构。构。矢量数据是面向实体的结构矢量数据是面向实体的结构栅格数据是面向位置的结构栅格数据是面向位置的结构本讲稿第二十五页，共一百一十四页第第2节节 空间数据结构的转换空间数据结

19、构的转换优优 点点缺缺 点点矢矢量量1、便于面向实体的数据表达、便于面向实体的数据表达2、数据结构紧凑、冗余度低、数据结构紧凑、冗余度低3、拓扑结构有利于网络分析、空间查、拓扑结构有利于网络分析、空间查询等询等1、数据结构较复杂、数据结构较复杂2、软件实现的技术要求比较高、软件实现的技术要求比较高3、多边形叠合等分析相对困难、多边形叠合等分析相对困难栅栅格格1、数据结构相对简单、数据结构相对简单2、空间分析较容易实现、空间分析较容易实现3、有利于遥感数据的匹配应用和分析、有利于遥感数据的匹配应用和分析1、数据量较大，冗余度高，需要、数据量较大，冗余度高，需要压缩处理压缩处理2、定位精度比矢量低

20、、定位精度比矢量低3、拓扑关系难以表达、拓扑关系难以表达表表3-1 矢量与栅格数据结构比较矢量与栅格数据结构比较本讲稿第二十六页，共一百一十四页第第2节节 空间数据结构的转换空间数据结构的转换 一、由矢量向栅格的转换一、由矢量向栅格的转换 二、由栅格向矢量的转换二、由栅格向矢量的转换本讲稿第二十七页，共一百一十四页一、由矢量向栅格的转换一、由矢量向栅格的转换 矢量数据向栅格数据转换时，先要矢量数据向栅格数据转换时，先要确定栅格元素的大小确定栅格元素的大小。即根据原矢量图的大小，精度要求及所研究问题的性质，确定栅即根据原矢量图的大小，精度要求及所研究问题的性质，确定栅格的分辨率。如把某一地区的矢

21、量数据结构的地形图向栅格数据格的分辨率。如把某一地区的矢量数据结构的地形图向栅格数据转换时，必须考虑地形的起伏变化，当该地区的地形变化很大时转换时，必须考虑地形的起伏变化，当该地区的地形变化很大时(如黄土高原丘陵沟壑区如黄土高原丘陵沟壑区)，必须选用高的分辨率，否则无法反映，必须选用高的分辨率，否则无法反映地形变化的真实情况。地形变化的真实情况。矢量数据和栅格数据的坐标表示不同。矢量数据的基本坐标是直矢量数据和栅格数据的坐标表示不同。矢量数据的基本坐标是直角坐标，原点为图的左下方；而栅格数据的坐标是行列坐标，原点角坐标，原点为图的左下方；而栅格数据的坐标是行列坐标，原点在图的左上方。在图的左上

22、方。矢量数据和栅格数据的坐标转换关系如下图所示：矢量数据和栅格数据的坐标转换关系如下图所示：本讲稿第二十八页，共一百一十四页 本讲稿第二十九页，共一百一十四页 其转换公式为：其转换公式为：X=(xmax-xmin)/J Y=(ymax-ymin)/I式中：式中：X，Y分别表示每个栅格单元的边长。分别表示每个栅格单元的边长。xmax,xmin分别表示矢量坐标中分别表示矢量坐标中x的最大值和最小值。的最大值和最小值。ymax,ymin分别表示矢量坐标中分别表示矢量坐标中y的最大值和最小值。的最大值和最小值。I，J分别表示栅格的行数和列数。分别表示栅格的行数和列数。例如：已知某一地区例如：已知某一地

23、区x方向为方向为15km，y方向为方向为30km，现要把该地区的地块图转换成栅格数据。要求栅，现要把该地区的地块图转换成栅格数据。要求栅格的分辨率为格的分辨率为30mx30m，则由上式可知：，则由上式可知：行数行数I=30km/30m=1000 列数列数J=15km/30m=500本讲稿第三十页，共一百一十四页 矢量向栅格的转换实质上是解决点、线和面数矢量向栅格的转换实质上是解决点、线和面数据的转换。据的转换。（一）点的栅格化（一）点的栅格化 点状数据转换成栅格数据时是取离点最近的一点状数据转换成栅格数据时是取离点最近的一个栅格单元来存放。个栅格单元来存放。点的栅格化实质上是将点的点的栅格化实

24、质上是将点的矢量坐标转换成栅格数据中行列值矢量坐标转换成栅格数据中行列值i i和和j j，从而得，从而得到点所在栅格元素的位置到点所在栅格元素的位置。其中：。其中：一、由矢量向栅格的转换一、由矢量向栅格的转换本讲稿第三十一页，共一百一十四页行行 i=1+Integer(ymax-y/y)i=1+Integer(ymax-y/y)列列 j=1+Integer(x-xmin/x)j=1+Integer(x-xmin/x)本讲稿第三十二页，共一百一十四页（二）线的栅格化（二）线的栅格化（二）线的栅格化（二）线的栅格化由于曲线可用折线来表示，也就是当折线上取点足够多时，所画由于曲线可用折线来表示，也就

25、是当折线上取点足够多时，所画的折线在视觉上成为曲线。因此，的折线在视觉上成为曲线。因此，线的变换实质上是完成相邻两点线的变换实质上是完成相邻两点之间直线的转换之间直线的转换。若已知一直线。若已知一直线AB其两端点坐标分别为其两端点坐标分别为A(x1,y1)和和B(x2,y2)，则其转换过程不仅包括标点，则其转换过程不仅包括标点A，B分别从点矢量数据分别从点矢量数据转换成栅格数据，还包括求出直线转换成栅格数据，还包括求出直线AB所经过的中间栅格数据。所经过的中间栅格数据。其过程如下：其过程如下：(1)利用上述点转换法，将点利用上述点转换法，将点A(x1,y1)，B(x2,y2)分别转换成栅格数据

26、，分别转换成栅格数据，求出相应的栅格的行列值。求出相应的栅格的行列值。(2)由上述行列值求出直线所在行列值的范围。由上述行列值求出直线所在行列值的范围。(3)确定直线经过的中间栅格点。若从直线两端点转换中，求确定直线经过的中间栅格点。若从直线两端点转换中，求出该直线经过的起始行号为出该直线经过的起始行号为i1,终止行号终止行号im,其中间点行号必定其中间点行号必定i2,i3,.im-1。接着即可求出相应行号相交于直线的列号。接着即可求出相应行号相交于直线的列号。本讲稿第三十三页，共一百一十四页（三）面的栅格化（三）面的栅格化 在矢量数据结构中，通常以不规则多边形来表示区在矢量数据结构中，通常以

27、不规则多边形来表示区域，对于多边形内填充的晕线或符号域，对于多边形内填充的晕线或符号,只是图形输出的只是图形输出的表示方法，它并不作为空间数据参加运算。表示方法，它并不作为空间数据参加运算。矢量数据转换成栅格数据是通过矢量边界轮廓的转矢量数据转换成栅格数据是通过矢量边界轮廓的转换实现的。在栅格数据结构中，栅格元素值直接表示属换实现的。在栅格数据结构中，栅格元素值直接表示属性值，因此，性值，因此，当矢量边界线段转换成栅格数据后，还须进当矢量边界线段转换成栅格数据后，还须进行面域的填充。填充算法的关键是判断哪些点或栅格单元在行面域的填充。填充算法的关键是判断哪些点或栅格单元在多边形之内，哪些点在多

28、边形之外。多边形之内，哪些点在多边形之外。本讲稿第三十四页，共一百一十四页1.1.1.1.射线法射线法射线法射线法 用水平线扫描法来判断用水平线扫描法来判断用水平线扫描法来判断用水平线扫描法来判断一点（或栅格单元）是否在一点（或栅格单元）是否在一点（或栅格单元）是否在一点（或栅格单元）是否在区域内。假若有一疑问点区域内。假若有一疑问点区域内。假若有一疑问点区域内。假若有一疑问点P(x,y)P(x,y)P(x,y)P(x,y)，要判断它是否在多，要判断它是否在多，要判断它是否在多，要判断它是否在多边形内，可从该疑问点向左边形内，可从该疑问点向左边形内，可从该疑问点向左边形内，可从该疑问点向左引射

29、线，计算此射线与区域引射线，计算此射线与区域引射线，计算此射线与区域引射线，计算此射线与区域边界相交的次数边界相交的次数边界相交的次数边界相交的次数c c c c，如果，如果，如果，如果c c c c为为为为奇数，认为该疑问点在多边奇数，认为该疑问点在多边奇数，认为该疑问点在多边奇数，认为该疑问点在多边形内；形内；形内；形内；c c c c为偶数，则疑问点为偶数，则疑问点为偶数，则疑问点为偶数，则疑问点在多边形外。在多边形外。在多边形外。在多边形外。本讲稿第三十五页，共一百一十四页2.2.边界点跟踪法边界点跟踪法 这是另一种填充法，该法这是另一种填充法，该法从边界上某一栅格单元开始按顺从边界上

30、某一栅格单元开始按顺时针方向跟踪边界上各栅格，时针方向跟踪边界上各栅格，(对多边形中岛则按逆时针方向对多边形中岛则按逆时针方向跟踪，使岛内不被填充跟踪，使岛内不被填充)。将跟踪的每个栅格分别赋予字符。将跟踪的每个栅格分别赋予字符R R，L L或或N N，R R表示表示该栅格同相邻象素的行数不同，且该栅格同相邻象素的行数不同，且行数增加的单行数增加的单元。元。L L表示表示该栅格同相邻象素的行数不同，且该栅格同相邻象素的行数不同，且行数减少的单元。行数减少的单元。N N表示表示该栅格为该栅格为极值单元极值单元或相邻单元或相邻单元行数相同的单元。行数相同的单元。最后，最后，逐行扫描，逐行扫描，根据

31、填充字符值，根据填充字符值，填充填充LRLR之间的之间的栅格栅格。如图所示。如图所示。本讲稿第三十六页，共一百一十四页本讲稿第三十七页，共一百一十四页3.3.边界代数法边界代数法 矢量向栅格转换的关键是对矢量表示的多边形边界内的矢量向栅格转换的关键是对矢量表示的多边形边界内的所有栅格赋予多边形编码，形成栅格数据阵列。所有栅格赋予多边形编码，形成栅格数据阵列。边界代数边界代数法不必逐点判断同边界关系即可完成矢量向栅格的转换。法不必逐点判断同边界关系即可完成矢量向栅格的转换。这时，这时，面的填充是根据边界的拓扑信息，通过加减运算将边面的填充是根据边界的拓扑信息，通过加减运算将边界位置信息动态地赋予

32、各栅格界位置信息动态地赋予各栅格。实现边界代数法填充是已知实现边界代数法填充是已知组成多边形边界组成多边形边界(弧段弧段)的拓扑关系，即沿边界前进方向的的拓扑关系，即沿边界前进方向的左右多边形号。左右多边形号。本讲稿第三十八页，共一百一十四页 边界代数法的填充过程：假设沿边界前进方边界代数法的填充过程：假设沿边界前进方向向y y值上升时为上行，值上升时为上行，y y值下降时为下行。上行时值下降时为下行。上行时填充值为左多边形号减右多边形号，下行时填充填充值为左多边形号减右多边形号，下行时填充值为右多边形号减左多边形号，将每次填充值同值为右多边形号减左多边形号，将每次填充值同该处的原始值作代数运

33、算得到最终填充属性值。该处的原始值作代数运算得到最终填充属性值。本讲稿第三十九页，共一百一十四页N N1 1N N2 2弧上行，左弧上行，左-右为右为0-1=-10-1=-1。弧左边栅格值为。弧左边栅格值为-1-1本讲稿第四十页，共一百一十四页N N2 2N N3 3弧下行，右弧下行，右-左为左为2-0=22-0=2，弧右边栅格值加，弧右边栅格值加2 2本讲稿第四十一页，共一百一十四页N N3 3N N1 1弧下行，右弧下行，右-左左=3-0=3=3-0=3。弧右边。弧右边栅格值栅格值加加3 3本讲稿第四十二页，共一百一十四页N N1 1N N4 4弧上行，左弧上行，左-右右=1-3=-2=1

34、-3=-2。弧左边。弧左边栅格值栅格值加加-2-2。本讲稿第四十三页，共一百一十四页N N4 4N N2 2弧上行，左弧上行，左-右右=1-2=-1=1-2=-1，弧左边，弧左边栅格值栅格值加加-1-1本讲稿第四十四页，共一百一十四页N N4 4N N3 3弧下行，右弧下行，右-左左=3-2=1=3-2=1，弧右边，弧右边栅格值栅格值加加1 1。本讲稿第四十五页，共一百一十四页二、由栅格向矢量的转换二、由栅格向矢量的转换 转换的实质是将相同属性代码的栅格集合转变成转换的实质是将相同属性代码的栅格集合转变成由少量数据组成的边界弧段以及区域边界的拓扑关系。由少量数据组成的边界弧段以及区域边界的拓扑

35、关系。1.1.栅格数据矢量化的过程栅格数据矢量化的过程1.1 1.1 前处理前处理 目的是把栅格图预处理成近似线划图的二值图形目的是把栅格图预处理成近似线划图的二值图形(0(0和和1)1)，使每条线只有一个象元宽度。，使每条线只有一个象元宽度。本讲稿第四十六页，共一百一十四页1.2 1.2 矢量化矢量化 将线划图从栅格数据转变成直角坐标数据，并将线划图从栅格数据转变成直角坐标数据，并通过边界线搜索生成拓扑关系，建立与属性数据的通过边界线搜索生成拓扑关系，建立与属性数据的关系。关系。1.3 1.3 后处理后处理 目的一方面除去栅格矢量化产生的多余点，目的一方面除去栅格矢量化产生的多余点，减少数据

36、的冗余；另一方面采用插值算法对曲线减少数据的冗余；另一方面采用插值算法对曲线进行光滑处理。进行光滑处理。本讲稿第四十七页，共一百一十四页 下面以双边界直接搜索法为例，说明栅格数据矢量下面以双边界直接搜索法为例，说明栅格数据矢量化的一种方法。化的一种方法。本讲稿第四十八页，共一百一十四页2.2.双边界直接搜索法双边界直接搜索法 该方法的基本思想是通过边界提取，将左右多边形该方法的基本思想是通过边界提取，将左右多边形信息保存在边界点上。每条边界弧段由两个并行的边界信息保存在边界点上。每条边界弧段由两个并行的边界链组成，分别记录该边界弧段的左右多边形号。链组成，分别记录该边界弧段的左右多边形号。2.

37、12.1双边界直接搜索法的原则双边界直接搜索法的原则 以以2x22x2栅格窗口为单位，在单位窗口内四个栅格栅格窗口为单位，在单位窗口内四个栅格数据的模式可确定下一个窗口的搜索方向及弧段的拓数据的模式可确定下一个窗口的搜索方向及弧段的拓扑关系。搜索扑关系。搜索的原则如图所示。其要点为：的原则如图所示。其要点为：本讲稿第四十九页，共一百一十四页（1 1 1 1）若）若）若）若4 4 4 4个栅格仅有个栅格仅有个栅格仅有个栅格仅有2 2 2 2个不同编号且对角上编号不相同，个不同编号且对角上编号不相同，个不同编号且对角上编号不相同，个不同编号且对角上编号不相同，为边界点；（为边界点；（为边界点；（为

38、边界点；（2 2 2 2）有）有）有）有3 3 3 3个或个或个或个或4 4 4 4个不同的编号为结点；（个不同的编号为结点；（个不同的编号为结点；（个不同的编号为结点；（3 3 3 3）有有有有2 2 2 2个不同编号，但对角线编号两两相同，也是结点。个不同编号，但对角线编号两两相同，也是结点。个不同编号，但对角线编号两两相同，也是结点。个不同编号，但对角线编号两两相同，也是结点。本讲稿第五十页，共一百一十四页2.22.22.22.2双边界直接搜索法的步骤如下双边界直接搜索法的步骤如下双边界直接搜索法的步骤如下双边界直接搜索法的步骤如下:提取结点和边界线。用提取结点和边界线。用提取结点和边界

39、线。用提取结点和边界线。用2*22*22*22*2栅格窗口沿行列方栅格窗口沿行列方栅格窗口沿行列方栅格窗口沿行列方向扫描全图，遇到边界点及结点栅格窗口时将该窗向扫描全图，遇到边界点及结点栅格窗口时将该窗向扫描全图，遇到边界点及结点栅格窗口时将该窗向扫描全图，遇到边界点及结点栅格窗口时将该窗口内栅格元素作出标记，结点标识符前加负号，非口内栅格元素作出标记，结点标识符前加负号，非口内栅格元素作出标记，结点标识符前加负号，非口内栅格元素作出标记，结点标识符前加负号，非边界点改为边界点改为边界点改为边界点改为0 0 0 0值值值值;本讲稿第五十一页，共一百一十四页 边界线跟踪及左右多边形信息的获取。边

40、界线跟踪及左右多边形信息的获取。在提取结点和边界线基础上，通过边界的搜索获在提取结点和边界线基础上，通过边界的搜索获取结点文件、弧段文件及多边形文件。记录边界取结点文件、弧段文件及多边形文件。记录边界点的两个多边形编号作为被搜索边界的左右多边点的两个多边形编号作为被搜索边界的左右多边形号。形号。本讲稿第五十二页，共一百一十四页第第3节节 多元空间数据的融合多元空间数据的融合一、遥感与一、遥感与GISGIS数据的融合数据的融合二、不同格式数据的融合二、不同格式数据的融合 GIS技技术术经经过过4 40 0多多年年的的发发展展和和应应用用，已已经经积积累累了了大大量量的的数数据据资资源源。但但是是

41、，由由于于地地理理数数据据的的多多语语义义性性、多多时时空空性性、多多尺尺度度性性、获获取取手手段段的的多多样样性性、存存储储格格式式的的不不同同以以及及数数据据模模型型与与数数据据结结构构的的差差异异等等，导导致致多多元元数数据据的的产产生生，给给数数据据的的继继承承和和信信息息共共享享困困难难。为为了了实实现现空空间间数数据据的的共共享享，特特别别是是随随因因特特网网的的发发展展、数数字字地地球球的的兴兴起起和和G GI IS S应应用用的的日日益益深深入入，多多元元数数据据的的融融合合已已成成为为GIS设设计计者者和和用用户户的的共共同同要要求求。本讲稿第五十三页，共一百一十四页目前最常

42、用的三种融合方法具体表现如下：目前最常用的三种融合方法具体表现如下：（1 1）遥感影像与数字线画图（）遥感影像与数字线画图（DLGDLG）的融合：经过正）的融合：经过正射纠正后的遥感影像，与数字地图信息融合，可产生射纠正后的遥感影像，与数字地图信息融合，可产生影像地图。这种影像地图具有一定的数字基础，有丰影像地图。这种影像地图具有一定的数字基础，有丰富的光谱信息与几何信息，又有行政界限和属性信息，富的光谱信息与几何信息，又有行政界限和属性信息，直接提高了用户的可视化效果。直接提高了用户的可视化效果。一、遥感与一、遥感与GISGIS数据的融合数据的融合本讲稿第五十四页，共一百一十四页（2 2）遥

43、感影像与数字地形模型（）遥感影像与数字地形模型（DEMDEM）的融合：）的融合：DEMDEM代表精代表精确的地形信息，它与遥感数据的融合，有助于实施遥感影像确的地形信息，它与遥感数据的融合，有助于实施遥感影像的几何纠正与配准，消除遥感影像中因地形起伏所造成的像的几何纠正与配准，消除遥感影像中因地形起伏所造成的像元位移，提高遥感影像的定位精度，同时元位移，提高遥感影像的定位精度，同时DEMDEM可参与遥感影可参与遥感影像的分类，改善分类精度。像的分类，改善分类精度。（3 3）遥感影像与数字栅格图（）遥感影像与数字栅格图（DRGDRG）的融合：将数字栅格地）的融合：将数字栅格地图与遥感影像配准叠合

44、，可以从遥感图像中快速发现已发生图与遥感影像配准叠合，可以从遥感图像中快速发现已发生变化的区域，进而实现空间数据库的自动变化的区域，进而实现空间数据库的自动/半自动快速更新。半自动快速更新。一、遥感与一、遥感与GISGIS数据的融合数据的融合本讲稿第五十五页，共一百一十四页 由于由于GISGIS软件的多样性，每种软件的多样性，每种GISGIS软件都有特定的数软件都有特定的数据模型，造成数据存储格式和结构的不同。目前不同据模型，造成数据存储格式和结构的不同。目前不同GISGIS软件系统使用的空间数据格式主要有：软件系统使用的空间数据格式主要有：ESRIESRI公司的公司的ARC/INFO COV

45、ERAGEARC/INFO COVERAGE、ArcShape FilesArcShape Files、EOOEOO格式；格式；AutodeskAutodesk公司的公司的DXFDXF和和DWGDWG格式；格式；MapInfoMapInfo公司的公司的MIFMIF格式；格式；IntergraphIntergraph公司的公司的DGNDGN格式等等。格式等等。解决这些不同格式数据之间的融合，解决这些不同格式数据之间的融合，主要有以下几种方法：主要有以下几种方法：二、不同格式数据的融合二、不同格式数据的融合本讲稿第五十六页，共一百一十四页（1 1）基于转换器的数据融合）基于转换器的数据融合 在这种

46、模式下，数据转换一般通过交换格式进行。在这种模式下，数据转换一般通过交换格式进行。属性数据库属性数据库数据字典数据字典图形数据库图形数据库分析处理器分析处理器用户用户1 1用户用户2 2用户用户k k数据源数据源1交换格式交换格式数据源数据源2交换格式交换格式交换格式交换格式数据源数据源k k交换格式交换格式数据转换器数据转换器单一数据库集成多元数据模型单一数据库集成多元数据模型本讲稿第五十七页，共一百一十四页（2 2）基于数据标准的数据融合）基于数据标准的数据融合 这种方法是采用一种空间数据的转换标准来这种方法是采用一种空间数据的转换标准来实现多源实现多源GISGIS数据的融合。数据的融合。

47、空空 间间 数数 据据 转转 换换 的的 标标 准准系统系统A A系统系统B B系统系统C C系统系统1 1系统系统2 2系统系统3 3基于数据转换标准的数据融合基于数据转换标准的数据融合本讲稿第五十八页，共一百一十四页（3 3）基于公共接口的数据融合）基于公共接口的数据融合 基于公共接口的数据融合模式又称数据互操作模基于公共接口的数据融合模式又称数据互操作模式。式。接口相当于一种规程，它是大家都遵守并达成统一接口相当于一种规程，它是大家都遵守并达成统一的标准的标准。在接口中不仅要考虑数据格式和数据处理，而。在接口中不仅要考虑数据格式和数据处理，而且还要提供对数据处理理应采用的协议，各个系统通

48、过且还要提供对数据处理理应采用的协议，各个系统通过公共接口相互联系，而且允许各自系统内部数据结构和公共接口相互联系，而且允许各自系统内部数据结构和数据处理各不相同。数据处理各不相同。公共接口公共接口系统系统1 1公共接口公共接口系统系统2 2公共接口公共接口系统系统3 3公共接口公共接口系统系统A A公共接口公共接口系统系统B B公共接口公共接口系统系统C C协协 议议 及及 分分 布布 式式 计计 算算 环环 境境本讲稿第五十九页，共一百一十四页（4 4）基于直接访问的数据融合）基于直接访问的数据融合 直接数据访问指一个直接数据访问指一个GISGIS软件中实现对其他软件数据软件中实现对其他软

49、件数据格式的直接访问，用户可以使用单个格式的直接访问，用户可以使用单个GISGIS软件存取多种数软件存取多种数据格式。直接数据访问不仅避免了繁琐的数据转换，而据格式。直接数据访问不仅避免了繁琐的数据转换，而且在一个且在一个GISGIS软件中访问某种软件的数据格式，不要求用软件中访问某种软件的数据格式，不要求用户拥有该数据格式的宿主软件，更不需要该软件的运行，户拥有该数据格式的宿主软件，更不需要该软件的运行，这为多元数据的融合提供了更为使用便捷的支持。例如，这为多元数据的融合提供了更为使用便捷的支持。例如，IntergraphIntergraph公司推出的公司推出的GeoMediaGeoMedi

50、a系列软件提供了这种支系列软件提供了这种支持。持。本讲稿第六十页，共一百一十四页SpatialSpatialOracleOracleMSMSAssessAssessSQLSQLServerServerGeomediaGeomedia工作区工作区MGDMMGDMMGSMMGSMMGEMGEFRAMMEFRAMMEARC/INFOARC/INFOAcrViewAcrViewAutoCADAutoCADMapInfoMapInfoCAD(*.dgn)CAD(*.dgn)关系数据库关系数据库GISGIS数据数据GeomediaGeomedia支持多源数据示意图支持多源数据示意图（4 4）基于直接访问的