GIS空间数据处理与分析.ppt

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1、第三章 GIS空间数据处理与分析重点重点1 1、空间数据坐标变换、空间数据坐标变换2 2、空间数据结构的转换、空间数据结构的转换3 3、空间数据的内插、空间数据的内插第二第二节 空空间数据数据结构的构的转换矢量数据矢量数据 栅格数据栅格数据 各有优缺点，适合完成各有优缺点，适合完成不同的功能不同的功能，因此需进行，因此需进行相互转换。相互转换。矢量数据的基本坐标是直角坐标矢量数据的基本坐标是直角坐标x,yx,y，其坐标原，其坐标原点一般取图的点一般取图的左下方左下方。栅格数据的基本坐标是行和列栅格数据的基本坐标是行和列(i,j)(i,j)，其坐标原，其坐标原点一般取图的点一般取图的左上角左上角

2、。两种数据变换时，令直角坐标。两种数据变换时，令直角坐标x,yx,y分别与行和列平行。分别与行和列平行。由于矢量数据的基本要素是由于矢量数据的基本要素是点、线、面点、线、面，因而只，因而只要实现点、线、面的转换，各种线划图形的相互转换要实现点、线、面的转换，各种线划图形的相互转换问题就解决了。问题就解决了。第二第二节 空空间数据数据结构的构的转换一、矢量向栅格的转换：一、矢量向栅格的转换：首先确定首先确定栅格元素栅格元素的大小：即根据矢量图的大小、精度要求及所的大小：即根据矢量图的大小、精度要求及所研究问题的性质，确定栅格分辨率。研究问题的性质，确定栅格分辨率。yxoymaxxmaxxminy

3、min矢量坐标矢量坐标IJ(0,0)ymaxxmaxxminymin栅格坐标栅格坐标第二第二节 空空间数据数据结构的构的转换1、基本要素转换、基本要素转换：点的转换点的转换：将点的矢：将点的矢量坐标转换成栅格数据量坐标转换成栅格数据中行列值（中行列值（i,j），得到），得到点所在栅格元素的位置。点所在栅格元素的位置。IJ(0,0)ymaxxmaxxminymin点的转换点的转换(x,y)第二第二节 空空间数据数据结构的构的转换 1.2 1.2 线的转换线的转换：直线：直线ABAB的转换过程包括坐标点的转换过程包括坐标点A A，B B分分别从点矢量数据转换成栅格数据，还包括求出直线所别从点矢量数

4、据转换成栅格数据，还包括求出直线所经过的中间栅格数据。经过的中间栅格数据。步骤：步骤：将将A(x1,y1),B(x2,y2)A(x1,y1),B(x2,y2)分别分别转换为栅格数据。转换为栅格数据。由上述行列值求出直线所由上述行列值求出直线所在行列值的范围在行列值的范围确定直线经过的中间栅格确定直线经过的中间栅格点。点。IJ(0,0)ymaxxmaxxminymin线的转换线的转换(x,y)AB第二第二节 空空间数据数据结构的构的转换 1.3 面的转换面的转换：面数据的转换要对面数据的转换要对多边形轮廓多边形轮廓进行转换，这通过直进行转换，这通过直线转换而成，同时还要解决线转换而成，同时还要解

5、决面域数据的填充面域数据的填充。栅格数据结构中，栅格元素值直接表示属性值，因栅格数据结构中，栅格元素值直接表示属性值，因此，填充的关键是判断哪些点或栅格单元在多边形内，此，填充的关键是判断哪些点或栅格单元在多边形内，哪些点在多边形外。哪些点在多边形外。第二第二节 空空间数据数据结构的构的转换1.3.1 1.3.1 射线法射线法：I1PP1I2P30 xy 判断点是否在多边形内，从该点向左引水平扫描线，计算此判断点是否在多边形内，从该点向左引水平扫描线，计算此线段与区域边界相交的次数，线段与区域边界相交的次数，若为奇数，该点在多边形内；若为若为奇数，该点在多边形内；若为偶数，在多边形外。偶数，在

6、多边形外。利用此原理，直接做一系列水平扫描线，求利用此原理，直接做一系列水平扫描线，求出扫描线和区域边界的交点，对每个扫描线交点按出扫描线和区域边界的交点，对每个扫描线交点按X X值的大小进值的大小进行排序，其两相邻坐标点之间的射线在区域内。行排序，其两相邻坐标点之间的射线在区域内。第二第二节 空空间数据数据结构的构的转换 奇异性：奇异性：上述情况出现例外，称奇异性。如射线上述情况出现例外，称奇异性。如射线I I2 2遇遇到奇异点到奇异点P P3 3，从而可能出现判断错误。，从而可能出现判断错误。高端点下移射线法：对于组成多边形的每条直线的高端点高端点下移射线法：对于组成多边形的每条直线的高端

7、点y y值值坐标进行负修正，即坐标进行负修正，即“上闭下开上闭下开”法，在二直线的交点处，扫描线法，在二直线的交点处，扫描线上面的边与该扫描线相交的交点有效，下面的边与该扫描线相交的上面的边与该扫描线相交的交点有效，下面的边与该扫描线相交的交点无效，当扫描线与多边形重合时不作求交运算。交点无效，当扫描线与多边形重合时不作求交运算。邻点分析法：区分出极值点，邻点分析法：区分出极值点，极值点极值点必定是两直线的交点，与必定是两直线的交点，与顶点相交的两个直线段若在扫描线的同一侧，则为极值点，若不在顶点相交的两个直线段若在扫描线的同一侧，则为极值点，若不在同一侧，则为非极值点，对极值点看作两个同值交

8、点，对非极值点同一侧，则为非极值点，对极值点看作两个同值交点，对非极值点看做一个交点，从而解决奇异性。看做一个交点，从而解决奇异性。第二第二节 空空间数据数据结构的构的转换I1I2I3I4I5oxy思考：射线I1，I2，I3，I4，I5，与多边形的相交次数。第二第二节 空空间数据数据结构的构的转换1.3.2 1.3.2 边界点跟踪法边界点跟踪法 该法从边界上某一栅格单元开始按该法从边界上某一栅格单元开始按顺时针顺时针方向跟踪边界上各方向跟踪边界上各栅格（对多边形中岛则按逆时针方向跟踪，使岛内不被填充），栅格（对多边形中岛则按逆时针方向跟踪，使岛内不被填充），可将跟踪的每个栅格分别赋予可将跟踪的

9、每个栅格分别赋予R R，L L，N N。R R：表示该栅格同相邻象素的行数不同，且行数增加的单元。：表示该栅格同相邻象素的行数不同，且行数增加的单元。L L：表示该栅格同相邻象素的行数不同，且行数减少的单元。：表示该栅格同相邻象素的行数不同，且行数减少的单元。N N：表示该栅格为极值单元或与相邻单元行数相同的单元。：表示该栅格为极值单元或与相邻单元行数相同的单元。最后，逐行扫描，最后，逐行扫描，填充栅格填充栅格。第二第二节 空空间数据数据结构的构的转换NNLLLLLLLLLLLLLN NNNRRRRN N NRRRRRRRNNNNLLLNNRRRRNN NLLLLNNRRRR边缘跟踪法填充边缘

10、跟踪法填充第二第二节 空空间数据数据结构的构的转换 1.3.3 边界代数法边界代数法 假定沿边界前进方向假定沿边界前进方向y y值下降时称下行，值下降时称下行，y y值上升时称上行。值上升时称上行。上行时填充值为左多边形号减右多边形号，下行时填充值为上行时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，将每次填充值同该处的原始值作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算得到最终填充属性值。代数运算得到最终填充属性值。弧段上行：弧段上行：左左多边形号减多边形号减右右多边形号，在弧段左边栅格加其多边形号，在弧段左边栅格加其值。值。弧段下行：弧段下行：右右多

11、边形号减多边形号减左左多边形号，在弧段左边栅格加其多边形号，在弧段左边栅格加其值。值。第二第二节 空空间数据数据结构的构的转换二、栅格向矢量的转换二、栅格向矢量的转换1、基于图像数据的矢量化方法：、基于图像数据的矢量化方法：二值化：（二值化：（阈值阈值T）。）。细细 化：（化：（单个栅格的宽度单个栅格的宽度）。）。跟跟 踪踪：（：（存储特征栅格点中心的坐标存储特征栅格点中心的坐标）。第二第二节 空空间数据数据结构的构的转换2、基于再生栅格数据的矢量化方法：、基于再生栅格数据的矢量化方法：P82对栅格数据按行扫描，找出位于各类型边界的栅格单元，并将边对栅格数据按行扫描，找出位于各类型边界的栅格单

12、元，并将边界内部具有相同值或同质的栅格单元以一种显著不同的符号进行界内部具有相同值或同质的栅格单元以一种显著不同的符号进行填充，产生只记录类型填充，产生只记录类型边界栅格值边界栅格值的文件。的文件。建立对类型边界栅格单元的追踪算法，寻找建立对类型边界栅格单元的追踪算法，寻找同质区的闭合界线同质区的闭合界线，同时计算其坐标，并整理成有序（按顺时针或逆时针方向）的坐同时计算其坐标，并整理成有序（按顺时针或逆时针方向）的坐标数组。标数组。处理相邻类型的公共边界，将按区域单元建立的数据结构转换为处理相邻类型的公共边界，将按区域单元建立的数据结构转换为按线段链建立的数据结构。按线段链建立的数据结构。IX

13、Y(i,j):栅格数值栅格数值边界类型边界类型:外边界外边界 公共边界公共边界 内边界内边界栅格单元栅格单元(i,j)四角点坐标的计算四角点坐标的计算:X(i1,i2)=(j-1)*DX和和J*DXY(i1,i2)=(i-1)*DY和和i*DYI,j:栅格单元行列值栅格单元行列值;DX,DY:栅格单元边长栅格单元边长:识别内边界识别内边界,并将内边界端点坐标置零并将内边界端点坐标置零.判别方法判别方法:判断与栅格单元某条边相邻的另一栅格判断与栅格单元某条边相邻的另一栅格单元的值单元的值,若值小于零若值小于零,则该边为内边界则该边为内边界.内边界端点坐标置零内边界端点坐标置零:边界起点和终点坐标

14、置零边界起点和终点坐标置零.:识别公共边界识别公共边界,并将公共边界端点坐标置零并将公共边界端点坐标置零.判别方法判别方法:同一边在前一栅格中的起点和终点分别同一边在前一栅格中的起点和终点分别等于在后一栅格中的终点和起点等于在后一栅格中的终点和起点.内边界端点坐标置零内边界端点坐标置零:边界起点和终点坐标置零边界起点和终点坐标置零.:追踪外边界追踪外边界,并将外边界各点坐标顺序排列并将外边界各点坐标顺序排列.判别方法判别方法:非零的端点坐标即为外边界非零的端点坐标即为外边界.顺序排列顺序排列:若某条边的起点和终点均不为零若某条边的起点和终点均不为零,则为外边界的一则为外边界的一段其始边段其始边

15、,记录端点坐标记录端点坐标.若某条边的终点等于另一条边的起点若某条边的终点等于另一条边的起点,则为相邻点则为相邻点,记录端点坐标记录端点坐标.按照第按照第步的方法步的方法,继续追踪继续追踪,直到回到起点直到回到起点.:建立绘图数据文件建立绘图数据文件.作业：1、对下图进行自下向上的四叉树编码，并写出红色标、对下图进行自下向上的四叉树编码，并写出红色标示结点的示结点的M码。码。2、已知直线两端点坐标为、已知直线两端点坐标为A（，）和（，）和B（，），将该线段（，），将该线段由矢量数据转换为栅格数据，由矢量数据转换为栅格数据，写出计算过程写出计算过程（栅格分辨率（栅格分辨率要求要求10m10m）。

16、）。第三第三节 多源空多源空间数据的融合数据的融合1、遥感与、遥感与GIS数据的融合：数据的融合：融合必要性融合必要性遥感技术的优势遥感技术的优势GIS技术的优势技术的优势遥感图像与图形的融合遥感图像与图形的融合遥感数据与遥感数据与DEM的融合的融合遥感数据与地图扫描图像的融合遥感数据与地图扫描图像的融合融合方法：融合方法：第三第三节 多源空多源空间数据的融合数据的融合2、不同格式数据的融合、不同格式数据的融合 不同格式数据的融合方法主要有：不同格式数据的融合方法主要有：基于转换器的数据融合：基于转换器的数据融合：一种软件的数据格式输出为一种软件的数据格式输出为交换格式交换格式，然后用于另，然

17、后用于另一种软件的数据格式。一种软件的数据格式。特点特点：数据转换过程复杂，转化次数频繁，系统内部的数据转换过程复杂，转化次数频繁，系统内部的数据格式需要公开，但转换采用的技术不公开。数据格式需要公开，但转换采用的技术不公开。第三第三节 多源空多源空间数据的融合数据的融合2.2 基于数据标准的数据融合：基于数据标准的数据融合：采用一种空间数据的采用一种空间数据的转换标准转换标准来实现多源来实现多源GIS数据数据的融合。的融合。特点：特点：能处理多个数据集，转换次数少，系统内部的数能处理多个数据集，转换次数少，系统内部的数据格式不需公开，但转换采用的技术需要公开等。据格式不需公开，但转换采用的技

18、术需要公开等。第三第三节 多源空多源空间数据的融合数据的融合2.3 基于公共接口的数据融合基于公共接口的数据融合 接口相当于一种规程，是大家都遵守并达成统一的接口相当于一种规程，是大家都遵守并达成统一的标准（标准（互操作互操作）。）。特点：特点：独立于具体平台，转换技术高度抽象，数据格独立于具体平台，转换技术高度抽象，数据格式不需要公开。式不需要公开。2.4 基于直接访问的数据融合基于直接访问的数据融合 在一个在一个GIS软件中实现对其他软件数据格式的直接软件中实现对其他软件数据格式的直接访问，用户可以使用单个访问，用户可以使用单个GIS软件存取多种数据格式。软件存取多种数据格式。第四第四节

19、空空间数据的数据的压缩与与综合合1、空间数据压缩空间数据压缩：从取得的数据集合从取得的数据集合S中抽出一个子集中抽出一个子集A，这个子集，这个子集作为一个新的信息源，在规定的精度范围内最好地逼作为一个新的信息源，在规定的精度范围内最好地逼近原集合，而又取得尽可能大的压缩比。近原集合，而又取得尽可能大的压缩比。2、空间数据综合空间数据综合：根据数据管理或数据使用的需要，对数据进行的根据数据管理或数据使用的需要，对数据进行的定向处理。定向处理。第五第五节 空空间数据的内插方法数据的内插方法空间数据内插空间数据内插概念概念：通过已知点或分区的数据通过已知点或分区的数据,推求任意点或推求任意点或分区数

20、据的方法就称为空间数据的内插。分区数据的方法就称为空间数据的内插。1、点的内插点的内插：研究具有连续变化特征现象：研究具有连续变化特征现象的数值内插方法。的数值内插方法。步骤：步骤：数据取样；数据处内插；数据记录数据取样；数据处内插；数据记录第五第五节 空空间数据的内插方法数据的内插方法第五第五节 空空间数据的内插方法数据的内插方法2、区域的内插区域的内插 研究根据一组分区的已知数据来推求研究根据一组分区的已知数据来推求同一地区另一组分区未知数据的内插方法。同一地区另一组分区未知数据的内插方法。区域内插方法：区域内插方法：2.1 叠合法叠合法：认为源和目标区的数据是均匀分：认为源和目标区的数据

21、是均匀分布的，首先确定两者面积的交集，然后计布的，首先确定两者面积的交集，然后计算出目标区各个分区的内插值。算出目标区各个分区的内插值。Vt=ts us/s t:目标区各个分区的序号目标区各个分区的序号;s:源区各个分区的序号源区各个分区的序号;Us:分区分区S的已知的已知统计统计数据数据;ts:t区与区与s区相交的面积区相交的面积;s:s区的面积区的面积;s例例:A BC1 32ABC353010763人人 口口面面 积积ABC340204123012第五第五节 空空间数据的内插方法数据的内插方法2.2 比重法比重法：将源区的统计数据从同质性改：将源区的统计数据从同质性改变为非同质性。变为非

22、同质性。步步骤：1、在源区叠置格网，保证有足够内插精度。、在源区叠置格网，保证有足够内插精度。2、将源区各个分区平均数赋予相应分区各格网点。、将源区各个分区平均数赋予相应分区各格网点。3、按四邻域或八邻域法计算相邻格网点的平均值。、按四邻域或八邻域法计算相邻格网点的平均值。4、将各分区的格网点值相加，得、将各分区的格网点值相加，得Us,计算系数计算系数p=Us/Us,然后将各格网点值乘以然后将各格网点值乘以p，得到调整后的各个，得到调整后的各个分区的格网点值。分区的格网点值。5、循环此过程，直到、循环此过程，直到p接近接近1为止。为止。6、计算目标区内插值。、计算目标区内插值。第六第六节 图幅数据幅数据边沿匹配沿匹配处理理匹配处理步骤：匹配处理步骤：1、统一坐标，规范化属性。、统一坐标，规范化属性。2、识别和检索相邻图幅的数据。、识别和检索相邻图幅的数据。3、相邻图幅边界点坐标数据的匹配。、相邻图幅边界点坐标数据的匹配。4、删除拼幅时的公共边界。、删除拼幅时的公共边界。O(_)O谢谢