GIS-5第六章空间数据获取与处理地信.ppt

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1、第六章第六章 空间数据获取与处理空间数据获取与处理课课 题：题：空间数据获取与处理目的要求：目的要求：了解GIS的数据采集方式；掌握地图数字化的方法、步骤；掌握地图数据的各种处理方法；理解属性数据编码的深刻含义，了解空间数据压缩处理方法及优缺点教学重点：教学重点：地图数字化的方法、步骤及其中涉及到的算法；图幅拼接；拓扑建立；数据压缩。教学难点：教学难点：拓扑关系建立算法教学课时：教学课时：4课时教学方法教学方法:讲授本次课涉及的学术前沿：本次课涉及的学术前沿：新一代三维数字化仪新一代三维数字化仪第一节第一节 地图数字化地图数字化空间数据采集的任务是将现有的地图、外业观测成果、航空像片、遥感图像

2、、文本资料等转换成GIS可以处理与接收的数字形式，通常要经过验证、修改、编辑等处理。数据源概念回顾：数据源概念回顾：数据源数据源数据源数据源是指建立GIS的地理数据库所需的各种数据的来源，主要包括地图、遥感图像、文本资料、统计资料、实测数据、多媒体数据、已有系统的数据等。可归纳为原始采集数据、再生数据和交换数据三种来源。第一节第一节 地图数字化地图数字化n n数据采集时不同类型的数据输入需要用到不同的设备数据采集时不同类型的数据输入需要用到不同的设备数据采集时不同类型的数据输入需要用到不同的设备数据采集时不同类型的数据输入需要用到不同的设备。例如，对于文本数据通常用交互的方式通过键盘录入，也可

3、用扫描仪扫描后用字符识别软件自动录入；对于矢量地图数据，可用平板数字化仪，采用手扶跟踪的方法输入，也可用扫描仪扫描成图像后，用栅格数据矢量化的方法自动追踪输入，等等。GIS软件的这一部分还应具有数据转换数据转换数据转换数据转换装载装载装载装载的功能，即能把其它GIS或专题数据库中的数据通过转换装载到当前的GIS系统中。第一节第一节 地图数字化地图数字化n在空间数据的采集过程中，有些数据的采集结果本身就是在空间数据的采集过程中，有些数据的采集结果本身就是数字数据，它们只需通过软件进行数字数据，它们只需通过软件进行格式转换格式转换即可即可。如遥感影像经图象处理系统处理和解译后得到的数字结果，数字测

4、图成果也一般是以CAD格式存在，实测的数据一般也是以数字形式记录的，多媒体数据、已有系统的数据等本身就是数字形式，它们经过格式转换，进行数据编辑和处理后，即可满足GIS数据库建库的需要。而属性数据则主要而属性数据则主要而属性数据则主要而属性数据则主要是通过键盘或读取文件的方法输入，方法比较简单。是通过键盘或读取文件的方法输入，方法比较简单。是通过键盘或读取文件的方法输入，方法比较简单。是通过键盘或读取文件的方法输入，方法比较简单。第一节第一节 地图数字化地图数字化一、数据输入方式一、数据输入方式1、手工方式、手工方式手工方式是通过手工在计算机终端上输入数据，主要是键盘输入。2、手扶跟踪数字化方

5、式、手扶跟踪数字化方式 手扶跟踪数字化仪是一种图形数字化设备，是常用的地图数字化方式。3、扫描方式、扫描方式 扫描仪是一种图形、图像输入设备，可以快速地将图形、图像输入计算机系统，是目前发展很快的数字化设备，已经成为图文通信、图像处理、模拟识别、出版系统等方面的重要输入设备。数字化仪数字化仪第一节第一节 地图数字化地图数字化4、影像处理和信息提取方式、影像处理和信息提取方式 影像处理和信息提取是从遥感影像上直接提取专题信息，影像处理技术包括几何纠正、光谱纠正、影像增强、图像变换、结构信息提取、影像分类等。是目前技术水平下，一种十分有效的快速信息采集方式。5、数据通讯方式、数据通讯方式 数据通讯

6、是指在连网方式下，信息系统内部各子系统之间以及与其他信息系统之间实现信息交流和信息共享的主要方式。数据通讯技术的发展对地理信息系统中数据采集系统的性能提高，将起到极大的推动作用。n这里主要介绍图形数据的两种输入方法，即手扶跟踪数字化和扫描矢量化方法。这里主要介绍图形数据的两种输入方法，即手扶跟踪数字化和扫描矢量化方法。第一节第一节 地图数字化地图数字化二、矢量电子地图二、矢量电子地图 当纸质地图经过计算机图形图像系统光电转换量化为点阵数字图像，经过图像处理和曲线矢量化，或者直接进行手扶跟踪数字化后，生成可以为地理信息系统显示、修改、标注、漫游、计算、管理和打印的矢量地图数据文件，这种与纸质地图

7、相对应的计算机数据文件称为矢量化电子地图。1、矢量电子地图的含义、矢量电子地图的含义 第一节第一节 地图数字化地图数字化二、矢量电子地图二、矢量电子地图2、矢量图与纸质地图相比的优点、矢量图与纸质地图相比的优点 计算距离和标注地名符号快速准确地图显示和浏览漫游的功能强大可分层显示可以图元为单位进行信息编辑修改可以通过网络进行地图传递若能有效解决地图符号自动分割和识别问题，则能实现地图的智能矢量化 第一节第一节 地图数字化地图数字化3、矢量电子地图与点阵地图图像相比的优点：、矢量电子地图与点阵地图图像相比的优点：相同信息量前提下，矢量图文件要小得多，图越复杂越明显 矢量地图的编辑功能强大，点阵地

8、图只能以像素为基本单位运算和复制。矢量图可分层，点阵图像可以进行开窗显示。第一节第一节 地图数字化地图数字化三、手扶跟踪数字化三、手扶跟踪数字化1.数字化仪的组成数字化仪的组成 数字化仪一般由感应板（又叫数字化板）和定标器（又叫游标）和相应的电子线路组成。数字化仪的幅面有A0，A1，A3，A4等。如图1所示。图图1 1 手扶跟踪数字化仪示意图手扶跟踪数字化仪示意图数字化仪示意图 底座底座感应板感应板定标器定标器手扶跟踪数字化方法手扶跟踪数字化方法有效区域手扶跟踪数字化方法手扶跟踪数字化方法数数字字化化仪仪板板面面组组成成示示意意图图第一节第一节 地图数字化地图数字化第一节第一节 地图数字化地图

9、数字化新一代三维数字化仪新一代三维数字化仪第一节第一节 地图数字化地图数字化三、手扶跟踪数字化三、手扶跟踪数字化手扶跟踪数字化仪一般采用点方式、流方式。手扶跟踪数字化仪一般采用点方式、流方式。（1 1）点方式）点方式：是一种手控图形数字化方式。每按下定标器的键，感应板发送一对坐标数据到计算机。（2 2）流方式）流方式：时间时间流方式流方式：是一种时控图形数字化方式。数字化仪每隔一定的时间就向计算机发送坐标数据。距离流方式距离流方式（增量方式）：是一种距控图形数字化方式。当定标器在感应板上移动某个距离（步长），计算机自动记录经过点的坐标。手扶跟踪数字化的操作步骤手扶跟踪数字化的操作步骤准备准备设

10、置设置数字化数字化读图和分层读图和分层输入初始化参数输入初始化参数设置输入控制点设置输入控制点设置数字化参数设置数字化参数设置定标器按键设置定标器按键 固定地图固定地图数字化数字化检查和修改数字化错误检查和修改数字化错误第一节第一节 地图数字化地图数字化2.手扶跟踪地图数字化的操作步骤手扶跟踪地图数字化的操作步骤地图数字化是地理数据采集的重要组成部分，一般包括以下几个步骤：（1）读图和分层）读图和分层 图形数字化以前，首先对地图上的图形要素进行分类。每一类作为一个图层，每一个图层赋一个图层名。（2）固定地图）固定地图 在感应板的有效区域内平整地固定地图，地图在感应板上的摆放方向不受限制，一般开

11、始数字化后不再移动地图。（3）输入初始化参数）输入初始化参数 包括数字化的阈值（数字化两点间的最短距离）、图幅四角点的理论坐标、图幅长度和宽度、比例尺、地图投影等。第一节第一节 地图数字化地图数字化（4）设置与输入控制点）设置与输入控制点 一旦设置好投影方式后，就需要设置与输入控制点，它主要完成对输入数据偏差的纠正。找到地图上一些已知坐标的点，按下定标器的按键。一般应用程序提示输入数据，将图上已知点的真实坐标输入。应该至少设置4个点，输入的点越多，对图幅数据纠正的越精确。第一节第一节 地图数字化地图数字化（5）设置数字化参数）设置数字化参数 数字化参数包括：自动封闭线模式。允许游标锁定。数字化

12、时光滑线。每数字化一条图元时，系统会自动光滑这条线。设置数字化方式，如点方式、流方式等。第一节第一节 地图数字化地图数字化（6）数字化）数字化 参照预先设定的图层及内容，手持游标分别跟踪点、线、多边形等图形，完成图形矢量化。当数字化的图形过大，超过感应板上的有效范围，需将地图分幅数字化。一般将图形按矩形分为上下两幅或左右两幅图形，或者分为左上、右上、左下、右下四幅矩形图形等。数字化时，首先对各个分幅矩形的范围进行数字化，即对左下角、左上角，右上角、右下角进行数字化。经过这样处理后，就为图形的拼接提供了参数和依据。（7）检查和修改数字化错误）检查和修改数字化错误 通过屏幕或绘图显示，检查线段缺失

13、或多余、线段过长或过短、结点不匹配、悬挂节点等各种错误，并予以改正。第一节第一节 地图数字化地图数字化n3、曲线离散化算法、曲线离散化算法Douglas-Peucker算法：算法：1）在曲线首尾两点）在曲线首尾两点A,B之间连接一条直线段之间连接一条直线段AB，该直线称为曲线的，该直线称为曲线的弦。弦。2）得到曲线上离该直线段距离最大的点）得到曲线上离该直线段距离最大的点C，并计算其与，并计算其与AB的距离的距离d；3）比较该距离与预先给定的阈值）比较该距离与预先给定的阈值，则将该直线段作为曲线的近似，则将该直线段作为曲线的近似，该段曲线处理完毕；该段曲线处理完毕；4 4）如果距离大于阈值，则

14、用）如果距离大于阈值，则用C C将曲线分为两段将曲线分为两段ACAC和和BCBC，并分别对两，并分别对两段曲线进行段曲线进行1313步的处理；步的处理；5 5）当所有曲线都处理完毕后，依次连接各个分割点形成的折线，即）当所有曲线都处理完毕后，依次连接各个分割点形成的折线，即可以作为曲线的近似。可以作为曲线的近似。该算法是一个递归算法，实际是也是一种矢量数据压缩方法。该算法是一个递归算法，实际是也是一种矢量数据压缩方法。曲线的离散算法 nDouglas-Peucker算法示例算法示例第一节第一节 地图数字化地图数字化四、扫描矢量化方法四、扫描矢量化方法1.扫描仪工作原理扫描仪工作原理 扫描仪能够

15、捕捉各种地图、照片、航空像片以及较薄物体的图像信息。它是一种高精度的光电一体化产品，能通过光电器件将检测到的光信号转换成电信号，再将电信号通过模拟/数字转换器转化为数字信号传输到计算机中处理。小小型型扫扫描描仪仪工程扫描仪工程扫描仪第一节第一节 地图数字化地图数字化四、扫描矢量化方法四、扫描矢量化方法2.扫描数字化流程扫描数字化流程（1）工作方式）工作方式 扫描矢量化是利用扫描仪直接扫描原图，以栅格形式存储于图像文件中（如*.TIF等），然后经过矢量化转换成矢量数据，存入到线文件或点文件中，再进行编辑、输出。第一节第一节 地图数字化地图数字化（2）扫描矢量化处理流程扫描矢量化处理流程 原图原图

16、用扫描仪原图扫描用扫描仪原图扫描图像校正图像校正拼接子图块拼接子图块读图、分层读图、分层装入光栅数据装入光栅数据矢量图合成矢量图合成设置当前层和缺省参数设置当前层和缺省参数设置矢量化参数设置矢量化参数设置矢量化范围设置矢量化范围交互矢量化交互矢量化保存文件保存文件可用二值扫描、灰度扫描或彩色扫描可用二值扫描、灰度扫描或彩色扫描一般情况下，先矢量化后对矢量图形数据进行校正一般情况下，先矢量化后对矢量图形数据进行校正但有时需要与已有的图形套合，这时需要先将扫但有时需要与已有的图形套合，这时需要先将扫图形进行校正，然后与已有的图形配准。图形进行校正，然后与已有的图形配准。抽稀因子就是控制线在抽稀后与

17、原光栅中心线之间抽稀因子就是控制线在抽稀后与原光栅中心线之间的最大偏差值，实际上就是控制线的坐标点数，要的最大偏差值，实际上就是控制线的坐标点数，要适合精度要求。适合精度要求。扫描矢量化流程图扫描矢量化流程图扫描矢量化流程图扫描矢量化流程图第一节第一节 地图数字化地图数字化3.交互式扫描矢量化操作步骤交互式扫描矢量化操作步骤（1）扫描准备）扫描准备 准备要数字化的原图，最好为不易变形的聚酯薄膜图，并把它正确装入扫描仪。（2）扫描参数设置）扫描参数设置 扫描参数的设置包括：扫描模式的设置：扫描模式分二值、灰度和百万种彩色等，对单色地图一般采用二值或灰度扫描；对黑白航空像片或卫星像片采用灰度扫描；

18、对彩色地图可采用灰度扫描或百万种彩色扫描；对彩色航空像片或卫星像片采用百万种彩色扫描。第一节第一节 地图数字化地图数字化 扫描分辨率的设置：根据扫描要求设定分辨率，一般采用300dpi，特殊需要可采用更高的分辨率。针对一些特殊的需要，还可以调整亮度、对比度、色调等值。（3）图形扫描）图形扫描 扫描参数设置完毕后，进行图形预览，并设定扫描范围，然后进行扫描。（4）图像装入）图像装入 进入输入子系统，系统读入该图像的数据，并显示在图像数据的窗口内。第一节第一节 地图数字化地图数字化（5）采集控制点）采集控制点 选择系统的这一功能项时，系统会弹出一对话框，在此对话框中可设置投影、坐标单位。用鼠标采集

19、控制点，控制点采集完成后，系统会提示输入点的坐标，并计算误差值。（6）分层矢量化）分层矢量化 分析扫描地图，进行分层。选择矢量化方式，在矢量化工具箱中点取相应按钮开始矢量化工作。（7）检查和修改数字化错误）检查和修改数字化错误 将数字化后的矢量图与原扫描图像叠置，检查数字化过程中出现的错误或误差，并逐个予以改正。第一节第一节 地图数字化地图数字化将栅格图像转换为矢量地图一般需要以下几个步骤将栅格图像转换为矢量地图一般需要以下几个步骤（自动矢量化步骤）（自动矢量化步骤）图像二值化图像二值化 图像二值化用于从原始扫描图像到黑白二值图像，通常将图像上白色区域的栅格点赋值为0；而黑色区域为1，黑色区域

20、对应了要矢量化提取的地物，又称为前景。（这里通常要给定一个灰度阈值，当图像上的区域的灰度值小于这个阈值，则赋值为0，大于这个阈值赋值为1）平滑平滑 图像平滑用于去除图像中的随机噪声，通常表现为斑点。第一节第一节 地图数字化地图数字化细化细化 将一条线细化为只有一个像素宽，细化是矢量化过程中的重要步骤，也是矢量化的基础。链式编码链式编码 将细化后的图像转换成为点链的集合，其中每个点链对应于一条弧段。矢量线提取矢量线提取 将每个点链转化成为一条矢量线。每条线由一系列点组成，点的数目取决于线的弯曲程度和要求的精度。第一节第一节 地图数字化地图数字化（1 1）图像拼接和裁剪）图像拼接和裁剪）图像拼接和

21、裁剪）图像拼接和裁剪图像拼接图像拼接图像拼接图像拼接：以两相邻地图图像的部分重叠区为基础，把它们合成为一幅整图的过程叫做图像拼接，分为上下拼接和左右拼接。地图裁剪地图裁剪地图裁剪地图裁剪：一幅图像裁成两两相邻的规则图块的过程称为地图裁剪。第一节第一节 地图数字化地图数字化（2）图像细化预处理二值图像平滑图像细化预处理二值图像平滑对扫描输人的栅格图，由于各种原因，获取的栅格图上总会存在污点、污迹、线轮廓凹凸不平等现象。为此，在二值化前要进行预处理，如通过人工交互编辑处理，修补断线，通过低通滤波除去污迹，通过高通滤波除去污点等等。预处理消除毛刺噪声、空洞和凹陷噪声，使用一些滤波模板来进行平滑计算。

22、第一节第一节 地图数字化地图数字化（3 3）图像细化）图像细化）图像细化）图像细化线细化：线细化：就是不断去除曲线上不影响连通性的轮廓像素的过程。细化实质是消除线段横截面栅格数的不一致，将图像中的线条沿中心细化，使其具有一个像素宽度的线条。细化意味着要删除一部分栅格，但细化后要保持图像的连接性不变，要保留原图像的关键部分，如图的突出部分、线段的端点等。细化处理是图像处细化处理是图像处理的一种重要处理方法，实现算法很多，主要有理的一种重要处理方法，实现算法很多，主要有“剥皮法剥皮法”和和“骨架法骨架法”，为获得好的处理结果，算法的选择应视图像情况而定。第一节第一节 地图数字化地图数字化（2 2）

23、图像细化）图像细化）图像细化）图像细化线细化要求：线细化要求：保证细化后曲线的连通性，保证细化后曲线的连通性，其结果是原曲线的中心线；其结果是原曲线的中心线；保留细线端点。保留细线端点。（内接圆法、经典算法、异步算法、快速并行算法等）（内接圆法、经典算法、异步算法、快速并行算法等）第一节第一节 地图数字化地图数字化（4）链码）链码是由Freeman提出的用曲线出发点坐标和线的斜率来描述二值线图形的一种方法。任一一条细线都可用链码序列表示为下式:C=a1a2an,0ai7如果起始点a1和终点an重合，则说明曲线是闭合的。第一节第一节 地图数字化地图数字化3214p0567链码示例链码示例（3，0

24、）21100066567012345第一节第一节 地图数字化地图数字化（5）矢量线生成）矢量线生成生成过程中涉及到取点的一些算法，如特征点筛选法，并且自动矢量化还应在模式识别方面做更多的研究。数据处理的概念数据处理的概念空间数据处理的方法空间数据处理的方法空间数据的编辑处理空间数据的编辑处理数据处理的概念数据处理的概念一一、数据处理的概念、数据处理的概念二、数据处理的内容数据处理的内容三、三、数据处理的意义数据处理的意义对采集的各种数据，按照不同的方式方法对数据进行编辑运算，清除数据冗余，弥补数据缺失，形成符合用户要求的数据文件格式数据处理的概念数据处理的概念一一、数据处理的概念、数据处理的概

25、念二、数据处理的内容数据处理的内容三、三、数据处理的意义数据处理的意义数据编辑数据压缩数据变换数据格式转换空间数据内插边沿匹配数据提取数据处理的概念数据处理的概念一一、数据处理的概念、数据处理的概念二、数据处理的内容数据处理的内容三、三、数据处理的意义数据处理的意义空间数据有序化检验数据质量实现数据共享提高资源利用效果1.平面坐标变换（基本坐标变换、仿射变换、地图投影变换）2.空间数据的压缩处理3.空间数据类型的转换4.空间数据插值5.数据提取空间数据处理的方法空间数据处理的方法基本坐标变换基本坐标变换1、空间数据处理的方法-平面坐标变换平移变换平移变换 0yxP（x，y）P(x，y)xyx=

26、x+xy=y+y空间数据处理的方法-平面坐标变换基本坐标变换基本坐标变换11、空间数据处理的方法-平面坐标变换旋转变换旋转变换 yP（x，y）0 xP(x，y)x=xcos-y sin y=xsin+y cosx=x0+(x-x0)cos-(y-y0)siny=y0+(x-x0)sin+(y-y0)cos空间数据处理的方法-平面坐标变换基本坐标变换基本坐标变换21、空间数据处理的方法-平面坐标变换比例变换（图形缩放比例变换（图形缩放）点可以通过对其P（x，y）坐标分别乘以各自的比例因子Sx和Sy来改变它们到坐标原点的距离。x=xSxy=ySyx=x0+(x-x0)Sx y=y0+(y-y0)S

27、y1、空间数据处理的方法-平面坐标变换基本坐标变换基本坐标变换3n图形坐标变换 基本坐标变换(a)平移(b)缩放(c)图形旋转 1、空间数据处理的方法-平面坐标变换1、空间数据处理的方法-平面坐标变换n仿射变换（仿射变换（Affine Tranformation）因地图变形引起的实际比例尺在因地图变形引起的实际比例尺在x和和y方向上都不相同而进行图方向上都不相同而进行图纸变形的纠正纸变形的纠正。公式：。公式：仿射变换在不同的方向可以有不同的压缩和扩张，可以将球仿射变换在不同的方向可以有不同的压缩和扩张，可以将球变为椭球，将正方形变为平行四边形变为椭球，将正方形变为平行四边形 仿射变换1、空间数

28、据处理的方法-平面坐标变换地图投影变换地图投影变换 当系统使用的数据来自不同地图投影的图幅时，需要将一种投影的数字化数据转换为所需要投影的坐标数据地图投影变换正解变换反解变换数值变换通过建立两个投影的解析关系式，直接把一种投影坐标(x,y)(x,y)变换成另一种投影的坐标(X,Y)(X,Y)1、空间数据处理的方法-平面坐标变换地图投影变换地图投影变换 当系统使用的数据来自不同地图投影的图幅时，需要将一种投影的数字化数据转换为所需要投影的坐标数据地图投影变换正解变换反解变换数值变换由一种投影的坐标(x,y)(x,y)反解出地理坐标（,)，然后再将地理坐标代入另一种投影公式中，求出该投影下的直角坐

29、标（X,Y)X,Y)1、空间数据处理的方法-平面坐标变换地图投影变换地图投影变换 当系统使用的数据来自不同地图投影的图幅时，需要将一种投影的数字化数据转换为所需要投影的坐标数据地图投影变换正解变换反解变换数值变换根据两种投影在变换区内若干同名的坐标点，采用插值法、有限差分法、待定系数法等，实现不同投影之间的转换1、空间数据处理的方法-平面坐标变换2、空间数据处理图形拼接图形拼接n图形拼接 图幅拼接图幅拼接(a)拼接前；(b)拼接中的边缘不匹配；(c)调整后的拼接结果2、空间数据处理图形拼接图形拼接图幅拼接的步骤如下：图幅拼接的步骤如下：n1 1、逻辑一致性的处理逻辑一致性的处理n由于人工操作的

30、失误，两个相邻图幅的空间数据在接合处可能出现逻辑裂隙，如一个多边形在一幅图层中具有属性A，而在另一幅图层中有属性B。此时，必须使用交互编辑的方法，使两相邻图斑的属性相同，取得逻辑一致性。2、空间数据处理图形拼接图形拼接2 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 利用输入数据时的图幅编码，将相邻图幅联系在一起。有时同时为了减少数据量，也可考虑仅提取边沿数据，进行目标匹配，然后再将其合并，完成边沿处理。图幅数据边沿数据匹配示意图幅编号及图幅边沿数据的提取2、空间数据处理图形拼接图形拼接追踪拼接法：追踪拼接法：符合下列条件，两条线段即可匹配衔接：相邻图幅边界两条弧段的左右多边形码各自

31、相同或相反 相邻图幅同名边界点在某一许可的范围内。3 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追踪拼接法2、空间数据处理图形拼接图形拼接当图幅内图形数据完全拼接后，相邻图斑会有相同属性。此时，应将相同属性的两个或多个相邻图斑组合成一个图斑，即消除公共边界，并对共同属性进行合并 4 4、相同属性多边形公共界线的删除相同属性多边形公共界线的删除相同属性多边形公共边界的删除与属性合并2、空间数据处理图形拼接图形拼接n多边形公共边界线的删除，可以通过构成每一面域的线段坐标链，删除其中共同的线段，然后重新建立合并多边形的线段链表，如图所示。对于多边形的属性表，除多边形的面积和周长需

32、要重新计算外，其余属性保留其中之一图斑的属性即可。2、空间数据处理图形拼接图形拼接多边形公共边界的自动删除n多边形公共边界的自动删除示意图2、空间数据处理图形拼接图形拼接边沿匹配前原始数据匹配处理匹配处理边沿匹配后数据3、空间数据处理拓扑生成拓扑生成 n拓扑生成 图形修改 建立拓扑关系 3、空间数据处理拓扑生成拓扑生成常见的编辑问题常见的编辑问题 3、空间数据处理拓扑生成拓扑生成n1、结点的编辑、结点的编辑n结点是线（弧段）目标的端点，在GIS中有着重要地位。编辑相当部分是针对结点进行的。主要有以下几种情形：n结点的吻合结点的吻合(结点移动法、容差法、求交法）等结点移动法、容差法、求交法）等:

33、通过移动结点或结点粘合，可以解决（a）、（d）、（f）等问题。n 假结点和悬挂弧段的消除假结点和悬挂弧段的消除:结点超出可以通过移动结点或删除悬挂弧段解决。n 多余点多余点(伪结点)的消除的消除:伪结点是同一条弧段之间的多余结点，删除即可，或者将两段弧段合并。图形修改3、空间数据处理拓扑生成拓扑生成n2、弧段编辑、弧段编辑n 直线悬空相交问题，在早期的GIS中，需通过增加结点解决。在面向对象的系统中，可以不处理。删除角点、增加结点均会改变线的形状。跑线问题则需要重新数字化。公共弧段一致性检查编辑。n3、多边形编辑、多边形编辑 碎多边形问题一般需要重新数字化，不严重时，可取中线。奇异多边形需要先

34、打断弧段，再删除多余部分。对于多余小多边形，删除即可。对于（m）、（n）、（o）的情况，一般执行编辑软件的相应功能即可实现。图形修改3、空间数据处理拓扑生成拓扑生成n总之，编辑遇到的图形问题可能是复杂的，它们并不能明显被区分是点、线或面的问题，需要一系列的操作才能解决。图形修改3、空间数据处理拓扑生成拓扑生成n在图形矢量化完成之后，对于大多数数字地图而言需要建立拓扑，这样可以避免两次记录相邻多边形的公共边界，减少了数据冗余，同时有利于地图的编辑和整饰。n多数情况下拓扑关系的建立可由GIS软件自动生成。特殊情况下，需要人工对拓扑关系进行人工修改，如建立管网或路网数据的分析网络时，就需要对结点、管

35、段的方向等进行编辑。建立拓扑关系3、空间数据处理拓扑生成拓扑生成n1.拓扑处理对数据的要求拓扑处理对数据的要求n在建立拓扑关系的过程中，一些数字化输入过程中的错误需要被改正，否则，建立的拓扑关系将不能正确地反映地物之间的关系。ESRI定义了判断录入图形是否正确的6个准则，可以帮助发现拓扑错误。所有录入的实体都能够表现出来；没有输入额外的实体；所有的实体都在正确的位置上，并且其形状和大小正确；所有具有连接关系的实体都已经连上；所有的多边形都有且只有一个标志点以识别它们；所有的实体都在边界之内。n上述的准则，特别是、两条，只是针对ESRI的ARC/INFO软件而言，其他软件由于具体实现的不同，可能

36、会有差异。建立拓扑关系3、空间数据处理拓扑生成拓扑生成拓扑关系的建立是拓扑处理的核心。为了便于拓扑关系的建立，需要对数据进行预处理，需做好以下几点：n（1）数字化或矢量化时，对结点处（几个弧段的相交处）应注意：一是使其断开；二是尽量采用抓线头或结点平差等软件功能使其吻合，避免产生较大的误差。使结点处尽量与实际相符，避免端点回折，不要产生超过1毫米长的无用短线段；n（2）面域必须由封闭的弧段组成。n（3）将原始数据（线数据）转为弧段数据n（4）尽量避免多余重合的弧段产生。n（5）进行拓扑查错。查错可以检查重叠坐标、悬挂弧段、弧段相交、重叠线段，结点不封闭等是严重影响拓扑关系建立的错误。去除所有拓

37、扑错误。建立拓扑关系3、空间数据处理拓扑生成拓扑生成2、拓扑关系的建立。、拓扑关系的建立。手工建立：手工建立：手工建立：手工建立：手工建立是人机交互操作的方式，用户通过操作输入设备（鼠标或手工建立是人机交互操作的方式，用户通过操作输入设备（鼠标或键盘），在屏幕上依次指出构成一个区域的各个弧段、一个区域包含了另外哪几键盘），在屏幕上依次指出构成一个区域的各个弧段、一个区域包含了另外哪几个区域、组成一条线路的各个线段等等。个区域、组成一条线路的各个线段等等。自动建立：自动建立：自动建立：自动建立：则是利用系统提供的拓扑关系自动建立功能，对获取的矢量数据进则是利用系统提供的拓扑关系自动建立功能，对获

38、取的矢量数据进行分析判断，从而可以建立多边形、弧段、结点之间的拓扑关系。行分析判断，从而可以建立多边形、弧段、结点之间的拓扑关系。自动建立网结构元素的拓扑关系多采用弧段跟踪法弧段跟踪法。首先，有原始线段数据建立弧段的邻接关系，同时也确定了弧段与结点的关联关系；其次，按一定规则（顺时针或逆时针）沿弧段跟踪形成闭合环（区域），同时记下每个区域的编号；第三，根据点是否在多边形内的判断法则，依次找出区域与区域之间的嵌套关系。3、空间数据处理拓扑生成拓扑生成建立拓扑关系建立拓扑关系4、空间数据的拓扑关系自动生成n矢量数据拓扑关系在空间数据的查询与分析中非常重要，矢量数据拓扑关系自动建立的算法是GIS中的

39、关键算法之一，下面介绍其实现的基本步骤和要点。4、空间数据的拓扑关系自动生成n一、欧拉定理一、欧拉定理 对于一个多边形图形，其结点数n，弧段数a，和多边形数b之间满足函数关系：b包含边界里面和外面多边形 b仅包含边界里面多边形 4、空间数据的拓扑关系自动生成n欧拉定理的用途是用于拓扑检验，可以发现点、线、面的不匹配情况和多余或遗漏图形元素，出现这些情况时，公式等式就不成立。但满足等式的图形，并不能说明图形关系不存在错误。4、空间数据的拓扑关系自动生成n二、点、线拓扑关系的建立二、点、线拓扑关系的建立 它的实质是建立结点弧段、弧段结点的关系表格，有两种方案：（1）在图形采集和编辑时自动建立。主要

40、记录两个数据文件：一个记录结点所关联的弧段，即结点弧段列表；另一个记录弧段的两个端点（起、始结点）的列表。数字化时，自动判断新的弧段周围是否有已存在的结点，若有，将其结点编号登记，若没有，产生一个新的结点，并进行登记。（2）在图形采集和编辑后自动建立。4、空间数据的拓扑关系自动生成n三、多边形矢量数据自动拓扑关系自动建立三、多边形矢量数据自动拓扑关系自动建立 多边形有四种基本图形：4、空间数据的拓扑关系自动生成n1、多边形矢量数据自动多边形矢量数据自动拓扑的步骤拓扑的步骤步骤步骤1）链的组织）链的组织主要是找出在链的中间相交，而不是在端点相交的情况，自动切成新链；把链按一定顺序存储，如按最大或

41、最小的x或y坐标的顺序，这样查找和检索都比较方便，然后把链按顺序编号。链中间相交 4、空间数据的拓扑关系自动生成n步骤步骤2）结点匹配）结点匹配 结点匹配是指把一定限差内的链的端点作为一个结点，其坐标值取多个端点的平均值。然后，对结点顺序编号。结点匹配 4、空间数据的拓扑关系自动生成步骤步骤3）检查多边形是否闭合）检查多边形是否闭合 检查多边形是否闭合可以通过判断一条链的端点是否有与之匹配的端点来进行。弧a的端点P没有与之匹配的端点，因此无法用该条链与其它链组成闭合多边形。4、空间数据的拓扑关系自动生成步骤步骤4）建立多边形拓扑关系）建立多边形拓扑关系 根据多边形拓扑关系自动生成的算法，建立和

42、存储多边形拓扑关系表格。教材P130 2.3.2 算法4、空间数据的拓扑关系自动生成n步骤步骤5）岛的判断）岛的判断 岛的判断即指找出多边形互相包含的情况，也即寻找多边形的连通边界。4、空间数据的拓扑关系自动生成n步骤步骤6）确定多边形的属性）确定多边形的属性 在追踪出每个多边形的坐标后，经常需确定该多边形的属性。如果在原始矢量数据中，每个多边形有内点，则可以把内点与多边形匹配后，把内点的属性赋于多边形。由于内点的个数必然与多边形的个数一致，所以，还可用来检查拓扑的正确性。如果没有内点，则必须通过人机交互，对每个多边形赋属性。4、空间数据的拓扑关系自动生成手工建立与自动建立拓扑关系的方法各有其

43、优势和缺点：手工建立与自动建立拓扑关系的方法各有其优势和缺点：手工建立与自动建立拓扑关系的方法各有其优势和缺点：手工建立与自动建立拓扑关系的方法各有其优势和缺点：手工建立拓扑关系方法手工建立拓扑关系方法手工建立拓扑关系方法手工建立拓扑关系方法自动建立拓扑关系方法自动建立拓扑关系方法自动建立拓扑关系方法自动建立拓扑关系方法操作复杂，工作量大操作复杂，工作量大生成速度快生成速度快对原始数据要求不严对原始数据要求不严原始数据要求严原始数据要求严修改时不必重复计算修改时不必重复计算要求弧段结点匹配好要求弧段结点匹配好 5、空间数据处理的方法-压缩处理数据压缩的数据压缩的目的目的 节省存贮空间 节省处理

44、时间n数据压缩的目的是删除冗余数据，减少数据的存贮量，节省存贮空间，加快后继处理的速度。在GIS数据存储中具有重要作用。分为矢量数据压缩和栅格数据压缩方法。数据压缩途径数据压缩途径压缩软件压缩软件:原数据信息基本不丢失而且可以大大节省存贮空间，缺点缺点是压缩后的文件必须在解压缩后才能使用数据消冗处理数据消冗处理:原数据信息不会丢失，得到的文件可以直接使用，缺点缺点是技术要求高，工作量大，对冗余度不大的数据集合效用小用数据子集代替数据全集用数据子集代替数据全集:在规定的精度范围内,从原数据集合中抽取一个子集，缺点缺点以信息损失为代价，换取空间数据容量的缩小5、空间数据处理的方法-压缩处理常见空间

45、数据的压缩方法常见空间数据的压缩方法 矢量数据的压缩面域栅格数据的压缩 面域邻接线段的删除 垂距法垂距法间隔取点法间隔取点法偏角法偏角法特征点筛选法特征点筛选法空间数据处理的方法-压缩处理5、空间数据处理的方法-压缩处理n一、矢量数据的压缩一、矢量数据的压缩(简化简化)矢量数据压缩是有损压缩矢量数据压缩是有损压缩矢量数据压缩是有损压缩矢量数据压缩是有损压缩。当数字化采集的点过密时，经常需要删除一些交点，简化数据。下面介绍几种常用的矢量数据的压缩算法，以及它们之间的异同点。5、空间数据处理的方法-压缩处理n1.间隔取点法间隔取点法n每隔一规定的距离取一点，舍去那些离已选点较近的点，但首末点必须保

46、留。这种方法可大量压缩数字化使用连续方法获取的点，和栅格数据矢量化而得到的点，但不一定能恰当地保留方向上曲率显著变化的点。n2.垂距法垂距法n垂距法是按垂距的限差选取符合或超过限差的点。即利用曲线点序列中顺序的3点，Pn-1,Pn,Pn+1,把Pn-1和Pn+1点相连，计算Pn点到Pn-1 Pn+1线的垂距，并与规定的限差比较，以确定Pn点是取还是舍。5、空间数据处理的方法-压缩处理间隔取点法5、空间数据处理的方法-压缩处理n3.偏角法偏角法n偏角法是按偏角的限差选取符合或超过限差的点。即利用曲线点序列中顺序的3点，Pn-1,Pn,Pn+1,把Pn-1和Pn+1点相连,计算Pn-1Pn与Pn-

47、1 Pn+1直线的夹角，并与规定的限差比较，以确定Pn点是取还是舍。n垂距法和偏角法虽然不能同时考虑相邻点间的方向和距离，且有可能舍去不该舍去的点，但比间隔取点法好。5、空间数据处理的方法-压缩处理n垂距法和偏角法垂距法和偏角法5、空间数据处理的方法-压缩处理n4.特征点筛选法特征点筛选法n特征点筛选法是通过筛选抽取曲线特征点，并删特征点筛选法是通过筛选抽取曲线特征点，并删除非特征点以实现数据压缩。当要输出该曲线时，除非特征点以实现数据压缩。当要输出该曲线时，通过调用曲线特征点数据，并经内插计算自动加通过调用曲线特征点数据，并经内插计算自动加密数据点与特征点相匹配，这样就能输出符合精密数据点与

48、特征点相匹配，这样就能输出符合精度要求的一条完整曲线。度要求的一条完整曲线。5、空间数据处理的方法-压缩处理n这种数据压缩方法步骤如下：n（1）在给定曲线的起点和终点之间建立直线方程；n（2）计算曲线上每一点与直线的垂直距离；n（3）设置数据压缩的垂距极差（被舍去点距离直线之间的最大偏差），若所有点的垂直距离均小于，那么舍去这些点；n（4）若步骤（3）中条件不满足，找出最大垂直距离的点作为保留点，将原曲线分成两段曲线；n（5）重复上述步骤，对他们进行递归操作，直到全部多余点被删除。5、空间数据处理的方法-压缩处理n n曲线上特征点的筛选常见空间数据的压缩方法常见空间数据的压缩方法 曲线数据的压

49、缩面域栅格数据的压缩 面域邻接线段的删除 通过压缩编码技术来消除冗余数据：链码块码游程长度编码四叉树编码5、空间数据处理的方法-压缩处理5、空间数据处理的方法-压缩处理常见空间数据的压缩方法常见空间数据的压缩方法 曲线数据的压缩面域栅格数据的压缩 面域邻接线段的删除 数据属性的重新分类和空间图形的化简需要对数据进行压缩相邻界线的删除共同属性的合并面域邻接线段的删除面域邻接线段的删除 5、空间数据处理的方法-压缩处理6、空间数据的格式转换n因GIS软件的原因，不同的GIS软件对空间数据定义和存储结构的差别，GIS数据库中的数据格式之间存在不兼容的问题。即不同的GIS软件所支持的数据存储格式不能直

50、接相互利用。需经过格式转换才能相互被对方使用。6、空间数据的格式转换n一、数据格式转换的内容一、数据格式转换的内容n数据格式转换的内容包括三个方面的内容：空间定位信息，即几何信息，主要是实体的坐标。空间关系信息，几何实体之间的拓扑或几何关系数据。属性信息，几何实体的属性说明数据。6、空间数据的格式转换n二、数据格式转换的方式二、数据格式转换的方式n 主要有三种方式：1、通过外部数据交换文件进行。、通过外部数据交换文件进行。2、通过标准空间数据文件转换、通过标准空间数据文件转换3、通过标准的、通过标准的API函数进行转换函数进行转换6、空间数据的格式转换n1、通过外部数据交换文件、通过外部数据交