空間數(shù)據(jù)處理

1、12 要求：理解空間數(shù)據(jù)處理的原因，掌握數(shù)據(jù)處理的主要內(nèi)容和基本原理3 為什么要進行處理常見數(shù)據(jù)輸入錯誤圖紙移動圖紙變形制圖誤差數(shù)字化誤差各種誤差將影響到GIS數(shù)據(jù)處理的各個環(huán)節(jié)4 為什么要進行處理修正數(shù)據(jù)輸入錯誤在坐標系、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)類型上滿足GIS要求維護數(shù)據(jù)的完整性和一致性5 空間數(shù)據(jù)處理涉及的內(nèi)容數(shù)據(jù)變換：指數(shù)據(jù)從一種數(shù)學狀態(tài)到另一種數(shù)學狀態(tài)指數(shù)據(jù)從一種數(shù)學狀態(tài)到另一種數(shù)學狀態(tài)的變換，包括幾何糾正、投影變換和輻射糾正等，以解的變換，包括幾何糾正、投影變換和輻射糾正等，以解決空間數(shù)據(jù)的幾何配準。決空間數(shù)據(jù)的幾何配準。數(shù)據(jù)重構(gòu)：指數(shù)據(jù)從一種格式到另一種格式的轉(zhuǎn)換，指數(shù)據(jù)從一種格式到另一種

2、格式的轉(zhuǎn)換，包括結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換、格式轉(zhuǎn)換、類型轉(zhuǎn)換等，以解決空間數(shù)包括結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換、格式轉(zhuǎn)換、類型轉(zhuǎn)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)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)接和融合。的聯(lián)接和融合。數(shù)據(jù)提?。褐笇?shù)據(jù)進行某種有條件的提取，包括類指對數(shù)據(jù)進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，以解決不同用戶對數(shù)型提取、窗口提取、空間內(nèi)插等，以解決不同用戶對數(shù)據(jù)的特定需求。據(jù)的特定需求。6 1.空間數(shù)據(jù)的坐標轉(zhuǎn)換 2.空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換 3.多源空間數(shù)據(jù)的融合 4.空間數(shù)據(jù)的壓縮與綜合 5.空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插方法 6.圖幅數(shù)據(jù)邊沿匹配處理7地球坐標經(jīng)

3、度、緯度地圖投影變換地圖投影變換地圖坐標直角坐標屏幕顯示坐標數(shù)字化儀、掃描儀坐標用戶坐標物理坐標8 實質(zhì)：建立兩個坐標系之間的數(shù)學關(guān)系 轉(zhuǎn)換的意義：將設(shè)備坐標轉(zhuǎn)換為地理要素的實際坐標減少各種變形產(chǎn)生的誤差(投影變形、掃描變形、紙張變形等)實現(xiàn)多幅地圖，包括不同投影、不同比例尺地圖的拼接或疊置92.類型（）基本坐標變換平移縮放旋轉(zhuǎn)1011 幾何糾正幾何糾正整理可得變換公式如下：x = a0 + a1x + a2yy = b0 + b1x + b2yx = a0 + m * cos x + n * sin yy = b0 + m * sin x + n * cos y相似變換(m=n)仿射變換(m

4、=n)仿射變換的主要特征：同時考慮到仿射變換的主要特征：同時考慮到x x和和y y方向上的變形，因方向上的變形，因此糾正后的坐標數(shù)據(jù)在不同方向上的長度比將發(fā)生變化。此糾正后的坐標數(shù)據(jù)在不同方向上的長度比將發(fā)生變化。12控制點選擇：控制點選擇：經(jīng)緯網(wǎng)交點、方里網(wǎng)交點、三角點、經(jīng)緯網(wǎng)交點、方里網(wǎng)交點、三角點、水準點、圖廓點水準點、圖廓點13 二、投影轉(zhuǎn)換當系統(tǒng)使用來自不同地圖投影的圖形數(shù)據(jù)時，需要將該投影的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為所需要投影的坐標數(shù)據(jù)方法：正解變換反解變換數(shù)值變換14 投影轉(zhuǎn)換投影轉(zhuǎn)換投影投影A（x，y）投影投影B（X，Y）正解變換：解析函數(shù)關(guān)系正解變換：解析函數(shù)關(guān)系X=f (x , y) ，Y

5、=g( x , y )反解變換：經(jīng)緯度反解變換：經(jīng)緯度B=f (x , y) , L=g( x , y )X=F(B, L) , Y=G( B, L)數(shù)值變換：數(shù)學方法數(shù)值變換：數(shù)學方法yxbabaYXnn11插值法、有限差分法、有插值法、有限差分法、有限元法或待定系數(shù)法等限元法或待定系數(shù)法等15 一、相同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的不同組織形式轉(zhuǎn)換矢量拓撲結(jié)構(gòu)變換柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 二、不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換柵格結(jié)構(gòu)“屬性明顯、位置隱含”，易于與遙感結(jié)合，易于信息共享。矢量結(jié)構(gòu)“位置明顯、屬性隱含” 應(yīng)用原則：數(shù)據(jù)采集用矢量結(jié)構(gòu)、空間分析主要采用柵格結(jié)構(gòu)。 16 1.矢量柵格又稱多邊形填充，在矢量表示的多變形邊界內(nèi)部的所

6、有柵格點上賦以相應(yīng)的多邊形編碼，從而形成柵格數(shù)據(jù)陣列的過程。 根據(jù)原數(shù)據(jù)文件的不同，可以分別應(yīng)用：根據(jù)原數(shù)據(jù)文件的不同，可以分別應(yīng)用：基于弧段數(shù)據(jù)的柵格化方法基于多邊形數(shù)據(jù)的柵格化方法17 2.柵格柵格矢量矢量 為了壓縮數(shù)據(jù)，或?qū)鸥駭?shù)據(jù)加入矢量數(shù)據(jù)庫；進行某些分析計算，如網(wǎng)絡(luò)分析等；當由柵格數(shù)據(jù)分析的結(jié)果通過矢量繪圖機輸出等，都需要進行轉(zhuǎn)換 提取以相同編號的柵格集合表示的多邊形區(qū)域的邊界和邊界拓撲關(guān)系，并表示由多個小直線段組成的矢量格式邊界線的過程。18 2柵格矢量相對而言，由柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)向矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換要復雜得多。對于一些在外形上與矢量數(shù)據(jù)相差較大的圖形，其轉(zhuǎn)換就更加困難，甚至有可能無法轉(zhuǎn)換

7、19 2.柵格矢量由柵格數(shù)據(jù)向矢量數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，根據(jù)圖像數(shù)據(jù)文件和再生柵格數(shù)據(jù)文件的不同，分為兩類：基于圖像數(shù)據(jù)的矢量化方法基于再生柵格數(shù)據(jù)的矢量化方法20 2柵格柵格矢量矢量 1.基于圖像數(shù)據(jù)的矢量化方法基于圖像數(shù)據(jù)的矢量化方法（1）二值化）二值化 首先設(shè)定一個閥值首先設(shè)定一個閥值T，然后根據(jù)下式得到圖像數(shù)據(jù)，然后根據(jù)下式得到圖像數(shù)據(jù)的二值圖。的二值圖。 5 9 10141 138 9 5 3 1 0 2 245156 73 144 178 132 23 7 3 212 5 6 8 29 11214 167 5 124110 7 6 5 4 7 133 5 192 350 110 135 6

8、4 7 244 12 2 5 12135 201 166 127155 9 1 1 9 4 8 2112211 43 5 0 1 G(i,j)=TB(i,j)=0 G(i,j)=T21 2柵格柵格矢量矢量 基于圖像數(shù)據(jù)的矢量化方法基于圖像數(shù)據(jù)的矢量化方法(2)細化：細化：消除線劃橫斷面柵格數(shù)的差異，使得每一消除線劃橫斷面柵格數(shù)的差異，使得每一條線只保留代表其軸線或周圍輪廓線（對面狀符號條線只保留代表其軸線或周圍輪廓線（對面狀符號言）位置的單個柵格的寬度。言）位置的單個柵格的寬度。有剝皮法和骨架化有剝皮法和骨架化22 2柵格柵格矢量矢量 基于圖像數(shù)據(jù)的矢量化方法基于圖像數(shù)據(jù)的矢量化方法（3）跟蹤

9、：）跟蹤：將細化處理后的柵格數(shù)據(jù)，整理為從將細化處理后的柵格數(shù)據(jù)，整理為從節(jié)點出發(fā)的線段或閉合的線條，并以矢量形式存儲節(jié)點出發(fā)的線段或閉合的線條，并以矢量形式存儲于特征柵格點中心的坐標。于特征柵格點中心的坐標。232.柵格向矢量轉(zhuǎn)換的總體步驟（1）多邊形邊界提取：采用高通濾波將柵格圖像二值化或以特殊值標識邊界點；（2）邊界線追蹤：對每個邊界弧段由一個結(jié)點向另一個結(jié)點搜索，通常對每個已知邊界點需沿除了進入方向的其他7個方向搜索下一個邊界點，直到連成邊界弧段；24（3）拓撲關(guān)系生成：對于矢量表示的邊界弧段數(shù)據(jù)，判斷其與原圖上各多邊形的空間關(guān)系，以形成完整的拓撲結(jié)構(gòu)并建立與屬性數(shù)據(jù)的聯(lián)系；（4）去除

10、多余點及曲線圓滑：由于搜索是逐個柵格進行的，必須去除由此造成的多余點記錄，以減少數(shù)據(jù)冗余；搜索結(jié)果，曲線由于柵格精度的限制可能不夠圓滑，需采用一定的插補算法進行光滑處理。25262728 2柵格柵格矢量矢量 基于再生柵格數(shù)據(jù)的矢量化方法基于再生柵格數(shù)據(jù)的矢量化方法同樣也可以利用針對掃描圖像的轉(zhuǎn)換方法，只是不同樣也可以利用針對掃描圖像的轉(zhuǎn)換方法，只是不需要需要“二值化二值化”的步驟。最根本的區(qū)別是屬性數(shù)據(jù)的步驟。最根本的區(qū)別是屬性數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。在掃描圖中，只有空間數(shù)據(jù)信息，沒有屬的轉(zhuǎn)換。在掃描圖中，只有空間數(shù)據(jù)信息，沒有屬性信息，通常需要在空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)束后由人工給性信息，通常需要在空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)

11、束后由人工給定每一矢量數(shù)據(jù)的屬性。再生柵格數(shù)據(jù)的各格網(wǎng)是定每一矢量數(shù)據(jù)的屬性。再生柵格數(shù)據(jù)的各格網(wǎng)是帶屬性值的。一種可行的方法是根據(jù)屬性值先將柵帶屬性值的。一種可行的方法是根據(jù)屬性值先將柵格數(shù)據(jù)分層，再分別轉(zhuǎn)換，經(jīng)空間拓撲關(guān)系建立后格數(shù)據(jù)分層，再分別轉(zhuǎn)換，經(jīng)空間拓撲關(guān)系建立后自動賦予屬性值自動賦予屬性值2930原因：空間數(shù)據(jù)具有多語義性、多時空性、多尺度性等特征，同時獲取手段多樣、存儲格式不同、數(shù)據(jù)模型與數(shù)據(jù)格式差異很大。為了數(shù)據(jù)共享和系統(tǒng)集成，多源數(shù)據(jù)需要進行融合處理。 定義：數(shù)據(jù)融合是一種多層次的、多方面的處理過程，這個過程是對多源數(shù)據(jù)進行檢測、結(jié)合、相關(guān)、估計和組合以達到精確的狀態(tài)估計和

12、身份估計，以及完整、及時的態(tài)勢評估和威脅估計。311.RS 與 GISRS數(shù)據(jù)的特點:周期動態(tài)性、信息豐富、獲取效率高等GIS的特點：強大的空間數(shù)據(jù)管理和分析能力常用的融合方式：遙感圖像與數(shù)字地圖的融合可產(chǎn)生影像地圖遙感圖像與DEM的融合可提高遙感圖像的定位精度遙感圖像與掃描圖像數(shù)據(jù)的融合可實現(xiàn)GIS數(shù)據(jù)庫的自動/半自動快速更新。3233 2.不同格式數(shù)據(jù)的融合 目前，不同GIS軟件使用的空間數(shù)據(jù)格式主要有：ESRI公司的ARC/INFO Coverage、ArcShape Files、EOO格式；Autodesk公司的DXF和DWG格式；MapInfo公司的MIF格式；Intergraph公

13、司的DGN格式等。融合方式基于轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)融合基于數(shù)據(jù)標準的數(shù)據(jù)融合（SDTS）基于公共接口的數(shù)據(jù)融合（OGC）基于直接訪問的數(shù)據(jù)融合（Geomedia,Intergraph）34 2.不同格式數(shù)據(jù)的融合基于轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)融合（目前GIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合的主要方法）先轉(zhuǎn)換后讀取。例如，要轉(zhuǎn)換例如，要轉(zhuǎn)換MapInfoMapInfo的的TabTab文件到文件到ARC/INFOARC/INFO的的CoverageCoverage，首先使用，首先使用MapInfoMapInfo軟件將軟件將TabTab文件文件輸出為輸出為EOOEOO或或DXFDXF文件，然后運行文件，然后運行ARC/INFOARC/INF

14、O將將EOOEOO或或DXFDXF文文件轉(zhuǎn)換為件轉(zhuǎn)換為CoverageCoverage。過程復雜，次數(shù)頻繁，軟件系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)格式需公開，轉(zhuǎn)換技術(shù)不公開基于數(shù)據(jù)標準的數(shù)據(jù)融合（SDTS）直接讀取轉(zhuǎn)換次數(shù)少，系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)格式不需公開，但轉(zhuǎn)換技術(shù)需要公開35 2.不同格式數(shù)據(jù)的融合基于公共接口的數(shù)據(jù)融合（OGC）各軟件可以有自己的數(shù)據(jù)格式，但對外遵守并達成一個統(tǒng)一的標準。根據(jù)這個標準開發(fā)一個公共接口，各個軟件通過該接口互相直接讀取數(shù)據(jù)公共接口獨立于具體平臺，轉(zhuǎn)換技術(shù)高度抽象，數(shù)據(jù)格式不需公開基于直接訪問的數(shù)據(jù)融合（Geomedia）把其他軟件的數(shù)據(jù)格式都作為自己的數(shù)據(jù)格式，故全部能直接讀取36 一

15、、壓縮問題的提出:簡化數(shù)據(jù)記錄節(jié)約存儲量1.數(shù)據(jù)壓縮的概念 從所取得的數(shù)據(jù)集合S中抽出一個子集A，這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。372.壓縮比1nma383.曲線上點的壓縮Douglas-Peucker法：由遠到近，找與矢量兩端點連線的垂足最大的頂點，判斷其是否滿足要求39二、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)的重新分類而進行的操作。數(shù)據(jù)綜合的另一個作用就是能實現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮空間數(shù)據(jù)的綜合內(nèi)容包括重新分類、圖形簡化和圖形特征的內(nèi)插等數(shù)據(jù)綜合的過程：換碼、重新分類、刪除鄰界線（同碼鄰接分析）、合并相同屬性（P92

16、）4041 面域鄰接線段的刪除，是由于數(shù)據(jù)屬性的重新分面域鄰接線段的刪除，是由于數(shù)據(jù)屬性的重新分類和空間圖形的化簡而伴隨需要的一種數(shù)據(jù)壓縮形式，類和空間圖形的化簡而伴隨需要的一種數(shù)據(jù)壓縮形式，它包括相鄰界線的刪除和共同屬性的合并，其過程如它包括相鄰界線的刪除和共同屬性的合并，其過程如下：下：42 1 問題的提出研究具有連續(xù)變化特征現(xiàn)象（如地形、氣溫、氣壓等），用于生成等值線、建立數(shù)字高程模型等 2 內(nèi)插的概念（P93）一組空間數(shù)據(jù)找到函數(shù)關(guān)系推求區(qū)域內(nèi)任意點或任意區(qū)域的空間數(shù)據(jù) 3分類點的內(nèi)插區(qū)域的內(nèi)插43 點的內(nèi)插點的內(nèi)插 按精度分類：精確、概略按精度分類：精確、概略44(1)點的內(nèi)插步驟：

17、數(shù)據(jù)取樣、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)記錄數(shù)據(jù)取樣實測點數(shù)據(jù)人工在圖形上讀?。?）規(guī)則采樣（2）隨機采樣（4）成層隨機采樣（5）聚集采樣（3）斷面采樣（6）等值線采樣45 此值應(yīng)在數(shù)字此值應(yīng)在數(shù)字地面模型精度要地面模型精度要求的限差內(nèi)，否求的限差內(nèi)，否則要縮短格網(wǎng)間則要縮短格網(wǎng)間距。距。格網(wǎng)密度的判斷：格網(wǎng)密度的判斷： 用間隔中點的線性內(nèi)插用間隔中點的線性內(nèi)插值與二次曲線內(nèi)插值所得到值與二次曲線內(nèi)插值所得到的斷面高程的差異來判斷。的斷面高程的差異來判斷。46數(shù)據(jù)處理利用已知數(shù)據(jù)設(shè)計數(shù)學模型：移動擬合法、局部函數(shù)法確定模型參數(shù)計算未知點數(shù)據(jù)47局部函數(shù)法雙線性多項式內(nèi)插雙三次多項式（樣條函數(shù)）內(nèi)插48最鄰近點法：泰森多邊形方法 邊界內(nèi)插方法，用最近的單個點進行區(qū)域插值。泰森多邊形按數(shù)據(jù)點位置將區(qū)域分割成子區(qū)域，每個子區(qū)域包含一個數(shù)據(jù)點，各子區(qū)域到其內(nèi)數(shù)據(jù)點的距離小于任何到其它數(shù)據(jù)點的距離，并用其