GIS教案：第6章 空間數(shù)據(jù)采集與處理

1、第6章 空間數(shù)據(jù)采集與處理整個地理信息系統(tǒng)就是圍繞著空間數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲、分析和表現(xiàn)而展開的，因此空間數(shù)據(jù)來源、采集手段、生成工藝、數(shù)據(jù)質量都直接影響到地理信息系統(tǒng)應用的潛力、成本和效率。本章首先介紹數(shù)據(jù)源及其基本特征，同時概述空間數(shù)據(jù)采集與處理的基本流程；在此基礎上，分別介紹空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的采集方式，數(shù)據(jù)編輯、數(shù)學基礎變換以及數(shù)據(jù)重構等數(shù)據(jù)處理的原理與方法；然后講解了數(shù)據(jù)質量評價與控制相關理論，最后簡述了數(shù)據(jù)入庫的主要流程。6.1概述空間數(shù)據(jù)的準確、高效的獲取是GIS健壯運行的基礎?？臻g數(shù)據(jù)的來源多種多樣，包括地圖數(shù)據(jù)、野外實測數(shù)據(jù)、空間定位數(shù)據(jù)、攝影測量與遙感圖像、多媒體數(shù)據(jù)等等

2、。不同的數(shù)據(jù)有不同的采集方法，能夠獲取的空間數(shù)據(jù)也不盡相同，這其中涉及到：數(shù)據(jù)源的選擇；采集方法的確定；數(shù)據(jù)的進一步編輯與處理，包括錯誤消除、數(shù)學基礎變換、數(shù)據(jù)結構與格式的重構、圖形的拼接、拓撲的生成、數(shù)據(jù)的壓縮、質量的評價與控制等等，保證采集的各類數(shù)據(jù)符合數(shù)據(jù)入庫及空間分析的需求；數(shù)據(jù)入庫，讓采集的空間數(shù)據(jù)統(tǒng)一進入空間數(shù)據(jù)庫。本章將系統(tǒng)介紹數(shù)據(jù)采集與處理過程所涉及的理論方法和關鍵技術。6.1.1數(shù)據(jù)源分類 GIS數(shù)據(jù)源比較豐富，類型多種多樣，通?？梢愿鶕?jù)數(shù)據(jù)獲取方式或數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式進行分類（圖6.1）。GIS數(shù)據(jù)源按獲取方式按表現(xiàn)方式圖6.1 GIS數(shù)據(jù)源分類示意圖根據(jù)數(shù)據(jù)獲取方式可以分為：地

3、圖數(shù)據(jù)。地圖是傳統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)存儲和表達的方式，數(shù)據(jù)豐富且具有很高的精度。國家基本比例尺系列地形圖以及各類專題地圖，經過數(shù)字化處理，是GIS最重要的數(shù)據(jù)源之一；遙感影像數(shù)據(jù)。隨著航空、航天和衛(wèi)星遙感技術的發(fā)展，遙感影像數(shù)據(jù)以其現(xiàn)時性強等諸多優(yōu)點迅速成為GIS的主要數(shù)據(jù)源之一。攝影測量技術可以從立體像對中獲取地形數(shù)據(jù)，對遙感影像的解譯和判讀還可以得到諸如土地利用類型圖、植被覆蓋類型等等諸多數(shù)據(jù)信息；實測數(shù)據(jù)。各種野外、實地測量數(shù)據(jù)也是GIS常用的獲取數(shù)據(jù)的方式。實測數(shù)據(jù)具有精度高、現(xiàn)勢性強等優(yōu)點，可以根據(jù)系統(tǒng)需要靈活地進行補充。共享數(shù)據(jù)。地理信息系統(tǒng)發(fā)展的過程中，產生了大量的數(shù)據(jù)信息。經過格式轉換

4、，許多數(shù)據(jù)、信息在不同的系統(tǒng)中是可以重復利用的。因此，很多時候有必要進行數(shù)據(jù)共享以降低系統(tǒng)成本和防止資源浪費。同時，通信、網絡技術的高度發(fā)達，為地理信息共享提供了高效可行的通道。其他數(shù)據(jù)。通過其他方式獲取的數(shù)據(jù)。按照數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式還可以將數(shù)據(jù)分為數(shù)字化數(shù)據(jù)、多媒體數(shù)據(jù)及文本資料數(shù)據(jù)。6.1.2數(shù)據(jù)源特征1. 地圖數(shù)據(jù)各種類型的地圖是目前GIS最常見的數(shù)據(jù)源。地圖是地理數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)描述形式，是具有共同參考坐標系統(tǒng)的點、線、面的二維平面形式的表示，內容豐富，圖上實體間的空間關系直觀，而且實體的類別或屬性可以用各種不同的符號加以識別和表示。不同種類的地圖，其研究的對象不同，應用的部門、行業(yè)不同，所表達

5、的內容也不同。主要包括普通地圖和專題地圖兩類。普通地圖是以相對平衡的詳細程度表示地球表面上的自然地理和社會經濟要素，主要表達居民地、交通網、水系、地貌、境界、土質和植被等。其中大比例尺地形圖具有較高的幾何精度，真實反映區(qū)域地理要素的特征。專題地圖著重反映一種或少數(shù)幾種專題要素，如地質、地貌、土壤、植被和土地利用等原始資料。通常以地圖作為GIS數(shù)據(jù)源時可將地圖內容分解為點、線和面三類基本要素，然后以特定的編碼方式進行組織和管理。此外，地圖是經過系列制圖綜合的產物，在GIS趨勢分析、模式分析等方面具有非常重要的作用。在應用地圖數(shù)據(jù)時應注意以下幾點：（1）地圖存儲介質的缺陷。由于地圖多為紙質，在不同

6、的存放條件下存在不同程度的變形，具體應用時，須對其進行糾正。（2）地圖現(xiàn)勢性較差。傳統(tǒng)地圖更新周期較長，造成現(xiàn)存地圖的現(xiàn)勢性不能完全滿足實際需要。（3）地圖投影的轉換。使用不同投影的地圖數(shù)據(jù)進行交流前，須先進行地圖投影的轉換。2. 遙感影像數(shù)據(jù)遙感影像（航空、衛(wèi)星）數(shù)據(jù)是GIS中一個極其重要的信息源（圖6.2，圖6.3）。通過遙感影像可以快速、準確地獲得大面積的、綜合的各種專題信息，航天遙感影像還可以取得周期性的資料，這些都為GIS提供了豐富的信息。每種遙感影像都有其自身的成像規(guī)律、變形規(guī)律，所以在應用時要注意影像的糾正、影像的分辨率、影像的解譯特征等方面的問題。圖6.3 航空影像局部圖6.2

7、 衛(wèi)星遙感影像局部3. 實測數(shù)據(jù)實測數(shù)據(jù)主要指各種野外實驗、實地測量所得數(shù)據(jù)，它們通過轉換可直接進入GIS的空間數(shù)據(jù)庫以用于實時分析和進一步應用。其中，GPS點位數(shù)據(jù)、地籍測量數(shù)據(jù)等通常具有較高的精度和較好的現(xiàn)勢性，是GIS的重要數(shù)據(jù)來源。4. 統(tǒng)計數(shù)據(jù)許多部門和機構都擁有不同領域如人口、自然資源等方面的大量統(tǒng)計資料、國民經濟的各種統(tǒng)計數(shù)據(jù)，這些常常也是GIS的數(shù)據(jù)源，尤其是屬性數(shù)據(jù)的重要來源。統(tǒng)計數(shù)據(jù)一般都是和一定范圍內的統(tǒng)計單元或觀測點聯(lián)系在一起，因此采集這些數(shù)據(jù)時，要注意包括研究對象的特征值、觀測點的幾何數(shù)據(jù)和統(tǒng)計資料的基本統(tǒng)計單元。當前，在很多部門和行業(yè)內，統(tǒng)計工作已經在很大程度上實現(xiàn)

8、了信息化，除以傳統(tǒng)的表格方式提供使用外，已建立起各種規(guī)模的數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)的建立、傳送、匯總已普遍使用計算機。各類統(tǒng)計數(shù)據(jù)可存儲在屬性數(shù)據(jù)庫中與其它形式的數(shù)據(jù)一起參與分析。表6.1為一統(tǒng)計圖表，記錄不同地區(qū)不同月份的氣溫遞減率。表6.1 各地氣溫遞減率/100m（據(jù)伍光和,2000）地區(qū)測站高度差(m)1月4月7月10月天山南坡阿克蘇阿合奇8830.030.570.590.31天山北坡烏魯木齊小渠子1266-0.400.500.740.40祁連山北坡玉門鎮(zhèn)玉門市800-0.030.490.500.26賀蘭山區(qū)銀川賀蘭山17890.290.590.640.505. 共享數(shù)據(jù)目前，隨著各種專題圖件的制

9、作和各種GIS系統(tǒng)的建立，直接獲取數(shù)字圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的可能性越來越大。GIS數(shù)據(jù)共享已成為地理信息系統(tǒng)技術的一個重要研究內容，已有數(shù)據(jù)的共享也成為GIS獲取數(shù)據(jù)的重要來源之一。但對已有數(shù)據(jù)的采用需注意數(shù)據(jù)格式的轉換和數(shù)據(jù)精度、可信度的問題。6. 多媒體數(shù)據(jù)由多媒體設備獲取的數(shù)據(jù)（包括聲音、錄像等）也是GIS的數(shù)據(jù)源之一，目前其主要功能是輔助GIS的分析和查詢，可通過通訊口傳入GIS的空間數(shù)據(jù)庫中。 7. 文本資料數(shù)據(jù)各種文字報告和立法文件在一些管理類的GIS系統(tǒng)中，有很大的應用，如在城市規(guī)劃管理信息系統(tǒng)中，各種城市管理法規(guī)及規(guī)劃報告在規(guī)劃管理工作中起著很大的作用。在土地資源管理、災害監(jiān)測、

10、水質和森林資源管理等專題信息系統(tǒng)中，各種文字說明資料對確定專題內容的屬性特征起著重要的作用。在區(qū)域信息系統(tǒng)中，文字報告是區(qū)域綜合研究不可缺少的參考資料。文字報告還可以用來研究各種類型地理信息系統(tǒng)的權威性、可靠程度和內容的完整性，以便決定地理信息的分類和使用。文字說明資料也是地理信息系統(tǒng)建立的主要依據(jù)，須認真加以研究，準確送入計算機系統(tǒng)，使搜集資料更加系統(tǒng)化。對于一個多用途的或綜合型的系統(tǒng)，一般都要建立一個大而靈活的數(shù)據(jù)庫，以支持其非常廣泛的應用范圍。而對于專題型和區(qū)域型統(tǒng)一的系統(tǒng)，則數(shù)據(jù)類型與系統(tǒng)功能密切相關。6.1.3空間數(shù)據(jù)采集與處理的基本流程不同的數(shù)據(jù)源，有不同的采集與處理方法，總體上講

11、，空間數(shù)據(jù)的采集與處理包含圖6.4所示的基本內容。圖6.4 空間數(shù)據(jù)采集的基本內容鍵盤輸入掃描數(shù)字化成果數(shù)據(jù)交換遙感圖像處理攝影測量野外數(shù)據(jù)采集地圖數(shù)據(jù)影像數(shù)據(jù)野外實測數(shù)據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)數(shù)字數(shù)據(jù)多媒體數(shù)據(jù)文本數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)源采集方法1. 數(shù)據(jù)源的選擇地理信息系統(tǒng)可用的數(shù)據(jù)源多種多樣，進行選擇時，應注意從以下幾個方面考慮：是否能夠滿足系統(tǒng)功能的要求；所選數(shù)據(jù)源是否已有使用經驗。如果傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)源可用的話，就應避免使用其他它的陌生數(shù)據(jù)源。一般情況下，當兩種數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)精度差別不大時，宜采用有使用經驗的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)源；系統(tǒng)成本。因為數(shù)據(jù)成本占GIS工程成本的70%甚至更多，所以數(shù)據(jù)源的選擇對于系統(tǒng)整體的成本控制來說至

12、關重要。2. 采集方法的確定根據(jù)所選數(shù)據(jù)源的特征，選擇合適的采集方法。如圖6.4所示，地圖數(shù)據(jù)的采集，通常采用掃描矢量化的方法；影像數(shù)據(jù)包括航空影像數(shù)據(jù)和衛(wèi)星遙感影像兩類，對于它們的采集與處理，已有完整的攝影測量、遙感圖像處理的理論與方法；實測數(shù)據(jù)指各類野外測量所采集的數(shù)據(jù)，包括平板儀測量，一體化野外數(shù)字測圖、空間定位測量（如GPS測量）等；統(tǒng)計數(shù)據(jù)可采用掃描儀輸入作為輔助性數(shù)據(jù)，也可直接用鍵盤輸入；已有的數(shù)字化數(shù)據(jù)通常可通過相應的數(shù)據(jù)交換方法轉換為當前系統(tǒng)可用的數(shù)據(jù)；多媒體數(shù)據(jù)通常也是以數(shù)據(jù)交換的形式進入系統(tǒng)；文本數(shù)據(jù)可用鍵盤直接輸入。3. 數(shù)據(jù)的編輯與處理各種方法所采集的原始空間數(shù)據(jù)，都不

13、可避免地存在著錯誤或誤差，屬性數(shù)據(jù)在建庫輸入時，也難免會存在錯誤，所以對圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)進行一定的檢查、編輯是很有必要的。不同系統(tǒng)對圖形的數(shù)學基礎、數(shù)據(jù)結構等可能會有不同的要求，往往需要進行數(shù)學基礎、數(shù)據(jù)結構的轉換。此外，根據(jù)系統(tǒng)分析功能的要求，需要對數(shù)據(jù)進行圖形拼接、拓撲生成等處理。如果考慮到存儲空間和系統(tǒng)運行效率，往往需要對數(shù)據(jù)進行一定程度的壓縮。4. 數(shù)據(jù)質量控制與評價無論何種數(shù)據(jù)源，使用何種方法進行采集，都不可避免地存在各種類型的誤差，而且誤差會在數(shù)據(jù)處理及系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)之中累計和傳播。對于數(shù)據(jù)質量的控制和評價是系統(tǒng)有效運行的重要保障和系統(tǒng)分析結果可靠性的前提條件之一。5. 數(shù)據(jù)入庫

14、數(shù)據(jù)入庫就是按照空間數(shù)據(jù)管理的要求，把采集和處理的成果數(shù)據(jù)導入到空間數(shù)據(jù)庫中。6.2數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集就是運用各種技術手段，通過各種渠道收集數(shù)據(jù)的過程。服務于地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集工作包括兩方面內容：空間數(shù)據(jù)的采集和屬性數(shù)據(jù)的采集，它們在過程上有很多不同，但也有一些具體方法是相通的。空間數(shù)據(jù)采集的方法主要包括野外數(shù)據(jù)采集、現(xiàn)有地圖數(shù)字化、攝影測量方法、遙感圖像處理方法等。屬性數(shù)據(jù)采集包括采集及采集后的分類和編碼，主要是從相關部門的觀測、測量數(shù)據(jù)、各類統(tǒng)計數(shù)據(jù)、專題調查數(shù)據(jù)、文獻資料數(shù)據(jù)等渠道獲取。此外，遙感圖像解譯也是獲取屬性數(shù)據(jù)的重要渠道。本節(jié)將對空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的采集作系統(tǒng)介紹。6.2.1

15、 空間數(shù)據(jù)采集1. 野外數(shù)據(jù)采集野外數(shù)據(jù)采集是GIS數(shù)據(jù)采集的一個基礎手段。對于大比例尺的城市地理信息系統(tǒng)而言，野外數(shù)據(jù)采集更是主要手段。（1）平板測量平板測量獲取的是非數(shù)字化數(shù)據(jù)。雖然現(xiàn)在已不是GIS野外數(shù)據(jù)獲取的主要手段，但由于它的成本低、技術容易掌握，少數(shù)部門和單位仍然在使用。平板儀測量包括小平板測量和大平板測量，測量的產品都是紙質地圖。在傳統(tǒng)的大比例尺地形圖的生產過程中，一般在野外測量繪制鉛筆草圖，然后用小筆尖轉繪在聚酯薄膜上，之后可以曬成藍圖提供給用戶使用。當然也可以對鉛筆草圖進行手扶跟蹤或掃描數(shù)字化使平板測量結果轉變?yōu)閿?shù)字數(shù)據(jù)。（2）全野外數(shù)字測圖全野外數(shù)據(jù)采集設備是全站儀加電子手

16、簿或電子平板配以相應的采集和編輯軟件，作業(yè)分為編碼和無碼兩種方法。數(shù)字化測繪記錄設備以電子手簿為主。還可采用電子平板內外業(yè)一體化的作業(yè)方法，即利用電子平板（便攜機）在野外進行碎部點展繪成圖。圖6.5 全野外數(shù)字測圖全野外數(shù)據(jù)采集測量工作包括圖根控制測量、測站點的增補和地形碎部點的測量。采用全站儀進行觀測（圖6.5），用電子手簿記錄觀測數(shù)據(jù)或經計算后的測點坐標。每一個碎部點的記錄，通常有點號、觀測值或坐標，除此以外還有與地圖符號有關的編碼以及點之間的連接關系碼。這些信息碼以規(guī)定的數(shù)字代碼表示。信息碼的輸入可在地形碎部測量的同時進行，即觀測每一碎部點后按草圖輸入碎部點的信息碼。地圖上的地理名稱及其

17、它各種注記，除一部分根據(jù)信息碼由計算機自動處理外，不能自動注記的需要在草圖上注明，在內業(yè)通過人機交互編輯進行注記。全野外空間數(shù)據(jù)采集與成圖分為三個階段：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和地圖數(shù)據(jù)輸出。數(shù)據(jù)采集是在野外利用全站儀等儀器測量特征點，并計算其坐標，賦予代碼，明確點的連接關系和符號化信息。再經編輯、符號化、整飾等成圖，通過繪圖儀輸出或直接存儲成電子數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集和編碼是計算機成圖的基礎，這一工作主要在外業(yè)完成。內業(yè)進行數(shù)據(jù)的圖形處理，在人機交互方式下進行圖形編輯，生成繪圖文件，由繪圖儀繪制地圖。通常工作步驟為：先布設控制導線網，然后進行平差處理得出導線坐標，再采用極坐標法、支距法或后方交會法等，獲得

18、碎部點三維坐標。（3）空間定位測量S3S2S1P圖6.6 GPS空間定位測量原理空間定位測量也是GIS空間數(shù)據(jù)的主要數(shù)據(jù)源。目前，常用的空間定位系統(tǒng)主要有美國的全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS），俄羅斯的GLONASS全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)，以及歐洲的伽利略（GALILEO）導航衛(wèi)星系統(tǒng)。我國的北斗導航衛(wèi)星系統(tǒng)也在逐步完善之中，它必將給我國用戶提供快速、高精度的定位服務，也必將給我國范圍內GIS空間數(shù)據(jù)提供更為豐富、高效的空間定位數(shù)據(jù)。GPS自其建立以來，因其方便快捷和較高的精度，迅速在各個行業(yè)和部門得到了廣泛的應用。它從一定程度上改變了傳統(tǒng)野外測繪的實施方式

19、，并成為GIS數(shù)據(jù)采集的重要手段，在許多應用型GIS中都得到了應用，如車載導航系統(tǒng)。GPS有3個組成部分：衛(wèi)星、控制系統(tǒng)和用戶?，F(xiàn)在共有24顆衛(wèi)星在距離地面大約20183km的軌道高度上以每日繞地兩周的速度運行著。6條軌道按軌道面夾角60間距分開。每條軌道與赤道面的交角為50，每條軌道上有4顆衛(wèi)星。每顆衛(wèi)星發(fā)射兩種頻率的無線電波用于定位。第一頻率L1，位于1575.42MHZ；第二頻率L2，位于1227.6 MHZ。載波頻率由兩種偽碼和一條導航消息調制而成，載波頻率及其調制由星上原子鐘控制。測距交會確定點位是衛(wèi)星定位測量的基本原理。應用測距后方交會原理，可由三個以上地面已知點（控制站）交會出衛(wèi)

20、星的位置，反之利用三個以上衛(wèi)星的已知空間位置又可交會出地面未知點（用戶接收機）的位置。如圖6.6，GPS衛(wèi)星發(fā)射測距信號和導航電文，用戶用GPS接收機在某一時刻i同時接收到三顆GPS衛(wèi)星信號，測量出測站P到三顆GPS衛(wèi)星的距離S1、S2、S3，并計算出該時刻GPS衛(wèi)星的空間坐標為（Xj、Yj、Zj），j=1,2,3。用距離交會法解算出測站P的位置（Xp、Yp、Zp），其理論觀測方程式為：S12=(Xp-X1)2+(Yp-Y1)2(Zp-Z1)2S22=(Xp-X2)2+(Yp-Y2)2(Zp-Z2)2S32=(Xp-X3)2+(Yp-Y3)2(Zp-Z3)2因此，利用GPS衛(wèi)星導航定位時，必須

21、同時跟蹤至少三顆以上的衛(wèi)星。為保證解算結果的可靠性，實際測量時，通常獲取至少四顆星的信號。2. 地圖數(shù)字化地圖數(shù)字化是指根據(jù)現(xiàn)有紙質地圖，通過手扶跟蹤或掃描矢量化的方法，生產出可在計算機上進行存儲、處理和分析的數(shù)字化數(shù)據(jù)。（1）手扶跟蹤數(shù)字化早期，地圖數(shù)字化所采用的工具是手扶跟蹤數(shù)字化儀。這種設備是利用電磁感應原理，當使用者在電磁感應板上移動游標到圖件的指定位置，按動相應的按鈕時，電磁感應板周圍的多路開關等線路可以檢測出最大信號的位置，從而得到該點的坐標值。這種方式數(shù)字化的速度比較慢，工作量大，自動化程度低，數(shù)字化精度與作業(yè)員的操作有很大關系，所以目前已基本上不再采用。（2）掃描矢量化目前，地

22、圖數(shù)字化一般采用掃描矢量化的方法。根據(jù)地圖幅面大小，選擇合適規(guī)格的掃描儀，對紙質地圖掃描生成柵格圖像。然后在經過幾何糾正之后，即可進行矢量化。其工作流程如圖6.7。原始地圖掃 描柵格文件柵格編輯矢 量 化矢量文件矢量編輯格式轉換GIS數(shù)據(jù)庫圖6.7 地圖掃描矢量化的工作流程對柵格圖像的矢量化有軟件自動矢量化和屏幕鼠標跟蹤矢量化兩種方式。軟件自動矢量化工作速度較快、效率較高，但是由于軟件智能化水平有限，其結果仍然需要再進行人工檢查和編輯。屏幕鼠標跟蹤方法其作業(yè)方式與數(shù)字化儀基本相同，仍然是手動跟蹤，但是數(shù)字化的精度和工作效率得到了顯著的提高。掃描獲得的是柵格數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量比較大。除此之外，掃描獲得

23、的數(shù)據(jù)還存在著噪聲和中間色調像元的處理問題。噪聲是指不屬于地圖內容的斑點污漬和其它模糊不清的東西形成的像元灰度值。噪音范圍很廣，沒有簡單有效的方法能加以完全消除，有的軟件能去除一些小的臟點，但有些地圖內容如小數(shù)點等和小的臟點很難區(qū)分。對于中間色調像元，則可以通過選擇合適的閾值選用一些軟件等來處理，如Photoshop。常使用GIS軟件如MapInfo、Arc/Info、GeoStar、Super Map等對掃描所獲取的柵格數(shù)據(jù)進行屏幕跟蹤矢量化并對矢量化結果數(shù)據(jù)進行編輯和處理。3. 攝影測量方法攝影測量技術曾經在我國基本比例尺地形圖生產過程中扮演了重要角色，我國絕大部分1:1萬和1:5萬基本比

24、例尺地形圖使用了攝影測量方法。隨著數(shù)字攝影測量技術的推廣，在GIS空間數(shù)據(jù)采集的過程中，攝影測量也起著越來越重要的作用。（1）攝影測量原理攝影測量包括航空攝影測量和地面攝影測量。地面攝影測量一般采用傾斜攝影或交向攝影，航空攝影一般采用垂直攝影。攝影機鏡頭中心垂直于聚焦平面（膠片平面）的連線稱為相機的主軸線。航測上規(guī)定當主軸線與鉛垂線方向的夾角小于3時為垂直攝影。攝影測量通常采用立體攝影測量方法（立體攝影測量的原理如圖6.8所示）采集某一地區(qū)空間數(shù)據(jù)，對同一地區(qū)同時攝取兩張或多張重疊的像片，在室內的光學儀器上或計算機內恢復它們的攝影方位，重構地形表面，即把野外的地形表面搬到室內進行觀測。航測上對

25、立體覆蓋的要求是當飛機沿一條航線飛行時相機拍攝的任意相鄰兩張像片的重疊度（航向重疊）不少于55%-65%，在相鄰航線上的兩張相鄰像片的旁向重疊應保持在30%。P2P2P1c2a2d2m2c2a2d2m2m1d1c1a1S2S2S1ACMDCAMD圖6.8 立體攝影測量的原理（2）數(shù)字攝影測量的數(shù)據(jù)處理流程數(shù)字攝影測量一般指全數(shù)字攝影測量，它是基于數(shù)字影像與攝影測量的基本原理，應用計算機技術、數(shù)字影像處理、影像匹配、模式識別等多學科的理論與方法，提取所攝對象用數(shù)字方式表達的集合與物理信息的攝影測量方法。數(shù)字攝影測量是攝影測量發(fā)展的全新階段，與傳統(tǒng)攝影測量不同的是，數(shù)字攝影測量所處理的原始影像是數(shù)

26、字影像。數(shù)字攝影測量繼承立體攝影測量和解析攝影測量的原理，同樣需要內定向、相對定向和絕對定向。不同的是數(shù)字攝影測量直接在計算機內建立立體模型。由于數(shù)字攝影測量的影像已經完全實現(xiàn)了數(shù)字化，數(shù)據(jù)處理在計算機內進行，所以可以加入許多人工智能的算法，使它進行自動內定向、自動相對定向、半自動絕對定向。不僅如此，還可以進行自動相關、識別左右像片的同名點、自動獲取數(shù)字高程模型，進而生產數(shù)字正射影像。還可以加入某些模式識別的功能，自動識別和提取數(shù)字影像上的地物目標。圖6.9為數(shù)字攝影測量系統(tǒng)VirtuoZo數(shù)據(jù)采集的作業(yè)流程，可以說明數(shù)字攝影測量數(shù)據(jù)采集的一般流程。數(shù)據(jù)準備設置測區(qū)、模型參數(shù)模型定向核線重采樣

27、、匹配預處理、自動匹配生成DEM、DOM，內插等高線數(shù)字化測圖編輯、拼接、輸出引入外方位元素自動空中三角測量建立測區(qū)空三加密創(chuàng)建立體模型圖6.9 數(shù)字攝影測量方法采集數(shù)據(jù)的一般流程4. 遙感圖像處理通常所稱的遙感影像數(shù)據(jù)指的是衛(wèi)星遙感影像，其信息獲取方式與航空像片不同。遙感成像基本原理可以表示如圖6.10所示。地面接受太陽輻射，地表各類地物對其反射的特性各不相同，搭載在衛(wèi)星上的傳感器捕捉并記錄這種信息，之后將數(shù)據(jù)傳輸回地面，然后從所得數(shù)據(jù)。經過一系列處理過程，可得到滿足GIS需求的數(shù)據(jù)。圖6.10 遙感原理示意圖遙感傳感平臺遙感數(shù)據(jù)的處理與具體的數(shù)據(jù)類型（衛(wèi)星影像、雷達影像）、存儲介質等因素相

28、關。遙感數(shù)據(jù)處理的主要內容見表6.2。表6.2 遙感數(shù)據(jù)處理的主要內容遙感數(shù)據(jù)處理再生校正圖像重建圖像復原輻射量校正幾何校正鑲嵌變換灰度信息變換空間信息變換幾何信息變換數(shù)據(jù)壓縮分類總體測定(earning)分類(classification)區(qū)域分割匹配基本處理流程包括（圖6.11）：電磁波的反射輻射投影儀等一次處理（變換到CCT等通用載體上）掃描儀等通過膠片、掃描儀等進行A/D轉換數(shù)字圖像再生、校正處理分類處理變換處理數(shù)字圖像數(shù)字圖像彩色CRT及膠片等模擬系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)等數(shù)字處理系統(tǒng)遙感器圖6.11 遙感數(shù)據(jù)的基本處理流程（1）觀測數(shù)據(jù)的輸入：采集的數(shù)據(jù)包括模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字數(shù)據(jù)兩種，為了把像

29、片等模擬數(shù)據(jù)輸入到處理系統(tǒng)中，必須用膠片掃描儀等進行AD變換。對數(shù)字數(shù)據(jù)來說，因為數(shù)據(jù)多記錄在特殊的數(shù)字記錄器 (HDDT等) 中，所以必須轉換到一般的數(shù)字計算機都可以讀出的CCT(Computer Compatible Tape)等通用載體上。（2）再生、校正處理：對于進入到處理系統(tǒng)的觀測數(shù)據(jù)，首先進行輻射量失真及幾何畸變的校正，對于SAR的原始數(shù)據(jù)進行圖像重建；其次，按照處理目的進行變換、分類，或者變換與分類結合的處理。（3）變換處理：變換處理意味著從某一空間投影到另一空間上，通常在這一過程中觀測數(shù)據(jù)所含的一部分信息得到增強。因此，變換處理的結果多為增強的圖像。（4）分類處理：分類是以特征

30、空間的分割為中心的處理，最終要確定圖像數(shù)據(jù)與類別之間的對應關系。因此，分類處理的結果多為專題圖的形式。（5）處理結果的輸出：處理結果可分為兩種情況，一種是經DA變換后作為模擬數(shù)據(jù)輸出到顯示裝置及膠片上；另一種是作為地理信息系統(tǒng)等其他處理系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)而以數(shù)字數(shù)據(jù)輸出。6.2.2 屬性數(shù)據(jù)的采集屬性數(shù)據(jù)即空間實體的特征數(shù)據(jù)，一般包括名稱、等級、數(shù)量、代碼等多種形式，屬性數(shù)據(jù)的內容有時直接記錄在柵格或矢量數(shù)據(jù)文件中，有時則單獨輸入數(shù)據(jù)庫存儲為屬性文件，通過關鍵碼與圖形數(shù)據(jù)相聯(lián)系。屬性數(shù)據(jù)一般采用鍵盤輸入。輸入的方式有兩種：一種是對照圖形直接輸入；另一種是預先建立屬性表輸入屬性，或從其它統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫中

31、導入屬性，然后根據(jù)關鍵字與圖形數(shù)據(jù)自動連接。1. 屬性數(shù)據(jù)的來源國家資源與環(huán)境信息系統(tǒng)規(guī)范在“專業(yè)數(shù)據(jù)分類和數(shù)據(jù)項目建議總表”中，將數(shù)據(jù)分為社會環(huán)境、自然環(huán)境和資源與能源三大類共14小項，并規(guī)定了每項數(shù)據(jù)的內容及基本數(shù)據(jù)來源。（1）社會環(huán)境數(shù)據(jù)社會環(huán)境數(shù)據(jù)包括城市與人口、交通網、行政區(qū)劃、地名、文化和通信設施五類。這幾類數(shù)據(jù)可從人口普查辦公室、外交部、民政部、國家測繪局，以及林業(yè)、文化、教育、衛(wèi)生、郵政等相關部門獲取。（2）自然環(huán)境自然環(huán)境數(shù)據(jù)包括地形數(shù)據(jù)、海岸及海域數(shù)據(jù)、水系及流域數(shù)據(jù)、基礎地質數(shù)據(jù)五類。這些數(shù)據(jù)可以從國家測繪局、海洋局、水利水電部以及地質、礦產、地震、石油等相關部門和結構獲

32、取。（3）資源與能源資源與能源數(shù)據(jù)包括土地資源相關數(shù)據(jù)、氣候和水熱資源相關數(shù)據(jù)、生物資源相關數(shù)據(jù)、礦產資源相關數(shù)據(jù)、海洋資源相關數(shù)據(jù)五類。這幾類數(shù)據(jù)可從中國科學院、國家測繪局及農、林、氣象、水電、海洋等相關部門獲取。2. 屬性數(shù)據(jù)的分類空間數(shù)據(jù)的分類，是根據(jù)系統(tǒng)的功能以及相應的國際、國家和行業(yè)空間信息分類規(guī)范和標準，將具有不同空間特征和語義的空間要素區(qū)別開來的過程，是為了在空間數(shù)據(jù)的邏輯結構上將數(shù)據(jù)組織為不同的信息層并標識空間要素的類別。空間數(shù)據(jù)一般采用線分類法對空間實體進行分類，即將分類對象按選定的空間特征和語義信息作為分類劃分的基礎，逐次地分成相應的若干個層級的類目，并排列成一個有層次的，

33、逐級展開的分類體系。同級類之間是并列關系，下級類與上級類間存在著隸屬關系，同級類不重復、不交叉。從而將地理空間的空間實體組織為一個層級樹，因此也稱作層級分類法。我國國土基礎地理信息數(shù)據(jù)分類與代碼（GB/T 13923-1992）將地球表面的自然和社會基礎信息分為9個大類，分別為測量控制點、水系、居民地、交通、管線與垣柵、境界、地形與土質、植被和其他類，在每個大類下又依次細分為小類、一級和二級類，如圖6.12所示。3. 屬性數(shù)據(jù)的編碼屬性數(shù)據(jù)的編碼是指確定屬性數(shù)據(jù)的代碼的方法和過程。代碼是一個或一組有序的易于被計算機或人識別與處理的符號，是計算機鑒別和查找信息的主要依據(jù)和手段。編碼的直接產物就是

34、代碼，而分類分級則是編碼的基礎。國土基礎地理信息測量控制點水系居民地交通管線和垣柵境界地形與土質植被其他平面控制點高程控制點其他控制點鐵路公路鐵路和公路主要構筑物航運港口空運高速公路一級公路二級公路三級公路四級公路等外公路普通公路專用公路城市道路城市快速路城市主干道城市次干道城市支線城市其他路圖6.12 國土基礎地理信息分類體系對于要直接記錄到柵格或矢量數(shù)據(jù)文件中的屬性數(shù)據(jù)，則必須先對其進行編碼，將各種屬性數(shù)據(jù)變?yōu)橛嬎銠C可以接受的數(shù)字或字符形式，便于GIS存儲管理。屬性數(shù)據(jù)編碼一般要基于以下幾個原則：編碼的系統(tǒng)性和科學性；編碼的一致性和唯一性。編碼的標準化和通用性；編碼的簡捷性。編碼的可擴展性

35、。（1）屬性數(shù)據(jù)編碼方案的制定在屬性數(shù)據(jù)分類編碼的過程中，應力求規(guī)范化、標準化，有可遵循標準的盡量依標準。如要對交通GIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行編碼，就有許多規(guī)范及行業(yè)標準可以遵循（表6.3）。表6.3 與交通GIS相關的國家及行業(yè)標準GB2260-95中華人民共和國行政區(qū)劃代碼GB10114-88縣以下行政區(qū)劃代碼編制規(guī)則GB12409-90地理格網GB/T15660-951:5千、1:1萬、1:2.5萬、1:5萬、1:10萬地形圖要素與代碼GB917.1-917.2公路路線命名編號和編碼規(guī)則JT0022-90公路管理養(yǎng)護單位代碼編制規(guī)則JTJ073-96公路養(yǎng)護技術規(guī)范GB920-89公路路面等級與

36、面層類型代碼GB/T919-94公路等級代碼GB11708-89公路橋梁命名編號和編碼規(guī)則GBJ124-88道路工程術語標準GB/T4754-94國民經濟行業(yè)分類與代碼如果沒有適用的標準可遵循，可依照以下編碼的一般方法，制定出有一定適用性的編碼標準：列出全部制圖對象清單；制定對象分類、分級原則和指標，將制圖對象進行分類、分級；擬定分類代碼系統(tǒng)；代碼及其格式。設定代碼使用的字符和數(shù)字、碼位長度、碼位分配等；建立代碼和編碼對象的對照表。這是編碼最終成果檔案，是數(shù)據(jù)輸入計算機進行編碼的依據(jù)。河 流6可通航河61不通航河62常年河611時令河612消失河613長度1 Km6111611長度2 Km61

37、12611長度5 Km6113611長度10 Km6115611寬度50 m61146611深度510 m611451611深度1020 m611452611深度2030 m611453611深度3060 m611454611深度60120 m611455611深度120300 m611456611深度300500 m611457611深度500 m611458611圖6.13 河流類型的層次分類編碼方案屬性的科學分類體系無疑是GIS中屬性編碼的基礎。目前，較為常用的編碼方法有層次分類編碼法與多源分類編碼法兩種基本類型。（2）層次分類編碼法層次分類編碼法是按照分類對象的從屬和層次關系為排列順序

38、的一種代碼，它的優(yōu)點是能明確表示出分類對象的類別，代碼結構有嚴格的隸屬關系。圖6.13以河流類型的編碼為例，說明層次分類編碼法所構成的編碼體系。（3）多源分類編碼法又稱獨立分類編碼法，是指對于一個特定的分類目標，根據(jù)諸多不同的分類依據(jù)分別進行編碼，各位數(shù)字代碼之間并沒有隸屬關系。表6.4以河流為例說明了屬性數(shù)據(jù)多源分類編碼法的編碼方法。表6.4 河流編碼的標準分類方案通航情況流水季節(jié)河流長度河流寬度河流深度通航： 1不通航：2常年河：1時令河：2消失河：31 Km： 12 Km： 25 Km： 310 Km 550 m： 6510 m： 11020 m： 22030 m： 33060 m： 4

39、60120 m： 5120300 m：6300500 m：7500 m： 8例如，表中常年河、通航、河床形狀為樹形，主流長7公里，寬25米，平均深度為50米在表中表示為：11454。由此可見，該種編碼方法一般具有較大的信息載量。有利于對于空間信息的綜合分析。在實際工作中，也往往將以上兩種編碼方法結合使用，以達到更理想的效果。6.3數(shù)據(jù)編輯由于各種空間數(shù)據(jù)源本身的誤差，以及數(shù)據(jù)采集過程中不可避免的錯誤，使得獲得的空間數(shù)據(jù)不可避免的存在各種錯誤。為了“凈化”數(shù)據(jù)，滿足空間分析與應用的需要，在采集完數(shù)據(jù)之后，必須對數(shù)據(jù)進行必要的檢查，包括空間實體是否遺漏、是否重復錄入某些實體、圖形定位是否錯誤、屬性

40、數(shù)據(jù)是否準確以及與圖形數(shù)據(jù)的關聯(lián)是否正確等。數(shù)據(jù)編輯是數(shù)據(jù)處理的主要環(huán)節(jié)，并貫穿于整個數(shù)據(jù)采集與處理過程。6.3.1 圖形數(shù)據(jù)編輯過頭多邊形不封閉不及不正規(guī)多邊形結點不重合碎屑多邊形偽結點圖6.14 數(shù)據(jù)錯誤示意圖空間數(shù)據(jù)采集過程中，人為因素是造成圖形數(shù)據(jù)錯誤的主要原因。如數(shù)字化過程中手的抖動，兩次錄入之間圖紙的移動，都會導致位置不準確，并且在數(shù)字化過程中，難以實現(xiàn)完全精確的定位。常見的數(shù)字化錯誤是線條連接過頭和不及兩種情況。此外，在數(shù)字化后的地圖上，經常出現(xiàn)的錯誤有以下幾種（圖6.14）：（1）偽節(jié)點（Pseudo Node）：當一條線沒有一次錄入完畢時，就會產生偽結點。偽節(jié)點使一條完整的線

41、變成兩段。（2）懸掛節(jié)點（Dangling Node）：當一個節(jié)點只與一條線相連接，那么該節(jié)點稱為懸掛節(jié)點。懸掛節(jié)點有過頭和不及、多邊形不封閉、節(jié)點不重合等幾種情形。（3）碎屑多邊形(Sliver Polygon)：碎屑多邊形也稱條帶多邊形。因為前后兩次錄入同一條線的位置不可能完全一致，就會產生碎屑多邊形，即由于重復錄入而引起。另外，當用不同比例尺的地圖進行數(shù)據(jù)更新時也可能產生。 （4）不正規(guī)的多邊形（Weird Polygon）：在輸入線的過程中，點的次序倒置或者位置不準確會引起不正規(guī)的多邊形。在進行拓撲生成時，會產生碎屑多邊形。上述錯誤般會在建立拓撲的過程中發(fā)現(xiàn)。其它圖形數(shù)據(jù)錯誤，包括遺漏

42、某些實體、重復錄入某些實體、圖形定位錯誤等的檢查一般可采用如下方法進行：（1）疊合比較法，把成果數(shù)據(jù)打印在透明材料上，然后與原圖疊合在一起，在透光桌上仔細的觀察和比較。疊合比較法是空間數(shù)據(jù)數(shù)字化正確與否的最佳檢核方法，對于空間數(shù)據(jù)的比例尺不準確和空間數(shù)據(jù)的變形馬上就可以觀察出來。如果數(shù)字化的范圍比較大，分塊數(shù)字化時，除檢核一幅(塊)圖內的差錯外，還應檢核已存入計算機的其它圖幅的接邊情況；（2）目視檢查法，指在屏幕上用目視檢查的方法，檢查一些明顯的數(shù)字化誤差與錯誤；（3）邏輯檢查法，根據(jù)數(shù)據(jù)拓撲一致性進行檢驗，如將弧段連成多邊形，數(shù)字化節(jié)點誤差的檢查等。對于檢查出的錯誤，對圖形數(shù)據(jù)編輯是通過向系

43、統(tǒng)發(fā)布編輯命令(多數(shù)是窗口菜單)用光標激活來完成的。編輯命令主要有增加數(shù)據(jù)、刪除數(shù)據(jù)和修改數(shù)據(jù)三類。編輯的對象是點元、線元、面元及目標，編輯工作的完成主要利用GIS的圖形編輯功能（表6.5）來完成。表6.5 地理信息系統(tǒng)的圖形編輯功能點編輯線編輯面編輯目標編輯刪除移動拷貝旋轉追加水平對齊垂直對齊刪除移動拷貝追加旋轉（改向）剪斷光滑求平行線弧段加點弧段刪點弧段移動刪除弧段移動弧段插入弧段剪斷弧段刪除目標旋轉目標拷貝目標移動目標放大目標縮小目標開窗口6.3.2 屬性數(shù)據(jù)編輯屬性數(shù)據(jù)校核包括兩部分：（1）屬性數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)是否正確關聯(lián)，標識碼是否唯一，不含空值。（2）屬性數(shù)據(jù)是否準確，屬性數(shù)據(jù)的值是

44、否超過其取值范圍等。對屬性數(shù)據(jù)進行校核很難，因為不準確性可能歸結于許多因素，如觀察錯誤、數(shù)據(jù)過時和數(shù)據(jù)輸入錯誤等等。屬性數(shù)據(jù)錯誤檢查可通過以下方法完成：（1）首先可以利用邏輯檢查，檢查屬性數(shù)據(jù)的值是否超過其取值范圍，屬性數(shù)據(jù)之間或屬性數(shù)據(jù)與地理實體之間是否有荒謬的組合。在許多數(shù)字化軟件中，這種檢查通常使用程序來自動完成。例如有些軟件可以自動進行多邊形結點的自動平差，屬性編碼的自動查錯等。（2）把屬性數(shù)據(jù)打印出來進行人工校對，這和用校核圖來檢查空間數(shù)據(jù)準確性相似。對屬性數(shù)據(jù)的輸入與編輯，一般在屬性數(shù)據(jù)處理模塊中進行。但為了建立屬性描述數(shù)據(jù)與幾何圖形的聯(lián)系，通常需要在圖形編輯系統(tǒng)中設計屬性數(shù)據(jù)的編

45、輯功能，主要是將一個實體的屬性數(shù)據(jù)連接到相應的幾何目標上，亦可在數(shù)字化及建立圖形拓撲關系的同時或之后，對照一個幾何目標直接輸入屬性數(shù)據(jù)。一個功能強的圖形編輯系統(tǒng)可提供刪除、修改、拷貝屬性等功能。6.4 數(shù)學基礎變換 每一個地理信息系統(tǒng)所包含的空間數(shù)據(jù)都應具有同樣的地理數(shù)學基礎，包括坐標系統(tǒng)、地圖投影等。掃描得到的圖像數(shù)據(jù)和遙感影像數(shù)據(jù)往往會有變形，與標準地形圖不符，這時需要對其進行幾何糾正。當在一個系統(tǒng)內使用不同來源的空間數(shù)據(jù)時，它們之間可能會有不同的投影方式和坐標系統(tǒng)，需要進行坐標變換使它們具有統(tǒng)一的空間參照系統(tǒng)。統(tǒng)一的數(shù)學基礎是運用各種分析方法的前提。6.4.1 幾何糾正由于如下原因，使掃

46、描得到的地形圖數(shù)據(jù)和遙感數(shù)據(jù)存在變形，必須加以糾正。（1）地形圖的實際尺寸發(fā)生變形； （2）在掃描過程中，工作人員的操作會產生一定的誤差，如掃描時地形圖或遙感影像沒被壓緊、產生斜置或掃描參數(shù)的設置不恰當?shù)?，都會使被掃入的地形圖或遙感影像產生變形，直接影響掃描質量和精度；（3）遙感影像本身就存在著幾何變形；（4）地圖圖幅的投影與其它資料的投影不同，或需將遙感影像的中心投影或多中心投影轉換為正射投影等。（5）掃描時受掃描儀幅面大小的影響，有時需將一幅地形圖或遙感影像分成幾塊掃描，這樣會使地形圖或遙感影像在拼接時難以保證精度。對掃描得到的圖像進行糾正，主要是建立要糾正的圖像與標準的地形圖或地形圖的理

47、論數(shù)值或糾正過的正射影像之間的變換關系，消除各類圖形的變形誤差。目前，主要的變換函數(shù)有：仿射變換、雙線性變換、平方變換、雙平方變換、立方變換、四階多項式變換等，具體采用哪一種，則要根據(jù)糾正圖像的變形情況、所在區(qū)域的地理特征及所選點數(shù)來決定。1. 地形圖的糾正對地形圖的糾正，一般采用四點糾正法或逐網格糾正法。四點糾正法，一般是根據(jù)選定的數(shù)學變換函數(shù)，輸入需糾正地形圖的圖幅行、列號、地形圖的比例尺、圖幅名稱等，生成標準圖廓，分別采集四個圖廓控制點坐標來完成。逐網格糾正法，是在四點糾正法不能滿足精度要求的情況下采用的。這種方法和四點糾正法的不同點就在于采樣點數(shù)目的不同，它是逐方里網進行的，也就是說，

48、對每一個方里網，都要采點。具體采點時，一般要先采源點（需糾正的地形圖），后采目標點（標準圖廓），先采圖廓點和控制點，后采方里網點。2. 遙感影像的糾正 遙感影像的糾正，一般選用和遙感影像比例尺相近的地形圖或正射影像圖作為變換標準，選用合適的變換函數(shù)，分別在要糾正的遙感影像和標準地形圖或正射影像圖上采集同名地物點。具體采點時，要先采源點（影像），后采目標點（地形圖）。選點時，要注意選點的均勻分布，點不能太多（圖6.15）。如果在選點時沒有注意點位的分布或點太多，這樣不但不能保證精度，反而會使影像產生變形。另外選點時，點位應選由人工建筑構成的并且不會移動的地物點，如渠或道路交叉點、橋梁等，盡量不要

49、選河床易變動的河流交叉點，以免點的移位影響配準精度。圖6.15 遙感影像糾正選點示例121233446.4.2 坐標變換空間數(shù)據(jù)坐標變化方法投影變換圖6.16 坐標變換方法仿射投影相似變換橡皮拉伸采集完畢的數(shù)據(jù)，由于原始數(shù)據(jù)來自不同的空間參考系統(tǒng)，或者數(shù)據(jù)輸入時是一種投影，輸出是另外一種投影，造成同一空間區(qū)域的不同數(shù)據(jù)，它們的空間參考有時并不相同，為了空間分析和數(shù)據(jù)管理，經常需要進行坐標變換，統(tǒng)一到同一空間參考系下。坐標變換的實質是建立兩個空間參考系之間點的一一對應關系。常用的坐標變換的方法如圖6.16所示。1. 投影變換投影變換必須已知變換前后的兩個空間參考的投影參數(shù)，然后利用投影公式的正解

50、和反解算法，推算變化前后兩個空間參考系之間點的一一對應函數(shù)關系。投影變換是坐標變換中精度最高的變換方法。但是，有時在一些特殊情況下，即便知道變換前后的兩個空間參考的投影參數(shù)、投影方式，投影變換的正解和反解很難直接推求，此時往往采用投影變換的綜合算法（參見第2章具體內容）。2. 仿射變換仿射變換是在不同的方向上進行不同的壓縮和擴張，可以將球變?yōu)闄E球，將正方形變?yōu)槠叫兴倪呅?，如圖6.17所示。其公式為： （6.1）圖6.17 仿射變換仿射變換要求最少三個位移關聯(lián)點。3. 相似變換相似變換是由一個圖形變換為另一個圖形,在改變的過程中保持形狀不變(大小可以改變)。在二維坐標變換過程中，經常遇到的是平移

51、、旋轉和縮放三種基本的相似變換操作。（1）平移平移是將圖形的一部分或者整體移動到笛卡爾坐標系中另外的位置，如圖6.18所示，其變換公式為： （6.2）圖6.18 平移圖6.19 旋轉（2）旋轉在地圖投影變換中，經常要應用旋轉操作，如圖6.19所示。實現(xiàn)旋轉操作要用到三角函數(shù)，假定順時針旋轉角度為，其公式為： （6.3）（3）縮放縮放操作可用于輸出大小不同的圖形，如圖6.20，其公式為：圖6.20 圖形縮放 （6.4）4. 橡皮拉伸橡皮拉伸縮通過坐標幾何糾正來修正缺陷。主要針對幾何變形，通常發(fā)生在原圖上。它們可能由于在地圖編繪中的配準缺陷、缺乏大地控制或其它各種原因產生。如圖6.21所示，原圖層

52、（實心線）被糾正成更精確的目標（虛線）。類似于變換，位移關聯(lián)點在橡皮伸縮中被用于確定要素移動的位置。圖6.21 橡皮筋變換示意圖目前，大多數(shù)GIS軟件是采用正解變換法來完成不同投影之間的轉換，并直接在GIS軟件中提供常見投影之間的轉換。6.4.3 柵格數(shù)據(jù)重采樣重采樣是柵格數(shù)據(jù)空間分析中處理柵格分辨率匹配問題的常用數(shù)據(jù)處理方法。進行空間分析時，用來分析的數(shù)據(jù)資料由于來源不同，經常要對柵格數(shù)據(jù)進行何糾正、旋轉、投影變換等處理，在這些處理過程中都會產生重采樣問題（圖6.22）。因此重采樣在柵格數(shù)據(jù)的處理中占有重要地位。下面介紹三種常用的重采樣方法。原始柵格數(shù)據(jù)采樣柵格數(shù)據(jù)圖6.22 柵格數(shù)據(jù)重采樣

53、1. 1. 最鄰近像元法直接取與P(x，y)點位置最近像元N的值作為該點的采樣值，即： I（P） = I（N）N為最近點，其坐標值為（6.5） xN = INT（x + 0.5） yN = INT（y + 0.5）INT表示取整。2. 雙線性插值法根據(jù)最鄰近的四個數(shù)據(jù)點，確定一個雙線性多項式： （6.6）當四個數(shù)據(jù)為正方形排列時，設邊長為1，內插點相對于A點的坐標為dx、dy，則有 （6.7）3. 雙三次卷積法當推廣到雙三次多項式時，采用分塊方式，每一分塊可以定義出一個不同的多項式曲面，當n次多項式與其相鄰分塊的邊界上所有n-1次導數(shù)都連續(xù)時，稱之為樣條函數(shù)。在數(shù)據(jù)點為方格網的情況下，采用三次曲面來描述格網內的內插值時，待定點內插值Zp為： （