空間數(shù)據(jù)的獲取與處理演示文稿

空間數(shù)據(jù)的獲取與處理演示文稿當前1頁，總共69頁。（優(yōu)選）空間數(shù)據(jù)的獲取與處理當前2頁，總共69頁。6.1概述數(shù)據(jù)源按獲取方式地圖數(shù)據(jù)遙感影像數(shù)據(jù)實測數(shù)據(jù)共享數(shù)據(jù)其它數(shù)據(jù)按表現(xiàn)形式數(shù)字化數(shù)據(jù)多媒體數(shù)據(jù)文字資料數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)源分類當前3頁，總共69頁。地圖野外實測數(shù)據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)影像數(shù)據(jù)文本數(shù)據(jù)多媒體野外數(shù)據(jù)采集遙感圖像處理掃描數(shù)字化攝影測量鍵盤輸入空間數(shù)據(jù)庫編輯處理數(shù)據(jù)交換空間數(shù)據(jù)采集與處理的基本流程數(shù)字數(shù)據(jù)編輯處理當前4頁，總共69頁。6.2數(shù)據(jù)采集空間數(shù)據(jù)采集1）野外數(shù)據(jù)采集平板測量全野外數(shù)字測圖空間定位測量當前5頁，總共69頁。特點：精度高、效率較低適合范圍：小范圍GIS數(shù)據(jù)采集或局部數(shù)據(jù)更新當前6頁，總共69頁。2）地圖數(shù)字化手扶跟蹤數(shù)字化掃描矢量化3）攝影測量方法特點：范圍大，速度快使用范圍：大面積GIS數(shù)據(jù)采集、資源普查等數(shù)字化儀掃描儀數(shù)字攝影測量工作站4）遙感圖像處理當前7頁，總共69頁。數(shù)據(jù)交換文件GISAGISAGISBGISB內部文件外部文件外部文件內部文件GISA數(shù)據(jù)交換標準OpenGISInternet/Intranet5）數(shù)據(jù)交換當前8頁，總共69頁。1.數(shù)字化儀矢量化圖形數(shù)字化儀（也稱桌式數(shù)字化儀）由電磁感應板和坐標輸入控制器組成。手工數(shù)字化的工作效率受三個因素的影響：（1）地圖的預處理，圖面情況；（2）操作者的熟練程度；（3）矢量化軟件的設計是否便于操作。數(shù)字化工作的質量主要受原地圖的精度、操作者的經(jīng)驗和對工作的負責態(tài)度、數(shù)字化儀本身的分辨率和誤差的影響?？臻g數(shù)據(jù)的矢量化方法當前9頁，總共69頁。2.掃描儀輸入除少數(shù)特殊產(chǎn)品外，絕大多數(shù)掃描儀是按柵格方式掃描后將圖像數(shù)據(jù)交給計算機來處理。掃描獲得的圖像數(shù)據(jù)主要有三種用途：（1）作增強、分類處理后進入柵格型空間數(shù)據(jù)庫。（2）顯示在計算機屏幕上作手工矢量化。（3）由軟件自動轉換成矢量地圖。柵格數(shù)據(jù)的自動矢量化有兩種用途：一是把柵格型的空間數(shù)據(jù)庫轉換成矢量型；二是普通線化地圖的掃描后矢量化，其處理過程大致如下：當前10頁，總共69頁。原始地圖掃描柵格編輯柵格文件自動矢量化矢量文件文件轉換GIS數(shù)據(jù)庫矢量編輯掃描并自動矢量化的過程當前11頁，總共69頁。3.掃描矢量化與數(shù)字化儀矢量化的比較一般來說，掃描輸入比手工數(shù)字化輸入快5至10倍，但傳統(tǒng)的地圖往往要重繪后才能適合掃描；為了盡量減少對自動矢量化處理過程的人工干預，被掃描的地圖必須清晰、干凈、沒有雜點、已經(jīng)分類、信息單純而完整，對原始圖的要求很高；因此重繪工作量很大。綜合考慮對地圖預處理方面的限制，掃描之后的大量人工干預或完全的手扶數(shù)字化輸入仍是不可放棄的重要手段。當前12頁，總共69頁。4.坐標幾何輸入野外實地測量地圖的結果是一些坐標、距離、方位等資料。這些數(shù)據(jù)記錄在磁盤、磁帶上，傳入計算機中，再進行編輯；也可以將這些數(shù)據(jù)用鍵盤和鼠標器輸入，邊輸入邊編輯：稱為坐標幾何輸入法（CoordinateGeometry，簡稱COGO）坐標幾何輸入法比手工數(shù)字化儀輸入慢4--20倍；得到的數(shù)字化地圖的精度非常高，適合于某些工程項目、房產(chǎn)地籍法定邊界等；當前13頁，總共69頁。

坐標幾何輸入法的特點：

1）可輸入一些關鍵點、關鍵邊界，能夠控制手工數(shù)字化或掃描處理的誤差。

2）當GIS數(shù)據(jù)庫建成后，局部地區(qū)要更新地圖，并已測得數(shù)據(jù)，則可用坐標幾何法來更新相應的局部范圍的數(shù)據(jù)。

因此：1）有便于控制精度；2）便于更新局部地區(qū)資料，可和其他方法結合使用；3）COGO技術的發(fā)展，可實現(xiàn)野外直接測量、成圖、進庫，把便攜式計算和數(shù)字測量儀器（包括GPS）直接連接；當前14頁，總共69頁。任何信息系統(tǒng)總要利用已有數(shù)據(jù)，以減輕信息收集、編碼、輸入的工作量；除了本單位、本部門的現(xiàn)成資料外，常用的、通用的數(shù)據(jù)社會化共享已成為一種大的趨勢；在發(fā)達國家，有很多政府機構或私人公司已經(jīng)開始向社會公開提供數(shù)據(jù)服務；因此數(shù)據(jù)轉換是一種常規(guī)作業(yè)；5.現(xiàn)有數(shù)據(jù)轉換輸入當前15頁，總共69頁。屬性數(shù)據(jù)的采集1.屬性數(shù)據(jù)的輸入1)對照圖形直接輸入2)預先建立屬性表輸入屬性,或從其他統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫中導入屬性,然后根據(jù)關鍵字與圖形數(shù)據(jù)自動連接.2.屬性數(shù)據(jù)的來源1)社會環(huán)境數(shù)據(jù)2)自然環(huán)境3)資源與能源當前16頁，總共69頁。

空間數(shù)據(jù)一般采用線分類法對空間實體進行分類,也叫層級分類法.3.屬性數(shù)據(jù)的分類

我國<國土基礎地理信息數(shù)據(jù)分類與代碼>(GB/T1392-1992)將地球表面的自然和社會基礎信息分為9個大類.當前17頁，總共69頁。系統(tǒng)性和科學性：滿足所涉及學科的科學分類方法，能反映出同一類型中不同的級別特點。一致性：對代碼所定義的同一專業(yè)名詞、術語必須是唯一的。標準化和通用性：有國家或行業(yè)標準的要按標準進行，沒有標準的必須考慮在有可能的條件下實現(xiàn)標準化。簡捷性：在滿足國家標準的前提下、每一種編碼應該是以最小的數(shù)據(jù)量載負最大的信息量?？蓴U展性：編碼的設置應留有擴展的余地，避免新對象的出現(xiàn)而使原編碼系統(tǒng)失效、造成編碼錯亂現(xiàn)象。1)屬性數(shù)據(jù)的編碼原則4.屬性數(shù)據(jù)的編碼當前18頁，總共69頁。2)屬性數(shù)據(jù)的編碼方法層次分類編碼法：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。(見教材P154圖6.13)

多源分類編碼法：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。(見教材P154表6.4)

當前19頁，總共69頁。6.3數(shù)據(jù)編輯GIS在獲取空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)時,不可避免地產(chǎn)生錯誤或誤差。因此，必需對空間數(shù)據(jù)進行編輯檢查。當前20頁，總共69頁。6.3.1圖形數(shù)據(jù)編輯弧段打折結點不吻合公共弧不重合懸線橋線多邊形不封閉幾種主要的圖形的幾何編輯當前21頁，總共69頁。

編輯檢查的方法：疊合比較法目視檢查法邏輯檢查法包括:空間數(shù)據(jù)完整性編輯，如數(shù)據(jù)的遺漏，點線面數(shù)據(jù)的丟失或重復，斷線；空間數(shù)據(jù)位置正確性編輯，如空間點位不準，線過長過短，相鄰邊不重合；空間和屬性數(shù)據(jù)連接錯；屬性數(shù)據(jù)錯誤當前22頁，總共69頁。6.3.2屬性數(shù)據(jù)編輯屬性數(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.屬性數(shù)據(jù)是否準確,屬性數(shù)據(jù)的值是否超過其取值范圍等.1.屬性數(shù)據(jù)校核2.屬性數(shù)據(jù)錯誤檢查方法1)利用邏輯檢查,檢查屬性數(shù)值是否超其取值范圍.2)把屬性數(shù)據(jù)打印出來進行人工校對.當前23頁，總共69頁。6.4數(shù)學基礎變換6.4.1幾何糾正

圖形編輯可消除數(shù)字化產(chǎn)生的錯誤，但無法糾正圖紙變形等誤差。幾何糾正是實現(xiàn)數(shù)字化數(shù)據(jù)的坐標轉換和圖紙變形的誤差糾正。常用的幾何糾正方法有仿射變換、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。

當前24頁，總共69頁。1.地形圖的糾正1)四點糾正法2)逐網(wǎng)格糾正法TIC3TIC2TIC1TIC4當前25頁，總共69頁。2.遙感影像的糾正

遙感影像圖的糾正通常選用同遙感影像圖比例尺相同的地形圖或正射影像圖作變換標準圖，在選擇好變換函數(shù)后，在被糾正的遙感影像圖和標準圖上分別采集同名地物點，所選的點在圖上應分布均勻、點位合適，通常選道路交叉點、河流橋梁等固定設施點，以保證糾正精度。當前26頁，總共69頁。

坐標數(shù)據(jù)的變換是空間數(shù)據(jù)處理的基本內容，它是將地理實體從一個坐標系轉換為另一個坐標系，以建立其間的對應關系。坐標變換

投影變換

仿射變換

相似變換橡皮拉伸坐標變換方法當前27頁，總共69頁。1.地圖投影變換

當系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)來自不同地圖投影的圖幅時，需要將一種投影的數(shù)字化數(shù)據(jù)轉換為所需要投影的坐標數(shù)據(jù)地圖投影變換正解變換反解變換數(shù)值變換通過建立兩個投影的解析關系式，直接把一種投影坐標(x,y)變換成另一種投影的坐標(X,Y)當前28頁，總共69頁。1.地圖投影變換

當系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)來自不同地圖投影的圖幅時，需要將一種投影的數(shù)字化數(shù)據(jù)轉換為所需要投影的坐標數(shù)據(jù)地圖投影變換正解變換反解變換數(shù)值變換由一種投影的坐標(x,y)反解出地理坐標（λ,φ)，然后再將地理坐標代入另一種投影公式中，求出該投影下的直角坐標（X,Y)當前29頁，總共69頁。1.地圖投影變換

當系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)來自不同地圖投影的圖幅時，需要將一種投影的數(shù)字化數(shù)據(jù)轉換為所需要投影的坐標數(shù)據(jù)地圖投影變換正解變換反解變換數(shù)值變換根據(jù)兩種投影在變換區(qū)內若干同名的坐標點，采用插值法、有限差分法、待定系數(shù)法等，實現(xiàn)不同投影之間的轉換當前30頁，總共69頁。2.仿射變換平移，旋轉，放縮，對稱和錯切是特例特點：只考慮x和y方向上的變形保持平行線間的平行關系特性：當前31頁，總共69頁。平移變換比例變換2）比例變換1）平移變換3.相似變換當前32頁，總共69頁。3）反射變換（鏡像變換）4）錯切變換當前33頁，總共69頁。5）旋轉變換當前34頁，總共69頁。4.橡皮拉伸圖幅變形糾正rubbersheeting地圖的不均勻變形。不能用坐標系旋轉、縮放，平移校正的變形。當前35頁，總共69頁。柵格數(shù)據(jù)重采樣

校正前后圖像的分辨率變化、像元點位置相對變化引起輸出圖像陣列中的同名點灰度值變化。1.最鄰近像元法用距離投影點最近像元灰度值代替輸出像元灰度值。最鄰近像元法雙線性插值法雙三次卷積法當前36頁，總共69頁。2.雙線性內插法投影點周圍4個相鄰像元灰度值，并根據(jù)各自權重計算輸出像元灰度值，公式簡述為：當前37頁，總共69頁。3、雙三次卷積法

獲取與投影點鄰近的16個像元灰度值計算輸出像元灰度值，公式為：當前38頁，總共69頁。1.矢量數(shù)據(jù)向柵格數(shù)據(jù)轉換

矢量數(shù)據(jù)向柵格數(shù)據(jù)轉換要將矢量表示的多邊形轉成柵格數(shù)據(jù)，使多邊形內部所有柵格賦于多邊形號。實質上是將矢量圖上點、線、面實體的坐標數(shù)據(jù)轉為規(guī)則的格網(wǎng)數(shù)據(jù)再給予填充。6.5數(shù)據(jù)重構數(shù)據(jù)結構轉換當前39頁，總共69頁。1)柵格行列數(shù)確定矢量數(shù)據(jù)向柵格數(shù)據(jù)轉換前，還要根據(jù)研究區(qū)域的分辨率要求，確定柵格行列數(shù)。xmax-xmin

j=xymax-ymin

i=y其中i,j,分別為y,x,方向的柵格數(shù)；Xmin,xmaxymin,ymax

為矢量數(shù)據(jù)的數(shù)值范圍；x,y分別按需要確定的為每個柵格單元的邊長。ji柵格元素大小和數(shù)量的確定當前40頁，總共69頁。矢量圖

柵格圖

如一研究區(qū)域X方向長15公里，Y方向長30公里，現(xiàn)有該區(qū)域的1:1萬比例尺的矢量圖，要將其轉成柵格結構圖，要求柵格的最低分辨率是30m*30m。柵格數(shù)的確定：

行數(shù)

I=30km/30m=1000格

列數(shù)

J=15km/30m=500格

柵格行列數(shù)確定—EXAMPLE當前41頁，總共69頁。(1)點

設點的矢量坐標為（x，y），轉換后柵格單元的行列值分別為I和J，則I=1+INT（（ymax-y）/dy）J=1+INT（（x–xmin）/dx）(2)線

線實體由一系列坐標對表示，在變?yōu)闁鸥窠Y構時，除把序列中坐標對變?yōu)闁鸥裥辛凶鴺艘酝猓€需要按照柵格精度要求，在坐標點之間插滿一系列柵格點，可以用柵格中心掃描線與直線段求交后進行點轉換獲得行列號。（詳細參看相關資料）當前42頁，總共69頁。(3)多邊形多種方法（內部點擴散法、射線法、掃描法、復數(shù)積分法和邊界代數(shù)法等）當前43頁，總共69頁。

射線法區(qū)域的填充

內部擴充法掃描線法當前44頁，總共69頁。(1)目的1)將柵格數(shù)據(jù)分析結果，通過矢量繪圖裝置輸出2)為了壓縮數(shù)據(jù)，將大量面狀柵格數(shù)據(jù)轉換為少量數(shù)據(jù)表示的多邊形的邊界3)將掃描儀獲取的柵格數(shù)據(jù)加入矢量形式的數(shù)據(jù)庫2.柵格數(shù)據(jù)向矢量數(shù)據(jù)轉換

從柵格單元轉換到幾何圖形的過程稱為矢量化.當前45頁，總共69頁。(2)矢量化過程要保證以下兩點：轉換物體正確的外形點：某個單元的值與周圍不同，代表點；線：具有相同屬性值的連續(xù)的單元格，將其搜索出來并細化處理，成為一條線；面：將具有同一屬性的單元歸為一類，再檢測兩類不同屬性的邊界作為多邊形的一條邊。保持柵格表示出的連通性與鄰接性；當前46頁，總共69頁。(3）步驟：實質：提取以相同編號的柵格數(shù)據(jù)集合表示的多邊形區(qū)域的邊界和邊界的拓撲關系，并表示成多個小直線段的矢量格式的過程。多邊形邊界提取邊界線追蹤拓撲關系生成去除冗余結點

灰度二值化線條細化跟蹤，生成矢量格式坐標鏈當前47頁，總共69頁。剝皮法：其實質是從數(shù)字圖像上，由上而下，自左到右一次選3×3個像元，進行分析，以不影響其連通性為原則決定中心像元是否可以剝離，逐次排下去，可以將線條帶剝離成單個像元的細線。當前48頁，總共69頁。多邊形邊界提取

二值化細化

2345101112162124283334353842434650當前49頁，總共69頁。邊界線追蹤：邊界線跟蹤的目的就是將寫入數(shù)據(jù)文件的細化處理后的柵格數(shù)據(jù)，整理為從結點出發(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拓撲關系生成：對于矢量表示的邊界弧段，判斷其與原圖上各多邊形空間關系，形成完整的拓撲結構，并建立與屬性數(shù)據(jù)的聯(lián)系。去除多余點及曲線圓滑：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，以減少冗余。當前50頁，總共69頁。孤立點：8鄰城中沒有為1的象元。端點：8鄰城中只有一個為1的象元。結點：8鄰城中有三個或三個以上為1的象元。

點端點中間點結點

1.從左向右，從上向下搜索線劃起始點，并記下坐標。2.朝該點的8個方向追蹤點，若沒有，則本條線的追蹤結束，轉(1)進行下條線的追蹤；否則記下坐標。

3.把搜索點移到新取的點上，轉2。邊界線追蹤拓撲化當前51頁，總共69頁。數(shù)據(jù)格式轉換

空間數(shù)據(jù)格式的轉換和數(shù)據(jù)共享用于提高數(shù)據(jù)獲取和數(shù)據(jù)生產(chǎn)的效益，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的商品化和標準化。數(shù)據(jù)交換模式外部數(shù)據(jù)交換模式直接數(shù)據(jù)訪問模式數(shù)據(jù)互操作模式空間數(shù)據(jù)共享平臺模式當前52頁，總共69頁。GISA系統(tǒng)GISA的外部交換文件GISB的外部交換文件GISB系統(tǒng)優(yōu)點:易被接受;缺點:耗人力物力，難于實時更新。如MAPINFO的MIF/MID；

ARC/INFO的E00；

AUTCAD的DXF；

MGE的ASCIILoader間的交換隱含1.外部數(shù)據(jù)交換當前53頁，總共69頁。GISA系統(tǒng)GISB系統(tǒng)標準數(shù)據(jù)2.通過數(shù)據(jù)交換標準美國聯(lián)邦空間數(shù)據(jù)委員會在1992年頒布了美國空間數(shù)據(jù)交換標準SDTS（SpatialDataTransferStandard)中國的數(shù)據(jù)交換標準CNSDTS當前54頁，總共69頁。（1）空間數(shù)據(jù)的互操作空間數(shù)據(jù)的互操作具有理論性、前瞻性和實用性?？臻g數(shù)據(jù)的互操作的內涵：系統(tǒng)間可自由交換信息；在網(wǎng)絡環(huán)境下，可在異地，異種環(huán)境下相互通信和協(xié)作?？臻g數(shù)據(jù)的互操作是系統(tǒng)集成的基礎。3.制定出空間數(shù)據(jù)的互操作和OpenGIS協(xié)議當前55頁，總共69頁。

空間數(shù)據(jù)的互操作實質是制訂出一套各方均能接受的空間數(shù)據(jù)操作函數(shù)API，各廠商提出同API函數(shù)一致的驅動程序，使各方都能驅動對方的數(shù)據(jù)。標準API函數(shù)GIS系統(tǒng)A標準API函數(shù)GIS系統(tǒng)B當前56頁，總共69頁。GIS系統(tǒng)都有自己的內部數(shù)據(jù)結構和存儲形式，以表達、定義和存儲空間對象，使空間數(shù)據(jù)共享困難。實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享方法：1）通過數(shù)據(jù)交換實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享；2）OPENGIS實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享；3）采用數(shù)據(jù)共享平臺，C(Client)/S(server)體系結構，數(shù)據(jù)放在Server上，應用軟件放在Client上，使應用軟件的的數(shù)據(jù)更新能及時反映到數(shù)據(jù)庫中。但因采用了公共平臺，各軟件公司不愿丟掉自己的底層，這種共享要求SERVER管理大量基礎地理數(shù)據(jù)，其功能要強。(2)空間數(shù)據(jù)的共享當前57頁，總共69頁。圖幅拼接(a)拼接前；(b)拼接中的邊緣不匹配；(c)調整后的拼接結果6.6圖形拼接當前58頁，總共69頁。數(shù)字化過程經(jīng)常把一幅圖分成幾部分數(shù)字化;標準的地形圖是分幅的.1.原因2.步驟1)邏輯一致性的操作（屬性的一致）2)識別與檢索相鄰圖幅3)相鄰圖幅邊界點坐標數(shù)據(jù)的匹配（兩條線段的銜接）。4)相同屬性多邊形公共邊界的刪除當前59頁，總共69頁。數(shù)據(jù)壓縮的目的節(jié)省存貯空間節(jié)省處理時間6.7數(shù)據(jù)壓縮當前60頁，總共69頁。

每隔k個點取一點，或每隔一規(guī)定的距離取一點，但首末點一定要保留。這種方法可大量壓縮數(shù)字化使用連續(xù)方法獲取的點和柵格數(shù)據(jù)矢量化而得到的點，但不一定能恰當?shù)乇Ａ舴较蛏锨曙@著變化的點。1.間隔取點法這種方法是按垂距的限差選取符合或超過限差的點，其方法如圖所示。P2點的垂距大于限差，應保留；P3點的垂距小于限差，予以舍棄。2.垂距法P1

P2

P3

P4

曲線數(shù)據(jù)的壓縮當前61頁，總共69頁。這個方法是沿著邊界線，逐點計算通過當前點Pj的兩條直線Lj1和Lj2之間的夾角aj，其中Lj1是經(jīng)過Pj和Pj-k0兩點的直線，而Lj2是經(jīng)過Pj和Pj+k0這兩點的直線。若|aj|小于某一閾值a0，那么就認為Pj是一應保留點。3.合并法（偏角法）Pj-2PjPj+2αj當前62頁，總共69頁。這個方法可用以下幾步來描述：(1)在給定的曲線的兩端之間連一直線。(2)對曲線上每一點計算它與直線的垂直距離。若所有這些距離均小于某一閾值εo，那么就用它來表示原曲線。(3)若(2)中條件不滿足，含