第五講空間數(shù)據(jù)處理

第五講空間數(shù)據(jù)處理第1頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月第五講空間數(shù)據(jù)處理基本算法圖形編輯屬性編輯圖形的裁剪與合并圖幅接邊坐標變換投影變換矢柵轉(zhuǎn)換

第2頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月基本算法設(shè)在平面笛卡爾坐標系中的兩點a（x1，y1）和b（x2，y2）兩點的距離兩點的方向線不考慮線的方向考慮線的方向，怎么辦？第3頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月基本算法點到線目標的距離設(shè)有一直線段l，兩端點的坐標為（xA，yA）和（xB，yB）,另一給定點P的坐標為（xP，yP）。根據(jù)解析幾何可知直線方程為：

ax+by+c=0其中a=yB-yAb=xA-xBc=yAxB-xAyB

此種方法求得的為點到直線的垂直距離，垂足可能在線的延長線上，這不是我們所需要的？如何解決？第4頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月基本算法線的長度或者面的周長線目標的長度和面目標的周長，實際上是所有線段兩點之間距離的總和

面的面積是所有邊與X或者Y軸構(gòu)成的直角梯形的代數(shù)和

第5頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月基本算法多邊形的重心重心是分別求多邊形頂點x坐標和y坐標的平均值重心不一定是在多邊形內(nèi)，有時重心在多邊形外

第6頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月基本算法線相交（交點）設(shè)有兩條線段AB和CD，它們的端點坐標分別為（xA，yA），（xB，yB），（xC，yC），（xD，yD）

求出的交點可能不是在兩條線之間，而y在它們的延長線上也可能兩條線平行，而沒有交點如何解決？第7頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月基本算法曲線光滑處理張力樣條分段三次多項式分段圓弧切線方向內(nèi)插法五點法第8頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月基本算法曲線化簡（壓縮）

Douglas—Peucker壓縮效果好，但必須在對整條曲線數(shù)字化完成后才能進行，且計算量較大第9頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月基本算法曲線化簡（壓縮）垂距法每次順序取曲線上的三個點，計算中間點與其它兩點連線的垂線距離d，并與限差D比較。若d＜D，則中間點去掉；若d≥D，則中間點保留。然后順序取下三個點繼續(xù)處理，直到這條線結(jié)束。第10頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月基本算法曲線化簡（壓縮）光欄法定義一個扇形區(qū)域，通過判斷曲線上的點在扇形外還是在扇形內(nèi)，確定保留還是舍去。第11頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月基本算法平行線處理直線段的平行線若線段AB的斜率為k=tgα其中α是AB的方向角，則距AB為d的平行線與過A、B兩點法線的交點為A′、B′，則：其中（xa，ya），（xb，yb），（xa′，ya′），（xb′，yb′）分別是A、B、A′和B′的坐標。

第12頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月基本算法點在多邊形中的判斷點在多邊形內(nèi)的判別最直接的方法是鉛重線法或者說平行線法或者說射線法，即從需判別的點開始劃一任一方向的直線，（該直線可以是鉛直線或平行線），然后計算它所通過多邊形的交點，當交點的個數(shù)是奇數(shù)時，該點在多邊形內(nèi)，若是偶數(shù)，表明它在多邊形外

第13頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月基本算法點在多邊形中的判斷但是使用射線法有時候可能失效，產(chǎn)生判斷錯誤。當射線通過多邊形的拐點或某一條邊時，這時按統(tǒng)計通過多邊形邊界交點的奇偶數(shù)，產(chǎn)生錯誤的判斷結(jié)果第14頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月基本算法線與多邊形求交線與多邊形是否相交，需要判斷每條線段與多邊形的邊界線段是否有交點如果沒有任何交點，再判斷端點是在多邊形內(nèi)還是多邊形外，如果兩端點在多邊形外，線段又與多邊形不相交，則該線段相離多邊形，如果兩點都在多邊形內(nèi)，并且與多邊形邊界沒有交點，則該線段在多邊形內(nèi)如果有一個或多個交點，該線段與多邊形相交，部分在多邊形內(nèi)，部分在多邊形外即使兩個點都在多邊形內(nèi)如GH或都在多邊形外如IJ，它們都可能與多邊形相交所以判斷線與多邊形是否相交，僅判別端點是不夠的，必須判斷線狀目標的每一段與多邊形邊界的每一段是否有交點

第15頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月基本算法多邊形與多邊形相交判斷兩個多邊形是否相交需要判斷兩個多邊形邊界的所有線段相互之間是否有交點。如果沒有任何交點，它們可能相分離，也可以一個多邊形在另一個多邊形之內(nèi)兩個多邊形邊界線段只要存在一個交點則表明兩個多邊形相交如果它們公共一條邊界，則它們相鄰第16頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月基本算法區(qū)域填充種子法第17頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月基本算法區(qū)域填充掃描線法8第18頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月圖形編輯圖形編輯又叫數(shù)據(jù)編輯、數(shù)字化編輯，是指對地圖資料數(shù)字化后的數(shù)據(jù)進行編輯加工其主要的目的是在改正數(shù)據(jù)差錯的同時，相應地改正數(shù)字化資料的圖形圖形編輯是一交互處理過程，GIS具備的圖形編輯功能的要求是：1）具有友好的人機界面，即操作靈活、易于理解、響應迅速等；2）具有對幾何數(shù)據(jù)和屬性編碼的修改功能，如點、線、面的增加、刪除、修改等；3）具有分層顯示和窗口操作功能，便于用戶的使用。第19頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月圖形編輯點的選擇設(shè)光標點為S(x,y),某一點狀要素的坐標為A(X，Y)可設(shè)一捕捉半徑D(通常為3～5個象素，這主要由屏幕的分辯率和屏幕的尺寸決定)若S和A的距離d小于D則認為捕捉成功，即認為找到的點是A，否則失敗，繼續(xù)搜索其它點。乘方運算影響了搜索的速度，因此，把距離d的計算改為：捕捉范圍由圓改為矩形，這可大大加快搜索速度。

第20頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月圖形編輯線的選擇設(shè)光標點坐標為S(x,y)，D為捕捉半徑，線的坐標為(x1,y1),(x2,y2),…(xn,yn)。通過計算S到該線的每個直線段的距離d。.

若min(d1,d2,…dn-1)＜D，則認為光標S捕捉到了該條線，否則為未捕捉到。第21頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月圖形編輯面的選擇實際上就是判斷光標點S(x,y)是否在多邊形內(nèi)，若在多邊形內(nèi)則說明捕捉到。垂線法垂線法的基本思想是從光標點引垂線(實際上可以是任意方向的射線)，計算與多邊形的交點個數(shù)。若交點個數(shù)為奇數(shù)則說明該點在多邊形內(nèi)；若交點個數(shù)為偶數(shù)，則該點在多邊形外。加快速度的方法：找出該多邊形的外接矩形，若光標點落在該矩形中，才有可能捕捉到該面，否則放棄對該多邊形的進一步計算和判斷。第22頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月圖形編輯結(jié)點咬合－結(jié)點匹配結(jié)點移動用鼠標拉一個矩形，落入在這矩形內(nèi)的結(jié)點坐標符合成一致，即求它們的中點坐標通過求交點的方法自動匹配第23頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月圖形編輯結(jié)點與線的咬合在數(shù)字化過程中，經(jīng)常遇到一個結(jié)點與一個線狀目標的中間相交，這時由于測量誤差，它也可能不完全交于線目標上，而需要進行編輯，稱為結(jié)點與線的咬合結(jié)點移動線段求交自動編輯的方法第24頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月圖形編輯偽結(jié)點的刪除由僅有兩個線目標相關(guān)聯(lián)的結(jié)點稱為假結(jié)點有些系統(tǒng)要將這種假結(jié)點清除掉，有些系統(tǒng)并不要求清除假結(jié)點這些所謂的假結(jié)點并不影響空間查詢、空間分析和制圖方法：線段或者弧斷合并需要考慮兩種情況A、要求坐標一致，而不建立拓撲關(guān)系；如高架橋（不需打斷，直接移動）B、不僅坐標一致，且要建立之間的空間關(guān)聯(lián)關(guān)系；如道路交叉口（需要打斷）第25頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月圖形編輯偽結(jié)點的刪除由僅有兩個線目標相關(guān)聯(lián)的結(jié)點稱為假結(jié)點有些系統(tǒng)要將這種假結(jié)點清除掉，有些系統(tǒng)并不要求清除假結(jié)點這些所謂的假結(jié)點并不影響空間查詢、空間分析和制圖方法：線段或者弧斷合并第26頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月圖形編輯刪除與增加結(jié)點第27頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月圖形編輯移動一個結(jié)點第28頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月圖形編輯刪除一條弧斷第29頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月圖形編輯數(shù)據(jù)檢查與清理第30頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月圖形編輯RedoandUndo對于一個實用的地理信息系統(tǒng)軟件，Undo與Redo功能是必要的然而這一功能的實現(xiàn)對于空間數(shù)據(jù)的編輯來說是相當困難的因為它不象字處理系統(tǒng)那樣，在進行文本編輯時只要記錄編輯操作和編輯的字符即可進行Undo與Redo這里除了要記錄編輯的操作和編輯目標的空間坐標以外，還要記錄它的目標標識，以及空間拓撲關(guān)系第31頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月屬性編輯類似于關(guān)系數(shù)據(jù)庫的編輯第32頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月圖形的裁剪矩形裁剪排除沒有交點的方法第33頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月圖形的裁剪矩形裁剪求交第34頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月圖形的裁剪多邊形裁剪第35頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月圖形的裁剪多邊形裁剪逐邊裁剪法第36頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月圖形的合并線線合并方法面面合并方法P1P2

P第37頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月圖幅接邊由于空間數(shù)據(jù)采集的誤差和人工操作的誤差，兩個相鄰圖幅的地圖的空間數(shù)據(jù)在結(jié)合處可能出現(xiàn)邏輯裂隙與幾何裂隙。邏輯裂隙指的是當一個地物在一幅圖的數(shù)據(jù)文件中具有地物編碼A，而在另一幅圖的數(shù)據(jù)文件中卻具有地物編碼B，或者同一個物體在這兩個數(shù)據(jù)文件中具有不同的屬性信息，如公路的寬度，等高線的高程等。幾何裂隙指的是由數(shù)據(jù)文件邊界分開的一個地物的兩部分不能精確地銜接。在地理信息系統(tǒng)和機助制圖中，需要把單獨數(shù)字化的相鄰圖幅的空間數(shù)據(jù)在邏輯上和幾何上融成一個連續(xù)一致的數(shù)據(jù)體圖幅接邊包括幾何接邊和邏輯接邊第38頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月圖幅接邊幾何接邊調(diào)出需要接邊的兩幅或多幅圖數(shù)據(jù)，以其中的一個作為活動圖幅（或稱活動工作區(qū)），其它圖幅的作為參考，沿圖幅的邊緣選取一定范圍例如5厘米的空間目標。這些目標（主要是弧段）一般都終結(jié)于圖廓邊附近，以活動工作區(qū)的目標為基準，根據(jù)圖廓邊上弧段的結(jié)點坐標查找相鄰圖幅對應弧段，如果它們的地物編碼相同，結(jié)點坐標在一定的容差范圍內(nèi)，則將兩邊的結(jié)點坐標取中數(shù)自動吻合，空間關(guān)系不變。如果地物編碼不同，或超過接邊的匹配容差，則需要進行人工編輯與接邊

超限需人工接邊第39頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月圖幅接邊邏輯接邊邏輯接邊包括兩方面的含義，一是檢查同一目標在相鄰圖幅的地物編碼和屬性賦值是否一致，如果不一致，則進行人工編輯修改。這種邏輯接邊容易處理。另一種邏輯接邊的含義是將同一目標在相鄰圖幅的空間實體數(shù)據(jù)在邏輯上連在一起。例如長江可能跨越多個圖幅，當要進行查詢時，點取到某幅圖的一段目標時要能夠同時將多幅圖內(nèi)的長江一起顯示出來，這就要在邏輯上建立某種聯(lián)系。否則，由于每幅圖的數(shù)據(jù)是單獨存貯（見第六章），一般來說只能查詢到該圖幅內(nèi)的空間數(shù)據(jù)（全關(guān)系型無縫數(shù)據(jù)庫除外）。第40頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月圖幅接邊邏輯接邊為了進行空間目標的邏輯接邊，可以有兩種方案，一種是在圖幅數(shù)據(jù)文件的上一層，將有邏輯聯(lián)系的空間目標，建立一個新的文件，即索引到它在每幅圖的子目標，并建立雙向指針（目標標識）。當在某一幅圖點取子目標時，通過指針，指向上一層總目標文件的記錄，這一條記錄記錄了所有該目標的子目標的目標標識，通過它即可顯示整個目標

第41頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月圖幅接邊邏輯接邊邏輯接邊的另外一種方法是不建立總目標文件，也不在每幅圖的空間目標的數(shù)據(jù)文件中為邏輯接邊的子目標建立索引，而是通過空間操作的方法，根據(jù)每個關(guān)鍵字如“長江”，讓系統(tǒng)自動在周邊圖幅的文件中搜索到同一目標，從而在效果上，等同于建立了跨圖幅空間目標的邏輯關(guān)系。

第42頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月坐標變換產(chǎn)生原因：坐標系的不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)變形、地圖投影的差異等。實質(zhì)是建立兩個平面點之間的一一對應關(guān)系。包括幾何糾正和投影轉(zhuǎn)換。第43頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月坐標變換相似變換設(shè)XOY為新的平面直角坐標系如地面大地坐標系，xoy為舊的平面直角坐標系如數(shù)字化儀坐標系，兩坐標系之間的坐標軸夾角為，0′相對于XOY坐標系原點的平移距離為A0，B0，兩坐標系之間坐標的比例因子為m，則根據(jù)坐標變換原理，可寫出變換公式為：X=m（xcos-ysin）+A0Y=m（xsin+ycos）+B0

第44頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月坐標變換仿射變換

如果坐標在X、Y方向的比例因子不一致，或者說圖紙存在仿射變形，此時需要采用仿射變換公式。令m1和m2分別表示X和Y方向的比例尺，則變換公式為：X=（m1cosα）x-（m1sinα）y+A0Y=（m2sinα）x+（m2cosα）y+B0第45頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月其他高次變換：X=A0+A1x+A2y+A11x2+A12xy+A22y2+AY=B0+B1x+B2x+B11x2+B12xy+B22y2+B二次變換X=A0+A1x+A2y+A11x2+A12xy+A22y2Y=B0+B1x+B2x+B11x2+B12xy+B22y2坐標變換第46頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月當系統(tǒng)所使用的數(shù)據(jù)是來自不同地圖投影的圖幅時，必須按需求統(tǒng)一地圖投影，需要進行地圖投影變換?；驹恚篨=f1(x,y)Y=f2(x,y)投影變換第47頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月基本方法：解析變換法：找出兩投影間的解析計算公式正解變化法:又稱直接變換法,是通過兩種投影之間的嚴密數(shù)學解析關(guān)系，直接由一種投影的數(shù)字化坐標精確變化到令一種投影的坐標反解變換法：又稱間接變化法，以地理坐標（φ，λ）為中間媒介，先將一種投影坐標反解出地理坐標，然后再將其地理坐標代入另一種投影的坐標計算公式中，計算出新的投影坐標x,yφ,λX,Y解析關(guān)系式解析關(guān)系式x,yX,Y解析關(guān)系式投影變換第48頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月基本方法：數(shù)值變換法：通過選擇若干個兩種投影之間的同名點，采用多項式逼近的方法來建立連著之間的關(guān)系，從而實