第3部分地理空間數(shù)據(jù)的獲取與處理

1、第三部分 地理空間數(shù)據(jù)的獲取與處理（一）1第九章 地理空間數(shù)據(jù)獲取 數(shù)據(jù)的獲取與處理是建設(shè)GIS工程的基礎(chǔ)工作。因空間數(shù)據(jù)的來源不同，數(shù)據(jù)存在的類型和格式不同，數(shù)據(jù)的獲取方法是不同的。由于數(shù)據(jù)在獲取過程都不同程度的存在錯誤或誤差，以及空間數(shù)據(jù)庫對數(shù)據(jù)組織管理的需要，都需要對數(shù)據(jù)進行編輯和處理。2第一節(jié) 數(shù)據(jù)源的種類 數(shù)據(jù)源是指建立GIS的地理數(shù)據(jù)庫所需的各種數(shù)據(jù)的來源，主要包括地圖、遙感圖像、文本資料、統(tǒng)計資料、實測數(shù)據(jù)、多媒體數(shù)據(jù)、已有系統(tǒng)的數(shù)據(jù)等?？蓺w納為原始采集數(shù)據(jù)、再生數(shù)據(jù)和交換數(shù)據(jù)三種來源。34 GIS需要的數(shù)據(jù)源不同數(shù)據(jù)源的獲取方法、設(shè)備、精度和成本。5第一節(jié) 數(shù)據(jù)源的種類一、地圖

2、數(shù)據(jù) 地圖數(shù)據(jù)是GIS的主要數(shù)據(jù)源，因為地圖包含著豐富的內(nèi)容，不僅含有實體的類別和屬性，而且含有實體間的空間關(guān)系。地圖數(shù)據(jù)主要通過對地圖的跟蹤數(shù)字化和掃描數(shù)字化獲取。地圖數(shù)據(jù)不僅可以作宏觀的分析(用小比例尺地圖數(shù)據(jù))，而且可以作微觀的分析(用大比例尺地圖數(shù)據(jù))。在使用地圖數(shù)據(jù)時，應(yīng)考慮到地圖投影所引起的變形，在需要時進行投影變換，或轉(zhuǎn)換成地理坐標。6第一節(jié) 數(shù)據(jù)源的種類地圖數(shù)據(jù)主要用于生成DLG、DRG數(shù)據(jù)或DEM數(shù)據(jù)。7第一節(jié) 數(shù)據(jù)源的種類二、遙感數(shù)據(jù)（影像數(shù)據(jù)） 遙感數(shù)據(jù)（影像數(shù)據(jù)）是GIS的重要數(shù)據(jù)源。遙感數(shù)據(jù)含有豐富的資源與環(huán)境信息，在GIS支持下，可以與地質(zhì)、地球物理、地球化學、地球

3、生物、軍事應(yīng)用等方面的信息進行信息復(fù)合和綜合分析。遙感數(shù)據(jù)是一種大面積的、動態(tài)的、近實時的數(shù)據(jù)源，遙感技術(shù)也是GIS數(shù)據(jù)更新的重要手段。遙感數(shù)據(jù)(影象數(shù)據(jù))用于提取線劃數(shù)據(jù)和生成數(shù)字正射影象數(shù)據(jù)（DOM）、DEM數(shù)據(jù)。8第一節(jié) 數(shù)據(jù)源的種類三、文本資料 文本資料是指各行業(yè)、各部門的有關(guān)法律文檔、行業(yè)規(guī)范、技術(shù)標準、條文條例等，如邊界條約等。這些也屬于GIS的數(shù)據(jù)。9第一節(jié) 數(shù)據(jù)源的種類四、統(tǒng)計資料 國家和軍隊的許多部門和機構(gòu)都擁有不同領(lǐng)域(如人口、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、兵要地志等)的大量統(tǒng)計資料，這些都是GIS的數(shù)據(jù)源，尤其是GIS屬性數(shù)據(jù)的重要來源。10第一節(jié) 數(shù)據(jù)源的種類五、實測數(shù)據(jù) 野外試驗、實

4、地測量等獲取的數(shù)據(jù)可以通過轉(zhuǎn)換直接進入GIS的地理數(shù)據(jù)庫，以便于進行實時的分析和進一步的應(yīng)用，如通過物探得到的地下管線數(shù)據(jù)。GPS(全球定位系統(tǒng))所獲取的數(shù)據(jù)也是GIS的重要數(shù)據(jù)源。11第一節(jié) 數(shù)據(jù)源的種類六、多媒體數(shù)據(jù) 多媒體數(shù)據(jù)(包括聲音、錄像等)通?？赏ㄟ^通訊口傳入GIS的地理數(shù)據(jù)庫中，目前其主要功能是輔助GIS的分析和查詢。12第一節(jié) 數(shù)據(jù)源的種類七、已有系統(tǒng)的數(shù)據(jù) GIS還可以從其它已建成的信息系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫中獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)。由于規(guī)范化、標準化的推廣，不同系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)共享和可交換性越來越強。這樣就拓展了數(shù)據(jù)的可用性，增加了數(shù)據(jù)的潛在價值。13第一節(jié) 數(shù)據(jù)源的種類上述這些數(shù)據(jù)經(jīng)地理信息系

5、統(tǒng)數(shù)字化和編輯后，形成不同格式和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)集。數(shù)據(jù)集是一個結(jié)構(gòu)化的相關(guān)數(shù)據(jù)的集合體，包括數(shù)據(jù)本身和數(shù)據(jù)間的聯(lián)系。數(shù)據(jù)集獨立于應(yīng)用程序而存在，是數(shù)據(jù)庫的核心和管理對象。GIS 的主要數(shù)據(jù)集，包括數(shù)字線劃數(shù)據(jù)（DLG）、數(shù)字掃描數(shù)據(jù)（DRG）、影像數(shù)據(jù)（DOM）、數(shù)字高程數(shù)據(jù)（DEM）和屬性數(shù)據(jù)（包括社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)）、專業(yè)領(lǐng)域數(shù)據(jù)。14第二節(jié) 數(shù)據(jù)采集的方法 空間數(shù)據(jù)采集的任務(wù)是將現(xiàn)有的地圖、外業(yè)觀測成果、航空像片、遙感圖像、文本資料等轉(zhuǎn)換成GIS可以處理與接收的數(shù)字形式，通常要經(jīng)過驗證、修改、編輯等處理。 15第二節(jié) 數(shù)據(jù)采集的方法不同類型的數(shù)據(jù)輸入需要用到不同的設(shè)備。例如，對于文本數(shù)據(jù)通常用

6、交互的方式通過鍵盤錄入，也可用掃描儀掃描后用字符識別軟件自動錄入；對于矢量地圖數(shù)據(jù)，可用平板數(shù)字化儀，采用手扶跟蹤的方法輸入，也可用掃描儀掃描成圖像后，用柵格數(shù)據(jù)矢量化的方法自動追蹤輸入，等等。GIS軟件的這一部分還應(yīng)具有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝載的功能，即能把其它GIS或?qū)ｎ}數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)通過轉(zhuǎn)換裝載到當前的GIS系統(tǒng)中。 16第二節(jié) 數(shù)據(jù)采集的方法在空間數(shù)據(jù)的采集過程中，有些數(shù)據(jù)的采集結(jié)果本身就是數(shù)字數(shù)據(jù)，它們只需通過軟件進行格式轉(zhuǎn)換即可。如遙感影像經(jīng)圖象處理系統(tǒng)處理和解譯后得到的數(shù)字結(jié)果，數(shù)字測圖成果也一般是以CAD格式存在，實測的數(shù)據(jù)一般也是以數(shù)字形式記錄的，多媒體數(shù)據(jù)、已有系統(tǒng)的數(shù)據(jù)等本身就是數(shù)字

7、形式，它們經(jīng)過格式轉(zhuǎn)換，進行數(shù)據(jù)編輯和處理后，即可滿足GIS數(shù)據(jù)庫建庫的需要。而屬性數(shù)據(jù)則主要是通過鍵盤或讀取文件的方法輸入，方法比較簡單。這里主要介紹圖形數(shù)據(jù)的兩種輸入方法，即手扶跟蹤數(shù)字化和掃描矢量化方法。17第二節(jié) 數(shù)據(jù)采集的方法一、圖形數(shù)據(jù)的手扶跟蹤數(shù)字化輸入 紙質(zhì)地形圖可以通過數(shù)字化儀方式輸入。數(shù)字化儀由電磁感應(yīng)板、游標和相應(yīng)的電子線路組成。數(shù)字化儀的幅面有A0 ，A1 ，A3 ，A4等。18 矢量數(shù)據(jù)的數(shù)字化儀輸入手扶跟蹤數(shù)字化儀示意圖 19第二節(jié) 數(shù)據(jù)采集的方法 數(shù)字化的過程是先將圖件固定在數(shù)字化儀上，首先數(shù)字化圖幅范圍的至少四個控制點的坐標，用于進行數(shù)字化儀的坐標到指定的GIS

8、數(shù)據(jù)庫建庫時定義的坐標的轉(zhuǎn)換。隨后即可輸入圖中的其它圖形數(shù)據(jù)。 數(shù)字化儀數(shù)字化的精度與采集點的密度、控制點的精度、數(shù)字化的操作技術(shù)、圖紙的變形以及數(shù)字化儀自身的精度有關(guān)。 20第二節(jié) 數(shù)據(jù)采集的方法GIS數(shù)字化軟件主要提供以下的功能：1、圖幅信息錄入和管理功能 即對所需數(shù)字化的地圖的比例尺、圖幅號、成圖時間、坐標系統(tǒng)、投影等信息進行錄入和管理。這是所采集的矢量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)質(zhì)量的基本依據(jù)。21第二節(jié) 數(shù)據(jù)采集的方法2、特征碼清單設(shè)置 特征碼清單是指安放在數(shù)字化儀臺面或屏幕上的由圖例符號構(gòu)成的格網(wǎng)狀清單，每種類型的符號占居清單中的一格。 3、數(shù)字化鍵值設(shè)置 即設(shè)置數(shù)字化標識器上各按鍵的功能，以符合用

9、戶的習慣。4、數(shù)字化參數(shù)定義 主要是指系統(tǒng)應(yīng)能選定不同類型的數(shù)字化儀，并確定數(shù)字化儀與主機的通訊接口。22第二節(jié) 數(shù)據(jù)采集的方法5、數(shù)字化方式的選擇 主要是指選擇點方式還是流方式等進行數(shù)字化。6、控制點輸入功能 能提示用戶輸入控制點坐標，以便于進行隨后的幾何糾正。231234控制點的數(shù)量與分布24 矢量數(shù)據(jù)的數(shù)字化儀輸入地圖數(shù)字化的主要問題：數(shù)字化過程，地圖可能會伸縮變形，影響精度。地圖自身存在錯誤。相鄰地圖可能存在接邊處理的問題25 矢量數(shù)據(jù)的數(shù)字化儀輸入數(shù)字化過程可能產(chǎn)生的錯誤26第二節(jié) 數(shù)據(jù)采集的方法 二、空間數(shù)據(jù)的掃描儀輸入 紙質(zhì)地形圖或像片可以通過掃描儀數(shù)字化。掃描儀是直接把圖形（地

10、形圖）和圖像（遙感影像、照片）掃描輸入到計算機，以像素信息進行存儲表示的設(shè)備。27第二節(jié) 數(shù)據(jù)采集的方法28地理數(shù)據(jù)的掃描輸入掃描儀用于轉(zhuǎn)換地圖或影像到GIS為柵格格式。有黑白和彩色之分。機械掃描儀，也成滾筒掃描儀。圖34（ a ）視頻掃描儀，不精確，但便宜。圖34（ b）CCD相機，比視頻掃描儀穩(wěn)定和精確。圖34（ c ）CCD掃描儀，精確但昂貴。圖34（ d ）29 地理數(shù)據(jù)的掃描輸入30 地理數(shù)據(jù)的掃描輸入31第二節(jié) 數(shù)據(jù)采集的方法掃描儀的掃描過程是，先對掃描儀的參數(shù)進行設(shè)置，對地形圖一般采用二值掃描，或灰度掃描。對彩色航空影像或衛(wèi)星像片采用彩色掃描，對黑白航空像片或衛(wèi)片采用灰度掃描；再

11、對分辨率進行設(shè)置，根據(jù)掃描要求，地形圖一般采用300dpi或更高分辨率掃描；針對特殊需要，有時還需要調(diào)整亮度、對比度、色調(diào)等；最后設(shè)置掃描范圍。完成掃描后，即可獲得某個地區(qū)的掃描柵格數(shù)據(jù)。 掃描得到柵格數(shù)據(jù)后，如果需要線劃圖，還需要使用矢量化軟件進行處理，得到線劃數(shù)據(jù)。32第二節(jié) 數(shù)據(jù)采集的方法矢量化軟件提供的主要功能為：1、地圖掃描輸入功能 即能使用各種掃描儀把地圖掃描數(shù)字化為柵格數(shù)據(jù)。2、圖像格式轉(zhuǎn)換和圖像編輯功能 能接受不同格式的柵格數(shù)據(jù)，并具有基本的圖像編輯功能。3、彩色地圖圖像數(shù)據(jù)的分版功能 能夠?qū)⑺鶔呙璧牟噬貓D圖像分成不同要素版的圖像數(shù)據(jù)，以便于跟蹤和識別。33第二節(jié) 數(shù)據(jù)采集的

12、方法4、線狀要素的矢量化功能 能夠?qū)€狀要素進行細化、斷線修復(fù)、跟蹤，也即具有自動提取線狀要素中心線的功能。由于目前的自動化程度還不夠高，經(jīng)常需要進行人機交互，諸如在多條線的交叉點找到粘連及斷開處，原實體連續(xù)擔圖形中斷處（橋下河，橋中路），需人機交互指明繼續(xù)追蹤的方向。34第二節(jié) 數(shù)據(jù)采集的方法5、點狀符號和注記的自動識別功能 應(yīng)該能對點狀符號和注記字進行自動識別，但完全自動化目前仍有困難，因此，有時需要人工在屏幕上進行數(shù)字化。35第二節(jié) 數(shù)據(jù)采集的方法6、屬性編碼的自動賦值 應(yīng)能對已數(shù)字化的要素自動根據(jù)其符號特征賦以相應(yīng)的編碼(包括等高線的高程)。這方面目前還需要較多的人機交互。36第二節(jié)

13、數(shù)據(jù)采集的方法7、圖幅信息錄入與管理功能 同地圖跟蹤數(shù)字化一樣，地圖掃描數(shù)字化也需要錄入圖幅信息，以便于管理和質(zhì)量控制。37第二節(jié) 數(shù)據(jù)采集的方法8、要素編碼設(shè)置功能 為了能進行屬性編碼的自動賦值，以及人機交互地進行屬性編碼賦值，都必須針對不同的要求進行地圖要素的編碼設(shè)置。9、控制點輸入功能 為了進行數(shù)字化后的數(shù)據(jù)糾正，必須具有控制點輸入功能。38第十章 空間數(shù)據(jù)的編輯 GIS軟件的數(shù)據(jù)編輯工作主要是幾何糾正、圖形和文本數(shù)據(jù)的編輯、圖幅的拼接、拓撲關(guān)系的生成等，即完成GIS的空間數(shù)據(jù)在裝入GIS的地理數(shù)據(jù)庫前的各種工作。39第一節(jié) 圖形數(shù)據(jù)的編輯地圖數(shù)字化后，會存在一些問題，有的問題是數(shù)字化錯

14、誤造成的，有的是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義所必須修改的。通過圖形數(shù)據(jù)的編輯就是解決這些問題，滿足數(shù)據(jù)庫建庫的需要。40第一節(jié) 圖形數(shù)據(jù)的編輯一、結(jié)點的編輯 結(jié)點是線（弧段）目標的端點，在GIS中有著重要地位。編輯相當部分是針對結(jié)點進行的。通過移動結(jié)點或結(jié)點粘合，可以解決（a）、（d）、（ f ）等問題。偽結(jié)點是同一條弧段之間的多余結(jié)點，刪除即可，或者將兩段弧段合并。結(jié)點超出可以通過移動結(jié)點或刪除懸掛弧段解決。 41第一節(jié) 圖形數(shù)據(jù)的編輯常見的編輯問題 42第一節(jié) 圖形數(shù)據(jù)的編輯二、線（?。┑木庉?直線懸空相交問題，在早期的GIS中，需通過增加結(jié)點解決。在面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)中，可以不處理。刪除角點、增加結(jié)點均會改

15、變線的形狀。跑線問題則需要重新數(shù)字化。43第一節(jié) 圖形數(shù)據(jù)的編輯三、多邊形編輯 碎多邊形問題一般需要重新數(shù)字化，不嚴重時，可取中線。奇異多邊形需要先打斷弧段，再刪除多余部分。對于多余小多邊形，刪除即可。對于（m）、（n）、（o）的情況，一般執(zhí)行編輯軟件的相應(yīng)功能即可實現(xiàn)。44第一節(jié) 圖形數(shù)據(jù)的編輯總之，編輯遇到的圖形問題可能是復(fù)雜的，它們并不能明顯被區(qū)分是點、線或面的問題，需要一系列的操作才能解決。45第二節(jié) 圖形數(shù)據(jù)的幾何糾正地圖在數(shù)字化時可能產(chǎn)生整體的變形，歸納起來主要有仿射變形、相似變形和透視變形。圖紙的變形常常產(chǎn)生前兩種變形，直接從沒有經(jīng)過幾何變換的航空影像上提取的圖形信息，會產(chǎn)生透視

16、變形。另外一種情況是，當把數(shù)字化儀坐標、掃描影像坐標變換到投影坐標系，或兩種不同的投影坐標系之間進行變換時，也需要進行仿射變換或相似變換。4647不均勻縮放傾斜旋轉(zhuǎn)平移4849第二節(jié) 圖形數(shù)據(jù)的幾何糾正1、相似變換 相似變換主要解決兩個坐標系之間的變換。如數(shù)字化儀坐標到投影坐標系的變換。當兩個坐標系存在夾角，坐標原點需要平移，兩坐標軸之間具有相同的比例因子時，變換公式為： 計算這種變換，至少需要對應(yīng)坐標系的兩個對應(yīng)控制點計算四個變換參數(shù)即可。50第二節(jié) 圖形數(shù)據(jù)的幾何糾正2、仿射變換 如果存在坐標在X，Y方向的比例因子不一致，如圖紙存在仿射變形，就需要采用仿射變換。仿射變換的公式為： 計算這種

17、變換，至少需要對應(yīng)坐標系的三個對應(yīng)控制點計算六個變換參數(shù)即可。51仿射變換的例子52第二節(jié) 圖形數(shù)據(jù)的幾何糾正3、透視變換 如果圖形存在透視變形，就需要進行透視變換。透視變換的公式為： 其中， 分別為影像的攝影比例尺和攝影機主距。計算這種變換，至少需要對應(yīng)坐標系的五個對應(yīng)控制點計算十個變換參數(shù)即可。53第三節(jié) 圖幅的拼接為了建立無縫圖層，需要將分幅數(shù)字化的地圖進行合并，使它在空間上是連續(xù)的。由于數(shù)據(jù)采集和人工操作的誤差，兩個相鄰圖幅的地圖的空間圖形數(shù)據(jù)在接合處出現(xiàn)幾何裂縫或邏輯裂縫 無論是建立邏輯無縫圖層，還是建立物理無縫圖層，幾何裂縫都必須消除。5455拼接的例子（APPEND/MERGE）

18、56相鄰圖幅的幾何接邊過程（邊界匹配） 57接邊的例子58消除幾何裂縫的方法是對接合處不能很好吻合的圖形，通過移動結(jié)點或結(jié)點粘合的方法使之在空間位置上取得一致。一般是以其中的一幅地圖作參考，移動另一幅圖上的目標。如果差距較大，各自移動一半。完成幾何接邊后，還要檢查屬性賦值是否一致。若不一致，則需改正過來。最后根據(jù)軟件提供的功能，實現(xiàn)圖幅的合并。59邊界匹配的例子60第四節(jié) 拓撲關(guān)系的編輯多數(shù)情況下拓撲關(guān)系的建立可由GIS軟件自動生成。特殊情況下，需要人工對拓撲關(guān)系進行人工修改，如建立管網(wǎng)或路網(wǎng)數(shù)據(jù)的分析網(wǎng)絡(luò)時，就需要對結(jié)點、管段的方向等進行編輯。616263第四節(jié) 拓撲關(guān)系的編輯一個支持管網(wǎng)分

19、析的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型，由幾何網(wǎng)絡(luò)和邏輯網(wǎng)絡(luò)兩部分組成。幾何網(wǎng)絡(luò)，由線性系統(tǒng)的一組特征組成，是邊界和連接點的集合。邊界和連接點稱為網(wǎng)絡(luò)特征元素。表現(xiàn)為圖形和屬性表 6465第四節(jié) 拓撲關(guān)系的編輯邏輯網(wǎng)絡(luò)，是與幾何網(wǎng)絡(luò)相聯(lián)系的，定義非圖形化的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系。它與幾何網(wǎng)絡(luò)最大的區(qū)別是沒有坐標、沒有特征，但有元素。元素是與特征相聯(lián)系的，編輯特征，影響元素。邏輯網(wǎng)絡(luò)表現(xiàn)為聯(lián)系表格。 66第四節(jié) 拓撲關(guān)系的編輯交通系統(tǒng)的幾何網(wǎng)絡(luò) 交通系統(tǒng)的邏輯網(wǎng)絡(luò) Yan 11.967第四節(jié) 拓撲關(guān)系的編輯1、簡單邊界的連接 當幾何網(wǎng)絡(luò)的邊界連接關(guān)系較簡單時，可以直接建立邏輯網(wǎng)絡(luò)如圖（a），有時也需要對管段進行簡單的分割處理，如圖

20、（b）的情況，將一根管段通過結(jié)點簡單分為三個管段。 68第四節(jié) 拓撲關(guān)系的編輯簡單邊界連接處理 69第四節(jié) 拓撲關(guān)系的編輯2、復(fù)雜邊界連接 構(gòu)成邏輯網(wǎng)絡(luò)的管段不能簡單分為三段，需定義子管段與主管段的關(guān)系。 70第四節(jié) 拓撲關(guān)系的編輯復(fù)雜邊界連接處理 71第四節(jié) 拓撲關(guān)系的編輯3、復(fù)雜的連接點 對于復(fù)雜的連接點，需要進行幾何和邏輯上的處理。 72第四節(jié) 拓撲關(guān)系的編輯 4、流向定義 對于具有流向的線特征，需要定義流向。有時可以通過改變結(jié)點的順序?qū)崿F(xiàn)。73 5、網(wǎng)絡(luò)其他屬性定義 在進行網(wǎng)絡(luò)分析時，需要定義網(wǎng)絡(luò)元素的權(quán)重（消費代價）、網(wǎng)絡(luò)標志點（網(wǎng)絡(luò)分析路線的必經(jīng)點）、網(wǎng)絡(luò)障礙點（網(wǎng)絡(luò)元素失效的位置

21、）等。74第五節(jié) 文本數(shù)據(jù)的編輯文本數(shù)據(jù)主要是對屬性表數(shù)據(jù)和注記數(shù)據(jù)。對屬性表的數(shù)據(jù)的編輯主要是查找屬性錯誤，把它改正過來。對注記數(shù)據(jù)主要是檢查注記的錯誤、注記文本的字型、風格等。屬性表數(shù)據(jù)的錯誤主要通過屬性查詢檢查。如分類碼的錯誤可通過分類檢索和符號、顏色填充發(fā)現(xiàn)。發(fā)現(xiàn)文本數(shù)據(jù)錯誤，使用軟件提供的工具把它們改正過來。75屬性數(shù)據(jù)輸入的例子（字段定義，輸入）注記的例子76第三部分 地理空間數(shù)據(jù)的獲取與處理(二)77第十一章 空間數(shù)據(jù)的處理方法GIS中空間數(shù)據(jù)的處理方法涉及圖形數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)。其中關(guān)于圖形方面的算法主要來自計算機圖形學，柵格數(shù)據(jù)的處理方法主要來自圖象處理或遙感圖象處理原理與方法等

22、。這里主要介紹拓撲關(guān)系的自動生成算法、空間數(shù)據(jù)的壓縮算法、空間數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換、矢量和柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等。78第一節(jié) 圖形屏幕編輯的基本操作算法圖形編輯的關(guān)鍵是點、線、面的捕捉，即如何根據(jù)光標的位置找到需要編輯的要素，以及圖形編輯的數(shù)據(jù)組織。下面分別作簡要介紹。79第一節(jié) 圖形屏幕編輯的基本操作算法一、點的捕捉算法 圖形編輯是在計算機屏幕上進行的，因此首先應(yīng)把圖幅的坐標轉(zhuǎn)換為當前屏幕狀態(tài)的坐標系和比例尺。設(shè)光標點為S(x，y)，圖幅上某一點狀要素的坐標為A(X，Y)，則可設(shè)一捕捉半徑D(通常為35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

23、，否則失敗，繼續(xù)搜索其它點。 80第一節(jié) 圖形屏幕編輯的基本操作算法二、線的捕捉算法 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di 。在實際的捕捉中，可每計算一個距離di就進行一次比較，若diD，則捕捉成功，不需再進行下面直線段到點S的距離計算了。 81第一節(jié) 圖形屏幕編輯的基本操作算法 為了加快線捕捉的速度，可以把不可能被光標捕捉到的線以簡單算法去除。如圖，對一條線可求出其最大最小坐標值Xmin，Ymin，Xmax，Ymax，對由此構(gòu)成的矩形再向外擴D的距離，若光標點S落在該矩形內(nèi)，才可能捕捉到該

24、條線，因而通過簡單的比較運算就可去除大量的不可能捕捉到的情況。 82第一節(jié) 圖形屏幕編輯的基本操作算法對于線段與光標點也應(yīng)該采用類似的方法處理。即在對一個線段進行捕捉時，應(yīng)先檢查光標點是否可能捕捉到該線段。即對由線段兩端點組成的矩形再往外擴D的距離，構(gòu)成新的矩形，若S落在該矩形內(nèi)，才計算點到該直線段的距離，否則應(yīng)放棄該直線段，而取下一直線段繼續(xù)搜索。 83第一節(jié) 圖形屏幕編輯的基本操作算法可以看出計算量較大，速度較慢，因此可按如下方法計算。即從S(x，y)向線段(x1,y1)(x2,y2)作水平和垂直方向的射線，取dx，dy的最小值作為S點到該線段的近似距離。由此可大大減小運算量，提高搜索速度

25、。計算方法為：84第一節(jié) 圖形屏幕編輯的基本操作算法三、面的捕捉算法 面的捕捉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。判斷點是否在多邊形內(nèi)的算法主要有垂線法或轉(zhuǎn)角法，這里介紹垂線法。85第一節(jié) 圖形屏幕編輯的基本操作算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。86第一節(jié) 圖形屏幕編輯的基本操作算法為了加速搜索速度，可先找出該多邊形的外接矩形，即由該多邊形的最大最小坐標值構(gòu)成的矩形，如上圖。若光標點落在該矩形中，才有可能捕捉到該面，否則放棄對

26、該多邊形的進一步計算和判斷，即不需進行作垂線并求交點個數(shù)的復(fù)雜運算。通過這一步驟，可去除大量不可能捕捉的情況，大大減少了運算量，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。 87第一節(jié) 圖形屏幕編輯的基本操作算法在計算垂線與多邊形的交點個數(shù)時，并不需要每次都對每一線段進行交點坐標的具體計算。對不可能有交點的線段應(yīng)通過簡單的坐標比較迅速去除。 88第一節(jié) 圖形屏幕編輯的基本操作算法多邊形的邊分別為18，而其中只有第3、7條邊可能與S所引的垂直方向的射線相交。即若直線段為(x1,y1)(x2,y2)時，若x1xx2，或x2xx1時才有可能與垂線相交，這樣就可不對1，2，4，5，6，8邊進行繼續(xù)的交點判斷了。89第二節(jié)

27、空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系自動生成矢量數(shù)據(jù)拓撲關(guān)系在空間數(shù)據(jù)的查詢與分析中非常重要，矢量數(shù)據(jù)拓撲關(guān)系自動建立的算法是GIS中的關(guān)鍵算法之一，下面介紹其實現(xiàn)的基本步驟和要點。90第二節(jié) 空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系自動生成一、歐拉定理 對于一個多邊形圖形，其結(jié)點數(shù)n，弧段數(shù)a，和多邊形數(shù)b之間滿足函數(shù)關(guān)系： b包含邊界里面和外面多邊形 b僅包含邊界里面多邊形 91第二節(jié) 空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系自動生成歐拉定理的用途是用于拓撲檢驗，可以發(fā)現(xiàn)點、線、面的不匹配情況和多余或遺漏圖形元素，出現(xiàn)這些情況時，公式等式就不成立。但滿足等式的圖形，并不能說明圖形關(guān)系不存在錯誤。92第二節(jié) 空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系自動生成二、點、線拓撲關(guān)系

28、的建立 它的實質(zhì)是建立結(jié)點弧段、弧段結(jié)點的關(guān)系表格，有兩種方案：（1）在圖形采集和編輯時自動建立。主要記錄兩個數(shù)據(jù)文件：一個記錄結(jié)點所關(guān)聯(lián)的弧段，即結(jié)點弧段列表；另一個記錄弧段的兩個端點（起、始結(jié)點）的列表。數(shù)字化時，自動判斷新的弧段周圍是否有已存在的結(jié)點，若有，將其結(jié)點編號登記，若沒有，產(chǎn)生一個新的結(jié)點，并進行登記。（2）在圖形采集和編輯后自動建立。93第二節(jié) 空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系自動生成三、多邊形矢量數(shù)據(jù)自動拓撲關(guān)系自動建立 多邊形有四種基本圖形： 94第二節(jié) 空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系自動生成1、 多邊形矢量數(shù)據(jù)自動拓撲的步驟 主要是找出在鏈的中間相交，而不是在端點相交的情況，自動切成新鏈；把鏈按

29、一定順序存儲，如按最大或最小的x或y坐標的順序，這樣查找和檢索都比較方便，然后把鏈按順序編號。 鏈中間相交 95第二節(jié) 空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系自動生成（2）結(jié)點匹配 結(jié)點匹配是指把一定限差內(nèi)的鏈的端點作為一個結(jié)點，其坐標值取多個端點的平均值。然后，對結(jié)點順序編號。 結(jié)點匹配 96第二節(jié) 空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系自動生成（3）檢查多邊形是否閉合 檢查多邊形是否閉合可以通過判斷一條鏈的端點是否有與之匹配的端點來進行。 弧a的端點P沒有與之匹配的端點，因此無法用該條鏈與其它鏈組成閉合多邊形。 97第二節(jié) 空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系自動生成2、多邊形矢量數(shù)據(jù)自動拓撲的算法 （1）建立多邊形拓撲關(guān)系的概念 1順時針方向構(gòu)

30、多邊形 所謂順時針方向構(gòu)多邊形是指多邊形在鏈的右側(cè)（圖a），多邊形在閉合曲線內(nèi)。逆時針方向構(gòu)多邊形是指多邊形在鏈的左側(cè)（圖b），多邊形在閉合曲線外。順時針構(gòu)建的多邊形 (a) 逆時針構(gòu)建的多邊形 (b) 98第二節(jié) 空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系自動生成2最靠右邊的鏈 最靠右邊的鏈是指從鏈的一個端點出發(fā)，在這條鏈的方向上最右邊的第一條鏈，實質(zhì)上它也是左邊最近鏈，a的最右邊的鏈為d。找最靠右邊的鏈可通過計算鏈的方向和夾角實現(xiàn)。99第二節(jié) 空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系自動生成3多邊形面積的計算 設(shè)構(gòu)成多邊形的坐標串為(xi, yi )，i1,2,n，則多邊形的面積A可用如下公式求出：100第二節(jié) 空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系自動

31、生成當多邊形由順時針方向構(gòu)成時，面積為正；反之，面積為負 .101第二節(jié) 空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系自動生成（2）建立多邊形的基本過程 1順序取一個結(jié)點為起始結(jié)點，取完為止；取過該結(jié)點的任一條鏈作為起始鏈 2取這條鏈的另一結(jié)點，找這個結(jié)點上，靠這條鏈最右邊的鏈，作為下一條鏈。 3是否回到起點：是，已形成一多邊形，記錄之，并轉(zhuǎn)4；否，轉(zhuǎn)2。 4取起始點上開始的，剛才所形成多邊形的最后一條邊作為新的起始鏈，轉(zhuǎn)2；若這條鏈已用過兩次，即已成為兩個多邊形的邊，則轉(zhuǎn)1。102第二節(jié) 空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系自動生成 例如 :1從P1結(jié)點開始，起始鏈定為P1P2；從P2點算起，P1P2最右邊的鏈為P2P5；從P5算起，

32、P2P5最右邊 的鏈為P5P1。所以，形成的多邊形為P1P2P5P1。2從P1結(jié)點開始，以P1P5為起始鏈，形成的多邊形為P1P5P4P1。3從P1開始，以P1P4為起始鏈形成的多邊形為P1P4P3P2P1。4這時P1為結(jié)點的所有鏈均被使用了兩次，因而轉(zhuǎn)向下一個結(jié)點P2，繼續(xù)進行多邊形追蹤，直至所有的結(jié)點取完。共可追蹤出五個多邊形，即A1、A2、A3、A4、A5。103第二節(jié) 空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系自動生成（3）島的判斷 島的判斷即指找出多邊形互相包含的情況，也即尋找多邊形的連通邊界。 104第二節(jié) 空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系自動生成根據(jù)上述追蹤多邊形的方法，單多邊形(即由單條鏈或由多條鏈順序構(gòu)成的，不與

33、其它多邊形相交的多邊形，被追蹤了兩次，因為每條鏈必須使用兩次，所以，多邊形的一個面積是為正的，另一個是為負的。如果一個多邊形包含另一多邊形，則必然是面積正的多邊形包含面積負的多邊形。所以，解決多邊形包含問題的步驟為：105第二節(jié) 空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系自動生成 1計算所有多邊形的面積。2分別對面積為正的多邊形和面積為負的多邊形排序。3從面積為正的多邊形中，順序取每個多邊形，取完為止。若負面積多邊形個數(shù)為0，則結(jié)束。4找出該多邊形所包含的所有面積為負的多邊形，并把這些面積為負的多邊形加入到包含它們的多邊形中，轉(zhuǎn)3。106第二節(jié) 空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系自動生成（4）確定多邊形的屬性 在追蹤出每個多邊形的坐

34、標后，經(jīng)常需確定該多邊形的屬性。如果在原始矢量數(shù)據(jù)中，每個多邊形有內(nèi)點，則可以把內(nèi)點與多邊形匹配后，把內(nèi)點的屬性賦于多邊形。由于內(nèi)點的個數(shù)必然與多邊形的個數(shù)一致，所以，還可用來檢查拓撲的正確性。如果沒有內(nèi)點，則必須通過人機交互，對每個多邊形賦屬性。107第三節(jié) 空間數(shù)據(jù)的壓縮編碼方法數(shù)據(jù)壓縮的目的是刪除冗余數(shù)據(jù)，減少數(shù)據(jù)的存貯量，節(jié)省存貯空間，加快后繼處理的速度。在GIS數(shù)據(jù)存儲中具有重要作用。分為矢量數(shù)據(jù)壓縮和柵格數(shù)據(jù)壓縮方法。108第三節(jié) 空間數(shù)據(jù)的壓縮編碼方法一、矢量數(shù)據(jù)的壓縮(簡化) 矢量數(shù)據(jù)壓縮是有損壓縮。當數(shù)字化采集的點過密時，經(jīng)常需要刪除一些交點，簡化數(shù)據(jù)。下面介紹幾種常用的矢量

35、數(shù)據(jù)的壓縮算法，以及它們之間的異同點。109第三節(jié) 空間數(shù)據(jù)的壓縮編碼方法1、道格拉斯普克法(DouglasPeucker) 當數(shù)字化的圖形如圖，需要刪除一些交點時，可以采用該方法。其算法思想是：對每一條曲線的首末點虛連一條直線，求所有點與直線的距離，并找出最大距離值d-max，用d-max與限差D相比： 若d-maxD，這條曲線上的中間點全部舍去； 若d-maxD，保留d-max對應(yīng)的坐標點，并以該點為界，把曲線分為兩部分，對這兩部分重復(fù)使用該方法。110第三節(jié) 空間數(shù)據(jù)的壓縮編碼方法2、垂距法 如圖，垂距法的算法思想是：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

36、差D比較。若dD，則中間點去掉；若dD，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。111第三節(jié) 空間數(shù)據(jù)的壓縮編碼方法3、光欄法 如圖，光欄法的算法思想是：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。 112第三節(jié) 空間數(shù)據(jù)的壓縮編碼方法二、柵格數(shù)據(jù)的壓縮1、直接柵格編碼 將柵格數(shù)據(jù)看作一個數(shù)據(jù)矩陣，逐行(或逐列)記錄代碼，可以每行都從左到右記錄，也可以奇數(shù)行從左到右，偶數(shù)行從右到左。 113第三節(jié) 空間數(shù)據(jù)的壓縮編碼方法柵格數(shù)據(jù) 114第三節(jié) 空間數(shù)據(jù)的壓縮編碼方法柵格數(shù)據(jù)可存儲記錄為：（AAAAABBBAABBAABB）。這種記錄柵格數(shù)據(jù)的文

37、件常稱為柵格文件，且常在文件頭中存有該柵格數(shù)據(jù)的長和寬，即行數(shù)和列數(shù)和兩方向的密度。這樣，具體的象元值就可連續(xù)存儲了。其特點是處理方便，但沒有壓縮。 115第三節(jié) 空間數(shù)據(jù)的壓縮編碼方法2、游程長度(行程)編碼 地理數(shù)據(jù)往往有較強的相關(guān)性，也就是說相鄰象元的值往往是相同的。 游程長度編碼的基本思想是：按行掃描，將相鄰等值的象元合并，并記錄代碼的重復(fù)個數(shù)。 116第三節(jié) 空間數(shù)據(jù)的壓縮編碼方法 其編碼為（A4 A1 B3 A2 B2 A2 B2）。 若在行與行之間不間斷地連續(xù)編碼，則為（A5 B3 A2 B2 A2 B2）。 117第三節(jié) 空間數(shù)據(jù)的壓縮編碼方法對于游程長度編碼，區(qū)域越大，數(shù)據(jù)的

38、相關(guān)性越強，則壓縮越大。其特點是，壓縮效率較高，疊加、合并等運算簡單，編碼和解碼運算快。 118第三節(jié) 空間數(shù)據(jù)的壓縮編碼方法3、四叉樹編碼 四叉樹編碼是最有效的柵格數(shù)據(jù)壓縮編碼方法之一，在GIS中有廣泛的應(yīng)用。 119第三節(jié) 空間數(shù)據(jù)的壓縮編碼方法十進制Morton碼的編碼 120第三節(jié) 空間數(shù)據(jù)的壓縮編碼方法121第三節(jié) 空間數(shù)據(jù)的壓縮編碼方法這樣就可將用行列表示的二維圖像，用Morton碼寫成一維數(shù)據(jù)，通過Morton碼就可知道象元的位置。 把一幅2 n2 n的圖像壓縮成線性四叉樹的過程為：1按Morton碼把圖象讀入一維數(shù)組。2相鄰的四個象元比較，一致的合并，只記錄第一個象元的Mort

39、on碼。3比較所形成的大塊，相同的再合并，直到不能合并為止。 對用上述線性四叉樹的編碼方法所形成的數(shù)據(jù)還可進一步用游程長度編碼壓縮。壓縮時只記錄第一個象元的Morton碼。122第三節(jié) 空間數(shù)據(jù)的壓縮編碼方法例：四叉樹Morton碼編碼結(jié)果 123第三節(jié) 空間數(shù)據(jù)的壓縮編碼方法124第三節(jié) 空間數(shù)據(jù)的壓縮編碼方法 解碼時，根據(jù)Morton碼，就可知道象元在圖像中的位置。從左上角，本Morton碼和下一個Morton碼之差即為象元個數(shù)。知道了象元的個數(shù)和象元的位置就可恢復(fù)出圖像了。 線性四叉樹編碼的優(yōu)點是：壓縮效率高，壓縮和解壓縮比較方便，陣列各部分的分辯率可不同，既可精確地表示圖形結(jié)構(gòu)，又可減

40、少存貯量，易于進行大部分圖形操作和運算。缺點是：不利于形狀分析和模式識別，即具有圖形編碼的不定性，如同一形狀和大小的多邊形可得出完全不同的四叉樹結(jié)構(gòu)。125第四節(jié) 空間數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換因GIS軟件的原因，不同的GIS軟件對空間數(shù)據(jù)定義和存儲結(jié)構(gòu)的差別，GIS數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)格式之間存在不兼容的問題。即不同的GIS軟件所支持的數(shù)據(jù)存儲格式不能直接相互利用。需經(jīng)過格式轉(zhuǎn)換才能相互被對方使用。126第四節(jié) 空間數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換一、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換的內(nèi)容數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換的內(nèi)容包括三個方面的內(nèi)容：空間定位信息，即幾何信息，主要是實體的坐標?？臻g關(guān)系信息，幾何實體之間的拓撲或幾何關(guān)系數(shù)據(jù)。屬性信息，幾何實體的屬性說明數(shù)

41、據(jù)。127第四節(jié) 空間數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換二、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換的方式 主要有三種方式：128第四節(jié) 空間數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換1、通過外部數(shù)據(jù)交換文件進行。大部分GIS工具軟件都定義了外部交換文件格式， 軟件名稱外部交換格式ARCINFOE00;MapInfoMID;AutoCADDXF;MGEASCII Loader129第四節(jié) 空間數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換外部交換格式轉(zhuǎn)換 B,11,11,25130第四節(jié) 空間數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換2、通過標準空間數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換在系統(tǒng)之間進行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換的另一種解決方案是，定義標準的空間數(shù)據(jù)交換文件標準，每個GIS軟件都按這個標準提供外部交換格式，并且提供讀入標準格式的軟件。這樣系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)

42、交換經(jīng)過二次轉(zhuǎn)換即可完成。131第四節(jié) 空間數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換標準數(shù)據(jù)文件交換 132第四節(jié) 空間數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換3、通過標準的API函數(shù)進行轉(zhuǎn)換上述兩種方式都是經(jīng)過文件實現(xiàn)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方式。如果GIS軟件都提供直接讀取對方存儲格式的API函數(shù)，則系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換只需一次轉(zhuǎn)換即可完成 。133第四節(jié) 空間數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換函數(shù)轉(zhuǎn)換 134第五節(jié) 矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換由于矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)各自的優(yōu)點和互補性，矢量到柵格、柵格到矢量的轉(zhuǎn)換的情況在GIS中經(jīng)常發(fā)生。135第五節(jié) 矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換 一、矢量柵格轉(zhuǎn)換 由于矢量數(shù)據(jù)的點到柵格數(shù)據(jù)的點只是簡單的坐標變換，所以，這里主要介紹線和面(多邊形)的矢

43、量數(shù)據(jù)向柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。136第五節(jié) 矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換1、線的柵格化方法線是由多個直線段組成的，因此，線的柵格化的核心就是直線段如何由矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為柵格數(shù)據(jù) 。137第五節(jié) 矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換設(shè)直線段的兩端點坐標轉(zhuǎn)換到柵格數(shù)據(jù)的坐標系后為(xA,yA),(xB,yB)。 138第五節(jié) 矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換2、面(多邊形)的柵格化方法 多邊形的柵格化方法主要有三種算法。（1）內(nèi)部點擴散法 由一個內(nèi)部的種子點，向其4個方向的鄰點擴散。判斷新加入的點是否在多邊形邊界上，如果是，不作為種子點，否則當作新的種子點，直到區(qū)域填滿，無種子點為止。 該算法比較復(fù)雜，而且可能造成阻塞而造成擴散

44、不能完成（如圖），此外若多邊形不完全閉合時，會擴散出去。139第五節(jié) 矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換（2）掃描法 如圖，按掃描線的順序，計算多邊形與掃描線的相交區(qū)間，再用相應(yīng)的屬性值填充這些區(qū)間，即完成了多邊形的柵格化。140第五節(jié) 矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換（3）邊填充算法其基本思想是：對于每一條掃描線和每條多邊形邊上的交點，將該掃描線上交點右方的所有象素取原屬性值之補。對多邊形的每條邊作此處理，多邊形的方向任意。如圖，是一個簡單的例子。141第五節(jié) 矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換二、 柵格矢量轉(zhuǎn)換 柵格數(shù)據(jù)到矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的一般過程可描述為：1、二值化 由于掃描后的圖像是以不同灰度級存儲的，為了進行柵格數(shù)

45、據(jù)矢量化的轉(zhuǎn)換，需壓縮為兩級(0和1)，稱為二值化。地圖掃描灰度影像直方圖 142第五節(jié) 矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換2、二值圖像的預(yù)處理 對于掃描輸入的圖幅，由于原稿不干凈等原因，總是會出現(xiàn)一些飛白、污點、線劃邊緣凹凸不平等。 圖象預(yù)處理 143第五節(jié) 矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換3、細化 所謂細化就是將二值圖像象元陣列逐步剝除輪廓邊緣的點，使之成為線劃寬度只有一個象元的骨架圖形。細化后的圖形骨架既保留了原圖形的絕大部分特征，又便于下一步的跟蹤處理。 細化的基本過程是：(1)確定需細化的象元集合；(2)移去不是骨架的象元；(3)重復(fù)，直到僅剩骨架象元。144第五節(jié) 矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換(1)、(

46、2)是可剝?nèi)サ?，?3)、(4)的中心點是不可剝?nèi)サ摹?145第五節(jié) 矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換如果是對掃描后的地圖圖像進行細化處理，應(yīng)符合下列基本要求：（1）保持原線劃的連續(xù)性；（2）線寬只為一個象元；（3）細劃后的骨架應(yīng)是原線劃的中心線；（4）保持圖形的原有特征。146第五節(jié) 矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換4、追蹤細化后的二值圖像形成了骨架圖，追蹤就是把骨架轉(zhuǎn)換為矢量圖形的坐標序列。其基本步驟為：（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(jié)束，轉(zhuǎn)(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(zhuǎn)（2）。 注意的是，已

47、追蹤點應(yīng)作標記，防止重復(fù)追蹤。147第五節(jié) 矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換5、拓撲化為了進行拓撲化，需找出線的端點和結(jié)點，以及孤立點。（1）孤立點：8鄰城中沒有為1的象元。如圖(1)。（2）端點：8鄰城中只有一個為1的象元。如圖(2)。（3）結(jié)點：8鄰城中有三個或三個以上為1的象元。如圖（3）。148第五節(jié) 矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換拓撲化 149第十二章 地理空間數(shù)據(jù)的質(zhì)量GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的研究是GIS的重要研究內(nèi)容之一。長期以來，對GIS數(shù)據(jù)及其分析結(jié)果的誤差分析和處理方法的研究，一直處于滯后狀況，缺乏評定GIS的數(shù)據(jù)質(zhì)量以及分析結(jié)果的可靠性的必要方法。150第一節(jié) GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的概念關(guān)于數(shù)據(jù)質(zhì)量

48、研究的目的、意義、內(nèi)容和類型以及評定數(shù)據(jù)質(zhì)量的指標構(gòu)成了數(shù)據(jù)質(zhì)量的整體概念。關(guān)于評定指標，不同的數(shù)據(jù)使用目的，可能存在差別。151第一節(jié) GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的概念一、什么是GIS的數(shù)據(jù)質(zhì)量 GIS的數(shù)據(jù)質(zhì)量是指GIS中空間數(shù)據(jù)(幾何數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù))在表達空間位置、屬性和時間特征時所能達到的準確性、一致性、完整性以及三者統(tǒng)一性的程度。152第一節(jié) GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的概念二、GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量研究的目的 GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量研究的目的是建立一套空間數(shù)據(jù)的分析和處理的體系，包括誤差源的確定、誤差的鑒別和度量方法、誤差傳播的模型、控制和削弱誤差的方法等，使未來的GIS在提供產(chǎn)品的同時，附帶提供產(chǎn)品的質(zhì)量指標，即建立G

49、IS產(chǎn)品的合格證制度。 從應(yīng)用的角度，可把GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的研究分為兩大問題。當GIS錄入數(shù)據(jù)的誤差和各種操作中引入的誤差已知時，計算GIS最終生成產(chǎn)品的誤差大小的過程稱為正演問題。而根據(jù)用戶對GIS產(chǎn)品所提出的誤差限值要求，確定GIS錄入數(shù)據(jù)的質(zhì)量稱為反演問題。顯然，誤差傳播機制是解決正反演問題的關(guān)鍵。153第一節(jié) GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的概念三、研究GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的意義 研究GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量對于評定GIS的算法、減少GIS設(shè)計與開發(fā)的盲目性都具有重要意義。如果不考慮GIS的數(shù)據(jù)質(zhì)量，那么當用戶發(fā)現(xiàn)GIS的結(jié)論與實際的地理狀況相差較大時，GIS會失去信譽。154第一節(jié) GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的概念四、GIS的數(shù)

50、據(jù)質(zhì)量的內(nèi)容和類型1、GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的基本內(nèi)容GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量包含如下五個方面：（1）位置精度：如數(shù)學基礎(chǔ)、平面精度、高程精度等，用以描述幾何數(shù)據(jù)的質(zhì)量。（2）屬性精度：如要素分類的正確性、屬性編碼的正確性、注記的正確性等，用以反映屬性數(shù)據(jù)的質(zhì)量。（3）邏輯一致性：如多邊形的閉合精度、結(jié)點匹配精度、拓撲關(guān)系的正確性等。（4）完備性：如數(shù)據(jù)分類的完備性、實體類型的完備性、屬性數(shù)據(jù)的完備性、注記的完整性等。（5）現(xiàn)勢性：如數(shù)據(jù)的采集時間、數(shù)據(jù)的更新時間等。155第一節(jié) GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的概念2、空間數(shù)據(jù)的誤差類型GIS空間數(shù)據(jù)的誤差可分為源誤差和處理誤差。156第一節(jié) GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的概念（1） 源誤

51、差源誤差是指數(shù)據(jù)采集和錄入中產(chǎn)生的誤差，包括：1遙感數(shù)據(jù)：攝影平臺、傳感器的結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性、分辯率等。2測量數(shù)據(jù)：人差(對中誤差、讀數(shù)誤差等)、儀差(儀器不完善、缺乏校驗、未作改正等)、環(huán)境(氣候、信號干擾等)。3屬性數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)的錄入、數(shù)據(jù)庫的操作等。4GPS數(shù)據(jù)：信號的精度、接收機精度、定位方法、處理算法等。5地圖：控制點精度，編繪、清繪、制圖綜合等的精度。6地圖數(shù)字化精度：紙張變形、數(shù)字化儀精度、操作員的技能等。157第一節(jié) GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的概念（2） 處理誤差處理誤差是指GIS對空間數(shù)據(jù)進行處理時產(chǎn)生的誤差，例如在下列處理中產(chǎn)生的誤差就是處理誤差。1幾何糾正；幾何糾正所用控制點的精度、糾正

52、的數(shù)學模型精度是產(chǎn)生這類誤差的主要原因。2坐標變換；控制點的布局、精度、轉(zhuǎn)換的數(shù)學模型是產(chǎn)生這類誤差的主要原因。3幾何數(shù)據(jù)的編輯；在編輯過程中，結(jié)點、線的移動，交點的增加、刪除、移動等都會產(chǎn)生編輯誤差。158第一節(jié) GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的概念4屬性數(shù)據(jù)的編輯；屬性取值的合理性是主要誤差產(chǎn)生原因。5空間分析(如多邊形疊置等)；疊加算法的自動取舍、誤差容限的給定是主要原因。6圖形化簡(如數(shù)據(jù)壓縮)；壓縮算法是主要原因。7數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換；數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換會丟失數(shù)據(jù)信息，如拓撲關(guān)系信息、屬性信息等。8計算機截斷誤差；與算法規(guī)則有關(guān)。9空間內(nèi)插；與內(nèi)插的算法有關(guān)，與數(shù)據(jù)點的分布有關(guān)。10矢量柵格數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換。與算

53、法有關(guān)，與二值化和細線化有關(guān)。二值化和細線化會影響線的中心位置的確定。柵格分辨率也是影響因素。159第一節(jié) GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的概念（3） GIS中的誤差傳播誤差傳播是指對有誤差的數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理生成的GIS產(chǎn)品也存在著誤差。誤差傳播在GIS中可歸結(jié)為三種方式。1代數(shù)關(guān)系下的誤差傳播：這是指對有誤差的數(shù)據(jù)進行代數(shù)運算后，所得結(jié)果的誤差。2邏輯關(guān)系下的誤差傳播：即指在GIS中對數(shù)據(jù)進行邏輯交、并等運算所引起的誤差傳播，如疊置分析時的誤差傳播。3推理關(guān)系下的誤差傳播：這是指不精確推理所造成的誤差。160第二節(jié) GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的研究方法數(shù)據(jù)質(zhì)量的研究涉及數(shù)據(jù)問題的檢查方法、評價方法和標準等內(nèi)容。161第二

54、節(jié) GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的研究方法一、GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量問題的檢查方法 發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)錯誤，探測數(shù)據(jù)精度和準確性，是研究數(shù)據(jù)質(zhì)量的前提。GIS中對數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查的方法主要有直接評價、間接評價和非定量描述等。162第二節(jié) GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的研究方法1、 直接評價法（1）用計算機程序自動檢測 某些類型的錯誤可以用計算機軟件自動發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)中不符合要求的數(shù)據(jù)項的百分率或平均質(zhì)量等級也可由計算機軟件算出。例如，可以檢測文件格式是否符合規(guī)范、編碼是否正確、數(shù)據(jù)是否超出范圍等。 （2）隨機抽樣檢測 在確定抽樣方案時，應(yīng)考慮數(shù)據(jù)的空間相關(guān)性。 163第二節(jié) GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的研究方法2、間接評價法 所謂間接評價法是指通過外部知識或

55、信息進行推理來確定空間數(shù)據(jù)的質(zhì)量的方法。用于推理的外部知識或信息如用途、數(shù)據(jù)歷史記錄、數(shù)據(jù)源的質(zhì)量、數(shù)據(jù)生產(chǎn)的方法、誤差傳遞模型等。164第二節(jié) GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的研究方法3、非定量描述法 非定量描述法是指通過對數(shù)據(jù)質(zhì)量的各組成部分的評價結(jié)果進行的綜合分析來確定數(shù)據(jù)的總體質(zhì)量的方法。165第二節(jié) GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的研究方法二、研究GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的常用方法1、敏感度分析法 一般而言，精確確定GIS數(shù)據(jù)的實際誤差非常困難。為了從理論上了解輸出結(jié)果如何隨輸入數(shù)據(jù)的變化而變化，可以通過人為地在輸入數(shù)據(jù)中加上擾動值來檢驗輸出結(jié)果對這些擾動值的敏感程度。然后根據(jù)適合度分析，由置信域來衡量由輸入數(shù)據(jù)的誤差所引起

56、的輸出數(shù)據(jù)的變化。166第二節(jié) GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的研究方法為了確定置信域，需要進行地理敏感度測試，以便發(fā)現(xiàn)由輸入數(shù)據(jù)的變化引起輸出數(shù)據(jù)變化的程度，即敏感度。這種研究方法得到的并不是輸出結(jié)果的真實誤差，而是輸出結(jié)果的變化范圍。對于某些難以確定實際誤差的情況，這種方法是行之有效的。 在GIS中，敏感度檢驗一般有以下幾種：地理敏感度、屬性敏感度、面積敏感度、多邊形敏感度、增刪圖層敏感度等。敏感度分析法是一種間接測定GIS產(chǎn)品可靠性的方法。167第二節(jié) GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的研究方法2、尺度不變空間分析法 地理數(shù)據(jù)的分析結(jié)果應(yīng)與所采用的空間坐標系統(tǒng)無關(guān)，即為尺度不變空間分析，包括比例不變和平移不變。尺度不變是

57、數(shù)理統(tǒng)計中常用的一個準則，一方面在能保證用不同的方法能得到一致的結(jié)果，另一方面又可在同一尺度下合理地衡量估值的精度。 也就是說，尺度不變空間分析法使GIS的空間分析結(jié)果與空間位置的參考系無關(guān)，以防止由基準問題而引起分析結(jié)果的變化。168第二節(jié) GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的研究方法3、Monte Carlo實驗仿真 由于GIS的數(shù)據(jù)來源繁多，種類復(fù)雜，既有描述空間拓撲關(guān)系的幾何數(shù)據(jù)，又有描述空間物體內(nèi)涵的屬性數(shù)據(jù)。對于屬性數(shù)據(jù)的精度往往只能用打分或不確定度來表示。對于不同的用戶，由于專業(yè)領(lǐng)域的限制和需要，數(shù)據(jù)可靠性的評價標準并不相同。因此，想用一個簡單的、固定不變的統(tǒng)計模型來描述GIS的誤差規(guī)律似乎是不可能

58、的。在對所研究問題的背景不十分了解的情況下，Monte Carlo實驗仿真是一種有效的方法。169第二節(jié) GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的研究方法Monte Carlo實驗仿真首先根據(jù)經(jīng)驗對數(shù)據(jù)誤差的種類和分布模式進行假設(shè)，然后利用計算機進行模擬試驗，將所得結(jié)果與實際結(jié)果進行比較，找出與實際結(jié)果最接近的模型。對于某些無法用數(shù)學公式描述的過程，用這種方法可以得到實用公式，也可檢驗理論研究的正確性。170第二節(jié) GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的研究方法4、空間濾波 獲取空間數(shù)據(jù)的方法可能是不同的，既可以采用連續(xù)方式采集，也可采用離散方式采集。這些數(shù)據(jù)采集的過程可以看成是隨機采樣，其中包含傾向性部分和隨機性部分。前者代表所采集物體

59、的實際信息，而后者是由觀測噪聲引起的。171第二節(jié) GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的研究方法 空間濾波可分為高通濾波和低通濾波。高通濾波是從含有噪聲的數(shù)據(jù)中分離出噪聲信息；低通濾波是從含有噪聲的數(shù)據(jù)中提取信號。例如經(jīng)高通濾波后可得到一隨機噪聲場，然后用隨機過程理論等方法求得數(shù)據(jù)的誤差。 對GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的研究，傳統(tǒng)的概率論和數(shù)理統(tǒng)計是其最基本的理論基礎(chǔ)，同時還需要信息論、模糊邏輯、人工智能、數(shù)學規(guī)劃、隨機過程、分形幾何等理論與方法的支持。172第二節(jié) GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的研究方法三、數(shù)據(jù)采集中數(shù)據(jù)質(zhì)量的評價內(nèi)容 GIS中數(shù)據(jù)采集的方法通?？煞譃橹苯臃椒ê烷g接方法兩種。直接方法是指直接從野外采集，以獲取觀測數(shù)據(jù)、圖

60、像等，間接方法是指從已有的圖件上進行采集。 直接方法獲 取的數(shù)據(jù)受人差、儀差、環(huán)境等的影響，但已有傳統(tǒng)的方法可以解決。間接方法獲取的數(shù)據(jù)中，除了含有直接方法中的誤差外，還有展繪控制點的誤差、編繪的誤差、制圖綜合的誤差，數(shù)字化的誤差等。 地圖數(shù)字化是獲取矢量數(shù)據(jù)的主要方法之一，也是GIS中的重要誤差源，是GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量研究的重點之一。在地圖數(shù)字化中，原圖固有誤差和數(shù)字化過程中引入的誤差是兩個主要的誤差源。下面對地圖數(shù)字化的數(shù)據(jù)誤差作一分析。173第二節(jié) GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的研究方法1、地圖固有誤差的來源和類型 在地圖的固有誤差中，除了含有控制點和碎部點引入的誤差外，至少存在下列誤差：（1）控制點展繪