空间数据的处理

201 8 166 21 127 12 211 43 5 0
138 144 9 5 3 1 0 178 132
23 214 133 244 155 7 3 167 5 5 12 2 9 1
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2栅格→矢量
– 基于图像数据的矢量化方法
(2)细化：消除线划横断面栅格数的差异，使得每一 条线只保留代表其轴线或周围轮廓线（对面状符号 言）位置的单个栅格的宽度。 有剥皮法和骨架化
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2栅格→矢量
– 1.基于图像数据的矢量化方法
（1）二值化 首先设定一个阀值T，然后根据下式得到图像数据 的二值图。 1 G(i,j)>=T B(i,j)=
5 9 10 141 2
0 G(i,j)<=T
124 192 5 12 135 1 9 4
245 212 110 350 156 73 5 6 8 29 11 7 110 6 5 4 7 135 6 4 7
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§3.2 空间数据结构的转换
1.矢量→栅格
–又称多边形填充，在矢量表示的多变形边 界内部的所有栅格点上赋以相应的多边形编 码，从而形成栅格数据阵列的过程。
根据原数据文件的不同，可以分别应用：
–基于弧段数据的栅格化方法 –基于多边形数据的栅格化方法
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§3.2 空间数据结构的转换
2.栅格→矢量
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§3.1 空间数据的坐标转换
– 几何纠正的方法包括仿射变换、相似变换、二 次变换和高次变换等。 –2.类型 –（１）基本坐标变换 – 平移 – 缩放 – 旋转
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§3.1 空间数据的坐标转换
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§3.1 空间数据的坐标转换
几何纠正
整理可得变换公式如下：
x = a0 + m * cosα x’ + n * sinα y’ y = b0 + m * sinα x’ + n * cosα y’ x = a0 + a1x’ + a2y’ y = b0 + b1x’ + b2y’
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§3.1 空间数据的坐标转换
地球坐标 经度、纬度
地图投影变换
用户 坐标
地图投影变换
地图坐标 直角坐标
物 理 坐 标
数字化仪、 扫描仪坐标
屏幕显示坐标
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§3.1 空间数据的坐标转换
实质：建立两个坐标系之间的数学关系 转换的意义：
–将设备坐标转换为地理要素的实际坐标 –减少各种变形产生的误差(投影变形、扫描变 形、纸张变形等) –实现多幅地图，包括不同投影、不同比例尺地 图的拼接或叠置
–相对而言，由栅格数据结构向矢量数据转换要 复杂得多。对于一些在外形上与矢量数据相差 较大的图形，其转换就更加困难，甚至有可能 无法转换
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§3.2 空间数据结构的转换
2.栅格→矢量
–由栅格数据向矢量数据的转换，根据图像数据 文件和再生栅格数据文件的不同，分为两类：
基于图像数据的矢量化方法
基于再生栅格数据的矢量化方法
（2）边界线追踪：对每个边界弧段由一个结点向另 一个结点搜索，通常对每个已知边界点需沿除了进入 方向的其他7个方向搜索下一个边界点，直到连成边 界弧段；
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§3.2 空间数据结构的转换
（3）拓扑关系生成：对于矢量表示的边界弧段数 据，判断其与原图上各多边形的空间关系，以形 成完整的拓扑结构并建立与属性数据的联系； （4）去除多余点及曲线圆滑：由于搜索是逐个栅 格进行的，必须去除由此造成的多余点记录，以 减少数据冗余；搜索结果，曲线由于栅格精度的 限制可能不够圆滑，需采用一定的插补算法进行 光滑处理。
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§3.5 空间数据的内插
局部函数法
双线性多项式内插 双三次多项式（样条函数）内插
第三章 空间数据的处理
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第三章 空间数据的处理
要求：
–理解空间数据处理的原因，掌 握数据处理的主要内容和基本 原理
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第三章 空间数据的处理
为什么要进行处理
–常见数据输入错误
图纸移动 图纸变形 制图误差 数字化误差
–各种误差将影响到GIS数据处理的 各个环节
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第三章 空间数据的处理
为什么要进行处理
–融合方式
基于转换器的数据融合 基于数据标准的数据融合（SDTS） 基于公共接口的数据融合（OGC） 基于直接访问的数据融合（Geomedia,Intergraph）
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2.不同格式数据的融合
–基于转换器的数据融合（目前GIS系统数据融合的
主要方法） 先转换后读取。例如，要转换MapInfo的Tab文件到
– 为了压缩数据，或将栅格数据加入矢量数据库； 进行某些分析计算，如网络分析等；当由栅格 数据分析的结果通过矢量绘图机输出等，都需 要进行转换 – 提取以相同编号的栅格集合表示的多边形区域 的边界和边界拓扑关系，并表示由多个小直线 段组成的矢量格式边界线的过程。
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§3.2 空间数据结构的转换
2栅格→矢量
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2栅格→矢量
– 基于图像数据的矢量化方法
（3）跟踪：将细化处理后的栅格数据，整理为从 节点出发的线段或闭合的线条，并以矢量形式存储 于特征栅格点中心的坐标。
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§3.2 空间数据结构的转换
2.栅格向矢量转换的总体步骤
（1）多边形边界提取：采用高通滤波将栅格图像二 值化或以特殊值标识边界点；
包括结构转换、格式转换、类型转换等，以解决空间数 据在结构、格式和类型上的统一，实现多源和异构数据 的联接和融合。
–数据提取：指对数据进行某种有条件的提取，包括类
型提取、窗口提取、空间内插等，以解决不同用户对数 据的特定需求。
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第三章 空间数据的处理
1.空间数据的坐标转换 2.空间数据结构的转换 3.多源空间数据的融合 4.空间数据的压缩与综合 5.空间数据的内插方法 6.图幅数据边沿匹配处理
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§3.3 多源空间数据的融合
2.不同格式数据的融合
–基于公共接口的数据融合（OGC）
各软件可以有自己的数据格式，但对外遵守并达成 一个统一的标准。根据这个标准开发一个公共接口， 各个软件通过该接口互相直接读取数据 公共接口独立于具体平台，转换技术高度抽象，数 据格式不需公开
–基于直接访问的数据融合（Geomedia）
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§3.3 多源空间数据的融合
1.RS 与 GIS
–RS数据的特点:周期动态性、信息丰富、获取 效率高等 –GIS的特点：强大的空间数据管理和分析能力 –常用的融合方式：
遥感图像与数字地图的融合——可产生影像地图 遥感图像与DEM的融合——可提高遥感图像的定位精 度 遥感图像与扫描图像数据的融合——可实现GIS数据 库的自动/半自动快速更新。
相似变换(m=n) 仿射变换(m=n)
仿射变换的主要特征：同时考虑到x和y方向上的变形，因 此纠正后的坐标数据在不同方向上的长度比将发生变化。
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§3.1 空间数据的坐标转换
仿射变换举例
控制点选择：经纬网交点、方里网交点、三角点、 水准点、图廓点
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§3.1 空间数据的坐标转换
二、投影转换
–当系统使用来自不同地图投影的图形数据时， 需要将该投影的数据转换为所需要投影的坐标 数据 –方法： 正解变换 反解变换 数值变换
–修正数据输入错误 –在坐标系、数据结构、数据类型 上满足GIS要求 –维护数据的完整性和一致性
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第三章 空间数据的处理
空间数据处理涉及的内容
–数据变换：指数据从一种数学状态到另一种数学状态
的变换，包括几何纠正、投影变换和辐射纠正等，以解 决空间数据的几何配准。
–数据重构：指数据从一种格式到另一种格式的转换，
把其他软件的数据格式都作为自己的数据格式，故 全部能直接读取
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§3.4 空间数据的压缩与综合
一、压缩 –问题的提出:
简化数据记录 节约存储量
1.数据压缩的概念
从所取得的数据集合S中抽出一个子集A，这个子集 作为一个新的信息源，在规定的精度范围内最好地逼近 原集合，而又取得尽可能大的压缩比。
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§3.3 多源空间数据的融合
原因：空间数据具有多语义性、多时空性、多尺 度性等特征，同时获取手段多样、存储格式不同、 数据模型与数据格式差异很大。为了数据共享和 系统集成，多源数据需要进行融合处理。
定义：数据融合是一种多层次的、多方面的处理过 程，这个过程是对多源数据进行检测、结合、相关、 估计和组合以达到精确的状态估计和身份估计，以 及完整、及时的态势评估和威胁估计。
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§3.1 空间数据的坐标转换
投影转换
正解变换：解析函数关系 X=f (x , y) ，Y=g( x , y )
投影A （x，y）
反解变换：经纬度 B=f (x , y) , L=g( x , y ) X=F(B, L) , Y=G( B, L)
投影B （X，Y）
数值变换：数学方法
a1 X Y a n b1 bn x y
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§3.4 空间数据的压缩与综合
2.压缩比
m a 1
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§3.4 空间数据的压缩与综合
3.曲线上点的压缩
Douglas-Peucker法：由远到近，找与矢量 两端点连线的垂足最大的顶点，判断其是否 满足要求
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§3.4 空间数据的压缩与综合
二、综合
空间数据的综合是针对存贮在GIS数据库 中的数据因属性数据的重新分类而进行的操作。 数据综合的另一个作用就是能实现数据压缩 –空间数据的综合内容包括重新分类、图形简化 和图形特征的内插等 –数据综合的过程：换码、重新分类、删除邻界 线（同码邻接分析）、合并相同属性（P92）
（2）随机采样