空间数据结构转换.
空间数据的结构与编码
空间数据的结构与编码在当今数字化的时代，空间数据成为了我们理解和处理地理信息的重要基石。
空间数据不仅在地理科学、城市规划、环境保护等领域发挥着关键作用，也在日常生活中的导航、地图应用等方面为我们提供了极大的便利。
而要有效地处理和利用空间数据，就离不开对其结构和编码的深入理解。
空间数据，简单来说，就是描述地理空间中对象的位置、形状、大小等特征的数据。
它可以是点、线、面等几何对象，也可以是与这些对象相关的属性信息，比如一个城市的人口数量、建筑物的高度等。
为了能够高效地存储、管理和处理这些复杂多样的空间数据，我们需要对其进行合理的结构设计和编码。
空间数据的结构可以分为矢量数据结构和栅格数据结构两大类。
矢量数据结构将空间对象表示为点、线、面等几何元素，并通过坐标来精确描述其位置和形状。
例如，一条河流可以用一系列连接的线段来表示，每个线段的端点都有明确的坐标。
矢量数据结构的优点在于数据精度高、存储空间小，并且能够方便地进行几何变换和空间分析。
比如，我们可以很容易地计算两个矢量对象之间的距离、面积等。
然而，矢量数据结构在处理大面积的连续数据（如地形）时，可能会比较复杂。
栅格数据结构则将地理空间划分为规则的网格单元，每个单元对应一个特定的值。
比如，在一张卫星图像中，每个像素就是一个栅格单元。
栅格数据结构的优点是处理简单、易于与遥感数据结合，适用于对大面积连续现象的模拟和分析。
但它的缺点是数据量较大，精度相对较低，且在进行几何操作时可能会产生锯齿状的边缘。
除了上述两种主要的数据结构，还有一些混合结构，如矢栅一体化结构，结合了矢量和栅格数据结构的优点，以满足不同应用场景的需求。
接下来，让我们谈谈空间数据的编码。
编码是将空间数据转换为计算机能够理解和处理的形式的过程。
常见的编码方式包括拓扑编码、坐标编码、块编码等。
拓扑编码通过记录空间对象之间的拓扑关系（如相邻、包含等），来减少数据的冗余并提高空间分析的效率。
例如，在一个道路网络中，我们只需要记录每个路段的起点和终点以及它们之间的连接关系，而不需要重复存储每个点的坐标。
GIS空间数据处理与分析
栅格单元(i,j)四角点坐标的计算:
X(i1,i2)=(j-1)*DX和J*DX Y(i1,i2)=(i-1)*DY和i*DY I,j:栅格单元行列值; DX,DY:栅格单元边长
⑴:识别内边界,并将内边界端点坐标置零. 判别方法: 判断与栅格单元某条边相邻的另一栅 格单元的值,若值小于零,则该边为内边界. 内边界端点坐标置零: 边界起点和终点坐标置零.
分区数据的方法就称为空间数据的内插。
第五节 空间数据的内插方法
1、点的内插：研究具有连续变化特征现象 的数值内插方法。
步骤： 数据取样；数据处内插；数据记录
第五节 空间数据的内插方法
2、区域的内插
研究根据一组分区的已知数据来推求
同一地区另一组分区未知数据的内插方法。
区域内插方法：
2.1 叠合法：认为源和目标区的数据是均匀 分布的，首先确定两者面积的交集，然后 计算出目标区各个分区的内插值。
1、遥感与GIS数据的融合：
遥感技术的优势 融合必要性 GIS技术的优势 遥感图像与图形的融合 融合方法： 遥感数据与DEM的融合 遥感数据与地图扫描图像的融合第三节 多源 Nhomakorabea间数据的融合
2、不同格式数据的融合
不同格式数据的融合方法主要有：
2.1基于转换器的数据融合：
一种软件的数据格式输出为交换格式，然后用于另
P3
P
0
x
判断点是否在多边形内，从该点向左引水平扫描线，计算此 线段与区域边界相交的次数，若为奇数，该点在多边形内；若为 偶数，在多边形外。利用此原理，直接做一系列水平扫描线，求 出扫描线和区域边界的交点，对每个扫描线交点按X值的大小进 行排序，其两相邻坐标点之间的射线在区域内。
第二节
第三章_测绘师空间数据结构综述
起始点
3 2 2 3 6 6 4
5 6 7
0 6 7 2 1
起始点
3 2
4
0
3
2
1
链式编码的优缺点
优点：链式编码对线状和多边 缺点：是对叠置运算如组 形的表示具有很强的数据压 合、相交等则很难实施， 缩能力，且具有一定的运算 对局部修改将改变整体 功能，如面积和周长计算等， 结构，效率较低，而且 探测边界急弯和凹进部分等 由于链码以每个区域为 都比较容易，类似矢量数据 单位存储边界，相邻区
简单的矢量数据结构—面条结构（实体式）
特征 无拓扑关系，主要用于显示、输出及一般查询； 公共边重复存储，存在数据冗余，难以保证数 据独立性和一致性； 多边形分解和合并不易进行，邻域处理较复杂； 处理嵌套多边形比较麻烦。
2、索引式
索引式数据结构采用树状索引以减少数 据冗余并间接增加邻域信息，具体方法是对 所有边界点进行数字化，将坐标对以顺序方 式存储，由点索引与边界线号相联系，以线 索引与各多边形相联系，形成树状索引结构。
指将地球表面划分为大小均匀紧密相邻的网格阵列， 每个网格作为一个像元或像素，由行、列号定义， 并包含一个代码，表示该像素的属性类型或量值， 或仅仅包含指向其属性记录的指针。 因此，栅格结构是以规则的阵列来表示空间地物或现 象分布的数据组织，组织中的每个数据表示地物或 现象的非几何量化和近
2）四叉树结构的建立方法 建立四叉树有两种方法，即自上而下方式（top— down）自下而上方式（bottom—up）
自上而下方式的分割需要大量的运算，因为大量 数据需要重复检查才能确定划分。当n×n的矩阵比较 大，且区域内容要素又比较复杂时，建立这种四叉树 的速度比较慢。 自下而上方式是对栅格数据按如下的顺序进行检 测：如果每相邻四个网格值相同则进行合并，逐次往 上递归合并，直到符合四叉树的原则为止。这种方法 重复计算较少，运算速度较快。
GIS复习题整理的部分答案
1.初步理解下述名词：信息、数据、地理信息、地理信息系统信息：是用文字、数字、符号、语言、图像等介质来表达事件、事物、现象等的内容、数量或特征。
具有客观性、适用性、可传输性和共享性。
来源于数据,是数据的内涵，是用数据来表达的。
数据(Data)-通过数字化并记录下来可以被识别的符号，用以定性或定量地描述事物的特征和状况。
（如文字、数字、符号、语言、图像等）,是一种未加工的原始材料。
地理信息(GI)－是与地理环境要素有关的物质的数量、质量、分布特征、联系和规律等数字、文字、图像、和图形等的总称。
具有地域性/空间定位性、多维结构性/层次性、时序性（动态变化性）、数据量大、载体多样性地理信息系统（GIS）－是指在计算机软硬件系统支持下，对整个或部分地球表层空间中的有关地理分布数据继续采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统2.GIS由哪几部分组成？其基本功能是什么系统硬件，系统软件，空间数据，应用人员，应用模型。
基本功能：数据采集与编辑，数据储存与管理，数据处理与变换，空间分析和统计，产品制作与显示，二次开发和编程。
1.栅格数据和矢量数据是如何分别表达地理空间的？地理空间的表达是地理数据组织、存储、运算、分析的基础，其表达方法有：矢量法：以坐标序列描述地理实体的空间特征，包括0维矢量、一维矢量、二维矢量、三维矢量。
集中表现地理实体的形状特征以及不同实体之间的空间关系。
点、线、面实体的矢量表达。
栅格法：以栅格单元（象元）及其属性值来描述地理实体的空间特征。
描述地理实体的级别分布特征及其位置。
点、线、面实体的栅格表达。
2.何为栅格数据结构和矢量数据结构，各有什么特点？又如何获取栅格数据和矢量数据？矢量数据结构定义：矢量数据结构通过记录空间对象的坐标及空间关系来表达空间对象的位置。
点：空间的一个坐标点；线：多个点组成的弧段；面：多个弧段组成的封闭多边形；矢量数据结构特征;无拓扑关系，主要用于显示、输出及一般查询公共边重复存储，存在数据冗余，难以保证数据独立性和一致性多边形分解和合并不易进行，邻域处理较复杂；处理嵌套多边形比较麻烦矢量数据结构获取方法:定位设备（全站仪、GPS、常规测量等）地图数字化,间接获取,栅格数据转换.空间分析叠置、缓冲等操作产生的新的矢量数据）栅格数据结构定义:以规则像元阵列表示空间对象的数据结构，阵列中每个数据表示空间对象的属性特征。
空间数据结构的转换
空间数据结构的转换一、栅格结构与矢量结构相互转换的必要性矢量结构与栅格结构各有优缺点，前面已有论述，请复习前面所学的知识。
栅格结构分辨率低，输出的地图既不精确又不美观，但它空间分析功能强大，在对多边形的面积、周长与均值计算中方便有效；矢量结构精度高，能输出精确而美观的地图且存储量很小，是理想的图形表达形式，还能较好地反映拓扑关系，但空间分析功能太弱，在对多边形的面积、周长与均值计算中是不能与栅格结构相比的。
因此在采集数据时，采用矢量结构，而分析问题时，用栅格结构。
人们越来越认识到，不论栅格数据结构还是矢量数量结构都是描述空间数据的有效方法，但本身又都存在着一定的局限性。
为了根据需要，取其优点，研究两类数据结构的转换技术。
今天随着计算机的运算速度、存储能力与高分辨率显示功能的惊人发展和高性能图形输入、输出设备的问世，以及人们对认识栅格结构与矢量结构差别的深刻程度(两者的差异都是技术问题，而不是重要的概念差别)上的飞跃，使栅格结构与矢量结构的相互转换不仅在理论上能够实现，而且在实践上也已成为现实。
地理信息系统正在解决栅格结构与矢量结构存在的局限性的问题，研制更加优化的数据组织结构，矢量与栅格一体化数据结构在理论与实践上也基本成熟。
二、矢量向栅格转换矢量向栅格转换容易实现，现在已开发的各种转换软件，通过简单的处理就可以自动完成。
矢量结构向栅格结构转换又称为多边形填充，就是在矢量表示的多边形边界内部的所有栅格点上赋以相应的多边形编号，从而形成栅格数据阵列。
从点、线、面实体转化为栅格单元的过程称之为栅格化，栅格化的首要工作是选择单元的大小和形状，而后检测实体是否落在这些多边形上，记录属性等。
栅格化的过程是个生成二维阵列的过程，主要操作如下：⑴将点和线实体的角点的笛卡儿坐标转换到预定分辨率和已知位置值的矩阵中；⑵沿行或沿列利用单根扫描线或一组相连接的扫描线去测试线性要素与单元边界的交叉点，并记录有多少个栅格单元穿过交叉点；⑶对多边形，测试过角点后，剩下线段处理，这时只要利用二次扫描就可以知道何时到达多边形的边界，并记录其位置与属性值。
空间数据结构的转换
空间数据结构的转换在当今数字化和信息化的时代，空间数据扮演着至关重要的角色。
从地理信息系统到卫星导航，从城市规划到环境监测，空间数据的有效处理和管理对于各种应用领域都具有关键意义。
而空间数据结构的转换，则是其中一个不可或缺的环节。
要理解空间数据结构的转换，首先得明白什么是空间数据结构。
简单来说，空间数据结构就是用于组织和存储空间数据的方式。
就好像我们整理书架上的书籍，不同的整理方式会影响我们查找和使用书籍的效率。
空间数据也是如此，不同的数据结构适用于不同的应用场景和处理需求。
常见的空间数据结构有栅格结构和矢量结构。
栅格结构就像是一幅由像素组成的图像，每个像素都有一个特定的值，用来表示空间中的某种属性，比如海拔高度、土地利用类型等。
这种结构简单直观，易于计算机处理，但数据量通常较大，精度相对较低。
矢量结构则是通过点、线、面等几何元素来表示空间对象，比如道路、建筑物等。
它的数据量相对较小，精度高，能更准确地描述空间对象的形状和位置，但处理起来相对复杂。
那为什么要进行空间数据结构的转换呢？这主要是因为不同的应用场景和处理任务对数据结构的要求不同。
比如，在进行大范围的空间分析，如气候模型模拟时，栅格结构可能更合适，因为它能快速进行全局的计算。
但如果要进行精确的地图绘制或空间对象的编辑，矢量结构则更具优势。
举个例子，假设我们有一个城市的土地利用栅格数据，每个像素代表一定面积的土地类型。
但现在我们需要在这个基础上进行城市规划，需要精确地绘制出不同功能区的边界，并进行面积计算和几何操作。
这时，将栅格数据转换为矢量数据就显得非常必要了。
空间数据结构的转换方法多种多样。
一种常见的方法是基于算法的转换。
例如，从栅格数据转换为矢量数据时，可以使用边缘检测算法来识别栅格图像中不同区域的边界，然后将这些边界转换为矢量的线要素。
反之，从矢量数据转换为栅格数据时，可以根据矢量要素的几何形状和属性，将其覆盖的区域在栅格图像中进行赋值。
gis课后答案
1.举例说明空间数据与非空间数据的不同点2.简述空间数据模型的层次极其功能3.栅格数据与矢量数据是如何分别表达地理空间的？4.什么是GIS的栅格数据结构？栅格数据的特点是什么？如何获取栅格数据？5.什么是栅格数据的取值？6.什么是栅格数据的压缩编码方法?主要有哪些？各自的优缺点是什么？7.什么是GIS的矢量数据结构？矢量数据特点是什么？如何获取矢量数据？p408.什么是空间数据的拓扑关系？空间数据的拓扑关系的种类有哪些？9.举例说明GIS中拓扑关系生成的基本步骤10.计算机中存储矢量数据的方法主要有哪几种？各自的优缺点是什么？11.在GIS中，栅格数据结构与矢量数据结构的区别是什么？p5712.栅格数据结构与矢量数据结构的相结合的概念是什么？p5713.GIS中，栅格数据与矢量数据分别如何和属性数据结合？p46 p4014.空间数据的概念和特点（或基本特征）：p2215.空间数据模型：（数据模型p24）1.数据模型的三个层次：概念，逻辑，物理数据模型2.数据模型建模过程：（空间数据模型p25）1.三个层次。
（时空数据模型p28）。
（三维空间数据模型p30）。
（面向对象空间数据模型p31特点p33 16.1.空间数据结构p34：2.矢量数据的位置，形状表达（0维，一维，二维，三维）p35 3. 矢量数据的空间关系表达（空间度量，方位，拓扑关系的表达）p35 17.栅格数据结构：（栅格数据位置形状表达，位置坐标的确定，空间关系表达，属性表达）p46 4.栅格数据特点，获取p47 5.（直接栅格数据编码p49，费尔曼链码，游程编码，四叉树编码特点p56）矢量栅格一体化数据结构p5718.拓扑关系的意义：1）拓扑关系能清楚地反映实体之间的逻辑结构关系，它比几何关系具有更大的稳定性，不随地图投影而变化。
19.2）有助于空间要素的查询，利用拓扑关系可以解决许多实际问题。
如某县的邻接县，--面面相邻问题。
又如供水管网系统中某段水管破裂找关闭它的阀门，就需要查询该线（管道）与哪些点（阀门）关联。
空间数据转换与质量控制方法的探讨
【 关键 词 】 地理 信 息 系统 ， 据转换 ， 间数 据 质量控 制 ： 数 空
１ 前 言 、
行 控 制 。质 量 控 制 可 分 为 过 程 控 制 和 结 果 控 制 ， 程 控 过
目前地 理 信息 系统软 件 没有 统一 、完 备 的数 据 模 制包 括数 据采 集 前期 和 采 集过 程 中 的质量 控 制 ．结果 型。只 是根 据 地理 数 据 的基本 逻 辑分 类 和 物理 实 现 计 控 制 为数 据采 集 完成 后 的 质量 控制 ．其 目的就 是及 时 算 机 存储 来设 计 和 组织 地 理信 息 系统 。缺 少 易于 人们 检 测 和评价 数 据 的误 差 和 精度 ．采取 相 应 的措 施减 少 认 识 和理 解 地理 空 间 的抽 象概 念 和语 义 表达 ．人 们 必 误 差， 消除 和改 正错 误， 证空 间数据 的质 量 。 保 质量 控制
须 借 助 于信 息 系 统 分析 与设 计 所 用 的语 义 数 据 模 型． 贯穿 于整 个数 据 采 集过 程 中．应 根 据采 集 数据 的工 艺 如 Ｅ Ｒ模 型进行 设 计． 后人 工转 换 成 Ｇ Ｓ数 据结 构 ． 流程 分步骤 实施 【 — 然 Ｉ ３ 】
在 计算 机 中无 完备 的语义 信 息 【 鉴 于此． 们对 本 文 ｎ 我 涉及 的 Ｍ Ｐ Ｉ 问 的数据 转换 与质 量 控制 进行 初 步 Ａ Ｇ Ｓ空 的探讨 和研 究
２、 ＭＡＰ Ｓ 数 据 模 型 ＧＩ
３１ 间数 据 的误差 来 源 ．空 要进 行数 据质 量 的控 制 首先 要 了解数 据 质量 控 制
是指 控制 空 间数 据 的可 靠 性 和精 度．因此 也有 必 要 了
空间数据结构的转换
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18
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整体拟合技术:拟合模型是由研究区域内所 有采样点上的全部特征观测值建立的。通 常采用的技术是整体趋势面拟合。这种内 插技术一般用于模拟大范围内的变化。
局部拟合技术：是仅仅用邻近的数据点来 估计未知点的值，而不受局部范围外其它 点的影响。这类技术包括双线性多项式内 插、样条函数、移动拟合法等等。
1 7 167
12 9 5
0 3 55 2 1 0
（a）扫描前的矢量数据
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（b）扫描得到的灰度值
13
• 具体转换的步骤：
– I 、二值化 线划图形扫描后产生栅格数据，这 些数据是按从0—255的不同灰度值量度的，设 以G(i，j)表示，为了将这种256级不同的灰阶 压缩到2个灰阶，即0和1两级，首先要在最大 与最小灰阶之间定义一个阈值，设阈值为T， 则如果G(i，j)大于等于T，则记此栅格的值为1， 如果G(i，j)小于T，则记此栅格的值为0，得到 一幅二值图。
– 基于转换器 – 基于数据标准 – 基于公共接口 – 基于直接访问
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第四节 压缩与重分类
1、数据压缩的意义 优化存储空间，减少处理时间
2、数据压缩：从所取得的数据集合中抽取一个子集， 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。 a= m/n≧1
三峡库区(重庆段)地质灾害数据库系统空间数据转换
包括 四大类灾害点的分布 图 、 标 注图。 Ｔ Ｇ Ｇ Ｄ空 间数据库 包含 的所 有 图层 及图层 层序见 表 ｌ所
示。
表 １ 空 间数 据 库 图层
珐 薜 文 件 名 称 图层 类 型 珐 岛 文件 名称 图层 类 型
别是属性数据库和空间数据库 。空间数据 库存储 的是地 质灾 害发育区域的基础地理 、 地质空间数据 以及灾害点本 身的空间 数据 。在空间数据库 的建设过程 中， 将不 同来源 的数据格式转 换为系统支持的数据格式是一项很重要的工作 。
１ 空 间数 据 库 内 容 、 数 据 来 源及 数 据 格 式
１ ． １ 数 据 库 内容
１ ７ １ ６
ｌ ５
省 界 图层 县 界 图层
公 路 图层
线 线
线
４ 滑 坡 周 界 图层 ３ 危 岩 标 注 图层
２ 边 坡 标 注 图层
线 点
占 ’ ’ 、
点
（ ｚ ｏ ｎ ｅ ／ ａ ｒ ｅ ａ ） 、 线（ １ ｉ ｎ ｅ ） 、 点（ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ） 三种， 叠放 次序 必 须域 在下 （ 先放） 、 线在 中 、 点在上（ 后放 ） 。 概括起来 ， Ｔ Ｇ Ｇ Ｄ空 问数据库 的图层主要包括 以下几方 面 的图件资料。
１ ． １ ． １ 基础 地 理 图件
Ｓ ｈ ａ ｐ ｅ ｉ ｆ ｌ ｅ 、 Ｃ ｏ ｖ ｅ ｒ ａ ｇ ｅ 、 Ｓ Ｄ Ｅ、 Ｖ Ｐ Ｆ 、 Ｓ ｔ ｒ ｅ ｅ ｔ Ｍ ａ ｐ和 各 种 Ｃ Ａ Ｄ文件 。
２ １ 河 流 界 限 图 层
２ ０ 地 层 界 限 图 层
线
７ 危 岩 周 界 图层
线
１ ９
地理信息系统概论重点讲义(3)
重点一坐标及投影变换1．坐标变换实质是建立两个平面点之间的一一对应关系，包括几何纠正和投影转换，他们是空间数据处理的基本内容之一。
几何纠正是对数据坐标转换和图纸变形误差的纠正。
投影变换是指投影方式的变换2．仿射变换。
在几何上定义为两个向量空间之间的一个仿射变换或者仿射映射，由一个线性变换接上一个平移组成。
是GIS 数据处理中使用最多的一种几何纠正方法。
它的主要特性为：同时考虑到因地突变形而引起的实际比例尺在x 方向和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。
注：一般的GIS 软件都有仿射变换、相似变换和二次变换等几何纠正功能3．大地基准面(Geodetic datum) ，设计用为最密合部份或全部大地水准面的数学模式。
它由椭球体本身及椭球体和地表上一点视为原点间之关系来定义。
此关系能以6 个量来定义，通常(但非必然)是大地纬度、大地经度、原点高度、原点垂线偏差之两分量及原点至某点的大地方位角。
每个国家或地区均有各自的基准面，我们通常称谓的北京54 坐标系、西安80 坐标系，指的就是两个大地基准面。
4．我国采用的椭球体及坐标系我国参照前苏联从1953 年起采用克拉索夫斯基( Krassovsky) 椭球体建立了我国的北京54 坐标系。
1978 年采用国际大地测量协会推荐的1975 地球椭球体(IAG75) 建立了我国新的大地坐标系－－西安80 坐标系。
目前大地测量基本上仍以北京54 坐标系作为参照，北京54 与西安80 坐标之间的转换可查阅国家测绘局公布的对照表。
WGS1984 基准面采用WGS84 椭球体，它是一地心坐标系，即以地心作为椭球体中心，目前GPS测量数据多以WGS1984 为基准。
5．椭球体与基准面的关系。
椭球体与基准面之间的关系是一对多的关系，也就是基准面是在椭球体基础上建立的，但椭球体不能代表基准面，同样的椭球体能定义不同的基准面。
6．地图投影，就是指建立地球表面(或其他星球表面或天球面) 上的点与投影平面(即地图平面)上点之间的一一对应关系的方法。
简述EPS2008地理信息工作站中常用GIS空间数据格式的转换
简述EPS2008地理信息工作站中常用GIS 空间数据格式的转换作者：李爽来源：《科技创新导报》2011年第22期摘要:本文简要介绍了几种常见的GIS空间数据格式及特点,同时就应用EPS2008地理信息工作站进行GIS空间数据转换的过程进行了论述,并总结了在这个过程中常见的一些问题及解决方法。
关键词:EPS2008地理信息工作站GIS空间数据转换脚本中图分类号:TP2 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)08(a)-0091-02GIS技术的创立和发展,与地理空间信息的表示、处理、分析和应用手段的不断发展紧密相连。
随着地理信息产业的建立和数字化信息产品在全世界的普及,社会对GIS的认识普遍提高,需求大幅度增加,导致GIS应用的扩大与深化,由于目前生产GIS测绘产品的软件种类繁多,要求提交成果的数据格式也不尽相同,所以在应用EPS2008地理信息工作站(以下简称EPS2008)进行数据转换的技术环节对成果数据的质量起着至关重要的作用,在下面的篇幅中,应用具体实例针对这个环节进行了简单论述。
1 常见的GIS空间数据格式及其特点1.1 GIS空间数据格式的特点空间数据是指用来表示空间实体的位置、形状、大小及其分布特征诸多方面信息的数据,它主要应用是点、线、面以及实体等基本空间数据结构,空间数据除了具有数据的基本特征之外,还具有空间特征、属性特征、时间特征三个显著的特征,根据空间数据的特征可以将空间数据分为属性数据、几何数据以及关系数据三大类。
作为GIS的操作对象,虽然这些不同格式的空间数据都具有自身的特点,但这些GIS空间数据中所有的要素都是以点、线、拓扑面、注记以及实体等形式进行表示,在不同的软件中依据要素所包含的属性信息进行符号化表现。
1.2 常见的GIS空间数据格式目前,测绘市场上比较常见的GIS空间数据包含有由ArcInfo软件生产的E00、Coverage、Shape格式,由MapInfo软件生产的Tab、Mif格式,由MapGIS软件生产的Wt、Wat等格式,以及由ArcGIS软件生产的Mdb格式等等。
2GIS数据处理和变换
，
栅格 数据
矢量 数据
2 空间数据结构的转换
栅格 数据
矢量 数据
栅格-矢量化举例（栅格数据）
扫描图像预处理 支持彩色和二值图矢 量化
全自动和半自动矢 量化 等高线自动赋值
矢量-栅格化举例（矢量数据）
3 多源空间数据的融合
遥感图像与DEM数据的融合
遥感与GIS数据的融合
遥感图像与数字地图数据的融合； 遥感图像与DEM数据的融合； 遥感图像与地图扫描数据的融合。
区域的内插
区域的内插是研究根据一组分区的已知数据来推 求同一地区另一组分区未知数据的内插方法； 区域的内插方法可以采用： 叠置法； 比重法。
5 空间数据的内插方法
克里格（Kriging）内插法举例
高程数据
5 空间数据的内插方法
5 空间数据的内插方法
5 空间数据的内插方法
6 图幅数据边沿匹配处理
图幅数据边沿匹配的概念
图幅数据边沿匹配的任务
识别和检索相邻图幅的数据
相邻图幅边界点坐标数据的匹配
相同属性多边形公共界线的删除
连续图幅数据文件的建立
三、地理信息系统的功能简介
六项基本功能
数据采集与编辑
数据存储与管理
数据处理和变换
空间分析和统计
产品制作与显示
数据处理与变换
空间数据的坐标变换
空间数据结构的转换 多源空间数据的融合
空间数据的压缩与综合
空间数据的内插方法
图幅数据边沿匹配处理
1 空间数据的坐标转换
几何纠正
几何纠正是指对数字化原图数据进行的坐 标系转换和图纸变形误差的改正，以实现 与理论值的一一对应关系； 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。
地理信息系统(GIS)-空间数据处理与转换
由栅格向矢量的转换
线状栅格数据矢量化
① 二值化
② 二值图像的预处理
③ 细化
1）剥皮法 2）骨架法
④ 跟踪
⑤ 拓扑化
面状栅格数据矢量化
双边界直接搜索算法 (Double Boundary Direct Finding - DBDF)
基本思路：通过边界 提取将边界弧段的左 右多边形信息保存在 边界点或结点上。
面状栅格数据矢量化
• 边界线搜索与拓扑信息生成
边界搜索由一个结点开始，选定与之相邻的任意一个边界 点或结点进行搜索。首先记录边界点两个多边形编号作为 被搜索边界的左右多边形，搜索的方向由当前点的进入方 向和下一步走向来确定：
aa
如图，若该边界点由下方搜索到的，则进
入点为下方，搜索方向则只能为右方，其
矢量数据转栅格数据 栅格数据转矢量数据
由矢量向栅格的转换
• 点的栅格化
设A为矢量图层中任一点，则该点在矢量和栅格数据中 分别表示为(x,y)和(I,J)
I
1
Y0 Y DY
J
1
X X0 DX
J
0 '( X0,Y0 )
y I
x
A
DX,DY分别表示栅格单元的宽和高
当栅格单元为正方形时，DX=DY
若没有，则本条线的追踪结束， 转(1)进行下条线的追踪。
③ 把搜索点移到新取的点上，转 (2)
拓扑化
• 为了存储拓扑信息，需找出线的端点和结点，以及 孤立点
⑴ 孤立点：8邻城中没有为1的象元 ⑵ 端点：8邻城中只有一个为1的象元 ⑶ 结点：8邻城中有三个或三个以上为1的象元
• 在追踪时加上以上信息，即可建立矢量数据的空间 拓扑关系。
1 10 00 1 0
空间数据的转换与处理
图4.15 Shift对话框 对
移动
移动（ 图4.16 移动（Shift）的图解表达 ）
4.1 投影变换
6.扭曲 （Warp）： 是指将栅格 数据通过输 入的控制点 进行多项式 变换。利用 Warp命令， 对数据进行 扭曲变换。
图4.17 Warp对话框 对
原数据
三次多项式
二次多项式 一次多项式
扭曲（ 图4.18 扭曲（Warp）的图解表达 ）
4.2 数据格式转换
图4.22 Feature to Raster对话框 对话框
图4.23 Feature to Raster图解表达 图解表达
4.2 数据格式转换
• 4.2.2 数据格式转换
1. CAD数据的转换 CAD数据是一种常用的数据类型，例如大多数 的工程图、规划图都是CAD格式。ArcGIS中的要 素类，Shapefile数据可以转换成CAD数据，CAD数 据也可以转换成要素类和地理数据库。
4.2 数据格式转换
• 4.2.1 数据结构转换
地理信息系统的空间数据结构主要有栅格结构 和矢量结构，这两种数据结构是模拟地理信息的两种 不同的方法。在地理信息系统中栅格数据与矢量数据 各具特点与适用性，为了在一个系统中可以兼容这两 种数据，以便有利于进一步的分析处理，常常需要实 现两种结构的转换。
图4.30 Extract by Mask对话框 对话框
图4.31 Extract by Mask的图解表达 的图解表达
4.3 数据处理
• 4.3.2 数据拼接
数据拼接是指将空间相邻的数据拼接成为一个完 整的目标数据。因为研究区域可能是一个非常大的范 围，跨越了若干相邻数据，而空间数据是分幅存储的， 因此要对这些相邻的数据进行拼接。拼接的前提是矢 量数据经过了严格的接边，关于数据接边的操作在 Spatial Adjustment工具中。所以空间数据拼接是空 间数据处理的重要环节，也是地理信息系统空间数据 分析中经常必须的操作。
空间数据结构的转换
空间数据结构的转换空间数据结构的转换一、介绍空间数据结构的转换是指将一种空间数据结构转换为另一种空间数据结构的过程。
在地理信息系统（GIS）和计算机图形学中，空间数据结构是用于存储和表示地理空间数据的方法。
本文将详细介绍空间数据结构的转换原理、方法和步骤。
二、常见的空间数据结构⒈点数据结构- 点数据结构是最简单的空间数据结构，用来表示地理空间中的一个点。
- 常见的点数据结构包括坐标点（x，y），经纬度点，以及地理坐标系中的点。
⒉线数据结构- 线数据结构用于表示地理空间中的线段、路径或道路等线性要素。
- 常见的线数据结构包括连续节点表示法、断点表示法和邻接数据结构。
⒊面数据结构- 面数据结构用于表示地理空间中的面状要素，如建筑物、土地利用区域等。
- 常见的面数据结构包括多边形表示法、拓扑结构和网格结构。
三、空间数据结构的转换方法⒈点到线的转换- 将点数据结构转换为线数据结构的方法包括插值法、连接法和缓冲区分析法等。
⒉点到面的转换- 将点数据结构转换为面数据结构的方法包括缓冲区分析法、点分类法和点集合法等。
⒊线到点的转换- 将线数据结构转换为点数据结构的方法包括节点提取法、折线节点化和中点插值法等。
⒋线到面的转换- 将线数据结构转换为面数据结构的方法包括缓冲区分析法、线分类法和线细化法等。
⒌面到点的转换- 将面数据结构转换为点数据结构的方法包括面顶点抽稀、面转化为点和面重心提取等。
⒍面到线的转换- 将面数据结构转换为线数据结构的方法包括边界提取法和面边界平滑法等。
四、空间数据结构的转换步骤⒈数据准备阶段- 收集和整理待转换的空间数据，确保其完整性和一致性。
⒉数据预处理阶段- 对待转换的空间数据进行必要的预处理，如数据清洗、数据筛选和数据格式转换等。
⒊空间数据结构转换阶段- 根据转换方法，将待转换的空间数据结构转换为目标空间数据结构。
⒋数据验证和调整阶段- 对转换后的空间数据进行验证，确保转换结果满足要求。
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矢量化
一般转化步骤
1、边界提取—二值化
一般情况下，栅格数据是按0～255的不同灰度值表达的
为了简化追踪算法，需把256个灰阶压缩为2个灰阶，即0和1两级。为
此，假设任一格网的灰度值为G(i,j),阀值为T，那么，根据下式就可 以得到二值图 1 f(i,j)>= T
G(i,j)=
0 f(i,j)<= T
以栅格行列为参考坐标轴，由多边形某点开始顺时针搜索边界线
边界上行时，边界左侧行坐标相同的栅格被减去a，
边界下行时，边界左侧行坐标相同的栅格被加上a
1、栅格化
边界代数填充算法
面的栅格化
1、栅格化
边界点跟踪算法
以多边形为单位 按顺时针方向跟踪单元格：
面的栅格化
N N
L L R N N R
1、栅格化
• ①确定栅格矩阵
Y
(0,0)
J Y max
I=(Ymax-Ymin)/dy J=(Xmax-Xmin)/dx
y
I
x
I，J为整数，尾数入上去
dx=(Xmax-Xmin)/J dy=(Ymax-Ymin)/I
X min O
X max
Y min X
1、栅格化
• ② 点的栅格化
点的变换十分简单，只要这个点落在 那个网格中，就是属于那个网格元素， 根据该点状对象的特性赋予该像元属 性值。
1、栅格化
矢量数据结构想栅格数据结构的转换
确定栅格矩阵（行列数/分辨率） 点的变换、线的变换以及多边形的变换（面的变换）
具体转换步骤：
准备好矢量数据或矢量地图； 构架一个与地图等大小的格网， 选取好适当的格网密度或 分辨率，依据范围则可以算出格网的行列数。 根据地图上的点、线、多边形相对这个格网的配置及其属 性来确定每一个项元的数值。
矢量化
一般转化步骤
3、线的简化及曲线圆滑
目的：由于搜索是逐个栅格进行的，所以弧段或多边形的数据列十分密集。为了减少存储
量，在保证线段精度的情况下可以删除部分数据点
曲线光滑：假象曲线为一组离散点，寻找形式较简单、性能良好的曲线解析式
插值方式
逼近方式
矢量化
一般转化步骤
4、拓扑关系生成
目的：判断弧段与多边形间的空间关系，以形成完整的拓扑结构并建
1、栅格化
• ④ 面的栅格化
b、多边形内部属性填充方法（基于多边形数据的栅格化方法）：
内部点扩散法 射线算法
平行线扫描法与铅垂线跌落法
边界代数充填算法
边界点跟踪算法
1、栅格化
面的栅格化
内部点扩散算法—缺点
程序设计复杂，需要在栅格阵列中搜索，占用内存很大，在内存
受限时很难采用
在一定的栅格精度上，如果复杂图形的同一多边形的两条边界落
一般转化步骤
1、边界提取—线的细化
将占有多个栅格宽的图形要素缩减为只有1个像素
剥皮法：每次剥掉等于一个栅格宽的一层，最后只留下彼此连通的由单个栅格组
成的图形 剥皮法保持图像的连接性不变和关键部分
矢量化
一般转化步骤
1、边界提取—线的细化
剥皮法算法原理 剥皮法过程
矢量化
一般转化步骤
特点：计算量较大，算法比较复杂。
1、栅格化
面的栅格化
边界线的转化与线的栅格化方法相同，接下来就是属性的填充
d c
b
0
a f
1
e
填充的方法很多，关键问题是正确判断哪些栅格单元位于多边形之内，
哪些位于多边形之外。为此，多边形必须严格封闭，没有缝隙
1、栅格化Leabharlann 面的栅格化0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
如相交偶数次，则待判点在该多边形的外部 如相交奇数次，则待判点在该多边形的内部
1、栅格化
射线法—基本原理 N=0 N=2
面的栅格化
N=1 N=3
N=4
1、栅格化
射线法—特殊情况：奇异点
面的栅格化
1、栅格化
平行线扫描法与铅垂线跌落法—基本原理
Y M
面的栅格化
a R
N
b e
c d f
射线算法的改进，将射线改为沿
矢量化
一般转化步骤
2、边界追踪
目的：就是将细化处理后的栅格数据，整理为从结点出发的线段或闭
合的线条，并以矢量形式存储（坐标）
基本原理：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
X ) 2 Y Y Ymax (Y .i ) 2 X X min (X . j
1、栅格化
• ①确定栅格矩阵
矢量数据转换成栅格数据后，图形的几何精度必然要降低，所以选择栅格尺寸的大小 要尽量满足精度要求，使之不过多地损失地理信息。
为了提高精度，栅格需要细化，但栅格细化，数据量将以平方指数递增，因此，精度 和数据量是确定栅格大小的最重要的影响因素。
在转换之前需要确定栅格单元的大小，栅格单元的大小又称为栅格图像的分辨率，直 接决定了栅格数据的精度
在同一个或相邻的两个栅格内，会造成多边形不连通，不能完成 多边形的填充
1、栅格化
面的栅格化
射线法
概念：射线算法，又称为检验交点数，是逐点判别数据栅格点
在某多边形之外或在多边形内来决定是否记录该点
基本原理：具体实现是由待判点向图外某点引射线，判断该射
线与某多边形所有边界相交的总次数，判断的基本原理：
1、边界提取—线的细化
骨架法：确定图形的骨架，而将非骨架上的多余栅格删除
基本原理：扫描全图，凡是像元值为1的栅格都用V值取代。V值是该栅格与北、
东和北东三个相邻栅格像元值之和，即：
保留最大V值的栅格，删去其他栅格，但必须保证连通。因最大V值的栅格只
能分布在图形的中心线、骨架上，因此选取最大值栅格的过程就是细化的过 程
I p 1 INT ymax y / dy x xmin / dx J p 1 INT
1、栅格化
• ③线的栅格化
（X1，Y1）
线是由多个直线段组成的，因此线的 栅格化的核心就是直线段如何由矢量 数据转换为栅格数据。
立与属性数据的关系
方法：参阅上一讲
THANKS
谢 谢 聆 听
主讲人：魏瑶 陕西铁路工程职业技术学院
栅格阵列列方向或行方向扫描线， 判断与射线算法相似。省去了计 算射线与多边形边界交点的大量 运算，大大提高了效率。又称为 扫描算法
g X
1、栅格化
边界代数填充算法
面的栅格化
基本思想：基于积分思想的矢量格式向栅格格式转换算法，它适合于记录
拓扑关系的多边形矢量数据转换为栅格结构
实现过程：
初始化的栅格阵列各栅格值为零
•
Y
假定一线段两端点之间经过若干个网格元 素(至少一个)，两端点坐标为(X1，Y1)， (X2，Y2)
•
（X2，Y2） X
1、栅格化
• ④ 面的栅格化
a、 基于弧段数据的栅格化方法：
1. 按行或列做中心扫描线
2. 求交点栅格坐标的行列值 3. 判断交点左右多边形数值 4. 交点排序并逐段生成栅格数据
核心技能实训
空间数据结构转换
主讲人：魏瑶 陕西铁路工程职业技术学院
2017.1.16
CONTENTS
目录
01
栅格化
02
矢量化
01
栅格化
1、栅格化
矢量数据结构想栅格数据结构的转换
矢量 栅格化
将数据用矢量数字化的方法输入计算机或以矢量的方式存 在计算机中。如：行政边界、交通干线、土地利用类型等 表现为点、线、多边形数据
矢量化
一般转化步骤
边界提取
边缘锐化（遥感影像或分类栅格，面状地物）
线的细化（扫描矢量图，线状地物） 二值化
边界追踪 拓扑关系生成 线的简化及曲线
矢量化
一般转化步骤
1、边界提取—边缘提取（数字图像处理）
原始图片
Lenna的Prewitt边界
Lenna的Sobel边界
矢量化
L
L L N N N R
R
R
上行L； 横向N； 下行R（如果为岛屿，则相反）
逐行扫描，充填LR间的单元格
02
矢量化
矢量化
定义与要求
定义及要求：从栅格单元转换到几何图形的过程称为矢量化，矢量化过程要保证以下两
点要求：
拓扑转换，即保持栅格表示出的连通性与邻接性 转换物体正确的外形