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第五章 空间数据的处理
§5-1 图形编辑
4、图形编辑的数据组织—空间索引
为加速检索，需要分层建索引，主要方法有格网索引和四叉树索引。 1）格网索引
第五章 空间数据的处理
§5-1 图形编辑
a、每个要素在一个或多个网格中 b、每个网格可含多个要素 c、要素不真正被网格分割 ，
格网号 (Peano或Morton)
空间对象
空间对象
格网号 (Peano或Morton )
对象索引
空间索引
2）四叉树索引
第五章 空间数据的处理
§5-1 图形编辑
线性四叉树和层次四叉树都可以用来进行空间索引。
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7
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1
3
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Peano码
Side
空间对象
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E
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D
1
1
A
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F
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C
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B,G
C
A
B
G
F
D
E
A、线性四叉树，先采用Morton或Peano码，再根据空间对象覆盖的范围进行四叉树分割。 B、层次四叉树，需要记录中间结点和父结点与子结点之间的指针，若某个地物覆盖了哪个中间结点，还要记录该空间对象的标识。
无结点
有结点
3）清除假结点（伪结点）
第五章 空间数据的处理
§5-1 图形编辑
有些系统要将这种假结点清除掉（如ARC/INFO），即将目标A 和B合并成一条，使它们之间不存在结点;
由仅有两个线目标相关联的结点称为假结点。
但有些系统并不要求清除假结点，如Geostar,因为它们并不影响空间查询、分析和制图。
§5-1 图形编辑
4、图形编辑的数据组织—空间索引
为加速检索，需要分层建索引，主要方法有格网索引和四叉树索引。 1）格网索引
第五章 空间数据的处理
§5-1 图形编辑
a、每个要素在一个或多个网格中 b、每个网格可含多个要素 c、要素不真正被网格分割 ，
格网号 (Peano或Morton)
空间对象
空间对象
格网号 (Peano或Morton )
对象索引
空间索引
2）四叉树索引
第五章 空间数据的处理
§5-1 图形编辑
线性四叉树和层次四叉树都可以用来进行空间索引。
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Peano码
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B,G
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A、线性四叉树，先采用Morton或Peano码，再根据空间对象覆盖的范围进行四叉树分割。 B、层次四叉树，需要记录中间结点和父结点与子结点之间的指针，若某个地物覆盖了哪个中间结点，还要记录该空间对象的标识。
无结点
有结点
3）清除假结点（伪结点）
第五章 空间数据的处理
§5-1 图形编辑
有些系统要将这种假结点清除掉（如ARC/INFO），即将目标A 和B合并成一条，使它们之间不存在结点;
由仅有两个线目标相关联的结点称为假结点。
但有些系统并不要求清除假结点，如Geostar,因为它们并不影响空间查询、分析和制图。
《空间数据的处理》PPT课件
例如，在一幅地形图中，有等高线、道路、河流等多种线地物，尽管不
同地物有不同的线型、颜色，但是对于计算机系统而言，仍然难以对它
们进行自动区分）
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26
▪ 扫描矢量化以及处理流程
纸地图
扫描转换
拼接子图块
裁剪地图
矢量图编辑
矢量图合成
图像处理矢量化
地图信息处理流程图
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返回
27
将栅格图像转换为矢量地图一般需要以下一系列步骤[Musavi 1988]： 1）图像二值化（Threshold） 2）平滑（Smooth） 图像平滑用于去除图像中的随机噪声，通常表现为斑点。 3）细化 细化将一条线细化为只有一个像素宽。 4）链式编码 链式编码将细化后的图像转换成为点链的集合，其中每个点链对应于一条弧 段。 5）矢量线提取 将每个点链转化成为一条矢量线。 除了上述五个步骤以外，还需要一些处理以方便图像矢量化过程，如图像拼接和 剪裁等等。
点 p，以及该像素直接相邻的 8 个像素点（下图），令：
p
像素周围的 8 个直接相邻像素
1）N(p)为 p 的邻点的数值的和； 2）图像像素联接数 T(p)，如果旋转着看像素周围的点，T(p)就 是 p 周围 8 个点从 0 变成 1 的次数，它反映了像素邻点的联接的块数
（下图）。
3）pW，pE，pS，pN 分别指像素左侧、右侧、下边、上边邻点的数 值。
▪ INTERSECTARCS命令可以计算弧段交叉 点数量以及在交叉点上添加节点
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17
弧段捕捉容差
弧段捕捉容差值使得一条弧段的末端被捕捉到另一条已有的 弧段。左图示数字化弧段超延，因为超延部分小于弧段捕捉 容差值，该数字化弧段的末端被捕捉到已有的弧段
《空间数据的分析》PPT课件
空
条
区
分
定
间
件
域
层
位
关
查
查
查
查
系
询
询
询
询
查
询
查询分层存放的图形与 属性数据
空
条
区
分
定
间
件
域
层
位
关
查
查
查
查
系
询
询
询
询
查
询
查询区域内的图形与属 性数据
空
条
区
分
定
间
件
域
层
位
关
查
查
查
查
系
询
询
询
询
查
询
根据条件表达查询图 形与属性数据
空
条
区
分
定
间
件
域
层
位
关
查
查
查
查
系
询
询
询
询
查
询
又称拓扑查询，面与面， 线与线，点与点，点与线， 点与面，线与面
7.2.3缓冲区的生成
对于简单情形，缓冲区是一 个简单多边形，但当计算形状比 较复杂的对象或多个对象集合的 缓冲区时，就会产生假设干个自 相交多边形 。
7.2.3缓冲区的生成
缓冲区的重叠处理
一 是在缓冲区生成过程中解决，即在作参考线的平行线时， 考虑各种情况，确定相互间的交点，切断并去除重叠区内的弧段。
7.2 缓冲区分析
7.2.1 缓冲区分析的概念
点缓冲区是选择一组点状地物或一层点状地物，根据给定的 缓冲区距离，形成的缓冲区多边形图层〔如图 (a)〕。
《空间数据分析》课件
分析人口分布、消费水平、交通 状况等数据，评估潜在市场的规 模和需求。
为企业提供选址建议，优化资源 配置和提高市场占有率。
犯罪活动的空间数据分析
详细描述
总结词：通过空间数据分析，揭 示犯罪活动的时空规律和特征， 为预防和打击犯罪提供科学依据 。
利用警务数据和GIS技术，分析犯 罪活动的空间分布和热点区域。
探究犯罪活动与人口分布、社会 经济等因素的关联，揭示犯罪活 动的成因和规律。
为警务部门提供情报支持，制定 针对性的防控措施和巡逻计划。
THANKS
感谢观看
空间数据挖掘的方法
包括空间关联规则挖掘、空间聚类、空间分类、时空数据挖掘等 。
空间数据挖掘的应用
在城市规划、环境保护、灾害预测等领域具有广泛的应用价值。
机器学习在空间数据分析中的应用
监督学习
利用已知结果的数据进行训练，建立预测模型，对新的空间数据进行 预测。
无监督学习
通过对无标签数据进行学习，发现数据的内在结构和规律。
空间聚类分析
总结词
将相似的空间数据点聚集成群组
详细描述
空间聚类分析通过将相似的空间数据点聚集成群组，揭示数 据的内在结构和模式。聚类结果可以根据距离度量、密度等 指标进行评估，并用于分类、识别异常值和进行决策支持。
04
空间数据挖掘与机器学习
空间数据挖掘
空间数据挖掘的定义
空间数据挖掘是指从大量空间数据中提取有用信息的过程，这些 信息可以是隐藏的、未知的或非平凡的。
社交媒体数据的获取方式
社交媒体数据可以通过爬虫等技术获取，但需要遵 守相关法律法规和隐私保护原则。
社交媒体数据的处理和分 析
社交媒体数据处理和分析需要针对其特点进 行，包括文本挖掘、情感分析、用户行为分 析等。
第三章空间数据处理教材
实质上是将矢量图上点、线、面实体的坐标数据 转为规则的格网数据再给予填充。
坐标
(行列)=？
Hale Waihona Puke 栅格尺寸确定 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。
1）按变形的性质
等角投影(Conformal projections) 等积投影(Equal area projections) 等距投影(Equidistant projections)
2）按构成方法分类
几何投影
按投影面的形状
方位投影(Azimuthal Projections) 圆柱投影(Cylindrical Projections) 圆锥投影(Conic Projections)
XUTM=0.9996 * X高斯 YUTM=0.9996 * Y高斯 这个公式的误差在1米范围内，完全可以接受。
兰勃特投影
设有一个圆锥，其轴与地轴一致，套在地球椭球体上，然后将 椭球体面的经纬线网按照等角的条件投影到圆锥面上，再把圆 锥面沿母线切开展平，即得到正轴等角圆锥投影的经纬网图形。 其中纬线投影成为同心圆弧，经线投影成为向一点收敛的直线 束。当圆锥面与椭球体上的一条纬圈相切时，称切圆锥投影， 见图（a）；当圆锥面相割于椭球面两条纬圈时，称割圆锥投 影，见图（b）。
③ 区域的填充 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
内点填充法 边界代数法 包含检验法
二、由栅格向矢量的转换——矢量化
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： 转换物体正确的外形
坐标
(行列)=？
Hale Waihona Puke 栅格尺寸确定 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。
1）按变形的性质
等角投影(Conformal projections) 等积投影(Equal area projections) 等距投影(Equidistant projections)
2）按构成方法分类
几何投影
按投影面的形状
方位投影(Azimuthal Projections) 圆柱投影(Cylindrical Projections) 圆锥投影(Conic Projections)
XUTM=0.9996 * X高斯 YUTM=0.9996 * Y高斯 这个公式的误差在1米范围内，完全可以接受。
兰勃特投影
设有一个圆锥，其轴与地轴一致，套在地球椭球体上，然后将 椭球体面的经纬线网按照等角的条件投影到圆锥面上，再把圆 锥面沿母线切开展平，即得到正轴等角圆锥投影的经纬网图形。 其中纬线投影成为同心圆弧，经线投影成为向一点收敛的直线 束。当圆锥面与椭球体上的一条纬圈相切时，称切圆锥投影， 见图（a）；当圆锥面相割于椭球面两条纬圈时，称割圆锥投 影，见图（b）。
③ 区域的填充 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
内点填充法 边界代数法 包含检验法
二、由栅格向矢量的转换——矢量化
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： 转换物体正确的外形
空间数据的处理
第五章 空间数据的处理 5.1 空间数据处理的内容 5.2 空间数据的编辑处理 5.3 图形的剪裁合并 5.4 图幅数据边匹配处理 5.5 图形的坐标变换 5.6 空间数据的转换和数据共享 5.7 矢量栅格 数据的相互转换 5.8 空间数据的内插
cos sin 0 -sin cos 0 0 0 1
5、组合变换 多个基本变换组合的复杂变换称组合变换。组合变换实际上是多个基本变换的连乘。矩阵乘不符合交换律，组合变换必需注意变换循序。 如下组合变换表示先将图形旋转，再进行平移。 * 其核心是坐标变换是针对坐标系的。 如上
cos sin 0 -sin cos 0 0 0 1
1 0 0 0 1 0 TX TY 1
x
X
y
Y
总结二维变换矩阵的一般形式： 其中 是对图形进行缩放、比例、旋转等变换的； [l m] 是对图形进行平移变换的； p q 是对图形进行投影变换的； [ s ] 是对图形进行全比例变换的； 当 s > 1 图形整幅按比例缩小； 当 0< s <1 图形整幅按比例放大； 三维变换矩阵是4*4矩阵。
1、正解变换
02
将具有直角坐标系下的坐标(X,Y)转换为径纬度(L,B)的地理坐标
2、反解变换
03
坐标变换是将地理实体从一个坐标系转换为另一个坐标系P33张
3、坐标变换
5.4 坐标变换和投影变换
一、图形的坐标变换
坐标变换矩阵和齐次坐标 1、平移变换 [ X，Y，1] =[ x , y , 1 ] * = [x + TX , y + Ty , 1 ] 2、比例变换 [ X，Y，1] =[ x , y , 1 ] * = [x *SX , x * Sy , 1 ] 3、反射变换 [ X，Y，1] =[ x , y , 1 ] * = [ -x , y , 1 ] 4、旋转变换 [ X，Y，1] =[ x , y , 1 ] * = [x cos- ysin , x sin+ y cos ,1 ]
空间数据的处理
第一节 空间数据处理的目的和内容
1、目的 • (1) 数据的净化; • (2)数据的规范化。
2、内容 • (1) 编辑处理； • (2) 变换处理； • (3) 编码和压缩处理; • (4) 数据的插值； • (5) 数据类型的转换。
返回
第二节 空间数据的编辑 • 1、概述
• 编辑是对输入的数据进行检查、改错、更 新及加工，以得到净化的数据。
• 将点(x, y)旋转角 • x=A.cos, y=A.sin • x*=A.cos(+ ) • =A.(cos.cos -sin.sin) • =x.con -y.sin • y*=A.sin( + ) • =A(sin.con +con.sin) • =x.sin +y.con • 矩阵为：
• [x*, y*]=[x, y]. con sin
• 规则样条函数的近似值 Q(x,y)＝ 与薄板样条函数有相同 ∑Aidi2logdi+a+bx+cy 的局部趋势函数，但是 基本函数取不同形式：
式中τ是样条法中要用到的权重；d是待定值的点和控制点i 间的距离，c是常数0.577215；K0(d/τ)是修正的零次贝塞耳 (Besscl)函数．它可由一个多项式方程估计。τ值通常设为 0～0.5之间．因为更大的τ值会导致数据贫乏地区趋于过伸。 ARC/INFO和ArcView样条(thin-plate splines with tension)法表达式：
式中：ф是本张力法要用到的权重。如果ф的权重 被设为接近于0，则用张力法与基本薄板样条法得 到的估计值相似。ARC/INFO和ArcView采用的默 认ф值为0.1。
• 薄板样条函数及其变种适用于平滑和连续的面。
• 控制点个数确定之后，下一步就是控制点选择。
1、目的 • (1) 数据的净化; • (2)数据的规范化。
2、内容 • (1) 编辑处理； • (2) 变换处理； • (3) 编码和压缩处理; • (4) 数据的插值； • (5) 数据类型的转换。
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第二节 空间数据的编辑 • 1、概述
• 编辑是对输入的数据进行检查、改错、更 新及加工，以得到净化的数据。
• 将点(x, y)旋转角 • x=A.cos, y=A.sin • x*=A.cos(+ ) • =A.(cos.cos -sin.sin) • =x.con -y.sin • y*=A.sin( + ) • =A(sin.con +con.sin) • =x.sin +y.con • 矩阵为：
• [x*, y*]=[x, y]. con sin
• 规则样条函数的近似值 Q(x,y)＝ 与薄板样条函数有相同 ∑Aidi2logdi+a+bx+cy 的局部趋势函数，但是 基本函数取不同形式：
式中τ是样条法中要用到的权重；d是待定值的点和控制点i 间的距离，c是常数0.577215；K0(d/τ)是修正的零次贝塞耳 (Besscl)函数．它可由一个多项式方程估计。τ值通常设为 0～0.5之间．因为更大的τ值会导致数据贫乏地区趋于过伸。 ARC/INFO和ArcView样条(thin-plate splines with tension)法表达式：
式中：ф是本张力法要用到的权重。如果ф的权重 被设为接近于0，则用张力法与基本薄板样条法得 到的估计值相似。ARC/INFO和ArcView采用的默 认ф值为0.1。
• 薄板样条函数及其变种适用于平滑和连续的面。
• 控制点个数确定之后，下一步就是控制点选择。
新大地理信息系统课件第3章 空间数据的处理
第1节 空间数据的坐标变换
二、几何纠正
仿射变换的特性： 平行线变换后仍为平行线 不同方向上的长度比发生变化
第1节 空间数据的坐标变换
大地坐标系
❖ （1）54年北京坐标系 在东北黑龙江边境上同苏联大地网联测，通过大地坐标计算，推算出北京点 的坐标，北京坐标系是苏联42年坐标系的延伸，其原点在苏联普尔科沃。
第1节 空间数据的坐标变换
一、图幅数据的坐标变换
1.比例尺变换———乘系数
几 2. 变形误差改正——通过控制点利用高次变换、二次变换和仿射变
何
换加以改正
纠 正
3. 坐标旋转和平移 —即数字化坐标变换，利用相似变换、仿射变换
改正
4. 投影变换—————三种方法:正解变换、反解变换、数值变换
a
+
+
c
比b
令：a1 = m1cosφ，a2 = – m2sinφ，b1 = m1sinφ，b2 = m2cosφ
X = a0 + a1x + a2y Y = b0 + b1x +数，理论上只需要3个不在同一直线上的已知点，即可以求出理论解 事实上，由于图纸变形等在区域上分布的不均匀性，实际应用更多的是利用多于3个已知点的数据， 由最小二乘法求解，其目的是在面上得到更广泛的代表性
第3章 空间数据的处理
内容回顾
❖ mapinfo的组成、基本功能、文件结构、表操 作以及与外部软件系统的数据交换；
❖ 第二章中介绍了空间数据的特征、表达方式、 两种典型空间数据结构的特点、拓扑关系、 栅格压缩编码、空间数据结构的建立等知识。
主要内容 第一节 空间数据的坐标变换 第二节 空间数据结构的转换 第三节 多源空间数据的融合 第四节 空间数据的压缩与综合 第五节 空间数据的内插方法 第六节 图幅数据边沿匹配处理
第五章空间数据处理
3）运用计算交点的技巧。
理地 理 信 息 系 统 原
GIS
第五章 空间数据的处理 §5-1 图形编辑
4、图形编辑的数据组织—空间索引
为加速检索，需要分层建索引，主要方法有格网索引和四叉树索引。 1）格网索引
a、每个要素在一个或多个网格中 b、每个网格可含多个要素 c、要素不真正被网格分割 ，
空间索引
要求系统能将有错误或不正确的拓扑关系的点、线和面用不同的颜色和符号表 示出来，以便于人工检查和修改。
数据清理则是用自动的方法清除空间数据的错误.
GIS
例如给定一个结点吻合的容差使该容差范围内的结点自动吻合在一起，并建 立拓扑关系。给定悬挂弧段容差，将小于该容差的短弧自动删除。在Arc/info中 用Data Clean 命令，在Geostar中选择整体结点匹配菜单。
jk jk
2）移动一个顶点
移动顶点只涉及某个点的坐标，不涉及拓扑关系的 维护，较简单。
3）删除一段弧段
L1
L3 ab
复杂，先要把原来的弧段打断,存储上原来的弧段实 L2 际被删除，拓扑关系需要调整和变化.
第五章 空间数据的处理 §5-1 图形编辑
理地 理 信 息 系 统 原
3、数据检查与清理
数据检查指拓扑关系的检查，结点是否匹配，是否存在悬挂弧段，多边形是 否封闭，是否有假结点。
要进行编辑，称为结点与线的吻合。
E
C
编辑的方法：
A、 结点移动，将结点移动到线目标上。
B、 使用线段求交；
C、 自动编辑，在给定容差内，自动求交并吻合 在一起。
D
A
无结点
需要考虑两种情况
A、 要求坐标一致，但不建立拓扑关系；如 高架桥（不需打断，直接移动） B、 不仅坐标一致，且要建立拓扑关系；如 道路交叉口（需要打断）
理地 理 信 息 系 统 原
GIS
第五章 空间数据的处理 §5-1 图形编辑
4、图形编辑的数据组织—空间索引
为加速检索，需要分层建索引，主要方法有格网索引和四叉树索引。 1）格网索引
a、每个要素在一个或多个网格中 b、每个网格可含多个要素 c、要素不真正被网格分割 ，
空间索引
要求系统能将有错误或不正确的拓扑关系的点、线和面用不同的颜色和符号表 示出来，以便于人工检查和修改。
数据清理则是用自动的方法清除空间数据的错误.
GIS
例如给定一个结点吻合的容差使该容差范围内的结点自动吻合在一起，并建 立拓扑关系。给定悬挂弧段容差，将小于该容差的短弧自动删除。在Arc/info中 用Data Clean 命令，在Geostar中选择整体结点匹配菜单。
jk jk
2）移动一个顶点
移动顶点只涉及某个点的坐标，不涉及拓扑关系的 维护，较简单。
3）删除一段弧段
L1
L3 ab
复杂，先要把原来的弧段打断,存储上原来的弧段实 L2 际被删除，拓扑关系需要调整和变化.
第五章 空间数据的处理 §5-1 图形编辑
理地 理 信 息 系 统 原
3、数据检查与清理
数据检查指拓扑关系的检查，结点是否匹配，是否存在悬挂弧段，多边形是 否封闭，是否有假结点。
要进行编辑，称为结点与线的吻合。
E
C
编辑的方法：
A、 结点移动，将结点移动到线目标上。
B、 使用线段求交；
C、 自动编辑，在给定容差内，自动求交并吻合 在一起。
D
A
无结点
需要考虑两种情况
A、 要求坐标一致，但不建立拓扑关系；如 高架桥（不需打断，直接移动） B、 不仅坐标一致，且要建立拓扑关系；如 道路交叉口（需要打断）
第3章空间数据处理
• 地图比例尺反映了制图区域和地图的比例关系 • 纸质地图：内容、概括程度、数据精度等
GIS：数据精度 • 比例尺的含义：
制图区域较小，采用各方面变形都较小的地图投影，图上各 处的比例是一致的，故此时比例尺的含义是图上长度与相应地面 长度的比例；
制图区域较大时，地图投影比较复杂，地图上长度因地点和 方向的不同而有所变化，这种地图比例尺一般是指在地图投影时， 对地球半径缩小的比率， 称为主比例尺。地图经过投影后，体 现在图上只有个别点线没有长度变形，也就是说，只有在这些长 度没有变形的点或线上，才可用地图上注明的比例尺 • 我国地图比例尺分级系统：
• (1) 利用上述点转换法，将点A(x1, y1)，B(x2, y2)分别转换 成栅格数据，求出相应的栅格的行列值。
• (2) 由上述行列值求出直线所在行列值的范围。
行 i=1+Integer(ymax-y/⊿y) 列 j=1+Integer(x-xmin/⊿x)
第 3 章 空间数据处理
（二）线的栅格化
• 由于曲线可用折线来表示，也就是当折线上取点足够多时， 所画的折线在视觉上成为曲线。因此，线的变换实质上是 完成相邻两点之间直线的转换。若已知一直线AB其两端点 坐标分别为A(x1, y1)和B(x2, y2)，则其转换过程不仅包括标 点A，B分别从点矢量数据转换成栅格数据，还包括求出直 线AB所经过的中间栅格数据。其过程如下：
第 3 章 空间数据处理
•
第 3 章 空间数据处理
• 其转换公式为： • ⊿X=(xmax-xmin)/J ⊿Y=(ymax-ymin)/I • 式中：⊿X，⊿Y分别表示每个栅格单元的边长。
xmax,xmin分别表示矢量坐标中x的最大值和最小 值。ymax, ymin分别表示矢量坐标中y的最大值和 最小值。I， J分别表示栅格的行数和列数。 • 例如：已知某一地区x方向为15km，y方向为 30km，现要把该地区的地块图转换成栅格数据。 要求栅格的分辨率为30mx30m，则由上式可知： • 行数I=30km/30m=1000 列数J=15km/30m=500
GIS：数据精度 • 比例尺的含义：
制图区域较小，采用各方面变形都较小的地图投影，图上各 处的比例是一致的，故此时比例尺的含义是图上长度与相应地面 长度的比例；
制图区域较大时，地图投影比较复杂，地图上长度因地点和 方向的不同而有所变化，这种地图比例尺一般是指在地图投影时， 对地球半径缩小的比率， 称为主比例尺。地图经过投影后，体 现在图上只有个别点线没有长度变形，也就是说，只有在这些长 度没有变形的点或线上，才可用地图上注明的比例尺 • 我国地图比例尺分级系统：
• (1) 利用上述点转换法，将点A(x1, y1)，B(x2, y2)分别转换 成栅格数据，求出相应的栅格的行列值。
• (2) 由上述行列值求出直线所在行列值的范围。
行 i=1+Integer(ymax-y/⊿y) 列 j=1+Integer(x-xmin/⊿x)
第 3 章 空间数据处理
（二）线的栅格化
• 由于曲线可用折线来表示，也就是当折线上取点足够多时， 所画的折线在视觉上成为曲线。因此，线的变换实质上是 完成相邻两点之间直线的转换。若已知一直线AB其两端点 坐标分别为A(x1, y1)和B(x2, y2)，则其转换过程不仅包括标 点A，B分别从点矢量数据转换成栅格数据，还包括求出直 线AB所经过的中间栅格数据。其过程如下：
第 3 章 空间数据处理
•
第 3 章 空间数据处理
• 其转换公式为： • ⊿X=(xmax-xmin)/J ⊿Y=(ymax-ymin)/I • 式中：⊿X，⊿Y分别表示每个栅格单元的边长。
xmax,xmin分别表示矢量坐标中x的最大值和最小 值。ymax, ymin分别表示矢量坐标中y的最大值和 最小值。I， J分别表示栅格的行数和列数。 • 例如：已知某一地区x方向为15km，y方向为 30km，现要把该地区的地块图转换成栅格数据。 要求栅格的分辨率为30mx30m，则由上式可知： • 行数I=30km/30m=1000 列数J=15km/30m=500
《地理信息系统》第五章空间数据处理
在城市发展、气候变化、 人口迁移等领域有广泛应 用，为政策制定和规划提 供决策支持。
05
空间数据处理应用案例
城市规划与设计
城市规划方案评估
通过空间数据处理，对城市规划 方案进行环境影响评估，确保规 划方案符合可持续发展要求。
城市交通规划
利用空间数据处理技术，分析城 市交通流量、路网结构等信息， 优化城市交通布局和道路设计。
异常值处理
识别并处理异常值，如缺失、 异常大或异常小的数据。
格式转换
将不同格式的数据统一转换为 GIS可识别的格式，如 Shapefile、GeoJSON等。
坐标系转换
将数据从一种坐标系转换到另 一种坐标系，以适应不同的地
理环境和应用需求。
数据转换
投影转换
将地理数据从一种投影方式转换为另 一种投影方式，如从地理坐标系转换 为墨卡托投影。
将不同时间点的数据进行融合，以获得时 间序列数据或动态数据。
空间数据融合
特征提取与融合
将不同空间范围或不同分辨率的数据进行 融合，以提高空间数据的覆盖范围和精度 。
从多源数据中提取共同特征并进行融合， 以实现特征匹配和识别。
数据压缩与编码
数据压缩
通过算法减少数据的大小，以节省存储空间 和提高传输效率。
编码参数设置
根据实际情况调整编码参数，以获得最佳的 压缩效果和精度。
编码方式选择
根据数据的性质和应用需求选择合适的编码 方式，如矢量编码、栅格编码等。
解压缩与解码
对压缩后的数据进行解压缩和解码，以恢复 原始数据。
03
空间数据基本处理
地图数字化
地图数字化是将纸质或实物地 图转换为数字格式的过程，便 于计算机处理和地理信息系统
05
空间数据处理应用案例
城市规划与设计
城市规划方案评估
通过空间数据处理，对城市规划 方案进行环境影响评估，确保规 划方案符合可持续发展要求。
城市交通规划
利用空间数据处理技术，分析城 市交通流量、路网结构等信息， 优化城市交通布局和道路设计。
异常值处理
识别并处理异常值，如缺失、 异常大或异常小的数据。
格式转换
将不同格式的数据统一转换为 GIS可识别的格式，如 Shapefile、GeoJSON等。
坐标系转换
将数据从一种坐标系转换到另 一种坐标系，以适应不同的地
理环境和应用需求。
数据转换
投影转换
将地理数据从一种投影方式转换为另 一种投影方式，如从地理坐标系转换 为墨卡托投影。
将不同时间点的数据进行融合，以获得时 间序列数据或动态数据。
空间数据融合
特征提取与融合
将不同空间范围或不同分辨率的数据进行 融合，以提高空间数据的覆盖范围和精度 。
从多源数据中提取共同特征并进行融合， 以实现特征匹配和识别。
数据压缩与编码
数据压缩
通过算法减少数据的大小，以节省存储空间 和提高传输效率。
编码参数设置
根据实际情况调整编码参数，以获得最佳的 压缩效果和精度。
编码方式选择
根据数据的性质和应用需求选择合适的编码 方式，如矢量编码、栅格编码等。
解压缩与解码
对压缩后的数据进行解压缩和解码，以恢复 原始数据。
03
空间数据基本处理
地图数字化
地图数字化是将纸质或实物地 图转换为数字格式的过程，便 于计算机处理和地理信息系统
GIS04第四章 空间数据处理
无结点
C、 自动编辑，在给定容差内，自动求交并吻合在一起。
3）需要考虑两种情况
A、 要求坐标一致，而不建立拓扑关系；如 高架桥（不需打断，直接移动） B、 不仅坐标一致，且要建立之间的空间关联关系；如 道路交叉口（需要打断）
有结点
第四章 空间数据的处理
§4-2 图形编辑
4）清除假结点（伪结点）
由仅有两个线目标相关联的结点成为假结点。 A B
4°取起始点上开始的，刚才所形成多边形的最后一条边作为新的起始链， 转2°；若这条链已用过两次，即已成为两个多边形的边，则转1°。
第四章 空间数据的处理
2）建立多边形的基本过程
例：
§4-1 拓扑关系的自动建立
1°从P1开始，起始链定为P1P2,从P2点算起，P1P2最右边的链为P2P5；从P5算起， P2P5最右边 的链为P5P1,...形成的多边形为P1P2P5P1。 2°从P1开始，以P1P5为起始链，形成的多边形为P1P5P4P1。
2、在图形采集和编辑之后自动建立，其基本原理与前类似。 返回
第四章 空间数据的处理
二、多边形拓扑关系自动建立 1、链的组织
§4-1 拓扑关系的自动建立
1）找出在链的中间相交的情况，自动切成新链； 2）把链按一定顺序存储，并把链按顺序编号。
2、结点匹配 1） 把一定限差内的链的端点作为一个结点，其坐标值取 多个端点的平均值。 2）对结点顺序编号。
§4-2 图形编辑
简化为：
第四章 空间数据的处理
3、面的捕捉
§4-2 图形编辑
实际上就是判断光标点S(x,y)是否在多边形内，若在多边形内则说明捕捉到。 判断点是否在多边形内的算法主要有垂线法或转角法。 垂线法的基本思想是从光标点引垂线(实际上可以是任意方向的射线)，计算 与多边形的交点个数。 若交点个数为奇数则说明该点在多边形内；若交点个数为偶数，则该点在多 边形外。
第三章 空间数据处理
平面方程为： zp=a0+a1x+a2y 只需要3个数据点即可。
z1=a0+a1x1+a2y1
z2=a0+a1x2+a2y2
z3=a0+a1x3+a2y3
z1 1 z 1 2 z 3 1
x1 x2 x3
y1 a 0 y 2 a 1 y 3 a 2
21 22.5 23 27 28 28.6 29 30.4 31 26 18 17
23 24 24 28 30 29 30 31 32 27 20 18
26.6 24.3
2、双线性多项式内插法
双线性内插多用于已经规则分布的数据内插。
用最邻近的四个已知点构成一个四边形块，并确定一 个双线性函数。
p1 p2
因此最少需要三个同名地点的坐标，列出6 个方程组。求出系数，得到两者的转换方程。
X1’= a0 +a1 x1+a2 y1 Y1’= b0 + b1 x1 + b2 y1 X2’= a0 +a1 x2+a2 y2 Y2’= b0 + b1 x2 + b2 y2 X3’= a0 +a1 x3+a2 y3 Y3’= b0 + b1 x3 + b2 y3 a0, a1, a2, b0 , b1, b2
压缩后由{A1，A2………Am}m个坐标子集组成。 则压缩比为： a=m/n ； a≤1
二、矢量数据压缩
V3 V2 V4
V5
V1
V6
（一）矢量数据压缩基本原理：道格拉斯—佩克算法 （1）用待压缩折线首尾两点连接为直线L。
（2）计算折线上各坐标点到直线的垂直距离。
《空间数据的处理》课件
空间关系分析
研究点、线、面之间的拓扑关系和空间分布 规律。
空间预测与决策分析
利用分析结果为决策提供依据，如城市规划 、资源管理等。
03
CATALOGUE
空间数据的应用领域
地理信息系统（GIS）
地理信息系统（GIS）是空间数据应 用的重要领域之一，通过地理信息系 统可以对空间数据进行采集、存储、 处理、分析和可视化，为政府、企业 和学术界提供决策支持。
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《空间数据的处理 》ppt课件
contents
目录
• 空间数据处理概述 • 空间数据处理技术 • 空间数据的应用领域 • 空间数据处理面临的挑战与解决方案 • 未来空间数据处理的发展趋势 • 案例分析
01
CATALOGUE
空间数据处理概述
空间数据的定义与特点
总结词
空间数据的定义、特点与分类
详细描述
空间数据处理的历史与发展
总结词
空间数据处理技术的演变历程与趋势
详细描述
空间数据处理技术经历了从手工处理到自动化处理、从单一技术到集成技术、从定性分析到定量分析 的演变过程。随着计算机技术、大数据、人工智能等领域的快速发展，空间数据处理技术正朝着智能 化、精细化、一体化方向发展，为各行业提供更加精准、高效的空间信息服务。
GIS在城市规划、土地资源管理、环 境保护、灾害监测、交通物流管理等 领域具有广泛的应用价值。
遥感技术应用
遥感技术是利用卫星、飞机等平台对 地球表面进行观测和监测的技术，遥 感数据具有覆盖范围广、信息量大、 更新速度快等特点。
遥感技术在土地利用监测、森林资源 调查、气象观测、农业估产等领域具 有广泛的应用价值，同时也可以为灾 害监测和应急响应提供支持。
空间数据的处理 北京大学.ppt
等面积伪圆锥投影
地图投影转换
斜轴等面积方位投影
第二节 空间数据的结构转换
1、空间数据结构：矢量结构和栅格结构
数据采集采用矢量数据结构，有利于保证空间实体 的几何精度和拓扑特性的描述；
空间分析主要采用栅格数据结构，有利于加快系统 数据的运行速度和分析应用的进程。
矢量与栅格数据结构的比较
优点
缺点
39
误差修正一般过程
设定容许值 连接接点 重建拓扑关系
容许范围
40
边界匹配
不同图幅的连接 自动、手工
41
图象纠正
纠正原因 地图变形(均匀变形、非均匀变形） 数字化中的位置移动 遥感影像本身存在几何变形 投影方式不同 分幅扫描
实质 建立纠正图象与标准地图的一一对应关系
1）数据属性的重新分类 2）空间图形的化简 3）图形特征的内插
数据压缩与概化
数据压缩
简化数据记录 节约存储量
数据概化
比例尺变换 精度减少 矢量：更少的点、线、面 栅格：重采样（小格网到大格网）
35
地图综合（矢量数据概化）
36
栅格数据重采样
MMU：最小制图单位 1MMU = 9公顷
SDTSEXPORT模块等。 3）基于公共接口的数据融合 数据客户通过公共接口，发出请求，由数据服
务器提供空间数据。 4）基于直接访问的数据融合
常用软件的空间数据格式
矢量
交换格式文件 栅格
ARC/INFO Coverage E00
ARCVIEW Shape
Mapinfo Tab
Mif
AutoCAD DWG
地图投影变换
正解变换 反解变换
通过建立两个投影 的解析关系式，直 接把一种投影坐标 ( x , y ) 变换成另 一种投影的坐标 ( X,Y)
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息
系 统 图形编辑是交互处理过程，要求GIS具备图形编辑功能：
原 1）具有友好的人机界面，即操作灵活、易于理解、响应迅 理 速等；
2）具有对几何数据和属性编码的修改功能，如点、线、面 GIS 的增加、删除、修改等；
3）具有分层显示和窗口操作功能，便于用户的使用。
地 理 信 息 系 统 原 理
GIS
若min(d1,d2,…dn-1)＜D，则认为光标S捕捉到了 该条线，否则为未捕捉到。
加快线捕捉的速度的方法：
1）在实际的捕捉中，可每计算一个距离di就进行 一次比较，若di＜D，则捕捉成功，不需再进行下 面直线段到点S的距离计算了。
2）把不可能被光标捕捉到的线，用简单算法去除。
3）对于线段也采用类似的方法处理。
理 搜索其它点。
GIS
乘方运算影响了搜索的速度，因此，把距离d的计算改为：
捕捉范围由圆改为矩形，这可大大加快搜索速度。
地 理 信 息 系 统 原 理
GIS
第五章 空间数据的处理 §5-1 图形编辑
2、线的捕捉
设光标点坐标为S(x,y)，D为捕捉半径，线的 坐标为(x1,y1),(x2,y2),…(xn,yn)。通过计算S到 该线的每个直线段的距离d。.
地
理 信
第五章
息
系
统
空间数据处理
原
理
GIS
第五章 空间数据的处理
地 理
1、空间数据处理的目的
信
息 • 消除数字化错误；解决比例尺不统一，
系 投影不统一，数据格式不统一，数据冗
统 余，数据表达不连续和图形接边等问题，
原 为空间数据入库及应用创造条件。
理
GIS
第五章 空间数据的处理
地 2、空间数据处理的内容
N1
N2
A2
N1
N2
A2
第五章 空间数据的处理 §5-1 图形编辑
地 二、关键算法
理 1、点的捕捉
信
息
设光标点为S(x,y)，某一点状 要素的坐标为A(X，Y)
系
统
可设一捕捉半径D(通常为3～5个象素，这主要由屏幕的分辩率和屏幕的尺寸决 定)。
原
若S和A的距离d小于D则认为捕捉成功，即认为找到的点是A，否则失败，继续
理
信
§5-1 图形编辑
息
§5-2 拓扑关系的自动建立
系
统
§5-3 坐标变换
原
理
§5-4 数据压缩与光滑
GIS
§5-5 空间数据格式转换
§5-6 空间插值
§5-7 图形的裁剪、合并与图幅接边
地
理
信 息
§5-1 图形编辑
系
统
原
理
GIS
第五章 空间数据的处理 §5-1 图形编辑
地
理 信
图形编辑又叫数据编辑、数字化编辑，是指对地图资料 数字化后的数据进行编辑加工，其主要的目的是在改正数据 差错的同时，相应地改正图形。
jk jk
2）移动一个顶点
移动顶点只涉及某个点的坐标，不涉及拓扑关系的 维护，较简单。
3）删除一段弧段
L1
L3 ab
复杂，先要把原来的弧段打断,存储上原来的弧段实 L2 际被删除，拓扑关系需要调整和变化.
第五章 空间数据的处理 §5-1 图形编辑
地 理 信 息 系 统 原 理
GIS
3、数据检查与清理
有结点
第五章 空间数据的处理 §5-1 图形编辑
地 理 3）清除假结点（伪结点） 信 由仅有两个线目标相关联的结点称为假结点。
息
系
统
原
理
有些系统要将这种假结点清除掉（如ARC/INFO），即将目标A
和B合并成一条，使它们之间不存在结点;
GIS
但有些系统并不要求清除假结点，如Geostar,因为它们并不影 响空间查询、分析和制图。
第五章 空间数据的处理 §5-1 图形编辑
地 理 信 息 系 统 原 理
GIS
4、撤消与恢复编辑
Undo,Redo功能是必要的。但功能的实现是困难的。当撤消编辑，即恢复目标， 要恢复目标的标识和坐标、拓扑关系。这一处理过程相当复杂.
因此，有些GIS不在图形编辑时实时建立和维护拓扑关系，如Arc/Info等，而 在图形编辑之后，发Clean 或Build命令重新建立拓扑关系。这样，在每次进行 任何一次编辑，都要重新Clean 或Build，对用户不便。
第五章 空间数据的处理 §5-1 图形编辑
地 理 信 息 系 统 原 理
GIS
2、图形编辑
包括用鼠标增加或删除一个点、线、面实体，移动、 旋转一个点、线、面实体。
1）删除和增加一个顶点
删除顶点，在数据库中不用整体删除与目标有关的 数据，只是在原来存储的位置重写一次坐标，调整拓扑 关系。
增加顶点，需要给一个新的目标标识号，在新位置 上重写，将原来的目标删除，此时需要做一系列处理， 调整空间拓扑关系。
第五章 空间数据的处理 §5-1 图形编辑
一、编辑操作
1、结点的编辑
1）结点吻合(Snap) 或称结点匹配、结点咬合，结点附和。
方法： A、 结点移动，用鼠标将其它两点移到另一点； B、 鼠标拉框，用鼠标拉一个矩形，落入该矩形内的结点坐 标通过求它们的中间坐标匹配成一致； C、 求交点，求两条线的交点或其延长线的交点，作为吻合 的结点； D、自动匹配，给定一个吻合容差，或称为咬合距，在图形 数字化时或之后，将容差范围内的结点自动吻合成一点。
要进行编辑，称为结点与线的吻合。
E
C
编辑的方法：
A、 结点移动，将结点移动到线目标上。
B、 使用线段求交；
C、 自动编辑，在给定容差内，自动求交并吻合 在一起。
D
A
无结点
需要考虑两种情况
A、 要求坐标一致，但不建立拓扑关系；如 高架桥（不需打断，直接移动） B、 不仅坐标一致，且要建立拓扑关系；如 道路交叉口（需要打断）
一般，若结点容差设置合理，大多数结点能够吻合在一 起，但有些情况还需要使用前三种方法进行人工编辑。
地 理 信 息 系 统 原 理
GIS
第五章 空间数据的处理 §5-1 图形编辑
2）结点与线的吻合
在数字化过程中，常遇到一个结点与一
个线状目标的中间相交。由于测量或数字
B
化误差，它不可能完全交于线目标上，需
数据检查指拓扑关系的检查，结点是否匹配，是否存在悬挂弧段，多边形是 否封闭，是否有假结点。
要求系统能将有错误或不正确的拓扑关系的点、线和面用不同的颜色和符号表 示出来，以便于人工检查和修改。
数据清理则是用自动的方法清除空间数据的错误. 例如给定一个结点吻合的容差使该容差范围内的结点自动吻合在一起，并建 立拓扑关系。给定悬挂弧段容差，将小于该容差的短弧自动删除。在Arc/info中 用Data Clean 命令，在Geostar中选择整体结点匹配菜单。