p06第六章空间数据的处理
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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
第6章 空间数据结构与数据管理
36 37 38 39
2 5 5 5
•四叉树编码的记录方式：
——以美国马里兰大学四叉树编码为例（线形四叉树） （1）编码中只记录叶结点 （2）使用32位二进制数记录每个叶结点 （3）每个叶结点只记录其地址和属性代码 属性代码
叶结点
2 0
地
址
深度：即处于四叉树的第几层上 路径：每次分割所在的象限代码的组合
5
3 b
a
4
c
a
b
（2）属性偏差
像元的属性是地表相应区 域内地物类型的近似值，因而 存在属性方面的偏差。
Landsat TM卫星影像的单个像 元对应着地表30×30m2的矩形区域， 影像记录的光谱数据是每个像元所 对应的地表区域内所有地物光谱辐 射的总和。
•栅格像元属性值的确定
①中心点法
由像元代表的地块的中心点所在 的面域的属性来确定。适用于具有连 续分布特性的实体要素。
起始像元的行、列号
•链码的特点
（1）易于估算面积、长度、转折方向的凹凸度 （2）边界合并和插入等修改比较困难
（3）相邻区域的边界被重复存储而产生冗余
3．游程长度编码
基本思路： 对于一幅栅格图像，常常有行（或列）方 向上相邻的若干像元具有相同的属性代码，因 而可采取某种方法压缩那些重复的记录内容。
2 0
3 1
2 0
3 1
3 1
路径：21
（二进制：1001）
象限代码定义
象限代码组合
倒向四叉树
0
西南
东南
西北
2.空间数据模型
地理空间数据特征的抽象，是对地理 空间实体及其联系的描述。
3.空间数据建模
把描述地理空间实体的数据组织成信息世界 中计算机能够接受的数据集的过程。
空间数据的获取与处理
第3章 空间数据的获取与处理空间数据获取与处理是地理信息系统建设首先要进行的任务，可通过数据转换、遥感数据处理以及数字测量等方式完成，其中已有地图的数字化录入，是目前被广泛采用的手段。
在GIS中，录入的内容包括空间信息和非空间信息。
空间信息的录入主要有两种方式，即手扶跟踪数字化和扫描矢量化，本章具体介绍这两种方式，以及相关的算法。
同时介绍了数据质量的基本内容及拓扑建立的过程中。
第一节 GIS的数据来源1 地图数据地图是地理数据的传统描述形式，是具有共同参考坐标系统的点、线、面的二维平面形式的表示，内容丰富，图上实体间的空间关系直观，而且实体的类别或属性可以用各种不同的符号加以识别和表示。
地图是GIS重要的数据源。
我国大多数的GIS系统其图形数据大部分都来自地图。
但基于地图以下的特点，在应用时须加以注意：（1）地图存储介质的缺陷。
由于地图多为纸质，由于存放条件的不同，都存在不同程度的变形，具体应用时，须对其进行纠正；（2）地图现势性较差。
由于传统地图更新需要的周期较长，造成现存地图的现势性不能完全满足实际的需要；（3）地图投影的转换。
由于地图投影的存在，使得对不同地图投影的地图数据进行交流前，须先进行地图投影的转换；（4）在计算机图形图像技术应用于地图制作之前，各部门一般都使用纸质地图或工程图纸。
纸图在查阅、计算距离和标注地名符号等方面都是人工操作；另外不能对一幅纸地图进行修改、缩小比例和分层读图，至于地图局部放大只能借助于放大镜，被放大的区域很小且操作不方便。
随着技术的发展，人们对地图的要求进一步提高。
通过GIS工具，可以把纸地图经过一系列处理而转换成可以在屏幕上显示的电子化地图，可以满足人们使用地图的新的要求。
当纸地图经过矢量化，或者实地数字测绘，生成可以为地理信息系统显示、修改、标注、漫游、计算、管理和打印的矢量地图数据文件，这种与纸地图相对应的计算机数据文件称为矢量化电子地图。
这种地图工作时需要有应用软件和硬件系统的支撑。
第六章 空间数据的分析
单个栅格为单元的叠置； 游程编码叠置。
设求解：某地区降雨量=1000mm,土厚=50cm的区域
0
400
800
0 30cm
400
800
600mm
第K行
800mm 1000mm 1200mm 20cm
50cm 30cm 40cm
降雨量图 游程号 1 2 3 4 游程号 1 2 3 降雨游程 600mm 800mm 1000mm 1200mm 土厚游程 30cm 20cm 50cm
。P
4) 重(质)心的计算 区域的质心是目标保持均匀分布的平衡点，它通过对目标坐标值 加权平均求得 。质心可能在多边形内，也可能在多边形外。 质心通常是指一个多边形或面积的几何中心。在有些情况下质心 描述的不是几何中心，而是分布中心，或加权的平均中心。
xi
n
cx=
i=1
n
yi
n
cy=
i=1
2）进行进一步的分析,如叠置分析或图形的运算。
4、缓冲区分析例 如已知一湖泊，要求在它周围5000m 内必需禁止任何污染性工业企 业存在，在它周围500m 内必需禁止建筑任何永久性建筑物。 （1）先建立缓冲区； （2）同现有污染性工业企业图叠置，显示在范围内应禁止的污染 性工业企业； （3）同现有永久性建筑物图叠置，显示在范围内应禁止的永久性 建筑物。
n i
线目标的长度 L= d （2）栅格数据的长度的计算 用8邻域方向累加地物骨架线通过的栅格数目,对角线方向* 2
i 1
2)面积的计算
空间数据的自动量算是GIS 的重要功能，也是进行空间分析的 定量化基础。 面积的量算（辛普森（Simposion)公式） （1） 矢量格式下面积的量算通常用辛普森公式： Y
设求解：某地区降雨量=1000mm,土厚=50cm的区域
0
400
800
0 30cm
400
800
600mm
第K行
800mm 1000mm 1200mm 20cm
50cm 30cm 40cm
降雨量图 游程号 1 2 3 4 游程号 1 2 3 降雨游程 600mm 800mm 1000mm 1200mm 土厚游程 30cm 20cm 50cm
。P
4) 重(质)心的计算 区域的质心是目标保持均匀分布的平衡点，它通过对目标坐标值 加权平均求得 。质心可能在多边形内，也可能在多边形外。 质心通常是指一个多边形或面积的几何中心。在有些情况下质心 描述的不是几何中心，而是分布中心，或加权的平均中心。
xi
n
cx=
i=1
n
yi
n
cy=
i=1
2）进行进一步的分析,如叠置分析或图形的运算。
4、缓冲区分析例 如已知一湖泊，要求在它周围5000m 内必需禁止任何污染性工业企 业存在，在它周围500m 内必需禁止建筑任何永久性建筑物。 （1）先建立缓冲区； （2）同现有污染性工业企业图叠置，显示在范围内应禁止的污染 性工业企业； （3）同现有永久性建筑物图叠置，显示在范围内应禁止的永久性 建筑物。
n i
线目标的长度 L= d （2）栅格数据的长度的计算 用8邻域方向累加地物骨架线通过的栅格数目,对角线方向* 2
i 1
2)面积的计算
空间数据的自动量算是GIS 的重要功能，也是进行空间分析的 定量化基础。 面积的量算（辛普森（Simposion)公式） （1） 矢量格式下面积的量算通常用辛普森公式： Y
地理信息系统 第六章空间数据的处理方法汇总
• X=(x1+x2+x3)/3 ; Y=(y1+y2+y3)/3
2021/6/23
去除悬线
2021/6/23
闭 合 检 查
• 检查多边形是否闭合可以通过判断一条链的端 点是否有与之匹配的端点来进行。悬挂链不需 参加多边形拓扑，可以作一标记，使之不参加 下一阶段拓扑建立多边形的工作。
2021/6/23
2021/6/23
栅格数据的压缩
• JPG 27K • BMP 529K
2021/6/23
2021/6/23
栅格的压缩和编码
• 直接栅格编码 • 链码(chain Encoding) • 游程长编码(Run_length Encoding) • 块码 • 四叉树编码(quarter_tree Encoding)
• 右图编码为
A4 A1 B3 A2 B2 A2 B2。
• 若在行与行之间不间断地连续 编码，则为
A5 B3 A2 B2 A2 B2。
• 对于游程长度编码，区域 越大，数据的相关性越强，则 压缩越大。其特点是，压缩效 率较高，叠加、合并等运算简 单，编码和解码运算快
AAAA ABBB AAB B AAB B
第三部分
2021/6/23
主要内容 • 第六章 空间数据的处理方法
2021/6/23
第六章 空间数据的处理方法
◆图形屏幕编辑的基本操作算法 • 介绍纠正数据采集错误的重要手段——图形编
辑的基本功能、要求。 ◆空间数据拓扑关系的自动生成 • 介绍矢量数据拓扑关系建立的基本步骤和要点
。 ◆空间数据的压缩编码方法 • 介绍矢量数据和栅格数据的压缩处理。 ◆空间数据的格式转换 ◆矢量和栅格数据的转换
2021/6/23
去除悬线
2021/6/23
闭 合 检 查
• 检查多边形是否闭合可以通过判断一条链的端 点是否有与之匹配的端点来进行。悬挂链不需 参加多边形拓扑，可以作一标记，使之不参加 下一阶段拓扑建立多边形的工作。
2021/6/23
2021/6/23
栅格数据的压缩
• JPG 27K • BMP 529K
2021/6/23
2021/6/23
栅格的压缩和编码
• 直接栅格编码 • 链码(chain Encoding) • 游程长编码(Run_length Encoding) • 块码 • 四叉树编码(quarter_tree Encoding)
• 右图编码为
A4 A1 B3 A2 B2 A2 B2。
• 若在行与行之间不间断地连续 编码，则为
A5 B3 A2 B2 A2 B2。
• 对于游程长度编码，区域 越大，数据的相关性越强，则 压缩越大。其特点是，压缩效 率较高，叠加、合并等运算简 单，编码和解码运算快
AAAA ABBB AAB B AAB B
第三部分
2021/6/23
主要内容 • 第六章 空间数据的处理方法
2021/6/23
第六章 空间数据的处理方法
◆图形屏幕编辑的基本操作算法 • 介绍纠正数据采集错误的重要手段——图形编
辑的基本功能、要求。 ◆空间数据拓扑关系的自动生成 • 介绍矢量数据拓扑关系建立的基本步骤和要点
。 ◆空间数据的压缩编码方法 • 介绍矢量数据和栅格数据的压缩处理。 ◆空间数据的格式转换 ◆矢量和栅格数据的转换
《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。
THANKS
感谢观看
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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。
6空间数据获取与处理共22页
11数字化仪数字化数字化仪数字化手扶跟踪数字化手扶跟踪数字化距离流方式距离流方式distancestreamdistancestream时间流方式时间流方式timestreamtimestream曲线离散化算法曲线离散化算法固定地图设置投影方式设置控制点处理误差设置定标器按键地图分幅曲线的离散算法扫描仪数字化方法一扫描仪的工作原理二扫描仪的使用方法三扫描数字化四地图扫描数据处理11扫描矢量化处理流程扫描矢量化处理流程细化矢量化冗余去除断线修复要素提取符号识别属性赋值扫描仪数字化方法处理步骤22图形坐标变换图形坐标变换基本坐标变换基本坐标变换a平移b缩放c图形旋转22图形坐标变换图形坐标变换基本坐标变换基本坐标变换仿射变换仿射变换仿射变换22拓扑生成拓扑生成图形修改图形修改建立拓扑关系建立拓扑关系西北大学城市与资源学系空间数据编辑的必要性空间数据编辑的必要性修正数据输入错误修正数据输入错误维护数据的完整性和一致性维护数据的完整性和一致性更新地理信息更新地理信息空间数据一般性错误空间数据一般性错误数据不完整重复数据不完整重复空间数据位置不正确空间数据位置不正确空间数据比例尺不准确空间数据比例尺不准确空间数据变形空间数据变形几何和属性连接有误几何和属性连接有误属性数据不完整属性数据不完整错误检查主要方法错误检查主要方法叠合比较法叠合比较法目视检查法目视检查法逻辑检查法逻辑检查法数字化矢量的编辑内容
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
Thank you
第六章 空间数据获取与处理
1．地图数字化
地图数据类型
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
Thank you
第六章 空间数据获取与处理
1．地图数字化
地图数据类型