数据采集和处理

3.1图形编辑

空间数据编辑的必要性 修正数据输入错误 维护数据的完整性和一致性 更新地理信息 空间数据编辑内容 数据不完整、重复 空间数据位置不正确 空间数据比例尺不准确 空间数据变形 几何和属性连接有误 属性数据不完整

3.1 图形编辑
纠正数据采集错误的重要手段，以及图形更新 的必要步骤，如对点、线、面的增加、删除、 修改等。 首先是点、线、面的捕捉 再进行拓扑编辑（局部或全部拓扑） 多边形连接编辑 弧段和结点连接编辑
基本功能。
2.空间数据采集的任务
2.1采集任务：将地理实体的几何数据和属性 数据输入到地理数据库中，就是GIS的数据采 集。 即将现有的地图、外业观测成果、航空像 片、遥感图像、文本资料等转换成GIS可以处 理和接收的数字形式，通常经过验证、修改、 编辑等处理。采集方式与数据源有关。
2.空间数据采集的任务
控制点（tic）概念
地图上具有控制地图图幅精确度的一些 点，也称地理控制点（同名点），通常这些 点都具有准确的实地坐标或可以精确定位的 ，如图幅图廓点、公路网格点、测量点、道 路交叉口等
2.3.2 地图扫描数字化
1、扫描仪数字化思想
通过扫描将地图转换为栅格数据，然后采用栅格数据 矢量化的技术追踪出线和面，采用模式识别技术识别 出点和注记，并根据地图内容和地图符号的关系自动 给矢量数据赋以属性值。
2.3.1地图跟踪数字化
基本过程 将需要数字化的图件（地图、航片等）固定在数字 化板上，设定数字化范围，输入有关参数，选择数字 化方式，按地图要素的类别实施数字化
在进行地图手扶跟踪数字化时， 需要在数字化仪面板坐 标和地图真实坐标之间 建立映射关系，通常的 做法是先录入三个不在 同一条直线上的控制点。
3.1 图形编辑
3.1.1 图斑合并：指两相邻的图斑合并，即系统将
相邻的两图斑共用弧段删除，用户给出合并后的 图斑编码，在软件支持下实现两图斑的合并
Biblioteka Baidu
3.1.2 图斑分裂：图斑合并的逆操作
3.1 图形编辑
3.1.3图斑定积分裂： 指在指定图斑内或边 界上的某部位，寻找一点， 将该点与图斑边界线的两 点（在地籍图中就是两界 址点）连线，分裂出一个 小区域，要求该校区域内 面积为定值。这是房地产 出售中经常遇到的实际问 题。
坐标变换原因
3.3.2坐标变换的地理意义
(1)实现地图的 数学法则 指将地球球面上的地理对象表示在 平面上的数学基础（如投影方式、 比例尺、方向等）。对地图进行数 字化时必须将这种数学法则反映到 数字地图中 由数字化设备读取的坐标值直接依 赖于该设备的坐标系统及其设置， 并不代表实际地理坐标，因此有必 要建立坐标转换公式，在数字化过 程中将设备坐标转换为实际地理坐 标。
3.3.3.2 投影变换
（1）目的：当系统所使用的数据来自不同地 图投影时，需要将一种投影的几何数据（x,y ）转成所需投影的数据(X,Y)。实质是建立两 个平面点之间的一一对应关系。 公式：X=f1(x,y),Y=f2(x,y)
3.3.3.2 投影变换
（2）解算这种法则有几种方法
正解变换：x=fx(L,B) y=fy(L,B)
(c)图形旋转
（2）主要方法
(2.2)坐标变换中待定系数的确定——地面控制 点（或同名点）是求解转换的基础
要实现仿射变换，需要知道不在同一直 线上的3对控制点的数字化坐标及其理论值， 才能求得上述6个待定参数。实际中通常利 用4个点（控制点）。
(2.2)坐标变换中待定系数的确定
计算方法：数值变换法，这种方法主要用于地图的数字化。最 小二乘法是最为常用的数值变换法。 利用最小二乘法的基本思想是，先用一组线性多项式拟合 坐标变换公式，实际上是建立回归曲线（转换曲线），用该曲 线进行原坐标系的所有点的坐标变换。控制点是转换基础。 在地图上选取若干控制点，获取控制点的数字化仪坐标和 实际地理坐标，然后利用这组坐标值，根据最小二乘法原理算 出多项式的系数。这样在地图数字化过程中，就可以利用这组 多项式计算出任意一点的地理坐标。 一般的GIS软件都提供了坐标变换功能。
2、线条细化
剥离法：其实质是从数字图像上，由上而下 ，自左到右一次选3×3个像元，进行分析， 以不影响其连通性为原则决定中心像元是否 可以剥离，逐次排下去，可以将线条带剥离 成单个像元的细线
地图扫描数字化（自动矢量化）
3、跟踪，生成矢量格式坐标链
自动搜索方法 ●搜索结点—— 3 × 3网格法 ●结点间8个方向跟踪组成网格链，逐个网格取其中 心点坐标，转换成矢量坐标链弧段
第四章 空间数据采集与数据处理
1.数据源种类 2.空间数据采集的任务 2.1数据采集任务 2.2数据采集方法 2.3矢量数据采集 2.3.1 地图跟踪数字化 2.3.2 地图扫描矢量化 2.4属性数据采集 3.空间数据处理
1.数据源种类
数据源指建立GIS的地理数据库以及进行应用分析所需的
各种数据的来源。
两种方式 地图跟踪数字化（数字化仪输入、屏幕矢 量化）——传统的数据采集方法。 地图扫描矢量化（自动或半自动矢量化）： 较为先进的地图数字化方式
2.3.1地图跟踪数字化

数字化仪原理
目前较为常用的数字化仪是电磁感应式数字化仪 ，它是利用电磁感应原理检测出图形坐标数据的。由 游标线圈（定位器）、工作桌面（包括铺设其下的栅 格阵列导线）以及电子部件、微处理器和输出装置组 成。其中游标线圈是电磁发射源，工作桌面接收信号 ，电子部件、微处理器把游标线圈在工作桌面上的位 移量转换成x，y坐标，最后经输出装置输入计算机
3.空间数据处理
采集之后的数据处理工作包括：几何纠正、 图形和文本数据的编辑、图幅的拼接、拓扑关 系的生成等，即完成GIS的空间数据在装入 GIS的地理数据库前的各种工作。 3.1图形编辑 3.2空间数据的坐标变换 3.3图幅拼接 3.4数据格式转换，包括矢量栅格数据转换，不 同软件数据格式的转换，不同介质之间的数据 转换
（2）主要方法
（2.1）仿射变换
公式：
X a0 a1 x a2 y Y b0 b1 x b2 y
特性：只考虑x和y方向 上的变形 直线变换后仍为直线 平行线变换后仍为平 行线 不同方向上的长度比 发生变化
基本坐标变换示意
X 方向
Y 方向
(a)平移
(b)缩放
2、主要方法
自动矢量化 交互式矢量化 ：采用人机交互方式
地图扫描数字化（自动矢量化）
1、灰度二值化 灰度二值化是将一幅有各种灰度（亮度）分布 的黑白图像变为非黑即白（非“1”即“0”） 的二值图像，是将图像变为图形的一种过渡。 二值化阈值确定方法：经验法、直方图、人机 交互法和数理统计法。
地图扫描数字化（自动矢量化）
2.2 主要采集方法 已存在于其它系统的几何数据，经过转换装载 测量仪器获得地几何数据，传输进入数据库 遥感影像提取专题信息，需要进行几何纠正、光谱纠 正、影像增强、图像变换、结构信息提取等，属于遥 感图像处理内容 栅格数据的获取，通过扫描仪输入，大多可直接进入 GIS 矢量数据采集
2.3矢量数据的采集
矢量（图形）输入要解决的问题：即几何数据与属 性数据。拓扑数据一般在已有的几何数据基础上生 成。一般需要进行三方面的工作，即几何数据的采 集、属性数据的采集、几何数据与属性数据的连接。
矢量化处理流程
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
2.3矢量数据的采集
空间信息的获取是一个空间信息系统建设的首要
任务。一个空间信息系统建设，70％以上的工作
（费用）将花费在空间信息（特别是矢量数据）
的获取上面。
1.数据源种类
对于一个GIS应用系统的建设来说，空间数据（图形数 据）的来源主要有四种渠道： 数据转换：各种交换格式数据（DXF/E00 /MIF等 遥感/GPS数据：图象、GPS坐标点文件等 数字测量：形成纸质地图或坐标点文件 已有纸质地图：地图数字化 统计数据：GIS重要的属性数据源 文本资料：行业部门的有关法律文档、行业规范等。
a1 b1 c1 a2 b2 c2
这六个参数。
3.3.2坐标变换的地理意义
(4)实现多图幅拼接或不同比例尺间地图的匹配
当需要对多幅地图进行数字化时，如果在多 幅地图之间或在不同比例尺之间建立了一个统一 的坐标系，并在每一幅地图都输入一定数量的控 制点及相应的地理坐标，则经由控制点拟合的坐 标变换公式，将所有图幅的数字化仪平面坐标转 换为所建立的坐标系中的坐标，使得图幅拼接或 不同比例尺间地图的匹配成为可能。
点
端点
中间点
结点
2.4属性数据的采集
2.4.1属性数据（统计数据或专题数据）的采集 数据量较小，可以在输入几何数据的同时，用键盘 输入； 数据量大，与几何数据分别输入，根据预先建立属 性表输入属性； 从其它统计数据库导入属性，通过关键字段联接图 形。 2.4.2几何数据与属性数据之间的联系：公共标识 码（用户ID），即 几何数据（图形数据）与属性数 据之间的公共标识符
3.3.3 坐标变换的主要内容
将地图上各点的原坐标，转换成新的坐标。可分为两 类：一是将非地理坐标转换为地理坐标（地理坐标化 georeferencing）;二是校正或配准（registration，几 何纠正），可在任意两个坐标系中进行，不一定非要转为 地理坐标。
3.3.3.1几何纠正
(1)主要应用：扫描地形图、遥感影像，进行图纸变 形误差的纠正，建立实际地理坐标系。 (2)采用方法： 仿射变换：使用最多的一种几何纠正方式 相似变换 二次变换
2.5 栅格数据常用的获取方法
2.5.1 遥感数据 2.5.2手工方式：可在专题地图上均匀地划分网 格，每一单位格子覆盖部分的属性数据成为各 点的值，形成栅格地图文件； 2.5.3 矢量数据转换：数字化仪跟踪，得到矢 量数据，再转为栅格数据； 2.5.4 图片扫描数据：扫描数字化方法，逐步 扫描专题地图，将扫描数据重新采样和再编码得 到栅格数据文件。
(2)实现由设备 坐标（数字化 仪坐标或栅格 图像坐标）到 现实世界坐标 （实际地理坐 标）的转换
3.3.2 坐标变换的地理意义 (3)控制数据采集的精度 由控制点建立的坐标转换公式实 际上是一组回归方程，通过在图面上 均匀选取适当数目的控制点，并精确 输入控制点的实际地理坐标，可以提 高回归方程的拟和精度，进一步控制 数字化的精度。
反解变换：L=FL(x,y)
B=FB(x,y)
解析法，已知坐标变换公式（如各种投影类型）， 直接利用变换公式进行计算。如地理经纬度与X、 Y坐标变换。GIS中图形的缩放、平移、旋转及三 维变换等操作中都使用这种变换。
数值变换法：如果不易求出两投影之间坐标的直接 关系，可以采用多项式逼近的方法，一般选择10个 以上的同名点。
控制点建立的坐标转换
纸质地图
数字化仪面板 X面板1, Y面板1 X面板2, Y面板2 X面板3, Y面板3 X地图1, Y地图1 X地图2, Y地图2 X地图3, Y地图3
控制点
电子地图
将上面三组数据代入此 方程组，就可以求得：
X地图 = X面板 * a1 + Y面板 * b1 + c1 Y地图 = X面板 * a2 + Y面板 * b2 + c2
1.数据源种类
数据转换是目前空间数据共享的一个重要途径，因此，
一般的空间信息系统平台都提供了各种交换格式的数据 转入/转出功能。
纸质地图是GIS主要的数据源。主要通过对地图的跟踪数
字化和扫描数字化获取。在使用地图时，应考虑到地图 投影所引起的变形，必要时需要进行坐标转换或投影变 换。
遥感影像含有丰富的资源环境信息，是大面积、动态的、 实时的数据源，是GIS数据更新的重要方式。将坐标点 文件转为地图数据也是空间信息系统平台必须提供的
3.2 空间数据的坐标变换
3.2.1 概念：空间数据从一种数学状态到另一种数学状 态的变换，实质是建立两个平面点之间（或球面坐标 和平面坐标）的一一对应关系，是空间数据处理的基 本内容之一。主要包括数字化仪坐标和扫描影像坐标 与地理坐标的变换，以及两个不同投影的坐标变换 3.2.2 空间数据需要进行坐标转换的原因 3.2.3 坐标变换的主要内容 几何纠正 投影变换