图形编辑与属性输入.ppt

第三节图形编辑与属性输入,3.3.1地理信息系统数据来源3.3.2数据规范化和标准化3.3.3数据输入3.3.3图形编辑,3.3.1地理信息系统数据来源,地理信息系统的数据来源非常广泛。既有通过传统手段野外实测获得，也有通过航天航空全球卫星定位糸统（GPS）等现代技术获得。不同的资料提供了不同形式的信息，不同的信息，输入计算机和计算机处理的方法也不相同。1、地图数据地图数据是地理信息系统的主要的数据来源，这不仅是因为地图的内容直观与丰富，而且是由于在地理信息系统诞生以前，地图是表示空间与非空间信息强有力的手段，从某种意义上说，一册完备的专题地图集是一个很好的人工操作地理信息系统。地图的研究对象不同，应用部门不同，图件编制的内容也不同。按内容划分，包括各种比例尺的普通地图和专题地图。普通地图普通地图是以相对平衡的详细程度表示地球表面上的自然地理和社会经济要素，主要表达居民地、交通网、水系、地貌、境界、土质植被等。专题地图专题地图重点反映某一种或几种专门的要素，对于各种不同比例尺的专题地图，常常提供如地质、地貌、土壤、植被和土地利用等原始资料。,2、遥感数据遥感数据为地理信息系统的重要信息源。它至少具有下列一些特点：能取得大面积、综合的信息；速度快；降低数据储存冗余和不连续性；能提供各类专题所需要的信息。从卫星或飞机上获取的图像信息主要有胶片和数字磁带两种记录形式。胶片是一种模拟信号，必需通过A/D转换装置将模拟量转换成数字量后，才能送入计算机内进行存贮和分析。数字磁带是一种数字图像记录，简称CCT。用户得到CCT磁带后可以根据磁带密度要求将数据读入计算机，然后通过图像处理系统的监视器可以显示图像，供用户分析。,3、数字资料对于各种数据形式的原始资料，包括社会经济数据、人口普查数据、野外调查或监测数据。统计数据一般都和一定范围内的统计单元或观测点联系在一起的，因此搜集这些数据，要注意包括研究对象的特征值、观测点的几何数据和统计资料的基本统计单元。统计数据是GIS建立必不可少的资料，常常在分析中起着重要的作用。4、文字报告文字说明资料是地理信息系统建立的主要依据，必需认真加以研究，准确送入计算机系统，使搜集资料更加系统化。通过文字报告还可以用来研究各种类型地理信息的权势性、可靠程度和内容的完整性，以便决定地理信息的分类和使用。文字报告中含有描述空间对象的属性，比如人口数据、经济数据、土壤成份、环境数据等是地理信息系统属性数据的重要来源。,1、统一的地理基础地理基础是地理信息数据表达格式与规范的重要组成部分。主要包括统一的地图投影系统、统一的地理坐标系统以及统一的地理编码系统。通过投影坐标、地理坐标、网格坐标对数据进行定位。各种来源的地理信息和数据在共同的地理基础上反映出它们的地理位置和地理关系特征。2、统一分类编码原则把数据输入计算机建立GIS，必须以明确的分类标志，统一的标准，对信息进行分类编码。分类编码应遵循科学性、系统性、实用性、统一性、完整性、可扩充性等原则，既要考虑信息本身属性，又要顾及信息之间的相互关系，保证分类代码稳定性和唯一性。国家规范组建议信息分类体系采用宏观的全国分类系统与详细专业系统之间相递归的分类方案，即低一级的分类系统必须能归并和综合到高一级分类系统中去。,3.3.2数据规范化和标准化,3、数据交换格式标准数据交换格式标准是规定数据交换时采用的数据记录格式，主要用于不同系统之间数据交换。一般属性数据库仅有几种固定的数据类型，因此数据转换问题比较简单。但是空间数据与之不同，除了起说明作用的属性数据外，还有起定位作用的空间数据，因此数据共享异常复杂。但是总的原则是：制定的数据交换格式应尽量简单实用，能独立于数据提供者和用户的数据格式、数据结构和硬软件环境，数据格式应便于修改扩充和维护，便能同国内外重要的GIS软件数据格式进行交换，保证较强的通用性。4、数据采集技术规程我国现已研究和制定了两个技术规程：图形数据采集技术规程和摄影测量采集数据的技术规程。规程中对设备要求、作业步骤、质量控制、数据记录格式、数据库管理及产品验收都作了详细规定。在地矿系统GIS应用中，还应研究和制定遥感影像数据采集技术规程、地质数据采集技术规程等。,5、数据标准化所面临的问题传统地理学研究成果的制约传统地理学研究成果中存在着许多概念上的争论，例如土壤分类、地貌分类、土地利用分类等等。数据标准化受到制约，造成每一个地理信息系统，设计自己的数据标准，为数据共享带来问题。数据模型非标准化的影响世界上最著名的几个地理信息系统软件，采用了完全不同的数据模型，例如ARC/INFO使用了网络和关系的混合模型，拓扑图形整合地理编码参照（TIGER）系统采用的拓扑结构有其自己的特点。这两类系统均拥有广大用户，实现数据模型的标准化为期遥远。目前数据模型的不统一并没有限制数据共享，因为在众多的系统中都开发了能接受外部数据的软件，即数据格式转换软件；同时某些公认的数据格式，例如DXF，LinePostscript等等，正在形成数据交换的国际标准。,3.3.3数据输入,数据输入是对数据进行必要编码和写入数据库的操作过程。有效的GIS必须考虑空间数据和属性数据（非空间数据）两方面数据的输入。数据采集和输入投入了极大的工作量，几乎占据建立整个系统工作量一半以上。GIS应用致命问题是所有输入的数据都必须转换为与特定系统数据格式相一致的数据结构。因此迫切需要通过先进的计算机全自动录入或数据采集技术为GIS提供可靠的数据。,一、空间数据的输入,空间数据主要指图形实体数据。空间数据输入则是通过各种输入设备完成图数转化的过程，将图形信号离散成计算机所能识别和处理的数据信号。应该注意的是设有统一而简单的方法来输入这些图形数据，只有一些普遍适用的方法供GIS用户选择使用。用户可以依据如何应用图形数据、图形数据的类型、现有设备状况、现有人力资源状况和经济状况等因素综合考虑，选用单一方法或几种方法结合起来输入所需要的图形数据。,数据源与相应设备,（坐标几何：一系列编码和操作过程，把测量数据的方位、距离和角度转换为坐标数据。）,1、手工键盘输入键盘输入就是通过手工在计算机终端上输入数据。实际上就是将图形元素点、线、面实体的地理位置数据（各种坐标系中的坐标）通过键盘输入数据文件或程序中去。实体坐标可以用地图上的坐标网或将其他格网复盖在材料上量取，这是最简单又不用任何特殊设备的图形数据输入法。,2、跟踪数字化输入数字化仪简介数字化仪由电磁感应板（操作平台）、坐标输入控制器（标示器）和接口装置组成。目前，市场上数字化仪的规格按其可处理的图幅面积来划分，有A0、A1、A3等幅面。普通地图可用胶带纸固定在操作平台上，当标示器放到操作平台上时，由于电磁感应，标示器在图上的相对位置就会转变成电信号。靠预先设计好的软件，传输给计算机的电信号可以光标的形式显示在图形显示器上，操作者按动标示器上的按钮，坐标数据就记录在计算机中。标示器上有一个固定在窗口内的十字丝做精确定位，需要数字化点的坐标时，把十字丝精确放在点上，按相应的按钮即可。一般标示器上都设有4个也有12个或16个或更多的附加按钮，这些按钮可用于附加的程度控制，以便操作员选择数字化命令和数字化内容，而不必离开数字化桌去用键盘输入。这些按钮可用来对所进行数字化的对象加入标号以便以后与有关的非空间属性数据相连接。,数字化精度数字化精度受数字化仪误差、数字化方式、操作人员人为误差、编稿原图误差等多种因素的影响。数字化仪设备使用时间过长导致精度降低或不符合标准的设备均会影响输入数据的精度。数字化仪的分辨率对数字化误差有决定性的影响，数字化仪的实际分辨率与标定分辨率往往不一样，一般都低于1至2个分辨单位。数字化方式对数字化精度也有影响，流方式比简单的点方式的位置误差要大，操作员在考虑鼠标的移动速度的同时没有更多的时间和精力来注意十字丝与线划的重合精度。操作员人为误差主要指操作员的经验技能、生理因素和工作态度等。经验技能主要表现在对专业内容的熟练程度，在选择最佳点位跟踪曲线、判断十字丝与目标重合程度的能力方面。生理因素表现在视觉误差、工作马虎、过度疲劳。视觉误差是客观存在的，同一个人对一点多次用游标录入，结果可能不一样；工作马虎指不细心、不遵守作业规程、原图和数字化仪板贴合不紧等，均可造成数据误差；操作员在疲劳时的数字化质量要比正常情况的精度差很多。,3、扫描数字化输入扫描仪简介绝大多数扫描仪是按栅格方式扫描后将图像数据交给计算机来处理。扫描仪可分为滚筒式、平板式、CCD直接摄像式三种，其中大幅面的地图以滚筒（卷纸）式用得最多。目前市场上常见的A0幅面的滚筒式单色分灰度扫描仪的分辨率为400800dpi，操作的精度要高。普通的扫描仪大都按灰度分类扫描，高级的可按颜色分类扫描。滚筒式扫描仪由旋转滚筒和光学扫描头两个主要部件构成。图纸安装在滚筒上，作Y方向旋转，扫描头在X方向沿导轨移动。平板式扫描仪主要由扫描头、平台和主梁组成。图纸固定在平板上，扫描头沿主梁作X方向移动，主梁沿Y方向移动。CCD直接摄像式由摄像头和电源组成。摄像头由光学透镜加CCD固态面阵组成。摄像时，从图形或图像反射回来的光线，经过透镜后成像在位于焦平面位置的固态面阵上。每个光敏元件将图像的明暗转换成CCD内电子流浓度的高低并存贮起来，然后用多时脉冲将一排排的图像信息移至终端，经信号线把电信号传进图像卡中，从而完成图数转换。,矢量化处理对扫描后的图像作手工编辑，去掉不需要的要素、杂点，对不清楚的地方作简单修补。由软件将栅格数据转换成矢量（线化）数据，同时进行灰度、颜色、符号、线型、注记的识别，这一处理过程（特别是符号、注记的识别）往往花费较多的计算时间。再由手工对转换后的矢量图形进行编辑，使之符合GIS数据库的要求。,4、现有数据转换任何信息系统总要利用已有数据，以减轻信息收集、编码、输入的工作量。除了利用本单位、本部门的现成资料外，常用的、通用的数据供社会共享已成为一种趋势。特别在发达国家，有很多政府机构或私人公司已经开始向社会公开提供数据服务，这种服务大致有五类信息：基本数字化地图、自然资源数据、地面数字高程、遥感数据、与人口统计相结合的空间、属性、地址数据。这些数据服务可以减少在数据收集与数据输入方面多付出的劳动，对GIS普及将起到了有力的促进作用。,非空间属性有时称为特征编码或简单地称为属性，是那些需要在系统中处理的空间实体的特征数据。,二、非空间属性数据的输入,(1)与空间数据同时输入键码法：根据数字化仪标示器上的键盘,将数字化要素的特征码输入数字化程序。直接输入法：利用计算机的数字键盘将数字化要素特征码输入给数字化程序。特征码清单法：在数字化仪右上方设置一块菜单区域,每个矩形方格为一种要素的菜单选项,当数字化图形时,先在菜单选项中取点,程序将坐标换算成菜单编号,再编码得到相应特征码。(2)属性数据单独输入到文本文件中在属性数据量较大时一般都与空间数据分开输入且分别存贮。将属性数据首先键入一个顺序文件，经编辑、检查无误后转存数据库的相应文件或表格。,在数据编辑的基础上,确定空间数据和非空间属性数据连接的关键字,然后将非空间属性输入到文本文件中,空间数据通过手扶跟数字化或扫描矢量化后,再经检查、线和连接点、细化处理、变形纠正过程建立起多边形，最后将唯一的识别符加入到图形实体中，实现空间与非空间的连接，建立起多边形矢量数据库。,三、空间数据和非空间属性数据连接,四、数据质量与误差,空间数据质量是指空间数据可靠性和精度，通常用空间数据误差来度量。在某些情况下，由于多种原因，计算机分析结果甚至会比手工分析的误差更大。这是除软件、硬件的质量，计算方法上的问题，以及分类、编码、输入、操作上的明显疏忽以外，数据本身的质量也是重要的原因。GIS主要功能之一是综合不同来源，不同分辨率和不同时间的数据，利用不同比例尺和数据模型进行操作分析，这种不同来源数据的综合和比例尺的改变使GIS数据误差问题变得极为复杂。微观质量包括坐标定位精度、属性数据精度、数据逻辑一致性和栅格数据的分辨率等影响，宏观质量包括数据采集的时间性、地域性、数据档案历史以及完整性等影响。,1、数据质量,所有空间信息都存在着误差。空间信息的产生和使用每一步都有误差产生。除了GIS原始数据本身带有误差外，在空间数据库中进行各种操作、转换和处理也将引入误差。通常转换次数越多，引入新误差和不确定性也越多。GIS中数据误差来源可按数据所处阶段划分为测量、遥感、制图、输入、处理、输出和使用。测量误差包括人差、仪器差、环境影响、GPS数据误差等。遥感误差包括仪器差、解译误差等。制图误差包括展绘控制点、编绘、清绘、综合、复制、套色等。输入误差包括原稿质量、操作员人为误差、纸张变形、数字化仪精度、数字化方式等。处理误差包括几何改正、坐标变换、投影变换、数据编辑、数据格式转换等。输出误差包括比例尺误差、输出设备误差、媒质不稳定等。使用误差包括用户错误理解信息造成的误差、不正确地使用信息造成的误差等。,2、误差来源,空间数据一般性错误表现：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错误检查主要方法：叠合比较法目视检查法逻辑检查法,空间数据和非空间数据输入到系统后，就须进行图形编辑，图形编辑是地理信息系统应用过程中不可缺少的一个阶段。主要目的是：对输入的数据进行质量检查与纠正，对输入的图形数据进行整饰处理。,3.3.4图形编辑,空间数据不完整或重复、空间数据位置不正确、空间数据变形、空间与非空间数据连接有误以及非空间数据不完整等，需要在系统中进行交互式编辑，提高数据质量。图形编辑的对象是点元、线元以及面元，每种图元又包含空间数据和非空间数据两类。1、交互式图形编辑步骤(1)利用系统的文件管理功能，将存在地图数据库中的图形数据(点、线、面文件)装入内存；(2)显示图形数据，检查错误之处；(3)定位和编辑修改，应用系统提供的点、线、面编辑功能，对实体进行插入、删除、图形参数和属性参数等内容修改。(4)若在编辑工作中出现误操作，可用系统提供的多级Undo(后悔)功能，改正误操作；(5)当所有编辑工作完成后，再利用系统的文件管理功能，将编辑好的图形数据存贮到地图数据库中。对图形数据编辑是通过向系统发布编辑命令(多数是在菜单、工具箱中)用光标激活来完成的。,一、交互式图形编辑,2、属性数据编辑属性结构编辑在不同的需求情况下，点、线、面实体对象的属性项、属性数据类型会有所变化，即非图形数据结构需要重新定义。系统一般在图形编辑子系统或属性管理子系统中设计有这种功能。属性数据编辑交互式图形编辑步骤中具有属性数据输入、修改等编辑。一个功能强大的地理信息系统，都具有几何图形与外部属性库连接的功能。对大量实体的属性编辑，往往采取外部属性库文件形式进行编辑。,在一般情况下，资源调查与勘查数据的存储和管理是按图幅分别进行的。但由于某些资源普查与勘探工作涉及广大的区域，特别是当所采用的比例尺比较大时，空间数据库管理的数据量急剧膨胀。面对大量、复杂的数据，单一的图幅整体管理方式已经不能适应需求，应当采用多图层组合管理的方式。所谓多图层组合管理，是按标准规格将大区域的空间数据进行图层分割，然后统一进行存储和管理。对空间数据进行分层存储、管理，势必造成一个空间实体分属于多个图层。为了做到既能按分层数字化录入、存储和管理空间数据，又能够将分属不同图层的同一目标建立起正确的拓扑关系，以利于对整个空间数据进行正确的检索、分析和统计，需要着重解决数据库中图层的组织方法和图层间被分割目标的组织方法。,二、空间数据的图层编辑,一种区域地质图图形和空间数据的分层方案,不同的层以及同一层中不同图形要素类型（点、线、面）,可以产生不同的图形文件，对每一个要素自动产生一个特征码（FeatureID）。,MapGis以工程的方式组织图件：,一个工程文件由一个或一个以上的点文件、线文件和区文件组成，是一种描述性管理文件，主要记录各个文件的信息，如存放地、可编辑性等。工程文件中的点文件、线文件、区文件以及图层关系如右图。,面实体数据是由多边形图形数据转化而来。面图形数据拓扑检查在面实体着色中起着非常重要的作用。多边形图形的闭合性、交叉与重合关系，需要在面数据拓扑检查有错误的地方及时修改。同时面实体图形数据的拓扑重建也是空间分析所必需的。,三、面实体图形数据的拓扑编辑,复杂面图形拓扑重建后区域自动着色,空间数据的误差校正是图形编辑中的一项重要工作，它可以消减因图纸变形和数字化过程的随机误差所产生的影响，常用方法是几何校正。几何校正的思想：在整幅图的范围内选择若干个控制点（这些控制点能均匀控制图范围。要求已知这些控制点的理论坐标和实际坐标即误差的坐标值。通常选择三角点。经维网或方里网的交叉点作为控制点），根据这些有限个控制点的理论坐标和实际坐标，求出一对多项式方程（一次，二次或高次）。1、一次变换(1)同素变换是一种较复杂的一次变换形式，其函数式为：其主要性质有：直线变换后仍为直线，但同一线段上长度比不是常数；平行线变换后为直线束；同一线束中经一割线的交叉比在变换前后保持不变；通过同一割线上相应各点的线束的交叉比在变换前后也保持不变。,四、空间数据的误差校正,(2)仿射变换是一种比较简单的一次变换，其表达式为：仿射变换的特点是：直线变换后仍为直线；平行线变换后的仍为平行线，并保持简单的长度比；不同方向上的长度比发生变化。2、二次变换和高次变换变换的实质是：制图资料上的直线经变换后，可能为二次曲线或高次曲线，它适用于原图有非线性变形的情况。,对于输入计算机中的图形数据，有时因为比例尺不符，或为了实现地图的合成与排版，需要对这些图形数据进行几何变换(线性变换)，可满足地理信息系统应用的要求。1、平移变换如图所示，它使图形移动位置。新图p的每一图元点是原图形p中每个图元点在x和y方向分别移动Tx和Ty产生，所以对应点之间的坐标值满足关系式：x=x+Tx和y=y+Ty可利用矩阵形式表示式：xy=xy+TxTy简记为P=P+T，T=TxTy是平移变换矩阵(行向量)。,五、图形变换,2、比例变换如图所示，它改变显示图形的比例。新图形p的每个图元点的坐标值是原图形p中每个图元点的坐标值分别乘以比例常数Sx和Sy，所以对应点之间的坐标值满足关系式：x=xSx和y=ySy可利用矩阵形式表示式:简记成p=PS，其中S是比例变换矩阵。,3、旋转变换图形相对坐标原点的旋转如图所示，它产生图形位置和方向的变动。新图形P的每个图元点是原图形P每个图元点保持离坐标原点距离不变并绕原点旋转角产生的，以逆时针方向旋转为正角度，对应图元点的坐标值满足关系式：x=xcos-ysiny=xsin+ycos用矩阵形式表示成：简记为P=PR，其中R是旋转变换矩阵。,六、栅格数据与矢量数据的互相转换,在地理信息系统领域里，栅格数据与矢量数据各有千秋，它们互为补充，必要时互相转换，这是由地理信息系统处理方式以及这两种数据格式各自的特点所决定的。1、矢量数据转换成栅格数据点的栅格化习惯上，矢量数据中的点坐标用X、Y来表示，而在栅格数据中，像元的行、列号用I、J来表示。如图所示，设O为矢量数据的坐标原点，O(Xo,Yo)为栅格数据的坐标原点。格网的行平行于X轴，格网的列平行于Y轴。A为制图要素的任一点，则该点在矢量和栅格数据中可分别表示为(X，Y)和(I，J)。将点的矢量坐标X、Y转换算为栅格行、列号的公式为：式中，DX、DY分别表示一个栅格的宽和高，表示取整。,线段的栅格化在矢量数据中，曲线是由折线来逼近的。因此只要说明了一条直线段如何被栅格化，对任何线划的栅格化过程也就清楚了。以8方向线段栅格化方法为例：根据矢量的倾角情况，在每行或每列上，只有一个像元被“涂黑”。其特点是在保持八方向连通的前提下，栅格影像看起来最细，不同线划间最不易“粘连”。设1和2为一条直线段的两个端点，其坐标分别为(X1,Y1)、(X2，Y2)。先按上述点的栅格化方法，确定端点1和2所在