地理信息系统课件__第3章_空间数据处理

1、2008.61第三章第三章 空间数据的处理空间数据的处理 组合导航与智能导航研究室：王美玲组合导航与智能导航研究室：王美玲组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.62目录3.1 空间数据的坐标变换空间数据的坐标变换3.2 空间数据结构的转换空间数据结构的转换3.3 多源空间数据的融合多源空间数据的融合3.4 空间数据的压缩与综合空间数据的压缩与综合3.5 空间数据的内插方法空间数据的内插方法3.6 数据记录数据记录3.7 图幅数据边沿匹配处理图幅数据边沿匹配处理组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.633.1 空间数据的坐标变换空间数据的坐标变换w 空间数

2、据坐标变换空间数据坐标变换的实质是建立两个平面点之间的一一对的实质是建立两个平面点之间的一一对应关系，包括应关系，包括几何变换和投影转换几何变换和投影转换，它们是空间数据处理，它们是空间数据处理的基本内容之一。的基本内容之一。w 对于数字化地图数据，由于对于数字化地图数据，由于设备坐标系与用户确定的坐标设备坐标系与用户确定的坐标系不一致，以及由于数字化原图图纸发生变形等原因系不一致，以及由于数字化原图图纸发生变形等原因，需，需要对数字化原图的数据进行坐标系转换和变形误差的消除。要对数字化原图的数据进行坐标系转换和变形误差的消除。有时，有时，不同来源的地图还存在地图投影与地图比例尺的差不同来源的

3、地图还存在地图投影与地图比例尺的差异异，因此，还需要进行地图投影的转换和地图比例尺的统，因此，还需要进行地图投影的转换和地图比例尺的统一。一。 组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.643.1 空间数据的坐标变换空间数据的坐标变换组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.653.1 空间数据的坐标变换空间数据的坐标变换组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.663.1.1 几何纠正几何纠正 w 几何纠正几何纠正是为了实现对数字化数据的坐标系转换和图纸是为了实现对数字化数据的坐标系转换和图纸变形误差的改正。现有的几种商业变形误差的改正。现有的

4、几种商业GIS软件一般都具有软件一般都具有高次变换、二次变换、仿射变换、相似变换等几何纠正高次变换、二次变换、仿射变换、相似变换等几何纠正功能。功能。（1）高次变换）高次变换 其中其中A、B代表二次以上高次项之和。解算待定系数需要代表二次以上高次项之和。解算待定系数需要有有6对以上控制点的坐标和理论值。对以上控制点的坐标和理论值。组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.673.1.1 几何纠正几何纠正（2）二次变换）二次变换 w 当不考虑高次变换方程中的当不考虑高次变换方程中的A和和B时，则变成二次曲线时，则变成二次曲线方程，称为二次变换。方程，称为二次变换。 w 解算待定系

5、数需要解算待定系数需要5对控制点的坐标及其理论值。对控制点的坐标及其理论值。组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.683.1.1 几何纠正几何纠正w 仿射变换与相似变换仿射变换与相似变换相比较，前者是假设地图因变形而相比较，前者是假设地图因变形而引起的实际比例尺在引起的实际比例尺在x和和y方向上都不相同，因此，具有方向上都不相同，因此，具有图纸变形的纠正功能。图纸变形的纠正功能。 w 仿射变换实质是两坐标系间的旋转变换。仿射变换实质是两坐标系间的旋转变换。w 特性：特性： 1）直线变换后仍为直线）直线变换后仍为直线 2）平行线变换后仍为平行线）平行线变换后仍为平行线 3）不

6、同方向上的长度比发生变化。）不同方向上的长度比发生变化。 组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.693.1.1 几何纠正几何纠正w 如图所示，设如图所示，设x，y为数字化仪坐标，为数字化仪坐标，X,Y为理论坐标，为理论坐标，m1、m2为横向和纵向的实际比例尺，两坐标系夹角为为横向和纵向的实际比例尺，两坐标系夹角为，数字化仪原点数字化仪原点O相对于理论坐标系原点平移了相对于理论坐标系原点平移了a0、b0，则根据图形变换原理，可得出其坐标变换公式。则根据图形变换原理，可得出其坐标变换公式。组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.6103.l.2 投影转换投影转

7、换 w 当系统使用的数据取自不同地图当系统使用的数据取自不同地图投影的图幅时，需要将一种投影投影的图幅时，需要将一种投影的数字化数据转换为所需要投影的数字化数据转换为所需要投影的坐标数据。投影转换的方法可的坐标数据。投影转换的方法可以采用以采用:（1）正解变换（又称直接变换法）正解变换（又称直接变换法 ） 直接由一种投影的数字化坐标直接由一种投影的数字化坐标x，y变换到另一种投影的直角坐标变换到另一种投影的直角坐标X、Y。组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.6113.l.2 投影转换投影转换（2）反解变换）反解变换(又称间接变换法又称间接变换法) 。 即由一种投影的坐标反

8、解出地理坐标即由一种投影的坐标反解出地理坐标(x、y )，然，然后将地理坐标代入另一种投影的坐标公式中后将地理坐标代入另一种投影的坐标公式中( X、Y)，从而实现由一种投影的坐标到另一种投影坐标的变，从而实现由一种投影的坐标到另一种投影坐标的变换（换（x、yX、Y）。）。,x yX Y , , 组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.612（3）数值变换。）数值变换。w 利用若干利用若干同名数字化点同名数字化点（对同一点在两种投影中均已知（对同一点在两种投影中均已知其坐标的点），采用插值法、有限差分法或多项式逼近其坐标的点），采用插值法、有限差分法或多项式逼近的方法，即用数值

9、变换法来建立两投影间的变换关系式。的方法，即用数值变换法来建立两投影间的变换关系式。 组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.613w 数值解析变换法数值解析变换法 当已知新投影的公式，但不知原投影的公式时，可先通当已知新投影的公式，但不知原投影的公式时，可先通过数值变换求出原投影点的地理坐标过数值变换求出原投影点的地理坐标，然后代入新，然后代入新投影公式中，求出新投影点的坐标。即：投影公式中，求出新投影点的坐标。即：组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.6143.2 空间数据结构的转换空间数据结构的转换w 矢量数据和栅格数据结构各有优缺点，适合于完成不同

10、矢量数据和栅格数据结构各有优缺点，适合于完成不同的功能，因此需要进行相互转换。的功能，因此需要进行相互转换。w 矢量数据的基本坐标是直角坐标矢量数据的基本坐标是直角坐标x,y，其坐标原点一般取，其坐标原点一般取图的左下方。图的左下方。w 网格数据的基本坐标是行和列（网格数据的基本坐标是行和列（i,j），其坐标原点一般），其坐标原点一般取图的左上角。取图的左上角。组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.6153.2.1 由矢量向栅格的转换由矢量向栅格的转换w 两种数据变换时，令直角坐标两种数据变换时，令直角坐标x和和y分别与行和列平行。分别与行和列平行。w 由于矢量数据的基本要

11、素是点、线、面，因而只要实现由于矢量数据的基本要素是点、线、面，因而只要实现点、线、面的转换，就可解决矢量与栅格数据的转换。点、线、面的转换，就可解决矢量与栅格数据的转换。组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.6163.2.1 由矢量向栅格的转换由矢量向栅格的转换w 点：简单的坐标变换点：简单的坐标变换 w 线：线的栅格化线：线的栅格化 w 面：线的栅格化面：线的栅格化 +面填充面填充 组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.6171. 点的栅格化点的栅格化w 点的变换十分简单，只要这个点落在哪个网格点的变换十分简单，只要这个点落在哪个网格中就属于哪个网格

12、元素，行列坐标（中就属于哪个网格元素，行列坐标（i,j）的计）的计算公式为：算公式为： maxmin1 int()/)1 int(/)iyyyjxxxyx 其中和为一个栅格的高和宽.组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.6182. 线的栅格化线的栅格化w 曲线是由一组折线连接而成的，因此只要将折曲线是由一组折线连接而成的，因此只要将折线中的每一线直线转换成栅格数据，则曲线和线中的每一线直线转换成栅格数据，则曲线和多边线的边的转换也就完成了。多边线的边的转换也就完成了。w 设一线段经过若干个网格元素，两端点的坐标设一线段经过若干个网格元素，两端点的坐标为（为（x1,y1）和（

13、）和（ x2,y2 ）。两端点所处的网格单）。两端点所处的网格单元由点转换完成计算。元由点转换完成计算。w 剩下的任务是找出该线段所经过的网格。剩下的任务是找出该线段所经过的网格。组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.6192. 线的栅格化线的栅格化（1）首先按点的栅格化方法）首先按点的栅格化方法确定端点确定端点1，2所在的行和所在的行和列号，并将它们列号，并将它们“涂黑涂黑”。（2）求出这两个端点的行数）求出这两个端点的行数差和列数差。差和列数差。组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.6202. 线的栅格化线的栅格化（3）若行数差大于列数差，则逐行求出

14、本行中心）若行数差大于列数差，则逐行求出本行中心线与过这两个端点的直线的交点，并按上式计线与过这两个端点的直线的交点，并按上式计算出其所在栅格，并算出其所在栅格，并“涂黑涂黑”。（4）若行数差小于列数差，则逐列求出本列中心）若行数差小于列数差，则逐列求出本列中心线与过这两个端点的直线的交点，并按上式计线与过这两个端点的直线的交点，并按上式计算出其所在栅格，并算出其所在栅格，并“涂黑涂黑”。组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.6213. 面的栅格化面的栅格化w 内部点扩散算法（种子填充算法）内部点扩散算法（种子填充算法）（1）按一定栅格尺寸将矢量图经栅格化后，对矢量图内每个

15、）按一定栅格尺寸将矢量图经栅格化后，对矢量图内每个面域多边形分别选择一个内部点（种子点）；面域多边形分别选择一个内部点（种子点）；（2）对一个多边形，从种子点开始，向其）对一个多边形，从种子点开始，向其8个相邻栅格扩散，个相邻栅格扩散，分别判断这分别判断这8个栅格是否在多边形的边界上：若是，则该栅个栅格是否在多边形的边界上：若是，则该栅格不作为种子点；若不是，则该栅格作为新的种子点。格不作为种子点；若不是，则该栅格作为新的种子点。（3）新的种子点与原种子点一起进行新的扩散运算；）新的种子点与原种子点一起进行新的扩散运算；（4）重复以上过种，直到所有新老种子点）重复以上过种，直到所有新老种子点

16、填满该多边形并遇到边界为止。填满该多边形并遇到边界为止。组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.6223. 面的栅格化面的栅格化w 射线算法和扫描算法射线算法和扫描算法 射线算法可逐点判断数据栅格点在某多边形之外或在多射线算法可逐点判断数据栅格点在某多边形之外或在多边形内，由待判断点向图外某点引射线，判断该射线与边形内，由待判断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，若相交偶数次，则待某多边形所有边界相交的总次数，若相交偶数次，则待判点在多边形外部，如为奇数次，则待判点在该多边形判点在多边形外部，如为奇数次，则待判点在该多边形内部。内部。组合导航与智能导

17、航研究室组合导航与智能导航研究室2008.6233. 面的栅格化面的栅格化w 采用射线算法，要注意的是：射线与多边形边界相交时，采用射线算法，要注意的是：射线与多边形边界相交时，有一些特殊情况会影响交点的个数，必须予以排除。有一些特殊情况会影响交点的个数，必须予以排除。w 扫描算法扫描算法是射线算法的改进，将射线改为沿栅格阵列列是射线算法的改进，将射线改为沿栅格阵列列或行方向扫描线，判断与射线算法相似。与扫描算法相或行方向扫描线，判断与射线算法相似。与扫描算法相比，其效率提高了很多。比，其效率提高了很多。组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.6243. 面的栅格化面的栅格化

18、w 边界代数算法边界代数算法 边界代数多边形填充算法适合于记录拓扑关系的边界代数多边形填充算法适合于记录拓扑关系的多边形矢量数据转换为栅格数据结构。多边形矢量数据转换为栅格数据结构。组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.6253.2.2 由栅格向矢量的转换由栅格向矢量的转换w从栅格单元转换为几何图形的过程为矢量化。从栅格单元转换为几何图形的过程为矢量化。组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.6263.2.2 由栅格向矢量的转换由栅格向矢量的转换w 栅格数据可来源于扫描、遥感分类图像等。以黑白扫描栅格数据可来源于扫描、遥感分类图像等。以黑白扫描图像为例，图

19、像为例，其转换步骤为其转换步骤为：w 二值化二值化w 细化细化w 线追踪线追踪w 拓扑关系生成拓扑关系生成w 去处多余点及曲线圆滑去处多余点及曲线圆滑组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.6271. 二值化二值化w 扫描图是以不同灰度值（扫描图是以不同灰度值（0-255）表示的数据。首先进）表示的数据。首先进行栅格图像的二值化，即简化处理。行栅格图像的二值化，即简化处理。w 二值化即某网络点要么表示地物，要么不为地物。二值化即某网络点要么表示地物，要么不为地物。w 具体方法即确定一个灰度阈值，灰度大于阈值的网格点具体方法即确定一个灰度阈值，灰度大于阈值的网格点赋赋1，其他为

20、，其他为0（背景值），从而生成二值图。（背景值），从而生成二值图。w 阈值大小的选取非常重要。阈值大小的选取非常重要。组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.6281. 二值化二值化w 设地图图像的灰度范围为设地图图像的灰度范围为g1,g2，则可适当选择，则可适当选择一灰度值一灰度值G g1,g2，对各像素的灰度值进行变，对各像素的灰度值进行变换即完成地图图像的的二值化。换即完成地图图像的的二值化。1( , )( , )0( , )g i jGI i jg i jG组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.6292. 细化细化w 一般的扫描仪的分辨率可达到一般

21、的扫描仪的分辨率可达到0.0125mm，也就是说，也就是说，对于原图上对于原图上0.1mm粗的线条，其横断面经扫描有粗的线条，其横断面经扫描有8个格个格网。网。w 细化是消除线划横断面栅格数的差异，使得每一条线只细化是消除线划横断面栅格数的差异，使得每一条线只保留代表其横轴线的单个栅格的宽度。保留代表其横轴线的单个栅格的宽度。w 细化的方法有很多，如细化的方法有很多，如“剥皮法剥皮法”、“V值法值法”等等组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.630w剥皮法剥皮法w 该方法从线的边沿开始，每次剥掉等于一个栅格该方法从线的边沿开始，每次剥掉等于一个栅格宽度的一层，直到最后留下彼

22、此连通的由单个栅格组宽度的一层，直到最后留下彼此连通的由单个栅格组成的图形。因为一条线在不同位置可能有不同的宽度，成的图形。因为一条线在不同位置可能有不同的宽度，故在剥皮过程中必须注意一个条件，即不允许剥去会故在剥皮过程中必须注意一个条件，即不允许剥去会导致曲线不连通的栅格。导致曲线不连通的栅格。组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.631（2） V值法值法 该方法是扫描全图，用下式计算出各网格的该方法是扫描全图，用下式计算出各网格的V值。值。 有了有了V值图以后，保留最大值，删去其它值，同时保持值图以后，保留最大值，删去其它值，同时保持线的连通，即可完成细化。一般来说，要

23、重复该过程多线的连通，即可完成细化。一般来说，要重复该过程多次才可将最大值并列现象去除。次才可将最大值并列现象去除。,( , )(1, )(1,1)( ,1)i jVf i jf ijf ijf i j组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.6323. 边界线跟踪边界线跟踪w 边界线跟踪的目的是将细化处理后的栅格数据，整理为边界线跟踪的目的是将细化处理后的栅格数据，整理为从起始点出发的弧段或封闭曲线，并以矢量形式存储特从起始点出发的弧段或封闭曲线，并以矢量形式存储特征栅格点的坐标。征栅格点的坐标。w 跟踪可从图幅西北角开始，按顺时针或逆时针方向，从跟踪可从图幅西北角开始，按顺

24、时针或逆时针方向，从起始点开始，搜索八个相邻的网格，找出本线段上的一起始点开始，搜索八个相邻的网格，找出本线段上的一个邻点，直到本线段结束为止。线段上转折的点为结点个邻点，直到本线段结束为止。线段上转折的点为结点或内点，矢量数据中只需记录这些点即可。或内点，矢量数据中只需记录这些点即可。w 上面示出的结点和内点，只是网格数据格式中的行列数，上面示出的结点和内点，只是网格数据格式中的行列数，在矢量数据中，还需将其转换成平面直角坐标。它是矢在矢量数据中，还需将其转换成平面直角坐标。它是矢量向栅格数据转换式的逆变换。量向栅格数据转换式的逆变换。组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008

25、.6334. 拓扑关系生成拓扑关系生成w 对于矢量表示的边界弧段数据，判断其与原图上各多边对于矢量表示的边界弧段数据，判断其与原图上各多边形的空间关系，以形成完整的拓扑结构并建立与属性数形的空间关系，以形成完整的拓扑结构并建立与属性数据的联系。据的联系。组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.6345. 去除多余点及曲线光滑去除多余点及曲线光滑w 由于搜索是逐个栅格进行的，必然造成多余点记录，为由于搜索是逐个栅格进行的，必然造成多余点记录，为减少数据冗余，必须去除多余点。此外，由于栅格精度减少数据冗余，必须去除多余点。此外，由于栅格精度的限制，边界线搜索的结果可能不够光滑，需

26、要采用一的限制，边界线搜索的结果可能不够光滑，需要采用一定的插补算法进行光滑处理。定的插补算法进行光滑处理。组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.6353.3 多源空间数据的融合多源空间数据的融合 w GIS技术经过近技术经过近40年的发展和应用，已经积累了大量的年的发展和应用，已经积累了大量的数据资源。数据资源。w 但是，由于地理数据的多语义性、多时空性、多尺度性、但是，由于地理数据的多语义性、多时空性、多尺度性、获取手段的多样性、存储格式的不同以及数据模型与数获取手段的多样性、存储格式的不同以及数据模型与数据结构的差异等，导致多源数据的产生，给数据的集成据结构的差异等，

27、导致多源数据的产生，给数据的集成和信息共享带来困难。和信息共享带来困难。w 为了实现空间数据的共享，特别是随着因特网的发展、为了实现空间数据的共享，特别是随着因特网的发展、数字地球的兴起和数字地球的兴起和GIS应用的日益深入，多派数据的融应用的日益深入，多派数据的融合已成为合已成为GIS设计者和用户的共同要求。设计者和用户的共同要求。 组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.6363.3.1 3S集成概念集成概念 w GPS是空间实体快速、精密定位的现代化工具；是空间实体快速、精密定位的现代化工具； w GIS是空间信息集成、分析、处理的有力武器；是空间信息集成、分析、处理的

28、有力武器； w RS是空间信息覆盖面最大最迅速的采集手段。是空间信息覆盖面最大最迅速的采集手段。 w 三者的结合简称三者的结合简称3S集成集成。组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.6373.3.1 3S集成概念集成概念w 3S 相互作用相互作用 1）RS和和GPS向向GIS提供或更新区域信息以及空间定位；提供或更新区域信息以及空间定位； 2）GIS进行相应的空间分析，综合集成进行相应的空间分析，综合集成RS和和GPS提供的提供的海量数据。海量数据。组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.6383.3.2 遥感与遥感与GIS数据的融合数据的融合w 遥感遥感

29、(RS: remote sensing)简介简介 遥感是以航空摄影技术为基础，在本世纪遥感是以航空摄影技术为基础，在本世纪60年代初发展年代初发展起来的一门新兴技术。开始为航空遥感，自起来的一门新兴技术。开始为航空遥感，自1972年美国年美国发射了第一颗陆地卫星后，标志着航天遥感时代的开始。发射了第一颗陆地卫星后，标志着航天遥感时代的开始。经过几十年的发展，目前遥感技术已广泛应用于资源环经过几十年的发展，目前遥感技术已广泛应用于资源环境、水文、气象，地质地理等领域，成为一门实用的，境、水文、气象，地质地理等领域，成为一门实用的，先进的空间探测技术。先进的空间探测技术。组合导航与智能导航研究室组

30、合导航与智能导航研究室2008.6393.3.2 遥感与遥感与GIS数据的融合数据的融合w 遥感是遥感是利用遥感器从空中来探测地面物体性质利用遥感器从空中来探测地面物体性质的，它根的，它根据不同物体对波谱产生不同响应的原理，识别地面上各据不同物体对波谱产生不同响应的原理，识别地面上各类地物，具有类地物，具有遥远感知事物遥远感知事物的意思。的意思。w 也就是利用地面上空的飞机、飞船、卫星等飞行物上的也就是利用地面上空的飞机、飞船、卫星等飞行物上的遥感器收集地面数据资料，并从中获取信息，经记录、遥感器收集地面数据资料，并从中获取信息，经记录、传送、分析和判读来识别地物。传送、分析和判读来识别地物。

31、 组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.6403.3.2 遥感与遥感与GIS数据的融合数据的融合w 遥感技术主要特点为遥感技术主要特点为：1 可获取大范围数据资料。可获取大范围数据资料。遥感用航摄飞机飞行高度为遥感用航摄飞机飞行高度为10km左右，陆地卫星的卫星轨道高度达左右，陆地卫星的卫星轨道高度达910km左右，从左右，从而，可及时获取大范围的信息。而，可及时获取大范围的信息。2 获取信息的速度快，周期短获取信息的速度快，周期短。由于卫星围绕地球运转，。由于卫星围绕地球运转，从而能及时获取所经地区的各种自然现象的最新资料，从而能及时获取所经地区的各种自然现象的最新资料，

32、以便更新原有资料，或根据新旧资料变化进行动态监测，以便更新原有资料，或根据新旧资料变化进行动态监测，这是人工实地测量和航空摄影测量无法比拟的。这是人工实地测量和航空摄影测量无法比拟的。组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.6413.3.2 遥感与遥感与GIS数据的融合数据的融合3获取信息受条件限制少。获取信息受条件限制少。在地球上有很多地方，自然在地球上有很多地方，自然条件极为恶劣，人类难以到达，如沙漠、沼泽、高山峻条件极为恶劣，人类难以到达，如沙漠、沼泽、高山峻岭等。采用不受地面条件限制的遥感技术，特别是航天岭等。采用不受地面条件限制的遥感技术，特别是航天遥感可方便及时地

33、获取各种宝贵资料。遥感可方便及时地获取各种宝贵资料。组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.6423.3.2 遥感与遥感与GIS数据的融合数据的融合4获取信息的手段多，信息量大。获取信息的手段多，信息量大。 根据不同的任务，遥感技术可选用不同波段和遥感仪器根据不同的任务，遥感技术可选用不同波段和遥感仪器来获取信息来获取信息。例如可采用可见光探测物体，也可采用紫。例如可采用可见光探测物体，也可采用紫外线，红外线和微波探测物体。利用不同波段对物体不外线，红外线和微波探测物体。利用不同波段对物体不同的穿透性，还可获取地物内部信息。例如，地面深层、同的穿透性，还可获取地物内部信息。例

34、如，地面深层、水的下层、冰层下的水体、沙漠下面的地物特性等，微水的下层、冰层下的水体、沙漠下面的地物特性等，微波波段还可以全天候的工作。波波段还可以全天候的工作。组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.6433.3.2 遥感与遥感与GIS数据的融合数据的融合w 众所周知，借助众所周知，借助遥感技术获得的信息具有周期动态性、遥感技术获得的信息具有周期动态性、信息丰富、获取效率高等信息丰富、获取效率高等优势，而优势，而GIS则具有高效的空则具有高效的空间数据管理和灵活的空间数据综合分析能力间数据管理和灵活的空间数据综合分析能力。组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室20

35、08.6443.3.2 遥感与遥感与GIS数据的融合数据的融合w 遥感与遥感与GIS数据的融合，数据的融合，目前最常用的方法为目前最常用的方法为:(1) 遥感图像与图形的融合遥感图像与图形的融合，经过正射纠正后的遥感影像，经过正射纠正后的遥感影像，与数字地图信息融合，可产生与数字地图信息融合，可产生影像地图影像地图。w 这种影像地图具有一定的数学基础，有丰富的光谱信息这种影像地图具有一定的数学基础，有丰富的光谱信息与几何信息，又有行政界线和属性信息，直接提高了用与几何信息，又有行政界线和属性信息，直接提高了用户的可视化效果。户的可视化效果。组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室200

36、8.6453.3.2 遥感与遥感与GIS数据的融合数据的融合(2)遥感数据与遥感数据与DEM（数字高程模型）的融合。（数字高程模型）的融合。 DEM代表精确的地形信息，它与遥感数据的融合，有代表精确的地形信息，它与遥感数据的融合，有助于实施遥感影像的几何校正与配准，消除遥感图像中助于实施遥感影像的几何校正与配准，消除遥感图像中因地形起伏所造成的像元位移，提高遥感图像的定位精因地形起伏所造成的像元位移，提高遥感图像的定位精度，同时度，同时DEM可参与遥感图像的分类，改善分类精度。可参与遥感图像的分类，改善分类精度。组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.6463.3.2 遥感与

37、遥感与GIS数据的融合数据的融合(3)遥感图像与地图扫描图像的融合。遥感图像与地图扫描图像的融合。 将地图扫描图像与遥感图像配准叠合，可以从遥感图像将地图扫描图像与遥感图像配准叠合，可以从遥感图像中快速发现已发生变化的区域，进而实现中快速发现已发生变化的区域，进而实现GIS数据库的数据库的自动自动/半自动快速更新。半自动快速更新。 组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.6473.3.2 遥感与遥感与GIS数据的融合数据的融合w GIS与遥感结合的途径与遥感结合的途径 组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.6483.3.3 GPS与与GIS数据的融合数据的

38、融合w GIS与与GPS集成的系统结构模型集成的系统结构模型 组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.6493.3.3 GPS与与GIS数据的融合数据的融合w GIS与GPS结合的形式 1单台移动式单台移动式 在用户设备上直接配备在用户设备上直接配备GIS工具软件，把接收机天线接工具软件，把接收机天线接收的定位数字信号直接馈入收的定位数字信号直接馈入GIS系统，由系统，由GIS系统对接系统对接收机定位信息进行处收机定位信息进行处 理并与其数字地图匹配，这样即可理并与其数字地图匹配，这样即可全世界实时显示接收机天线位置；全世界实时显示接收机天线位置；组合导航与智能导航研究室组合

39、导航与智能导航研究室2008.6502集中监控式集中监控式 1）控制中心，由大屏幕计算机、无线电台、通讯适配器、）控制中心，由大屏幕计算机、无线电台、通讯适配器、电源和天线系统组成，并配备电源和天线系统组成，并配备GIS。2）基站，由电台、通讯适配器、电源和天线系统组成。）基站，由电台、通讯适配器、电源和天线系统组成。 3）移动站（即车载系统），由电台、天线、通讯适配器）移动站（即车载系统），由电台、天线、通讯适配器和和GPS接收机组成。接收机组成。3.3.3 GPS与与GIS数据的融合数据的融合组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.6513.3.4不同格式数据的融合不同格

40、式数据的融合 w 由于由于GIS软件的多样性，每种软件的多样性，每种GIS软件都有自已特定的数软件都有自已特定的数据模型，造成数据存储格式和结构的不同。例如，据模型，造成数据存储格式和结构的不同。例如，ARC/INFO是一种基于显式地描述空间地理实体的全拓扑是一种基于显式地描述空间地理实体的全拓扑关系的地理信息系统，各种要素的拓扑关系，如节点与弧关系的地理信息系统，各种要素的拓扑关系，如节点与弧的连接关系、面与面的邻接关系等都显示地存放在相应的的连接关系、面与面的邻接关系等都显示地存放在相应的属性表上。而属性表上。而MapInfo则是以实体结构为基础的地理信息则是以实体结构为基础的地理信息系统

41、，在它的各种要素属性表上并不存放任何拓扑关系信系统，在它的各种要素属性表上并不存放任何拓扑关系信息。息。w 因此，要实现两种系统之间数据的连接，首先必须解决不因此，要实现两种系统之间数据的连接，首先必须解决不同系统之间空间数据模型的转换。同系统之间空间数据模型的转换。组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.6523.3.2不同格式数据的融合不同格式数据的融合组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.6533.3.2不同格式数据的融合不同格式数据的融合w 目前不同目前不同GIS软件系统使用的空间数据格式主要软件系统使用的空间数据格式主要有有:ESRI公司的公司的

42、ARC/IN-FO Coverage、ArcShape File、EOO格式格式;Autodesk公司的公司的DXF和和DWG格式格式;MapInfo公公司的司的MIF格式格式;Intergraph公司的公司的DGN格式等等。解决这格式等等。解决这些不同格式数据之间的融合，主要有以下几种方法些不同格式数据之间的融合，主要有以下几种方法: 组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.6543.3.2不同格式数据的融合不同格式数据的融合w (1)基于转换器的数据融合。基于转换器的数据融合。w 在这种模式下，数据转换一般通过交换格式进行。例如，在这种模式下，数据转换一般通过交换格式进行

43、。例如，要转换要转换MapInfo的的Tab文件到文件到ARC/INFO的的Coverage，首先需要使用首先需要使用MapInfo软件将软件将Tab文件输出为文件输出为EOO或或DXF文件，然后运行文件，然后运行ARC/INFO将将EOO或或DXF文件转换文件转换为为ARC/INFO Coverage。这是目前。这是目前GIS系统数据融合的系统数据融合的主要方法。主要方法。w 其存在的主要问题是其存在的主要问题是:数据换过程复杂，转换次数频繁，数据换过程复杂，转换次数频繁，系统内部的数据格式需要公开，但转换采用的技术不公系统内部的数据格式需要公开，但转换采用的技术不公开等。开等。 组合导航与

44、智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.6553.3.2不同格式数据的融合不同格式数据的融合w (2)基于数据标准的数据融合。基于数据标准的数据融合。w 这种方是采用一种空间数据的转换标准来实现源这种方是采用一种空间数据的转换标准来实现源GIS数数据的融合。例如，美国国家空间数据协会据的融合。例如，美国国家空间数据协会(NSDI)制定了制定了统一的空间数据格式规范统一的空间数据格式规范SDTS(即即spatial data transformation standard)，包括几何坐标、投影、拓扑，包括几何坐标、投影、拓扑关系、属性数据、数据字典，也包括栅格和矢量等不同关系、属性数据、

45、数据字典，也包括栅格和矢量等不同空间数据格式的转换标准。根据空间数据格式的转换标准。根据SDTS，目前许多，目前许多GIS软软件提供了标准的空间数据交换格式，可供其他系统调用。件提供了标准的空间数据交换格式，可供其他系统调用。这种转换方法能处理多个数据集，转换次数少，系统内这种转换方法能处理多个数据集，转换次数少，系统内部的数据格式不需公开，但转换采用的技术需要公开等。部的数据格式不需公开，但转换采用的技术需要公开等。 组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.6563.3.2不同格式数据的融合不同格式数据的融合(3) 基于公共接口的数据融合。基于公共接口的数据融合。 基于公共

46、接口的数据融合模式又称为数据互操作模式。基于公共接口的数据融合模式又称为数据互操作模式。接口相当于一种规程，它是大家都遵守并达成统一的标接口相当于一种规程，它是大家都遵守并达成统一的标准。在接口中不仅要考虑数据格式和数据处理，而且还准。在接口中不仅要考虑数据格式和数据处理，而且还要提供对数据处理应采用的协议，各个系统通过公共接要提供对数据处理应采用的协议，各个系统通过公共接口相互联系，而且允许各自系统内部数据结构和数据处口相互联系，而且允许各自系统内部数据结构和数据处理各不相同。例如，理各不相同。例如，OGC(Open GIS Consortium)为数为数据互操作制定了统一的规范，从而使一个

47、系统同时支持据互操作制定了统一的规范，从而使一个系统同时支持不同的空间数据格式成为可能。不同的空间数据格式成为可能。组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.6573.3.2不同格式数据的融合不同格式数据的融合(4)基于直接访问的数据融合。基于直接访问的数据融合。w 直接数据访问指在一个直接数据访问指在一个GIS软件中实现对其他软件数据软件中实现对其他软件数据格式的直接访问，用户可以使用单个格式的直接访问，用户可以使用单个GIS软件存取多种软件存取多种数据格式。直接数据访问不仅避免了繁琐的数据转换，数据格式。直接数据访问不仅避免了繁琐的数据转换，而且在一个而且在一个GIS软件中

48、访问某种软件的数据格式，不要软件中访问某种软件的数据格式，不要求用户拥有该数据格式的宿主软件，更不需要该软件的求用户拥有该数据格式的宿主软件，更不需要该软件的运行，这为多源数据的融合提供了更为实用便捷的支持。运行，这为多源数据的融合提供了更为实用便捷的支持。组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.6583.4 空间数据的压缩与综合空间数据的压缩与综合3.4.1 空间数据的压缩空间数据的压缩w 空间数据压缩的目的：空间数据压缩的目的： 节省存贮空间节省存贮空间 节省处理时间节省处理时间u所谓数据压缩，即从所取得的数据集合所谓数据压缩，即从所取得的数据集合S中抽出一个子中抽出一个

49、子集集A，这个子集作为一个新的信息源，在规定的精度范，这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。围内最好地逼近原集合，而又取得尽可能大的压缩比。压缩比表示曲线信息载量减少的程度。压缩比表示曲线信息载量减少的程度。组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.6593.4.1 空间数据的压缩空间数据的压缩w 空间数据压缩方法：空间数据压缩方法： 间隔取点法间隔取点法 垂距法垂距法 偏角法偏角法 Douglas-Peucker组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.6603.4.1 空间数据的压缩空间数据的压缩w 道格拉

50、斯道格拉斯-普克法（普克法（Douglas-Peucker） 该方法由该方法由Douglas-Peucker于于1973年首先提出，年首先提出，其基本思想是由远到近，找与矢量两端点连线其基本思想是由远到近，找与矢量两端点连线的垂足最大顶点判断其是否满足要求。的垂足最大顶点判断其是否满足要求。 该方法考虑整条线或特定线段的特征。该方法考虑整条线或特定线段的特征。组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.6613.4.1 空间数据的压缩空间数据的压缩（1）将一条曲线首末点虚连成一条直线，求出其余各点）将一条曲线首末点虚连成一条直线，求出其余各点到该直线的距离（到该直线的距离（L）；

51、）；（2）选垂距最大者与规定的临界值（）选垂距最大者与规定的临界值（d）相比较，若大于）相比较，若大于临界值，则离该直线距离最大的点保留，否则将直线两临界值，则离该直线距离最大的点保留，否则将直线两端间各点全部舍去；端间各点全部舍去；（3）曲线首末两点与及上述保留点将曲线分解为两部分，）曲线首末两点与及上述保留点将曲线分解为两部分，针对每段曲线再按前两步进行处理。针对每段曲线再按前两步进行处理。组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.6623.4.1 空间数据的压缩空间数据的压缩组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.6633.4.2 空间数据的综合空间数据

52、的综合w 空间数据综合包括：重新分类、图形简化、图形特征的空间数据综合包括：重新分类、图形简化、图形特征的内插。内插。w 重新分类和图形简化重新分类和图形简化组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.664组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.6653.5 空间数据的内插方法空间数据的内插方法w 空间插值空间插值w 内插：内插：在已观测点的在已观测点的区域内区域内估算未观测点的数据的过程；估算未观测点的数据的过程； w 外推：外推：在已观测点的在已观测点的区域外区域外估算未观测点的数据的过估算未观测点的数据的过程程.预测。预测。组合导航与智能导航研究室组合导

53、航与智能导航研究室2008.6663.5 空间数据的内插方法空间数据的内插方法w 空间数据的内插空间数据的内插：设已知一组空间数据，它们可以是离：设已知一组空间数据，它们可以是离散点的形式，也可以是分区数据的，现在要从这些数据散点的形式，也可以是分区数据的，现在要从这些数据中找到一个函数关系式，使该关系式最好地逼近这些已中找到一个函数关系式，使该关系式最好地逼近这些已知的空间数据，并能根据该函数关系式推求出区域范围知的空间数据，并能根据该函数关系式推求出区域范围内其他任意点或任意分区的值。这种通过已知点或分区内其他任意点或任意分区的值。这种通过已知点或分区的数据，推求任意点或分区数据的方法就称

54、为空间数据的数据，推求任意点或分区数据的方法就称为空间数据的内插。的内插。w 空间数据的内插包括空间数据的内插包括：点的内插和区域的内插点的内插和区域的内插。组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.6673.5.1 点的内插点的内插 w 点的内插点的内插是研究具有连续变化特征现象（例如是研究具有连续变化特征现象（例如地面高程等）的数值内插方法。根据内插精度地面高程等）的数值内插方法。根据内插精度的不同，可以将点内插法分为的不同，可以将点内插法分为精确和概略精确和概略的两的两类。类。w 内插的步骤：数据取样，数据处理和数据记录内插的步骤：数据取样，数据处理和数据记录三个过程。三

55、个过程。组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.6683.5.1 点的内插点的内插w 数据取样数据取样是指数据点的选取和坐标的确定；是指数据点的选取和坐标的确定；w 数据处理（内插）数据处理（内插）是以数据点作为控制基础，是以数据点作为控制基础，用某一数学模型来模拟地表面，进行内插加密用某一数学模型来模拟地表面，进行内插加密计算，确定三角网或格网节点处的特征值；计算，确定三角网或格网节点处的特征值；w 数据记录数据记录是将建立的节点特征值记录于存储器是将建立的节点特征值记录于存储器内，以供分析应用。内，以供分析应用。组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.6

56、693.5.1 点的内插点的内插组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.670l数据取样数据取样 w 数据取样数据取样时可采用实测点数据，也可由图形上人工读取，时可采用实测点数据，也可由图形上人工读取，此时应尽可能读取特征点的数据。此时应尽可能读取特征点的数据。w 建立按一定格网形式排列的地面点高程，一般先从现有建立按一定格网形式排列的地面点高程，一般先从现有地图的等高线上进行数据取样。地图的等高线上进行数据取样。组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.671l数据取样数据取样 w 取样点可以按地性线取样点可以按地性线(山脊线、山谷线、坡度变换线山脊线、山谷

57、线、坡度变换线)，沿等高线或沿断面线布设，将数据点选择在地性线坡度沿等高线或沿断面线布设，将数据点选择在地性线坡度改变处，或沿等高线在方向改变的地点，即根据地形变改变处，或沿等高线在方向改变的地点，即根据地形变化取点。这样，数据点落在地形特征点上，能很好地控化取点。这样，数据点落在地形特征点上，能很好地控制地表面形态，称为随机取样方案。制地表面形态，称为随机取样方案。组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.672组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.6732数据内插数据内插 w 由于取样的数据点呈离散分布形式，或者数据点虽按格由于取样的数据点呈离散分布形式

58、，或者数据点虽按格网排列，但格网的密度不能满足使用的要求，这样就需网排列，但格网的密度不能满足使用的要求，这样就需要以数据点为基础进行插值运算。要以数据点为基础进行插值运算。w 插值运算的手段是选择一个合理的数学模型，利用已知插值运算的手段是选择一个合理的数学模型，利用已知点上的信息求出函数的待定系数。点上的信息求出函数的待定系数。 利用已知数据利用已知数据 模型模型 推求未知点推求未知点 设计数学模型设计数学模型 参数参数 数数 据据u通常采用局部函数内插和逐点内插两种方式。通常采用局部函数内插和逐点内插两种方式。 组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.6742数据内插数

59、据内插w 局部函数内插通常以格网小块为加密区，采用低次项函局部函数内插通常以格网小块为加密区，采用低次项函数拟合地表面。数拟合地表面。（1） 线性内插。线性内插。 将三个已知高程点所控制的地面用一个平面来模拟（三将三个已知高程点所控制的地面用一个平面来模拟（三角网）。角网）。 Zp=a0+a1x+a2y 组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.675 将将3个数据点的坐标值代入，联立求解出系数个数据点的坐标值代入，联立求解出系数a0、a1和和a2，这一平面就是模拟三角形地面的平面，所以待定点在给这一平面就是模拟三角形地面的平面，所以待定点在给予平面坐标予平面坐标xP、yP之后

60、，即可求出内插高程之后，即可求出内插高程zP。 本法进行数据采样时，要尽可能全地采取地面上所有的本法进行数据采样时，要尽可能全地采取地面上所有的起伏转折点，否则由三点控制的地面与平面相差甚远，起伏转折点，否则由三点控制的地面与平面相差甚远，插值结果误差也就相应增大。插值结果误差也就相应增大。组合导航与智能导航研究室组合导航与智能导航研究室2008.6762数据内插数据内插（2）双线性多项式内插）双线性多项式内插。 用网格四个格点上的高程，来确定双线性多项式的四个用网格四个格点上的高程，来确定双线性多项式的四个参数，然后代入待定点的坐标参数，然后代入待定点的坐标xP、yP，求得，求得zP 。 Z