第三章空间数据的处理

1、 理解几何纠正，空间数据的内插方法，空间数据理解几何纠正，空间数据的内插方法，空间数据的压缩与综合的压缩与综合 理解和掌握空间数据结构之间的转换，多源空间理解和掌握空间数据结构之间的转换，多源空间数据的融合数据的融合 了解图幅数据边沿匹配处理了解图幅数据边沿匹配处理重点：重点：矢量向栅格的转换和栅格向矢量的转换。矢量向栅格的转换和栅格向矢量的转换。 难难 点：矢量与栅格数据之间的转换点：矢量与栅格数据之间的转换是指对数据进行收集、筛选、排序、归并、转是指对数据进行收集、筛选、排序、归并、转换、存储、检索、计算、以及分析、模拟和预测等等操换、存储、检索、计算、以及分析、模拟和预测等等操作，涉及的

2、内容广泛，一般包括数据变换、数据重构、作，涉及的内容广泛，一般包括数据变换、数据重构、数据提取等内容。数据提取等内容。 第一节第一节 空间数据的变换空间数据的变换 第二节第二节 空间数据结构的转换空间数据结构的转换 第三节第三节 多元空间数据的融合多元空间数据的融合 第四节第四节 空间数据的压缩与重分类空间数据的压缩与重分类 第五节第五节 空间数据的内插方法空间数据的内插方法 第六节第六节 空间拓扑关系的编辑空间拓扑关系的编辑空间数据坐标系转换的实质是建立两个平面点空间数据坐标系转换的实质是建立两个平面点之间的一一对应关系，包括几何纠正和投影转之间的一一对应关系，包括几何纠正和投影转换。换。

3、几何纠正是指对数字化原图数据进行的坐标几何纠正是指对数字化原图数据进行的坐标系转换和图纸变形误差的改正，以实现与理系转换和图纸变形误差的改正，以实现与理论值的一一对应关系；论值的一一对应关系； 几何纠正的方法包括仿射变换、相似变换、几何纠正的方法包括仿射变换、相似变换、二次变换和高次变换等。二次变换和高次变换等。YOXb0Oyxa0 ： 仿射变换举例仿射变换举例二次多项式二次多项式 通过建立两个投影的解析关系式，直接把一种投影坐标 ( x , ( x , y )y ) 变换成另一种投影的坐标 (X(X，Y Y）由一种投影的坐标 ( (x,yx,y) )反解出地理坐标（B,L) ) ，然后再将地

4、理坐标代入另一种投影公式中，求出该投影下的直角坐标（X,Y)X,Y)，从而实现由一种投，从而实现由一种投影坐标到另一种投影坐标的变影坐标到另一种投影坐标的变换（换（x,yx,y X,YX,Y）。）。根据两种投影在变换区内若干同名的坐标点，采用插值法、有限差分法、待定系数法等，实现不同投影之间的转换。优点优点缺点缺点矢量矢量数据数据结构结构1.便于面向现象便于面向现象(土壤类、土地利土壤类、土地利用单元等用单元等)；2.数据结构紧凑、冗余度低；数据结构紧凑、冗余度低；3.有利于网络分析；有利于网络分析；4.图形显示质量好、精度高。图形显示质量好、精度高。1.数据结构复杂；数据结构复杂；2.软件与

5、硬件的技术要求比软件与硬件的技术要求比较高；较高；3.多边形叠合等分析比较困多边形叠合等分析比较困难；难；4.显示与绘图成本比较高。显示与绘图成本比较高。栅格栅格数据数据结构结构1.数据结构简单；数据结构简单；2.空间分析和地理现象的模拟均比空间分析和地理现象的模拟均比较容易；较容易；3.有利于与遥感数据的匹配应用和有利于与遥感数据的匹配应用和分析；分析；4.输出方法快速，成本比较低廉。输出方法快速，成本比较低廉。1.图形数据量大；图形数据量大；2.投影转换比较困难；投影转换比较困难；3.栅格地图的图形质量相对栅格地图的图形质量相对较低；较低；4.现象识别的效果不如矢量现象识别的效果不如矢量方

6、法。方法。v栅格化过程包括以下操作：栅格化过程包括以下操作：n选择单元的大小和形状；选择单元的大小和形状；n将点和线实体角点的笛卡尔坐标转换到预定分辨将点和线实体角点的笛卡尔坐标转换到预定分辨率和已知位置的矩阵中；率和已知位置的矩阵中；n利用单根扫描线（沿行或列）或一组相连接的扫利用单根扫描线（沿行或列）或一组相连接的扫描线去测试线状要素与单元边界的交叉点，并记描线去测试线状要素与单元边界的交叉点，并记录穿过交叉点的栅格单元个数；录穿过交叉点的栅格单元个数；n测试多边形时，先测试角点，再对剩下线段进行测试多边形时，先测试角点，再对剩下线段进行二次扫描，到达边界位置时，记录其位置与属性二次扫描，

7、到达边界位置时，记录其位置与属性值。值。栅栅格格化化技技术术点的栅格化点的栅格化线的栅格化线的栅格化面的栅格化面的栅格化基于弧段的栅格化基于弧段的栅格化扫描线算法扫描线算法基于多边形的栅格基于多边形的栅格化化内点填充法内点填充法边界代数法边界代数法包含检验法包含检验法检验夹角之和检验夹角之和法法铅垂线法铅垂线法（一）点的栅格化（一）点的栅格化 设矢量坐标点（设矢量坐标点（x x，y y），转换后的栅格单元行列），转换后的栅格单元行列值为（值为（I I，J J），则有），则有ydyyImin xdxxIminb b线的转换线的转换 线的矢量数据是由多个直线段数据组成的，线的矢量数据是由多个直线段

8、数据组成的，因此，线矢量数据向栅格数据转换的核心就是对因此，线矢量数据向栅格数据转换的核心就是对任一直线段如何将矢量数据转换为栅格数据。任一直线段如何将矢量数据转换为栅格数据。1 1、八方向栅格法。设直线、八方向栅格法。设直线段两端点的矢量坐标分别为段两端点的矢量坐标分别为P P1 1(X(X1 1,Y,Y1 1) )、P P2 2(X(X2 2,Y,Y2 2) )。首先。首先将直线段两端点按上述点转将直线段两端点按上述点转换方法得到相应的行列号，换方法得到相应的行列号，其次求出两端点的行数差和其次求出两端点的行数差和列数差。分两种情况：列数差。分两种情况：第一种情况第一种情况，若行数差大于列

9、数差，则逐行分别地求，若行数差大于列数差，则逐行分别地求出该行中心线与直线段的交点，即出该行中心线与直线段的交点，即式中，式中，Y Yi i为该行中心线的为该行中心线的Y Y坐标。然后，再将所求出的坐标。然后，再将所求出的交点按上述点转换方法得到相应的行列号。交点按上述点转换方法得到相应的行列号。第二种情况第二种情况，若列数差大于行数差，则逐列分别地求，若列数差大于行数差，则逐列分别地求出该列中心线与直线段的交点，即出该列中心线与直线段的交点，即式中，式中，X Xi i为该列中心线的为该列中心线的X X坐标。然后，再将所求出的坐标。然后，再将所求出的交点按上述点转换方法得到相应的行列号。交点按

10、上述点转换方法得到相应的行列号。转换计算：转换计算：任务是将任意的任务是将任意的x,yx,y坐标转换为由行坐标转换为由行号（号（I I）和列号（）和列号（J J）表示的栅格数据。）表示的栅格数据。方法：方法：1 1、采用按行或按列对整个栅格化范围作、采用按行或按列对整个栅格化范围作中心扫描线，求出与所有矢量多边形的边界弧段中心扫描线，求出与所有矢量多边形的边界弧段的交点坐标。的交点坐标。2 2、采用点的栅格化方法求出交点的行列值，并、采用点的栅格化方法求出交点的行列值，并判断交点左右多边形的数值。判断交点左右多边形的数值。3 3、通过对一行所有交点按其坐标、通过对一行所有交点按其坐标x x值从

11、小到大进值从小到大进行排序，并参照左右多边形配对情况，逐段生成行排序，并参照左右多边形配对情况，逐段生成栅格数据。直到全部扫描线都完成转换为止。栅格数据。直到全部扫描线都完成转换为止。AGBC1C2(xi,yi)(x2,y2)(x3,y3)扫描线扫描线y=y0如图，设如图，设y0为通过某个为通过某个栅格带中心的扫描线，栅格带中心的扫描线，该扫描线与两弧段的交该扫描线与两弧段的交点为点为(xi,yi)和和(xi+1,yi+1)，则根据两直线方程：则根据两直线方程：(xi+1,yi+1)(x1,y1)和和可求得交点可求得交点(xi,yi)和和(xi+1,yi+1)。将它们转换为栅格数据的行号（将它

12、们转换为栅格数据的行号（I I）和列号（）和列号（J J），），对应于交点对应于交点( (x xi i,y,yi i) )的行列号分别为：的行列号分别为：对应于交点对应于交点(x(xi+1i+1,y,yi+1i+1) )的行列号分别为：的行列号分别为：DxJDyIii/1/111DxJDyIii/1/11212进而可确定两交点间的栅格列数及其属性值。进而可确定两交点间的栅格列数及其属性值。原理：原理：针对实体结构的多边形矢量数据栅格化针对实体结构的多边形矢量数据栅格化的。是以非拓扑的实体多边形作为栅格化的处的。是以非拓扑的实体多边形作为栅格化的处理单元，将一个多边形的内部栅格单元赋予多理单元，

13、将一个多边形的内部栅格单元赋予多边形的属性值。边形的属性值。包括：内点填充法、边界代数包括：内点填充法、边界代数法和包含检验法等。法和包含检验法等。内点填充法：内点填充法：首先按线的栅格化方法把多边形首先按线的栅格化方法把多边形的边界栅格化，然后在多边形的内部找一点作的边界栅格化，然后在多边形的内部找一点作为内点，从该点出发，向外填充多边形区域，为内点，从该点出发，向外填充多边形区域，直到边界为止。直到边界为止。边界代数法：边界代数法：沿着多边形实体的边界环绕多边形一圈，沿着多边形实体的边界环绕多边形一圈，当向上环绕的时候，把边界左边一行中所有的栅格单元当向上环绕的时候，把边界左边一行中所有的

14、栅格单元的数值都减去属性值，当向下环绕的时候，把边界左边的数值都减去属性值，当向下环绕的时候，把边界左边一行中所有的栅格单元的数值都加上属性值，则多边形一行中所有的栅格单元的数值都加上属性值，则多边形外部的栅格正负数值抵消，而内部的栅格被赋予属性值。外部的栅格正负数值抵消，而内部的栅格被赋予属性值。（图示）（图示）包含检验法：包含检验法：对每个栅格单元，逐个判定其是否对每个栅格单元，逐个判定其是否包含在某个实体多边形之内，若包含在某个多边包含在某个实体多边形之内，若包含在某个多边形之内，则将多边形的属性值赋给该栅格单元。形之内，则将多边形的属性值赋给该栅格单元。点在多边形内的判定有两种方法：点

15、在多边形内的判定有两种方法：检验夹角之和检验夹角之和和检验交点数。和检验交点数。图图a)a)为实际图形，填充过程如下：为实际图形，填充过程如下：(1)(1)确定格网数，并将全部格网置为确定格网数，并将全部格网置为0 0值，如图值，如图(b)(b)所示；所示；(2)(2)沿弧段沿弧段a a上行，在图上行，在图(b)(b)的基础上。左边减去属性值，的基础上。左边减去属性值，得到图得到图(c)(c)：(3)(3)沿弧段沿弧段b b下行，下行，在图在图(c)(c)的基础上。的基础上。左边加上属性值，左边加上属性值，求各网格的代数求各网格的代数和，得到图和，得到图(d)(d)。包含检验法包含检验法检验夹

16、角之和和检验交点数检验夹角之和和检验交点数检验夹角之和：检验夹角之和：设平面图形设平面图形ABCDEABCDE和待判定的栅格点和待判定的栅格点P P，令令i i分别为分别为APBAPB , , BPC, CPD, ,BPC, CPD, ,如如果果 ，则，则P P在多边形之外，如果在多边形之外，如果 ，则，则P P在在多边形内。多边形内。 检验交点数：检验交点数：由任一待判别的栅格点由任一待判别的栅格点P P向下作与向下作与y y轴平轴平行的射线，计算射线与多边形行的射线，计算射线与多边形ABCDEABCDE的交点数。若交点的交点数。若交点数为偶数，则栅格点数为偶数，则栅格点P P在多边形之外，

17、不予记录；若交在多边形之外，不予记录；若交点数为奇数，则栅格点点数为奇数，则栅格点P P在多边形之内，予以记录，并在多边形之内，予以记录，并将多边形的属性赋予该栅格点。将多边形的属性赋予该栅格点。基于图像数据的矢量化方法基于图像数据的矢量化方法转换步骤：转换步骤：1 1、二值化。线化图形扫描后得到了不同灰度值、二值化。线化图形扫描后得到了不同灰度值G(I,jG(I,j) )的的栅格数据，为了将这种栅格数据，为了将这种256256或或128128级不同灰阶压缩到级不同灰阶压缩到2 2个个灰阶，即灰阶，即0 0和和1 1两级，首先要在最大与最小灰阶之间定两级，首先要在最大与最小灰阶之间定义一个阈值

18、义一个阈值T T，则根据下式就得到二值图。，则根据下式就得到二值图。二值化阈值确定方法：经验法、直方图人机交互法和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。数理统计法。 2 2、细化。细化就是为了消除线化横断面栅格数的差、细化。细化就是为了消除线化横断面栅格数的差异，使得每一条线只保留代表其轴线或周围轮廓线位异，使得每一条线只保留代表其轴线或周围轮廓线位置的单个栅格的宽度。置的单个栅格的宽度。剥离法剥离法的实质是从曲线的边缘的实质是从曲线的边缘开始，开始，由上而下，自左到右一次选由上而下，自左到右一次选3 3个象元，进个象元，进行分析，行分析，每次剥掉等于一个栅格宽的一层，直到

19、最后每次剥掉等于一个栅格宽的一层，直到最后留下彼此连通的由单个栅格点组成的图形。因为一条留下彼此连通的由单个栅格点组成的图形。因为一条线在不同位置可能有不同的宽度，线在不同位置可能有不同的宽度，故在剥皮过程中必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须注意一个条件，即不允许剥去会导致曲线不连通的栅格。栅格。 （3 3栅格组合图有栅格组合图有5151种排列方式）（如下种排列方式）（如下图）图） 3 3、跟踪。目的是将写入数据文件的细化处理后的、跟踪。目的是将写入数据文件的细化处理后的栅格数据，整理为从节点出发的线段或闭合的线条，栅格数据，整理为从节点出发的线段或闭合的线条，

20、并以矢量形式存储于特征栅格点中心的坐标。跟踪时，并以矢量形式存储于特征栅格点中心的坐标。跟踪时，从图幅西北角开始，按顺时针或逆时针方向，从起始从图幅西北角开始，按顺时针或逆时针方向，从起始点开始，根据八个邻域进行搜索，依次跟踪相邻点。点开始，根据八个邻域进行搜索，依次跟踪相邻点。并记录节点坐标，然后搜索闭曲线，直到完成全部栅并记录节点坐标，然后搜索闭曲线，直到完成全部栅格数据的矢量化，写入矢量数据库。格数据的矢量化，写入矢量数据库。灰度图灰度图二值图二值图细化图细化图跟踪图跟踪图基于再生栅格数据的矢量化方法基于再生栅格数据的矢量化方法 再生栅格数据是根据弧段数据或多边形数据生成的再生栅格数据是

21、根据弧段数据或多边形数据生成的栅格数据，这种再生栅格数据的矢量化其主要目的时为栅格数据，这种再生栅格数据的矢量化其主要目的时为了通过矢量绘图装置输出了通过矢量绘图装置输出，具体的矢量化算法如下：，具体的矢量化算法如下：首先：在栅格数据中搜索多边形边界弧段相交的节点位首先：在栅格数据中搜索多边形边界弧段相交的节点位置。置。其次：建立对类型边界栅格单元的追踪算法，寻找同质其次：建立对类型边界栅格单元的追踪算法，寻找同质区的闭合界限，同时计算其坐标，并整理成有序的坐标区的闭合界限，同时计算其坐标，并整理成有序的坐标数组。数组。最后：将跟踪得到的弧段数据连接组织成多边形。最后：将跟踪得到的弧段数据连接

22、组织成多边形。u建立拓扑关系建立拓扑关系 在图形修改完毕之后，就意味着可以建立正确的在图形修改完毕之后，就意味着可以建立正确的拓扑关系，拓扑关系可以由计算机自动生成，目前大拓扑关系，拓扑关系可以由计算机自动生成，目前大多数多数GIS软件也都提供了完善的拓扑功能；但是在某软件也都提供了完善的拓扑功能；但是在某些情况下，也需要对计算机创建的拓扑关系进行手工些情况下，也需要对计算机创建的拓扑关系进行手工修改。通常建立拓扑关系时只需要关注实体之间的连修改。通常建立拓扑关系时只需要关注实体之间的连接、相邻关系，而节点的位置、弧段的具体形状等非接、相邻关系，而节点的位置、弧段的具体形状等非拓扑属性不会影响

23、拓扑的建立过程拓扑属性不会影响拓扑的建立过程。 以多边形拓扑关系建立为例，多边形拓扑关系的以多边形拓扑关系建立为例，多边形拓扑关系的表达需要描述以下实体之间的关系：表达需要描述以下实体之间的关系：l多边形的组成弧段；多边形的组成弧段；l弧段左右两侧的多边形，弧段两端的节点；弧段左右两侧的多边形，弧段两端的节点；l节点相连的弧段。节点相连的弧段。多边形拓扑建立过程多边形拓扑建立过程 如图中共有如图中共有4个节点，以个节点，以A、B、C、D表示；表示；6条条弧段，用数字表示；以及弧段，用数字表示；以及I、II、III三个多边形。首先定三个多边形。首先定义以下概念：义以下概念：由于弧段是有方向的，算

24、法由于弧段是有方向的，算法中将弧段起始节点称为首中将弧段起始节点称为首节点节点Ns(A)，而终止节点为尾，而终止节点为尾节点节点NE(A)；考虑到弧段的方向性，沿弧考虑到弧段的方向性，沿弧段前进方向，将其相邻的多边段前进方向，将其相邻的多边形分别定义为左多边形和右多形分别定义为左多边形和右多边形边形PL(A)和和PR(A)。 在建立拓扑之前，首先将所有弧段的左右多边形（在建立拓扑之前，首先将所有弧段的左右多边形（在实现中，可以用多边形的编码表示）都设置为空；在实现中，可以用多边形的编码表示）都设置为空；然后对每个节点计算与其相连弧段的在连接处的角度然后对每个节点计算与其相连弧段的在连接处的角度

25、,并进行排序（注意，这个排序是循环的）如下表并进行排序（注意，这个排序是循环的）如下表 。建立拓扑的算法如下：建立拓扑的算法如下： （1）得到第一条弧段）得到第一条弧段A，并设置为当前弧段；，并设置为当前弧段；（2）判断）判断PL(A)和和PR(A)是否为空。如果都非空，转到第一是否为空。如果都非空，转到第一步，当所有弧段处理完毕后，算法结束；步，当所有弧段处理完毕后，算法结束；（3）如果左多边形为空，则创建一个新的多边形）如果左多边形为空，则创建一个新的多边形P，多边，多边形的第一条弧段为当前弧段，并设置形的第一条弧段为当前弧段，并设置PL(A)=P，设置搜寻起，设置搜寻起始节点为始节点为N

26、s(A)，搜寻当前节点为，搜寻当前节点为NE(A)。如果右多边形为空，。如果右多边形为空，则创建一个新的多边形则创建一个新的多边形P，多边形的第一条弧段为当前弧段，多边形的第一条弧段为当前弧段，并设置并设置PR(A)=P，设置搜寻起始节点，设置搜寻起始节点N0=NE(A)，搜寻当前节，搜寻当前节点点NC=NS(A)。（4）判断）判断N0和和NC是否相等，如果是，则多边形所有弧段都是否相等，如果是，则多边形所有弧段都已经找到，转到第一步。已经找到，转到第一步。（5）检查与当前节点相连接的、已经排列好的弧段序列，检查与当前节点相连接的、已经排列好的弧段序列，将当前弧段的下一条弧段将当前弧段的下一条

27、弧段A作为多边形的第二条弧段。作为多边形的第二条弧段。（6）如果）如果NC=NS(A)，设置，设置PL(A)=P，NC=NE(A)；如果；如果NC= NE(A)，设置，设置PR(A)=P，NC=NS(A)，转到第四步。，转到第四步。续续 如图，如果从弧段如图，如果从弧段4开始开始搜寻，找到节点搜寻，找到节点C后，根据弧后，根据弧段的排序，下一条弧段是段的排序，下一条弧段是2；然后找到节点然后找到节点A，弧段，弧段1，整，整个搜寻结束，建立多边形个搜寻结束，建立多边形I，其组成弧段为其组成弧段为4、2、1。 2003年年SPOT影像分类图影像分类图建 设 用 地农 用 地闲 置 地林 地水 域

28、2003年栅格转向矢量图年栅格转向矢量图 由于地理数据的多语义性、多时空性、多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据结构的差异等，导致多源以及数据模型与数据结构的差异等，导致多源数据的产生，给数据的采集和信息共享带来困数据的产生，给数据的采集和信息共享带来困难，为了实现空间数据的共享，多源数据融合难，为了实现空间数据的共享，多源数据融合已成为已成为GISGIS设计者和用户的共同要求。设计者和用户的共同要求。遥感与遥感与GISGIS数据的融合：数据的融合：遥感图像与图形的融合。遥感图像与图形的融合。经

29、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，可产生影像地图。这种地图具有一与数字地图信息融合，可产生影像地图。这种地图具有一定的数学基础，有丰富的光谱信息与几何信息，又有行政定的数学基础，有丰富的光谱信息与几何信息，又有行政界限和属性信息，直接提高了用户的可视化效果。界限和属性信息，直接提高了用户的可视化效果。遥感数据与遥感数据与DEMDEM的融合。的融合。DEMDEM代表精确的地形信息，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，消除遥感图像中因地形起伏所造成的像元位移，提配准，消除遥

30、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度，同时高遥感图像的定位精度，同时DEMDEM可参与遥感图像的分类，可参与遥感图像的分类，改善分类精度。改善分类精度。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。将地图扫描图像与将地图扫描图像与遥感图像配准叠加，可以从遥感图像中快速发现已发生变遥感图像配准叠加，可以从遥感图像中快速发现已发生变化的区域，进而实现化的区域，进而实现GISGIS数据库的自动数据库的自动/ / 半自动快速更新。半自动快速更新。不同格式数据的融合不同格式数据的融合 由于由于GISGIS软件的多样性，每种软件的多样性，每种GISGIS软件都有自己软件

31、都有自己特定的数据模型，造成数据存储格式和结构的不同。特定的数据模型，造成数据存储格式和结构的不同。目前不同目前不同GISGIS软件系统使用的空间数据格式主要有：软件系统使用的空间数据格式主要有：lESRIESRI公司的公司的ARC/INFO ARC/INFO CovergeCoverge、ArcShapeArcShape FilesFiles、EOOEOO格式；格式；lAutodeskAutodesk公司的公司的DEFDEF和和DWGDWG格式；格式；lMapInfoMapInfo公司的公司的TABTAB、MIFMIF格式；格式；lIntergraphIntergraph公司的公司的DGND

32、GN格式等等格式等等。不同格式数据之间的融合主要方法：不同格式数据之间的融合主要方法：基于转换器的数据融合。基于转换器的数据融合。这种模式下，数据转换一这种模式下，数据转换一般通过交换格式进行（般通过交换格式进行（如图如图 单一数据库集成多源数单一数据库集成多源数据模式）。如：要将据模式）。如：要将MapInfoMapInfo的的TabTab文件转换到文件转换到ARC/INFOARC/INFO的的CovergeCoverge，首先需要使用，首先需要使用MapInfoMapInfo软软件将件将TabTab文件输出为文件输出为EOOEOO或或DXFDXF文件，然后运行文件，然后运行ARC/INFO

33、ARC/INFO将将EOOEOO或或DXFDXF文件转换为文件转换为ARC/INFOARC/INFO的的CovergeCoverge。存在的主要问题：存在的主要问题：数据转换过程复杂，转换次数频数据转换过程复杂，转换次数频繁，系统内部格式需要公开，但转换采用的技术不繁，系统内部格式需要公开，但转换采用的技术不公开等。公开等。分析处理器分析处理器数据转换器数据转换器数据字典数据字典属性数据库属性数据库图形数据库图形数据库交换格式交换格式交换格式交换格式交换格式交换格式交换格式交换格式数据源数据源1数据源数据源2数据源数据源k用户用户1用户用户2用户用户n基于数据标准的数据融合。基于数据标准的数据

34、融合。采用一种空间数据的转采用一种空间数据的转换标准来实现多源换标准来实现多源GISGIS数据的融合。这种转换方法能数据的融合。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。如：美国不需公开，但转换采用的技术需要公开等。如：美国国家空间数据协会（国家空间数据协会（NSDINSDI）制定了统一的空间数据）制定了统一的空间数据格式规范（格式规范（SDTSSDTS）, ,包括几何坐标、投影、拓扑关系、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空间属性数据、数据字典，也包括栅

35、格和矢量等不同空间数据格式的转换标准。数据格式的转换标准。空间数据转换标准空间数据转换标准系统系统A系统系统B系统系统C系统系统A系统系统B系统系统C基于公共接口的数据融合，又叫数据互操作模式。基于公共接口的数据融合，又叫数据互操作模式。 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，一的标准。在接口中不仅要考虑数据格式和数据处理，而且还要提供对数据处理应采用的协议，各个系统通而且还要提供对数据处理应采用的协议，各个系统通过共同接口相互联系，而且允许各自系统内部数据结过共同接口相互联系，而且允许各自系统内部数

36、据结构和数据处理各不相同（构和数据处理各不相同（如图如图）。主要特点是独立于）。主要特点是独立于具体平台，转换技术高度抽象，数据格式不需公开，具体平台，转换技术高度抽象，数据格式不需公开，代表着数据共享技术的发展方向。如：代表着数据共享技术的发展方向。如：OGCOGC（Open GIS ConsortiumOpen GIS Consortium）为数据互操作制定了统）为数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。格式成为可能。协议及分布式计算环境系统A系统B系统C公共接口公共接口公共接口系统1系统2系统3公共接口公

37、共接口公共接口基于直接访问的数据融合。基于直接访问的数据融合。指在一个指在一个GISGIS软件中实现对其他软件数据格式的直接访问，用户可软件中实现对其他软件数据格式的直接访问，用户可以使用单个以使用单个GISGIS软件存取多种数据格式。直接数据访问不仅避免了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，而且在一个繁琐的数据转换，而且在一个GISGIS软件中访问某种软件的数据格式，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，更不需要该软件的运行，不要求用户拥有该数据格式的宿主软件，更不需要该软件的运行，这为多源数据的融合提供了更为使用便捷的支持。这为多源数据的

38、融合提供了更为使用便捷的支持。FRAMMEARC/INFOMGEMGSMAutoCADCAD(.dgn)ArcViewMapInfoMGDMMSAccessSpatialOracleSQLServerGeomedia工作区关系数据库关系数据库GIS数据Geomedia支持多源数据示意图支持多源数据示意图压缩软件压缩软件:原数据信息基本不丢失而且可以大大节省存贮原数据信息基本不丢失而且可以大大节省存贮空间，空间，缺点缺点是压缩后的文件必须在解压缩后才能使用。是压缩后的文件必须在解压缩后才能使用。数据消冗处理数据消冗处理:原数据信息不会丢失，得到的文件可以直原数据信息不会丢失，得到的文件可以直接使

39、用，接使用，缺点缺点是技术要求高，工作量大，对冗余度不大是技术要求高，工作量大，对冗余度不大的数据集合效用小。的数据集合效用小。用数据子集代替数据全集用数据子集代替数据全集:在规定的精度范围内在规定的精度范围内,从原数从原数据集合中抽取一个子集，据集合中抽取一个子集，缺点缺点以信息损失为代价，换取以信息损失为代价，换取空间数据容量的缩小。空间数据容量的缩小。数据压缩途径数据压缩途径数据压缩的目的：数据压缩的目的：一、节省存储空间；二、节省处一、节省存储空间；二、节省处理时间。理时间。空间数据压缩定义：空间数据压缩定义：即从所取得的数据集合即从所取得的数据集合S中抽出中抽出一个子集一个子集A，这

40、个子集作为一个新的信息源，在规定，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的压缩比a。式中：式中：m为曲线的原点数，为曲线的原点数，n为曲线经压缩后的点数。为曲线经压缩后的点数。 压缩比表示曲线信息载量减少的程度，显然，压缩比表示曲线信息载量减少的程度，显然，a值的大小，既与曲线的复杂程度、缩小倍数、精度要值的大小，既与曲线的复杂程度、缩小倍数、精度要求、数字化取点的密度等因素有关，又与数据压缩技求、数字化取点的密度等因素有关，又与数据压缩技术本身有关。术本身有关。1nma曲线上点的压缩曲线上点的压缩

41、特征点筛选法：特征点筛选法：筛选抽取曲线特征点，并删除全部多筛选抽取曲线特征点，并删除全部多余点以达到节省存贮空间的目的，它是以信息丢失为余点以达到节省存贮空间的目的，它是以信息丢失为代价，换取空间数据容量的缩小。代价，换取空间数据容量的缩小。原理：原理： 设曲线由点序设曲线由点序 构成，则给定反映其坐标构成，则给定反映其坐标值的两数组值的两数组 和和 。 在自动抽取特征点时，处理区间由在自动抽取特征点时，处理区间由PM(起点起点)到到PN （终点）。根据一条曲线的起点和终点建立直线方程：（终点）。根据一条曲线的起点和终点建立直线方程：M(1)N(2)36578化成一般式化成一般式Ax+By+

42、CAx+By+C=0=0其中：其中：若若Pi为为PM到到PN间任一一点，则有间任一一点，则有为为Pi到直线到直线PMPN的距离。的距离。 取取 （约定等值时取第一个），（约定等值时取第一个），并给开关量并给开关量P P赋值赋值即即式中，式中，为控制数据压缩的极差（被舍去点距离取点为控制数据压缩的极差（被舍去点距离取点连线之间的最大偏差，一般取为连线之间的最大偏差，一般取为0.2mm）。当）。当P0时，时， PN作为留取点抽出，并依次排在前一个流取作为留取点抽出，并依次排在前一个流取点之后。这样，点之后。这样，M、N的初始值是的初始值是1和和R，以后，当某，以后，当某段曲线不能以直线逼近时，则进

43、一步处理从原起点段曲线不能以直线逼近时，则进一步处理从原起点到偏差最大点之间的曲线段；反之，则再处理原终到偏差最大点之间的曲线段；反之，则再处理原终点到距其最近一个被记录点间的一段，直至多余点点到距其最近一个被记录点间的一段，直至多余点全部被删除，以实现曲线信息量的压缩。全部被删除，以实现曲线信息量的压缩。矢量数据压缩技术n垂距法n偏角法n道格拉斯普克法n光栏法矢量数据压缩技术n垂距法垂距法 垂距法的基本算法是：从任一个端点起，每次顺序取曲线垂距法的基本算法是：从任一个端点起，每次顺序取曲线上的三个点，计算中间点与其他两点这线的垂线距离上的三个点，计算中间点与其他两点这线的垂线距离D D，并与

44、，并与限差限差d d比较。若比较。若DdDdDd，则中间点保留。，则中间点保留。然后顺序取下三个点继续处理，直到这条线结束然后顺序取下三个点继续处理，直到这条线结束( (如下图所示如下图所示) )。n偏角法偏角法的基本算法是：从任一个端点起，每次顺序取曲线上的偏角法的基本算法是：从任一个端点起，每次顺序取曲线上的三个点，计算中间点与其他两点连线的夹角三个点，计算中间点与其他两点连线的夹角并与限差并与限差比较。比较。若若，则中间点去掉；若，则中间点去掉；若，则中间点保留然后顺序取下三，则中间点保留然后顺序取下三个点继续处理，直到这条线结束个点继续处理，直到这条线结束(如下图如下图)。(3)(3)

45、道格拉斯道格拉斯普克法普克法若若Dmaxd，则这条曲线上的中间点全部舍去；反之，保留，则这条曲线上的中间点全部舍去；反之，保留D max对应的坐标点，并以该点为界，把曲线分为两部分，对这两部对应的坐标点，并以该点为界，把曲线分为两部分，对这两部分重复使用该方法（如上图）。分重复使用该方法（如上图）。道格拉斯道格拉斯普克法可普克法可以看成是垂距法的推以看成是垂距法的推广，其基本算法是将广，其基本算法是将一条曲线的首末端点一条曲线的首末端点虚连一条直线，求其虚连一条直线，求其余所有点与直线的距余所有点与直线的距离，并找出最大距离离，并找出最大距离值值D max，用，用Dmax与与限差限差d相比较。

46、相比较。n光栏法其基本思想是：以当前点为顶点，在后续点的方向上定其基本思想是：以当前点为顶点，在后续点的方向上定义一个光栏区域、通过判断曲线上的点在光栏外还是在义一个光栏区域、通过判断曲线上的点在光栏外还是在光栏内，确定该点是保留还是舍去光栏内，确定该点是保留还是舍去(如下图所示如下图所示)。 设有曲线上的点列设有曲线上的点列P Pi i，i i1,2,1,2,n,n，光栏口径为，光栏口径为d(d(可可根据需要自己定义大小根据需要自己定义大小) )，则光栏法的实施步骤为：，则光栏法的实施步骤为： 连接连接P Pl l和和P P2 2点，过点，过P P2 2点作一条垂直于点作一条垂直于P P1

47、1P P2 2的直线，在该垂的直线，在该垂线上取两点线上取两点a a1 1和和a a2 2，使，使a a1 1P P2 2a a2 2P P2 2 d d2 2，这里，这里a a1 1和和a a2 2为为“光栏光栏”边界点，边界点，P Pl l与与a a1 1、P Pl l与与a a2 2的连线为以的连线为以P Pl l为顶点的光栏的两条边，为顶点的光栏的两条边，这就定义了一个光栏这就定义了一个光栏( (该光栏的口朝向曲线的前进方向，边长是该光栏的口朝向曲线的前进方向，边长是任意的任意的) )。 若若P P3 3点在光栏内，则舍去点在光栏内，则舍去P P2 2点。然后连接点。然后连接P P1

48、1和和P P3 3，过，过P P3 3作作P P1 1P P3 3的垂线，该垂线与前面定义的光栏边交于的垂线，该垂线与前面定义的光栏边交于c c1 1和和c c2 2。在垂线上。在垂线上找到找到b b1 1和和b b2 2点，使点，使P P3 3b b1 1P P3 3b b2 2d/2d/2，若，若b b1 1或或b b2 2点落在原光栏外面，点落在原光栏外面，则用则用c c1 1或或c c2 2取代（如上图由取代（如上图由c c2 2取代取代b b2 2）。此时用）。此时用P P1 1b b1 1和和P P1 1c c2 2定义定义了一个新的光栏，一个口径（了一个新的光栏，一个口径（b b

49、1 1c c2 2）缩小了的）缩小了的“光栏光栏”。 检查曲线的下一曲线点，若该点在新光栏内，则重复第检查曲线的下一曲线点，若该点在新光栏内，则重复第二步；直到发现有一个点在最新定义的光栏外为止。二步；直到发现有一个点在最新定义的光栏外为止。 当发现在光栏外的节点如图中的当发现在光栏外的节点如图中的P P4 4，此时保留，此时保留P P3 3点，以点，以P P3 3作作为新起点，重复第一步至第三步。如此继续下去，直到整个点为新起点，重复第一步至第三步。如此继续下去，直到整个点列检测完毕为止。所有被保留的曲线点列检测完毕为止。所有被保留的曲线点( (含首点、末点含首点、末点) )，顺序，顺序地构

50、成了简化后的新点列。地构成了简化后的新点列。上述几种矢量数据的压缩方法各有优劣：上述几种矢量数据的压缩方法各有优劣： 大多数情况下道格拉斯大多数情况下道格拉斯普克法的压缩算法较好，但必须普克法的压缩算法较好，但必须在对整条曲线同时进行计算，且计算量较大；光栏法的压缩算在对整条曲线同时进行计算，且计算量较大；光栏法的压缩算法也很好，并且可在数字化时实时处理、每次判断下一个数字法也很好，并且可在数字化时实时处理、每次判断下一个数字化的点，且计算虽较小；垂距法和偏角法简单、速度快，但有化的点，且计算虽较小；垂距法和偏角法简单、速度快，但有时会将曲线的特征点去掉而导致曲线形态失真。时会将曲线的特征点去

51、掉而导致曲线形态失真。面域栅格数据的压缩面域栅格数据的压缩 扫描数字化数据、矢量扫描数字化数据、矢量栅格转换后的数据、栅格转换后的数据、遥感数据以及遥感数据以及DTM数据等。栅格数据分辨率与栅数据等。栅格数据分辨率与栅格数据量之间，呈平方指数率的函数关系。格数据量之间，呈平方指数率的函数关系。压缩方法：压缩方法： 链码链码 游程长度编码游程长度编码 块码块码 四插树编码等四插树编码等空间数据的重分类空间数据的重分类 当需要进行特定的数据分析时，通常需要对从数据当需要进行特定的数据分析时，通常需要对从数据库中提取的数据作定向处理，这些定向处理包括数据属库中提取的数据作定向处理，这些定向处理包括数

52、据属性的重新分类、空间图形的化简，以构成数据新的使用性的重新分类、空间图形的化简，以构成数据新的使用形式。形式。由于数据属性的重新分类和空间图形的化简，一些相邻由于数据属性的重新分类和空间图形的化简，一些相邻界线需要删除，然后重新组合弧段形成新的多边形。界线需要删除，然后重新组合弧段形成新的多边形。（a）原始属性数据（b）重新分类的属性数据（c）邻接线段删除数据（d）属性压缩数据黄砂土黑砂土棕红壤石质土板浆白土淀砂土灰泥土老红土换码操作换码操作AAAAAABBBBBBCCCCCBA数据综合的过程数据综合的过程 面域之间界线的自动删除，可以通过构成每一面面域之间界线的自动删除，可以通过构成每一面

53、域的线段链，删去其中共同的线段，然后重新建立合域的线段链，删去其中共同的线段，然后重新建立合并多边形的线段链表。并多边形的线段链表。411156202122P1P2P1 P2 P1 + P24 21 216 + 22 = 2215 6 1111 20 4 20 15面域公共边界线的自动删除面域公共边界线的自动删除空间数据的内插描述：空间数据的内插描述：设已知一组空间数据，它们可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形式，现在以是离散点的形式，也可以是分区数据的形式，现在要从这些数据中找到一个函数关系式，使该关系式最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

54、些已知的空间数据，并能根据该函数关系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内其他任意点或任意分区的值。式推求出区域范围内其他任意点或任意分区的值。空间数据的内插：空间数据的内插：就是通过已知点或分区的数据，推就是通过已知点或分区的数据，推求任意点或分区数据的方法。根据已知点和已知分区求任意点或分区数据的方法。根据已知点和已知分区数据的不同，将空间数据内插分为点的内插和区域的数据的不同，将空间数据内插分为点的内插和区域的内插。被广泛应用于等值线自动制图、数字高程模型内插。被广泛应用于等值线自动制图、数字高程模型的建立、不同区域界限现象的相关分析和比较研究等的建立、不同区域

55、界限现象的相关分析和比较研究等等。等。u点的内插点的内插 点的内插是研究具有连续变化特征现象（例如地面点的内插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。高程等）的数值内插方法。点的点的空间空间内插内插分块内插法分块内插法线性内插法线性内插法双线性多项式内插法双线性多项式内插法二元样条函数内插法二元样条函数内插法逐点内插法逐点内插法移动拟合法移动拟合法加权平均法加权平均法克里金法克里金法整体内插法整体内插法N次多项式拟合法次多项式拟合法 但是不论采用那种内插方法，建立按一定网格（三但是不论采用那种内插方法，建立按一定网格（三角网、格网等）形式排列的地面点高程数据，一般需要角网、

56、格网等）形式排列的地面点高程数据，一般需要经过数据取样、数据处理和数据记录三个过程。经过数据取样、数据处理和数据记录三个过程。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；数据处理数据处理是以数据点作为控制基础，用某一数学模型来是以数据点作为控制基础，用某一数学模型来模拟地表面，进行内插加密计算，确定三角网或格网节模拟地表面，进行内插加密计算，确定三角网或格网节点处的特征值；点处的特征值；数据记录数据记录是将建立的节点特征值记录于存储器内，以供是将建立的节点特征值记录于存储器内，以供分析应用。分析应用。u点的内插点的内插数据取样数据取样 取样点可以按地性线（山脊线

57、、山谷线、坡度变取样点可以按地性线（山脊线、山谷线、坡度变换线），沿等高线或沿断面线布设，将数据点选择在换线），沿等高线或沿断面线布设，将数据点选择在地性线坡度改变处，或沿等高线在方向改变的地点，地性线坡度改变处，或沿等高线在方向改变的地点，即即根据地形变化取点，所采取的点应落在地形特征点根据地形变化取点，所采取的点应落在地形特征点上，以至能很好地表达地表面形态上，以至能很好地表达地表面形态，也叫着，也叫着随机取样随机取样方案方案。 具体取样时，利用数字化仪获取等高线上具有特具体取样时，利用数字化仪获取等高线上具有特征意义的各点的征意义的各点的x、y、z数据，并分别建立包含这三种数据，并分别建

58、立包含这三种数据的等高线目标文件及每条等高线的索引文件。数据的等高线目标文件及每条等高线的索引文件。例：例：LLLGLCLPIX1IY1IX2IY22011207853718953702512169643489981370301908864156710133703511781596416101014371804384620588622040824LL 等高线高程（等高线高程（Z）值）值 LG 等高线目标文件的区号（每区由等高线目标文件的区号（每区由1000各记录组成）各记录组成）LC 每条等高线在目标文件中的地址（记录号）每条等高线在目标文件中的地址（记录号）LP 该条等高线的取样点数该条等高

59、线的取样点数IX1、IY1 该条等高线第一个取样点的坐标值该条等高线第一个取样点的坐标值IX2、IY2 该条等高线最后一个取样点的坐标值该条等高线最后一个取样点的坐标值l高程内插高程内插间距间距的确定方法的确定方法二次曲线二次曲线121/21/23h3h2h1hhh 设拟定的取样点设拟定的取样点1、2和和3，相应的高程为，相应的高程为h1、h2和和h3取等距离间隔为单位数，则间隔中点的高程为：取等距离间隔为单位数，则间隔中点的高程为：线性内插值线性内插值续续二次曲线内插值二次曲线内插值其高程差异其高程差异 高程差异值应在数字地面模型精度要求的限差之内，高程差异值应在数字地面模型精度要求的限差之

60、内，否则要缩短格网间距。否则要缩短格网间距。对地形变化显著的地方对地形变化显著的地方,要辅以地形特征点为数据点；要辅以地形特征点为数据点；对采集的离散高程点，在插值计算之前，要检查其点对采集的离散高程点，在插值计算之前，要检查其点位是否与记录的高程值匹配，点位是否有偏离现象，特位是否与记录的高程值匹配，点位是否有偏离现象，特征点高程是否有遗漏，是否有重复记录的情况等等。征点高程是否有遗漏，是否有重复记录的情况等等。数据内插数据内插 由于取样的数据点呈离散分布形式，或者数据点由于取样的数据点呈离散分布形式，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，虽按格网排列，但格网的密度不能满足