第五章空间数据获取

1、第五章第五章 空间数据获取和处理空间数据获取和处理 空间数据获取是地理信息系统建设首先要进行的任空间数据获取是地理信息系统建设首先要进行的任务，它可以有多种实现方式包括数据转换、遥感数据务，它可以有多种实现方式包括数据转换、遥感数据处理以及数字测量等等，其中已有地图的数字化录入，处理以及数字测量等等，其中已有地图的数字化录入，是被广泛采用的手段，也是最耗费人力资源的工作。是被广泛采用的手段，也是最耗费人力资源的工作。在在GISGIS中，录入的内容包括空间信息和非空间信息，前中，录入的内容包括空间信息和非空间信息，前者是录入的主体。空间信息的录入有两种方式，即手者是录入的主体。空间信息的录入有两

2、种方式，即手扶跟踪数字化和扫描矢量化，本章具体介绍了两种方扶跟踪数字化和扫描矢量化，本章具体介绍了两种方式，以及相关的算法，如曲线近似拟合，栅格图形细式，以及相关的算法，如曲线近似拟合，栅格图形细化跟踪等。化跟踪等。 在图形数据录入完毕后，需要进行各种处理，包括在图形数据录入完毕后，需要进行各种处理，包括坐标变换、拼接等等，其中最重要的是建立拓扑关系。坐标变换、拼接等等，其中最重要的是建立拓扑关系。在拓扑建立过程中，需要先对各种错误修改，本章描在拓扑建立过程中，需要先对各种错误修改，本章描述了各种具体的错误情形，最后则介绍了多边形自动述了各种具体的错误情形，最后则介绍了多边形自动拓扑生成算法。

3、拓扑生成算法。现实世界现实世界文字报告、文字报告、遥感图象遥感图象等等数字化仪数字化仪扫描仪扫描仪解析测图仪解析测图仪键盘键盘 等等编辑、接边、分层、图形与编辑、接边、分层、图形与属性连接、加注记等属性连接、加注记等空间数据库空间数据库数据源数据源? ?如何采集如何采集? ?质量如何质量如何? ?1 1 概述概述1 概述n数据源的选择n采集方法的确定n数据的进一步编辑与处理q消除错误q转换q拓扑qn数据入库数据采集在数据采集在GISGIS中的地位中的地位汽油数据以数据为处理线索 硬件软件数据 = 12 71.1 GIS1.1 GIS的数据源的数据源1. 地图资料普通地图空间信息，专题地图专题信

4、息，2. 遥感(RS)资料数据图片3. 实测数据资料空间数据：数字测图仪、GPS接受仪属性数据：气象气候数据等Global Positioning SystemRemote Sensing4. 统计资料数字：人口、产值、收入、消费文字：土地类型、劳动力状况、 受教育程度、污染情况1.1 GIS1.1 GIS的数据源的数据源5.共享数据6.多媒体数据7.文本资料数据GIS的数据来源的数据来源分类表分类表第一手数据第二手数据非电子数据电子数据全站仪、GPS数据 地球物理、地球化学 遥感数据地图 专题地图 统计图表平板测量数据 工程测量数据 笔记 航空、遥感相片 人口普查 社会经济调查 各种统计资料

5、已建各种数据库 GIS数据GIS的数据来源的数据来源特点特点GIS 空间数据地图 存储介质、现势性、投影转换统计数据多媒体，辅助GIS 空间分析和查询遥感、航空影象和数据遥感、航空影象和数据 分辨率、变形规律、纠正、解译特征分辨率、变形规律、纠正、解译特征地面测量数字数据 格式、精度数据内容与相应设备数据内容与相应设备地图地面测量数据统计资料航空、遥感数字数据多媒体坐标几何数字化仪扫描仪摄影测量键盘空间 数据库编辑处理数据交换数据采集方法数据采集方法：采集设备：采集设备野外测量：大平板、全站仪、野外测量：大平板、全站仪、GPS、移动测绘系统、移动测绘系统 特特 点：精度高、效率较低点：精度高、

6、效率较低 适合范围：小范围适合范围：小范围GIS数据采集或局部数据更新数据采集或局部数据更新1.2地图数据类型地图数据类型从数据获取的层面上，地图数据可以分为：空间数据（或图形数据）空间数据（或图形数据）语义数据语义数据(属性数据属性数据) (一一)空间数据空间数据空间数据是构成地图内容要素的几何图形，为表空间数据是构成地图内容要素的几何图形，为表示这些要素在二维平面上空间图形的定位特征，示这些要素在二维平面上空间图形的定位特征，常用一对平面直角坐标（常用一对平面直角坐标（X,Y）来表示，这种地）来表示，这种地图数据称为矢量数据；或用其通过栅格单元的左图数据称为矢量数据；或用其通过栅格单元的左

7、下角坐标（行和列）来表示，称此为栅格数据。下角坐标（行和列）来表示，称此为栅格数据。地图要素图形大致可以分为点、线、面三种基本地图要素图形大致可以分为点、线、面三种基本类型。类型。1.2地图数据类型地图数据类型面面可由环绕它们的线表示；也可以由其区可由环绕它们的线表示；也可以由其区域内的点表示；域内的点表示；线线可离散化成为点的集合；可离散化成为点的集合；点点则能用一对平面坐标系中的坐标来确定。则能用一对平面坐标系中的坐标来确定。在实际应用中，仅有坐标数据是不够的，必须在实际应用中，仅有坐标数据是不够的，必须依照不同地图要素的意义，通过特别的编码加依照不同地图要素的意义，通过特别的编码加以区别

8、。以区别。1.2地图数据类型地图数据类型(二二)语义数据语义数据(属性数据属性数据)语义数据又称为非几何数据，包括定性数据和定语义数据又称为非几何数据，包括定性数据和定量数据。定性数据用来描述要素的分类或对要素量数据。定性数据用来描述要素的分类或对要素进行标名。定量数据是说明要素的性质、特征或进行标名。定量数据是说明要素的性质、特征或强度的，例如距离、面积、人口、产量、收人、强度的，例如距离、面积、人口、产量、收人、流速，以及温度和高程等。流速，以及温度和高程等。对于语义数据，基本上是一个地理编码问题。以对于语义数据，基本上是一个地理编码问题。以科学的分类分级系统为基础，对地理环境中各基科学的

9、分类分级系统为基础，对地理环境中各基本实体及其联系进行编码，以便唯一地对某一系本实体及其联系进行编码，以便唯一地对某一系统中所有地图要素进行认别和处理，这种功能不统中所有地图要素进行认别和处理，这种功能不仅在用户环境中而且在计算机系统内也是十分重仅在用户环境中而且在计算机系统内也是十分重要的。要的。1.2地图数据类型地图数据类型一般来说编码的一些基本要求包括：一般来说编码的一些基本要求包括：要素类别要素类别如地名，实体类型及等级等；如地名，实体类型及等级等；要素特征（属性）要素特征（属性）每一要素可具有与它有联系的每一要素可具有与它有联系的大量的属性值，它承载关于要素特征的信息；大量的属性值，

10、它承载关于要素特征的信息；作用范围的描述作用范围的描述例如，一个区域的土壤类型；例如，一个区域的土壤类型；地理定义地理定义在某些情况下编码可以是一个实体集合在某些情况下编码可以是一个实体集合的间接参考，而集合中的每一个实体也会被它自身的地的间接参考，而集合中的每一个实体也会被它自身的地理代码所说明，如水系、地质层的编码。理代码所说明，如水系、地质层的编码。 分类编码方法：分类编码方法：u层次分类编码层次分类编码u多源分类编码多源分类编码1.2地图数据类型地图数据类型层次分类编码层次分类编码分类对象的从属和层次关系分类对象的从属和层次关系有明确的分类对象类别和严格的隶属关系有明确的分类对象类别和

11、严格的隶属关系电线架电线架715管线管线:7地下电力线地下电力线与电缆与电缆72电力线电力线71地下检修井地下检修井74管线管线73低压低压712电杆电杆713电塔电塔714不依比例不依比例7142依比例依比例7141高压高压7111.2地图数据类型地图数据类型多源分类编码多源分类编码按空间对象不同特性进行分类并进编码按空间对象不同特性进行分类并进编码代码之间没有隶属关系，反映对象特性代码之间没有隶属关系，反映对象特性具有较大的信息量，有利于空间分析具有较大的信息量，有利于空间分析河流特性分类与编码河流特性分类与编码通航情况通航情况通航：通航： 1不通航：不通航：2常年河：常年河：1时令河：时

12、令河：2消失河：消失河：3 1 km： 1 2 km： 2 5 km： 3 10 km：5流水季节流水季节河流宽度河流宽度河流长度河流长度河流深度河流深度 5 10 m ： 110 20 m： 220 30 m： 330 60 m： 460 120 m： 5120 300 m：6300 500 m：7500m： 8 50m： 61.3空间数据获取与处理的基本流程空间数据获取与处理的基本流程空间数据采集的基本内容和流程键盘输入扫描数字化成果数据交换遥感图像处理摄影测量野外数据采集地图数据影像数据野外实测数据统计数据数字数据多媒体数据文本数据数据源采集方法数据采集流程数据采集流程评价评价计划计划

13、调查调查准备准备 收集收集编辑编辑 处理处理数字化数字化1.4空间数据采集的任务空间数据采集的任务 将现有的上述类型数据转换成将现有的上述类型数据转换成GISGIS可以处理与接可以处理与接收收的数字形式，通常要经过的数字形式，通常要经过验证、修改、编辑验证、修改、编辑等等处理。处理。n空间数据采集方法q野外数据采集q地图数字化q摄影测量方法q遥感图像处理n属性数据采集方法q属性数据采集q分类编码1.5数据采集方法数据采集方法野外数据采集n平板测量（淘汰）n全数字测图（全站仪）n空间定位测量（GPS）地图数字化n 手扶跟踪数字化n 扫描矢量化原始地图扫 描栅格文件栅格编辑矢 量 化矢量文件矢量编

14、辑格式转换GIS数据库摄影测量方法遥感图像处理遥感传感平台空间图形数据的输入方法空间图形数据的输入方法 数据输入是将数据编码转换为计算机可读形式并把数据数据输入是将数据编码转换为计算机可读形式并把数据写入写入GIS数据库中的过程。数据输入通常是数据库中的过程。数据输入通常是GIS建立的瓶颈建立的瓶颈问题。问题。经验表明，建立数据库的基本费用通常是经验表明，建立数据库的基本费用通常是GIS硬件和硬件和软件的软件的5倍至倍至10倍。倍。GIS数据库空间数据属性数据特征的空间位置描述特征的信息连接连接2 2、地图数字化、地图数字化 数字化是将地图上的空间特征转化成为数字化是将地图上的空间特征转化成为

15、用数字形式表示数据的过程。在计算机中，用数字形式表示数据的过程。在计算机中，构成一幅地图的点、线、面各要素转化为构成一幅地图的点、线、面各要素转化为X X，Y Y 坐标表示。单个坐标代表一个点，一串坐坐标表示。单个坐标代表一个点，一串坐标代表一条线，一条或多条线围成一个区域标代表一条线，一条或多条线围成一个区域（面或多边形）。所以数字化是获取一系列（面或多边形）。所以数字化是获取一系列点和线的过程。点和线的过程。 （1 1） 什么是数字化？什么是数字化？n 数字化仪数字化数字化仪数字化 ARCEDIT, ADS, DIGITIZERn 扫描数字化扫描数字化 ARCSCANn 屏幕跟踪数字化屏幕

16、跟踪数字化n 格式转换数据格式转换数据 （2 2） 数字化的几种方法数字化的几种方法数据采集方法数据采集方法：数字化设备：数字化设备数字化设备：数字化仪、扫描仪、摄影测量设备数字化设备：数字化仪、扫描仪、摄影测量设备 特特 点：范围大，速度快点：范围大，速度快 使使 用用 范范 围：大面积围：大面积GIS数据采集、资源普查等数据采集、资源普查等数字化仪数字化仪扫描仪扫描仪数字摄影测量工作站数字摄影测量工作站地图数字化地图数字化确定数字化路线确定数字化路线地图预处理地图预处理（3 3）什么是数字化仪）什么是数字化仪 数字化仪是一种重要的图形输入装置，能方便地数字化仪是一种重要的图形输入装置，能方

17、便地实现图形数据的输入。数字化仪的规格一般有实现图形数据的输入。数字化仪的规格一般有A00A00、 A0A0、A1A1、A2A2、A3A3和和A4A4等等，包括三种：等等，包括三种：数字化板、鼠数字化板、鼠标、与计算机的连线标、与计算机的连线数字化仪示意图 底座底座感应板感应板定标器定标器手扶跟踪数字化方法手扶跟踪数字化方法 工作原理手扶跟踪数字化仪（手扶跟踪数字化仪（Digitizer）数数字化字化有效区域手扶跟踪数字化方法手扶跟踪数字化方法数字化仪板面组成示意图数字化仪板面组成示意图第一步，选择好的原始地图第二步，规范好数字化过程第三步，准备好数字化用图（重要）第三步，准备好数字化用图（重

18、要）第四步，开始数字化 （4 4） 数字化获取数据的步骤数字化获取数据的步骤2.地图数字化地图数字化2.1数字仪数字化数字仪数字化(一一)手扶跟踪数字化手扶跟踪数字化 利用手扶跟踪数字化仪可以输入点地物、线地物以利用手扶跟踪数字化仪可以输入点地物、线地物以及多边形边界的坐标。其具体的输入方式与地理信及多边形边界的坐标。其具体的输入方式与地理信息系统软件的实现有关，另外一些息系统软件的实现有关，另外一些GIS系统也支持系统也支持用数字化仪输入非空间信息，如等高线的高度，地用数字化仪输入非空间信息，如等高线的高度，地物的编码数值等等。物的编码数值等等。n点方式点方式n流方式：距离流方式、时间流方式

19、流方式：距离流方式、时间流方式2.地图数字化地图数字化2.1数字仪数字化数字仪数字化(a)(b)距离流方式和时间流方式 2.地图数字化地图数字化2.1数字仪数字化数字仪数字化(二二)其它输入方式其它输入方式1）其它数据转换：）其它数据转换：其它格式数据的转换包括三种情形：其它格式数据的转换包括三种情形：n其它矢量格式数据（往往是由其它其它矢量格式数据（往往是由其它GIS软件制订）的软件制订）的转换；转换；n坐标数据，往往表现为关系数据库表的形式；坐标数据，往往表现为关系数据库表的形式；测站编码测站编码经度经度纬度纬度68013344107.229.868026785115.530.22.地图数

20、字化地图数字化2.1数字仪数字化数字仪数字化n位置描述信息，以关系数据表形式存取，同样可以转位置描述信息，以关系数据表形式存取，同样可以转换为不太精确的坐标数据。换为不太精确的坐标数据。 姓名姓名住址住址张三张三北京市海淀区北京市海淀区李四李四河北省石家庄市河北省石家庄市2.地图数字化地图数字化2.1数字仪数字化数字仪数字化2）键盘录入：）键盘录入：对于数据量较小、并且已知地物精确坐标的情况下，可以对于数据量较小、并且已知地物精确坐标的情况下，可以采用键盘录入。此外键盘录入也是录入属性数据的主要手采用键盘录入。此外键盘录入也是录入属性数据的主要手段。段。3）鼠标录入：）鼠标录入：如果不愿意手扶

21、跟踪数字化，而扫描矢量化又难以识别地如果不愿意手扶跟踪数字化，而扫描矢量化又难以识别地物时，可以使用鼠标录入，通常是将地图扫描后，作为底物时，可以使用鼠标录入，通常是将地图扫描后，作为底图显示在屏幕上，用鼠标参照底图进行采点。由于鼠标定图显示在屏幕上，用鼠标参照底图进行采点。由于鼠标定位不如数字化仪精确，所以一般用于输入一些示意图。位不如数字化仪精确，所以一般用于输入一些示意图。4）其它定点测量设备：）其它定点测量设备：目前目前GPS已经成为流行的定位导航设备，它同样可以为已经成为流行的定位导航设备，它同样可以为GIS提供矢量格式的坐标数据。其它的定点测量设备包括平板提供矢量格式的坐标数据。其

22、它的定点测量设备包括平板测图仪等，使用这些设备，最重要的是要考虑精度问题测图仪等，使用这些设备，最重要的是要考虑精度问题 2.地图数字化地图数字化2.1数字仪数字化数字仪数字化(三三)曲线离散化算法曲线离散化算法(压缩算法压缩算法) GIS系统中空间数据量是非常大的，要提高处理系统中空间数据量是非常大的，要提高处理速度必须进行数据压缩，在满足质量的前提下提速度必须进行数据压缩，在满足质量的前提下提供优质、高效的功能。供优质、高效的功能。n道格拉斯道格拉斯普克法普克法(DouglasPeucker)n垂距法垂距法n光栏法光栏法2.地图数字化地图数字化2.1数字仪数字化数字仪数字化(一一)道格拉斯

23、道格拉斯普克法普克法(DouglasPeucker)基本思路是：对每一条曲线的首末点虚连一条基本思路是：对每一条曲线的首末点虚连一条直线，求所有点与直线的距离，并找出最大距直线，求所有点与直线的距离，并找出最大距离值离值dmax，用，用dmax与限差与限差D相比：相比：若若dmaxD，这条曲线上的中间点全部舍去；，这条曲线上的中间点全部舍去；若若dmaxD，保留，保留dmax对应的坐标点，并以该对应的坐标点，并以该点为界，把曲线分为两部分，对这两部分重复点为界，把曲线分为两部分，对这两部分重复使用该方法。使用该方法。2.地图数字化地图数字化2.1数字仪数字化数字仪数字化2.地图数字化地图数字化

24、2.1数字仪数字化数字仪数字化(二二)垂距法垂距法垂距法的基本思路是：每次顺序取曲线上的三个垂距法的基本思路是：每次顺序取曲线上的三个点，计算中间点与其它两点连线的垂线距离点，计算中间点与其它两点连线的垂线距离d，并与限差并与限差D比较。若比较。若dD，则中间点去掉；若，则中间点去掉；若dD，则中间点保留。然后顺序取下三个点继续，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。处理，直到这条线结束。2.地图数字化地图数字化2.1数字仪数字化数字仪数字化(三三)光栏法光栏法光栏法的基本思想是：定义一个扇形区域，通过判断曲光栏法的基本思想是：定义一个扇形区域，通过判断曲线上的点在扇形外还

25、是在扇形内，确定保留还是舍去。线上的点在扇形外还是在扇形内，确定保留还是舍去。设曲线上的点列为设曲线上的点列为pi，i1，2，n，光栏口经，光栏口经为为d，可根据压缩量的大小自己定义，则光栏法的实施，可根据压缩量的大小自己定义，则光栏法的实施步骤可描述为：步骤可描述为：(1)连接连接p1和和p2点，过点，过p2点作一条垂直于点作一条垂直于p1p2的直线，在该垂线上的直线，在该垂线上取两点取两点a1和和a2，使，使a1p2a2p2d2，此时，此时a1和和a2为为“光栏光栏”边界边界点，点，p1与与a1、p1与与a2的连线为以的连线为以p1为顶点的扇形的两条边，这就定为顶点的扇形的两条边，这就定义

26、了一个扇形义了一个扇形(这个扇形的口朝向曲线的前进方向，边长是任意的这个扇形的口朝向曲线的前进方向，边长是任意的)。通过通过p1并在扇形内的所有直线都具有这种性质，并在扇形内的所有直线都具有这种性质，即即p1p2上各点到这上各点到这些直线的垂距都不大于些直线的垂距都不大于d/2。(2)若若p3点在扇形内，则舍去点在扇形内，则舍去p2点。然后连接点。然后连接p1和和p3，过，过p3作作p1p3的垂线，该垂线与前面定义的扇形边交于的垂线，该垂线与前面定义的扇形边交于c1和和c2。在垂线上找到。在垂线上找到b1和和b2点，使点，使p3b1p3b2d2，若，若b1或或b2点落在原扇形外面，则点落在原扇

27、形外面，则用用c1或或c2取代取代(中由中由c2取代取代b2)。此时用。此时用p1b1和和p1c2定义一个新的扇定义一个新的扇形，这当然是口径形，这当然是口径(b1c2)缩小了的缩小了的“光栏光栏”。(3)检查下一节点，若该点在新扇形内，则重复第检查下一节点，若该点在新扇形内，则重复第(2)步；直到发现步；直到发现有一个节点在最新定义的扇形外为止。有一个节点在最新定义的扇形外为止。(4)当发现在扇形外的节点，如图中的当发现在扇形外的节点，如图中的p4，此时保留，此时保留p3点，以点，以p3作作为新起点，重复为新起点，重复13。如此继续下去，直到整个点列检测完为止。如此继续下去，直到整个点列检测

28、完为止。所有被保留的节点所有被保留的节点(含首、末点含首、末点)，顺序地构成了简化后的新点列。，顺序地构成了简化后的新点列。2.地图数字化地图数字化2.1数字仪数字化数字仪数字化(四四)几种方法的比较几种方法的比较n 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普克法的压缩算法较好，但必须在对整条曲线数字化完成后才能进较好，但必须在对整条曲线数字化完成后才能进行，且计算量较大；行，且计算量较大；n光栏法的压缩算法也很好，并且可在数字化时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化的点，且计算实时处理，每次判断下一个数字化的点，且计算量较小；量较小；n垂距法

29、算法简单，速度快，但有时会将曲线的垂距法算法简单，速度快，但有时会将曲线的弯曲极值点弯曲极值点p值去掉而失真。值去掉而失真。2.地图数字化地图数字化2.2扫描矢量化及常用算法扫描矢量化及常用算法 (一一)扫描矢量化以及处理流程扫描矢量化以及处理流程 纸地图纸地图 扫描转换扫描转换 拼接子图块拼接子图块 裁剪地图裁剪地图 矢量图编辑矢量图编辑 矢量图合成矢量图合成 图像处理矢量化图像处理矢量化 2.地图数字化地图数字化2.2扫描矢量化及常用算法扫描矢量化及常用算法将栅格图像转换为矢量地图一般需要以下一系列将栅格图像转换为矢量地图一般需要以下一系列步骤：步骤：1）图像二值化（）图像二值化（Thre

30、shold）:从原始扫描图像计从原始扫描图像计算得到黑白二值图像（算得到黑白二值图像（Binary Image）。）。2）平滑（）平滑（Smooth）：图像平滑用于去除图像中）：图像平滑用于去除图像中的随机噪声，通常表现为斑点。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，）细化：细化将一条线细化为只有一个像素宽，细化是矢量化过程中的重要步骤，也是矢量化的细化是矢量化过程中的重要步骤，也是矢量化的基础。基础。2.地图数字化地图数字化2.2扫描矢量化及常用算法扫描矢量化及常用算法4）链式编码：链式编码将细化后的图像转换成为）链式编码：链式编码将细化后的图像转换成为点链的

31、集合，其中每个点链对应于一条弧段。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。）矢量线提取：将每个点链转化成为一条矢量线。每条线由一系列点组成，点的数目取决于线的弯每条线由一系列点组成，点的数目取决于线的弯曲程度和要求的精度。曲程度和要求的精度。除了上述五个步骤以外，还需要一些处理以方便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，下面图像矢量化过程，如图像拼接和剪裁等等，下面对这些操作以及相关算法进行描述。对这些操作以及相关算法进行描述。 2.地图数字化地图数字化2.2扫描矢量化及常用算法扫描矢量化及常用算法(二二)

32、图像拼接图像拼接/裁剪裁剪 1）图像拼接：以两相邻地图图像的部分重叠区为基础，）图像拼接：以两相邻地图图像的部分重叠区为基础，把它们合成为一幅整图的过程。分上下拼接和左右拼把它们合成为一幅整图的过程。分上下拼接和左右拼接。以左右拼接为例，取左图右边缘一个矩形区域接。以左右拼接为例，取左图右边缘一个矩形区域A，取右图左边缘一个矩形区域取右图左边缘一个矩形区域B，如果，如果A和和B有一定的重有一定的重叠区，可以利用计算机实现自动的匹配。叠区，可以利用计算机实现自动的匹配。2）图像裁剪）图像裁剪把一幅图像裁成两两相邻的规则图块的过程称为地图把一幅图像裁成两两相邻的规则图块的过程称为地图裁剪。图像裁剪

33、非常简单，实际应用中，可以根据不裁剪。图像裁剪非常简单，实际应用中，可以根据不同的硬件配置确定采用和不采用图像裁剪技术。同的硬件配置确定采用和不采用图像裁剪技术。(三三)图像细化预处理二值图像平滑图像细化预处理二值图像平滑 由于线不光滑以及扫描、由于线不光滑以及扫描、摄像系统分辨率的限制，摄像系统分辨率的限制，使得一些曲线目标带来多使得一些曲线目标带来多余 的 小 分 支 （ 即 毛 刺 噪余 的 小 分 支 （ 即 毛 刺 噪声）；此外，还有孔洞和声）；此外，还有孔洞和凹陷噪声凹陷噪声。曲线目标越宽，曲线目标越宽，提取骨架和去除轮廓所需提取骨架和去除轮廓所需的次数也越多，因此噪声的次数也越多

34、，因此噪声影响也越大。影响也越大。2.地图数字化地图数字化2.2扫描矢量化及常用算法扫描矢量化及常用算法为了去除毛刺噪声的影响，可以采用如下图所示的为了去除毛刺噪声的影响，可以采用如下图所示的33模板进行处理。处理的过程是：按点阵格式扫描图像上模板进行处理。处理的过程是：按点阵格式扫描图像上每一像素，只要图像相应区域与图中的模板（包括其三每一像素，只要图像相应区域与图中的模板（包括其三次次900旋转所形成的模板）匹配，则判定为毛刺，对应于旋转所形成的模板）匹配，则判定为毛刺，对应于模板中心的像素数值变为模板中心的像素数值变为0。 000010去毛刺模板，去毛刺模板，X为任意数值为任意数值 2.

35、地图数字化地图数字化2.2扫描矢量化及常用算法扫描矢量化及常用算法为了去除孔洞及凹陷噪声，我们采用如图所示的模板进行为了去除孔洞及凹陷噪声，我们采用如图所示的模板进行处理，只要图像对应区域与该模板（包括其三次处理，只要图像对应区域与该模板（包括其三次900旋转）旋转）匹配，则区域中心点数值变为匹配，则区域中心点数值变为1。X1X101去孔洞凹陷模板去孔洞凹陷模板 2.地图数字化地图数字化2.2扫描矢量化及常用算法扫描矢量化及常用算法(四四)图像细化（图像细化（Thinning） 线细化，就是不断去除曲线上不影响连通性线细化，就是不断去除曲线上不影响连通性的轮廓像素的过程，对细化的一般要求是：的

36、轮廓像素的过程，对细化的一般要求是：保证细化后曲线的连通性保证细化后曲线的连通性细化结果是原曲线的中心线细化结果是原曲线的中心线保留细线端点保留细线端点细化算法介绍：令细化算法介绍：令1）N(p)为为p的邻点的数值的和；的邻点的数值的和；2）图像像素联接数）图像像素联接数T(p)，如果旋转着看像，如果旋转着看像素周围的点，素周围的点，T(p)就是就是p周围周围8个点从个点从0变成变成1的次数，它反映了像素邻点的联接的块数。的次数，它反映了像素邻点的联接的块数。3）pW，pE，pS，pN分别指像素左侧、右侧、分别指像素左侧、右侧、下边、上边邻点的数值。下边、上边邻点的数值。 p2.地图数字化地图

37、数字化2.2扫描矢量化及常用算法扫描矢量化及常用算法 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 (a)T=0 (b)T=0 (c)T=1 (d)T=1 (e)T=2 (f)T=2 (g)T=2 (h)T=3 (i)T=4 像素联结像素联结数数2.地图数字化地图数字化2.2扫描矢量化及常用算法扫描矢量化及常用算法算法步骤如下算法步骤如下Zhang-Suen，1984： 1：对于栅格图像中的每个点：对于栅格图像中的每个点p，进行如下操作：，进行如下操作：如果如果2 N(p) 6

38、并且并且T(p)=1并且并且pNpSpE=0并且并且pWpEpS=0，则标志，则标志p点；点；2：将所有被标志的栅格点赋值为：将所有被标志的栅格点赋值为0，如果没有被标，如果没有被标志的点，则算法结束；志的点，则算法结束；3：对于栅格图像中的每个点：对于栅格图像中的每个点p，进行如下操作：，进行如下操作：如果如果2 N(p) 6并且并且T(p)=1并且并且pNpSpW=0并并pWpEpN=0则标志则标志p点；点；4：将所有被标志的栅格点赋值为：将所有被标志的栅格点赋值为0，如果没有被标志的点，则算法结束；如果没有被标志的点，则算法结束；5：转到第一步：转到第一步 2.地图数字化地图数字化2.2

39、扫描矢量化及常用算法扫描矢量化及常用算法线状地物细化2.2扫描矢量化及常用算法扫描矢量化及常用算法(五五)链码（弗里曼码）链码（弗里曼码）n 链码是由链码是由弗里曼弗里曼（FreemanFreeman）提出的用曲线出发点坐标和）提出的用曲线出发点坐标和线的斜率来描述二值线图形的一种方法。图线的斜率来描述二值线图形的一种方法。图a a所示是链码所示是链码的 八 个 方 向 及 它 们 的 序 号 。 图的 八 个 方 向 及 它 们 的 序 号 。 图 b b 的 细 线 的 链 码 为的 细 线 的 链 码 为(3,0)21100066567(3,0)21100066567，其中（，其中（3,

40、03,0）为起始点坐标，之后的）为起始点坐标，之后的数值序列描述了方向。数值序列描述了方向。n 任意一条细线都可用链码序列表示为下式：任意一条细线都可用链码序列表示为下式： C Ca a1 1a a2 2.a.an n，0a0ai i77 如果始点如果始点a1a1和终点和终点anan重合，则说明曲线是闭合的。重合，则说明曲线是闭合的。 37650p412(a)(b)0123452.地图数字化地图数字化2.2扫描矢量化及常用算法扫描矢量化及常用算法37650p412(a)(b)012345(3,0)211000665672.地图数字化地图数字化2.2扫描矢量化及常用算法扫描矢量化及常用算法(六六

41、)矢量线生成矢量线生成扫描矢量化的最后一步是生成矢量线，可以很方扫描矢量化的最后一步是生成矢量线，可以很方便地将链式编码的每一条链转换成为一条矢量线。便地将链式编码的每一条链转换成为一条矢量线。自然地，弯曲的矢量线比直线需要更多的点，这自然地，弯曲的矢量线比直线需要更多的点，这还取决于要求的精度。在矢量线生成过程中，可还取决于要求的精度。在矢量线生成过程中，可以使用以使用Douglas-Peucher算法。算法。3.空间数据录入后的处理空间数据录入后的处理 3.1图形坐标变换图形坐标变换在地图录入完毕后，经常需要进行投影变换，得在地图录入完毕后，经常需要进行投影变换，得到经纬度参照系下的地图。

42、对各种投影进行坐标到经纬度参照系下的地图。对各种投影进行坐标变换的原因主要是输入时地图是一种投影，而输变换的原因主要是输入时地图是一种投影，而输出的地图产物是另外一种投影。进行投影变换有出的地图产物是另外一种投影。进行投影变换有两种方式，一种是利用多项式拟合，类似于图像两种方式，一种是利用多项式拟合，类似于图像几何纠正；另一种是直接应用投影变换公式进行几何纠正；另一种是直接应用投影变换公式进行变换。变换。3.空间数据录入后的处理空间数据录入后的处理 3.1图形坐标变换图形坐标变换(一一)基本变换基本变换基本变换包括：平移、旋转和缩放。基本变换包括：平移、旋转和缩放。3.空间数据录入后的处理空间

43、数据录入后的处理 3.1图形坐标变换图形坐标变换(二二)仿射变换（仿射变换（Affine Tranformation）如果综合考虑图形的平移、旋转和缩放，则其坐标变换式如果综合考虑图形的平移、旋转和缩放，则其坐标变换式如下：如下：YXTTYXYXcossinsincos) , (YXTTYXdcbaYX) , (后者被称为二维的仿射变换（后者被称为二维的仿射变换（Affine Transformation），），仿射变换在不同的方向可以有不同的压缩和扩张，可以将仿射变换在不同的方向可以有不同的压缩和扩张，可以将球变为椭球，将正方形变为平行四边形球变为椭球，将正方形变为平行四边形 3.2栅格数据

44、重采样栅格数据重采样 n 重采样是栅格数据空间分析中处理栅格分辨率匹配问题的常用数据处理方法 n 进行空间分析时，用来分析的数据资料由于来源不同，经常要对栅格数据进行何纠正、旋转、投影变换等处理，在这些处理过程中都会产生重采样问题 3.2栅格数据重采样栅格数据重采样n最邻近像元法 直接取与P(x，y)点位置最近像元N的值作为该点的采样值： I（P） = I（N）N为最近点，其坐标值为: xN = INT（x + 0.5） yN = INT（y + 0.5）INT表示取整。3.2栅格数据重采样栅格数据重采样n双线性插值法 根据最邻近的四个数据点，确定一个双线性多项式： yaaaaxZ1)1 (1

45、11001003.2栅格数据重采样栅格数据重采样n双三次卷积法 当推广到双三次多项式时，采用分块方式，每一分块可以定义出一个不同的多项式曲面，当n次多项式与其相邻分块的边界上所有n-1次导数都连续时，称之为样条函数 在数据点为方格网的情况下，采用三次曲面来描述格网内的内插值时，待定点内插值Zp为： 3233323130232221201312111003020100321)1 (yyyaaaaaaaaaaaaaaaaxxxZp （6.8 3.空间数据录入后的处理空间数据录入后的处理 3.3图形拼接图形拼接在对底图进行数字化以后，由于图幅比较大或者在对底图进行数字化以后，由于图幅比较大或者使用小

46、型数字化仪时，难以将研究区域的底图以使用小型数字化仪时，难以将研究区域的底图以整幅的形式来完成，这是需要将整个图幅划分成整幅的形式来完成，这是需要将整个图幅划分成几部分分别输入。在所有部分都输入完毕并进行几部分分别输入。在所有部分都输入完毕并进行拼接时，常常会有边界不一致的情况，需要进行拼接时，常常会有边界不一致的情况，需要进行边缘匹配处理边缘匹配处理 (a)(b)(c)(a)(a)拼接前；拼接前；（b b）拼接中的边缘不匹配）拼接中的边缘不匹配(c)(c)调整后的拼接结果调整后的拼接结果3.空间数据录入后的处理空间数据录入后的处理 3.4拓朴生成拓朴生成在图形数字化在图形数字化无论是手扶跟踪

47、数字化还是扫描矢量无论是手扶跟踪数字化还是扫描矢量化化完成后，对于大多数地图需要建立拓扑，以正确判完成后，对于大多数地图需要建立拓扑，以正确判别地物之间的拓扑关系。在别地物之间的拓扑关系。在GIS数据管理中，拓扑关系可数据管理中，拓扑关系可以定义以下内容：以定义以下内容：1）区域，如果多边形数据）区域，如果多边形数据DIME数据模型，每个多边形可数据模型，每个多边形可以用一组封闭的线来表示，而不需要记录封闭线上的所有以用一组封闭的线来表示，而不需要记录封闭线上的所有点，避免两次记录相邻多边形的公共边界，这样减少了数点，避免两次记录相邻多边形的公共边界，这样减少了数据冗余。据冗余。2）邻接性，另

48、一种可以用拓扑描述的属性是多边形之间的）邻接性，另一种可以用拓扑描述的属性是多边形之间的相互邻接性。相互邻接性。3）连通性，连通性是指对弧段连接的判别，连通性的建立）连通性，连通性是指对弧段连接的判别，连通性的建立和表现是网络分析的基础。和表现是网络分析的基础。拓扑关系的表达拓扑关系的表达关系表关系表双重独立编码（双重独立编码（DIMEDIME） eb表中数字前负号为相反方向dc41325ABC76Daa: 结点号A: 多边形号1: 弧段号弧段数字化方向弧-面拓扑弧段左面右面1AO2AB3CA4OC5CD6BD7BO结点-弧拓扑结点弧a1,3,4b2,3,5c1,2,7d4,5,7e6面-弧拓

49、扑面号弧数弧号A3-1,-2,3B42,-7,5,-6C3-3,-5,4D163.4拓朴生成拓朴生成弧-结点拓扑弧段起点终点1ca2bc3ba4da5dB6ee7dc3.空间数据录入后的处理空间数据录入后的处理 3.3拓朴生成拓朴生成(一一)图形修改图形修改ESRI定义了以下判断录入图形是否正确的六个准则，可以定义了以下判断录入图形是否正确的六个准则，可以帮助发现拓扑错误。帮助发现拓扑错误。1）所有录入的实体都能够表现出来；）所有录入的实体都能够表现出来；2）没有输入额外的实体；）没有输入额外的实体；3）所有的实体都在正确的位置上，并且其形状和大小正确；）所有的实体都在正确的位置上，并且其形状

50、和大小正确；4）所有具有连接关系的实体都已经连上；）所有具有连接关系的实体都已经连上；5）所有的多边形都有且只有一个标志点以识别它们；）所有的多边形都有且只有一个标志点以识别它们；6）所有的实体都在边界之内）所有的实体都在边界之内上述的准则，特别是第五和第六条，只是针对上述的准则，特别是第五和第六条，只是针对ESRI的的ARC/INFO软件而言，其它的软件而言，其它的GIS软件由于具体实现的不软件由于具体实现的不同，可能会有差异。同，可能会有差异。 3.空间数据录入后的处理空间数据录入后的处理 3.3拓朴生成拓朴生成造成数字化错误的具体原因包括：造成数字化错误的具体原因包括：1）遗漏某些实体；

51、）遗漏某些实体；2）某些实体重复录入；）某些实体重复录入；3）定位的不准确）定位的不准确。数字化仪分辨率可以造成定位误差，但是人的因素是数字化仪分辨率可以造成定位误差，但是人的因素是位置不准确的主要原因，如手扶跟踪数字化过程中手位置不准确的主要原因，如手扶跟踪数字化过程中手的抖动，两次录入之间图纸的移动都可以使位置不准的抖动，两次录入之间图纸的移动都可以使位置不准确；更重要的，在手扶跟踪数字化过程中，难以实现确；更重要的，在手扶跟踪数字化过程中，难以实现完全精确的定位，例如在水系的录入中（图完全精确的定位，例如在水系的录入中（图6-14），），将支流的终点恰好录入在干流上基本上是不可能的将支流

52、的终点恰好录入在干流上基本上是不可能的（图（图6-14-a），更常见的是图（），更常见的是图（b）和（）和（c）所示的两）所示的两种情况。种情况。3.空间数据录入后的处理空间数据录入后的处理 3.3拓朴生成拓朴生成(a)实际地物(b)不及(c)过头3.空间数据录入后的处理空间数据录入后的处理 3.3拓朴生成拓朴生成错误主要形式：错误主要形式：1）伪节点（）伪节点（Pseudo Node），伪节点使一条完整），伪节点使一条完整的线变成两段（图的线变成两段（图15），造成伪节点的原因常常），造成伪节点的原因常常是没有一次录入完毕一条线。是没有一次录入完毕一条线。 伪节点3.空间数据录入后的处理空间

53、数据录入后的处理 3.3拓朴生成拓朴生成2）悬挂节点（）悬挂节点（Dangling Node），如果一个节点只），如果一个节点只与一条线相连接，那么该节点称为悬挂节点，悬与一条线相连接，那么该节点称为悬挂节点，悬挂节点有多边形不封闭（图挂节点有多边形不封闭（图6-16-a）、不及和过头）、不及和过头（图（图6-14-b，图，图6-14-c），节点不重合（图），节点不重合（图6-16-b）等几种情形。等几种情形。3.空间数据录入后的处理空间数据录入后的处理 3.3拓朴生成拓朴生成3）“碎屑碎屑”多边形或多边形或“条带条带”多边形（多边形（Sliver Polygon）。条带多边形（图）。条带多边

54、形（图6-17）一般由于重复录）一般由于重复录入引起，由于前后两次录入同一条线的位置不可能入引起，由于前后两次录入同一条线的位置不可能完全一致，造成了完全一致，造成了“碎屑碎屑”多边形。另外，由于用多边形。另外，由于用不同比例尺的地图进行数据更新，也可能产生不同比例尺的地图进行数据更新，也可能产生“碎碎屑屑”多边形。多边形。3.空间数据录入后的处理空间数据录入后的处理 3.3拓朴生成拓朴生成4）不正规的多边形（）不正规的多边形（Weird Polygon）不正规的多边形（图不正规的多边形（图6-18）是由于输入线时，点的）是由于输入线时，点的次序倒置或者位置不准确引起的。在进行拓扑生次序倒置或

55、者位置不准确引起的。在进行拓扑生成时，同样会产生成时，同样会产生“碎屑碎屑”多边形多边形 (a)正常多边形(b)不正规多边形3.空间数据录入后的处理空间数据录入后的处理 3.3拓朴生成拓朴生成(二二) 建立拓朴关系建立拓朴关系建立拓扑关系，主要是关注实体之间的连接、相邻关建立拓扑关系，主要是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拓扑属性则系，而节点的位置、弧段的具体形状等非拓扑属性则不影响拓扑的建立过程。不影响拓扑的建立过程。1）多边形拓扑关系的建立）多边形拓扑关系的建立如果使用如果使用DIME或者类似的编码模型，多边形拓扑关或者类似的编码模型，多边形拓扑关系的表达需要

56、描述以下实体之间的关系：系的表达需要描述以下实体之间的关系：多边形的组成弧段；多边形的组成弧段；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；节点相连的弧段。节点相连的弧段。多边形拓扑的建立过程实际上就是确定上述的关系。多边形拓扑的建立过程实际上就是确定上述的关系。3.空间数据录入后的处理空间数据录入后的处理 3.3拓朴生成拓朴生成图图6-19中共有中共有4个节点，以个节点，以A、B、C、D表示；表示；6条弧段，条弧段，用数字表示；以及用数字表示；以及I、II、III三个多边形（图三个多边形（图6-19-a）。首）。首先定义以下概念：先定义以下概念：由于弧段是有方

57、向的，算法中将弧段由于弧段是有方向的，算法中将弧段S的起始节点称的起始节点称为首节点为首节点Ns(S)，而终止节点为尾节点，而终止节点为尾节点NE(S)；考虑到弧段的方向性，沿弧段前进方向，将其相邻的考虑到弧段的方向性，沿弧段前进方向，将其相邻的多边形分别定义为左多边形和右多边形多边形分别定义为左多边形和右多边形PL(S)和和PR(S)。在建立拓扑之前，首先将所有弧段的左右多边形（在实现在建立拓扑之前，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；然后对每个中，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，并进行排序节点计算与其

58、相连弧段的在连接处的角度，并进行排序（图（图6-19-b）（注意，这个排序是循环的）。建立拓扑的）（注意，这个排序是循环的）。建立拓扑的算法如下：算法如下： 3.空间数据录入后的处理空间数据录入后的处理 3.3拓朴生成拓朴生成 1 2 3 4 5 6 A B C D A 3 2 1 B 4 6 1 C 2 5 4 D 3 6 5 节点表， 其中对于每节点表， 其中对于每个节点记录了顺时个节点记录了顺时针方向排序的相连针方向排序的相连的弧段的弧段 I II III 2 4 5 B C A (a) I (b) (c) 1 1 2 3 4 5 6 A B C D I II III 1 2 3 4 5

59、 6 A B C D I II III 1 2 3 4 5 6 A B C D I II III A 3 2 1 B 4 6 1 C 2 5 4 D 3 6 5 节点表， 其中对于每节点表， 其中对于每个节点记录了顺时个节点记录了顺时针方向排序的相连针方向排序的相连的弧段的弧段 (b) 结点-弧拓扑结点弧A3,2,1B4,6,1C2,5,4D3,6,5弧-结点拓扑弧段起点，终点1A,B2C,A3D,A4B,C5C,D6B,D弧-多边形拓扑弧段左右123456面-弧拓扑面号弧数弧号IIIIII3.空间数据录入后的处理空间数据录入后的处理 3.3拓朴生成拓朴生成（1）得到第一条弧段）得到第一条弧段

60、S，并设置为当前弧段；，并设置为当前弧段；（2）判断）判断PL(S)和和PR(S)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(S)=P，设置搜寻起，设置搜寻起始节点为始节点为N0=Ns(S)，搜寻当前节点为，搜寻当前节点为NC=NE(S)。如果右多。如果右多边形为空，则创建一个新的多边形边形为空，则创建一个新的多边形P，多边形的第一条弧，多边