第4章+空间数据采集与处理

1、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? ?第四章第四章 地理信息系统数据采集与处理地理信息系统数据采集与处理1空间数据的采集空间数据的采集3图形编辑图形编辑4空间索引空间索引空间数据的处理空间数据的处理25空间数据质量分析与控制空间数据质量分析与控制一、空间数据的采集一、空间数据的采集地理信息系统的数据源是多种多样的，总的来说，地理信息地理信息系统的数据源

2、是多种多样的，总的来说，地理信息系统的数据可以分为系统的数据可以分为图形图像数据图形图像数据与与文字数据文字数据两大类。两大类。图形图像数据：图形图像数据：地图地图 工程图工程图规划图规划图照片照片航空与遥感影像等航空与遥感影像等就就GIS数据源的状态而论，可分为原始数据（第一手数据）数据源的状态而论，可分为原始数据（第一手数据）和经过处理加工后的数据（第二手数据）；和经过处理加工后的数据（第二手数据）；而按数据源的记录方式来说，则可分为电子数据和非电子数而按数据源的记录方式来说，则可分为电子数据和非电子数据两类。据两类。GIS工作者面临的大多数数据为第二手数据工作者面临的大多数数据为第二手数

3、据。 1、GIS数据源数据源文字数据：文字数据：调查报告调查报告文件文件统计数据统计数据实验数据实验数据野外调查的原始记录等野外调查的原始记录等项目项目第一手数据第一手数据第二手数据第二手数据非电子数据非电子数据地面测量数据、航空像片、手簿地面测量数据、航空像片、手簿记录数据、社会经济调查记录数据、社会经济调查地图、统计图表地图、统计图表电子数据电子数据全站仪实测数据、全站仪实测数据、GPS观测数据、观测数据、数字摄影测量、遥感数据、现代数字摄影测量、遥感数据、现代地球物理、地球化学数据地球物理、地球化学数据计算机数据库计算机数据库存储数据存储数据GIS的不同数据源及种类的不同数据源及种类2、

4、属性数据、属性数据的获取与输入的获取与输入属性数据的编码属性数据的编码 属性数据的输入属性数据的输入 属性数据即空间实体的特征数据，主要定义图形图像数据属性数据即空间实体的特征数据，主要定义图形图像数据或制图特征所表示的内容，一般包括名称、等级、数量、或制图特征所表示的内容，一般包括名称、等级、数量、代码等多种形式。代码等多种形式。属性数据获取主要在于属性数据获取主要在于资料的收集资料的收集，在建立地理信息系统，在建立地理信息系统之前，首先要进行详细的用户调查，确定需要之前，首先要进行详细的用户调查，确定需要存储那些属存储那些属性信息性信息、属性数据应当如何编码属性数据应当如何编码以及信息的来

5、源等。以及信息的来源等。 属性数据的编码属性数据的编码编码原则编码原则 l系统性和科学性系统性和科学性：满足所涉及学科的科学分类方法，能满足所涉及学科的科学分类方法，能反映出同一类型中不同的级别特点。反映出同一类型中不同的级别特点。l一致性：一致性：对代码所定义的同一专业名词、术语必须是唯对代码所定义的同一专业名词、术语必须是唯一的。一的。 l标准化和通用性：标准化和通用性：有国家或行业标准的要按标准进行，有国家或行业标准的要按标准进行，没有标准的必须考虑在有可能的条件下实现标准化。没有标准的必须考虑在有可能的条件下实现标准化。l简捷性：简捷性：在满足国家标准的前提下、每一种编码应该是在满足国

6、家标准的前提下、每一种编码应该是以最小的数据量载负最大的信息量。以最小的数据量载负最大的信息量。l可扩展性：可扩展性：编码的设置应留有扩展的余地，避免新对象编码的设置应留有扩展的余地，避免新对象的出现而使原编码系统失效、造成编码错乱现象。的出现而使原编码系统失效、造成编码错乱现象。 属性数据的编码属性数据的编码编码内容编码内容 l登记部分：登记部分：用来标识属性数据的序号，可以是用来标识属性数据的序号，可以是简单的连续编号，也可划分不同层次进行顺序简单的连续编号，也可划分不同层次进行顺序编码；编码；l分类部分：分类部分：用来标识属性的地理特征，可采用用来标识属性的地理特征，可采用多位代码反映多

7、种特征；多位代码反映多种特征；l控制部分：控制部分：用来通过一定的查错算法，检查在用来通过一定的查错算法，检查在编码、录入和传输中的错误，在属性数据量较编码、录入和传输中的错误，在属性数据量较大情况下具有重要意义。大情况下具有重要意义。 属性数据的编码属性数据的编码编码方法编码方法l列出全部制图对象清单；列出全部制图对象清单；l制定对象分类、分级原则和指标将制图对象进制定对象分类、分级原则和指标将制图对象进行分类分级；行分类分级；l拟定分类代码系统；拟定分类代码系统；l设定代码及其格式；设定代码及其格式；l建立代码和编码对象的对照表。建立代码和编码对象的对照表。 耕地耕地71园地园地 72林地

8、林地 73牧草地牧草地74居民点及公矿用地居民点及公矿用地 75交通用地交通用地75水域水域 76未利用地未利用地 77土地利用类型土地利用类型7有林地有林地 731灌木地灌木地 732疏林地疏林地733迹地迹地 735针叶树疏林地针叶树疏林地7331阔叶树疏林地阔叶树疏林地7332未成林林地未成林林地734层次分类编码法：是按照分类对象的从属和层次关系为排列顺序的一层次分类编码法：是按照分类对象的从属和层次关系为排列顺序的一种代码，它的优点是能明确表示出分类对象的类别，代码结构有严格种代码，它的优点是能明确表示出分类对象的类别，代码结构有严格的隶属关系。的隶属关系。属性数据的编码属性数据的编

9、码 编码方法编码方法2)多源分类编码法：对于一个特定的分类目标，根据诸多不同的分类多源分类编码法：对于一个特定的分类目标，根据诸多不同的分类依据分别进行编码，各位数字代码之间并没有隶属关系。依据分别进行编码，各位数字代码之间并没有隶属关系。河流特性分类与编码通航情况通航： 1不通航：2常年河：1时令河：2消失河：3 1 km： 1 2 km： 2 5 km： 3 10 km：5流水季节河流宽度河流长度河流深度 5 10 m ： 110 20 m： 220 30 m： 330 60 m： 460 120 m： 5120 300 m：6300 500 m：7500m： 8 50m： 63、空间数据

10、采集、空间数据采集图形数据的采集数字化设备：数字化仪、扫描仪、摄影测量设备特 点：范围大，速度快使 用 范 围：大面积GIS数据采集、资源普查等数字化仪扫描仪数字摄影测量工作站野外测量：大平板、全站仪、GPS、移动测绘系统特 点：精度高、效率较低适合范围：小范围GIS数据采集或局部数据更新（三）（三）扫描矢量化扫描矢量化（四）解析测图法（四）解析测图法（五）已有数据转入（五）已有数据转入地地图图数数字字化化（一）（一）手工数字化手工数字化（二）数字化仪数字化（二）数字化仪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等等1、手工矢量数字化（一）（一）手工数字化手工数字化（一）

11、（一）手工数字化手工数字化（二）数字化仪数字化用用数数字字化化软软件件进进行行数数字字化化1 1、流程：、流程：2、用数字化软件进行数字化（二）（二）数字化仪数字化数字化仪数字化扫描扫描转换转换拼接子拼接子图块图块裁剪裁剪地图地图屏屏幕幕跟跟踪踪矢矢量量化化矢量图合矢量图合成、接边成、接边矢量图矢量图编辑编辑纸纸质质地地图图空间空间数据库数据库（三）扫描矢量化1、扫描矢量化处理流程、扫描矢量化处理流程：2、屏幕跟踪矢量化流程：准备扫描图像准备扫描图像栅格图像配准栅格图像配准新建数字化图层新建数字化图层屏幕跟踪矢量化地图屏幕跟踪矢量化地图选择投影和单位选择投影和单位输入控制点输入控制点编辑控制点

12、编辑控制点（三）（三）扫描矢量化扫描矢量化(四)摄影测量数字化采集数字摄影测量工作站一、空间数据的采集一、空间数据的采集4、数据的检核、数据的检核采集的原始图形和属性数据，都不可避免地存采集的原始图形和属性数据，都不可避免地存在着错误和误差。在将这些数据并入空间数据库之在着错误和误差。在将这些数据并入空间数据库之前，必须经过检核和编辑，以修正这些数据。前，必须经过检核和编辑，以修正这些数据。 房屋形状变形房屋形状变形多边形不封闭多边形不封闭线段过头与不及线段过头与不及结点不重合结点不重合多边形自身交叉多边形自身交叉碎屑多边形碎屑多边形检核的方法有：检核的方法有：目标检核目标检核：将图形实体显示

13、在屏幕上，检查一些明显的错误，：将图形实体显示在屏幕上，检查一些明显的错误，如丢失了线段、图斑不闭合、线段过长等。如丢失了线段、图斑不闭合、线段过长等。机器检核机器检核：这种检核主要是对数字化数据的拓扑一致性进行逻：这种检核主要是对数字化数据的拓扑一致性进行逻辑检核，把弧段连接成多边形以进行数字化限差的检查等。辑检核，把弧段连接成多边形以进行数字化限差的检查等。图形叠合比较法图形叠合比较法：按与原图相同的比例尺用数据输出模块把输：按与原图相同的比例尺用数据输出模块把输入的图形及其相应的属性绘到透明材料上，然后与原图精确套叠，入的图形及其相应的属性绘到透明材料上，然后与原图精确套叠，在投光桌上仔

14、细地观察和比较，查找遗漏、位置错误等，并做好在投光桌上仔细地观察和比较，查找遗漏、位置错误等，并做好相应的标记。相应的标记。属性数据检核属性数据检核：属性数据的检核方法很多，常用且简单的方法：属性数据的检核方法很多，常用且简单的方法是用打印机输出属性文件，逐行检核。另一种方法是编制检核程是用打印机输出属性文件，逐行检核。另一种方法是编制检核程序，用程序扫描数据文件，看有无文字代替了数字或数字超过了序，用程序扫描数据文件，看有无文字代替了数字或数字超过了允许范围等粗差，该程序还应有标出错误或粗差的能力。允许范围等粗差，该程序还应有标出错误或粗差的能力。一、空间数据的采集一、空间数据的采集数据的检

15、核方法数据的检核方法 数据处理涉及的内容很广泛，主要取决于原始数据的特数据处理涉及的内容很广泛，主要取决于原始数据的特点和用户的具体需求，一般包括点和用户的具体需求，一般包括数据变换、数据重构、数据数据变换、数据重构、数据提取提取等内容。数据处理是针对数据本身完成的操作，不涉及等内容。数据处理是针对数据本身完成的操作，不涉及内容的分析。因此，空间数据处理又称为数据形式的操作。内容的分析。因此，空间数据处理又称为数据形式的操作。v 数据变换数据变换：指数据从一种数学状态到另一种数学状态的变：指数据从一种数学状态到另一种数学状态的变换，换， 包括几何纠正、投影转换和辐射纠正，以解决几何配准包括几何

16、纠正、投影转换和辐射纠正，以解决几何配准问题；问题；v数据重构数据重构：指数据从一种格式到另一种格式的转换，包括：指数据从一种格式到另一种格式的转换，包括结构转换、格式变换、类型替换等；结构转换、格式变换、类型替换等；v数据提取数据提取：指对数据进行某种有条件的提取，包括类型提：指对数据进行某种有条件的提取，包括类型提取、窗口提取、空间内插等。取、窗口提取、空间内插等。二、空间数据的处理二、空间数据的处理二、空间数据的处理二、空间数据的处理 X 方向 Y 方向 (a) 平移平移 (b) 缩放缩放(c) 旋转(b) 旋转旋转1 坐标转换坐标转换坐标变换公式推导坐标变换公式推导设设 为为输入设备输

17、入设备坐标，坐标， 为理论坐标为理论坐标, 为地为地图两坐标轴方向的图两坐标轴方向的实际比例尺实际比例尺，两坐标系夹角为，两坐标系夹角为 ，坐，坐标系原点平移标系原点平移 ，其坐标变换公式为：，其坐标变换公式为： yx,YX,21,mm00,baymxmbYymxmaX)cos()sin()sin()cos(210210设：设：cossinsincos22221111mbmambmaybxbbYyaxaaX210210OO0a0bxyybxbbYyaxaaX210210空间数据的坐标变换空间数据的坐标变换 上式中，有六个未知参数，因此，需要知道不在同一上式中，有六个未知参数，因此，需要知道不在

18、同一直线上的直线上的三对三对控制点（已知坐标数据点），才能求得上述控制点（已知坐标数据点），才能求得上述六个参数，为了对坐标变换进行检核，实际工作中常利用六个参数，为了对坐标变换进行检核，实际工作中常利用四个以上四个以上控制点进行几何纠正。控制点进行几何纠正。 三个或三个以上已知控制点参与坐标变换时，采用最小三个或三个以上已知控制点参与坐标变换时，采用最小二乘原理解算二乘原理解算 上述变换称为二维的仿射变换！上述变换称为二维的仿射变换！ 上式是高次曲线方程，符合上式的变换称为高次变换。式上式是高次曲线方程，符合上式的变换称为高次变换。式中有中有1212个未知数，所以在进行高次变换时，所以至少需

19、要有个未知数，所以在进行高次变换时，所以至少需要有6 6对以上控制点的坐标和理论值，才能求出待定系数。对以上控制点的坐标和理论值，才能求出待定系数。空间数据的坐标变换空间数据的坐标变换XY2 数据格式转换数据格式转换 空间数据转换的内容主要包括三个方面的信息：空间数据转换的内容主要包括三个方面的信息：空间定位信息，即实体的坐标；空间定位信息，即实体的坐标；空间拓扑关系；空间拓扑关系；属性信息。属性信息。目前不同的空间数据格式的数据转换的途径有三种。目前不同的空间数据格式的数据转换的途径有三种。外部数据交换方式外部数据交换方式 标准空间数据交换格式标准空间数据交换格式 空间数据互操作方式空间数据

20、互操作方式 大部分商用大部分商用GIS软件都定义了外部数据交换格式，一般软件都定义了外部数据交换格式，一般为为ASCII文件，可以直接阅读。如文件，可以直接阅读。如ArcGIS的的e00文件、文件、MapInfo的的MID/MIF文件等。这样，从系统文件等。这样，从系统A的内部数据转的内部数据转换到系统换到系统B，可能需要经过，可能需要经过23次转换。如图次转换。如图4-6所示，先所示，先从从A的内部文件转到的内部文件转到A的交换文件，如果的交换文件，如果B系统能够直接读系统能够直接读取取A系统的交换文件，需要转换两次。否则要从系统的交换文件，需要转换两次。否则要从A的外部交的外部交换文件到换

21、文件到B的外部交换文件，再从的外部交换文件，再从B的外部交换到的外部交换到B的内部的内部文件，就需要经过三次转换。文件，就需要经过三次转换。系统系统A内部文件内部文件系统系统A外部交换文件外部交换文件系统系统B内部文件内部文件系统系统B外部交换文件外部交换文件交换交换交换交换二次转换二次转换外部数据交换方式外部数据交换方式 由于由于GIS软件系统很多，每一个系统都不可能提供直接软件系统很多，每一个系统都不可能提供直接读写所有商用读写所有商用GIS软件的外部数据文件的程序。因此，为了软件的外部数据文件的程序。因此，为了方便地进行空间数交换，也为了尽量减少空间数据交换所方便地进行空间数交换，也为了

22、尽量减少空间数据交换所造成的信息损失，使之更加科学化和标准化，许多国家和造成的信息损失，使之更加科学化和标准化，许多国家和国 际 组 织 制 定 了 空 间 数 据 交 换 标 准 ， 如 美 国 的国 际 组 织 制 定 了 空 间 数 据 交 换 标 准 ， 如 美 国 的SDTS(Spatial Data Transfer Standard)。我国也制定了。我国也制定了相应的空间数据交换格式（相应的空间数据交换格式（CNSDTF）标准。有了空间数）标准。有了空间数据交换的标准格式以后，每个系统都提供读写这一标准格据交换的标准格式以后，每个系统都提供读写这一标准格式的空间数据的程序，可以避

23、免大量的编程工作，而且数式的空间数据的程序，可以避免大量的编程工作，而且数据转换只需要两次据转换只需要两次 系统系统A A内部文件内部文件标准空间数据交标准空间数据交换文件换文件系统系统B B内部文件内部文件标准空间数据交换格式标准空间数据交换格式 空间数据交换标准可减少不同软件系统编写数据转空间数据交换标准可减少不同软件系统编写数据转换的软件编程工作。但是对用户来说，它仍然需要进行换的软件编程工作。但是对用户来说，它仍然需要进行两次转换。能否将空间数据的转换变成一次或者不进行两次转换。能否将空间数据的转换变成一次或者不进行转换？这就是转换？这就是OpenGIS的思想，即实现不同的思想，即实现

24、不同GIS软件系软件系统之间空间数据的互操作。统之间空间数据的互操作。OpenGIS提供一套读取空间提供一套读取空间数据的标准函数，每个系统软件都按照这一标准提供读数据的标准函数，每个系统软件都按照这一标准提供读写自己系统空间的驱动程序，其他软件都可以通过调用写自己系统空间的驱动程序，其他软件都可以通过调用这一程序，直接读取对方的内部数据，从系统这一程序，直接读取对方的内部数据，从系统A到系统到系统B只需要进行一次转换。只需要进行一次转换。系统系统A A内部文件内部文件 标准标准APIAPI函数函数系统系统B B内部文件内部文件标准标准APIAPI函数函数空间数据互操作方式空间数据互操作方式二

25、、空间数据处理二、空间数据处理3 投影变换投影变换投影转换是指当系统使用来自不同地图投影的图形数据时，投影转换是指当系统使用来自不同地图投影的图形数据时，需要将该投影的数据转换为所需要投影的坐标数据；需要将该投影的数据转换为所需要投影的坐标数据；投影转换的方法包括正解变换、反解变换和数值变换等。投影转换的方法包括正解变换、反解变换和数值变换等。正解变换正解变换：反解变换反解变换：数值变换数值变换：采用插值法、差分法等实现坐标变换：采用插值法、差分法等实现坐标变换),(),(YXyx),(),(),(YXLByx 利用若干同名数字化点（对同一点利用若干同名数字化点（对同一点在两种投影中均已知其坐

26、标的点），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采用插值法、有限差分法或多项式逼近的方法，即用数值变换法来建立两近的方法，即用数值变换法来建立两投影间的变换关系式。投影间的变换关系式。 例如，采用二元三次多项式进行变换例如，采用二元三次多项式进行变换: 通过选择通过选择10个以上的两种投影之间的共同点，并组成个以上的两种投影之间的共同点，并组成最小二乘法的条件式，进行解算系数。最小二乘法的条件式，进行解算系数。投影变换之投影变换之数值变换法数值变换法 矢量向栅格转换矢量向栅格转换 点：简单的坐标变换点：简单的坐标变换 线：线的栅格化线：线的栅格化 面：线的栅格化面：线

27、的栅格化 + +面填充面填充 面面( (多边形多边形) )的填充方法的填充方法 1 1、内部点扩散法（种子扩散法）、内部点扩散法（种子扩散法）2 2、扫描法、扫描法3 3、射线法、射线法4 4、复数积分法、复数积分法 5 5、边界代数算法、边界代数算法 4 空间数据结构的转换空间数据结构的转换 图形编辑是一交互处理过程，图形编辑是一交互处理过程， GISGIS具备的图形编辑具备的图形编辑功能的要求是：功能的要求是：1 1）具有友好的人机界面，即操作灵活、易于理解、响应）具有友好的人机界面，即操作灵活、易于理解、响应迅速等；迅速等；2 2）具有对几何数据和属性编码的修改功能，如点、线、）具有对几

28、何数据和属性编码的修改功能，如点、线、面的增加、删除、修改等；面的增加、删除、修改等；3 3）具有分层显示和窗口操作功能，便于用户的使用。）具有分层显示和窗口操作功能，便于用户的使用。 图形编辑又叫图形编辑又叫数据编辑、数字化编辑数据编辑、数字化编辑，是指对地图资料数字，是指对地图资料数字化后的数据进行编辑加工，其主要的目的是在改正数据差错的化后的数据进行编辑加工，其主要的目的是在改正数据差错的同时，相应地改正数字化资料的图形。同时，相应地改正数字化资料的图形。三、图形编辑三、图形编辑三、图形编辑三、图形编辑主要内容：主要内容：q编辑操作编辑操作v点操作点操作v线操作线操作v面操作面操作q关键

29、算法关键算法v点的算法点的算法v线的算法线的算法v面的算法（面积算法）面的算法（面积算法）q图幅拼接图幅拼接1 1）结点吻合）结点吻合(Snap)(Snap)：或称结点匹配、结点咬合，结：或称结点匹配、结点咬合，结点附和点附和结点移动，用鼠标将其它两点移到另一点；结点移动，用鼠标将其它两点移到另一点；鼠标拉框，用鼠标拉一个矩形，落入该矩形内的结鼠标拉框，用鼠标拉一个矩形，落入该矩形内的结点坐标通过求它们的中间坐标匹配成一致；点坐标通过求它们的中间坐标匹配成一致；求交点，求两条线的交点或其延长线的交点，作为求交点，求两条线的交点或其延长线的交点，作为吻合的结点；吻合的结点；自动匹配，给定一个吻合

30、容差，或称为咬合距，在自动匹配，给定一个吻合容差，或称为咬合距，在图形数字化时或之后，将容差范围内的结点自动吻合图形数字化时或之后，将容差范围内的结点自动吻合成一点。成一点。 一般，若结点容差设置合理，大多数结点能够吻合在一一般，若结点容差设置合理，大多数结点能够吻合在一起，但有些情况还需要使用前三种方法进行人工编辑。起，但有些情况还需要使用前三种方法进行人工编辑。 1 1、结点的编辑、结点的编辑 2）结点与线的吻合：）结点与线的吻合：在数字化过程中，常遇到一在数字化过程中，常遇到一个结点与一个线状目标的中间相交。由于测量或数个结点与一个线状目标的中间相交。由于测量或数字化误差，它不可能完全交

31、于线目标上，需要进行字化误差，它不可能完全交于线目标上，需要进行编辑，称为结点与线的吻合。编辑，称为结点与线的吻合。 A、 结点移动，将结点移动到线目标上。结点移动，将结点移动到线目标上。 B、 使用线段求交；使用线段求交； C、 自动编辑，在给定容差内，自动求交并吻合自动编辑，在给定容差内，自动求交并吻合在一起。在一起。3）需要考虑两种情况）需要考虑两种情况A A、 要求坐标一致，而不建立拓扑关系；要求坐标一致，而不建立拓扑关系；如如 高架桥高架桥（不需打断，直接移动）（不需打断，直接移动）B B、 不仅坐标一致，且要建立之间的空间关联关系；不仅坐标一致，且要建立之间的空间关联关系；如如 道

32、路交叉口道路交叉口（需要打断）需要打断）A AB BD DC CE E无结点无结点有结点有结点1 1、结点的编辑、结点的编辑三、图形编辑三、图形编辑 有些系统要将这种假结点清除掉（如有些系统要将这种假结点清除掉（如ARC/INFOARC/INFO），即），即将目标将目标A A 和和B B合并成一条，使它们之间不存在结点合并成一条，使它们之间不存在结点; ; 但有些系统并不要求清除假结点，如但有些系统并不要求清除假结点，如GeostarGeostar, ,因为它因为它们并不影响空间查询、分析和制图。们并不影响空间查询、分析和制图。4 4）清除假结点（伪结点）清除假结点（伪结点） 由仅有两个线目标

33、相关联的结点成为假由仅有两个线目标相关联的结点成为假结点。结点。1 1、结点的编辑、结点的编辑三、图形编辑三、图形编辑删除和增加一个顶点：删除和增加一个顶点： u删除顶点，在数据库中不用整体删除与目标有关的数删除顶点，在数据库中不用整体删除与目标有关的数据，只是在原来存储的位置重写一次坐标，拓扑关系不据，只是在原来存储的位置重写一次坐标，拓扑关系不变。变。u增加顶点，则操作和处理都要复杂。不能在原来的存增加顶点，则操作和处理都要复杂。不能在原来的存储位置上重写，需要给一个新的目标标识号，在新位置储位置上重写，需要给一个新的目标标识号，在新位置上重写，而将原来的目标删除，此时需要做一系列处理，上

34、重写，而将原来的目标删除，此时需要做一系列处理，调整空间拓扑关系。调整空间拓扑关系。移动一个顶点：移动顶点只涉及某个点的坐标，不涉及拓移动一个顶点：移动顶点只涉及某个点的坐标，不涉及拓扑关系的维护，较简单。扑关系的维护，较简单。删除一段弧段：删除一段弧段：复杂，先要把原来的弧段打断复杂，先要把原来的弧段打断, , 原来的弧原来的弧段实际被删除，拓扑关系需要调整和变化段实际被删除，拓扑关系需要调整和变化. .三、图形编辑三、图形编辑可设一捕捉半径可设一捕捉半径D(D(通常为通常为3 35 5个象素，这主要由屏幕的分辩个象素，这主要由屏幕的分辩率和屏幕的尺寸决定率和屏幕的尺寸决定) )。设光标点为

35、设光标点为S(x,y)S(x,y)，某一点状要素的坐标为，某一点状要素的坐标为A(XA(X，Y)Y)A A的距离的距离d d小于小于D D则认为捕捉成功，即认为找到的点是则认为捕捉成功，即认为找到的点是A A，否则，否则失败，继续搜索。失败，继续搜索。乘方运算影响了搜索的速度，因此，把距离乘方运算影响了搜索的速度，因此，把距离d d的计算改为：的计算改为：捕捉范围由圆改为矩形，这可大大加快搜索速度。捕捉范围由圆改为矩形，这可大大加快搜索速度。 三、图形编辑三、图形编辑点的捕捉点的捕捉2 2、点、线、面的捕捉关键算法、点、线、面的捕捉关键算法 设光标点坐标为设光标点坐标为S(x,y)S(x,y)

36、，D D为捕捉半径，线的坐为捕捉半径，线的坐标为标为(x(x1 1,y,y1 1),(x),(x2 2,y,y2 2),),(x(xn n,y,yn n) )。通过计算。通过计算S S到该线到该线的每个直线段的距离的每个直线段的距离d d。. . 若若min(dmin(d1 1,d,d2 2, ,d dn-1n-1) )D D，则认为光标，则认为光标S S捕捉到了该捕捉到了该条线，否则为未捕捉到。条线，否则为未捕捉到。 加快线捕捉的速度的方法：加快线捕捉的速度的方法：1 1）在实际的捕捉中，可每计算一个距离）在实际的捕捉中，可每计算一个距离d di i就进行一就进行一次比较，若次比较，若d d

37、i iD D，则捕捉成功，不需再进行下面直，则捕捉成功，不需再进行下面直线段到点线段到点S S的距离计算了。的距离计算了。2 2）把不可能被光标捕捉到的线，用简单算法去除。）把不可能被光标捕捉到的线，用简单算法去除。3 3）对于线段也采用类似的方法处理。）对于线段也采用类似的方法处理。4 4）简化距离公式：）简化距离公式： 点点S(x,y)S(x,y)到直线段到直线段(x(x1 1,y,y1 1),(x),(x2 2,y,y2 2) )的距离的距离d d的计算的计算公式为：公式为： 简化为：简化为：线的捕捉线的捕捉 实际上就是判断光标点实际上就是判断光标点S(x,y)S(x,y)是否在多边形是

38、否在多边形内，若在多边形内则说明捕捉到。判断点是否内，若在多边形内则说明捕捉到。判断点是否在多边形内的算法主要有垂线法或转角法。在多边形内的算法主要有垂线法或转角法。 垂线法的基本思想是从光标点引垂线垂线法的基本思想是从光标点引垂线( (实际实际上可以是任意方向的射线上可以是任意方向的射线) )，计算与多边形的，计算与多边形的交点个数。若交点个数为奇数则说明该点在多交点个数。若交点个数为奇数则说明该点在多边形内；若交点个数为偶数，则该点在多边形边形内；若交点个数为偶数，则该点在多边形外。外。 加快速度的方法：加快速度的方法：1 1）找出该多边形的外接矩形，若光标点落在）找出该多边形的外接矩形，

39、若光标点落在该矩形中，才有可能捕捉到该面，否则放弃对该矩形中，才有可能捕捉到该面，否则放弃对该多边形的进一步计算和判断。该多边形的进一步计算和判断。2 2）对不可能有交点的线段应通过简单的坐标）对不可能有交点的线段应通过简单的坐标比较迅速去除。比较迅速去除。3 3）运用计算交点的技巧。）运用计算交点的技巧。 面的捕捉面的捕捉3 3、拓扑、拓扑关系的自动建立关系的自动建立拓扑关系拓扑关系一般指拓扑元素（结点、链、面）之间的关系一般指拓扑元素（结点、链、面）之间的关系（邻接、关联、包含）。（邻接、关联、包含）。拓扑关系的全显式表达拓扑关系的全显式表达可通过建立面、链关系表；链、可通过建立面、链关系

40、表；链、结点关系表；结点与链关系表；链、面关系表等四个表结点关系表；结点与链关系表；链、面关系表等四个表表达表达1 1）点线拓扑关系的自动建立）点线拓扑关系的自动建立a1a1a2a2 N1 N1 N2N2N3N3N4N4a3a3a1a1a2a2 N1 N1 N2N2N3N3a1a1a2a2 N1 N1 N2N2N3N3N4N4a3a3a4a4(b)(b)(a)(a)(c)(c)结点结点- -弧段表弧段表Oid起结点终结点a1a2N1N2N2N3Oid弧段 号N1N2N3a1a1,a2a2弧段弧段- -结点表结点表 在在图图形形采采集集和和编编辑辑中中实实时时建建立立 Oid起结点终结点a1a2

41、a3N1N2N2N2N3N4Oid弧段 号N1N2N3N4a1a1,a2,a3a2a3Oid起结点终结点a1a2a3a4N1N2N2N4N2N3N4N3Oid弧段 号N1N2N3N4a1a1,a2,a3a2,a4a3,a4在图形采集和编辑之后自动在图形采集和编辑之后自动建立，其基本原理与前类似。建立，其基本原理与前类似。3 3、拓扑、拓扑关系的自动建立关系的自动建立多边形有三种情况多边形有三种情况 独立多边形：在数字化过程中直接生成，因其仅涉及一条封闭的独立多边形：在数字化过程中直接生成，因其仅涉及一条封闭的弧段弧段 具有公共边界的简单多边形：在数据采集时，仅输入了边界弧段具有公共边界的简单多

42、边形：在数据采集时，仅输入了边界弧段数据，然后用一种算法自动将多边形边界聚合起来，建立多边形数据，然后用一种算法自动将多边形边界聚合起来，建立多边形文件；文件； 嵌套多边形：除了要按第二种方法自动建立多边形外，还要考虑嵌套多边形：除了要按第二种方法自动建立多边形外，还要考虑多边形内的多边形。多边形内的多边形。第二种情况下，多边形自动自动生成的步骤和方法第二种情况下，多边形自动自动生成的步骤和方法 首先进行结点匹配首先进行结点匹配 建立结点建立结点弧段拓扑关系弧段拓扑关系2）多边形拓扑关系的自动建立）多边形拓扑关系的自动建立建立多边形的一些概念建立多边形的一些概念 a a、顺时针方向构多边形：指

43、多边形是在链的、顺时针方向构多边形：指多边形是在链的右侧。右侧。b b、最靠右边的链：指从链的一个端点出发，、最靠右边的链：指从链的一个端点出发，在这条链的方向上最右边的第一条链，在这条链的方向上最右边的第一条链，a a的最的最右边的链为右边的链为d d c c、多边形面积的计算、多边形面积的计算 当多边形由顺时针方向构成时，面积为正；反之，面积为负当多边形由顺时针方向构成时，面积为正；反之，面积为负。多边形的自动生成多边形的自动生成建立多边形建立多边形关键算法关键算法(1)(1)顺序取一个结点为起始结点，取完为止；取过该顺序取一个结点为起始结点，取完为止；取过该结点的任一条链作为起始链。结点

44、的任一条链作为起始链。(2)(2)取这条链的另一结点，找这个结点上，靠这条链取这条链的另一结点，找这个结点上，靠这条链最右边的链，作为下一条链。最右边的链，作为下一条链。(3)(3)是否回到起点：是，已形成一多边形，记录之，是否回到起点：是，已形成一多边形，记录之，并转并转( (4)4)；否，转；否，转( (2)2)。(4)(4)取起始点上开始的，刚才所形成多边形的最后一取起始点上开始的，刚才所形成多边形的最后一条边作为新的起始链，转条边作为新的起始链，转(2)(2)；若这条链已用过两次，；若这条链已用过两次，即已成为两个多边形的边，则转即已成为两个多边形的边，则转(1)(1)。例：例：（1

45、1）从）从P P1 1开始，起始链定为开始，起始链定为P P1 1P P2 2, ,从从P P2 2点算起，点算起，P P1 1P P2 2最右边的链为最右边的链为P P2 2P P5 5；从；从P P5 5算起，算起，P P2 2P P5 5最右边最右边 的链为的链为P P5 5P P1 1,.,. .形成的多边形为形成的多边形为P P1 1P P2 2P P5 5P P1 1。（2 2）从）从P P1 1开始，以开始，以P P1 1P P5 5为起始链，形成的多边形为为起始链，形成的多边形为P P1 1P P5 5P P4 4P P1 1。（3 3）从）从P P1 1开始，以开始，以P P

46、1 1P P4 4为起始链为起始链, ,形成的多边形为形成的多边形为P P1 1P P4 4P P3 3P P2 2P P1 1。（4 4）这时这时P P1 1为结点的所有链均被使用了两次，因而转向下一个结点为结点的所有链均被使用了两次，因而转向下一个结点P P2 2，继续进行多边形追踪，直至所有的结点取完。共可追踪出五个多边形，即继续进行多边形追踪，直至所有的结点取完。共可追踪出五个多边形，即A A1 1、A A2 2、A A3 3、A A4 4、A A5 5。4 4、图幅接边、图幅接边形成无缝数据库形成无缝数据库几何裂缝：指由数据文件边界分开的一个地物的两部分几何裂缝：指由数据文件边界分开

47、的一个地物的两部分不能精确地衔接。不能精确地衔接。-几何接边几何接边逻辑裂缝：同一地物地物编码不同或具有不同的属性信逻辑裂缝：同一地物地物编码不同或具有不同的属性信息，如公路的宽度，等高线高程等。息，如公路的宽度，等高线高程等。-逻辑接边逻辑接边 2 2、几何接边、几何接边1 1、识别或提取相邻图幅。、识别或提取相邻图幅。-要求图幅编号合理要求图幅编号合理313233212223111213接边接边人人工工接接边边直接移动，突变直接移动，突变回缩回缩2-32-3个点个点减少突变减少突变 5 5、数据压缩数据压缩1） DouglasDouglasPeuckerPeucker图形显示输出图形显示输

48、出数据存储数据存储数据压缩数据压缩光滑光滑矢量数据压缩矢量数据压缩栅格数据压缩栅格数据压缩 把曲线首末两点连成直线，把曲线首末两点连成直线，求曲线上各点到直线的距离，求曲线上各点到直线的距离，取距离最大值与规定限差比取距离最大值与规定限差比较。较。压缩效果好，但必须在对整压缩效果好，但必须在对整条曲线数字化完成后才能进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；2 2）垂距法）垂距法每次顺序取曲线上的每次顺序取曲线上的三个点三个点，计算，计算中间中间点点与其它两点连线的与其它两点连线的垂线距离垂线距离d d，并与，并与限差限差D D比较。若比较。若d dD D，则中间点，则中间

49、点去掉去掉；若若d dD D，则中间点，则中间点保留保留。然后顺序取下。然后顺序取下三个点继续处理，直到这条线结束。三个点继续处理，直到这条线结束。 3）偏角法）偏角法 压缩算法好，可在数字化时实时处理，每次判断下一个数字化的点，且计算量较小；压缩算法好，可在数字化时实时处理，每次判断下一个数字化的点，且计算量较小；原来的线对点2的测试距离大于规定的限差2点保留对点3测试距离小于规定的限差3点舍去化简后的线限差限差化简后的线3点舍去偏角小于规定的限差对点3测试角度大于规定的限差对点2的测试原来的线2点保留(b)(a)4）间隔取点法）间隔取点法P1P2P3P4P5P6P8P9P10PRD(a)

50、原曲线(b) 经压缩后曲线PRP10P9P5P3P2P1舍去离已选点比规定距离舍去离已选点比规定距离D更近的点。更近的点。四、空间索引四、空间索引 空间索引：依据空间对象的空间索引：依据空间对象的位置、形状位置、形状或空间对象或空间对象间的某种间的某种空间关系空间关系，按照一定的顺序排列的一种文件，按照一定的顺序排列的一种文件，其中包含其中包含空间实体的概要信息空间实体的概要信息。 建立空间索引的建立空间索引的目的目的：在进行空间操作时，通过对：在进行空间操作时，通过对空间数据的空间数据的筛选和过滤筛选和过滤，把大量与之无关的空间数据，把大量与之无关的空间数据预预先排除先排除，从而，从而提高空

51、间操作的效率提高空间操作的效率。 常见的空间索引一般采取自常见的空间索引一般采取自顶而下、逐级划分空间顶而下、逐级划分空间的方式建立。有代表性的有实体范围索引、格网索引、的方式建立。有代表性的有实体范围索引、格网索引、四叉树、四叉树、BSP树、树、KDB树、树、R树、树、R+树和树和CELL树。树。1、实体范围索引、实体范围索引 记录每个实体坐标记录每个实体坐标时，记录包围时，记录包围其外接矩其外接矩形形的的最大最小坐标最大最小坐标。 检索时，根据检索检索时，根据检索实体的最大最小范围，实体的最大最小范围，排除那些没有落入检索排除那些没有落入检索窗口的空间实体，然后窗口的空间实体，然后对外接矩

52、形落入的进一对外接矩形落入的进一步判断是否真正落入。步判断是否真正落入。 没有建立真正的索没有建立真正的索引文件，依靠空间计算引文件，依靠空间计算来判别。来判别。2、格网索引、格网索引 按照一定规则划按照一定规则划分为大小相等的格网，分为大小相等的格网，记录每个格网所包含记录每个格网所包含的空间实体。即的空间实体。即Peano码与空间实体码与空间实体的关系表。的关系表。3、四叉树索引、四叉树索引根据所有空间对象覆盖的范围，进行四叉树分割，使每个根据所有空间对象覆盖的范围，进行四叉树分割，使每个子块包含单个实体，然后根据每个实体的子块层数或子块大小，子块包含单个实体，然后根据每个实体的子块层数或

53、子块大小，建立相应的索引。建立相应的索引。4、R树和树和R+树空间索引树空间索引将将空间相近空间相近的实体的外接矩形重新组织为的实体的外接矩形重新组织为更大的更大的虚拟矩形。虚拟矩形。虚拟矩形虚拟矩形方向与坐标方位轴一致方向与坐标方位轴一致，同时满足：包含尽可能多的空，同时满足：包含尽可能多的空间实体；矩形间的重叠率尽可能少；允许每个矩形内再划分为小间实体；矩形间的重叠率尽可能少；允许每个矩形内再划分为小矩形；空间索引包含有指向所包围的空间实体的指针。矩形；空间索引包含有指向所包围的空间实体的指针。R树空间索引按包含实体矩形来确定，每个实体与树空间索引按包含实体矩形来确定，每个实体与R树的结树

54、的结点相联系。数据结构：点相联系。数据结构：RECT(Rec-ID,Type, min-X,min-Y,max-X,max-Y)PS(上层虚拟矩形标示符，下层虚拟矩形标示符上层虚拟矩形标示符，下层虚拟矩形标示符) R+树允许虚拟矩形相互重叠，并分割下层虚拟矩形，树允许虚拟矩形相互重叠，并分割下层虚拟矩形，允许一个空间实体被多个虚拟矩形所包围。尽量保持每个虚允许一个空间实体被多个虚拟矩形所包围。尽量保持每个虚拟矩形包含相同个数的下层虚拟矩形或实体外接矩形。拟矩形包含相同个数的下层虚拟矩形或实体外接矩形。 对于被分割的下层虚拟矩形或实体外接矩形，还要增加对于被分割的下层虚拟矩形或实体外接矩形，还要

55、增加关系表达：关系表达：DECOMP(原矩形标示符，分割后矩形原矩形标示符，分割后矩形1标识符，标识符，分割后矩形分割后矩形2标识符标识符)5、CELL树空间索引树空间索引 CELL树采用凸多边形作为区域划分的基本单元，子树采用凸多边形作为区域划分的基本单元，子空间不再相互覆盖。表现优秀。空间不再相互覆盖。表现优秀。6、BSP树空间索引树空间索引 采用二叉空间分割。采用二叉空间分割。 基本思想：任何平面都可以将空间分割成互不相交的半基本思想：任何平面都可以将空间分割成互不相交的半空间，所有位于这个平面一侧的点定义了一个半空间，位于空间，所有位于这个平面一侧的点定义了一个半空间，位于另一侧的点定

56、义了另一个半空间另一侧的点定义了另一个半空间四、空间数据质量分析与控制四、空间数据质量分析与控制1、基本概念、基本概念1)准确性准确性（Accuracy）：即：即一个记录值（测量一个记录值（测量或观察值）与它的或观察值）与它的真实值之间的接近真实值之间的接近程度。程度。 2)精度精度(Precision)：即对即对现象描述的详细程现象描述的详细程度。度。 甲甲乙乙丙丙3)空间分辨率空间分辨率分辨率指两个可测量数值之间最小的可辨识分辨率指两个可测量数值之间最小的可辨识的差异。空间分辨率指记录变化的最小距离。的差异。空间分辨率指记录变化的最小距离。4)比例尺比例尺地图上一个记录的距离和它所表现的真

57、实世地图上一个记录的距离和它所表现的真实世界的距离之间的比例。界的距离之间的比例。5)误差误差表示数据与其真值之间的差异。误差研究包表示数据与其真值之间的差异。误差研究包括位置误差、属性误差、位置误差和属性误差之括位置误差、属性误差、位置误差和属性误差之间的联系。间的联系。一、空间数据质量分析与控制一、空间数据质量分析与控制6)不确定性（不确定性（Uncertainty）:地理信息系统的地理信息系统的不确定性包括空间不确定性包括空间位置的不确定性、属性不确定性、位置的不确定性、属性不确定性、时域不确定性、逻辑上的不一致性及数据的不完整时域不确定性、逻辑上的不一致性及数据的不完整性。性。空间位置

58、的不确定性指空间位置的不确定性指GIS中某一被描述物体中某一被描述物体与其地面上真实物体位置上的差别；属性不确定性与其地面上真实物体位置上的差别；属性不确定性是指某一物体在是指某一物体在GIS中被描述的属性与其真实的属中被描述的属性与其真实的属性之差别；时域不确定性是指在描述地理现象时，性之差别；时域不确定性是指在描述地理现象时，时间描述上的差错；逻辑上的不一致性指数据结构时间描述上的差错；逻辑上的不一致性指数据结构内部的不一致性，尤其是指拓扑逻辑上的不一致性；内部的不一致性，尤其是指拓扑逻辑上的不一致性；数据的不完整性指对于给定的目标，数据的不完整性指对于给定的目标，GIS没有尽可没有尽可能

59、完全地表达该物体能完全地表达该物体。1 1）位置（几何）精度位置（几何）精度：如数学基础、平面精度、：如数学基础、平面精度、高程精度等，用以描述高程精度等，用以描述几何数据的误差几何数据的误差。2) 2) 属性精度属性精度：如要素分类的正确性、属性编码的：如要素分类的正确性、属性编码的正确性、注记的正确性等，用以反映正确性、注记的正确性等，用以反映属性数据的质量属性数据的质量。3) 3) 逻辑一致性逻辑一致性：如多边形的闭合精度、结点匹配：如多边形的闭合精度、结点匹配精度、拓扑关系的正确性等，由几何或属性误差也会引精度、拓扑关系的正确性等，由几何或属性误差也会引起起逻辑误差逻辑误差。4) 4)

60、 完备性完备性：如数据分类的完备性、实体类型的完：如数据分类的完备性、实体类型的完备性、属性数据的完备性、注记的完整性，备性、属性数据的完备性、注记的完整性，数据层完整数据层完整性，性，检验完整性检验完整性等。等。5) 5) 现势性现势性：如数据的：如数据的采集时间采集时间、数据的、数据的更新时间更新时间等。等。 2、数据质量的指标和内容数据质量的指标和内容具体分析具体分析原因原因3、误差产生的主要原因、误差产生的主要原因误差的具体来源误差的具体来源阶段阶段误差来源误差来源数据采集数据采集 实测实测误差，误差，地图制图地图制图误差（制作地图的每一过程都有误误差（制作地图的每一过程都有误差），航