空间数据结构的转换

第2节空间数据结构的转换矢量数据到栅格数据的转换，称为矢量栅格化。许多数据如行政边界、交通干线、土地利用类型、土壤类型等都是用矢量数字化的方法输人计算机或以矢量的方式存在计算机中，表现为点、线、多边形数据。然而，矢量数据直接用于多种数据的复合分析等处理将比较复杂，特别是不同数据要在位置上一一配准。2/6/20231具体转换步骤分如下几步：1准备好矢量数据或矢量地图；2构架一个与地图等大小的格网，选取好适当的格网密度或分辨率，依据范围则可以算出格网的行列数。3根据地图上的点、线、多边形相对这个格网的配置及其属性来确定每一个项元的数值。2/6/20232上述三步中，第三步内容较多，需要专门说明：1、点状对象的栅格化：点的变换十分简单，只要这个点落在哪个网格中就是属于那个网格元素，根据该点状对象的特性赋予该像元属性值。点行、列坐标i，j计算公式：2/6/202332、线状对象的栅格化（一）：假定一线段两端点之间经过若干个网格元素(至少一个)，两端点坐标为(X1，Y1)，(X2，Y2)，则：P82••YX（X1，Y1）（X2，Y2）2/6/20234判断行差和列差是为了确保单一连接：单一连接定义：1、线条不中断，线上每两个像元间必须连接，或邻边连接，或顶角连接。2、任何三个像元不得两两间都相邻。2/6/202353、面的栅格化方法：一、基于弧段数据的栅格化方法：按行或列做中心扫描线求交点栅格坐标的行列值判断交点左右多边形数值交点排序并逐段生成栅格数据特点：计算量较大，算法比较复杂。2/6/202361101111011100001111010012/6/202372/6/20238二、基于多边形的栅格化方法：①、内部点扩散法：由一个内部的种子点，向其四个方向的邻点扩散，判断新加入的点是否在多边形边界上。如果是，不作为种子点；否则当作新的种子点，直到区域填满。算法特点：算法设计复杂，而且可能造成阻塞而使扩散不能完成。2/6/20239②、边界代数法：上减下加特点：算法简单，但对于复杂图形，每一像素可能被访问多次，增加了运算量。2/6/202310③、包含检验法：点在多边形内判断：检验夹角之和射线算法：由待判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，如果相交偶数次，则待判点在该多边形外部，如为奇数次，则待判点在该多边形内部如图所示。

2/6/202311三、栅格到矢量：栅格向矢量转换处理的目的，是为了：1将栅格数据分析的结果，通过矢量绘图装置输出；2数据压缩的需要，将大量的面状栅格数据转换为由少量数据表示的多边形边界；3将自动扫描仪获取的栅格数据加入矢量形式的数据库。2/6/2023121、基于图象数据的矢量化方法图象数据是由不同灰阶的影像或线划，通过自动扫描仪(scanner)，按一定的分辨率进行扫描采样，得到以不同灰度值(0—255)表示的数据。目前扫描仪的分辨率可达0．0125mm，因此对一般粗度(例如0.1mm)的线条，其横断面扫描后平均也有8个像元，而矢量化的要求只能允许横断面保持一个栅格的宽度，因此需要进行从栅格向矢量数据的转换。2/6/202313（a）扫描前的矢量数据（b）扫描得到的灰度值2/6/202314具体转换的步骤：I、二值化线划图形扫描后产生栅格数据，这些数据是按从0—255的不同灰度值量度的，设以G(i，j)表示，为了将这种256级不同的灰阶压缩到2个灰阶，即0和1两级，首先要在最大与最小灰阶之间定义一个阈值，设阈值为T，则如果G(i，j)大于等于T，则记此栅格的值为1，如果G(i，j)小于T，则记此栅格的值为0，得到一幅二值图。2/6/202315根据给定的阈值二值化后得到的栅格数据2/6/202316II、细化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轴线或周围轮廓线(对面状符号而言)位置的单个栅格的宽度。2/6/202317对于栅格线划的“细化”方法，常用“剥皮法”。剥皮法的实质是从曲线的边缘开始，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，即不允许剥去会导致曲线不连通的栅格。2/6/202318这是这一方法的技术关键所在。其解决办法是，借助一个在计算机中存储着的，由待剥栅格为中心的3×3栅格组合图来决定。一个3×3的栅格窗口，其中心栅格有八个邻域，因此组合图有多种不同的排列格式，若将相对位置关系的差异只是转置90、180、270度或互为镜象反射的方法进行归并，则共有51种排列格式。2/6/202319显然，其中只有格式2、3、4、5、10、11、12、16、21、24、28、33、34、35、38、42、43、46和50，可以将中心点剥去。这样，便可确定中间栅格点保留或删除，得到经细化处理后应予保留的栅格系列，并写入数据文件。2/6/202320III、跟踪跟踪的目的是将写入数据文件的细化处理后的栅格数据，整理为从结点出发的线段或闭合的线条，并以矢量形式存储于特征栅格点中心的坐标。

2/6/202321弧段数据自动生成多边形2/6/202322第三节空间数据的融合1、遥感与GIS数据的融合1）遥感图像与DLG图形的融合

丰富的光谱信息、几何信息、行政界线和属性信息，提高可视化效果。2）遥感数据与DEM的融合

有助于遥感影像的几何校正与配准。3）遥感与地图扫描图像的融合发现快速变化的区域，进行自动更新。2/6/2023232、不同格式数据的融合矢量交换格式文件栅格ARC/INFOCoverageE00GridARCVIEWShapeGridMapinfoTabMif

AutoCADDWGDxfMapGIS.wt.wl.wpMicrostationDGN2/6/202324融合方式：基于转换器基于数据标准基于公共接口基于直接访问2/6/202325第四节压缩与重分类1、数据压缩的意义 优化存储空间，减少处理时间2、数据压缩：从所取得的数据集合中抽取一个子集，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。a=m/n≧1式中：m为曲线的原点数；n为曲线经压缩后的点数。1）曲线上点的压缩道格拉斯法(Douglas-Peucker)；2）栅格数据的压缩游程编码法；四叉树编码压缩法。36578M(1)N(2)曲线上点的筛选2/6/202326二空间数据重分类2/6/202327

离散空间：空间具有跳跃特征（土地利用类型），重要变化发生在边界上，边界内的变化则是均匀的，同质的，即在各个方面都是相同的。

连续空间：空间具有渐变特征（地形表面），内插技术必须采用连续的空间渐变模型实现这些连续变化，可用一种平滑的数学表面加以描述。这类技术可分为整体拟合和局部拟合技术两大类。第五节空间数据内插方法

2/6/202328

整体拟合技术:拟合模型是由研究区域内所有采样点上的全部特征观测值建立的。通常采用的技术是整体趋势面拟合。这种内插技术一般用于模拟大范围内的变化。局部拟合技术：是仅仅用邻近的数据点来估计未知点的值，而不受局部范围外其它点的影响。这类技术包括双线性多项式内插、样条函数、移动拟合法等等。2/6/2023291分块内插（1）线性内插（2）双线性多项式内插2逐点内插（1）移动拟合法（2）加权平均法3数据精度分析2/6/202330二区域内插1叠置法2比重法2/6/2023311232/6/202332比重法2/6/202333计算机图形学演示稿纪玉波制作(C)2/6/202334计算机图形学演示稿纪玉波制作(C)第6节空间拓扑关系编辑2/6/202335计算机图形学演示稿纪玉波制作(C)2/6/202336计算机图形学演示稿纪玉波制作(C)作业（2）2/6/202337计算机图形学演示稿纪玉波制作(C)一

比重法可以根据平滑密度函数原理将源区人口统计数据从同质性改变为非同质，其步骤如下： ①

在源区上叠置一张格网 ②

将源区各个分区的平均人口数赋予相应分区的各个格网点。…………. ①、②步结果如图，请对

粗线区

进行平滑计算2/6/202338计算机图形学演示稿纪玉波制作(C)二TIN中某三角形如图所示，其坐标（X，Y，Z）如下：

A（150,160,20）B（150,210,30）

C（180,180,40）P（160,180,?）请用线性内插法计算P点高程Z。2/6/202339计算机图形学演示稿纪玉波制作(C)三图1为源区M和N，其面积与人口密度如表1，图2为目标区U和V，其与M和N的交集面积如表2