安师大地理信息系统原理课件03空间数据的处理

第三章空间数据的处理第一节空间数据的坐标变换第二节空间数据结构的转换第三节多源空间数据的融合第四节空间数据的压缩与综合第五节空间数据的内插方法第六节图幅数据边沿匹配处理数据变换：从一种数学状态到另一种数学状态的变换，包括：几何纠正、投影转换和辐射纠正。以解决空间数据的几何配准。数据重构：数据从一种格式到另一种格式的转换。包括：结构转换、格式变换和类型替换等。以解决空间数据在结构、格式和类型上的统一，实现多源和异构数据的联结与融合。数据提取：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，以解决用户对数据的特定需求。第一节空间数据的坐标变换

坐标变换1、坐标变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变换。2、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、二次变换和高次变换等。平移变换

0yxP（x，y）P′(x′，y′)xyx′=x+Δx′y′=y+Δy′旋转变换

yP（x，y）0xθP′(x′，y′)x′=x•cosθ-y

•sinθy′=x•sinθ+y•cosθx′=x0+(x-x0)cosθ-(y-y0)

•sinθy′=y0+(x-x0)

sinθ+(y-y0)

cosθ比例变换（图形缩放）

点可以通过对其P（x，y）坐标分别乘以各自的比例因子Sx和Sy来改变它们到坐标原点的距离。

x′=x·Sxy′=y·Syx′=x0+(x-x0)·Sx

y′=y0+(y-y0)

·Sy仿射变换αYOXO’xya0b0X=a0+(m1cosα)x+(m2sinα)yy=b0-(m1sinα)x+(m2cosα)yX=a0+a1x+a2yy=b0+b1x+b2y得到系数令最小二乘法地图投影变换

当系统使用的数据来自不同地图投影的图幅时，需要将一种投影的数字化数据转换为所需要投影的坐标数据地图投影变换正解变换反解变换数值变换通过建立两个投影的解析关系式，直接把一种投影坐标(x,y)变换成另一种投影的坐标(X,Y)地图投影变换

当系统使用的数据来自不同地图投影的图幅时，需要将一种投影的数字化数据转换为所需要投影的坐标数据地图投影变换正解变换反解变换数值变换由一种投影的坐标(x,y)反解出地理坐标（λ,φ)，然后再将地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)地图投影变换

当系统使用的数据来自不同地图投影的图幅时，需要将一种投影的数字化数据转换为所需要投影的坐标数据地图投影变换正解变换反解变换数值变换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地图投影转换等面积伪圆锥投影斜轴等面积方位投影第二节空间数据的结构转换1、空间数据结构：矢量结构和栅格结构数据采集采用矢量数据结构，有利于保证空间实体的几何精度和拓扑特性的描述；空间分析主要采用栅格数据结构，有利于加快系统数据的运行速度和分析应用的进程。2、空间数据的结构转换1）矢量转栅格（点，线与面）点的转换－简单的坐标转换，把坐标点转换成行号和列号即可。线（弧段）的转换－按解析几何中的两点式直线方程，根据栅格精度要求，在每两坐标之间插入一系列栅格单元，每个坐标点转换为行列坐标。方法：可以分为－数据管理和转换计算两个步骤转换计算－DDA法（数字微分分析方法）Bresenham法（根据直线斜率构成的误差项的符号，确定下一列坐标递增值）BAG（x1,y1）（xi,yj）（xi+1,yj+1）C1C2（x2,y2）（x3,y3）矢量数据向栅格数据转换点的变换

矢量数据向栅格数据转换矢量线段的变换矢量数据向栅格数据转换多边形数据的转换

(边界代数算法、内部点扩散法、射线算法）内部点扩散法、扫描法、边界填充法内部扩散法扫描法边界填充法矢量数据向栅格数据转换边界代数算法

栅格数据向矢量数据转换二值化

栅格数据向矢量数据转换细化（剥皮法、骨架法）

栅格数据向矢量数据转换跟踪

栅格矢量化举例（栅格数据）栅格矢量化得到的弧段数据弧段数据自动生成多边形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。(1)结合的必要性(2)结合的途径发展标准的空间数据交换格式建立能综合处理矢量数据与栅格数据的GISGIS软件与遥感图像处理系统之间建立接口DEM与RS2、不同格式数据的融合空间数据格式主要有：ESRI公司：ARC/INFOCoverage、ARCShapeFiles、E00；Autodesk公司：.DXF,.DWG格式；

Mapinfo公司：.MIF格式；Intergraph公司：.DGN格式等。1）基于转换器的数据融合Mapinfo的Tab→（E00或DXF）→ARC/INFOCoverage

中间文件2）基于数据标准的数据融合ARC/INFO的SDTSIMPORT和SDTSEXPORT模块等。3）基于公共接口的数据融合数据客户通过公共接口，发出请求，由数据服务器提供空间数据。4）基于直接访问的数据融合常用软件的空间数据格式

矢量交换格式文件栅格ARC/INFOCoverageE00GridARCVIEWShapeGridMapinfoTabMif

AutoCADDWGDxfMapGIS.wt.wl.wpMicrostationDGN常用软件的数据转换Arc/Info与ArcViewArc：arcshapeArc：shapearcArc/Info与AutoCADArc：DXFarcArc：ArcDXFArc/Info与MicrostationArc：IGDSArcArc：ArcIGDSArc/Info与MapinfoArc：MifArc第四节压缩与综合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-普克法(Douglas-Peucker)；Li-openshaw的自然综合法则法；垂距法2）面域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3、空间数据的综合空间数据的综合是针对存贮在GIS数据库中的数据因属性数据的重新分类而进行的操作；空间数据的综合内容包括相同属性的删除和相同属性公共边界线的删除等。1）数据属性的重新分类2）空间图形的化简3）图形特征的内插35

数据压缩与概化数据压缩简化数据记录节约存储量数据概化比例尺变换精度减少矢量：更少的点、线、面栅格：重采样（小格网到大格网）36

地图综合（矢量数据概化）37

栅格数据重采样1MMU=1公顷1MMU=9公顷MMU：最小制图单位38

误差探测与编辑空间数据一般错误多边形不闭合裂缝交叉属性错误等等39

误差修正一般过程设定容许值连接接点重建拓扑关系

容许范围40

边界匹配不同图幅的连接自动、手工41

图象纠正纠正原因地图变形(均匀变形、非均匀变形）数字化中的位置移动遥感影像本身存在几何变形投影方式不同分幅扫描实质建立纠正图象与标准地图的一一对应关系变换方法精确方法：仿射变换、双线性变换、平方变换、立方变换等近似方法：橡皮板变换纠正步骤纠正点—数据采集—函数建立—逐点或网格纠正

第五节空间数据的内插方法点的内插点的内插是研究具有连续变化特征现象（如地形、气温、气压等）的数值内插方法；点的内插方法可以采用：移动拟合法；局部函数法；克里格（Kriging）内插法。区域的内插区域的内插是研究根据一组分区的已知数据来推求同一地区另一组分区未知数据的内插方法；区域的内插方法可以采用：叠置法；比重法。克里格（Kriging）内插法举例高程数据设置参数插值结果三维显示第六节图幅数据边沿匹配处理图幅数据边沿匹配的概念图幅数据边沿匹配的任务识别和检索相邻图幅的数据；相邻图幅边界点