空间数据采集与处理

1当前第1页\共有119页\编于星期五\7点3.1概述

空间数据采集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、遥感数据处理以及数字测量等，其中已有地图的数字化录入，是目前被广泛采用的手段，也是录入的主体。空间数据的录入方式主要有两种：手扶跟踪数字化和扫描矢量化。2当前第2页\共有119页\编于星期五\7点手扶跟踪数字化仪有效区域标示器操作平台接口标示器支架3当前第3页\共有119页\编于星期五\7点4当前第4页\共有119页\编于星期五\7点平台式扫描仪内部结构滚筒式扫描仪内部结构

数字化扫描仪5当前第5页\共有119页\编于星期五\7点1.数据采集在GIS中的地位汽油数据3.1.1空间数据采集的任务6当前第6页\共有119页\编于星期五\7点2.数据采集任务将现有的地图、外业观测成果、航空像片、遥感图片数据、文本资料等转换成GIS可以接受的数字形式。数据库入库之前进行验证、修改、编辑等处理，保证数据在内容和逻辑上的一致性。不同的数据来源要用到不同的设备和方法。数据的转换装载数据处理：几何纠正、图幅拼接、拓扑生成等7当前第7页\共有119页\编于星期五\7点3.1.2数据源种类

图形图像数据：地图工程图规划图照片航空与遥感影像等文字数据：调查报告文件统计数据实验数据野外调查的原始记录等图形图像数据文字数据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已建各种数据库GIS数据8当前第8页\共有119页\编于星期五\7点1.数据源种类目前各种类型的地图是重要的信息源。这不仅是因为地图的内容直观与丰富，而且是由于在地理信息系统诞生以前，地图是表示空间与非空间信息强有力的手段，从某种意义上说，一册完备的专题地图集是一个很好的人工操作地理信息系统。遥感影像是地理信息系统中一个极其重要的数据源，它至少具有下列一些特点：①能取得大面积、综合的信息；②速度快；③降低数据储存冗余和不连续性；④能提供各类专题所需要的信息。9当前第9页\共有119页\编于星期五\7点

文字数据主要用来描述空间对象的属性，比如人口数据、经济数据、土壤成份、环境数据；确定应用哪些类型的数据是由系统的功能所确定的，例如要建立一个土地的适宜性和承载力的信息系统，所需要的数据有地形、土壤类型、降雨、地下水位、运输条件等。10当前第10页\共有119页\编于星期五\7点2空间数据采集流程

数据入库图像数字信息地图要素像片资料磁带机测量数据及属性电子数据记录器跟踪扫描数字化仪和扫描仪键盘摄像机编辑、接边、分层、图形与属性连接、注记标注文本统计信息现实世界图4-7GIS数据采集流程图

11当前第11页\共有119页\编于星期五\7点3空间数据采集方法

1.地图数字化

1）手工输入图形数据

2）手扶跟踪数字化仪输入

3）扫描数字化2.野外实地采集（测量与GPS）3.摄影测量

4.遥感图像解译12当前第12页\共有119页\编于星期五\7点

mapinfo扫描数字化的过程1）地图扫描2）在mapinfo中打开地图3）配准4）建立新图层5）跟踪数字化13当前第13页\共有119页\编于星期五\7点ScanningFlatbedDrumDPIFilesizeSource:[Clarke,2001]14当前第14页\共有119页\编于星期五\7点ScanningexampleThissectionofmapwasscanned,resultinginafileinTIFformatthatwasbytesinsize.Thiswasafileofcolorintensitiesbetween0and255forred,green,andblueineachofthreelayersspacedonagrid0.25millimeterapart.Howmuchdatawouldbenecessarytocapturethefeaturesonyourmapasvectors?Woulditbemoreorlessthanthegrid(raster)file?-15x15cm(3.6x3.6km)-gridis0.25mm-groundequivalentis6m-600x600pixels-onebytepercolor(0-255)-1.08MB15当前第15页\共有119页\编于星期五\7点1.4属性数据采集属性数据即空间实体的特征数据，一般包括名称、等级、类型、数量、代码等多种形式。

属性数据的内容直接可记录在栅格或矢量数据文件中，也可单独输入属性数据库存储为属性文件，通过标示码与图形数据相联。

16当前第16页\共有119页\编于星期五\7点

第2节空间数据编辑为什么要编辑？（数据存在问题）

2.1矢量数据编辑

2.2属性数据编辑

2.3栅格数据编辑

17当前第17页\共有119页\编于星期五\7点

第2节空间数据编辑2.1矢量数据编辑

多边形不封闭悬挂欠交伪结点碎屑多边形结点不重合不合理多边形图4-15数字化几种误差示例矢量数据编辑指对地图资料数字化后的数据进行编辑加工，其主要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。18当前第18页\共有119页\编于星期五\7点

第2节空间数据编辑2.1矢量数据编辑

编辑检查内容主要包括：

1.结点编辑

1）结点吻合(Snap)2）结点与线的吻合

3）清除假结点（伪结点）图4-16结点与线吻合AB图4-17伪结点的清除

19当前第19页\共有119页\编于星期五\7点

第2节空间数据编辑2.1矢量数据编辑

编辑检查内容主要包括：

1.结点编辑

2.线段编辑

3.多边形编辑

包括多边形边线自动闭合、多边形合并、自动添加遗漏的标识点等。曲线光滑分割线段添加结点20当前第20页\共有119页\编于星期五\7点

第2节空间数据编辑2.2属性数据编辑常见错误

属性项名称、类型、宽度、格式定义存在问题；属性与图形连接对应关系不正确；属性值的类型、值域与定义不一致、属性赋值错误等。2.属性数据编辑功能属性数据一般采用关系数据库表结构存储管理。在关系数据库中增加、删除、修改数据文件或记录；检查属性项存在的问题；建立属性与空间数据的连接与关联，通过图形可以对属性进行修改。

21当前第21页\共有119页\编于星期五\7点

第2节空间数据编辑2.3栅格数据编辑栅格数据编辑用于处理以栅格结构表示的数据，如DEM数据、遥感影像、数字栅格地图等。栅格数据编辑的主要方式：图像剪切、拷贝、粘贴、旋转、漫游、区域填充、增加几何图形、去除各种图像噪声、提供喷枪、刷子、橡皮等工具。

22当前第22页\共有119页\编于星期五\7点

第3节空间数据监理3.1数据质量评价的主要内容

3.2数据质量控制的主要方法

3.3数据生产各阶段的质量控制3.4空间数据拓扑检查23当前第23页\共有119页\编于星期五\7点

第3节空间数据监理3.1数据质量评价的主要内容

GIS数据质量包含五个方面：（1）位置精度：如数学基础、平面精度、高程精度等，用以描述空间数据的质量。（2）属性精度：如要素分类的正确性、属性编码的正确性、注记的正确性等，用以反映属性数据的质量。（3）逻辑一致性：如多边形的闭合精度、结点匹配精度、拓扑关系的正确性等。（4）完备性：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、注记的完整性等。（5）现势性：如数据的采集时间、数据的更新时间等。24当前第24页\共有119页\编于星期五\7点

第3节空间数据监理3.2数据质量控制的主要方法

空间数据质量控制常见的方法有：

1.传统的手工方法25当前第25页\共有119页\编于星期五\7点26当前第26页\共有119页\编于星期五\7点

第3节空间数据监理3.2数据质量控制的主要方法

空间数据质量控制常见的方法有：

2.元数据方法跟踪元数据的变化情况

3.地理相关法山脊线、山谷线在等高线中的位置27当前第27页\共有119页\编于星期五\7点

第3节空间数据监理3.3数据生产各阶段的质量控制1.数据源的选择（1）数据源的误差范围不能大于系统对数据误差的允许范围。（2）地图数据源最好采用最新的底图，即采用以变形较小的薄膜片为材料制作的分版图，以降低输入源图的复杂性和可能的变形误差。（3）尽可能减少数据处理的中间环节。28当前第28页\共有119页\编于星期五\7点

第3节空间数据监理3.3数据生产各阶段的质量控制1.数据源的选择2.数字化过程的数据质量控制（1）数据预处理（2）数字化设备的选用（3）数字化对点精度(准确性)

（4）数字化限差（5）数据的精度检查29当前第29页\共有119页\编于星期五\7点

第3节空间数据监理3.3数据生产各阶段的质量控制1.数据源的选择2.数字化过程的数据质量控制3.空间数据处理分析中的质量控制（1）计算误差（2）数据转换误差（3）拓扑叠加分析误差

30当前第30页\共有119页\编于星期五\7点点线拓扑关系的自动建立a1a2

N1N2N3N4a3(b)a1a2

N1N2N3(a)a1a2

N1N2N3N4a3a4(c)结点-弧段表Oid起结点终结点a1a2N1N2N2N3Oid弧段号N1N2N3a1a1,a2a2弧段-结点表1）在图形采集和编辑中实时建立Oid起结点终结点a1a2a3N1N2N2N2N3N4Oid弧段号N1N2N3N4a1a1,a2,a3a2a3Oid起结点终结点a1a2a3a4N1N2N2N4N2N3N4N3Oid弧段号N1N2N3N4a1a1,a2,a3a2,a4a3,a42）、在图形采集和编辑之后自动建立，其基本原理与前类似。3.3数据生产各阶段的质量控制4.空间数据拓扑检查31当前第31页\共有119页\编于星期五\7点

第3节空间数据监理3.4空间数据拓扑检查下面以ArcGIS为例说明空间数据拓扑检查的方法。

1.共享结点的移动图4-19共享结点的移动2.共享边线的移动图4-20共享边线的移动32当前第32页\共有119页\编于星期五\7点

第3节空间数据监理3.4空间数据拓扑检查下面以ArcGIS为例说明空间数据拓扑检查的方法。

3.共享边线的编辑

1）共享边线变形

2）修改共享边线

3）生成共享多边形图4-21共享边线变形图4-22共享边线修改图4-23共享多边形生成33当前第33页\共有119页\编于星期五\7点

第4节空间数据格式转换4.1空间数据格式转换的方法4.2常见数据的格式转换34当前第34页\共有119页\编于星期五\7点

第4节空间数据格式转换4.1空间数据格式转换的方法空间数据多样化：多源性多语义性多时空性多尺度性存储格式的不同数据模型与数据结构的差异为了数据共享和系统集成，需要将其他格式的数据经过专门的数据转换程序进行转换，变成本系统的数据格式。35当前第35页\共有119页\编于星期五\7点

第4节空间数据格式转换4.1空间数据格式转换的方法交换格式数据源1分析处理器数据转换器属性数据库数据字典图形数据库用户1用户2用户n…交换格式数据源k交换格式…交换格式数据源2图4-24数据格式转换过程36当前第36页\共有119页\编于星期五\7点

第4节空间数据格式转换4.1空间数据格式转换的方法1、基于不同软件的数据格式2、统一的空间数据格式规范3、基于公共接口的GIS互操作模式4、基于直接访问的数据融合37当前第37页\共有119页\编于星期五\7点

第4节空间数据格式转换4.1空间数据格式转换的方法1、基于不同软件的数据格式该方法存在的主要问题是：◆过程复杂，次数频繁，存在信息丢失现象；◆系统内部的数据格式需要公开，但转换技术不公开；◆不能实现系统之间数据处理和分析方法的共享。

如：Tab（MapInfo）E00或DXFCoverage（Arc/Info）38当前第38页\共有119页\编于星期五\7点

第4节空间数据格式转换4.1空间数据格式转换的方法2、统一的空间数据格式规范美国国家空间数据协会(NSDI)制定了统一的空间数据格式规范SDTS(即spatialdatatransformationstandard)。格式内容：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数据格式的转换标准。特点：转换次数少、系统内部的数据格式不需公开，但转换技术需要公开。直接读取39当前第39页\共有119页\编于星期五\7点

第4节空间数据格式转换4.1空间数据格式转换的方法2、统一的空间数据格式规范我国国家技术监督局1999年8月2日发布了“中华人民共和国国家标准地球空间数据交换格式”（简称CNSDTF）。格式内容包括六大部分：文件头、要素类型说明、属性结构说明、图形数据、注记数据、属性数据。特点：比较完备、简单易懂；基本上包括了当前GIS数据体系中的所有信息，对我国NSDI的建设和地理信息的充分利用和共享将产生积极的推动作用。40当前第40页\共有119页\编于星期五\7点

第4节空间数据格式转换4.1空间数据格式转换的方法3、基于公共接口的GIS互操作模式

OGC（OpenGISConsortium）为数据互操作制定了统一的规范。但目前还不成熟。特点：公共接口独立于具体平台，转换技术高度抽象，数据格式不需公开。数据互操作代表着数据共享技术的发展方向。

各软件可以有自己的数据格式，但对外遵守并达成一个统一的标准。根据标准，开发一个公共接口，通过该接口，各软件可相互直接读取数据。41当前第41页\共有119页\编于星期五\7点

第4节空间数据格式转换4.1空间数据格式转换的方法4、基于直接访问的数据融合实现对其他软件数据格式的直接访问，用户可以使用单个GIS软件存取多种数据格式。如Intergraph的Geomedia。问题：1.又来一种新的格式怎么办？

2.所有软件都这么做，累不累？42当前第42页\共有119页\编于星期五\7点

第4节空间数据格式转换4.2常见数据的格式转换1.CAD转MapInfo数据2.CAD转ArcGIS数据3.数据格式转换中的问题投影设置坐标转换属性转入CAD图(*.dwg)AutoCADR12/13（*.dxf)MapInfo(*.TAB)

ArcToolBox

ConversionTools

ToGeodatabaseImportfromCAD，可将DWG文件转换为FileGeodatabase。

CAD多注重于制图表达，转换后需进行对应的数据处理。这些问题绝大部分可采用编程来解决。43当前第43页\共有119页\编于星期五\7点第5节空间数据结构转换44当前第44页\共有119页\编于星期五\7点

各有优缺点，适合与完成不同的功能，因此需进行相互转换。矢量数据的基本坐标是直角坐标x，y，其坐标原点一般取图的左下方。网格数据的基本坐标是行和列(i，j)，其坐标原点一般取图的左上角。两种数据变换时，令直角坐标x和y分别与行和列平行。由于矢量数据的基本要素是点、线、面，因而只要实现点、线、面的转换，各种线划图形的相互转换问题就解决了。矢量数据栅格数据45当前第45页\共有119页\编于星期五\7点第5节空间数据结构转换

在实际应用中，可根据具体情况选择数据结构，主要依据有：（1）可获取的数据（2）定位要素的必要精度系统本身要求的精度较高，则尽量采用矢量数据格式。（3）需要什么类型的拓扑关联（4）所需空间分析类型例如缓冲区分析一般采用矢量数据结构，而空间叠加分析则选用栅格数据结构。（5）生产地图类型46当前第46页\共有119页\编于星期五\7点

第5节空间数据结构转换5.1矢量数据向栅格数据转换5.2栅格数据向矢量数据转换47当前第47页\共有119页\编于星期五\7点

第5节空间数据结构转换5.1矢量数据向栅格数据转换1、栅格单元大小的确定栅格单元的大小为为dx和dy，设xmax、xmin和ymax、ymin分别表示全图X坐标和Y坐标的最大值与最小值，NI、NJ表示全图格网的行数和列数，它们之间的关系为：48当前第48页\共有119页\编于星期五\7点

第5节空间数据结构转换2、点的转换

点的转换十分简单，只要这个点(X,Y)落在哪个网格中就属于哪个网格元素，行列坐标（I,J）可由下式计算：图4-26中点A矢量坐标为（4.3，8.2），Xmin，Ymin为（0.5,3.1），则按照公式点转换为栅格为I=5，J=3，即位于第五行，第三列。dx765432176543210YXmin,YmindyXOA图4-26矢量点的转换49当前第49页\共有119页\编于星期五\7点

第5节空间数据结构转换3、矢量线的栅格化

GIS的线实体是由顺序连接一组坐标点形成的折线段来表达的，线的栅格化可以分解成对组成的每一个线段的栅格化。首先栅格化两个端点A、B，再栅格化中间部分，即找出该线段所经过的网格。设A坐标为(x1，y1)，B坐标为(x2，y2)，栅格化后的单元行列值分别为（I1，J1）和（I2，J2）则行差，列差为。需要分两种情况来处理：行差小于列差、列差小于行差。50当前第50页\共有119页\编于星期五\7点第5节空间数据结构转换3、矢量线的栅格化1）行差小于列差a、算出两端点列数b、平行于Y轴做每一列的中心线，称为扫描线，求每条扫描线与线段的交点，交点坐标为：

c、求出的每一个交点坐标按点转换方法转换为行列号，只需求出行值即可。

112121)(yxxyyxxyxxm+---==51当前第51页\共有119页\编于星期五\7点第5节空间数据结构转换3、矢量线的栅格化2）列差小于行差a、计算出两端点的行数b、平行于Y轴做每一行的中心线，称为扫描线，求每条扫描线与线段的交点，交点坐标为：c、求出的每一个交点坐标按点转换方法转换为行列号，只需求出列值即可。

112121)(xyyxxyyxyym+---==52当前第52页\共有119页\编于星期五\7点

第5节空间数据结构转换5.1矢量数据向栅格数据转换4、面（多边形）的栅格化

面的栅格化又称多边形填充或区域填充，就是在矢量表示的多边形内部的所有栅格点上赋以相应的多边形代码，形成栅格阵列。具体可以采用:

边界代数算法、内部点扩散算法、包含检验法等方法。53当前第53页\共有119页\编于星期五\7点

第5节空间数据结构转换4、面（多边形）的栅格化1）边界代数法边界代数算法是一种基于积分思想的矢量格式向栅格转换算法，它适合于记录拓扑关系的矢量数据结构向栅格格式转换。

54当前第54页\共有119页\编于星期五\7点5.1矢量数据向栅格数据转换4、面（多边形）的栅格化1）边界代数法具体方法：

每幅地图的全部具有左右多边形编号的边界弧段，不属于任何多边形的区域看成一个边界为0的特殊区域，按弧段前进方向分为左右多边形，沿其前进的方向逐个搜索，“左加右减”，加减的值为左多边形(L)编号减右多边形(R)编号（判断左右多边形的依据为按照弧段的前进方向）。当边界搜索完毕则完成了多边形的转换。55当前第55页\共有119页\编于星期五\7点4、面（多边形）的栅格化1）边界代数法单个多边形转换：(a)矢量图(b)第1次变换(c)第2次变换(d)第3次变换56当前第56页\共有119页\编于星期五\7点4、面（多边形）的栅格化1）边界代数法多个多边形转换：(a)矢量图（c）第2次变换（b）第1次变换57当前第57页\共有119页\编于星期五\7点4、面（多边形）的栅格化1）边界代数法多个多边形转换：(a)矢量图(d)第3次变换（c）第2次变换58当前第58页\共有119页\编于星期五\7点5.1矢量数据向栅格数据转换4、面（多边形）的栅格化1）边界代数法多个多边形转换：(a)矢量图(e)第4次变换(d)第3次变换59当前第59页\共有119页\编于星期五\7点5.1矢量数据向栅格数据转换4、面（多边形）的栅格化1）边界代数法多个多边形转换：(a)矢量图(e)第4次变换(f)第5次变换60当前第60页\共有119页\编于星期五\7点4、面（多边形）的栅格化1）边界代数法特点：边界代数法与其他算法的不同之处，在于它不是逐点判断与边界的关系完成转换，而是根据边界的拓扑信息，通过简单的加减代数运算将边界位置信息动态地赋给各栅格点，实现了矢量格式到栅格格式的高速转换，而不需要考虑边界与搜索轨迹之间的关系，因此算法简单、可靠性好，各边界弧段只被搜索一次，避免了重复计算。但是这并不意味着边界代数法可以完全替代其它算法，在某些场合下，还是要采用其它算法。

61当前第61页\共有119页\编于星期五\7点5.1矢量数据向栅格数据转换4、面（多边形）的栅格化2）内部点扩散算法该算法由每个多边形一个内部点（种子点）开始，向其4个或8个方向的邻点扩散，判断各个新加入点是否在多边形边界上，如果是边界点，则新加入点不作为种子点，否则把非边界点的邻点作为新的种子点一起进行新的扩散运算，并该种子点赋予多边形的编号。重复上述过程，直到所有种子点填满该多边形并遇到边界为止。（如图4-31）

33330003300033003333图4-31内部点扩散算法（边界线的栅格化）62当前第62页\共有119页\编于星期五\7点5.1矢量数据向栅格数据转换4、面（多边形）的栅格化2）内部点扩散算法特点：扩散算法程序设计比较复杂，需要在栅格阵列中进行搜索，占用内存很大。在一定栅格精度上，如果复杂图形的同一多边形的两条边界落在同一个或相邻的两个栅格内，会造成多边形不连通，则一个种子点不能完成整个多边形的填充。63当前第63页\共有119页\编于星期五\7点5.1矢量数据向栅格数据转换4、面（多边形）的栅格化3）包含检验法——铅垂线法由任一待判的P向下作与Y轴平行的射线（称为铅垂线），计算该射线与多边形交点的个数，若为偶数，则待判点在多边形外，若为奇数，则待判点在多边形内。OXABCDEFPOXABCDEFP图4-33包含检验法64当前第64页\共有119页\编于星期五\7点5.1矢量数据向栅格数据转换4、面（多边形）的栅格化3）包含检验法——铅垂线法须注意：有一些特殊情况会影响交点的个数（相切、重合、不连通），必须予以排除。图4-34判断交点个数的特殊情况65当前第65页\共有119页\编于星期五\7点第5节空间数据结构转换5.2栅格数据向矢量数据转换1)二值化

扫描图是以不同灰度值(0-255)表示的数据。二值化即某网格点要么表示地物，要么不表示某地物。具体方法即确定一个灰度阈值，灰度大于阈值的网格点赋1，其余赋0（背景值），从而生成二值图。阈值取得越小，数据量越大，以后细化等工作量也越大。阈值过小，有时甚至还会提取一些错误信息，一连线段中有可能会出现断点等。所以应注意选取合适的阈值，对于一幅特定的图象，甚至需尝试不同的阈值。栅格数据可来源于扫描、遥感分类图象等。现以黑白扫描图像为例，介绍具体的转换步骤如下：66当前第66页\共有119页\编于星期五\7点5.2栅格数据向矢量数据转换1)二值化图4-34栅格图二值化67当前第67页\共有119页\编于星期五\7点5.2栅格数据向矢量数据转换2)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横轴线的单个栅格的宽度。栅格线划的细化方法，可分为“剥皮法”和“骨架化”。

68当前第68页\共有119页\编于星期五\7点2)细化---“剥皮法”“剥皮法”的实质是从曲线的边缘开始，每次剥样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。这一方法的最关键的技术是在剥皮过程中，不允许剥去会导致曲线不连通的栅格。考察3*3网格组合，共有28种排列－－考虑旋转后的相似性，共有51种（如图）。为了保持连通性，只有2，3，4，5，10，11，12，16，20，21，24，28，33，34，35，38，42，43，46，可将中心网格去除。69当前第69页\共有119页\编于星期五\7点5.2栅格数据向矢量数据转换细化后的二值图像形成了骨架图，追踪就是把骨架转换为矢量图形的坐标序列。基本步骤：（1）从左向右，从上向下搜索线划起始点，并记下坐标。（2）朝该点的8个方向追踪点，若没有，则本条线的追踪结束，转(1)进行下条线的追踪；否则记下坐标。（3）把搜索点移到新取的点上，进行步骤（2）。3)跟踪70当前第70页\共有119页\编于星期五\7点5.2栅格数据向矢量数据转换图4-37跟踪过程3)跟踪71当前第71页\共有119页\编于星期五\7点5.2栅格数据向矢量数据转换4)压缩经过转换后的数据结果，需要经过压缩后存储在数据库中，具体压缩方法见本章第6节。

72当前第72页\共有119页\编于星期五\7点第6节空间数据的压缩与重分类6.1空间数据压缩6.2空间数据重分类73当前第73页\共有119页\编于星期五\7点第6节空间数据的压缩与重分类问题的提出空间数据压缩的概念即从所取得的数据集合S中抽出一个子集A，这个子集作为一个新的信息源，在规定的程度范围内最好地逼近原集合，而且具有最大的压缩比a，其中：式中：m为曲线的原点数；n为曲线经压缩后的点数。a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，又与压缩技术本身有关。

6.1空间数据压缩74当前第74页\共有119页\编于星期五\7点第6节空间数据的压缩与重分类6.1空间数据压缩空间数据压缩的方法

1、垂距法

2、光栏法

3、道格拉斯--普克（Douglas-Peucker）法75当前第75页\共有119页\编于星期五\7点6.1空间数据压缩空间数据压缩的方法

1、垂距法该方法的原理为利用三点中的中间点到前后两点连线的垂距是否满足或超过限差来判别该点是保留还是删除，如下图所示，该法的优点是算法简单、速度快，但其缺陷是易删去特征点。76当前第76页\共有119页\编于星期五\7点6.1空间数据压缩1）连接p1和p2点，过p2点作垂直于p1,p2的直线，在该垂线上取两点a1和a2，使a1p2=a2p2=d/2，此时a1和a2为光栏边界点，p1与a1、p1与a2的连线为以p1为顶点的扇形的两条边，这就定义了一个扇形。

设曲线上的点列为｛pi｝，i＝1，2，…，n，光栏口经为d，d可根据压缩比的大小自己定义，光栏法的实施步骤可描述为：光栏法的基本思想：定义一个扇形区域，通过判断曲线上的点在扇形外还是在扇形内，确定保留还是舍去。空间数据压缩的方法

2、光栏法77当前第77页\共有119页\编于星期五\7点6.1空间数据压缩

2)若p3点在扇形内，则舍去p2点。然后连接p1和p3，过p3作p1p3的垂线，该垂线与前面定义的扇形边交于c1和c2。在垂线上找到b1和b2点，使p3b1＝p3b2＝d／2，若b1或b2点(图4-41中为b2点)落在原扇形外面，则用c1或c2取代(图4-41中由c2取代b2)。此时用p1b1和p1c2定义一个新的扇形，这当然是口径(b1c2)缩小了的“光栏”。

光栏法的实施步骤可描述为：空间数据压缩的方法

2、光栏法78当前第78页\共有119页\编于星期五\7点6.1空间数据压缩

3)检查下一节点，若该点在新扇形内，则重复第(2)步；直到发现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4-41中的p4，此时保留p3点，以p3作为新起点，重复1)～3)步。如此继续下去，直到整个点列检测完为止。所有被保留的节点(含首、末点)，顺序地构成了简化后的新点列。光栏法的实施步骤可描述为：空间数据压缩的方法

2、光栏法79当前第79页\共有119页\编于星期五\7点6.1空间数据压缩3、道格拉斯--普克（Douglas-Peucker）法

Douglas-Peucker法由(DouglasandPeucker,1973)首先提出，其基本思想是由远到近，找与矢量两端点连线的垂足最大的顶点判断其是否满足要求。第6节空间数据的压缩与重分类80当前第80页\共有119页\编于星期五\7点6.1空间数据压缩空间数据压缩的方法

3、道格拉斯--普克（Douglas-Peucker）法其具体做法是如图4-41：1）连接曲线首、末点为直线，直线所涵盖点序称全程；图4-41中连接点1、6，构成一条直线段；2）由全程各点（2、3、4、5）对该直线（1、6）作垂线；3）求各点到垂足的垂距，取垂距最大且大于给定限差的点，该图取点4；4）连接首点与所取点直线（1、4），及末点到所取点直线（6、4）；对此两线分别递归进行（2）、（3）、（4）步骤，直至再取不到点。在进行操作前需先确定临界值。图4-41

D-P方法示意图81当前第81页\共有119页\编于星期五\7点6.1空间数据压缩3、道格拉斯--普克（Douglas-Peucker）法

ArcMap中的D-P算法效果示意图如图4-42所示。第6节空间数据的压缩与重分类4-42

ArcMap中D-P算法示意图82当前第82页\共有119页\编于星期五\7点ExampleofDouglas-PeuckeralgorithmAteachstage:Original13points,aftersimplification6points.83当前第83页\共有119页\编于星期五\7点ExampleofDouglas-PeuckeralgorithmThreshold:5metersBlacksolid:originallines;Reddash:aftersimplificationThreshold:10meters84当前第84页\共有119页\编于星期五\7点6.1空间数据压缩空间数据压缩的方法总结：大多数情况下道格拉斯—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行，且计算量较大；光栏法可在数字化时实时处理，每次判断下一个数字化的点，计算量较小；垂距法算法简单，速度快，但有时会将曲线的弯曲极值点p值去掉而失真。第6节空间数据的压缩与重分类85当前第85页\共有119页\编于星期五\7点第6节空间数据的压缩与重分类6.2空间数据重分类概念：空间数据的重分类是针对存贮在GIS数据库中的数据因属性数据的重新分类而进行的操作，包括相同属性值的删除和相同属性公共边界线的删除等。黄砂土石质土黑砂土淀砂土灰泥土老红土棕红壤板浆白土(a)原始属性数据BAAABCCB(b)重新分类的属性数据AAABBCCB(c)邻接线段删除数据ABC(d)属性压缩数据图4-43土壤类型综合示意图86当前第86页\共有119页\编于星期五\7点第7节空间数据内插问题提出空间数据内插的概念这种通过已知点或分区的数据，推求任意点或分区数据的方法称为空间数据的内插。

空间数据内插方法

整体内插方法、局部分块内插方法、逐点内插已知一组空间数据函数关系研究区域内任意点或任意区域的空间数据87当前第87页\共有119页\编于星期五\7点第7节空间数据内插7.1整体内插方法7.2局部分块内插7.3逐点内插88当前第88页\共有119页\编于星期五\7点第7节空间数据内插7.1整体内插方法1、概念：由研究区域内所有采样点的数据建立多项式函数，用多项式函数对整个研究区域的表面进行拟合的方法。2、方法：趋势面分析是一种常用的整体内插方法，它是一种多项式回归分析技术。多项式回归的基本思想是用多项式表示线或面，按最小二乘法原理对数据点进行拟合，拟合时假定数据点的空间坐标X、Y为独立变量，而表示特征值的Z坐标为因变量。3、特点：整体内插法是对整个研究区域表面进行拟合，数学拟合较复杂，精度较低，在实际中应用也较少。89当前第89页\共有119页\编于星期五\7点第7节空间数据内插7.2局部分块内插1、概念：局部插值方法是只使用邻近的数据点来估计未知点的值，具体包括以下几个步骤：定义一个邻域或搜索范围，搜索落在此邻域范围的数据点，选择表达这有限格点的空间变化的数学函数；为落在规则格网单元上的数据点赋值。重复这个步骤直到格网上的所有点赋值完毕。

2、方法：线性内插、双线性多项式内插、双三次多项式、克里金内插等。90当前第90页\共有119页\编于星期五\7点第7节空间数据内插7.2局部分块内插1、线性内插原理：用线性曲面方程Zp=a0+a1x+a2y拟合待定点附近的地形面（如图4-45中TIN模型的三角平面可视为线性曲面ABCD为一平面）。将内插点周围的3个数据点的数据值（BCD）带入多项式，即可解算出系数a0、a1、a2。把A点x,y值代入即可求出Z值。图4-45线性内插原理示意图91当前第91页\共有119页\编于星期五\7点解算这三个参数可以根据下式进行计算：注意:当三个参考点所构成的几何形状趋近于一条直线时，这种解算会出现不稳定解，因此宜采用双线性内插方法。92当前第92页\共有119页\编于星期五\7点第7节空间数据内插7.2局部分块内插2、双线性插值PADBCLdYdX原理：用曲面方程拟合待定点附近的地形面。即认为待定点附近的地形面的高程Zp在x轴方向呈线性变化，同时在y轴方向上也呈线性变化。如图4-47所示，可用待定点附近的4个数据点来计算双线性曲面函数的待定系数，再根据曲面函数计算待定点的高程值。当数据是按正方形格网点布置时：93当前第93页\共有119页\编于星期五\7点第7节空间数据内插7.2局部分块内插3、克里金插值

1）地统计学的基本原理当一个变量呈现为空间分布时，就称之为区域化变量（regionalizedvariable）。它介于完全随机和完全确定的变量之间，它随所在区域位置的改变而连续地变化，因此离得近的点之间有某种程度的空间相似性，而相隔比较远的点之间在统计上看是相互独立的。协方差函数和变异函数是以区域化变量理论为基础建立起来的地统计学的两个最基本的函数。94当前第94页\共有119页\编于星期五\7点7.2局部分块内插3、克里金插值变异函数（variograms）:在一维条件下变异函数定义为，当空间点x在一维x轴上变化时，区域化变量Z(x)在点x和x+h处的值Z(x)与Z(x+h)差的方差的一半为区域化变量Z(x)在x轴方向上的变异函数，记为γ(h)，即

1）地统计学的基本原理协方差函数设X为一个随机变量，若存在，则称其为X的方差。记为。协方差函数的计算公式为：

95当前第95页\共有119页\编于星期五\7点

1）地统计学的基本原理7.2局部分块内插3、克里金插值图4-49图缺失值情况下样本数对的组成和计算过程☉为缺失值空间上有些点，由于某种原因没有采集到。如果没有缺失值，可直接对正方形网格数据结构计算变异函数；在有缺失值的情况下，也可以计算变异函数。只要“跳过”缺失点位置即可。

96当前第96页\共有119页\编于星期五\7点第7节空间数据内插7.2局部分块内插3、克里金插值

2）克里金插值概念：克里金插值（Ｋriginginterpolation)是根据变异函数模型而发展起来的一系列地统计的空间插值方法。其在空间相关范围分析的基础上，用相关范围内的采样点来估计待插点属性值。主要包括：普通克里金法（ordinaryKriging）、简单克里金法（indicatorKriging）、泛克里金法（universalKriging）。97当前第97页\共有119页\编于星期五\7点第7节空间数据内插7.2局部分块内插3、克里金插值

2）克里金插值克里金方法的主要步骤：数据检验与分析，删去明显偏离实际的采样数据点。数据预处理。绘制方差图，了解空间变量的集聚范围与方向。克里金插值估计。

98当前第98页\共有119页\编于星期五\7点第7节空间数据内插7.2局部分块内插2）克里金插值克里金方法的第一步是确定适当的m(x)函数，最简单的情况是m(x)等于采样区的平均值，距离矢量h分离的两点x，x+h之间的数学期望等于零：式中z(x),z(x+h)是随机变量z在x,x+h处的值，同时还假设两点之间的方差只与距离h有关99当前第99页\共有119页\编于星期五\7点第7节空间数据内插7.2局部分块内插2）克里金插值

权重的选择应使是无偏估计，且估计的方差

小于观测值的其它线性组合产生的方差。的最小方差为：

只有下式成立时，才可获得

的最小方差：100当前第100页\共有119页\编于星期五\7点高程数据2）克里金插值——应用举例101当前第101页\共有119页\编于星期五\7点设置参数102当前第102页\共有119页\编于星期五\7点插值结果103当前第103页\共有119页\编于星期五\7点三维显示104当前第104页\共有119页\编于星期五\7点第7节空间数据内插7.2局部分块内插

2）克里金插值（1）普通克里金假设在待估计点（x）的临域内共有n个实测点，即x1，x2，…，xn，其样本值为。那么，普通克里金法的插值公式为：105当前第105页\共有119页\编于星期五\7点第7节空间数据内插7.2局部分块内插

2）克里金插值（1）普通克里金

Kriging方法的这个公式和反向距离加权的公式基本相同，只是权重不是一个任意的距离函数，而是基于模型变量图。例如，利用P点周围的三个点P1、P2、P3在P点插值，必须先找到W1、W2、W3。权重可以通过求解联立方程来获得。

106当前第106页\共有119页\编于星期五\7点第7节空间数据内插7.2局部分块内插

2）克里金插值（2）简单克里金插值法和通用克里金插值法

这两种方法和普通克里金方法相似，区别在于没有把W1+W2+W3=1加入方程组，并且权重相加也不等于1。简单克里金是用整个数据集合来平均，而普通克里金采用局部平均（对一个插值点的离散点子集的平均）。因此，简单克里金方法会不如普通克里金精确，但它会产生一个更加平滑的结果。，如果m是已知常数，称为简单克立格法；如果m是未知常数，称为普通克立格法。107当前第107页\共有119页\编于星期五\7点特点：要有合理的插值邻域控制点点数解决内插中权的估算问题。能同时产生与内插值有关的误差估计值一种先进的内插技术，它强烈依赖于统计理论和大量的计算工作，特别是用于制图的克里金内插结果效果更好。缺点：

从数据中清除不稳定性，使其达到与固有假设相同的状