矢量数据的获取及处理

24矢量数据的猎取及处理矢量数据及其猎取地图图形实质上是空间点集在二维平面上的投影。无论地图图形多么简洁，都可将其分解为点、线、面三种根本图形元素，其中点是最根本的图形元素。在计算机地图制图中，各地图图形元素在二维平面上的矢量数据表示为：点——用一对x,y坐标表示；线——用一串有序的x,y坐标对表示；面——用一串有序的但首尾坐标一样的x,y坐标对表示其轮廓范围。地图数据与其他大多数由计算机处理的科学数据是极其不同的。地图数据量大，这是第一个特点，例如一幅典型的比例尺为l：25000的地形图，大约需要l～3百万对坐标，才能使获得的数字地图的几何精度到达确定的要求。其次个特点是地图数据具有定位、定性和时间的特性。大局部地图数据都是反映制图现象的地理分布，故具有定位的性质，也称这类地图数据为空间数据〔或几何数据。空间数据可反映点、线和面状物体的定位特性。还有一局部地图数据是用来描述制图现象的质量和数量特征，如哪是河流，哪是道路，哪是居民点以及它们的名称和其他有关的特征描述等，这类数据通常称之为属性数据。任何地图数据都有时间性，即现势性，这是显而易见的。地图数据的来源是多方面的，来源不同，猎取的方法亦各异。几何数据的猎取几何数据是依据给定各要素相对位置或确定位置的坐标来描述的。其猎取的方法主要有：由外业测量获得数字测图。由栅格形式的空间数据转换获得栅格数据，如卫星测地、扫描数字化仪扫描、航摄像片等。可以用此类数据转化为矢量数据。对现有地图跟踪数字化获得将现有的地图图形离散化为数据。属性数据的猎取特征码地图要素是依据各自的位置和属性说明进展编码的，仅有描述空间位置的几何数据是不够的，还必需有描述它们的属性说明。其中用来描述要素类别、级别等分类特征和其他质量特征的数字编码叫特征码，它是地图要素属性数据的主要局部。其作用是反映地图要素的分类分级系统，同时也便于按特定的内容提取、合并和更，因此特征码表的编制应依据原图内容和编图的要求设计。一般地，对地图要素进展分类编码时应遵循以下原则：①科学性和系统性，即以适合计算机和数据库技术应用和治理为目标，按国土根底信息的属性或特征进展严格的科学分类，形成系统的分类体系；②相对稳定性，即分类体系以各种地图要素最稳定的属性或特征为根底，能在较长时间里不发生重大变更；③不受地图比例尺的限制，即同一地图要素在不同比例尺的地图数据库中有全都的分类代码，虽然分类不愿定与多种比例尺地形图—一对应，但分类码要掩盖各种比例尺的地图符号，即每类地图符号都应具有相应的代码；4.1特征码制图要素名称6境地61000行政区划界61010国界61011界桩、界碑61012同号双立的界碑61013同号三立的界桩、界碑61020未定国界61030省、自治区、直辖市界61031界桩、界标61040自治州、地区、盟、地级市界61050县、自治区、旗、县级市界61060乡、镇、国营农场、林场、牧场界62023其它界限62023特别地区界62023自然保护区界7地形与土质71000等高线71010实测等高线71020草绘等高线72023高程72023高程点72023特别高程点72023最大洪水位高程点72023最大潮位高程点72023溢洪道口底面高程点72024坝顶高程点72025堤顶高程点72026井口高程点72027水位点72028桥面高程点72030比高73000冰川地貌73010粒雪原73011雪崩锥④完整性和可扩大性，即要素的分类既要反映其属性，又要反映其相互联系，具有完整性；代码构造应留有适当的可扩大的余地，具有可扩大性；⑤与国家已公布的有关标准和标准全都，即直接引用或参照相关的国家标准和标准；⑥适用性，即特征码〔或属性编码〕尽可能地简短和便于记忆。依据上述原则，以国土根底信息为例，其编码可分为大类，并依次再分为小类、一级和二级。分6＊＊*＊＊＊大小一二识类类级级别码码代代码码码地图要素分类编码举例见表4.1。特征码的输入用健盘输入，特征码同几何数据一起存入地图数据库。事先设置好清单，在猎取几何数据时，选择特征码。在GIS数据处理输出等操作，以完成地图制作过程中的几何改正、比例尺和投影变换、要素的制图综合、数据的符号化等。矢量数据的根本操作另外，也可将这两种方式结合起来进展。矢量数据处理过程可分解为八种根本运算操作，即存取、插人、删除、搜寻、分类、复制、归并和分隔。存取，又叫访问，是指与内存打交道〔如读／写〕的操作。它是图形显示、统计分析，或更简洁的分析和制图的根底。从地图制图的角度来考虑，插人和删除主要是在编辑过程中用来修改和更地图内容。搜寻在计算机地图制图作业执行过程中显得特别重要，例如在全要素地图数据库中查找道路数据或某一级道路数据。分类是重组织内存中的点集或较大的地理实体，使之便于处理和标出对地图用户具有特定意义的某些分布的分级排列。复制使得数据能被传输而使它更有价值。归并能把低层次的数据集合到有用的地区或国家这些高级的范畴上来。分隔则可以获得较小的数据集〔例如开窗以便对原有数据进展更具体或更直观的处理。数据编辑数据编辑又叫数字化编辑，它是指对地图资料数字化后的数据进展编辑加工，其主要目的是在改正数据过失的同时，相应地改正数字化资料的图形。一般地，数据编辑工作分两步进展。第一，显示数据，即在显示屏上显示或校核绘图显示，以便用目视的方法或与数字化原图套合比较的方法进展检查，找出数字化资料的过失，显示其出错位置。其次，数字化定位和编辑修改。编辑命令根本上只有两种指令类型：删除数据和增加数据。常用到的两种根本指令的组合或其中之一。数据的预处理数据的预处理主要内容包括几何改正、数据压缩、数据标准化和数据匹配。几何改正数据编辑处理一般只能消退或削减在数字化过程中因操作产生的局部误差或明显过失，但因图纸变形和数字化过程中产生的随机误差，则必需经过几何改正才能消退。二次变换和高次变换这两种变换是实施地图内容转换的多项式拟合方法，它由以下多项式表达：xf

x,yaxaya x2a xya

y2A1 1 2 11 12 22yf2

bxb1

yb11

x2b12

xyb y2B22x,yx’,y’为变换后坐标；系数a、b是函数f1,f2AB以上高次项之和。上式是高次曲线方程，符合此方程的变换称为高次变换。假设不考虑A和B，则上式为二次曲线方程：xf

x,ya

xa

ya

xya y2111yf

x,yb

2xb

11x2

12 22b xyb y21 1 2 11 12 22符合上列二次曲线方程的变换为二次变换。这两种变换的实质是：制图资料上的直线经变换后可能为二次曲线或高次曲线，它适用于原图有非线性变形的状况。5对未知数，理论上只要知道数字化原图上5个点的坐标及其相应的理论值，便可能算出系数a和b，从而建立起变换方程，完成几何改正的任务，即对数字化的地图的全部几何数据进展改正。实际应用时，可取多于5个点及其理论值，并用最小二乘法求解，以提高解算系数的精度。所选点的分布应能把握全图。〔2〕一次变换同素变换和仿射交换均为一次变换。同素变换是一种较简洁的一次变换形式，其函数式为 axayax1 2 3cxcyc 1xb2y 其主要性质有：

y 1c1

2xc2

3yc3①直线变换后仍为直线，但同一线段上长度比不是常数；②平行线变换后为直线束；③同一线束中任一割线的穿插比在变换前后保持不变；④通过同一割线上相应各点的线束的穿插比在变换前后也保持不变。仿射变换是一种比较简洁的一次变换，其表达式为xa1yb

xa2xb

ya3yb1 2 3式中334个以上对应点坐标和最小二乘方法求解变换系数，以提高变换精度。仿射交换的特点是：①直线变换后仍为直线；②平行线变换后仍为平行线，并保持简洁的长度比；③不同方向上的长度比发生变化。数据压缩数据压缩是把大量的原始数据或由存贮器取出来的数据转换为有用的、有条理的、精炼而简洁的信息的过程，又称数据简化或数据综合。目的是删除冗余数据，削减数据的存贮量，节约存贮空间，加快后继处理速度。间隔取点法k4.1。值值临界＇＇由上到下隔一点取一点由下到上依次按距离临界值选取4.1垂距法和偏角法这两种方法是按垂距或偏角的限差选取符合或超过限差的点，其过程见图4.2。道格拉斯-普克法该方法试图保持曲线走向和允许制图人员规定合理的限差，其执行过程见图4.3。步骤为：①首未相连；②计算中间各点到直线的距离；③删去距离小于临界值的点；④在留下的点中，选择距离最大的点，将曲线分成两段；⑤重复①～④，依次类推。数据标准化从事地图数据采集和应用的部门日益增多,为了协调数字化地图的生产和提高数据的共享程度,地图数据标准化的工作引起了很多国家的重视,是国际地图制图协会的重要争论方向之一。定义标准该局部试用零维、一维和二维数据，系统地、广泛地定义一组根本的、单一的制图目标，它们是：单纯的几何目标；几何和拓扑目标；单纯的拓扑目标，并以此来建立地图要素的数字表示法。规定了本标准中使用的主要概念性术语：要素、实体和目标。要素是指一个确定的实体及其目标的表示；实体是描述地球上一种不能再细分的真实的现象；目标是一个实体的全部或局部的数据表示。临界值4.2临界值4.3空间数据转换标准制定该标准的目的是便利空间数据从一个空间数据处理系统向另一个空间数据处理系统转换，而与它们使用的计算机硬件和操作系统无关。内容包括各种转换模块；每个模块包含一组模块记录；每个模块记录包括假设干个数据字段，它们按信息的目的和功能分组；数据字段包含要转换的信息。这些模块可完成矢量转换、关系转换和栅格转换等。数字制图数据质量把握标准每幅数字地图都必需有一份质量报告，其内容包括数据状况略图、位置精度、属性精度、规律全都性和完整性等五个局部。制图要素标准这一部包括说明制图要素的概念模型和一份实体及属性定义表。概念模型定义了三个概念和两个关心项，它们是实体、属性、属性值、标准项和内含项。数据匹配数据匹配是实现误差订正的又一种方法，是数据处理的一个重要方面。顶点匹配在数字化多边形地图和其它网构造图形时，同一点〔如几个多边形的公共顶点〕可能被数字化好几次，即使在数字化时很认真，但由于仪器本身的精度和操作上的问题，都不能保证几次数字化都获配该方法是用匹配程序对多边形文件进展处理，即让程序按规定搜寻位于确定范围内的点，求其坐标的平均值，并以这个平均值取代原来点的坐标。经处理后，在多边形生成时假设再觉察少数顶点不匹配，经查明缘由后可辅以交互编辑的方法处理。数字接边在数字化地图时，一般是一幅一幅地进展，假设受数字化仪幅面的限制，有时一幅图还需分块进展，见图4.1。由于纸张的伸缩或操作误差，相邻图幅公共图廓线〔或分块线〕两侧本应相互连接的地图要素会发生错位，这是不行避开的，见图4.4〔。因此在拼幅或合幅时均须对这些分幅数字地图在公共边上进展一样地图要素的匹配，这就是数字接边，接边后的结果如图4.4〔3〕所示。数字接边在数字地图更时也是格外重要的，尤其是在局部区域内的数据需全部更时，旧资料拼接线上的要素必需作接边处理。除了上述的两种数据匹配外，属性数据与几何数据的匹配、几何图形校正〔如矩形图形的四个角不全为直角〕和齐边改正〔如线段端点与图边、水涯线等的正确接合〕等的数据处理均属数据匹配。开窗显示

4.4人们期望利用指定的有效空间或存贮介质，对某个局部范围进展图形数据的显示或转贮时，往往都要使用开窗技术。例如在图形终端显示器上对局部图形进展放大显示，或当绘图机工作面积小于全图幅面而需分幅绘制时，都可用开窗的方式解决。随着数据库数据采集量的增加．数据容量的不断扩大，以及图形显示手段的日益丰富，开窗技术越来越受到重视。4.5〔1〕所示；负开窗就是选取整个图形数据在窗口外的子集合，如图4.5〔2〕所示。在通常状况下，正开窗用途更大一些。窗口的外形通常为矩形，也可以是任意多边形，这依据用户的需要确定。窗口轮廓点坐标可由键盘输入，也可将全图显示在荧光屏上用光标确定。假设窗口为矩形，只要输入或标定左下角和右上角的坐标即可。原图原图正开窗负开窗4.5在窗口确定以后，还要考虑如何切掉窗口以外〔对正开窗〕或以内〔对负开窗〕的线条，从而只显示窗口以内或以外的内容。点的剪辑窗口左下角〔Xmin,Ymin〕和右上角〔Xmax,Ymax〕的坐标，明显，对任意一点〔Xp,Yp〕只要下式成立，pXmin<Xp<Xmax且Ymin<Yp<Ymax线状要素的剪辑线状要素是由有序线段组成的折线来靠近的，因此，对线状要素的剪辑只要争论线段的剪辑就可以了。线段的每个端点由以下四个条件来评定：①点在窗口上边线之上；②点在窗口下边线之下；③点在窗口右边线之右；④点在窗口左边线之左。要唯一地确定一条线段的两个端点与矩形窗口的位置关系，可以承受确定的编码方法。四比特串编码法。第一位记，否则为；假设“点在窗口下边线之下，否则为0；假设“点在窗口右边线1，否则为0；假设“点在窗口左边线之左1，否则为0。四比特串编码4.6。推断线段的两个端点，①都在0000内，显示该线段；②有一位置编码一样，剔除；③其它状况推断有无交点，求交点。100110001010000100000010010101004.60110参数编码法。假设线段两端点坐标为X1,Y〕和X2,Y，它们分别有参数IX1,IY〕和IX2,IY。参数IX1、IX2的定义为X1X21、0、-1；参数IY1、IY2Y1Y21、0、-1。推断线段的两个端点，①IX1＝IX2＝IY1＝IY2＝0，显示该线段；②IX1＝IX2≠0或IY1＝IY2≠0，剔除；③其它状况推断有无交点，求交点。在这两种编码方法中，都涉及交点的计算问题。假设线段的直线方程为：y=kx+b。①将XminY1=kXmin+，假设Ymi≤Y≤Yma，得交点Xmi，Y，否则，无交点；②将XmaxY2=kXmax+，假设Ymi≤Y≤Yma，得交点Xma，Y，否则，无交点；Ymin代入，