空间数据的输入与处理

关于空间数据的输入与处理用扫描数字化仪，按行和列逐点扫描地图，将扫描数据进行重采样和再编码，得到网格数据运用矢量数据栅格化技术，将矢量数据转化为栅格数据将经过分类解释的遥感影像数据直接输入或重采样和再编码后输入系统。一、栅格数据获取方式：第2页,共67页，2024年2月25日，星期天二、矢量数据录入方式：1.键盘录入2.鼠标录入

使用鼠标录入，通常是将地图扫描后，作为底图显示在屏幕上，用鼠标参照底图进行采点。由于鼠标定位不如数字化仪精确，所以一般用于输入一些示意图。第3页,共67页，2024年2月25日，星期天3.手扶跟踪数字化（ManualDigitising）

其具体的输入方式与地理信息系统软件的实现有关，另外一些GIS系统也支持用数字化仪输入非空间信息，如等高线的高度，地物的编码数值等等。使用数字化仪进行数字化叫做手扶跟踪数字化。数字化仪有一个内置的电子网，用来感知游标的位置。操作者只要将游标的十字丝对准测量点后点击游标的按钮即可将点的x，y坐标传送到与之相连的计算机。大尺寸的数字化仪的绝对精度通常可达0.001in（1）基本概念第4页,共67页，2024年2月25日，星期天a.应用于已有地图的数字化。b.可以输入：点地物、线地物以及多边形边界的坐标。第5页,共67页，2024年2月25日，星期天地图预处理主要包括三个方面的工作：其一是对地图的质量进行必要的处理，诸如地图的褶痕处理、变形处理、线划处理等，使得数字化原图具有可靠的精度；（2）在进行数字化之前的准备工作：第6页,共67页，2024年2月25日，星期天

其二是地图投影处理，确定原图的投影类型，并获取相应的投影参数，如果是在已经存在的数字地图中添加要素，还需要确定数字图与原图是否属于相同的投影、是否需要转换，并确定转换参数；第7页,共67页，2024年2月25日，星期天其三是控制点确定，控制点是建立数字地图地理坐标系统的基础，对于有坐标格网或经纬格网的地图，可以直接应用格网点作为控制点，而对于没有格网点的地图来说，就需要选择可以标识的明显的地物点，诸如河流交叉点、道路交叉点等作为控制点。第8页,共67页，2024年2月25日，星期天其次要确定需要数字化哪些信息。例如：在目前由于大多数GIS软件对空间数据采用分层管理，所以要确定输入哪些图层，以及每个图层包含的具体内容。第9页,共67页，2024年2月25日，星期天

在上述准备工作的基础上，就可以开始数字化，地图数字化的第一步工作就是地图的定向（Registering）。地图定向主要是完成两项任务：一是将数字化仪平面与地图文档中的数字地图平面连接起来。二是将所需要的地理坐标系统赋予数字地图，以便进行地图要素的数字转换。

地图定位操作第10页,共67页，2024年2月25日，星期天首先将原始地图粘贴在数字化仪上，然后进行地图定位操作，主要包括控制点位置的数字化（Digitizing）和控制点坐标的输入两个方面。借助数字化仪和地图编辑选择对话框（EditingOption），每确定一个控制点就输入相应的坐标值，通常需要4个基本的控制点。 一旦确定了4个控制点，系统就自动计算定向误差，包括单点定向误差和定向中误差的平均值。，如果误差太大，则需要仔细检查误差形成的原因，必要时应该调整控制点。第11页,共67页，2024年2月25日，星期天注意：由于数字化过程不可能一次完成，在两次输入之间地图的位置可能相对于数字化板发生错动，这样前后两次录入的坐标就会偏移或旋转。解决该问题的办法就是在每次录入之前，先输入控制点，这些点相对于地图的位置是固定的，这样两次输入的内容就可以根据定位点坐标之间的关系进行匹配。第12页,共67页，2024年2月25日，星期天（3）数字化仪采用的两种数字化方式

点方式是当录入人员按下游标(Puck)的按键时，向计算机发送一个点的坐标。1.点方式（PointMode）a.点状地物：必须使用点输入方式；b.线和多边形地物的录入可以使用点方式，在输入时，输入者可以有选择地输入曲线上的采样点，而采样点必须能够反映曲线的特征。第13页,共67页，2024年2月25日，星期天2.流方式（StreamMode）流方式录入能够加快线或多边形地物的录入速度，在录入过程中，当录入人员沿着曲线移动游标时，能够自动记录经过点的坐标。第14页,共67页，2024年2月25日，星期天采用流方式录入曲线时，往往采集点的数目要多于点方式，造成数据量过大。

解决的方案：在整个曲线录入完毕后，使用曲线离散化算法去掉一些非特征点。第15页,共67页，2024年2月25日，星期天目前大多数系统采取两种采样原则，即距离流方式（DistanceStream）和时间流方式（TimeStream）(如图)

第16页,共67页，2024年2月25日，星期天时间流与距离流比较采用时间流方式录入时，一个优点是当录入曲线比较平滑时，录入人员往往移动游标比较快，这样记录点的数目少；而曲线比较弯曲时，游标移动较慢，记录点的数目就多。而采用距离流方式时，容易遗漏曲线拐点，从而使曲线形状失真。所以在保证曲线的形状方面，时间流方式要优于距离流方式。第17页,共67页，2024年2月25日，星期天

在实际的录入过程中，可以根据不同的录入对象选择不同的录入方式。例如：当录入地块图时，由于其边界多为直线，并且点的数据较少，可以采用点方式录入； 录入交通线时，因为要保证某些特征点位置的准确性，也可以使用点方式； 而等高线的录入由于数据量大，使用流方式可以加快录入速度。第18页,共67页，2024年2月25日，星期天（4）ARCINFO提供命令帮助使用者进行数字化ARCSNAP命令允许使用者指定距离，在该距离内的弧段将被“捕捉”到已有的弧段。NODESNAP命令具有与ARCSNAP命令同样的功能，只不过它是把一个节点捕捉到已有的节点。INTERSECTARCS命令可以计算弧段交叉点数量以及在交叉点上添加节点。第19页,共67页，2024年2月25日，星期天弧段捕捉容差值使得一条弧段的末端被捕捉到另一条已有的弧段。左图示数字化弧段超延，因为超延部分小于弧段捕捉容差值，该数字化弧段的末端被捕捉到已有的弧段。弧段捕捉容差第20页,共67页，2024年2月25日，星期天节点捕捉容差值可使节点捕捉到一起，左图示数字化弧段未达到本应到达的终点。由于两节点间距小于节点捕捉容差值，该弧段的末端被捕捉到另一个节点。节点捕捉容差第21页,共67页，2024年2月25日，星期天

相交弧段选项计算弧段相交点，并在相交点上添加节点，左图示相交处未添加节点的数字化弧段，右图示用相交弧段选项创建了节点。第22页,共67页，2024年2月25日，星期天数字化时注意要点：a.线或多边形要素的数字化也可以分为分离模式或连续模式。在分离模式中操作者要注意遵循弧段——节点的拓扑关系。线段会合或相交处的点作为节点数字化。在连续模式又称未结构化数字化中，操作者在对长且连续线条数字化时，GIS软件包在数字化过程中会自动建立弧段——节点关系。第23页,共67页，2024年2月25日，星期天b.每个多边形必须在边界内添加一个标识由于矢量数据模型将多边形做为一系列线条，所以多边形要素数字化与线条数字化相同，单每个多边形必须在边界内添加一个标识，这个标识用于将多边形和属性数据相连。第24页,共67页，2024年2月25日，星期天c.在对具有公共边界GIS数据库的不同图层进行数字化时，综合处理的方法是十分有效的，例如，土壤、植被类型和土地利用类型在同一个研究区内可能享有公共的边界，对这些边界只数字化一次并用于各图层，不仅可以节省数字化的时间，而且可以确保各图层的匹配。第25页,共67页，2024年2月25日，星期天d.双线在对线或多边形要素进行数字化的一条经验法则是每条线仅数字化一次，这样可以避免双线出现。高精度的数字化仪较少出现双线，实际上，双线之间形成了一系列的小多边形，这在编辑中较难订正。一种减少双线数量的方法是：在源地图上蒙上一张透明纸，当一条线被数字化之后即在透明纸上作标记。该方法还可以减少线条丢失的数量。第26页,共67页，2024年2月25日，星期天

在编辑中，双重线将导致一些问题。上图显示同一弧段被数字化两次。在图层的拓扑关系建立之后，双重线的相交点将产生节点。在下图的双线之间产生了一系列小多边形，在编辑中要将多余的弧段除去。第27页,共67页，2024年2月25日，星期天4.扫描矢量化

由于手扶跟踪数字化需要大量的人工操作，使得它成为以数字为主体的应用项目瓶颈。扫描技术的出现无疑为空间数据录入提供了有力的工具。第28页,共67页，2024年2月25日，星期天在扫描后处理中，需要进行栅格转矢量的运算，一般称为扫描矢量化过程。扫描矢量化可以自动进行，但是扫描地图中包含多种信息，系统难以自动识别分辨，所以在实际应用中，常常采用交互跟踪矢量化，或者称为半自动矢量化。例如，在一幅地形图中，有等高线、道路、河流等多种线地物，尽管不同地物有不同的线型、颜色，但是对于计算机系统而言，仍然难以对它们进行自动区分）第29页,共67页，2024年2月25日，星期天扫描矢量化以及处理流程

第30页,共67页，2024年2月25日，星期天第31页,共67页，2024年2月25日，星期天基本坐标变换（几何变换、几何纠正）在投影变换过程中，有以下三种基本的操作：平移、旋转和缩放。1.平移第32页,共67页，2024年2月25日，星期天(a)平移第33页,共67页，2024年2月25日，星期天2.缩放第34页,共67页，2024年2月25日，星期天(b)缩放第35页,共67页，2024年2月25日，星期天3.旋转在地图投影变换中，经常要应用旋转操作，实现旋转操作要用到三角函数，假定顺时针旋转角度为θ，其公式为：X’=Xcosθ+YsinθY’=-Xsinθ+Ycosθ

第36页,共67页，2024年2月25日，星期天(c)图形旋转第37页,共67页，2024年2月25日，星期天4.仿射变换（AffineTranformation）第38页,共67页，2024年2月25日，星期天仿射变换第39页,共67页，2024年2月25日，星期天图形修改第40页,共67页，2024年2月25日，星期天造成数字化错误的具体原因1）遗漏某些实体；

2）某些实体重复录入；

3）定位的不准确，原因包括：数字化仪分辨率人的因素是位置不准确的主要原因，在手扶跟踪数字化过程中，难以实现完全精确的定位。第41页,共67页，2024年2月25日，星期天

空间数据编辑涉及两类错误：定位错误,与地图要素定位有关的错误。诸如多边形缺失、线条扭曲等拓扑错误,如悬挂弧段和未闭合多边形等，是与地图要素拓扑关系有关的错误。数字化错误类型第42页,共67页，2024年2月25日，星期天1.未及或欠线头（undershoot）与过伸（overshoot）

例如在水系的录入中，将支流的终点恰好录入在干流上基本上是不可能的，更常见的是图（b）和（c）所示的两种情况。拓扑错误类型第43页,共67页，2024年2月25日，星期天未及（undershoot）：一种数字化错误类型，导致弧段之间存在缝隙而未接合。过伸（overshoot）：一种数字化错误类型，它导致弧段过长。第44页,共67页，2024年2月25日，星期天

未及和过伸都会产生悬挂弧段和悬挂节点，悬挂弧段：一条在其左右两侧为相同的多边形的弧段，在弧段的终点则产生悬挂节点。2.悬挂弧段（danglingarc）与悬挂节点（danglingnode）第45页,共67页，2024年2月25日，星期天过伸和未及数字化错误产生悬挂弧段和悬挂节点第46页,共67页，2024年2月25日，星期天悬挂节点（DanglingNode），如果一个节点只与一条线相连接，那么该节点称为悬挂节点，悬挂节点有多边形不封闭、不及和过头，节点不重合等几种情形。第47页,共67页，2024年2月25日，星期天伪节点使一条完整的线变成两段（如图），造成伪节点的原因常常是没有一次录入完毕一条线。3.伪节点（PseudoNode）第48页,共67页，2024年2月25日，星期天

碎屑多边形（如图）一般由于重复录入引起，由于前后两次录入同一条线的位置不可能完全一致，造成了“碎屑”多边形。另外，由于用不同比例尺的地图进行数据更新，也可能产生“碎屑”多边形。4.“碎屑”多边形或“条带”多边形（SliverPolygon）第49页,共67页，2024年2月25日，星期天不正规的多边形是由于输入线时，点的次序倒置或者位置不准确引起的。在进行拓扑生成时，同样会产生“碎屑”多边形。

5.不正规的多边形（WeirdPolygon）第50页,共67页，2024年2月25日，星期天6.弧段方向也可能是一种拓扑错误7.多标识点错误第51页,共67页，2024年2月25日，星期天拓扑编辑基于拓扑的GIS软件包能发现和显示拓扑错误，并能有轻松消除拓扑错误的功能。基于拓扑的gis软件包有：ARCINFO、AutoCADMap、MGE、等非拓扑的GIS软件包不能发现拓扑错误和建立拓扑关系，虽然它可用于地图要素的数字化和编辑。非拓扑的GIS软件包括：Arcview、mapinfo、arcinfo8中的arcmap是设计用于数据显示和编辑，其当前版本不具有显示拓扑错误的能力。第52页,共67页，2024年2月25日，星期天订正数字化错误全局方法悬挂长度（danglelength）：用于ARCINFO的容差值，它指定了输入图层的悬挂弧段的最小长度。模糊容差（fuzzytolerance）：用于ARCINFO的一种容限值，它指定了输出图层中两个弧段节点的最小距离。第53页,共67页，2024年2月25日，星期天由CLEAN命令设定悬挂长度，若出头长度小于设定长度时过伸可被消除，在本图中，过伸（a）被消除，而过伸（b）被保留ab指定悬挂长度第54页,共67页，2024年2月25日，星期天由clean命令设置模糊容差值，若双线之间的缝隙小于所设置的模糊容差值，就能将双线捕捉。在本图中，虚线左侧的双线可被捕捉而右侧的不被捕捉。指定模糊容差第55页,共67页，2024年2月25日，星期天局部模式节点捕捉（nodesnap）：用于arcinfo的捕捉节点的容差值编辑距离（editdistance）：用于arcinfo的一种容差值，它指定了选择要素的搜索半径，用于编辑第56页,共67页，2024年2月25日，星期天编辑距离应当设置得足够大以便于计算机选择需要编辑的弧段，但是，如果设置的太大，计算机可能选择错误的弧段。指定的编辑距离第57页,共67页，2024年2月25日，星期天下列是用局部方法消除数字化错误的小结未及：通过数字化或利用诸如ARC/INFO中的EXTEND命令等功能，延长该弧段直至与目标弧段在新节点接合。ARC/INFO中的SPLIT命令可在指定位置上对弧段插入一个新节点。过伸：过伸可在选定范围内被消除，在图层被“cleaned”之后，过伸将成为一条孤立弧段而被删除。双重弧段：一种解决方法是小心地选择出多余的弧段并删除它，另一种方法是在方框范围内先把所有双重弧段删除，而后重新数字化。弧段方向错误：弧段方向可通过诸如ARC/INFO中的FLIP命令改变起止节点的相对位置来改变。第58页,共67页，2024年2月25日，星期天伪节点：通过先设定伪节点两头的两弧段相同ID值，再用ARC/INFO中的UNSPLIT命令即可消除伪节点。有时，假节点能够揭示缺失的弧段，缺失弧段的终止点已作为节点键入，但未相连。标识错误：在一个多边形图层中缺失标识点，必须用正确ID值加上新标识点。如果一个多边形有多个标识点，多余的标识点必须选出并删除。如前所述，多重标识意味着存在未闭合的多边形，这一问题可通过将多边形闭合来解决。弧段整形：通过将构成弧段的点（vertices）的移动、添加或删除来使弧段整形，ARC/INFO的OVERTEX命令可通过添加、删除和移动构成弧段的点，实现对弧段整形。第59页,共67页，2024年2月25