空间数据的输入与处理

空间数据的输入与处理二、矢量数据录入方式:1、键盘录入2、鼠标录入

使用鼠标录入,通常就是将地图扫描后,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。3、手扶跟踪数字化(ManualDigitising)

其具体得输入方式与地理信息系统软件得实现有关,另外一些GIS系统也支持用数字化仪输入非空间信息,如等高线得高度,地物得编码数值等等。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得电子网,用来感知游标得位置。操作者只要将游标得十字丝对准测量点后点击游标得按钮即可将点得x,y坐标传送到与之相连得计算机。大尺寸得数字化仪得绝对精度通常可达0、001in(1)基本概念a、应用于已有地图得数字化。b、可以输入:点地物、线地物以及多边形边界得坐标。地图预处理主要包括三个方面得工作:其一就是对地图得质量进行必要得处理,诸如地图得褶痕处理、变形处理、线划处理等,使得数字化原图具有可靠得精度;(2)在进行数字化之前得准备工作:

其二就是地图投影处理,确定原图得投影类型,并获取相应得投影参数,如果就是在已经存在得数字地图中添加要素,还需要确定数字图与原图就是否属于相同得投影、就是否需要转换,并确定转换参数;其三就是控制点确定,控制点就是建立数字地图地理坐标系统得基础,对于有坐标格网或经纬格网得地图,可以直接应用格网点作为控制点,而对于没有格网点得地图来说,就需要选择可以标识得明显得地物点,诸如河流交叉点、道路交叉点等作为控制点。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,以及每个图层包含得具体内容。

在上述准备工作得基础上,就可以开始数字化,地图数字化得第一步工作就就是地图得定向(Registering)。地图定向主要就是完成两项任务:一就是将数字化仪平面与地图文档中得数字地图平面连接起来。二就是将所需要得地理坐标系统赋予数字地图,以便进行地图要素得数字转换。

地图定位操作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得数字化(Digitizing)与控制点坐标得输入两个方面。借助数字化仪与地图编辑选择对话框(EditingOption),每确定一个控制点就输入相应得坐标值,通常需要4个基本得控制点。 一旦确定了4个控制点,系统就自动计算定向误差,包括单点定向误差与定向中误差得平均值。,如果误差太大,则需要仔细检查误差形成得原因,必要时应该调整控制点。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得位置可能相对于数字化板发生错动,这样前后两次录入得坐标就会偏移或旋转。解决该问题得办法就就是在每次录入之前,先输入控制点,这些点相对于地图得位置就是固定得,这样两次输入得内容就可以根据定位点坐标之间得关系进行匹配。大家学习辛苦了，还是要坚持继续保持安静(3)数字化仪采用得两种数字化方式

点方式就是当录入人员按下游标(Puck)得按键时,向计算机发送一个点得坐标。1、点方式(PointMode)a、点状地物:必须使用点输入方式;b、线与多边形地物得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得采样点,而采样点必须能够反映曲线得特征。2、流方式(StreamMode)流方式录入能够加快线或多边形地物得录入速度,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得坐标。采用流方式录入曲线时,往往采集点得数目要多于点方式,造成数据量过大。

解决得方案: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。目前大多数系统采取两种采样原则,即距离流方式(DistanceStream)与时间流方式(TimeStream)(如图)

时间流与距离流比较采用时间流方式录入时,一个优点就是当录入曲线比较平滑时,录入人员往往移动游标比较快,这样记录点得数目少;而曲线比较弯曲时,游标移动较慢,记录点得数目就多。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。所以在保证曲线得形状方面,时间流方式要优于距离流方式。

在实际得录入过程中,可以根据不同得录入对象选择不同得录入方式。例如:当录入地块图时,由于其边界多为直线,并且点得数据较少,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得准确性,也可以使用点方式; 而等高线得录入由于数据量大,使用流方式可以加快录入速度。(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,在该距离内得弧段将被“捕捉”到已有得弧段。NODESNAP命令具有与ARCSNAP命令同样得功能,只不过她就是把一个节点捕捉到已有得节点。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。弧段捕捉容差值使得一条弧段得末端被捕捉到另一条已有得弧段。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,该数字化弧段得末端被捕捉到已有得弧段。弧段捕捉容差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得终点。由于两节点间距小于节点捕捉容差值,该弧段得末端被捕捉到另一个节点。节点捕捉容差

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得数字化弧段,右图示用相交弧段选项创建了节点。数字化时注意要点:a、线或多边形要素得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——节点得拓扑关系。线段会合或相交处得点作为节点数字化。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。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与属性数据相连。c、在对具有公共边界GIS数据库得不同图层进行数字化时,综合处理得方法就是十分有效得,例如,土壤、植被类型与土地利用类型在同一个研究区内可能享有公共得边界,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得时间,而且可以确保各图层得匹配。d、双线在对线或多边形要素进行数字化得一条经验法则就是每条线仅数字化一次,这样可以避免双线出现。高精度得数字化仪较少出现双线,实际上,双线之间形成了一系列得小多边形,这在编辑中较难订正。一种减少双线数量得方法就是: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得数量。

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。在图层得拓扑关系建立之后,双重线得相交点将产生节点。在下图得双线之间产生了一系列小多边形,在编辑中要将多余得弧段除去。4、扫描矢量化

由于手扶跟踪数字化需要大量得人工操作,使得她成为以数字为主体得应用项目瓶颈。扫描技术得出现无疑为空间数据录入提供了有力得工具。在扫描后处理中,需要进行栅格转矢量得运算,一般称为扫描矢量化过程。扫描矢量化可以自动进行,但就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得线型、颜色,但就是对于计算机系统而言,仍然难以对她们进行自动区分)扫描矢量化以及处理流程

基本坐标变换(几何变换、几何纠正)在投影变换过程中,有以下三种基本得操作:平移、旋转与缩放。1、平移(a)平移2、缩放(b)缩放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

(c)图形旋转4、仿射变换(AffineTranformation)仿射变换图形修改造成数字化错误得具体原因1)遗漏某些实体;

2)某些实体重复录入;

3)定位得不准确,原因包括:数字化仪分辨率人得因素就是位置不准确得主要原因,在手扶跟踪数字化过程中,难以实现完全精确得定位。

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得错误。诸如多边形缺失、线条扭曲等拓扑错误,如悬挂弧段与未闭合多边形等,就是与地图要素拓扑关系有关得错误。数字化错误类型1、未及或欠线头(undershoot)与过伸(overshoot)

例如在水系得录入中,将支流得终点恰好录入在干流上基本上就是不可能得,更常见得就是图(b)与(c)所示得两种情况。拓扑错误类型未及(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,她导致弧段过长。

未及与过伸都会产生悬挂弧段与悬挂节点,悬挂弧段:一条在其左右两侧为相同得多边形得弧段,在弧段得终点则产生悬挂节点。2、悬挂弧段(danglingarc)与悬挂节点(danglingnode)过伸与未及数字化错误产生悬挂弧段与悬挂节点悬挂节点(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、不及与过头,节点不重合等几种情形。伪节点使一条完整得线变成两段(如图),造成伪节点得原因常常就是没有一次录入完毕一条线。3、伪节点(PseudoNode)

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得位置不可能完全一致,造成了“碎屑”多边形。另外,由于用不同比例尺得地图进行数据更新,也可能产生“碎屑”多边形。4、“碎屑”多边形或“条带”多边形(SliverPolygon)不正规得多边形就是由于输入线时,点得次序倒置或者位置不准确引起得。在进行拓扑生成时,同样会产生“碎屑”多边形。5、不正规得多边形(WeirdPolygon)6、弧段方向也可能就是一种拓扑错误7、多标识点错误拓扑编辑基于拓扑得GIS软件包能发现与显示拓扑错误,并能有轻松消除拓扑错误得功能。基于拓扑得gis软件包有:ARCINFO、AutoCADMap、MGE、等非拓扑得GIS软件包不能发现拓扑错误与建立拓扑关系,虽然她可用于地图要素得数字化与编辑。非拓扑得GIS软件包括:Arcview、mapinfo、arcinfo8中得arcmap就是设计用于数据显示与编辑,其当前版本不具有显示拓扑错误得能力。订正数字化错误全局方法悬挂长度(danglelength):用于ARCINFO得容差值,她指定了输入图层得悬挂弧段得最小长度。模糊容差(fuzzytolerance):用于ARCINFO得一种容限值,她指定了输出图层中两个弧段节点得最小距离。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指定悬挂长度由clean命令设置模糊容差值,若双线之间得缝隙小于所设置得模糊容差值,就能将双线捕捉。在本图中,虚线左侧得双线可被捕捉而右侧得不被捕捉。指定模糊容差局部模式节点捕捉(nodesnap):用于arcinfo得捕捉节点得容差值编辑距离(editdistance):用于arcinfo得一种容差值,她指定了选择要素得搜索半径,用于编辑编辑距离应当设置得足够大以便于计算机选择需要编辑得弧段,但就是,如果设置得太大,计算机可能选择错误得弧段。指定的编辑距离下列就是用局部方法消除数字化错误得小结未及:通过数字化或利用诸如ARC/INFO中得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中得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:一种解决方法就是小心地选择出多余得弧段并删除她,另一种方法就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中得FLIP命令改变起止节点得相对位置来改变。伪节点:通过先设定伪节点两头得两弧段相同ID值,再用ARC/INFO中得UNSPLIT命令即可消除伪节点。有时,假节点能够揭示缺失得弧段,缺失弧段得终止