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1、第五章 地理信息系统的数据处理 一旦空间数据和非空间数据都输入计算机后，就须对输入的数据进行处理，数据处理是建立应用地理信息系统过程中不可缺少的一个阶段。在这个阶段中，一方面可对输入的数据进行质量检查与纠正，其中包括： 图形数据和属性数据的编辑、图形数据和属性数据之间的对应关系的校验及纠正、空间数据的误差校正等；另一方面是对输入的图形数据进行整饰处理，以使这些图形数据能满足地理信息系统的各种应用要求，其中包括： 对矢量数据的压缩与光滑处理、拓扑关系的建立、矢量数据与栅格数据的相互转换、图形的线性变换和投影变换、地图符号的设计及调用、图框的生成、地图裁剪以及图幅拼接等等。5.1数据编辑 数据编辑
2、又叫数字化编辑，它是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。大多数数据编辑都是消耗时间的交互处理过程，编辑时间与输入时间几乎一样多，有时甚至更多。全部编辑工作都是把数据显示在屏幕上并由键盘和鼠标控制数据编辑的各种操作。因此，GIS的图形编辑系统除具有图形编辑和属性编辑的功能外，还应具有窗口显示及操作功能，以达到数据编辑过程中的交互操作目的。一、窗口操作 窗口操作是交互式图形编辑系统的重要工具，利用窗口我们既可以观察图形的全景，又可移动窗口观察图形的不同部分，还可以将图形局部放大，观察其细部，使图形的编辑、修改、设计更加方便、精确。
3、开窗显示是窗口操作中主要而基本的功能，所谓开窗显示就是按用户指定的空间范围，进行图形子集合的选取，这个指定范围称之为“窗口”。当人们希望利用指定的有效空间或存贮介质，对某个局部范围进行图形数据的显示或转贮时，往往都要使用开窗技术。开窗的方式有两种： 正开窗和负开窗。正开窗就是选取整个图形数据在窗口内的子集合；负开窗就是选取整个图形数据在窗口外的子集合。在通常情况下，正开窗用途更大一些。窗口的形状通常为矩形，也可以是任意多边形，这根据用户的需要确定。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。如果窗口为矩形，只要输入或标定窗口的两个对角坐标即可。 在窗口确定以后，还要考虑如何
4、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，这一过程称为裁剪。 窗口规定了产生显示图形的范围，而视口(视见区)规定了显示图形在荧光屏上的位置和大小。要想按用户的需求实现开窗显示，就须用视见变换将窗口内的图形变换到显示器的视口中产生显示。 下面就对开窗技术中所用到的裁剪技术和二维视见变换技术予以介绍。 1. 裁剪技术 不同的图形需要采取不同的裁剪技术，相同元素对不同的窗口形状有不同的方法。现以正开窗且窗口为矩形来讨论图形元素的裁剪方法。(1) 点的选取rplrplpprrllyyyxxxyxpyxyx且显示时只要下式的坐标为点和),(),(),(只要窗口左下
5、角和右上角坐标已知，判断点是否在窗口内是非常容易的。设窗口左下角和右上角坐标为：Page: 75Page: 75成立，p点在窗内就被选取，否则舍去。 (2) 线状要素的选取 线状要素是由有序线段组成的折线来逼近的。因此对线状要素的选取只要讨论线段的选取就可以了。下面介绍Cohen-Sutherland直线裁剪算法，首先对直线段的两个端点按所在区域进行分区编码，根据编码可以迅速地判明全部在内的线和全部在某边界外侧的线。只有不属于这两种情况的线，才需要求出交点，舍去交点外侧部分。对剩余部分把它作为新的线段看待，又从头开始考虑。两遍循环之后，就能确定该线段是部分裁留下来，还是全部舍弃。 整个算法的思
6、路和步骤如下： a. 分区编码延长裁剪边框将二维平面分为九个区域，每个区域各用一个四位二进制代码标识。各区代码的具体值如图5-1-1所示。设线段的两个端点为： 1001 1000 1010 根据上述的规则，可以求出b. 判别 0001 0000 0010 的具体值，和根据21CC可以有三种情况：两个端点 码都是零，则两端点都在窗 0101 0100 0110 内，线段完全可见，接受此 线段；两端点码对应位之间 图 5-1-1 的逻辑与不是全为零，则它 们处于窗某一边线的同一外侧，线段完全不可见，摒弃此线段；当两端点码不都是零，但各位的逻辑与都为零时，则线段可能部分可见，亦可能完全不可见，这时需
7、要进行线段与窗边界交点位置计算。 c. 求交点 直线与组成窗边的四条直线交点是： d. 对剩下的线段，可重复ad的步骤，至多重复到第三遍则为止。这时，剩下的线段或者全在窗内，或者全在窗外，从而完成了对线段的裁剪。(3) 面状要素(多边形)的选取 多边形的边界也是一条有序线段组成的折线，只不过它是一条封闭的折线罢了。裁剪方法基本上同线状要素的处理，但在显示时要进行校正，即把窗口边界上有关线段加入显示部分的多边形的边并形成一个封闭的值。 2. 二维视见变换 地理信息系统中的地图数据库涉及多种数据源，它们往往参考于不同的坐标系，这为空间数据处理带来很多不便。而各种图形输出设备，如图形屏幕显示器，绘图
8、仪等，又各有其独特的坐标系。为了增强地图数据库的空间数据处理功能和更方便地使用各种图形输入、输出设备，需引入三种坐标系。(1) 世界坐标系(WCWorld Coordinate System)世界坐标系是指用户坐标系。世界坐标系通常为直角坐标系，一般由用户自己选定，与机器设备无关。图形输入到数据库时所依据的就是这种坐标系，图形输出时应当仍然用用户所使用的坐标系，因为图形输出是面向用户的。用户坐标空间一般为实数域，理论上是连续的、无限的。作业区的左下角的坐标值通常为非零值。(2) 规格化数据库坐标系(NDCNormalized Database Coordinate System)在图形输入时，
9、其数据来源可能是不一样的，表现在它们的椭球参数、投影方式、比例尺以及单位等的不同。而图形输出时，又可能会由于用户的需求不一样，要求输出结果用不同的椭球参数、不同的投影方式、不同的比例尺、不同的单位等。为了在库中能统一管理，通常在地图数据库中使用规格化数据库坐标系，即在库中将使用统一的椭球参数、投影方式、比例尺和单位等。(3) 设备坐标系(DCDevice Coordinate System)设备坐标系是物理设备的I/O空间。每一种图形设备都有其独有的坐标系，在数字化仪上对地图或其它图形数字化时，由于数字化仪的游标器给出的是设备台面坐标(也叫相对坐标)，而不是该图所依据的投影坐标，因此，在一般情
10、况下要进行从DC到WC的变换，使得一幅图的数据，特别是多幅有关联的图幅的数据位于一个统一的理论参考系中。在屏幕上显示图形或在绘图机上绘图时，则要作另一种坐标变换。(4) 坐标系之间的变换在地图数据库中，三种坐标系之间均是双向变换关系，如图5-1-2所示。 世界坐标系 图形数据入库 规格化坐标系 WC NDC （用户坐标） 图形数据检索 （数据库坐标） 图 图 图 形 形 交 形 输 数 互 获 出 据 编 取 辑 图形设备坐标系 D C （设备相对坐标） 图 5-1-2 三种坐标系的关系 (5) 二维视见变换从图5-1-2可见，在进行图形数据交互编辑时，为了能实现开窗口，使得它在用户指定屏幕视
11、口上显示图形，就必须进行NDC到DC的变换和DC到NDC的变换。因此，在图形数据编辑之前，用户先选定窗口范围(wxl,wyl)和(wxr,wyr)和视口范围(vxl,vyl)和(vxr,vyr)。然后进行二维视见变换，以实现在屏幕上适当位置正确显示窗口内数据，后可通过键盘或鼠标对屏幕图形进行交互式编辑。视见变换将两种不同坐标系中的图形联系起来，将窗口转为视口。转换过程是： 先平移窗口使其左下角与坐标系原点重合，再比例变换使其大小与视口相等，最后再通过平移使其移到视口位置，窗口中的全部图形经过与此相同的变换后便成视口中的图形了。因此视见变换矩阵是： 二、图形数据编辑 空间和非空间数据输入时会产生一些误差，主要有： 空间数据不完整或重复、空间数据位置不正确、空间数据变形、空间与非空间数据连接有误以及非空间数据不完整等。所以，在大多数情况下，当空间和非空间数据输入以后，必须经过检核，然后进行交互式编辑。 一般来说，交互式进行图形数据编辑须按如下步骤进行： (1) 利用系统的文件管理功能，将存在地图数据库中的图形数据(文件)装入内存； (2) 开窗显示图形数据，检查错误之处； (3) 数字化定位和编辑修改； (4)
