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1、计算机图形学与数字地图第第7 7章章 地图与数字地图基础地图与数字地图基础Email： 中国矿业大学环境与测绘学院7.4 7.4 地图数据的采集与输入地图数据的采集与输入7.4.1 地图数据采集7.4.2 地图数据输入中国矿业大学环境与测绘学院点线面曲线折线逼近曲线矢量地图数据基本图形元素点、线、面7.4.1 7.4.1 地图数据采集地图数据采集中国矿业大学环境与测绘学院矢量地图数据主要特征1）数据量大如一幅典型的比例尺为l:25000的地图，大约需要l3百万对坐标，才能使获得的数字地图的几何精度达到一定的要求。2）定位、定性和时间的特性定位：地理分布，称为空间数据（或几何数据）。定性：质量和
2、数量特征，称之为属性数据。时间：现势性3）多源、多时相7.4.1 7.4.1 地图数据采集地图数据采集中国矿业大学环境与测绘学院数字地图数据来源l地图l影像数据l统计数据l实测数据l多媒体数据l文档数据l已有数据7.4.1 7.4.1 地图数据采集地图数据采集外业测量栅格形式的空间数据转换现有地图数字化中国矿业大学环境与测绘学院现实世界现实世界数字化仪数字化仪扫描仪扫描仪解析测图仪解析测图仪矢量化矢量化键盘等键盘等编辑、接边、分层、图形与属性连接、加注记等编辑、接边、分层、图形与属性连接、加注记等空间数据库空间数据库遥感观测现有地图统计数据文档数据外业观测文本格式栅格格式数字格式7.4.1 7
3、.4.1 地图数据采集地图数据采集中国矿业大学环境与测绘学院1）经纬仪、全站仪7.4.1 7.4.1 地图数据采集地图数据采集外业测量外业测量中国矿业大学环境与测绘学院2）GPS7.4.1 7.4.1 地图数据采集地图数据采集中国矿业大学环境与测绘学院3）三维激光扫描仪7.4.1 7.4.1 地图数据采集地图数据采集中国矿业大学环境与测绘学院7.4.1 7.4.1 地图数据采集地图数据采集4）干涉雷达测量中国矿业大学环境与测绘学院7.4.1 7.4.1 地图数据采集地图数据采集中国矿业大学环境与测绘学院NASA（2000）：SRTM数据集30m/90m分辨率www2.jpl.nasa.gov/
4、srtm/http:/ 7.4.1 地图数据采集地图数据采集中国矿业大学环境与测绘学院遥感观测美国的陆地卫星(Landsat)气象卫星(NOAA)海洋卫星(Seasat)法国的SPOT卫星日本的MOS卫星JERS卫星ADEOS卫星欧空局的ERS卫星印度IRS卫星7.4.1 7.4.1 地图数据采集地图数据采集中国矿业大学环境与测绘学院栅格、已有地图数据的输入（空间数据）7.4.2 7.4.2 地图数据输入地图数据输入1)手工数字化2)手扶跟踪数字化3)扫描数字化中国矿业大学环境与测绘学院1)手工数字化是指不借用任何数字化设备对地图进行数字化，即手工读取并录入地图的地理坐标数据。按照空间数据存储
5、格式的不同分为：手工矢量数字化手工栅格数字化7.4.2 7.4.2 地图数据输入地图数据输入中国矿业大学环境与测绘学院手工矢量数字化直接读取地理实体坐标数据并按一定格式记录下来，具体步骤如下：地理实体地理实体量取地理实体坐标量取地理实体坐标录入坐标数据录入坐标数据7.4.2 7.4.2 地图数据输入地图数据输入中国矿业大学环境与测绘学院手工栅格数字化将图面划分为栅格单元矩阵，按地理实体的类别对栅格单元进行编码，再依次读取每个栅格单元代码值的数字化方法：确定栅格单元大小确定栅格单元大小准备栅格网准备栅格网栅格单元编码栅格单元编码读取栅格单元值读取栅格单元值数据录入数据录入7.4.2 7.4.2
6、地图数据输入地图数据输入中国矿业大学环境与测绘学院2）手扶跟踪数字化1配置数字化仪2配置制图软件3定屏幕显示区4图纸定向、控制点5开始数字化录图6属性数据采集7数据质量检查7.4.2 7.4.2 地图数据输入地图数据输入中国矿业大学环境与测绘学院数字化采集主要原则 对于点状类符号（如独立地物符号），仅需采集符号的定位点数据；对折线类型的线状符号只需采集各转折点数据；曲线类型的线状符号，只对其特征点的数据进行采集；对面状类符号，则只需采集在其轮廓线上的拐点或特征点，并且要求闭合。对于有方向性的线状类符号，数据采集只在定位线上进行，采集数据的前进方向的选择要按软件图式符号库的规定进行。7.4.2
7、7.4.2 地图数据输入地图数据输入中国矿业大学环境与测绘学院有向点状符号数字化时采集符号的定位点和方向。 对称型线状符号数字化符号的中心线。 侧向型线状符号数字化符号的基线，并考虑系统符号化的左推或右推规则。带状符号，首先数字化定位线并考虑系统符号化的左推或右推规则，然后再数字化符号范围线 对于注记不进行数字化，只在图形编辑时另行加入即可。7.4.2 7.4.2 地图数据输入地图数据输入中国矿业大学环境与测绘学院点状要素l线状要素l面状要素l注记7.4.2 7.4.2 地图数据输入地图数据输入中国矿业大学环境与测绘学院矢量化数据的检查（1）空间数据输入的误差几何数据的不完整或重复。几何数据的
8、位置不正确。比例尺不正确。几何数据与属性数据的连接有误。属性数据错误、不完整。键盘输入错误，漏输数据或错误分类等。 7.4.2 7.4.2 地图数据输入地图数据输入中国矿业大学环境与测绘学院（2）空间数据的检查通过图形实体与其属性的联合显示，发现数字化中的遗漏、重复、不匹配等错误；在屏幕上用地图要素对应的符号显示数字化的结果，对照原图检查错误；把数字化的结果绘图输出在透明材料上，然后与原图叠加以发现错漏；对等高线通过确定最低和最高等高线的高程及等高距，编制软件来检查高程赋值是否正确；7.4.2 7.4.2 地图数据输入地图数据输入中国矿业大学环境与测绘学院对于面状要素，可在建立拓扑关系时，根据
9、多边形是否闭合来检查；对于属性数据，通常是在屏幕上逐表、逐行检查，也可打印出来检查；对于属性数据还可编写检核程序，如有无字符代替了数字，数字是否超出了范围，等等；对于图纸变形引起的误差，应使用几何纠正来进行处理。7.4.2 7.4.2 地图数据输入地图数据输入中国矿业大学环境与测绘学院手扶跟踪数字化的优缺点手扶跟踪数字化对复杂地图的处理能力较弱，对不规则曲线如等高线只能采用取点模拟的方式，耗时多且处于半自动状态，效率不高。手扶跟踪数字化适用于时间要求不紧迫，地图所包含信息不太复杂的情况。手扶跟踪数字化的精度取决于工作底图上地图要素的宽度、复杂程度、数字化仪器的性能（主要是分辨率）、作业人员的工
10、作熟练程度等多种因素。7.4.2 7.4.2 地图数据输入地图数据输入中国矿业大学环境与测绘学院扫描扫描转换转换拼接子拼接子图块图块裁剪裁剪地图地图屏屏幕幕跟跟踪踪矢矢量量化化纸纸质质地地图图空间空间数据库数据库属性数属性数据输入据输入矢量数矢量数据检查据检查3）扫描数字化7.4.2 7.4.2 地图数据输入地图数据输入中国矿业大学环境与测绘学院选择投影和单位选择投影和单位输入控制点输入控制点编辑控制点编辑控制点7.4.2 7.4.2 地图数据输入地图数据输入中国矿业大学环境与测绘学院扫描矢量化的优缺点扫描数字化法是目前比较先进的地图数字处理方法，作业速度快，精度高。扫描数字化地图的最终精度即
11、所获得的矢量化数据的精度取决于地图底图上描述地图要素的宽度、复杂程度、扫描仪的扫描分辨率、地图工作底图的变形误差、作业员的熟练程度等。7.4.2 7.4.2 地图数据输入地图数据输入中国矿业大学环境与测绘学院自动与半自动跟踪矢量化7.4.2 7.4.2 地图数据输入地图数据输入中国矿业大学环境与测绘学院属性数据地图要素编码数字地图中，通常把那些与几何数据有密切联系的属性数据用编码的形式表示，并与几何数据一起管理起来。编码的实质就是将属性信息转换成数字编码（代码）。地图要素编码是用来描述要素类别、级别类别、级别等分类特征和其它质量特征的数字编码，也常称之为特特征码征码；分类、分级7.4 7.4
12、地图数据采集地图数据采集中国矿业大学环境与测绘学院1）分类的基本原则：科学性：选择事物或现象最稳定的属性和特征作为分类的依据。完整性和系统性：应形成一个完整的分类体系，低级的类应能归并到高级的类中。实用性：应考虑对信息分类所依据的属性特征的获取方式和获取能力，应与有关的标准协调一致。可扩充性：应能容纳新增加的事物和现象，而不致打乱已建立的分类系统。兼容性：既要与有关分类分级标准相协调，又要保持新分类系统的完整和独立性，便于同类工程参照使用。7.4.2 7.4.2 地图数据输入地图数据输入中国矿业大学环境与测绘学院7.4.2 7.4.2 地图数据输入地图数据输入中国矿业大学环境与测绘学院目前我国
13、已有的一些关于地图数据分类的国家标准：lGB2260-95 中华人民共和国行政区划代码lGB13923-92 国土基础信息数据分类与代码lGB11708-89 公路桥梁命名和编码规则lGB14804-93 1：500、1：1000、1：2000地形要素分类与代码等等。7.4.2 7.4.2 地图数据输入地图数据输入中国矿业大学环境与测绘学院1：500、1：1000、1：2000地形图要素分类与编码7.4.2 7.4.2 地图数据输入地图数据输入中国矿业大学环境与测绘学院C14927.4.2 7.4.2 地图数据输入地图数据输入中国矿业大学环境与测绘学院（1）分级数目的确定 根据用途和数据本身的
14、特点，能尽量反映数据的客观分布规律；考虑可视化效果，一般在4-7级。 动态分级:数据分析和图形输出时采用不同的分级标准。（2）分级界线的确定 任何一个等级内部都必须有数据，任何一个数据都必须属于相应的等级。在分级数一定的条件下，应使各级内部的差异尽可能小，保持数据分布特征，并尽可能使分级界线变化有规律。2）分级的原则与方法7.4.2 7.4.2 地图数据输入地图数据输入中国矿业大学环境与测绘学院IDa1a2001002001002IDID空间空间数据库数据库属性数据属性数据1、键盘，人机对话方式、键盘，人机对话方式2、程序批量输入。、程序批量输入。图形数据图形数据1、手扶跟踪数字化、手扶跟踪数
15、字化2、扫描数字化、扫描数字化3）属性和几何数据的连接7.4.2 7.4.2 地图数据输入地图数据输入中国矿业大学环境与测绘学院数据预处理是计算机地图制图过程中的一个重要环节，包括对制图数据的存贮、选取、分析、加工、输出等操作，以完成地图制作过程中的几何纠正、比例尺和投影变换、要素的制图综合、数据的符号化等。数据预处理主要内容： 几何纠正、数据压缩、数据匹配、数据规范化和数据光滑等。7.5 7.5 地图制图数据的预处理地图制图数据的预处理中国矿业大学环境与测绘学院7.5 7.5 地图制图数据的预处理地图制图数据的预处理-几何校正几何校正中国矿业大学环境与测绘学院7.5 7.5 地图制图数据的预
16、处理地图制图数据的预处理-几何校正几何校正中国矿业大学环境与测绘学院7.5 7.5 地图制图数据的预处理地图制图数据的预处理-几何校正几何校正中国矿业大学环境与测绘学院等比例变比例旋转7.5 7.5 地图制图数据的预处理地图制图数据的预处理-几何校正几何校正中国矿业大学环境与测绘学院仿射变换仿射变换 7.5 7.5 地图制图数据的预处理地图制图数据的预处理-几何校正几何校正3个已知点最小二乘法中国矿业大学环境与测绘学院l同素变换（影射变换）同素变换（影射变换） 7.5 7.5 地图制图数据的预处理地图制图数据的预处理-几何校正几何校正中国矿业大学环境与测绘学院l二次变换二次变换 6个已知点最小
17、二乘法高次变换7.5 7.5 地图制图数据的预处理地图制图数据的预处理-几何校正几何校正中国矿业大学环境与测绘学院几何纠正的思考几何纠正的思考在扫描矢量化中，一般先纠正图象后矢量化，可否先矢量化后进行图形几何纠正？几何纠正能否用单一数学表达描述？7.5 7.5 地图制图数据的预处理地图制图数据的预处理-几何校正几何校正中国矿业大学环境与测绘学院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、精炼而简单的信息的过程，又称数据简化或数据综合。数据压缩目的数据压缩目的是删除冗余数据，减少数据的存贮量，节省存贮空间，加快后继处理速度。 数据压缩分两种：存储空间的压缩、信
18、息量的存储空间的压缩、信息量的压缩压缩。7.5 7.5 地图制图数据的预处理地图制图数据的预处理数据压缩数据压缩中国矿业大学环境与测绘学院存储空间的压缩：存储空间的压缩：在信息量不变的情况下压缩存储空间。信息量的压缩：信息量的压缩：又称数据简化或数据综合，矢量数据压缩是从数据集中抽出一个子集，在一定的精度范围内，要求这个子集所含的数据量尽可能少，并尽可能近似地反映的原貌。信息量压缩方法：信息量压缩方法：1）间隔取点法2）垂距法3）偏角法4）道格拉斯-普克法5）光栏法7.5 7.5 地图制图数据的预处理地图制图数据的预处理数据压缩数据压缩中国矿业大学环境与测绘学院1）间隔取点法7.5 7.5 地
19、图制图数据的预处理地图制图数据的预处理数据压缩数据压缩中国矿业大学环境与测绘学院2）垂距法7.5 7.5 地图制图数据的预处理地图制图数据的预处理数据压缩数据压缩中国矿业大学环境与测绘学院3）偏角法7.5 7.5 地图制图数据的预处理地图制图数据的预处理数据压缩数据压缩中国矿业大学环境与测绘学院4）道格拉斯-普克法7.5 7.5 地图制图数据的预处理地图制图数据的预处理数据压缩数据压缩中国矿业大学环境与测绘学院5）光栏法7.5 7.5 地图制图数据的预处理地图制图数据的预处理数据压缩数据压缩中国矿业大学环境与测绘学院几种压缩方法的比较判别标准：简化后曲线的总长度、总面积、坐标平均值等与原始曲线
20、的相应数据的对比。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；光栏法的压缩算法也很好，并且可在数字化时实时处理，每次判断下一个数字化的点，且计算量较小；垂距法、偏角法算法简单，速度快，但有时会将曲线的弯曲极值点去掉而失真。7.5 7.5 地图制图数据的预处理地图制图数据的预处理数据压缩数据压缩中国矿业大学环境与测绘学院顶点匹配数字接边 属性数据与几何数据的匹配拓扑检查 实现误差纠正的又一种方法，是数据处理的一个重要方面。 7.5 7.5 地图制图数据的预处理地图制图数据的预处理数据匹配数据匹配中国矿业大学环境与测绘学院1 1）顶点匹配）顶点匹
21、配7.5 7.5 地图制图数据的预处理地图制图数据的预处理数据匹配数据匹配中国矿业大学环境与测绘学院7.5 7.5 地图制图数据的预处理地图制图数据的预处理数据匹配数据匹配2 2）数字接边）数字接边中国矿业大学环境与测绘学院细碎重叠多边形细碎重叠多边形不正确多边形不正确多边形线端点的未达结点和超线端点的未达结点和超过结点过结点3 3）拓扑检查）拓扑检查7.5 7.5 地图制图数据的预处理地图制图数据的预处理数据匹配数据匹配中国矿业大学环境与测绘学院数据获取时用点方式记录了线状要素的特征点，为了节省存储空间进行了必要的压缩；图形缩放时，为了逼真显示图形；模拟地形等。需要对线状要素进行必要的光滑处
22、理，以便图形输出时恢复要素的本来面目。数据光滑数据光滑：根据给定点列用插值或拟合法建立符合实际要求的连续光滑曲线的函数，使给定点满足函数关系，并由函数关系加密点列来完成光滑连接的过程。基本要求：曲线中轴线通过已知序列特征点，且线上各点是有连续的一阶导数。7.5 7.5 地图制图数据的预处理地图制图数据的预处理数据光滑数据光滑中国矿业大学环境与测绘学院7.5 7.5 地图制图数据的预处理地图制图数据的预处理数据光滑数据光滑中国矿业大学环境与测绘学院最简单的插值函数是代数多项式 Pn(x)= a0 +a1x+anxn, (1)这时插值问题变为:求n次多项式Pn(x),使满足插值条件 Pn(xi)=
23、yi, i= 0,1,2,，n, (2) 只要求出Pn(x)的系数a0 ,a1, an即可,为此由插值条件(2)知Pn(x)的系数满足下列n+1个代数方程构成的线性方程组 l多项式插值7.5 7.5 地图制图数据的预处理地图制图数据的预处理数据光滑数据光滑a a0 0+a+a1 1x x0 0+a+an nx x0 0n n=y=y0 0 a a0 0+a+a1 1x x1 1+a+an nx x1 1n n=y=y1 1 .a a0 0+a+a1 1x xn n+a+an nx xn nn n=y=yn n 中国矿业大学环境与测绘学院l几种多项式插值方法Lagrange插值多项式Newton插值多项式分段插值多项式Hermite插值多项式样条插值7.5 7.5 地图制图数据的预处理地图制图数据的预处理数据光滑数据光滑中国矿业大学环境与测绘学院定义规范 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部分的数据的表示。空间数据转换规范 数字制图数据质量控制规范数据情况略图、位置精度、属性精度、逻辑一致性和完整性。 协调数字化地图的生产，提高数据的共享程度，是国际地图制图协会的重要研究方向之一。7.5 7.5 地图制图数据的预处理地图制图数据的预处理数据规范化数据规范化
