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1、第六章:数据处理6.1概述6.2几何变换（基础）6.3空间数据结构的转换（重点）6.4空间数据编辑（重点）6.5图幅数据边缘匹配处理（基础）6.6空间数据的压缩和综合（了解）6.7图像（栅格）数据的处理方法6.8多源空间数据的融合（重点）6.9属性数据的管理6.1概述定义:指对数据进行筛选、排序、归并、转换、检索、计算等操作在该过程中，数据本质上没有发生变化，主要表现形式上发生了变化，一般是可逆的目的:把数据转换成便于观察、分析、传输或进一步处理的形式把数据加工成对正确管理和决策有用的数据便于数据解释6.1概述数据提取：指对数据进行某种有条件的提取，包括类型提取、窗口提取、空间内插等，以解决不
2、同用户对数据的特定需求数据处理一般包括：数据变换：指数据从一种数学状态到另一种数学状态的变换，包括几何纠正、投影转换和辐射纠正等，以解决空间数据的几何配准数据重构：指数据从一种格式到另一种格式的转换，包括结构转换、格式变换、类型替换等，以解决空间数据在结构、格式和类型上的统，实现多源和异构数据的联接与融合6.2坐标变换在数据获取过程中获取的数据可能采用了不同的坐标系扫描图像：像素坐标数字地图：地理坐标、投影坐标遥感数据：不精确的地理坐标野外采集的数据：精确的地理坐标（可能采用不同的大地基准）造成什么后果？怎么办？6.2坐标变换空间数据坐标变换的实质是建立同一点在不同坐标系之间坐标值的一一对应关
3、系一、几何纠正一、几何纠正二、投影转换二、投影转换三、地理转换三、地理转换6.2坐标变换关系如何建立选取同名控制点（X，Y）和(x,y)都存在确定坐标的控制点每个点可形成两个方程，根据未知数确定必要控制点的个数多于必要点数目时采用最小二乘法解算未知数，建立转换函数和评定结果：均方根误差转换坐标与原有坐标值差的平方和一、几何纠正平移：是将图形的一部分或者整体移动到笛卡尔坐标系中另外的位置，其变换公式一、几何纠正缩放操作可以用于输出大小不同的图形，其公式为：一、几何纠正旋转：实现旋转操作要用到三角函数，假定顺时针旋转角度为，其公式为一、几何纠正一、几何纠正仿射变换如果综合考虑平移、旋转和缩放：是一
4、个正交变换，其更为一般的形式是该方程有6个未知数，需要不在同一直线的3个控制点（在新旧坐标系都有正确坐标值的），就可以结算方程，多于3个控制点时，按最小二乘法求待定参数一、几何纠正一、几何纠正仿射变换特点：特点：直线变换后仍为直线平行线变换后的仍为平行线，并保持简单的长度比不同方向上上的长度比发生变化一、几何纠正一、几何纠正地形图纠正四点纠正逐格网法一、几何纠正一、几何纠正遥感影像纠正选用比例尺相近的地形图或正射影像图作参照，分别在参照图和遥感影像上选取同名地物点坐标地面控制点一、几何纠正二次和高次变换 A A和和B B代代表表三三次次以以上上高高次次项项之之和和。上上式式是是高高次次曲曲线线
5、方方程程，符符合合此此方方程程的变换称为高次变换。若不考虑的变换称为高次变换。若不考虑A A和和B B，则上式为二次曲线方程。则上式为二次曲线方程。4747个控制点：用双线性变换个控制点：用双线性变换819819个控制点：二次变换个控制点：二次变换20492049个控制点：三次变换个控制点：三次变换5050个控制点以上：用四次变换个控制点以上：用四次变换控制点增加，位置精度增加，但计算量加大控制点增加，位置精度增加，但计算量加大二、投影变换建立地球表面和投影平面上同名点位坐标之间的一一对应关系存在变形不同的投影方法变形特征不同二、投影变换数值变换：类似于图像几何纠正，根据两种投影在变换区内的若
6、干同名数字化点，采用插值法，或有限差分法，或有限元法，或待定系数法等，从而实现由一种投影的坐标到另一种投影坐标的变换解析法正解变换：通过建立一种投影变换为另一种投影的严密或近似的解析关系式，直接由一种投影的数字化坐标x、y变换到另一种投影的直角坐标X、Y反解变换：由一种投影的坐标反解出地理坐标(x、yB、L)，然后将地理坐标代人另一种投影的坐标公式中(B、LX、Y)，从而实现由一种投影的坐标到另一种投影坐标的变换(x、yX、Y)三地理变换地理变换是一种地理变换是一种在地理坐标系（基准面）间在地理坐标系（基准面）间转换数据的方法，当将矢量数据从一个坐标转换数据的方法，当将矢量数据从一个坐标系统变
7、换到另一个坐标系统下时，如果矢量系统变换到另一个坐标系统下时，如果矢量数据的变换涉及数据的变换涉及基准面基准面的改变时，需要通过的改变时，需要通过地理变换来实现地理变换或基准面平移地理变换来实现地理变换或基准面平移 三参数方法三参数方法：Thesimplestdatumtransformationmethodisageocentric,orthree-parameter,transformation.TheeocentrictransformationmodelsthedifferencesbetweentwodatumsintheX,Y,Zcoordinatesystem.Onedatumi
8、sdefinedwithitscenterat0,0,0.Thecenteroftheotherdatumisdefinedatsomedistance(X,Y,Z)inmetersaway.三、地理变换七参数法：七参数法：Amorecomplexandaccuratedatumtransformationispossiblebyaddingfourmoreparameterstoageocentrictransformation.Thesevenparametersarethreelinearshifts(X,Y,Z),threeangularrotationsaroundeachaxis(
9、rx,ry,rz),andscalefactor(s).三地理变换6.3空间数据结构的转换矢量结构与栅格结构的相互转换对于点状实体点状实体：每个实体仅由一个坐标对表示，其矢量结构和栅格结构的相互转换基本上只是坐标精度变换问题线实体的矢量结构由一系列坐标对表示，在变为栅格结构时，除把序列中坐标对变为栅格行列坐标外，还需根据栅格精度要求，在坐标点之间插满一系列栅格点，这也容易由两点式直线方程得到线实体由栅格结构变为矢量结构与将多边形边界表示为矢量结构相似，因此以下重点讨论多边形（面实体）的矢量结构与栅格结构相互转换一、矢量格式向栅格格式的转换点的栅格化式中，DX、DY分别表示一个栅格的宽和高，当栅
10、格通常为正方形时，DX=DY。表示取整 一、矢量格式向栅格格式的转换线的栅格化8方向栅格化特点：根据矢量线划的倾角情况，在每行或每列上，只有一个像元被“涂黑”。在保持八方向连通的前提下，栅格影像看起来最细。具体步骤如下：1.求出线段端点位置的行数差和列数差。2.若行数差小于等于列数差，则逐列求出本列中心线与过这两个端点的直线的交点：3.若行数差大于列数差，则逐行求出本行中心线与过这两点的直线的交点：一、矢量格式向栅格格式的转换线的栅格化Bresenham算法原理：过各行各列象素中心构造一组虚拟网格线。按直线从起点到终点的顺序计算直线与各垂直网格线的交点，然后确定该列象素中与此交点最近的象素步骤
11、：第一个象素点（0，0）第二个象素点：判断误差项d的大小，若12d1，Y坐标增量为1，如果0d12，Y坐标增量为0。dyx第三个象素点：ddyx一、矢量格式向栅格格式的转换算法实现时，转变为判断误差项的符算法实现时，转变为判断误差项的符号号 ：令：令e ed d12 12 第二个象素点：若第二个象素点：若e0e0，Y Y坐标增量坐标增量为为1 1；若；若e e0 0，Y Y坐标增量为坐标增量为0 0 第三个象素点：首先判断第三个象素点：首先判断e e是否非负，是否非负，若若e0e0时，先计算时，先计算d d1 1，再计算再计算e ed d1212。 这样只要根据这样只要根据e e的符号就可确定
12、下一个象素点的的符号就可确定下一个象素点的Y Y坐标增量。坐标增量。例如，一直线的斜率为例如，一直线的斜率为1 133。起始点：起始点：d=0,ed=0,e-1/2-1/2， 取点取点第第2 2点：点：d= d= d dyx = yx = 0+1/3=1/3, e0+1/3=1/3, e1/3-1/21/3-1/21616，取点取点第第3 3点点：d=1/3+1/3=2/3, d=1/3+1/3=2/3, e e2/3 2/3 1/2 1/2 = = 1616，取取点点 且且d=2/3-1=-d=2/3-1=-1/31/3 第第4 4点：点：d=-1/3+1/3=0, ed=-1/3+1/3=
13、0, e 0-1/2 =-1/2 0-1/2 =-1/2 ，取点取点 为避免浮点运算，可做一线性变换，使之完全变为整数的加法和乘法运算。为避免浮点运算，可做一线性变换，使之完全变为整数的加法和乘法运算。BresenhamBresenham算法不仅速度快、效果好，而且可以理论上证明它是目前同类各算法不仅速度快、效果好，而且可以理论上证明它是目前同类各种算法中最优的。种算法中最优的。d dd dd d(0,0)(0,0)线的栅格化Bresenham算法一、矢量格式向栅格格式的转换多边形的栅格化多边形的栅格化内部点扩散法内部点扩散法：原理：由一个内部的种子点开始，向其8个方向的邻点扩散。判断新加入的
14、点是否在多边形边界上，如果是，不作为种子点，否则当作新的种子点，直到区域填满，无种子点为止。缺点：该算法比较复杂，需要占用大量的内存，而且可能由于阻塞而造成扩散不能完成复数积分算法复数积分算法原理：复数积分算法是对全部栅格阵列逐个栅格单元判断栅格归属的多边形编码，判别方法是由待判点对每个多边形的封闭边界计算复数积分，对某个多边形，如果积分值为2i，则该待判点属于此多边形，赋予多边形编号，否则在此多边形外部，不属于该多边形缺点：可靠性好，实现简单，但运算时间很长，难以在可靠性好，实现简单，但运算时间很长，难以在比较低档次的计算机上采用比较低档次的计算机上采用一、矢量格式向栅格格式的转换多边形的栅
15、格化多边形的栅格化射线算法射线算法逐点判断数据栅格点在某多边逐点判断数据栅格点在某多边形之外或在多边形内形之外或在多边形内待判点向图外某点引射线，判待判点向图外某点引射线，判断该射线与某多边形所有边界断该射线与某多边形所有边界相交的总次数相交的总次数一、矢量格式向栅格格式的转换多边形的栅格化多边形的栅格化扫描算法扫描算法是射线算法的改进，将射线改为沿栅格阵列列或行是射线算法的改进，将射线改为沿栅格阵列列或行方向扫描线，判断与射线算法相似方向扫描线，判断与射线算法相似优点：省去了计算射线与多边形边界交点的大量运优点：省去了计算射线与多边形边界交点的大量运算，大大提高了效率算，大大提高了效率一、矢
16、量格式向栅格格式的转换多边形的栅格化多边形的栅格化边界代数算法边界代数算法边界代数多边形填充算法是一种基于积分思想的矢量格式向栅格格式转换算法，它适合于将包含拓扑关系的多边形矢量数据转换为栅格结构当边界上行时（图a），位于该边界左侧的具有相同行坐标的所有栅格被减去a当边界下行时（图b），该边界左边（前进方向看为右侧）所有栅格点加一个值a，边界搜索完毕则完成了多边形的转换当边界上行时，边界左边所有栅格值加上当边界上行时，边界左边所有栅格值加上（左多边形编号）（左多边形编号）- -（右多边形编号）；（右多边形编号）；当边界线下行时，当边界线下行时，边界左边所有栅格值加上边界左边所有栅格值加上（右多
17、边形编号）（右多边形编号）- -（左多边形编号）。（左多边形编号）。优点：根据边界的拓扑信息，通过简单的加减代数运算将边界位置信息动态地赋给各栅格点，实现了矢量格式到栅格格式的高速转换，因此算法简单、可靠性好，各边界弧段只被搜索一次，避免了重复计算。多边形的栅格化多边形的栅格化边界代数算法边界代数算法两个相邻多边形的边界代数转换过程两个相邻多边形的边界代数转换过程一、矢量格式向栅格格式的转换二、栅格格式向矢量格式的转换点的点的矢量化对于任意一个栅格点对于任意一个栅格点A而言，将其行、列号而言，将其行、列号I、J转换为其中心点的转换为其中心点的X、Y的公式如下：的公式如下： X=X0+(J-0.
18、5)DXY=Y0-(I-0.5)DY二、栅格格式向矢量格式的转换线段的矢量化线段的矢量化线段栅格数据向矢量数据转换的实质是，将具有相同属性值的连续的单元格搜索出来，最后得到细化的一条线具体实施时可以先将具有一定粗细的栅格数据线进行细化，使其成为单像素的线段，然后进行矢量化二、栅格格式向矢量格式的转换多边形的矢量化多边形栅格数据向矢量数据转换的实质将具有同一属性的单元归为一类再检测两类不同属性的边界作为多边形的边最终提取以栅格集合表示的区域边界和边界的拓扑关系二、栅格格式向矢量格式的转换多边形的矢量化四个基本步骤多边形边界提取：边界线追踪：对每个边界弧段由一个结点向另一个结点搜索，通常对每个已知
19、边界点需沿除了进入方向的其他7个方向搜索下一个边界点，直到连成边界弧段；拓扑关系生成去除多余点及曲线圆滑：由于搜索是逐个栅格进行的，必须去除由此造成的多余点记录，以减少数据冗余；曲线由于栅格精度的限制可能不够圆滑，需采用一定的插补算法进行光滑处理，常用的算法有：线形迭代法；分段三次多项式插值法；正轴抛物线平均加权法；斜轴抛物线平均加权法；样条函数插值法。二、栅格格式向矢量格式的转换多边形栅格转矢量的双边界搜多边形栅格转矢量的双边界搜索算法索算法（1）边界点和结点提取采用2*2栅格阵列作为窗口顺序沿行、列方向对栅格图像全图扫描如果窗口内四个栅格有且仅有两个不同的编号，则该四个栅格表示为边界点如果
20、窗口内四个栅格有三个以上不同编号，则标识为结点（即不同边界弧段的交汇点），保持各栅格原多边形编号信息。对于对角线上栅格两两相同的情况，由于造成了多边形的不连通，也当作结点处理二、栅格格式向矢量格式的转换多边形栅格转矢量的双边界搜索算法多边形栅格转矢量的双边界搜索算法（2）边界线搜索与左右多边形信息记录边界搜索由一个结点开始，选定与之相邻的任意一个边界点或结点进行搜索首先记录边界点两个多边形编号作为被搜索边界的左右多边形，搜索的方向由当前点的进入方向和下一步走向来确定，因此每个边界点只能有两个走向：一个进入方向、一个是下步搜索方向。若该边界点由下方搜索到的，则进入点为下方，搜索方向则只能为右方，
21、其弧段的左右多边形分别为a和b。若由右方搜索到的，则搜索方向只能为下方，左右多边形编号为b和a。此种结构可唯一地确定搜索方向，从而减少搜索时间，同时完成左右多边形的拓扑信息二、栅格格式向矢量格式的转换多边形栅格转矢量的双边界搜索算法多边形栅格转矢量的双边界搜索算法（3）多余点去除多余点是由于栅格向矢量转换时逐点搜索边界造成的（当边界为直线时），多余点去除算法可大量去除多余点，减少数据冗余在一个边界弧段上的连续的三个点，如果在一定程度上可以认为在一条直线上（满足直线方程），则三个点中间一点可以被认为上多余的，予以去除6.4空间数据编辑空间数据编辑：在数字地图上添加、删除和修改要素的过程是数据获取
22、手段之一纠正地图错误、数据更新的主要手段本节重点阐述地图错误及相关编辑操作6.4空间数据编辑地图错误几何错误：位置错误、形态错误测量错误、选点错误、数字化错误、坐标系统匹配错误等拓扑错误：要素之间的链接、邻接、关联等拓扑关系多边形之间：多边形不闭合、裂隙、重叠线：欠头、过伸造成悬挂节点；线段方向点：图层之间的拓扑错误：不同图层要素之间存在逻辑错误6.4空间数据编辑点线拓扑关系的建立点线拓扑关系的建立a1a1 N2 N2 N3N3a1a1a2a2 N1 N1 N2N2N4N4a3a3a4a4(a)(a)(c)(c)结点结点- -弧段表弧段表Oid起结点终结点a1a2N1N2N2N3Oid弧段号N
23、1N2N3a1a1,a2a2弧段弧段- -结点表结点表Oid起结点终结点a1a2a3a4N1N2N2N4N2N3N4N3Oid弧段号N1N2N3N4a1a1,a2,a3a2,a4a3,a4 N1 N1 6.4空间数据编辑多边形拓扑关系建立的基本步骤：一、链的组织二、结点匹配三、检查多边形是否闭合四、建立多边形五、岛的判断六、确定多边形的属性6.4空间数据编辑一、链的组织找出在链的中间相交，而不是在端点相交的情况，自动切成新链把链按一定顺序存储，如按最大或最小的x或y坐标的顺序，这样查找和检索都比较方便，然后把链按顺序编号二、结点匹配结点匹配是指把一定限差内的链的端点作为一个结点，其坐标值取多个
24、端点的平均值对结点顺序编号三、检查多边形是否闭合检查多边形是否闭合可以通过判断一条链的端点是否有与之匹配的端点来进行如图，弧a的端点P没有与之匹配的端点，因此无法用该条链与其它链组成闭合多边形6.4空间数据编辑多边形不闭合的原因：结点匹配限差的问题，造成应匹配的端点未匹配，或由于数字化误差较大，或数字化错误，可通过图形编辑或重新确定匹配限差来确定这条链本身就是悬挂链，不需参加多边形拓扑，这种情况下可以作一标记，使之不参加下一阶段拓扑建立多边形的工作。6.4空间数据编辑四、建立多边形基本概念基本概念a、顺时针方向构多边形：指多边形是在链的右侧b、最靠右边的链：指从链的一个端点出发，在这条链的方向
25、上最右边的一条链，a的最右边的链为d建立多边形的基本过程建立多边形的基本过程 顺序取一个结点为起始结点，取完为止；取过该结点的任一条链作为起始链取这条链的另一结点，找这个结点上，靠这条链最右边的链，作为下一条链是否回到起点：是，已形成一多边形，记录之，并转；否，转取起始点上开始的，刚才所形成多边形的最后一条边作为新的起始链，转；若这条链已用过两次，即已成为两个多边形的边，则转6.4空间数据编辑例：例：从从P1开始，起始链定为开始，起始链定为P1P2,从从P2点算起，点算起，P1P2最右边的最右边的链为链为P2P5；从从P5算起，算起，P2P5最右边最右边的链为的链为P5P1,.形成的形成的多边
26、形为多边形为P1P2P5P1从从P1开始，以开始，以P1P5为起始链，形成的多边形为为起始链，形成的多边形为P1P5P4P1从从P1开始，以开始，以P1P4为起始链为起始链,形成的多边形为形成的多边形为P1P4P3P2P1这时这时P1为结点的所有链均被使用了两次，因而转向下一个为结点的所有链均被使用了两次，因而转向下一个结点结点P2，继续进行多边形追踪，直至所有的结点取完。共继续进行多边形追踪，直至所有的结点取完。共可追踪出五个多边形，即可追踪出五个多边形，即A1、A2、A3、A4、A5。6.4空间数据编辑五、岛的判断五、岛的判断岛的判断即指找出多边形互相包含的情况，也即寻找多边形的连通边界基
27、本步骤：1、计算所有多边形的面积2、分别对面积为正的多边形和面积为负的多边形排序3、从面积为正的多边形中，顺序取每个多边形，取完为止;若负面积多边形个数为0，则结束4、找出该多边形所包含的所有面积为负的多边形，并把这些面积为负的多边形加入到包含它们的多边形中，转36.4空间数据编辑六、确定多边形的属性六、确定多边形的属性在追踪出每个多边形的坐标后，经常需确定该多边形的属性如果在原始矢量数据中，每个多边形有内点，则可以把内点与多边形匹配后，把内点的属性赋于多边形由于内点的个数必然与多边形的个数一致，所以，还可用来检查拓扑的正确性如果没有内点，则必须通过人机交互，对每个多边形赋属性6.4空间数据编
28、辑网络拓扑关系的建立网络拓扑关系的建立在输入道路、水系、管网、通信线路等信息时，为了进行流量以及连通性分析，需要确定线实体之间的连接关系网络拓扑关系的建立包括确定节点与连接线之间的关系，这个工作可以由计算机自动完成但是在一些情况中，如道路交通应用中，一些道路虽然在平面上相交，但是实际上并不连通，如立交桥，这是需要手工修改，将连通的节点删除6.4空间数据编辑ARCGIS常用的拓扑编辑操作Clean:对Coverage图层创建拓扑关系Findsintersectionsbetweenarcs,splitsthearcs,andcodestheintersectionsasnodes(arcendp
29、oints).Mergescoordinateswithinthefuzzytoleranceofeachother.Createsthelistofarcs.Deletesdanglingarcsthatareshorterthanthespecifieddanglelength.Buildsapolygonattributetable(PAT)oranarcattributetable(AAT).Itcalculatestheareaandperimeterforeachpolygonandstoresthisinformationalongwiththepolygoninternalnu
30、mberandUser-IDinthePAT.IftheinputcoveragealreadyhasaPAT,thepolygonsoriginalinternalnumberisusedtojoinanyadditionalitemsinthePATtotheoutputcoveragePAT.6.4空间数据编辑ARCGIS常用的拓扑编辑操作DeleteMoveAddSplitFilp(翻转)6.4空间数据编辑ARCGIS中常用拓扑编辑操作地图拓扑(Maptopology)：可对SHP和Geodatabase图层进行操作在拓扑编辑过程中把符合拓扑规则的要素临时组合起来，进行编辑操作重合要素
31、是根据聚合容差定义用拓扑规则编辑（限于Geodatabase）创建拓扑拓扑关系验证修正错误或接受错误（异常）6.4空间数据编辑ARCGIS中常用常规编辑操作Extend/extrimDelete/moveReshapingSplitMerge(同层内要素对象)BufferUnion（不同层内要素）Intersect6.4空间数据编辑数字接边：在拼幅时须对分幅数字化地图在公共边上进行相同要素的匹配原因：在对底图进行数字化以后，由于图幅比较大或者使用小型数字化仪时，难以将研究区域的底图以整幅的形式来完成，这是需要将整个图幅划分成几部分分别输入。在所有部分都输入完毕并进行拼接时，常常会有边界不一致的
32、情况，需要进行边缘匹配处理边缘匹配处理，类似于下面提及的悬挂节点处理，可以由计算机自动完成，或者辅助以手工半自动完成。经常要输入标准分幅的地形图，也需要在输入后进行拼接处理一般需要先进行投影变换，通常的做法是从地形图使用的高斯克吕格投影转换到经纬度坐标系中，然后再进行拼接。6.4空间数据编辑6.4空间数据编辑基本概念：几何裂缝：指由数据文件边界分开的一个地物的两部分不能精确地衔接。逻辑裂缝：同一地物地物编码不同或具有不同的属性信息，如公路的宽度，等高线高程等313233212223111213几何接边识别或提取相邻图幅边缘匹配人人工工接接边边接边接边直接移动，突变直接移动，突变回缩回缩2-32
33、-3个点个点减少突变减少突变 6.4空间数据编辑几何接边图形合并涉及到空间拓扑关系的重建涉及到空间拓扑关系的重建对于多边形，由于同一个目标在两幅图内已形成独立的多边形，合并对于多边形，由于同一个目标在两幅图内已形成独立的多边形，合并时，需去除公共边界，属性合并，具体算法，删去共同线段。时，需去除公共边界，属性合并，具体算法，删去共同线段。 实际处理过程是先删除两个多边形，解除空间关系后，删除公共边，实际处理过程是先删除两个多边形，解除空间关系后，删除公共边，再重建拓扑。最后进行属性的合并操作再重建拓扑。最后进行属性的合并操作 6.4空间数据编辑逻辑接边检查同一地物在相邻图幅的地物编码和属性值是
34、否一致，不一致，进行人工编辑。将同一地物在相邻图幅的空间数据在逻辑上连在一起。索引文件，建立双向指针关键字，空间操作的方法A3A3A AA1A1A2A2Oid 指针A1AOid 指针A2AOid 指针A3AOid指针AA1A2A3图图3 3图图2 2图图1 1总目标文件总目标文件逻辑接边逻辑接边6.4空间数据编辑ARCGIS中常用拓扑编辑操作图幅拼接（edgematching）:沿着一个图层的边缘，对相邻图层的线条作匹配，使线条连续穿越两个图层的边界移动源图层对象与目标图层相匹配6.5矢量数据的压缩和综合数据压缩数据压缩：从所取得的数据集合：从所取得的数据集合S中抽出中抽出个子集个子集A，这个
35、子集作为一个新的信息源，在规定的精度范围内最这个子集作为一个新的信息源，在规定的精度范围内最好地逼近原集合，而又取得尽可能大的压缩比好地逼近原集合，而又取得尽可能大的压缩比点的压缩点的压缩曲线的压缩曲线的压缩多边形的压缩多边形的压缩6.5空间数据的压缩和综合1.空间数据压缩与综合的意义空间数据压缩与综合的意义（1）数据采集系统获得的坐标数据量极其巨大（2）简化次要内容（3）建立无级比例尺数据库2.数据压缩的定义数据压缩的定义所谓数据压缩，即从所取得的数据集合S中抽出一个子集A，这个子集作为一个新的信息源，在规定的精度范围内最好地逼近原数据集合，而又取得尽可能大的压缩比。6.5空间数据的压缩和综
36、合压缩比：压缩比：表示曲线信息载量减少的程度，即曲线信息载量减少的数量化表示。设数据集S中曲线的原来点序列为：A： A1，A2，An压缩处理后，获得新的子序列为：A： As1， As2，Asma值的大小，既与曲线的复杂程度、缩小倍数、精度要求、数字化取点的密度等因素有关。m1a = n压缩比为：6.5空间数据的压缩和综合3. 矢量（曲线）数据的压缩矢量（曲线）数据的压缩特征点筛选法：特征点筛选法：也可称为迭代端点拟合算法，用于压缩线状数据。AB第1步：A、B两点连线ABAB第3步：保留点C，再与A、B两点连线，重复第2步第2步：求最大距离，得到点C6.5空间数据的压缩和综合特征点筛选法算法如下
37、：特征点筛选法算法如下：y-yMx-xM=yM-yNyM-yN=yM - yNDA=xN - xMDB=xM yN - xN yMDC=D (yM - yN)2+(xM - xN)2建立直线方程建立直线方程化成一般格式化成一般格式 Ax+By+C=06.5空间数据的压缩和综合如：如：Pi为PM到PN间任一点则：则： Pi到直线PMPN间的距离Di为: : D Di i = =| |A Axixi+B+Byiyi+C+C | |根据上面的距离公式,可以计算曲线上任一点到直线PMPN的距离。 取取 dh=max(dM,dN)（约定等值时取第一个），P =0， 当dh 1， 当 dh sign(dh
38、-)1+sign(dh-)P =12并给开关量P赋值： 矢量数据压缩是以信息丢失为代价，换取空间数据容量的缩小。矢量数据压缩是以信息丢失为代价，换取空间数据容量的缩小。 这里为控制数据压缩的极差，当 P P = 0 时，P PN N作为留取点抽出，并依次排在前一个留取点之后。主要过程描述：主要过程描述：(1)(1)对曲线的离散点P(x0,y0) ， P(x1,y1) ， P(xn,yn) ，设它的两个端点为A=P(x0,y0)和B P(xn,yn) ，并用线段连接AB。(2)(2)在AB 范围内的点列中寻找与AB线段具有最大距离的点，记它为C。将AC、BC相连，去掉线段AB。(3)(3)寻找与
39、AC 具有最大距离的点D，连接AD、DC；寻找与CB具有最大距离的点E，连接CE、EB，去掉AC、BC。如果满足预定要求，那么折线ADCEB即为AB的分段拟合结果；否则，对AD、DC、CE、EB分别执行(2)(2)，直到满足预定要求为止。6.5空间数据的压缩和综合6.5空间数据的压缩和综合4 栅格数据的压缩栅格数据的压缩影像数据压缩的可能性是因为像素之间存在着较强的相关性：从统计观点上看，某像素的灰度值总是和周围其他像素的灰度值有某种关系，应用编码方法提取并减少这种相关牲，便可实现影像数据的压缩。从信息论观点来看，影像压缩就是减少影像信息中无用的冗余信息。压缩编码策略压缩编码策略保真度编码：多
40、灰度影像常用保真度编码，允许有极小的误差；信息保持编码：二值影像和灰度等级较少的影像多采用信息保持编码，不允许有误差存在。如，行程编码。6.5空间数据的压缩和综合(1)变换编码变换编码变换编码是将原始影像分块映射为变换系数，然后用比特分配矩阵给各系数分配以不同的比特数，同时略去很小的系数，达到数据压缩的目的。在假设影像数据为GaussMarkov场的前提下，K-L变换是最佳的变换，但K-L变换没有快速算法。余弦变换与K-L变换非常相近，其快速算法比FFT(快速付利叶)还快，所以余弦变换是最适合影像数据压缩的变换，这种变换编码可用于压缩多灰度影像和DEM数据。6.5空间数据的压缩和综合 (2)(
41、2)墒编码墒编码墒编码的目的是使编码后数据的平均比特数尽可能接近其墒。一般是根据数据出现的概率大小赋予不同长度的码字，概率大的用短码字，反之用长码字。Huffman编码是一种给出最小平均码长的最佳编码方法。可以利用改进的Huffman编码(MHC)对行程编码的行程长度进行压缩，以取得较高的压缩比，另外，还可用变形的MHC码对多灰度影像和DEM数据进行压缩。6.5空间数据的压缩和综合(3)行程编码行程编码行程编码主要适合于下面两种情况二值影像：对二值影像来说，灰度信息隐式地包含在交替的黑白行程之中，不需要记录。少灰度影像：在少灰度影像编码时，则需记录灰度值及其行程长度。根据不同的顺序将二维影像变
42、换成一维线性表，可得到不同效果的行程编码。 合理地选择这种顺序，将有助于减少行程数，提高数据压缩比。6.5空间数据的压缩和综合(4)(4)跳白块编码跳白块编码对二值影像进行分块，若全白块出现的概率较大，可给它分配最短的码字“0”，而其它块采用直接编码，并附加前缀“1”。编码效率取决于全白块出现的概率。分块的目的在于构成较多(且较大)的白块。一种较灵活的方法是自适应分块编码。这种编码方法特别适合于压缩块状二值影像。6.5空间数据的压缩和综合5、空间数据综合、空间数据综合当空间数据库建立后，在用户使用数据库时，常常需要先对数据库中提取的数据作定向处理，以满足用户的需要。这些定性处理包括：数据属性的
43、重新分类：如:在土地利用动态监测研究中，不同时期土地利用类型的调整、综合；另外比例尺的缩小也需要对属性数据进行合并。空间图形的化简：当属性数据发生变化后，势必有一些图斑与相邻图斑的属性一致，这时就应该将这些图斑合并，即去掉公共边。图形特征的内插：随着图形比例尺的放大，需要插入与比例尺相对应的图形信息。一、图像增强二、二值图像处理三、图像的特征提取和分析6.7图像数据的处理方法6.7图像数据的处理方法一、图像增强1、灰度级的修整灰度级校正灰度变换直方图变换2、空域处理平滑尖锐化3、频域处理4、伪彩色增强6.7图像数据的处理方法二、二值图像处理二、二值图像处理1、图像的二值化（1）状态法（2）微分
44、直方图法（3）可变阈值法2、二值图像的平滑去噪（1）去毛刺（2）线划平滑与孔洞填补（3）去除独立污点三、图像的特征提取和分析点特征提取线特征提取区域分割6.7图像数据的处理方法6.8多源空间数据的融合一、遥感（RS）和GIS数据的融合6.8多源空间数据的融合遥感图像与遥感图像与GIS数据融合数据融合经过正射纠正后的遥感影像，与数字地图信息融合，可产生影像地图。具有如下特点：这种影像地图具有一定的数学基础有丰富的光谱信息与几何信息有行政界线和属性信息提高了用户的可视化效果；并使用户能够方便的得到各种统计信息，如：某个行政单元的土地利用类型、数量等。6.8多源空间数据的融合遥感数据与遥感数据与DE
45、M的融合的融合有助于实施遥感影像的几何校正与配准，消除遥感图像中因地形起伏所造成的像元位移，提高遥感图像的定位精度；DEM可参与遥感图像的分类，改善分类精度提高GIS空间分析能力6.8多源空间数据的融合多卫星、多时相遥感数据融合多卫星、多时相遥感数据融合将不同时期的遥感图像配准叠合，可以从遥感图像中快速发现已发生变化的区域，进而实现GIS数据库的自动半自动快速更新。2000年(TM)1998年(SPOT)水系与DEM复合道路与DEM复合居民点与DEM复合居民点与DEM复合6.8多源空间数据的融合6.9属性数据管理GIS中的属性数据以表格形式存储要素数据表对象数据表6.9ArcGIS数据处理简介
46、一、投影变换一、投影变换二、数据格式转换二、数据格式转换三、数据处理三、数据处理在GIS中，空间数据是一个重要的部分。整个GIS都是围绕空间数据的采集、加工、存储、分析和表现展开的。而原始空间数据本身通常在数据结构、数据组织、数据表达上和用户自己的信息系统不一致，就需要对原始数据进行转换与处理，如投影变换，不同数据格式之间的相互转换，以及数据的裁切、拼接等处理。以上所述的各种数据转换与处理均可以利用ArcToolbox中的工具实现。一、投影变换投影变换由于数据源的多样性，当数据与所研究、分析问题的空间参考系统（坐标系统、投影方式）不一致时，就需要对数据进行投影变换。同样，在对本身有投影信息的数
47、据采集完成时，为了保证数据的完整性和易交换性，要对数据定义投影。图图4.1投投影影变变换换工工具具一、投影变换投影变换 图图4.2 4.2 （a a）地理坐标系下的经纬网）地理坐标系下的经纬网一、投影变换投影变换图4.2（b）投影坐标系下的经纬网一、投影变换投影变换1、定义投影（DefineProjection）：指按照地图信息源原有的投影方式，为数据添加投影信息。在ArcGIS中利用DataManagementTools工具箱,ProjectionsandTransformations工具集中的DefineProjection命令，能够为数据定义投影。一、投影变换投影变换图图4.4 4.4
48、Spatial Spatial ReferenceReference属属性性对对话话框框图图4.3DefineProjection对对话话框框图标 单击一、投影变换投影变换2投影变换（Project）：是将一种地图投影转换为另一种地图投影，主要包括投影类型、投影参数或椭 球 体 等 的 改 变 。 在 ArcToolbox的 DataManagement Tools工 具 箱 ,Projections andTransformations工具集中分为栅格和要素类两种类型的投影变换，其中对栅格数据进行投影变换时，要进行重采样。一、投影变换投影变换（1）栅格（Raster）数据的投影变换：利用Da
49、taManagementTools工具箱,ProjectionsandTransformations中Raster工具集,ProjectRaster命令对栅格数据进行投影变换。图图4.5 Project 4.5 Project Raster对话框对话框4.1投影变换投影变换（2）要素类（Feature）数据的投影变换：利用DataManagementTools工具箱,ProjectionsandTransformations中的Feature工具集,Project命令，对矢量数据进行投影变换。图图4.6Project对对话框话框4.1投影变换投影变换3数据变换数据变换是指对数据进行诸如放大、缩
50、小、翻转、移动、扭曲等几何位置、形状和方位的改变等的操作对矢量数据的相应操作在ArcMap中Editor工具条的若干工具实现（详见第三章）而栅格数据的相应操作则集中于ArcToolbox的DataManagementTools工具箱ProjectionsandTransformations中的Raster工具集中，以下分别就栅格数据的翻转（Flip）、镜像（Mirror）、重设比例尺（Rescale）、旋转（Rotate）、移动（Shift）和扭曲（Warp）等分别介绍4.1投影变换投影变换（1）翻转（Flip）：是指将栅格数据沿着通过数据中心点的水平轴线，将数据进行上下翻转。利用Flip命令
51、，对数据进行翻转。图图4.7FlipFlip对对话框话框翻转图图4.8翻转（翻转（FlipFlip）的图解表达）的图解表达4.1投影变换投影变换（2）镜像（Mirror）：是指将栅格数据沿着通过数据中心点的垂直轴线，将数据进行左右翻转。利用Mirror命令，对数据进行镜像。图图4.10镜镜像像（Mirror）的的图图解解表表达达镜像图图4.9Mirror对对话框话框4.1投影变换投影变换（3）重设比例尺（Rescale）：是指将栅格数据按照指定比例分别沿X轴和Y轴放大或缩小。Rescale命令，对数据重设比例尺。重设比例尺图图4.12重设比例尺（重设比例尺（Rescale）的图解表达）的图解表
52、达图图4.11Rescale对对话框话框4.1投影变换投影变换（4）旋转（Rotate）：是指将栅格数据沿着指定的中心点旋转指定的角度。利用Rotate命令，对数据进行旋转。图图4.13Rotate对对话框话框 旋转图图4.14旋转旋转（Rotate）的图解表达）的图解表达4.1投影变换投影变换（5）移动（Shift）：是指将栅格数据分别沿X轴和Y轴移动指定的距离。利用Shift命令，对数据进行移动。图图4.15Shift对对话框话框移动图图4.16移动移动（Shift）的图解表达）的图解表达4.1投影变换投影变换（6）扭曲（Warp）：是指将栅格数据通过输入的控制点进行多项式变换。利用War
53、p命令，对数据进行扭曲变换。图图4.17Warp对对话框话框 原数据一次多项式二次多项式三次多项式图图4.18扭扭曲曲（Warp）的的图图解解表表达达二、数据格式转换空间数据的来源有很多，如地图、工程图、规划图、照片、航空与遥感影像等，因此空间数据也有多种格式。根据应用需要，对数据的格式要进行转换。转换是数据结构之间的转换，而数据结构之间的转化又包括同一数据结构不同组织形式间的转换和不同数据结构间的转换。其中，不同数据结构间的转换主要包括矢量到栅格数据的转换和栅格到矢量数据的转换。图图4.19数据格式转换工具数据格式转换工具二、数据格式转换基于文件的空间数据类型包括对多种GIS数据格式的支持，
54、如coverage，shapefile，grid，image和TIN。Geodatabase数据模型也可以在数据库中管理同样的空间数据类型。基于文件的空间数据基于数据库的空间数据CoveragesOracleShapefilesOracle with SpatialGridsDB2 with its Spatial TypeTINsInformix with its Spatial TypeImages（各种格式的）SQL ServerVector Product Format (VPF) filesPersonal Geodatabases（微软的Access）CAD 文件 表（各种格式的）
55、 表表1 ArcGIS 中的数据类型中的数据类型二、数据格式转换数据结构转换地理信息系统的空间数据结构主要有栅格结构和矢量结构，这两种数据结构是模拟地理信息的两种不同的方法。在地理信息系统中栅格数据与矢量数据各具特点与适用性，为了在一个系统中可以兼容这两种数据，以便有利于进一步的分析处理，常常需要实现两种结构的转换。二、数据格式转换（1）栅格数据向矢量数据的转换栅格向矢量转换处理的目的，是为了将栅格数据分析的结果，通过矢量绘图装置输出，或者为了数据压缩的需要，将大量的面状栅格数据转换为由少量数据表示的多边形边界，但是主要目的是为了能将自动扫描仪获取的栅格数据加入矢量形式的数据库。由栅格数据可以
56、转换为3种不同的矢量数据，分为点状、线状和面状的矢量数据。但转换操作大同小异，例如利用ConversionTools工具箱，FromRaster工具集中的RastertoPolygon命令，可将栅格数据转换成面状矢量数据。二、数据格式转换图图4.21RastertoPolygon的图解表达的图解表达图图4.20RastertoPolygon对话框对话框二、数据格式转换（2）矢量数据向栅格数据的转换矢量数据直接用于多种数据的复合分析等处理将比较复杂，特别是不同数据要在位置上一一配准，寻找交点并进行分析。相比之下利用栅格数据模式进行处理则容易得多。加之土地覆盖和土地利用等数据常常从遥感图像中获得，
57、这些数据都是栅格数据，因此矢量数据与它们的叠置复合分析更需要把其从矢量数据的形式转变为栅格数据的形式。利用ConversionTools工具箱，ToRaster工具集中的FeaturetoRaster命令，可将矢量数据转换成栅格数据。二、数据格式转换图图4.23FeaturetoRaster图解表达图解表达图图4.22FeaturetoRaster对话框对话框二、数据格式转换数据格式转换1.CAD数据的转换CAD数据是一种常用的数据类型，例如大多数的工程图、规划图都是CAD格式。ArcGIS中的要素类，Shapefile数据可以转换成CAD数据，CAD数据也可以转换成要素类和地理数据库。二、数
58、据格式转换（1）数据输出CAD格式：将要素类或者要素层转换成CAD数据。可利用ConversionTools工具箱，ToCAD工具集中的ExporttoCAD命令。图图4.24ExporttoCAD对话框对话框二、数据格式转换（2）CAD的输入转换：将CAD数据转换成要素类和数据表。可利用ConversionTools工具箱，ToGeodatabase工具集中的ImporttoCAD命令。图图4.25ImporttoCAD对对话话框框二、数据格式转换2栅格数据与ASCII文件之间的转换（1）栅格数据向ASCII文件的转换利用ConversionTools工具箱，FromRaster工具集中的R
59、astertoASCII命令，可实现由栅格数据向ASCII文件的转换。图图4.26RastertoASCII对话框对话框二、数据格式转换（2）ASCII文件向栅格数据的转换利用ConversionTools工具箱，ToRaster工具集，中的ASCIItoRaster命令，可实现由ASCII文件向栅格数据的转换。图图4.27ASCIItoRaster对话框对话框三、数据处理数据裁切数据裁切是从整个空间数据中裁切出部分区域，以便获取真正需要的数据作为研究区域，减少不必要数据参与运算。1矢量数据的裁切：可利用AnalysisTools工具箱，Extract工具集中的Clip命令图图4.29Clip
60、的图解表达的图解表达+图图4.28ClipClip对话框对话框三、数据处理2栅格数据的裁切栅格数据的裁切有多种方法，例如用圆形、点、多边形、矩形，以及用已存在的数据进行裁切。其中最常用的方法是利用已存在的栅格或矢量数据裁切栅格数据。可利用SpatialAnalystTools工具箱，Extraction工具集中的ExtractbyMask命令。图图4.31ExtractbyMask的的图图解解表表达达图图4.30ExtractbyMask对对话话框框三、数据处理数据拼接 数据拼接是指将空间相邻的数据拼接成为一个完整的目标数据。因为研究区域可能是一个非常大的范围，跨越了若干相邻数据，而空间数据是
61、分幅存储的，因此要对这些相邻的数据进行拼接。拼接的前提是矢量数据经过了严格的接边，关于数据接边的操作在SpatialAdjustment工具中。所以空间数据拼接是空间数据处理的重要环节，也是地理信息系统空间数据分析中经常必须的操作。三、数据处理1矢量数据的拼接：可利用DataManagementTools工具箱，General工具集中的Append命令。图图4.33Append的图解表达的图解表达图图4.32 Append对对话话框框三、数据处理2栅格数据的拼接：可利用DataManagementTools工具箱，Raster工具集中的MosaicToNewRaster命令。图图4.40Mos
62、aicToNewRaster的图解表达的图解表达图图4.39MosaicToNewRaster对话框对话框三、数据处理数据提取数据提取是从已有数据中，根据属性表内容选择符合条件的数据，构成新的数据层。可以通过设置SQL表达式进行条件选择。1矢量数据的提取：可利用AnalysisTools工具箱，Extract工具集中的Select命令。图图4.41Select对话框对话框图图4.43Select的图解表达的图解表达三、数据处理2栅格数据的提取：可利用SpatialAnalystTools工具箱，Extraction工具集中的ExtractbyAttributes命令。因为该功能是依据数据的属性进行提取，所以适用于具有属性表的栅格数据图图4.44ExtractbyAttributes对话框对话框图图4.46ExtractbyAttributes的图解表示的图解表示本章小结数据处理的定义、目的和主要内容坐标转换的实质、内容数据结构的转换矢量栅格栅格矢量拓扑关系的建立空间数据的压缩和综合图幅数据边缘匹配处理图像（栅格）数据的处理方法多源空间数据的融合ArcGIS数据处理功能简介
