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1、第二章第二章 空间数据获取空间数据获取与处理与处理本章内容21 地理空间及表达22 空间数据的特征及其表示方法 23 空间数据结构类型24 空间数据融合2。5 空间数据的内插方法2。6 图幅数据边沿匹配处理 21 地理空间及表达2.1.1 地理空间 q 范围q 内容 1、范围地理空间上至大气电离层、下至地幔莫霍面。 绝对地理空间：具有属性描述的空间位置的集合，它由一系列的空间坐标值组成。相对地理空间：具有空间属性特征的实体的集合，它是由不同实体之间的空间关系构成。 2、内容（1）空间定位框架 我国的大地坐标系： 1954北京坐标系（局部平差） 1980中国国家大地坐标系（整体平差）长半轴a，短
2、半轴b，扁率f，原点？ 大地坐标 直角坐标？ 地图投影 高程（56年黄海平均海水面，85年国家高程基准）内容 坐标参考系统平面系统直接建立在球体上的地理坐标，用经度和纬度表达地理对象位置建立在平面上的直角坐标系统，用（x，y）表达地理对象位置投影内容之地图投影：为什么要进行投影l将地球椭球面上的点映射到平面上的方法，称为地图投影l地理坐标为球面坐标，不方便进行距离、方位、面积等参数的量算l地球椭球体为不可展曲面l地图为平面，符合视觉心理，并易于进行距离、方位、面积等量算和各种空间分析内容之地图投影：投影实质 建立地球椭球面上经纬线网和平面上相应经纬线网的数学基础，也就是建立地球椭球面上的点的地
3、理坐标（，）与平面上对应点的平面坐标（x，y）之间的函数关系： 当给定不同的具体条件时，将得到不同类型的投影方式。 内容之地图投影 ：GIS中地图投影GIS以地图方式显示地理信息，而地图是平面，地理信息则在地球椭球上，因此地图投影在GIS中不可缺少。GIS数据库中地理数据以地理坐标存储时，则以地图为数据源的空间数据必须通过投影变换转换成地理坐标；而输出或显示时，则要将地理坐标表示的空间数据通过投影变换变换成指定投影的平面坐标。GIS中，地理数据的显示可根据用户的需要而指定投影方式，但当所显示的地图与国家基本地图系列的比例尺一致时，一般采用国家基本系列地图所用的投影。内容之地图投影：我国常用地图
4、投影1：100万：兰勃投影（正轴等积割圆锥投影）大部分分省图、大多数同级比例尺也采用兰勃投影1：50万、1：25万、1：10万、1：5万、1：2.5万、1:1万、1：5000采用高斯克吕格投影上机操作:运行ArcView，打开一个视图（view），并向视图中添加数据。（数据可以从ArcView的安装目录如D:ESRIESRIDATA中找到，比如我们打开一幅美国地图）从View菜单选择Properties菜单项 在出现的对话框中看是否已经为视图指定了投影（下图中红框标记的地方，如果有投影，则会出现投影名称，下图还没有设置投影） 单击上图中的Projection按钮，将出现如下图对话框。 2.1.
5、2 空间实体的表达01 矢量表达0空间对象一般按地形维数进行归类划分0点：零维0线：一维0面：二维0体：三维0时间：通常以第四维表达，但目前GIS还很难处理时间属性。0空间对象的维数与比例尺是相关的02 栅格表达03不规则三角网的表达方法 1、矢量表达空间对象：点 有位置，无宽度和长度； 抽象的点美国佛罗里达洲地震监测站2002年9月该洲可能的500个地震位置矢量表达空间对象：线 有长度，但无宽度和高度 用来描述线状实体，通常在网络分析中使用较多 度量实体距离香港城市道路网分布矢量表达空间对象：面 具有长和宽的目标 通常用来表示自然或人工的封闭多边形 一般分为连续面和不连续面中国土地利用分布图
6、（不连续面）矢量表达空间对象：面（续）连续变化曲面：如地形起伏，整个曲面在空间上曲率变化连续。不连续变化曲面，如土壤、森林、草原、土地利用等，属性变化发生在边界上，面的内部是同质的。矢量表达空间对象：体有长、宽、高的目标通常用来表示人工或自然的三维目标，如建筑、矿体等三维目标香港理工大学校园建筑2、栅格表达栅格表达法主要描述空间实体的级别分布特征及其位置。栅格类似于矩阵。在栅格表达中，对空间实体的最小表达单位为一个单元或象素(Cell或Pixel)，依行列构成的单元矩阵叫栅格(Grid),每个单元通过一定的数值表达方式（如颜色、灰度级）表达诸如环境污染程度、植被覆盖类型等空间地理现象 2、栅格
7、表达0维矢量就是表现为具有一定数值的栅格单元，一维矢量就表现为按线性特征相连接的一组相邻单元，二维矢量则表现为按二维形状特征连续分布的一组单元。 2、栅格表达记录和存储栅格数据的硬件设备的性能。近几十年的发展证明，随着技术的进步，硬件设备的分辨率肯定会越来越高，能够满足实际应用的需求。与实际应用需求有关。对于那些研究程度较低或者无需精确研究的地理现象而言，栅格表达法的分辨率可以相对较低，反之，分辨率高。实际上，分辨率越高，其影象就越能表达地理空间现象的细微特征。3、不规则三角网的表达方法利用Delauney三角剖分准则就可完成对TIN的自动生成。单个三角形的顶点就是原始数据点或其它空间信息的控
8、制点。 地层（a）(b) (c) 3、不规则三角网的表达方法特点：能够表达不连续的空间变量。栅格方法很难处理逆断层、悬崖峭壁等特殊空间对象，而TIN的处理则相当容易。由于三角形顶点(Vertex)就是实际的控制点，所以，它对空间对象的表达精度较高。能够精确表达河流、山脊、山谷等线性地形特征。2.2 地理空间数据及特征2.2.1 GIS空间数据2.2.2 空间数据基本特征2.2.3 基于要素的空间关系分析2.2.4 空间数据的计算机表达2.2.1 GIS空间数据1、来源 地图； 影像数据； 地形数据（等高线数字化，dem）； 属性数据（报告文本）； 元数据2.2.1 GIS空间数据2、类型分类或
9、分级数据：如环境污染类型、土地类型数据，测量、地质、水文、城市规划等的分类数据等；面域数据：如多边形的中心点，行政区域界线及行政单元等；网络数据：如道路交点、街道和街区等；样本数据：如气象站，环境污染监测点，用于航空、航天影象校正的野外控制数据等；曲面数据：如高程点，等高线或等值线区域；文本数据：如地名、河流名称和区域名称；符号数据：如点状符号、线状符号和面状符号（晕线）等；音频数据：如电话录音、运动中的汽车产生的噪音；视频数据：交通路口的违章摄影、工矿企业大量使用的工业电视；图象数据：航空、航天图象，野外摄影照片等。2.2.2. 空间数据的特征2.2.2. 空间数据的特征属性特征：描述空间对
10、象的特性，即是什么，如对象的类别、等级、名称、数量等。空间特征：描述空间对象的地理位置以及相互关系，又称几何特征和拓扑特征，前者用经纬度、坐标表示，后者如交通学院与电力学院相邻等。时间特征：描述空间对象随时间的变化2.2.2 地理数据特征之类型属性数据属性数据：描述空间对象属性特征的数据，又称非几何数据，如类型、名称、性质等，一般通过代码给予表达几何数据几何数据：描述空间对象空间特征的数据，也称位置数据、定位数据，一般用经纬度、坐标表达关系数据关系数据：描述空间对象的空间关系的数据，如邻接、包含、关联等，一般通过拓扑关系表达。2.2.3 基于要素的空间关系分析0描述空间对象之间的空间相互作用关
11、系0方法q 绝对关系: 坐标、角度、方位、距离等；q 相对关系：相邻、包含、关联等0 相对关系类型q拓扑空间关系：描述空间对象的相邻、包含等q顺序空间关系：描述空间对象在空间上的排列次序，如前后、左右、东、西、南、北等。q度量空间关系：描述空间对象之间的距离等。0地图、遥感影象上的空间关系是通过图形识别的，在GIS中的空间关系则必须显式的进行定义和表达。0空间关系的描述多种多样，目前尚未有具体的标准和固定的格式，但基本原理一致。不同的GIS可能采用不同的方法进行描述空间对象：拓扑空间关系0（1）拓扑元素：q 点：孤立点、线的端点、面的首尾点、链的连接点q 线：两结点之间的有序弧段，包括链、弧段
12、和线段q 面：若干弧段组成的多边形0 （2）基本拓扑关系q 关联：不同拓扑元素之间的关系q 邻接：相同拓扑元素之间的关系q 包含：面与其他元素之间的关系q 层次：相同拓扑元素之间的层次关系q 拓扑元素量之间的关系：欧拉公式0 （3）点、线、面之间的拓扑关系起点终点中间点弧段1弧段3弧段2弧段4点:面:弧:（1）拓扑元素（3 3）、空间数据的拓扑关系）、空间数据的拓扑关系a a）拓扑的关联性拓扑的关联性 表示不同类型元素（结点、弧段、多边形）之间的关系表示不同类型元素（结点、弧段、多边形）之间的关系 多边形多边形弧段号弧段号弧段号弧段号起点起点终点终点结点结点弧段弧段p1a1a5a6a1N2N1
13、N1a1a3a5P2a2a4a6a2N2N3N2a1a2a6P3a3a4a5a3N3N1N3a2a3a4p4a7a4N3N4N4a4a5a6a5N1N4N5a7a6N4N2a7N5N5 a3 N1 a1 a5 p3 N4 p1N3 a4 P4 a6 N5 a7 p2 a2 N2b）拓扑的邻接性和连通性拓扑的邻接性和连通性 表示同类型元素（结点、弧段、多边形）之间的关系表示同类型元素（结点、弧段、多边形）之间的关系多边形之间的邻接性；弧段之间的邻接性；多边形之间的邻接性；弧段之间的邻接性；结点之间的连通性结点之间的连通性 p1 p2 p3 p4 a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 N1 N
14、2 N3 N4 N5 P1 1 1 0 a1 1 1 0 1 1 0 N1 1 1 1 0p2 1 1 1 a2 1 1 1 0 1 0 N2 1 1 1 0 p3 1 1 0 a3 1 1 1 1 0 0 N3 1 1 1 0p4 0 1 0 a4 0 1 1 1 1 0 N4 1 1 1 0 a5 1 0 1 1 1 0 N5 0 0 0 0 a6 1 1 0 1 1 0 a7 0 0 0 0 0 0 多边形邻接矩阵多边形邻接矩阵弧段邻接矩阵弧段邻接矩阵结点连通矩阵结点连通矩阵c c）拓扑的包含性拓扑的包含性 P1 p2 p2 p1 p3 p1 p3 p2面的简单包含面的简单包含面的多层包
15、含面的多层包含面的等价包含面的等价包含面包含点面包含点面包含线面包含线线包含点线包含点 d）拓扑关系表（拓扑关系表（拓扑关系以关连表达最为重要）拓扑关系以关连表达最为重要） 关联性关联性相邻（连）性相邻（连）性相离性相离性相交性相交性包含性包含性重合性重合性点与点点与点线与线线与线面与面面与面点与线点与线点与面点与面线与面线与面空间对象表达：地图空间对象表达：地图点：位置：（x，y） 属性：符号线：位置： (x1,y1),(x2,y2),(xn,yn) 属性：符号形状、颜色、尺寸面：位置：(x1,y1),(x2,y2),(xi,yi),(xn,yn) 属性：符号变化 等值线 空间对象表达：遥感
16、影像遥感传感器平台传感器2.4 空间数据结构2.4.1 栅格数据结构2.4.2 矢量数据结构2.4.3 TIN的数据结构2.4.4 空间实体拓扑结构关系的建立2.4.5 矢量-栅格之间转换 0 定义 以规则像元阵列表示空间对象的数据结构，阵列中每个数据表示空间对象的属性特征。或者说，栅格数据结构就是像元阵列，每个像元的行列号确定位置，用像元值表示空间对象的类型、等级等特征。每个栅格单元只能存在一个值。0 对于栅格数据结构点：为一个像元线：在一定方向上连接成串的相邻像元集合。面：聚集在一起的相邻像元集合。0获取方式：遥感数据图片扫描数据矢量数据转换手工方式0栅格数据坐标系0栅格数据压缩编码方案0
17、栅格数据的分层0栅格数据的组织方法0栅格数据特点2.4.1栅栅格格数数据据结结构构一、一、坐标系与描述参数坐标系与描述参数X：列Y：行西南角格网坐标（XWS，YWS）格网分辨率格网方向假设当前栅格单元行列号为(i,j),一个栅格单元所代表的空间区域大小为dlt_x,dlt_y,栅格区域的原点坐标为(x0,y0)（见上图），那么，当前栅格单元的平面坐标(x,y)为： x=x0+j*dlt_x y=y0-i*dlt_y 如果栅格区域的原点在左下角，那么，平面坐标的计算公式为： x=x0+j*dlt_x y=y0+I*dlt_y二、栅格数据结构：单元值确定CAB百分比法面积占优重要性中心点法A连续分
18、布地理要素C具有特殊意义的较小地物A分类较细、地物斑块较小AB三、直接栅格编码在日常应用中，常限制一个栅格数据层只存储栅格的一种属性，而且采用完全栅格数据结构。在完全栅格结构里，栅格单元顺序一般以行为序，以左上角为起点，按从左到右从上到下的顺序扫描四、栅格数据结构：四、栅格数据结构：压缩编码方案压缩编码方案AAAAARAAARAAARAARAAAAAAAAAGGAAGGGGGGGAGGGAGGAAAAAARAAAARAAARRAAA143258761234567801234567起点行列号，单位矢量R: (1,5),3,2,2,3,3,2,3链式编码游程长度编码逐行编码数据结构: 行号, 属性
19、, 重复次数1, A, 4, R, 1, A, 4块状编码正方形区域为记录单元数据结构: 初始位置, 半径, 属性(1,1,3,A),(1,5,1,R),(1,6,2,A),NE SWNWSEGGGGAGGAAGAAA四叉树编码五、五、栅格数据结构：栅格数据结构：数据组织数据组织栅格数据文件像元1X坐标Y坐标层2属性值层1属性值层n属性值像元2像元n栅格数据文件层1像元1层2X,Y,属性值像元2X,Y,属性值像元nX,Y,属性值层n栅格数据文件层1 多边形1层2属性值像元1坐标多边形N像元n坐标层n五、栅格数据结构：五、栅格数据结构：数据组织数据组织(1)以栅格单元为记录的序列。待记录完不同层
20、上同一栅格单元位置上的各属性值后，再顺序处理其它栅格单元；(2)以层为基础，每一层又以栅格单元顺序记录它的坐标和属性值，一层记录完后再记录第二层；(3)同样以层为基础，但每一层内则以多边形为序记录多边形的属性值和充满多边形的各栅格单元的坐标。 六、栅格数据结构：六、栅格数据结构：特点特点离散的量化栅格值表示空间对象位置隐含,属性明显数据结构简单,易于遥感数据结合,但数据量大几何和属性偏差面向位置的数据结构,难以建立空间对象之间的关系0定义：q矢量数据结构通过记录空间对象的坐标及空间关系来表达空间对象的位置。q点：空间的一个坐标点；q线：多个点组成的弧段；q面：多个弧段组成的封闭多边形；0获取方
21、法q定位设备（全站仪、GPS、常规测量等）q地图数字化q间接获取栅格数据转换空间分析（叠置、缓冲等操作产生的新的矢量数据）0矢量数据表达考虑内容q矢量数据自身的存储和管理q几何数据和属性数据的联系q空间对象的空间关系（拓扑关系）0矢量数据表达q简单数据结构q拓扑数据结构q属性数据组织2.4.2 2.4.2 矢量数据结构矢量数据结构1、矢量数据表达、矢量数据表达简单数据结构简单数据结构1）只记录空间对象的位置坐标和属性信息，不记录拓扑关系。又称面条结构。 如采用坐标系列编码。 点目标（x,y) 线目标 (x1y1,x2y2,.xnyn) 面目标 (x1y1,x2y2,.xnyn,x1y1)具体实
22、现形式可将点，线，面直接用空间坐标点数据表示；也可将坐标点组成文件，每个点给予一个点号，而点，线，面用点号数据表示。矢矢量量数数据据结结构构（续续）2）存储：q独立存储：空间对象位置直接跟随空间对象；q点位字典：点坐标独立存储，线、面由点号组成3）特征无拓扑关系，主要用于显示、输出及一般查询公共边重复存储，存在数据冗余，难以保证数据独立性和一致性多边形分解和合并不易进行，邻域处理较复杂；处理嵌套多边形比较麻烦4）适用范围：制图及一般查询，不适合复杂的空间分析标识码标识码属性码属性码空间对象编码唯一连接几何和属性数据数据库独立编码点: ( x ,y )线: ( x1 , y1 ) , (x2 ,
23、 y2 ) , , ( xn , yn )面: ( x1 , y1 ) , (x2 , y2 ) , , ( x1 , y1 )点位字典点: 点号文件线: 点号串面: 点号串点号XY1112223344n5566存储方法存储方法矢矢量量数数据据结结构构（续续）无拓扑关系的矢量模型优缺点：优点：（1）数据结构简单，直观，便于用户接受；（2）便于系统的维护和更新。缺点：（1）数据余度大，如多边形公共边重复存储，但没有存储多边形之间的关系。相邻多边形易产生伪多边形。解决的办法是建立多边形边界表；（2）缺乏拓扑信息，如邻域信息等，不便于拓扑分析（临时建立拓扑关系）；（3）对岛处理能力差，无法建立外多边
24、形的关系。2 2、矢量数据表达、矢量数据表达拓扑数据结构拓扑数据结构1）拓扑关系的关联表达）拓扑关系的关联表达显式表示显式表示 (a)多边形、弧段、结点（自上到下）多边形、弧段、结点（自上到下）多边形多边形弧段弧段弧段弧段结点结点P1a4a5a6a1N1N2P2a1a8a5a2N2N4P3a3a6a7a3N4N5P4a2a7a8a4N1N5a5N1N3a6N3N5a7N3N4a8N2N3（b）结点、弧段、多边形结点、弧段、多边形结点结点弧段弧段N1a1a4a5N2a1a2a8N3a5a6a7a8N4a2a3a7N5a3a4a6弧段弧段左多边形左多边形右多边形右多边形a10P2a20p4a30p
25、3a4p10a5p2p1a6p3p1a7p4p3a8p4p2半显式表示半显式表示 弧段弧段起结点起结点终结点终结点左多边形左多边形右多边形右多边形坐标坐标a1N1N20P2a2N2N40p4a3N4N50p3a4N1N5p10a5N1N3p2p1a6N3N6p3p1a7N3N4p4p3a8N2N3p4p2。2 2）GISGIS中建立拓扑关系的优缺点中建立拓扑关系的优缺点优点优点：（1 1）数据结构紧密、拓扑关系明确，便于空间数据的）数据结构紧密、拓扑关系明确，便于空间数据的拓扑查询和拓扑分析如网络分析；拓扑查询和拓扑分析如网络分析；（2 2）便于系统内数据共享；）便于系统内数据共享；缺点缺点
26、：（1 1）数据结构复杂，不便于系统的维护和更新，如局）数据结构复杂，不便于系统的维护和更新，如局部实体的变化要重部实体的变化要重 建拓扑关系；建拓扑关系；（2 2）对单个实体的操作效率不高，如增加、删除、修）对单个实体的操作效率不高，如增加、删除、修改一个实体时涉及一系列的文件和数据库表格；改一个实体时涉及一系列的文件和数据库表格；（3 3）难以表达复杂的地理实体。）难以表达复杂的地理实体。3 3、矢量数据结构：、矢量数据结构：属性数据表达与组织属性数据表达与组织q属性特征类型l 类别特征：是什么l 说明信息：同类目标的不同特征q属性特征表达l 类别特征：类型编码l 说明信息：属性数据结构和
27、表格q属性表的内容取决于用户q图形数据和属性数据的连接通过目标识别符或内部记 录号实现。点状对象目标标识目标标识地物编码坐 标关联的线目标精度控制点等级测量单位测量年限线状对象目标标识目标标识地物编码坐 标串起点、终点、左面、右面路面材料等级修建时间宽度管养单位面状对象目标标识目标标识地物编码边界目标号建筑日期所有者建筑面积建筑单位结构空间对象地物编码地物名称制图颜色几何类型制图符号编码属性表明地物类型特征与制图属性4、矢量数据结构：、矢量数据结构：特点特点用离散的点描述空间对象与特征，定位明显，属性隐含用拓扑关系描述空间对象之间的关系面向目标操作，精度高，数据冗余度小与遥感等图象数据难以结合
28、输出图形质量号，精度高矢矢量量栅栅格格数数据据比比较较矢量数据优点：表示地理数据的精度较高严密的数据结构，数据量小完整的描述空间关系图形输出精确美观图形数据和属性数据的恢复、更新、综合都能实现面向目标，不仅能表达属性，而且能方便的记录每个目标的具体属性信息缺点：数据结构复杂矢量叠置较为复杂数学模拟比较困难技术复杂，特别是软硬件栅格数据优点：数据结构简单空间数据的叠置和组合方便各类空间分析很易于进行数学模拟方便缺点：图形数据量大用大像元减少数据量时，精度和信息量受损地图输出不美观难以建立网络连接关系投影变换比较费时2.4.3、不规则三角网、不规则三角网 (Triangulated Irregul
29、ar Network TIN）模型模型 1 1、模型的表示、模型的表示点文件点文件三角形文件三角形文件点号点号坐标点坐标点三角形号三角形号顶点顶点邻接三角形邻接三角形N1X1Y1Z1T1N1N5N6T2T5/N2X2Y2Z1T2N1N4N3T1T3T6N3X3Y3Z1T3N1N2N4/T4T2N4X4Y4Z4T4N2N3N4T3/T8N5X5Y5Z5T5N8N5N6T1/T6N6X6Y6Z6T6N4N5N8T2T5T7N7X7Y7Z7T7N4N7N8T6T8/N8X8Y8Z8T8N3N4N7T4T7/T1T2T3T4T5T6T7T8N1N6N2N8N7N3N4N52 2、不规则三角网规则格网模
30、型的优缺点、不规则三角网规则格网模型的优缺点不规则三角网不规则三角网 模型的优点：模型的优点：1 1）克服栅格数据中的数据允余问题）克服栅格数据中的数据允余问题2 2）可充分表示复杂的地形特征，它能适应起伏不同的）可充分表示复杂的地形特征，它能适应起伏不同的地形，用大量三角形地面形态效率高，数据精度高。地形，用大量三角形地面形态效率高，数据精度高。不规则三角网不规则三角网 模型的缺点：模型的缺点：1 1）算法实现复杂，由于形成三角网）算法实现复杂，由于形成三角网 方法不同有不同算方法不同有不同算法法2 2）对特殊的地形线要调整）对特殊的地形线要调整 2.4.5 2.4.5 矢量数据-栅格数据转
31、换 1 矢量数据向栅格数据转换（P150） 2 栅格数据向矢量数据转换（P150） 1 矢量数据向栅格数据的转换点状实体找出点矢量数据所在的栅格单元线状实体找出组成曲线的直线段对应的栅格多边形实体对多边形内部进行填充，找出组成多边形的栅格的集合。有多种算法，如：边界代数算法边界代数算法内部点扩散算法内部点扩散算法射线算法射线算法扫描算法扫描算法 （1）点状实体的变换（2）矢量线段的变换首先计算所有弧段结点或中间点所在的格网位置，并赋予该结点正确的属性，然后根据点转换的算法完成弧段的栅格化。（3）多边形数据的转换、边界代数算法 首先，将覆盖多边形的面域进行整体栅格化，并对栅格阵进行零初始化。 最
32、后循环一周，回到起点，展开为全栅格数据结构，完成由矢量数据系统向栅格数据系统的转换 然后，由其边界上某一点开始顺时针方向搜索其边界线，当边界线段为上行时，对该线段左侧具有相同行坐标的所有栅格全部减去一个a【该弧的左多边形编号该弧的右多边形编号】；当边界线段为下行时，对该线段左侧具有相同行坐标的所有栅格全部加上一个a 【该弧的右多边形编号该弧的左多边形编号】；当边界线平行于栅格行行走时，不做运算。闭合多边形 多边形矢量结构向栅格结构的转换 全栅格数据结构 、内部点扩散算法步骤 按一定栅格尺寸将矢量图经栅格化后，对矢量图内每个面域多边形分别选择一个内部点（种子点）； 从种子点开始，向其8个相邻栅格
33、扩散，分别判断这8个栅格是否在多边形的边界上：若是，则该栅格不作为种子点；若不是，则该栅格作为新的种子点； 新种子点与原种子点一起进行新的扩散运算； 重复以上过程，直到所有新老种子点填满该多边形并遇到边界为止。缺点：算法程序设计比较复杂，需要在栅格矩阵中进行搜索，当栅格尺寸取得不合理时，某些复杂图形的两条边界落在同一个或相邻的两个栅格内，会造成多边形不变通。、射线算法逐个栅格判断是否位于某个多边形之内：由待定栅格向任意方向引射线，判断该射线与某多边形所有边界的相交总次数；如果相交偶数次，则待定点在该多边形的外部，如为奇数，则待定点在该多边形内部。2.栅格数据向矢量数据的转换点的栅格数据转换：将
34、点的中心转换为矢量坐标； 线的栅格数据转换：提取弧段栅格序列点中心的矢量坐标的过程；多边形的栅格数据转换：是将具有相同属性代相同属性代相同属性代相同属性代码码码码的栅格象元集合表示为以边界弧段以及边界的拓扑信息所确定的多边形区域。 2.栅格数据向矢量数据的转换步骤： 多边形边界提取：采用高通滤波将栅格图像二值化或以特殊值标识边界点； 边界线搜索：逐弧进行，由某一节点开始沿某一方向进入，朝该点的8个邻域搜索其后续节点，直到连成弧段；拓扑关系生成：对于已经用矢量表示的边界弧段，判断其与原图中各多边形的空间关系，形成完整拓扑结构并建立与属性数据的联系；去除多余点并进行曲线圆滑：由于搜索是逐个栅格进行
35、的，必然造成多余点记录，为减少数据冗余，必须去除。方法：基于图像处理的矢量化算法基于图像处理的矢量化算法 基于窗口匹配的矢量化算法基于窗口匹配的矢量化算法（1 1）基于图像处理的矢量化算法）基于图像处理的矢量化算法主要用于点和线状地物特征的提取。步骤：(1)二值化：在一个设定的灰度阀值的基础上,对扫描获得的灰度图像进行0或1的简化处理。(2)细化：方法有剥皮法和骨架法。剥皮法的原理指从线的边沿两侧开始,每次剥去一个栅格宽度的一层,直到最后仅剩下彼此相连的两个栅格宽的线划图形为止。(3)跟踪：将细化后的栅格数据整理为从结点出发的弧段或封闭曲线，并以矢量的形式存储特征栅格点的坐标。 实施过程分为6
36、步（2 2）基于窗口匹配的矢量化算法）基于窗口匹配的矢量化算法步骤：(1)边界点和节点提取：2*2的栅格窗口阵列作为搜索敞口，顺序沿行、列方向对栅格全图进行扫描。如果窗口内4个栅格有两个以上的属性编码，则该4个栅格为边界点并保留各栅格的原有属性编码；如果窗口内4个栅格有三个以上的不同属性编码，则标识为节点并保留各栅格的原有属性编码；若对角线上栅格属性编码两两相同，也属于不连通情况，作为节点处理。边界点有6种结构，节点有8种结构。(2)边界搜索与左右多边形信息记录：逐条进行弧段搜索。(3)去除多余点。3 多元空间数据融合遥感与GIS数据融化不同格式数据融合数据压缩图示数据压缩图示5、空间数据的内
37、插概念、类型点内插（以后讲）区域内插（叠置法，比重法）三、其他空间数据的输入三、其他空间数据的输入遥遥感感数数据据的的输输入入：原原始始的的遥遥感感图图象象是是数数字字的的，其其输输入入只只要要直直接接用用遥遥感感软软件件读读取取文文件件即即可可。不不过过，由由于于数数据据格格式式通通常常存存在在差差异异，因因此此，一一般般需需要要进进行行文文件件格格式式转转换换。对对于于以以象象片片形形式式出出现现的的遥遥感感图图象，则可进行扫描输入。象，则可进行扫描输入。GPS数据的输入：把数据的输入：把GPSGPS测得的坐标数据输入测得的坐标数据输入GISGIS系系统可以采用手工的办法，也可以采取把统可
38、以采用手工的办法，也可以采取把GPSGPS接收机接收机里的定位数据以文件的形式输入里的定位数据以文件的形式输入GISGIS系统。系统。 电子数据的输入：进行数据格式的转换电子数据的输入：进行数据格式的转换。四、属性数据的输入及与空间数据连接四、属性数据的输入及与空间数据连接属性数据的输入属性数据的输入属性数据与空间数据的连接属性数据与空间数据的连接空间数据与属性数据统一管理空间数据与属性数据统一管理1.1.属性数据的输入属性数据的输入方式方式-根据根据GIS软件数据结构不同软件数据结构不同,主要可分为两种主要可分为两种:内内部部输输入入法法-这这种种方方式式主主要要是是GIS软软件件所所提提供
39、供的的属属性性数数据据文文件件为为其其本本身身内内部部格格式式，所所以以只只能能采采用用其其软软件件提提供供的的输输入入方方式式来来操操作作，例例如如工工作作站站版版本本的的ARC/INFO，它它的的属属性性数数据据文文件件采采用用INFO模模块块来来管管理理，有有其其独独立立的的数数据据格格式式，所所以以只只能能采采用用INFO模模块块来来对对属属性性数数据据文文件件进进行行操操作作。输输入入时时需需在在ARCEDIT模模块块下下进行。进行。外部输入法外部输入法-这种方式是这种方式是GIS软件所提供的属性数据文件为标软件所提供的属性数据文件为标准的关系型数据模型。因此，可以采用外部一些数据库
40、操作软准的关系型数据模型。因此，可以采用外部一些数据库操作软件来进行数据的输入、修改等。例如件来进行数据的输入、修改等。例如ArcView、PCARC/INFO等，其属性文件为标准的等，其属性文件为标准的.DBF格式，所以采用格式，所以采用FoxPro、Excel等等软件进行外部操作。软件进行外部操作。 另外，这种方式还可以直接将外部的关系型数据文件连接到另外，这种方式还可以直接将外部的关系型数据文件连接到空间数据中去空间数据中去 2.2.属性数据与空间数据的连接属性数据与空间数据的连接在在GIS中，属性数据一般是通过相应的图中，属性数据一般是通过相应的图素，如点（像元）、弧段、多边形的编号素
41、，如点（像元）、弧段、多边形的编号与图形建立联系的。与图形建立联系的。实际上，在图幅中，每个图形单元由一个实际上，在图幅中，每个图形单元由一个标识码来唯一确定；同时，属性数据库也标识码来唯一确定；同时，属性数据库也含有相同的标识码。空间数据与属性数据含有相同的标识码。空间数据与属性数据就是以此字段来形成关联而完成把这两种就是以此字段来形成关联而完成把这两种数据模型联成一体数据模型联成一体 空间数据库与属性数据库的连接空间数据库与属性数据库的连接数据质量的检查、修改与控制数据质量的检查、修改与控制数据质量的问题分析数据质量的问题分析检查与修改检查与修改数据质量控制技术数据质量控制技术一、数据质量
42、的问题分析一、数据质量的问题分析质量问题的起因：软件；硬件；计算质量问题的起因：软件；硬件；计算方法；分析、编码、输入操作方面的方法；分析、编码、输入操作方面的疏忽；数据本身的质量。疏忽；数据本身的质量。GIS的数据质量主要有两方面问题的数据质量主要有两方面问题1. 微观方面的数据质量问题微观方面的数据质量问题位置精度：数字化地图上各种要素的坐标总与位置精度：数字化地图上各种要素的坐标总与实际物体的坐标有一定误差。实际物体的坐标有一定误差。偏移的距离偏移的距离偏移的分布偏移的分布属性精度：属性的定义往往会有误差，除人为属性精度：属性的定义往往会有误差，除人为因素外，也有技术因素。因素外，也有技
43、术因素。逻辑上的一致性：在数据输入到计算机之前，逻辑上的一致性：在数据输入到计算机之前，往往因分类定义不严密而产生矛盾往往因分类定义不严密而产生矛盾-同物同物异类或异物同类异类或异物同类 分辨率：地图的不可放大原则分辨率：地图的不可放大原则2. 宏观方面的数据质量问题宏观方面的数据质量问题完整性：数据库的完整性包括地图或地图所表完整性：数据库的完整性包括地图或地图所表示的空间范围内各种信息是否遗漏或重复，示的空间范围内各种信息是否遗漏或重复，分类是否重复或缺项等等，另外还包括有无分类是否重复或缺项等等，另外还包括有无可能核实与检验。可能核实与检验。时间性：时间性：GIS的数据收集和输入需要相当
44、长的的数据收集和输入需要相当长的时间，而现实世界是在一刻不停地变化着。时间，而现实世界是在一刻不停地变化着。不同地点的数据是不同时间。不同地点的数据是不同时间。收集与处理过程的记录：资料的收集、输入、收集与处理过程的记录：资料的收集、输入、处理方法都会对数据质量产生影响，应该对处理方法都会对数据质量产生影响，应该对整个过程有文档资料的记载和说明整个过程有文档资料的记载和说明数字化过程的误差数字化过程的误差3. 容差容差地地理理数数据据精精度度。可可以以理理解解为为各各种种图图形形要要素素及及其其它它们们之之间允许存在的误差距离。间允许存在的误差距离。包括：包括：EditDistance节点拟合
45、半径节点拟合半径SnapDistance最小弧段样点内插容忍距离最小弧段样点内插容忍距离WeedTolerance弧段平滑插点容忍距离弧段平滑插点容忍距离GrainTolerance样点融合距离样点融合距离FuzzyToleranceRMS二、检查与修改二、检查与修改检检验验输输入入的的质质量量，可可用用绘绘图图仪仪绘绘出出已已输输入入的的数数据据，再再与与原原始始地地图图进行比较。进行比较。改改善善系系统统的的使使用用性性能能。及及时时掌掌握握数数据据库库性性能能变变化化情情况况，当当系系统统性性能能下下降降到到一一定定程程度度时时，进进行行必必要要的的干干预预，如如对对数数据据进进行行整理
46、或重新组织，消除降低性能的因素；整理或重新组织，消除降低性能的因素；数数据据库库受受损损后后的的复复原原。数数据据库库的的安安全全是是极极为为重重要要的的，对对数数据据库库的的维维护护，一一方方面面要要采采取取有有效效措措施施防防止止各各种种损损害害数数据据库库的的活活动；另一方面，必须具备系统受损后的复原手段；动；另一方面，必须具备系统受损后的复原手段；用用户户应应用用管管理理。数数据据库库是是许许多多用用户户共共享享的的，为为了了避避免免由由于于局局部部的的使使用用错错误误引引起起整整个个数数据据库库的的彻彻底底破破坏坏，必必须须对对用用户户实实行行统统一一管管理理，分分配配数数据据库库子
47、子模模式式的的使使用用权权限限，并并防防止止应应用用程程序序非法使用数据库非法使用数据库三、数据质量控制技术三、数据质量控制技术GIS中的质量控制技术：中的质量控制技术：过程控制：设法减少和消除误差及错误的过程控制：设法减少和消除误差及错误的实用技术和步骤，包括数据录入前期的质实用技术和步骤，包括数据录入前期的质量控制、数据录入过程中的实时质量控制量控制、数据录入过程中的实时质量控制；结果控制：在提交成果（数据入库）之前结果控制：在提交成果（数据入库）之前对所完成工作的检查，以进一步发现和改对所完成工作的检查，以进一步发现和改正错误（即后处理质量控制）正错误（即后处理质量控制）质量控制的分环节实施质量控制的分环节实施对数据采集手段的选择对数据采集手段的选择-满足质量及经济的满足质量及经济的双重需求双重需求对软、硬件配置的要求对软、硬件配置的要求-满足数据采集的质满足数据采集的质量标准和技术设计书的要求量标准和技术设计书的要求数据采集前的准备工作数据采集前的准备工作-有关技术文件有关技术文件数据采集中的监控数据采集中的监控-数据采集过程中实时地数据采集过程中实时地检验并预防和纠正误差和错误检验并预防和纠正误差和错误结果控制结果控制-数据录入完成后的质量评价数据录入完成后的质量评价设计过程的质量控制设计过程的质量控制-制定质量目标制定质量目标
