GIS原理第三章.ppt

第三章空间数据输入与处理,学习目标了解GIS的数据采集方式掌握地图数字化的方法、步骤掌握地图数据的各种处理方法理解属性数据编码的深刻含义了解空间数据的压缩处理的方法及优缺点重点：数据采集方式和数字化方法，空间数据处理的概念、意义和方法。难点：扫描数据的处理，空间数据类型的转换。,四、空间数据的压缩处理,一、数据输入方式,二、地图数字化,三、地图数据处理,五、属性数据输入与编辑,第三章空间数据输入与处理,一.手工方式二、手扶跟踪化数字方式三、扫描方式四、影像处理和信息提取方式五、数据通讯方式,通过手工在计算机终端上输入数据，主要是键盘输入。主要用于属性数据的输入。,第一节 数字采集方式,手扶跟踪数字化仪是一种图形数字化设备，是目前常用的地图数字化方式生成矢量数据。,第一节 数字采集方式,一.手工方式二、手扶跟踪化数字方式三、扫描方式四、影像处理和信息提取方式五、数据通讯方式,扫描仪是一种图形、图象输入设备，可以快速地将图形、图象输入计算机系统，是目前发展最快的数字化设备生成栅格数据。,第一节 数字采集方式,一.手工方式二、手扶跟踪化数字方式三、扫描方式四、影像处理和信息提取 方式五、数据通讯方式,第一节 数字采集方式,扫描仪与数字化仪各有其优势和缺点：,从遥感影像上直接提取专题信息。,第一节 数字采集方式,一、手工方式二、手扶跟踪化数字方式三、扫描方式四、影像处理和信息提取方式五、数据通讯方式,联网方式下，信息系统内部各子系统之间以及与其它信息系统之间实现信息交流和信息共享的主要方式。,第一节 数字采集方式,一、手工方式二、手扶跟踪化数字方式三、扫描方式四、影像处理和信息提取方式五、数据通讯方式,第一节 数字采集方式,GIS桌面 客户机,Web浏览器,MIS应用,数据服务器,第二节 地图数字化,一、手扶跟踪数字化 数字化仪组成、数字化方式、操作步骤二、扫描矢量化 扫描仪原理、处理流程、操作步骤,数字化仪,1、数字化仪的组成,底座,感应板,定标器,一、手扶跟踪数字化,有效区域,手扶跟踪数字化仪示意图,1、数字化仪的组成,一、手扶跟踪数字化,1点方式 每次定标器的键被按下，感应板发送一对坐标数据到计算机。2流方式 数字化仪每隔一定的时间就向计算机发送坐标数据，能自动记录经过点的坐标。3增量方式 当定标器在感应板上移动某个距离，数字化仪就发送一对绝对坐标数据。,2、数字化方式,一、手扶跟踪数字化,准备,设置,数字化,读图和分层,一、手扶跟踪数字化,输入初始化参数,设置输入控制点,设置数字化参数,设置定标器按键,固定地图,数字化,检查和修改数字化错误,3、地图数字化的操作步骤,一、手扶跟踪数字化,读图和分层要认真读图，确定要数字化的信息，对图形主要结构有一个了解，然后根据一定的目的和分类指标，对地图上的图形要素进行分类。每一类作为一个图层，每一个图层赋一个图层名。并可以拟定一个数字化工作提纲。,3、地图数字化的操作步骤,成图,居民点,等高线,方里网,输入初始化参数数字化的阈值，图幅四角点的理论坐标，图幅的长度和宽度，比例尺，投影等。,一、手扶跟踪数字化,3、地图数字化的操作步骤,设置与输入控制点一旦设置好投影方式后，就需要设置与输入控制点，它主要完成对输入数据偏差的纠正。,一、手扶跟踪数字化,3、地图数字化的操作步骤,设置数字化参数自动封闭线模式。允许游标锁定。数字化时光滑线。设置数字化方式，如点方式、流方式等。,一、手扶跟踪数字化,3、地图数字化的操作步骤,数字化参照预先设定的图层及内容，手持游标分别跟踪点、线、多边形等图形，完成图形矢量化。检查和修改数字化错误通过屏幕或绘图显示，检查线段缺失或多余、线段过长或过短、结点不匹配、悬挂节点等各种错误，并予以改正。,一、手扶跟踪数字化,3、地图数字化的操作步骤,新一代三维数字化仪,二、扫描仪矢量化方法,1、扫描仪工作原理,2、扫描数字化流程,3、扫描矢量化操作步骤,小型扫描仪,工程扫描仪,扫描仪工作原理示意图,二、扫描仪矢量化方法,1、扫描仪工作原理,扫描仪是一种高精度的光电一体化产品，能通过光电器件将检测到的光信号转换成电信号，再将电信号通过模拟/数字转换器转化为数字信号传输到计算机中处理。,快速全自动矢量化方法对于简单图纸进行快速矢量化。在保证曲线精度的情况下，对坐标数据点进行自动抽稀，从而大大减少图形矢量化后的数据量。,二、扫描仪矢量化方法,2、扫描数字化流程,（1）工作方式,二、扫描仪矢量化方法,2、扫描数字化流程,（1）工作方式,人工导向自动识别跟踪矢量化可对复杂的小比例尺全要素彩色地图进行有效矢量化。可有效地选取所需图形信息，克服无条件全自动矢量化时的盲目性，减少后期图形编辑整理的工作量。,人工跟踪屏幕矢量化方式与手扶跟踪数字化方法类似，都是由人工逐点跟踪各地理要素采集点数据坐标，所不同的是人工跟踪屏幕矢量化方法是利用鼠标跟踪屏幕上显示的各图形要素，并且人工控制采集点坐标的密度。,二、扫描仪矢量化方法,2、扫描数字化流程,（1）工作方式,图像二值化,平 滑,栅格图像转化为矢量图像步骤,二、扫描仪矢量化方法,细 化,链式编码,矢量线提取,2、扫描数字化流程,（2）矢量化流程,二、扫描仪矢量化方法,3、扫描矢量化操作步骤,扫描准备准备要数字化的原图，最好为不易变形的聚酯薄膜图，并把它正确装入扫描仪。扫描参数设置 扫描模式的设置 扫描分辨率的设置 针对一些特殊的需要，还可以调整亮度、对比度、色调等值 图形扫描扫描参数设置完毕后，进行图形预览，并设定扫描范围，然后进行扫描。,图像装入进入输入子系统，系统读入该图像的数据，并显示在图像数据的窗口内。采集控制点 用鼠标采集控制点，控制点采集完成后，系统会提示输入点的坐标，并计算误差值。分层矢量化分析扫描地图，进行分层。选择矢量化方式，在矢量化工具箱中点取相应按钮开始矢量化工作。检查和修改数字化错误 将数字化后的矢量图与原扫描图像叠置，检查数字化过程中出现的错误或误差，并逐个予以改正。,二、扫描仪矢量化方法,3、扫描矢量化操作步骤,原图,用扫描仪原图扫描,图像校正,拼接子图块,读图、分层,装入光栅数据,矢量图合成,设置当前层和缺省参数设置矢量化参数,设置矢量化范围,交互矢量化,保存文件,可用二值扫描、灰度扫描或彩色扫描,一般情况下，先矢量化后对矢量图形数据进行校正但有时需要与已有的图形套合，这时需要先将扫图形进行校正，然后与已有的图形配准。,抽稀因子就是控制线在抽稀后与原光栅中心线之间的最大偏差值，实际上就是控制线的坐标点数，要适合精度要求。,扫描矢量化流程图,第三节、地图数据处理,一、数据处理的概念和意义二、图形坐标变换三、地图投影变换四、图幅拼接五、图形数据编辑六、建立拓扑关系,一、数据处理的概念和意义,数据处理的概念 数据处理，就是对采集的各种数据，按照不同的方式方法对数据形式进行编辑运算，清除数据冗余，弥补数据缺失，形成符合用户要求的数据文件格式。数据处理的意义数据处理是实现空间数据有序化的必要过程。数据处理是检验数据质量的关键环节。数据处理是实现数据共享的关键步骤。,0,y,x,P（x，y）,P(x，y),x,x=x+xy=y+y,二、图形坐标变换,1、平移变换,y,P（x，y）,0,x,P(x，y),x=xcos-y sin y=xsin+y cos,x=x0+(x-x0)cos-(y-y0)siny=y0+(x-x0)sin+(y-y0)cos,二、图形坐标变换,、旋转变换,点可以通过对其P（x，y）坐标分别乘以各自的比例因子Sx和Sy来改变它们到坐标原点的距离。,x=xSxy=ySy,x=x0+(x-x0)Sx y=y0+(y-y0)Sy,二、图形坐标变换,、比例变换（图形缩放）,SX=SY=1,SX=SY1,SX=SY1,SX=SY1,三、地图投影变换,当系统使用的数据取自不同地图投影的图幅时，需要将取自不同地图投影的数字化坐标数据转换为系统规定投影的坐标数据，称为地图投影变换。,、正解变换 通过建立资料地图的投影坐标数据到目标地图投影坐标数据的严密或近似的解析关系式，直接由资料地图投影坐标数据x,y转换为目标投影的直角坐标X，Y。两个不同投影平面场上的点可对应写成：X=f1(x,y)Y=f2（x,y）式中f1，f2为定域内单值、连续的函数。,三、地图投影变换,X=f1(x,y)Y=f2（x,y）,、反解变换将资料地图的投影坐标数据x,y反解出地理坐标，然后再将地理坐标代入到目标地图的投影坐标公式中，从而实现投影坐标的转换。对前后两种地图投影，可分别有如下表达形式：x=f1(，)y=f2(，)X=f3(，)Y=f4(，)根据资料地图的投影公式求反解，对前一投影则有：=f1(x,y)=f2(x,y)代入目标地图的投影方程即有：X=f3f1(x,y),f2(x,y)Y=f4f1(x,y),f2(x,y)这就是地图投影反解变换的数学模型。,三、地图投影变换,三、地图投影变换,(，),（x,y）,（X,Y）,=f1(x,y)=f2(x,y),X=f3(，)Y=f4(，),X=f3f1(x,y),f2(x,y)Y=f4f1(x,y),f2(x,y),、反解变换,、数值变换根据两种投影在变换区内的若干同名数据点，采用插值法、待定系数法等，实现由资料地图投影到目标地图投影的转换。如下是利用两平面直角坐标的高阶多项式实施变换：X=a00+a10 x+a20 x2+a01y+a11xy+a02y2+a30 x3+a21x2y+a12xy2+a03y3Y=b00+b10 x+b20 x2+b01y+b11xy+b02y2+b30 x3+b21x2y+b12xy2+b03y3 式中待定系数aij，bij可由若干已知点坐标求出。,三、地图投影变换,（X,Y）,X=a00+a10 x+a20 x2+a01y+a11xy+a02y2+a30 x3+a21x2y+a12xy2+a03y3Y=b00+b10 x+b20 x2+b01y+b11xy+b02y2+b30 x3+b21x2y+b12xy2+b03y3,三、地图投影变换,、数值变换,四、图幅拼接,在相邻图幅的边缘部分，由于原图本身的误差或数字化输入的误差，使同一实体的线段或弧段的坐标数据不能互相衔接。因此必须进行图幅数据的边缘匹配处理，使相同实体的线段或弧段的坐标数据相互衔接，同一实体的属性码相同。,四、图幅拼接,2、识别和检索相邻图幅,22,四、图幅拼接,3、相邻图幅边界点坐标数据的匹配,相邻图幅边界点坐标数据的匹配采用追踪拼接法。只要符合下列条件，两条线段或弧段即可匹配衔接：相邻图幅边界两条线段或弧段的左右码各自相同或相反；相邻图幅同名边界点坐标在某一允许值范围内（0.5mm）。匹配衔接时是以一条弧或线段作为处理的单元，因此，当边界点位于两个结点之间时，必须分别取出相关的两个结点，然后按照结点之间线段方向一致性的原则进行数据的记录和存储。,四、图幅拼接,3、相邻图幅边界点坐标数据的匹配,四、图幅拼接,4、相同属性多边形公共边界的删除,+2,+3,+8,+3,+2,+4,+1,+6,+8,+2,+3,+2,+4,+1,+6,+8,当图幅内图形数据完全拼接后，相邻图斑会有相同属性。此时，应将相同属性的两个或多个相邻图斑组合成一个图斑，即消除公共边界，并对共同属性进行合并。,多边形公共边界线的删除，可以通过构成每一面域的线段坐标链，删除其中共同的线段，然后重新建立合并多边形的线段链表，如图所示。对于多边形的属性表，除多边形的面积和周长需要重新计算外，其余属性保留其中之一图斑的属性即可。,四、图幅拼接,4、相同属性多边形公共边界的删除,P1,P2,4,15,20,21,11,P1 P2 P1+P2 4 6 4 6 20 20 15 21 21 11 11 15,+,6,六、建立拓扑关系,2、拓扑关系的建立。手工建立：手工建立是人机交互操作的方式，用户通过操作输入设备（鼠标或键盘），在屏幕上依次指出构成一个区域的各个弧段、一个区域包含了另外哪几个区域、组成一条线路的各个线段等等。自动建立：则是利用系统提供的拓扑关系自动建立功能，对获取的矢量数据进行分析判断，从而可以建立多边形、弧段、结点之间的拓扑关系。,六、建立拓扑关系,2、拓扑关系的建立。手工建立与自动建立拓扑关系的方法各有其优势和缺点：,第四节、空间数据的压缩处理,数据压缩的途径曲线矢量数据的压缩面域栅格数据的压缩,一、数据压缩的途径,压缩软件:原数据信息基本不丢失而且可以大大节省存贮空间，缺点是压缩后的文件必须在解压缩后才能使用数据消冗处理:原数据信息不会丢失，得到的文件可以直接使用，缺点是技术要求高，工作量大，对冗余度不大的数据集合效用小筛选取点法:在规定的精度范围内,从原数据集合中抽取一个子集，缺点以信息损失为代价，换取空间数据容量的缩小,空间数据的压缩处理,属性数据的录入与编辑。属性数据的编码原则。属性数据编码的内容。属性数据编码的方法。,第五节、属性数据输入与编辑,文档数据资料 一般通过键盘直接输入其他数据库中的数据数据库操作，如：数据传输，库连接等。,一、属性数据的录入与编辑,属性数据的输入与编辑,编码的系统性和科学性。编码的一致性。编码的标准化和通用性。编码的简捷性。编码的可扩展性。,二、属性数据编码的原则,属性数据的输入与编辑,登陆部分分类部分控制部分,三、属性数据编码的内容,属性数据的输入与编辑,012,010,63-1,登陆部分,分类部分,控制部分,列出全部地理要素清单。制定各类要素分类、分级原则和指标，将地理要素分类分级。拟定分类代码系统。设定代码及其格式。建立代码和编码对象的对照表。,四、属性数据编码的方法,属性数据的输入与编辑,层次分类编码法多源分类编码法,四、属性数据编码的方法,属性数据的输入与编辑,1 1 1 2 3 4,长年河,支流,通航,平原河,长3-5千米,宽30-60米,