GIS課程(空間數(shù)據(jù)處理)

1、地理信息系統(tǒng)原理GIS第三章 空間數(shù)據(jù)的處理 第一節(jié)第一節(jié) 空間數(shù)據(jù)的變換空間數(shù)據(jù)的變換第二節(jié)第二節(jié) 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換第三節(jié)第三節(jié) 多元空間數(shù)據(jù)的融合多元空間數(shù)據(jù)的融合 第四節(jié)第四節(jié) 空間數(shù)據(jù)的壓縮與重分類空間數(shù)據(jù)的壓縮與重分類第五節(jié)第五節(jié) 空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插方法空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插方法 第六節(jié)拓?fù)潢P(guān)系的編輯第六節(jié)拓?fù)潢P(guān)系的編輯地理信息系統(tǒng)原理GIS數(shù)據(jù)處理的內(nèi)容數(shù)據(jù)變換：數(shù)據(jù)變換：指數(shù)據(jù)從一種數(shù)學(xué)狀態(tài)到另一種數(shù)學(xué)狀態(tài)的指數(shù)據(jù)從一種數(shù)學(xué)狀態(tài)到另一種數(shù)學(xué)狀態(tài)的變換，包括幾何糾正、投影轉(zhuǎn)換和輻射糾正等，以解變換，包括幾何糾正、投影轉(zhuǎn)換和輻射糾正等，以解決空間數(shù)據(jù)的幾何配準(zhǔn)。決空間數(shù)據(jù)的幾

2、何配準(zhǔn)。數(shù)據(jù)重構(gòu)：數(shù)據(jù)重構(gòu)：指數(shù)據(jù)從一種格式到另一種格式的轉(zhuǎn)換，包指數(shù)據(jù)從一種格式到另一種格式的轉(zhuǎn)換，包括結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換、格式轉(zhuǎn)換、類型替換等，以解決空間數(shù)括結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換、格式轉(zhuǎn)換、類型替換等，以解決空間數(shù)據(jù)在結(jié)構(gòu)、格式和類型上的統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)和異據(jù)在結(jié)構(gòu)、格式和類型上的統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)和異構(gòu)數(shù)據(jù)的聯(lián)接與融合。構(gòu)數(shù)據(jù)的聯(lián)接與融合。數(shù)據(jù)提?。簲?shù)據(jù)提?。褐笇?duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行某種條件取舍，包括類型提取、指對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行某種條件取舍，包括類型提取、窗口提取、空間內(nèi)插等，以適應(yīng)不同用戶對(duì)數(shù)據(jù)的特窗口提取、空間內(nèi)插等，以適應(yīng)不同用戶對(duì)數(shù)據(jù)的特定需求。定需求。地理信息系統(tǒng)原理GIS第一節(jié) 空間數(shù)據(jù)的變換 空間數(shù)據(jù)的變換即空

3、間坐標(biāo)系的變換?？臻g數(shù)據(jù)的變換即空間坐標(biāo)系的變換。 實(shí)質(zhì)：實(shí)質(zhì)：是建立是建立兩個(gè)平面點(diǎn)之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，包括幾何糾正和投兩個(gè)平面點(diǎn)之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，包括幾何糾正和投影轉(zhuǎn)換，它們是空間數(shù)據(jù)處理的基本內(nèi)容之一。包括：影轉(zhuǎn)換，它們是空間數(shù)據(jù)處理的基本內(nèi)容之一。包括： 幾何糾正幾何糾正和和投影轉(zhuǎn)換投影轉(zhuǎn)換。地理信息系統(tǒng)原理GIS地理信息系統(tǒng)原理GIS一、幾何糾正一、幾何糾正 幾何糾正：幾何糾正：是為了實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字化數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換和是為了實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字化數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換和圖紙變形誤差的改正。圖紙變形誤差的改正。 幾何糾正一般包括：幾何糾正一般包括：仿射變換、相似變換、二次變仿射變換、相似變換、二次變換換

4、等功能。本教材主要介紹了等功能。本教材主要介紹了仿射變換仿射變換：地理信息系統(tǒng)原理GIS特點(diǎn)：特點(diǎn)：1、直線變換后仍為直線。2、平行線變換后認(rèn)為平行線3、不同方向上的長(zhǎng)度比發(fā)生變化。仿射變換仿射變換仿射變換可以對(duì)坐標(biāo)數(shù)據(jù)在仿射變換可以對(duì)坐標(biāo)數(shù)據(jù)在x x和和y y方向進(jìn)行不同比例的方向進(jìn)行不同比例的縮放、旋轉(zhuǎn)、平移。縮放、旋轉(zhuǎn)、平移。地理信息系統(tǒng)原理GIS兩層的數(shù)據(jù)不匹配兩層的數(shù)據(jù)不匹配地理信息系統(tǒng)原理GISX 方向Y方向平移平移 旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn) 縮小縮小 地理信息系統(tǒng)原理GIS0yxP（x，y）P(x，y)xyx=x+xy=y+y地理信息系統(tǒng)原理GISyP（x，y）0 xP(X，Y)地理信息系統(tǒng)原理

5、GISX=X=xcos-y sin Y=Y=xsin+y cosX=xX=x0 0+ +(x-x0)cos-(y-y y0 0) sinY=y0+(x- x0) sin+ (y- y0) cos地理信息系統(tǒng)原理GIS點(diǎn)可以通過對(duì)其P P（x x，y y）坐標(biāo)分別乘以各自的比例因子S Sx x和S Sy y來改變它們到坐標(biāo)原點(diǎn)的距離。 x=xSxy=ySyx=x0+(x- x0) Sx y=y0+(y- y0) Sy地理信息系統(tǒng)原理GIS仿射變換仿射變換轉(zhuǎn)換坐標(biāo)與理轉(zhuǎn)換坐標(biāo)與理論坐標(biāo)之差論坐標(biāo)之差 法方程組法方程組中位點(diǎn)誤差中位點(diǎn)誤差地理信息系統(tǒng)原理GIS二、投影投影及其轉(zhuǎn)換二、投影投影及其轉(zhuǎn)換

6、（一）地圖投影的基本原理（一）地圖投影的基本原理就是建立地球橢球面上的點(diǎn)的地理坐標(biāo)（，）與平面上對(duì)應(yīng)點(diǎn)的平面坐標(biāo)（x，y）之間的函數(shù)關(guān)系：),(),(21fyfx地理信息系統(tǒng)原理GIS地圖投影：投影變形 將不可展的地球橢球面展開成平面，并且不能有斷裂，則圖形必將在某些地方被拉伸，某些地方被壓縮，故投影變形是不可避免的。 長(zhǎng)度變形長(zhǎng)度變形 面積變形面積變形 角度變形角度變形（二）投影類型（二）投影類型地理信息系統(tǒng)原理GIS2.變形橢圓XmX為經(jīng)線長(zhǎng)度比；為經(jīng)線長(zhǎng)度比；為緯線長(zhǎng)度比為緯線長(zhǎng)度比YnY地理信息系統(tǒng)原理GIS微小圓變形橢圓 該方程證明該方程證明: 地球面上的微小圓，地球面上的微小圓，投

7、影后通常會(huì)變?yōu)闄E圓，即：投影后通常會(huì)變?yōu)闄E圓，即： 以以O(shè)為原點(diǎn)，以相交成為原點(diǎn)，以相交成q q角的兩共角的兩共軛直徑為坐標(biāo)軸的橢圓方程式。軛直徑為坐標(biāo)軸的橢圓方程式。代入：代入： X2 + Y2 = 1，得得XmXYnY22221XYmn地理信息系統(tǒng)原理GIS特別方向：特別方向： 變形橢圓上相互垂直的兩個(gè)方向及經(jīng)向和緯向 長(zhǎng)軸方向（極大值）長(zhǎng)軸方向（極大值）a短軸方向（極小值）短軸方向（極小值）b經(jīng)線經(jīng)線方向方向 m ；緯線方向緯線方向 n統(tǒng)稱統(tǒng)稱 主方向主方向據(jù)據(jù)，有，有m2 + n2 = a2 + b2mnsinq q = ab地理信息系統(tǒng)原理GIS22221XYab22221XYrr2

8、2=1XY（）地理信息系統(tǒng)原理GIS 在分析地圖投影時(shí)，可借助對(duì)變形橢圓和在分析地圖投影時(shí)，可借助對(duì)變形橢圓和微小圓的比較，說明變形的性質(zhì)和大小。橢圓微小圓的比較，說明變形的性質(zhì)和大小。橢圓半徑與小圓半徑之比，可說明長(zhǎng)度變形。很顯半徑與小圓半徑之比，可說明長(zhǎng)度變形。很顯然，長(zhǎng)度變形隨方向的變化而變化，其中有一然，長(zhǎng)度變形隨方向的變化而變化，其中有一個(gè)極大值，即橢圓長(zhǎng)軸方向，一個(gè)極小值，即個(gè)極大值，即橢圓長(zhǎng)軸方向，一個(gè)極小值，即橢圓短軸方向。這兩個(gè)方向是相互垂直的，稱橢圓短軸方向。這兩個(gè)方向是相互垂直的，稱為主方向。橢圓面積與小圓面積之比，可說明為主方向。橢圓面積與小圓面積之比，可說明面積變形。

9、橢圓上兩方向線的夾角和小圓上相面積變形。橢圓上兩方向線的夾角和小圓上相應(yīng)兩方向線的夾角的比較，可說明角度變形。應(yīng)兩方向線的夾角的比較，可說明角度變形。地理信息系統(tǒng)原理GIS變形橢圓與投影變形的關(guān)系 a=b：（投影面上某點(diǎn)的任意兩方向線夾角與橢球面上相應(yīng)兩線段夾角相等，即角度變形為零 =0。制作航海圖、洋流圖、風(fēng)向圖）。ab=r*r:（投影面與橢球面上相應(yīng)區(qū)域的面積相等，即面積變形為零 。制作地質(zhì)圖、土壤圖、行政區(qū)劃圖等）。 其他：（ 投影圖上，長(zhǎng)度、面積和角度都有變形，它既不等角又不等積。其中，等距投影是在特定方向上沒有長(zhǎng)度變形的任意投影）。地理信息系統(tǒng)原理GIS地理信息系統(tǒng)原理GIS按投影面

10、的形狀分為按投影面的形狀分為圓錐投影圓錐投影、圓柱投影圓柱投影和和方位投影；方位投影；按投影面與地球的相對(duì)位置關(guān)系分為按投影面與地球的相對(duì)位置關(guān)系分為正軸投影正軸投影、斜軸投斜軸投影影、和、和橫軸投影橫軸投影；按投影面和地球的空間邏輯關(guān)系分為按投影面和地球的空間邏輯關(guān)系分為相切相切和和相割相割兩類投兩類投影。影。投影的分類投影的分類地理信息系統(tǒng)原理GIS根據(jù)地圖投影變形情況，地圖比例尺分為：主比例尺主比例尺 ： 在投影面上沒有變形的點(diǎn)或線上的比例尺。局部比例尺：局部比例尺： 在投影面上有變形處的比例尺。圖解直線比例尺圖解直線比例尺圖解復(fù)式比例尺圖解復(fù)式比例尺地理信息系統(tǒng)原理GIS（三）地理信息

11、系統(tǒng)常用的地圖投影（三）地理信息系統(tǒng)常用的地圖投影1 1、高斯、高斯克呂格投影克呂格投影地理信息系統(tǒng)原理GIS高斯克呂格投影高斯投影是一種橫軸等角切橢圓柱投影，其條件為：1）中央經(jīng)線和地球赤道投影成為直線且為投影的對(duì) 稱軸； 2）等角投影； 3）中央經(jīng)線上沒有長(zhǎng)度變形。由公式可分析出高斯投影變形具有以下特點(diǎn)： 1）中央經(jīng)線上無變形 2) 中央經(jīng)線上的長(zhǎng)度比為1，其他任何點(diǎn)上的長(zhǎng)度比大于1. 3）同一條緯線上，離中央經(jīng)線越遠(yuǎn)，變形越大； 4）同一條經(jīng)線上，緯度越低，變形越大； 5）投影屬于等角性質(zhì)，面積比為長(zhǎng)度比的平方。 6）等變形線為平行于中央經(jīng)線的直線。地理信息系統(tǒng)原理GIS2 2 墨卡托墨

12、卡托(Mercator)(Mercator)投影投影特點(diǎn)特點(diǎn): :1 1、無角度變形，但面積變、無角度變形，但面積變形較大。形較大。 2 2、經(jīng)線和緯線是兩組相互、經(jīng)線和緯線是兩組相互垂直的平行直線，經(jīng)線間隔垂直的平行直線，經(jīng)線間隔相等，緯線間隔由赤道向兩相等，緯線間隔由赤道向兩極逐漸擴(kuò)大。極逐漸擴(kuò)大。3 3、保持方向和相對(duì)位置的、保持方向和相對(duì)位置的正確。正確。 屬于等角正切圓柱投影。屬于等角正切圓柱投影。地理信息系統(tǒng)原理GIS墨卡托投影（正軸等角圓柱投影墨卡托投影（正軸等角圓柱投影）地理信息系統(tǒng)原理GIS墨卡托投影（正軸等角圓柱投影墨卡托投影（正軸等角圓柱投影）墨卡托投影常用來制作航海圖和

13、航空?qǐng)D墨卡托投影常用來制作航海圖和航空?qǐng)D地理信息系統(tǒng)原理GIS3 UTM3 UTM投影（橫軸墨卡托投影）投影（橫軸墨卡托投影）UTM投影是“等角橫軸割圓柱投影”，圓柱割地球于南緯80度、北緯84度兩條等高圈，投影后兩條割線上沒有變形，中央經(jīng)線上長(zhǎng)度比 0.9996。 （高斯高斯- -克呂格投影是克呂格投影是“等角橫切橢圓柱投影等角橫切橢圓柱投影” ）我國衛(wèi)星地圖、我國衛(wèi)星地圖、Google MapGoogle Map采用采用UTMUTM投影。投影。地理信息系統(tǒng)原理GIS4.4.蘭勃特蘭勃特(Lambert)(Lambert)投影投影蘭勃特等角投影，在雙標(biāo)準(zhǔn)緯線下是一蘭勃特等角投影，在雙標(biāo)準(zhǔn)緯線

14、下是一“等角正軸等角正軸割圓錐投影割圓錐投影”. .我國我國1 1：100100萬地形圖采用了蘭勃特投影。萬地形圖采用了蘭勃特投影。采用雙標(biāo)準(zhǔn)緯線，投影變形小而均勻特點(diǎn)：采用雙標(biāo)準(zhǔn)緯線，投影變形小而均勻特點(diǎn)：1 1、角度沒有變形。、角度沒有變形。2 2、兩條標(biāo)準(zhǔn)緯線上沒有任何變形。、兩條標(biāo)準(zhǔn)緯線上沒有任何變形。3 3、等變形線和緯度一致，同一條緯線上的變形、等變形線和緯度一致，同一條緯線上的變形處處相等。處處相等。4 4、兩標(biāo)準(zhǔn)緯線外側(cè)為正變形，而兩標(biāo)準(zhǔn)緯線之、兩標(biāo)準(zhǔn)緯線外側(cè)為正變形，而兩標(biāo)準(zhǔn)緯線之間為負(fù)變形。間為負(fù)變形。5 5、同一緯線上等經(jīng)差的線段長(zhǎng)度相等，兩條緯、同一緯線上等經(jīng)差的線段長(zhǎng)

15、度相等，兩條緯線間的經(jīng)緯度長(zhǎng)度處處相等。線間的經(jīng)緯度長(zhǎng)度處處相等。地理信息系統(tǒng)原理GIS5.5.阿爾伯斯阿爾伯斯(Albers)(Albers)投影投影阿爾伯斯阿爾伯斯(Albers)(Albers)投影是等面積正割圓錐投影，我投影是等面積正割圓錐投影，我國部分省圖采用這種投影國部分省圖采用這種投影. .地理信息系統(tǒng)原理GIS四、投影轉(zhuǎn)換及其轉(zhuǎn)換四、投影轉(zhuǎn)換及其轉(zhuǎn)換主要研究從一種地圖投影變?yōu)榱硪环N地圖投影的理論和主要研究從一種地圖投影變?yōu)榱硪环N地圖投影的理論和方法。其實(shí)質(zhì)是建立兩平面之間點(diǎn)的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。方法。其實(shí)質(zhì)是建立兩平面之間點(diǎn)的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。x = f1(x = f1(，) ) y =

16、 f2(y = f2(，)X X = f3( = f3(，) ) Y Y = f4( = f4(，)X=F1(x,y)X=F1(x,y)Y=F2(x,y)Y=F2(x,y)地理信息系統(tǒng)原理GIS投影變換：投影A（x，y）投影B（X，Y）正解變換：解析函數(shù)關(guān)系X=f (x , y) ，Y=g( x , y )反解變換：經(jīng)緯度B=f (x , y) , L=g( x , y )X=F(B, L) , Y=G( B, L)從投影轉(zhuǎn)換的方式來分：地理信息系統(tǒng)原理GIS 通過建立資料地圖的投影坐標(biāo)通過建立資料地圖的投影坐標(biāo)數(shù)據(jù)到目標(biāo)地圖投影坐標(biāo)數(shù)據(jù)的嚴(yán)數(shù)據(jù)到目標(biāo)地圖投影坐標(biāo)數(shù)據(jù)的嚴(yán)密或近似的解析關(guān)系式，

17、直接由資密或近似的解析關(guān)系式，直接由資料地圖投影坐標(biāo)數(shù)據(jù)料地圖投影坐標(biāo)數(shù)據(jù)x x, ,y y轉(zhuǎn)換為目轉(zhuǎn)換為目標(biāo)投影的直角坐標(biāo)標(biāo)投影的直角坐標(biāo)X X，Y Y。兩個(gè)不同投影平面場(chǎng)上的點(diǎn)可對(duì)應(yīng)兩個(gè)不同投影平面場(chǎng)上的點(diǎn)可對(duì)應(yīng)寫成：寫成：X X = f1(= f1(x x, ,y y) ) Y Y = f2= f2（x x, ,y y）式中式中f1f1，f2f2為定域內(nèi)單值、連續(xù)的為定域內(nèi)單值、連續(xù)的函數(shù)。函數(shù)。X = f1(x,y) Y = f2（x,y）投影轉(zhuǎn)換的方式有兩種：投影轉(zhuǎn)換的方式有兩種：正解變換正解變換、反解變換反解變換地理信息系統(tǒng)原理GIS將資料地圖的投影坐標(biāo)數(shù)據(jù)將資料地圖的投影坐標(biāo)數(shù)據(jù)

18、x x, ,y y反解出地理坐標(biāo)反解出地理坐標(biāo)，然后再將地理坐標(biāo)代入到目標(biāo)地圖的投影坐標(biāo)公，然后再將地理坐標(biāo)代入到目標(biāo)地圖的投影坐標(biāo)公式中，從而實(shí)現(xiàn)投影坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換。式中，從而實(shí)現(xiàn)投影坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換。對(duì)前后兩種地圖投影，可分別有如下表達(dá)形式：對(duì)前后兩種地圖投影，可分別有如下表達(dá)形式： x = f1(x = f1(，) y = f2() y = f2(，) X X = f3( = f3(，) ) Y Y =f4( =f4(，)根據(jù)資料地圖的投影公式求反解，對(duì)前一投影則有：根據(jù)資料地圖的投影公式求反解，對(duì)前一投影則有： = =f1f1 ( (x x, ,y y) =f2 () =f2 (x x, ,y

19、y) )代入目標(biāo)地圖的投影方程即有：代入目標(biāo)地圖的投影方程即有：X X = f3f1( = f3f1(x x, ,y y), f2(), f2(x x, ,y y) ) Y Y =f4f1( =f4f1(x x, ,y y), ), f2(f2(x x, ,y y)這就是地圖投影反解變換的數(shù)學(xué)模型。這就是地圖投影反解變換的數(shù)學(xué)模型。 地理信息系統(tǒng)原理GIS 地理信息系統(tǒng)原理GIS投影轉(zhuǎn)換的方法：投影轉(zhuǎn)換的方法：（1 1）解析變換：）解析變換： 投影坐標(biāo)（投影坐標(biāo)（x x、y y）變換為地理坐標(biāo)（）變換為地理坐標(biāo)（B B、L L），再由），再由地理坐標(biāo)變換為另一種投影坐標(biāo)（地理坐標(biāo)變換為另一種投

20、影坐標(biāo)（X X、Y Y）。）。（2 2）數(shù)字變換：一種投影的數(shù)字化坐標(biāo)）數(shù)字變換：一種投影的數(shù)字化坐標(biāo)x x、y y變換到另一種投影的直變換到另一種投影的直角坐標(biāo)角坐標(biāo)X X、Y Y。 （3 3）解析）解析- -數(shù)值變換：當(dāng)原數(shù)據(jù)投影公式不知道的情況下，反解出數(shù)值變換：當(dāng)原數(shù)據(jù)投影公式不知道的情況下，反解出地理坐標(biāo)，再由代入已知的新數(shù)據(jù)投影公式中進(jìn)行計(jì)算。地理坐標(biāo)，再由代入已知的新數(shù)據(jù)投影公式中進(jìn)行計(jì)算。 地理信息系統(tǒng)原理GIS第二節(jié) 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn)缺點(diǎn) 矢矢量量數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu) 便于面向?qū)嶓w的數(shù)據(jù)表達(dá)便于面向?qū)嶓w的數(shù)據(jù)表達(dá) 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)緊湊，冗余度低數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)緊湊，冗余度低 拓?fù)?/p>

21、結(jié)構(gòu)有利于于網(wǎng)絡(luò)分析、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有利于于網(wǎng)絡(luò)分析、空間分析空間分析數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)處理較復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)處理較復(fù)雜 軟件實(shí)現(xiàn)的技術(shù)要求比較高。軟件實(shí)現(xiàn)的技術(shù)要求比較高。多邊形疊置等分析相對(duì)困難；多邊形疊置等分析相對(duì)困難； 柵柵格格數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu) 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，易于算數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，易于算法實(shí)現(xiàn)；法實(shí)現(xiàn)； 空間分析較容易實(shí)現(xiàn)；空間分析較容易實(shí)現(xiàn)； 有利于與遙感數(shù)據(jù)的匹配應(yīng)有利于與遙感數(shù)據(jù)的匹配應(yīng)用和分析；用和分析；圖形數(shù)據(jù)量大，冗余度高，需圖形數(shù)據(jù)量大，冗余度高，需要壓縮處理；要壓縮處理； 定位精度比矢量低；定位精度比矢量低； 拓?fù)潢P(guān)系難以表達(dá)；拓?fù)潢P(guān)系難以表達(dá)； 地理信息系統(tǒng)原理GIS第二節(jié) 空間數(shù)

22、據(jù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換 應(yīng)用矢量數(shù)據(jù)與柵格數(shù)據(jù)的一般原則：應(yīng)用矢量數(shù)據(jù)與柵格數(shù)據(jù)的一般原則：數(shù)據(jù)采集采用矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，有利于保證空間實(shí)體的幾何精度和數(shù)據(jù)采集采用矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，有利于保證空間實(shí)體的幾何精度和拓樸特性的描述拓樸特性的描述空間分析則主要采用柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，有利于加快系統(tǒng)的運(yùn)行速度空間分析則主要采用柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，有利于加快系統(tǒng)的運(yùn)行速度和分析應(yīng)用的進(jìn)程和分析應(yīng)用的進(jìn)程 因此，在地理信息系統(tǒng)中，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換。因此，在地理信息系統(tǒng)中，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換。地理信息系統(tǒng)原理GIS一、由矢量向柵格的轉(zhuǎn)換一、由矢量向柵格的轉(zhuǎn)換 矢量向柵格轉(zhuǎn)換處理的根本任務(wù)：矢量向柵格轉(zhuǎn)換處理的根本任務(wù)： 通過就

23、是把點(diǎn)、線或面的矢量數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的柵格數(shù)據(jù)。這一過程稱為柵格化。 柵格化首先要建立矢量數(shù)據(jù)的平面坐標(biāo)系和柵格行列坐標(biāo)系之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。0 0 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 71 12 23 34 45 56 67 78 89 98 8 9 9X XY Y地理信息系統(tǒng)原理GIS設(shè)矢量數(shù)據(jù)的一坐標(biāo)點(diǎn)值為(x，y)，轉(zhuǎn)成柵格數(shù)據(jù)其行列值為(I，J)。表示矢量數(shù)據(jù)的X最小值和Y最小值（一）點(diǎn)的轉(zhuǎn)換minminyxyyIdxxJdminxminy地理信息系統(tǒng)原理GISMinX,MinY=1000,1000MinX,MinY=1000,1000360031000 xXJdX,Y

24、=4600,2300X,Y =4600,2300X XY Y0 1 2 3 4 5 6 7 8 90 1 2 3 4 5 6 7 8 9 9 8 7 6 5 4 3 2 1 09 8 7 6 5 4 3 2 1 0130011000yYIddx ,dy =1000,1000dx ,dy =1000,1000 9 8 7 6 5 4 3 2 1 09 8 7 6 5 4 3 2 1 00 1 2 3 4 5 6 7 8 90 1 2 3 4 5 6 7 8 90 1 2 3 4 5 6 7 8 90 1 2 3 4 5 6 7 8 9 9 8 7 6 5 4 3 2 1 09 8 7 6 5 4

25、 3 2 1 0點(diǎn)要素柵格化的過程點(diǎn)要素柵格化的過程0 1 2 3 4 5 6 7 8 90 1 2 3 4 5 6 7 8 9地理信息系統(tǒng)原理GIS1）用點(diǎn)柵格化方法，實(shí)現(xiàn)直線的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)點(diǎn)柵格化 用以上點(diǎn)柵格計(jì)算公式分別求出矢量數(shù)據(jù)中直線端點(diǎn)a、b的柵格行列值(I1、J1)和(I2、J2)。2）求出直線段所對(duì)應(yīng)的柵格單元的行列值范圍 這里直線段ab所對(duì)應(yīng)的柵格單元的行范圍為(I2 - I1)；列范圍為( J2 -J1)。 （二）線的轉(zhuǎn)換地理信息系統(tǒng)原理GIS3）如果行列數(shù)差I(lǐng)、J|,分兩種情況考慮： （1）列數(shù)大于行數(shù) J I 211121()mmxxyyyxxyxx地理信息系統(tǒng)原理G

26、IS3）如果行列數(shù)差I(lǐng)、J|,分兩種情況考慮： 211121()myyxxxyyxyy(2) 行數(shù)大于列數(shù)I J地理信息系統(tǒng)原理GIS（三）面的柵格化1 1、基于弧段數(shù)據(jù)的柵格化方法、基于弧段數(shù)據(jù)的柵格化方法1 12 23 3兩種不同的方法：基于弧段數(shù)據(jù)的柵格化和基于多邊形數(shù)據(jù)的柵格化。兩種不同的方法：基于弧段數(shù)據(jù)的柵格化和基于多邊形數(shù)據(jù)的柵格化。地理信息系統(tǒng)原理GIS交點(diǎn)交點(diǎn) 列列 左多邊形左多邊形 右多邊形右多邊形 1 0 0 11 0 0 1 1 12 23 3 2 3 1 22 3 1 2 3 6 2 3 3 6 2 3 4 9 3 0 4 9 3 0 地理信息系統(tǒng)原理GIS 主要針對(duì)

27、實(shí)體結(jié)構(gòu)的多邊形矢量數(shù)據(jù)柵格化。就是在矢量表示的多邊形邊界內(nèi)部的所有柵格上賦予相應(yīng)的多邊形屬性值，從而形成柵格數(shù)據(jù)陣列。轉(zhuǎn)換方法轉(zhuǎn)換方法邊界代數(shù)算法內(nèi)點(diǎn)填充法包含檢驗(yàn)法多邊形數(shù)據(jù)的柵格化方法2 2、基于多邊形數(shù)據(jù)的柵格化方法、基于多邊形數(shù)據(jù)的柵格化方法地理信息系統(tǒng)原理GIS 邊界代數(shù)法基于積分求多邊形的思想，通過簡(jiǎn)單的代數(shù)運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)多邊形的矢柵轉(zhuǎn)換。該算法簡(jiǎn)單可靠，被大量使用。假定沿邊界前進(jìn)方向Y值下降為下行，Y值上升為上行。 沿著多邊形實(shí)體的邊界環(huán)繞多邊形一圈當(dāng)向上環(huán)繞時(shí)，把邊界左邊一行中所有的柵格單元的數(shù)值都減去屬性值。向下環(huán)繞時(shí)，把邊界左邊一行中所有的柵格單元的數(shù)值加屬性值。(1)邊界代

28、數(shù)算法這樣，多邊形外部的柵格正負(fù)抵消，而多邊形內(nèi)部的柵這樣，多邊形外部的柵格正負(fù)抵消，而多邊形內(nèi)部的柵格被賦予屬性值。格被賦予屬性值。地理信息系統(tǒng)原理GIS地理信息系統(tǒng)原理GIS 首先按線的柵格化方法把多邊形的邊界柵格化，然后在多邊形的內(nèi)部找一個(gè)內(nèi)點(diǎn)，從該點(diǎn)出發(fā)，向外填從多邊形區(qū)域，直到邊界為止。(2)內(nèi)點(diǎn)填充法內(nèi)點(diǎn)填充法地理信息系統(tǒng)原理GIS判別方法：判別方法： 由待判點(diǎn)對(duì)每個(gè)多邊形的夾角和。如果夾角和為2，則該待判點(diǎn)屬于此多邊形，賦予多邊形編號(hào)(紀(jì)錄屬性)；如果積分值為0，則該待判點(diǎn)在此多邊形外部。1 1檢驗(yàn)夾角法檢驗(yàn)夾角法(3)包含檢驗(yàn)法包含檢驗(yàn)法地理信息系統(tǒng)原理GIS222arccos

29、()2*APBPABAP BP角度角度方向方向AB j k y -y 0 y -y 0 APPBPPixxTkVkxxAPAPBPBPx -x y -yx -x y -yV0,V0,角度為逆時(shí)針方向；角度為逆時(shí)針方向； V0,V0,角度為順時(shí)針方向角度為順時(shí)針方向地理信息系統(tǒng)原理GIS (a)(a)夾角和為零夾角和為零 (b)(b)夾角和夾角和360360度度地理信息系統(tǒng)原理GIS由待判點(diǎn)向圖外某點(diǎn)引射線，判斷該射線與多邊形所有邊由待判點(diǎn)向圖外某點(diǎn)引射線，判斷該射線與多邊形所有邊界相交的總次數(shù)。界相交的總次數(shù)。判別方法：判別方法：如相交偶數(shù)次，則待判點(diǎn)在該多邊形的外部，如相交偶數(shù)次，則待判點(diǎn)在

30、該多邊形的外部，如相交奇數(shù)次，則待判點(diǎn)在該多邊形內(nèi)部。如相交奇數(shù)次，則待判點(diǎn)在該多邊形內(nèi)部。2 2 鉛垂線法鉛垂線法地理信息系統(tǒng)原理GIS二、由柵格向矢量的轉(zhuǎn)換二、由柵格向矢量的轉(zhuǎn)換目的目的 一是將掃描儀獲取的圖像柵格數(shù)據(jù)存入矢量形式的空間數(shù)據(jù)庫；一是將掃描儀獲取的圖像柵格數(shù)據(jù)存入矢量形式的空間數(shù)據(jù)庫； 二是將柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮，將面狀柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為由矢量數(shù)據(jù)表二是將柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮，將面狀柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為由矢量數(shù)據(jù)表示的多邊形邊界；示的多邊形邊界；柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)向矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換又稱為矢量化。柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)向矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換又稱為矢量化。地理信息系統(tǒng)原理GIS邊界柵格數(shù)據(jù)邊界柵格數(shù)據(jù)填充

31、柵格數(shù)據(jù)填充柵格數(shù)據(jù)方法方法：根據(jù)數(shù)據(jù)文件的不同，分別采用不同的算法：根據(jù)數(shù)據(jù)文件的不同，分別采用不同的算法： ( (一）圖像數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換方法一）圖像數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換方法 （二）柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換方法（二）柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換方法地理信息系統(tǒng)原理GIS 對(duì)任意柵格點(diǎn)數(shù)據(jù)對(duì)任意柵格點(diǎn)數(shù)據(jù)P，假設(shè)其坐標(biāo)數(shù)據(jù)為，假設(shè)其坐標(biāo)數(shù)據(jù)為(I，J)，按，按下圖所示坐標(biāo)，將其轉(zhuǎn)換為矢量數(shù)據(jù)，其中心點(diǎn)坐標(biāo)下圖所示坐標(biāo)，將其轉(zhuǎn)換為矢量數(shù)據(jù)，其中心點(diǎn)坐標(biāo)(x，y)計(jì)算公式為：計(jì)算公式為： 點(diǎn)的矢量化點(diǎn)的矢量化 9 8 7 6 5 4 3 2 19 8 7 6 5 4 3 2 1 0 00 1 2 3 4 5 6 7 8 90 1 2

32、3 4 5 6 7 8 9地理信息系統(tǒng)原理GIS 圖像數(shù)據(jù)是不同灰階的影像，一般通過掃描儀按一定分圖像數(shù)據(jù)是不同灰階的影像，一般通過掃描儀按一定分辨率掃描采樣，得到不同灰度值（辨率掃描采樣，得到不同灰度值（0255）表示的數(shù)據(jù)。目）表示的數(shù)據(jù)。目前掃描儀的分辨率可達(dá)到前掃描儀的分辨率可達(dá)到0.0125mm，因此對(duì)一般粗度（例，因此對(duì)一般粗度（例如如0.1mm）的線條，其橫斷面掃描后平均也有）的線條，其橫斷面掃描后平均也有8個(gè)像元，而個(gè)像元，而矢量化的要求只能允許橫斷面保持一個(gè)柵格的寬度，因此矢量化的要求只能允許橫斷面保持一個(gè)柵格的寬度，因此需要進(jìn)行二值化、細(xì)化和跟蹤等矢量化步驟。需要進(jìn)行二值化

33、、細(xì)化和跟蹤等矢量化步驟。（一）基于圖像數(shù)據(jù)的矢量化方法（一）基于圖像數(shù)據(jù)的矢量化方法具體步驟如下圖，分3步：二值化二值化 、細(xì)化、更蹤、細(xì)化、更蹤地理信息系統(tǒng)原理GIS（1）二值化）二值化 將用256級(jí)或128級(jí)灰度值G(i, j)量度的圖像掃描數(shù)據(jù)的灰階壓縮到2個(gè)灰階，即0和1兩級(jí)。 具體方法：在最大與最小灰階之間定義一個(gè)閾值T，則根據(jù)下式得到二值圖： GG1如果 （i,j) TB(i,j)=0 如果 （i,j) T地理信息系統(tǒng)原理GIS具體過程舉例具體過程舉例地理信息系統(tǒng)原理GIS（2）細(xì)化）細(xì)化 細(xì)化細(xì)化是消除線劃?rùn)M斷面柵格數(shù)的差異，使得第一是消除線劃?rùn)M斷面柵格數(shù)的差異，使得第一條線只

34、保留代表其軸線的單個(gè)柵格的寬度。條線只保留代表其軸線的單個(gè)柵格的寬度。 細(xì)化的方法可分為細(xì)化的方法可分為“剝皮法剝皮法”和和“骨架化骨架化”兩大類。兩大類。剝皮法剝皮法剝皮法的實(shí)質(zhì)：剝皮法的實(shí)質(zhì)： 從曲線的邊緣開始，每次剝掉等于一個(gè)柵格寬度的從曲線的邊緣開始，每次剝掉等于一個(gè)柵格寬度的一層，直到最后留下彼此連通的、由單個(gè)柵格點(diǎn)組一層，直到最后留下彼此連通的、由單個(gè)柵格點(diǎn)組成的圖形。成的圖形。解決辦法：根據(jù)待剝柵格為中心的解決辦法：根據(jù)待剝柵格為中心的33柵格組合圖柵格組合圖來決定。來決定。地理信息系統(tǒng)原理GIS3X33X3柵格組合圖柵格組合圖1 12 23 34 45 56 67 78 89

35、9101011111212131314141515161617171818191920202121222223232424252526262727282829293030313132323333343435353636373738383939404041414242434344444545464647474848494950505151地理信息系統(tǒng)原理GIS地理信息系統(tǒng)原理GIS地理信息系統(tǒng)原理GIS（3）跟蹤）跟蹤 目的：將柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為線段和閉合的線條，并以矢目的：將柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為線段和閉合的線條，并以矢量形式存儲(chǔ)線段的坐標(biāo)。量形式存儲(chǔ)線段的坐標(biāo)。方法：從起始點(diǎn)開始，根據(jù)八鄰域搜索下一個(gè)相

36、鄰點(diǎn)，記方法：從起始點(diǎn)開始，根據(jù)八鄰域搜索下一個(gè)相鄰點(diǎn)，記錄其坐標(biāo)，直到完成全部柵格數(shù)據(jù)的矢量化。錄其坐標(biāo)，直到完成全部柵格數(shù)據(jù)的矢量化。地理信息系統(tǒng)原理GIS（二）柵格數(shù)據(jù)的矢量化方法（二）柵格數(shù)據(jù)的矢量化方法柵格數(shù)據(jù)的的矢量化常針對(duì)柵格數(shù)據(jù)中的多邊柵格數(shù)據(jù)的的矢量化常針對(duì)柵格數(shù)據(jù)中的多邊形進(jìn)行。形進(jìn)行。步驟：步驟：1 1、首先搜索多邊形弧段相交的節(jié)點(diǎn)位置。、首先搜索多邊形弧段相交的節(jié)點(diǎn)位置。2 2、任選一個(gè)起始點(diǎn)，順著柵格單元屬性值不同、任選一個(gè)起始點(diǎn)，順著柵格單元屬性值不同的兩個(gè)柵格單元之間進(jìn)行多邊形邊界弧段的跟的兩個(gè)柵格單元之間進(jìn)行多邊形邊界弧段的跟蹤矢量化。蹤矢量化。3 3、將跟蹤得

37、到的弧段數(shù)據(jù)連接組織成多邊形。、將跟蹤得到的弧段數(shù)據(jù)連接組織成多邊形。地理信息系統(tǒng)原理GIS第一步第一步 搜索多邊形弧段相交的節(jié)點(diǎn)位置搜索多邊形弧段相交的節(jié)點(diǎn)位置第二步第二步 跟蹤弧段跟蹤弧段第三步第三步 構(gòu)建多邊形構(gòu)建多邊形地理信息系統(tǒng)原理GIS第三節(jié) 多源空間數(shù)據(jù)的融合 地理數(shù)據(jù)的多語義性、多時(shí)空性、多尺度性、獲取手段的多樣性、存儲(chǔ)格式的不同以及數(shù)據(jù)模型與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的差異等，導(dǎo)致了多源數(shù)據(jù)的產(chǎn)生，給數(shù)據(jù)的集成和信息共享帶來了困難。因此，需要進(jìn)行多源數(shù)據(jù)的融合。遙感影像DEM數(shù)據(jù)行政界線地理信息系統(tǒng)原理GIS一、遙感與GIS數(shù)據(jù)的融合遙感與遙感與GISGIS數(shù)據(jù)融合的具體方法表現(xiàn)為：數(shù)據(jù)融合的

38、具體方法表現(xiàn)為：（1 1）遙感影像與數(shù)字線畫圖）遙感影像與數(shù)字線畫圖(DLG)(DLG)的融合。的融合。（2 2）遙感影像與數(shù)字地形模型（）遙感影像與數(shù)字地形模型（DEMDEM）的融合）的融合（3 3）遙感圖像與數(shù)字柵格圖（）遙感圖像與數(shù)字柵格圖（DRG)DRG)的融合的融合借助遙感技術(shù)獲得的信息具有借助遙感技術(shù)獲得的信息具有周期動(dòng)態(tài)性、信息豐富、周期動(dòng)態(tài)性、信息豐富、獲取效率高等獲取效率高等優(yōu)點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)。GISGIS具有具有空間數(shù)據(jù)管理和靈活的空間數(shù)據(jù)管理和靈活的空間數(shù)據(jù)綜合分析能力?？臻g數(shù)據(jù)綜合分析能力。兩者的結(jié)合：有利于增強(qiáng)數(shù)兩者的結(jié)合：有利于增強(qiáng)數(shù)據(jù)的復(fù)合能力，改善據(jù)的復(fù)合能力，改善GI

39、SGIS數(shù)據(jù)的及時(shí)性和可靠性，便數(shù)據(jù)的及時(shí)性和可靠性，便于利用遙感影像輔助于利用遙感影像輔助GISGIS空間數(shù)據(jù)的獲取與更新，提空間數(shù)據(jù)的獲取與更新，提高數(shù)據(jù)的使用率。高數(shù)據(jù)的使用率。地理信息系統(tǒng)原理GIS遙感影像與數(shù)字線畫圖遙感影像與數(shù)字線畫圖(DLG)(DLG)的融合的融合地理信息系統(tǒng)原理GIS遙感影像與專題地圖的復(fù)合遙感影像與專題地圖的復(fù)合地理信息系統(tǒng)原理GIS遙感影像與DEM復(fù)合地理信息系統(tǒng)原理GISIRS-1CIRS-1C全色衛(wèi)星影像（分辨率全色衛(wèi)星影像（分辨率5.8m5.8m）同一地區(qū)的原始地形圖（同一地區(qū)的原始地形圖（DRGDRG） 修測(cè)后的地形圖（修測(cè)后的地形圖（1 1：500

40、0050000）遙感影像與數(shù)字柵格圖（遙感影像與數(shù)字柵格圖（DRG)DRG)的融合的融合地理信息系統(tǒng)原理GIS二、不同格式數(shù)據(jù)的融合二、不同格式數(shù)據(jù)的融合目前目前GIS軟件系統(tǒng)使用的空間數(shù)據(jù)格式主要有：軟件系統(tǒng)使用的空間數(shù)據(jù)格式主要有： ESRI公司的公司的ARCINFO Coverage、ArcShape Files、E00格式；格式； Autodesk公司有公司有DXF和和DWG格式；格式； MapInfo公司的公司的TAB和和MIF格式格式 Intergraph公司的公司的DGN格式格式不同格式數(shù)據(jù)融合的幾種主要方法：不同格式數(shù)據(jù)融合的幾種主要方法：（1 1）基于轉(zhuǎn)換器的融合）基于轉(zhuǎn)換器

41、的融合（2 2）基于數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)融合）基于數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)融合（3 3）基于公共接口的數(shù)據(jù)融合）基于公共接口的數(shù)據(jù)融合（4 4）基于直接訪問的數(shù)據(jù)融合）基于直接訪問的數(shù)據(jù)融合地理信息系統(tǒng)原理GIS（1）基于轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)融合）基于轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)融合 在這種模式下，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換一般通過交換格式進(jìn)行。在這種模式下，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換一般通過交換格式進(jìn)行。地理信息系統(tǒng)原理GIS（2 2）基于數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)融合）基于數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)融合采用同一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。采用一種空間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)來實(shí)現(xiàn)多源GIS數(shù)據(jù)的融合。例如：美國國家空間數(shù)據(jù)協(xié)會(huì)（NSDI)制定了統(tǒng)一的空間數(shù)據(jù)格式規(guī)范SDTS(Spatial Data Tra

42、nsformation Standard),包括幾何坐標(biāo)、投影、拓?fù)潢P(guān)系、屬性數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)字典等。國土資源部在國家標(biāo)準(zhǔn)地球空間數(shù)據(jù)交換格式（簡(jiǎn)稱CNSDTF）基礎(chǔ)上制定了矢量數(shù)據(jù)交換格式VCT 2.0數(shù)據(jù)交換格式。 地理信息系統(tǒng)原理GIS（3 3）基于公共接口的數(shù)據(jù)融合）基于公共接口的數(shù)據(jù)融合又稱為數(shù)據(jù)互操作模式，接口就是一種標(biāo)準(zhǔn)。各個(gè)系統(tǒng)通過接口相互聯(lián)系.OGC（Open GIS Consortium）為數(shù)據(jù)互操作制定了統(tǒng)一的規(guī)范。根據(jù)OGC的規(guī)范，可以將提供數(shù)據(jù)源的軟件成為數(shù)據(jù)服務(wù)器（Data Servers)，使用數(shù)據(jù)的軟件稱為數(shù)據(jù)客戶(Data Clients)。地理信息系統(tǒng)原理GIS（

43、4 4）基于直接訪問的數(shù)據(jù)融合）基于直接訪問的數(shù)據(jù)融合地理信息系統(tǒng)原理GIS（一）空間數(shù)據(jù)壓縮與綜合的意義（一）空間數(shù)據(jù)壓縮與綜合的意義（1） 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲得的坐標(biāo)數(shù)據(jù)量極其巨大數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲得的坐標(biāo)數(shù)據(jù)量極其巨大 （2）建立無級(jí)比例尺數(shù)據(jù)庫）建立無級(jí)比例尺數(shù)據(jù)庫 ，隨著比例尺的縮小，需要對(duì)要素進(jìn)，隨著比例尺的縮小，需要對(duì)要素進(jìn)行簡(jiǎn)化。行簡(jiǎn)化。 數(shù)據(jù)壓縮的定義數(shù)據(jù)壓縮的定義 所謂數(shù)據(jù)壓縮，即從所取得的數(shù)據(jù)集合所謂數(shù)據(jù)壓縮，即從所取得的數(shù)據(jù)集合S中抽出一個(gè)子集中抽出一個(gè)子集A，使這，使這個(gè)在規(guī)定的精度范圍內(nèi)最好地逼近原數(shù)據(jù)集合，而又取得盡可能大個(gè)在規(guī)定的精度范圍內(nèi)最好地逼近原數(shù)據(jù)集合，而又取得

44、盡可能大的壓縮比。的壓縮比。一、空間數(shù)據(jù)的壓縮第四節(jié) 空間數(shù)據(jù)的壓縮與重分類地理信息系統(tǒng)原理GIS曲線壓縮的示意圖（比例尺不斷變?。┣€壓縮的示意圖（比例尺不斷變?。┑乩硇畔⑾到y(tǒng)原理GIS壓縮比壓縮比壓縮比：壓縮比：表示信息載體減少的程度。表示信息載體減少的程度。以一條線實(shí)體為例，設(shè)數(shù)據(jù)集以一條線實(shí)體為例，設(shè)數(shù)據(jù)集S中曲線的原來點(diǎn)序列為：中曲線的原來點(diǎn)序列為： A： A1，A2，An壓縮處理后，獲得新的子序列為：壓縮處理后，獲得新的子序列為： A： As1， As2，Asma值的大小，既與曲線的復(fù)雜程度、縮小倍數(shù)、精值的大小，既與曲線的復(fù)雜程度、縮小倍數(shù)、精度要求、數(shù)字化取點(diǎn)的密度等因素有關(guān)，

45、又與數(shù)據(jù)度要求、數(shù)字化取點(diǎn)的密度等因素有關(guān)，又與數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)有關(guān)。壓縮技術(shù)有關(guān)。m1a = n壓縮比為：壓縮比為：地理信息系統(tǒng)原理GIS基于矢量的壓縮通常是對(duì)線狀實(shí)體上點(diǎn)的數(shù)基于矢量的壓縮通常是對(duì)線狀實(shí)體上點(diǎn)的數(shù)量的壓縮，其中最常用的是：量的壓縮，其中最常用的是：（二）基于矢量的壓縮（二）基于矢量的壓縮1 1、道格拉斯、道格拉斯- -佩克算法佩克算法2 2、垂距法、垂距法 3 3、光欄法、光欄法地理信息系統(tǒng)原理GIS1 1、道格拉斯、道格拉斯佩克法佩克法(Douglas(DouglasPeucker)Peucker) dmax地理信息系統(tǒng)原理GIS地理信息系統(tǒng)原理GIS道格拉斯道格拉斯佩克法佩

46、克法(Douglas(DouglasPeucker)Peucker) 地理信息系統(tǒng)原理GIS地理信息系統(tǒng)原理GIS2、垂距法垂距法 d地理信息系統(tǒng)原理GIS地理信息系統(tǒng)原理GIS地理信息系統(tǒng)原理GIS3、光欄法光欄法 地理信息系統(tǒng)原理GISp1a1a2p2p3p4pnd/2d/2地理信息系統(tǒng)原理GIS地理信息系統(tǒng)原理GISp1a1a2c1c2b2b1p2p3p4pnd/2d/2d/2d/2地理信息系統(tǒng)原理GIS地理信息系統(tǒng)原理GIS幾種方法的比較幾種方法的比較 地理信息系統(tǒng)原理GIS（三）（三） 柵格數(shù)據(jù)的壓縮柵格數(shù)據(jù)的壓縮柵格數(shù)據(jù)壓縮的概念柵格數(shù)據(jù)壓縮的概念影像數(shù)據(jù)壓縮的可能性是因?yàn)橄袼刂g

47、存在著較強(qiáng)的相關(guān)性：影像數(shù)據(jù)壓縮的可能性是因?yàn)橄袼刂g存在著較強(qiáng)的相關(guān)性： 從統(tǒng)計(jì)觀點(diǎn)上看，某像素的灰度值總是和周圍其他像素的灰度值從統(tǒng)計(jì)觀點(diǎn)上看，某像素的灰度值總是和周圍其他像素的灰度值有某種關(guān)系，應(yīng)用編碼方法提取并減少這種相關(guān)牲，便可實(shí)現(xiàn)影有某種關(guān)系，應(yīng)用編碼方法提取并減少這種相關(guān)牲，便可實(shí)現(xiàn)影像數(shù)據(jù)的壓縮。像數(shù)據(jù)的壓縮。 從信息論觀點(diǎn)來看，影像壓縮就是減少影像信息中無用的冗余信從信息論觀點(diǎn)來看，影像壓縮就是減少影像信息中無用的冗余信息。息。壓縮編碼策略（參考第二章）壓縮編碼策略（參考第二章） 游程編碼游程編碼 四叉樹編碼四叉樹編碼地理信息系統(tǒng)原理GIS二、空間數(shù)據(jù)的重分類二、空間數(shù)據(jù)的重

48、分類重分類的處理：重分類的處理：當(dāng)屬性數(shù)據(jù)發(fā)生變化后，勢(shì)必有一些圖當(dāng)屬性數(shù)據(jù)發(fā)生變化后，勢(shì)必有一些圖斑與相鄰圖斑的屬性一致，這時(shí)就應(yīng)該將這些圖斑合并，斑與相鄰圖斑的屬性一致，這時(shí)就應(yīng)該將這些圖斑合并，即去掉公共邊。即去掉公共邊。 當(dāng)進(jìn)行特定的數(shù)據(jù)分析時(shí)，需要先對(duì)數(shù)據(jù)庫中提取的數(shù)當(dāng)進(jìn)行特定的數(shù)據(jù)分析時(shí)，需要先對(duì)數(shù)據(jù)庫中提取的數(shù)據(jù)作屬性的重新分類和空間圖形的化簡(jiǎn)，以構(gòu)成數(shù)據(jù)新?lián)鲗傩缘闹匦路诸惡涂臻g圖形的化簡(jiǎn)，以構(gòu)成數(shù)據(jù)新的使用形式。的使用形式。地理信息系統(tǒng)原理GIS地理信息系統(tǒng)原理GIS語義分辨率高語義分辨率高語義分辨率降低語義分辨率降低語語義義分分辨辨率率繼繼續(xù)續(xù)降降低低土地利用耕地園地林地牧

49、草地果園 桑園 菜園 橡膠園地理信息系統(tǒng)原理GIS地形坡度數(shù)據(jù)的重分類地形坡度數(shù)據(jù)的重分類地理信息系統(tǒng)原理GIS第五節(jié)第五節(jié) 空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插方法空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插方法空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插：空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插：通過已知點(diǎn)或分區(qū)的數(shù)據(jù)，建立一種函通過已知點(diǎn)或分區(qū)的數(shù)據(jù)，建立一種函數(shù)關(guān)系，使關(guān)系式最好地逼近這些已知的空間數(shù)據(jù)，據(jù)此數(shù)關(guān)系，使關(guān)系式最好地逼近這些已知的空間數(shù)據(jù)，據(jù)此推求任意點(diǎn)或任意多邊形分區(qū)范圍的值，這種方法稱為空推求任意點(diǎn)或任意多邊形分區(qū)范圍的值，這種方法稱為空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插。間數(shù)據(jù)的內(nèi)插。根據(jù)已知點(diǎn)和已知多邊形分區(qū)數(shù)據(jù)的不同，空間數(shù)據(jù)內(nèi)插根據(jù)已知點(diǎn)和已知多邊形分區(qū)數(shù)據(jù)的不同，空間數(shù)據(jù)內(nèi)插的方法可分

50、為：的方法可分為：點(diǎn)的內(nèi)插點(diǎn)的內(nèi)插區(qū)域的內(nèi)插區(qū)域的內(nèi)插應(yīng)用：等值線自動(dòng)制圖、應(yīng)用：等值線自動(dòng)制圖、DTM建立、區(qū)域現(xiàn)象的相關(guān)分析建立、區(qū)域現(xiàn)象的相關(guān)分析與比較研究。與比較研究。地理信息系統(tǒng)原理GIS一、點(diǎn)的內(nèi)插點(diǎn)的內(nèi)插：點(diǎn)的內(nèi)插：是用于研究具有連續(xù)變化特征現(xiàn)象（例如是用于研究具有連續(xù)變化特征現(xiàn)象（例如地面高程等）的數(shù)值內(nèi)插方法。地面高程等）的數(shù)值內(nèi)插方法。內(nèi)插的理論基礎(chǔ)在于對(duì)空間相關(guān)性的認(rèn)知?？臻g相關(guān)內(nèi)插的理論基礎(chǔ)在于對(duì)空間相關(guān)性的認(rèn)知?？臻g相關(guān)性即對(duì)地理上連續(xù)分布的現(xiàn)象，相鄰點(diǎn)之間關(guān)聯(lián)性性即對(duì)地理上連續(xù)分布的現(xiàn)象，相鄰點(diǎn)之間關(guān)聯(lián)性強(qiáng)，較遠(yuǎn)的點(diǎn)之間關(guān)聯(lián)性弱或者無關(guān)。強(qiáng)，較遠(yuǎn)的點(diǎn)之間關(guān)聯(lián)性弱或者

51、無關(guān)。點(diǎn)的空間內(nèi)插分塊內(nèi)插法線性內(nèi)插法雙線性多項(xiàng)式內(nèi)插法二元樣條函數(shù)內(nèi)插法 逐點(diǎn)內(nèi)插法移動(dòng)擬合法加權(quán)平均法克里金法 整體內(nèi)插法N次多項(xiàng)式擬合法地理信息系統(tǒng)原理GIS地面高程模型的建立一般需要經(jīng)過三個(gè)過程：地面高程模型的建立一般需要經(jīng)過三個(gè)過程： 數(shù)據(jù)取樣 指數(shù)據(jù)點(diǎn)的選取和坐標(biāo)的確定。 數(shù)據(jù)內(nèi)插 是以數(shù)據(jù)點(diǎn)作為控制基礎(chǔ)，用某一數(shù)學(xué)模型來模擬地表面，進(jìn)行內(nèi)插計(jì)算。 數(shù)據(jù)精度分析 對(duì)模型的驗(yàn)證。 地理信息系統(tǒng)原理GIS（一）數(shù)據(jù)取樣（一）數(shù)據(jù)取樣取樣基礎(chǔ)：等高線圖取樣方案： 隨機(jī)取樣方案：隨機(jī)取樣方案：按地性線（山脊線、山谷線、坡度變換線），按地性線（山脊線、山谷線、坡度變換線），或沿等高線，或沿?cái)?/p>

52、面線布設(shè)取樣點(diǎn)。將數(shù)據(jù)點(diǎn)選擇在地性線坡或沿等高線，或沿?cái)嗝婢€布設(shè)取樣點(diǎn)。將數(shù)據(jù)點(diǎn)選擇在地性線坡度改變處，或沿等高線在方向改變的地點(diǎn)，即根據(jù)地形變化取點(diǎn)。度改變處，或沿等高線在方向改變的地點(diǎn)，即根據(jù)地形變化取點(diǎn)。這樣，數(shù)據(jù)落在地形特征點(diǎn)上。這樣，數(shù)據(jù)落在地形特征點(diǎn)上。地理信息系統(tǒng)原理GIS確定內(nèi)插間距（判斷格網(wǎng)密度）與插值計(jì)算確定內(nèi)插間距（判斷格網(wǎng)密度）與插值計(jì)算格網(wǎng)取樣時(shí)格網(wǎng)取樣時(shí)1 12 23 3地理信息系統(tǒng)原理GIS 設(shè)擬定的取樣點(diǎn)為1、2、3，相應(yīng)的為h1、h2、h3，取等距離間隔為單位，則中間點(diǎn)的高程為：)2(21)36(2121312312 21hhhhhhhhhhh其高程差異二次曲

53、線內(nèi)插值線性內(nèi)插值 這里應(yīng)在數(shù)字地形模型精度要求的限差之內(nèi)，否則，要縮短格網(wǎng)間距。 地形變化明顯的地方，增加地形特征點(diǎn)為數(shù)據(jù)點(diǎn)。地形變化明顯的地方，增加地形特征點(diǎn)為數(shù)據(jù)點(diǎn)。 檢查點(diǎn)位與高程值的匹配，然后進(jìn)行插值運(yùn)算。檢查點(diǎn)位與高程值的匹配，然后進(jìn)行插值運(yùn)算。格網(wǎng)取樣時(shí)格網(wǎng)取樣時(shí)地理信息系統(tǒng)原理GIS（二）數(shù)據(jù)的內(nèi)插 插值運(yùn)算：選擇一個(gè)合理的數(shù)學(xué)模型，利用已知點(diǎn)上的信息求出函數(shù)的待定系數(shù)，建立插值運(yùn)算模型。使用整體內(nèi)插存在很多問題，一般采用： 1、局部分塊內(nèi)插法、局部分塊內(nèi)插法 2、逐點(diǎn)內(nèi)插法、逐點(diǎn)內(nèi)插法地理信息系統(tǒng)原理GIS線性內(nèi)插線性內(nèi)插原理原理 數(shù)據(jù)點(diǎn)為地形特征點(diǎn)時(shí)，地面模型以三角網(wǎng)建立。

54、可認(rèn)為分塊數(shù)據(jù)點(diǎn)為地形特征點(diǎn)時(shí)，地面模型以三角網(wǎng)建立?？烧J(rèn)為分塊內(nèi)插區(qū)的地表面為一平面，按直線比例內(nèi)插待定點(diǎn)的高程。內(nèi)插區(qū)的地表面為一平面，按直線比例內(nèi)插待定點(diǎn)的高程。一般形式一般形式 設(shè)待定點(diǎn)高程為設(shè)待定點(diǎn)高程為zp，則線性內(nèi)插函數(shù)為，則線性內(nèi)插函數(shù)為 用最靠近待定點(diǎn)的用最靠近待定點(diǎn)的3個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)坐標(biāo)值代入上式，求出待定系數(shù)個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)坐標(biāo)值代入上式，求出待定系數(shù)a0、a1、a2。給定待定點(diǎn)的平面坐標(biāo)。給定待定點(diǎn)的平面坐標(biāo)xp、yp后，可求出內(nèi)插高程后，可求出內(nèi)插高程zpyaxaazp2101、分塊內(nèi)插法分塊內(nèi)插法：將整個(gè)內(nèi)插空間劃分成若干分塊，并對(duì)各塊求出分塊內(nèi)插法：將整個(gè)內(nèi)插空間劃分成若干分塊

55、，并對(duì)各塊求出各自的曲面函數(shù)來刻畫曲面形態(tài)。問題：解決各塊的連續(xù)性。各自的曲面函數(shù)來刻畫曲面形態(tài)。問題：解決各塊的連續(xù)性。分塊：線性內(nèi)插法、雙線性多項(xiàng)式內(nèi)插、二元樣條函數(shù)內(nèi)插法。分塊：線性內(nèi)插法、雙線性多項(xiàng)式內(nèi)插、二元樣條函數(shù)內(nèi)插法。地理信息系統(tǒng)原理GISyaxaazp210根據(jù)三個(gè)控制點(diǎn)，求出三個(gè)參數(shù)。具體求解為：根據(jù)三個(gè)控制點(diǎn)，求出三個(gè)參數(shù)。具體求解為：線性內(nèi)插原理線性內(nèi)插原理地理信息系統(tǒng)原理GIS雙線性多項(xiàng)式內(nèi)插雙線性多項(xiàng)式內(nèi)插 一般用于規(guī)則分布的數(shù)據(jù)模型。 方法：使用最靠近內(nèi)插點(diǎn)的四個(gè)已知數(shù)據(jù)點(diǎn)組成一個(gè)四邊形，確定一個(gè)雙線性多項(xiàng)式來內(nèi)插其中的高程。xyayaxaazp3210 將內(nèi)插點(diǎn)

56、周圍的將內(nèi)插點(diǎn)周圍的4 4個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的的數(shù)據(jù)值帶入多項(xiàng)式，即可數(shù)據(jù)值帶入多項(xiàng)式，即可解算解算出出系數(shù)系數(shù)a a0 0、a a1 1、a a2 2、a a3 3 。地理信息系統(tǒng)原理GIS二元樣條函數(shù)內(nèi)插法（雙三次多項(xiàng)式）二元樣條函數(shù)內(nèi)插法（雙三次多項(xiàng)式） 原理原理 在分塊插值區(qū)用雙三次多項(xiàng)式（樣條函數(shù)）模擬地面。在分塊插值區(qū)用雙三次多項(xiàng)式（樣條函數(shù)）模擬地面。則待定點(diǎn)高程為：則待定點(diǎn)高程為： 由于有由于有16個(gè)待定參數(shù)，而分個(gè)待定參數(shù)，而分塊格元只有塊格元只有4個(gè)節(jié)點(diǎn)信息可用，個(gè)節(jié)點(diǎn)信息可用，因此，要用各數(shù)據(jù)點(diǎn)因此，要用各數(shù)據(jù)點(diǎn)x方向上的方向上的斜率斜率R、y方向上的斜率方向上的斜率S和曲

57、和曲面的扭矩面的扭矩T，一起構(gòu)成，一起構(gòu)成16個(gè)方個(gè)方程，求出上面的程，求出上面的16個(gè)待定參數(shù)。個(gè)待定參數(shù)。地理信息系統(tǒng)原理GIS 對(duì)于數(shù)據(jù)點(diǎn)Ax方向的斜率y方向的斜率曲面的扭矩地理信息系統(tǒng)原理GIS4個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)A、B、C、D列出Z、R、S和T的式子寫成地理信息系統(tǒng)原理GIS如在分塊格網(wǎng)ABCD內(nèi)插nn個(gè)正方形待定點(diǎn)，則（313）中的地理信息系統(tǒng)原理GIS移動(dòng)擬合法移動(dòng)擬合法 對(duì)每一個(gè)待定點(diǎn)P，用一個(gè)多項(xiàng)式曲面擬合地表面時(shí)，從而計(jì)算出該點(diǎn)的高程值。1、以待定點(diǎn)P為圓心，以R為半徑，讀取該圓內(nèi)的數(shù)據(jù)點(diǎn)坐標(biāo)與高程值。2、選擇一種定義函數(shù)（如二次多項(xiàng)式），將讀取數(shù)據(jù)點(diǎn)的坐標(biāo)與高程值代入該定義函數(shù)，求

58、出其待定系數(shù)。3、列出誤差方程，用最小二乘法平差。2 2、逐點(diǎn)內(nèi)插法、逐點(diǎn)內(nèi)插法以插值點(diǎn)位中心，定義一個(gè)局部函數(shù)去擬合周圍的數(shù)據(jù)點(diǎn)，數(shù)據(jù)點(diǎn)的以插值點(diǎn)位中心，定義一個(gè)局部函數(shù)去擬合周圍的數(shù)據(jù)點(diǎn)，數(shù)據(jù)點(diǎn)的范圍隨插值點(diǎn)的位置的變化而變化。因此又稱移動(dòng)曲面法。范圍隨插值點(diǎn)的位置的變化而變化。因此又稱移動(dòng)曲面法。地理信息系統(tǒng)原理GIS移動(dòng)擬合法的一般形式移動(dòng)擬合法的一般形式 設(shè)取二次多項(xiàng)式來擬合，則待求點(diǎn)的高程的一般形式為： zp = Ax2+Bxy+Cy2+Dx +Ey +F 考慮兩方面的問題考慮兩方面的問題1 1、考慮范圍、考慮范圍2 2、考慮點(diǎn)數(shù)、考慮點(diǎn)數(shù)2()AnARnRNN地理信息系統(tǒng)原理GI

59、S加權(quán)平均法加權(quán)平均法使用搜索圓尋找附近數(shù)據(jù)點(diǎn)的方法和移動(dòng)擬合法相同，但在計(jì)使用搜索圓尋找附近數(shù)據(jù)點(diǎn)的方法和移動(dòng)擬合法相同，但在計(jì)算待插值點(diǎn)的高程時(shí)，使用加權(quán)平均值代替誤差方程求解出的算待插值點(diǎn)的高程時(shí)，使用加權(quán)平均值代替誤差方程求解出的曲面函數(shù)。曲面函數(shù)。22111/ ()dnniiiiiRdzp zpppd其中或 加權(quán)平均內(nèi)插的加權(quán)平均內(nèi)插的結(jié)果結(jié)果隨隨使用的函數(shù)使用的函數(shù)及其及其參數(shù)參數(shù)、采樣點(diǎn)的分布采樣點(diǎn)的分布、窗窗口的大小口的大小等的不同而變化。通常使用的采樣點(diǎn)數(shù)為等的不同而變化。通常使用的采樣點(diǎn)數(shù)為6 68 8點(diǎn)。對(duì)于不點(diǎn)。對(duì)于不規(guī)則分布的采樣點(diǎn)需要規(guī)則分布的采樣點(diǎn)需要不斷地改變不

60、斷地改變窗口的大小、形狀和方向，窗口的大小、形狀和方向，以獲以獲取取一定數(shù)量的采樣點(diǎn)。一定數(shù)量的采樣點(diǎn)。 地理信息系統(tǒng)原理GIS克里金法克里金法(Kriging)(Kriging)克里金法是地統(tǒng)計(jì)學(xué)（克里金法是地統(tǒng)計(jì)學(xué)（GeostatisticsGeostatistics）的基礎(chǔ)工具。）的基礎(chǔ)工具。 KrigingKriging方方法是基于這樣的假設(shè)：被插值的某一要素（如地形要素）可以被當(dāng)法是基于這樣的假設(shè)：被插值的某一要素（如地形要素）可以被當(dāng)做一個(gè)做一個(gè)區(qū)域化的變量區(qū)域化的變量來看待。來看待。 KrigingKriging方法是建立在一個(gè)預(yù)先定義的協(xié)方差模型的基礎(chǔ)上，通過方法是建立在一個(gè)預(yù)