地理信息系統(tǒng)課件__第3章_空間數(shù)據(jù)的處理

1、第三章第三章 空間數(shù)據(jù)的處理空間數(shù)據(jù)的處理 組合導航與智能導航研究室：王美玲組合導航與智能導航研究室：王美玲組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.62目錄3.1 空間數(shù)據(jù)的坐標變換空間數(shù)據(jù)的坐標變換3.2 空間數(shù)據(jù)結構的轉換空間數(shù)據(jù)結構的轉換3.3 多源空間數(shù)據(jù)的融合多源空間數(shù)據(jù)的融合3.4 空間數(shù)據(jù)的壓縮與綜合空間數(shù)據(jù)的壓縮與綜合3.5 空間數(shù)據(jù)的內插方法空間數(shù)據(jù)的內插方法3.6 數(shù)據(jù)記錄數(shù)據(jù)記錄3.7 圖幅數(shù)據(jù)邊沿匹配處理圖幅數(shù)據(jù)邊沿匹配處理組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.633.1 空間數(shù)據(jù)的坐標變換空間數(shù)據(jù)的坐標變換w 空間數(shù)據(jù)坐標變換空間

2、數(shù)據(jù)坐標變換的實質是建立兩個平面點之間的一一對的實質是建立兩個平面點之間的一一對應關系，包括應關系，包括幾何變換和投影轉換幾何變換和投影轉換，它們是空間數(shù)據(jù)處理，它們是空間數(shù)據(jù)處理的基本內容之一。的基本內容之一。w 對于數(shù)字化地圖數(shù)據(jù)，由于對于數(shù)字化地圖數(shù)據(jù)，由于設備坐標系與用戶確定的坐標設備坐標系與用戶確定的坐標系不一致，以及由于數(shù)字化原圖圖紙發(fā)生變形等原因系不一致，以及由于數(shù)字化原圖圖紙發(fā)生變形等原因，需，需要對數(shù)字化原圖的數(shù)據(jù)進行坐標系轉換和變形誤差的消除。要對數(shù)字化原圖的數(shù)據(jù)進行坐標系轉換和變形誤差的消除。有時，有時，不同來源的地圖還存在地圖投影與地圖比例尺的差不同來源的地圖還存在地圖

3、投影與地圖比例尺的差異異，因此，還需要進行地圖投影的轉換和地圖比例尺的統(tǒng)，因此，還需要進行地圖投影的轉換和地圖比例尺的統(tǒng)一。一。 組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.643.1 空間數(shù)據(jù)的坐標變換空間數(shù)據(jù)的坐標變換組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.653.1 空間數(shù)據(jù)的坐標變換空間數(shù)據(jù)的坐標變換組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.663.1.1 幾何糾正幾何糾正 w 幾何糾正幾何糾正是為了實現(xiàn)對數(shù)字化數(shù)據(jù)的坐標系轉換和圖紙是為了實現(xiàn)對數(shù)字化數(shù)據(jù)的坐標系轉換和圖紙變形誤差的改正?，F(xiàn)有的幾種商業(yè)變形誤差的改正?，F(xiàn)有的幾種商業(yè)GIS

4、軟件一般都具有軟件一般都具有高次變換、二次變換、仿射變換、相似變換等幾何糾正高次變換、二次變換、仿射變換、相似變換等幾何糾正功能。功能。（1）高次變換）高次變換 其中其中A、B代表二次以上高次項之和。解算待定系數(shù)需要代表二次以上高次項之和。解算待定系數(shù)需要有有6對以上控制點的坐標和理論值。對以上控制點的坐標和理論值。組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.673.1.1 幾何糾正幾何糾正（2）二次變換）二次變換 w 當不考慮高次變換方程中的當不考慮高次變換方程中的A和和B時，則變成二次曲線時，則變成二次曲線方程，稱為二次變換。方程，稱為二次變換。 w 解算待定系數(shù)需要解算待定

5、系數(shù)需要5對控制點的坐標及其理論值。對控制點的坐標及其理論值。組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.683.1.1 幾何糾正幾何糾正w 仿射變換與相似變換仿射變換與相似變換相比較，前者是假設地圖因變形而相比較，前者是假設地圖因變形而引起的實際比例尺在引起的實際比例尺在x和和y方向上都不相同，因此，具有方向上都不相同，因此，具有圖紙變形的糾正功能。圖紙變形的糾正功能。 w 仿射變換實質是兩坐標系間的旋轉變換。仿射變換實質是兩坐標系間的旋轉變換。w 特性：特性： 1）直線變換后仍為直線）直線變換后仍為直線 2）平行線變換后仍為平行線）平行線變換后仍為平行線 3）不同方向上的長度

6、比發(fā)生變化。）不同方向上的長度比發(fā)生變化。 組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.693.1.1 幾何糾正幾何糾正w 如圖所示，設如圖所示，設x，y為數(shù)字化儀坐標，為數(shù)字化儀坐標，X,Y為理論坐標，為理論坐標，m1、m2為橫向和縱向的實際比例尺，兩坐標系夾角為為橫向和縱向的實際比例尺，兩坐標系夾角為，數(shù)字化儀原點數(shù)字化儀原點O相對于理論坐標系原點平移了相對于理論坐標系原點平移了a0、b0，則根據(jù)圖形變換原理，可得出其坐標變換公式。則根據(jù)圖形變換原理，可得出其坐標變換公式。組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.6103.l.2 投影轉換投影轉換 w 當系統(tǒng)

7、使用的數(shù)據(jù)取自不同地圖當系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)取自不同地圖投影的圖幅時，需要將一種投影投影的圖幅時，需要將一種投影的數(shù)字化數(shù)據(jù)轉換為所需要投影的數(shù)字化數(shù)據(jù)轉換為所需要投影的坐標數(shù)據(jù)。投影轉換的方法可的坐標數(shù)據(jù)。投影轉換的方法可以采用以采用:（1）正解變換（又稱直接變換法）正解變換（又稱直接變換法 ） 直接由一種投影的數(shù)字化坐標直接由一種投影的數(shù)字化坐標x，y變換到另一種投影的直角坐標變換到另一種投影的直角坐標X、Y。組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.6113.l.2 投影轉換投影轉換（2）反解變換）反解變換(又稱間接變換法又稱間接變換法) 。 即由一種投影的坐標反解出地理坐標即

8、由一種投影的坐標反解出地理坐標(x、y )，然，然后將地理坐標代入另一種投影的坐標公式中后將地理坐標代入另一種投影的坐標公式中( X、Y)，從而實現(xiàn)由一種投影的坐標到另一種投影坐標的變，從而實現(xiàn)由一種投影的坐標到另一種投影坐標的變換（換（x、yX、Y）。）。,x yX Y , , 組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.612（3）數(shù)值變換。）數(shù)值變換。w 利用若干利用若干同名數(shù)字化點同名數(shù)字化點（對同一點在兩種投影中均已知（對同一點在兩種投影中均已知其坐標的點），采用插值法、有限差分法或多項式逼近其坐標的點），采用插值法、有限差分法或多項式逼近的方法，即用數(shù)值變換法來建立兩

9、投影間的變換關系式。的方法，即用數(shù)值變換法來建立兩投影間的變換關系式。 組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.613w 數(shù)值解析變換法數(shù)值解析變換法 當已知新投影的公式，但不知原投影的公式時，可先通當已知新投影的公式，但不知原投影的公式時，可先通過數(shù)值變換求出原投影點的地理坐標過數(shù)值變換求出原投影點的地理坐標，然后代入新，然后代入新投影公式中，求出新投影點的坐標。即：投影公式中，求出新投影點的坐標。即：組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.6143.2 空間數(shù)據(jù)結構的轉換空間數(shù)據(jù)結構的轉換w 矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)結構各有優(yōu)缺點，適合于完成不同矢量數(shù)據(jù)和柵格

10、數(shù)據(jù)結構各有優(yōu)缺點，適合于完成不同的功能，因此需要進行相互轉換。的功能，因此需要進行相互轉換。w 矢量數(shù)據(jù)的基本坐標是直角坐標矢量數(shù)據(jù)的基本坐標是直角坐標x,y，其坐標原點一般取，其坐標原點一般取圖的左下方。圖的左下方。w 網(wǎng)格數(shù)據(jù)的基本坐標是行和列（網(wǎng)格數(shù)據(jù)的基本坐標是行和列（i,j），其坐標原點一般），其坐標原點一般取圖的左上角。取圖的左上角。組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.6153.2.1 由矢量向柵格的轉換由矢量向柵格的轉換w 兩種數(shù)據(jù)變換時，令直角坐標兩種數(shù)據(jù)變換時，令直角坐標x和和y分別與行和列平行。分別與行和列平行。w 由于矢量數(shù)據(jù)的基本要素是點、線、面

11、，因而只要實現(xiàn)由于矢量數(shù)據(jù)的基本要素是點、線、面，因而只要實現(xiàn)點、線、面的轉換，就可解決矢量與柵格數(shù)據(jù)的轉換。點、線、面的轉換，就可解決矢量與柵格數(shù)據(jù)的轉換。組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.6163.2.1 由矢量向柵格的轉換由矢量向柵格的轉換w 點：簡單的坐標變換點：簡單的坐標變換 w 線：線的柵格化線：線的柵格化 w 面：線的柵格化面：線的柵格化 +面填充面填充 組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.6171. 點的柵格化點的柵格化w 點的變換十分簡單，只要這個點落在哪個網(wǎng)格點的變換十分簡單，只要這個點落在哪個網(wǎng)格中就屬于哪個網(wǎng)格元素，行列坐標

12、（中就屬于哪個網(wǎng)格元素，行列坐標（i,j）的計）的計算公式為：算公式為： maxmin1 int()/)1 int(/)iyyyjxxxyx 其中和為一個柵格的高和寬.組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.6182. 線的柵格化線的柵格化w 曲線是由一組折線連接而成的，因此只要將折曲線是由一組折線連接而成的，因此只要將折線中的每一線直線轉換成柵格數(shù)據(jù)，則曲線和線中的每一線直線轉換成柵格數(shù)據(jù)，則曲線和多邊線的邊的轉換也就完成了。多邊線的邊的轉換也就完成了。w 設一線段經過若干個網(wǎng)格元素，兩端點的坐標設一線段經過若干個網(wǎng)格元素，兩端點的坐標為（為（x1,y1）和（）和（ x2,

13、y2 ）。兩端點所處的網(wǎng)格單）。兩端點所處的網(wǎng)格單元由點轉換完成計算。元由點轉換完成計算。w 剩下的任務是找出該線段所經過的網(wǎng)格。剩下的任務是找出該線段所經過的網(wǎng)格。組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.6192. 線的柵格化線的柵格化（1）首先按點的柵格化方法）首先按點的柵格化方法確定端點確定端點1，2所在的行和所在的行和列號，并將它們列號，并將它們“涂黑涂黑”。（2）求出這兩個端點的行數(shù)）求出這兩個端點的行數(shù)差和列數(shù)差。差和列數(shù)差。組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.6202. 線的柵格化線的柵格化（3）若行數(shù)差大于列數(shù)差，則逐行求出本行中心）若行

14、數(shù)差大于列數(shù)差，則逐行求出本行中心線與過這兩個端點的直線的交點，并按上式計線與過這兩個端點的直線的交點，并按上式計算出其所在柵格，并算出其所在柵格，并“涂黑涂黑”。（4）若行數(shù)差小于列數(shù)差，則逐列求出本列中心）若行數(shù)差小于列數(shù)差，則逐列求出本列中心線與過這兩個端點的直線的交點，并按上式計線與過這兩個端點的直線的交點，并按上式計算出其所在柵格，并算出其所在柵格，并“涂黑涂黑”。組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.6213. 面的柵格化面的柵格化w 內部點擴散算法（種子填充算法）內部點擴散算法（種子填充算法）（1）按一定柵格尺寸將矢量圖經柵格化后，對矢量圖內每個）按一定柵格尺

15、寸將矢量圖經柵格化后，對矢量圖內每個面域多邊形分別選擇一個內部點（種子點）；面域多邊形分別選擇一個內部點（種子點）；（2）對一個多邊形，從種子點開始，向其）對一個多邊形，從種子點開始，向其8個相鄰柵格擴散，個相鄰柵格擴散，分別判斷這分別判斷這8個柵格是否在多邊形的邊界上：若是，則該柵個柵格是否在多邊形的邊界上：若是，則該柵格不作為種子點；若不是，則該柵格作為新的種子點。格不作為種子點；若不是，則該柵格作為新的種子點。（3）新的種子點與原種子點一起進行新的擴散運算；）新的種子點與原種子點一起進行新的擴散運算；（4）重復以上過種，直到所有新老種子點）重復以上過種，直到所有新老種子點 填滿該多邊形并

16、遇到邊界為止。填滿該多邊形并遇到邊界為止。組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.6223. 面的柵格化面的柵格化w 射線算法和掃描算法射線算法和掃描算法 射線算法可逐點判斷數(shù)據(jù)柵格點在某多邊形之外或在多射線算法可逐點判斷數(shù)據(jù)柵格點在某多邊形之外或在多邊形內，由待判斷點向圖外某點引射線，判斷該射線與邊形內，由待判斷點向圖外某點引射線，判斷該射線與某多邊形所有邊界相交的總次數(shù)，若相交偶數(shù)次，則待某多邊形所有邊界相交的總次數(shù)，若相交偶數(shù)次，則待判點在多邊形外部，如為奇數(shù)次，則待判點在該多邊形判點在多邊形外部，如為奇數(shù)次，則待判點在該多邊形內部。內部。組合導航與智能導航研究室組合導

17、航與智能導航研究室2008.6233. 面的柵格化面的柵格化w 采用射線算法，要注意的是：射線與多邊形邊界相交時，采用射線算法，要注意的是：射線與多邊形邊界相交時，有一些特殊情況會影響交點的個數(shù)，必須予以排除。有一些特殊情況會影響交點的個數(shù)，必須予以排除。w 掃描算法掃描算法是射線算法的改進，將射線改為沿柵格陣列列是射線算法的改進，將射線改為沿柵格陣列列或行方向掃描線，判斷與射線算法相似。與掃描算法相或行方向掃描線，判斷與射線算法相似。與掃描算法相比，其效率提高了很多。比，其效率提高了很多。組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.6243. 面的柵格化面的柵格化w 邊界代數(shù)算

18、法邊界代數(shù)算法 邊界代數(shù)多邊形填充算法適合于記錄拓撲關系的邊界代數(shù)多邊形填充算法適合于記錄拓撲關系的多邊形矢量數(shù)據(jù)轉換為柵格數(shù)據(jù)結構。多邊形矢量數(shù)據(jù)轉換為柵格數(shù)據(jù)結構。組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.6253.2.2 由柵格向矢量的轉換由柵格向矢量的轉換w從柵格單元轉換為幾何圖形的過程為矢量化。從柵格單元轉換為幾何圖形的過程為矢量化。組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.6263.2.2 由柵格向矢量的轉換由柵格向矢量的轉換w 柵格數(shù)據(jù)可來源于掃描、遙感分類圖像等。以黑白掃描柵格數(shù)據(jù)可來源于掃描、遙感分類圖像等。以黑白掃描圖像為例，圖像為例，其轉換

19、步驟為其轉換步驟為：1. 二值化二值化2. 細化細化3. 線追蹤線追蹤4. 拓撲關系生成拓撲關系生成5. 去處多余點及曲線圓滑去處多余點及曲線圓滑組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.6271. 二值化二值化w 掃描圖是以不同灰度值（掃描圖是以不同灰度值（0-255）表示的數(shù)據(jù)。首先進）表示的數(shù)據(jù)。首先進行柵格圖像的二值化，即簡化處理。行柵格圖像的二值化，即簡化處理。w 二值化即某網(wǎng)絡點要么表示地物，要么不為地物。二值化即某網(wǎng)絡點要么表示地物，要么不為地物。w 具體方法即確定一個灰度閾值，灰度大于閾值的網(wǎng)格點具體方法即確定一個灰度閾值，灰度大于閾值的網(wǎng)格點賦賦1，其他為，其

20、他為0（背景值），從而生成二值圖。（背景值），從而生成二值圖。w 閾值大小的選取非常重要。閾值大小的選取非常重要。組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.6281. 二值化二值化w 設地圖圖像的灰度范圍為設地圖圖像的灰度范圍為g1,g2，則可適當選擇，則可適當選擇一灰度值一灰度值G g1,g2，對各像素的灰度值進行變，對各像素的灰度值進行變換即完成地圖圖像的的二值化。換即完成地圖圖像的的二值化。1( , )( , )0( , )g i jGI i jg i jG組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.6292. 細化細化w 一般的掃描儀的分辨率可達到一般的掃

21、描儀的分辨率可達到0.0125mm，也就是說，也就是說，對于原圖上對于原圖上0.1mm粗的線條，其橫斷面經掃描有粗的線條，其橫斷面經掃描有8個格個格網(wǎng)。網(wǎng)。w 細化是消除線劃橫斷面柵格數(shù)的差異，使得每一條線只細化是消除線劃橫斷面柵格數(shù)的差異，使得每一條線只保留代表其橫軸線的單個柵格的寬度。保留代表其橫軸線的單個柵格的寬度。w 細化的方法有很多，如細化的方法有很多，如“剝皮法剝皮法”、“V值法值法”等等組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.630(1)剝皮法剝皮法 該方法從線的邊沿開始，每次剝掉等于一個柵格寬度該方法從線的邊沿開始，每次剝掉等于一個柵格寬度的一層，直到最后留下

22、彼此連通的由單個柵格組成的的一層，直到最后留下彼此連通的由單個柵格組成的圖形。因為一條線在不同位置可能有不同的寬度，故圖形。因為一條線在不同位置可能有不同的寬度，故在剝皮過程中必須注意一個條件，即不允許剝去會導在剝皮過程中必須注意一個條件，即不允許剝去會導致曲線不連通的柵格。致曲線不連通的柵格。組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.631（2） V值法值法 該方法是掃描全圖，用下式計算出各網(wǎng)格的該方法是掃描全圖，用下式計算出各網(wǎng)格的V值。值。 有了有了V值圖以后，保留最大值，刪去其它值，同時保持值圖以后，保留最大值，刪去其它值，同時保持線的連通，即可完成細化。一般來說，要重

23、復該過程多線的連通，即可完成細化。一般來說，要重復該過程多次才可將最大值并列現(xiàn)象去除。次才可將最大值并列現(xiàn)象去除。,( , )(1, )(1,1)( ,1)i jVf i jf ijf ijf i j組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.6323. 邊界線跟蹤邊界線跟蹤w 邊界線跟蹤的目的是將細化處理后的柵格數(shù)據(jù)，整理為邊界線跟蹤的目的是將細化處理后的柵格數(shù)據(jù)，整理為從起始點出發(fā)的弧段或封閉曲線，并以矢量形式存儲特從起始點出發(fā)的弧段或封閉曲線，并以矢量形式存儲特征柵格點的坐標。征柵格點的坐標。w 跟蹤可從圖幅西北角開始，按順時針或逆時針方向，從跟蹤可從圖幅西北角開始，按順時

24、針或逆時針方向，從起始點開始，搜索八個相鄰的網(wǎng)格，找出本線段上的一起始點開始，搜索八個相鄰的網(wǎng)格，找出本線段上的一個鄰點，直到本線段結束為止。線段上轉折的點為結點個鄰點，直到本線段結束為止。線段上轉折的點為結點或內點，矢量數(shù)據(jù)中只需記錄這些點即可?；騼赛c，矢量數(shù)據(jù)中只需記錄這些點即可。w 上面示出的結點和內點，只是網(wǎng)格數(shù)據(jù)格式中的行列數(shù)，上面示出的結點和內點，只是網(wǎng)格數(shù)據(jù)格式中的行列數(shù)，在矢量數(shù)據(jù)中，還需將其轉換成平面直角坐標。它是矢在矢量數(shù)據(jù)中，還需將其轉換成平面直角坐標。它是矢量向柵格數(shù)據(jù)轉換式的逆變換。量向柵格數(shù)據(jù)轉換式的逆變換。組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.

25、6334. 拓撲關系生成拓撲關系生成w 對于矢量表示的邊界弧段數(shù)據(jù)，判斷其與原圖上各多邊對于矢量表示的邊界弧段數(shù)據(jù)，判斷其與原圖上各多邊形的空間關系，以形成完整的拓撲結構并建立與屬性數(shù)形的空間關系，以形成完整的拓撲結構并建立與屬性數(shù)據(jù)的聯(lián)系。據(jù)的聯(lián)系。組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.6345. 去除多余點及曲線光滑去除多余點及曲線光滑w 由于搜索是逐個柵格進行的，必然造成多余點記錄，為由于搜索是逐個柵格進行的，必然造成多余點記錄，為減少數(shù)據(jù)冗余，必須去除多余點。此外，由于柵格精度減少數(shù)據(jù)冗余，必須去除多余點。此外，由于柵格精度的限制，邊界線搜索的結果可能不夠光滑，需要

26、采用一的限制，邊界線搜索的結果可能不夠光滑，需要采用一定的插補算法進行光滑處理。定的插補算法進行光滑處理。組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.6353.3 多源空間數(shù)據(jù)的融合多源空間數(shù)據(jù)的融合 w GIS技術經過近技術經過近40年的發(fā)展和應用，已經積累了大量的年的發(fā)展和應用，已經積累了大量的數(shù)據(jù)資源。數(shù)據(jù)資源。w 但是，由于地理數(shù)據(jù)的多語義性、多時空性、多尺度性、但是，由于地理數(shù)據(jù)的多語義性、多時空性、多尺度性、獲取手段的多樣性、存儲格式的不同以及數(shù)據(jù)模型與數(shù)獲取手段的多樣性、存儲格式的不同以及數(shù)據(jù)模型與數(shù)據(jù)結構的差異等，導致多源數(shù)據(jù)的產生，給數(shù)據(jù)的集成據(jù)結構的差異等，導

27、致多源數(shù)據(jù)的產生，給數(shù)據(jù)的集成和信息共享帶來困難。和信息共享帶來困難。w 為了實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的共享，特別是隨著因特網(wǎng)的發(fā)展、為了實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的共享，特別是隨著因特網(wǎng)的發(fā)展、數(shù)字地球的興起和數(shù)字地球的興起和GIS應用的日益深入，多派數(shù)據(jù)的融應用的日益深入，多派數(shù)據(jù)的融合已成為合已成為GIS設計者和用戶的共同要求。設計者和用戶的共同要求。 組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.6363.3.1 3S集成概念集成概念 w GPS是空間實體快速、精密定位的現(xiàn)代化工具；是空間實體快速、精密定位的現(xiàn)代化工具； w GIS是空間信息集成、分析、處理的有力武器；是空間信息集成、分析、處理的有

28、力武器； w RS是空間信息覆蓋面最大最迅速的采集手段。是空間信息覆蓋面最大最迅速的采集手段。 w 三者的結合簡稱三者的結合簡稱3S集成集成。組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.6373.3.1 3S集成概念集成概念w 3S 相互作用相互作用 1）RS和和GPS向向GIS提供或更新區(qū)域信息以及空間定位；提供或更新區(qū)域信息以及空間定位； 2）GIS進行相應的空間分析，綜合集成進行相應的空間分析，綜合集成RS和和GPS提供的提供的海量數(shù)據(jù)。海量數(shù)據(jù)。組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.6383.3.2 遙感與遙感與GIS數(shù)據(jù)的融合數(shù)據(jù)的融合w 遙感遙感(

29、RS: remote sensing)簡介簡介 遙感是以航空攝影技術為基礎，在本世紀遙感是以航空攝影技術為基礎，在本世紀60年代初發(fā)展年代初發(fā)展起來的一門新興技術。開始為航空遙感，自起來的一門新興技術。開始為航空遙感，自1972年美國年美國發(fā)射了第一顆陸地衛(wèi)星后，標志著航天遙感時代的開始。發(fā)射了第一顆陸地衛(wèi)星后，標志著航天遙感時代的開始。經過幾十年的發(fā)展，目前遙感技術已廣泛應用于資源環(huán)經過幾十年的發(fā)展，目前遙感技術已廣泛應用于資源環(huán)境、水文、氣象，地質地理等領域，成為一門實用的，境、水文、氣象，地質地理等領域，成為一門實用的，先進的空間探測技術。先進的空間探測技術。組合導航與智能導航研究室組合

30、導航與智能導航研究室2008.6393.3.2 遙感與遙感與GIS數(shù)據(jù)的融合數(shù)據(jù)的融合w 遙感是遙感是利用遙感器從空中來探測地面物體性質利用遙感器從空中來探測地面物體性質的，它根的，它根據(jù)不同物體對波譜產生不同響應的原理，識別地面上各據(jù)不同物體對波譜產生不同響應的原理，識別地面上各類地物，具有類地物，具有遙遠感知事物遙遠感知事物的意思。的意思。w 也就是利用地面上空的飛機、飛船、衛(wèi)星等飛行物上的也就是利用地面上空的飛機、飛船、衛(wèi)星等飛行物上的遙感器收集地面數(shù)據(jù)資料，并從中獲取信息，經記錄、遙感器收集地面數(shù)據(jù)資料，并從中獲取信息，經記錄、傳送、分析和判讀來識別地物。傳送、分析和判讀來識別地物。

31、組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.6403.3.2 遙感與遙感與GIS數(shù)據(jù)的融合數(shù)據(jù)的融合w 遙感技術主要特點為遙感技術主要特點為：1 可獲取大范圍數(shù)據(jù)資料?？色@取大范圍數(shù)據(jù)資料。遙感用航攝飛機飛行高度為遙感用航攝飛機飛行高度為10km左右，陸地衛(wèi)星的衛(wèi)星軌道高度達左右，陸地衛(wèi)星的衛(wèi)星軌道高度達910km左右，從左右，從而，可及時獲取大范圍的信息。而，可及時獲取大范圍的信息。2 獲取信息的速度快，周期短獲取信息的速度快，周期短。由于衛(wèi)星圍繞地球運轉，。由于衛(wèi)星圍繞地球運轉，從而能及時獲取所經地區(qū)的各種自然現(xiàn)象的最新資料，從而能及時獲取所經地區(qū)的各種自然現(xiàn)象的最新資料，以

32、便更新原有資料，或根據(jù)新舊資料變化進行動態(tài)監(jiān)測，以便更新原有資料，或根據(jù)新舊資料變化進行動態(tài)監(jiān)測，這是人工實地測量和航空攝影測量無法比擬的。這是人工實地測量和航空攝影測量無法比擬的。組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.6413.3.2 遙感與遙感與GIS數(shù)據(jù)的融合數(shù)據(jù)的融合3獲取信息受條件限制少。獲取信息受條件限制少。在地球上有很多地方，自然在地球上有很多地方，自然條件極為惡劣，人類難以到達，如沙漠、沼澤、高山峻條件極為惡劣，人類難以到達，如沙漠、沼澤、高山峻嶺等。采用不受地面條件限制的遙感技術，特別是航天嶺等。采用不受地面條件限制的遙感技術，特別是航天遙感可方便及時地獲

33、取各種寶貴資料。遙感可方便及時地獲取各種寶貴資料。組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.6423.3.2 遙感與遙感與GIS數(shù)據(jù)的融合數(shù)據(jù)的融合4獲取信息的手段多，信息量大。獲取信息的手段多，信息量大。 根據(jù)不同的任務，遙感技術可選用不同波段和遙感儀器根據(jù)不同的任務，遙感技術可選用不同波段和遙感儀器來獲取信息來獲取信息。例如可采用可見光探測物體，也可采用紫。例如可采用可見光探測物體，也可采用紫外線，紅外線和微波探測物體。利用不同波段對物體不外線，紅外線和微波探測物體。利用不同波段對物體不同的穿透性，還可獲取地物內部信息。例如，地面深層、同的穿透性，還可獲取地物內部信息。例如

34、，地面深層、水的下層、冰層下的水體、沙漠下面的地物特性等，微水的下層、冰層下的水體、沙漠下面的地物特性等，微波波段還可以全天候的工作。波波段還可以全天候的工作。組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.6433.3.2 遙感與遙感與GIS數(shù)據(jù)的融合數(shù)據(jù)的融合w 眾所周知，借助眾所周知，借助遙感技術獲得的信息具有周期動態(tài)性、遙感技術獲得的信息具有周期動態(tài)性、信息豐富、獲取效率高等信息豐富、獲取效率高等優(yōu)勢，而優(yōu)勢，而GIS則具有高效的空則具有高效的空間數(shù)據(jù)管理和靈活的空間數(shù)據(jù)綜合分析能力間數(shù)據(jù)管理和靈活的空間數(shù)據(jù)綜合分析能力。組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室200

35、8.6443.3.2 遙感與遙感與GIS數(shù)據(jù)的融合數(shù)據(jù)的融合w 遙感與遙感與GIS數(shù)據(jù)的融合，數(shù)據(jù)的融合，目前最常用的方法為目前最常用的方法為:(1) 遙感圖像與圖形的融合遙感圖像與圖形的融合，經過正射糾正后的遙感影像，經過正射糾正后的遙感影像，與數(shù)字地圖信息融合，可產生與數(shù)字地圖信息融合，可產生影像地圖影像地圖。w 這種影像地圖具有一定的數(shù)學基礎，有豐富的光譜信息這種影像地圖具有一定的數(shù)學基礎，有豐富的光譜信息與幾何信息，又有行政界線和屬性信息，直接提高了用與幾何信息，又有行政界線和屬性信息，直接提高了用戶的可視化效果。戶的可視化效果。組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008

36、.6453.3.2 遙感與遙感與GIS數(shù)據(jù)的融合數(shù)據(jù)的融合(2)遙感數(shù)據(jù)與遙感數(shù)據(jù)與DEM（數(shù)字高程模型）的融合。（數(shù)字高程模型）的融合。 DEM代表精確的地形信息，它與遙感數(shù)據(jù)的融合，有代表精確的地形信息，它與遙感數(shù)據(jù)的融合，有助于實施遙感影像的幾何校正與配準，消除遙感圖像中助于實施遙感影像的幾何校正與配準，消除遙感圖像中因地形起伏所造成的像元位移，提高遙感圖像的定位精因地形起伏所造成的像元位移，提高遙感圖像的定位精度，同時度，同時DEM可參與遙感圖像的分類，改善分類精度?？蓞⑴c遙感圖像的分類，改善分類精度。組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.6463.3.2 遙感與遙

37、感與GIS數(shù)據(jù)的融合數(shù)據(jù)的融合(3)遙感圖像與地圖掃描圖像的融合。遙感圖像與地圖掃描圖像的融合。 將地圖掃描圖像與遙感圖像配準疊合，可以從遙感圖像將地圖掃描圖像與遙感圖像配準疊合，可以從遙感圖像中快速發(fā)現(xiàn)已發(fā)生變化的區(qū)域，進而實現(xiàn)中快速發(fā)現(xiàn)已發(fā)生變化的區(qū)域，進而實現(xiàn)GIS數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)庫的自動自動/半自動快速更新。半自動快速更新。 組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.6473.3.2 遙感與遙感與GIS數(shù)據(jù)的融合數(shù)據(jù)的融合w GIS與遙感結合的途徑與遙感結合的途徑 組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.6483.3.3 GPS與與GIS數(shù)據(jù)的融合數(shù)據(jù)的融

38、合w GIS與與GPS集成的系統(tǒng)結構模型集成的系統(tǒng)結構模型 組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.6493.3.3 GPS與與GIS數(shù)據(jù)的融合數(shù)據(jù)的融合w GIS與GPS結合的形式 1單臺移動式單臺移動式 在用戶設備上直接配備在用戶設備上直接配備GIS工具軟件，把接收機天線接工具軟件，把接收機天線接收的定位數(shù)字信號直接饋入收的定位數(shù)字信號直接饋入GIS系統(tǒng)，由系統(tǒng)，由GIS系統(tǒng)對接系統(tǒng)對接收機定位信息進行處收機定位信息進行處 理并與其數(shù)字地圖匹配，這樣即可理并與其數(shù)字地圖匹配，這樣即可全世界實時顯示接收機天線位置；全世界實時顯示接收機天線位置；組合導航與智能導航研究室組合導

39、航與智能導航研究室2008.6502集中監(jiān)控式集中監(jiān)控式 1）控制中心，由大屏幕計算機、無線電臺、通訊適配器、）控制中心，由大屏幕計算機、無線電臺、通訊適配器、電源和天線系統(tǒng)組成，并配備電源和天線系統(tǒng)組成，并配備GIS。2）基站，由電臺、通訊適配器、電源和天線系統(tǒng)組成。）基站，由電臺、通訊適配器、電源和天線系統(tǒng)組成。 3）移動站（即車載系統(tǒng)），由電臺、天線、通訊適配器）移動站（即車載系統(tǒng)），由電臺、天線、通訊適配器和和GPS接收機組成。接收機組成。3.3.3 GPS與與GIS數(shù)據(jù)的融合數(shù)據(jù)的融合組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.6513.3.4不同格式數(shù)據(jù)的融合不同格式

40、數(shù)據(jù)的融合 w 由于由于GIS軟件的多樣性，每種軟件的多樣性，每種GIS軟件都有自已特定的數(shù)軟件都有自已特定的數(shù)據(jù)模型，造成數(shù)據(jù)存儲格式和結構的不同。例如，據(jù)模型，造成數(shù)據(jù)存儲格式和結構的不同。例如，ARC/INFO是一種基于顯式地描述空間地理實體的全拓撲是一種基于顯式地描述空間地理實體的全拓撲關系的地理信息系統(tǒng)，各種要素的拓撲關系，如節(jié)點與弧關系的地理信息系統(tǒng)，各種要素的拓撲關系，如節(jié)點與弧的連接關系、面與面的鄰接關系等都顯示地存放在相應的的連接關系、面與面的鄰接關系等都顯示地存放在相應的屬性表上。而屬性表上。而MapInfo則是以實體結構為基礎的地理信息則是以實體結構為基礎的地理信息系統(tǒng)，

41、在它的各種要素屬性表上并不存放任何拓撲關系信系統(tǒng)，在它的各種要素屬性表上并不存放任何拓撲關系信息。息。w 因此，要實現(xiàn)兩種系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的連接，首先必須解決不因此，要實現(xiàn)兩種系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的連接，首先必須解決不同系統(tǒng)之間空間數(shù)據(jù)模型的轉換。同系統(tǒng)之間空間數(shù)據(jù)模型的轉換。組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.6523.3.2不同格式數(shù)據(jù)的融合不同格式數(shù)據(jù)的融合組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.6533.3.2不同格式數(shù)據(jù)的融合不同格式數(shù)據(jù)的融合w 目前不同目前不同GIS軟件系統(tǒng)使用的空間數(shù)據(jù)格式主要軟件系統(tǒng)使用的空間數(shù)據(jù)格式主要有有:ESRI公司的公司的A

42、RC/IN-FO Coverage、ArcShape File、EOO格式格式;Autodesk公司的公司的DXF和和DWG格式格式;MapInfo公公司的司的MIF格式格式;Intergraph公司的公司的DGN格式等等。解決這格式等等。解決這些不同格式數(shù)據(jù)之間的融合，主要有以下幾種方法些不同格式數(shù)據(jù)之間的融合，主要有以下幾種方法: 組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.6543.3.2不同格式數(shù)據(jù)的融合不同格式數(shù)據(jù)的融合w (1)基于轉換器的數(shù)據(jù)融合?；谵D換器的數(shù)據(jù)融合。w 在這種模式下，數(shù)據(jù)轉換一般通過交換格式進行。例如，在這種模式下，數(shù)據(jù)轉換一般通過交換格式進行。

43、例如，要轉換要轉換MapInfo的的Tab文件到文件到ARC/INFO的的Coverage，首先需要使用首先需要使用MapInfo軟件將軟件將Tab文件輸出為文件輸出為EOO或或DXF文件，然后運行文件，然后運行ARC/INFO將將EOO或或DXF文件轉換文件轉換為為ARC/INFO Coverage。這是目前。這是目前GIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合的系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合的主要方法。主要方法。w 其存在的主要問題是其存在的主要問題是:數(shù)據(jù)換過程復雜，轉換次數(shù)頻繁，數(shù)據(jù)換過程復雜，轉換次數(shù)頻繁，系統(tǒng)內部的數(shù)據(jù)格式需要公開，但轉換采用的技術不公系統(tǒng)內部的數(shù)據(jù)格式需要公開，但轉換采用的技術不公開等。開等。 組合導航與智

44、能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.6553.3.2不同格式數(shù)據(jù)的融合不同格式數(shù)據(jù)的融合w (2)基于數(shù)據(jù)標準的數(shù)據(jù)融合。基于數(shù)據(jù)標準的數(shù)據(jù)融合。w 這種方是采用一種空間數(shù)據(jù)的轉換標準來實現(xiàn)源這種方是采用一種空間數(shù)據(jù)的轉換標準來實現(xiàn)源GIS數(shù)數(shù)據(jù)的融合。例如，美國國家空間數(shù)據(jù)協(xié)會據(jù)的融合。例如，美國國家空間數(shù)據(jù)協(xié)會(NSDI)制定了制定了統(tǒng)一的空間數(shù)據(jù)格式規(guī)范統(tǒng)一的空間數(shù)據(jù)格式規(guī)范SDTS(即即spatial data transformation standard)，包括幾何坐標、投影、拓撲，包括幾何坐標、投影、拓撲關系、屬性數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)字典，也包括柵格和矢量等不同關系、屬性數(shù)據(jù)、數(shù)

45、據(jù)字典，也包括柵格和矢量等不同空間數(shù)據(jù)格式的轉換標準。根據(jù)空間數(shù)據(jù)格式的轉換標準。根據(jù)SDTS，目前許多，目前許多GIS軟軟件提供了標準的空間數(shù)據(jù)交換格式，可供其他系統(tǒng)調用。件提供了標準的空間數(shù)據(jù)交換格式，可供其他系統(tǒng)調用。這種轉換方法能處理多個數(shù)據(jù)集，轉換次數(shù)少，系統(tǒng)內這種轉換方法能處理多個數(shù)據(jù)集，轉換次數(shù)少，系統(tǒng)內部的數(shù)據(jù)格式不需公開，但轉換采用的技術需要公開等。部的數(shù)據(jù)格式不需公開，但轉換采用的技術需要公開等。 組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.6563.3.2不同格式數(shù)據(jù)的融合不同格式數(shù)據(jù)的融合(3) 基于公共接口的數(shù)據(jù)融合?；诠步涌诘臄?shù)據(jù)融合。 基于公共接

46、口的數(shù)據(jù)融合模式又稱為數(shù)據(jù)互操作模式?；诠步涌诘臄?shù)據(jù)融合模式又稱為數(shù)據(jù)互操作模式。接口相當于一種規(guī)程，它是大家都遵守并達成統(tǒng)一的標接口相當于一種規(guī)程，它是大家都遵守并達成統(tǒng)一的標準。在接口中不僅要考慮數(shù)據(jù)格式和數(shù)據(jù)處理，而且還準。在接口中不僅要考慮數(shù)據(jù)格式和數(shù)據(jù)處理，而且還要提供對數(shù)據(jù)處理應采用的協(xié)議，各個系統(tǒng)通過公共接要提供對數(shù)據(jù)處理應采用的協(xié)議，各個系統(tǒng)通過公共接口相互聯(lián)系，而且允許各自系統(tǒng)內部數(shù)據(jù)結構和數(shù)據(jù)處口相互聯(lián)系，而且允許各自系統(tǒng)內部數(shù)據(jù)結構和數(shù)據(jù)處理各不相同。例如，理各不相同。例如，OGC(Open GIS Consortium)為數(shù)為數(shù)據(jù)互操作制定了統(tǒng)一的規(guī)范，從而使一個系

47、統(tǒng)同時支持據(jù)互操作制定了統(tǒng)一的規(guī)范，從而使一個系統(tǒng)同時支持不同的空間數(shù)據(jù)格式成為可能。不同的空間數(shù)據(jù)格式成為可能。組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.6573.3.2不同格式數(shù)據(jù)的融合不同格式數(shù)據(jù)的融合(4)基于直接訪問的數(shù)據(jù)融合?；谥苯釉L問的數(shù)據(jù)融合。w 直接數(shù)據(jù)訪問指在一個直接數(shù)據(jù)訪問指在一個GIS軟件中實現(xiàn)對其他軟件數(shù)據(jù)軟件中實現(xiàn)對其他軟件數(shù)據(jù)格式的直接訪問，用戶可以使用單個格式的直接訪問，用戶可以使用單個GIS軟件存取多種軟件存取多種數(shù)據(jù)格式。直接數(shù)據(jù)訪問不僅避免了繁瑣的數(shù)據(jù)轉換，數(shù)據(jù)格式。直接數(shù)據(jù)訪問不僅避免了繁瑣的數(shù)據(jù)轉換，而且在一個而且在一個GIS軟件中訪

48、問某種軟件的數(shù)據(jù)格式，不要軟件中訪問某種軟件的數(shù)據(jù)格式，不要求用戶擁有該數(shù)據(jù)格式的宿主軟件，更不需要該軟件的求用戶擁有該數(shù)據(jù)格式的宿主軟件，更不需要該軟件的運行，這為多源數(shù)據(jù)的融合提供了更為實用便捷的支持。運行，這為多源數(shù)據(jù)的融合提供了更為實用便捷的支持。組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.6583.4 空間數(shù)據(jù)的壓縮與綜合空間數(shù)據(jù)的壓縮與綜合3.4.1 空間數(shù)據(jù)的壓縮空間數(shù)據(jù)的壓縮w 空間數(shù)據(jù)壓縮的目的：空間數(shù)據(jù)壓縮的目的： 節(jié)省存貯空間節(jié)省存貯空間 節(jié)省處理時間節(jié)省處理時間u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中抽出一個子中抽出一個子

49、集集A，這個子集作為一個新的信息源，在規(guī)定的精度范，這個子集作為一個新的信息源，在規(guī)定的精度范圍內最好地逼近原集合，而又取得盡可能大的壓縮比。圍內最好地逼近原集合，而又取得盡可能大的壓縮比。壓縮比表示曲線信息載量減少的程度。壓縮比表示曲線信息載量減少的程度。組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.6593.4.1 空間數(shù)據(jù)的壓縮空間數(shù)據(jù)的壓縮w 空間數(shù)據(jù)壓縮方法：空間數(shù)據(jù)壓縮方法： 間隔取點法間隔取點法 垂距法垂距法 偏角法偏角法 Douglas-Peucker組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.6603.4.1 空間數(shù)據(jù)的壓縮空間數(shù)據(jù)的壓縮w 道格拉斯

50、道格拉斯-普克法（普克法（Douglas-Peucker） 該方法由該方法由Douglas-Peucker于于1973年首先提出，年首先提出，其基本思想是由遠到近，找與矢量兩端點連線其基本思想是由遠到近，找與矢量兩端點連線的垂足最大頂點判斷其是否滿足要求。的垂足最大頂點判斷其是否滿足要求。 該方法考慮整條線或特定線段的特征。該方法考慮整條線或特定線段的特征。組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.6613.4.1 空間數(shù)據(jù)的壓縮空間數(shù)據(jù)的壓縮（1）將一條曲線首末點虛連成一條直線，求出其余各點）將一條曲線首末點虛連成一條直線，求出其余各點到該直線的距離（到該直線的距離（L）；）

51、；（2）選垂距最大者與規(guī)定的臨界值（）選垂距最大者與規(guī)定的臨界值（d）相比較，若大于）相比較，若大于臨界值，則離該直線距離最大的點保留，否則將直線兩臨界值，則離該直線距離最大的點保留，否則將直線兩端間各點全部舍去；端間各點全部舍去；（3）曲線首末兩點與及上述保留點將曲線分解為兩部分，）曲線首末兩點與及上述保留點將曲線分解為兩部分，針對每段曲線再按前兩步進行處理。針對每段曲線再按前兩步進行處理。組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.6623.4.1 空間數(shù)據(jù)的壓縮空間數(shù)據(jù)的壓縮組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.6633.4.2 空間數(shù)據(jù)的綜合空間數(shù)據(jù)的

52、綜合w 空間數(shù)據(jù)綜合包括：重新分類、圖形簡化、圖形特征的空間數(shù)據(jù)綜合包括：重新分類、圖形簡化、圖形特征的內插。內插。w 重新分類和圖形簡化重新分類和圖形簡化組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.664組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.6653.5 空間數(shù)據(jù)的內插方法空間數(shù)據(jù)的內插方法w 空間插值空間插值w 內插：內插：在已觀測點的在已觀測點的區(qū)域內區(qū)域內估算未觀測點的數(shù)據(jù)的過程；估算未觀測點的數(shù)據(jù)的過程； w 外推：外推：在已觀測點的在已觀測點的區(qū)域外區(qū)域外估算未觀測點的數(shù)據(jù)的過估算未觀測點的數(shù)據(jù)的過程程.預測。預測。組合導航與智能導航研究室組合導航

53、與智能導航研究室2008.6663.5 空間數(shù)據(jù)的內插方法空間數(shù)據(jù)的內插方法w 空間數(shù)據(jù)的內插空間數(shù)據(jù)的內插：設已知一組空間數(shù)據(jù)，它們可以是離：設已知一組空間數(shù)據(jù)，它們可以是離散點的形式，也可以是分區(qū)數(shù)據(jù)的，現(xiàn)在要從這些數(shù)據(jù)散點的形式，也可以是分區(qū)數(shù)據(jù)的，現(xiàn)在要從這些數(shù)據(jù)中找到一個函數(shù)關系式，使該關系式最好地逼近這些已中找到一個函數(shù)關系式，使該關系式最好地逼近這些已知的空間數(shù)據(jù)，并能根據(jù)該函數(shù)關系式推求出區(qū)域范圍知的空間數(shù)據(jù)，并能根據(jù)該函數(shù)關系式推求出區(qū)域范圍內其他任意點或任意分區(qū)的值。這種通過已知點或分區(qū)內其他任意點或任意分區(qū)的值。這種通過已知點或分區(qū)的數(shù)據(jù)，推求任意點或分區(qū)數(shù)據(jù)的方法就稱為

54、空間數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，推求任意點或分區(qū)數(shù)據(jù)的方法就稱為空間數(shù)據(jù)的內插。的內插。w 空間數(shù)據(jù)的內插包括空間數(shù)據(jù)的內插包括：點的內插和區(qū)域的內插點的內插和區(qū)域的內插。組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.6673.5.1 點的內插點的內插 w 點的內插點的內插是研究具有連續(xù)變化特征現(xiàn)象（例如是研究具有連續(xù)變化特征現(xiàn)象（例如地面高程等）的數(shù)值內插方法。根據(jù)內插精度地面高程等）的數(shù)值內插方法。根據(jù)內插精度的不同，可以將點內插法分為的不同，可以將點內插法分為精確和概略精確和概略的兩的兩類。類。w 內插的步驟：數(shù)據(jù)取樣，數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)記錄內插的步驟：數(shù)據(jù)取樣，數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)記錄三個過程。三個

55、過程。組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.6683.5.1 點的內插點的內插w 數(shù)據(jù)取樣數(shù)據(jù)取樣是指數(shù)據(jù)點的選取和坐標的確定；是指數(shù)據(jù)點的選取和坐標的確定；w 數(shù)據(jù)處理（內插）數(shù)據(jù)處理（內插）是以數(shù)據(jù)點作為控制基礎，是以數(shù)據(jù)點作為控制基礎，用某一數(shù)學模型來模擬地表面，進行內插加密用某一數(shù)學模型來模擬地表面，進行內插加密計算，確定三角網(wǎng)或格網(wǎng)節(jié)點處的特征值；計算，確定三角網(wǎng)或格網(wǎng)節(jié)點處的特征值；w 數(shù)據(jù)記錄數(shù)據(jù)記錄是將建立的節(jié)點特征值記錄于存儲器是將建立的節(jié)點特征值記錄于存儲器內，以供分析應用。內，以供分析應用。組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.66

56、93.5.1 點的內插點的內插組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.670l數(shù)據(jù)取樣數(shù)據(jù)取樣 w 數(shù)據(jù)取樣數(shù)據(jù)取樣時可采用實測點數(shù)據(jù)，也可由圖形上人工讀取，時可采用實測點數(shù)據(jù)，也可由圖形上人工讀取，此時應盡可能讀取特征點的數(shù)據(jù)。此時應盡可能讀取特征點的數(shù)據(jù)。w 建立按一定格網(wǎng)形式排列的地面點高程，一般先從現(xiàn)有建立按一定格網(wǎng)形式排列的地面點高程，一般先從現(xiàn)有地圖的等高線上進行數(shù)據(jù)取樣。地圖的等高線上進行數(shù)據(jù)取樣。組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.671l數(shù)據(jù)取樣數(shù)據(jù)取樣 w 取樣點可以按地性線取樣點可以按地性線(山脊線、山谷線、坡度變換線山脊線、山谷線

57、、坡度變換線)，沿等高線或沿斷面線布設，將數(shù)據(jù)點選擇在地性線坡度沿等高線或沿斷面線布設，將數(shù)據(jù)點選擇在地性線坡度改變處，或沿等高線在方向改變的地點，即根據(jù)地形變改變處，或沿等高線在方向改變的地點，即根據(jù)地形變化取點。這樣，數(shù)據(jù)點落在地形特征點上，能很好地控化取點。這樣，數(shù)據(jù)點落在地形特征點上，能很好地控制地表面形態(tài)，稱為隨機取樣方案。制地表面形態(tài)，稱為隨機取樣方案。組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.672組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.6732數(shù)據(jù)內插數(shù)據(jù)內插 w 由于取樣的數(shù)據(jù)點呈離散分布形式，或者數(shù)據(jù)點雖按格由于取樣的數(shù)據(jù)點呈離散分布形式，

58、或者數(shù)據(jù)點雖按格網(wǎng)排列，但格網(wǎng)的密度不能滿足使用的要求，這樣就需網(wǎng)排列，但格網(wǎng)的密度不能滿足使用的要求，這樣就需要以數(shù)據(jù)點為基礎進行插值運算。要以數(shù)據(jù)點為基礎進行插值運算。w 插值運算的手段是選擇一個合理的數(shù)學模型，利用已知插值運算的手段是選擇一個合理的數(shù)學模型，利用已知點上的信息求出函數(shù)的待定系數(shù)。點上的信息求出函數(shù)的待定系數(shù)。 利用已知數(shù)據(jù)利用已知數(shù)據(jù) 模型模型 推求未知點推求未知點 設計數(shù)學模型設計數(shù)學模型 參數(shù)參數(shù) 數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù)u通常采用局部函數(shù)內插和逐點內插兩種方式。通常采用局部函數(shù)內插和逐點內插兩種方式。 組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.6742數(shù)據(jù)內插數(shù)據(jù)

59、內插w 局部函數(shù)內插通常以格網(wǎng)小塊為加密區(qū)，采用低次項函局部函數(shù)內插通常以格網(wǎng)小塊為加密區(qū)，采用低次項函數(shù)擬合地表面。數(shù)擬合地表面。（1） 線性內插。線性內插。 將三個已知高程點所控制的地面用一個平面來模擬（三將三個已知高程點所控制的地面用一個平面來模擬（三角網(wǎng)）。角網(wǎng)）。 Zp=a0+a1x+a2y 組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.675 將將3個數(shù)據(jù)點的坐標值代入，聯(lián)立求解出系數(shù)個數(shù)據(jù)點的坐標值代入，聯(lián)立求解出系數(shù)a0、a1和和a2，這一平面就是模擬三角形地面的平面，所以待定點在給這一平面就是模擬三角形地面的平面，所以待定點在給予平面坐標予平面坐標xP、yP之后，

60、即可求出內插高程之后，即可求出內插高程zP。 本法進行數(shù)據(jù)采樣時，要盡可能全地采取地面上所有的本法進行數(shù)據(jù)采樣時，要盡可能全地采取地面上所有的起伏轉折點，否則由三點控制的地面與平面相差甚遠，起伏轉折點，否則由三點控制的地面與平面相差甚遠，插值結果誤差也就相應增大。插值結果誤差也就相應增大。組合導航與智能導航研究室組合導航與智能導航研究室2008.6762數(shù)據(jù)內插數(shù)據(jù)內插（2）雙線性多項式內插）雙線性多項式內插。 用網(wǎng)格四個格點上的高程，來確定雙線性多項式的四個用網(wǎng)格四個格點上的高程，來確定雙線性多項式的四個參數(shù)，然后代入待定點的坐標參數(shù)，然后代入待定點的坐標xP、yP，求得，求得zP 。 Zp