第六章-GIS的數(shù)據(jù)獲取與處理.docx

1、第六章GIS的數(shù)據(jù)獲取與處理一、空間數(shù)據(jù)集及數(shù)據(jù)源的種類1、數(shù)據(jù)源。是指建立GIS的地理數(shù)據(jù)庫所需的各種數(shù)據(jù)的來源，主要 包括地圖、遙感圖像、文本資料、統(tǒng)計(jì)資料、實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、多媒體數(shù)據(jù)、 己有系統(tǒng)的數(shù)據(jù)等?？蓺w納為原始采集數(shù)據(jù)、再生數(shù)據(jù)和交換數(shù)據(jù)三 種來源。（1）、地圖數(shù)據(jù)地圖是GIS的主要數(shù)據(jù)源，因?yàn)榈貓D包含著豐富的內(nèi)容，不僅含 有實(shí)體的類別和屬性，而且含有實(shí)體間的空間關(guān)系。地圖數(shù)據(jù)主要通 過對(duì)地圖的跟蹤數(shù)字化和掃描數(shù)字化獲取。地圖數(shù)據(jù)不僅可以作宏觀 的分析（用小比例尺地圖數(shù)據(jù)），而且可以作微觀的分析（用大比例尺地 圖數(shù)據(jù)）。在使用地圖數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)考慮到地圖投影所引起的變形，在需 要時(shí)進(jìn)行投影變

2、換，或轉(zhuǎn)換成地理坐標(biāo)。地圖數(shù)據(jù)通常用點(diǎn)、線、面及注記來表示地理實(shí)體及實(shí)體間的關(guān)系, 如：點(diǎn)居民點(diǎn)、采樣點(diǎn)、高程點(diǎn)、控制點(diǎn)等。線一一河流、道路、構(gòu)造線等。面一一湖泊、海洋、植被等。注記一一地名注記、高程注記等。地圖數(shù)據(jù)主要用于生成DLG、DRG數(shù)據(jù)或DEM數(shù)據(jù)。C、通過標(biāo)準(zhǔn)的API函數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。實(shí)現(xiàn)一次轉(zhuǎn)換。三、空間數(shù)據(jù)的基本操作算法1、基本計(jì)算（1）幾何計(jì)算距離、周長、面積、重心）。（2）線目標(biāo)基本操作算法A、直線求交算法B、曲線光滑處理算法張力樣條、多項(xiàng)式擬合等）C、曲線簡化（與B相反的操作）。D、平行線處理E、直角化處理例：pl23134（自學(xué)）。2、多邊形基本操作算法例：p134-138

3、(自學(xué))3、圖形屏幕編輯的基本操作算法圖形編輯的關(guān)鍵是點(diǎn)、線、面的捕捉，即如何根據(jù)光標(biāo)的位置找 到需要編輯的要素，以及圖形編輯的數(shù)據(jù)組織。下面分別作簡要介紹。(1)點(diǎn)的捕捉算法圖形編輯是在電腦屏幕上進(jìn)行的，因此首先應(yīng)把圖幅的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 為當(dāng)前屏幕狀態(tài)的坐標(biāo)系和比例尺。設(shè)光標(biāo)點(diǎn)為S(x,y),圖幅上某一點(diǎn) 狀要素的坐標(biāo)為A(X, Y),則可設(shè)一捕捉半徑D(通常為35個(gè)象素, 這主要由屏幕的分辯率和屏幕的尺寸決定)。假設(shè)S和A的距離d小于 D則認(rèn)為捕捉成功，即認(rèn)為找到的點(diǎn)是A,否則失敗，繼續(xù)搜索其它點(diǎn)。 d可由下式計(jì)算：d = (X-xf+(7-)但是由于在計(jì)算d時(shí)需進(jìn)行乘方運(yùn)算，所以影響了搜索的速

4、度，因 此，把距離d的計(jì)算改為：d - max(| X - x ,Y - y )即把捕捉范圍由圓改為矩形，這可大大加快搜索速度.(2)線的捕捉算法設(shè)光標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)為S(x,y), D為捕捉半徑，線的坐標(biāo)為(xi,yi),(X2,y2), (xn,yn)。通過計(jì)算S到該線的每個(gè)直線段的距離di(如圖4-11所示)， 假設(shè)min(di,d2,-dn-i)<D，則認(rèn)為光標(biāo)S捕捉到了該條線，否則為未捕 捉到。在實(shí)際的捕捉中，可每計(jì)算一個(gè)距離由就進(jìn)行一次比較，假設(shè) di<D,則捕捉成功，不需再進(jìn)行下面直線段到點(diǎn)S的距離計(jì)算了。為了加快線捕捉的速度，可以把不可能被光標(biāo)捕捉到的線以簡單 算法去除。如

5、圖，對(duì)一條線可求出其最大最小坐標(biāo)值Xmin, Ymin,Xmax, Ymax,對(duì)由此構(gòu)成的矩形再向外擴(kuò)D的距離，假設(shè)光標(biāo)點(diǎn)S落在該矩 形內(nèi)，才可能捕捉到該條線，因而通過簡單的比較運(yùn)算就可去除大量 的不可能捕捉到的情況。對(duì)于線段與光標(biāo)點(diǎn)也應(yīng)該采用類似的方法處理。即在對(duì)一個(gè)線段進(jìn) 行捕捉時(shí)，應(yīng)先檢查光標(biāo)點(diǎn)是否可能捕捉到該線段。即對(duì)由線段兩端 點(diǎn)組成的矩形再往外擴(kuò)D的距離，構(gòu)成新的矩形，假設(shè)S落在該矩形 內(nèi)，才計(jì)算點(diǎn)到該直線段的距離，否則應(yīng)放棄該直線段，而取下一直 線段繼續(xù)搜索。如圖413所示，點(diǎn)S(x,y)到直線段(xi,yi),(X2,y2)的距離d的計(jì)算公 式為：d = I 3 - 四2 一

6、山)一 一 力)(柜 一1)IJg _ 乂1)2 + (光 _ ,1)2可以看出計(jì)算量較大，速度較慢，因此可按如下方法計(jì)算。即從S(x,y) 向線段(xi,yi)(x2,y»作水平和垂直方向的射線，取dx,dy的最小值作為S 點(diǎn)到該線段的近似距離。由此可大大減小運(yùn)算量，提高搜索速度。計(jì) 算方法為：/ _(x2-7i). 丫X 義 I72 -71/ _ (方-力)(-由).”/十 /1- X1dx =xf- x <y=yt-y d = mn(dx,dy)(3)面的捕捉算法面的捕捉實(shí)際上就是判斷光標(biāo)點(diǎn)S(x,y)是否在多邊形內(nèi)，假設(shè)在多邊形內(nèi)則說明捕捉到。判斷點(diǎn)是否在多邊形內(nèi)的算法

7、主要有垂線法或轉(zhuǎn)角法，這里介紹垂線法。垂線法的基本思想是從光標(biāo)點(diǎn)引垂線(實(shí)際上可以是任意方向的射線)，計(jì)算與多邊形的交點(diǎn)個(gè)數(shù)。假設(shè)交點(diǎn)個(gè)數(shù)為奇數(shù)則說明該點(diǎn)在 多邊形內(nèi)；假設(shè)交點(diǎn)個(gè)數(shù)為偶數(shù)，則該點(diǎn)在多邊形外。為了加速搜索速度，可先找出該多邊形的外接矩形，即由該多邊 形的最大最小坐標(biāo)值構(gòu)成的矩形，如圖415。假設(shè)光標(biāo)點(diǎn)落在該矩形 中，才有可能捕捉到該面，否則放棄對(duì)該多邊形的進(jìn)一步計(jì)算和判斷, 即不需進(jìn)行作垂線并求交點(diǎn)個(gè)數(shù)的復(fù)雜運(yùn)算。通過這一步驟，可去除 大量不可能捕捉的情況，大大減少了運(yùn)算量，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。在計(jì)算垂線與多邊形的交點(diǎn)個(gè)數(shù)時(shí)，并不需要每次都對(duì)每一線段 進(jìn)行交點(diǎn)坐標(biāo)的具體計(jì)算。對(duì)

8、不可能有交點(diǎn)的線段應(yīng)通過簡單的坐標(biāo) 比較迅速去除。對(duì)圖4-16所示的情況，多邊形的邊分別為18,而 其中只有第3、7條邊可能與S所引的垂直方向的射線相交。即假設(shè)直 線段為(xi,yi)(x2,y2)時(shí)，假設(shè)xiWxWxz,或X2xWxi時(shí)才有可能與垂 線相交，這樣就可不對(duì)1, 2, 4, 5, 6, 8邊進(jìn)行繼續(xù)的交點(diǎn)判斷了。對(duì)于3、7邊的情況，假設(shè)y>yi且y>y2時(shí)，必然與S點(diǎn)所作的垂 線相交(如邊7)；假設(shè)yVyi且yVy2時(shí)，必然不與S點(diǎn)所作的垂線相 交。這樣就可不必進(jìn)行交點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算就能判斷出是否有交點(diǎn)了。對(duì)于 yiWyWy2或 yzWyWyi,且 xWxWx2或 xzW

9、xWxi 時(shí)，如 圖4-17o這時(shí)可求出鉛垂線與直線段的交點(diǎn)(x,y'),假設(shè)y' Vy則 是交點(diǎn)；假設(shè)y' y,則不是交點(diǎn)；假設(shè)y'=尸則交點(diǎn)在線上，即光 標(biāo)在多邊形的邊上。以上都是一些提高面捕捉算法的常用技術(shù)。!1!、空間數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤檢查1、空間數(shù)據(jù)錯(cuò)的誤類型圖形和屬性數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤類型主要有：空間數(shù)據(jù)的不完整或重復(fù)，包括點(diǎn)、線、面數(shù)據(jù)的喪失或重復(fù), 多邊形中心點(diǎn)的遺漏，數(shù)據(jù)斷線、多邊形不封閉等?？臻g數(shù)據(jù)位置不準(zhǔn)確，點(diǎn)位不準(zhǔn)確，線段過長或過短，結(jié)點(diǎn)不 重合.。比例尺不準(zhǔn)確。數(shù)據(jù)變形。屬性與空間數(shù)據(jù)連接錯(cuò)誤。屬性不完整。2、檢查方法無論是地圖跟蹤數(shù)字化還是地圖掃描數(shù)

10、字化，都不可能完全正確, 因此，必須進(jìn)行空間數(shù)據(jù)的檢查。常用的空間數(shù)據(jù)檢查方法為：1°、通過圖形實(shí)體與其屬性的聯(lián)合顯示，發(fā)現(xiàn)數(shù)字化中的遺漏、 重復(fù)、不匹配等錯(cuò)誤；2°、在屏幕上用地圖要素對(duì)應(yīng)的符號(hào)顯示數(shù)字化的結(jié)果，對(duì)照原圖檢查錯(cuò)誤;3°、把數(shù)字化的結(jié)果繪圖輸出在透明材料上，然后與原圖疊加以 發(fā)現(xiàn)錯(cuò)漏；4°、對(duì)等高線，通過確定最低和最高等高線的高程及等高距，編 制軟件來檢查高程的賦值是否正確；5°、對(duì)于面狀要素，可在建立拓?fù)潢P(guān)系時(shí)，根據(jù)多邊形是否閉合 來檢查，或根據(jù)多邊形與多邊形內(nèi)點(diǎn)的匹配來檢查等；6°、對(duì)于屬性數(shù)據(jù)，通常是在屏幕上逐表

11、、逐行檢查，也可打印 出來檢查；7°、對(duì)于屬性數(shù)據(jù)還可編寫檢核程序，如有無字符代替了數(shù)字， 數(shù)字是否超出了范圍，等等；8°、對(duì)于圖紙變形引起的誤差，應(yīng)使用幾何糾正來進(jìn)行處理。3、GIS支持?jǐn)?shù)據(jù)檢查的功能GIS 一般都能提供以下功能：1°、符號(hào)設(shè)計(jì)與符號(hào)庫建立功能。為了能以不同符號(hào)表示不同類 型的矢量數(shù)據(jù)，必須具有符號(hào)設(shè)計(jì)與符號(hào)庫建立功能。如新符號(hào)的創(chuàng) 建、舊符號(hào)的修改等等。2。、符號(hào)設(shè)置功能。即為每一類空間數(shù)據(jù)指定選用的符號(hào)，包括符號(hào) 的形狀、色彩、尺寸、圖案等。3。、注記配置功能。注記是地圖上不可缺少的重要信息，也是數(shù)據(jù)檢 查的重要內(nèi)容和參照信息。注記應(yīng)確定其字

12、體、大小、間隔、色彩、 排列、旋轉(zhuǎn)等，最重要確實(shí)定其定位點(diǎn)。4°、圖形顯示功能。應(yīng)能將所采集的矢量數(shù)據(jù)，以符號(hào)化的方式顯示 在屏幕上，并能進(jìn)行放大、縮小、漫游、分層顯示等操作。5。、查詢功能。通過查詢來發(fā)現(xiàn)問題，可以由幾何數(shù)據(jù)查詢其屬性信 息，也可由屬性信息查詢其空間數(shù)據(jù)。6。、繪圖輸出功能。即通過繪圖機(jī)把所數(shù)字化的地圖再以符號(hào)化的形 式輸出，這是數(shù)據(jù)檢查的基本方法。五、圖形編輯圖形編輯的內(nèi)容：> 結(jié)點(diǎn)吻合> 結(jié)點(diǎn)與線的吻合> 清楚假結(jié)點(diǎn)> 刪除與增加角點(diǎn)> 移動(dòng)角點(diǎn)> 刪除與增加弧段> 數(shù)據(jù)清理> 更新數(shù)據(jù)例：pl38141自學(xué)）六、

13、GIS空間數(shù)據(jù)的基本處理方法由數(shù)據(jù)輸入軟件獲取的圖形數(shù)據(jù)在進(jìn)入地理數(shù)據(jù)庫之前還需進(jìn) 行一些圖形處理，主要包括：1°、幾何變換處理。包括幾何糾正處理和坐標(biāo)變換處理。為了糾正由紙張變形所引起 的數(shù)字化數(shù)據(jù)的誤差，幾何糾正要以控制點(diǎn)的理論坐標(biāo)和數(shù)字化坐標(biāo) 為依據(jù)來進(jìn)行。坐標(biāo)變換的目的是將不同坐標(biāo)系的數(shù)據(jù)統(tǒng)一到一個(gè)共 同坐標(biāo)系的處理。2°、投影變換處理。為了 GIS地理數(shù)據(jù)庫中空間數(shù)據(jù)的一致性， 須將原圖投影下的矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為地理坐標(biāo)或指定投影下的數(shù)據(jù)。3°、圖形接邊和拼接處理。在相鄰地圖的接合處可能會(huì)產(chǎn)生裂隙。 包括兒何裂隙和屬性裂隙。在自動(dòng)接邊無法處理時(shí)，需要人機(jī)交互

14、進(jìn) 行。接邊處理完成后，還需要進(jìn)行圖幅的合并處理，以得到無縫圖層。4°、圖形圖象的壓縮處理。5。、數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換處理。矢量數(shù)據(jù)格式和柵格數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換。1、圖形圖象的幾何變換處理在圖形編輯中，只能消除數(shù)字化產(chǎn)生的明顯誤差，而圖紙變形產(chǎn)生 的誤差難以改正，因此要進(jìn)行兒何糾正。兒何糾正常用的有高次變換、 二次變換和仿射變換。(1) 、高次變換x = ax + a2y + anx + a22y + A=bxx + b2y + bnx2 + bl2xy + b22y2 + B其中A、B代表二次以上高次項(xiàng)之和。上式是高次變換方程，符合 上式的變換稱為高次變換。(2) 、二次變換當(dāng)不考慮高次變換

15、方程中的A和B時(shí)，則變成二次變換方程，稱 為二次變換。二次變換適用于原圖有非線性變形的情況，至少需要5（2）、遙感數(shù)據(jù)（影象數(shù)據(jù)）遙感數(shù)據(jù)是GIS的重要數(shù)據(jù)源。遙感數(shù)據(jù)含有豐富的資源與環(huán)境 信息，在GIS支持下，可以與地質(zhì)、地球物理、地球化學(xué)、地球生物、 軍事應(yīng)用等方面的信息進(jìn)行信息復(fù)合和綜合分析。遙感數(shù)據(jù)是一種大 面積的、動(dòng)態(tài)的、近實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)源，遙感技術(shù)是GIS數(shù)據(jù)更新的重要 手段。遙感數(shù)據(jù)（影象數(shù)據(jù)）用于提取線劃數(shù)據(jù)和生成數(shù)字正射影象數(shù)據(jù)、 DEM數(shù)據(jù)。3、文本資料文本資料是指各行業(yè)、各部門的有關(guān)法律文檔、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)標(biāo) 準(zhǔn)、條文條例等，如邊界條約等。這些也屬于GIS的數(shù)據(jù)。4、統(tǒng)計(jì)資料

16、國家和軍隊(duì)的許多部門和機(jī)構(gòu)都擁有不同領(lǐng)域（如人口、基礎(chǔ)設(shè)施 建設(shè)、兵要地志等）的大量統(tǒng)計(jì)資料，這些都是G【S的數(shù)據(jù)源，尤其是 GIS屬性數(shù)據(jù)的重要來源。（5）、實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)野外試驗(yàn)、實(shí)地測(cè)量等獲取的數(shù)據(jù)可以通過轉(zhuǎn)換直接進(jìn)入GIS的地 理數(shù)據(jù)庫，以便于進(jìn)行實(shí)時(shí)的分析和進(jìn)一步的應(yīng)用。GPS（全球定位系 統(tǒng)）所獲取的數(shù)據(jù)也是GIS的重要數(shù)據(jù)源。（6）、多媒體數(shù)據(jù)多媒體數(shù)據(jù)（包括聲音、錄像等）通常可通過通訊口傳入GIS的地理 數(shù)據(jù)庫中，目前其主要功能是輔助GIS的分析和查詢。對(duì)控制點(diǎn)的坐標(biāo)及其理論值，才能求出待定系數(shù)。(3) 、仿射變換= axx + a2y + a3* =傘 + b2y + b3仿射變換

17、是使用最多的一種幾何糾正方式，只考慮到x和y方向 上的變形，仿射變換的特性是：直線變換后仍為直線；平行線變換后仍為平行線；不同方向上的長度比發(fā)生變化。對(duì)于仿射變換，只需知道不在同一直線上的三對(duì)控制點(diǎn)的坐標(biāo)及其 理論值，就可求得待定系數(shù)。但在實(shí)際使用時(shí)，往往利用4個(gè)以上的 點(diǎn)進(jìn)行糾正，利用最小二乘法處理，以提高變換的精度。仿射變換常用于GIS的坐標(biāo)變換。如在數(shù)字化儀坐標(biāo)和國家平面 坐標(biāo)之間的變換。33圣342、投影變換處理當(dāng)系統(tǒng)所使用的數(shù)據(jù)是來自不同地圖投影的圖幅時(shí)，需要將一種投 影的幾何數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成所需投影的幾何數(shù)據(jù)，這就需要進(jìn)行地圖投影變 換。地圖投影變換的實(shí)質(zhì)是建立兩平面場(chǎng)之間點(diǎn)的一一對(duì)應(yīng)關(guān)

18、系。假定 原圖點(diǎn)的坐標(biāo)為X , y （稱為舊坐標(biāo)），新圖點(diǎn)的坐標(biāo)為X, Y（稱為新坐 標(biāo)），則由舊坐標(biāo)變換為新坐標(biāo)的基本方程式為：x = y =入（2）實(shí)現(xiàn)由一種地圖投影點(diǎn)的坐標(biāo)變換為另一種地圖投影點(diǎn)的坐標(biāo)就是 要找出上述關(guān)系式，其方法通常分為三類：A、解析變換法這類方法是找出兩投影間坐標(biāo)變換的解析計(jì)算公式。由于所采用 的計(jì)算方法不同又可分為反解變換法和正解變換法。反解變換法（又稱間接變換法）。這是一種中間過渡的方法，即先 解出原地圖投影點(diǎn)的地理入，對(duì)于x, y的解析關(guān)系式，將其代入新圖 的投影公式中求得其坐標(biāo)。艮止正解變換法（又稱直接變換法）。這種方法不需要反解出原地圖投影點(diǎn) 的地理坐標(biāo)的解

19、析公式，而是直接求出兩種投影點(diǎn)的直角坐標(biāo)關(guān)系式。 即：X, YB、數(shù)值變換法如果原投影點(diǎn)的坐標(biāo)解析式不知道，或不易求出兩投影之間坐標(biāo)的 直接關(guān)系，可以采用多項(xiàng)式逼近的方法，即用數(shù)值變換法來建立兩投 影間的變換關(guān)系式。例如，可采用二元三次多項(xiàng)式進(jìn)行變換。二元三 次多項(xiàng)式為：X = %0+時(shí)+" +向0丁 + %呼+ /折+角0疽+%i礦7 +知/ +而/ <丫 =島0 +0工+島，+坊0疽 4-iV+W2 +么0丁 -i-y + xy2 +bQ3y3通過選擇10個(gè)以上的兩種投影之間的共同點(diǎn)，并組成最小二乘法的 條件式，即：S （Xi X ；）2 = min1-1f （七-= mi

20、ni-i其中：n為點(diǎn)數(shù)，Xi,Yi為新投影的實(shí)際變換值，X，Y>z為新投 影的理論值。根據(jù)求極值原理，可得到兩組線性方程，即可求得各系 數(shù)的值。必須明確，實(shí)際中所碰到的變換，決定于區(qū)域大小，已知點(diǎn)密度， 數(shù)據(jù)精度，所需變換精度及投影間的差異大小，理論和時(shí)間上決不是二元三次多項(xiàng)式所能概括的。C、數(shù)值解析變換法當(dāng)己知新投影的公式，但不知原投影的公式時(shí)，可先通過數(shù)值變換 求出原投影點(diǎn)的地理坐標(biāo)4),入，然后代入新投影公式中，求出新投 影點(diǎn)的坐標(biāo)。即：3、剪裁、7DJ拼接與合并處理剪裁：通過剪裁巨型或多邊形進(jìn)行拼接：幾何接邊邏輯接邊合并:圖形合并圖幅合并邏輯無縫合并，物理無縫合并）物理合并：直接

21、合并成一副連續(xù)圖）邏輯合并通過建立邏輯關(guān)系文件索引）圖1OID指針A1A圖2OID指針A2A圖3OID指針A3A總目標(biāo)文件OID指針AAl、A2、A34、圖形圖象的壓縮處理(1)矢量數(shù)據(jù)的壓縮矢量數(shù)據(jù)壓縮的目的是刪除冗余數(shù)據(jù)，減少數(shù)據(jù)的存貯量，節(jié)省存 貯空間，加快后繼處理的速度。下面介紹幾種常用的矢量數(shù)據(jù)的壓縮 算法，以及它們之間的異同點(diǎn)。A、道格拉斯普克法(DouglasPeucker)基本思路是(上圖)：對(duì)每一條曲線的首末點(diǎn)虛連一條直線，求所有點(diǎn) 與直線的距離，并找出最大距離值dmax,用dmax與限差D相比：假設(shè)dmaxVD,這條曲線上的中間點(diǎn)全部舍去；假設(shè)dmaxND,保留dmax對(duì)應(yīng)

22、的坐標(biāo)點(diǎn)，并以該點(diǎn)為界，把曲線 分為兩部分，對(duì)這兩部分重復(fù)使用該方法。B、垂距法垂距法的基本思路是(以下圖)：每次順序取曲線上的三個(gè)點(diǎn)，計(jì)算中 間點(diǎn)與其它兩點(diǎn)連線的垂線距離d,并與限差D比較。假設(shè)d<D,則中間點(diǎn)去掉；假設(shè)dND,則中間點(diǎn)保留。然后順序取下三個(gè)點(diǎn)繼續(xù)處 理，直到這條線結(jié)束。(3)(4)C、光欄法光欄法的基本思想是(以下圖)：定義一個(gè)扇形區(qū)域，通過判斷曲線上的點(diǎn)在扇形外還是在扇形內(nèi)， 確定保留還是舍去。設(shè)曲線上的點(diǎn)列為Pi), i=l, 2,，n,光欄口 經(jīng)為d,可根據(jù)壓縮量的大小自己定義，則光欄法的實(shí)施步驟可描述為:1°、連接pi和P2點(diǎn)，過P2點(diǎn)作一條垂直于p

23、ip2的直線，在該垂線 上取兩點(diǎn)ai和a2,使aip2=a2p2=d / 2,此時(shí)ai和a2為“光欄”邊界 點(diǎn)，pi與ai、pi與a2的連線為以pi為頂點(diǎn)的扇形的兩條邊，這就定義 了一個(gè)扇形（這個(gè)扇形的口朝向曲線的前進(jìn)方向，邊長是任意的）。通過 pi并在扇形內(nèi)的所有直線都具有這種性質(zhì)，即pip2±各點(diǎn)到這些直線 的垂距都不大于d/2o2°、假設(shè)p3點(diǎn)在扇形內(nèi)，則舍去P2點(diǎn)。然后連接pi和P3,過P3作 pipi的垂線，該垂線與前面定義的扇形邊交于C1和C2o在垂線上找到 也和b2點(diǎn)，使p3bi=p.3b2=d/2,假設(shè)bl或b2點(diǎn)（圖337中為b2點(diǎn)） 落在原扇形外面，則用

24、0或C2取代（圖3-37中由C2取代b2）。此時(shí)用 pibl和PIC2定義一個(gè)新的扇形，這當(dāng)然是口徑（blC2）縮小了的“光欄”。3°、檢查下一節(jié)點(diǎn)，假設(shè)該點(diǎn)在新扇形內(nèi)，則重復(fù)第（2）步；直到發(fā) 現(xiàn)有一個(gè)節(jié)點(diǎn)在最新定義的扇形外為止。4。、當(dāng)發(fā)現(xiàn)在扇形外的節(jié)點(diǎn)，如圖3-37中的P4,此時(shí)保留P3點(diǎn)， 以P3作為新起點(diǎn)，重復(fù)1°3°。如此繼續(xù)下去，直到整個(gè)點(diǎn)列檢測(cè) 完為止。所有被保留的節(jié)點(diǎn)（含首、末點(diǎn)），順序地構(gòu)成了簡化后的新點(diǎn) 列。D、幾種方法的比較如果某種矢量數(shù)據(jù)的壓縮算法既能精確地表示數(shù)據(jù)，又能最大限度 地淘汰不必要的點(diǎn)，那就是一種好的算法。具體可以依據(jù)簡化后曲

25、線 的總長度、總面積、坐標(biāo)平均值等與原始曲線的相應(yīng)數(shù)據(jù)的比照來判 別。通過分析可以發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)情況下道格拉斯一一普克法的壓縮算法 較好，但必須在對(duì)整條曲線數(shù)字化完成后才能進(jìn)行，且計(jì)算量較大； 光欄法的壓縮算法也很好，并且可在數(shù)字化時(shí)實(shí)時(shí)處理，每次判斷下 一個(gè)數(shù)字化的點(diǎn)，且計(jì)算量較小；垂距法算法簡單，速度快，但有時(shí)會(huì)將曲線的彎曲極值點(diǎn)P值去掉而失真。（2）柵格數(shù)據(jù)的壓縮A、直接?xùn)鸥窬幋a將柵格數(shù)據(jù)看作一個(gè)數(shù)據(jù)矩陣，逐行（或逐列）記錄代碼，可以每行 都從左到右記錄，也可以奇數(shù)行從左到右，偶數(shù)行從右到左。如圖的 柵格數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)記錄為：AAAAABBBAABBAABB oAAAAABBBAABBAABB

26、這種記錄柵格數(shù)據(jù)的文件常稱為柵格文件，且常在文件頭中存有 該柵格數(shù)據(jù)的長和寬，即行數(shù)和列數(shù)和兩方向的密度。這樣，具體的 象元值就可連續(xù)存儲(chǔ)了。其特點(diǎn)是處理方便，但沒有壓縮。B、游程長度（行程）編碼地理數(shù)據(jù)往往有較強(qiáng)的相關(guān)性，也就是說相鄰象元的值往往是相同 的。游程長度編碼的基本思想是：按行掃描，將相鄰等值的象元合并， 并記錄代碼的重復(fù)個(gè)數(shù)。對(duì)于上圖，其編碼為A4 Al B3 A2B2 A2B2。假設(shè)在行與行之間不 間斷地連續(xù)編碼，貝IJ為A5B3A2B2A2B2。對(duì)于游程長度編碼，區(qū)域越大，數(shù)據(jù)的相關(guān)性越強(qiáng)，則壓縮越大。 其特點(diǎn)是，壓縮效率較高，疊加、合并等運(yùn)算簡單，編碼和解碼運(yùn)算 快。（7）

27、、已有系統(tǒng)的數(shù)據(jù)GIS還可以從其它己建成的信息系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫中獲取相應(yīng)的數(shù) 據(jù)。由于標(biāo)準(zhǔn)化、標(biāo)準(zhǔn)化的推廣，不同系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)共享和可交換性 越來越強(qiáng)。這樣就拓展了數(shù)據(jù)的可用性，增加了數(shù)據(jù)的潛在價(jià)值。2、數(shù)據(jù)集。一個(gè)結(jié)構(gòu)化的相關(guān)數(shù)據(jù)的集合體，包括數(shù)據(jù)本身和數(shù)據(jù)間 的聯(lián)系。數(shù)據(jù)集獨(dú)立于應(yīng)用程序而存在，是數(shù)據(jù)庫的核心和管理對(duì)象。 GIS的主要數(shù)據(jù)集。數(shù)字線劃數(shù)據(jù)（DLG）、數(shù)字掃描數(shù)據(jù)（DRG）、 影像數(shù)據(jù)DOM）、數(shù)字高程數(shù)據(jù)DEM）和屬性數(shù)據(jù)包括社會(huì)經(jīng) 濟(jì)數(shù)據(jù)）、專業(yè)數(shù)據(jù)。二、空間數(shù)據(jù)采集的任務(wù)空間數(shù)據(jù)采集的任務(wù)是將現(xiàn)有的地圖、外業(yè)觀測(cè)成果、航空像片、 遙感圖像、文本資料等轉(zhuǎn)換成GIS可以處理與接收

28、的數(shù)字形式，通常 要經(jīng)過驗(yàn)證、修改、編輯等處理。不同數(shù)據(jù)輸入需要用到不同的設(shè)備。例如，對(duì)于文本數(shù)據(jù)通常用 交互的方式通過鍵盤錄入，也可用掃描儀掃描后用字符識(shí)別軟件自動(dòng) 錄入；對(duì)于矢量地圖數(shù)據(jù)，可用平板數(shù)字化儀，采用手扶跟蹤的方法 輸入，也可用掃描儀掃描成圖像后，用柵格數(shù)據(jù)矢量化的方法自動(dòng)追 蹤輸入；等等。GIS軟件的這一部分還應(yīng)具有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝載的功能，即能把其它 GIS或?qū)ｎ}數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)通過轉(zhuǎn)換裝載到當(dāng)前的GIS系統(tǒng)中。這一部分GIS軟件的數(shù)據(jù)處理工作主要是兒何糾正、圖形和文本 數(shù)據(jù)的編輯、圖幅的拼接、拓?fù)潢P(guān)系的生成等，即完成GIS的空間數(shù) 據(jù)在裝入GIS的地理數(shù)據(jù)庫前的各種工作。C、四叉樹

29、編碼四叉樹編碼是最有效的柵格數(shù)據(jù)壓縮編碼方法之一，在GIS中有廣 泛的應(yīng)用。其基本思路為：將2nX2n象元組成的圖像（不足的用背景補(bǔ) 上）所構(gòu)成的二維平面按四個(gè)象限進(jìn)行遞歸分割，直到子象限的數(shù)值單 調(diào)為止，最后得到一顆四分叉的倒向樹，該樹最高為n級(jí)。對(duì)于上圖 所構(gòu)成的圖像，可用四叉樹編碼法得到如以下圖所示的四叉樹。A A A B ABBB常規(guī)四叉樹除了要記錄葉結(jié)點(diǎn)外，還要記錄中間結(jié)點(diǎn)，結(jié)點(diǎn)之間 的聯(lián)系靠指針。因此，為了記錄常規(guī)四叉樹，通常每個(gè)結(jié)點(diǎn)需要6個(gè) 變量，即父結(jié)點(diǎn)指針、四個(gè)子結(jié)點(diǎn)的指針和本結(jié)點(diǎn)的屬性值。結(jié)點(diǎn)所代表的圖像塊的大小可由結(jié)點(diǎn)所在的層次決定，層次數(shù)由 從父結(jié)點(diǎn)移到根結(jié)點(diǎn)的次數(shù)來確

30、定。結(jié)點(diǎn)所的代表的圖像塊的位置需 要從根節(jié)點(diǎn)開始逐步推算下來。因而常規(guī)四叉樹是比較復(fù)雜的。為了 解決四又樹的推算問題，提出了一些不同的編碼。下面介紹最常用的 線性四叉樹編碼。線性四叉樹編碼的基本思想是：不需記錄中間結(jié)點(diǎn)和使用指針，僅 記錄葉結(jié)點(diǎn)，并用地址碼表示葉結(jié)點(diǎn)的位置。線性四叉樹有四進(jìn)制和十進(jìn)制兩種，下面介紹的是通常使用的十進(jìn) 制四叉樹編碼。十進(jìn)制四叉樹的地址碼又稱Morton碼。為了得到線性四叉樹的地址碼，首先將二維柵格數(shù)據(jù)的行列號(hào)轉(zhuǎn)化 為二進(jìn)制數(shù)，然后交叉放入Morton碼中，即為線性四叉樹的地址碼。例如，對(duì)于第5行、第7列的Moton碼為:行數(shù)=5 (Morton這樣，在一個(gè)X2的圖

31、像中，每個(gè)像元點(diǎn)都給出一個(gè)Morton碼，當(dāng)n = 3時(shí)即為:列行01234567001451617202112367181922232891213242528293101114152627303143233363748495253534353839505154556404144455657606174243464758596263這樣就可將用行列表示的二維圖像，用Morton碼寫成一維數(shù)據(jù)，通 過Morton碼就可知道象元的位置。把一幅2 nX2 n的圖像壓縮成線性四叉樹的過程為：1°、按Morton碼把圖象讀入一維數(shù)組。2。、相鄰的四個(gè)象元比較，一致的合并，只記錄第一個(gè)象元的Mo

32、rton 碼。3。、比較所形成的大塊，相同的再合并，直到不能合并為止。對(duì)用上述線性四叉樹的編碼方法所形成的數(shù)據(jù)還可進(jìn)一步用游程長度編碼壓縮。壓縮時(shí)只記錄第一個(gè)象元的Morton碼。對(duì)于上圖所示圖像的Morton為：AoAiA4a5A2B3B6B7AsA9B12B13AioAiiB14B15該圖中象元值的右下腳標(biāo)為Morton碼，則壓縮處理過程為：1°按Morton碼讀入一維數(shù)組。Morton 碼：0 1 23 45 6 78 9 10 1112 1314 15象元值：AAABABBBAAA A BB B B2° 四相鄰象元合并，只記錄第一個(gè)象元的Morton碼。012345

33、678 12AAABAABBA B3。、由于不能進(jìn)一步合并，則用游程長度編碼壓縮。0 34 6 812A B A B A B解碼時(shí)，根據(jù)Morton碼就可知道象元在圖像中的位置（左上角）,本Morton碼和下一個(gè)Morton碼之差即為象元個(gè)數(shù)。知道了象元的個(gè) 數(shù)和象元的位置就可恢復(fù)出圖像了。線性四叉樹編碼的優(yōu)點(diǎn)是：壓縮效率高，壓縮和解壓縮比較方便, 陣列各部分的分辯率可不同，既可精確地表示圖形結(jié)構(gòu)，又可減少存 貯量，易于進(jìn)行大部分圖形操作和運(yùn)算。缺點(diǎn)是：不利于形狀分析和 模式識(shí)別，即具有圖形編碼的不定性，如同一形狀和大小的多邊形可 得出完全不同的四叉樹結(jié)構(gòu)。5、數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換處理（1）矢量一柵

34、格轉(zhuǎn)換由于矢量數(shù)據(jù)的點(diǎn)到柵格數(shù)據(jù)的點(diǎn)只是簡單的坐標(biāo)變換，所以，這 里主要介紹線和面（多邊形）的矢量數(shù)據(jù)向柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。A、線的柵格化方法線是由多個(gè)直線段組成的，因此，線的柵格化的核心就是直線段 如何山矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為柵格數(shù)據(jù)。設(shè)直線段的兩端點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到柵格數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系后為(XA,yA),(XB,yB)。則柵格化的兩種常用方法為DDA法(數(shù)字微分分析法) 和 Bresenham 法。1°、DDA法(數(shù)字微分分析法)如圖上所示，設(shè)(XA,yA),(XB,yB)與柵格網(wǎng)的交點(diǎn)為(x,yi),貝U：rX . - X .、xl+1 = X2. +七-X2. + AxE =入 + =入 + Ax

35、n其中：門=max(| X一 X* | 一|);nn氣=七；y = y知=&； y” = yr這樣從i=0計(jì)算到i = n1,即可得直線與格網(wǎng)的n個(gè)交點(diǎn)坐標(biāo)， 對(duì)其取整就是該點(diǎn)的柵格數(shù)據(jù)了。該方法的基本依據(jù)是直線的微分方程，即dy/dx =常數(shù)。其本質(zhì)是 用數(shù)值方法解微分方程，通過同時(shí)對(duì)x和y各增加一個(gè)小增量來計(jì)算 下一步的x,y值，即這是一種增量算法。在該算法中，必須以浮點(diǎn)數(shù)表示坐標(biāo)，且每次都要舍入取整，因此, 盡管算法正確，但速度不夠快。2°、Bresenham 算法該算法原來是為繪圖機(jī)設(shè)計(jì)的，但同樣適合于柵格化。該算法構(gòu)思 巧妙，只需根據(jù)由直線斜率構(gòu)成的誤差項(xiàng)的符號(hào)，就

36、可確定下一列坐 標(biāo)的遞增值。根據(jù)直線的斜率，把直線分為8個(gè)卦限(如以下圖)。下面舉斜率在第一卦限的情況為例，其余卦限的情況類似。該算法的基本思路可描述為：如圖4-26,假設(shè)直線的斜率為1/2 y/ZxWl,則下一點(diǎn)取(1, 1)點(diǎn)，假設(shè)0y/ZxVl/2,則下 一點(diǎn)取(1, 0)點(diǎn)。在算法實(shí)現(xiàn)時(shí)，令起始的誤差項(xiàng)為e= 1/2,然后在推斷出下一點(diǎn) 后，令e=e+Zy/ZxSX),假設(shè)eNO時(shí)，e=e1。這樣只要根據(jù)e 的符號(hào)就可確定下一點(diǎn)的增量，即：假設(shè)eO,取(1, 1)點(diǎn)假設(shè)e<0,取(1, 0)點(diǎn)為防止浮點(diǎn)運(yùn)算，可令初值e，=eX2XZx=2XZy Zx當(dāng) 時(shí)，與e同號(hào))。當(dāng)e

37、9;>0時(shí)，y方向獲增量1,即令c,=e,-2XAx；一般情況下e,=e, + 2Ay例如，一直線的斜率為1 / 3(如以下圖)。起始點(diǎn)：e= 1/2,即e，= 3,取點(diǎn)第 2 點(diǎn)：e= 1 / 2 + 1 / 3 = 1 / 6, e, = 3 + 2Ay = 1 取點(diǎn)第 3 點(diǎn)：e= 1 / 6 + 1 / 3 = 1 / 6,即 e，= 1+2=1, 取點(diǎn)且 e= 5/6,e'=3；第4 點(diǎn)：e=l/6+1/3= 1/2 >0,即營=一5+2=3, 取點(diǎn)因 eNl/2,所以，e=l/21 = 1/2。依次進(jìn)行，直到到達(dá)直線的另一端點(diǎn)。這種算法不僅速度快、效果好，而且可

38、以理論上證明它是目前同類 各種算法中最優(yōu)的。B、面（多邊形）的柵格化方法（介紹三種算法）1°、內(nèi)部點(diǎn)擴(kuò)散法由一個(gè)內(nèi)部的種子點(diǎn)，向其4個(gè)方向的鄰點(diǎn)擴(kuò)散。判斷新加入的點(diǎn) 是否在多邊形邊界上，如果是，不作為種子點(diǎn)，否則當(dāng)作新的種子點(diǎn), 直到區(qū)域填滿，無種子點(diǎn)為止。該算法比較復(fù)雜，而且可能造成阻塞而造成擴(kuò)散不能完成（如以下 圖），此外假設(shè)多邊形不完全閉合時(shí)，會(huì)擴(kuò)散出去。為T格點(diǎn)時(shí)2°、掃描法如以下圖，按掃描線的順序，計(jì)算多邊形與掃描線的相交區(qū)間，再用相應(yīng)的屬性值填充這些區(qū)間，即完成了多邊形的柵格化。這種算法的缺點(diǎn)是計(jì)算量較大。3°、邊填充算法其基本思想是：對(duì)于每一條掃描線

39、和每條多邊形邊上的交點(diǎn)，將 該掃描線上交點(diǎn)右方的所有象素取原屬性值之補(bǔ)。對(duì)多邊形的每條邊 作此處理，多邊形的方向任意。以下圖是一個(gè)簡單的例子。FF:P1 P,P， (D PaP1P#P$本算法的優(yōu)點(diǎn)是算法簡單，缺點(diǎn)是對(duì)于復(fù)雜圖形，每一象素可能被 訪問多次，增加了運(yùn)算量。為了減少邊填充算法訪問象素的次數(shù)，可 引入柵欄。所謂柵欄指的是一條與掃描線垂直的直線，柵欄位置通常取多邊 形的頂點(diǎn)，且把多邊形分為左右兩半。柵欄填充算法的基本思路是： 對(duì)于每個(gè)掃描線與多邊形的交點(diǎn)，將交點(diǎn)與柵欄之間的象素用多邊形 的屬性值取補(bǔ)。假設(shè)交點(diǎn)位于柵欄左邊，則將交點(diǎn)右邊，柵欄左邊的 所有象素取補(bǔ)；假設(shè)交點(diǎn)位于柵欄的右邊，

40、則將柵欄右邊，交點(diǎn)左邊 的象素取補(bǔ)。以下圖是該算法的示意圖。(3)(4(5)(2)柵格一矢量轉(zhuǎn)換柵格數(shù)據(jù)到矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的一般過程可描述為：A、二值化由于掃描后的圖像是以不同灰度級(jí)存儲(chǔ)的，為了進(jìn)行柵格數(shù)據(jù)矢 量化的轉(zhuǎn)換，需壓縮為兩級(jí)(0和1),這就稱為二值化。二值化的關(guān)鍵是在灰度級(jí)的最大和最小值之間選取一個(gè)閾值，當(dāng) 灰度級(jí)小于閾值時(shí)，取值為0,當(dāng)灰度級(jí)大于閾值時(shí)，取值為1。閾值 可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行人工設(shè)定，雖然人工設(shè)定的值往往不是最正確閾值， 但在掃描圖比較清晰時(shí)，是行之有效的。當(dāng)掃描圖不清晰時(shí)，需由灰 度級(jí)直方圖來確定閾值，其方法為：設(shè)M為灰度級(jí)數(shù)，Pk為第k級(jí)的灰度的概率，nk為某一灰度級(jí)的 出

41、現(xiàn)次數(shù)，n為象元總數(shù)，則有：Pk=nk / nk= 1,，M對(duì)于地圖，通常在灰度級(jí)直方圖上出現(xiàn)兩個(gè)峰值（見上圖），這時(shí)，取 波谷處的灰度級(jí)為閾值，二值化的效果較好。B、二值圖像的預(yù)處理對(duì)于掃描輸入的圖幅，由于原稿不干凈等原因，總是會(huì)出現(xiàn)一些飛 白、污點(diǎn)、線劃邊緣凹凸不平等。除了依靠圖像編輯功能進(jìn)行人機(jī)交 互處理外，還可以通過一些算法來進(jìn)行處理。例如用3X3的象素矩陣，規(guī)定各種情況的處理原則，以下圖是兩 個(gè)簡單的例子:三、空間數(shù)據(jù)主要采集技術(shù)在GIS的幾何數(shù)據(jù)采集中，如果幾何數(shù)據(jù)已存在于其它的GIS或 專題數(shù)據(jù)庫中，那么只要經(jīng)過轉(zhuǎn)換裝載即可；對(duì)于由測(cè)量儀器獲取的 兒何數(shù)據(jù)，只要把測(cè)量儀器的數(shù)據(jù)傳

42、輸進(jìn)入數(shù)據(jù)庫即可，測(cè)量儀器如 何獲取數(shù)據(jù)的方法和過程通常是與GIS無關(guān)的。對(duì)于柵格數(shù)據(jù)的獲取，GIS主要涉及使用掃描儀等設(shè)備對(duì)圖件的掃 描數(shù)字化，這部分的功能也較簡單。因?yàn)橥ㄟ^掃描獲取的數(shù)據(jù)是標(biāo)準(zhǔn) 格式的圖像文件，大多可直接進(jìn)入GIS的地理數(shù)據(jù)庫。從遙感影像上直接提取專題信息，需要使用幾何糾正、光譜糾正、 影像增強(qiáng)、圖像變換、結(jié)構(gòu)信息提取、影像分類等技術(shù)，主要屬于遙 感圖像處理的內(nèi)容。因此，以下主要介紹GIS中矢量數(shù)據(jù)的采集。GIS中矢量數(shù)據(jù)的采 集主要包括地圖跟蹤數(shù)字化與地圖掃描數(shù)字化。1、地圖跟蹤數(shù)字化跟蹤數(shù)字化是目前應(yīng)用最廣泛的一種地圖數(shù)字化方式，是通過記 錄數(shù)字化板上點(diǎn)的平面坐標(biāo)來獲取

43、矢量數(shù)據(jù)的。其基本過程是：將需 數(shù)字化的圖件（地圖、航片等）固定在數(shù)字化板上，然后設(shè)定數(shù)字化范圍、 輸入有關(guān)參數(shù)、設(shè)置特征碼清單、選擇數(shù)字化方式（點(diǎn)方式和流方式等）, 就可以按地圖要素的類別分別實(shí)施圖形數(shù)字化了。由于跟蹤數(shù)字化本身幾乎不需要GIS的其它計(jì)算功能，所以跟蹤數(shù) 字化軟件往往可以與整個(gè)GIS系統(tǒng)脫離開，因而可單獨(dú)使用。地圖跟蹤數(shù)字化時(shí)數(shù)據(jù)的可靠性主要取決于操作員的技術(shù)熟練程 度，操作員的情緒會(huì)嚴(yán)重影響數(shù)據(jù)的質(zhì)量。操作員的經(jīng)驗(yàn)和技能主要00X01X00X00X01X00X00X00X00XX1XX01X1XX1XX11X1X其中“X"表示任何象素值。除了上述方法外，還可用其它

44、許多方法。例如，對(duì)于飛白和污點(diǎn), 給定其最小尺寸，不足的消除；對(duì)于斷線，采取先加粗后減細(xì)的方法 進(jìn)行斷線相連；用低通型濾波進(jìn)行破碎地物的合并，用高通濾波提取 區(qū)域范圍等等。C、細(xì)化所謂細(xì)化就是將二值圖像象元陣列逐步剝除輪廓邊緣的點(diǎn)，使之成 為線劃寬度只有一個(gè)象元的骨架圖形。細(xì)化后的圖形骨架既保留了原 圖形的絕大部分特征，又便于下一步的跟蹤處理。細(xì)化的基本過程是：（1）確定需細(xì)化的象元集合；（2）移去不是骨架的 象元；（3）重復(fù)，直到僅剩骨架象元。細(xì)化的算法很多，各有優(yōu)缺點(diǎn)。經(jīng)典的細(xì)化算法是通過3X3的象元 組來確定如何細(xì)化的。其基本原理是，在3X3的象元組中，但凡去掉 后不會(huì)影響原柵格影像拓?fù)?/p>

45、連通性的像元都應(yīng)該去掉，反之，則應(yīng)保 留。3X3的象元共有28即256種情況，但經(jīng)過旋轉(zhuǎn)，去除相同情況, 共有51種情況，其中只有一部分是可以將中心點(diǎn)剝?nèi)サ?，如以下圖(1)、 (2)是可剝?nèi)サ?，?3)、(4)的中心點(diǎn)是不可剝?nèi)サ?。通過對(duì)每個(gè)象元點(diǎn) 經(jīng)過如此反復(fù)處理，最后可得到應(yīng)保留的骨架象元。如果是對(duì)掃描后的地圖圖像進(jìn)行細(xì)化處理，應(yīng)符合以下基本要求：1°、保持原線劃的連續(xù)性；2。、線寬只為一個(gè)象元；3°、細(xì)劃后的骨架應(yīng)是原線劃的中心線；4。、保持圖形的原有特征。D、追蹤細(xì)化后的二值圖像形成了骨架圖，追蹤就是把骨架轉(zhuǎn)換為矢量圖形的坐標(biāo)序列。其基本步驟為：1°、從左

46、向右，從上向下搜索線劃起始點(diǎn)，并記下坐標(biāo)。2°、朝該點(diǎn)的8個(gè)方向追蹤點(diǎn)，假設(shè)沒有，則本條線的追蹤結(jié)束， 轉(zhuǎn)(1)進(jìn)行下條線的追蹤；否則記下坐標(biāo)。3°、把搜索點(diǎn)移到新取的點(diǎn)上，轉(zhuǎn)2°。注意的是，已追蹤點(diǎn)應(yīng)作標(biāo)記，防止重復(fù)追蹤。E、拓?fù)浠癁榱诉M(jìn)行拓?fù)浠枵页鼍€的端點(diǎn)和結(jié)點(diǎn)，以及孤立點(diǎn)。1°、孤立點(diǎn)：8鄰城中沒有為1的象元。如圖(1)。2。、端點(diǎn)：8鄰城中只有一個(gè)為1的象元。如圖(2)。3°、結(jié)點(diǎn)：8鄰城中有三個(gè)或三個(gè)以上為1的象元。如圖(3)。(1)(2)(3)在追蹤時(shí)加上這些信息后，就可形成結(jié)點(diǎn)和孤段，就可用矢量數(shù)據(jù) 的自動(dòng)拓?fù)浞椒ㄟM(jìn)行拓?fù)浠?/p>

47、。七、空間數(shù)據(jù)質(zhì)量、評(píng)價(jià)、精度及控制1、什么是GIS的數(shù)據(jù)質(zhì)量GIS的數(shù)據(jù)質(zhì)量是指GIS中空間數(shù)據(jù)(兒何數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù))在表達(dá) 空間位置、屬性和時(shí)間特征時(shí)所能到達(dá)的準(zhǔn)確性、一致性、完整性以 及三者統(tǒng)一性的程度。誤差是指數(shù)據(jù)與真值的偏離。2、GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量研究的目的G1S數(shù)據(jù)質(zhì)量研究的目的是建立一套空間數(shù)據(jù)的分析和處理的體 系，包括誤差源確實(shí)定、誤差的鑒別和度量方法、誤差傳播的模型、 控制和削弱誤差的方法等，使未來的GIS在提供產(chǎn)品的同時(shí)，附帶提 供產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)，即建立GIS產(chǎn)品的合格證制度。從應(yīng)用的角度，可把GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的研究分為兩大問題。當(dāng)GIS錄 入數(shù)據(jù)的誤差和各種操作中引入的誤差已知

48、時(shí)，計(jì)算GIS最終生成產(chǎn) 品的誤差大小的過程稱為正演問題。而根據(jù)用戶對(duì)GIS產(chǎn)品所提出的 誤差限值要求，確定GIS錄入數(shù)據(jù)的質(zhì)量稱為反演問題。顯然，誤差 傳播機(jī)制是解決正反演問題的關(guān)鍵。3、研究GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的意義研究GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量對(duì)于評(píng)定GIS的算法、減少GIS設(shè)計(jì)與開發(fā)的 盲目性都具有重要意義。如果不考慮GIS的數(shù)據(jù)質(zhì)量，那么當(dāng)用戶發(fā) 現(xiàn)GIS的結(jié)論與實(shí)際的地理狀況相差較大時(shí)，GIS會(huì)失去信譽(yù)。4、GIS的數(shù)據(jù)質(zhì)量的內(nèi)容和類型(1)、GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的基本內(nèi)容GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量包含如下五個(gè)方面：1°、位置精度：如數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、平面精度、高程精度等，用以描述 兒何數(shù)據(jù)的質(zhì)量。2。、屬性精度：

49、如要素分類的正確性、屬性編碼的正確性、注記的正確性等，用以反映屬性數(shù)據(jù)的質(zhì)量。3。、邏輯一致性：如多邊形的閉合精度、結(jié)點(diǎn)匹配精度、拓?fù)潢P(guān) 系的正確性等。4°、完備性：如數(shù)據(jù)分類的完備性、實(shí)體類型的完備性、屬性數(shù) 據(jù)的完備性、注記的完整性等。5°、現(xiàn)勢(shì)性：如數(shù)據(jù)的采集時(shí)間、數(shù)據(jù)的更新時(shí)間等。（2）、空間數(shù)據(jù)的誤差類型GIS空間數(shù)據(jù)的誤差可分為源誤差和處理誤差。A源誤差源誤差是指數(shù)據(jù)采集和錄入中產(chǎn)生的誤差，包括：1°、遙感數(shù)據(jù)：攝影平臺(tái)、傳感器的結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性、分辯率等。2。、測(cè)量數(shù)據(jù)：人差（對(duì)中誤差、讀數(shù)誤差等）、儀差（儀器不完善、 缺乏校驗(yàn)、未作改正等）、環(huán)境（氣候

50、、信號(hào)干擾等）。3。、屬性數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)的錄入、數(shù)據(jù)庫的操作等。4。、GPS數(shù)據(jù)：信號(hào)的精度、接收機(jī)精度、定位方法、處理算法 等。5。、地圖：控制點(diǎn)精度，編繪、清繪、制圖綜合等的精度。6°、地圖數(shù)字化精度：紙張變形、數(shù)字化儀精度、操作員的技能 等。B處理誤差處理誤差是指GIS對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)產(chǎn)生的誤差，例如在以下處理中產(chǎn)生的誤差就是處理誤差。1°、幾何糾正；2°、坐標(biāo)變換；3。、幾何數(shù)據(jù)的編輯；4°、屬性數(shù)據(jù)的編輯；5。、空間分析（如多邊形疊置等）；6。、圖形化簡（如數(shù)據(jù)壓縮）；7°、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換；8。、電腦截?cái)嗾`差；9°、空間內(nèi)插；

51、10°、矢量柵格數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換。CGIS中的誤差傳播誤差傳播是指對(duì)有誤差的數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理生成的GIS產(chǎn)品也存在著 誤差。誤差傳播在GIS中可歸結(jié)為三種方式。1°、代數(shù)關(guān)系下的誤差傳播：這是指對(duì)有誤差的數(shù)據(jù)進(jìn)行代數(shù)運(yùn) 算后，所得結(jié)果的誤差。2。、邏輯關(guān)系下的誤差傳播：即指在GIS中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯交、 并等運(yùn)算所引起的誤差傳播，如疊置分析時(shí)的誤差傳播。3。、推理關(guān)系下的誤差傳播：這是指不精確推理所造成的誤差。5、幾個(gè)相關(guān)的概念誤差：數(shù)據(jù)與真值的差異，衡量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的指標(biāo)。準(zhǔn)確度：數(shù)據(jù)與真值的接近程度的指標(biāo)精度：數(shù)據(jù)的精密程度不確定性：空間過程和特征不能被準(zhǔn)確確定的程度。內(nèi)容上是

52、一個(gè)以 真值為中心的范圍，范圍越大，數(shù)據(jù)的不確定性越大。6、研究GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的方法(1)GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的評(píng)價(jià)方法A直接評(píng)價(jià)法1°用電腦程序自動(dòng)檢測(cè)某些類型的錯(cuò)誤可以用電腦軟件自動(dòng)發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)中不符合要求的數(shù) 據(jù)項(xiàng)的百分率或平均質(zhì)量等級(jí)也可由電腦軟件算出。例如，可以檢測(cè) 文件格式是否符合標(biāo)準(zhǔn)、編碼是否正確、數(shù)據(jù)是否超出范圍等。2°隨機(jī)抽樣檢測(cè)在確定抽樣方案時(shí)，應(yīng)考慮數(shù)據(jù)的空間相關(guān)性。B、間接評(píng)價(jià)法所謂間接評(píng)價(jià)法是指通過外部知識(shí)或信息進(jìn)行推理來確定空間數(shù)據(jù) 的質(zhì)量的方法。用于推理的外部知識(shí)或信息如用途、數(shù)據(jù)歷史記錄、 數(shù)據(jù)源的質(zhì)量、數(shù)據(jù)生產(chǎn)的方法、誤差傳遞模型等。c、非定量描述

53、法非定量描述法是指通過對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量的各組成部分的評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行的 綜合分析來確定數(shù)據(jù)的總體質(zhì)量的方法。2、研究GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的常用方法A、敏感度分析法一般而言，精確確定GIS數(shù)據(jù)的實(shí)際誤差非常困難。為了從理論上 了解輸出結(jié)果如何隨輸入數(shù)據(jù)的變化而變化，可以通過人為地在輸入 數(shù)據(jù)中加上擾動(dòng)值來檢驗(yàn)輸出結(jié)果對(duì)這些擾動(dòng)值的敏感程度。然后根 據(jù)適合度分析，由置信域來衡量由輸入數(shù)據(jù)的誤差所引起的輸出數(shù)據(jù) 的變化。為了確定置信域，需要進(jìn)行地理敏感度測(cè)試，以便發(fā)現(xiàn)由輸入數(shù)據(jù) 的變化引起輸出數(shù)據(jù)變化的程度，即敏感度。這種研究方法得到的并 不是輸出結(jié)果的真實(shí)誤差，而是輸出結(jié)果的變化范圍。對(duì)于某些難以 確定實(shí)際誤差的

54、情況，這種方法是行之有效的。在GIS中，敏感度檢驗(yàn)一般有以下幾種：地理敏感度、屬性敏感度、 面積敏感度、多邊形敏感度、增刪圖層敏感度等。敏感度分析法是一 種間接測(cè)定GIS產(chǎn)品可靠性的方法。B、尺度不變空間分析法地理數(shù)據(jù)的分析結(jié)果應(yīng)與所采用的空間坐標(biāo)系統(tǒng)無關(guān)，即為尺度不 變空間分析，包括比例不變和平移不變。尺度不變是數(shù)理統(tǒng)計(jì)中常用 的一個(gè)準(zhǔn)則，一方面在能保證用不同的方法能得到一致的結(jié)果，另一 方面又可在同一尺度下合理地衡量估值的精度。也就是說，尺度不變空間分析法使GIS的空間分析結(jié)果與空間位置 的參考系無關(guān)，以防止由基準(zhǔn)問題而引起分析結(jié)果的變化。C、Monte Carlo實(shí)驗(yàn)仿真由于GIS的數(shù)據(jù)

55、來源繁多，種類復(fù)雜，既有描述空間拓?fù)潢P(guān)系的幾 何數(shù)據(jù)，又有描述空間物體內(nèi)涵的屬性數(shù)據(jù)。對(duì)于屬性數(shù)據(jù)的精度往 往只能用打分或不確定度來表示。對(duì)于不同的用戶，由于專業(yè)領(lǐng)域的 限制和需要，數(shù)據(jù)可靠性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)并不相同。因此，想用一個(gè)簡單 的、固定不變的統(tǒng)計(jì)模型來描述GIS的誤差規(guī)律似乎是不可能的。在 對(duì)所研究問題的背景不十分了解的情況下，Monte Carlo實(shí)驗(yàn)仿真是一 種有效的方法。Monte Carlo實(shí)驗(yàn)仿真首先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)數(shù)據(jù)誤差的種類和分布模式進(jìn)行 假設(shè)，然后利用電腦進(jìn)行模擬試驗(yàn)，將所得結(jié)果與實(shí)際結(jié)果進(jìn)行比較, 找出與實(shí)際結(jié)果最接近的模型。對(duì)于某些無法用數(shù)學(xué)公式描述的過程, 用這種方法可以

56、得到實(shí)用公式，也可檢驗(yàn)理論研究的正確性。D、空間濾波獲取空間數(shù)據(jù)的方法可能是不同的，既可以采用連續(xù)方式采集，也 可采用離散方式采集。這些數(shù)據(jù)采集的過程可以看成是隨機(jī)采樣，其 中包含傾向性部分和隨機(jī)性部分。前者代表所采集物體的實(shí)際信息， 而后者是由觀測(cè)噪聲引起的?？臻g濾波可分為高通濾波和低通濾波。高通濾波是從含有噪聲的數(shù) 據(jù)中別離出噪聲信息；低通濾波是從含有噪聲的數(shù)據(jù)中提取信號(hào)。例 如經(jīng)高通濾波后可得到一隨機(jī)噪聲場(chǎng)，然后用隨機(jī)過程理論等方法求 得數(shù)據(jù)的誤差。對(duì)GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的研究，傳統(tǒng)的概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)是其最基本的理 論基礎(chǔ)，同時(shí)還需要信息論、模糊邏輯、人工智能、數(shù)學(xué)規(guī)劃、隨機(jī) 過程、分形幾何等理論與方法的支持。7、數(shù)據(jù)采集中數(shù)據(jù)質(zhì)量的評(píng)價(jià)內(nèi)容GIS中數(shù)據(jù)采集的方法通?？煞譃橹苯臃椒ê烷g接方法兩種。直 接方法是指直接從野外采集，以獲取觀測(cè)數(shù)據(jù)、圖像等，間接方法是 指從已有的圖件上進(jìn)行采集。直接方法獲取的數(shù)據(jù)受人差、儀差、環(huán)境等的影響，但己有傳統(tǒng)的 方法可以解決。間接方法獲取的數(shù)據(jù)中，除了含有直接方法中的誤差 外，還有展