第五章 GIS的數(shù)據(jù)處理

1、地理信息系統(tǒng)原理與方法地理信息系統(tǒng)原理與方法第五章第五章 GISGIS的數(shù)據(jù)處理的數(shù)據(jù)處理1 1 坐標(biāo)變換坐標(biāo)變換2 2 圖形編輯圖形編輯3 3 數(shù)據(jù)壓縮與光滑數(shù)據(jù)壓縮與光滑平移變換平移變換 0yxP（x，y）P(x，y)xyx=x+xy=y+y平面坐標(biāo)變換比例變換（圖形縮放比例變換（圖形縮放） 點(diǎn)可以通過對其P（x，y）坐標(biāo)分別乘以各自的比例因子Sx和Sy來改變它們到坐標(biāo)原點(diǎn)的距離。 x=xSxy=ySy平面坐標(biāo)變換旋轉(zhuǎn)變換旋轉(zhuǎn)變換 yP（x，y）0 xP(x，y)x=xcos-y sin y=xsin+y cos平面坐標(biāo)變換二、地圖投影變換 1、正解變換法 通過建立一種投影變換為另一種投影

2、的嚴(yán)密或近似的解析關(guān)系式，直接由一種投影的數(shù)字化坐標(biāo)x，y變換到另一種投影的直角坐標(biāo)X，Y。 二、地圖投影變換二、地圖投影變換 2 2、反解變換法、反解變換法 即由一種投影的坐標(biāo)反解出地理坐即由一種投影的坐標(biāo)反解出地理坐標(biāo)，然后將地理坐標(biāo)代入另一種投影的標(biāo)，然后將地理坐標(biāo)代入另一種投影的坐標(biāo)公式中，從而實現(xiàn)由一種投影的坐坐標(biāo)公式中，從而實現(xiàn)由一種投影的坐標(biāo)到另一種投影坐標(biāo)的變換。標(biāo)到另一種投影坐標(biāo)的變換。 如果原投影點(diǎn)的坐標(biāo)解析式不知道，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)或不易求出兩投影之間坐標(biāo)的直接關(guān)系，可以采用數(shù)值變換法來建立兩投系，可以采用數(shù)值變換法來建立兩

3、投影間的變換關(guān)系式。影間的變換關(guān)系式。 根據(jù)兩種投影在變換區(qū)內(nèi)的若干同根據(jù)兩種投影在變換區(qū)內(nèi)的若干同名數(shù)字化點(diǎn)（對同一點(diǎn)在兩種投影中名數(shù)字化點(diǎn)（對同一點(diǎn)在兩種投影中均已知其坐標(biāo)的點(diǎn)）均已知其坐標(biāo)的點(diǎn)），采用待定系數(shù)采用待定系數(shù)法、法、插值法、有限差分法或多項式逼插值法、有限差分法或多項式逼近的方法近的方法等，實現(xiàn)由一種投影的坐標(biāo)等，實現(xiàn)由一種投影的坐標(biāo)到另一種投影坐標(biāo)的變換。到另一種投影坐標(biāo)的變換。 二、地圖投影變換二、地圖投影變換 3 3、數(shù)值變換法、數(shù)值變換法 圖形編輯是一交互處理過程，圖形編輯是一交互處理過程， GISGIS具備的圖形編具備的圖形編輯功能的要求是：輯功能的要求是：1 1）

4、具有友好的人機(jī)界面，即操作靈）具有友好的人機(jī)界面，即操作靈活、易于理解、響應(yīng)迅速等；活、易于理解、響應(yīng)迅速等；2 2）具有對幾何數(shù)據(jù)和屬）具有對幾何數(shù)據(jù)和屬性編碼的修改功能，如點(diǎn)、線、面的增加、刪除、修性編碼的修改功能，如點(diǎn)、線、面的增加、刪除、修改等；改等；3 3）具有分層顯示和窗口操作功能，便于用戶的）具有分層顯示和窗口操作功能，便于用戶的使用。使用。 圖形編輯又叫數(shù)據(jù)編輯、數(shù)字化圖形編輯又叫數(shù)據(jù)編輯、數(shù)字化編輯，是指對地圖資料數(shù)字化后的編輯，是指對地圖資料數(shù)字化后的數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯加工，其主要的目的數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯加工，其主要的目的是在改正數(shù)據(jù)差錯的同時，相應(yīng)地是在改正數(shù)據(jù)差錯的同時，相應(yīng)地改正

5、數(shù)字化資料的圖形。改正數(shù)字化資料的圖形。5 52 2 圖形編輯圖形編輯一、編輯操作一、編輯操作l圖形編輯圖形編輯l結(jié)點(diǎn)的編輯結(jié)點(diǎn)的編輯l數(shù)據(jù)檢查與清理數(shù)據(jù)檢查與清理l撤銷與恢復(fù)編輯撤銷與恢復(fù)編輯一、編輯操作一、編輯操作l用鼠標(biāo)用鼠標(biāo)增加增加一個點(diǎn)、線、面實體一個點(diǎn)、線、面實體l用鼠標(biāo)用鼠標(biāo)刪除刪除一個點(diǎn)、線、面實體一個點(diǎn)、線、面實體l用鼠標(biāo)用鼠標(biāo)移動移動一個點(diǎn)、線、面實體一個點(diǎn)、線、面實體l用鼠標(biāo)用鼠標(biāo)旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)一個點(diǎn)、線、面實體一個點(diǎn)、線、面實體 一、編輯操作一、編輯操作l結(jié)點(diǎn)吻合結(jié)點(diǎn)吻合(Snap) (Snap) l結(jié)點(diǎn)與線的吻合結(jié)點(diǎn)與線的吻合 l清除偽結(jié)點(diǎn)（假結(jié)點(diǎn)）清除偽結(jié)點(diǎn)（假結(jié)點(diǎn)） 一

6、、編輯操作一、編輯操作1 1）結(jié)點(diǎn)吻合）結(jié)點(diǎn)吻合(Snap) (Snap) l 結(jié)點(diǎn)吻合或稱結(jié)點(diǎn)匹配、結(jié)點(diǎn)咬合，結(jié)點(diǎn)附和，共結(jié)點(diǎn)吻合或稱結(jié)點(diǎn)匹配、結(jié)點(diǎn)咬合，結(jié)點(diǎn)附和，共有四種方法進(jìn)行編輯。有四種方法進(jìn)行編輯。lA A、結(jié)點(diǎn)移動，用鼠標(biāo)將其它兩點(diǎn)移到另一點(diǎn)；、結(jié)點(diǎn)移動，用鼠標(biāo)將其它兩點(diǎn)移到另一點(diǎn)； l B B、鼠標(biāo)拉框，用鼠標(biāo)拉一個矩形，、鼠標(biāo)拉框，用鼠標(biāo)拉一個矩形，落入該矩形內(nèi)的結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)通過求它落入該矩形內(nèi)的結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)通過求它們的中間坐標(biāo)匹配成一致；們的中間坐標(biāo)匹配成一致； l C C、求交點(diǎn)，求兩條線的交點(diǎn)或其延長線的交點(diǎn)，、求交點(diǎn)，求兩條線的交點(diǎn)或其延長線的交點(diǎn)，作為吻合的結(jié)點(diǎn)；作為吻合的結(jié)

7、點(diǎn)；l D D、自動匹配，給定一個吻合容、自動匹配，給定一個吻合容差，或稱為咬合距，在圖形數(shù)字差，或稱為咬合距，在圖形數(shù)字化時或之后，將容差范圍內(nèi)的結(jié)化時或之后，將容差范圍內(nèi)的結(jié)點(diǎn)自動吻合成一點(diǎn)。點(diǎn)自動吻合成一點(diǎn)。 一般，若結(jié)點(diǎn)容差設(shè)置合理，大多數(shù)結(jié)點(diǎn)能夠吻一般，若結(jié)點(diǎn)容差設(shè)置合理，大多數(shù)結(jié)點(diǎn)能夠吻合在一起，但有些情況還需要使用前三種方法進(jìn)行合在一起，但有些情況還需要使用前三種方法進(jìn)行人工編輯。人工編輯。 一、編輯操作一、編輯操作2)2)結(jié)點(diǎn)與線的吻合結(jié)點(diǎn)與線的吻合 在數(shù)字化過程中，常遇到一個結(jié)點(diǎn)與一個線狀目在數(shù)字化過程中，常遇到一個結(jié)點(diǎn)與一個線狀目標(biāo)的中間相交。由于測量或數(shù)字化誤差，它不可能

8、完標(biāo)的中間相交。由于測量或數(shù)字化誤差，它不可能完全交于線目標(biāo)上，需要進(jìn)行編輯，稱為結(jié)點(diǎn)與線的吻全交于線目標(biāo)上，需要進(jìn)行編輯，稱為結(jié)點(diǎn)與線的吻合。合。 編輯的方法：編輯的方法：A A、結(jié)點(diǎn)移動，將結(jié)點(diǎn)移動、結(jié)點(diǎn)移動，將結(jié)點(diǎn)移動到線目標(biāo)上。到線目標(biāo)上。B B自動編輯，在給定容差內(nèi)，自動編輯，在給定容差內(nèi)，自動求交并吻合在一起。自動求交并吻合在一起。 一、編輯操作一、編輯操作3)3)清除偽結(jié)點(diǎn)（假結(jié)點(diǎn)）清除偽結(jié)點(diǎn)（假結(jié)點(diǎn)） 由僅有兩個線目標(biāo)相關(guān)聯(lián)的結(jié)點(diǎn)成為偽結(jié)點(diǎn)。由僅有兩個線目標(biāo)相關(guān)聯(lián)的結(jié)點(diǎn)成為偽結(jié)點(diǎn)。 有些系統(tǒng)要將這種假結(jié)點(diǎn)清除掉（如有些系統(tǒng)要將這種假結(jié)點(diǎn)清除掉（如ARC/INFOARC/INFO

9、），），即將目標(biāo)即將目標(biāo)A A 和和B B合并成一條，使它們之間不存在結(jié)點(diǎn)合并成一條，使它們之間不存在結(jié)點(diǎn); ; 但但有些系統(tǒng)并不要求清除假結(jié)點(diǎn)，如有些系統(tǒng)并不要求清除假結(jié)點(diǎn)，如GeostarGeostar, ,因為它們并因為它們并不影響空間查詢、分析和制圖。不影響空間查詢、分析和制圖。 一、編輯操作一、編輯操作3 3、數(shù)據(jù)檢查與清理、數(shù)據(jù)檢查與清理l數(shù)據(jù)檢查指拓?fù)潢P(guān)系的檢查，結(jié)點(diǎn)是否匹配，數(shù)據(jù)檢查指拓?fù)潢P(guān)系的檢查，結(jié)點(diǎn)是否匹配，是否存在懸掛弧段，多邊形是否封閉，是否是否存在懸掛弧段，多邊形是否封閉，是否有偽結(jié)點(diǎn)。要求系統(tǒng)能將有錯誤或不正確的有偽結(jié)點(diǎn)。要求系統(tǒng)能將有錯誤或不正確的拓?fù)潢P(guān)系的點(diǎn)、

10、線和面用不同的顏色和符號拓?fù)潢P(guān)系的點(diǎn)、線和面用不同的顏色和符號表示出來，以便于人工檢查和修改。表示出來，以便于人工檢查和修改。l數(shù)據(jù)清理則是用自動的方法清除空間數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)清理則是用自動的方法清除空間數(shù)據(jù)的錯誤。錯誤。一、編輯操作一、編輯操作4 4、撤銷與恢復(fù)編輯、撤銷與恢復(fù)編輯lUndo,RedoUndo,Redo功能是必要的。但功能的實現(xiàn)是困功能是必要的。但功能的實現(xiàn)是困難的。當(dāng)撤消編輯，即恢復(fù)目標(biāo)，要恢復(fù)目標(biāo)難的。當(dāng)撤消編輯，即恢復(fù)目標(biāo)，要恢復(fù)目標(biāo)的標(biāo)識和坐標(biāo)、拓?fù)潢P(guān)系。這一處理過程相當(dāng)?shù)臉?biāo)識和坐標(biāo)、拓?fù)潢P(guān)系。這一處理過程相當(dāng)復(fù)雜。復(fù)雜。l因此，有些因此，有些GISGIS不在圖形編輯時實時

11、建立和維不在圖形編輯時實時建立和維護(hù)拓?fù)潢P(guān)系，如護(hù)拓?fù)潢P(guān)系，如Arc/InfoArc/Info等，而在圖形編輯之等，而在圖形編輯之后，發(fā)后，發(fā)Clean Clean 或或BuildBuild命令重新建立拓?fù)潢P(guān)系。命令重新建立拓?fù)潢P(guān)系。這樣，在每次進(jìn)行任何一次編輯，都要重新這樣，在每次進(jìn)行任何一次編輯，都要重新Clean Clean 或或BuildBuild，對用戶不便。，對用戶不便。 一、一、數(shù)據(jù)壓縮數(shù)據(jù)壓縮圖形顯示輸出圖形顯示輸出數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)壓縮數(shù)據(jù)壓縮光滑光滑 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 S中抽出中抽出一個子集一個子集A A，這個子集作為

12、一個新的信息源，在，這個子集作為一個新的信息源，在規(guī)定的范圍內(nèi)更好的逼近原集合規(guī)定的范圍內(nèi)更好的逼近原集合 一、一、數(shù)據(jù)壓縮數(shù)據(jù)壓縮1 1、 DouglasDouglasPeuckerPeucker一、一、數(shù)據(jù)壓縮數(shù)據(jù)壓縮1 1、 DouglasDouglasPeuckerPeucker它考慮整條線或特定線段的特征。它考慮整條線或特定線段的特征。將一條曲線首末點(diǎn)虛連成一條直線，求出其將一條曲線首末點(diǎn)虛連成一條直線，求出其余各點(diǎn)到該直線的距離（余各點(diǎn)到該直線的距離（L L）；）；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 d）相比較，）相比較，若大于臨界值，則離該直線距離最大的點(diǎn)

13、保留，若大于臨界值，則離該直線距離最大的點(diǎn)保留，否則將直線兩端間各點(diǎn)全部舍去；否則將直線兩端間各點(diǎn)全部舍去；針對新生成的曲線再按針對新生成的曲線再按兩步進(jìn)行處理。兩步進(jìn)行處理。 2 2、垂距法、垂距法每次順序取曲線上的每次順序取曲線上的三個點(diǎn)，計算中間點(diǎn)三個點(diǎn)，計算中間點(diǎn)與其它兩點(diǎn)連線的垂與其它兩點(diǎn)連線的垂線距離線距離d d，并與限差，并與限差D D比較。若比較。若d dD D，則中，則中間點(diǎn)去掉；若間點(diǎn)去掉；若dDdD，則中間點(diǎn)保留。然后則中間點(diǎn)保留。然后順序取下三個點(diǎn)繼續(xù)順序取下三個點(diǎn)繼續(xù)處理，直到這條線結(jié)處理，直到這條線結(jié)束。束。一、一、數(shù)據(jù)壓縮數(shù)據(jù)壓縮二、曲線光滑（擬合）二、曲線光滑（擬合）是假想曲線為一組離散點(diǎn)，尋找形式是假想曲線為一組離散點(diǎn)，尋找形式較簡單、性能良好的曲線解析式。較簡單、性能良好的曲線解析式。插值方式：曲線通過給定的離散點(diǎn)。插值方式：曲線通過給定的離散點(diǎn)。逼近方式：曲線盡量逼近給定離散點(diǎn)。逼近方式：曲線盡量逼近給定離散點(diǎn)。