GIS 第五章 空間的處理

第五章空間數(shù)據(jù)處理2/1/20231數(shù)據(jù)處理的概念數(shù)據(jù)處理，就是對(duì)采集的各種數(shù)據(jù)，按照不同的方式方法對(duì)數(shù)據(jù)形式進(jìn)行編輯運(yùn)算，清除數(shù)據(jù)冗余，彌補(bǔ)數(shù)據(jù)缺失，形成符合用戶要求的數(shù)據(jù)文件格式。2/1/20232

數(shù)據(jù)處理的意義數(shù)據(jù)處理是實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)有序化的必要過程。數(shù)據(jù)處理是檢驗(yàn)數(shù)據(jù)質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

數(shù)據(jù)處理是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的關(guān)鍵步驟。2/1/20233

空間數(shù)據(jù)處理所涉及的主要內(nèi)容有:坐標(biāo)變換、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換、圖形編輯、拓?fù)潢P(guān)系的自動(dòng)生成、空間數(shù)據(jù)壓縮、空間數(shù)據(jù)內(nèi)插等。2/1/202345.1空間數(shù)據(jù)的坐標(biāo)變換2/1/20235一、空間數(shù)據(jù)坐標(biāo)變換的概念

空間數(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，實(shí)質(zhì)是建立兩個(gè)平面點(diǎn)之間（或球面坐標(biāo)和平面坐標(biāo)）的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，是空間數(shù)據(jù)處理的基本內(nèi)容之一。

2/1/20236坐標(biāo)變換原因2/1/20237二、空間數(shù)據(jù)坐標(biāo)變換的地理意義(1)實(shí)現(xiàn)由設(shè)備坐標(biāo)（數(shù)字化儀坐標(biāo)或柵格圖像坐標(biāo)）到現(xiàn)實(shí)世界坐標(biāo)（實(shí)際地理坐標(biāo)）的轉(zhuǎn)換。2/1/20238(2)控制數(shù)據(jù)采集的精度：

由控制點(diǎn)建立的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式實(shí)際上是一組回歸方程，通過在圖面上均勻選取適當(dāng)數(shù)目的控制點(diǎn)，并精確輸入控制點(diǎn)的實(shí)際地理坐標(biāo)，可以提高回歸方程的擬和精度，進(jìn)一步控制數(shù)字化的精度。2/1/20239電子地圖數(shù)字化儀面板紙質(zhì)地圖控制點(diǎn)2/1/202310當(dāng)需要對(duì)多幅地圖進(jìn)行數(shù)字化時(shí)，如果在多幅地圖之間或在不同比例尺之間建立了一個(gè)統(tǒng)一的坐標(biāo)系，并在每一幅地圖都輸入一定數(shù)量的控制點(diǎn)及相應(yīng)的地理坐標(biāo)，則經(jīng)由控制點(diǎn)擬合的坐標(biāo)變換公式，將所有圖幅的數(shù)字化儀平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為所建立的坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，使得圖幅拼接或不同比例尺間地圖的匹配成為可能。(3)實(shí)現(xiàn)多圖幅拼接或不同比例尺間地圖的匹配2/1/202311三、空間數(shù)據(jù)變換的類型1、坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換：主要解決G1S中設(shè)備坐標(biāo)同用戶坐標(biāo)的不一致，設(shè)備坐標(biāo)之間的不一致問題。2、幾何糾正：主要解決數(shù)字化原圖變形等原因引起的誤差，并進(jìn)行幾何配準(zhǔn)。3、投影變換：主要解決地理坐標(biāo)到平面坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換問題。2/1/2023121、坐標(biāo)系變換0yxP（x，y）P′(x′，y′)xyx′=x+Δx′y′=y+Δy′（1）平移變換2/1/202313yP（x，y）0xθP′(x′，y′)x′=x?cosθ-y?sinθy′=x?sinθ+y?cosθ（２）旋轉(zhuǎn)變換2/1/202314點(diǎn)可以通過對(duì)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′=x·Sxy′=y·Sy（３）比例變換SX=SY=1SX=SY>1SX=SY<1?2/1/202315(a)平移(b)縮放(c)旋轉(zhuǎn)

2/1/2023162、幾何糾正p61主要應(yīng)用：掃描地形圖、遙感影像，進(jìn)行圖紙變形誤差的糾正，建立實(shí)際地理坐標(biāo)系。采用方法：（1）高次變換：（2）二次變換：（3）仿射變換：使用最多的一種幾何糾正方式2/1/202317（1）高次變換X’=a0+a1x+a2y+a11x2+a12xy+a22y2+AY’=b0+b1x+b2y+b11x2+b12xy+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。在進(jìn)行高次變換時(shí)，需要有6對(duì)以上控制點(diǎn)的坐標(biāo)和理論值，才能求出待定系數(shù)。2/1/202318（2）二次變換X’=a0+a1x+a2y+a11x2+a12xy+a22y2Y’=b0+b1x+b2y+b11x2+b12xy+b22y2

當(dāng)不考慮高次變換方程中的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對(duì)控制點(diǎn)的坐標(biāo)及其理論值，才能求出待定系數(shù)。2/1/202319（3）仿射變換特性:(只考慮x和y方向上的變形）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(zhǎng)度比發(fā)生變化2/1/202320X=a0+a1x+a2y

Y=b0+b1x+b2y

上式含有6個(gè)參數(shù)：a0、a1、a2、b0、b1

、b2，要實(shí)現(xiàn)仿射變換，需要知道不在同一直線上的3對(duì)控制點(diǎn)的數(shù)字化坐標(biāo)及其理論坐標(biāo)值，可求得上述的6個(gè)待定參數(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。2/1/202321

一般采用4點(diǎn)糾正法或網(wǎng)格糾正法。4點(diǎn)糾正法通過輸入4個(gè)圖幅輪廓控制點(diǎn)坐標(biāo)來實(shí)現(xiàn)變換。當(dāng)4點(diǎn)糾正法不能滿足精度要求時(shí)，可選用網(wǎng)格糾正法，以增加采樣控制點(diǎn)的個(gè)數(shù)。例證1：地形圖的糾正TIC3TIC2TIC1TIC42/1/2023222/1/2023232/1/202324

遙感影像圖的糾正通常選用同遙感影像圖比例尺相同的地形圖或正射影像圖作變換標(biāo)準(zhǔn)圖，在選擇好變換方法后，在被糾正的遙感影像圖和標(biāo)準(zhǔn)圖上分別采集同名地物點(diǎn)，所選的點(diǎn)在圖上應(yīng)分布均勻、點(diǎn)位合適，通常選道路交叉點(diǎn)、河流橋梁等固定設(shè)施點(diǎn)，以保證糾正精度。例證2：遙感影像圖的糾正2/1/202325經(jīng)過變換的空間數(shù)據(jù)，其精度可用點(diǎn)位中誤差表示，即：

Mp=±√([Δx2+Δy2]/n)

其中，Δx=X理論值

-X計(jì)算值

Δy=Y理論值

-Y計(jì)算值

n為數(shù)字化已知控制點(diǎn)的個(gè)數(shù)。精度評(píng)價(jià)2/1/202326轉(zhuǎn)換類型：一、矢量向柵格的轉(zhuǎn)換二、柵格向矢量的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換復(fù)習(xí)，算法不需要掌握P642/1/202327一、矢量向柵格轉(zhuǎn)換

點(diǎn)：簡(jiǎn)單的坐標(biāo)變換線：線的柵格化面：面的柵格化=面填充

面(多邊形)的填充方法1、內(nèi)部點(diǎn)擴(kuò)散法（種子擴(kuò)散法）2、掃描法3、射線法4、復(fù)數(shù)積分法5、邊界代數(shù)算法2/1/202328二、柵格向矢量轉(zhuǎn)換

從柵格單元轉(zhuǎn)換為幾何圖形的過程為矢量化；（一）要求（矢量化過程應(yīng)保持）：1）

柵->矢轉(zhuǎn)換為拓?fù)滢D(zhuǎn)換，即保持實(shí)體原有的連通性、鄰接性等；2）

轉(zhuǎn)換實(shí)體保持正確的外形。（二）方法方法一，實(shí)際應(yīng)用中大多數(shù)采用人工矢量化法，如掃描矢量化，該法工作量大，成為GIS數(shù)據(jù)輸入、更新的瓶頸問題之一。方法二，程序轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)換（全自動(dòng)或半自動(dòng)）遙感影象圖柵格分類圖邊界提取二值化編輯矢量跟蹤數(shù)據(jù)壓縮原始線劃圖二值化細(xì)化分類圖掃描預(yù)處理拓?fù)浠〗Y(jié)2/1/202329柵格矢量化舉例（柵格數(shù)據(jù)）2/1/202330柵格矢量化得到的弧段數(shù)據(jù)2/1/202331弧段數(shù)據(jù)自動(dòng)生成多邊形2/1/2023325.3空間數(shù)據(jù)壓縮（重點(diǎn)）圖形顯示輸出數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)壓縮光滑2/1/202333一、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S中抽出一個(gè)子集A，這個(gè)子集作為一個(gè)新的信息源，在規(guī)定的精度范圍內(nèi)最好地逼近原數(shù)據(jù)集合，而又取得盡可能大的壓縮比。2/1/202334壓縮比：表示曲線信息載量減少的程度，即曲線信息載量減少的數(shù)量化表示。設(shè)數(shù)據(jù)集S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：A`：

{As1，

As2，…，Asm}a值的大小，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)。m≤1a=

n壓縮比為：2/1/202335P1P2P3P4P5P6P7P9P8原始數(shù)據(jù)壓縮后數(shù)據(jù)壓縮比等于多少呢？問題2/1/202336

……在規(guī)定的精度范圍內(nèi)最好地逼近原集合……10405個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)7702個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，壓縮比1.35盡可能大的壓縮比保持曲線的形狀特征保持曲線的密度對(duì)比保持曲線特征轉(zhuǎn)折點(diǎn)的精度保持曲線空間關(guān)系的正確密密疏疏矢量數(shù)據(jù)壓縮應(yīng)滿足的基本條件2/1/202337二、數(shù)據(jù)壓縮的目的

節(jié)省存貯空間節(jié)省處理時(shí)間2/1/202338三、常見空間數(shù)據(jù)的壓縮方法1.曲線數(shù)據(jù)的壓縮2.面域柵格數(shù)據(jù)的壓縮

3.面域鄰接線段的刪除

特征點(diǎn)篩選法：篩選抽取曲線特征點(diǎn)，并刪除全部多余點(diǎn)以達(dá)到節(jié)省存貯空間的目的。

2/1/2023391.曲線數(shù)據(jù)的壓縮2.面域柵格數(shù)據(jù)的壓縮

3.面域鄰接線段的刪除

通過壓縮編碼技術(shù)來消除冗余數(shù)據(jù)：游程長(zhǎng)度編碼四叉樹編碼等2/1/2023401.曲線數(shù)據(jù)的壓縮2.面域柵格數(shù)據(jù)的壓縮

3.面域鄰接線段的刪除

數(shù)據(jù)屬性的重新分類和空間圖形的化簡(jiǎn)需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮相鄰界線的刪除共同屬性的合并2/1/202341Eg:面域鄰接線段的刪除2/1/202342四、不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的壓縮1.矢量數(shù)據(jù)壓縮2.柵格數(shù)據(jù)壓縮2/1/2023431.矢量數(shù)據(jù)壓縮

間隔取點(diǎn)法垂距法偏角法道格拉斯-普克法光欄法2/1/202344①間隔取點(diǎn)法P2P4P6P1P3P5P7每隔k個(gè)點(diǎn)取一個(gè)點(diǎn)，或每隔一個(gè)規(guī)定的距離取一個(gè)點(diǎn)，或舍棄離已選點(diǎn)比規(guī)定距離近的點(diǎn)，但保留首末點(diǎn)。算法思路壓縮比等于多少呢？問題2/1/202345算法思路P1P2P3P4P5在給定的曲線上每次順序取三個(gè)點(diǎn)，計(jì)算中間點(diǎn)與其它兩點(diǎn)連線的垂距d，并與限差L比較。Ld2d3d

≥L保留中間點(diǎn)d<L舍去中間點(diǎn)d4②垂距法d2>Ld3<Ld4>L2/1/202346垂距法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。若d＜D，則中間點(diǎn)去掉；若d≥D，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。2/1/202347算法思路給定的曲線上每次順序取三個(gè)點(diǎn)，計(jì)算中間點(diǎn)與前后兩點(diǎn)連線的夾角α，并與限差α0比較。α≥α0保留中間點(diǎn)α＜α0舍去中間點(diǎn)③偏角法（合并法）α0P1P2P3P4P5α2<α0α3<α0α4α4>α0α3α22/1/202348Douglas—Peucker道格拉斯－普克法對(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。若dmax<D這條曲線上的所有點(diǎn)舍去；若dmax>D，則保留dmax對(duì)應(yīng)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。

,2/1/202349算法思路④道格拉斯-普克法Ldmax

≥L保留對(duì)應(yīng)點(diǎn)，以該點(diǎn)為界將曲線分為兩段，對(duì)每一段重復(fù)使用該方法.dmax

＜

L舍去所有中間點(diǎn)d6p1p2p3p4p5p6p7p8p9d7d4d6>Ld7<Ld4>L對(duì)給定曲線的首末點(diǎn)虛連一條直線，求中間所有點(diǎn)與直線間的距離，并找出最大距離dmax，用dmax與限差L比較。2/1/202350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。

算法思路p2p4p3L?a1a2L/2?b1b2L/2c2?⑤光欄法?p12/1/2023511.

所有壓縮方法都無條件保留首尾點(diǎn)。2.

所有壓縮方法都有可能舍棄不該舍棄的點(diǎn)。3.

淘汰的點(diǎn)數(shù)越多，壓縮效果越趨于一致。共同點(diǎn)幾種壓縮方法的比較2/1/202352算法不同點(diǎn)間隔取點(diǎn)法垂距法偏角法道格拉斯—普克法光欄法簡(jiǎn)單易操作，但不一定能恰當(dāng)保留特征點(diǎn)。算法簡(jiǎn)單，速度快，但有時(shí)會(huì)將極值點(diǎn)去掉而失真。保留曲線拐點(diǎn)的效果較好。壓縮算法較好，但無法實(shí)時(shí)壓縮，且計(jì)算量較大。壓縮算法也很好，實(shí)時(shí)處理，且計(jì)算量較小。2/1/202353影像數(shù)據(jù)壓縮是因?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，用編碼方法提取這種相關(guān)牲，實(shí)現(xiàn)影像數(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息。壓縮編碼策略保真度編碼：多灰度影像常用保真度編碼，允許有極小的誤差；信息保持編碼：二值影像和灰度等級(jí)較少的影像多采用信息保持編碼，不允許有誤差存在。如，行程編碼。2、柵格數(shù)據(jù)的壓縮（詳見第四章）2/1/2023545.4矢量數(shù)據(jù)的圖形編輯p682/1/202355在建立拓?fù)潢P(guān)系的過程中，一些在數(shù)字化輸入過程中的錯(cuò)誤需要被改正，否則建立的拓?fù)潢P(guān)系將不能正確反映地物之間的關(guān)系。由于地圖數(shù)字化，是一件耗時(shí)、繁雜的人力勞動(dòng)，在數(shù)字化過程中錯(cuò)誤幾乎是不可避免的。2/1/202356造成數(shù)字化錯(cuò)誤的具體原因包括：（1）遺漏某些實(shí)體；（2）某些實(shí)體重復(fù)錄入。

（3）定位不準(zhǔn)確。2/1/202357圖形編輯是一交互處理過程，

GIS具備的圖形編輯功能的要求是：1）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；2）具有對(duì)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、修改等；3）具有分層顯示和窗口操作功能，便于用戶的使用。矢量數(shù)據(jù)的圖形編輯，是指對(duì)地圖資料數(shù)字化后的數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯加工，其主要的目的是在改正數(shù)據(jù)差錯(cuò)的同時(shí)，相應(yīng)地改正數(shù)字化資料的圖形。2/1/202358在數(shù)字化后的地圖上，錯(cuò)誤的具體表現(xiàn)形式有以下幾種：（1）偽節(jié)點(diǎn)由僅有兩個(gè)線目標(biāo)相關(guān)聯(lián)的結(jié)點(diǎn)成為假結(jié)點(diǎn)。2/1/202359（2）懸掛節(jié)點(diǎn)實(shí)際地物不及過頭2/1/202360（3）“碎屑”多邊形或“條帶”多邊形（4）不正規(guī)的多邊形上述的錯(cuò)誤，一般會(huì)在建立拓?fù)涞倪^程中，需要進(jìn)行編輯修改。一些錯(cuò)誤，如懸掛節(jié)點(diǎn)，可以在編輯的同時(shí)，由軟件自動(dòng)修改。通常的辦法是設(shè)置一個(gè)“捕捉距離”，當(dāng)節(jié)點(diǎn)之間、或者節(jié)點(diǎn)與線之間的距離小于此數(shù)值后，即自動(dòng)連接。其他錯(cuò)誤則需要進(jìn)行手工編輯。2/1/202361二、編輯操作1）結(jié)點(diǎn)吻合(Snap)

或稱結(jié)點(diǎn)匹配、結(jié)點(diǎn)附和。方法：A、用鼠標(biāo)移動(dòng)結(jié)點(diǎn)；B、

鼠標(biāo)拉框；C、

求交點(diǎn)，求兩條線的交點(diǎn)或其延長(zhǎng)線的交點(diǎn)，作為吻合的結(jié)點(diǎn)；D、自動(dòng)匹配，給定一個(gè)吻合容差，將容差范圍內(nèi)的結(jié)點(diǎn)自動(dòng)吻合成一點(diǎn)。1、結(jié)點(diǎn)的編輯2/1/2023622）結(jié)點(diǎn)與線的吻合編輯的方法：

A、

結(jié)點(diǎn)移動(dòng)，將結(jié)點(diǎn)移動(dòng)到線目標(biāo)上；

B、

自動(dòng)編輯，在給定容差內(nèi)，自動(dòng)求交并吻合在一起。ABDCE在數(shù)字化過程中，常遇到一個(gè)結(jié)點(diǎn)與一個(gè)線狀目標(biāo)的中間相交。由于測(cè)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)與線的吻合。2/1/2023633）清除偽結(jié)點(diǎn)有些系統(tǒng)要將這種假結(jié)點(diǎn)清除掉（如ARC/INFO），即將目標(biāo)A和B合并成一條，使它們之間不存在結(jié)點(diǎn);

但有些系統(tǒng)并不要求清除假結(jié)點(diǎn)，如Geostar,因?yàn)樗鼈儾⒉挥绊懣臻g查詢、分析和制圖。AB2/1/2023642、圖形編輯包括用鼠標(biāo)增加或刪除一個(gè)點(diǎn)、線、面實(shí)體，移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)一個(gè)點(diǎn)、線、面實(shí)體。如：1）刪除一個(gè)頂點(diǎn)2）增加一個(gè)頂點(diǎn)3）移動(dòng)一個(gè)頂點(diǎn)4）刪除一段弧段

jkjkabL3L1L22/1/2023651）刪除和增加一個(gè)頂點(diǎn)刪除頂點(diǎn)，在數(shù)據(jù)庫中不用整體刪除與目標(biāo)有關(guān)的數(shù)據(jù)，只是在原來存儲(chǔ)的位置重寫一次坐標(biāo)，拓?fù)潢P(guān)系不變。增加頂點(diǎn)，則操作和處理都要復(fù)雜。不能在原來的存儲(chǔ)位置上重寫，需要給一個(gè)新的目標(biāo)標(biāo)識(shí)號(hào)，在新位置上重寫，而將原來的目標(biāo)刪除，此時(shí)需要做一系列處理，調(diào)整空間拓?fù)潢P(guān)系。2）移動(dòng)一個(gè)頂點(diǎn)移動(dòng)頂點(diǎn)只涉及某個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，不涉及拓?fù)潢P(guān)系的維護(hù)，較簡(jiǎn)單。3）刪除一段弧段復(fù)雜，先要把原來的弧段打斷,存儲(chǔ)上原來的弧段實(shí)際被刪除，拓?fù)潢P(guān)系需要調(diào)整和變化.jkjkabL3L1L22/1/2023663、數(shù)據(jù)檢查與清理

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，是否有假結(jié)點(diǎn)。要求系統(tǒng)能將有錯(cuò)誤或不正確的拓?fù)潢P(guān)系的點(diǎn)、線和面用不同的顏色和符號(hào)表示出來，以便于人工檢查和修改。

數(shù)據(jù)清理則是用自動(dòng)的方法清除空間數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤.

Eg：給定一個(gè)結(jié)點(diǎn)吻合的容差使該容差范圍內(nèi)的結(jié)點(diǎn)自動(dòng)吻合在一起，并建立拓?fù)潢P(guān)系。給定懸掛弧段容差，將小于該容差的短弧自動(dòng)刪除。2/1/2023674、撤消與恢復(fù)編輯

Undo,Redo功能是必要的。但功能的實(shí)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)的標(biāo)識(shí)和坐標(biāo)、拓?fù)潢P(guān)系。這一處理過程相當(dāng)復(fù)雜.

因此，有些GIS不在圖形編輯時(shí)實(shí)時(shí)建立和維護(hù)拓?fù)潢P(guān)系，如Arc/Info等，而在圖形編輯之后，發(fā)Clean或Build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Clean或Build，對(duì)用戶不便。N1N2A2N1N2A22/1/2023685、圖斑操作①圖斑合并：指兩相鄰的圖斑合并，即系統(tǒng)將相鄰的兩圖斑共用弧段刪除，用戶給出合并后的圖斑編碼，在軟件支持下實(shí)現(xiàn)兩圖斑的合并pL1pAApL1pAApL1pAA去除公共邊界屬性合并②圖斑分裂：圖斑合并的逆操作2/1/202369一、自動(dòng)捕捉法1、點(diǎn)的捕捉設(shè)光標(biāo)點(diǎn)為S(x,y)，某一點(diǎn)狀要素的坐標(biāo)為A(X，Y)，可設(shè)一捕捉半徑D(通常為3～5個(gè)象素)。若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)。P71編輯過程中的關(guān)鍵算法:2/1/2023702、線的捕捉2/1/2023713、面的捕捉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)。若交點(diǎn)個(gè)數(shù)為奇數(shù)，則說明該點(diǎn)在多邊形內(nèi)；若交點(diǎn)個(gè)數(shù)為偶數(shù)，則該點(diǎn)在多邊形外。

2/1/2023725.5拓?fù)潢P(guān)系的建立P742/1/202373矢量數(shù)據(jù)拓?fù)潢P(guān)系的自動(dòng)建立一、點(diǎn)線拓?fù)潢P(guān)系的自動(dòng)建立

1、在圖形采集和編輯中實(shí)時(shí)建立a1a2N1N2N3N4a3(B)a1a2N1N2N3(A)a1a2N1N2N3N4a3a4(C)弧段-結(jié)點(diǎn)表N2N3N1N2a1a2終結(jié)點(diǎn)起結(jié)點(diǎn)Oid結(jié)點(diǎn)-弧段表a1a1,a2a2N1N2N3弧段號(hào)OidN2N3N4N1N2N2a1a2a3終結(jié)點(diǎn)起結(jié)點(diǎn)Oida1a1,a2,a3a2a3N1N2N3N4弧段號(hào)OidN2N3N4N3N1N2N2N4a1a2a3a4終結(jié)點(diǎn)起結(jié)點(diǎn)Oida1a1,a2,a3a2,a4a3,a4N1N2N3N4弧段號(hào)Oid2、在圖形采集和編輯之后自動(dòng)建立其基本原理與前類似。2/1/202374矢量數(shù)據(jù)拓?fù)潢P(guān)系的自動(dòng)建立二、多邊形拓?fù)潢P(guān)系的自動(dòng)建立

鏈的組織

A.找出在鏈的中間相交(圖A)，而不是在端點(diǎn)相交(圖B)的情況，自動(dòng)切成新鏈；B.把鏈按一定順序存儲(chǔ)，如按最大或最小的x或y坐標(biāo)的順序，這樣查找和檢索都比較方便，然后把鏈按順序編號(hào)。AB2/1/202375矢量數(shù)據(jù)拓?fù)潢P(guān)系的自動(dòng)建立二、多邊形拓?fù)潢P(guān)系的自動(dòng)建立

結(jié)點(diǎn)匹配

A.結(jié)點(diǎn)匹配是指把一定限差內(nèi)的鏈的端點(diǎn)作為一個(gè)結(jié)點(diǎn)，其坐標(biāo)值取多個(gè)端點(diǎn)的平均值(如圖)。B.對(duì)結(jié)點(diǎn)順序編號(hào)。結(jié)點(diǎn)匹配2/1/202376矢量數(shù)據(jù)拓?fù)潢P(guān)系的自動(dòng)建立二、多邊形拓?fù)潢P(guān)系的自動(dòng)建立

檢查多邊形是否閉合

檢查多邊形是否閉合可通過判斷一條鏈的端點(diǎn)是否有與之匹配的端點(diǎn)來進(jìn)行如圖弧

a的端點(diǎn)

P沒有與之匹配的端點(diǎn)，因此無法用該條鏈與其它鏈組成閉合多邊形。多邊形不閉合的原因：1）由于結(jié)點(diǎn)匹配限差的問題，造成應(yīng)匹配的端點(diǎn)未匹配；2）由于數(shù)字化誤差較大，或數(shù)字化錯(cuò)誤。3）鏈本身就是懸掛鏈，不需參加多邊形拓?fù)?。aP2/1/202377矢量數(shù)據(jù)拓?fù)潢P(guān)系的自動(dòng)建立二、多邊形拓?fù)潢P(guān)系的自動(dòng)建立

建立多邊形

1）概念a、順時(shí)針方向構(gòu)多邊形：指多邊形是在鏈的右側(cè)。

b、最靠右邊的鏈：指從鏈的一個(gè)端點(diǎn)出發(fā)，在這條鏈的方向上最右邊的第一條鏈。c、多邊形面積的計(jì)算

當(dāng)多邊形由順時(shí)針方向構(gòu)成時(shí)，面積為正；當(dāng)多邊形由逆時(shí)針方向構(gòu)成時(shí)，面積為負(fù)。abcd∑ni=1SA

=?|(yi+1–yi)(xi+1–xi)|正負(fù)2/1/202378矢量數(shù)據(jù)拓?fù)潢P(guān)系的自動(dòng)建立二、多邊形拓?fù)潢P(guān)系的自動(dòng)建立

建立多邊形

2）建立多邊形的基本過程A順序取一個(gè)結(jié)點(diǎn)為起始結(jié)點(diǎn)，取完為止；取過該結(jié)點(diǎn)的任一條鏈作為起始鏈

B取這條鏈的另一結(jié)點(diǎn)，找這個(gè)結(jié)點(diǎn)上，靠這條鏈最右邊的鏈，作為下一條鏈

C是否回到起點(diǎn)：是，已形成一多邊形，記錄之，并轉(zhuǎn)D；否，轉(zhuǎn)B

D取起始點(diǎn)上開始的，剛才所形成多邊形的最后一條邊作為新的起始鏈，轉(zhuǎn)B；若這條鏈已用過兩次，即已成為兩個(gè)多邊形的邊，則轉(zhuǎn)A2/1/202379矢量數(shù)據(jù)拓?fù)潢P(guān)系的自動(dòng)建立二、多邊形拓?fù)潢P(guān)系的自動(dòng)建立

島的判斷

1）找出多邊形互相包含的情況.A、計(jì)算所有多邊形的面積。B、分別對(duì)面積為正的多邊形和面積為負(fù)的多邊形排序。C、從面積為正的多邊形中，順序取每個(gè)多邊形，取完為止。若負(fù)面積多邊形個(gè)數(shù)為0，則結(jié)束。D、找出該多邊形所包含的所有面積為負(fù)的多邊形，并把這些面積為負(fù)的多邊形加入到包含它們的多邊形中，轉(zhuǎn)C。P1P2P32/1/202380矢量數(shù)據(jù)拓?fù)潢P(guān)系的自動(dòng)建立二、多邊形拓?fù)潢P(guān)系的自動(dòng)建立

島的判斷

2）正面積多邊形包含的負(fù)面積多邊形是關(guān)鍵.A、找出所有比該正面積多邊形面積小的負(fù)面積多邊形。B、用外接矩形法去掉不可能包含的多邊形。即負(fù)面積多邊形的外接矩形不和

該正面積多邊形的外接矩形相交或被包含時(shí)，則不可能為該正面積多邊形

包含。C、取負(fù)面積多邊形上的一點(diǎn)，看是否在正面積多邊形內(nèi)，若在內(nèi)，則被包含；

若在外，則不被包含。

確定多邊形的屬性

多邊形以內(nèi)點(diǎn)標(biāo)識(shí)。內(nèi)點(diǎn)與多邊形匹配后,內(nèi)點(diǎn)的屬性常賦于多邊形.P1P2P32/1/2023815.6圖形裁剪與拼接P762/1/202382一、圖形的裁剪--開窗處理1、方式：正窗：提取窗口內(nèi)的數(shù)據(jù)。

負(fù)窗：提取窗口外的數(shù)據(jù)子集。

矩形窗和多邊形窗。2/1/202383二、圖幅接邊（邊界匹配）—形成無縫數(shù)據(jù)庫不同圖幅的連接：自動(dòng)、手工第一種方法：是小心地修改空間數(shù)據(jù)庫中點(diǎn)的坐標(biāo)，以維護(hù)數(shù)據(jù)庫的連續(xù)性；第二種方法：是先對(duì)準(zhǔn)兩幅圖的一條邊緣線，然后再小心地調(diào)整其它線段使其取得連續(xù)。數(shù)字化邊界調(diào)整2/1/2023841、目的：將分幅數(shù)字地圖拼接，以便加入大型數(shù)據(jù)庫，或輸出較大范圍的圖形。由于數(shù)字化誤差等原因，邊沿需要處理。

2/1/2023852、圖幅接邊的步驟step1、識(shí)別和檢索相鄰圖幅的數(shù)據(jù)在相鄰兩圖幅間進(jìn)行。用圖幅編號(hào)來控制。為減小調(diào)入的數(shù)據(jù)量，一般只提取邊界2cm范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)作為匹配的目標(biāo)。2/1/202386step2、相鄰圖幅邊界點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)的匹配1、可以匹配銜接的弧段：邊界兩條弧段的左右碼相同或相反；同名邊界點(diǎn)坐標(biāo)在一定范圍內(nèi)。2、匹配方法以一條弧段（鏈）為單元處理。當(dāng)邊界點(diǎn)位于兩結(jié)點(diǎn)之間時(shí)，分別取出兩相關(guān)結(jié)點(diǎn)，按結(jié)點(diǎn)間線段鏈方向的一致性進(jìn)行數(shù)據(jù)的記錄與存儲(chǔ)。2/1/202387邊沿匹配前原始數(shù)據(jù)匹配邊沿匹配后數(shù)據(jù)2/1/202388step3、相同屬性多邊形公共邊界線的刪除

通過邊沿處理，組成較大區(qū)域的連續(xù)圖幅的數(shù)據(jù)后，需對(duì)屬性相同的圖斑合并。2/1/2023893、圖幅接邊的分類幾何裂縫：指由數(shù)據(jù)文件邊界分開的一個(gè)地物的兩部分不能精確地銜接。--幾何接邊邏輯裂縫：同一地物編碼不同或具有不同的屬性信息，如公路的寬度，等高線高程等。---邏輯接邊

2/1/2023901、幾何接邊人工接邊接邊直接移動(dòng)，突變回縮2-3個(gè)點(diǎn)減少突變2/1/2023912、邏輯接邊1）檢查同一地物在相鄰圖幅的地物編碼和屬性值是否一致，不一致，進(jìn)行人工編輯。2）將同一地物在相鄰圖幅的空間數(shù)據(jù)在邏輯上連在一起。2/1/202392A3AA1A2Oid指針AA1A2A3總目標(biāo)文件邏輯接邊Oid…KeyAA1Oid…KeyAA2Oid…KeyAA32/1/2023935.7空間數(shù)據(jù)插值P822/1/202394一、空間數(shù)據(jù)內(nèi)插概念設(shè)已知一組空間數(shù)據(jù)，它們可以是離散點(diǎn)的形式，也可以是分區(qū)數(shù)據(jù)的形式，空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插就是從這些數(shù)據(jù)中找到一個(gè)函數(shù)關(guān)系式，使該關(guān)系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(guān)系式推求出區(qū)域范圍內(nèi)其他任意點(diǎn)或任意分區(qū)的值。2/1/202395

整體擬合技術(shù)：擬合模型是由研究區(qū)域內(nèi)所有采樣點(diǎn)上的全部特征觀測(cè)值建立的。通常采用的技術(shù)是整體趨勢(shì)面擬合。這種內(nèi)插技術(shù)一般用于模擬大范圍內(nèi)的變化，而不能