空間數(shù)據(jù)的輸入與處理

空間數(shù)據(jù)的輸入與編輯用掃描數(shù)字化儀，按行和列逐點掃描地圖，將掃描數(shù)據(jù)進行重采樣和再編碼，得到網(wǎng)格數(shù)據(jù)運用矢量數(shù)據(jù)柵格化技術(shù)，將矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為柵格數(shù)據(jù)將經(jīng)過分類解釋的遙感影像數(shù)據(jù)直接輸入或重采樣和再編碼后輸入系統(tǒng)。一、柵格數(shù)據(jù)獲取方式：二、矢量數(shù)據(jù)錄入方式：1.鍵盤錄入2.鼠標錄入

使用鼠標錄入，通常是將地圖掃描后，作為底圖顯示在屏幕上，用鼠標參照底圖進行采點。由于鼠標定位不如數(shù)字化儀精確，所以一般用于輸入一些示意圖。3.手扶跟蹤數(shù)字化（ManualDigitising）其具體的輸入方式與地理信息系統(tǒng)軟件的實現(xiàn)有關(guān)，另外一些GIS系統(tǒng)也支持用數(shù)字化儀輸入非空間信息，如等高線的高度，地物的編碼數(shù)值等等。使用數(shù)字化儀進行數(shù)字化叫做手扶跟蹤數(shù)字化。數(shù)字化儀有一個內(nèi)置的電子網(wǎng)，用來感知游標的位置。操作者只要將游標的十字絲對準測量點后點擊游標的按鈕即可將點的x，y坐標傳送到與之相連的計算機。大尺寸的數(shù)字化儀的絕對精度通?？蛇_0.001in（1）基本概念a.應(yīng)用于已有地圖的數(shù)字化。b.可以輸入：點地物、線地物以及多邊形邊界的坐標。地圖預(yù)處理主要包括三個方面的工作：其一是對地圖的質(zhì)量進行必要的處理，諸如地圖的褶痕處理、變形處理、線劃處理等，使得數(shù)字化原圖具有可靠的精度；（2）在進行數(shù)字化之前的準備工作：其二是地圖投影處理，確定原圖的投影類型，并獲取相應(yīng)的投影參數(shù)，如果是在已經(jīng)存在的數(shù)字地圖中添加要素，還需要確定數(shù)字圖與原圖是否屬于相同的投影、是否需要轉(zhuǎn)換，并確定轉(zhuǎn)換參數(shù)；其三是控制點確定，控制點是建立數(shù)字地圖地理坐標系統(tǒng)的基礎(chǔ)，對于有坐標格網(wǎng)或經(jīng)緯格網(wǎng)的地圖，可以直接應(yīng)用格網(wǎng)點作為控制點，而對于沒有格網(wǎng)點的地圖來說，就需要選擇可以標識的明顯的地物點，諸如河流交叉點、道路交叉點等作為控制點。其次要確定需要數(shù)字化哪些信息。例如：在目前由于大多數(shù)GIS軟件對空間數(shù)據(jù)采用分層管理，所以要確定輸入哪些圖層，以及每個圖層包含的具體內(nèi)容。 在上述準備工作的基礎(chǔ)上，就可以開始數(shù)字化，地圖數(shù)字化的第一步工作就是地圖的定向（Registering）。地圖定向主要是完成兩項任務(wù)：一是將數(shù)字化儀平面與地圖文檔中的數(shù)字地圖平面連接起來。二是將所需要的地理坐標系統(tǒng)賦予數(shù)字地圖，以便進行地圖要素的數(shù)字轉(zhuǎn)換。

地圖定位操作首先將原始地圖粘貼在數(shù)字化儀上，然后進行地圖定位操作，主要包括控制點位置的數(shù)字化（Digitizing）和控制點坐標的輸入兩個方面。借助數(shù)字化儀和地圖編輯選擇對話框（EditingOption），每確定一個控制點就輸入相應(yīng)的坐標值，通常需要4個基本的控制點。 一旦確定了4個控制點，系統(tǒng)就自動計算定向誤差，包括單點定向誤差和定向中誤差的平均值。，如果誤差太大，則需要仔細檢查誤差形成的原因，必要時應(yīng)該調(diào)整控制點。注意：由于數(shù)字化過程不可能一次完成，在兩次輸入之間地圖的位置可能相對于數(shù)字化板發(fā)生錯動，這樣前后兩次錄入的坐標就會偏移或旋轉(zhuǎn)。解決該問題的辦法就是在每次錄入之前，先輸入控制點，這些點相對于地圖的位置是固定的，這樣兩次輸入的內(nèi)容就可以根據(jù)定位點坐標之間的關(guān)系進行匹配。（3）數(shù)字化儀采用的兩種數(shù)字化方式點方式是當錄入人員按下游標(Puck)的按鍵時，向計算機發(fā)送一個點的坐標。1.點方式（PointMode）a.點狀地物：必須使用點輸入方式；b.線和多邊形地物的錄入可以使用點方式，在輸入時，輸入者可以有選擇地輸入曲線上的采樣點，而采樣點必須能夠反映曲線的特征。2.流方式（StreamMode）流方式錄入能夠加快線或多邊形地物的錄入速度，在錄入過程中，當錄入人員沿著曲線移動游標時，能夠自動記錄經(jīng)過點的坐標。采用流方式錄入曲線時，往往采集點的數(shù)目要多于點方式，造成數(shù)據(jù)量過大。

解決的方案：在整個曲線錄入完畢后，使用曲線離散化算法去掉一些非特征點。目前大多數(shù)系統(tǒng)采取兩種采樣原則，即距離流方式（DistanceStream）和時間流方式（TimeStream）(如圖)

時間流與距離流比較采用時間流方式錄入時，一個優(yōu)點是當錄入曲線比較平滑時，錄入人員往往移動游標比較快，這樣記錄點的數(shù)目少；而曲線比較彎曲時，游標移動較慢，記錄點的數(shù)目就多。而采用距離流方式時，容易遺漏曲線拐點，從而使曲線形狀失真。所以在保證曲線的形狀方面，時間流方式要優(yōu)于距離流方式。在實際的錄入過程中，可以根據(jù)不同的錄入對象選擇不同的錄入方式。例如：當錄入地塊圖時，由于其邊界多為直線，并且點的數(shù)據(jù)較少，可以采用點方式錄入； 錄入交通線時，因為要保證某些特征點位置的準確性，也可以使用點方式； 而等高線的錄入由于數(shù)據(jù)量大，使用流方式可以加快錄入速度。（4）ARCINFO提供命令幫助使用者進行數(shù)字化ARCSNAP命令允許使用者指定距離，在該距離內(nèi)的弧段將被“捕捉”到已有的弧段。NODESNAP命令具有與ARCSNAP命令同樣的功能，只不過它是把一個節(jié)點捕捉到已有的節(jié)點。INTERSECTARCS命令可以計算弧段交叉點數(shù)量以及在交叉點上添加節(jié)點?；《尾蹲饺莶钪凳沟靡粭l弧段的末端被捕捉到另一條已有的弧段。左圖示數(shù)字化弧段超延，因為超延部分小于弧段捕捉容差值，該數(shù)字化弧段的末端被捕捉到已有的弧段?；《尾蹲饺莶罟?jié)點捕捉容差值可使節(jié)點捕捉到一起，左圖示數(shù)字化弧段未達到本應(yīng)到達的終點。由于兩節(jié)點間距小于節(jié)點捕捉容差值，該弧段的末端被捕捉到另一個節(jié)點。節(jié)點捕捉容差相交弧段選項計算弧段相交點，并在相交點上添加節(jié)點，左圖示相交處未添加節(jié)點的數(shù)字化弧段，右圖示用相交弧段選項創(chuàng)建了節(jié)點。數(shù)字化時注意要點：a.線或多邊形要素的數(shù)字化也可以分為分離模式或連續(xù)模式。在分離模式中操作者要注意遵循弧段——節(jié)點的拓撲關(guān)系。線段會合或相交處的點作為節(jié)點數(shù)字化。在連續(xù)模式又稱未結(jié)構(gòu)化數(shù)字化中，操作者在對長且連續(xù)線條數(shù)字化時，GIS軟件包在數(shù)字化過程中會自動建立弧段——節(jié)點關(guān)系。b.每個多邊形必須在邊界內(nèi)添加一個標識由于矢量數(shù)據(jù)模型將多邊形做為一系列線條，所以多邊形要素數(shù)字化與線條數(shù)字化相同，單每個多邊形必須在邊界內(nèi)添加一個標識，這個標識用于將多邊形和屬性數(shù)據(jù)相連。c.在對具有公共邊界GIS數(shù)據(jù)庫的不同圖層進行數(shù)字化時，綜合處理的方法是十分有效的，例如，土壤、植被類型和土地利用類型在同一個研究區(qū)內(nèi)可能享有公共的邊界，對這些邊界只數(shù)字化一次并用于各圖層，不僅可以節(jié)省數(shù)字化的時間，而且可以確保各圖層的匹配。d.雙線在對線或多邊形要素進行數(shù)字化的一條經(jīng)驗法則是每條線僅數(shù)字化一次，這樣可以避免雙線出現(xiàn)。高精度的數(shù)字化儀較少出現(xiàn)雙線，實際上，雙線之間形成了一系列的小多邊形，這在編輯中較難訂正。一種減少雙線數(shù)量的方法是：在源地圖上蒙上一張透明紙，當一條線被數(shù)字化之后即在透明紙上作標記。該方法還可以減少線條丟失的數(shù)量。在編輯中，雙重線將導(dǎo)致一些問題。上圖顯示同一弧段被數(shù)字化兩次。在圖層的拓撲關(guān)系建立之后，雙重線的相交點將產(chǎn)生節(jié)點。在下圖的雙線之間產(chǎn)生了一系列小多邊形，在編輯中要將多余的弧段除去。4.掃描矢量化

由于手扶跟蹤數(shù)字化需要大量的人工操作，使得它成為以數(shù)字為主體的應(yīng)用項目瓶頸。掃描技術(shù)的出現(xiàn)無疑為空間數(shù)據(jù)錄入提供了有力的工具。在掃描后處理中，需要進行柵格轉(zhuǎn)矢量的運算，一般稱為掃描矢量化過程。掃描矢量化可以自動進行，但是掃描地圖中包含多種信息，系統(tǒng)難以自動識別分辨，所以在實際應(yīng)用中，常常采用交互跟蹤矢量化，或者稱為半自動矢量化。例如，在一幅地形圖中，有等高線、道路、河流等多種線地物，盡管不同地物有不同的線型、顏色，但是對于計算機系統(tǒng)而言，仍然難以對它們進行自動區(qū)分）掃描矢量化以及處理流程

基本坐標變換（幾何變換、幾何糾正）在投影變換過程中，有以下三種基本的操作：平移、旋轉(zhuǎn)和縮放。1.平移(a)平移2.縮放(b)縮放3.旋轉(zhuǎn)在地圖投影變換中，經(jīng)常要應(yīng)用旋轉(zhuǎn)操作，實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)操作要用到三角函數(shù)，假定順時針旋轉(zhuǎn)角度為θ，其公式為：X’=Xcosθ+YsinθY’=-Xsinθ+Ycosθ

(c)圖形旋轉(zhuǎn)4.仿射變換（AffineTranformation）仿射變換圖形修改造成數(shù)字化錯誤的具體原因1）遺漏某些實體；2）某些實體重復(fù)錄入；3）定位的不準確，原因包括：數(shù)字化儀分辨率人的因素是位置不準確的主要原因，在手扶跟蹤數(shù)字化過程中，難以實現(xiàn)完全精確的定位。

空間數(shù)據(jù)編輯涉及兩類錯誤：定位錯誤,與地圖要素定位有關(guān)的錯誤。諸如多邊形缺失、線條扭曲等拓撲錯誤,如懸掛弧段和未閉合多邊形等，是與地圖要素拓撲關(guān)系有關(guān)的錯誤。數(shù)字化錯誤類型1.未及或欠線頭（undershoot）與過伸（overshoot）例如在水系的錄入中，將支流的終點恰好錄入在干流上基本上是不可能的，更常見的是圖（b）和（c）所示的兩種情況。拓撲錯誤類型未及（undershoot）：一種數(shù)字化錯誤類型，導(dǎo)致弧段之間存在縫隙而未接合。過伸（overshoot）：一種數(shù)字化錯誤類型，它導(dǎo)致弧段過長。未及和過伸都會產(chǎn)生懸掛弧段和懸掛節(jié)點，懸掛弧段：一條在其左右兩側(cè)為相同的多邊形的弧段，在弧段的終點則產(chǎn)生懸掛節(jié)點。2.懸掛弧段（danglingarc）與懸掛節(jié)點（danglingnode）過伸和未及數(shù)字化錯誤產(chǎn)生懸掛弧段和懸掛節(jié)點懸掛節(jié)點（DanglingNode），如果一個節(jié)點只與一條線相連接，那么該節(jié)點稱為懸掛節(jié)點，懸掛節(jié)點有多邊形不封閉、不及和過頭，節(jié)點不重合等幾種情形。偽節(jié)點使一條完整的線變成兩段（如圖），造成偽節(jié)點的原因常常是沒有一次錄入完畢一條線。3.偽節(jié)點（PseudoNode） 碎屑多邊形（如圖）一般由于重復(fù)錄入引起，由于前后兩次錄入同一條線的位置不可能完全一致，造成了“碎屑”多邊形。另外，由于用不同比例尺的地圖進行數(shù)據(jù)更新，也可能產(chǎn)生“碎屑”多邊形。4.“碎屑”多邊形或“條帶”多邊形（SliverPolygon）不正規(guī)的多邊形是由于輸入線時，點的次序倒置或者位置不準確引起的。在進行拓撲生成時，同樣會產(chǎn)生“碎屑”多邊形。

5.不正規(guī)的多邊形（WeirdPolygon）6.弧段方向也可能是一種拓撲錯誤7.多標識點錯誤拓撲編輯基于拓撲的GIS軟件包能發(fā)現(xiàn)和顯示拓撲錯誤，并能有輕松消除拓撲錯誤的功能?；谕負涞膅is軟件包有：ARCINFO、AutoCADMap、MGE、等非拓撲的GIS軟件包不能發(fā)現(xiàn)拓撲錯誤和建立拓撲關(guān)系，雖然它可用于地圖要素的數(shù)字化和編輯。非拓撲的GIS軟件包括：Arcview、mapinfo、arcinfo8中的arcmap是設(shè)計用于數(shù)據(jù)顯示和編輯，其當前版本不具有顯示拓撲錯誤的能力。訂正數(shù)字化錯誤全局方法懸掛長度（danglelength）：用于ARCINFO的容差值，它指定了輸入圖層的懸掛弧段的最小長度。模糊容差（fuzzytolerance）：用于ARCINFO的一種容限值，它指定了輸出圖層中兩個弧段節(jié)點的最小距離。由CLEAN命令設(shè)定懸掛長度，若出頭長度小于設(shè)定長度時過伸可被消除，在本圖中，過伸（a）被消除，而過伸（b）被保留ab指定懸掛長度由clean命令設(shè)置模糊容差值，若雙線之間的縫隙小于所設(shè)置的模糊容差值，就能將雙線捕捉。在本圖中，虛線左側(cè)的雙線可被捕捉而右側(cè)的不被捕捉。指定模糊容差局部模式節(jié)點捕捉（nodesnap）：用于arcinfo的捕捉節(jié)點的容差值編輯距離（editdistance）：用于arcinfo的一種容差值，它指定了選擇要素的搜索半徑，用于編輯編輯距離應(yīng)當設(shè)置得足夠大以便于計算機選擇需要編輯的弧段，但是，如果設(shè)置的太大，計算機可能選擇錯誤的弧段。指定的編輯距離下列是用局部方法消除數(shù)字化錯誤的小結(jié)未及：通過數(shù)字化或利用諸如ARC/INFO中的EXTEND命令等功能，延長該弧段直至與目標弧段在新節(jié)點接合。ARC/INFO中的SPLIT命令可在指定位置上對弧段插入一個新節(jié)點。過伸：過伸可在選定范圍內(nèi)被消除，在圖層被“cleaned”之后，過伸將成為一條孤立弧段而被刪除。雙重弧段：一種解決方法是小心地選擇出多余的弧段并刪除它，另一種方法是在方框范圍內(nèi)先把所有雙重弧段刪除，而后重新數(shù)字化?；《畏较蝈e誤：弧段方向可通過諸如ARC/INFO中的FLIP命令改變起止節(jié)點的相對位置來改變。偽節(jié)點：通過先設(shè)定偽節(jié)點兩頭的兩弧段相同ID值，再用ARC/INFO中的UNSPLIT命令即可消除偽節(jié)點。有時，假節(jié)點能夠揭示缺失的弧段，缺失弧段的終止點已作為節(jié)點鍵入，但未相連。標識錯誤：在一個多邊形圖層中缺失標識點，必須用正確ID值加上新標識點。如果一個多邊形有多個標識點，多余的標識點必須選出并刪除。如前所述，多重標識意味著存在未閉合的多邊形，這一問題可通過將多邊形閉合來解決?；《握危和ㄟ^將構(gòu)成弧段的點（vertice