第二章 1-2節(jié) 城市地理信息系統(tǒng)的技術(shù)及方法

城市地理信息系統(tǒng)

UrbanGeographicInformationSystem

四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院李豪GIS——通向數(shù)字地球的橋梁第二章UGIS的技術(shù)和方法2.1UGIS數(shù)據(jù)的獲取2.2UGIS數(shù)據(jù)處理2.3城市空間數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)2.4WebUGIS原理與方法2.1UGIS數(shù)據(jù)的獲取2.1.1UGIS的數(shù)據(jù)組成及其特點(diǎn)2.1.2UGIS空間數(shù)據(jù)獲取四川農(nóng)業(yè)大學(xué)創(chuàng)辦于1906年，位于雅安市雨城區(qū)新康路46號(hào)，占地總面積約4500畝，學(xué)校現(xiàn)有各類(lèi)全日制在校生28000余人。時(shí)間（時(shí)間數(shù)據(jù)）地點(diǎn)（空間數(shù)據(jù)）屬性（屬性數(shù)據(jù)）屬性（屬性數(shù)據(jù)）元數(shù)據(jù)（MetaData）元數(shù)據(jù)（MetaData）

“Meta”是一個(gè)希臘語(yǔ)詞根，意思是“改變”，“Metadata”一詞的原意是關(guān)于數(shù)據(jù)變化的描述一般都認(rèn)為元數(shù)據(jù)就是“關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)”，即對(duì)數(shù)據(jù)的描述元數(shù)據(jù)的內(nèi)容

1）對(duì)數(shù)據(jù)集的描述，對(duì)數(shù)據(jù)集中各數(shù)據(jù)項(xiàng)、數(shù)據(jù)來(lái)源、數(shù)據(jù)所有者等的說(shuō)明

2）對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量的描述，如數(shù)據(jù)精度、數(shù)據(jù)的邏輯一致性、數(shù)據(jù)完整性、分辨率等

3）對(duì)數(shù)據(jù)處理信息的說(shuō)明，如量綱的轉(zhuǎn)換等

4）對(duì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法的描述

5）對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的更新、集成等的說(shuō)明元數(shù)據(jù)的主要作用幫助數(shù)據(jù)生產(chǎn)單位有效地管理和維護(hù)空間數(shù)據(jù)提供有關(guān)數(shù)據(jù)生產(chǎn)單位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分類(lèi)、數(shù)據(jù)內(nèi)容、數(shù)據(jù)質(zhì)量及數(shù)據(jù)銷(xiāo)售等方面的信息，便于用戶(hù)查詢(xún)、檢索地理空間數(shù)據(jù)提供通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢(xún)檢索的方法或途徑，以及與數(shù)據(jù)交換和傳輸有關(guān)的輔助信息幫助用戶(hù)了解數(shù)據(jù)，以便就數(shù)據(jù)是否能滿足其需求作出正確的判斷元數(shù)據(jù)的獲取數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)的獲取是個(gè)較復(fù)雜的過(guò)程，可以概括為三個(gè)階段和五種方法三個(gè)階段數(shù)據(jù)收集前：根據(jù)要建設(shè)的數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容而設(shè)計(jì)的元數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)收集中：隨數(shù)據(jù)的形成同步產(chǎn)生數(shù)據(jù)收集后：在上述數(shù)據(jù)收集到以后，根據(jù)需要產(chǎn)生的，包括：數(shù)據(jù)處理過(guò)程描述、數(shù)據(jù)的利用情況、數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估、瀏覽文件的形成、拓?fù)潢P(guān)系、影像數(shù)據(jù)的指示體及指標(biāo)、數(shù)據(jù)集大小、數(shù)據(jù)存放路徑等獲取的方法鍵盤(pán)輸入、關(guān)聯(lián)表、測(cè)量法、計(jì)算法和推理法2.1.1UGIS的數(shù)據(jù)組成及其特點(diǎn)非空間數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)（SpatialData）又稱(chēng)幾何數(shù)據(jù)，是用來(lái)表示物體位置、形態(tài)、大小、分布等各方面的信息，是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中的具有定位意義的事物和現(xiàn)象的定量描述2.1.1.1空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)空間數(shù)據(jù)矢量數(shù)據(jù)(圖形)柵格數(shù)據(jù)(圖像)矢量格式1234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647中國(guó)土地覆蓋類(lèi)型遙感綜合分類(lèi)圖(柵格格式)708090100110120130901001101204030203040501矢量（圖形）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是通過(guò)記錄地理實(shí)體坐標(biāo)（坐標(biāo)對(duì)、坐標(biāo)串和封閉的坐標(biāo)串）的方式精確的表示點(diǎn)、線、面、體等實(shí)體空間位置和形狀。矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（點(diǎn)、線、面、體）拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：點(diǎn)相對(duì)獨(dú)立，點(diǎn)連成線，線構(gòu)成面曲面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（TIN數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）點(diǎn)實(shí)體（Point）美國(guó)佛羅里達(dá)州地震監(jiān)測(cè)站2002年9月該州可能的500個(gè)地震位置由一對(duì)坐標(biāo)（x，y）表示，抽象的點(diǎn)，有位置沒(méi)有形狀也沒(méi)有大小，如：井位、鉆孔、高程點(diǎn)等簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)線實(shí)體（Line）有長(zhǎng)度，但無(wú)寬度和高度，用一串有次序的坐標(biāo)表示，如：河流、街道、等高線等度量實(shí)體距離香港城市道路網(wǎng)分布簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)面實(shí)體（Area）具有長(zhǎng)和寬的目標(biāo)通常用來(lái)表示自然或人工的封閉不規(guī)則多邊形，如地塊、高程面等一般分為連續(xù)面和不連續(xù)面中國(guó)土地利用分布圖（連續(xù)面）簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不連續(xù)面面是由線圍起來(lái)的封閉的不規(guī)則多邊形注意：實(shí)際使用時(shí)也要受存儲(chǔ)量的限制如小比例尺地圖數(shù)據(jù)庫(kù)中的河流不能表示出實(shí)際的寬度變化；大比例尺地圖數(shù)據(jù)庫(kù)中的房屋邊界，也往往略去一些小的轉(zhuǎn)折面目標(biāo)的表達(dá)體實(shí)體（Volume）有長(zhǎng)、寬、高的目標(biāo)通常用來(lái)表示人工或自然的三維目標(biāo)，如建筑、礦體等三維目標(biāo)空間實(shí)體實(shí)際上是點(diǎn)、線、面、體多種要素的復(fù)雜組合，即空間實(shí)體常常被認(rèn)為由一些基本的空間單元組合生成；這種組合既表示了不同類(lèi)型的空間關(guān)系，也同時(shí)組合成不同的實(shí)體類(lèi)型實(shí)體類(lèi)型組合

實(shí)體類(lèi)型組合圖例（2）拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在地理信息系統(tǒng)中用拓?fù)潢P(guān)系來(lái)描述并確定空間的點(diǎn)、線、面之間關(guān)系及屬性，并可實(shí)現(xiàn)查詢(xún)和檢索拓?fù)洌═opology）——來(lái)源于希臘文關(guān)心的是空間的點(diǎn)、線、面之間的聯(lián)接關(guān)系，而不管實(shí)際圖形的幾何形狀。幾何形狀相差很大的圖形，它們的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)卻可能相同四色定理加州俄勒岡內(nèi)華達(dá)亞利桑那猶他拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的空間元素拓?fù)鋵W(xué)是幾何學(xué)的一個(gè)分支，其基本元素：結(jié)點(diǎn)（Node）：3條或3條以上弧段（坐標(biāo)鏈）的交點(diǎn)弧段（Arc）：相鄰兩結(jié)點(diǎn)之間的坐標(biāo)鏈。多邊形（Polygon）（圖斑或面）：有限弧段組成的封閉區(qū)起點(diǎn)終點(diǎn)中間點(diǎn)弧段1弧段3弧段2弧段4點(diǎn):面:弧:地理數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系拓?fù)溧徑樱涸刂g的拓?fù)潢P(guān)系拓?fù)潢P(guān)聯(lián)：元素之間的拓?fù)潢P(guān)系拓?fù)浒涸刂g的拓?fù)潢P(guān)系不同類(lèi)同類(lèi)同類(lèi)不同級(jí)鄰接：同類(lèi)元素之間的拓?fù)潢P(guān)系，N1/N4，P1/P3……關(guān)聯(lián)：不同類(lèi)元素之間的拓?fù)潢P(guān)系，N1/C1、C3、C6，N2/C1、C2、C5……包含：同類(lèi)但不同級(jí)的元素之間的拓?fù)潢P(guān)系，P2包含P4

空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)鄰接相交重合相離包含點(diǎn)—點(diǎn)點(diǎn)—線點(diǎn)—面線—面面—面線—線拓?fù)潢P(guān)系：空間對(duì)象的位置及與相鄰對(duì)象的空間關(guān)系（3）曲面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（不規(guī)則三角網(wǎng)TIN）2柵格（圖像）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用密集正方形（或三角形，多邊形）將地理區(qū)域劃分為網(wǎng)格陣列，其中每個(gè)柵格也稱(chēng)“像元”或“像素”。根據(jù)所表示的信息，各個(gè)像元可用不同的“灰度值”來(lái)表示，但每個(gè)像元被認(rèn)為是內(nèi)部一致的基本單元。柵格數(shù)據(jù)文件類(lèi)型：TIF、JPG、IMG……

柵格數(shù)據(jù)單元可以是三角形、四邊形、六邊形。不同幾何特征：相同方向性——正方形和六邊形；可再分性——正方形和三角形對(duì)稱(chēng)性——六邊形

柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：坐標(biāo)系與描述參數(shù)Y：列X：行西南角格網(wǎng)坐標(biāo)（XWS，YWS）格網(wǎng)分辨率位置由行，列號(hào)定義，屬性為柵格單元的值22122332333233323332點(diǎn)：由單個(gè)柵格表達(dá)線：由沿線走向有相同屬性取值的一組相鄰柵格表達(dá)面：由沿線走向有相同屬性取值的一片柵格表達(dá)

柵格數(shù)據(jù)表示的是二維表面上的地理數(shù)據(jù)的離散化數(shù)值在柵格數(shù)據(jù)中，地表被分割為相互鄰接、規(guī)則排列的地塊，每個(gè)地塊與一個(gè)象元相對(duì)應(yīng)柵格數(shù)據(jù)的比例尺就是柵格(像元)的大小與地表相應(yīng)單元的大小之比，當(dāng)像元所表示的面積較大時(shí)，對(duì)長(zhǎng)度、面積等的量測(cè)有較大影響。每個(gè)象元的屬性是地表相應(yīng)區(qū)域內(nèi)地理數(shù)據(jù)的近似值，因而有可能產(chǎn)生屬性方面的偏差柵格數(shù)據(jù)表示的空間是不連續(xù)的，且與實(shí)物存在一定的偏差。上圖說(shuō)明：本為一直線（圖A），卻表示為圖B中的折線柵格（圖像）數(shù)據(jù)AB34二值圖像如果一個(gè)圖像的灰度值只有兩種，通常用“1”表示前景元素，用“0”表示背景元素，則這個(gè)圖像也稱(chēng)“二值圖像”典型的柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有：遙感影像、數(shù)字高程模型DEM和數(shù)字正射影像DOMJejuIsland，2000.4.6矢量+柵格矢量數(shù)據(jù)優(yōu)點(diǎn)：表示地理數(shù)據(jù)的精度較高嚴(yán)密的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)量小完整的描述空間關(guān)系圖形輸出精確美觀圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的恢復(fù)、更新、綜合都能實(shí)現(xiàn)面向目標(biāo)，不僅能表達(dá)屬性，而且能方便的記錄每個(gè)目標(biāo)的具體屬性信息缺點(diǎn)：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜矢量疊置較為復(fù)雜數(shù)學(xué)模擬比較困難技術(shù)復(fù)雜，特別是軟硬件柵格數(shù)據(jù)優(yōu)點(diǎn)：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單空間數(shù)據(jù)的疊置和組合方便各類(lèi)空間分析很易于進(jìn)行數(shù)學(xué)模擬方便缺點(diǎn)：圖形數(shù)據(jù)量大用大像元減少數(shù)據(jù)量時(shí)，精度和信息量受損地圖輸出不美觀難以建立網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系投影變換比較費(fèi)時(shí)

在GIS建立過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)應(yīng)用目的要求、實(shí)際應(yīng)用特點(diǎn)、可能獲得的數(shù)據(jù)精度以及地理信息系統(tǒng)軟件和硬件配制情況，在矢量和柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中選擇合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是人們最熟悉的圖形表達(dá)形式，對(duì)于線劃地圖來(lái)說(shuō)，用矢量數(shù)據(jù)來(lái)記錄往往比用柵格數(shù)據(jù)節(jié)省存貯空間。相互連接的線網(wǎng)絡(luò)或多邊形網(wǎng)絡(luò)則只有矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模式才能做到，因此矢量結(jié)構(gòu)更有利于網(wǎng)絡(luò)分析（交通網(wǎng)，供、排水網(wǎng)，煤氣管道，電纜等）和制圖應(yīng)用。矢量數(shù)據(jù)表示的數(shù)據(jù)精度高，并易于附加對(duì)制圖物體的屬性的描述。矢量數(shù)據(jù)只能在矢量式數(shù)據(jù)繪圖機(jī)上輸出。矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的選擇

柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一種影像數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，適用于遙感圖像的處理。它與制圖物體的空間分布特征有著簡(jiǎn)單、直觀而嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)于制圖物體空間位置的可探性強(qiáng)，并為應(yīng)用機(jī)器視覺(jué)提供了可能性，對(duì)于探測(cè)物體之間的位置關(guān)系,柵格數(shù)據(jù)最為便捷。

一般來(lái)說(shuō)，大范圍小比例的自然資源、環(huán)境、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、地質(zhì)等區(qū)域問(wèn)題的研究，城市總體規(guī)劃階段的戰(zhàn)略性布局研究等,使用柵格模型比較合適。城市分區(qū)或詳細(xì)規(guī)劃、土地管理、公用事業(yè)管理等方面的應(yīng)用，矢量模型比較合適。矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的選擇456711最短路徑生成102.1.1.2非空間數(shù)據(jù)解譯、調(diào)查城市專(zhuān)題屬性數(shù)據(jù)質(zhì)量描述數(shù)據(jù)時(shí)間因素等屬性語(yǔ)義信息實(shí)體屬性數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)城市結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)數(shù)字、文本、聲音、影像、圖表等形式結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)是對(duì)屬性信息的語(yǔ)義描述，反映空間實(shí)體的本質(zhì)特征，是空間實(shí)體相互區(qū)別的重要標(biāo)識(shí)城市結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)被記錄信息的類(lèi)型,格式等屬性是固定的,如:空間實(shí)體的名稱(chēng)、類(lèi)型、數(shù)量，社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)調(diào)查數(shù)據(jù)，影像成像設(shè)備、像幅、分辨率、灰度級(jí)等由于城市結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)中專(zhuān)題屬性數(shù)據(jù)占有很大的比重,所以直接稱(chēng)其為屬性數(shù)據(jù)學(xué)號(hào)姓名課程名稱(chēng)成績(jī)10001張三數(shù)據(jù)庫(kù)8910002李四Java基礎(chǔ)9810003王平網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)78學(xué)號(hào)姓名考試情況課程名稱(chēng)成績(jī)10001張三數(shù)據(jù)庫(kù)8910002李四Java基礎(chǔ)9810003王平網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)782.1.2UGIS的數(shù)據(jù)獲取2.1.2.1二維數(shù)據(jù)的獲取

2.1.2.2三維城市模型數(shù)據(jù)獲取

數(shù)據(jù)采集在GIS中的地位以數(shù)據(jù)為處理線索硬件∶軟件∶數(shù)據(jù)=1∶2∶7汽油數(shù)據(jù)UGIS數(shù)據(jù)采集原始數(shù)據(jù)內(nèi)部數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)輸入屬性數(shù)據(jù)的輸入空間數(shù)據(jù)的輸入U(xiǎn)GIS數(shù)據(jù)的輸入是指將系統(tǒng)外部的原始數(shù)據(jù)傳輸給系統(tǒng)內(nèi)部，并將這些數(shù)據(jù)從外部格式轉(zhuǎn)換為便于系統(tǒng)處理的內(nèi)部格式的過(guò)程。

2.1.2.1二維數(shù)據(jù)的獲取數(shù)據(jù)來(lái)源與采集方法

數(shù)字化技術(shù)與方法數(shù)據(jù)采集空間數(shù)據(jù)野外實(shí)地測(cè)量地圖數(shù)字化遙感數(shù)據(jù)獲取以GPS為數(shù)據(jù)源遙感數(shù)據(jù)獲取現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查社會(huì)調(diào)查已有的各類(lèi)統(tǒng)計(jì)資料屬性數(shù)據(jù)野外測(cè)量全球定位系統(tǒng)（GPS）63全球定位系統(tǒng)（GPS）

GPS技術(shù)是依靠導(dǎo)航衛(wèi)星來(lái)決定地球上某一位置坐標(biāo)的技術(shù)。GPS所采集的數(shù)據(jù)X，Y，Z坐標(biāo)點(diǎn)，這些點(diǎn)的信息可以以文本的形式存儲(chǔ)，然后根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)和GIS軟件的要求，使用一些很簡(jiǎn)單的程序便能夠?qū)⑵滢D(zhuǎn)換成有拓?fù)潢P(guān)系的圖形。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)（差分）測(cè)量遙感

利用遙感儀器不直接接觸被研究的目標(biāo)，感測(cè)目標(biāo)特征（一般是指反射或發(fā)射電磁波）的信息。將遙測(cè)得到的光學(xué)圖象或數(shù)字圖像經(jīng)過(guò)幾何糾正、信息增強(qiáng)、信息提取及信息復(fù)合和分類(lèi)等影像處理便能得到所需要的信息。用遙感技術(shù)獲取信息有范圍大、速度快、信息廣的特點(diǎn)，長(zhǎng)期在地球軌道上運(yùn)行的遙感衛(wèi)星可時(shí)時(shí)刻刻地向地面?zhèn)魉吞綔y(cè)到的信息。ASTER、LANDSAT（TM、ETM）、MODIS、SPOT5、QuickBird、CBERS……地圖與經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)

野外測(cè)量：全站儀、GPS、移動(dòng)測(cè)繪系統(tǒng)特點(diǎn)：精度高、效率較低適合范圍：小范圍UGIS數(shù)據(jù)采集或局部數(shù)據(jù)更新空間數(shù)據(jù)采集設(shè)備數(shù)字化設(shè)備：數(shù)字化儀、掃描儀、攝影測(cè)量設(shè)備特點(diǎn)：范圍大，速度快使用范圍：大面積UGIS數(shù)據(jù)采集、資源普查等數(shù)字化儀數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站掃描儀空間數(shù)據(jù)采集——流程計(jì)劃調(diào)查編輯處理評(píng)價(jià)準(zhǔn)備收集數(shù)字化數(shù)字化的步驟確定數(shù)字化技術(shù)路線數(shù)字化地圖（2）數(shù)字化技術(shù)與方法1.確定數(shù)字化技術(shù)路線數(shù)字化方式數(shù)字化精度要求選取數(shù)字化底圖選取數(shù)字化要素要素分層分幅數(shù)字化UGIS是以圖層方式管理地圖，點(diǎn)、線、面等地理實(shí)體按其性質(zhì)的不同分別歸入不同的圖層進(jìn)行分層管理要素分層數(shù)據(jù)分層的原則1、特征類(lèi)型：點(diǎn)、線、面分別處于不同層2、特征的邏輯分組：相關(guān)的地物位于同一層，如河流水系組織在一個(gè)層面上，道路組織在一個(gè)層面上，盡管其都是以線特征來(lái)表示的3、應(yīng)使處理更加方便分層：道路中心線道路中心線：高速路、城市道路和對(duì)外交通道路的中心線（一般用于相關(guān)信息的查詢(xún)及檢索）居民地：包括單棟房屋、樓房和街區(qū)分層：居民地分層：開(kāi)放空間綠地：風(fēng)景名勝、城市公園、居住區(qū)公園、小游園等各層疊加后圖像（1）有利于空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的連接（2）有利于組織所需要的各種城市專(zhuān)題地圖（3）有利于提高圖形的顯示速度要素分層優(yōu)點(diǎn)主要有兩種作業(yè)方式：數(shù)字化儀的手扶跟蹤數(shù)字化掃描矢量化特點(diǎn)：簡(jiǎn)便、效率高，但精度比野外測(cè)量低2.地圖數(shù)字化（1）用數(shù)字化儀數(shù)字化地圖數(shù)字化儀用數(shù)字化儀數(shù)字化地圖的技術(shù)路線結(jié)束關(guān)閉數(shù)字化儀端口關(guān)閉數(shù)據(jù)文件否打開(kāi)通訊端口打開(kāi)數(shù)據(jù)文件初始化數(shù)字化儀輸入控制點(diǎn)及其坐標(biāo)讀取x,y坐標(biāo)值圖形顯示x,y坐標(biāo)值輸入無(wú)誤保存數(shù)據(jù)文件刪除該實(shí)體，返回上實(shí)體的尾結(jié)點(diǎn)選擇合適的地圖投影和建立適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系1將地圖進(jìn)行掃描根據(jù)數(shù)字化儀、地圖種類(lèi)、用戶(hù)的要求不同，可得到二值圖像、灰度影像和彩色影像掃描的分辨率一般在300-500dpi2數(shù)據(jù)糾正（2）掃描矢量化3矢量化完全手工矢量化交互式矢量化

自動(dòng)矢量化85①完全手工跟蹤把掃描獲得的圖像作為底圖顯示出來(lái)，操作員用鼠標(biāo)在屏幕上進(jìn)行操作，這和手扶跟蹤數(shù)字化輸入很相似

掃描轉(zhuǎn)換拼接子圖塊裁剪地圖屏幕跟蹤矢量化矢量圖合成、編輯紙質(zhì)地圖空間數(shù)據(jù)庫(kù)地圖配準(zhǔn)②交互式（半自動(dòng)矢量化）是由操作人員用鼠標(biāo)點(diǎn)一下屏幕上需要矢量化的線條，軟件沿著柵格線條找到線的一個(gè)端點(diǎn)或在與其他線條相交處停下來(lái)，提示操作員，由操作員控制需要進(jìn)一步矢量化的方向或下一點(diǎn)，計(jì)算機(jī)則自動(dòng)地記錄下有關(guān)的關(guān)鍵點(diǎn)并連成線③自動(dòng)矢量化方法是由軟件自動(dòng)完成指定區(qū)域內(nèi)的柵格數(shù)據(jù)的矢量化。自動(dòng)矢量化之前，若柵格數(shù)據(jù)中有注記等其他不需要矢量化的部分，要先將其清除二值化細(xì)化矢量化冗余去除斷線修復(fù)要素提取符號(hào)識(shí)別屬性賦值自動(dòng)矢量化圖像上的點(diǎn)的灰度置為0或255，也就是講整個(gè)圖像呈現(xiàn)出明顯的黑白效果。即將256個(gè)亮度等級(jí)的灰度圖像通過(guò)適當(dāng)?shù)拈y值選取而獲得仍然可以反映圖像整體和局部特征的二值化圖像ArcMap軟件

MapGIS軟件Coreldraw軟件

R2V軟件

4.屬性數(shù)據(jù)的輸入及其與空間數(shù)據(jù)的連接屬性數(shù)據(jù)如何輸入？屬性數(shù)據(jù)一般采用鍵盤(pán)輸入，輸入的方式有兩種：一種是對(duì)照?qǐng)D形直接輸入（先建立屬性數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)，再輸入數(shù)據(jù)）；另一種方式是從其他統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)中導(dǎo)入屬性，根據(jù)關(guān)鍵字（例如ID）與圖形數(shù)據(jù)自動(dòng)連接92屬性數(shù)據(jù)的輸入e.g.ArcGIS軟件1.逐要素輸入法2.計(jì)算法ArcGIS:FieldCalculator3.條件輸入法4.外部表格連接法(Join)

通過(guò)對(duì)所有要素或所選定要素采用相同的方法進(jìn)行計(jì)算而獲得屬性值只對(duì)滿足某些條件的要素輸入屬性值通過(guò)公共字段，將外部表格中的數(shù)據(jù)連接到屬性表中圖形編輯屬性數(shù)據(jù)的編輯拓?fù)洳殄e(cuò)與拓?fù)渚庉嫞?）空間數(shù)據(jù)的編輯圖形編輯

是指糾正數(shù)據(jù)采集中出現(xiàn)的各種空間位置錯(cuò)誤，主要包括圖形位置編輯及圖形間關(guān)系的編輯。

結(jié)點(diǎn)不達(dá)結(jié)點(diǎn)超出碎多邊形

常見(jiàn)數(shù)字化錯(cuò)誤：錯(cuò)誤多邊形邊沿不匹配

處理方式圖形編輯：GIS軟件大都提供了此功能，可以通過(guò)刪除（目標(biāo)、屬性等），修改（平移、拷貝、剪切、延長(zhǎng)、分解、合并），插入等方法進(jìn)行處理自動(dòng)糾錯(cuò)：一些GIS軟件如ArcGIS，可以通過(guò)設(shè)置合適的容差，改正結(jié)點(diǎn)不達(dá)或超出、碎多邊形以及邊沿不匹配等問(wèn)題常見(jiàn)數(shù)字化錯(cuò)誤的處理方式屬性數(shù)據(jù)的編輯兩類(lèi)主要問(wèn)題：二是屬性數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。

一是屬性數(shù)據(jù)與地理要素不關(guān)聯(lián)；首先使數(shù)據(jù)處于可編輯狀態(tài)，在圖形上選定編輯對(duì)象，打開(kāi)屬性表，找出要修改的屬性字段，然后輸入正確的屬性，保存后關(guān)閉屬性表即可。編輯處理的一般過(guò)程：2.1.2.2三維城市模型數(shù)據(jù)獲取三維城市模型數(shù)據(jù)獲取的自動(dòng)化水平已經(jīng)成為三維城市地理信息系統(tǒng)建設(shè)的瓶頸之一數(shù)據(jù)精度成本建模效率選用何種數(shù)據(jù)源和建模方法？GoogleEarth——用戶(hù)最多的三維GIS軟件GoogleEarth以三維地球的形式把大量衛(wèi)星圖片、航拍照片和模擬三維圖像組織在一起，使用戶(hù)從不同角度瀏覽地球。GoogleEarth的數(shù)據(jù)主要來(lái)源于商業(yè)遙感衛(wèi)星影像和航片，包括DigitalGlobe公司的QuickBird，IKOONOS及法國(guó)SPOTS特點(diǎn)：GoogleEarth仰仗其強(qiáng)大的技術(shù)實(shí)力和經(jīng)驗(yàn)，以操作簡(jiǎn)單、用戶(hù)體驗(yàn)超群的優(yōu)勢(shì)吸收了全球近十分之一的人口使用發(fā)展歷程：Google于2004年10月收購(gòu)了Keyhole公司，隨之次年6月推出GoogleEarth系列軟件產(chǎn)品方式：GoogleEarth客戶(hù)端軟件提供三個(gè)版本：個(gè)人免費(fèi)版、Plus版、Pro版以及企業(yè)級(jí)解決方案，用于在企業(yè)內(nèi)部安排GoogleEarth應(yīng)用Skyline——最昂貴的三維GIS平臺(tái)SkylineGoogleKeyhole

Skyline與Googleearth

技術(shù)同源花開(kāi)兩支

Skyline公司成立于1996年，技術(shù)起源于以色列軍方，在美國(guó)進(jìn)行產(chǎn)品商業(yè)化，是全球最早專(zhuān)注研究三維數(shù)字地球技術(shù)的公司之一在全球范圍實(shí)施眾多成功案例：如數(shù)字法國(guó)、SkylineGlobe公眾服務(wù)、數(shù)字武夷山擁有目前最先進(jìn)的三維及網(wǎng)絡(luò)海量數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)專(zhuān)利，GoogleEarth采用該專(zhuān)利……TerraExplorer3D可視化用戶(hù)端分析工具開(kāi)放式API數(shù)據(jù)出版可使用本地?cái)?shù)據(jù)利用TerraGate可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)使用遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)TerraGate網(wǎng)絡(luò)3D地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)服務(wù)器將3D數(shù)據(jù)輸入TerraExplorer支持大型數(shù)據(jù)庫(kù)可支持幾千個(gè)同時(shí)的用戶(hù)影像數(shù)據(jù)直接發(fā)布工具DirectConnect基于流的矢量服務(wù)器(SFS)TerraBuilder通過(guò)圖像和地形數(shù)據(jù)建立3D模型將地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)融入其原始格式支持OGC標(biāo)準(zhǔn)支持多處理器并行運(yùn)算SkylineGlobe基于網(wǎng)頁(yè)服務(wù)提供免費(fèi)的在線服務(wù)“商業(yè)”產(chǎn)品企業(yè)解決方案CityMaker——國(guó)產(chǎn)數(shù)字城市三維地理信息平臺(tái)CityMaker?數(shù)字城市技術(shù)由清華城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院數(shù)字城市研究所（THUPDI）和北京偉景行數(shù)字城市科技有限公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)，是面向3DGIS應(yīng)用推出的平臺(tái)級(jí)解決方案。經(jīng)過(guò)自2002年成立以來(lái)多年的研究和開(kāi)發(fā)，已成為目前行業(yè)內(nèi)技術(shù)最成熟和應(yīng)用最為廣泛的三維數(shù)字城市可視化技術(shù)平臺(tái)，為國(guó)內(nèi)外諸多城市級(jí)的數(shù)字化城市建設(shè)提供完整的三維數(shù)字城市解決方案（數(shù)字斯圖加特、虛擬圓明園、上海世博會(huì)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)……）是面向規(guī)劃設(shè)計(jì)師和建筑師的三維輔助設(shè)計(jì)軟件，它將虛擬可視化技術(shù)融入設(shè)計(jì)過(guò)程，讓設(shè)計(jì)師在三維環(huán)境下進(jìn)行城市的設(shè)計(jì)、評(píng)估、分析和交流。它可以與3dsMAX等建模軟件配合使用，支持材質(zhì)編輯和物體運(yùn)動(dòng)編輯，支持火焰、噴泉、爆炸和雨雪等虛擬現(xiàn)實(shí)效果的制作等。CityMakerBuilder是城市級(jí)海量3DGIS數(shù)據(jù)生產(chǎn)與維護(hù)的平臺(tái)，具備海量、多元數(shù)據(jù)的集成、管理能力，支持導(dǎo)入3DS、OSG、MDB等模型數(shù)據(jù)，以及SHP、DWG等矢量數(shù)據(jù)，并支持IMG、SID、ECW、TIF等多種格式的影像數(shù)據(jù)導(dǎo)入，與數(shù)據(jù)庫(kù)方式的柵格數(shù)據(jù)的直接讀取三維城市模型數(shù)據(jù)源傳統(tǒng)地面測(cè)量（GPS、全站儀）遠(yuǎn)距離獲取的數(shù)據(jù)（衛(wèi)星影像、航空影像、機(jī)載激光掃描等）近距離獲取的數(shù)據(jù)（近景攝影、近距激光掃描、人工測(cè)量）利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)三維城市建模方法基于二維GIS的三維城市建模基于影像的三維城市建?；诩す鈷呙璧娜S城市建?；跀z影測(cè)量的三維城市建模將2DGIS中的建筑物輪廓線與建筑物高度（由層數(shù)計(jì)算或其他方式得到）結(jié)合，用簡(jiǎn)單幾何體表達(dá)建筑物外形特征。這種方法最簡(jiǎn)便，同時(shí)三維數(shù)據(jù)量最少，但也與實(shí)際相差最大使用高分辨率衛(wèi)星影像/航空影像進(jìn)行交互式提取。由于影像真實(shí)地反映了城市建筑的所有頂部信息，同時(shí)也反映了建筑物的部分側(cè)面信息以及大部分建筑物附屬信息，因而可以運(yùn)用數(shù)字化結(jié)合人工交互的方式獲取建筑物的外形特征。這種方法能較真實(shí)地獲取所需要的信息，但由于需要人工干預(yù)，工作量也是相當(dāng)大的在地面使用激光掃描儀與GPS，通過(guò)測(cè)距求算獲取。這種方式獲取速度也較快，且所獲取幾何信息相當(dāng)精確，但工作量相當(dāng)大利用解析測(cè)圖儀或全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站可以便捷地從高分辨率航空影像上獲取三維城市模型數(shù)據(jù)．包括數(shù)字地面模型、數(shù)字正射影像、城市固定地物的三維模型數(shù)據(jù)，所以目前攝影測(cè)量方法是獲取三維城市模型數(shù)據(jù)主要方法特征編碼數(shù)據(jù)3DS/MAX三維設(shè)計(jì)模型三維建模與編輯平臺(tái)實(shí)地拍攝紋理影像三維城市景觀模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、模型編輯、紋理映射、屬性定義多媒體屬性數(shù)據(jù)正射影像數(shù)字高程模型貼面紋理影像圖象處理三維城市建模流程圖襄樊市城市規(guī)劃精細(xì)建模效果

空間數(shù)據(jù)的坐標(biāo)變換空間數(shù)據(jù)格式與結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換多源空間數(shù)據(jù)的融合空間數(shù)據(jù)的壓縮與編碼空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插方法圖幅數(shù)據(jù)邊沿匹配處理2.2空間數(shù)據(jù)處理2.2空間數(shù)據(jù)處理空間數(shù)據(jù)的坐標(biāo)變換空間數(shù)據(jù)格式與結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換多源空間數(shù)據(jù)的融合空間數(shù)據(jù)的壓縮與編碼空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插方法圖幅數(shù)據(jù)邊沿匹配處理數(shù)據(jù)壓縮（DataCompression）是指在一定的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間要求下，將相對(duì)龐大的原始數(shù)據(jù)重組為滿足特定條件的數(shù)據(jù)集合，并且能夠使得從該數(shù)據(jù)集合中恢復(fù)出來(lái)的信息與原始數(shù)據(jù)相一致，或者能夠獲得與原始數(shù)據(jù)一樣的使用品質(zhì)空間數(shù)據(jù)壓縮的必要性減少數(shù)據(jù)冗余節(jié)約存貯空間提高運(yùn)算與顯示效率2.2.1空間數(shù)據(jù)的壓縮（1）

概述空間數(shù)據(jù)的壓縮，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)定的程度范圍內(nèi)最好地逼近原集合，而且具有最大的壓縮比a

以矢量曲線為例，式中：m為曲線的原點(diǎn)數(shù)；n為曲線經(jīng)壓縮后的點(diǎn)數(shù)分類(lèi)根據(jù)數(shù)據(jù)質(zhì)量級(jí)別來(lái)分：無(wú)損（lossless）壓縮，有損（lossy）壓縮根據(jù)數(shù)據(jù)類(lèi)型來(lái)分：圖像數(shù)據(jù)壓縮，矢量數(shù)據(jù)壓縮，文本數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)分類(lèi)通用數(shù)據(jù)壓縮（均為無(wú)損壓縮）多媒體數(shù)據(jù)壓縮（無(wú)損和有損壓縮）基于統(tǒng)計(jì)模型的壓縮技術(shù)基于字典模型的壓縮技術(shù)Huffman編碼算術(shù)編碼LZ77LZ78LZW圖像壓縮音頻和視頻壓縮MPEG等二值圖像CCITTJBIG等灰度圖像FELICSJPEG等彩色圖像RLE編碼JPEG等矢量圖像PostScriptWMFCAD等JPG格式TIF格式評(píng)價(jià)準(zhǔn)則：壓縮后的數(shù)據(jù)質(zhì)量數(shù)據(jù)的壓縮程度壓縮算法的復(fù)雜度（2）矢量數(shù)據(jù)的壓縮間隔取點(diǎn)法垂距法偏角法道格拉斯-普克法（Douglas-Peucker）轉(zhuǎn)換坐標(biāo)存儲(chǔ)類(lèi)型偏移量壓縮有損壓縮1.間隔取點(diǎn)法2.垂距法垂距法：以當(dāng)前采樣點(diǎn)到其它兩個(gè)相鄰采樣點(diǎn)連線的距離作為判斷該點(diǎn)去留的標(biāo)準(zhǔn)a.算法具體過(guò)程：設(shè)置合適的距離限差閾值Dmax作為判斷標(biāo)準(zhǔn)。按從起點(diǎn)到終點(diǎn)的順序，依次計(jì)算曲線中間點(diǎn)到其相鄰兩點(diǎn)連線的距離Di，若Di>Dmax，則該點(diǎn)保留，否則刪除。移向下一個(gè)采樣點(diǎn)，重復(fù)第二步，直到所有中間點(diǎn)判斷結(jié)束為止。P0P1P2P3P4d1d2d3d3′刪除保留了應(yīng)該被刪除的點(diǎn)(P3)示意圖當(dāng)d3<Dmax<d3′即會(huì)發(fā)生此種情況P0P1P2P3刪除d1h2′h2刪除刪除了應(yīng)該被保留的點(diǎn)(P2)當(dāng)d2′<Dmax<d2即會(huì)發(fā)生此情況b.算法的主要缺點(diǎn)：曲線反轉(zhuǎn)或曲線起點(diǎn)和終點(diǎn)互換后，運(yùn)算結(jié)果可能不一致。有可能保留距離小于限差閾值的采樣點(diǎn)。有可能刪除距離大于限差閾值的采樣點(diǎn)。iPi-1PiPi+1Pi+2McMaster角度限差算法示意圖iPi-1PiPi+1Pi+2McMaster-Jenks角度限差改進(jìn)算法示意圖d1d2----以當(dāng)前點(diǎn)的上一個(gè)采樣點(diǎn)與當(dāng)前點(diǎn)以及當(dāng)前點(diǎn)下一點(diǎn)的連線的夾角作為判斷當(dāng)前點(diǎn)取留的標(biāo)準(zhǔn)。3偏角法算法具體過(guò)程：設(shè)Pi為當(dāng)前點(diǎn)，Pi+1為當(dāng)前點(diǎn)下一點(diǎn)，Pi-1為當(dāng)前點(diǎn)上一點(diǎn)設(shè)置合適的角度限差閾值max作為判斷標(biāo)準(zhǔn)。計(jì)算當(dāng)前點(diǎn)Pi對(duì)應(yīng)的角度i，如果i>max則該點(diǎn)保留，否則刪除。移向下一點(diǎn)Pi+1，如果上一步Pi被保留，則只需重復(fù)第二步中操作；如果Pi被刪除，則以Pi-1代替Pi作為Pi+1的上一采樣點(diǎn)，然后重復(fù)第二步操作。對(duì)所有剩余中間點(diǎn)重復(fù)第三步，直到曲線終點(diǎn)的上一點(diǎn)即倒數(shù)第二個(gè)點(diǎn)為止。

道格拉斯—普克（Douglas—Peucker)法道格拉斯—普克算法a.算法具體過(guò)程：首先，設(shè)置一個(gè)合適的距離限差閾值Dmax。連接曲線的起點(diǎn)和終點(diǎn)構(gòu)成一條直線。計(jì)算其它各中間采樣點(diǎn)到當(dāng)前所連接直線的距離，并找出距離最大的點(diǎn)，設(shè)其距離為dmax。若dmax>Dmax，保留該點(diǎn)并以該點(diǎn)為界限將曲線分為兩部分，將每部分作為獨(dú)立曲線看待進(jìn)行遞歸抽樣；否則，刪除全部中間點(diǎn)，當(dāng)前曲線抽樣結(jié)束。將曲線最初的首末點(diǎn)和遞歸抽樣過(guò)程中產(chǎn)生的各級(jí)分界點(diǎn)作為最終抽樣后的保留數(shù)據(jù)點(diǎn)?！痢痢蘠.算法的優(yōu)缺點(diǎn)：給定曲線與距離限差閾值，抽樣結(jié)果唯一。即抽樣結(jié)果與曲線的位置無(wú)關(guān)。需要計(jì)算采樣點(diǎn)到多級(jí)不同連線之間的距離，并且在同一層次抽樣過(guò)程中需要尋找最大距離點(diǎn)，因此計(jì)算量相對(duì)較大。距離限差異閾在整個(gè)抽樣過(guò)程中為一定值，沒(méi)有考慮原始采樣點(diǎn)疏密程度對(duì)抽樣效果的影響。影像數(shù)據(jù)壓縮的可能性是因?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，某像素的灰度值總是和周?chē)渌袼氐幕叶戎涤心撤N關(guān)系，應(yīng)用編碼方法提取并減少這種相關(guān)性，便可實(shí)現(xiàn)影像數(shù)據(jù)的壓縮從信息論觀點(diǎn)來(lái)看，影像壓縮就是減少影像信息中無(wú)用的冗余信息。（3）柵格數(shù)據(jù)的壓縮位圖的壓縮解碼后生成的新圖像常用的柵格數(shù)據(jù)無(wú)損壓縮直接?xùn)鸥窬幋a鏈?zhǔn)骄幋a游程長(zhǎng)度編碼塊狀編碼常規(guī)四叉樹(shù)編碼線性四叉樹(shù)編碼八叉樹(shù)編碼霍夫曼編碼基本思想：將柵格數(shù)據(jù)看作一個(gè)數(shù)據(jù)矩陣，逐行（或逐列）逐個(gè)記錄代碼，可以從左到右逐個(gè)記錄像元，也可以奇數(shù)行從左到右記錄，偶數(shù)行從右到左記錄。記錄為：

aabbcdbbaabbaacc，也記錄為：aabbbbdcaabbccaa。特點(diǎn)：存儲(chǔ)方式簡(jiǎn)單直觀，處理方便，但數(shù)據(jù)量較大。直接?xùn)鸥窬幋a游程長(zhǎng)度編碼法（Run-LengthEncoding）基本思想：一幅柵格圖像中，在行（列）方向上相鄰的像元往往具有相同的屬性值，因而可采用某種方法來(lái)壓縮這些重復(fù)的屬性值游程用一對(duì)數(shù)字表達(dá)，其中，第一個(gè)值表示游程屬性值，第二個(gè)值表示游程累計(jì)長(zhǎng)度。每一個(gè)新行都以一個(gè)新的游程開(kāi)始2255275577755555游程編碼（2，2）（5，4）（2，1）（7，2）（5，4）（7，3）（5，4）（5，4）優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)于具有足夠多的連續(xù)要素串的圖像有效，特別適用于二值圖像的壓縮，而對(duì)于像素值在局部區(qū)域經(jīng)常發(fā)生變化的圖像反而會(huì)增大數(shù)據(jù)量常規(guī)四叉樹(shù)編碼法（QuadtreeEncoding）基本思想：首先把一幅圖像或一幅柵格地圖等分成四部分（四個(gè)象限），順時(shí)針編碼如果檢查到某個(gè)子區(qū)的所有格網(wǎng)都含有相同的值（灰度或?qū)傩灾担?，那么，這個(gè)子區(qū)域就不