空間數(shù)據(jù)處理

空間數(shù)據(jù)處理第1頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一中國地質大學信息工程學院

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怡5.1數(shù)據(jù)編輯5.1.1窗口操作5.1.2圖形數(shù)據(jù)編輯5.1.3屬性數(shù)據(jù)編輯5.2多邊形自動生成5.3空間數(shù)據(jù)的誤差分析和校正5.4空間數(shù)據(jù)的壓縮與光滑5.5圖形變換5.6圖幅拼接處理5.7柵格數(shù)據(jù)與矢量數(shù)據(jù)的互相轉換第五章地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理第2頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一中國地質大學信息工程學院

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怡5.1.1窗口操作開窗顯示裁剪技術關鍵是判斷空間實體是否在開窗范圍內二維觀察變換坐標系之間的轉換世界坐標系設備坐標系數(shù)據(jù)庫坐標系圖形獲取圖形輸出交互編輯圖形數(shù)據(jù)圖形數(shù)據(jù)入庫圖形數(shù)據(jù)檢索數(shù)字化儀顯示器滾桶繪圖儀YYYXXXooo第3頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一中國地質大學信息工程學院

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怡5.1.2圖形數(shù)據(jù)編輯為什么要進行編輯進行哪些編輯？第4頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一中國地質大學信息工程學院

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怡weirdpolygon偽結點，當單條線自相交時，或只有兩條弧相交時，會產(chǎn)生偽結點。偽結點不一定就是錯誤的，例如代表土地的多邊形，或道路鋪設材料改變之處等的偽結點都是可以的。懸掛結點，只與一條弧相連。例如一條弧構成的未連接的多邊形、出頭、欠頭等。在某些場合可以應用懸掛結點。第5頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一中國地質大學信息工程學院

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怡5.1.2圖形數(shù)據(jù)編輯1、圖元捕捉點的捕捉線的捕捉面的捕捉2、編輯操作3、圖幅接邊第6頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一中國地質大學信息工程學院

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怡可設一捕捉半徑D(通常為3～5個象素，這主要由屏幕的分辯率和屏幕的尺寸決定)。1、點的捕捉設光標點為S(x,y)，某一點狀要素的坐標為A(X，Y)若S和A的距離d小于D則認為捕捉成功，即認為找到的點是A，否則失敗，繼續(xù)搜索其它點。乘方運算影響了搜索的速度，因此，把距離d的計算改為：捕捉范圍由圓改為矩形，這可大大加快搜索速度。

第7頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一中國地質大學信息工程學院

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怡2、線的捕捉

設光標點坐標為S(x,y)，D為捕捉半徑，線的坐標為(x1,y1),(x2,y2),…(xn,yn)。通過計算S到該線的每個直線段的距離d。.

若min(d1,d2,…dn-1)＜D，則認為光標S捕捉到了該條線，否則為未捕捉到。

簡化為：加快線捕捉的速度的方法：1）在實際的捕捉中，可每計算一個距離di就進行一次比較，若di＜D，則捕捉成功，不需再進行下面直線段到點S的距離計算了。2）把不可能被光標捕捉到的線，用簡單算法去除。3）對于線段也采用類似的方法處理。4）簡化距離公式：

點S(x,y)到直線段(x1,y1),(x2,y2)的距離d的計算公式為：第8頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一中國地質大學信息工程學院

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怡3、面的捕捉

實際上就是判斷光標點S(x,y)是否在多邊形內，若在多邊形內則說明捕捉到。

判斷點是否在多邊形內的算法主要有垂線法或轉角法。

垂線法的基本思想是從光標點引垂線(實際上可以是任意方向的射線)，計算與多邊形的交點個數(shù)。

若交點個數(shù)為奇數(shù)則說明該點在多邊形內；若交點個數(shù)為偶數(shù)，則該點在多邊形外。

加快速度的方法：1）找出該多邊形的外接矩形，若光標點落在該矩形中，才有可能捕捉到該面，否則放棄對該多邊形的進一步計算和判斷。2）對不可能有交點的線段應通過簡單的坐標比較迅速去除。3）運用計算交點的技巧。

第9頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一中國地質大學信息工程學院

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怡5.1.2圖形數(shù)據(jù)編輯1、圖元捕捉2、編輯操作刪除、增加、修改、移動、復制、咬合……3、圖幅接邊第10頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一中國地質大學信息工程學院

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怡1）結點吻合(Snap)

或稱結點匹配、結點咬合，結點附和。方法：A、

結點移動，用鼠標將其它兩點移到另一點；B、

鼠標拉框，用鼠標拉一個矩形，落入該矩形內的結點坐標通過求它們的中間坐標匹配成一致；C、

求交點，求兩條線的交點或其延長線的交點，作為吻合的結點；D、自動匹配，給定一個吻合容差，或稱為咬合距，在圖形數(shù)字化時或之后，將容差范圍內的結點自動吻合成一點。

一般，若結點容差設置合理，大多數(shù)結點能夠吻合在一起，但有些情況還需要使用前三種方法進行人工編輯。

結點的編輯第11頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一中國地質大學信息工程學院

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怡結點與線的吻合編輯的方法：A、

結點移動，將結點移動到線目標上。B、

使用線段求交；C、

自動編輯，在給定容差內，自動求交并吻合在一起。ABDCE

在數(shù)字化過程中，常遇到一個結點與一個線狀目標的中間相交。由于測量或數(shù)字化誤差，它不可能完全交于線目標上，需要進行編輯，稱為結點與線的吻合。需要考慮兩種情況A、

要求坐標一致，而不建立拓撲關系；如

高架橋（不需打斷，直接移動）B、

不僅坐標一致，且要建立之間的空間關聯(lián)關系；如

道路交叉口（需要打斷）無結點有結點第12頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一中國地質大學信息工程學院

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怡清除假結點（偽結點）

有些系統(tǒng)要將這種假結點清除掉（如ARC/INFO），即將目標A和B合并成一條，使它們之間不存在結點;

但有些系統(tǒng)并不要求清除假結點，如Geostar,因為它們并不影響空間查詢、分析和制圖。由僅有兩個線目標相關聯(lián)的結點成為假結點。AB第13頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一中國地質大學信息工程學院

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怡圖形編輯

包括用鼠標增加或刪除一個點、線、面實體，移動、旋轉一個點、線、面實體。1）刪除和增加一個頂點

刪除頂點，在數(shù)據(jù)庫中不用整體刪除與目標有關的數(shù)據(jù)，只是在原來存儲的位置重寫一次坐標，拓撲關系不變。

增加頂點，則操作和處理都要復雜。不能在原來的存儲位置上重寫，需要給一個新的目標標識號，在新位置上重寫，而將原來的目標刪除，此時需要做一系列處理，調整空間拓撲關系。2）移動一個頂點

移動頂點只涉及某個點的坐標，不涉及拓撲關系的維護，較簡單。3）刪除一段弧段

復雜，先要把原來的弧段打斷,存儲上原來的弧段實際被刪除，拓撲關系需要調整和變化.jkjkabL3L1L2第14頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一中國地質大學信息工程學院

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怡5.1.2圖形數(shù)據(jù)編輯1、圖元捕捉2、編輯操作3、圖幅接邊邏輯接邊幾何接邊第15頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一中國地質大學信息工程學院

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怡圖幅接邊邏輯接邊：同一地物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。2、幾何接邊人工接邊接邊幾何接邊：1、識別或提取相鄰圖幅。313233212223111213直接移動突變回縮2-3個點減少突變

第16頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一中國地質大學信息工程學院

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怡圖幅接邊前原始數(shù)據(jù)接邊處理圖幅接邊后數(shù)據(jù)第17頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一中國地質大學信息工程學院

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怡第18頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一中國地質大學信息工程學院

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怡5.1.3屬性數(shù)據(jù)編輯屬性數(shù)據(jù)的輸入、增加、修改等操作第19頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一中國地質大學信息工程學院

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怡5.1數(shù)據(jù)編輯5.2多邊形自動生成5.2.1弧段鄰接關系建立5.2.2環(huán)的生成5.2.3確定多邊形之間的包含關系5.3空間數(shù)據(jù)的誤差分析和校正5.4空間數(shù)據(jù)的壓縮與光滑5.7柵格數(shù)據(jù)與矢量數(shù)據(jù)的互相轉換第五章地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理第20頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一中國地質大學信息工程學院

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怡5.2多邊形自動生成拓撲關系建立手工建立自動建立步驟：自動建立面域、弧段及其節(jié)點之間的拓撲關系多采用弧段跟蹤法1）鏈的組織2）節(jié)點匹配3）檢查多邊形是否閉合4）建立多邊形第21頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一中國地質大學信息工程學院

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怡1、鏈的組織1）找出在鏈的中間相交的情況，自動切成新鏈；2）把鏈按一定順序存儲，并把鏈按順序編號。2、結點匹配1）

把一定限差內的鏈的端點作為一個結點，其坐標值取多個端點的平均值。2）對結點順序編號。

3、檢查多邊形是否閉合通過判斷一條鏈的端點是否有與之匹配的端點來進行.多邊形不閉合的原因：1）由于結點匹配限差的問題，造成應匹配的端點未匹配；2）由于數(shù)字化誤差較大，或數(shù)字化錯誤，這些可以通過圖形編輯或重新確定匹配限差來確定。3）還可能這條鏈本身就是懸掛鏈，不需參加多邊形拓撲，這種情況下可以作一標記，使之不參加下一階段拓撲建立多邊形的工作。第22頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一中國地質大學信息工程學院

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怡1°順序取一個結點為起始結點，取完為止；取過該結點的任一條鏈作為起始鏈。2°取這條鏈的另一結點，找這個結點上，靠這條鏈最右邊的鏈，作為下一條鏈。3°

是否回到起點：是，已形成一多邊形，記錄之，并轉4°；否，轉2°。4°取起始點上開始的，剛才所形成多邊形的最后一條邊作為新的起始鏈，轉2°；若這條鏈已用過兩次，即已成為兩個多邊形的邊，則轉1°。例：1°從P1開始，起始鏈定為P1P2,從P2點算起，P1P2最右邊的鏈為P2P5；從P5算起，P2P5最右邊

的鏈為P5P1,...形成的多邊形為P1P2P5P1。2°從P1開始，以P1P5為起始鏈，形成的多邊形為P1P5P4P1。3°從P1開始，以P1P4為起始鏈,形成的多邊形為P1P4P3P2P1。4°

這時P1為結點的所有鏈均被使用了兩次，因而轉向下一個結點P2，繼續(xù)進行多邊形追蹤，直至所有的結點取完。共可追蹤出五個多邊形，即A1、A2、A3、A4、A5。4、建立多邊形

第23頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一中國地質大學信息工程學院

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怡5、島的判斷

找出多邊形互相包含的情況.1°、計算所有多邊形的面積。2°、分別對面積為正的多邊形和面積為負的多邊形排序。3°、從面積為正的多邊形中，順序取每個多邊形，取完為止。4°、找出該多邊形所包含的所有面積為負的多邊形，并把這些面積為負的多邊形加入到包含它們的多邊形中，轉3°。正面積多邊形包含的負面積多邊形是關鍵.1°、找出所有比該正面積多邊形面積小的負面積多邊形。2°、用外接矩形法去掉不可能包含的多邊形。即負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，則不可能為該正面積多邊形包含。3°、取負面積多邊形上的一點，看是否在正面積多邊形內，若在內，則被包含；若在外，則不被包含。

單多邊形被追蹤兩次

p1p2p36、確定多邊形的屬性多邊形以內點標識。內點與多邊形匹配后,內點的屬性常賦于多邊形.單多邊形是由單條鏈或由多條鏈順序構成的，不與其它多邊形相交的多邊形第24頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一中國地質大學信息工程學院

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怡5.1數(shù)據(jù)編輯5.2多邊形自動生成5.3空間數(shù)據(jù)的誤差分析和校正5.3.1空間數(shù)據(jù)的誤差分析5.3.2空間數(shù)據(jù)的誤差校正5.4空間數(shù)據(jù)的壓縮與光滑5.7柵格數(shù)據(jù)與矢量數(shù)據(jù)的互相轉換第五章地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理第25頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一中國地質大學信息工程學院

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怡5.3.1空間數(shù)據(jù)的誤差分析產(chǎn)品質量？圖表精度？精確度？……誤差分析方法：分析體系、敏感度分析、蒙特卡羅、空間濾波……第26頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一中國地質大學信息工程學院

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怡5.3.2空間數(shù)據(jù)的誤差校正二次變換高次變換一次變換消除圖紙變形或數(shù)字化過程中所產(chǎn)生的隨機誤差線性變換第27頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一中國地質大學信息工程學院

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怡二次變換和高次變換適用于原圖有非線性變形的情況二次變換高次變換第28頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一中國地質大學信息工程學院

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怡同素變換

（一次變換）特性：·直線變換后仍為直線，但同一線段上長度比不是常數(shù)；·平行線變換后為直線束；·同一線束中經(jīng)同一割線的交叉比保持不變；

·通過同一割線上相應各點的線束的交叉比保持不變。用于校正由于紙張伸縮和地圖定向引起的系統(tǒng)誤差第29頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一中國地質大學信息工程學院

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怡仿射變換

（一次變換）仿射變換：允許圖形角度變形，但保留線的平行性.。大多數(shù)GIS軟件采用仿射變換.是一種一次變換，常用于GIS的坐標變換。特性：·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。

求解上式中的6個未知數(shù)，需不在一直線上的3對已知控制點，由于誤差，需多余觀測，所以，用于圖幅定向或坐標變換至少需要四對控制點。第30頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一中國地質大學信息工程學院

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怡5.3.2空間數(shù)據(jù)的誤差校正二次變換高次變換一次變換消除圖紙變形或數(shù)字化過程中所產(chǎn)生的隨機誤差線性變換4~7個控制點：用雙線性變換8~19個控制點：二次變換20~49個控制點：三次變換50個控制點以上：用四次變換控制點增加，位置精度增加，但計算量加大第31頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一中國地質大學信息工程學院

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怡幾何變換----仿射變換的變形1、比例尺變換（圖形縮放）2、坐標旋轉3、坐標平移x′=x·Sxy′=y·Sy第32頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一中國地質大學信息工程學院

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怡縮放第33頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一中國地質大學信息工程學院

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怡幾何變換----仿射變換的變形1、比例尺變換2、坐標旋轉3、坐標平移yP（x，y）0xθP′(x′，y′)x′=x?cosθ-y?sinθy′=x?sinθ+y?cosθ第34頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一中國地質大學信息工程學院

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怡旋轉第35頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一中國地質大學信息工程學院

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怡幾何變換----仿射變換的變形1、比例尺變換2、坐標旋轉3、坐標平移0yxP（x，y）P′(x′，y′)xyx′=x+Δx′y′=y+Δy′坐標平移和旋轉主要解決G1S中設備坐標同用戶坐標的不一致，設備坐標之間的不一致問題。第36頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一中國地質大學信息工程學院

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一般采用4點糾正法或網(wǎng)格糾正法。4點糾正法通過輸入4個圖幅輪廓控制點坐標來實現(xiàn)變換。當4點糾正法不能滿足精度要求時，可選用網(wǎng)格糾正法，以增加采樣控制點的個數(shù)。例證：地形圖的糾正TIC3TIC2TIC1TIC4第37頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一中國地質大學信息工程學院

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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準圖，在選擇好變換方法后，在被糾正的遙感影像圖和標準圖上分別采集同名地物點，所選的點在圖上應分布均勻、點位合適，通常選道路交叉點、河流橋梁等固定設施點，以保證糾正精度。例證2：遙感影像圖的糾正第38頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一中國地質大學信息工程學院

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怡投影變換

目的投影源投影第39頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一中國地質大學信息工程學院

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怡5.1數(shù)據(jù)編輯5.2多邊形自動生成5.3空間數(shù)據(jù)的誤差分析和校正5.4空間數(shù)據(jù)的壓縮與光滑5.4.1數(shù)據(jù)壓縮5.4.2數(shù)據(jù)光滑5.7柵格數(shù)據(jù)與矢量數(shù)據(jù)的互相轉換第五章地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理第40頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一中國地質大學信息工程學院

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怡5.4空間數(shù)據(jù)的壓縮與光滑數(shù)據(jù)壓縮數(shù)據(jù)光滑圖形顯示輸出數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)壓縮光滑節(jié)省存儲空間，加快處理速度恢復數(shù)據(jù)，使得圖形顯示美觀第41頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一中國地質大學信息工程學院

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怡柵格數(shù)據(jù)壓縮矢量數(shù)據(jù)壓縮數(shù)據(jù)壓縮間隔取點法垂距法合并法分裂法第42頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一中國地質大學信息工程學院

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根據(jù)一組離散點，尋找形式較簡單、性能良好的曲線解析式。插值方式：曲線通過給定的離散點。如拉格朗日插值，三次樣條曲線逼近方式：曲線盡量逼近給定離散點。如貝塞爾曲線和B樣條曲線數(shù)據(jù)光滑第43頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一中國地質大學信息工程學院

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怡5.1數(shù)據(jù)編輯5.2多邊形自動生成5.3空間數(shù)據(jù)的誤差分析和校正5.4空間數(shù)據(jù)的壓縮與光滑5.7柵格數(shù)據(jù)與矢量數(shù)據(jù)的互相轉換5.7.1矢量數(shù)據(jù)轉換成柵格數(shù)據(jù)5.7.2柵格數(shù)據(jù)轉換成矢量數(shù)據(jù)第五章地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理第44頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一中國地質大學信息工程學院

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怡1、點的轉換設矢量數(shù)據(jù)的一坐標點值為(X，Y)，轉成柵格數(shù)據(jù)其行列值為(I，J)。X0、Y0，表示柵格原點在矢量坐標系中的坐標值。矢量向柵格的轉換第45頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一中國地質大學信息工程學院

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怡2、線的轉換1）用點柵格化方法，實現(xiàn)直線的起點和終點坐標點柵格化

用以上點柵格計算公式分別求出矢量數(shù)據(jù)中直線端點a、b的柵格行列值(ia、ja)和(ib、jb)。2）求出直線段所對應的柵格單元的行列值范圍

這里直線段ab所對應的柵格單元的行范圍為(ia-ib)；列范圍為(ja-jb)。

(x,y)22(x,y)11ba第46頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一中國地質大學信息工程學院

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怡3）求直線經(jīng)過的中間柵格數(shù)據(jù)所在行列值

八方向柵格化：每行或每列上只有一個像元被柵格化行列全路徑柵格化：直線經(jīng)過的所有像元都被柵格化tga=（Y2-Y1）/（X2-X1）

起始列號終止列號

第47頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一中國地質大學信息工程學院

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就是在矢量表示的多邊形邊界內部的所有柵格上賦予相應的多邊形編號，從而形成柵格數(shù)據(jù)陣列。轉換方法①邊界代數(shù)算法②內部點擴散法③復數(shù)積分算法④射線算法和掃描算法3、多邊形數(shù)據(jù)的柵格化方法第48頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一中國地質大學信息工程學院

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對任意柵格點數(shù)據(jù)P，假設其行列號為(I，J)，按下圖所示坐標，將其轉換為矢量數(shù)據(jù)，其中心點坐標(x，y)計算公式為：x=x0+△x(J-1/2)y=y0-△y(I-1/2)y0

、x0

表示柵格數(shù)據(jù)的坐標原點；△x、△y為每個柵格單元對應的邊長。

1、點的矢量化柵格向矢量的轉換第49頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一中國地質大學信息工程學院

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線段柵格數(shù)據(jù)向矢量數(shù)據(jù)轉換的實質是，將具有相同屬性值的連續(xù)的單元格搜索出來，最后得到細化的一條線。

具體實施時可以先將具有一定粗細的柵格數(shù)據(jù)線進行細化，使其成為單像素的線段，然后進行矢量化。2、線段的矢量化

第50頁，共54頁，2023年，2月20日，星期一中國地質大學信息工程學院

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多邊形柵格數(shù)據(jù)向矢量數(shù)據(jù)轉換的實質是將具有同一屬性的單元