GIS空间数据处理与分析.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三,章,GIS,空间数据处理与分析,重点,1,、空间数据坐标变换,2,、空间数据结构的转换,3,、空间数据的内插,第二节 空间数据结构的转换,矢量数据 栅格数据,各有优缺点，适合完成,不同的功能,，因此需进行相互转换。,矢量数据的基本坐标是直角坐标,x,y,，其坐标原点一般取图的,左下方,。,栅格数据的基本坐标是行和列,(i,j),，其坐标原点一般取图的,左上角,。两种数据变换时，令直角坐标,x,y,分别与行和列平行。,由于矢量数据的基本要素是,点、线、面,，因而只要实现点、线、面的转换，各种线划图形的相互转换问题就解决了。,第二节 空间数据结构的转换,一、矢量向栅格的转换：,首先确定,栅格元素,的大小：即根据矢量图的大小、精度要求及所研究问题的性质，确定栅格分辨率。,y,x,o,y,max,x,max,x,min,y,min,矢量坐标,I,J,(0,0),y,max,x,max,x,min,y,min,栅格坐标,第二节 空间数据结构的转换,1,、基本要素转换,1.1,：,点的转换,：将点的矢量坐标转换成栅格数据中行列值（,i,j,），得到点所在栅格元素的位置。,I,J,(0,0),y,max,x,max,x,min,y,min,点的转换,(x,y),第二节 空间数据结构的转换,1.2,线的转换,：直线,AB,的转换过程包括坐标点,A,，,B,分别从点矢量数据转换成栅格数据，还包括求出直线所经过的中间栅格数据。,步骤：,将,A(x1,y1),B(x2,y2),分别转换为栅格数据。,由上述行列值求出直线所在行列值的范围,确定直线经过的中间栅格点。,I,J,(0,0),y,max,x,max,x,min,y,min,线的转换,(x,y),A,B,第二节 空间数据结构的转换,1.3,面的转换,：,面数据的转换要对,多边形轮廓,进行转换，这通过直线转换而成，同时还要解决,面域数据的填充,。,栅格数据结构中，栅格元素值直接表示属性值，因此，填充的关键是判断哪些点或栅格单元在多边形内，哪些点在多边形外。,第二节 空间数据结构的转换,1.3.1,射线法,：,I,1,P,P,1,I,2,P,3,0,x,y,判断点是否在多边形内，从该点向左引水平扫描线，计算此线段与区域边界相交的次数，,若为奇数，该点在多边形内；若为偶数，在多边形外。,利用此原理，直接做一系列水平扫描线，求出扫描线和区域边界的交点，对每个扫描线交点按,X,值的大小进行排序，其两相邻坐标点之间的射线在区域内。,第二节 空间数据结构的转换,奇异性：,上述情况出现例外，称奇异性。如射线,I,2,遇到奇异点,P,3,，从而可能出现判断错误。,高端点下移射线法：对于组成多边形的每条直线的高端点,y,值坐标进行负修正，即,“,上闭下开,”,法，在二直线的交点处，扫描线上面的边与该扫描线相交的交点有效，下面的边与该扫描线相交的交点无效，当扫描线与多边形重合时不作求交运算。,邻点分析法：区分出极值点，,极值点,必定是两直线的交点，与顶点相交的两个直线段若在扫描线的同一侧，则为极值点，若不在同一侧，则为非极值点，对极值点看作两个同值交点，对非极值点看做一个交点，从而解决奇异性。,第二节 空间数据结构的转换,I,1,I,2,I,3,I,4,I,5,o,x,y,思考：射线,I,1,，,I,2,，,I,3,，,I,4,，,I,5,，与多边形的相交次数。,第二节 空间数据结构的转换,1.3.2,边界点跟踪法,该法从边界上某一栅格单元开始按,顺时针,方向跟踪边界上各栅格（对多边形中岛则按逆时针方向跟踪，使岛内不被填充），可将跟踪的每个栅格分别赋予,R,，,L,，,N,。,R,：表示该栅格同相邻象素的行数不同，且行数增加的单元。,L,：表示该栅格同相邻象素的行数不同，且行数减少的单元。,N,：表示该栅格为极值单元或与相邻单元行数相同的单元。,最后，逐行扫描，,填充栅格,。,第二节 空间数据结构的转换,N,N,L,L,L,L,L,L,L,L,L,L,L,L,L,N,N,N,N,R,R,R,R,N,N,N,R,R,R,R,R,R,R,N,N,N,N,L,L,L,N,N,R,R,R,R,N,N,N,L,L,L,L,N,N,R,R,R,R,边缘跟踪法填充,第二节 空间数据结构的转换,1.3.3,边界代数法,假定沿边界前进方向,y,值下降时称下行，,y,值上升时称上行。上行时填充值为左多边形号减右多边形号，下行时填充值为右多边形号减左多边形号，将每次填充值同该处的原始值作代数运算得到最终填充属性值。,弧段上行：,左,多边形号减,右,多边形号，在弧段左边栅格加其值。,弧段下行：,右,多边形号减,左,多边形号，在弧段左边栅格加其值。,第二节 空间数据结构的转换,二、栅格向矢量的转换,1,、基于图像数据的矢量化方法：,二值化：（,阈值,T,）。,细 化：（,单个栅格的宽度,）。,跟 踪,：（,存储特征栅格点中心的坐标,）,。,第二节 空间数据结构的转换,2,、基于再生栅格数据的矢量化方法：,P82,对栅格数据按行扫描，找出位于各类型边界的栅格单元，并将边界内部具有相同值或同质的栅格单元以一种显著不同的符号进行填充，产生只记录类型,边界栅格值,的文件。,建立对类型边界栅格单元的追踪算法，寻找,同质区的闭合界线,，同时计算其坐标，并整理成有序（按顺时针或逆时针方向）的坐标数组。,处理相邻类型的公共边界，将按区域单元建立的数据结构转换为,按线段链建立的数据结构。,IXY(i,j):,栅格数值,边界类型,:,外边界,公共边界,内边界,栅格单元,(i,j),四角点坐标的计算,:,X(i,1,i,2,)=(j-1)*DX,和,J*DX,Y(i,1,i,2,)=(i-1)*DY,和,i*DY,I,j:,栅格单元行列值,;DX,DY:,栅格单元边长,:,识别内边界,并将内边界端点坐标置零,.,判别方法,:,判断与栅格单元某条边相邻的另一栅格单元的值,若值小于零,则该边为内边界,.,内边界端点坐标置零,:,边界起点和终点坐标置零,.,:,识别公共边界,并将公共边界端点坐标置零,.,判别方法,:,同一边在前一栅格中的起点和终点分别等于在后一栅格中的终点和起点,.,内边界端点坐标置零,:,边界起点和终点坐标置零,.,:,追踪外边界,并将外边界各点坐标顺序排列,.,判别方法,:,非零的端点坐标即为外边界,.,顺序排列,:,若某条边的起点和终点均不为零,则为外边界的一段其始边,记录端点坐标,.,若某条边的终点等于另一条边的起点,则为相邻点,记录端点坐标,.,按照第步的方法,继续追踪,直到回到起点,.,:,建立绘图数据文件,.,作业：,1,、对下图进行自下向上的四叉树编码，并写出红色标示结点的,M,码。,2,、已知直线两端点坐标为,A,（,21.5,，,13.4,）和,B,（,88.7,，,67.5,），将该线段由矢量数据转换为栅格数据，,写出计算过程,（栅格分辨率要求,10m,10m,）。,第三节 多源空间数据的融合,1,、遥感与,GIS,数据的融合：,融合必要性,遥感技术的优势,GIS,技术的优势,遥感图像与图形的融合,遥感数据与,DEM,的融合,遥感数据与地图扫描图像的融合,融合方法：,第三节 多源空间数据的融合,2,、不同格式数据的融合,不同格式数据的融合方法主要有：,2.1,基于转换器的数据融合：,一种软件的数据格式输出为,交换格式,，然后用于另一种软件的数据格式。,特点,：,数据转换过程复杂，转化次数频繁，系统内部的数据格式需要公开，但转换采用的技术不公开。,第三节 多源空间数据的融合,2.2,基于数据标准的数据融合：,采用一种空间数据的,转换标准,来实现多源,GIS,数据的融合。,特点：,能处理多个数据集，转换次数少，系统内部的数据格式不需公开，但转换采用的技术需要公开等。,第三节 多源空间数据的融合,2.3,基于公共接口的数据融合,接口相当于一种规程，是大家都遵守并达成统一的标准（,互操作,）。,特点：,独立于具体平台，转换技术高度抽象，数据格式不需要公开。,2.4,基于直接访问的数据融合,在一个,GIS,软件中实现对其他软件数据格式的直接访问，用户可以使用单个,GIS,软件存取多种数据格式。,第四节 空间数据的压缩与综合,1,、,空间数据压缩,：,从取得的数据集合,S,中抽出一个子集,A,，这个子集作为一个新的信息源，在规定的精度范围内最好地逼近原集合，而又取得尽可能大的压缩比。,2,、,空间数据综合,：,根据数据管理或数据使用的需要，对数据进行的定向处理。,第五节 空间数据的内插方法,空间数据内插,概念,：,通过已知点或分区的数据,推求任意点或分区数据的方法就称为空间数据的内插。,1,、,点的内插,：研究具有连续变化特征现象的数值内插方法。,步骤：,数据取样；数据处内插；数据记录,第五节 空间数据的内插方法,第五节 空间数据的内插方法,2,、,区域的内插,研究根据一组分区的已知数据来推求同一地区另一组分区未知数据的内插方法。,区域内插方法：,2.1,叠合法,：认为源和目标区的数据是均匀分布的，首先确定两者面积的交集，然后计算出目标区各个分区的内插值。,V,t,=,ts,u,s,/,s,t:,目标区各个分区的序号,;s:,源区各个分区的序号,;,U,s:,分区,S,的已知统计数据,;,ts,:,t,区与,s,区相交的面积,;,s,:s,区的面积,;,s,例,:,A,B,C,1,3,2,A,B,C,35,30,10,7,6,3,人 口,面 积,A,B,C,3,4,0,2,0,4,1,2,3,0,1,2,第五节 空间数据的内插方法,2.2,比重法,：将源区的统计数据从同质性改变为非同质性。,步骤：,1,、在源区叠置格网，保证有足够内插精度。,2,、将源区各个分区平均数赋予相应分区各格网点。,3,、按四邻域或八邻域法计算相邻格网点的平均值。,4,、将各分区的格网点值相加，得,Us,计算系数,p=Us/Us,然后将各格网点值乘以,p,，得到调整后的各个分区的格网点值。,5,、循环此过程，直到,p,接近,1,为止。,6,、计算目标区内插值。,第六节 图幅数据边沿匹配处理,匹配处理步骤：,1,、统一坐标，规范化属性。,2,、识别和检索相邻图幅的数据。,3,、相邻图幅边界点坐标数据的匹配。,4,、删除拼幅时的公共边界。,O(_)O,谢谢,