GIS5第六章空间数据获取与处理地信

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,*,第六章 空间数据获取与处理,课 题：,空间数据获取与处理,目的要求：,了解,GIS,的数据采集方式；掌握地图数字化的方法、步骤；掌握地图数据的各种处理方法；理解属性数据编码的深刻含义，了解空间数据压缩处理方法及优缺点,教学重点：,地图数字化的方法、步骤及其中涉及到的算法；图幅拼接；拓扑建立；数据压缩,。,教学难点：,拓扑关系建立算法,教学课时：,4,课时,教学方法,:,讲授,本次课涉及的学术前沿：,新一代三维数字化仪,第一节 地图数字化,空间数据采集的任务是将现有的地图、外业观测成果、航空像片、遥感图像、文本资料等转换成,GIS,可以处理与接收的数字形式，通常要经过验证、修改、编辑等处理。,数据源概念回顾：,数据源,是指建立,GIS,的地理数据库所需的各种数据的来源，主要包括地图、遥感图像、文本资料、统计资料、实测数据、多媒体数据、已有系统的数据等。可归纳为原始采集数据、再生数据和交换数据三种来源。,第一节 地图数字化,数据采集时不同类型的数据输入需要用到不同的设备,。例如，对于文本数据通常用交互的方式通过键盘录入，也可用扫描仪扫描后用字符识别软件自动录入；对于矢量地图数据，可用平板数字化仪，采用手扶跟踪的方法输入，也可用扫描仪扫描成图像后，用栅格数据矢量化的方法自动追踪输入，等等。,GIS,软件的这一部分还应具有,数据转换装载,的功能，即能把其它,GIS,或专题数据库中的数据通过转换装载到当前的,GIS,系统中。,第一节 地图数字化,在空间数据的采集过程中，有些数据的采集结果本身就是数字数据，它们只需通过软件进行,格式转换,即可,。如遥感影像经图象处理系统处理和解译后得到的数字结果，数字测图成果也一般是以,CAD,格式存在，实测的数据一般也是以数字形式记录的，多媒体数据、已有系统的数据等本身就是数字形式，它们经过格式转换，进行数据编辑和处理后，即可满足,GIS,数据库建库的需要。,而属性数据则主要是通过键盘或读取文件的方法输入，方法比较简单。,第一节 地图数字化,一、数据输入方式,1,、手工方式,手工方式是通过手工在计算机终端上输入数据，主要是键盘输入。,2,、手扶跟踪数字化方式,手扶跟踪数字化仪是一种图形数字化设备，是常用的地图数字化方式。,3,、扫描方式,扫描仪是一种图形、图像输入设备，可以快速地将图形、图像输入计算机系统，是目前发展很快的数字化设备，已经成为图文通信、图像处理、模拟识别、出版系统等方面的重要输入设备。,数字化仪,第一节 地图数字化,4,、影像处理和信息提取方式,影像处理和信息提取是从遥感影像上直接提取专题信息，影像处理技术包括几何纠正、光谱纠正、影像增强、图像变换、结构信息提取、影像分类等。是目前技术水平下，一种十分有效的快速信息采集方式。,5,、数据通讯方式,数据通讯是指在连网方式下，信息系统内部各子系统之间以及与其他信息系统之间实现信息交流和信息共享的主要方式。数据通讯技术的发展对地理信息系统中数据采集系统的性能提高，将起到极大的推动作用。,这里主要介绍图形数据的两种输入方法，即手扶跟踪数字化和扫描矢量化方法。,第一节 地图数字化,二、矢量电子地图,当纸质地图经过计算机图形图像系统光电转换量化为点阵数字图像，经过图像处理和曲线矢量化，或者直接进行手扶跟踪数字化后，生成可以为地理信息系统显示、修改、标注、漫游、计算、管理和打印的矢量地图数据文件，这种与纸质地图相对应的计算机数据文件称为矢量化电子地图。,1,、矢量电子地图的含义,第一节 地图数字化,二、矢量电子地图,2,、矢量图与纸质地图相比的优点,计算距离和标注地名符号快速准确,地图显示和浏览漫游的功能强大,可分层显示,可以图元为单位进行信息编辑修改,可以通过网络进行地图传递,若能有效解决地图符号自动分割和识别问题，则能实现地图的智能矢量化,第一节 地图数字化,3,、矢量电子地图与点阵地图图像相比的优点：,相同信息量前提下，矢量图文件要小得多，图越复杂越明显,矢量地图的编辑功能强大，点阵地图只能以像素为基本单位运算和复制。,矢量图可分层，点阵图像可以进行开窗显示。,第一节 地图数字化,三、手扶跟踪数字化,1.,数字化仪的组成,数字化仪一般由感应板（又叫数字化板）和定标器（又叫游标）和相应的电子线路组成。数字化仪的幅面有,A0,，,A1,，,A3,，,A4,等。,如图,1,所示。,图,1,手扶跟踪数字化仪示意图,数字化仪示意图,底座,感应板,定标器,手扶跟踪数字化方法,有效区域,手扶跟踪数字化方法,数字化仪板面组成示意图,第一节 地图数字化,第一节 地图数字化,新一代三维数字化仪,第一节 地图数字化,三、手扶跟踪数字化,手扶跟踪数字化仪一般采用点方式、流方式。,（,1,）点方式,：是一种手控图形数字化方式。每按下定标器的键，感应板发送一对坐标数据到计算机。,（,2,）流方式,：,时间流方式,：是一种时控图形数字化方式。数字化仪每隔一定的时间就向计算机发送坐标数据。,距离流方式,（增量方式）：是一种距控图形数字化方式。当定标器在感应板上移动某个距离（步长），计算机自动记录经过点的坐标。,手扶跟踪数字化的操作步骤,准备,设置,数字化,读图和分层,输入初始化参数,设置输入控制点,设置数字化参数,设置定标器按键,固定地图,数字化,检查和修改数字化错误,第一节 地图数字化,2.,手扶跟踪地图数字化的操作步骤,地图数字化是地理数据采集的重要组成部分，一般包括以下几个步骤：,（,1,）读图和分层,图形数字化以前，首先对地图上的图形要素进行分类。每一类作为一个图层，每一个图层赋一个图层名。,（,2,）固定地图,在感应板的有效区域内平整地固定地图，地图在感应板上的摆放方向不受限制，一般开始数字化后不再移动地图。,（,3,）输入初始化参数,包括数字化的阈值（数字化两点间的最短距离）、图幅四角点的理论坐标、图幅长度和宽度、比例尺、地图投影等。,第一节 地图数字化,（,4,）设置与输入控制点,一旦设置好投影方式后，就需要设置与输入控制点，它主要完成对输入数据偏差的纠正。找到地图上一些已知坐标的点，按下定标器的按键。一般应用程序提示输入数据，将图上已知点的真实坐标输入。应该至少设置,4,个点，输入的点越多，对图幅数据纠正的越精确。,第一节 地图数字化,（,5,）设置数字化参数,数字化参数包括：,自动封闭线模式。,允许游标锁定。,数字化时光滑线。每数字化一条图元时，系统会自动光滑这条线。,设置数字化方式，如点方式、流方式等。,第一节 地图数字化,（,6,）数字化,参照预先设定的图层及内容，手持游标分别跟踪点、线、多边形等图形，完成图形矢量化。当数字化的图形过大，超过感应板上的有效范围，需将地图分幅数字化。一般将图形按矩形分为上下两幅或左右两幅图形，或者分为左上、右上、左下、右下四幅矩形图形等。数字化时，首先对各个分幅矩形的范围进行数字化，即对左下角、左上角，右上角、右下角进行数字化。经过这样处理后，就为图形的拼接提供了参数和依据。,（,7,）检查和修改数字化错误,通过屏幕或绘图显示，检查线段缺失或多余、线段过长或过短、结点不匹配、悬挂节点等各种错误，并予以改正。,第一节 地图数字化,3,、曲线离散化算法,Douglas-,Peucker,算法：,1,）在曲线首尾两点,A,B,之间连接一条直线段,AB,，该直线称为曲线的弦。,2,）得到曲线上离该直线段距离最大的点,C,，并计算其与,AB,的距离,d,；,3,）比较该距离与预先给定的阈值,，则将该直线段作为曲线的近似，该段曲线处理完毕；,4,）如果距离大于阈值，则用,C,将曲线分为两段,AC,和,BC,，并分别对两段曲线进行,13,步的处理；,5,）当所有曲线都处理完毕后，依次连接各个分割点形成的折线，即可以作为曲线的近似。,该算法是一个递归算法，实际是也是一种矢量数据压缩方法。,曲线的离散算法,Douglas-,Peucker,算法示例,第一节 地图数字化,四、扫描矢量化方法,1.,扫描仪工作原理,扫描仪能够捕捉各种地图、照片、航空像片以及较薄物体的图像信息。它是一种高精度的光电一体化产品，能通过光电器件将检测到的光信号转换成电信号，再将电信号通过模拟,/,数字转换器转化为数字信号传输到计算机中处理。,小型扫描仪,工程扫描仪,第一节 地图数字化,四、扫描矢量化方法,2.,扫描数字化流程,（,1,）工作方式,扫描矢量化是利用扫描仪直接扫描原图，以栅格形式存储于图像文件中（如*,.TIF,等），然后经过矢量化转换成矢量数据，存入到线文件或点文件中，再进行编辑、输出。,第一节 地图数字化,（,2,）扫描矢量化处理流程,原图,用扫描仪原图扫描,图像校正,拼接子图块,读图、分层,装入光栅数据,矢量图合成,设置当前层和缺省参数,设置矢量化参数,设置矢量化范围,交互矢量化,保存文件,可用二值扫描、灰度扫描或彩色扫描,一般情况下，先矢量化后对矢量图形数据进行校正,但有时需要与已有的图形套合，这时需要先将扫,图形进行校正，然后与已有的图形配准。,抽稀因子就是控制线在抽稀后与原光栅中心线之间,的最大偏差值，实际上就是控制线的坐标点数，要,适合精度要求。,扫描矢量化流程图,第一节 地图数字化,3.,交互式扫描矢量化操作步骤,（,1,）扫描准备,准备要数字化的原图，最好为不易变形的聚酯薄膜图，并把它正确装入扫描仪。,（,2,）扫描参数设置,扫描参数的设置包括：,扫描模式的设置：扫描模式分二值、灰度和百万种彩色等，对单色地图一般采用二值或灰度扫描；对黑白航空像片或卫星像片采用灰度扫描；对彩色地图可采用灰度扫描或百万种彩色扫描；对彩色航空像片或卫星像片采用百万种彩色扫描。,第一节 地图数字化,扫描分辨率的设置：根据扫描要求设定分辨率，一般采用,300dpi,，特殊需要可采用更高的分辨率。,针对一些特殊的需要，还可以调整亮度、对比度、色调等值。,（,3,）图形扫描,扫描参数设置完毕后，进行图形预览，并设定扫描范围，然后进行扫描。,（,4,）图像装入,进入输入子系统，系统读入该图像的数据，并显示在图像数据的窗口内。,第一节 地图数字化,（,5,）采集控制点,选择系统的这一功能项时，系统会弹出一对话框，在此对话框中可设置投影、坐标单位。用鼠标采集控制点，控制点采集完成后，系统会提示输入点的坐标，并计算误差值。,（,6,）分层矢量化,分析扫描地图，进行分层。选择矢量化方式，在矢量化工具箱中点取相应按钮开始矢量化工作。,（,7,）检查和修改数字化错误,将数字化后的矢量图与原扫描图像叠置，检查数字化过程中出现的错误或误差，并逐个予以改正。,第一节 地图数字化,将栅格图像转换为矢量地图一般需要以下几个步骤,（自动矢量化步骤）,图像二值化,图像二值化用于从原始扫描图像到黑白二值图像，通常将图像上白色区域的栅格点赋值为,0,；而黑色区域为,1,，黑色区域对应了要矢量化提取的地物，又称为前景。（这里通常要给定一个灰度阈值，当图像上的区域的灰度值小于这个阈值，则赋值为,0,，大于这个阈值赋值为,1,）,平滑,图像平滑用于去除图像中的随机噪声，通常表现为斑点。,第一节 地图数字化,细化,将一条线细化为只有一个像素宽，细化是矢量化过程中的重要步骤，也是矢量化的基础。,链式编码,将细化后的图像转换成为点链的集合，其中每个点链对应于一条弧段。,矢量线提取,将每个点链转化成为一条矢量线。每条线由一系列点组成，点的数目取决于线的弯曲程度和要求的精度。,第一节 地图数字化,（,1,）图像拼接和裁剪,图像拼接,：以两相邻地图图像的部分重叠区为基础，把它们合成为一幅整图的过程叫做图像拼接，分为上下拼接和左右拼接。,地图裁剪,：一幅图像裁成两两相邻的规则图块的过程称为地图裁剪。,第一节 地图数字化,（,2,）图像细化预处理二值图像平滑,对扫描输人的栅格图，由于各种原因，获取的栅格图上总会存在污点、污迹、线轮廓凹凸不平等现象。为此，在二值化前要进行预处理，如通过人工交互编辑处理，修补断线，通过低通