空间数据获取与处理

*,*,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,空间数据获取在,GIS,中的地位,汽油,数据,GIS,硬件,软件,数据,=127,1,第六章 空间数据获取与处理,1,、地图数字化,1.1,概述,1.2,地图数据处理,1.3,数字化仪数字化,1.4,扫描矢量化及常用算法,2,、空间数据录入后的处理,2.1,图形坐标变换,2.2,图形拼接,2.3,拓扑生成,2,1,、地图数字化,1.1,概述,地图是重要的信息形式,纸质地图的弊端,电子地图（,GIS,的基本功能）,当纸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,，这种与纸地图相对应的地图称为,矢量化电子地图,。,3,矢量电子地图的优点：,可视化：,放大、缩小、漫游，分层显示地图；,智能化：,多尺度表达，自动配置注记，最短路径查询等空间分析功能；,交互性：,编辑，计算距离和标注地名等；,时态性：,监控，线路回放等。,4,电子地图多比例尺表达。比例尺越大，表达越详细。,5,航标监控中心,电子航道图与航标遥测监控系统,GPS,定位技术,电子地图技术,通讯技术,传感技术,6,1.3,数字化仪数字化,输入点、线及多边形地物的坐标,工作量非常繁重,先确定需要数字化哪些信息，,确定图层及图层包含的信息,。,确定三个定位点,7,两种方式,：,点方式,流方式：数据量大，可以,实时采样（化简）,来减少数据量,距离流,时间流（优）,8,曲线化简算法,：,Douglas-,Peucker,算法：,9,1.4,扫描矢量化及常用算法,扫描矢量化及其处理过程,扫描仪,栅格转矢量的运算，一般称为,扫描矢量化过程,。,在实际应用中，常常采用,交互跟踪矢量化,，或者称为半自动矢量化。,10,图像二值化,平滑（去噪）,细化,链式编码,矢量线提取,矢量化过程,：,next,11,1.4,扫描矢量化及常用算法,扫描矢量化及其处理过程,扫描仪,栅格转矢量的运算，一般称为,扫描矢量化过程,。,在实际应用中，常常采用,交互跟踪矢量化,，或者称为半自动矢量化。,12,图像拼接,：,13,图像裁剪,：,14,图像细化预处理二值图像平滑,：,0,0,0,0,1,0,X,X,X,去毛刺模板,X,1,X,1,0,1,X,X,X,去孔洞模板,15,图像细化,：,要求：,1,、保证细化后曲线的连通性,2,、细化结果是原曲线的中心线,3,、保留细线端点,0,0,0,0,p,0,1,1,0,N(p,)=2,T(p,)=1,pW,=0,pE,=0,pS,=1,pN,=0,16,“剥皮”图像细化算法,：,算法思想：,层层剥皮,，从线条边缘开始一层一层向里剥夺,直到线条剩下一个象素的为止,过程：,1,：对于栅格图像中的每个点,p,：如果,2=,N(p,)=6,并且,T(p,)=1,并且,pNpEpS,=0,并且,pWpEpS,=0,则标志,p,点；,2,：将所有被标志的栅格点赋值为,0,，如果没有被标志的点，则算法结束；,3,：,pNpSpW,=0,并且,pWpEpN,=0,4,：,5,：转到第一步。,17,满足,2=,N(p,)=6,且,T(p,)=1,的,5,种情况,:,保证,P,是图像边缘点,保证,P,不是细线端点和关键转折点,18,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,pNpEpS,=0,且,pWpEpS,=0,2,3,pEpWpN,=0,且,pSpWpN,=0,4,5,0,-,第,2,步被被赋值,0,-,第,4,步被被赋值,19,链码（,Freeman,），矢量线生成（,Douglas-,Peucher,）,用曲线出发点坐标和线的斜率来描述二值线图形的一种方法。,C,(SPx,SPy)a1a2.an,，,0ai7,20,流程回顾,21,2,、数据录入后的处理,2.1,图形坐标变换（几何纠正，投影变换）,概念,:,利用一套,控制点,和,变换方程,将数字地图或图像从一种坐标系转换成另一种坐标系的过程,.,2.1.1,几何纠正,1),高次变换,需要有,6,对以上控制点的坐标和理论值,2),二次变换,需要有,5,对以上控制点的坐标和理论值,3),仿射变换,需要有,3,对以上控制点的坐标和理论值,22,3),仿射变换,A,基本坐标变换：平移，缩放，旋转,平移变换,X,Y,O,C,A,B,B,A,C,Tx,*,*,*,Ty,平移：,X=,X+Tx,Y=,Y+Ty,23,缩放变换是指对,p,点相对于坐标原点沿,x,方向放缩,Sx,倍，沿,y,方向放缩,Sy,倍。其中,Sx,和,Sy,称为比例系数。,Y,X,缩放变换,(,Sx,=2,Sy=3),P(4,3),P(2,1),缩放：,X=,XSx,Y=,YSy,24,二维旋转是指将,p,点绕坐标原点转动某个角度（顺时针为正，逆时针为负）得到新的点,p,的重定位过程。,Y,X,旋转变换,P,P,r,r,旋转：,X=,Xcos+Ysin,Y=-,Xsin+Ycos,25,综合考虑图形的平移、旋转和缩放，则其坐标变换式如下：,仿射变换公式：,特点,：,1,、直线变换后仍为直线；,2,、平行线变换后仍为平行线；,3,、不同方向上的长度比发生变化。,26,5050 m,50.5 cm,0,0,45,1:10000,Digitezer,units,real-world coordinates,4500,仿射变换的作用,:,将数据的空间坐标从数字化的坐标系统转换为真实世界中的坐标系统,27,均方根误差,RMS,控制点的实际位置（由控制点经纬度数值投影到输出地图上的）与估算位置（输入地图上数字化的）之间偏差的估量,一个控制点的,RMS=sqrt(actX-estX),2,+(actY-estY),2,平均,RMS=,sqrt,(,在,X,和,Y,中偏差的平方和,)/(,控制点的数量,),为确保几何变换的精确度，控制点的,RMS,误差必须控制在一定的容差值内。容差值依据源地图的精度和比例尺而异。,28,2.1.2,投影变换,（,1,）,解析变换法,找出两投影间坐标变换的解析计算公式,A,正解,B,反解,29,（,2,）数值变换法,如果原投影点的坐标解析式不知道，或不易求出两投影之间坐标的直接关系，可以采用,多项式逼近的方法,，即用数值变换法来,建立两投影间的变换关系式,。例如，可采用二元三次多项式进行变换。二元三次多项式为：,30,（,3,）数值解析变换法,当已知新投影的公式，但不知原投影的公式时，可先通过数值变换求出原投影点的地理坐标,，,，然后代入新投影公式中，求出新投影点的坐标。即,:,31,2.2,图幅拼接,图幅尺寸,标准分幅地形图,一般先进行投影变换，,从地形图使用的高斯,克吕格投影转换到经纬度坐标系,中，然后再进行拼接。,32,图幅自动拼接,(1),拉框选择多个图幅,33,图幅自动拼接,(2),34,2.3,拓扑生成,(topology),2.3.1,图形修改,2.3.2,建立拓扑关系,35,2.3.1,图形修改,造成数字化错误的具体原因：,1,）遗漏某些实体；,2,）某些实体重复录入；,3,）定位的不准确。,36,数字化后的地图上，错误的具体表现形式：,1,）伪节点（,Pseudo Node,）,2,）悬挂节点（,Dangling Node,）,37,数字化后的地图上，错误的具体表现形式：,3,）“碎屑”多边形或“条带”多边形（,Sliver Polygon,）,4,）不正规的多边形,38,N,1,1,2,5,6,4,7,3,P,1,P,3,P,2,P,4,N,4,N,3,N,5,N,2,DIME,结构，双重独立地图编码（美国人口普查局于,1970,年提出）,a,、多边形,-,组成弧段（多边形表）,b,、弧段,-,左右多边形，两端节点（弧段表）,c,、节点,-,相邻的弧段（节点表）,2.3.2,建立拓扑关系,39,几个概念：,1,、弧段有方向，弧段,A,的起始节点称为首节点,N,S,(A),，而终止节点为尾节点,N,E,(A),2,、沿弧段前进方向，将其相邻的多边形分别定义为左多边形和右多边形,P,L,(A),和,P,R,(A),3,、,N,0,搜寻的起始节点，,N,C,当前节点,40,多边形拓扑建立过程,P,L,(A)=null,？,得到一条弧段,A,，所有弧段处理完毕，算法结束,N,P,R,(A)=null,？,N,创建多边形,P,P,L,(A)=P,N,0,=,N,S,(A),N,C,=N,E,(A),A,为,P,的一条弧段,Y,创建多边形,P,P,R,(A)=P,N,0,=,N,E,(A),N,C,=N,S,(A),A,为,P,的一条弧段,Y,N,0,=N,C,？,Y,检查当前节点连接的，当前弧段的下一条弧段,A,A,为,P,的一条弧段,N,C,=N,S,(A),？,P,L,(A)=P N,C,=N,E,(A),Y,P,R,(A)=P N,C,=N,S,(A),N,N,当前节点是否为当前弧段的起点,?,41,拓扑关系的重要性：,1,）维护空间数据一致性,2,）空间分析,道路交通应用中，一些道路虽然在平面上相交，,但是实际上并不连通，如立交桥，这是需要手,工修改，将连通的节点删除。,42,网络拓扑关系：在输入道路、水系、管网、通信线路等信息时，为了进行流量以及连通性分析，需要确定线实体之间的连接关系。,43,要求掌握,掌握：常用的两种地图数字化方法,掌握：空间数据录入后要经过哪些处理,?,理解各处理过程的意义。,掌握,:,曲线离散化的道格拉斯算法,理解：仿射变换的原理和作用,44,思 考 题,1.,栅格图像转换为矢量地图一般需要经过哪些步骤,?,2.,请结合图形描述一下道格拉斯曲线离散化算法,.,45,1),高次变换,其中,A,、,B,代表二次以上高次项之和。上式是高次变换方程，符合上式的变换称为高次变换。在进行高次变换时，需要有,6,对以上控制点的坐标和理论值，才能求出待定系数。,2),二次变换,当不考虑高次变换方程中的,A,和,B,时，则变成二次变换方程，称为二次变换。二次变换适用于原图有非线性变形的情况，至少需要,5,对控制点的坐标及其理论值，才能求出待定系数。,了解,46,