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1、第五章 空间的处理2022/9/242022/9/241 1本讲稿第一页，共一百零八页u数据处理的概念数据处理的概念数据处理，就是对采集的各种数据，数据处理，就是对采集的各种数据，按照不同的方式方法对数据形式进行按照不同的方式方法对数据形式进行编辑运算编辑运算，清除数据冗余清除数据冗余，弥补数据缺弥补数据缺失失，形成符合用户要求的数据文件格，形成符合用户要求的数据文件格式。式。2022/9/242022/9/242 2本讲稿第二页，共一百零八页u数据处理的意义数据处理的意义数据处理是实现空间数据数据处理是实现空间数据有序化有序化的必要过的必要过程。程。数据处理是数据处理是检验数据质量检验数据质
2、量的关键环节。的关键环节。数据处理是实现数据处理是实现数据共享数据共享的关键步骤。的关键步骤。2022/9/242022/9/243 3本讲稿第三页，共一百零八页uu空间数据处理所涉及的主要内空间数据处理所涉及的主要内容有容有坐标变换坐标变换、数据结构转换数据结构转换、图图形编辑形编辑、拓扑关系的自动生成拓扑关系的自动生成、空间空间数据压缩数据压缩、空间数据内插空间数据内插等。等。2022/9/242022/9/244 4本讲稿第四页，共一百零八页u5.1空间数据的坐标变换空间数据的坐标变换2022/9/242022/9/245 5本讲稿第五页，共一百零八页一、空间数据坐标变换的概念一、空间数
3、据坐标变换的概念uu空间数据从一种数学状态到另一空间数据从一种数学状态到另一种数学状态的变换，实质是种数学状态的变换，实质是建立两个建立两个平面点之间（或球面坐标和平面坐标）平面点之间（或球面坐标和平面坐标）的一一对应关系的一一对应关系，是空间数据处理的，是空间数据处理的基本内容之一。基本内容之一。2022/9/242022/9/246 6本讲稿第六页，共一百零八页 坐标变换原因坐标变换原因2022/9/242022/9/247 7本讲稿第七页，共一百零八页三、空间数据变换的类型三、空间数据变换的类型1 1 1 1、坐标系转换：、坐标系转换：、坐标系转换：、坐标系转换：主要解决主要解决G1SG
4、1SG1SG1S中设备坐标同用户坐标的不中设备坐标同用户坐标的不一致，设备坐标之间的不一致问题。一致，设备坐标之间的不一致问题。(平移、旋转、比平移、旋转、比平移、旋转、比平移、旋转、比例例例例)2 2、几何纠正：、几何纠正：、几何纠正：、几何纠正：主要解决数字化原图变形等原因引起的误主要解决数字化原图变形等原因引起的误差，并进行几何配准。差，并进行几何配准。（高次、二次、仿射）（高次、二次、仿射）3 3 3 3、投影变换：、投影变换：主要解决地理坐标到平面坐标之间的转换问主要解决地理坐标到平面坐标之间的转换问主要解决地理坐标到平面坐标之间的转换问主要解决地理坐标到平面坐标之间的转换问题。题。
5、题。题。（正解、反解、数值、数值解析）（正解、反解、数值、数值解析）（正解、反解、数值、数值解析）（正解、反解、数值、数值解析）2022/9/242022/9/248 8本讲稿第八页，共一百零八页(a)平移平移(b)(b)缩放缩放缩放缩放(c)旋旋转转2022/9/242022/9/249 9本讲稿第九页，共一百零八页用的最多的是：仿射变换用的最多的是：仿射变换特性特性:(只考虑只考虑x和和y方向上的变形）方向上的变形）uu直线变换后仍为直线直线变换后仍为直线uu平行线变换后仍为平行线平行线变换后仍为平行线uu不同方向上的长度比发生变化不同方向上的长度比发生变化2022/9/242022/9/
6、241010本讲稿第十页，共一百零八页X=a0+a1 x+a2 yY=b0+b1 x+b2 y 上式含有上式含有上式含有上式含有6 6个参数：个参数：个参数：个参数：a a0、a a1、a a2、b b0 0、b b1 1、b b2 2，要实现仿射要实现仿射要实现仿射要实现仿射变换，需要知道不在同一直线上的变换，需要知道不在同一直线上的变换，需要知道不在同一直线上的变换，需要知道不在同一直线上的3 3对控制点的数字化坐标及其理对控制点的数字化坐标及其理对控制点的数字化坐标及其理对控制点的数字化坐标及其理论坐标值，可求得上述的论坐标值，可求得上述的论坐标值，可求得上述的论坐标值，可求得上述的6
7、6个待定参数。个待定参数。个待定参数。个待定参数。但在实际使用时，往往利用但在实际使用时，往往利用但在实际使用时，往往利用但在实际使用时，往往利用4 4个以上的点进行纠正，利用最个以上的点进行纠正，利用最个以上的点进行纠正，利用最个以上的点进行纠正，利用最小二乘法处理，以提高变换的精度。小二乘法处理，以提高变换的精度。小二乘法处理，以提高变换的精度。小二乘法处理，以提高变换的精度。2022/9/242022/9/241111本讲稿第十一页，共一百零八页5.2空间数据结构转换空间数据结构转换uu 矢量结构矢量结构包含有拓扑信息，通常应用于包含有拓扑信息，通常应用于空间关系空间关系的分析；的分析；
8、uu 栅格数据栅格数据易于表示面状要素，主要应易于表示面状要素，主要应用于用于空间分析空间分析和和图像处理图像处理。2022/9/242022/9/241212本讲稿第十二页，共一百零八页A、矢量和栅格数据的相互转换的必要性uu必要性：必要性：矢量数据和栅格数据各有优缺点优缺点，在功能完善的GIS软件中，两种格式的数据往往并存，但为了数据处理和分析的方便，需要在这两种格式的数据之间进行相互转换。2022/9/242022/9/241313本讲稿第十三页，共一百零八页Raster与与Polygon转换的图解表达转换的图解表达2022/9/242022/9/241414本讲稿第十四页，共一百零八页
9、u转换类型转换类型：一、矢量向栅格的转换一、矢量向栅格的转换二、栅格向矢量的转换二、栅格向矢量的转换2022/9/242022/9/241515本讲稿第十五页，共一百零八页 由于矢量数据的基本要素是由于矢量数据的基本要素是点点、线线、面面，因而只要实现点、线、面的转换，各种线划因而只要实现点、线、面的转换，各种线划图形的变换问题基本上都可以得到解决。图形的变换问题基本上都可以得到解决。一、矢量向栅格的转换一、矢量向栅格的转换2022/9/242022/9/241616本讲稿第十六页，共一百零八页1、点的转换、点的转换设矢量数据的一坐标点值为设矢量数据的一坐标点值为(x，y)，转成，转成栅格数据
10、其行列值为栅格数据其行列值为(i，j)。Y YO OX XmaxmaxY YminminX XminminI IJ JY YmaxmaxX X(0,0)(0,0)XXYY2022/9/242022/9/241717本讲稿第十七页，共一百零八页2、线的转换、线的转换1）用点栅格化方法，实现直线的用点栅格化方法，实现直线的起点和终点起点和终点坐坐标点栅格化标点栅格化;2）求出求出直线段直线段所对应的栅格单元的所对应的栅格单元的行列值范围行列值范围;3）求直线经过的求直线经过的中间栅格数据所在行列值中间栅格数据所在行列值.2022/9/242022/9/241818本讲稿第十八页，共一百零八页 又称
11、为又称为多边形填充多边形填充，就是在矢量表示的，就是在矢量表示的多边形边界内部的所有栅格上赋予相应的多边形边界内部的所有栅格上赋予相应的多边多边形编号形编号，从而形成，从而形成栅格数据阵列栅格数据阵列。3 3、多边形数据的转换、多边形数据的转换2022/9/242022/9/241919本讲稿第十九页，共一百零八页uu转换方法转换方法uu（1）内部点扩散法）内部点扩散法uu（2）复数积分算法）复数积分算法uu（3）射线算法和扫描算法）射线算法和扫描算法uu（4）边界代数算法）边界代数算法2022/9/242022/9/242020本讲稿第二十页，共一百零八页由每个多边形一个内部点由每个多边形一
12、个内部点由每个多边形一个内部点由每个多边形一个内部点(种子点种子点种子点种子点)开始，向其八个方向的邻点扩散，开始，向其八个方向的邻点扩散，开始，向其八个方向的邻点扩散，开始，向其八个方向的邻点扩散，判断各个新加入点是否在多边形边界上，判断各个新加入点是否在多边形边界上，判断各个新加入点是否在多边形边界上，判断各个新加入点是否在多边形边界上，如果是边界点，则新加入点不作为种子点，如果是边界点，则新加入点不作为种子点，如果是边界点，则新加入点不作为种子点，如果是边界点，则新加入点不作为种子点，否则把非边界点的邻点作为新的种子点与否则把非边界点的邻点作为新的种子点与否则把非边界点的邻点作为新的种子
13、点与否则把非边界点的邻点作为新的种子点与 原有种子点一起进行新的扩散运算。原有种子点一起进行新的扩散运算。原有种子点一起进行新的扩散运算。原有种子点一起进行新的扩散运算。将该种子点赋予多边形的编号。将该种子点赋予多边形的编号。将该种子点赋予多边形的编号。将该种子点赋予多边形的编号。重复上述过程，直到所有种子点填满该多边形并遇到边界为止。重复上述过程，直到所有种子点填满该多边形并遇到边界为止。重复上述过程，直到所有种子点填满该多边形并遇到边界为止。重复上述过程，直到所有种子点填满该多边形并遇到边界为止。（1 1 1 1）内部点扩散算法的概念）内部点扩散算法的概念）内部点扩散算法的概念）内部点扩散
14、算法的概念 2022/9/242022/9/242121本讲稿第二十一页，共一百零八页 缺点：缺点：程序设计复杂，需要在栅格阵列中搜索，占用内程序设计复杂，需要在栅格阵列中搜索，占用内程序设计复杂，需要在栅格阵列中搜索，占用内程序设计复杂，需要在栅格阵列中搜索，占用内存很大，在内存受限时很难采用；存很大，在内存受限时很难采用；存很大，在内存受限时很难采用；存很大，在内存受限时很难采用；在一定的栅格精度上，如果复杂图形的同一多边在一定的栅格精度上，如果复杂图形的同一多边在一定的栅格精度上，如果复杂图形的同一多边在一定的栅格精度上，如果复杂图形的同一多边形的两条边界落在同一个或相邻的两个栅格内，会
15、造成多形的两条边界落在同一个或相邻的两个栅格内，会造成多形的两条边界落在同一个或相邻的两个栅格内，会造成多形的两条边界落在同一个或相邻的两个栅格内，会造成多边形不连通，不能完成多边形的填充。边形不连通，不能完成多边形的填充。边形不连通，不能完成多边形的填充。边形不连通，不能完成多边形的填充。2022/9/242022/9/242222本讲稿第二十二页，共一百零八页（2 2）复数积分算法）复数积分算法uu基本概念基本概念基本概念基本概念 也称为检验夹角之和，即对全部栅格阵列，也称为检验夹角之和，即对全部栅格阵列，也称为检验夹角之和，即对全部栅格阵列，也称为检验夹角之和，即对全部栅格阵列，逐个栅格
16、单元逐个栅格单元逐个栅格单元逐个栅格单元判断栅格判断栅格判断栅格判断栅格归属的多边形及编码。归属的多边形及编码。归属的多边形及编码。归属的多边形及编码。uu判别方法：判别方法：判别方法：判别方法：由待判点对每个多边形的封闭边界计算复数积分。如果积分值为由待判点对每个多边形的封闭边界计算复数积分。如果积分值为由待判点对每个多边形的封闭边界计算复数积分。如果积分值为由待判点对每个多边形的封闭边界计算复数积分。如果积分值为2 2 2 2，则该待判点，则该待判点，则该待判点，则该待判点属于属于属于属于此多边形，赋予多边形编号此多边形，赋予多边形编号此多边形，赋予多边形编号此多边形，赋予多边形编号(纪录
17、属性纪录属性纪录属性纪录属性)；否则，则该待判点在此多边形外部，不属于该多变形。否则，则该待判点在此多边形外部，不属于该多变形。否则，则该待判点在此多边形外部，不属于该多变形。否则，则该待判点在此多边形外部，不属于该多变形。2022/9/242022/9/242323本讲稿第二十三页，共一百零八页基本概念基本概念基本概念基本概念射线算法，又称为射线算法，又称为射线算法，又称为射线算法，又称为检验交点数检验交点数检验交点数检验交点数，是，是，是，是逐点判别逐点判别逐点判别逐点判别数据栅格点在某数据栅格点在某数据栅格点在某数据栅格点在某多边形之外或在多边形内来决定是否记录该点。多边形之外或在多边形
18、内来决定是否记录该点。多边形之外或在多边形内来决定是否记录该点。多边形之外或在多边形内来决定是否记录该点。具体实现是由待判点向图外某点引射线，判断该射线与某具体实现是由待判点向图外某点引射线，判断该射线与某具体实现是由待判点向图外某点引射线，判断该射线与某具体实现是由待判点向图外某点引射线，判断该射线与某多边形所有边界相交的总次数。多边形所有边界相交的总次数。多边形所有边界相交的总次数。多边形所有边界相交的总次数。判别方法：判别方法：判别方法：判别方法：如相交如相交如相交如相交偶数偶数偶数偶数次，则待判点在该多边形的次，则待判点在该多边形的次，则待判点在该多边形的次，则待判点在该多边形的外部外
19、部外部外部，如相交如相交如相交如相交奇数奇数奇数奇数次，则待判点在该多边形的次，则待判点在该多边形的次，则待判点在该多边形的次，则待判点在该多边形的内部内部内部内部。（3）射线算法和扫描算法）射线算法和扫描算法2022/9/242022/9/242424本讲稿第二十四页，共一百零八页N=0N=2N=1N=3N=42022/9/242022/9/242525本讲稿第二十五页，共一百零八页特特殊殊情情况况2022/9/242022/9/242626本讲稿第二十六页，共一百零八页扫描算法：扫描算法：是射线算法的改进算法。将射是射线算法的改进算法。将射线改为沿线改为沿栅格阵列阵或行方向扫描线栅格阵列阵
20、或行方向扫描线，判，判断与射线算法相似。断与射线算法相似。2022/9/242022/9/242727本讲稿第二十七页，共一百零八页（4 4 4 4）边界代数算法）边界代数算法）边界代数算法）边界代数算法 边边边边界界界界代代代代数数数数法法法法基基基基于于于于积积积积分分分分求求求求多多多多边边边边形形形形的的的的思思思思想想想想，通通通通过过过过简简简简单单单单的的的的代代代代数数数数运运运运算算算算，实实实实现多边形的矢栅转换。该算法现多边形的矢栅转换。该算法现多边形的矢栅转换。该算法现多边形的矢栅转换。该算法简单可靠简单可靠简单可靠简单可靠，被大量使用。，被大量使用。，被大量使用。，被
21、大量使用。步骤：步骤：步骤：步骤：初始化的栅格阵列初始化的栅格阵列初始化的栅格阵列初始化的栅格阵列各栅格值为零各栅格值为零各栅格值为零各栅格值为零；以以以以栅栅栅栅格格格格行行行行列列列列为为为为参参参参考考考考坐坐坐坐标标标标轴轴轴轴，由由由由多多多多边边边边形形形形某某某某点点点点开开开开始始始始顺顺顺顺时时时时针针针针搜搜搜搜索边界线索边界线索边界线索边界线；当当当当边边边边界界界界上上上上行行行行时时时时，位位位位于于于于该该该该边边边边界界界界左左左左侧侧侧侧的的的的具具具具有有有有相相相相同同同同行行行行坐坐坐坐标标标标的的的的所所所所有有有有栅栅栅栅格格格格被被被被减减减减去去去
22、去a a a a，当当当当边边边边界界界界下下下下行行行行时时时时，位位位位于于于于该该该该边边边边界界界界左左左左侧侧侧侧的的的的具具具具有有有有相相相相同同同同行行行行坐坐坐坐标标标标的的的的所所所所有有有有栅栅栅栅格被格被格被格被加上加上加上加上a a a a。2022/9/242022/9/242828本讲稿第二十八页，共一百零八页边界代数算法边界代数算法边界代数算法边界代数算法 2022/9/242022/9/242929本讲稿第二十九页，共一百零八页上行上行下行下行2022/9/242022/9/243030本讲稿第三十页，共一百零八页一、矢量向栅格转换一、矢量向栅格转换一、矢量向
23、栅格转换一、矢量向栅格转换 点：简单的坐标变换点：简单的坐标变换 线：线的栅格化线：线的栅格化 面：面的栅格化面：面的栅格化=面填充面填充 面面(多边形多边形)的填充方法的填充方法 1 1、内部点扩散法（种子扩散法）、内部点扩散法（种子扩散法）2 2、射线法与扫描法、射线法与扫描法3 3、复数积分法、复数积分法 4 4、边界代数算法、边界代数算法 小结小结2022/9/242022/9/243131本讲稿第三十一页，共一百零八页二、栅格向矢量的转换二、栅格向矢量的转换2022/9/242022/9/243232本讲稿第三十二页，共一百零八页 对对对对任任任任意意意意栅栅栅栅格格格格点点点点数数
24、数数据据据据P P，假假假假设设设设其其其其坐坐坐坐标标标标数数数数据据据据为为为为(I(I，J)J)，按按按按下下下下图图图图所所所所示示示示坐标，计算其中心点坐标，将其转换为矢量数据。坐标，计算其中心点坐标，将其转换为矢量数据。坐标，计算其中心点坐标，将其转换为矢量数据。坐标，计算其中心点坐标，将其转换为矢量数据。1、点的矢量化、点的矢量化2022/9/242022/9/243333本讲稿第三十三页，共一百零八页 线线线线段段段段栅栅栅栅格格格格数数数数据据据据向向向向矢矢矢矢量量量量数数数数据据据据转转转转换换换换的的的的实实实实质质质质是是是是：将将将将具具具具有有有有相相相相同同同同
25、属属属属性性性性值的连续的单元格搜索出来值的连续的单元格搜索出来值的连续的单元格搜索出来值的连续的单元格搜索出来，最后得到细化的一条线。，最后得到细化的一条线。，最后得到细化的一条线。，最后得到细化的一条线。具具具具体体体体实实实实施施施施时时时时可可可可以以以以先先先先将将将将具具具具有有有有一一一一定定定定粗粗粗粗细细细细的的的的栅栅栅栅格格格格数数数数据据据据线线线线进进进进行行行行细细细细化化化化，使使使使其其其其成为单像素的线段，然后进行矢量化。成为单像素的线段，然后进行矢量化。成为单像素的线段，然后进行矢量化。成为单像素的线段，然后进行矢量化。2 2 2 2、线段的矢量化、线段的矢
26、量化、线段的矢量化、线段的矢量化 2022/9/242022/9/243434本讲稿第三十四页，共一百零八页 多边形栅格数据向矢量数据转换的实质是多边形栅格数据向矢量数据转换的实质是多边形栅格数据向矢量数据转换的实质是多边形栅格数据向矢量数据转换的实质是uu首先，首先，首先，首先，将具有同一属性的单元归为一类将具有同一属性的单元归为一类将具有同一属性的单元归为一类将具有同一属性的单元归为一类；uu然后，再检测然后，再检测然后，再检测然后，再检测两类不同属性的边界两类不同属性的边界两类不同属性的边界两类不同属性的边界作为多边形的边；作为多边形的边；作为多边形的边；作为多边形的边；uu最终，提取以
27、栅格集合表示的区域边界和边界的最终，提取以栅格集合表示的区域边界和边界的最终，提取以栅格集合表示的区域边界和边界的最终，提取以栅格集合表示的区域边界和边界的拓扑关系拓扑关系拓扑关系拓扑关系。3 3 3 3、多边形、多边形、多边形、多边形(面面面面)的矢量化的矢量化的矢量化的矢量化 2022/9/242022/9/243535本讲稿第三十五页，共一百零八页1 1 1 1、栅格格式向矢量格式转换一般步骤、栅格格式向矢量格式转换一般步骤、栅格格式向矢量格式转换一般步骤、栅格格式向矢量格式转换一般步骤(1)(1)(1)(1)多边形边界提取和细化多边形边界提取和细化多边形边界提取和细化多边形边界提取和细
28、化 (2)(2)(2)(2)多边形边界跟踪多边形边界跟踪多边形边界跟踪多边形边界跟踪 (3)(3)(3)(3)拓扑关系生成拓扑关系生成拓扑关系生成拓扑关系生成(4)(4)(4)(4)去除多余点及曲线光滑去除多余点及曲线光滑去除多余点及曲线光滑去除多余点及曲线光滑 2022/9/242022/9/243636本讲稿第三十六页，共一百零八页(1)(1)多边形边界提取和细化多边形边界提取和细化 通过通过通过通过高通滤波高通滤波高通滤波高通滤波将栅格图形将栅格图形将栅格图形将栅格图形二值化或以特殊值标识边界点二值化或以特殊值标识边界点二值化或以特殊值标识边界点二值化或以特殊值标识边界点；进行细化进行细
29、化进行细化进行细化，细化实质是消除线段横截面栅格数的不一致，将图，细化实质是消除线段横截面栅格数的不一致，将图，细化实质是消除线段横截面栅格数的不一致，将图，细化实质是消除线段横截面栅格数的不一致，将图像中的线条沿中心细化，使其具有一个像素宽度的线条。像中的线条沿中心细化，使其具有一个像素宽度的线条。像中的线条沿中心细化，使其具有一个像素宽度的线条。像中的线条沿中心细化，使其具有一个像素宽度的线条。说明：说明：说明：说明：细化意味着要细化意味着要细化意味着要细化意味着要删除一部分栅格删除一部分栅格删除一部分栅格删除一部分栅格，但细化后要，但细化后要，但细化后要，但细化后要保持图像的保持图像的保
30、持图像的保持图像的连接性不变连接性不变连接性不变连接性不变，要，要，要，要保留原图像的关键部分保留原图像的关键部分保留原图像的关键部分保留原图像的关键部分，如图的突出部分、线段的端，如图的突出部分、线段的端，如图的突出部分、线段的端，如图的突出部分、线段的端点等。点等。点等。点等。细化处理是细化处理是细化处理是细化处理是图像处理图像处理图像处理图像处理的一种重要处理方法，实现算法很的一种重要处理方法，实现算法很的一种重要处理方法，实现算法很的一种重要处理方法，实现算法很多，主要有多，主要有多，主要有多，主要有“剥皮法剥皮法剥皮法剥皮法”和和和和“骨架法骨架法骨架法骨架法”，为获得好的处理结果，
31、算法的选择，为获得好的处理结果，算法的选择，为获得好的处理结果，算法的选择，为获得好的处理结果，算法的选择应视图像情况而定。应视图像情况而定。应视图像情况而定。应视图像情况而定。2022/9/242022/9/243737本讲稿第三十七页，共一百零八页uu二值化在最大与最小灰度间定义一个阈值，大于阈值赋在最大与最小灰度间定义一个阈值，大于阈值赋在最大与最小灰度间定义一个阈值，大于阈值赋在最大与最小灰度间定义一个阈值，大于阈值赋1 1，否则，否则，否则，否则0 02022/9/242022/9/243838本讲稿第三十八页，共一百零八页uu细化（剥皮法）使每条线使每条线使每条线使每条线只保留代表
32、其轴线的单个栅格宽度只保留代表其轴线的单个栅格宽度只保留代表其轴线的单个栅格宽度只保留代表其轴线的单个栅格宽度，称为，称为，称为，称为“剥皮剥皮剥皮剥皮”。从边缘向内剥皮时，注意不要剥去会导致线段不连通的栅格。从边缘向内剥皮时，注意不要剥去会导致线段不连通的栅格。从边缘向内剥皮时，注意不要剥去会导致线段不连通的栅格。从边缘向内剥皮时，注意不要剥去会导致线段不连通的栅格。2022/9/242022/9/243939本讲稿第三十九页，共一百零八页uu(2)多边形边界跟踪多边形边界跟踪uu多边形边界跟踪的目的是，多边形边界跟踪的目的是，多边形边界跟踪的目的是，多边形边界跟踪的目的是，将细化处理后的栅
33、格数据将细化处理后的栅格数据将细化处理后的栅格数据将细化处理后的栅格数据转换成矢量图形坐标系列转换成矢量图形坐标系列转换成矢量图形坐标系列转换成矢量图形坐标系列。uu对每个边界弧段由一个结点向另一个结点搜索，通常对每个对每个边界弧段由一个结点向另一个结点搜索，通常对每个对每个边界弧段由一个结点向另一个结点搜索，通常对每个对每个边界弧段由一个结点向另一个结点搜索，通常对每个已知边界点需除了进入方向的其他已知边界点需除了进入方向的其他已知边界点需除了进入方向的其他已知边界点需除了进入方向的其他7 7个方向搜索下一个边界点，直个方向搜索下一个边界点，直个方向搜索下一个边界点，直个方向搜索下一个边界点
34、，直到连成边界弧段。到连成边界弧段。到连成边界弧段。到连成边界弧段。2022/9/242022/9/244040本讲稿第四十页，共一百零八页uu跟踪将细化后的栅格整理成线段，并以矢量形将细化后的栅格整理成线段，并以矢量形式存储特征栅格中心点的坐标。式存储特征栅格中心点的坐标。2022/9/242022/9/244141本讲稿第四十一页，共一百零八页(3)(3)(3)(3)拓扑关系生成拓扑关系生成拓扑关系生成拓扑关系生成 拓扑关系生成需要找出用矢量表示的结点、线段，形成拓扑关系生成需要找出用矢量表示的结点、线段，形成拓扑关系生成需要找出用矢量表示的结点、线段，形成拓扑关系生成需要找出用矢量表示的
35、结点、线段，形成拓扑拓扑拓扑拓扑关系关系关系关系，并建立相应，并建立相应，并建立相应，并建立相应属性信息属性信息属性信息属性信息。(4)(4)去除多余点及曲线光滑去除多余点及曲线光滑 由于上述过程是逐个栅格进行的，因此存在大量多余点需由于上述过程是逐个栅格进行的，因此存在大量多余点需由于上述过程是逐个栅格进行的，因此存在大量多余点需由于上述过程是逐个栅格进行的，因此存在大量多余点需要除去，多余点去除根据直线方程求得，即找线段上连续的要除去，多余点去除根据直线方程求得，即找线段上连续的要除去，多余点去除根据直线方程求得，即找线段上连续的要除去，多余点去除根据直线方程求得，即找线段上连续的3 3
36、3 3个个个个点，检查中间点是否在直线上或基本上点，检查中间点是否在直线上或基本上点，检查中间点是否在直线上或基本上点，检查中间点是否在直线上或基本上(规定误差范围内规定误差范围内规定误差范围内规定误差范围内)在直在直在直在直线上时，如上述条件成立则去除中间点。线上时，如上述条件成立则去除中间点。线上时，如上述条件成立则去除中间点。线上时，如上述条件成立则去除中间点。同时，由于栅格精度所限，跟踪曲线可能不光滑，使曲线光滑。同时，由于栅格精度所限，跟踪曲线可能不光滑，使曲线光滑。同时，由于栅格精度所限，跟踪曲线可能不光滑，使曲线光滑。同时，由于栅格精度所限，跟踪曲线可能不光滑，使曲线光滑。202
37、2/9/242022/9/244242本讲稿第四十二页，共一百零八页曲线光滑：假象曲线为曲线光滑：假象曲线为一组离散点一组离散点，寻找形式较简单、性，寻找形式较简单、性 能良好的能良好的曲线解析式曲线解析式。插值方式插值方式：曲线通过：曲线通过加点加点给定的离散点。给定的离散点。逼近方式逼近方式：曲线尽量：曲线尽量逼近逼近给定离散点。给定离散点。2022/9/242022/9/244343本讲稿第四十三页，共一百零八页uu该算法的基本思想是该算法的基本思想是该算法的基本思想是该算法的基本思想是通过边界提取，将左右多边形信息保存在边通过边界提取，将左右多边形信息保存在边通过边界提取，将左右多边形
38、信息保存在边通过边界提取，将左右多边形信息保存在边界点上，界点上，界点上，界点上，每条边界弧段由每条边界弧段由每条边界弧段由每条边界弧段由两个并行的边界链两个并行的边界链两个并行的边界链两个并行的边界链组成，分别组成，分别组成，分别组成，分别记录该边界记录该边界记录该边界记录该边界弧段的左右多边形编号弧段的左右多边形编号弧段的左右多边形编号弧段的左右多边形编号。uu具体步骤如下：具体步骤如下：具体步骤如下：具体步骤如下：uu（1 1）边界点和结点提取）边界点和结点提取）边界点和结点提取）边界点和结点提取uu（2 2）边界线搜索与左右多边形信息记录）边界线搜索与左右多边形信息记录）边界线搜索与左
39、右多边形信息记录）边界线搜索与左右多边形信息记录uu（3 3）多余点去除）多余点去除）多余点去除）多余点去除2 2、双边界搜索算法、双边界搜索算法2022/9/242022/9/244444本讲稿第四十四页，共一百零八页（1 1）边界点和结点提取）边界点和结点提取）边界点和结点提取）边界点和结点提取uu2*22*2栅格窗口沿行或列方向全图扫描：栅格窗口沿行或列方向全图扫描：栅格窗口沿行或列方向全图扫描：栅格窗口沿行或列方向全图扫描：若窗口内若窗口内若窗口内若窗口内4 4个栅格有且仅有个栅格有且仅有个栅格有且仅有个栅格有且仅有2 2个不同编号，则标识为边界点；个不同编号，则标识为边界点；个不同编
40、号，则标识为边界点；个不同编号，则标识为边界点；若窗口内有若窗口内有若窗口内有若窗口内有3 3个以上不同编号，则为结点，保持各栅格原多边形编号信息；个以上不同编号，则为结点，保持各栅格原多边形编号信息；个以上不同编号，则为结点，保持各栅格原多边形编号信息；个以上不同编号，则为结点，保持各栅格原多边形编号信息；对角线上栅格两两相同，造成多边形不连通，作结点处理。对角线上栅格两两相同，造成多边形不连通，作结点处理。对角线上栅格两两相同，造成多边形不连通，作结点处理。对角线上栅格两两相同，造成多边形不连通，作结点处理。2022/9/242022/9/244545本讲稿第四十五页，共一百零八页uu（2
41、 2）边界线搜索与左右多边形信息记录）边界线搜索与左右多边形信息记录）边界线搜索与左右多边形信息记录）边界线搜索与左右多边形信息记录uu首先记录开始边界点的两个多边形编号，作为该弧段的左右多边首先记录开始边界点的两个多边形编号，作为该弧段的左右多边首先记录开始边界点的两个多边形编号，作为该弧段的左右多边首先记录开始边界点的两个多边形编号，作为该弧段的左右多边形，下一点组的搜索方向则由进入当前点的搜索方向和该点组的可形，下一点组的搜索方向则由进入当前点的搜索方向和该点组的可形，下一点组的搜索方向则由进入当前点的搜索方向和该点组的可形，下一点组的搜索方向则由进入当前点的搜索方向和该点组的可能走向决
42、定。能走向决定。能走向决定。能走向决定。uu（3 3）多余点去除）多余点去除）多余点去除）多余点去除2022/9/242022/9/244646本讲稿第四十六页，共一百零八页二、栅格向矢量转换二、栅格向矢量转换二、栅格向矢量转换二、栅格向矢量转换 从栅格单元转换为几何图形的过程为矢量化；从栅格单元转换为几何图形的过程为矢量化；（一）要求（矢量化过程应保持）：（一）要求（矢量化过程应保持）：1 1）栅栅-矢转换为矢转换为拓扑转换拓扑转换，即保持实体原有的连通性、邻接性等；，即保持实体原有的连通性、邻接性等；2 2）转换实体保持转换实体保持正确的外形正确的外形。（二）方法（二）方法方方法法一一，实
43、实际际应应用用中中大大多多数数采采用用人人工工矢矢量量化化法法，如如扫扫描描矢矢量量化化，该该法法工工作作量量大大，成成为为GISGIS数据输入、更新的瓶颈问题之一。数据输入、更新的瓶颈问题之一。方法二，方法二，程序转化转换程序转化转换（全自动或半自动）（全自动或半自动）遥感影象图遥感影象图栅格分类图栅格分类图边界边界提取提取二值化二值化编编辑辑矢矢量量跟跟踪踪数数据据压压缩缩原始线划图原始线划图二值化二值化细化细化分分类类图图扫描扫描预预处处理理拓拓扑扑化化小结小结2022/9/242022/9/244747本讲稿第四十七页，共一百零八页5.3 空间数据压缩图形显示输出图形显示输出数据存储数
44、据存储数据压缩数据压缩光滑光滑2022/9/242022/9/244848本讲稿第四十八页，共一百零八页一、数据压缩的定义一、数据压缩的定义所谓数据压缩，即从所取得的数据所谓数据压缩，即从所取得的数据集合集合S中抽出一个中抽出一个子集子集A，这，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数逼近原数据集合据集合，而又取得尽可能大的，而又取得尽可能大的压缩比压缩比。2022/9/242022/9/244949本讲稿第四十九页，共一百零八页压缩比压缩比压缩比压缩比：表示曲线表示曲线表示曲线表示曲线信息载量减少的程度信息载量减少的程度信
45、息载量减少的程度信息载量减少的程度，即曲线信息载量减少，即曲线信息载量减少，即曲线信息载量减少，即曲线信息载量减少的数量的数量的数量的数量 化表示。化表示。化表示。化表示。设数据集设数据集设数据集设数据集S S中曲线的原来点序列为：中曲线的原来点序列为：中曲线的原来点序列为：中曲线的原来点序列为：A A：A A1 1，A A2 2，A An n 压缩处理后，获得新的子序列为：压缩处理后，获得新的子序列为：压缩处理后，获得新的子序列为：压缩处理后，获得新的子序列为：AA：A As1s1，A As2s2，A Asmsm a值的大小，与曲线的值的大小，与曲线的复杂程度复杂程度、缩小倍数缩小倍数、精度
46、要求精度要求、数字化取点数字化取点的密度等的密度等因素有关。因素有关。m1a=n压缩比为：压缩比为：2022/9/242022/9/245050本讲稿第五十页，共一百零八页二、数据压缩的目的二、数据压缩的目的节省存贮空间节省存贮空间节省处理时间节省处理时间2022/9/242022/9/245151本讲稿第五十一页，共一百零八页三、数据压缩途径三、数据压缩途径压缩软件压缩软件优点：优点：原数据信息基本不丢失而且可以原数据信息基本不丢失而且可以大大节省存贮空间，大大节省存贮空间，缺点：缺点：是压缩后的文件必须在解压缩是压缩后的文件必须在解压缩后才能使用后才能使用数据消冗处理数据消冗处理优点：优点
47、：原数据信息不会丢失，得到的文原数据信息不会丢失，得到的文件可以直接使用，件可以直接使用，缺点：缺点：是技术要求高，工作量大，对冗余度是技术要求高，工作量大，对冗余度不大的数据集合效用小不大的数据集合效用小用数据子集代替数据全集用数据子集代替数据全集优点：优点：在规定的精度范围在规定的精度范围内内,从原数据集合中抽取一个子集，从原数据集合中抽取一个子集，缺点：缺点：以信息损失为代价，以信息损失为代价，换取空间数据容量的缩小换取空间数据容量的缩小2022/9/242022/9/245252本讲稿第五十二页，共一百零八页四、常见空间数据的压缩方法四、常见空间数据的压缩方法 1.1.曲线数据的压缩曲
48、线数据的压缩2.2.面域栅格数据的压缩面域栅格数据的压缩 3.3.面域邻接线段的删除面域邻接线段的删除 特征点筛选法：特征点筛选法：筛选抽取曲线特筛选抽取曲线特征点，并删除全征点，并删除全部多余点以达到部多余点以达到节省存贮空间的节省存贮空间的目的。目的。2022/9/242022/9/245353本讲稿第五十三页，共一百零八页1.1.曲线数据的压缩曲线数据的压缩2.2.面域栅格数据的压缩面域栅格数据的压缩 3.3.面域邻接线段的删除面域邻接线段的删除 通过压缩编码技通过压缩编码技术来消除冗余数术来消除冗余数据：据：游程长度编码游程长度编码四叉树编码等四叉树编码等2022/9/242022/9
49、/245454本讲稿第五十四页，共一百零八页1.1.曲线数据的压缩曲线数据的压缩2.2.面域栅格数据的压缩面域栅格数据的压缩 3.3.面域邻接线段的删除面域邻接线段的删除 数据属性的重新数据属性的重新分分类和空和空间图形形的化的化简需要需要对数数据据进行行压缩相相邻界界线的的删除除共同属性的合并共同属性的合并2022/9/242022/9/245555本讲稿第五十五页，共一百零八页Eg:Eg:面域邻接线段的删除面域邻接线段的删除 2022/9/242022/9/245656本讲稿第五十六页，共一百零八页五、不同数据结构的压缩五、不同数据结构的压缩1.1.矢量数据压缩矢量数据压缩2.2.栅格数据
50、压缩栅格数据压缩2022/9/242022/9/245757本讲稿第五十七页，共一百零八页DouglasDouglasPeuckerPeucker道格拉斯普克法道格拉斯普克法1、曲线（矢量）数据的压缩：曲线（矢量）数据的压缩：对每一条曲线的首末点虚连一条直线，求所有点与直线的距离，并找出最大距离值对每一条曲线的首末点虚连一条直线，求所有点与直线的距离，并找出最大距离值d d maxmax,用用d d maxmax与限差与限差D D相比。若相比。若d maxDd maxDd maxD，则保留，则保留d maxd max对应的坐对应的坐标点，并以该点为界，把曲线分为两部分，对这两部分重复使用该方法