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1、第五章第五章空间数据处理空间数据处理1/25/20231/25/20231 1u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据，按照不同的方式方法对数据形式进行进行编辑运算编辑运算，清除数据冗余清除数据冗余，弥补弥补数据缺失数据缺失，形成符合用户要求的数据，形成符合用户要求的数据文件格式。文件格式。1/25/20231/25/20232 2u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的必要过程。过程。数据处理是数据处理是检验数据质量检验数据质量的关键环节。的关键环节。数据处理
2、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。1/25/20231/25/20233 3uu空间数据处理所涉及的主要空间数据处理所涉及的主要内容有内容有坐标变换坐标变换、数据结构转换数据结构转换、图形编辑图形编辑、拓扑关系的自动生成拓扑关系的自动生成、空间数据压缩空间数据压缩、空间数据内插空间数据内插等。等。1/25/20231/25/20234 4u5.1空间数据的坐标变换空间数据的坐标变换1/25/20231/25/20235 5一、空间数据坐标变换的概念一、空间数据坐标变换的概念uu空间数据从一种数学状态到另空间数据从一种数学状态到另一种数学状态的变换，实质是一种数学状态的
3、变换，实质是建立建立两个平面点之间（或球面坐标和平两个平面点之间（或球面坐标和平面坐标）的一一对应关系面坐标）的一一对应关系，是空间，是空间数据处理的基本内容之一。数据处理的基本内容之一。1/25/20231/25/20236 6 坐标变换原因坐标变换原因1/25/20231/25/20237 7三、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：主要解决主要解决主要解决主要解决G1SG1SG1SG1S中设备坐标同用户坐标中设备坐标同用户坐标中设备坐标同用户坐标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的不一致，设备坐标
4、之间的不一致问题的不一致，设备坐标之间的不一致问题的不一致，设备坐标之间的不一致问题。(平移、旋平移、旋平移、旋平移、旋转、比例转、比例转、比例转、比例)2 2 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主要解决数字化原图变形等原因引起的主要解决数字化原图变形等原因引起的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。误差，并进行几何配准。误差，并进行几何配准。误差，并进行几何配准。（高次、二次、仿射）（高次、二次、仿射）（高次、二次、仿射）（高次、二次、仿射）3 3 3 3、投影变换：、投影变换：、投影变换：、投影变换：主要解决地理坐标到
5、平面坐标之间的转主要解决地理坐标到平面坐标之间的转主要解决地理坐标到平面坐标之间的转主要解决地理坐标到平面坐标之间的转换问题。换问题。换问题。换问题。（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）1/25/20231/25/20238 8(a)平移平移(b)缩放缩放(c)旋旋转转1/25/20231/25/20239 9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）l l直线变换后仍为直线直线变换后仍为直线l l平行线变换后仍为平行线平行线变换后仍为平行线l l不
6、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1/25/20231/25/20231010X=a0+a1 x+a2 yY=b0+b1 x+b2 y 上式含有上式含有6个参数：个参数：a0、a1、a2、b0、b1、b2，要实要实现仿射变换，需要知道不在同一直线上的现仿射变换，需要知道不在同一直线上的3对控制点的数对控制点的数字化坐标及其理论坐标值，可求得上述的字化坐标及其理论坐标值，可求得上述的6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4个以上的点进行纠正，利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。用最小二乘法处理，以提高变换的精度。1/25
7、/20231/25/202311115.2 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，通常应包含有拓扑信息，通常应用于用于空间关系空间关系的分析；的分析；uu 栅格数据栅格数据易于表示面状要素，主要易于表示面状要素，主要应用于应用于空间分析空间分析和和图像处理图像处理。1/25/20231/25/20231212A、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。1/25/20231/25/20231313Ra
8、ster与与Polygon转换的图解表达转换的图解表达1/25/20231/25/20231414u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1/25/20231/25/20231515 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。划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1/25/20231/25/202316161、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
9、一坐标点值为(x，y)，转，转成栅格数据其行列值为成栅格数据其行列值为(i，j)。YOXmaxYminXminIJYmaxX(0,0)XY1/25/20231/25/202317172、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.1/25/20231/25/20231818 又称为又称为多边形填充多边形填充，就是在矢量表示，就是在矢量表示的多边形边界内部的所有栅格上
10、赋予相应的的多边形边界内部的所有栅格上赋予相应的多边形编号多边形编号，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1/25/20231/25/20231919u转换方法转换方法u（1）内部点扩散法）内部点扩散法u（2）复数积分算法）复数积分算法u（3）射线算法）射线算法和扫描算法和扫描算法u（4）边界代数算法）边界代数算法1/25/20231/25/20232020由每个多边形一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
11、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
12、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）内部点扩散算法的概念）内部点扩散算法的概念 1/25/20231/25/20232121 缺点：缺点：程序设计复杂，需要在栅格阵列中搜索，程序设计复杂，需要在栅格阵列中搜索，程序设计复杂，需要在栅格阵列中搜索，程序设计复杂，需要在栅格阵列
13、中搜索，占用内存很大，在内存受限时很难采用；占用内存很大，在内存受限时很难采用；占用内存很大，在内存受限时很难采用；占用内存很大，在内存受限时很难采用；在一定的栅格精度上，如果复杂图形的同在一定的栅格精度上，如果复杂图形的同在一定的栅格精度上，如果复杂图形的同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一多边形的两条边界落在同一个或相邻的两个栅格一多边形的两条边界落在同一个或相邻的两个栅格一多边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。内，会造成多边形不连通，不能完成多边形的填充。内，会造成多边形不连通，不能完成多边
14、形的填充。内，会造成多边形不连通，不能完成多边形的填充。1/25/20231/25/20232222（2 2 2 2）复数积分算法）复数积分算法）复数积分算法）复数积分算法基本概念基本概念 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，逐个栅格单逐个栅格单元元判断栅格归属的多边形及编码。判断栅格归属的多边形及编码。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。如果积分值为积分值为2 2，则该待判点，则该待判点属于属于此多边形，赋予多边形编号此多边形，赋予多边形编号(纪录属性纪录属性)；否则，则该待判
15、点在此多边形外部，不属于该；否则，则该待判点在此多边形外部，不属于该多变形。多变形。1/25/20231/25/20232323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数据栅格数据栅格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。点在某多边形之外或在多边形内来决定是否记录该点。点在某多边形之外或在多边形内来决定是否记录该点。点在某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，判断该射线具体实现是由待判点
16、向图外某点引射线，判断该射线具体实现是由待判点向图外某点引射线，判断该射线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。与某多边形所有边界相交的总次数。与某多边形所有边界相交的总次数。与某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
17、）射线算法和扫描算法）射线算法和扫描算法1/25/20231/25/20232424N=0N=2N=1N=3N=41/25/20231/25/20232525特特殊殊情情况况1/25/20231/25/20232626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。1/25/20231/25/20232727（4 4）边界代数算法边界代数算法 边边界界代代数数法法基基于于积积分分求求多多边边形形的的思思想想，通通过过简简单单的的代代数数运运算算，实现多边形的矢栅转
18、换。该算法，实现多边形的矢栅转换。该算法简单可靠简单可靠，被大量使用。，被大量使用。步骤：步骤：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；以以栅栅格格行行列列为为参参考考坐坐标标轴轴，由由多多边边形形某某点点开开始始顺顺时时针针搜索边界线搜索边界线；当当边边界界上上行行时时，位位于于该该边边界界左左侧侧的的具具有有相相同同行行坐坐标标的的所所有有栅栅格格被被减减去去a a，当当边边界界下下行行时时，位位于于该该边边界界左左侧侧的的具具有有相相同同行坐标的所有栅格被行坐标的所有栅格被加上加上a a。1/25/20231/25/20232828边界代数算法边界代数算法边界代数算法边
19、界代数算法 1/25/20231/25/20232929上行下行1/25/20231/25/20233030一、矢量向栅格转换一、矢量向栅格转换一、矢量向栅格转换一、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1/25/20231/25/20233131二、栅格向矢量的转换二、栅格向矢量的转换1
20、/25/20231/25/20233232对对任任意意栅栅格格点点数数据据P，假假设设其其坐坐标标数数据据为为(I，J)，按按下下图图所所示坐标，计算其中心点坐标，将其转换为矢量数据。示坐标，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1/25/20231/25/20233333 线线段段栅栅格格数数据据向向矢矢量量数数据据转转换换的的实实质质是是：将将具具有有相相同同属性值的连续的单元格搜索出来属性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。具具体体实实施施时时可可以以先先将将具具有有一一定定粗粗细细的的栅栅格格数数据据线线进进行行细化，使其成
21、为单像素的线段，然后进行矢量化。细化，使其成为单像素的线段，然后进行矢量化。2 2、线段的矢量化、线段的矢量化 1/25/20231/25/20233434 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；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作为多边形的边；作为多边形的边；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。3 3、多边形、多边形(面面)的矢量化的矢量化 1/25/20231/25/202335351 1、栅格格
22、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)多边形边界提取和细化多边形边界提取和细化 (2)(2)多边形边界跟踪多边形边界跟踪 (3)(3)拓扑关系生成拓扑关系生成(4)(4)去除多余点及曲线光滑去除多余点及曲线光滑 1/25/20231/25/20233636(1)(1)多边形边界提取和细化多边形边界提取和细化 通过通过高通滤波高通滤波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；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，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。将图像中的
23、线条沿中心细化，使其具有一个像素宽度的线条。说明：说明：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，但细化后要，但细化后要保持保持图像的连接性不变图像的连接性不变，要，要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，如图的突出部分、线段的端点等。分、线段的端点等。细化处理是细化处理是图像处理图像处理的一种重要处理方法，实现的一种重要处理方法，实现算法很多，主要有算法很多，主要有“剥皮法剥皮法”和和“骨架法骨架法”，为获得好的处理，为获得好的处理结果，算法的选择应视图像情况而定。结果，算法的选择应视图像情况而定。1/25/20231/25/20233737uu二值化在最大与最
24、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 01/25/20231/25/20233838uu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
25、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。1/25/20231/25/20233939u(2)多边形边界跟踪多边形边界跟踪u多边形边界跟踪的目的是，多边形边界跟踪的目的是，将细化处理后的栅格数将细化处理后的栅格数据转换成矢量图形坐标系列据转换成矢量图形坐标系列。u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对每个已知边界点需除了进入方向的其他7个方向搜索下个方向搜索下一个边界点，直到连成边界弧段。一个边界点，直到连成边界弧段。1/25/20231/25/20234040uu跟踪将细化
26、后的栅格整理成线段，并以矢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。量形式存储特征栅格中心点的坐标。1/25/20231/25/20234141(3)(3)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，形成拓扑关系拓扑关系，并建立相应，并建立相应属性信息属性信息。(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，即找线段上连续需要除去，多余点去除根据直线方程求得，即
27、找线段上连续的的3 3个点，检查中间点是否在直线上或基本上个点，检查中间点是否在直线上或基本上(规定误差范围规定误差范围内内)在直线上时，如上述条件成立则去除中间点。在直线上时，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，使曲同时，由于栅格精度所限，跟踪曲线可能不光滑，使曲线光滑。线光滑。1/25/20231/25/20234242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
28、：曲线尽量逼近逼近给定离散点。给定离散点。1/25/20231/25/20234343uu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，将左右多边形信息通过边界提取，将左右多边形信息通过边界提取，将左右多边形信息通过边界提取，将左右多边形信息保存在边界点上，保存在边界点上，保存在边界点上，保存在边界点上，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，组成，组成，组成，分别分别分别分别记录该边界弧段的左右多边形编号记录该边界弧段的左右多边形编号记录该边界弧段的左右多边形编号记录
29、该边界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、双边界搜索算法、双边界搜索算法1/25/20231/25/20234444（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
30、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
31、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。1/25/20231/25/20234545uu（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，作为该弧段首先记录开始边界点的两个多边形编号，作为该弧段首先记录开始边界点的两个多边形编号，作为该弧段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的左右多边形，下一点组的搜索方
32、向则由进入当前点的搜的左右多边形，下一点组的搜索方向则由进入当前点的搜的左右多边形，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能走向决定。索方向和该点组的可能走向决定。索方向和该点组的可能走向决定。索方向和该点组的可能走向决定。uu（3 3）多余点去除）多余点去除）多余点去除）多余点去除1/25/20231/25/20234646二、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
33、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大，成为量大，成为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
34、图图扫描扫描预预处处理理拓拓扑扑化化小结小结1/25/20231/25/202347475.3 空间数据压缩图形显示输出图形显示输出数据数据存储存储数据压缩数据压缩光滑光滑1/25/20231/25/20234848一、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，这个子集作为一个新的信息源，在规定的精度范围内最好，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地逼近原数据集合逼近原数据集合，而又取得尽可能大的，而又取得尽可能大的压缩比压缩比。1/25/20231/25/20234949压缩比压缩比压
35、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。设设设设数据集数据集数据集数据集S S中中中中曲线的原来点序列为：曲线的原来点序列为：曲线的原来点序列为：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
36、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、精度要求精度要求、数字化取点数字化取点的密度等因素有关。的密度等因素有关。m1a=n压缩比为：压缩比为：1/25/20231/25/20235050二、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1/25/20231/25/20235151三、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原数据信息基本不丢失而且可以大大节省存贮空间，可以大大节省存贮空间，缺点：缺点：是压缩后的文件必须是压缩后的文件必须在解压缩后才能使用在解压缩后才能使用数据消冗处理数据
37、消冗处理优点：优点：原数据信息不会丢失，得原数据信息不会丢失，得到的文件可以直接使用，到的文件可以直接使用，缺点：缺点：是技术要求高，工作是技术要求高，工作量大，对冗余度不大的数据集合效用小量大，对冗余度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：在规定的精度在规定的精度范围内范围内,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：以信息以信息损失为代价，换取空间数据容量的缩小损失为代价，换取空间数据容量的缩小1/25/20231/25/20235252四、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.曲线数据的压缩曲线数据的压缩
38、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：筛选抽取曲线筛选抽取曲线特征点，并删特征点，并删除全部多余点除全部多余点以达到节省存以达到节省存贮空间的目的。贮空间的目的。1/25/20231/25/202353531.1.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 通过压缩编码通过压缩编码技术来消除冗技术来消除冗余数据：余数据：游程长度编码游程长度编码四叉树编码等四叉树编码等1/25/20231/25/202354541.1.曲线数据的压缩曲线数
39、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 数据属性的重数据属性的重新分类和空间新分类和空间图形的化简需图形的化简需要对数据进行要对数据进行压缩压缩相邻界线的删相邻界线的删除除共同属性的合共同属性的合并并1/25/20231/25/20235555EgEg:面域邻接线段的删除面域邻接线段的删除 1/25/20231/25/20235656五、不同五、不同数据结构的压缩数据结构的压缩1.1.矢量数据压缩矢量数据压缩2.2.栅格数据压缩栅格数据压缩1/25/20231/25/20235757DouglasDouglasPeuckerPeuck
40、er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对应的坐标点，并以该点为界，把曲线分为两部分，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。对这两部分重复使用该方法。,1/25/20231/25/20235858、垂距法、垂距法、垂距法、垂距法
41、 每次顺序取曲线上的每次顺序取曲线上的三个点；三个点；计算中间点与其它两计算中间点与其它两点连线的垂线距离点连线的垂线距离d d，并与并与限差限差D D比较。若比较。若d dD D，则中则中间点去掉；若间点去掉；若d dD D，则中则中间点保留；间点保留；然后顺序取下三个点然后顺序取下三个点继续处理，直到这条线结继续处理，直到这条线结束。束。1/25/20231/25/20235959uu、光栏法uu基本思想是：定义一个扇形区域，通过判断曲线上的点在扇形外还是在扇形内，确定保留还是舍去。1/25/20231/25/20236060&几种方法的比较：几种方法的比较：通过分析可以发现，大多数情况下
42、：通过分析可以发现，大多数情况下：通过分析可以发现，大多数情况下：通过分析可以发现，大多数情况下：uu道格拉斯道格拉斯道格拉斯道格拉斯普克法：普克法：普克法：普克法：压缩算法较好，但必须对整条曲线压缩算法较好，但必须对整条曲线压缩算法较好，但必须对整条曲线压缩算法较好，但必须对整条曲线数字化完成后才能进行，且计算量较大；数字化完成后才能进行，且计算量较大；数字化完成后才能进行，且计算量较大；数字化完成后才能进行，且计算量较大；uu光栏法：光栏法：光栏法：光栏法：压缩算法也很好，而且可在数字化时实时处理，压缩算法也很好，而且可在数字化时实时处理，压缩算法也很好，而且可在数字化时实时处理，压缩算法
43、也很好，而且可在数字化时实时处理，每次判断下一个数字化的点，且计算量较小；每次判断下一个数字化的点，且计算量较小；每次判断下一个数字化的点，且计算量较小；每次判断下一个数字化的点，且计算量较小；uu垂距法：垂距法：垂距法：垂距法：算法简单，速度快，但有时会将曲线的弯曲极算法简单，速度快，但有时会将曲线的弯曲极算法简单，速度快，但有时会将曲线的弯曲极算法简单，速度快，但有时会将曲线的弯曲极值点值点值点值点p p去掉而失真。去掉而失真。去掉而失真。去掉而失真。1/25/20231/25/20236161链式编码链式编码游程长度编码游程长度编码块码块码四叉树编码四叉树编码2 2、栅格数据的压缩、栅格
44、数据的压缩 （详见第四章）（详见第四章）1/25/20231/25/202362625.4 矢量数据的图形编辑1/25/20231/25/20236363uu在建立拓扑关系的过程中，一些在数字在建立拓扑关系的过程中，一些在数字化输入过程中的错误需要被改正，否则建立的化输入过程中的错误需要被改正，否则建立的拓扑关系将不能正确反映地物之间的关系。拓扑关系将不能正确反映地物之间的关系。uu由于地图数字化，是一件耗时、繁杂的由于地图数字化，是一件耗时、繁杂的人力劳动，在数字化过程中错误几乎是不可避人力劳动，在数字化过程中错误几乎是不可避免的。免的。1/25/20231/25/20236464造成数字化
45、错误的具体原因包括：造成数字化错误的具体原因包括：uu（1）遗漏遗漏某些实体；某些实体；uu（2）某些实体）某些实体重复重复录入。录入。uu（3）定位不准确定位不准确。1/25/20231/25/202365651/25/20231/25/20236666图形编辑是一交互处理过程，图形编辑是一交互处理过程，GISGIS具备的图形编辑功能的要求是：具备的图形编辑功能的要求是：1 1）具有友好的）具有友好的人机界面人机界面，即操作灵活、易于理解、响应迅速等；，即操作灵活、易于理解、响应迅速等；2 2）具有对几何数据和属性编码的）具有对几何数据和属性编码的修改功能修改功能，如点、线、面的增，如点、线
46、、面的增 加、删除、修改等；加、删除、修改等；3 3）具有）具有分层显示分层显示和和窗口操作功能窗口操作功能，便于用户的使用。，便于用户的使用。矢量数据的图形编辑，是指矢量数据的图形编辑，是指对地图资料数字化后的数据进对地图资料数字化后的数据进行编辑加工行编辑加工，其主要的目的是在，其主要的目的是在改正数据差错改正数据差错的同时，相应地的同时，相应地改正数字化资料的图形改正数字化资料的图形。1/25/20231/25/20236767在数字化后的地图上，错误的具体表现在数字化后的地图上，错误的具体表现形式有以下几种：形式有以下几种：uu（1）伪节点）伪节点1/25/20231/25/20236
47、868uu（2）悬挂节点）悬挂节点1/25/20231/25/20236969uu（3）“碎屑碎屑”多边形或多边形或“条带条带”多边形多边形uu（4）不正规的多边形）不正规的多边形uu上述的错误，一般会在建立拓扑的过上述的错误，一般会在建立拓扑的过程中，需要进行编辑修改。一些错误，如程中，需要进行编辑修改。一些错误，如悬挂节点，可以在编辑的同时，由软件悬挂节点，可以在编辑的同时，由软件自自动修改动修改。通常的办法是设置一个。通常的办法是设置一个“捕捉距捕捉距离离”，当节点之间、或者节点与线之间的，当节点之间、或者节点与线之间的距离小于此数值后，即自动连接。其他错距离小于此数值后，即自动连接。其
48、他错误则需要进行误则需要进行手工编辑手工编辑。1/25/20231/25/20237070一、自动捕捉法一、自动捕捉法一、自动捕捉法一、自动捕捉法1 1、点的捕捉、点的捕捉设光标点为设光标点为S(x,y)，某一点状要素的坐标为，某一点状要素的坐标为A(X，Y)，可设一捕捉半径，可设一捕捉半径D(通常为通常为35个象素个象素)。若。若S和和A的距离的距离d小于小于D则认为捕捉成功，即认为找到的点是则认为捕捉成功，即认为找到的点是A，否则失，否则失败，继续搜索其它点。败，继续搜索其它点。1/25/20231/25/202371712 2、线的捕捉、线的捕捉、线的捕捉、线的捕捉 1/25/20231
49、/25/202372723 3 3 3、面的捕捉、面的捕捉、面的捕捉、面的捕捉1/25/20231/25/20237373二、编辑操作二、编辑操作1 1）结点吻合）结点吻合(Snap)(Snap)或称结点匹配、结点附和。方法：或称结点匹配、结点附和。方法：A A、用鼠标移动结点；用鼠标移动结点；B B、鼠标拉框；鼠标拉框；C C、求交点，求两条线的交点或其延长线的交点，求交点，求两条线的交点或其延长线的交点，作为吻合的结点；作为吻合的结点；D D、自动匹配，给定一个吻合容差，将容差范围内自动匹配，给定一个吻合容差，将容差范围内 的结点自动吻合成一点。的结点自动吻合成一点。1 1、结点的编辑、结
50、点的编辑1/25/20231/25/202374742 2 2 2）结点与线的吻合）结点与线的吻合）结点与线的吻合）结点与线的吻合编辑的方法：编辑的方法：A A、结点移动，将结点移动到线目标上；结点移动，将结点移动到线目标上；B B、自动编辑，在给定容差内，自动求交自动编辑，在给定容差内，自动求交并吻合在一起。并吻合在一起。A AB BD DC CE E在数字化过程中，常遇到一个在数字化过程中，常遇到一个结点与一个线状目标的中间相交。结点与一个线状目标的中间相交。由于测量或数字化误差，它不可能由于测量或数字化误差，它不可能完全交于线目标上，需要进行编辑，完全交于线目标上，需要进行编辑，称为结点