地理信息系统数据采集与处理课件.ppt

1、GIS原理（四）第四章 地理信息系统数据 采集与处理主讲教师：邱春霞测绘学院重点内容 GIS的数据来源 空间数据的处理内容及流程 空间索引的概念与类型 空间数据的质量控制 地理空间数据是GIS的处理对象，空间数据的数量与质量在很大程度上决定了GIS的价值。也就是说，空间数据源、空间数据的采集手段、生产工艺、数据质量都直接影响着GIS应用的潜力、成本和效率。空间数据在GIS中具有非常重要的意义。第一节 空间数据的采集GIS的空间数据是多源数据（图形图的空间数据是多源数据（图形图 像数据、文字符号数据、多媒体数据）像数据、文字符号数据、多媒体数据）一、GIS数据源（一）图形图像数据（一）图形图像数

2、据 地图数据地图数据：普通地图、专题地图：普通地图、专题地图 影像数据影像数据：卫星遥感影像、航空影像：卫星遥感影像、航空影像 地形数据地形数据：地形图、实测地形数据、：地形图、实测地形数据、DEM 测量数据及测量数据及GPS数据数据地图数据卫星遥感影像ADS40数字航空影像DEM产品（二）文字符号数据（二）文字符号数据文字符号数据文字符号数据：是以数字、文字、符号表示的：是以数字、文字、符号表示的数据，包括空间要素数据和测量数据，统计数数据，包括空间要素数据和测量数据，统计数据，调查数据，各种法律文档数据，社会经济据，调查数据，各种法律文档数据，社会经济数据，元数据等各种形式的电子数据。数据

3、，元数据等各种形式的电子数据。（三）多媒体数据（三）多媒体数据多媒体数据多媒体数据：是指音频数据和视频数据。：是指音频数据和视频数据。音频文件的格式：音频文件的格式：CD、MIDI、WAVE、.MP1/.MP2/.MP3、.MP4、.VQF、.AIF/AIFF、.AU、.RA/RM/RAM 视频文件的格式：视频文件的格式：影像格式和流格式影像格式和流格式 影像格式有：影像格式有：AVI、MPEG、DivX、MOV、WMV 流格式有：流格式有：RM/RA、ASF、MOVGIS的不同数据源及种类项目项目第一手数据第一手数据第二手数据第二手数据非电子数据非电子数据地面测量数据、航空像地面测量数据、航

4、空像片、手簿记录数据、社片、手簿记录数据、社会经济调查会经济调查地图、统计图表地图、统计图表电子数据电子数据全站仪实测数据、全站仪实测数据、GPS观测数据、数字摄影测观测数据、数字摄影测量、遥感数据、现代地量、遥感数据、现代地球物理、地球化学数据球物理、地球化学数据计算机数据库存储计算机数据库存储数据数据二、空间数据的尺度 人们在观察、认识自然现象、自然过程以及人们在观察、认识自然现象、自然过程以及各种社会经济问题时，如果尺度不同、角度各种社会经济问题时，如果尺度不同、角度不同、分辨率不同，将得到不同的印象、认不同、分辨率不同，将得到不同的印象、认识或结果。因此，选择恰当的空间尺度是非识或结果

5、。因此，选择恰当的空间尺度是非常重要的。常重要的。（一）考虑空间尺度的重要性（一）考虑空间尺度的重要性（二）空间尺度的概念和表达方式（二）空间尺度的概念和表达方式 尺度尺度：是指研究者选择观察（测）世界的窗：是指研究者选择观察（测）世界的窗口。口。不同学科、不同研究领域对尺度的表述方式不同学科、不同研究领域对尺度的表述方式和含义是不同的：和含义是不同的：比例尺比例尺（测绘学、地图制图学、地理学）（测绘学、地图制图学、地理学）测量工具、滤波器测量工具、滤波器（数学、机械学、光学等）（数学、机械学、光学等）空间分辨率空间分辨率（航空摄影、遥感技术）（航空摄影、遥感技术）三、属性数据的获取与输入 属

6、性数据属性数据：即空间实体的特征数据，主要定：即空间实体的特征数据，主要定义空间数据或制图特征所表示的内容，一般义空间数据或制图特征所表示的内容，一般包括名称、等级、数量、代码等多种形式。包括名称、等级、数量、代码等多种形式。空间点、线、面实体都有相应的属性。空间点、线、面实体都有相应的属性。属性数据源属性数据源 遥感数据、各种统计数据、现场调查资料、遥感数据、各种统计数据、现场调查资料、社会调查资料、其他资料等。社会调查资料、其他资料等。在建立GIS前，首先要进行详细的用户调查，确定需要存储哪些属性信息，属性数据的编码方法及信息的来源等。（一）属性数据的编码原则（一）属性数据的编码原则 编码

7、的系统性和科学性编码的系统性和科学性 编码的一致性编码的一致性 编码的标准化和通用性编码的标准化和通用性 编码的简洁性编码的简洁性 编码的可扩展性编码的可扩展性（二）编码内容（二）编码内容 登记部分登记部分 分类部分分类部分 控制部分控制部分（三）编码方法（三）编码方法 列出全部制图对象清单；列出全部制图对象清单；制定对象分类、分级原则和指标将制图对象制定对象分类、分级原则和指标将制图对象进行分类、分级；进行分类、分级；拟定分类代码系统；拟定分类代码系统；设定代码及其格式；设定代码及其格式；建立代码和编码对象的对照表。建立代码和编码对象的对照表。常用的编码方法常用的编码方法：层次分类编码法：层

8、次分类编码法 多源分类编码法多源分类编码法层次分类编码法层次分类编码法：是按照分类对象的从属和层次关系：是按照分类对象的从属和层次关系为排列顺序的一种代码，它的优点是能明确表示出分为排列顺序的一种代码，它的优点是能明确表示出分类对象的类别，代码结构有严格的隶属关系。如，土类对象的类别，代码结构有严格的隶属关系。如，土地利用现状分类编码。地利用现状分类编码。多多源分类编码法源分类编码法：又称独立分类编码法，是指对于一：又称独立分类编码法，是指对于一个特定的分类目标，根据诸多不同的分类依据分别进个特定的分类目标，根据诸多不同的分类依据分别进行编码，各位数字代码之间并没有隶属关系。它的优行编码，各位

9、数字代码之间并没有隶属关系。它的优点是具有较大的信息载负量，有利于对空间信息的综点是具有较大的信息载负量，有利于对空间信息的综合分析。合分析。（四）属性数据的输入（四）属性数据的输入输入方式有两种：输入方式有两种：对照图形直接输入（属性数据量较小时）对照图形直接输入（属性数据量较小时）建立属性表输入属性或从其他统计数据库中建立属性表输入属性或从其他统计数据库中导入属性，然后根据关键字与图形数据自动导入属性，然后根据关键字与图形数据自动连接（属性数据量较大时）连接（属性数据量较大时）点、线、面状地物属性的添加点、线、面状地物属性的添加（五）属性数据的获取（五）属性数据的获取 现场专题调查采集样本

10、资料现场专题调查采集样本资料 将局部样本资料和遥感信息对照将局部样本资料和遥感信息对照 社会调查与统计社会调查与统计 已有资料已有资料四、几何图形的数据采集与输入 将表示点、线、面实体的地理位置数据通过将表示点、线、面实体的地理位置数据通过键盘输入数据文件或输入到程序中，再进行键盘输入数据文件或输入到程序中，再进行连线编辑。连线编辑。（一）手工数据输入方法（一）手工数据输入方法（二）地图数据的获取（二）地图数据的获取 数字化仪数字化（已淘汰）数字化仪数字化（已淘汰）扫描仪获取地图数据扫描仪获取地图数据 1、扫描仪获取地图数据的种类、扫描仪获取地图数据的种类 栅格型数据屏幕矢量化型数据栅格图向矢

11、量地图的自动转换2、扫描仪获取地图数据的过程、扫描仪获取地图数据的过程扫描栅格数据自动矢量化矢量文件文件转换GIS数据库原始图像预处理栅格编辑矢量编辑（三）遥感数据的获取（三）遥感数据的获取遥感传感器平台遥感传感器平台传感器传感器遥感遥感（Remote Sensing)：从远处探测、感知物体或事物的技术。即不直接接触物体本身，从远处通过各种传感器探测和接收来自目标物体的信息，经过信息的传输及其处理分析，来识别物体的属性及其分布等特征的综合技术。遥感数据的特点 宏观性、综合性宏观性、综合性 覆盖范围大、信息丰覆盖范围大、信息丰富。一景富。一景TMTM影像为影像为185185185185平方公里平

12、方公里；影像包含各种地；影像包含各种地表景观信息，有可表景观信息，有可见的，也有潜在的见的，也有潜在的。多时相性多时相性重复探测，有利于进行动态分析。重复探测，有利于进行动态分析。198620021992greenredNear-infra red多波段性多波段性波段的延长使对地球的观测走向了全天候。波段的延长使对地球的观测走向了全天候。遥感数据的获取方式目视法遥感图像处理方法遥感图像处理方法（四）摄影测量数据（四）摄影测量数据各种类型各种类型传感器传感器被摄物体被摄物体影像影像通过量测和通过量测和解译过程解译过程自然物体及其环境的可靠信息自然物体及其环境的可靠信息DEMDLGDRGDOM摄影

13、测量作业流程Filmprocessingin darkroomFCIRColorB&WStereo plotter Films used alternativelyAll spectral channels simultaneouslyGISDEMOrthophotosMappingRevisionVisualizationImage analysisClassificationDigitalwork-stationGroundprocessingFilm based workflow RC30Direct digital workflow ADS40PrinterColorMSB&WArch

14、ivesystemColorFCIRB&WDSW500scanner FilmMass Memory摄影测量发展的三个阶段 模拟摄影测量模拟摄影测量 解析摄影测量解析摄影测量 数字摄影测量数字摄影测量数字摄影测量数数 字字影影 像像数字测量摄影数字测量摄影系统系统自动建立自动建立立体模型立体模型自动量测自动量测和解译和解译自动记录自动记录数字线划地图数字线划地图数字高程模型数字高程模型数字影像地图数字影像地图数数 据据 库库基于摄影测量的基本原理，通过对所获取的数字基于摄影测量的基本原理，通过对所获取的数字/数字化影像数字化影像进行处理，自动（半自动）提取被摄对象用数字方式表达的几进行处理，自

15、动（半自动）提取被摄对象用数字方式表达的几何与物理信息，从而获得各种形式的数字产品和目视化产品何与物理信息，从而获得各种形式的数字产品和目视化产品计算机技术数字图像处理影像匹配模式识别DPW3-D mouseCrystal eyesVirtuo-Zo 数字摄影测量系统数字摄影测量系统JX-4C数字摄影测量工作站数字摄影测量工作站数字摄影测量获取数据的过程航空摄影航空摄影航片航片航片扫描航片扫描数字化影像数字化影像数码相机数码相机数字影像数字影像定向建模定向建模矢量测图矢量测图图形编辑图形编辑数字地形图数字地形图外业调绘外业调绘像片控制像片控制空三加密空三加密内定向内定向相对定向相对定向绝对定向

16、绝对定向满足满足GIS五、数据的检核 空间数据的不完整或重复；空间数据的不完整或重复；空间数据的位置不正确；空间数据的位置不正确；空间数据的比例尺不准确；空间数据的比例尺不准确；空间数据的变形；空间数据的变形；图形数据与属性数据连接有误；图形数据与属性数据连接有误；属性数据不完整。属性数据不完整。（一）空间和属性数据的错误和误差的类型（一）空间和属性数据的错误和误差的类型几种典型的空间数据采集错误和误差形几种典型的空间数据采集错误和误差形式式（二）数据检核的方法（二）数据检核的方法 目标检核；目标检核；机器检核；机器检核；图形叠合比较法；图形叠合比较法；属性数据检核。属性数据检核。第二节 空间

17、数据的处理 坐标转换是将图形从一种坐标系转换坐标转换是将图形从一种坐标系转换为另一种坐标系，坐标转换一般包括为另一种坐标系，坐标转换一般包括平移平移、旋转旋转、缩放缩放。一、坐标转换（一）平移（一）平移 平移平移：是将图形的一部分或者整体移动到笛：是将图形的一部分或者整体移动到笛卡儿坐标系的另外位置。卡儿坐标系的另外位置。变换公式为：变换公式为：yxTYYTXX（二）缩放（二）缩放 缩放操作可以用于输出大小不同的图形。缩放操作可以用于输出大小不同的图形。变换公式为：变换公式为：yxYSYXSX（三）旋转（三）旋转 设设顺时针顺时针旋转角度为旋转角度为，则变换公式为：，则变换公式为：cossin

18、sincosYXYYXX 综合考虑图形的平移、旋转、缩放，则坐标综合考虑图形的平移、旋转、缩放，则坐标变换公式为：变换公式为：上式是一个上式是一个正交变换正交变换，其更一般的形式为：，其更一般的形式为：上式为二维的上式为二维的仿射变换仿射变换。yxTTYXYXcossinsincos),(yxTTYXdcbaYX),(二、数据格式转换 利用数字化仪、扫描仪等方法输入的数据往利用数字化仪、扫描仪等方法输入的数据往往先存入临时数据文件，经过适当转换后才往先存入临时数据文件，经过适当转换后才进入正式的数据库中。进入正式的数据库中。从外部数据文件获得的数据在数据结构、数从外部数据文件获得的数据在数据结

19、构、数据组织、数据表达上和用户自己的信息系统据组织、数据表达上和用户自己的信息系统往往不一致，需要进行转换。往往不一致，需要进行转换。（一）数据格式转换的原因（一）数据格式转换的原因（二）空间数据转换的内容（二）空间数据转换的内容 空间定位信息，即实体的坐标；空间定位信息，即实体的坐标；空间拓扑关系；空间拓扑关系；属性信息。属性信息。一般情况下，一般情况下，空间定位信息空间定位信息能够完整地进行能够完整地进行转换；转换；拓扑关系拓扑关系在转换过程中经常丢失，若数据在转换过程中经常丢失，若数据模型基本一致，拓扑关系信息在转换过程中丢失模型基本一致，拓扑关系信息在转换过程中丢失后，可以在数据转换后

20、的系统中进行重构而得以后，可以在数据转换后的系统中进行重构而得以恢复；恢复；属性数据属性数据在大部分在大部分GISGIS软件中都能够进行转软件中都能够进行转换。换。（三）空间数据格式转换的途径（三）空间数据格式转换的途径 外部数据交换方式外部数据交换方式 标准空间数据交换格式标准空间数据交换格式 空间数据互操作方式空间数据互操作方式 空间数据的直接访问空间数据的直接访问 空间数据共享平台空间数据共享平台1 1、外部数据交换方式、外部数据交换方式 大部分商用大部分商用GIS软件都定义了外部数据交换格式软件都定义了外部数据交换格式，一般为，一般为ASCII码文件码文件，可以直接阅读。如，可以直接阅

21、读。如ArcGIS的的e00文件、文件、MapInfo的的MID/MIF文件文件、ArcView 的的shape格式、格式、AutoCAD的的DXF格格式；式；MGE的的ArcII Loader格式。格式。利用外部数据交换方式从系统利用外部数据交换方式从系统A的内部数据转的内部数据转换到系统换到系统B，可能，可能需要经过需要经过23次转换次转换。系统系统A内部文件内部文件系统系统A外部交换文件外部交换文件系统系统B外部交换文件外部交换文件系统系统B内部文件内部文件二次转换交换交换三次转换若将若将AutoCAD数据格式转为数据格式转为MAPGIS数据格数据格式，采用外部数据交换方式如何转换？式，

22、采用外部数据交换方式如何转换？例例，将，将Mapinfo的的tab格式转换为格式转换为Arcinfo的的Coverage格式。格式。Mapinfo的的tab ArcinfoE00/AutoCAD的的DXF Arcinfo的的Coverage 方法特点方法特点 优点优点：容易接受。：容易接受。缺点缺点：耗费人力、物力；：耗费人力、物力；易造成数据丢失和信息（拓扑关易造成数据丢失和信息（拓扑关 系）丢失。系）丢失。2、标准空间数据交换格式、标准空间数据交换格式GIS数据格式数据格式A标准空间数据标准空间数据交换文件交换文件GIS数据格式数据格式B每个每个GIS系统只需读写标准格式空间数据程序，系统

23、只需读写标准格式空间数据程序，用二次转换完成数据交换。用二次转换完成数据交换。方法特点方法特点 各个各个GIS系统不必公开内部数据格式，只需公开系统不必公开内部数据格式，只需公开转换技术；转换技术；制定转换标准的难度非常大；制定转换标准的难度非常大；在一定程度上克服了空间数据的外部数据交换在一定程度上克服了空间数据的外部数据交换模式缺乏对空间对象统一的描述方法的缺点。模式缺乏对空间对象统一的描述方法的缺点。目前已有的空间数据交换标准目前已有的空间数据交换标准美国的美国的STDS、欧洲的、欧洲的GDF、中国的、中国的CNSDTS目前的空间数据交换标准还不完善。目前的空间数据交换标准还不完善。3、

24、空间数据互操作方式、空间数据互操作方式空间数据互操作方式空间数据互操作方式：是通过公共接口实现不同系：是通过公共接口实现不同系统间不同数据结构、不同数据格式的数据动态调统间不同数据结构、不同数据格式的数据动态调用，这个公共接口相当于一个规程。用，这个公共接口相当于一个规程。Open GIS互操作规范互操作规范Open GIS互操作规范互操作规范：是开放式：是开放式GIS协会提出的协会提出的一个为了提供地理数据和地理操作的交互性和开一个为了提供地理数据和地理操作的交互性和开放性的软件开发规范。放性的软件开发规范。通过通过OpenGIS的空间数据交换的空间数据交换 OpenGIS提供了一套读取空间

25、数据的提供了一套读取空间数据的标准函数标准函数，每，每个系统软件都按照这一标准提供读写自己系统中空个系统软件都按照这一标准提供读写自己系统中空间数据的驱动程序，其他软件都可以通过调用这一间数据的驱动程序，其他软件都可以通过调用这一程序，直接读取对方的内部数据。程序，直接读取对方的内部数据。系统系统A内部文件内部文件标准标准API函数函数标准标准API函数函数系统系统B内部函数内部函数OGIS与传统与传统GIS处理技术的比较处理技术的比较 OGIS独立于具体的平台，转换技术高度抽象，独立于具体的平台，转换技术高度抽象，数据格式不需公开，它允许用户通过网络实时获数据格式不需公开，它允许用户通过网络

26、实时获取不同系统中的地理信息，它将提供数据源的软取不同系统中的地理信息，它将提供数据源的软件叫件叫数据服务器数据服务器，将使用数据源的软件叫，将使用数据源的软件叫数据客数据客户器户器，当数据客户器要使用某数据源时，发出数，当数据客户器要使用某数据源时，发出数据请求，由数据服务器提供服务。据请求，由数据服务器提供服务。现状：现状：Open GIS互操作规范已引起广泛关注，互操作规范已引起广泛关注，将成为国际标准，但将成为国际标准，但目前还没有一个商业软件完目前还没有一个商业软件完全实现全实现OGIS的操作规范的操作规范。4、空间数据的直接访问、空间数据的直接访问空间数据的直接访问空间数据的直接访

27、问：是指在一个：是指在一个GIS中实现中实现对其他对其他GIS软件数据格式的直接访问。软件数据格式的直接访问。方法特点方法特点 优点优点：避免了繁琐的数据转换；：避免了繁琐的数据转换；一个一个GIS系统访问另一个系统的数据格式时，不系统访问另一个系统的数据格式时，不 必拥有该系统的宿主软件。必拥有该系统的宿主软件。缺点缺点：在充分了解不同格式的基础上，才能直接进：在充分了解不同格式的基础上，才能直接进 行数据访问，工作比较被动；行数据访问，工作比较被动；如果对方数据格式不公开，就无法直接访问它；如如果对方数据格式不公开，就无法直接访问它；如果宿主软件的数据格式进行升级、更新，直接访问果宿主软件

28、的数据格式进行升级、更新，直接访问的软件必须作相应的变更。的软件必须作相应的变更。现状现状 Intergraph公司的公司的Geomedia系列软件提供了空间数据系列软件提供了空间数据的直接访问支持。的直接访问支持。5、空间数据共享平台、空间数据共享平台空间数据共享平台空间数据共享平台：是指空间数据及各个应用：是指空间数据及各个应用软件共享平台，它软件共享平台，它把数据存储在服务器上把数据存储在服务器上，用户通过客户端程序经用户通过客户端程序经共享平台共享平台访问服务器访问服务器上的数据，解决了数据的一致性问题，即当上的数据，解决了数据的一致性问题，即当某一应用程序对数据进行修改后，能直接反某

29、一应用程序对数据进行修改后，能直接反映到数据库中。映到数据库中。方法特点方法特点 理论理论上最好的空间数据共享平台；上最好的空间数据共享平台；实际实际实施时有一定难度（因为各实施时有一定难度（因为各GIS厂商都厂商都不会轻易放弃自己开发的底层系统。不会轻易放弃自己开发的底层系统。三、投影转换 地理空间数据为多源数据，在地理空间数据为多源数据，在GIS中进行某中进行某些操作或处理些操作或处理时（如叠置分析），要求所时（如叠置分析），要求所有空间信息层必须是同种投影。因此，需有空间信息层必须是同种投影。因此，需要将一种投影的数据转换为所需投影的坐要将一种投影的数据转换为所需投影的坐标数据。标数据。

30、投影转换的三种途径投影转换的三种途径 直接转换直接转换 间接转换间接转换 数值变换数值变换（一）直接转换 通过建立一种投影变换为另一种投影的通过建立一种投影变换为另一种投影的严严密或近似的解析关系式密或近似的解析关系式，直接由一种投影，直接由一种投影的数字化坐标（的数字化坐标（x,y）变换为另一种投影的）变换为另一种投影的直角坐标（直角坐标（X,Y）。）。（x,y）（X,Y）对于不同投影系统，很难找到这种解析关对于不同投影系统，很难找到这种解析关系式。系式。（二）间接变换 利用利用坐标反算公式坐标反算公式，将一种投影的平面坐标，将一种投影的平面坐标换算为球面大地坐标；换算为球面大地坐标；使用使

31、用坐标正算公式坐标正算公式把球面大地坐标代入另一把球面大地坐标代入另一种投影的坐标公式中，计算出该投影下的投种投影的坐标公式中，计算出该投影下的投影坐标。影坐标。（x，y）（B，L）（X，Y）坐标反算坐标正算高斯换带高斯换带 将一个带的高斯平面直角坐标转换为大地将一个带的高斯平面直角坐标转换为大地坐标；坐标；将大地坐标转换为另一相邻带的高斯平面将大地坐标转换为另一相邻带的高斯平面直角坐标。直角坐标。（X1，Y1）（B，L）（X2，Y2）坐标反算坐标反算坐标正算坐标正算（三）数值变换 根据两种投影在变换区内的已知坐标的若干根据两种投影在变换区内的已知坐标的若干同名控制点同名控制点，采用插值法或有

32、限差分法、有，采用插值法或有限差分法、有限元法、待定系数最小二乘法，实现两种投限元法、待定系数最小二乘法，实现两种投影坐标之间的变换。影坐标之间的变换。变换公式为：变换公式为：mimjjiijmimjjiijyxbYyxaX010010四、空间数据压缩处理 数据压缩数据压缩：是从取得的数据集合中抽出一个子：是从取得的数据集合中抽出一个子集，这个子集作为一个新的信息源，在规定的集，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。能大的压缩比。矢量数据压缩的主要任务是矢量数据压缩的主要任务是：根据线性要素中：根据线性

33、要素中心轴线和面状要素的边界线的特征，减少弧段心轴线和面状要素的边界线的特征，减少弧段矢量坐标串中顶点的个数（结点不能去除）。矢量坐标串中顶点的个数（结点不能去除）。矢量数据压缩方法有：矢量数据压缩方法有：间隔取点法间隔取点法 垂距法和偏角法垂距法和偏角法 DouglasPeucker方法方法（一）间隔取点法 设弧段由顶点设弧段由顶点P1、P2、Pn组成，则任意组成，则任意两点两点m、n间的距离为：间的距离为：当给定临界点距离为当给定临界点距离为D时，若时，若DmnD，则保，则保留留m点，否则舍去点，否则舍去m点。点。依次类推，逐一比较。依次类推，逐一比较。注意：弧段的起点、终点必须保留。注意

34、：弧段的起点、终点必须保留。22)()(nmnmmnyyxxD间隔取点法曲线压缩取点示意图 间隔取点法可大量减少弧段顶点序列中点的间隔取点法可大量减少弧段顶点序列中点的个数，但个数，但不一定能恰当地保留弧段曲线的大不一定能恰当地保留弧段曲线的大弯曲变化部分弯曲变化部分。（二）垂距法和偏角法 垂距法和偏角法垂距法和偏角法：是按垂距或偏角的限差选：是按垂距或偏角的限差选取符合或超过限差的点，即利用曲线点序列取符合或超过限差的点，即利用曲线点序列中顺序的中顺序的3点点Pn-1、Pn、Pn+1，把，把Pn-1与与Pn+1点相连，计算点相连，计算Pn点到点到Pn-1 Pn+1连线的垂距（连线的垂距（垂距

35、法）或计算垂距法）或计算Pn-1 Pn与与Pn-1 Pn+1直线的夹直线的夹角（偏角法），并与规定的限差比较，以确角（偏角法），并与规定的限差比较，以确定定Pn点的取舍点的取舍。按垂距法和偏角法对曲线进行压缩的过程 垂距法和偏角法虽然不能同时考虑相邻点垂距法和偏角法虽然不能同时考虑相邻点间的方向和距离，且有可能舍去不该舍去间的方向和距离，且有可能舍去不该舍去的点，但的点，但比间隔取点法好比间隔取点法好。（三）DouglasPeucker方法 把一条曲线首末两点连成一条直线；把一条曲线首末两点连成一条直线；计算出各点到该直线的距离；计算出各点到该直线的距离；选取距离中最大者与规定限差比较，若大于

36、限差选取距离中最大者与规定限差比较，若大于限差，则离该直线距离最大的点保留，否则将直线两，则离该直线距离最大的点保留，否则将直线两端点间各点全部舍去；端点间各点全部舍去；图中图中4号点应该保留号点应该保留 将已知点列分成两部分处理，计算将已知点列分成两部分处理，计算2、3点到点到1、4点点连线的距离，选距离大者与限差比较，结果连线的距离，选距离大者与限差比较，结果2、3点点均舍去；均舍去；计算计算5点到点到4、6两点连线的距离，经比较，应保留两点连线的距离，经比较，应保留；依此类推，最后保留的点在原数据库中的编号为依此类推，最后保留的点在原数据库中的编号为1、4、5、6点，重新排序后得到经压缩

37、后的点序为点，重新排序后得到经压缩后的点序为1、2、3、4。DouglasPeucker法试图保持曲线走向，并法试图保持曲线走向，并允许用户规定合理的限差。允许用户规定合理的限差。相对于上两种方法，相对于上两种方法，DouglasPeucker法较法较好。好。五、图幅拼接 主要是因为数字化误差而引起的。主要是因为数字化误差而引起的。分为：几何接边分为：几何接边 逻辑接边逻辑接边1、几何接边、几何接边 几何接边几何接边：主要是对图廓边附近的线段进行接：主要是对图廓边附近的线段进行接边。边。方法方法：自动接边（给出容差，对线段进行自动：自动接边（给出容差，对线段进行自动吻合。吻合。人工方式人工方式

38、2、逻辑接边、逻辑接边 主要是人工操作的错误而引起的，使相邻两幅图主要是人工操作的错误而引起的，使相邻两幅图同一图形要素的属性不一致。同一图形要素的属性不一致。逻辑接边包括逻辑接边包括：将相邻图幅上同一目标连在一起：将相邻图幅上同一目标连在一起时，将属性数据逻辑上连成一体；时，将属性数据逻辑上连成一体；将相邻图幅上同一目标的图形编码值和属性值不一将相邻图幅上同一目标的图形编码值和属性值不一致时，实现一致。致时，实现一致。方法方法：通过关键字在相邻图幅上找同一目标，再：通过关键字在相邻图幅上找同一目标，再结合人工编辑解决；结合人工编辑解决；在图幅文件上建立一个新的索引文件，以指向各图在图幅文件上

39、建立一个新的索引文件，以指向各图幅文件的子目标。幅文件的子目标。六、拓扑关系生成 拓扑关系的生成是拓扑关系的生成是GIS项目中的关键；项目中的关键；建立拓扑关系时，只需要关注实体之间的建立拓扑关系时，只需要关注实体之间的邻接、关联和包含关系；邻接、关联和包含关系；本节以链状双重独立编码为例，介绍本节以链状双重独立编码为例，介绍多边多边形和网络拓扑关系的建立过程形和网络拓扑关系的建立过程。（一）多边形拓扑关系的建立 独立多边形独立多边形 具有公共边界的简单多边形具有公共边界的简单多边形 嵌套多边形嵌套多边形1、多边形的三种情况：、多边形的三种情况：2、多边形自动生成的步骤和方法、多边形自动生成的

40、步骤和方法（以具有公共边界的简单多边形为例）（以具有公共边界的简单多边形为例）以任一弧段的端点为圆心，以给定以任一弧段的端点为圆心，以给定容差容差为半径，产生一个搜为半径，产生一个搜索圆，搜索落入该搜索圆的其他弧段的端点，若有，则取这索圆，搜索落入该搜索圆的其他弧段的端点，若有，则取这些端点坐标的平均值作为结点的位置，并代替原来各弧段的些端点坐标的平均值作为结点的位置，并代替原来各弧段的端点坐标。端点坐标。结点匹配结点匹配建立结点建立结点弧段拓扑关系弧段拓扑关系 结点匹配后，再对产生的结点进行编号，并产结点匹配后，再对产生的结点进行编号，并产生两个文件表，一个记录生两个文件表，一个记录结点所关

41、联的弧段结点所关联的弧段，一个记录一个记录弧段两端的结点弧段两端的结点。多边形的自动生成多边形的自动生成 多边形的自动生成实际上就是多边形的自动生成实际上就是建立多边形与建立多边形与弧段的关系，并将弧段关联的左右多边形填弧段的关系，并将弧段关联的左右多边形填入弧段文件中入弧段文件中。建立多边形拓扑关系时，建立多边形拓扑关系时，弧段是有方向性弧段是有方向性的的，与其关联的两个多边形为，与其关联的两个多边形为左多边形左多边形和和由多由多边形边形。将所有弧段的左、右多边形置空，并将已建立的将所有弧段的左、右多边形置空，并将已建立的结点结点弧段拓扑关系中弧段拓扑关系中各个结点所关联的弧段各个结点所关联

42、的弧段按按方位角大小方位角大小排序排序。方位角方位角：是从：是从x轴按轴按逆时针逆时针方向量至结点与它相邻方向量至结点与它相邻的该弧段上后一个（或前一个）顶点的连线的夹的该弧段上后一个（或前一个）顶点的连线的夹角。角。建立多边形拓扑关系的算法在弧段文件中得到第一条弧段，其为在弧段文件中得到第一条弧段，其为起始弧段起始弧段；以以顺时针方向顺时针方向为搜索方向，搜索该弧段的为搜索方向，搜索该弧段的后续弧后续弧段段；直到搜索到弧段追踪的起点，则形成一个直到搜索到弧段追踪的起点，则形成一个弧段号弧段号顺时针排列的闭合多边形顺时针排列的闭合多边形，该，该多边形多边形弧段的拓弧段的拓扑关系表建立扑关系表建

43、立，然后将形成的多边形号填入弧段，然后将形成的多边形号填入弧段多边形关系表的多边形关系表的左、右多边形左、右多边形内。内。注意：注意：从起始弧段搜索后续弧段时，若起终点号从起始弧段搜索后续弧段时，若起终点号相同，则搜索的弧段为一条相同，则搜索的弧段为一条单封闭弧段单封闭弧段。与每个结点有关的弧段都已按方位角大小与每个结点有关的弧段都已按方位角大小排序，下一个待连接的弧段就是该弧段的排序，下一个待连接的弧段就是该弧段的后后续弧段续弧段。若起始弧段为若起始弧段为A4，起结点为，起结点为N4，终结点为，终结点为N3如何搜索后续弧段？如何搜索后续弧段？对于对于嵌套多边形嵌套多边形，需要在建立简单多边形

44、，需要在建立简单多边形以后或建立过程中，采用多边形包含分析以后或建立过程中，采用多边形包含分析方法判别一个多边形包含了哪些多边形，方法判别一个多边形包含了哪些多边形，并将这些内多边形按并将这些内多边形按逆时针逆时针排列。排列。（二）网络拓扑关系的建立 网络拓扑关系的建立，主要是确定网络拓扑关系的建立，主要是确定结点与弧结点与弧段之间的拓扑关系段之间的拓扑关系。由由GIS软件自动完成。软件自动完成。建立方法与建立多边形拓扑关系相似，不同建立方法与建立多边形拓扑关系相似，不同之处在于不需建立多边形。之处在于不需建立多边形。第三节 空间索引 GIS的空间数据库是用来存储和管理各种空间或非空间数据的计

45、算机应用系统。空间数据库不仅要对非空间数据做索引，而且要对空间数据做很好的索引，以提高各种空间操作的效率。一、概念 空间索引空间索引：是依据空间对象的：是依据空间对象的位置位置、形形状状或空间对象间的某种或空间对象间的某种空间关系空间关系，按一，按一定的顺序排列的一种定的顺序排列的一种数据文件数据文件，其中包，其中包含空间实体的概要信息，如实体的标识含空间实体的概要信息，如实体的标识符、外接矩形及指向空间实体的指针。符、外接矩形及指向空间实体的指针。二、空间索引的主要目的 空间索引作为一种空间索引作为一种辅助性的空间数据结构辅助性的空间数据结构，介于空间操作算法和空间实体之间。介于空间操作算法

46、和空间实体之间。主要目的：在进行空间操作时，通过主要目的：在进行空间操作时，通过对空间对空间数据的筛选和过滤数据的筛选和过滤，把大量与之无关的空间，把大量与之无关的空间数据预先排除，从而数据预先排除，从而提高空间操作的效率提高空间操作的效率。空间索引是一项非常关键的技术，空间索引是一项非常关键的技术，它的性能它的性能直接影响着空间数据库和直接影响着空间数据库和GIS系统的整体性系统的整体性能。能。三、空间索引的常用类型 实体范围索引实体范围索引 格网索引格网索引 四叉树索引四叉树索引 BSP树索引树索引 KDB树索引树索引 R树索引树索引 R+树索引树索引 CELL树索引树索引（一）实体范围索

47、引（一）实体范围索引 实体范围索引实体范围索引：是在记录每个空间实体的坐：是在记录每个空间实体的坐标时，记录包围每个空间实体的标时，记录包围每个空间实体的外接矩形的外接矩形的最大最小坐标最大最小坐标。当检索实体时，根据空间实。当检索实体时，根据空间实体的最大最小范围，体的最大最小范围，预先排除预先排除那些没有落入那些没有落入检索窗口内的空间实体，仅对那些外接矩形检索窗口内的空间实体，仅对那些外接矩形落在检索窗口内的空间实体作进一步的判断落在检索窗口内的空间实体作进一步的判断，最后检索出那些，最后检索出那些真正落入窗口内的空间实真正落入窗口内的空间实体体。基于实体范围的空间数据检索 特点特点：没

48、有建立真正的空间索引文件，是：没有建立真正的空间索引文件，是在存储空间实体的数据文件中增加了外接在存储空间实体的数据文件中增加了外接矩形的最大和最小坐标，主要依靠空间计矩形的最大和最小坐标，主要依靠空间计算来判别。算来判别。（二）格网索引（二）格网索引 格网索引格网索引：是将覆盖整个研究区域的范围按：是将覆盖整个研究区域的范围按照一定的规则划分成照一定的规则划分成大小相等的格网大小相等的格网，然后，然后记录每个格网内所包含的空间实体记录每个格网内所包含的空间实体。在检索。在检索空间实体时，将每个格网按空间实体时，将每个格网按Morton码或称码或称Peano码进行编码，建立码进行编码，建立Pe

49、ano码与空间实体码与空间实体的关系的关系，该关系表即为格网索引文件。，该关系表即为格网索引文件。Peano码编码模型码编码模型基于基于Peano码的码的格网空间索引格网空间索引本例中的多边形索引可能有问题？特点特点：没有包含空间实体的格网，在索引：没有包含空间实体的格网，在索引表中不出现该编码，即没有该条记录；表中不出现该编码，即没有该条记录；一个格网中包含多个空间实体，需要记录一个格网中包含多个空间实体，需要记录多个实体的标识，容易造成数据冗余；多个实体的标识，容易造成数据冗余；划分格网的数目不能太多划分格网的数目不能太多，否则，索引表，否则，索引表本身太大，不利于数据的索引和检索。本身太

50、大，不利于数据的索引和检索。（三）四叉树空间索引（三）四叉树空间索引 四叉树空间索引四叉树空间索引：是根据所有空间对象覆盖：是根据所有空间对象覆盖的范围，进行四叉树分割，使每个子块中包的范围，进行四叉树分割，使每个子块中包含单个实体，然后根据每个实体的含单个实体，然后根据每个实体的子块层数子块层数或子块大小或子块大小，建立相应的索引。，建立相应的索引。四叉树中的线性四叉树和层次四叉树都可以四叉树中的线性四叉树和层次四叉树都可以建立空间索引。建立空间索引。线性四叉树采用十进制线性四叉树采用十进制Morton码或码或Peano码码来表示四叉树的大小和层数。来表示四叉树的大小和层数。根据根据Pean