地理信息系统课件-第六章-空间获取与处理.ppt

1、6.1 空间数据获取来源空间数据获取来源 6.1.1 空间数据获取来源空间数据获取来源l1）地图地图 2）遥感影像数据遥感影像数据 3）统计数据统计数据 4）实地勘测数据实地勘测数据 5）已有数字数据已有数字数据 6）各种文字报告和文献文件各种文字报告和文献文件6.1 空间数据获取来源空间数据获取来源 6.1.2 空间数据获取初步处理空间数据获取初步处理 1）地图地图-2）遥感数据遥感数据-3）统计数据统计数据-4）实地勘测数据实地勘测数据-5）已有数字数据已有数字数据-6）各种文字报告和文献文件各种文字报告和文献文件-手扶跟踪数字化、扫描及矢量化手扶跟踪数字化、扫描及矢量化 遥感解译遥感解译

2、 键盘录入键盘录入 GPS定位仪等仪器测量定位仪等仪器测量 数据转换数据转换 键盘录入键盘录入6.2 空间数据采集空间数据采集 6.2.1 图形数据的采集（地图数字化）图形数据的采集（地图数字化）n 地图数字化地图数字化n 矢量化电子地图矢量化电子地图 矢量化电子地图优点矢量化电子地图优点:计算距离和标注地名符号快速准确；计算距离和标注地名符号快速准确；可对地图局部放大、全图缩小和移动显示、漫游功能可对地图局部放大、全图缩小和移动显示、漫游功能很强；很强；分层显示地图分层显示地图(当对地图上各种信息分不同层归类存放当对地图上各种信息分不同层归类存放后，则可以显示某些层，关闭不显示的层后，则可以

3、显示某些层，关闭不显示的层)；可以以图元为单位进行信息编缉修改，人机交互画线可以以图元为单位进行信息编缉修改，人机交互画线标注符号文字，删除地图多余的信息；标注符号文字，删除地图多余的信息；可以通过计算机网络进行电子地图传递，提供信息共可以通过计算机网络进行电子地图传递，提供信息共享，传递的速度快，保密强享，传递的速度快，保密强；6.2 空间数据采集空间数据采集 6.2.1 图形数据的采集图形数据的采集 根据图形数据的类型可分为矢量数据矢量数据的采集和栅格数据栅格数据的采集两种。矢量数据的采集矢量数据的采集 A、人机交互，直接从计算机键盘或鼠标输入；B、直接采用现成的矢量结构电子数据；C、从栅

4、格数据文件转换而来；D、通过手扶跟踪数字化仪输入通过手扶跟踪数字化仪输入。栅格数据的采集栅格数据的采集 A、人工方式；B、从矢量数据直接转换；C、采用遥感数据；D、扫描数字化扫描数字化。6.2.1.1 数字化仪数字化数字化仪数字化 1）数字化仪工作原理）数字化仪工作原理 一种读取图形坐标数据的设备。是利用电磁感应的原理检测图形坐标数据。由游标线圈(定位器)、工作桌面(包括铺设其下的栅格阵列导线)以及电子部件、微处理器和输出装置等组成。游标线圈是一个电磁发射源，工作桌面则接收游标线圈的发射信号，电子部件和微处理器把游标线圈在工作桌面上的位移量转换成x，y坐标值，最后经输出装置输入计算机，从而完成

5、数字化。2）数字化前准备）数字化前准备 A、选择底图。选择底图。2）数字化前准备）数字化前准备 B、确定需要数字化的要素并分层和分幅。确定需要数字化的要素并分层和分幅。一是有利于空间数据与属性数据的连接；二是有利于组织所需要的各种专题地图；三是有利于提高图形的显示速度。2）数字化前准备）数字化前准备 C、录入之前先输入至少录入之前先输入至少3个定位点个定位点(注注册点册点)。3）数字化方式）数字化方式 方式方式：A、点方式点方式 点方式点方式是当录入人员按下游标(Puck)的按键时，向计算机发送一个点的坐标。B、流方式流方式 流方式流方式是是当录入人员沿着曲线移动游标时，能够自动记录经过点的坐

6、标，它能够加快线或多边形地物的录入速度。距离流方式距离流方式(Distance Stream)和时间流方式时间流方式(Time Stream)比较：(a)(b)(a)距离流距离流方式是当前接收的点与上一点距离超过一定阈值，才记录该点；(b)时间流时间流方式是按照一定时间间隔对接收的点进行采样。4）曲线离散化算法）曲线离散化算法 曲线采样简化，在曲线上取有限个点，变其为折线。Douglas-Peucker算法（五步）.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；.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；4）曲线离散化算法）曲线离散化算法 Douglas-P

7、eucker算法（五步）.比较该距离与预先给定阈值的大小，如果小于，则将该直线段作为曲线的近似，该段曲线处理完毕；.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；4）曲线离散化算法）曲线离散化算法 Douglas-Peucker算法（五步）.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。5）特点）特点 数据量小，数字化的速度比较慢，工作量大，自动化程度低，数字化的精度与作业员的操作有很大关系。6.2空间数据采集空间数据采集 6.2.1.2 扫描矢量化以及常用算法扫描矢量化以及常用算法1)扫描矢量化以及处理流程扫描矢量化以及处理

8、流程 纸地图扫描转换拼接地图裁剪地图图像处理矢量化矢量图合成矢量图编辑交互跟踪矢量化图像二值化平滑细化链式编码矢量线提取自动矢量化2）扫描仪输入）扫描仪输入A、工作原理、工作原理 是一种计算机系统的信息采集与输入设备，采用光电转换原理将连续图像转换为供计算机处理的数字图像，实现图像信息的数字输入。主要分为采用光电倍增管(PTM)的滚筒式和采用光电藕合器件(CCD)的平板式（平台式）两类。长地CD-91600方正Z530海德堡S3400/3300滚筒扫描仪 2）扫描仪输入）扫描仪输入B、扫描前准备、扫描前准备扫描时，必须先进行扫描参数的设置，包括：.扫描模式的设置扫描模式的设置；.扫描分辨率的设

9、置扫描分辨率的设置；.亮度、对比度、色调等针对一些特殊亮度、对比度、色调等针对一些特殊的需要调整；的需要调整；.设定扫描范围设定扫描范围。2）扫描仪输入）扫描仪输入C、扫描步骤、扫描步骤利用扫描仪对地图扫描时大致按以下步骤进行：利用扫描仪对地图扫描时大致按以下步骤进行：原图定位；原图定位；激活扫描软件：激活扫描软件：设置扫描方式：设置扫描方式：原图预扫：原图预扫：调整扫描的尺寸和扫描方式：调整扫描的尺寸和扫描方式：最终扫描及扫描后处理。最终扫描及扫描后处理。底图扫描底图扫描2）扫描仪输入）扫描仪输入D、特点、特点结果为栅格数据，数据量大；输入速度快；不受人为因素的影响；操作简单。3）图像拼接裁

10、剪）图像拼接裁剪 图像拼接图像拼接按拼接位置：上下拼接 左右拼接按拼接方法：自动拼接 人工拼接 图像裁剪图像裁剪外围调整修理、规则分割(a)(b)(c)4）图像二值化）图像二值化(Threshold)图像二值化是用于从原始扫描图像计算得到黑白二值图像(Binary Image)，通常将图像上的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。5）二值图像平滑）二值图像平滑 去毛刺 去孔洞及凹陷 图6-4 扫描图像的“毛刺”和“凹陷孔洞”000010X1X101图6-5：去毛刺模板，X为任意数值 图6-6：去孔洞凹陷模板 6）图像细化）图像细化(Thinni

11、ng)一般要求：保证细化后曲线的连通性；细化结果是原曲线的中心线；保留细线端点。7）链码）链码(弗里曼码弗里曼码)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。图6-10（a）所示是链码的八个方向及它们的序号。图6-10（b）的细线的链码为(3,0)21100066567，其中（3,0）为起始点坐标，之后的数值序列描述了方向。37650p412(a)(b)012345图6-10：链码及其对细线的表示 (a)：链码的8个方向；(b)细线 8）矢量线提取）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。6.2空间数据采集 6.2.2 属

12、性数据采集属性数据采集 1）对照图形直接输入）对照图形直接输入 2）预先建立属性表输入属性，或从其他统预先建立属性表输入属性，或从其他统计数据库中导入属性，然后根据关键字与计数据库中导入属性，然后根据关键字与图形数据自动连接。图形数据自动连接。6.3 空间数据录入后的处理空间数据录入后的处理 6.3.1 图形坐标转换图形坐标转换 平移平移 X=X+Tx Y=Y+TyX方向Y方向(a)平移 6.3.1 图形坐标转换图形坐标转换 缩放缩放 X=XSx Y=YSy(b)缩放 6.3.1 图形坐标转换图形坐标转换 图形旋转图形旋转：假定顺时针旋转角度为 ，其公式为：(c)图形旋转 cossinsinc

13、osYXYYXX 6.3.2 拓扑生成拓扑生成 1）拓扑关系可以定义以下内容：）拓扑关系可以定义以下内容：A：区域区域，每个多边形用一组封闭的线来表示，而不需要记录封闭线上的所有点，避免两次记录相邻多边形的公共边界。B：邻接性邻接性，是多边形之间的相互邻接性。C：连通性连通性，连通性是指对弧段连接的判别，连通性的建立和表现是网络分析的基础。2）拓扑前图形修改）拓扑前图形修改 A：造成数字化错误的造成数字化错误的具体原因具体原因包括：包括：遗漏某些实体遗漏某些实体 2）拓扑前图形修改）拓扑前图形修改 A：造成数字化错误的造成数字化错误的具体原因具体原因包括：包括：某些实体重复录入某些实体重复录入

14、 2）拓扑前图形修改）拓扑前图形修改 A：造成数字化错误的造成数字化错误的具体原因具体原因包括：包括：定位的不准确定位的不准确(a)实际地物(b)不及(c)过头 2）拓扑前图形修改）拓扑前图形修改 B：错误的具体错误的具体表现形式表现形式有有：a.a.伪节点伪节点(Pseudo Node)，伪节点使一条完整的伪节点使一条完整的线变成两段线变成两段 伪节点 2）拓扑前图形修改）拓扑前图形修改 B：错误的具体错误的具体表现形式表现形式有有 b.悬挂节点悬挂节点(Dangling Node)(a)多边形不封闭 (b)节点不重合 图6-16：悬挂节点的两种情形 2）拓扑前图形修改）拓扑前图形修改 B：

15、错误的具体错误的具体表现形式表现形式有有：c.“碎屑碎屑”多边形或多边形或“条带条带”多边形多边形(Sliver Polygon)图6-17：碎屑多边形 2）拓扑前图形修改）拓扑前图形修改 B：错误的具体错误的具体表现形式表现形式有有：d.不正规的多边形不正规的多边形(Weird Polygon)(a)正常多边形(b)不正规多边形 3）建立拓扑关系）建立拓扑关系 A：多边形拓扑关系的多边形拓扑关系的建立建立 需要描述以下实体之间的关系：多边形的组成弧段；弧段左右两侧的多边形，弧段两端的节点；节点相连的弧段。步骤：根据图形编制节点表；依据节点表，选择任一弧段开始搜寻123456ABCD A 3

16、2 1 B 4 6 1 C 2 5 4 D 3 6 5节点表，其中对于每个节点记录了顺时针方向排序的相连的弧段IIIIII245BCA(a)I(b)(c)1 3）建立拓扑关系）建立拓扑关系 A：多边形拓扑关系的建立多边形拓扑关系的建立 3）建立拓扑关系）建立拓扑关系 A：多边形拓扑关系的建立多边形拓扑关系的建立拓扑前分析拓扑前分析拓扑错误拓扑错误检查检查拓扑建立拓扑建立 3）建立拓扑关系）建立拓扑关系 B：网络拓扑关系的建立网络拓扑关系的建立 需要确定线实体之间的连接关系，确定节点与连接线之间的关系 图6-21：节点的编辑，将实际不连通的线路形成的节点删除 6.4实践练习实践练习-扫描及屏幕跟

17、踪数字化扫描及屏幕跟踪数字化（以（以MapInfo为例）为例）6.4.1 MapInfo软件介绍软件介绍 6.4.2 扫描及屏幕跟踪数字化扫描及屏幕跟踪数字化行政区图行政区图水系图水系图林种分布图林种分布图.TAB.DAT.ID.IND.MAP工作空间工作空间图层图层数据文件数据文件B、图文件、图文件.MAP图形对象文件.ID 交叉引用文件(连接数据和对象).IND索引文件(便于查询)C、图象文件、图象文件.GIF(graphics interchange format).JPEG.PCX.BMP(bit map).TIEF.BIL(SPOT卫星图象格式)D、其它文件、其它文件(.TXT .W

18、KS .PRJ .WOR).MID用于表数据的转入转出格式;.MIF用于图形数据的转入转出格式.6.4 实践练习实践练习-扫描及屏幕跟踪数字化（以扫描及屏幕跟踪数字化（以MapInfo为例）为例）6.4.2 扫描及屏幕跟踪数字化扫描及屏幕跟踪数字化 1）基本步骤）基本步骤 纸地图纸地图扫描转换扫描转换拼接地图拼接地图裁剪地图裁剪地图图像配准图像配准矢量图生成矢量图生成矢量图编辑矢量图编辑2）图象配准）图象配准地图都有一个投影坐标系，在不同的坐标系下做出来的地图是不相同的。配准的目的就是主要用于在数字化地图前，对地图进行坐标和投影的校正，即选择一种投影，并确定栅格图像在这一投影上的坐标，以使得地

19、图坐标点准确，把栅格图像数字化A：根据实际经纬度坐标 B：利用已有电子数据 根据实际经纬度坐标配准步骤步骤:u启动MapInfou选择”打开表”命令,文件类型选”栅格图象”u在接下来的对话框中选”配准”命令u在新跳出的对话框中，首先要选择的是坐标投影，选“投影”(Projection)按钮，选择需要的坐标系，然后确定，回到前一对话框u输入至少三个配准点后点击”确定”按钮完成配准u点击”新建”按钮建立配准点并输入相关的经纬度利用已有电子数据配准步骤步骤:u启动MapInfou选择”打开表”命令,打开已有的电子数据u在接下来的对话框中选”配准”命令u点击”新建”按钮建立配准点并依次选择”表-栅格图象-从地图上选择控制点”u输入至少三个配准点后点击”确定”按钮完成配准u选择”打开表”命令,文件类型选”栅格图象”3）分层屏幕跟踪数字化）分层屏幕跟踪数字化根据地图内容分点、线、面三种类型分别数字化。建立相关的图层表;各要素的建立;各图层内对象的修改(样式替换和形状编辑);图层的操作(图层控制);路径和窗口布局各工具条的显示及隐藏