地理信息系统课件第六章空间获取与处理.ppt

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1、第六章 空间数据获取与处理,第六章 空间数据获取与处理,主要内容,6.1 空间数据获取来源 6.1.1 空间数据获取来源 6.1.2 空间数据获取初步处理6.2 空间数据采集 6.2.1 图形数据的采集 6.2.2 属性数据的采集6.3 空间数据录入后的处理 6.3.1 图形坐标转换 6.3.2 拓扑生成 6.4 实践练习-扫描及屏幕跟踪数字化（以MapInfo为例） 6.4.1 MapInfo软件介绍 6.4.2 扫描及屏幕跟踪数字化,主要内容6.1 空间数据获取来源,6.1 空间数据获取来源,6.1.1 空间数据获取来源,1）地图2）遥感影像数据3）统计数据4）实地勘测数据5）已有数字数据

2、6）各种文字报告和文献文件,6.1 空间数据获取来源6.1.1 空间数据获取来源1）地,6.1 空间数据获取来源,6.1.2 空间数据获取初步处理1）地图-2）遥感数据-3）统计数据-4）实地勘测数据- 5）已有数字数据-6）各种文字报告和文献文件-,手扶跟踪数字化、扫描及矢量化 遥感解译 键盘录入 GPS定位仪等仪器测量 数据转换 键盘录入,6.1 空间数据获取来源6.1.2 空间数据获取初步处理手,6.2 空间数据采集,6.2.1 图形数据的采集（地图数字化）,地图数字化矢量化电子地图,矢量化电子地图优点: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、漫游功能很强；

3、 分层显示地图(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)；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； 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；,6.2 空间数据采集6.2.1 图形数据的采集（地图数字化,6.2 空间数据采集,6.2.1 图形数据的采集根据图形数据的类型可分为矢量数据的采集和栅格数据的采集两种。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、从栅格数据文件转换而来；D、通过手扶跟踪数字化仪输入。栅格数据的采集A、人工方式；B、从矢

4、量数据直接转换；C、采用遥感数据；D、扫描数字化。,6.2 空间数据采集6.2.1 图形数据的采集,6.2.1.1 数字化仪数字化1）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，从而完成数字化。,6.2.1.1 数字化仪数字化由游标线圈(定位器)、工作桌面,2）数字化前准备A、选择底图。,2）数字化前准备

5、,2）数字化前准备B、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）数字化前准备一是有利于空间数据与属性数据的连接；二是有利,地理信息系统课件-第六章-空间获取与处理,2）数字化前准备C、 录入之前先输入至少3个定位点(注册点)。,2）数字化前准备,3）数字化方式方式：A、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标，它能够加快线或多边形地物的录入速度。,3）数字化方式,距离流方式(Di

6、stance Stream)和时间流方式(Time Stream)比较：,(a)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) 时间流方式是按照一定时间间隔对接收的点进行采样。,距离流方式(Distance Stream)和时间流方式(T,4）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,4）曲线离散化算法Douglas-Peucker算法 （五步）.比较该距离与

7、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,4）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。,4）曲线离散化算法,5）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。,5）特点,6.2空间数据采集,6.2.1.2 扫描矢量化以及常用算法1)扫描矢量化以及处理流程,纸地图,扫描转换,拼接地图,裁剪地图,图像处理矢量化,矢

8、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,6.2空间数据采集6.2.1.2 扫描矢量化以及常用算法 纸,2）扫描仪输入A、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）扫描仪输入长地CD-91600方正Z530海德堡S340,2）扫描仪输入B、扫描前准备扫描时，必须先进行扫描参数的设置，包括

9、：.扫描模式的设置；.扫描分辨率的设置；.亮度、对比度、色调等针对一些特殊的需要调整；.设定扫描范围。,2）扫描仪输入,2）扫描仪输入C、扫描步骤利用扫描仪对地图扫描时大致按以下步骤进行： 原图定位； 激活扫描软件： 设置扫描方式： 原图预扫： 调整扫描的尺寸和扫描方式： 最终扫描及扫描后处理。,2）扫描仪输入,底图扫描,底图扫描,2）扫描仪输入D、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。,2）扫描仪输入,3）图像拼接裁剪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 人工拼接图像裁剪外围调整修理、规则分割,3）图像拼接裁剪,4）图像二值化(Thre

10、shold)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。,4）图像二值化(Threshold),5）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”,图6-5：去毛刺模板，X为任意数值,图6-6：去孔洞凹陷模板,5）二值图像平滑,6）图像细化(Thinning) 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。,6）图像细化(Thinning),7）链码(弗里曼码) 用曲线出发点坐标和线的斜率来描述二

11、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。,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。,7）链码(弗里曼码) 图6-10（a）所示是链码的八个方向及,6.2空间数据采集,6.2.2 属性数据采集,1）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。,6.2

12、空间数据采集6.2.2 属性数据采集 1）对照图形直接,6.3 空间数据录入后的处理,6.3.1 图形坐标转换 平移 X=X+Tx Y=Y+Ty,(a)平移,6.3 空间数据录入后的处理6.3.1 图形坐标转换 (a,6.3.1 图形坐标转换 缩放 X=XSx Y=YSy,(b)缩放,6.3.1 图形坐标转换 (b)缩放,6.3.1 图形坐标转换 图形旋转：假定顺时针旋转角度为 ，其公式为：,(c)图形旋转,6.3.1 图形坐标转换 (c)图形旋转,6.3.2 拓扑生成 1）拓扑关系可以定义以下内容：A：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

13、的公共边界。B：邻接性，是多边形之间的相互邻接性。C：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。,6.3.2 拓扑生成,2）拓扑前图形修改 A：造成数字化错误的具体原因包括：遗漏某些实体,2）拓扑前图形修改,2）拓扑前图形修改 A：造成数字化错误的具体原因包括：某些实体重复录入,2）拓扑前图形修改,2）拓扑前图形修改 A：造成数字化错误的具体原因包括： 定位的不准确,2）拓扑前图形修改,2）拓扑前图形修改 B：错误的具体表现形式有：a.伪节点(Pseudo Node)，伪节点使一条完整的线变成两段,2）拓扑前图形修改,2）拓扑前图形修改 B：错误的具体表现形式有b

14、.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 (a)多边形不封闭,2）拓扑前图形修改 B：错误的具体表现形式有：c.“碎屑”多边形或“条带”多边形(Sliver Polygon),图6-17：碎屑多边形,2）拓扑前图形修改 图6-17：碎屑多边形,2）拓扑前图形修改 B：错误的具体表现形式有：d.不正规的多边形(Weird Polygon),2）拓扑前图形修改,3）建立拓扑关系A：多边形拓扑关系的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

15、图形编制节点表；依据节点表，选择任一弧段开始搜寻,3）建立拓扑关系,3）建立拓扑关系A：多边形拓扑关系的建立,3）建立拓扑关系,3）建立拓扑关系A：多边形拓扑关系的建立,拓扑前分析,拓扑错误检查,拓扑建立,3）建立拓扑关系拓扑前分析拓扑错误检查拓扑建立,3）建立拓扑关系B：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,3）建立拓扑关系图6-21：节点的编辑，将实际不连通的线路形,6.4实践练习-扫描及屏幕跟踪数字化（以MapInfo为例） 6.4.1 MapInfo软件介绍 6.4.2 扫描及屏幕跟踪数字

16、化,6.4实践练习-扫描及屏幕跟踪数字化（以MapInfo为,6.4.1 MapInfo Professional简介,1)、MapInfo Professional的特点A、以表的形式组织数据库(栅格表、数据表(图形数据和属性数据表)、通常包含4个文件)B、采用层的概念来组织和管理数据C、关系型数据库管理功能D、汉化的用户界面,6.4.1 MapInfo Professional简介1,2)、 MapInfo Professional的数据和文件结构 A、表文件.TAB(表结构).DAT表数据(或.DBF .XLS),森林分布图,行政区图,水系图,林种分布图,.TAB,.DAT,.ID,.

17、IND,.MAP,工作空间,图层,数据文件,2)、 MapInfo Professional的数据和文件,2)、 MapInfo Professional的数据和文件结构,B、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.GIF(graphics interchange format).JPEG.PCX.BMP(bit map).TIEF.BIL(SPOT卫星图象格式)D、其它文件(.TXT .WKS .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.,2)、 MapInfo Professi

18、onal的数据和文件,3)、 MapInfo 的主要功能,A、几个有关概念 图层图层控制对话框 可见、可编辑、可选择（不能编辑）、自动标记运算符数学运算符 + - * / 比较运算符 = = =逻辑运算符 and or not 地理运算符 contains; within ; Intersect地理函数Area(obj, 单位）;“sq km” “sq mi”centroid x (obj) ,centroid y (obj); distance(x1 , y1 , x2 , y2 , 单位）;“ km” “ mi”objectlen( obj ,单位）;“ km” “ mi”perimete

19、r(obj ,单位）;“ km” “ mi”,3)、 MapInfo 的主要功能A、几个有关概念,B、 MapInfo的输入与编辑功能 通过移、加、删结点来完成编辑 通过区域和折线的相互转换进行辅助编辑 通过半自动跟踪解决公共边界的输入,B、 MapInfo的输入与编辑功能,C、 MapInfo的查询功能SQL简单查询MapInfo的地理函数与扩展SQL查询,C、 MapInfo的查询功能,D、 MapInfo的专题图制作功能专题图制作专题图注记,D、 MapInfo的专题图制作功能,E、 MapInfo的地理分析功能基于地理函数的空间查询缓冲区分析,E、 MapInfo的地理分析功能,6.4

20、 实践练习-扫描及屏幕跟踪数字化（以MapInfo为例） 6.4.2 扫描及屏幕跟踪数字化1）基本步骤,纸地图,扫描转换,拼接地图,裁剪地图,图像配准,矢量图生成,矢量图编辑,6.4 实践练习-扫描及屏幕跟踪数字化（以MapIn,2）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:,启动MapInfo,选择”打开表”命令,文件类型选”栅格图象”,

21、在接下来的对话框中选”配准”命令,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,输入至少三个配准点后点击”确定”按钮完成配准,点击”新建”按钮建立配准点并输入相关的经纬度,2）图象配准根据实际经纬度坐标配准步骤:启动MapInfo选,利用已有电子数据配准步骤:,启动MapInfo,选择”打开表”命令,打开已有的电子数据,在接下来的对话框中选”配准”命令,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”,输入至少三个配准点后点击”确定”按钮完成配准,选择”打开表”命令,文件类型选”栅格图象”,利用已有电子数据配准步骤:启动MapInfo选择”打开表”命,3）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,3）分层屏幕跟踪数字化,