1、第三章 空间数据处理 n一、空间数据的变换一、空间数据的变换 n二、空间数据结构的转换二、空间数据结构的转换n三、多元空间数据的融合三、多元空间数据的融合n四、空间数据的压缩与重分类四、空间数据的压缩与重分类n五、空间数据的内插方法五、空间数据的内插方法n六、空间拓扑关系的编辑六、空间拓扑关系的编辑n空间数据的处理是GIS的重要功能之一。空间数据处理涉及的内容很广泛，主要取决于原始数据的特点和用户要求，一般包括数据变换、数据重构、数据提取等内容。数据变换：几何纠正、地图投影转换数据重构：结构转换、格式转换、类型替换数据提取：类型提取、窗口提取、空间内插第一节 空间数据的变换n空间数据的变换即空
2、间数据坐标系的变换。其实质是建立两个坐标系坐标点之间的一一对应关系，包括几何纠正和投影转换。数字化设备与地理空间坐标数字化图纸发生变形不同来源数据地图投影、比例尺比例变换变形误差消除投影类型转换坐标旋转和平移n一、几何纠正一、几何纠正n二、投影变换二、投影变换一、几何纠正一、几何纠正n图形编辑可消除数字化产生的错误，但无法纠正图形编辑可消除数字化产生的错误，但无法纠正图纸变形等误差。图纸变形等误差。几何纠正几何纠正是为了实现对数字化是为了实现对数字化数据的坐标系转换和图纸变形误差的纠正。数据的坐标系转换和图纸变形误差的纠正。n常用的几何纠正方法有常用的几何纠正方法有仿射变换、相似变换和二仿射变
3、换、相似变换和二次变换次变换。使用最多的一种几何变换。YOa0b0P0Xxyaam m1 1m m2 2:地图横向、纵向比例尺地图横向、纵向比例尺x,y:x,y:数字化仪坐标数字化仪坐标X,Y:X,Y:理论坐标理论坐标a:a:数字化仪坐标与理论坐标数字化仪坐标与理论坐标的夹角的夹角设设x，y为数字化仪坐标，为数字化仪坐标，X,Y为理论坐标，为理论坐标，m1、m2为横向和纵向的实际比例尺，为横向和纵向的实际比例尺，两坐标系夹角为两坐标系夹角为，数字化仪原点数字化仪原点O相对于理论坐标系原点平移了相对于理论坐标系原点平移了a0、b0，则根据图形变换原理，得出坐标变换公式则根据图形变换原理，得出坐标
4、变换公式:设设a1=m1cosb1=-m1sina2=m2sin b2=m2cos式中含有式中含有6个参数个参数a0、a1、a2、b0、b1、b2,要实现仿射变换，要实现仿射变换，需要知道不在同一直线上的需要知道不在同一直线上的的数字化坐标及其理论值，的数字化坐标及其理论值，才能求得上述才能求得上述6个待定参数。个待定参数。但在但在实际应用中，通常利用实际应用中，通常利用4个以上的点个以上的点来进行几何纠正。下面来进行几何纠正。下面按最小二乘法原理来求解待定参数按最小二乘法原理来求解待定参数:设设Qx、Qy表不转换坐标与理论坐标之差，则有表不转换坐标与理论坐标之差，则有按照按照Qx2=min和
5、和Qy2=min的条件，可得到两组法方程的条件，可得到两组法方程:通过消元法，可求得仿射变换的待定参数a0、a1、a2、b0、b1、b2。经过仿射变换的空间数据，其精度可用点位中误差表示，即经过仿射变换的空间数据，其精度可用点位中误差表示，即式中式中:n为控制点个数为控制点个数;x,y为控制点的数字化坐标为控制点的数字化坐标X、Y为控制点的理论坐标。为控制点的理论坐标。仿射变换是仿射变换是GIS数据处理中使用最多的一种几何纠正数据处理中使用最多的一种几何纠正方法。它的主要特性为方法。它的主要特性为:同时考虑到同时考虑到x和和y方向上的变形，方向上的变形，因此纠正后的坐标数据在不同方向上的长度比
6、将发生因此纠正后的坐标数据在不同方向上的长度比将发生变化。其他方法还有变化。其他方法还有相似变换相似变换和和二次变换二次变换等。等。一般采用一般采用4 4点纠正法或网格纠正法。点纠正法或网格纠正法。4 4点纠正法通过输入点纠正法通过输入4 4个个图幅轮廓控制点坐标来实现变换。当图幅轮廓控制点坐标来实现变换。当4 4点纠正法不能满足精度点纠正法不能满足精度要求时，可选用网格纠正法，以增加采样控制点的个数。要求时，可选用网格纠正法，以增加采样控制点的个数。例证例证1 1：地形图的纠正地形图的纠正TIC3TIC2TIC1TIC4 遥感影像图的纠正通常选用同遥感影像图比例尺相同的遥感影像图的纠正通常选
7、用同遥感影像图比例尺相同的地形地形图图或或正射影像图正射影像图作变换标准图，在选择好变换方法后，在被纠正作变换标准图，在选择好变换方法后，在被纠正的遥感影像图和标准图上分别采集同名地物点，所选的点在图上的遥感影像图和标准图上分别采集同名地物点，所选的点在图上应分布均匀、点位合适，通常选道路交叉点、河流桥梁等固定设应分布均匀、点位合适，通常选道路交叉点、河流桥梁等固定设施点，以保证纠正精度。施点，以保证纠正精度。例证例证2 2：遥感影像图的纠正遥感影像图的纠正二、地图投影及其转换二、地图投影及其转换 一个特定的地理坐标系是由一个特定的椭球体和一种特定的地图投影构成。其中：椭球体是一种对地球形状的
8、数学描述；地图投影是将球面坐标转换成平面坐标的数学方法。绝大多数的地图都是遵照一种已知的地理坐标系来显示坐标数据。地图投影就是依据一定的数学法则，将不可展开的地表曲面映射到平面上或可展开成平面的曲面上，最终在地表面点和平面点之间建立一一对应的关系。地理坐标为球面坐标，不方便进行距离、方位、面积等参数的量算。地球椭球体为不可展曲面。地图为平面，符合视觉心理，并易于进行距离、方位、面积等量算和各种空间分析。地球曲面转换成地图平面，不仅仅存在着比例尺变换地球曲面转换成地图平面，不仅仅存在着比例尺变换，而且还存在着投影转换的问题。，而且还存在着投影转换的问题。地图投影实质设想地球是透明体，有一点光源S
9、（投影中心），向四周辐射投影射线，通过球表面射到可展面（投影面）上，得到投影点，然后再将投影面展开铺平，又将其比例尺缩小到可见程度，从而制成地图。),(),(21fyfx当给定不同的具体条件时，将得到不同类型的投影方式。建立地球椭球面上经纬线网和平面上相应经纬线网的数学关系，也就是建立地球椭球面上的点的地理坐标（,）与平面上对应点的平面坐标（x,y）之间的函数关系：长度变长度变形形角度变角度变形形面积变形和面积变形和长度变形长度变形p长度变形长度变形p面积变形面积变形p角度变形角度变形地图投影的三钟变形：地图投影的三钟变形：按变形性质地图投影分为三类：按变形性质地图投影分为三类：通过变形椭圆形
10、状显示变形特征通过变形椭圆形状显示变形特征微分圆长、短半轴的大小，等于该点主方向的微分圆长、短半轴的大小，等于该点主方向的长度比。也就是说，如果一点上主方向的长度长度比。也就是说，如果一点上主方向的长度比（极值长度比）已经确定，则微分圆的大小比（极值长度比）已经确定，则微分圆的大小和形状即可确定。和形状即可确定。rrra=b=rr实地上的一个微分圆，图03-0 5 通 过变形椭圆 形状 显示变形特 征n根据投影面与球面相关位置的分类根据投影面与球面相关位置的分类圆柱方位圆锥n主比例尺：在地图上注出的比主比例尺：在地图上注出的比例尺例尺 计算投影展绘经纬网计算投影展绘经纬网使用使用 不能研究地图
11、投影的变形不能研究地图投影的变形n局部比例尺：大于或小于主比例尺局部比例尺：大于或小于主比例尺 由于长度变形，比例尺不能处处相由于长度变形，比例尺不能处处相等。只有在无变形点和无变形线上才等。只有在无变形点和无变形线上才能保持投影长度为能保持投影长度为1 127椭圆柱为投影面，使地球椭球体的某一经线与椭圆柱相切，椭圆柱为投影面，使地球椭球体的某一经线与椭圆柱相切，然后按等角条件，将中央经线两侧各一定范围内的地区投影然后按等角条件，将中央经线两侧各一定范围内的地区投影到椭圆柱面上，再将其展成平面而得。到椭圆柱面上，再将其展成平面而得。由德国数学家、天由德国数学家、天文学家高斯（文学家高斯（C.F
12、.GaussC.F.Gauss，1777177718551855）及大地测量学家克）及大地测量学家克吕格（吕格（J.KrgerJ.Krger，1857192818571928）共同创建。）共同创建。（）28 (1)(1)中央子午线的投影为一条直线，且投中央子午线的投影为一条直线，且投影之后的长度无变形；影之后的长度无变形；(2)(2)除中央子午线的长度比为除中央子午线的长度比为1 1，其他任何，其他任何点长度比均大于点长度比均大于1 1；(3)(3)在同一条纬线上，离中央经线越远，在同一条纬线上，离中央经线越远，变形越大，变形最大值位于投影带边缘；变形越大，变形最大值位于投影带边缘；(4)(4
13、)在同一条经线上，纬度越低，变形越大，变在同一条经线上，纬度越低，变形越大，变形最大值位于赤道形最大值位于赤道；(5)(5)投影属于等角性质，故没有角度变形，投影属于等角性质，故没有角度变形，面积比为长度比的平方。面积比为长度比的平方。(6)(6)长度比的等变形线平行于中央子午线。长度比的等变形线平行于中央子午线。高斯投影的特点高斯投影的特点29高斯投影的应用高斯投影的应用6 6分带法：分带法：从格林尼治从格林尼治0 0经线（本初子午线），自西向东经线（本初子午线），自西向东按经差每按经差每6 6为一投影带，全球共分为一投影带，全球共分6060个投影带，依次编个投影带，依次编号为号为1 160
14、60。我国位于东经。我国位于东经7272136136之间，共包括之间，共包括1111个个投影带，即投影带，即13132323带。带。303 3分带法分带法：从东经从东经1 1 3030 算起，自西向东按经差算起，自西向东按经差3 3为一个为一个投影带，全球共分投影带，全球共分120120个带，我国位于个带，我国位于24244545带。带。（1）6度投影带：度投影带：中央子午线经度为中央子午线经度为360NL03ln（2）3度投影带：度投影带：中央子午线经度为中央子午线经度为6度带高斯投影的中国略图 n等角正轴切圆柱投影是荷兰地图学家墨卡托于等角正轴切圆柱投影是荷兰地图学家墨卡托于1569156
15、9年所创年所创 赤赤道投影为正长，纬线投影成和赤道道投影为正长，纬线投影成和赤道等长的平行线段等长的平行线段，即离赤道越远，纬即离赤道越远，纬线投影的长度比也越大，为了保持等线投影的长度比也越大，为了保持等角条件，必须把地图上的每一点的经角条件，必须把地图上的每一点的经线方向上的长度比和纬线方向上的长线方向上的长度比和纬线方向上的长度比相等。所以随着纬线长度比的增度比相等。所以随着纬线长度比的增加，相应经线方向上的长度比也得增加，相应经线方向上的长度比也得增加，并且增加的程度相等。所以在墨加，并且增加的程度相等。所以在墨卡托投影中，卡托投影中，从赤道向两极，纬线间从赤道向两极，纬线间隔越来越大
16、。隔越来越大。35墨卡托投影图上的大圆航线与等角航线但因沿大圆航线前进时，需要随时调整航向，不方便。但因沿大圆航线前进时，需要随时调整航向，不方便。为此，常将大圆航线转绘到墨卡托投影地图上（为一为此，常将大圆航线转绘到墨卡托投影地图上（为一曲线），然后将大圆航线划分成若干段，把每段航线曲线），然后将大圆航线划分成若干段，把每段航线连成直线，即为等角航线。这样，对每个航段来说，连成直线，即为等角航线。这样，对每个航段来说，是按等角航线航行，但就全部航程来说，则接近于代是按等角航线航行，但就全部航程来说，则接近于代表最短距离的大圆航线。表最短距离的大圆航线。UTM投影是一种横轴等角割圆柱投影，圆柱
17、面在84N和84S处与椭球体相割，采用在地球表面按经度每6分带。其带号是自西经180由西向东每隔6一个编号。美国编制世界各地军用地图和地球资源卫星像片所采用的全球横轴墨卡托投影（UTM）是横轴墨卡托投影的一种变型。UTM是国际比较通用的地图投影，主要用于全球自84N-84S之间地区的制图。NSUTMUTM投影属于投影属于满足等角条件和中央子午线投影后成为直线，并为满足等角条件和中央子午线投影后成为直线，并为纵坐标轴，纵坐标轴，中央子午线投影长度比不再等于中央子午线投影长度比不再等于1 1，而是等于，而是等于0.99960.9996，投影后两条割线上没有变形，投影后两条割线上没有变形，平面直角系
18、与高斯投影相同，且和高斯投影坐标有平面直角系与高斯投影相同，且和高斯投影坐标有一个简单的比例关系，因而有的文献上也称它为一个简单的比例关系，因而有的文献上也称它为0.99960.9996的高斯投影。的高斯投影。38设想用一个圆锥套在地球椭球体上，然后把地球椭球面上设想用一个圆锥套在地球椭球体上，然后把地球椭球面上的经纬线网按照一定条件投影到圆锥面上，最后沿着一条的经纬线网按照一定条件投影到圆锥面上，最后沿着一条母线（经线）将圆锥面切开而展成平面，就得到圆锥投影。母线（经线）将圆锥面切开而展成平面，就得到圆锥投影。（a）（b）当圆锥面与椭球体上的一条纬圈相切时，称切圆锥投影当圆锥面相割于椭球面两
19、条纬圈时，称割圆锥投影41正轴等面积割圆锥投影，采用双标准纬正轴等面积割圆锥投影，采用双标准纬线相割线相割我国大部分省区图采用阿尔伯斯投影我国大部分省区图采用阿尔伯斯投影 我国基本比例尺地形图我国基本比例尺地形图(100(100万万)采用采用高斯高斯克吕格投影克吕格投影(等等角横切椭圆柱投影角横切椭圆柱投影)；我国我国1:1001:100万地形图采用了万地形图采用了Lambert(Lambert(兰勃特兰勃特)投影投影(等角正轴等角正轴割圆锥投影割圆锥投影););我国大部分省区地图以及大多数这一比例尺的地图也多采用我国大部分省区地图以及大多数这一比例尺的地图也多采用LambertLambert
20、投影和属于同一投影系统的投影和属于同一投影系统的Alberts(Alberts(阿尔伯斯阿尔伯斯)投影投影（正轴等面积割圆锥投影）（正轴等面积割圆锥投影）;总之，在我国大中比例尺时，采用高斯总之，在我国大中比例尺时，采用高斯克吕格投影，小比例克吕格投影，小比例尺采用兰勃特投影。尺采用兰勃特投影。常用的地图投影常用的地图投影我国的地图投影我国的地图投影n当系统使用的数据取自不同地图投影的图幅时，需要将一当系统使用的数据取自不同地图投影的图幅时，需要将一种投影的数字化数据转换为所需要投影的坐标数据。种投影的数字化数据转换为所需要投影的坐标数据。投影转换的方式可以采用投影转换的方式可以采用:n1 1
21、、正解变换。通过建立一种投影变换为另一、正解变换。通过建立一种投影变换为另一种投影的严密或近似的解析关系式，直接由一种种投影的严密或近似的解析关系式，直接由一种投影的数字化坐标投影的数字化坐标x x，y y变换到另一种投影的直角变换到另一种投影的直角坐标坐标X X、Y Y。2 2、反解变换。即由一种投影的坐标反解出地、反解变换。即由一种投影的坐标反解出地理坐标理坐标(x(x、yByB、L)L)，然后将地理坐标代人另一，然后将地理坐标代人另一种投影的坐标公式中种投影的坐标公式中(B(B、LXLX、Y)Y)，从而实现由，从而实现由一种投影的坐标到另一种投影坐标的变换（一种投影的坐标到另一种投影坐标
22、的变换（x x、yXyX、Y Y）。）。n1 1、解析变换法、解析变换法n2 2、数值变换法、数值变换法优点优点缺点缺点矢量数矢量数据结构据结构1.1.便于面向现象便于面向现象(土壤类、土地利用单元等土壤类、土地利用单元等)；2.2.数据结构紧凑、冗余度低；数据结构紧凑、冗余度低；3.3.有利于网络分析；有利于网络分析；4.4.图形显示质量好、精度高。图形显示质量好、精度高。1.1.数据结构复杂；数据结构复杂；2.2.软件与硬件的技术要求比较高；软件与硬件的技术要求比较高；3.3.多边形叠合等分析比较困难；多边形叠合等分析比较困难；4.4.显示与绘图成本比较高。显示与绘图成本比较高。栅格数栅格
23、数据结构据结构1.1.数据结构简单；数据结构简单；2.2.空间分析和地理现象的模拟均比较容易；空间分析和地理现象的模拟均比较容易；3.3.有利于与遥感数据的匹配应用和分析；有利于与遥感数据的匹配应用和分析；4.4.输出方法快速，成本比较低廉。输出方法快速，成本比较低廉。1.1.图形数据量大；图形数据量大；2.2.投影转换比较困难；投影转换比较困难；3.3.栅格地图的图形质量相对较低；栅格地图的图形质量相对较低；4.4.现象识别的效果不如矢量方法。现象识别的效果不如矢量方法。由于矢量数据结构和栅格数据结构各具有不同的由于矢量数据结构和栅格数据结构各具有不同的优缺点，一般对它们的应用原则是优缺点，
24、一般对它们的应用原则是:数据采集采用矢量数据结构，有利于保证空间实数据采集采用矢量数据结构，有利于保证空间实体的几何精度和拓扑特性的描述体的几何精度和拓扑特性的描述;空间分析则主要采用栅格数据结构，有利于加快空间分析则主要采用栅格数据结构，有利于加快系统数据的运行速度和分析应用的进程。系统数据的运行速度和分析应用的进程。因此，在数据处理阶段，经常要进行两种数据结因此，在数据处理阶段，经常要进行两种数据结构的相互转换。构的相互转换。第二节 空间数据结构的转换一、由矢量向栅格的转换一、由矢量向栅格的转换栅格化栅格化 矢量数据向栅格数据转换要将矢量表示的多边形转成栅格数据，使多边形内部所有栅格赋于多
25、边形号。实质上是将矢量图上点、线、面实体的坐标数据转为规则的格网数据再给予填充。(行列)=？坐标n矢量数据转换成栅格数据后，图形的几何精度必然要降低，所以选择栅格尺寸的大小要尽量满足精度要求，使之不过多地损失地理信息。为了提高精度，栅格需要细化，但栅格细化，数据量将以平方指数递增，因此，精度和数据量是确定栅格大小的最重要的影响因素。n栅格尺寸确定计算若干个小图斑的面积S（i1，2，n）；求最小图斑的面积 S min；求栅格尺寸L=1/2*（S min）1/2。栅格尺寸确定n矢量数据向栅格 数据转换前，还要根据研究区域的分辨率要求，确定栅格行列数。其中 i,j,分别为y,x,方向的栅格数；Xmi
26、n,xmax ymin,ymax 为矢量数据的数值范围；x,y 分别按需要确定的为每个栅格单元的边长。ji栅格元素大小和数量的确定maxminmaxmin xxyyjixy矢量图 栅格图如一研究区域X方向长15公里，Y方向长30公里，现有该区域的1:1万比例尺的矢量图，要将其转成栅格结构图，要求栅格的最低分辨率是30m*30m。栅格数的确定：行数 I=30km/30m=1000格 列数 J=15km/30m=500格 栅格行列数确定EXAMPLEABAB中心点法中心点法 B AB A长度优先法长度优先法 B AB A面积优先法面积优先法 B BB B重要性优先法重要性优先法 A BA B栅格单
27、元的归属IJ(0,0)yxxminymin点的转换点的转换(x,y)xxxminJyyminIyintegerinteger（一）点的栅格化（一）点的栅格化（x,y）（I,J）（二）线的栅格化（二）线的栅格化线实体是由顺次连接一组坐标点形成的折线段表示，线实体是由顺次连接一组坐标点形成的折线段表示，线的栅格化，分解成对组成折线的线的栅格化，分解成对组成折线的每一个线段每一个线段的栅格化的栅格化对于一条线段的栅格化，对于一条线段的栅格化，先使用点栅格化的方法，栅格化线段的两个端点，先使用点栅格化的方法，栅格化线段的两个端点，然后再栅格化线段中间的部分然后再栅格化线段中间的部分对于线段中间部分的栅
28、格化，分两种情况来处理对于线段中间部分的栅格化，分两种情况来处理步骤步骤：将将A,BA,B分别转换为栅格数据。分别转换为栅格数据。由行列值求出直线所在行列值的范围由行列值求出直线所在行列值的范围确定直线经过的中间栅格点。确定直线经过的中间栅格点。ymaxIJ(0,0)xmaxxminymin(x,y)AB（二）线的栅格化（二）线的栅格化对于线段中间部分的栅格化，分两种情况来处理对于线段中间部分的栅格化，分两种情况来处理线段的两端点的坐标为（线段的两端点的坐标为（x1,y1）（）（x2,y2）对应的栅格化的行列值为（对应的栅格化的行列值为（I1,J1）（）（I2,J2）运用扫描线算法实现运用扫描
29、线算法实现I=I2-I1 ，J=J2-J1J II J 当行数差小于列数差时:则逐列（平行于则逐列（平行于y y轴）求出本列中心线与过这两个端点的轴）求出本列中心线与过这两个端点的直线的交点直线的交点 ，并按上式计算出其所在栅格，并，并按上式计算出其所在栅格，并“涂涂黑黑”。求出直线经过的每列的中间点坐标为：x=xmy=(xx1)y2y1x2x1y1将将X、Y值按点转换方式求出对应的行、列值。值按点转换方式求出对应的行、列值。当行数差大于列数差时:则逐行则逐行(平行于平行于x x轴轴)求出本行中求出本行中心线与过这两个端点的直线心线与过这两个端点的直线的交点，并按上式计算出其的交点，并按上式计
30、算出其所在栅格，并所在栅格，并“涂黑涂黑”。求出直线经过的求出直线经过的每行每行的中间点坐标为：的中间点坐标为：y=ymx=(yy1)x2x1y2y1x1将将X、Y值按点转换方式求出对应的行、列值。值按点转换方式求出对应的行、列值。1 1、首先按点的栅格化方法确、首先按点的栅格化方法确定端点定端点1 1，2 2所在的行和列所在的行和列号，并将它们号，并将它们“涂黑涂黑”。2 2、求出这两个端点的行数差、求出这两个端点的行数差和列数差。和列数差。（二）线的栅格化（二）线的栅格化3 3、若行数差大于列数差，则逐行求出本行中心线、若行数差大于列数差，则逐行求出本行中心线与过这两个端点的直线的交点，并
31、按上式计算与过这两个端点的直线的交点，并按上式计算出其所在栅格，并出其所在栅格，并“涂黑涂黑”。4 4、若行数差小于列数差，则逐列求出本列中心线、若行数差小于列数差，则逐列求出本列中心线与过这两个端点的直线的交点，并按上式计算与过这两个端点的直线的交点，并按上式计算出其所在栅格，并出其所在栅格，并“涂黑涂黑”。（二）线的栅格化（二）线的栅格化作业：1、已知直线两端点坐标为、已知直线两端点坐标为A（21.5，13.4）和）和B（88.7，67.5），将该线段由矢量数据转换为栅格数据，），将该线段由矢量数据转换为栅格数据，写出计算写出计算过程过程（栅格分辨率要求（栅格分辨率要求10m10m）。）。
32、（三）面的栅格化（三）面的栅格化1 11 11 11 12 22 22 22 21 11 11 11 12 22 22 22 21 11 11 11 12 22 22 22 21 11 11 11 13 32 22 22 21 11 11 13 33 32 22 22 21 11 13 33 33 32 22 22 21 13 33 33 33 32 22 22 21 13 33 33 33 33 33 32 21基于弧段数据的栅格化方法基于弧段数据的栅格化方法 n按行或列做栅格的中心扫描线;n求出与所有矢量多边形边界弧段的交点的栅格行列值;n对交点坐标进行从小到大的排序,逐段生成栅格数据。主
33、要思路：主要思路：具体步骤：具体步骤：采用采用扫描线扫描线与有关的弧段求交与有关的弧段求交然后将然后将交点的交点的x坐标用点的栅格化方法求出栅格坐标坐标用点的栅格化方法求出栅格坐标的行列号，接着判断、记录交点左右多边形的数值的行列号，接着判断、记录交点左右多边形的数值最后通过对一行所有最后通过对一行所有x值按照由小至大值按照由小至大排序排序、进行、进行左左右多边形的配对右多边形的配对，逐段生成栅格数据，直到全部扫描，逐段生成栅格数据，直到全部扫描行都完成从矢量向栅格的转换为止。行都完成从矢量向栅格的转换为止。2基于多边形数据的栅格化方法基于多边形数据的栅格化方法n内点填内点填充法充法n边界代边
34、界代数法数法n包含检验法包含检验法 检验夹角之和检验夹角之和 铅垂铅垂线法线法（1 1）按一定栅格尺寸将矢量图经栅格化后，对矢量图内每个）按一定栅格尺寸将矢量图经栅格化后，对矢量图内每个面域多边形分别选择一个内部点（种子点）；面域多边形分别选择一个内部点（种子点）；（2 2）对一个多边形，从种子点开始，向其）对一个多边形，从种子点开始，向其8 8个相邻栅格扩散，个相邻栅格扩散，分别判断这分别判断这8 8个栅格是否在多边形的边界上：若是，则该栅个栅格是否在多边形的边界上：若是，则该栅格不作为种子点；若不是，则该栅格作为新的种子点。格不作为种子点；若不是，则该栅格作为新的种子点。（3 3）新的种子
35、点与原种子点一起进行新的扩散运算；）新的种子点与原种子点一起进行新的扩散运算；（4 4）重复以上过种，直到所有新老种子点）重复以上过种，直到所有新老种子点 填满该多边形并遇到边界为止。填满该多边形并遇到边界为止。内点填充法:003300030030300030303030300030033300003300033330333330333330333330033300 假定沿边界前进方向假定沿边界前进方向y y值下降时称下行，值下降时称下行，y y值上升时称上行。上行时填充值为左多边形号值上升时称上行。上行时填充值为左多边形号减右多边形号，下行时填充值为右多边形号减减右多边形号，下行时填充值为右
36、多边形号减左多边形号，将每次填充值同该处的原始值作左多边形号，将每次填充值同该处的原始值作代数运算得到最终填充属性值。代数运算得到最终填充属性值。弧段上行：弧段上行：左左多边形号减多边形号减右右多边形号，在弧段多边形号，在弧段左边栅格加其值。左边栅格加其值。弧段下行：弧段下行：右右多边形号减多边形号减左左多边形号，在弧段多边形号，在弧段左边栅格加其值。左边栅格加其值。730 1 0 -11111、上行、上行 0-1=-1 左多边形号左多边形号-属性值属性值 2、下行下行 0+1=1右多边形号右多边形号+属性值属性值 开始全部格网为零值开始全部格网为零值-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-
37、1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1001000000000000000000000000000000000000000000000011111111111111 11111111100120000000000022221110002222111100222211110022211111002221111000022111100002200000000000000000000000000基于多边形数据的栅格化方法，还可以通过基于多边形数据的栅格化方法，还可以通过检验夹角之检验夹角之和和和和检验
38、交点数检验交点数的方法来实现。以下，讨论这两种方法的方法来实现。以下，讨论这两种方法:(1)检验夹角之和。设空间平面图形检验夹角之和。设空间平面图形ABCDE在在xOy投影面上的投影是投影面上的投影是ABCDE，空间另一点，空间另一点P在在xOy投投影面上的投影为影面上的投影为P，P 表示任一待判别的栅格点，依表示任一待判别的栅格点，依次将次将P与与ABCDE各点相连，令各点相连，令i分别为分别为APB,BPC，CPC,CPD，n包含检验法包含检验法(1)检验夹角之和。检验夹角之和。如果如果则则P在多边形在多边形ABCDE之外之外则则P在多边形在多边形ABCDE之内之内n包含检验法包含检验法(
39、1)检验夹角之和检验夹角之和以以APB为例，为例，i可由余弦定理求出可由余弦定理求出n包含检验法包含检验法(1)(1)检验夹角之和。检验夹角之和。i的方向可以这样定义的方向可以这样定义:若若T10，则，则1为顺时针方向角为顺时针方向角;若若T10，则，则1为逆时针方向角。为逆时针方向角。n包含检验法包含检验法(2)(2)铅垂线法（检验交点数铅垂线法（检验交点数由任一待判别的栅格点由任一待判别的栅格点 向下作与向下作与y轴平行的射线，计算轴平行的射线，计算该射线与多边形该射线与多边形ABCDE的交点数。若交点数为偶数的交点数。若交点数为偶数，则栅格点格点P在多边形之外，不予记录在多边形之外，不予
40、记录;若交点数为奇数，若交点数为奇数，则栅格点则栅格点P在多边形之内，予以记录，并将多边形的属在多边形之内，予以记录，并将多边形的属性赋予该栅格点。重复上述过程，直至所有栅格单元填性赋予该栅格点。重复上述过程，直至所有栅格单元填满该多边形为止。满该多边形为止。n包含检验法包含检验法I1I2I3I4I5oxy思考：射线思考：射线I1，I2，I3，I4，I5，与多边形的相交次数。，与多边形的相交次数。n二、由栅格向矢量的转换二、由栅格向矢量的转换当由栅格数据分析的结果通过矢量绘图机输当由栅格数据分析的结果通过矢量绘图机输出，或者将栅格数据加入矢量数据库时，都出，或者将栅格数据加入矢量数据库时，都需
41、要将栅格数据转换为矢量数据；需要将栅格数据转换为矢量数据；由栅格数据向矢量数据的转换，可将数据进由栅格数据向矢量数据的转换，可将数据进行压缩，将面状栅格数据转换为由矢量数据行压缩，将面状栅格数据转换为由矢量数据表示的多边形边界。表示的多边形边界。（一）基于图像数据的矢量化方法图像数据是由不同灰阶的影像或线划，通过自动扫描仪图像数据是由不同灰阶的影像或线划，通过自动扫描仪(Scanner),按一定的分辩率进行扫描采样，得到以不同灰度值按一定的分辩率进行扫描采样，得到以不同灰度值(0-255)表示的表示的数据。目前数据。目前 5 9 10141 138 9 5 3 1 0 2 245156 73
42、144 178 132 23 7 3 212 5 6 8 29 11214 167 5 124110 7 6 5 4 7 133 5 192 350 110 135 6 4 7 244 12 2 5 12135 201 166 127155 9 1 1 9 4 8 2112211 43 5 0（一）基于图像数据的矢量化方法（一）基于图像数据的矢量化方法（一）基于图像数据的矢量化方法剥皮法：其实质是从数字图像上，由上而下，自左到右一次选3 3个像元，进行分析，以不影响其连通性为原则决定中心像元是否可以剥离，逐次排下去，可以将线条带剥离成单个像元的细线。（一）基于图像数据的矢量化方法（一）基于图像
43、数据的矢量化方法由待剥栅格为中心的由待剥栅格为中心的3*3栅格组合图来决定。一个栅格组合图来决定。一个33的栅格窗的栅格窗口，其中心栅格有八个邻域，因此组合图共有口，其中心栅格有八个邻域，因此组合图共有 256种不同的排种不同的排列格式，若将相对位置关系的差异只是转置列格式，若将相对位置关系的差异只是转置 或互为或互为镜像反射的方法进行归并，则共有镜像反射的方法进行归并，则共有51种排列格式。显然，其中种排列格式。显然，其中只有格式只有格式2、3、4、5、l0、11、12、16、21、24、28、33、34、35、38、42、43、46和和50，可以将中心点剥去。这样，通过最，可以将中心点剥去
44、。这样，通过最多核查多核查2568个栅格，便可确定中间栅格点保留或删除个栅格，便可确定中间栅格点保留或删除 n多边形边界提取 二值化 细化 2 3 4 5 10 11 12 16 21 24 28 33 34 35 38 42 43 46 50（一）基于图像数据的矢量化方法（一）基于图像数据的矢量化方法孤立点：8邻城中没有为1的象元。端点：8邻城中只有一个为1的象元。结点：8邻城中有三个或三个以上为1的象元。点 端点 中间点 结点 1、从左向右，从上向下搜索线划起始点，并记下坐标。2、朝该点的8个方向追踪点，若没有，则本条线的追踪结束，转(1)进行下条线的追踪；否则记下坐标。3、把搜索点移到新
45、取的点上，转2。跟踪拓扑化 n遥感与遥感与GISGIS数据的融合数据的融合 遥感图像与数字地图数据的融合；遥感图像与数字地图数据的融合；遥感图像与遥感图像与DEMDEM数据的融合；数据的融合；遥感图像与地图扫描数据的融合。遥感图像与地图扫描数据的融合。n不同格式数据的融合不同格式数据的融合 基于转换器的数据融合；基于转换器的数据融合；基于数据标准的数据融合；基于数据标准的数据融合；基于公共接口的数据融合；基于公共接口的数据融合；基于直接访问的数据融合。基于直接访问的数据融合。一、遥感与GIS数据的融合 GISGIS技术经过近技术经过近4040年的发展和应用，已经积累了年的发展和应用，已经积累了
46、大量的数据资源。但是，由于地理数据的大量的数据资源。但是，由于地理数据的多语义性、多语义性、多时空性、多尺度性、获取手段的多样性、存储格多时空性、多尺度性、获取手段的多样性、存储格式的不同以及数据模型与数据结构的差异式的不同以及数据模型与数据结构的差异等，导致等，导致多源数据的产生，给数据的集成和信息共享带来困多源数据的产生，给数据的集成和信息共享带来困难。为了实现空间数据的共享，特别是随着因特网难。为了实现空间数据的共享，特别是随着因特网的发展、数字地球的兴起和的发展、数字地球的兴起和GlSGlS应用的日益深入，多应用的日益深入，多派数据的融合已成为派数据的融合已成为GISGIS设计者和用户
47、的共同要求。设计者和用户的共同要求。一、遥感与一、遥感与GISGIS数据的数据的融合融合遥遥感技术获得的信息具有周期动态性、信息丰富、获取效率高感技术获得的信息具有周期动态性、信息丰富、获取效率高等等优势优势GlSGlS则具有高效的空间数据管理和灵活的空间数据综合分析能力。则具有高效的空间数据管理和灵活的空间数据综合分析能力。两者的数据融合，有利于增强多重数据的复合能力，改善遥两者的数据融合，有利于增强多重数据的复合能力，改善遥感信息提取的及时性和可靠性，便于利用遥感影像辅助感信息提取的及时性和可靠性，便于利用遥感影像辅助GISGIS空空间数据的获取与更新，有效地提高各类数据的使用率。遥感间数
48、据的获取与更新，有效地提高各类数据的使用率。遥感与与GISGIS数据的融合，目前最常用的方法具体表现为数据的融合，目前最常用的方法具体表现为:遥遥感图像与数字地图数据的融合；感图像与数字地图数据的融合；遥感图像与遥感图像与DEMDEM数据的融合；数据的融合；遥感图像与地图扫描数据的融合。遥感图像与地图扫描数据的融合。这种影像地图具有一定的这种影像地图具有一定的数学基础，有丰富的光谱数学基础，有丰富的光谱信息与几何信息信息与几何信息 有行政界线和属性信息有行政界线和属性信息 提高了用户的可视化效果；并使用户能够方便的得到各种统计提高了用户的可视化效果；并使用户能够方便的得到各种统计信息，如：某个
49、行政单元的土地利用类型、数量等。信息，如：某个行政单元的土地利用类型、数量等。(1)(1)遥感图像与遥感图像与DLGDLG融合融合经过正射纠正后的遥感影像，经过正射纠正后的遥感影像，与数字地图信息融合，可产与数字地图信息融合，可产生影像地图。具有如下生影像地图。具有如下特点：特点：一、遥感与一、遥感与GISGIS数据的数据的融合融合 有助于实施遥感影像的几何校正与配准，消除遥感图像中因有助于实施遥感影像的几何校正与配准，消除遥感图像中因地形起伏所造成的像元位移，提高遥感图像的定位精度；地形起伏所造成的像元位移，提高遥感图像的定位精度；DEMDEM可参与遥感图像的分类，改善分类精度可参与遥感图像
50、的分类，改善分类精度 提高提高GISGIS空间分析能力。空间分析能力。(2)(2)遥感数据与遥感数据与DEMDEM的融合的融合一、遥感与一、遥感与GISGIS数据的数据的融合融合 将不同时期的遥感图像配准叠合，可以从遥感图像中快速发将不同时期的遥感图像配准叠合，可以从遥感图像中快速发现已发生变化的区域，进而实现现已发生变化的区域，进而实现GISGIS数据库的自动半自动快数据库的自动半自动快速更新。速更新。2000年(TM)1998年(SPOT)旱地林地草地水域城镇农村居民地工矿用地水田荒地(3)(3)多卫星、多时相遥感数据融合多卫星、多时相遥感数据融合一、遥感与一、遥感与GISGIS数据的数据
