地理信息系统课件__第3章_空间数据处理.ppt

2008.6 第三章 空间数据的处理 组合导航与智能导航研究室：王美玲 目录 3.1 空间数据的坐标变换 3.2 空间数据结构的转换 3.3 多源空间数据的融合 3.4 空间数据的压缩与综合 3.5 空间数据的内插方法 3.6 数据记录 3.7 图幅数据边沿匹配处理 3.1 空间数据的坐标变换 空间数据坐标变换的实质是建立两个平面点之间的一一对应关系，包括几何变换和投影转换，它们是空间数据处理的基本内容之一。 对于数字化地图数据，由于设备坐标系与用户确定的坐标系不一致，以及由于数字化原图图纸发生变形等原因，需要对数字化原图的数据进行坐标系转换和变形误差的消除。有时，不同来源的地图还存在地图投影与地图比例尺的差异，因此，还需要进行地图投影的转换和地图比例尺的统一。 3.1 空间数据的坐标变换 3.1 空间数据的坐标变换 3.1.1 几何纠正 几何纠正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改正。现有的几种商业GIS软件一般都具有高次变换、二次变换、仿射变换、相似变换等几何纠正功能。 （1）高次变换 其中A、B代表二次以上高次项之和。解算待定系数需要有6对以上控制点的坐标和理论值。 3.1.1 几何纠正 （2）二次变换 当不考虑高次变换方程中的A和B时，则变成二次曲线方程，称为二次变换。 解算待定系数需要5对控制点的坐标及其理论值。 3.1.1 几何纠正 仿射变换与相似变换相比较，前者是假设地图因变形而引起的实际比例尺在x和y方向上都不相同，因此，具有图纸变形的纠正功能。 仿射变换实质是两坐标系间的旋转变换。 特性： 1）直线变换后仍为直线 2）平行线变换后仍为平行线 3）不同方向上的长度比发生变化。 3.1.1 几何纠正 如图所示，设x，y为数字化仪坐标，X,Y为理论坐标，m1、m2为横向和纵向的实际比例尺，两坐标系夹角为α，数字化仪原点O’相对于理论坐标系原点平移了a0、b0，则根据图形变换原理，可得出其坐标变换公式。 3.l.2 投影转换 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。投影转换的方法可以采用: （1）正解变换（又称直接变换法 ） 直接由一种投影的数字化坐标x，y变换到另一种投影的直角坐标X、Y。 3.l.2 投影转换 （2）反解变换(又称间接变换法) 。 即由一种投影的坐标反解出地理坐标(x、y→ )，然后将地理坐标代入另一种投影的坐标公式中( →X、Y)，从而实现由一种投影的坐标到另一种投影坐标的变换（x、y→X、Y）。 （3）数值变换。 利用若干同名数字化点（对同一点在两种投影中均已知其坐标的点），采用插值法、有限差分法或多项式逼近的方法，即用数值变换法来建立两投影间的变换关系式。 数值解析变换法 当已知新投影的公式，但不知原投影的公式时，可先通过数值变换求出原投影点的地理坐标φ，λ，然后代入新投影公式中，求出新投影点的坐标。即： 3.2 空间数据结构的转换 矢量数据和栅格数据结构各有优缺点，适合于完成不同的功能，因此需要进行相互转换。 矢量数据的基本坐标是直角坐标x,y，其坐标原点一般取图的左下方。 网格数据的基本坐标是行和列（i,j），其坐标原点一般取图的左上角。 3.2.1 由矢量向栅格的转换 两种数据变换时，令直角坐标x和y分别与行和列平行。 由于矢量数据的基本要素是点、线、面，因而只要实现点、线、面的转换，就可解决矢量与栅格数据的转换。 3.2.1 由矢量向栅格的转换 点：简单的坐标变换 线：线的栅格化 面：线的栅格化 +面填充 1. 点的栅格化 点的变换十分简单，只要这个点落在哪个网格中就属于哪个网格元素，行列坐标（i,j）的计算公式为： 2. 线的栅格化 曲线是由一组折线连接而成的，因此只要将折线中的每一线直线转换成栅格数据，则曲线和多边线的边的转换也就完成了。 设一线段经过若干个网格元素，两端点的坐标为（x1,y1）和（ x2,y2 ）。两端点所处的网格单元由点转换完成计算。 剩下的任务是找出该线段所经过的网格。 2. 线的栅格化 （1）首先按点的栅格化方法确定端点1，2所在的行和列号，并将它们“涂黑”。 （2）求出这两个端点的行数差和列数差。 2. 线的栅格化 （3）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，并按上式计算出其所在栅格，并“涂黑”。 （4）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，并按上式计算出其所在栅格，并“涂黑”。 3. 面的栅格化 内部点扩散算法（种子填充算法） （1）按一定栅格尺寸将矢量图经栅格化后，对矢量图