城市地理信息系统-.ppt

1、城市与环境科学学院 城市地理信息系统 孟祥锐 ,第一章 绪论 第二章 城市地理信息系统的技术与方法 第三章 城市地理信息系统的空间数学模型 第四章 城市地理信息系统软件工程 第五章 城市地理信息系统集成 第六章 城市地理信息系统在各个领域中的应用,内容概括,第一章 概 论,城市地理信息是指与所研究对象的城市空间地理分布有关的信息，是有关城市地理实体的性质、特征和运动状态表征的一切有用的知识，它表示地表物体及环境固有的数量、质量、分布特征、联系和规律。,1.1城市地理信息概述,城市信息的研究范围：宏观层：将城市看成是区域空间的一个点、增长中 心或核心；中观层：对应于城市市域、城市本身、城市中的

2、区，将城市本身看成一个面；微观层：对应于街区、规划小区、将城市看成一种 立体空间。,1.1城市地理信息概述,城市信息按空间分布特征，可以分为：离散分布的城市地理信息；在空间分布上具有离散性质的地理实体信息，如居民点，商业网点等。连续分布的城市地理信息；在空间分布上具有连续性质的地理实体信息，如地面高程、空气指数等。,1.1城市地理信息概述,城市地理信息主要分为两类：基础地理信息专题地理信息。,1.1城市地理信息概述,基础地理信息主要是指通用性最强，共享需求最大，几乎为所有与地理信息有关的行业采用作为统一的空间定位和进行空间分析的基础地理单元，主要由自然地理信息中的地貌、水系 、植被以及社会地理

3、信息中的居民地、交通、境界、特殊地物、地名等要素构成。,1.1城市地理信息概述,专题地理信息指各种专题性城市地理信息，包括城市规划、土地利用、交通、综合管网、房地产、地籍、环境等，用于表示城市某一专业领域要素的空间分布及规律。,1.1城市地理信息概述,1）数据量大。 2）数据分布不均匀。 3）拓扑关系复杂。 4）多重属性结构。 5）多尺度特征。 6）数据来源多样化。 7）地图表现形象性。,城市地理信息的基本特征：,可以把城市地理空间及其工程进行压缩实现信息采集、传输、预测预报和决策一体化真正实现宏观与微观、定性与定量的集合,城市地理信息的作用：,1.城市规划、建设与管理2.城市化与城市可持续发

4、展3.广义建筑学4.小城镇规划与建设5.城市住宅产业发展6.社会与公众服务,城市地理信息研究意义：,1.2.1城市地理信息系统概述 城市地理信息系统（Urban Geography Information System）是融计算机图形和数据库于一体，储存和处理空间信息的高新技术，它把地理位置和相关属性有机结合起来，根据实际需要准确真实、图文并茂地输出给用户，满足城市建设、企业管理、居民生活对空间信息的要求，借助其独有的空间分析功能和可视化表达，进行各种辅助决策。,1.2城市地理信息系统的形成与发展,从用户的使用角度，其功能可以概括为三个部分： 1、管理功能 2、分析评价功能3、规划和预测功能,

5、城市地理信息系统的功能,基础数据： 包括城市基础地图和用于反映地形、交通、水利、境界、房屋和人口等信息的其它资料，它们表示城市的基本面貌，并作为其他专题数据的背景或控制。专题数据： 各种专业性的城市地理数据，如城市规划、地下管道、土地利用、环境污染等，它反映了城市某一方面的专门内容。,城市地理信息系统的数据分类：,城市地理信息系统的特点：,1）数据类型的多样性和服务对象的多层性。2）精度高、现势性强。3）模型化、智能化和多功能性。4）与办公自动化的一体化。5）严格的层次结构和高度统一的规范标准。6）强烈的实用化需求。,1城市地理信息系统的框架机构,1.2.2城市地理信息系统的框架结构体系和软硬

6、件配置,硬件配置：计算机、输入设备、输出设备、数据存储设备、多媒体设备和图像处理设备等。 软件主要包括：计算机操作系统，关系数据库管理系统和程序语言，地理信息系统基础软件，应用软件，以及专题分析模型软件和图像处理软件等。网络方面主要考虑网络类型、通信协议、传输介质、互连设备、拓扑结构、操作系统、管理系统和结构化布设等。,2城市地理信息系统的硬、软件配置,进行配置时存在的问题： 1）先购设备，后作系统设计； 2）重视硬件，轻视软件，忽视开发； 3）盲目追求高档和先进设备，试图“一步到 位”，造成浪费； 4）缺乏整体和长远考虑，给进一步的发展 造成困难。,2城市地理信息系统的硬、软件配置,进行配置

7、时需要注意的问题： 1）硬、软件的选型和配置。 2）必须按先设计、后采购的顺序配置设备。 3）微机、工作站、服务器和网络的适当组合。 4）软件系统配置的考虑。,2城市地理信息系统的硬、软件配置,UGIS在地理空间数据管理中的应用。UGIS在空间查询和空间分析功能的应用。GIS的输出功能在地图制图中的应用。运用UGIS系统，建立起专题信息系统和区域信息系统UGIS与遥感图像处理系统的结合的应用。,1.2.3城市地理信息系统的应用领域,1.城市WebGIS 2.UGIS协海量数据管理 3.高分辨率遥感有UGIS结合 4.三维UGIS与虚拟现实 5.无限通讯与UGIS,1.2.4城市地理信息系统的发

8、展趋势,1）框架结构和建设顺序。2）建设开发模式。3）标准化与规范化。4）硬、软件配置。5）与办公自动化相结合。6）技术队伍的培养。7）系统的不断更新。8）创造一个良好的政策环境和管理环境。,UGIS发展中应注意的几个问题,第二章 城市地理信息系统的基础理论,城市地理学的概念： 城市地理学是研究在不同地理环境下，城市形成、发展、组合分布和空间结构变化规律的科学，既是人文地理学的重要分支，又是城市科学群的重要组成部分,城市地理学,城市形成发展条件研究区域的城市空间组织研究城市内部空间组织研究城市问题研究,城市地理学研究的内容,1.城市化研究2.城市发展方针的研究3.城市体系研究4.城市内部空间结

9、构研究,城市地理学研究领域,1、城市地理信息的内容 1）城市基础信息 2）城市专业信息,22 城市地理信息分类和编码,2、城市地理信息分类和编码原则 （1）科学性 （2）系统性 （3）稳定性 （4）不受比例尺限制 （5）兼容性 （6）完整性和可扩展性 （7）适用性 （8）灵活性,22 城市地理信息分类和编码,3、城市地理信息分类与编码的任务和方法信息分类编码标准化包含信息分类与编码两个阶段。信息分类是将具有不同属性或特征的信息区别开来的过程，是编码的基础。分类的方法一般有两种，线分类法和面分类法。 信息编码是将信息分类的结果用一种易于被计算机和人识别的符号体系表示出来的过程，是人们统一认识、统

10、一观点、相互交换信息的一种技术手段。,22 城市地理信息分类和编码,4、城市地理信息的分类码基于城市地理信息分类表，将各门类信息进一步分类和编码，形成分类码。 分类码一般由数字、字符或数字字符混合构成。分类码应保证能够区分不同类别的城市地理信息，在全市范围内唯一，尽可能简短，一般为46个字符（或数字），代码的一般结构为：,22 城市地理信息分类和编码,22 城市地理信息分类和编码,5、城市地理信息的标识码 城市地理信息的标识码也成为识别码，是对各类要素的实体逐个进行标识的代码。 注意： 标识码要保证在整个区域范围内唯一、且与要素实体一一对应，不允许出现多个标码对应同一地理要素实体，或不同地理要

11、素实体对应一个标识码的情况出现。,22 城市地理信息分类和编码,标识码的构成：,22 城市地理信息分类和编码,其中：（1）应根据各个城市平面图形结构特点和习惯用 法，将城市划分为若干基本（区域）单元，即 定位分区。（2）对于不同要素实体，根据它们各自的数量，质 量和分布特征，采用若干位字符数字混合码作 为要素实体代码。,22 城市地理信息分类和编码,道路实体代码：,22 城市地理信息分类和编码,路段实体代码：,22 城市地理信息分类和编码,实质上，路段实体代码为：,22 城市地理信息分类和编码,上述例子的标识码分别为：道路标识码：路段标识码：,22 城市地理信息分类和编码,城市地理信息系统的数

12、据分为以下几种： 1、图形数据 2、图像数据 3、实体属性数据 4、统计数据,2.3城市地理信息系统数据组成及特点,空间数据(Spatial Data)是指用来表示空间实体的位置、形状、大小及其分布特征诸多方面 信息的数据。它可以用来描述来自现实世界的目标，它具有定位、定性、时间和空间关系等 特性。,2.3.1 空间数据结构,1、图形数据 图形数据在数据的组织形式上是以矢量数据结构表现的：点用单一的坐标对（X,Y）来表示，数据的基本格式为 （“代码”，1，X1,Y1）；线则用多格坐标对来表示，也可以说用多格点来表示， 数据的基本格式为（“代码”，n, X1,Y1,X2,Y2,Xn， Yn），其

13、中n2；面同线一样也是用多个坐标对来表示，与线不同的是， 面的最后一个坐标对必须与第一个坐标对相对应，数据 的基本格式为（“代码”，n, X1,Y1,X2,Y2,Xn-1,Yn- 1,X1，Y1），其中n3。,2.3.1 空间数据结构,拓扑数据结构中基本拓扑要素定义为：1）线段（ARC）又称弧段，在线段的中间与其他任何 线段不存在任何相关关系，在线段的端点才与其他 线段有关系，线段的一个重要特性就是它是一条有 向线段，它方向由线段的首尾点来确定；2)结点（NODE）即线段的两端点，可分为首结点和尾 结点；3）多边形（POLYGON）由数条线段有序地连接而成；4）层（LAYER）具有相同属性地拓

14、扑要素的组合。,2.3.1 空间数据结构,2.3.1 空间数据结构,拓扑要素之间的关系可以描述为 1)拓扑邻接是指存在于空间图形之间同类要素之间的拓扑关系。2)拓扑关联是指存在于空间图形中的不同类要素之间拓扑关系。3)拓扑包含是指存在于空间图形中同类但不同级的基本要素之间的拓扑关系。,2.3.1 空间数据结构,拓扑关系可表现在数据结构及数据组织上：线段与点的关系列表：线段码，顶点数，顶点坐标1，顶点坐标2，顶点坐标n，；线段与多边形的关系列表：线段码，左多边形码，右多边形码；线段与结点的关系列表：线段码，首结点，尾结点；多边形与线段之间的关系列表：多边形码，线段数，线段代码1，线段代码2，线段

15、代码n，等。,2.3.1 空间数据结构,2、图像数据图像数据的组织形式大体上分为三种：1）面向删格单元的组织方式2）面向地理实体的组织方式3）以“层”的方式存取,2.3.1 空间数据结构,结构化数据组织模式大体上可分为以下几种： 1、简单表格数据结构 2、层次数据机构 3、网络数据结构 4、关系数据结构 5、面向目标的属性数据结构,2.3.2城市结构化数据,城市地理信息系统的数据分为以下几种： 1、图形数据 2、图像数据 3、实体属性数据 4、统计数据,2.3城市地理信息系统数据组成及特点,空间数据(Spatial Data)是指用来表示空间实体的位置、形状、大小及其分布特征诸多方面 信息的数

16、据。它可以用来描述来自现实世界的目标，它具有定位、定性、时间和空间关系等特性。,2.3.1 空间数据结构,1、图形数据 图形数据可以看作是点的集合。从数字成图角度来看，就是把构成地图要素的点、线、面以点的坐标（x，y，z）记录下来，形成有规律的数据集合，并对这些数字形式的图形信息进行处理，然后将经过加工的数字信息再现，使其成为地图图形输出的过程。,2.3.1 空间数据结构,1、图形数据图形数据在数据的组织形式上是以矢量数据结构表现的：点用单一的坐标对（X,Y）来表示，数据的基本格式为 （“代码”，1，X1,Y1）；线则用多格坐标对来表示，也可以说用多格点来表示，数 据的基本格式为（“代码”，n

17、, X1,Y1,X2,Y2,Xn,Yn）， 其中n2；面同线一样也是用多个坐标对来表示，与线不同的是，面 的最后一个坐标对必须与第一个坐标对相对应，数据的 基本格式为（“代码”，n, X1,Y1,X2,Y2,Xn-1,Yn- 1,X1，Y1），其中n3。,2.3.1 空间数据结构,1、图形数据 图形数据的另一数据结构是拓扑结构，也就是基本要素点、线、面和体之间具有邻接、关联和包含的拓扑关系。,2.3.1 空间数据结构,2.3.1 空间数据结构,1、图形数据拓扑数据结构中基本拓扑要素定义为：1）线段（ARC）又称弧段，在线段的中间与其他任何 线段不存在任何相关关系，在线段的端点才与其他 线段有关

18、系;2）结点（NODE）即线段的两端点，可分为首结点和 尾结点；3）多边形（POLYGON）由数条线段有序地连接而 成；4）层（LAYER）具有相同属性地拓扑要素的组合。,2.3.1 空间数据结构,1、图形数据拓扑要素之间的关系可以描述为1)拓扑邻接是指存在于空间图形之间同 类要素之间的拓扑关系。2)拓扑关联是指存在于空间图形中的不 同类要素之间拓扑关系。3)拓扑包含是指存在于空间图形中同类 但不同级的基本要素之间的拓扑关系。,2.3.1 空间数据结构,1、图形数据拓扑关系可表现在数据结构及数据组织上：线段与点的关系列表：线段码，顶点数，顶点坐标1，顶点坐标2，顶点坐标n，；线段与多边形的关系

19、列表：线段码，左多边形码，右多边形码；线段与结点的关系列表：线段码，首结点，尾结点；多边形与线段之间的关系列表：多边形码，线段数，线段代码1，线段代码2，线段代码n，等。,2.3.1 空间数据结构,2、图像数据图像数据的组织形式大体上分为三种：1）面向删格单元的组织方式 以不同层中对应于同一像元位置上的各属性值表示为一个数组，具体格式为：记录号，行号，列号，属性1，属性2，。2）面向地理实体的组织方式 在同一层中，以多边形为记录顺序，记录多边形的属性值和组成多边形的各像元坐标，这种记录方式适合于城市地理信息系统的空间分析和自动化城市制图。,2.3.1 空间数据结构,2、图像数据3）以“层”的方

20、式存取 以“层”为基础，每层中以像元为序，记录其坐标和属性值，这种方式结构简单。具体格式为：LAYER1（记录1，行号，列号，属性，记录2，,记录n，）LAYER2（记录1，行号，列号，属性，记录2，,记录n，） . . . . . . . .LAYERn（记录1，行号，列号，属性，记录2，,记录n，）,2.3.1 空间数据结构,数据库对结构化数据组织模式大体上可分为以下几种： 1、简单表格数据结构 2、层次数据机构 3、网络数据结构 4、关系数据结构 5、面向目标的属性数据结构,2.3.2城市结构化数据,2.4.1地理空间数据的特点与表达 城市地理空间具有一些基本特征： 1）人文性 2）详细

21、性 3）层次性 4）关联性 5）不确定性 6）动态性,2.4 城市地理信息系统空间数据结构,空间离散化有两类形式：栅格化和矢量化。,2.4.2 地理空间信息的表达方法,矢量法和删格法的主要差别有：(1)矢量表示法用于存储地理要素的数据量较 小，即需要的存储空间少；(2)矢量表示法比栅格表示法要精细得多。(3)矢量法中的数据搜索能沿着一定的方向进 行。,2.4.2 地理空间信息的表达方法,一、 赋值方法 属性数据赋值一般要考虑以下三点：(1)管理效率高，即具有较高的计算机录入、校检、 存贮效率，查找速度快、查错能力强；(2)适用性好，即符合专业化、标准化和系统化的要 求，既要完整清晰地表示同性内

22、容，又具有最小 冗余；(3)便于共亨相扩展可以满足设备和数据更新的要 求。,2.4.3 属性数据赋值,二、 赋值内容(1)标识部分 用来标识属性数据的序号，可以是简单的连续编号，也可划分不同层次进行顺序编码；(2)分类部分 用来标识属性的地理持征，可采用多位代码反映多种特征；(3)控制部分 用来通过一定的查错算法，检查在编码、录入和传输中的错误，在属性数据量较大情况下具有重要意义。,2.4.3 属性数据赋值,矢量数据结构是一种最常见的图形数据结构，即通过记录坐标的方式，尽可能地将点、线、面地理实体准确地反映出来。,2.4.4矢量数据结构及其编码方法,矢量数据精度受限于如下因素：坐标的精度受字长

23、限制；所有矢量输出设备包括绘图仪在内，尽管分辨率比栅格设备高，但也有一定的步长；矢量法输入时曲线上选取的点不可能太多；数字化仪分辨率有限；人工输入中不可避免的定位误差。,2.4.4矢量数据结构及其编码方法,一、点实体,2.4.4.1矢量数据结构编码的基本内容,二、线实体,2.4.4.1矢量数据结构编码的基本内容,三、 面实体 在讨论多边形矢量数据结构编码的时候，应特别注意：(1)每个多边形府有封闭的边界。(2)应能够记录每个多边形的邻域关系，即拓 扑关系。(3)能处理多边形内嵌套小的多边形，即复杂 多边形。,2.4.4.1矢量数据结构编码的基本内容,1、坐标序列法对于点，则是一对坐标；对于线，

24、则是一个坐标串；对于多边形，则是一条或多条线组成的封闭曲线坐标串，坐标必须首尾相同。,2.4.4.2矢量编码方法,2.4.4.2矢量编码方法,2.4.4.2矢量编码方法,坐标法的优点： 文件结构简单，易于实现以多边形为单位的运算和显示。 坐标法缺点：(1)邻接多边形的公共边被数字化和存储两次，由 此产生冗余和边界不重合的匹配误差。(2)每个多边形自成体系，而缺少有关邻城关系的 信息。(3)不能解决复杂多边形嵌套问题、内岛只作为单 个的图形建造，没有与外包多边形的联系。,2.4.4.2矢量编码方法,2、树状索引编码法 该法采用树状索引减少数据冗余并间接表示邻域信息，该方法是对所有边界点进行数字化

25、，将坐标对以顺序方式存储，有点索引与边界线号相联系，以线索引与各多边形相联系，形成树状结构。,2.4.4.2矢量编码方法,2.4.4.2矢量编码方法,2.4.4.2矢量编码方法,2.4.4.2矢量编码方法,3、拓扑结构编码方法建立托扑结构的方法有三种：输入数据的同时输入拓扑连结关系；由计算机软件从一系列相互关联的铭建立拓扑结构。多边形以线段或链文件的形式存储，该文件中每条链又以组成该链的各坐标对来列表存储，而且每条链还包括两个指向邻接多边形的指针。,2.4.4.2矢量编码方法,多边形拓扑数据结构有如下优点： (1)把全部多边形综合成一个整体，没有重叠，数据冗余度小； (2)全部多边形、链、属性

26、数据均为内部连接在一起的整体单元的一部分，可以进行任何类型的邻域分析，而且能将属性数据与多边形连接进行各种分析； (3)多边形中嵌套多边形没有限制，可以无限地嵌套； (4)数据结构与数据收集和输入的牵连不多。,2.4.4.2矢量编码方法,一、 删格数据常见的删格数据有：卫星图像、航空像片、扫描图像、高层数据等。删格数据的取值方法：1）中心点法用处于格网单元中心点处的地物类型或现象特性决定属性值。2）面积占优法以占单元面积最大的地物类型或现象特征决定格网单元的属性值。3）重要性法根据格网单元内不同地物的重要性选取最重要的地物类型代表相应的格网单元的属性值。,2.4.5 删格数据结构及其编码方法,

27、1、删格单元属性值和位置 每个删格单元都有自己的属性值和位置。属性是每条信息可存在某一图层的每个删格里，每一区域里的单元具有相同的属性。删格单元可以具有各种不同的数据值。删格单元的位置通常是由一对有序的坐标表示。,删格单元存贮及压缩编码方法,2、创建删格数据1）删格单元的相关数据来源2）创立删格的方法一个单元一个单元地输入数据数字化3）删格数据编码4）删格数据的存储问题,删格单元存贮及压缩编码方法,3、压缩编码方法1）长度编码法（Length Codes）如：11122234444566666666677777888888 11111111122222255555577778888888变为：

28、31 32 13 44 15 96 57 68 91 62 65 47 78存在问题： 每行有了不同的长度，因为它可压缩的长度存在差异，此法在数据差异大时较少使用。,删格单元存贮及压缩编码方法,2）改变扫描顺序法（Exchange Orders） 通常读取数据的顺序从左到右，从左上角开始，改为迂回式方法，顺序为：这可以省去每次跳回每行开始处的动作，节省扫描时间。,删格单元存贮及压缩编码方法,3）链式编码（Chain Codes） 链式编码对多边形的表示具有很强的数据压缩能力，且具有一定的运算功能，如面积和周长计算等，探测边界急弯和凹进部分等都比较容易，比较适于存储图形数据。 缺点是对叠加运算，

29、如组合、相交等则很难实施，对局部修改将改变整体结构，效率较低，而且由于链码以每个区域为单位存储的边界，相邻区域的边界则被重复存储而产生冗余。,删格单元存贮及压缩编码方法,10,1,7,0,1,0,7，1，7，0,0,2,3,2，2,1,0,7,0,0,0,0,2,4,3,4,4,3,4,4,5,4,5,4,5,4,5,4,6,6.,删格单元存贮及压缩编码方法,4）游程长度编码（RunLength Codes） 游程长度编码(又称游程编码)是按行的顺序存储多边形内的各个像元的列号，即在某行上从左至右存储该多边形的始末像元的列号。 游程长度编码在许多相邻像元属性值相同的情况下，压缩效率很高。采用游

30、程长度编码，格网加密时，数据量没有明显增加，且易于检索、叠加、合并等操作，但压缩和解压处理工作量都有所增加。,删格单元存贮及压缩编码方法,第9行 2,3 6,6 8,10 第10行 1,10第11行 1,9 第12行 1,9 第13行 3,9 12,16 第14行 5,16第15行 7,14 第16行 9,11,删格单元存贮及压缩编码方法,5）块式编码（Block Codes） 块式编码是将游程长度编码扩大到二维的情况，把多边形范围划分成由像元组成的正方形，然后对各个正方形进行编码。块式编码内容由初始位(行号，列号)和半径，再加上块体单元的代码组成。 游程和块式编码都对大而简单的多边形更有效，

31、而对那些碎部较多的复杂多边形效果并不好。块式编码在合并、插入、检查延伸性、计算面积等操作时有明显的优越性。然而对某些运算不适应，必须再转换成简单数据形式才能顺利进行。,删格单元存贮及压缩编码方法,5）四叉树编码（Quadtree Encoding） 它将 像元阵列的区域，逐步分解为包含单一类型的方形区域，最小的方形区域为一个像元。图像区域划分的原则是将区域分成大小相同的象限，而每一个象限又可根据一定规则判断是否继续等分为次一层的四个象限。其终止判据是，不管是哪一层上的象限。只要划分到仅代表一种地物或符合既定要求的几种地物时，则不再继续划分，这一过程可一直分到单个栅格像元为止。,删格单元存贮及压

32、缩编码方法,连续四等分过程,删格单元存贮及压缩编码方法,四叉树结构,删格单元存贮及压缩编码方法,四叉树编码有许多优点：一是容易而有效地计算多边形的数量特征。二是阵列各部分的分辨率是可变的，边界复杂部分四叉树分级多，分辨率也高，而不需要表示的细节部分则分级少，分辨率低。因而既可精确表示图形结构，又可减少存储量。三是直接栅格编码到四叉树编码及四叉树到简单栅格编码的转换比块式编码等其它压缩方法容易。四是多边形中嵌套不同类型小多边形的表示较方便。,删格单元存贮及压缩编码方法,4、删格数据结构的优缺点优点：删格结构较为简单；叠加与缓冲操作快速；对连续的表面描述较好；可以快速为研究物体加阴影。,删格单元存

33、贮及压缩编码方法,4、删格数据结构的优缺点缺点：空间密集性，需要压缩；若无较高分辨率，很难清晰地描述物体；很难建立拓扑关系与连接信息；每个删格单元仅一个值，当两个图形地边界穿过删格时描述很不精确，因此需使用者决定怎样处理才是最好地解决方法。,删格单元存贮及压缩编码方法,5、不同删格单元尺寸的问题 数字化图片中的删格单元常常与所建立的数据库删格单元的分辨率不一致，在这种情况下，需要使用重组合技术，不不同尺寸的删格转化为同一种尺寸的删格，通常是把尺寸较小的删格转化为较大的尺寸。,删格单元存贮及压缩编码方法,第三章 城市地理信息系统的技术与方法,UGIS技术和方法大致可以分为以下几类：数据库管理系统

34、（DBMS）地理信息系统技术决策支持系统城市规划支持系统互联网的UGIS技术UGIS技术与虚拟现实、多媒体系统的完全集成,3.1 城市地理信息系统技术与方法概论,3.2.1 数据的采集方法 数据采集分为空间数据采集和属性数据采集。 空间数据根据所采集数据的来源可以分为野外实地测量、地图数字化、遥感数据获取和以GPS为数据源的数据采集等； 属性数据采集主要包括遥感数据获取、现场调查、社会调查和已有的各类统计资料等。其中空间数据的采集是数据采集过程中的重点。,3.2 城市地理信息系统数字化技术,数字化的步骤:确定数字化技术路线地图预处理数字化地图,3.2.2数字化技术与方法,采取的方式精度要求选择

35、数字化底图数字化的要素如何分幅分层,确定数字化技术路线,复制外扩分段分格,地图预处理,数字化地图的流程,设点P在数字化仪坐标系中的坐标为 ，转换到实际地理坐标系中的坐标为 ，则有 （2-1）,最小二乘法,（21）式中， 表示两坐标系统的夹角； 和 分别表示沿 和 方向的缩放比例（或图纸变形分量）； 和 分别表示原始坐标系统对转换后坐标系统的平移量。令： 则有： （2-2）,最小二乘法,公式（22）即为所要拟和的坐标变换公式，为求解上述多项式的系数，建立误差方程： （2-3）式中， ， 分别为 ， 的估计值。,最小二乘法,根据最小二乘原理，令和 ， ，i0，1，2解得 式中：,最小二乘法,扫描矢

36、量化技术与方法,手工编辑扫描后的图像； 由软件将栅格数据转换成矢量数据；手工编辑转换后的矢量图；,扫描矢量化技术与方法,1.图像数据四分标准化 根据内存容量、硬盘存取速度，系统自动将栅格图像数据标准化为256256或512512等可变大小的数据分块；然后对各分块数据施行线性四叉树编码，并将二维图像分块数据映射到线性编码的一维连续空间中，从而实现对图像分块数据的快速定位和随机存取。,栅格图像数据的快速可视化技术,2.空间相关最久未用淘汰策略 空间相关最久未用淘汰策略，其实质是利用内存虚拟存取技术。实现时，系统在内存中开辟若干个分块大小的虚拟缓冲区，以同时容纳多个分块数据。开始时系统调入当前及其周

37、边的多个分块数据，然后系统按一定优先顺序(如处理方向)将待处理的分块数据调入内存；当没有可利用的空闲块缓冲区时，系统便根据空间相关性加权计算最久未用系数来确定待淘汰的数据分块，并确定待调入的数据分块。 采用空间相关最久未用淘汰策略，较好地解决了分块数据在内外存间的有效交换。,栅格图像数据的快速可视化技术,1.传统的细化追踪矢量化技术及算法 逐层剥皮细化的基本思想是：先找到一个位于线划影响像边缘上的像素，接着以此像素为中心，按一定顺序检测其8个邻域的灰度值，以确定本中心像素是否应置为0，并找到与本中心像素相邻的边缘像素以继续追踪剥皮。该算法的优点是只对边缘像素进行处理，因此细化效率高。在对细化提

38、取的骨架线矢量化时，系统会自动考虑细化引入的断线，在追踪矢量化过程中采取部分容错限差，以提高细化矢量化的线条质量。,矢量化技术和算法,2.非细化、交互式追踪矢量化技术及算法 两边同步行走夹比取中矢量化算法直接对栅格线划影像追踪两边边界从而加以矢量化。 该算法的基本思想是：通常情况下，系统在栅格线划影响像两边同步行走，并取其中心线作为线划影响像线条的矢量线；在遇到毛刺及各线的接头时，系统按一定的限差控制栅格线条两边的走向和走步。若在一定的限差允许范围内可以通过，系统则继续夹比取中矢量化该线条；否则在非细化追踪矢量化功能中，系统终止该线条的矢量化而开始另一线条的矢量化。,矢量化技术和算法,在交互式

39、矢量化算法中，系统会提请用户选择以引导系统可进行的下一个执行动作。,矢量化技术和算法,1.矢量数据抽稀算法 道格拉斯-普克-矢量数据抽稀算法既可保持原线条的特征，又可根据制图精度要求确定抽稀限差等优点。该算法实现抽稀过程是：先将一条曲线首尾点虚连一条直线，求其余各点到该直线的距离，选其最大者与规定的临界值相比较，若小于临界值，则将直线两端间各点全部舍去，否则将离该直线距离最大的点保留，并将原线条分成两部分，对每部分线条再实施该抽稀过程，直到结束。抽稀结果点数随选取限差临界值的增大而减少，应用时应根据精度要求来确定抽稀限差临界值，以获得最好的结果。,矢量数据抽稀算法和校正,2.矢量数据局部非线性

40、校正 非线性变形不能通过简单的平移、旋转或比例等线性处理来校正，而必须采用非线性局部处理来校正。MAPRVS矢量化系统提供了对矢量结果数据进行局部仿射变换的校正功能。仿射变换具有直线变换后仍为直线，平行线变换后仍为平行线，并保持简单的长度比，而在不同方向上变换后长度比会发生变化等特点。实际应用中较多采用能保持边界拓扑一致性的分块双仿射四点变换，它是较简单的一次变换，其变换表达式为：Xn=A1X+A2Y+A3Yn=B1X+B2Y+B3式中3对待定系数，只要给定不在同一直线上的3对对应点的坐标即可求得。,矢量数据抽稀算法和校正,生成数字高程模型模式,数字化误差: 1）数字化要素对象 2）数字化操作

41、人员 3）数字化仪 4）数字化操作,3.2.4 数字化成果质量评价和保证,数据转换误差 1）数据结构转换 2）数据格式转换 3）数据计算变换,3.2.4 数字化成果质量评价和保证,城市地理信息系统的数据质量控制： 1、对数据源的选择和处理 2、数字化过程的数据质量控制,3.2.4 数字化成果质量评价和保证,数字化过程的数据质量控制： 1）数据预处理工作 2）数字化设备的选用 3）数字化对点精度 4）数字化限差 5）数据的精度检查,3.2.4 数字化成果质量评价和保证,3.3.1 城市专题地图基本知识简述定义： 城市专题地图又称城市专门地图，它突出而完善地表示一种或几种城市自然和社会现象，是内容

42、专题化的地图。,3.3 城市地理信息系统专题制图方法,地图上的内容，大部分是普通地图上所没有的专门要素；地图上所显示的现象往往是地面上所看不到或无法直接进行测量的；编图的资料往往是科学研究成果、文献记载、论文报告、统计和勘测等文字资料；具有独特的图式和特殊的表示方法；不仅能够单独地或综合的说明各种自然和社会经济现象的产生、发展、分布以及相互制约的特征，同时还能显示出社会经济体制和政治体制等方面的特征。,城市专题地图的基本特征：,城市专题地图的内容和类型,专题内容在空间和时间的分布特征:1)实地上分布在很小的面积或点上,在地图上仅能以定点来表示;2)呈线状或带状的,在图上仅能以线来表示;3)面积

43、分布的情况有:呈间断状分布的;连续而布满整个制图区域的;在广大面积上分散分布的;各种现象的时间分布特征是某一特定的时间状况,移动状况,反映某一时间段的变化.,城市专题地图内容的表示方法,城市专题地图内容的表示方法,点数法符号法等值线法运动线法线状符号法区域法质底法定位图表法分级统计图法分区统计图标法,点数法： 用一定大小、形状相同的点，表示现象分布范围、数量特征和分布密度的方法。点子的布点方法有两种： 均匀布点法与定位布点法,点数法:,也称定点符号法,是采用不同形状、颜色和大小的符号，表示各自独立的各个物体的数量与质量特征的方法。 定点符号法用符号的形状、颜色和大小反映物体的特定属性：其中符号的形状和颜色表示物体的质量特征，也就是定性特征；符号的大小表示数量指标，也就是定量特征。,