3第三章空间数据模型(第二节、第三节1矢量数据输入)+.ppt

1、第三章 空间数据模型 第二节 矢量数据模型,栅格数据,矢量数据,一、矢量数据模型概念,矢量数据模型,用x，y坐标和点、线、面等简单几何对象来表示空间要素的方式。,点对象可以代表水井、水准点或采石场。,线对象可以代表道路、河流或行政区边界。,面对象可以代表菜地、水体或污水池。,该概念属于数据结构领域，亦即数字数据文件结构和文件之间关系,二、矢量数据模型中的几何对象,1.点点及其坐标是矢量数据模型的基本单元,根据地图比例尺和概括指标，几何对象类型分为：,点,线,面,二、几何对象,2.线,线是由两个端点之间一系列标记线形态的点所构成。,线要素可以与其他线相交或相连，并形成网络。,3.面,面要素由线定

2、义。由一条或多条线包络而成。,面要素可以是一个单独的区域，若干个邻接区域,可以在其他面要素内形成岛,可彼此重叠并产生叠置区。,三、拓扑关系,1.定义,拓扑关系几何对象的排列及其空间相互关系，是几何对象在弯曲或拉伸等变换下仍保持不变的一种性质。,2.ArcInfo定义的基本拓扑关系,ESRI规定用于ArcInfo的标准拓扑矢量数据格式为图层(coverage)，并以点、线和面对图层归类。,图层支持以下三种基本拓扑关系：,(1)连接性：弧段间通过节点彼此连接。,(2)面定义：由一系列相连的弧段定义面。,(3)邻接性：弧段有方向性，且有左多边形和右多边形。,3.拓扑数据结构,点要素“点的清单”,(1

3、)点状数据的拓扑关系,(按照ArcInfo术语),(2)线状数据的拓扑关系,一条线段叫做一条弧段，由节点的连线组成。开始点称为始节点，结束点称为终节点。,“弧段-节点清单”列出了弧段-节点的关系,“弧段-坐标清单”显示组成每条弧段的x、y坐标,(3)面状数据的拓扑关系,“多边形-弧段清单”显示多边形与弧段之间的关系,“左/右多边形清单”显示弧段及其左多边形和右多边形之间的关系。,4.拓扑关系的用途,有利于数据文件的组织，并减少数据冗余。,有助于数字地图的查错。,拓扑关系是某些类型GIS分析的必要条件。,拓扑关系可用于发觉未正确接合的线、未正确闭合的多边形，以及数字地图上的其他数字化错误。,四、

4、非拓扑关系的矢量数据,优点：,能比拓扑数据更快速地显示和调用。,动态：,典型商业GIS软件包：ArcView，Maplnfo等,如何消除缺少拓扑关系的限制？,近年来，非拓扑数据格式已经成为标准格式之一：非专有数据格式。,五、矢量数据模型中的高级对象,1.不规则三角网(TIN),TIN模型把地表近似描述成一组互不重叠的三角面。每个三角面在TIN中都有一个恒定的倾斜度。,（1）不规则三角网(TIN)概念,由两个基本数据元素组成：,（2）TIN的数据元素,一是有x、y和z值的高程点。 x、y的值表示点的位置，而z值表示该点的海拔高度。,二是连接这些点以形成三角形的边界(线)。,包括三角形编号、每个邻

5、接三角形的编号和数据文件，数据文件列表显示点、边界，以及每个高程点的x、y和z值。,（3）TIN的数据结构,2.区域,属性相同的面要素的组合。,区域内的面要素可以分离或隔开。,一个关于区域与弧段关系的文件；,一个关于区域与多边形关系的文件。,区域数据结构的基本元素：,第三节 矢量数据输入与处理,一、 矢量数据输入,(一) 全球定位系统(GPS)数据输入,(二) 数据空间化,(三) 数字化仪数字化,(四) 屏幕数字化,(五) 扫描矢量化,一、 矢量数据输入,(一)全球定位系统(GPS)数据输入 1.原理,利用用GPS的点位记录，可生成线和面状矢量数据。,注意：,GPS数据为站点定位数据，包括点位

6、的基于地理格网或坐标系统的水平定位，以及点位的海拔高度。,2.采集机制 (1)NMEA 0183标准,NMEA 0183是一种航海、海运方面有关于数字信号传递的标准，,此标准定义了电子信号所需要的传输协议，传输数据时间、并且指明了信息格式。,需要一个4800(9600)bps的串行数据接口。,一般形式： $aaaaa,df1,df2,(2) NMEA 0183的信息格式,所有的信息由$开始，以换行结束，紧跟着$后的五个字符解释了信息的基本类型，多种信息之间用逗号隔开。,(3) 数据采集方式与流程,NMEA 0183设备需要有信息源(传送端)和接收端,传送端发送数据到另一个NMEA 0183的设

7、备(接收端),传送端和接收端分别用来传送和接受8位ASCII码的数据。,GPS数据采集需要从接收的数据中挑选出需要的定位数据，比如以$GPRMC开头的数据。,流程,打开串口,关闭串口,读取GPS数据,截取$ GPRMC数据,截取经纬度数据,成功,失败,判断是否有 $ GPRMC字符,判断经纬度数据是否有效,有,无,有效,无效,(4) 采集例子,数据样本：$GPRMC,204700,A,3403.868,N,11709.432,W,001.9,336.9,170698,013.6,E*6E,含义,(二)数据空间化,x1,y1 x2,y2 x3,y3 4 x4,y4,1,2,3,4,是指将文本形式

8、记载的坐标数据，如经度、纬度，大地坐标X、Y转换成空间图形。,(三)数字化仪数字化,1.数字化仪 数字化概念,大尺寸的数字化仪的绝对精度通常可达0.001in(0.003cm),数字化仪数字化原理,数字化仪有一个内置的电子网，用来感知游标的位置。,将游标的十字丝对准测量点后点击游标的按钮即可将点的x、y坐标传到与之相连的计算机。,使用数字化仪进行的数字化通常也称为手扶跟踪数字化。,2.数字化仪数字化流程,(1)图层设计,确定: 输入哪些图层,每个图层包含的具体内容。,(2)设立控制点,1) 用来将数字化的地图坐标转为现实世界的空间坐标,（100，120）,（300，40）,（200，80）,2

9、)解决地图位置相对于数字化板发生错动引起的多次录入的坐标偏移或旋转，对多次输入的内容根据控制点坐标之间的关系进行匹配。,(3)数字化,1）点要素的数字化,每个点只需点击一下便可记录下它的位置。,2）线或面要素的数字化,在流模式中，按预设的时间间隔或距离间隔进行线的数字化,大多数用户更喜欢用点模式,理由:,数据文件小,以直线分段来数字化简单的线要素效率更高。,在点模式中，操作者选点进行数字化；,两种模式:点模式或流模式。,(四)屏幕数字化,利用诸如数字正射影像图、数字栅格地图数据源作为背景，在计算机屏幕上进行的手扶跟踪数字化。,(五)扫描矢量化,将模拟地图转化为地图图像文件，而后再对其跟踪描绘，

10、把栅格线转化为矢量线的过程。,1.扫描矢量化采集数据流程,纸地图,扫描转换,地图拼接,地图裁剪,图像处理,跟踪矢量化,图形编辑,2.图像处理与矢量化流程,1）图像二值化,用于从原始扫描图像计算得到黑白二值图像，通常将图像的白色区域的栅格点赋值为0；而黑色区域为l，黑色区域对应要矢量化提取的地物，也称为前景。,2)平滑图像,运用模板，通过图像运算，去除图像中的随机噪声，如斑点、毛刺、凹陷等。,3)细化,细化将一条线细化为只有一个像素宽。,细化是矢量化过程中的重要步骤，也是矢量化的基础。,要求：,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,细化原理(了解),a.定义 对于二值图像中

11、每个像素点p，以及像素点直接相邻的8个像素点，令： N(p)为P的邻点的数值的和； 图像像素联接数T(p)，如果旋转着看像素周围的点，T(p)就是p周围8个点从0变成1的次数。它反映了像素邻点的联接的块数。 pw 、 pE 、 pS 、 pN分别指像素左侧、右侧、下边、上边邻点的数值,（2）,b.算法步骤,对于栅格图像中的每个点p，进行如下操作： 第一步如果:2N(p)6并且T(p)=1并且pN pS pE=0 并且pwpS pE=0 ， 则标志P点：将所有被标志的栅格点赋值为0，如果没有被标志的点。则算法结束。,第二步 如果；2N(p)6并且T(p)=1并且pN pS pE=0 。并且pwp

12、S pN=0 ， 则标志P点： 将所有被标志的栅格点赋值为0，如果没有被标志的点。则算法结束。 转到第一步,4)链式编码,链码是由弗里曼(Freeman)提出的用曲线出发点坐标和线的斜率束描述二值线图形的一种方法。,链式编码作用：,将细化后的图像转换成为点链的集合，其中每个点链对应于一条弧段。,链式编码方法,任意一条细线都可用链码序列表示为下式：C=a1a2an，0ai7 如果始点a1和终点an重合，则说明曲线是闭合的。,链码的八个方向及它们的序号。,例子 曲线链码为(0, 3)21100066567。其中(0, 3)为起始点坐标,之后的数值序列描述了方向。,5)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度和要求的精度。,除了上述五个步骤以外，还需要一些处理以方便图像矢量化过程如图像拼接和剪裁,