地理信息系统基础与实验教程空间数据的输入与处理

两种数字化方式的比较
手扶跟踪数字化：
✓ 直接获取矢量数据，数据量较小，数据结构简单。 ✓ 速度慢、精度低，作业劳动强度大，自动化程度低，精
度易受控制点的数量和精度、操作者的技术及认真程度、 原始地图的质量等因素的影响。 ✓ 一般适用于小规模数据的采集。
扫描矢量化：
✓ 输入速度相对较快，可大大减轻人工劳动强度，提高工 作效率。
坐标转换
几何纠正
地形图的纠正 遥感影像的纠正
四点纠正法 逐网格纠正法
正解变换
投影变换 反解变换
数值变换
其他方法
3.3 空间数据的处理
原始数据往往由于多源性，在数据结构、数据组织、 数据表达、空间范围等方面与用户的需求不一致 。
坐标转换
数据裁切
格式转换
处 理
数据拼接
结构转换
数据提取
空间数据的格式转换
✓ 适用于数据量大、数据类型单一的情况。
属性数据的输入
通过对所有要素或所选定要素采用相 同的方法进行计算而获得属性值。
1.逐要素输入法
2.计算法 ArcGIS :F只ie对ld 满Ca足lcu某l通a些to过r条公件共的字要段素，输将入外属部性表值格。中的数
3.条件输入法
据连接到属性表中。
4.外部表格连接法 ( Join )
栅格数据的拼接
在ArcGIS中，栅格数据的拼接过程为： Data Management Tools→Raster Dataset →Mosaic To New Raster。
Mosaic To New Raster 对话框
Mosaic To New Raster的图解表达
3.3 空间数据的处理
原始数据往往由于多源性，在数据结构、数据组织、 数据表达、空间范围等方面与用户的需求不一致 。
列）逐个记录代码，可以从左到右逐个记录像元，也可 以奇数行从左到右记录，偶数行从右到左记录。
记录为： aabbcdbbaabbaacc， 也记录为： aabbbbdcaabbccaa。
特点： 存储方式简单直观，处理方便，但数据量较大。
栅格数据的压缩与编码 —链码
它是从某一起点开始，用沿八个基本方向前进的单位 矢量链来表示线状地物或多边形的边界。
填充，赋予多边形的属性值。
(x,y)
b
0
c
a
Xm1in
f
O
d
(x1,y1) e
0
0
0
01
0
01 0
10
01
Ymin
1
0
0
Xmax
0
10 10
0
1
X0
000000000000 000000011000 000100111000 000111111100 001111111100 001111111110 000111111111 000000000000
b、依次记录像元的属性值发生变化时的像元位置和相 应的属性值。
（1，a），（3，b），（6，d），（8，c）；（1，d）， （3，b），（7，c）；（1，a），（3，b），（6，d）； （1，a），（3，c），（5，d）；（1，d），（4，c）， （5，a），（7，c）；（1，d），（5，a），（7，b）， （8，c）；（1，d），（4，a），（7，b）；（1，c）， （7，b）。
✓ 自动纠错：一些GIS软件如ArcGIS，可以 通过设置合适的容差，改正结点不达或超 出、碎多边形以及边沿不匹配等问题。
属性数据的编辑
两类主要问题 ： 一是属性数据与地理要素不关联； 二是属性数据不准确。
编辑处理的一般过程 ： 首先使数据处于可编辑状态，在图形上选定编辑对 象，打开属性表，找出要修改的属性字段，然后输 入正确的属性，保存后关闭属性表即可。
坐标转换
数据裁切
格式转换
处 理
数据拼接
结构转换
数据提取
数据裁切
数据裁切是从整个空间数据中裁切出部分区域，以便获取真 正需要的数据作为研究区域，减少不必要的数据参与运算。
矢量数据的裁切
在ArcGIS中，矢量数据的裁切过程为：Analysis Tools → Extract → Clip ；
Clip对话框
坐标转换
数据裁切
格式转换
处 理
数据拼接
结构转换
数据提取
空间数据的结构转换
矢量数据向栅格数据的转换
Y
由于栅格数据在J空间叠加分析、空间数据共享等方 面比(矢0,0量) 数据更具有优势，经常需要将点、线、多边形 (等x2,y形2) 式存在的矢量数据转换成栅格数据。
点 线 属多边性实形边赋的体形I 予边转由这界换矢些转时量栅换只，向y 成格需栅栅。要格x 格计的，算转然出换后点线又对所称多在经为边的过多形栅的边内格所形部行有填的列栅充所号格，有即，它栅可并首格。将先进线将行的多
原始数据
空间数据输入
内部数据
图形数据的输入
属性数据的输入
图 数据源：各种纸质地图以及影像数据等
形
数
设备：手扶跟踪数字化仪
据 的
手扶跟踪数字化
输 入 方法
步骤：1.选取参照点 2.确定控制点并将其数字化
3.对点、线、面要素数字化
扫描矢量化...
扫描矢量化
步骤： 图纸扫描
读图分层 矢量化 保存文件
a. 屏幕直接矢量化 b. 全自动矢量化 c. 交互式矢量化 d. 其它矢量化方法
坐标转换
数据裁切
格式转换
处 理
数据拼接
结构转换
数据提取
空间数据的提取
数据提取是根据一定的属性条件（一般采用SQL表达 式），从已有的数据中选取部分要素，输出为一个新的 数据。它相当于在原数据中提取符合条件的子集。
矢量数据的提取
栅格数据的提取
3.4 空间数据的压缩与编码
➢ 数据压缩（Data Compression）
➢ 格式转换是GIS获取空间数据、实现数据 共享的常用手段，一般的GIS平台软件， 都提供了数据格式转换工具。
➢ 空间数据格式转换的四种模式
✓ 外部数据交换模式 ✓ 直接数据访问模式 ✓ 数据互操作模式 ✓ 空间数据共享平台模式
3.3 空间数据的处理
原始数据往往由于多源性，在数据结构、数据组织、 数据表达、空间范围等方面与用户的需求不一致 。
➢ 由于链码以每个区域为单元存储边界，导致相邻区域的边 界将被重复存储，所以仍然有较大的数据冗余。
栅格数据的压缩与编码 —游程长度编码
➢ 基本思想：一幅栅格图像中，在行（列）方向上相邻的像
元往往具有相同的属性值，因而可采用某种方法来压缩这 些重复的属性值。
两种游程长度压缩编码方法：
a、只在各行（列）方向上像元属性值发生变化时依次记 录下这个像元的属性值及具有此属性值的像元个数。
3.2 空间数据的编辑
➢图形编辑 ➢属性数据的编辑 ➢拓扑查错与拓扑编辑
图形编辑
是指纠正数据采集中出现的各种空间位置错误， 主要包括图形位置编辑及图形间关系的编辑。
常见数字化错误：
结点不达
结点超出
碎多边形
错误多边形
边沿不匹配
常见数字化错误的处理方式
➢处理方式
✓ 图形编辑：GIS软件大都提供了此功能， 可以通过删除（目标、属性等），修改 （平移、拷贝、剪切、延长、分解、合 并），插入等方法进行处理。
第3章 空间数据的输入与处理
➢ 空间数据输入 ➢ 空间数据的编辑 ➢ 空间数据的处理 ➢ 空间数据的压缩与编码 ➢ 空间数据库 ➢ 空间查询 ➢ 复习思考题 ➢ 实验
3.1 空间数据输入
空间数据的输入是指将系统外部的原始数据传输给系统 内部，并将这些数据从外部格式转换为便于系统处理的 内部格式的过程。
栅格数据的压缩与编码 —块码
➢ 基本思想：块码是在游程长度编码的基础上发展而来，它
的每个记录单元都是由相邻像元组成的正方形区域，它的 记录形式由记录单元初始位置的行、列号（记录单元左上 角像元的行、列号），半径和记录单元的属性值组成。
➢ 特点：块码有可变的分辨率，当图像越简单时，图斑越大，
Topology工具条
3.3 空间数据的处理
原始数据往往由于多源性，在数据结构、数据组织、 数据表达、空间范围等方面与用户的需求不一致 。
坐标转换
数据裁切
格式转换
处 理
数据拼接
结构转换
数据提取
空间数据的坐标转换
空间数据的坐标转换是空间数据处理的 基本内容之一，其实质是建立两个空间 中点之间的一一对应关系。
✓ 在ArcGIS中，栅格数据向矢量多边形数据的转换过程为： Conversion Tools →From Raster → Raster to Polygon 。
Raster to Polygon对话框
Raster to Polygon的图解表达
3.3 空间数据的处理
原始数据往往由于多源性，在数据结构、数据组织、 数据表达、空间范围等方面与用户的需求不一致 。
空间数据的结构转换
矢量数据向栅格数据的转换
在ArcGIS中，矢量数据向栅格数据的转换过程为： Conversion Tools →To Raster → Feature to Raster 。
Feature to Raster
空间数据的结构转换
栅格数据向矢量数据的转换
✓ 主要目的是为了能将自动扫描仪获取的栅格数据加 入矢量形式的数据库。
矢量数据的压缩
—垂距法
矢量数据的压缩
—光栏法
矢量数据的压缩
—迭代端点拟合法
几种矢量数据压缩与编码方法的比较
✓ 道格拉斯—普克法:具有平移、旋转、不变形，给定曲线
与限差后压缩结果一致的优点。但未考虑矢量数据间的拓扑 关系；无法有效控制偏差面积；压缩后保留点的压缩比不可 能是在满足给定精度条件下的最大压缩比 。
（a，2），（b，3），（d，2），（c，1）；（d，2）， （b，4），（c，2）；（a，2），（b，3），（d，3）； （a，2），（c，2），（d，4）；（d，3），（c，1）， （a，2），（c，2）；（d，4），（a，2），（b，1）， （c，1）；（d，3），（a，3），（b，2）；（c，6）， （b，2）
✓ 垂距法：算法简单、速度快，但有时可能删除偏差大于限差
的点,并且如果将曲线反向, 所得结果可能不同。
✓ 光栏法：可在数字化时实时处理，每次判断下一个数字化的
点，且计算量较小 。
✓ 迭代拟合算法：筛选出的点具有相对最大的信息量，这种
方法还可用于综合线状要素。
栅格数据的压缩与编码
—直接栅格编码
➢ 基本思想：将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行（或逐
➢ 是指在一定的数据存储空间要求下，将相对庞大的 原始数据重组为满足特定条件的数据集合，并且能 够使得从该数据集合中恢复出来的信息与原始数据 相一致，或者能够获得与原始数据一样的使用品质。
➢ 空间数据压缩的必要性
✓ 减少数据冗余 ✓ 节约存贮空间 ✓ 提高运算与显示效率
矢量数据的压缩
—道格拉斯-普克法（Douglas-Peucker）
拓扑查错与拓扑编辑
➢ 拓扑关系主要反映空间要素之间的邻接、关 联、包含等关系，是对空间数据进行查询和 分析的重要基础。
➢ 在创建了拓扑关系之后，拓扑关联要素之间 就具有共享边或点。在进行数据更新时，还 需要进行拓扑编辑，以使共享边或点移动或 修改不会影响要素之间的相对空间关系。
拓扑关系的建立与拓扑查错
ArcGIS中，拓扑关系的建立有两种方式： ➢ 在Geodatabase的Feature Dataset中新建拓扑关系；
➢ 对Coverage采在用GeoBdautaibladse或中建C立le拓a扑n工关系具来进行。（需 安装ArcGIS Workstation）
拓扑编辑
➢ 在ArcGIS中，可以使用Topology工具 条对具有拓扑关系的数据进行拓扑编 辑。
Clip的图解表达(据ESRI)
数据裁切
栅格数据的裁切
在ArcGIS中，栅格数据的裁切过程为： Spatial Analyst Tools
→Extraction → Extract by Mask 。
Extract by Mask对话框
栅格数据的提取
3.3 空间数据的处理
原始数据往往由于多源性，在数据结构、数据组织、 数据表达、空间范围等方面与用户的需求不一致 。
坐标转换
数据裁切
格式转换
处 理
数据拼接
结构转换
数据提取
数据拼接
数据拼接是指将空间相邻的数据拼接成为一个完整的目标数 据。
矢量数据的拼接
在ArcGIS中，矢量数据的拼接过程为：Data Management Tools →General →Append ；
Append的图解表达(据ESRI)
数据拼接
起始行号+起始列号+方向编码
WN / 3
N/2
EBiblioteka Baidu /1
W/4
E/0
WS / 5
ES / 7
S/6
3,1,1,0,7,6,5,4,3,2
栅格数据的压缩与编码 —链码
特点：
➢ 可以有效的压缩栅格数据，尤其是对计算面积、长度和凹 凸度等运算十分方便；
➢ 但对边界进行合并和插入等修改编辑工作比较困难，对局 部的修改将影响整体结构的变化，效率不高；