计算机地图制图课件【3】地图数据处理

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1、第六讲：计算机制图工艺流程与软件系统第六讲：计算机制图工艺流程与软件系统实习课：上机实习（利用实习课：上机实习（利用ArcMapArcMap制作地图）制作地图）课程内容课程内容0_0_概念：什么是计算机地图制图？概念：什么是计算机地图制图？第一讲：计算机地图制图概述第一讲：计算机地图制图概述1_1_逻辑：如何实施计算机地图制图？逻辑：如何实施计算机地图制图？第二讲：地图数据组织结构第二讲：地图数据组织结构第三讲：地图数据采集与质量控制第三讲：地图数据采集与质量控制第四讲：地图数据处理第四讲：地图数据处理第五讲：地图数据可视化第五讲：地图数据可视化2_2_物理：怎样利用软件系统完成地图制作？物理

2、：怎样利用软件系统完成地图制作？形式设计形式设计数据加工处理数据加工处理表达输出表达输出数据采集建库数据采集建库计算机地图制图基本过程计算机地图制图基本过程第四讲第四讲 地图数据处理地图数据处理主要内容：主要内容： 数据格式转换数据格式转换 坐标变换坐标变换 图形属性编辑图形属性编辑 数据裁切与接边数据裁切与接边 拓扑及逻辑一致性关系改正拓扑及逻辑一致性关系改正 数据压缩与光滑数据压缩与光滑 对采集的各种数据，按照不同的方式方法对数踞进行编辑运算，对采集的各种数据，按照不同的方式方法对数踞进行编辑运算，清除数据沉余，弥补数据缺失，形成符合用户要求的数据文件格式。清除数据沉余，弥补数据缺失，形成

3、符合用户要求的数据文件格式。4.1 地图数据格式转换地图数据格式转换数据格式：地图数据在文件或记录中的编排格式数据格式：地图数据在文件或记录中的编排格式 。导致地图数据格式不同的原因包括：导致地图数据格式不同的原因包括：（1 1）采用不同的数据结构）采用不同的数据结构矢量数据格式矢量数据格式栅格数据格式栅格数据格式（2 2）不同行业、软件系统出于各种原因定义不同的数据格式）不同行业、软件系统出于各种原因定义不同的数据格式ShapeGeodatabaseCoverageMifDxf矢量矢量数据格式数据格式BmpGifGridJPEGTiff栅格栅格数据格式数据格式1 1、矢、矢栅格式转换栅格式转

4、换（1 1）矢量数据栅格化）矢量数据栅格化基本条件：栅格形状、大小、行列数量基本条件：栅格形状、大小、行列数量 即找出矢量点数据所在处的栅格单元。设矢量数据的坐标点值为即找出矢量点数据所在处的栅格单元。设矢量数据的坐标点值为 (x , y)转成转成栅格数据其行列值为栅格数据其行列值为(i , j) i= 1+ integer ( ( ymax- y ) / y ) j= 1+ integer ( (xmax- x) / x ) ymax 表示表示区域区域数据数据 Y 最大值最大值 xmin 表示表示区域区域数据数据 X 最小值最小值 x y 每个栅格单元对应的边长每个栅格单元对应的边长1 点要

5、素的转换点要素的转换PAB2 线要素的转换线要素的转换 线由多个直线段组成的，线栅格化分解为若干直线段的栅格化。线由多个直线段组成的，线栅格化分解为若干直线段的栅格化。 DAA法（数字微分分析法）法（数字微分分析法）假设线段假设线段AB与栅格格网的交点坐标与栅格格网的交点坐标为（为（xi, yi），则：），则：其中，其中，此外，还有此外，还有Bresenham算法，算法效率更高，可参考相关教材学习。算法，算法效率更高，可参考相关教材学习。3 面要素的转换面要素的转换 边界线的转换与线要素相同，主要是面区域内栅格的填充；边界线的转换与线要素相同，主要是面区域内栅格的填充； 填充的关键问题是，判断

6、哪些栅格单元在多边形内，哪些在填充的关键问题是，判断哪些栅格单元在多边形内，哪些在多边形外；多边形外； 内部点扩散法内部点扩散法 射线法射线法 平行线扫描法平行线扫描法 边界代数填充法边界代数填充法 边界点跟踪算法边界点跟踪算法内部点扩散法内部点扩散法射线法射线法平行线扫描法平行线扫描法（2 2）栅格数据矢量化）栅格数据矢量化Step1：二值化。栅格数据是按二值化。栅格数据是按0255的不同灰度值表达的。为了的不同灰度值表达的。为了简化追踪算法，将简化追踪算法，将256个灰阶压缩为个灰阶压缩为2个灰阶，即个灰阶，即0和和1两级。两级。Step2：边界细化。边界细化。使每一条线只保留代表其轴线或

7、周围轮廓线（对使每一条线只保留代表其轴线或周围轮廓线（对多边形而言）位置的单个栅格的宽度。多边形而言）位置的单个栅格的宽度。Step3：边界跟踪。把细化后的栅格数据整理为从结点出发的线段或边界跟踪。把细化后的栅格数据整理为从结点出发的线段或闭合的线条，并以矢量形式加以存储。闭合的线条，并以矢量形式加以存储。Step4：曲线化简及光滑 。直接提取的边界线节点密集、有明显的抖动锯齿感，需进行化简及光滑处理。Step5：生成拓扑关系，建立节点、弧段及多边形间的连接关系。2 2、矢量数据间不同格式的转换、矢量数据间不同格式的转换 矢量数据一般包括坐标信息、拓扑信息、属性信息、索引信息矢量数据一般包括坐

8、标信息、拓扑信息、属性信息、索引信息等，不同软件系统或行业在数据文件定义及信息组织中，采用的方等，不同软件系统或行业在数据文件定义及信息组织中，采用的方法不同，造成数据不能兼容，需要进行格式转换。法不同，造成数据不能兼容，需要进行格式转换。ArcGIS数据转换接口数据转换接口4.2 地图数据坐标变换地图数据坐标变换 几何纠正几何纠正，解决数字化过程引起的变形误差。，解决数字化过程引起的变形误差。 坐标系转换坐标系转换，解决设备坐标系间以及与用户坐标系间的不一致。，解决设备坐标系间以及与用户坐标系间的不一致。 投影变换投影变换，解决地理坐标到平面坐标转换问题，解决地理坐标到平面坐标转换问题。 地

9、图扫描变形地图扫描变形误差误差不同坐标系不同坐标系地理坐标与平地理坐标与平面坐标转换面坐标转换1 1、几何纠正方法（坐标系转换可以纳入几何纠正范畴）、几何纠正方法（坐标系转换可以纳入几何纠正范畴）（1 1）基本变换类型）基本变换类型旋转旋转平移平移缩放缩放（2 2）采用的方法）采用的方法仿射变换仿射变换仿射变换特性：仿射变换特性：直线变换后仍为直线；直线变换后仍为直线；平行线变换后仍为平行线；平行线变换后仍为平行线；不同方向上的长度比发生变化。不同方向上的长度比发生变化。 求解上式中的求解上式中的6 6个未知数，需不在一直线上的个未知数，需不在一直线上的3 3对已知控制点，由于误差，对已知控制

10、点，由于误差，需多余观测，所以，用于图幅定向至少需要四对控制点。需多余观测，所以，用于图幅定向至少需要四对控制点。x = a0 + a1x0 + a2y0y = b0 + b1x0 + b2y0 x = a0 + m * cos x0 + n * sin y0y = b0 + m * sin x0 + n * cos y0综合上述三种基本变换，得到：综合上述三种基本变换，得到：相似变换(m=n)仿射变换(m=n)（3 3）实例）实例TIC3TIC2TIC1TIC4针对扫描地图，给定图幅顶角针对扫描地图，给定图幅顶角4个点作为控制点，个点作为控制点，通过仿射变换进行几何纠正（也称为通过仿射变换进

11、行几何纠正（也称为“坐标配准坐标配准”）。）。2 2、投影变换、投影变换 假定假定原图点的坐标为原图点的坐标为x,y(称为旧坐标称为旧坐标)，新图点的坐标为新图点的坐标为X，Y(称称为新坐标为新坐标)，则由旧坐标变换为新坐标的基本方程式为：，则由旧坐标变换为新坐标的基本方程式为：（1 1）解析变换法）解析变换法2）反解变换法）反解变换法(又称间接变换法又称间接变换法)1）正解变换法）正解变换法(又称直接变换法又称直接变换法)（2 2）数值变换法）数值变换法 利用若干同名点，采用插值法、利用若干同名点，采用插值法、有限差分法或多项式逼近的方法，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