地理信息系统-空间数据的转换与处理
地理信息系统5-空间数据的处理
§5-3 拓扑关系的自动建立
5、岛的判断
单多边形被追踪两次
找出多边形互相包含的情况.
p1
p3
p2
1°、计算所有多边形的面积。
2°、分别对面积为正的多边形和面积为负的多边形排序。p1,p2,p3, -p1,-p2,-p3,
3°、从面积为正的多边形中，顺序取每个多边形，取完为止。若负面积多边形个数 为0，则结束。来自一、点线拓扑关系的自动建立
1、在图形采集和编辑中实时建立
弧段-结点表
结点-弧段表
Oid 起结点 终结点
a1 N1
N2
a2 N2
N3
Oid 弧段 号 N1 a1 N2 a1,a2 N3 a2
N2 a2 N1 a1
N3
(a)
N2 a2 N1 a1
N3
a3
Oid 起结点 终结点
a1 N1
N2
a2 N2
N3
一般，若结点容差设置合理，大多数结点能够吻合在一起， 但有些情况还需要使用前三种方法进行人工编辑。
§5-2 图形编辑
2）结点与线的吻合
在数字化过程中，常遇到一个结点与一个线
状目标的中间相交。由于测量或数字化误差，
它不可能完全交于线目标上，需要进行编辑，
称为结点与线的吻合。
C
编辑的方法： A、 结点移动，将结点移动到线目标上。 B、 使用线段求交； C、 自动编辑，在给定容差内，自动求交并吻合在一起。
§5-1 坐标变换
3、仿射变换
实质是两坐标系间的旋转变换。 设图纸变形引起x,y两个方向比例尺不同，当x,y比例尺相同时，为相似变换。
特性：
· · ·
求解上式中的6个未知数，需不在一直线上的3对已知控制点，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。
地理信息系统导论第4章 空间数据的采集和空间数据的处理
程注记等。
6
（2）遥感数据 遥感数据是GIS的重要数据源。遥感数据含有 丰富的资源与环境信息，在GIS支持下，可以与地 质、地球物理、地球化学、地球生物、军事应用等 方面的信息进行信息复合和综合分析。遥感数据是 一种大面积的、动态的、近实时的数据源，遥感技 术是GIS数据更新的重要手段。
7
（3）文本资料 文本资料是指各行业和各部门的有关法律文档 、行业规范、技术标准、条文条例（如边界条约） 等，这些也属于GIS的数据
12
表4.1 用于数据采集目的的GIS数据分类
13
4.2 空间数据采集的主要方法
4.2.1 GIS数据采集在GIS 为了便于管理和应用，在复杂的计算机世界里 的数据必须按照一定的方式进行组织和存储。地理 信息系统的应用的一项重要工作是采集不同来源和 不同类型的数据，并创建空间数据库。在采集地理 实体几何数据的同时，还要调查其属性信息。另外 ，为了保证采集数据的可靠性和完整性，采集的 GIS数据必须经过检验和进一步的编辑、处理才能 进入GIS。在空间数据库中，所有的地图、影像和 空间数据表格都根据不同的空间表达和记录方式进 行地学编码 14
第4章 空间数据的采集和空间数 据的处理
学习指南 本章论述了GIS数据来源、数据采置、形状、 大小及其分布特征诸多方面信息的数据，它具有 GIS的数据源有很多，如地图数据、遥感数据
1
空间数据采集的任务是将现有的地图、外业观 测成果、航空照片、遥感图像、文本资料等转换成 GIS可以处理与接收的数字形式，通常要经过验证 、修改、编辑等处理
4.2.2 GIS数据采集的工作流程 所有GIS项目的数据采集都包括一系列连续的 过程，通常其工作流程包括编制计划、准备、数字 化或数据转换、编辑完善、评估五个阶段（图4.3 ）
GIS数据处理方法
GIS数据处理方法GIS（地理信息系统）是一种将地理空间数据进行管理、分析和展示的技术工具。
在现代社会中，GIS已经广泛应用于各个领域，包括城市规划、环境保护、农业管理等。
而GIS数据的处理方法则是GIS应用的关键一环。
在本文中，我们将介绍几种常见的GIS数据处理方法。
一、数据获取在进行GIS数据处理之前，首先需要获取所需数据。
数据获取的方式多种多样，主要包括以下几种：1.1 传感器数据采集：通过使用各种传感器，如卫星遥感影像、激光雷达等，可以获取大范围的地理数据。
这些数据具有高时空分辨率，适用于进行空间分析和地图制作。
1.2 数据库查询：利用现有的数据库，如地理数据库、气象数据库等，可以通过查询操作获取所需数据。
这种方式适用于获取局部区域或特定类型的数据。
1.3 野外调查：对于某些无法通过传感器获取的数据，需要进行野外调查。
例如，人口普查、植被调查等需要在实地进行数据采集。
二、数据预处理数据预处理是GIS数据处理的重要步骤，其目的是清洗、转换和标准化原始数据，使其适用于后续的分析和展示。
以下是几种常见的数据预处理方法：2.1 数据清洗：在数据采集过程中，由于各种原因可能导致数据出现错误或缺失。
数据清洗的目的是对这些异常数据进行检测和处理，以确保数据的准确性和完整性。
2.2 数据变换：对于不同源的数据，可能存在投影不同或坐标系不一致的问题。
数据变换的目的是将这些数据进行统一的坐标转换，以便进行地理分析。
2.3 数据标准化：不同数据的单位、量级不同，这将对后续的计算和分析造成困扰。
数据标准化的目的是调整数据的单位和量级，使其在同一尺度下进行比较和分析。
三、数据分析数据分析是GIS数据处理的核心环节，其目的是从数据中提取有价值的信息和知识，以支持决策和规划。
以下是几种常见的数据分析方法：3.1 空间查询：空间查询是GIS中最常用的数据分析方法之一，其目的是在空间范围内查找符合一定条件的地理对象。
例如，查找某一区域内的公园或学校。
ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程PPT-第4章 空间数据的转换与处理
图4.25 Import to CAD对话框
4.2 数据格式转换
2 栅格数据与ASCII文件之间的转换
（1）栅格数据向ASCII文件的转换 利用Conversion Tools工具箱，From Raster 工具集中的 Raster to ASCII 命令，可实现由栅格数据向ASCII文件的 转换。
60°0’0’’N
50°0’0’’N
40°0’0’’N 30°0’0’’N 20°0’0’’N
图4.2（b）投影坐标系下的经纬网
4.1 投影变换
• 4.1.1 定义投影
定义投影（Define Projection），指按照 地图信息源原有的投影方式，为数据添加投影 信息。在ArcGIS中利用Data Management Tools工具箱, Projections and Transformations工具集中的Define Projection命令，能够为数据定义投影。
4.3 数据处理
4.3.1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 数据参与运算。 1 矢量数据的裁切：可利用Analysis Tools工具箱， Extract工具集中的Clip命令
+
图4.28 Clip对话框
图4.29 Clip的图解表达
图4.19 数据格式转换工具
4.2 数据格式转换
基于文件的空间数据类型包括对多种GIS数据格式 的支持，如coverage，shapefile，grid，image和 TIN。Geodatabase数据模型也可以在数据库中管理 同样的空间数据类型。
表1 ArcGIS 中的数据类型
基于文件的空间数据 Coverages Shapefiles 基于数据库的空间数据 Oracle Oracle with Spatial
第8讲地理空间数据处理
（x,y）
I p 1 INT ymax y / dy J p 1 INT x xmin / dx
1、矢量数据向栅格数据转换
（3）线的栅格化
①DDA法（Digital Differential Analyzer-数字微分分 析法）
该方法依据直线的微分方程dy/dx＝常数，用数值方法解 微分方程，通过同时对x和y各增加一个小增量来计算下一步 的x,y值。 ②Bresenham法
地理信息系统 I
王建梅 同济大学测绘与地理信息学院
第8讲 地理空间数据处理
数据源
地图数据 影像数据
采集方法
地图数字化 野外数据采集 摄影测量 遥感图像处理 数据交换
野外实测数据
统计数据 已有系统数据 多媒体数据 文本数据
编 辑 处 理
质 量 评 价
数 据 入 库
键盘输入
主要内容
一、数据编辑
二、数学基础转换 三、数据重构
主要内容
一、数据编辑
二、数学基础转换 三、数据重构
四、图形拼接
五、拓扑生成
六、数据压缩
二、数学基础转换
1、几何纠正 2、坐标变换 3、栅格数据重采样
1、几何纠正
对扫描得到的图像进行纠正，主要是建立要 纠正的图像与标准的地形图或地形图的理论数值 或纠正过的正射影像之间的变换关系，消除各类 图形的变形误差。目前，主要的变换函数有：相 似变换、仿射变换、透视变换、投影变换等，具 体采用哪一种，则要根据纠正图像的变形情况、 所在区域的地理特征及所选点数来决定。
Bresenham算法
Bresenham算法
5 2 0 1 3 4
6
Bresenham算法
地球空间数据的格式转换与处理方法
地球空间数据的格式转换与处理方法随着科技的不断发展，地球空间数据的获取和利用变得愈发重要。
地球空间数据是指通过卫星、飞机等手段收集的有关地球表面和大气层的各种信息。
然而，不同数据源采用的格式和处理方法各不相同，因此我们需要进行格式转换和处理，以便更好地利用这些数据。
一、地球空间数据的格式转换1. 栅格数据转换栅格数据是以像元为单位进行表示的图像，常见的栅格数据格式有TIFF、JPEG等。
然而，不同的软件和设备可能采用不同的栅格数据格式，因此在进行数据处理时需要进行格式转换。
常用的格式转换工具有GDAL、ArcGIS等，通过这些工具我们可以将栅格数据转换为我们需要的格式，便于后续的分析和处理。
2. 矢量数据转换矢量数据是以点、线、面等几何要素进行表示的数据，常见的矢量数据格式有Shapefile、GeoJSON等。
在进行地理信息系统（GIS）分析时，我们常常需要将不同格式的矢量数据进行转换。
可以使用一些开源的软件如QGIS、ArcGIS等来进行格式转换，将矢量数据转换为我们需要的格式，以便进行进一步的分析和应用。
3. 多波段数据转换多波段数据是指通过遥感传感器获取的包含多个波段的数据，如卫星影像数据。
在进行地学研究和遥感应用时，我们常常需要对多波段数据进行处理和分析。
为了方便使用，我们可以将多波段数据转换为单波段数据，以便进行更深入的分析。
这可以通过使用一些遥感软件如ENVI、IDL等来实现。
二、地球空间数据的处理方法1. 数据预处理地球空间数据的预处理是指在进行数据分析之前，对数据进行清洗和校正的过程。
在数据采集过程中，可能会受到气象条件、传感器漂移等因素的影响，导致数据的不准确或无效。
因此，我们需要对数据进行预处理，以消除这些影响。
常见的数据预处理方法包括噪声去除、粗糙匹配等。
2. 数据融合数据融合是指将来自不同传感器或不同时间的数据进行融合，以提高数据的精度和准确性。
地球空间数据融合可以采用传感器级融合、特征级融合和决策级融合等方法。
地理信息系统概论重点讲义(3)
重点一坐标及投影变换1．坐标变换实质是建立两个平面点之间的一一对应关系，包括几何纠正和投影转换，他们是空间数据处理的基本内容之一。
几何纠正是对数据坐标转换和图纸变形误差的纠正。
投影变换是指投影方式的变换2．仿射变换。
在几何上定义为两个向量空间之间的一个仿射变换或者仿射映射，由一个线性变换接上一个平移组成。
是GIS 数据处理中使用最多的一种几何纠正方法。
它的主要特性为：同时考虑到因地突变形而引起的实际比例尺在x 方向和y 方向上的变形，因此纠正后的坐标数据在不同方向上的长度比将发生变化。
注：一般的GIS 软件都有仿射变换、相似变换和二次变换等几何纠正功能3．大地基准面(Geodetic datum) ，设计用为最密合部份或全部大地水准面的数学模式。
它由椭球体本身及椭球体和地表上一点视为原点间之关系来定义。
此关系能以6 个量来定义，通常(但非必然)是大地纬度、大地经度、原点高度、原点垂线偏差之两分量及原点至某点的大地方位角。
每个国家或地区均有各自的基准面，我们通常称谓的北京54 坐标系、西安80 坐标系，指的就是两个大地基准面。
4．我国采用的椭球体及坐标系我国参照前苏联从1953 年起采用克拉索夫斯基( Krassovsky) 椭球体建立了我国的北京54 坐标系。
1978 年采用国际大地测量协会推荐的1975 地球椭球体(IAG75) 建立了我国新的大地坐标系－－西安80 坐标系。
目前大地测量基本上仍以北京54 坐标系作为参照，北京54 与西安80 坐标之间的转换可查阅国家测绘局公布的对照表。
WGS1984 基准面采用WGS84 椭球体，它是一地心坐标系，即以地心作为椭球体中心，目前GPS测量数据多以WGS1984 为基准。
5．椭球体与基准面的关系。
椭球体与基准面之间的关系是一对多的关系，也就是基准面是在椭球体基础上建立的，但椭球体不能代表基准面，同样的椭球体能定义不同的基准面。
6．地图投影，就是指建立地球表面(或其他星球表面或天球面) 上的点与投影平面(即地图平面)上点之间的一一对应关系的方法。
GIS空间数据处理与分析
GIS空间数据处理与分析GIS（地理信息系统）是一种将空间数据进行处理与分析的技术。
通过将地理空间数据与属性数据相结合，可以帮助我们更好地理解地理现象并做出有效的决策。
下面将详细介绍GIS空间数据处理与分析。
首先，GIS的数据处理包括数据收集、数据整理、数据清洗和数据转换。
数据收集是指获取与分析目标相关的地理数据，可以通过现场调查、卫星遥感、航拍图像等方式获得。
数据整理是将收集到的数据进行统一的数据格式和数据结构，以便于后续的数据分析。
数据清洗是对数据进行检查和清理，处理可能存在的错误数据或缺失数据，以确保数据的准确性和完整性。
数据转换是将数据从一种格式或坐标系统转换为另一种格式或坐标系统，以便于与其他数据进行配合使用。
其次，GIS的空间数据分析涉及到空间查询、空间统计和空间模型等。
空间查询是指通过GIS软件对空间数据进行查询与检索，可以根据特定的条件查找到感兴趣的地理空间要素。
空间统计是对空间数据进行统计分析，可以通过GIS软件进行空间统计分析，以发现地理现象的分布规律和相互关系。
空间模型是一种基于空间数据的建模方法，可以通过GIS软件构建空间模型，用于预测未来的空间发展趋势和做出相应的决策。
在实际应用中，GIS空间数据处理与分析可以应用于各个领域。
例如，在城市规划领域，可以使用GIS技术对城市的空间发展进行模拟和预测，以制定合理的城市规划政策。
在环境保护领域，可以利用GIS技术对污染源的分布进行分析和评估，并提出相应的治理措施。
在交通管理领域，可以使用GIS技术对交通流量进行实时监测和交通拥堵状况进行分析，从而制定更加高效的交通管理策略。
综上所述，GIS空间数据处理与分析是一项重要的技术，可以帮助我们更好地理解地理现象并做出有效的决策。
通过数据处理可以确保数据的准确性和完整性，通过空间分析可以揭示地理现象的规律和关系，从而为各个领域的决策提供科学依据。
随着技术的不断发展，GIS的应用领域将会越来越广泛，对于推动社会经济的发展具有重要意义。
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第4章 空间数据的转换与处理空间数据是GIS 的一个重要组成部分。
整个GIS 都是围绕空间数据的采集、加工、存储、分析和表现展开的。
原始数据往往由于在数据结构、数据组织、数据表达等方面与用户自己的信息系统不一致而需要对原始数据进行转换与处理，如投影变换，不同数据格式之间的相互转换，以及数据的裁切、拼接等处理。
以上所述的各种数据转换与处理均可以利用ArcToolbox 中的工具实现。
在ArcGIS9中，ArcToolbox 嵌入到了ArcMap 中。
本章就投影变换、数据格式转换、数据裁切、拼接等内容分别简单介绍。
4.1 投影变换由于数据源的多样性，当数据与我们研究、分析问题的空间参考系统（坐标系统、投影方式）不一致时，就需要对数据进行投影变换。
同样，在对本身有投影信息的数据采集完成时，为了保证数据的完整性和易交换性，要对数据定义投影。
以下就地图投影及投影变换的概念做简单介绍，之后分别讲述在ArcGIS 中如何实现地图投影定义及变换。
空间数据与地球上的某个位置相对应。
对空间数据进行定位，必须将其嵌入到一个空间参照系中。
因为GIS 描述的是位于地球表面的信息，所以根据地球椭球体建立的地理坐标（经纬网）可以作为空间数据的参照系统。
而地球是一个不规则的球体，为了能够将其表面的内容显示在平面的显示器或纸面上，就必须将球面的地理坐标系统变换成平面的投图4.1椭球体表面投影到平面的微分梯形Y影坐标系统（图4.1）。
因此，运用地图投影的方法，建立地球表面和平面上点的函数关系，使地球表面上由地理坐标确定的点，在平面上有一个与它相对应的点。
地图投影的使用保证了空间信息在地域上的联系和完整性。
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: 通过建立一种投影变换为另一种投影的严密或近似的解析关系式，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 。
2. 反解变换: 即由一种投影的坐标反解出地理坐标(x 、y →B 、L)，然后再将地理坐标代入另一种投影的坐标公式中(B 、L →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: 根据两种投影在变换区内的若干同名数字化点，采用插值法，或有限差分法，最小二乘法、或有限元法，或待定系数法等，从而实现由一种投影的坐标到另一种投影坐标的变换。
图4.2 投影变换工具目前，大多数GIS 软件是采用正解变换法来完成不同投影之间的转换，并直接在GIS 软件中提供常见投影之间的转换。
借助ArcToolbox 中Projections and Transformations工具集中的工具（图4.2），可以实现对数据定义空间参照系统、投影变换，以及对栅格数据进行多种转换，例如翻转（Flip）、旋转（Rotate）和移动（Shift）等操作。
4.1.1 定义投影定义投影（Define Projection），指按照地图信息源原有的投影方式，为数据添加投影信息。
具体操作如下：图4.3 Define Projection 对话框1. 展开Data Management Tools 工具箱，打开Projections andTransformations 工具集，双击DefineProjection 工具，打开DefineProjection 对话框（图4.3）。
2. 在Input Dataset or Feature Class 文本框中选择输入需要定义投影的数据。
3. Coordinate System 文本框显示为Unknown ，表明原始数据没有坐标系统。
单击Coordinate System 文本框旁边的图标，打开Spatial Reference 属性对话框（图4.4），设置数据的投影参数。
4. 定义投影有三种方法：图4.4 Spatial Reference 属性对话框（1） 单击图 4.4中的Select 按钮，打开Browe for Coordinate System 对话框（图 4.5），为数据选择坐标系统。
其中坐标系统分为地理坐标系统（Geographic Coordinate Systems ）和投影坐标系统（P rojected CoordinateSystems ）两种类型。
地理坐标系统是利用地球表面的经纬度表示；投影坐标系统是将三维地球表面上的经纬度经过数学转换为二维平面上的坐标系统，在定义坐标系统之前，要了解数据的来源，以便选择合适的坐标系统。
（2） 当已知原始数据与某一数据的投影相同时，可单击图4.4中的Import 按钮，浏览确定使用其坐标系统的数据，用该数据的投影信息来定义原始数据，因此两个数据具有相同的投影信息。
（3） 单击图4.4中的New 按钮，新建一个坐标系统。
同样可以新建地理坐标系统和投影坐标系统两种坐标系统。
图4.6为New Geographic Coordinate System 对话框，定义地理坐标系统包括定义或选择参考椭球体，测量单位和起算经线。
图 4.7为New P rojected Coordinate System 对话框，定义投影坐标系统，需要选择投影的类型、设置投影参数及选择测量单位。
其中投影参数包括投影带的中央经线和坐标纵轴西移的距离等。
因为投影坐标系统是以地理坐标系统为基础的，在定义投影坐标系统时，还需要选择或新建一个地理坐标系统，单击New 按钮则会打开图 4.6的New Geographic Coordinate System 对话框，新建一个地理坐标系统。
图4.5 Browe for Coordinate System 对话框图4.6 New Geographic Coordinate System 对话框 图4.7 New P rojected Coordinate System 对话框5. 定义投影后，则回到图4.3 Spatial Reference 属性对话框，在Detail 下的窗口中可以看到定义投影的详细信息。
单击Modify 按钮可对已定义的投影进行修改，单击Clear 按钮则清除上一步定义的投影，重新定义。
6. 单击OK 完成。
为Coverage 数据定义投影的方法相似，可使用Coverage Tools-Data Management-Projections 工具集中的Define Projection 命令。
4.1.2 投影变换投影变换（Project ）是将一种地图投影转换为另一种地图投影，主要包括投影类型、投影参数或椭球体等的改变。
在ArcToolbox 的Data Management Tools- Projectionsand Transformations 工具集中分为栅格和要素类两种类型的投影变换，其中在对栅格数据进行投影变图4.8 Project Raster 对话框换时，要进行重采样。
1. Raster 数据的投影变换（1） 展开Data Management Tools 工具箱，打开 Projections and Transformations 中的Raster工具集，双击Project Raster ，打开Project Raster 对话框（图4.8）。
（2） 在Input raster 文本框中选择输入进行投影变换的栅格数据。
（3） 在Output raster 文本框键入输出的栅格数据的路径与名称。
（4） 单击Output coordinate system 文本框旁边的图标，打开Spatial Reference 属性对话框（图4.9），定义输出数据的投影。
该对话框Coordinate System 的界面与图4.4的界面一样，所进行的操作也相同；在对话框的X/Y Domain 界面下，可以设 变换栅格数据的投影类型，就要对数据进置坐标的范围及坐标值所需要的精度。
（5）行重采样。
Resampling technique 是可选项，（6）ell size 是输出数据的栅格大小，默认状态下输出的数据与原数据栅格大小相（7）投影变换。
图4.9 Spatial Reference 属性对话框选择栅格数据在新的投影类型下的重采样方式，默认状态是NEAREST ，即最临近采样法。
O utput c 同。
还可以直接设定栅格的大小，或浏览确定某一栅格数据，输出数据的栅格大小则与该数据相同。
单击OK 按钮，执行2. Feature 数据的投影变换（1） 展开 Data Management Tools 工具箱，打开Projections andTransformations 中的Feature 工具集，双击Project ，打开Project 对话框（图4.10）。
图4.10 Project 对话框 （2） 在Input Dataset or Feature Class 文本框中选择输入进行投影变换的矢量数据。
（3） 在Output Dataset or Feature Class 文本框键入输出的矢量数据的路径与名称。
（） 单击文本框旁边的4Output coordinate system 图标，打开Spatial Reference 属性对（5）要素类。
为Coverage 数据定义投影的方法相似，可使4.1.3 数据变换数据变换是指对数据进行诸如放大、缩小、翻转、移动、扭曲等几何位置、形状和方下翻（1）Data Management Tools 工具箱，打开Projections and Transformations 中的Raster 话框，定义输出数据的投影。
该对话框与图4.4相同，所进行的操作也相同。
单击OK 按钮，执行投影变换。
该命令同样适用于地理数据库中的用Coverage Tools-Data Management-Projections 工具集中的Project 命令。
位的改变等操作。
对矢量数据的相应操作在ArcMap 中Editor 工具条的若干工具实现（详见第三章）。
而栅格数据的相应操作则集中于ArcToolbox 的Projections and Transformations 工具集中，以下分别就栅格数据的翻转（Flip）、镜像（Mirror）、重设比例尺（Rescale）、旋转（Rotate）、移动（Shift）和扭曲（Warp）等分别介绍。
1. 翻转（Flip）：是指将栅格数据沿着通过数据中心点的水平轴线，将数据进行上转。
展开工具集，双击Flip，打开Flip 对话框（图4.11）。
图4.11 Flip 对话框（2）。
2. 镜像（Mirror）：是指将栅格数据沿着通过数据中心点的垂直轴线，将数据进行左右（1）ata Management Tools 工具箱，打开Projections and Transformations 中的Raster（2） 在Input raster 在Input raster 文本框中选择输入进行Flip 的数据。