空间数据矢量化
矢量数据与栅格数据的转换方法与技巧
矢量数据与栅格数据的转换方法与技巧数据在现代社会中扮演着至关重要的角色，而地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）在处理地理空间数据方面提供了一种强大的工具。
在GIS中，矢量数据和栅格数据是两种最常用的数据形式。
本文将详细介绍矢量数据与栅格数据的转换方法与技巧。
一、矢量数据的转换方法与技巧矢量数据是由点、线、面等几何对象构成的，通常用来表示具体的地理实体，如建筑物、道路、河流等。
在GIS中，将矢量数据转换为栅格数据可以方便进行空间分析和模型建立。
下面将介绍几种常见的矢量数据转换方法与技巧。
1. 矢量数据的栅格化矢量数据的栅格化是将矢量数据转换为栅格图像的过程。
这可以通过栅格化工具来实现，如ArcGIS中的Feature to Raster工具。
在进行栅格化时，需要设定栅格大小、分辨率和像元值等参数。
栅格大小和分辨率的设置将直接影响到栅格化结果的精度和清晰度，而像元值则决定了栅格图像中的灰度值。
在进行矢量数据的栅格化时，需要注意选择适当的栅格大小和分辨率，以保证栅格化结果能够准确地表示原始矢量数据。
同时，还需要注意控制像元值的分布，避免出现过亮或过暗的图像。
2. 矢量数据的拓扑转换拓扑转换是将矢量数据的拓扑结构转换为栅格结构的过程。
在GIS中，矢量数据常常包含拓扑关系，如点与线之间的连接、面的边界等。
而栅格数据则以像元的形式表示地理特征，没有明确的拓扑结构。
因此，在进行矢量数据到栅格数据的转换时，需要进行拓扑转换。
拓扑转换的关键是确定像元之间的连接关系，即像元之间是否相邻或共享边界。
在进行拓扑转换时，需要根据矢量数据的拓扑关系建立邻接矩阵或网格，以表达栅格数据中的连接关系。
这样，就可以将矢量数据的拓扑结构转换为栅格数据的连接关系。
3. 矢量数据的属性转换在矢量数据到栅格数据的转换过程中，还需要考虑矢量数据的属性信息。
属性信息是描述地理特征的重要内容，如建筑物的高度、河流的流量等。
ArcGIS空间数据处理和空间数据分析思路整理
ArcGIS基础学习思路整理学习资料：地理信息系统教程上的例题与操作步骤，地理信息系统导论上的习作与挑战任务，往届GIS大赛试题。
一、空间数据处理1.空间数据采集：（1）地理配准（2）空间校正2.空间数据编辑：（1）要素的编辑（2）创建要素（3）修改要素3.空间数据的拓扑处理：（1）拓扑创建（2）拓扑的验证（3）拓扑编辑（4）拓扑错误修改4.空间参考与变换：（1）空间参考与地图投影（2）投影变换（3）坐标问题5.地图制图：（1）地图制图输出（2）符号化与样式（3）掩模与制图表达二、空间数据分析1.矢量数据分析：（1）数据提取：裁剪，分割，筛选（2）统计分析：频数，汇总统计数据（3）缓冲区分析：建立缓冲区，多环缓冲区，点距离（4）叠置分析：相交，联合，融合，合并，标识，擦除，更新（5）泰森多边形2.栅格数据分析：（1）密度分析（2）距离分析（3）提取分析（4）局域分析（5）邻域分析3.地形表面分析：（1）用DEM进行制图（2）坡度坡向分析（3）表面曲率分析（4）提取破向坡度，水系河流4.视域流域水文分析：（1）视域分析（2）流域分析：填洼，流向分析，计算水流长度，流量分析（3）河网分析：生成河网，河网矢量化，平滑河网，河流连接5.插值及重分类分析：（1）插值分析：克里金插值（2）重分类分析6.网络分析：（1）网络分析（2）最小耗费路径分析7.地统计学分析：8.Model Builder与空间建模：ArcGIS处理问题综合流程整理一、按照一定的条件选取事宜区域某一地区引进X型经济作物，该作物的生长环境需要满足一定的地形及气象条件。
现有该地区的地形及气象数据，请你根据X型作物的生长条件，为该地区进行X型作物适宜区分析相关信息说明如下：①数据中，dem为数字高程模型数据，gully.shp为主沟谷数据；climate.txt为气象观测表数据（包含坐标、温度/℃及降雨/ mm等）。
②dll中，DevComponents.DotNetBar2.DLL为工具控件库，IrisSkin2.DLL为皮肤控件库，titlerectangle.ssk为皮肤文件。
黄杏元《地理信息系统概论》配套题库-课后习题(空间数据处理)
第3章空间数据处理1．比较空间内插的移动拟合法、局部函数和按距离加权法等。
答：（1）移动拟合法移动拟合法是指对每一个待插值点用一个多项式曲面拟合改点附近的表面，进而计算出该点的高程。
（2）线性内插法线性内插法是先将所有的已知数据点连接成三角网的形式，使用靠近内插点的三个已知数据点，来确定三角网中的一个三角形形成的空间平面，继而求出该内插点在平面中的高程值。
（3）按距离加权法按距离加权法是移动拟合法的特例，它在使用搜索圆寻找附近数据点的方法上和拟合法相同，但加权平均法在计算待差值点的高程时，可使用加权平均值代替误差方程求解出曲面函数。
权重的计算由于考虑到不同的数据点相对于待差值点的距离不同，对待差值点的影响程度不同，一般采用与距离相关的权函数来计算权重。
2．讨论在空间数据坐标变换中，选择控制点数量及分布的判断标准。
答：若是地图坐标到地图坐标的变换，图面坐标直接在涂上选取，真实坐标按照国家测绘标准，常用的是图廓点坐标，控制点个数与几何变换方法有关，相对较少；若是影像坐标到地图坐标的变换，图面坐标直接从影像上选取明显的像元，真实坐标通过GPS或数字化地图获取，控制点个数与几何变换方法有关，相对较多。
一般选取四个角点为控制点，控制点的分布要均匀布满整个区域。
3．试述克里金内插法的基本原理、优点及实施过程。
答：（1）克里金插值法的原理克里金插值法又称空间自协方差最佳插值法，它将被插值的莫要素（例如地形要素）当做一个区域化地变量来看待。
所谓区域化的变量就是介于完全随机的变量和完全确定的变量之间的一种变量，它随所在区域位置的改变而连续地变化，因此，彼此离得近点之间有某种程度上的空间相关性，而相隔比较远的点之间在统计上看是相互独立无关的。
（2）克里金插值法的优点克里金法广泛地应用于地下水模拟、土壤制图等领域，是一种很有用的地质统计格网化方法。
该方法在数学上可对所研究的对象提供一种最佳线性无偏估计的方法。
它是一种光滑的内插方法，在数据点多时，其内插的结果可信度较高。
1：2000矢量化数据生产服务技术需求
一、技术要求（一）主要技术指标1)空间参考系空间参考系为 2000国家大地坐标系，采用十进制经纬度坐标（GCS_China_Geodetic_Coordinate_System_2000）作业时，数据框应保证为平面坐标系，UTM WGS84 6度分带。
2)矢量化准确度依据影像质量，成果数据矢量化误差不得超过所参考影像的 2 个像素。
3)数据格式成果数据的数据格式是 ESRI的 ShapeFile格式。
4）全要素（除道路类外）画出范围线外10米，道路类要素画出范围线外20米。
5）新增图层，小区图层（二）数据分层（三）数据属性结构1)面状水系LAK_S面状水系图层属性结构：2)线状水系RIV_L线状水系图层属性结构：3)水系附属设施WAT_S面状水系附属设施图层属性结构：4)居民地及设施BUI_S面状居民地（建筑物）图层属性结构：5)道路面ROA_S道路面图层属性结构：6)面状交通附属设施TRA_S面状交通附属设施图层属性结构：7)铁路RAI_L铁路图层属性结构：8)道路中心线TRA_CL道路中心线图层属性结构：9)道路边线ROA_L道路边线图层属性结构：10)道路附属设施边线TRA_L 道路附属设施边线层属性结构：11)植被GRE_S植被图层属性结构：12)注记ANN_P注记图层属性结构：13)数据范围DT_S数据范围图层属性结构：（四）要素分类与代码矢量数据依据下表进行分类采集。
如有需要，可对下表进行补充；对于为了图面效果和要素完整性采集的部分未定义图层或要素，请予以保留并作说明。
地物要素分类与代码如下表：注记分类与代码：（五）提交数据暂时只提交SHP数据。
后期提供相关文档资料。
二、矢量化要求细则：（一）水系1) 水系要素的表示应能反映出区域水系的总体特征，保持水系的连通性。
水系遇到桥梁、建造坝、闸、堤、堰等保持其连通性不断开，遇道路面相互压盖,不可断开；2)与绿地相邻做到边线完全重合，为邻接关系；3)采集海域面的时候,沿平均大潮痕迹线进行采集；江、河、湖、水库、池塘、海域按常水位线采集；4)面积800平方米以下池塘不进行矢量化，综合到周边绿地或其他图层中,集中连片的池塘综合处理；（二）交通1)路面宽度大于5米的需要在 ROA_S层构面表示，并在ROA_L 层有相应的路边线；路面宽度小于5米的绘制中心线，在 TRA_CL层线状表示；2)道路面的矢量化以马路牙子为界；3) 加工范围内的道路面和道路边线的矢量化均遵循俯视通断的原则；4) 道路面制作遵循不同等级不同编码分别构面的原则进行，道路平面交叉时，高等级道路面保持连续，低等级道路面被间断；当等级相同时，遵循道路路面宽的连续，路面较窄的断开；当等级、宽度都相同时，遵循东西向连续，南北向断开的原则；5)道路边线终点位置封闭，形成直角；范围外不封闭。
地理信息系统总结
第一章【信息是用文字、数字、符号、语言、图像等介质来表示事件、事物、现象等的内容、数量或特征，从而向人们提供关于现实世界新的事实和知识，作为生产、建设、经营、管理、分析和决策的依据，具有客观性、适用性、可传输性和共享性。
【数据是通过数字化或直接记录下来的可以被鉴别的符号，是用以载荷信息和物理符号，是一种未加工的原始材料，是客观对象的表示。
数字、文字、符号、图像等都是数据。
【信息来源于数据，是数据的内容和解释，而数据是客观对象的表示，即数据是信息的载体。
【地理信息是有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征和一切有用的知识，它是对表达地理特征与地理现象之间关系的地理数据的解释。
地学信息与人类居住的地球有关的信息都是地学信息。
地理信息系统是在计算机硬、软件系统支持下，对现实世界（资源与环境）的研究和变迁的各类空间数据及描述这些空间数据特性的属性进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。
【GIS的组成计算机硬件系统、软件系统、网络、空间数据、管理和应用人员。
【GIS的基本功能数据的采集功能、数据的编辑与处理、数据的存储组织与管理、空间查询与空间分析、数据的输出功能。
【GIS的应用测绘地图制图、资源管理、灾害监测、环境保护、精细农业、电子商务、电子政务、城乡规划与管理、交通运输、人口管理、宏观决策、国防军事、公安急救、医疗卫生。
【地理信息系统与其他信息系统的区别与联系：1与数据库管理系统：共同点两者均以计算机为核心，数据量大而复杂；区别GIS对空间数据和属性数据共同管理、分析和应用，而数据库系统侧重于非图形数据（属性数据）的优化存储与查询2与CAD（计算机辅助设计）：共同点都有空间坐标系统，都能将目标和参考系联系起来，都能描述图形数据的拓扑关系，都能处理属性和空间数据；不同点ＣＡＤ研究对象为人造对象—规则几何图形及组合，图形功能功能较强，属性库功能较弱，ＣＡＤ中的拓扑关系较为简单，一般采用几何坐标系。
GIS空间数据处理与分析
栅格单元(i,j)四角点坐标的计算:
X(i1,i2)=(j-1)*DX和J*DX Y(i1,i2)=(i-1)*DY和i*DY I,j:栅格单元行列值; DX,DY:栅格单元边长
⑴:识别内边界,并将内边界端点坐标置零. 判别方法: 判断与栅格单元某条边相邻的另一栅 格单元的值,若值小于零,则该边为内边界. 内边界端点坐标置零: 边界起点和终点坐标置零.
分区数据的方法就称为空间数据的内插。
第五节 空间数据的内插方法
1、点的内插：研究具有连续变化特征现象 的数值内插方法。
步骤： 数据取样；数据处内插；数据记录
第五节 空间数据的内插方法
2、区域的内插
研究根据一组分区的已知数据来推求
同一地区另一组分区未知数据的内插方法。
区域内插方法：
2.1 叠合法：认为源和目标区的数据是均匀 分布的，首先确定两者面积的交集，然后 计算出目标区各个分区的内插值。
1、遥感与GIS数据的融合：
遥感技术的优势 融合必要性 GIS技术的优势 遥感图像与图形的融合 融合方法： 遥感数据与DEM的融合 遥感数据与地图扫描图像的融合第三节 多源 Nhomakorabea间数据的融合
2、不同格式数据的融合
不同格式数据的融合方法主要有：
2.1基于转换器的数据融合：
一种软件的数据格式输出为交换格式，然后用于另
P3
P
0
x
判断点是否在多边形内，从该点向左引水平扫描线，计算此 线段与区域边界相交的次数，若为奇数，该点在多边形内；若为 偶数，在多边形外。利用此原理，直接做一系列水平扫描线，求 出扫描线和区域边界的交点，对每个扫描线交点按X值的大小进 行排序，其两相邻坐标点之间的射线在区域内。
第二节
地理信息系统第五讲：GIS空间数据类型和数据挖掘
一、地理信息系统的数据
众所周知：GIS的一个重要组成部分就是数据。 数据类型:在开发一个特定的GIS时，要根据应用 需求确定对各类数据的要求（交通，规划，国 土等）。 数据挖掘:随着GIS产业化的深入发展，越来越多 的数据资料被不同数据生产部门数字化，因此 需要根据用户需求进行选择，提取，加工和处 理，以变成有效的信息和知识过程。 数据质量:数据质量是指数据适用于不同应用能 力的数据。
时间特征
时间特征：是指空间数据总是在某一特 定时间或时间段内采集得到或计算产生 的，因此，GIS数据是动态的空间数据， 必须进行动态更新和维护。
专题特征
专题特征(属性)：指的是除了时间和空间 特征以外的空间现象的其他特征。 如地形的坡度、坡向、某地的年降雨量、 土地酸碱度、土地覆盖类型、人口密度、 交通流量、空气污染程度等
空间数据描述：现实世界各种现象的三大 基本特征：空间、时间和专题属性。
空间特征
空间特征：指空间物体的位置、形状和 大小等几何特征，以及与相邻物体的拓 扑关系。
人类对空间目标的定位一般不是通过记忆其空 间坐标确定的，而是确定某一目标与其他更熟 悉的目标间的空间位置关系进行定位的，而这 种关系往往也就是拓扑关系。
地图符号
地图制作过程和地图综合
地图的制作与GIS开发过程有许多相似之处，大致可分下 列步骤： 1）调查分析地图用户的要求； 2）确定制图目标，确定比例尺、投影、内容、设计符号、 编制地图规范； 3）收集数据、野外测量、像片判读、问卷调查等； 4）对数据进行鉴别、分析处理； 5）转绘数据到基础底图上； 6）进行地图综合，先选样区试验再对整个制图区域进行综 合； 7）进行地图清绘； 8）检查质量，检验精度等； 9）修改后制版印刷。
GIS实验操作汇总
目录实验一地理信息系统的组成与功能 (1)实验二空间数据的表达 (4)实验三ArcGIS基本操作与数据表示 (7)实验四栅格像元的不同编码方法及误差比较 (12)实验五ArcGIS中空间数据的显示 (15)实验六AnGIS中空间数据的操作 (19)实验七元数据的浏览与编辑 (23)实验八空间数据扫描矢量化 (25)实验九空间数据编辑 (28)实验十属性数据输入 (31)实验十一空间坐标的转换 (34)实验十二缓冲区分析 (37)实验十三叠加分析 (40)实验十四网络分析 (43)实验十五柵格数据的统计分析 (47)实验十六地形特征点的提取 (50)实验十七最短路径分析 (54)实验十八空间插值 (57)实验十九DEM的生成与应用 (60)实验二十三维显示 (64)实验二十一空间图解建模 (67)实验二十二中国人口密度图的制作 (71)实验二十三基于ArcGIS Engine的GIS二次开发 (73)实验二十四堰塞湖灾害评估 (78)实验二十五确定被炸沉的航空母舰位置 (80)实验一地理信息系统的组成与功能一、实验目的了解GIS的组成及其基本功能。
二、实验内容了解GIS在硬件、软件、数据、人员等方面的组成情况，以及ArcGIS软件在数据获取、数据操作、数据集成、数据分析及产品输出等方面的功能。
三、实验原理与方法实验原理：GIS由四个部分组成，包括硬件系统、软件系统、空间数据和GIS人员；GIS 具有数据获取、操作、集成、分析及产品的制作、显示和输出等功能。
实验方法：通过对输入、处理、输出等硬件，AreGIS等软件，以及空间数据和GIS 人员的认识，了解GIS的各个组成部分。
以ArcGIS为基础，通过打开各类工具条、工具箱或菜单，从而了解GIS的基本功能。
四、实验设备与数据(1)实验设备：扫描仪等输入设备、计算机等处理设备、绘图仪等输出设备。
(2)主要软件：ArcGIS、AutoCAD、Photoshop等。
森林空间图像的矢量化
森林空间图像的矢量化[摘要]地理信息系统(GIS)与遥感系统(RS)和全球定位系统(GPS)密不可分，它们合在一起称为“3S”，构成数字地球。
RS是森林地理图像的主要信息源、GPS 是森林地理图像的定位手段，而GIS是数字地球的核心。
本文对森林空间图像的矢量化进行简要的分析与探讨。
【关键词】森林；空间；图像；矢量化地理信息系统(Geographical Information System，简称GIS)是一种采集、存储、管理、分析、显示与应用地理信息的软件系统，是分析和处理海量地理数据的通用技术。
它是20世纪60年代开始发展起来的图形(图像)技术，被广泛应用于资源调查、环境监测、森林保健(FHM)监测、规划设计等多学科的交叉领域。
1．工程与图层的概念图层(theme)是GIS空间数据的实体文件，是空间数据(图形与属形)的载体。
从图形管理的角度(包括图形的检索，专业图的组装、加载)，根据林学的特征，将具有相同特征的图元放置在一起形成的图称为图层。
在ArcGIS中，图层有shp 文件、利用lyt文件和coverage文件。
图层分为栅格图层和矢量图层。
栅格数据结构则只有一个图层(背景图层)。
不同图层在内存中是物理分开的，每个图层都独立保存为一个图层文件。
在ArcGIS中，图层严格区分为三种类型：点图层、线图层、面图层。
一般只能在一个图层工作(输图、编辑、属性库)，工作前必须激活它，工作后必须关闭它(存盘)。
图元是最小图单元，分为点图元、线图元、面图元。
点图元包括点、符号点；圆、矩形、弧等类型线是各种类型的线图元，包括有一定宽度的公路、铁路；只有弧段和构成的多边形是面图元。
项目(或工程)是图层文件组成的集合(文件夹)，它包含了各图层的名称、图层属性及图层状态，保存了制图环境的各种信息，如符号库、颜色库等，有助于一项完整的制图的管理外壳的形成。
图中的汉字直接附属于工程文件。
在ArcGIS中，有一系列的图层管理功能：图层的新建、删除、追加，修改图层属性等。
空间数据结构的转换
空间数据结构的转换一、栅格结构与矢量结构相互转换的必要性矢量结构与栅格结构各有优缺点，前面已有论述，请复习前面所学的知识。
栅格结构分辨率低，输出的地图既不精确又不美观，但它空间分析功能强大，在对多边形的面积、周长与均值计算中方便有效；矢量结构精度高，能输出精确而美观的地图且存储量很小，是理想的图形表达形式，还能较好地反映拓扑关系，但空间分析功能太弱，在对多边形的面积、周长与均值计算中是不能与栅格结构相比的。
因此在采集数据时，采用矢量结构，而分析问题时，用栅格结构。
人们越来越认识到，不论栅格数据结构还是矢量数量结构都是描述空间数据的有效方法，但本身又都存在着一定的局限性。
为了根据需要，取其优点，研究两类数据结构的转换技术。
今天随着计算机的运算速度、存储能力与高分辨率显示功能的惊人发展和高性能图形输入、输出设备的问世，以及人们对认识栅格结构与矢量结构差别的深刻程度(两者的差异都是技术问题，而不是重要的概念差别)上的飞跃，使栅格结构与矢量结构的相互转换不仅在理论上能够实现，而且在实践上也已成为现实。
地理信息系统正在解决栅格结构与矢量结构存在的局限性的问题，研制更加优化的数据组织结构，矢量与栅格一体化数据结构在理论与实践上也基本成熟。
二、矢量向栅格转换矢量向栅格转换容易实现，现在已开发的各种转换软件，通过简单的处理就可以自动完成。
矢量结构向栅格结构转换又称为多边形填充，就是在矢量表示的多边形边界内部的所有栅格点上赋以相应的多边形编号，从而形成栅格数据阵列。
从点、线、面实体转化为栅格单元的过程称之为栅格化，栅格化的首要工作是选择单元的大小和形状，而后检测实体是否落在这些多边形上，记录属性等。
栅格化的过程是个生成二维阵列的过程，主要操作如下：⑴将点和线实体的角点的笛卡儿坐标转换到预定分辨率和已知位置值的矩阵中；⑵沿行或沿列利用单根扫描线或一组相连接的扫描线去测试线性要素与单元边界的交叉点，并记录有多少个栅格单元穿过交叉点；⑶对多边形，测试过角点后，剩下线段处理，这时只要利用二次扫描就可以知道何时到达多边形的边界，并记录其位置与属性值。
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一、矢量化
1.打开ArcCatalog，新建shapfile文件：
2.把新建的shapfile文件和栅格数据在ArcGis中打开：
3.对shapfile数据进行编辑，对栅格图像数字化。
结果如图：
4.使用“要素转面”命令，把线文件转换为面文件，如图：
5.打开面文件的属性表，添加字段Name
6.依照原栅格文件，对面文件附上属性值：
●
●7.添加字段“Area”，并计算各市区的面积
●
●二、拓扑检查
● 1.新建文件数据库，把面文件数据存到数据库中，过程如图
● 2.新建拓扑检查●
● 3.拓扑检查规则设为“不能有重叠”，不能有间隙
●
●结果显示并无错误：
●
●三、符号化：
● 1.面数据的属性，选择“符号系统”，值字段设为“name”,添加
所有值，如图：
●
● 2.选择“标注”，选中标注此图层的要素，确定：
●
● 3.右击面文件，选择“将标注转换为注记“
●
●四、地图发布：
发布地址：http://pc2014022100064/ArcGIS/services/河南省区图/MapServer。