1、第3 3章 空間數據的輸入與處理空間數據輸入空間數據的編輯 空間數據的處理 空間數據的壓縮與編碼 空間數據庫 空間查詢復習思考題實驗3.1 3.1 空間數據輸入原始數據內部數據屬性數據的輸入圖形數據的輸入空間數據的輸入是指將系統外部的原始數據傳輸給系統內部，并將這些數據從外部格式轉換為便于系統處理的內部格式的過程。 圖形數據的輸入數據源：各種紙質地圖以及影像數據等 方法手扶跟蹤數字化掃描矢量化.設備：手扶跟蹤數字化儀步驟：1.選取參照點 2.確定控制點并將其數字化 3.對點、線、面要素數字化通 向 計 算 機 接 口叉 絲游 標按 扭電 磁 感 應 板掃描矢量化步驟：圖紙掃描讀圖分層矢量化保存

2、文件a. 屏幕直接矢量化b. 全自動矢量化 c. 交互式矢量化 d. 其它矢量化方法 兩種數字化方式的比較手扶跟蹤數字化手扶跟蹤數字化：直接獲取矢量數據，數據量較小，數據結構簡單。速度慢、精度低，作業勞動強度大，自動化程度低，精度易受控制點的數量和精度、操作者的技術及認真程度、原始地圖的質量等因素的影響。一般適用于小規模數據的采集。掃描矢量化掃描矢量化：輸入速度相對較快，可大大減輕人工勞動強度，提高工作效率。適用于數據量大、數據類型單一的情況。屬性數據的輸入1.逐要素輸入法2.計算法 ArcGIS :Field Calculator 3.條件輸入法4.外部表格連接法 ( Join ) 通過對所

3、有要素或所選定要素采用相同的方法進行計算而獲得屬性值。 只對滿足某些條件的要素輸入屬性值。 通過公共字段，將外部表格中的數據連接到屬性表中。3.2 空間數據的編輯圖形編輯屬性數據的編輯拓撲查錯與拓撲編輯 圖形編輯 是指糾正數據采集中出現的各種空間位置錯誤，主要包括圖形位置編輯及圖形間關系的編輯。 結點不達 結點超出 碎多邊形 常見數字化錯誤：錯誤多邊形 邊沿不匹配 處理方式 圖形編輯：GIS軟件大都提供了此功能，可以通過刪除（目標、屬性等），修改（平移、拷貝、剪切、延長、分解、合并），插入等方法進行處理。 自動糾錯：一些GIS軟件如ArcGIS，可以通過設置合適的容差，改正結點不達或超出、碎多

4、邊形以及邊沿不匹配等問題。常見數字化錯誤的處理方式屬性數據的編輯兩類主要問題 ：二是屬性數據不準確。 一是屬性數據與地理要素不關聯；首先使數據處于可編輯狀態，在圖形上選定編輯對象，打開屬性表，找出要修改的屬性字段，然后輸入正確的屬性，保存后關閉屬性表即可。編輯處理的一般過程 ：拓撲關系主要反映空間要素之間的鄰接、關聯、包含等關系，是對空間數據進行查詢和分析的重要基礎。在創建了拓撲關系之后，拓撲關聯要素之間就具有共享邊或點。在進行數據更新時，還需要進行拓撲編輯，以使共享邊或點移動或修改不會影響要素之間的相對空間關系。 拓撲查錯與拓撲編輯 拓撲關系的建立與拓撲查錯 ArcGIS中，拓撲關系的建立有

5、兩種方式：在Geodatabase的Feature Dataset中新建拓撲關系；對Coverage采用Build或Clean工具來進行。（需安裝ArcGIS Workstation） 在Geodatabase中建立拓撲關系拓撲編輯 在ArcGIS中，可以使用Topology工具條對具有拓撲關系的數據進行拓撲編輯。Topology工具條3.3 空間數據的處理 。處理坐標轉換 格式轉換 結構轉換 數據裁切 數據拼接 數據提取 空間數據的坐標轉換 空間數據的坐標轉換是空間數據處理的基本內容之一，其實質是建立兩個空間中點之間的一一對應關系。幾何糾正 投影變換 地形圖的糾正 遙感影像的糾正 四點糾正法

6、 逐網格糾正法 正解變換 反解變換 數值變換 其他方法 3.3 空間數據的處理 。處理坐標轉換 格式轉換 結構轉換 數據裁切 數據拼接 數據提取 空間數據的格式轉換 格式轉換是GIS獲取空間數據、實現數據共享的常用手段，一般的GIS平臺軟件，都提供了數據格式轉換工具。 空間數據格式轉換的四種模式外部數據交換模式直接數據訪問模式數據互操作模式空間數據共享平臺模式3.3 空間數據的處理 。處理坐標轉換 格式轉換 結構轉換 數據裁切 數據拼接 數據提取 空間數據的結構轉換矢量數據向柵格數據的轉換 由于柵格數據在空間疊加分析、空間數據共享等方面比矢量數據更具有優勢，經常需要將點、線、多邊形等形式存在的

7、矢量數據轉換成柵格數據。 點實體點實體轉換時只需要計算出點所在的柵格行列號即可。 線實體線實體轉換時，需要計算出線所經過的所有柵格，并將線的屬性賦予這些柵格。 多邊形多邊形由矢量向柵格的轉換又稱為多邊形填充，它首先將多邊形的邊界轉換成柵格，然后對多邊形內部的所有柵格進行填充，賦予多邊形的屬性值。 YXOJIyx(0,0)XminXmaxYmin(x ,y )22(x ,y )11(x,y)abcdef10000011001110000000101001000100010000001000000001000011101110001001101100011100000001110110000100

8、111010001100001111111110空間數據的結構轉換Feature to Raster 在ArcGIS中，矢量數據向柵格數據的轉換過程為： Conversion Tools To Raster Feature to Raster 。矢量數據向柵格數據的轉換空間數據的結構轉換主要目的是為了能將自動掃描儀獲取的柵格數據加入矢量形式的數據庫。在ArcGIS中，柵格數據向矢量多邊形數據的轉換過程為： Conversion Tools From Raster Raster to Polygon 。Raster to Polygon對話框 Raster to Polygon的圖解表達 柵格數

9、據向矢量數據的轉換3.3 空間數據的處理 。處理坐標轉換 格式轉換 結構轉換 數據裁切 數據拼接 數據提取 數據裁切Clip的圖解表達(據ESRI)Clip對話框矢量數據的裁切 在ArcGIS中，矢量數據的裁切過程為：Analysis Tools Extract Clip ；數據裁切是從整個空間數據中裁切出部分區域，以便獲取真正需要的數據作為研究區域，減少不必要的數據參與運算。 柵格數據的裁切 在ArcGIS中，柵格數據的裁切過程為： Spatial Analyst Tools Extraction Extract by Mask 。數據裁切Extract by Mask對話框 柵格數據的提取

10、3.3 空間數據的處理 。處理坐標轉換 格式轉換 結構轉換 數據裁切 數據拼接 數據提取 矢量數據的拼接 在ArcGIS中，矢量數據的拼接過程為：Data Management Tools General Append ；數據拼接Append的圖解表達(據ESRI)數據拼接是指將空間相鄰的數據拼接成為一個完整的目標數據。 柵格數據的拼接在ArcGIS中，柵格數據的拼接過程為： Data Management ToolsRaster Dataset Mosaic To New Raster。數據拼接 Mosaic To New Raster的圖解表達 Mosaic To New Raster 對

11、話框3.3 空間數據的處理 。處理坐標轉換 格式轉換 結構轉換 數據裁切 數據拼接 數據提取 空間數據的提取 數據提取是根據一定的屬性條件（一般采用SQL表達式），從已有的數據中選取部分要素，輸出為一個新的數據。它相當于在原數據中提取符合條件的子集。 矢量數據的提取柵格數據的提取3.4 3.4 空間數據的壓縮與編碼數據壓縮（Data Compression）是指在一定的數據要求下，將相對龐大的原始數據重組為的數據集合，并且能夠使得從該數據集合中，或者能夠獲得與原始數據。空間數據壓縮的必要性減少數據冗余節約存貯空間提高運算與顯示效率矢量數據的壓縮道格拉斯- -普克法（Douglas-Peucke

12、rDouglas-Peucker）矢量數據的壓縮垂距法矢量數據的壓縮光欄法道格拉斯普克法:具有平移、旋轉、不變形，給定曲線與限差后壓縮結果一致的優點。但未考慮矢量數據間的拓撲關系；無法有效控制偏差面積；壓縮后保留點的壓縮比不可能是在滿足給定精度條件下的最大壓縮比 。 垂距法：算法簡單、速度快，但有時可能刪除偏差大于限差的點,并且如果將曲線反向, 所得結果可能不同。光欄法：可在數字化時實時處理，每次判斷下一個數字化的點，且計算量較小 。迭代擬合算法：篩選出的點具有相對最大的信息量，這種方法還可用于綜合線狀要素。幾種矢量數據壓縮與編碼方法的比較柵格數據的壓縮與編碼直接柵格編碼柵格數據的壓縮與編碼鏈

13、碼它是從某一起點開始，用沿八個基本方向前進的單位矢量鏈來表示線狀地物或多邊形的邊界。 起始行號+起始列號+方向編碼E / 0EN /1N / 2WN / 3W / 4WS / 5ES / 7S / 63,1,1,0,7,6,5,4,3,2柵格數據的壓縮與編碼鏈碼可以有效的壓縮柵格數據，尤其是對計算面積、長度和凹凸度等運算十分方便；但對邊界進行合并和插入等修改編輯工作比較困難，對局部的修改將影響整體結構的變化，效率不高；由于鏈碼以每個區域為單元存儲邊界，導致相鄰區域的邊界將被重復存儲，所以仍然有較大的數據冗余。 特點：柵格數據的壓縮與編碼游程長度編碼基本思想：一幅柵格圖像中，在行（列）方向上相鄰

14、的像元往往具有相同的屬性值，因而可采用某種方法來壓縮這些重復的屬性值。兩種游程長度壓縮編碼方法： （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） a、只在各行（列）方向上像元屬性值發生變化時依次記錄下這個像元的屬性值及具有此屬性值的像元個數。 （1，a），（3，b），（6，d），（8，c）；（1，d），（3，b），（7，c）；（1

15、，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）。 b、依次記錄像元的屬性值發生變化時的像元位置和相應的屬性值。基本思想：塊碼是在游程長度編碼的基礎上發展而來，它的每個記錄單元都是由相鄰像元組成的正方形區域，它的記錄形式由記錄單元初始位置的行、列號（記錄單元左上角像元的行、列號），半徑和記錄單元的屬性值組成。 特點：塊碼有可變的分辨率，當圖像越簡單時，圖斑越大，分辨率越低，壓縮效率就越高；反之，壓縮效率會降低。（1，1，1

16、，a），（1，2，1，a），（1，3，3，b），（1，6，1，d），（1，7，1，d），（1，8，1，c），（2，1，1，d），（2，2，1，d），（2，6，1，b），（2，7，1，c），（2，8，1，c），（3，1，2，a），（3，6，2，d），（3，8，1，d），（4，3，1，c），（4，4，1，c），（4，5，1，d），（4，8，1，d），（5，1，3，d），（5，4，1，c），（5，5，2，a），（5，7，1，c），（5，8，1，c），（6，4，1，d），（6，7，1，b），（6，8，1，c），（7，4，1，a），（7，5，1，a），（7，6，1，a），（7，7，2，b），（8，1，1

17、，c），（8，2，1，c），（8，3，1，c），（8，4，1，c），（8，5，1，c），（8，6，1，c）。 柵格數據的壓縮與編碼四叉樹基本思想：將一幅圖像逐步分解成大小相同的四個子塊，每個子塊稱為一個象限（圖中（a）所示），每個象限下面還可以再分成四個大小相同的子象限，直到這個子象限中的所有像元具有相同的屬性值時不再分，否則繼續劃分。 圖中（b）為對柵格圖像進行的四叉樹分割。空間數據庫的概述空間數據庫的概念空間數據庫的特點 空間數據庫管理系統空間數據庫的設計空間數據庫的設計步驟空間數據庫的建立空間數據庫的維護3.5 3.5 地理空間數據庫空間數據庫的概述空間數據庫的概念數據庫是數據庫系統（D

18、atabase System，DBS）的簡稱 。數據庫系統就是為一定目的服務，用特定的數據存儲方式存儲相關數據，并且能夠實現數據更新、管理、查詢、檢索和分析等功能的系統。一個完整的數據庫系統包括：數據庫、數據庫管理系統（Database Management System，DBMS）和數據庫應用系統三部分。 地理空間數據庫系統的組成：是按一定規則存儲在計算機上的空間數據及其相應屬性數據的集合。 地理空間數據庫地理空間數據庫管理系統地理空間數據庫應用系統（1）采用文件與關系數據庫管理系統的混合管理模式（2）采用全關系型數據庫管理系統（2）采用全關系型數據庫管理系統是對存儲介質上的地理空間數據及屬

19、性數據進行語義和邏輯上的定義，并具有數據查詢檢索和存取功能，以及能夠對空間數據進行有效維護和更新的一套軟件系統。為了滿足特定用戶對空間數據的處理需求建立起來的，具有空間數據庫訪問功能的一種應用軟件，給用戶提供了對空間數據進行訪問和操作的用戶界面 。空間數據庫的概述空間數據庫的特點 內容多、數據量大。矢量數據、遙感數據和地形圖等，可能有幾十GB或幾百GB，甚至更大。 操作對象的地理實體類型繁多、空間關系復雜。 有水平方向上的，也有垂直方向上的。 數據應用廣泛。 如環境、生態、土地、資源和海洋等。空間數據庫的設計（1）需求分析（2）概念設計（3）邏輯設計（4）物理設計空間數據庫的建立1. 建立數據

20、庫結構2. 輸入數據3. 調試運行 空間數據庫的維護維護數據庫的安全性和完整性，包括數據的有效性、正確性和一致性以及對數據的保護等。及時更新數據庫。 監測并改善數據庫的性能。 3.6 3.6 空間查詢 空間查詢：指按一定的要求對空間數據庫中的空間實體及其空間信息進行訪問，從眾多的空間實體中挑選出滿足用戶要求的空間實體及其相應的屬性。 最常用的方法：基于空間特征的查詢基于屬性特征的查詢基于空間位置的查詢 基于空間關系查詢復合查詢基于空間特征的查詢 基于空間特征查詢是GIS中最簡單，也是最常用的查詢方法。基于空間特征的查詢（Identify）基于屬性特征的查詢簡單查詢簡單查詢就是根據屬性直接查找圖

21、形的操作，可以打開圖形的屬性表直接選擇給定的屬性值，目標圖像就可以在界面上高亮顯示。 基于屬性特征的查詢SQL查詢SQL查詢基于空間位置的查詢根據空間對象的名稱或編號，查詢它們的空間位置和屬性信息是地理信息系統特有的一種查詢功能。如圖所示是美國某大學的部分建筑物平面圖，通過中間的圓形區域選擇在其范圍內并與之相交的圖斑，結果如圖中的暗色部分。基于空間關系的查詢 鄰接查詢鄰接查詢包括多邊形鄰接查詢、線狀地物鄰接查詢和點狀地物的鄰接查詢等，例如多邊形的鄰接查詢是首先查詢指定多邊形由哪些弧段組成，然后再根據這些弧段查詢哪些多邊形與之關聯，這些多邊形就是要查找的對象。 鄰接查詢基于空間關系的查詢 包含查

22、詢查詢某一面狀地物或一個特定多邊形內的某一類地理對象，這類地理對象可能是點狀地物、線狀地物或面狀地物。 基于空間關系的查詢 相交查詢相交查詢是根據一個線狀目標的空間坐標，計算出哪些面狀地物或線狀地物與之相交。 基于空間關系的查詢 落入查詢執行這一操作采用空間運算即可，即使用點在多邊形內，線在多邊形內，或面在多邊形內的判別方法。有時我們需要了解一個空間對象坐落在哪個范圍之內。例如，查詢一個信號塔將會坐落在哪個鄉鎮內，以便找到有關部門協商征地建設。基于空間關系的查詢 緩沖區查詢 緩沖區查詢是對特定的空間實體做一定距離的緩沖，然后查詢緩沖區范圍內的空間地物，如圖所示查詢隴海線沿線一定范圍內的城市。復

23、合查詢為了實現更復雜的信息查詢，一般需要將多種查詢方法結合起來。復合查詢一般是在滿足第一個條件的基礎上，再查詢滿足第二個、第三個，直至最后一個條件的對象，這與基于屬性特征查詢中SQL語句里的復合條件略有不同。復合查詢的具體的方法有兩種，一是在已查詢出來的對象中直接進行新的查詢（Select from current selection）；二是將已查詢出來的對象輸出為新的數據，再對新數據進行新的條件查詢。 復習思考題1、常用的圖形數據輸入方法有哪兩種？它們各有什么優缺點？2、屬性數據的輸入方法主要有哪些？3、空間數據的處理主要包括哪些內容？ArcGIS中拓撲關系如何建立？4、為什么要進行空間數據

24、的坐標和格式轉換？如何實現？5、簡述道格拉斯算法的基本思路。6、柵格數據的壓縮編碼方法有哪些？各有何特征？7、空間數據庫有何特點？空間數據庫設計和建立的基本過程是什么？8、常用的空間查詢方法有哪些？試舉例說明。9、除了書中列舉的幾種基于空間關系的查詢外，你還知道哪些基于空間關系的查詢？在ArcGIS中應如何實現？ 實驗八 空間數據掃描矢量化 一、實驗目的掌握常用的空間數據輸入方法 二、實驗內容在ArcGIS的ArcScan環境下，采用不同的方法進行空間數據的矢量化及屬性輸入。 三、實驗原理與方法實驗原理：利用ArcGIS的ArcScan模塊進行空間數據的掃描矢量化輸入。實驗方法：掃描矢量化輸入

25、方法。 四、實驗設備與數據1、實驗設備：掃描儀；計算機等處理設備。2、主要軟件：掃描程序；ArcGIS。3、實驗數據：紙質地圖。五、實驗步驟1、配置好掃描儀與計算機之間的連接；2、掃描圖件；3、將掃描后的圖像轉換成灰度圖像（或直接在上一步中將圖像掃描為灰度圖像）；4、瀏覽、分析圖像，確定分層方案；5、在ArcCataloge中生成新的shapefile點文件和線文件；6、打開ArcMap，加入掃描的圖像文件及上一步生成的點、線文件 ；7、打開Editor工具條，啟動編輯，對圖上的點要素（如高程點）進行矢量化。 8、將圖像以二值化的方式顯示。如下圖所示：9、打開ArcScan工具條，啟動該擴展功

26、能；10、對圖像進行預處理：在ArcScan Raster cleanup Raster painting toolbar；11、矢量化環境設置：ArcScan工具條上Vectorization，點擊Vectorization Setting ；12、矢量化預覽：VectorizationShow preview；13、按以下方式進行矢量化,比較各方式之間的差異：全自動矢量化：VectorizationGenerate Features在選擇的區域內進行矢量化跟蹤矢量化兩點之間矢量化對選定的對象進行矢量化（兩種連接像元的選擇方式）屏幕直接矢量化實驗九 空間數據編輯 一、實驗目的掌握常用的空間數

27、據編輯方法。 二、實驗內容在ArcGIS的ArcMap環境下，采用Editor工具條進行空間數據的編輯。 三、實驗原理與方法實驗原理：利用ArcMap中常用的工具條編輯空間數據。實驗方法：上機操作實踐。 四、實驗設備與數據1、實驗設備：計算機。2、主要軟件：ArcGIS。3、實驗數據：我國西北和西南各省區市的行政區劃數據。 實驗九 空間數據編輯五、實驗步驟1、在ArcCatalog中新建shapefile線文件,命名為test；2、打開ArcMap，加載test ，熟悉Editor工具條；3、啟動編輯任務 ；4、點擊草圖工具按鈕，畫任意一條曲線 ；5、選擇其他草圖工具進行草圖的繪制； 6、選擇

28、需要編輯的要素，點擊Task Modify Feature ；7、右擊節點，進行操作；8、對屬性數據和草圖屬性進行編輯 ；9、選擇其他的編輯任務對要素進行編輯 ；10、點擊Editor按鈕，選擇下拉菜單中的各種工具（對要素進行編輯 ；11、高級編輯工具條 ， More Editing ToolsAdvanced Editing；12、設置捕捉環境 ， Snapping ；13、在顯示區中重新繪制草圖，精確捕捉 ；14、停止并保存編輯 ；15、對中國西部數據進行拓撲查錯、編輯，生成多邊形 ；16、修改多邊形 。實驗十 屬性數據輸入一、實驗目的 掌握常用的屬性數據的輸入方法。二、實驗內容輸入屬性數

29、據，并根據屬性值計算生成各省市的人口密度。三、實驗原理與方法實驗原理：利用常用的屬性數據的輸入方法輸入并計算生成所需數據。實驗方法：逐要素輸入法、外部表格連接法、計算法等常用的屬性數據的輸入方法。四、實驗設備與數據1、實驗設備：計算機。2、主要軟件：ArcGIS，Microsoft Excel等。3、實驗數據：西部省（區、市）的多邊形矢量數據; 分省的代碼表（provincecode.xls）; 各省人口數據表(provincepopu.xls)。五、實驗步驟1、打開ArcMap，添加數據，2、添加字段； 3、逐省添加行政代碼 ; 4、選擇西北地區，Selection Select By At

30、tributes， provcode = 60 ，點擊OK； 5、region 字段計算，輸入“NW” ； 6、同上，選擇西南地區，輸入“SW” ; 7、將西部各省的人口數據連接到屬性表中 ，Joins and Relates Joins ；8、計算屬性表中westprovince.population字段 ；9、計算westprovince.popdensity字段，在Field Calculator下方的文本框中輸入westprovince.population / (westprovince.Shape_Area / 1000000)，計算各省人口密度；10、移去數據連接 ；11、為we

31、stprovince圖層新建一個長度為20的文本型（Text）字段ProvName，將各省名稱輸入到該字段之中 ；12. 保存數據并停止編輯。實驗十一 空間坐標的轉換一、實驗目的 掌握空間坐標的調節與轉換方法。二、實習內容 在ArcGIS中，將我國東、西部數據的坐標進行適當調整，并將其合并成一個整體，然后將合并后的數據坐標轉換為Albers投影下的平面直角坐標，最后再將其轉換為Mercator投影。三、實驗原理與方法 實驗原理：空間兩點之間存在一一對應關系，根據需要，可以進行空間數據坐標的調整與轉換。 實驗方法：利用ArcGIS的Spatial Adjustment工具條、 ArcToolbo

32、x的Data management tools工具中的Project選項，進行空間數據坐標的調整與轉換。四、實驗設備與數據 1、實驗設備：計算機。 2、主要軟件：ArcGIS。 3、實驗數據：中國東、西兩部分的省界數據及控制點；控制點在Albers投影下的坐標文件（Excel）；兩個分別帶有Albers和Mercator投影的空數據文件。五、實驗步驟1、在ArcMap中加載數據，啟動編輯，并設置Snapping；2、打開Spatial adjustment工具條，將西部地區的兩個數據（點、線）按中部邊沿調節到東部數據的坐標下：設置數據：Spatial adjustmentSet adjust data；設置方式：Spatial adjustmentAdjustment methods Transformation-similarity；建立連接關系，至少四個；打開連接表，檢查殘差；點擊Spatial AdjustmentAdjust，完成調整。3、將西部數據復制到東部數據中 ；4、將合并后的點、線數據文件進行坐標轉換：關閉除pointeast外的其他圖層 ；捕捉各控制點，將其目標點暫時設定在任一位置 ；將控制點坐標復制到連接表中對應位置；檢查殘差；設置調整數據、方法，完成調整；保存數據，關閉