24矢量數(shù)據(jù)的獵取及處理矢量數(shù)據(jù)及其獵取地圖圖形實質(zhì)上是空間點集在二維平面上的投影。無論地圖圖形多么簡潔，都可將其分解為點、線、面三種根本圖形元素，其中點是最根本的圖形元素。在計算機地圖制圖中，各地圖圖形元素在二維平面上的矢量數(shù)據(jù)表示為：點——用一對x,y坐標表示；線——用一串有序的x,y坐標對表示；面——用一串有序的但首尾坐標一樣的x,y坐標對表示其輪廓范圍。地圖數(shù)據(jù)與其他大多數(shù)由計算機處理的科學數(shù)據(jù)是極其不同的。地圖數(shù)據(jù)量大，這是第一個特點，例如一幅典型的比例尺為l：25000的地形圖，大約需要l～3百萬對坐標，才能使獲得的數(shù)字地圖的幾何精度到達確定的要求。其次個特點是地圖數(shù)據(jù)具有定位、定性和時間的特性。大局部地圖數(shù)據(jù)都是反映制圖現(xiàn)象的地理分布，故具有定位的性質(zhì)，也稱這類地圖數(shù)據(jù)為空間數(shù)據(jù)〔或幾何數(shù)據(jù)?？臻g數(shù)據(jù)可反映點、線和面狀物體的定位特性。還有一局部地圖數(shù)據(jù)是用來描述制圖現(xiàn)象的質(zhì)量和數(shù)量特征，如哪是河流，哪是道路，哪是居民點以及它們的名稱和其他有關(guān)的特征描述等，這類數(shù)據(jù)通常稱之為屬性數(shù)據(jù)。任何地圖數(shù)據(jù)都有時間性，即現(xiàn)勢性，這是顯而易見的。地圖數(shù)據(jù)的來源是多方面的，來源不同，獵取的方法亦各異。幾何數(shù)據(jù)的獵取幾何數(shù)據(jù)是依據(jù)給定各要素相對位置或確定位置的坐標來描述的。其獵取的方法主要有：由外業(yè)測量獲得數(shù)字測圖。由柵格形式的空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換獲得柵格數(shù)據(jù)，如衛(wèi)星測地、掃描數(shù)字化儀掃描、航攝像片等?？梢杂么祟悢?shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為矢量數(shù)據(jù)。對現(xiàn)有地圖跟蹤數(shù)字化獲得將現(xiàn)有的地圖圖形離散化為數(shù)據(jù)。屬性數(shù)據(jù)的獵取特征碼地圖要素是依據(jù)各自的位置和屬性說明進展編碼的，僅有描述空間位置的幾何數(shù)據(jù)是不夠的，還必需有描述它們的屬性說明。其中用來描述要素類別、級別等分類特征和其他質(zhì)量特征的數(shù)字編碼叫特征碼，它是地圖要素屬性數(shù)據(jù)的主要局部。其作用是反映地圖要素的分類分級系統(tǒng)，同時也便于按特定的內(nèi)容提取、合并和更，因此特征碼表的編制應依據(jù)原圖內(nèi)容和編圖的要求設計。一般地，對地圖要素進展分類編碼時應遵循以下原則：①科學性和系統(tǒng)性，即以適合計算機和數(shù)據(jù)庫技術(shù)應用和治理為目標，按國土根底信息的屬性或特征進展嚴格的科學分類，形成系統(tǒng)的分類體系；②相對穩(wěn)定性，即分類體系以各種地圖要素最穩(wěn)定的屬性或特征為根底，能在較長時間里不發(fā)生重大變更；③不受地圖比例尺的限制，即同一地圖要素在不同比例尺的地圖數(shù)據(jù)庫中有全都的分類代碼，雖然分類不愿定與多種比例尺地形圖—一對應，但分類碼要掩蓋各種比例尺的地圖符號，即每類地圖符號都應具有相應的代碼；4.1特征碼制圖要素名稱6境地61000行政區(qū)劃界61010國界61011界樁、界碑61012同號雙立的界碑61013同號三立的界樁、界碑61020未定國界61030省、自治區(qū)、直轄市界61031界樁、界標61040自治州、地區(qū)、盟、地級市界61050縣、自治區(qū)、旗、縣級市界61060鄉(xiāng)、鎮(zhèn)、國營農(nóng)場、林場、牧場界62023其它界限62023特別地區(qū)界62023自然保護區(qū)界7地形與土質(zhì)71000等高線71010實測等高線71020草繪等高線72023高程72023高程點72023特別高程點72023最大洪水位高程點72023最大潮位高程點72023溢洪道口底面高程點72024壩頂高程點72025堤頂高程點72026井口高程點72027水位點72028橋面高程點72030比高73000冰川地貌73010粒雪原73011雪崩錐④完整性和可擴大性，即要素的分類既要反映其屬性，又要反映其相互聯(lián)系，具有完整性；代碼構(gòu)造應留有適當?shù)目蓴U大的余地，具有可擴大性；⑤與國家已公布的有關(guān)標準和標準全都，即直接引用或參照相關(guān)的國家標準和標準；⑥適用性，即特征碼〔或?qū)傩跃幋a〕盡可能地簡短和便于記憶。依據(jù)上述原則，以國土根底信息為例，其編碼可分為大類，并依次再分為小類、一級和二級。分6＊＊*＊＊＊大小一二識類類級級別碼碼代代碼碼碼地圖要素分類編碼舉例見表4.1。特征碼的輸入用健盤輸入，特征碼同幾何數(shù)據(jù)一起存入地圖數(shù)據(jù)庫。事先設置好清單，在獵取幾何數(shù)據(jù)時，選擇特征碼。在GIS數(shù)據(jù)處理輸出等操作，以完成地圖制作過程中的幾何改正、比例尺和投影變換、要素的制圖綜合、數(shù)據(jù)的符號化等。矢量數(shù)據(jù)的根本操作另外，也可將這兩種方式結(jié)合起來進展。矢量數(shù)據(jù)處理過程可分解為八種根本運算操作，即存取、插人、刪除、搜尋、分類、復制、歸并和分隔。存取，又叫訪問，是指與內(nèi)存打交道〔如讀／寫〕的操作。它是圖形顯示、統(tǒng)計分析，或更簡潔的分析和制圖的根底。從地圖制圖的角度來考慮，插人和刪除主要是在編輯過程中用來修改和更地圖內(nèi)容。搜尋在計算機地圖制圖作業(yè)執(zhí)行過程中顯得特別重要，例如在全要素地圖數(shù)據(jù)庫中查找道路數(shù)據(jù)或某一級道路數(shù)據(jù)。分類是重組織內(nèi)存中的點集或較大的地理實體，使之便于處理和標出對地圖用戶具有特定意義的某些分布的分級排列。復制使得數(shù)據(jù)能被傳輸而使它更有價值。歸并能把低層次的數(shù)據(jù)集合到有用的地區(qū)或國家這些高級的范疇上來。分隔則可以獲得較小的數(shù)據(jù)集〔例如開窗以便對原有數(shù)據(jù)進展更具體或更直觀的處理。數(shù)據(jù)編輯數(shù)據(jù)編輯又叫數(shù)字化編輯，它是指對地圖資料數(shù)字化后的數(shù)據(jù)進展編輯加工，其主要目的是在改正數(shù)據(jù)過失的同時，相應地改正數(shù)字化資料的圖形。一般地，數(shù)據(jù)編輯工作分兩步進展。第一，顯示數(shù)據(jù)，即在顯示屏上顯示或校核繪圖顯示，以便用目視的方法或與數(shù)字化原圖套合比較的方法進展檢查，找出數(shù)字化資料的過失，顯示其出錯位置。其次，數(shù)字化定位和編輯修改。編輯命令根本上只有兩種指令類型：刪除數(shù)據(jù)和增加數(shù)據(jù)。常用到的兩種根本指令的組合或其中之一。數(shù)據(jù)的預處理數(shù)據(jù)的預處理主要內(nèi)容包括幾何改正、數(shù)據(jù)壓縮、數(shù)據(jù)標準化和數(shù)據(jù)匹配。幾何改正數(shù)據(jù)編輯處理一般只能消退或削減在數(shù)字化過程中因操作產(chǎn)生的局部誤差或明顯過失，但因圖紙變形和數(shù)字化過程中產(chǎn)生的隨機誤差，則必需經(jīng)過幾何改正才能消退。二次變換和高次變換這兩種變換是實施地圖內(nèi)容轉(zhuǎn)換的多項式擬合方法，它由以下多項式表達：xf

x,yaxaya x2a xya

y2A1 1 2 11 12 22yf2

bxb1

yb11

x2b12

xyb y2B22x,yx’,y’為變換后坐標；系數(shù)a、b是函數(shù)f1,f2AB以上高次項之和。上式是高次曲線方程，符合此方程的變換稱為高次變換。假設不考慮A和B，則上式為二次曲線方程：xf

x,ya

xa

ya

xya y2111yf

x,yb

2xb

11x2

12 22b xyb y21 1 2 11 12 22符合上列二次曲線方程的變換為二次變換。這兩種變換的實質(zhì)是：制圖資料上的直線經(jīng)變換后可能為二次曲線或高次曲線，它適用于原圖有非線性變形的狀況。5對未知數(shù)，理論上只要知道數(shù)字化原圖上5個點的坐標及其相應的理論值，便可能算出系數(shù)a和b，從而建立起變換方程，完成幾何改正的任務，即對數(shù)字化的地圖的全部幾何數(shù)據(jù)進展改正。實際應用時，可取多于5個點及其理論值，并用最小二乘法求解，以提高解算系數(shù)的精度。所選點的分布應能把握全圖?！?〕一次變換同素變換和仿射交換均為一次變換。同素變換是一種較簡潔的一次變換形式，其函數(shù)式為 axayax1 2 3cxcyc 1xb2y 其主要性質(zhì)有：

y 1c1

2xc2

3yc3①直線變換后仍為直線，但同一線段上長度比不是常數(shù)；②平行線變換后為直線束；③同一線束中任一割線的穿插比在變換前后保持不變；④通過同一割線上相應各點的線束的穿插比在變換前后也保持不變。仿射變換是一種比較簡潔的一次變換，其表達式為xa1yb

xa2xb

ya3yb1 2 3式中334個以上對應點坐標和最小二乘方法求解變換系數(shù)，以提高變換精度。仿射交換的特點是：①直線變換后仍為直線；②平行線變換后仍為平行線，并保持簡潔的長度比；③不同方向上的長度比發(fā)生變化。數(shù)據(jù)壓縮數(shù)據(jù)壓縮是把大量的原始數(shù)據(jù)或由存貯器取出來的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為有用的、有條理的、精煉而簡潔的信息的過程，又稱數(shù)據(jù)簡化或數(shù)據(jù)綜合。目的是刪除冗余數(shù)據(jù)，削減數(shù)據(jù)的存貯量，節(jié)約存貯空間，加快后繼處理速度。間隔取點法k4.1。值值臨界＇＇由上到下隔一點取一點由下到上依次按距離臨界值選取4.1垂距法和偏角法這兩種方法是按垂距或偏角的限差選取符合或超過限差的點，其過程見圖4.2。道格拉斯-普克法該方法試圖保持曲線走向和允許制圖人員規(guī)定合理的限差，其執(zhí)行過程見圖4.3。步驟為：①首未相連；②計算中間各點到直線的距離；③刪去距離小于臨界值的點；④在留下的點中，選擇距離最大的點，將曲線分成兩段；⑤重復①～④，依次類推。數(shù)據(jù)標準化從事地圖數(shù)據(jù)采集和應用的部門日益增多,為了協(xié)調(diào)數(shù)字化地圖的生產(chǎn)和提高數(shù)據(jù)的共享程度,地圖數(shù)據(jù)標準化的工作引起了很多國家的重視,是國際地圖制圖協(xié)會的重要爭論方向之一。定義標準該局部試用零維、一維和二維數(shù)據(jù)，系統(tǒng)地、廣泛地定義一組根本的、單一的制圖目標，它們是：單純的幾何目標；幾何和拓撲目標；單純的拓撲目標，并以此來建立地圖要素的數(shù)字表示法。規(guī)定了本標準中使用的主要概念性術(shù)語：要素、實體和目標。要素是指一個確定的實體及其目標的表示；實體是描述地球上一種不能再細分的真實的現(xiàn)象；目標是一個實體的全部或局部的數(shù)據(jù)表示。臨界值4.2臨界值4.3空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標準制定該標準的目的是便利空間數(shù)據(jù)從一個空間數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)向另一個空間數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)轉(zhuǎn)換，而與它們使用的計算機硬件和操作系統(tǒng)無關(guān)。內(nèi)容包括各種轉(zhuǎn)換模塊；每個模塊包含一組模塊記錄；每個模塊記錄包括假設干個數(shù)據(jù)字段，它們按信息的目的和功能分組；數(shù)據(jù)字段包含要轉(zhuǎn)換的信息。這些模塊可完成矢量轉(zhuǎn)換、關(guān)系轉(zhuǎn)換和柵格轉(zhuǎn)換等。數(shù)字制圖數(shù)據(jù)質(zhì)量把握標準每幅數(shù)字地圖都必需有一份質(zhì)量報告，其內(nèi)容包括數(shù)據(jù)狀況略圖、位置精度、屬性精度、規(guī)律全都性和完整性等五個局部。制圖要素標準這一部包括說明制圖要素的概念模型和一份實體及屬性定義表。概念模型定義了三個概念和兩個關(guān)心項，它們是實體、屬性、屬性值、標準項和內(nèi)含項。數(shù)據(jù)匹配數(shù)據(jù)匹配是實現(xiàn)誤差訂正的又一種方法，是數(shù)據(jù)處理的一個重要方面。頂點匹配在數(shù)字化多邊形地圖和其它網(wǎng)構(gòu)造圖形時，同一點〔如幾個多邊形的公共頂點〕可能被數(shù)字化好幾次，即使在數(shù)字化時很認真，但由于儀器本身的精度和操作上的問題，都不能保證幾次數(shù)字化都獲配該方法是用匹配程序?qū)Χ噙呅挝募M展處理，即讓程序按規(guī)定搜尋位于確定范圍內(nèi)的點，求其坐標的平均值，并以這個平均值取代原來點的坐標。經(jīng)處理后，在多邊形生成時假設再覺察少數(shù)頂點不匹配，經(jīng)查明緣由后可輔以交互編輯的方法處理。數(shù)字接邊在數(shù)字化地圖時，一般是一幅一幅地進展，假設受數(shù)字化儀幅面的限制，有時一幅圖還需分塊進展，見圖4.1。由于紙張的伸縮或操作誤差，相鄰圖幅公共圖廓線〔或分塊線〕兩側(cè)本應相互連接的地圖要素會發(fā)生錯位，這是不行避開的，見圖4.4〔。因此在拼幅或合幅時均須對這些分幅數(shù)字地圖在公共邊上進展一樣地圖要素的匹配，這就是數(shù)字接邊，接邊后的結(jié)果如圖4.4〔3〕所示。數(shù)字接邊在數(shù)字地圖更時也是格外重要的，尤其是在局部區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)需全部更時，舊資料拼接線上的要素必需作接邊處理。除了上述的兩種數(shù)據(jù)匹配外，屬性數(shù)據(jù)與幾何數(shù)據(jù)的匹配、幾何圖形校正〔如矩形圖形的四個角不全為直角〕和齊邊改正〔如線段端點與圖邊、水涯線等的正確接合〕等的數(shù)據(jù)處理均屬數(shù)據(jù)匹配。開窗顯示

4.4人們期望利用指定的有效空間或存貯介質(zhì)，對某個局部范圍進展圖形數(shù)據(jù)的顯示或轉(zhuǎn)貯時，往往都要使用開窗技術(shù)。例如在圖形終端顯示器上對局部圖形進展放大顯示，或當繪圖機工作面積小于全圖幅面而需分幅繪制時，都可用開窗的方式解決。隨著數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)采集量的增加．數(shù)據(jù)容量的不斷擴大，以及圖形顯示手段的日益豐富，開窗技術(shù)越來越受到重視。4.5〔1〕所示；負開窗就是選取整個圖形數(shù)據(jù)在窗口外的子集合，如圖4.5〔2〕所示。在通常狀況下，正開窗用途更大一些。窗口的外形通常為矩形，也可以是任意多邊形，這依據(jù)用戶的需要確定。窗口輪廓點坐標可由鍵盤輸入，也可將全圖顯示在熒光屏上用光標確定。假設窗口為矩形，只要輸入或標定左下角和右上角的坐標即可。原圖原圖正開窗負開窗4.5在窗口確定以后，還要考慮如何切掉窗口以外〔對正開窗〕或以內(nèi)〔對負開窗〕的線條，從而只顯示窗口以內(nèi)或以外的內(nèi)容。點的剪輯窗口左下角〔Xmin,Ymin〕和右上角〔Xmax,Ymax〕的坐標，明顯，對任意一點〔Xp,Yp〕只要下式成立，pXmin<Xp<Xmax且Ymin<Yp<Ymax線狀要素的剪輯線狀要素是由有序線段組成的折線來靠近的，因此，對線狀要素的剪輯只要爭論線段的剪輯就可以了。線段的每個端點由以下四個條件來評定：①點在窗口上邊線之上；②點在窗口下邊線之下；③點在窗口右邊線之右；④點在窗口左邊線之左。要唯一地確定一條線段的兩個端點與矩形窗口的位置關(guān)系，可以承受確定的編碼方法。四比特串編碼法。第一位記，否則為；假設“點在窗口下邊線之下，否則為0；假設“點在窗口右邊線1，否則為0；假設“點在窗口左邊線之左1，否則為0。四比特串編碼4.6。推斷線段的兩個端點，①都在0000內(nèi)，顯示該線段；②有一位置編碼一樣，剔除；③其它狀況推斷有無交點，求交點。100110001010000100000010010101004.60110參數(shù)編碼法。假設線段兩端點坐標為X1,Y〕和X2,Y，它們分別有參數(shù)IX1,IY〕和IX2,IY。參數(shù)IX1、IX2的定義為X1X21、0、-1；參數(shù)IY1、IY2Y1Y21、0、-1。推斷線段的兩個端點，①IX1＝IX2＝IY1＝IY2＝0，顯示該線段；②IX1＝IX2≠0或IY1＝IY2≠0，剔除；③其它狀況推斷有無交點，求交點。在這兩種編碼方法中，都涉及交點的計算問題。假設線段的直線方程為：y=kx+b。①將XminY1=kXmin+，假設Ymi≤Y≤Yma，得交點Xmi，Y，否則，無交點；②將XmaxY2=kXmax+，假設Ymi≤Y≤Yma，得交點Xma，Y，否則，無交點；Ymin代入，