1、第六講：計算機(jī)制圖工藝流程與軟件系統(tǒng) 實習(xí)課：上機(jī)實習(xí)（利用ArcMap制作地圖）,課程內(nèi)容,0_概念：什么是計算機(jī)地圖制圖？,第一講：計算機(jī)地圖制圖概述,1_邏輯：如何實施計算機(jī)地圖制圖？,第二講：地圖數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu) 第三講：地圖數(shù)據(jù)采集與質(zhì)量控制 第四講：地圖數(shù)據(jù)處理 第五講：地圖數(shù)據(jù)可視化,2_物理：怎樣利用軟件系統(tǒng)完成地圖制作？,形式設(shè)計,數(shù)據(jù)加工處理,表達(dá)輸出,數(shù)據(jù)采集建庫,計算機(jī)地圖制圖基本過程,第四講 地圖數(shù)據(jù)處理,主要內(nèi)容： 數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換 坐標(biāo)變換 圖形屬性編輯 數(shù)據(jù)裁切與接邊 拓?fù)浼斑壿嬕恢滦躁P(guān)系改正 數(shù)據(jù)壓縮與光滑,對采集的各種數(shù)據(jù)，按照不同的方式方法對數(shù)踞進(jìn)行編輯運算，清除

2、數(shù)據(jù)沉余，彌補數(shù)據(jù)缺失，形成符合用戶要求的數(shù)據(jù)文件格式。,4.1 地圖數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換,數(shù)據(jù)格式：地圖數(shù)據(jù)在文件或記錄中的編排格式 。,導(dǎo)致地圖數(shù)據(jù)格式不同的原因包括：,（1）采用不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),矢量數(shù)據(jù)格式 柵格數(shù)據(jù)格式,（2）不同行業(yè)、軟件系統(tǒng)出于各種原因定義不同的數(shù)據(jù)格式,Shape Geodatabase Coverage Mif Dxf,矢量 數(shù)據(jù)格式,Bmp Gif Grid JPEG Tiff,柵格 數(shù)據(jù)格式,1、矢柵格式轉(zhuǎn)換,（1）矢量數(shù)據(jù)柵格化,基本條件：柵格形狀、大小、行列數(shù)量,即找出矢量點數(shù)據(jù)所在處的柵格單元。設(shè)矢量數(shù)據(jù)的坐標(biāo)點值為 (x , y)轉(zhuǎn)成柵格數(shù)據(jù)其行列值為(i

3、, j) i= 1+ integer ( ( ymax- y ) / y ) j= 1+ integer ( (xmax- x) / x ) ymax 表示區(qū)域數(shù)據(jù) Y 最大值 xmin 表示區(qū)域數(shù)據(jù) X 最小值 x y 每個柵格單元對應(yīng)的邊長,1 點要素的轉(zhuǎn)換,P,A,B,2 線要素的轉(zhuǎn)換, 線由多個直線段組成的，線柵格化分解為若干直線段的柵格化。, DAA法（數(shù)字微分分析法）,假設(shè)線段AB與柵格格網(wǎng)的交點坐標(biāo)為（xi, yi），則：,其中，,此外，還有Bresenham算法，算法效率更高，可參考相關(guān)教材學(xué)習(xí)。,3 面要素的轉(zhuǎn)換, 邊界線的轉(zhuǎn)換與線要素相同，主要是面區(qū)域內(nèi)柵格的填充； 填充的

4、關(guān)鍵問題是，判斷哪些柵格單元在多邊形內(nèi)，哪些在多邊形外；, 內(nèi)部點擴(kuò)散法 射線法 平行線掃描法 邊界代數(shù)填充法 邊界點跟蹤算法,內(nèi)部點擴(kuò)散法,射線法,平行線掃描法,（2）柵格數(shù)據(jù)矢量化,Step1：二值化。柵格數(shù)據(jù)是按0255的不同灰度值表達(dá)的。為了簡化追蹤算法，將256個灰階壓縮為2個灰階，即0和1兩級。,Step2：邊界細(xì)化。使每一條線只保留代表其軸線或周圍輪廓線（對多邊形而言）位置的單個柵格的寬度。,Step3：邊界跟蹤。把細(xì)化后的柵格數(shù)據(jù)整理為從結(jié)點出發(fā)的線段或 閉合的線條，并以矢量形式加以存儲。,Step4：曲線化簡及光滑 。直接提取的邊界線節(jié)點密集、有明顯的抖動鋸齒感，需進(jìn)行化簡及

5、光滑處理。 Step5：生成拓?fù)潢P(guān)系，建立節(jié)點、弧段及多邊形間的連接關(guān)系。,2、矢量數(shù)據(jù)間不同格式的轉(zhuǎn)換,矢量數(shù)據(jù)一般包括坐標(biāo)信息、拓?fù)湫畔?、屬性信息、索引信息等，不同軟件系統(tǒng)或行業(yè)在數(shù)據(jù)文件定義及信息組織中，采用的方法不同，造成數(shù)據(jù)不能兼容，需要進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換。,ArcGIS 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口,4.2 地圖數(shù)據(jù)坐標(biāo)變換, 幾何糾正，解決數(shù)字化過程引起的變形誤差。, 坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換，解決設(shè)備坐標(biāo)系間以及與用戶坐標(biāo)系間的不一致。, 投影變換，解決地理坐標(biāo)到平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問題。,地圖掃描變形誤差,不同坐標(biāo)系,地理坐標(biāo)與平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,1、幾何糾正方法（坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換可以納入幾何糾正范疇）,（1）基本變換類型,旋轉(zhuǎn),

6、平移,縮放,（2）采用的方法仿射變換,仿射變換特性： 直線變換后仍為直線； 平行線變換后仍為平行線； 不同方向上的長度比發(fā)生變化。 求解上式中的6個未知數(shù)，需不在一直線上的3對已知控制點，由于誤差，需多余觀測，所以，用于圖幅定向至少需要四對控制點。,綜合上述三種基本變換，得到：,相似變換(m=n),仿射變換(m=n),（3）實例,針對掃描地圖，給定圖幅頂角4個點作為控制點， 通過仿射變換進(jìn)行幾何糾正（也稱為“坐標(biāo)配準(zhǔn)”）。,2、投影變換,假定原圖點的坐標(biāo)為x,y(稱為舊坐標(biāo))，新圖點的坐標(biāo)為X，Y(稱為新坐標(biāo))，則由舊坐標(biāo)變換為新坐標(biāo)的基本方程式為：,（1）解析變換法,2）反解變換法(又稱間接

7、變換法),1）正解變換法(又稱直接變換法),（2）數(shù)值變換法,利用若干同名點，采用插值法、有限差分法或多項式逼近的方法，即用數(shù)值變換法來建立兩投影間的變換關(guān)系式。,例如，采用二元三次多項式進(jìn)行變換:,通過選擇10個以上的兩種投影之間的共同點，并組成最小二乘法的條件式，進(jìn)行解算系數(shù)。,（3）數(shù)值解析變換法,當(dāng)已知新投影的公式，但不知原投影的公式時，可先通過數(shù)值變換求出原投影點的地理坐標(biāo)，然后代入新投影公式中，求出新投影點的坐標(biāo)。即：,4.3 圖形屬性編輯,常見的數(shù)據(jù)輸入錯誤（為什么需要進(jìn)行編輯處理？）,3.3 圖形屬性編輯,1、圖元捕捉 1 點的捕捉 2 線的捕捉 3 面的捕捉 2、圖形屬性編輯

8、 3、圖幅接邊,給定捕捉半徑D（通常為35個象素，這主要由屏幕的分辯率和屏幕的尺寸決定）。若S和A的距離d小于D，則認(rèn)為捕捉成功，即認(rèn)為找到的點是A，否則失敗，繼續(xù)搜索其它點。,1、圖元捕捉,設(shè)光標(biāo)點為S(x,y)， 某一點狀要素的坐標(biāo)為A(X，Y),乘方運算影響了搜索的速度，因此，把距離d的計算改為：,捕捉范圍由圓改為矩形，這可大大加快搜索速度。,（1）點的捕捉,（2）線的捕捉,設(shè)光標(biāo)點坐標(biāo)為S(x,y)，D為捕捉半徑，線的坐標(biāo)為(x1,y1),(x2,y2),(xn,yn)。通過計算S到該線的每個直線段的距離d。若min(d1,d2,dn-1)D，則認(rèn)為光標(biāo)S捕捉到了該條線，否則為未捕捉到

9、。,簡化為：,加快線捕捉的速度的方法： 1）在實際的捕捉中，可每計算一個距離di就進(jìn)行一次比較，若diD，則捕捉成功，不需再進(jìn)行下面直線段到點S的距離計算了。 2）把不可能被光標(biāo)捕捉到的線，用簡單算法去除。 3）對于線段也采用類似的方法處理。 4）簡化距離公式： 點S(x,y)到直線段(x1,y1),(x2,y2)的距離d的計算公式為：,（3）面的捕捉,實際上就是判斷光標(biāo)點S(x,y)是否在多邊形內(nèi)，若在多邊形內(nèi)則說明捕捉到。判斷點是否在多邊形內(nèi)的算法主要有垂線法或轉(zhuǎn)角法。 垂線法的基本思想是從光標(biāo)點引垂線(實際上可以是任意方向的射線)，計算與多邊形的交點個數(shù)。若交點個數(shù)為奇數(shù)則說明該點在多邊

10、形內(nèi)；若交點個數(shù)為偶數(shù)，則該點在多邊形外。,加快速度的方法： 1）找出該多邊形的外接矩形，若光標(biāo)點落在該矩形中，才有可能捕捉到該面，否則放棄對該多邊形的進(jìn)一步計算和判斷。 2）對不可能有交點的線段應(yīng)通過簡單的坐標(biāo)比較迅速去除。 3）運用計算交點的技巧。,2、圖形屬性編輯,刪除、增加、修改、移動、復(fù)制、咬合,（1）結(jié)點的編輯,1）結(jié)點吻合(Snap)，也稱結(jié)點匹配、結(jié)點咬合，結(jié)點附和。 A、 結(jié)點移動，用鼠標(biāo)將其它兩點移到另一點； B、 鼠標(biāo)拉框，用鼠標(biāo)拉一個矩形，落入該矩形內(nèi)的結(jié)點坐標(biāo)通過求它們的中間坐標(biāo)匹配成一致； C、 求交點，求兩條線的交點或其延長線的交點，作為吻合的結(jié)點； D、自動匹配

11、，給定一個吻合容差，或稱為咬合距，在圖形數(shù)字化時或之后，將容差范圍內(nèi)的結(jié)點自動吻合成一點。,2）結(jié)點與線吻合。在數(shù)字化過程中，常遇到一個結(jié)點與一個線狀目標(biāo)的中間相交。由于測量或數(shù)字化誤差，它不可能完全交于線目標(biāo)上，需要進(jìn)行編輯，稱為結(jié)點與線的吻合。 A、 結(jié)點移動，將結(jié)點移動到線目標(biāo)上。 B、 使用線段求交； C、 自動編輯，在給定容差內(nèi)，自動求交并吻合在一起。,（2）其它圖形編輯,包括用鼠標(biāo)增加或刪除一個點、線、面實體，移動、旋轉(zhuǎn)一個點、線、面實體。,1）刪除和增加一個頂點,2）移動一個頂點,3）刪除一段弧段,4）多邊形分割,5）多邊形合并,（3）屬性編輯,交互式屬性編輯（名稱、類型等）,批

12、量式屬性編輯（面積、長度、ID等）,4.4 數(shù)據(jù)裁切與接邊,1、數(shù)據(jù)裁切,本質(zhì)上是幾何布爾運算中的交、差、被差，GIS及地圖數(shù)據(jù)處理軟件中成為疊置分析。,完整的行政區(qū)域地圖,按標(biāo)準(zhǔn)分幅裁切,按行政區(qū) 裁切,任意多邊形 裁切,去除某一區(qū)域（求差）,ArcGIS提供多種形式的地圖數(shù)據(jù)裁切功能,2、圖幅接邊,原始數(shù)據(jù)分幅采集,接邊處理,圖幅接邊后數(shù)據(jù),圖幅接邊方法包括邏輯接邊法和幾何接邊法。 邏輯接邊法：主要考慮目標(biāo)唯一標(biāo)示碼、屬性名稱、等級等； 幾何接邊法：通過位置、形狀等幾何信息實施接邊。 實際應(yīng)用中，需要將兩種方法集成考慮。,直接移動突變,減少突變,4.5 拓?fù)浼斑壿嬕恢滦躁P(guān)系改正,1、拓?fù)潢P(guān)

13、系自動構(gòu)建,結(jié)點-弧段表,弧段-結(jié)點表,1 從P1開始，起始鏈定為P1P2,從P2點算起，P1P2最右邊的鏈為P2P5；從P5算起，P2P5最右邊 的鏈為P5P1,.形成的多邊形為P1P2P5P1。 2 從P1開始，以P1P5為起始鏈，形成的多邊形為P1P5P4P1。 3 從P1開始，以P1P4為起始鏈,形成的多邊形為P1P4P3P2P1。 4 這時P1為結(jié)點的所有鏈均被使用了兩次，因而轉(zhuǎn)向下一個結(jié)點P2，繼續(xù)進(jìn)行多邊形追蹤，直至所有的結(jié)點取完。共可追蹤出五個多邊形，即A1、A2、A3、A4、A5。,例1： 針對多邊形邊界共享產(chǎn)生的沖突情形提出六種改正方式, 相交型 + 咬合式, 相交型 +

14、平差式, 相離型 + 咬合式, 相離型 + 平差式,2、拓?fù)潢P(guān)系修復(fù), 交織型 + 咬合式, 交織型 + 平差式,道路與周邊圖斑多邊形不一致,改正后, 實例：,河流、湖泊、溝渠等水系要素更新后，可能破壞整個水網(wǎng)的拓?fù)溥B通性，通過探測沖突進(jìn)行弧段延長、弧段連接等操作自動改正其一致性關(guān)系。,例2：水網(wǎng)拓?fù)溥B通性修復(fù),例1：水網(wǎng)與等高線邏輯一致性探測與改正, 河流偏離谷底線, 等高線提取谷地特征,建立谷底點與河流交叉點的匹配關(guān)系,3、邏輯一致性關(guān)系改正,（1）移動河流,（2）移動等高線,（3）同時移動, 三種改正策略,道路更新后與周邊鄰近房屋產(chǎn)生沖突（小板房壓蓋），通過探測，對有沖突關(guān)系的小板房進(jìn)行

15、旋轉(zhuǎn)、位移處理自動改正該沖突關(guān)系。,例2：房屋與道路沖突探測與調(diào)整,例3：基于“空間場模型”的群目標(biāo)沖突波及范圍探測與一致性改正,將地圖綜合種的移位方法應(yīng)用到空間沖突改正中，提出一種基于場論分析的移位方法，具有傳遞性與衰減性特征。借助于物理學(xué)場論中的“等勢線”模型來表達(dá)這一移位現(xiàn)象，在Delaunay三角網(wǎng)支持下建立多級鄰近關(guān)系曲線，探測內(nèi)部沖突與外部沖突。,內(nèi)外力共同作用下的沖突移位場,3.6 數(shù)據(jù)壓縮與光滑,1、數(shù)據(jù)壓縮：從所取得的數(shù)據(jù)集合S中抽出一個子集A，這個子集作為一個新的信息源，在規(guī)定的精度范圍內(nèi)最好地逼近原集合，而又取得盡可能大的壓縮比。 節(jié)省數(shù)據(jù)存儲空間，加快數(shù)據(jù)處理速度，面向數(shù)據(jù)存儲與分析的。,柵格 數(shù)據(jù)壓縮,保真度編碼,信息保持編碼（如行程編碼）,曲線壓縮（DP壓縮、垂距法、光柵法）,DouglasPeucker法：把首末點（X1，Y1），（XN,YN）連成直線，它是線狀目標(biāo)圖形的極限綜合狀態(tài)。對于所有直線段，計算其間的所有中間點到該直線段的（垂距為最大值 dmax）的最大偏移點，該點對確保該子曲線段的的特征圖形有不可替代的重要性：保留它，曲線段變形最小，去掉它，曲線段的主要特征未能保