第5章土地信息处理与分析技术-5月22日更新

1第5章土地信息处理与分析技术内容提要：1、土地信息录入后的处理2、土地信息的空间分析3、土地信息的空间查询土地信息系统LIS25.1土地信息录入后的处理•空间数据不论采用什么方法输入，都会存在一些问题，如输入过程中出现意外的错误，输入数据与使用格式不一致，各种来源数据的比例尺、投影不统一，图幅间不匹配等。•因此必须对空间数据进行处理，才能得到纯净、统一的数据文件，使存储的空间数据符合规范、标准的要求，满足使用和分析的需要。土地信息系统LIS35.1.1对空间数据的处理坐标变换图幅拼接生成拓扑关系数据核对土地信息系统LIS4（一）坐标变换在地图数据录入完毕后，经常需要进行坐标变换。坐标变换的实质是建立两个平面点之间的一一对应的关系，它是空间数据处理的基本内容之一。坐标系一般有三种：用户坐标系规格化数据库坐标系设备坐标系土地信息系统LIS5各种坐标系的定义1.用户坐标系：指地图采用的坐标系；2.规格化数据库坐标系：在数据库系统中定义的坐标系；3.设备坐标系：每一种图形设备都有独特的坐标系，它们使用的坐标都是设备的相对坐标。土地信息系统LIS6图5-1设备坐标系土地信息系统LIS71.设备相对坐标到用户坐标的变换一般在图形数字化前后进行，它是利用点的高斯坐标和图幅角点采集坐标建立采集坐标到高斯坐标的变换关系，并利用这些变换参数将图幅中全部采集坐标变换为高斯坐标。2.用户坐标到数据库坐标的变换这个变换用于图形数据的入库。3.数据库坐标到用户坐标的变换这个变换用于空间数据检索，它是2的逆变换。坐标变换的类型土地信息系统LIS84.用户坐标到设备坐标的变换这个变换用于图形显示或绘图仪绘图。用于图形显示时，只要将高斯坐标原点平移至图幅左上角，将坐标顺时针旋转90°，并考虑两种坐标的变换比例，即可实现由高斯坐标到屏幕坐标的变换。5.数据库坐标到屏幕坐标的变换和屏幕坐标到数据库坐标的变换这两个变换是用来进行人机交互编辑并将编辑好的图形数据送回数据库。土地信息系统LIS9土地信息系统中，如同计算机辅助设计一样存在着对图形缩放、平移、旋转、投影等一系列图形的几何变换问题。这些变换的实质是对组成图形各点进行坐标变换。图形的平移变换只改变图形位置，不改变形状和大小。图形的旋转变换用来改变图形的视角，变换后图形各部分间线性关系和角度关系不变，变换后直线长度不变。图形的比例变换用来改变图形大小和形状。投影变换比较复杂,是从一种投影方式转成另一种投影方式，其过程是一系列复杂的数学运算。图形的几何变换土地信息系统LIS10图5-2图形的几何变换土地信息系统LIS11（二）图幅接边在对底图进行数字化时，由于图幅比较大或者使用小型数字化仪，难以将研究区域的底图以整幅的形式来完成，这时需要将整个图幅划分成几部分分别数字化。数字化完成后，又要把相邻图幅拼起来，这就是图幅的接边问题。接边时应考虑常见的误差不因接边而明显扩大，接边处理的过程如下图：土地信息系统LIS12(a)(b)(c)(a)拼接前；(b)拼接中的边缘不匹配；(c)调整后的拼接结果图5-3图幅接边过程土地信息系统LIS131、逻辑一致性的处理由于人工操作的失误，两个相邻图幅的空间数据库在接合处可能出现逻辑不一致，如一个多边形在一幅图层中具有属性A，而在另一幅图层中属性为B；同一线状地物(铁路，公路，单线河等)在相邻图幅中各部分的属性不一致。此时，必须使用交互编辑的方法，使两相邻图幅各部分的属性相同，取得逻辑一致性。图幅接边的步骤：土地信息系统LIS14图幅接边前图幅接边后图5-5逻辑一致性的处理或土地信息系统LIS152、识别和检索相邻图幅将待拼接的图幅数据按图幅进行编号，编号通常取２位数，其中十位数表示拼幅时横向顺序，个位数表示拼幅时的纵向顺序。在横向拼幅时将十位数相同图，按个位数顺序拼接；纵向拼幅时将个位数相同图，按十位数顺序拼接。图5-4图幅编号及图幅边缘数据的提取范围土地信息系统LIS163、相邻图幅边界点坐标数据的匹配常用方法有：①平均法。它是指将图形两边待接点的坐标均值作为接边后点的坐标。该方法简单易行，适用于接边误差在精度允许范围内的各种直线、多义线类的接边处理；②强制法。它是把一条待接边的待接点强制附和到另一条待接边的待接点上。该方法主要用于用户能明显判断出那一条待接边比另一条待接边更准确、可靠、适合交互式的接边处理；土地信息系统LIS17③优化法：无论采用平均法还是强制法，在边界处都要产生一个拐点，如果测图无错误，此拐角应很小。但是如果待接边明显是一条直线边（如建筑物、直线道路、围墙等），这个很小的拐角也会影响图形的美观，因此我们不但要在图边线上把两点接在一起，还要考虑到接边后的图边两端线段要在一条直线上，既要共点，也要共线。总之，优化法就是分别找出两待接点的前一点P1和P2，连接这两点P1和P2与边界线求出一个交点P0，用P0的坐标分别代替原来的待接点坐标。考虑到接边工作的复杂性，一般主要采用强制法进行接边。土地信息系统LIS18图5-6图幅接边前后对照土地信息系统LIS194、相同属性多边形公共边界的删除图5-7相同属性多边形公共边界的删除与属性合并将相同属性的两个或多个相邻图斑组织成一个图斑，即消除公共边界，并对共同属性进行合并。对于合并后的属性表，除多边形的面积和周长重新计算外，其余属性保留其中之一图斑的属性即可。土地信息系统LIS20图形常见错误检查建立拓扑关系多边形拓扑关系的建立拓扑生成点线拓扑关系的建立（三）建立拓扑关系土地信息系统LIS21拓扑生成在进行图形数字化错误修改之前，首先要建立拓扑关系，以正确判别地物之间的空间关系。构造拓扑关系可以生成弧的交点、定义构成多边形的弧，将标示号关联到相应的多边形，生成多边形。这样可以帮助我们确定数字化数据中存在的某些错误。土地信息系统LIS22图形常见错误伪节点使一条完整的线变成两段（如图），造成伪节点的原因常常是没有一次录入完毕一条线。一般来说一条线不应该被分割为两条线，但在现实世界中存在两条不同属性的线相连，因此伪结点并非全是错误的。伪节点1.伪节点（PseudoNode）土地信息系统LIS23(a)实际地物(b)不及(c)过头仅与一条弧相连的结点称为悬挂点。与悬挂点相连的弧称为悬挂弧。通常有两种情况：①未及（undershoot）：一种数字化错误类型，导致弧段之间存在缝隙而未接合。②过伸（overshoot）：一种数字化错误类型，它导致弧段过长。2.悬挂点（DangleNode）土地信息系统LIS24碎屑多边形（如图）一般由于重复录入引起，由于前后两次录入同一条线的位置不可能完全一致，造成了“碎屑”多边形。3.“碎屑”或“条带”多边形（SliverPolygon）土地信息系统LIS25不规则的多边形是由于输入线时，点的次序倒置或者位置不准确引起的。在进行拓扑生成时，同样会产生“碎屑”多边形。4.不规则的多边形（WeirdPolygon）土地信息系统LIS265.多边形标识点（label）错误多边形标示点错误通常有两种情况：一是多边形无标示点；一是多边形有多个标示点，如右图中(两个十字点)。土地信息系统LIS27图5-8数据化常见错误土地信息系统LIS28ArcgisWorkstation:ArcInfo中编辑处理数据土地信息系统LIS29ArcgisDesktop:ArcMap中编辑处理数据土地信息系统LIS30土地信息系统LIS31在图形修改完毕之后，就意味着可以建立正确的拓扑关系，拓扑关系可以由计算机自动生成，目前大多数GIS软件也都提供了完善的拓扑功能。建立拓扑关系土地信息系统LIS32点线拓扑关系的建立弧段起结点终结点a1N1N2a2N2N3弧段—结点表结点弧段N1a1N2a1a2N3a2结点—弧段表弧段起结点终结点a1N1N2a2N2N3a3N2N4结点弧段N1a1N2a1a2a3N3a2N4a3弧段起结点终结点a1N1N2a2N2N3a3a4N2N4N4N3结点弧段N1a1N2a1a2a3N3a2a4N4a3a4N1N2N3N1N2N3N1N2N3N4N4a1a2a2a1a3a1a2a3a4土地信息系统LIS33多边形拓扑关系的建立（1）链的组织：找出在链的中间相关(图5-9(1))而不是在端点相关(图5-9(2))的情况，自动切成新链；把链按一定顺序存储并编号。图5-9链的断开要求土地信息系统LIS34（2）结点匹配：把一定限差内的链的端点作为一个结点，去掉在数据输入过程中形成的结点过交、悬挂线等现象，其坐标值取多个端点的平均值。图5-10结点匹配示意图土地信息系统LIS35（3）检查多边形是否闭合：检查多边形是否闭合可以通过判断一条链的端点是否有与之匹配的端点来进行。多边形不闭合的原因：1）由于结点匹配限差的问题，造成应匹配的端点未匹配；2）由于数字化误差较大，或数字化错误；3）链本身就是悬挂链，不需参加多边形拓扑。图5-11多边形闭合的端点匹配土地信息系统LIS36顺时针方向构多边形：指多边形是在链的右侧。最靠右边的链：指从链的一个端点出发，在这条链的方向上最右边的一条链，实质上它也是左边最近链。（4）建立多边形基本概念：土地信息系统LIS37建多边形的算法与实例:（1）从Pl结点开始，起始链定为P1P2；从P2点算起，P1P2最右边的链为P2P5；从P5算起，P2P5最右边的链为P5P1。所以，形成的多边形为P1P2P5P1;（2）从P1结点开始,以P1P5为起始链，形成的多边形为P1P5P4Pl;（3）从Pl开始，以PlP4为起始链形成的多边形为PlP4P3P2P1;（4）这时Pl为结点的所有链均被使用了两次，因而转向下一个结点P2，继续进行多边形追踪，直至所有的结点取完。共可追踪出五个多边形，即Al、A2、A3、A4、A5。P1P4P5P2P3A1A2A5A4A3顺序取一个结点作为起始结点、过该结点的任一条链为起始链结点取完？Y取该链另一结点，找结点上靠此链最右边的链，作为下一条链N是否回到起点？形成多边形，记录YN取起始结点的、刚才形成多边形的最后一边作为新的起始链链是否被用过两次，即已经成为两个多边形的边YN结束土地信息系统LIS38（5）岛的判断岛的判断即指找出多边形互相包含的情况。图5-12岛的判断与数据组织土地信息系统LIS39如果数据是分层多次输入到数据库中，当不同图层数据叠合在一起时，往往会出现该重合的地方不重合的问题。如将道路跟同样位置的地类边界叠合在一起，往往会出现该重合的地方不重合的问题，也可能出现一些很细小的多边形。（四）数据核对防止这一现象的一种方法是在地图数字化跟踪之前，规定不同要素数字化的基本顺序，并且将数字化顺序靠后的其他图层上表示的不同要素，而在空间位置上是和数字化顺序靠前的图层的某些要素是重合的点、线不用重复数字化跟踪。土地信息系统LIS405.1.2对属性数据的处理属性数据较为规范，适应于采用表格形式表示，所以许多LIS都采用关系数据库管理系统管理属性数据。文件管理结构设计数据编辑数据查询统计报表创建文件打开文件添加文件存贮文件打印文件图示分析退出系统设计新结构修改老结构拷贝结构删除结构合并结构添加数据插入数据删除数据修改数据合并数据库查询结构信息行拷贝数据列拷贝数据浏览数据显示一条记录显示几列属性条件查询移动数据统计总数据计算平均值统计最大值报表设计多表连接查询打印报表土地信息系统LIS415.2土地信息的空间分析缓冲区分析叠加分析网络分析可以获得新的经验和知识，并以此作为空间行为的决策依据。土地信息系统LIS425.2.1缓冲区分析概念缓冲区是指对点、线或面实体，按指定的条件，在其周围建立一定宽度范围的空间区域作为分析对象，这个区域称为缓冲区。(1)点的缓冲区(2)线的缓冲区(3)面的缓冲区图5-13不同类型实体的缓冲区土地信息系统LIS43缓冲区的建立线的缓冲区面的缓冲区点的缓冲区原理：以点为中心，以一定距离为半径绘圆；原理：分别对每个顶点和每条线生成缓冲区，然后对这些缓冲区多边形进行叠置操作；