GIS开发 / GIS原理学习（二十一）

    图形编辑是纠正数据采集错误的重要手段，其基本的功能要求是：具有友好的人机界面；具有对几何数据和属性编码的修改功能；具有分层显示和窗口功能。图形编辑的关键是点、线、面的捕捉。

§4.5 空间数据的结构变换

    介绍矢量——栅格转换和栅格——矢量转换。矢量─栅格转换有线的栅格化方法、和面(多边形)的栅格化方法。 线的栅格化方法包括DDA法(数字微分分析法)、Bresenham算法。 面(多边形)的栅格化方法包括内部点扩散法、扫描法、和边填充算法。栅格数据到矢量数据转换的一般过程可描述为：二值化、二值图像的预处理、细化、追踪、拓扑化。

§4.6 空间数据的插值方法

    在已观测点的区域内估算未观测点的数据的过程称为内插；在已观测点的区域外估算未观测点的数据的过程称为外推。常用的内插方法有：边界内插、趋势面分析、局部内插、移动平均法。

§4.7 图像数据的处理方法

    一幅图像经过生成、复制、扫描、传输、变换后，由于多种因素的影响，图像的质量不能满足要求，这时就需要进行图像增强处理。图像增强的目的是改善图像的效果，以更适应人眼的观察或计算机的处理。基本的图像增强方法有：灰度级的修整、空域处理、频域处理。

§4.8 空间数据的更新处理

    GIS的生命力将最终取决于其空间数据库的现势性，遥感数据是GIS的重要信息源和数据更新的手段。全球卫星定位系统(GPS)作为一种新型的定位数据的采集和更新手段，具有高精度、高效益、全天候、低成本、高灵活性、实时性等特有的优势，因而在GIS中具有重要的应用价值。

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§4.4 空间数据的压缩处理

    GIS系统中空间数据量是非常大的，要提高处理速度必须进行数据压缩，在满足质量的前提下提供优质、高效的功能。

一、矢量数据的压缩

    矢量数据压缩的目的是删除冗余数据，减少数据的存贮量，节省存贮空间，加快后继处理的速度。矢量数据的压缩方法常用的有道格拉斯——普克法、垂距法、光栏法。对几种方法进行了比较。

二、栅格数据的压缩

    直接栅格编码是将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行(或逐列)记录代码.这种记录栅格数据的文件常称为栅格文件，且常在文件头中存有该栅格数据的长和宽，其特点是处理方便，但没有压缩。游程长度编码，区域越大，数据的相关性越强，则压缩越大。其特点是，压缩效率较高，叠加、合并等运算简单，编码和解码运算快。

一、矢量数据的压缩

    矢量数据压缩的目的是删除冗余数据，减少数据的存贮量，节省存贮空间，加快后继处理的速度。下面介绍几种常用的矢量数据的压缩算法，以及它们之间的异同点。

图4-4-1 道格拉斯——普克法示意图

1、道格拉斯——普克法(Douglas—Peucker)

    基本思路是(图4-4-1)：对每一条曲线的首末点虚连一条直线，求所有点与直线的距离，并找出最大距离值dmax，用dmax与限差D相比：
    若dmax＜D，这条曲线上的中间点全部舍去；
    若dmax≥D，保留dmax对应的坐标点，并以该点为界，把曲线分为两部分，对这两部分重复使用该方法。

2、垂距法

    垂距法的基本思路是(图4-4-2)：每次顺序取曲线上的三个点，计算中间点与其它两点连线的垂线距离d，并与限差D比较。若d＜D，则中间点去掉；若d≥D，则中间点保留。然后顺序取下三个点继续处理，直到这条线结束。

(1)                                              (2) 

(3)                                              (4)

图4-4-2 垂距法示意图

图4-4-3 光栏法原理图示

3、光栏法

    光栏法的基本思想是(图4-4-3)：定义一个扇形区域，通过判断曲线上的点在扇形外还是在扇形内，确定保留还是舍去。设曲线上的点列为｛p_i｝，i＝1，2，…，n，光栏口经为d，可根据压缩量的大小自己定义，则光栏法的实施步骤可描述为：

    1°、连接p₁和p₂点，过p₂点作一条垂直于p₁p₂的直线，在该垂线上取两点a₁和a₂，使a₁p₂＝a₂p₂＝d／2，此时a₁和a₂为“光栏”边界点，p₁与a₁、p₁与a₂的连线为以p₁为顶点的扇形的两条边，这就定义了一个扇形(这个扇形的口朝向曲线的前进方向，边长是任意的)。通过p₁并在扇形内的所有直线都具有这种性质，即p₁p₂上各点到这些直线的垂距都不大于d/2。

    2°、若p₃点在扇形内，则舍去p₂点。然后连接p₁和p₃，过p₃作p₁p₁的垂线，该垂线与前面定义的扇形边交于c₁和c₂。在垂线上找到b₁和b₂点，使p₃b₁＝p₃b₂＝d／2，若b₁或b₂点((图4-4-3中为b₂点)落在原扇形外面，则用c₁或c₂取代(图4-4-3中由c₂取代b₂)。此时用p₁b₁和p₁c₂定义一个新的扇形，这当然是口径(b₁c₂)缩小了的“光栏”。

    3°、检查下一节点，若该点在新扇形内，则重复第(2)步；直到发现有一个节点在最新定义的扇形外为止。

    4°、当发现在扇形外的节点，如图4-4-3中的p₄，此时保留p₃点，以p₃作为新起点，重复1°～3°。如此继续下去，直到整个点列检测完为止。所有被保留的节点(含首、末点)，顺序地构成了简化后的新点列。

4、几种方法的比较

    如果某种矢量数据的压缩算法既能精确地表示数据，又能最大限度地淘汰不必要的点，那就是一种好的算法。具体可以依据简化后曲线的总长度、总面积、坐标平均值等与原始曲线的相应数据的对比来判别。

    通过分析可以发现，大多数情况下道格拉斯——普克法的压缩算法较好，但必须在对整条曲线数字化完成后才能进行，且计算量较大；光栏法的压缩算法也很好，并且可在数字化时实时处理，每次判断下一个数字化的点，且计算量较小；垂距法算法简单，速度快，但有时会将曲线的弯曲极值点p值去掉而失真。

二、栅格数据的压缩