ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程PPT-第4章 空间数据的转换与处理
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Arcgis第四章 空间分析
•
质心量算：它是描述地理目标空间分布的最有用的单一量算量
☆求取目标的重心位置，用于跟踪某些地理分布的变化，如人口重心的变化、 土地利用重心的迁移等 ☆对目标坐标值进行加权平均（ARCGIS中需要使用calculate geometry工具）
XG
• 形状量算
W X W
i i i i
i
YG
W Y W
☆ 缓冲区：空间对象在一定半径或一定条件下的邻域。 ☆ 缓冲区分析：指以点、线、面实体为基础，在其周 围建立一定宽度范围内的缓冲区多边形，用以分析 实体的邻近性或对周围的影响，从而实现空间数据 在水平方向得以扩展的空间分析方法
点的缓冲区
线的缓冲区
面的缓冲区
13
建立缓冲区的算法
• 缓冲区的种类 ☆点：圆形、三角形、矩形、环形。 ☆线：单侧、双侧对称、双侧不对称 ☆面：内侧、外侧 • 缓冲区的建立——中心线扩张法 主要包括：角平分线法 凸角圆弧法
定向网络（据ESRI）
连通性管理 网络属性（权重） 存在位置
非定向网络（据ESRI）
网络模式
Network Analyst扩展模块
几何网络分析工具 28
• 讨论
☆是否有所的空间网络都有分析的必
要性？
判断标准：网络中是否能够进行物质、
能量、信息的传输。
29
• 网络的基本组成
☆基本组成要素
链（Link）：网络中的管线，资源传输的通道，构成网络的骨 架。如街道、河流、水管等。 结点（Node）：链的端点或两（多）条链的交点。如道路叉 口、河流的交汇点等。 障碍（Barrier）：禁止网络中资源流动的点 。如道路网中 施工的路段、供水网络中的水阀等。 拐角点（Turn）：指网络中状态属性有阻力的结点 。如对拐 弯方向或时间有限制的路口。 中心（Center）：网络中接受或分配资源的结点。如水库、 商业中心、电站等。 站点（Stop）：在网络中资源增减的站点。如库房、汽车站 等。
质心量算：它是描述地理目标空间分布的最有用的单一量算量
☆求取目标的重心位置，用于跟踪某些地理分布的变化，如人口重心的变化、 土地利用重心的迁移等 ☆对目标坐标值进行加权平均（ARCGIS中需要使用calculate geometry工具）
XG
• 形状量算
W X W
i i i i
i
YG
W Y W
☆ 缓冲区：空间对象在一定半径或一定条件下的邻域。 ☆ 缓冲区分析：指以点、线、面实体为基础，在其周 围建立一定宽度范围内的缓冲区多边形，用以分析 实体的邻近性或对周围的影响，从而实现空间数据 在水平方向得以扩展的空间分析方法
点的缓冲区
线的缓冲区
面的缓冲区
13
建立缓冲区的算法
• 缓冲区的种类 ☆点：圆形、三角形、矩形、环形。 ☆线：单侧、双侧对称、双侧不对称 ☆面：内侧、外侧 • 缓冲区的建立——中心线扩张法 主要包括：角平分线法 凸角圆弧法
定向网络（据ESRI）
连通性管理 网络属性（权重） 存在位置
非定向网络（据ESRI）
网络模式
Network Analyst扩展模块
几何网络分析工具 28
• 讨论
☆是否有所的空间网络都有分析的必
要性？
判断标准：网络中是否能够进行物质、
能量、信息的传输。
29
• 网络的基本组成
☆基本组成要素
链（Link）：网络中的管线，资源传输的通道，构成网络的骨 架。如街道、河流、水管等。 结点（Node）：链的端点或两（多）条链的交点。如道路叉 口、河流的交汇点等。 障碍（Barrier）：禁止网络中资源流动的点 。如道路网中 施工的路段、供水网络中的水阀等。 拐角点（Turn）：指网络中状态属性有阻力的结点 。如对拐 弯方向或时间有限制的路口。 中心（Center）：网络中接受或分配资源的结点。如水库、 商业中心、电站等。 站点（Stop）：在网络中资源增减的站点。如库房、汽车站 等。
GIS(地理信息系统)空间分析课件
数量地理学的研究方法：
1 2 3
地理系统分析 随机数学方法 地理系统数学模拟
地理系统分析
地理系统分析是指扬弃地理事物繁琐的枝 节，抽象出地理事物在结构与功能上的主线，揭 示地理事物动态演变的方向与强度，预测其状态 变化和稳定性程度，将复杂、高级的地理系统简 化为次一级简单的系统，进而探讨地理要素之间 的数量关系。 一般是首先列出所研究等级系统的要素清 单，根据地理系统的实际绘出各要素的联系框图， 再以定量方法研究系统要素之间的关系。
0.00E+00 1988 1988
2004
20032019
2035 2018
2050
2033
2048
Year sustainable development mode economy fast developing mode natural development mode
(a)
1.40E+09 1.20E+09 1.00E+09 8.00E+08 6.00E+08 4.00E+08 2.00E+08 0.00E+00 1988 1988
irrigation area grassland increase build-up land increase grassland increase water decrease fuel demand difference between supply and demand wetland forestland fuel
传统地理学分析方法所采用的推理方式以经验 归纳型综合为主，以观察材料和事实为基础，由直 接的类推得出现实世界的结论，这一方法难以回避 特殊情况或解释者的主观好恶问题。 而数量地理学以理论演绎为主，整个研究过程 经历了提出假设、建立模式、检验假设和建立理论 四个步骤，符合感性－理性－实践这一认识的过程 规律。 与地理学传统的思维模式相比，地理数量方法 有着明显的优势（见下页）。
地理信息系统(GIS)-空间数据处理与转换
第三章
空
与 转 换
间 数 据 处
理
1 空间数据的坐标变换 2 空间数据模型的变换 3 多源空间数据的融合 4 空间数据的压缩与综合
5 空间数据的内插
为什么要进行坐标变换？ • GIS的地图资料来源很广，所采用的地图投影各异，因此需
要进行投影的相互转换； • 空间物体的位置由于测量途径不一样，所使用的坐标系可
X2 X1 11.5 2.5 3
0
3. 计算每行的终止列:
2
11.5, 3.5
x
全路径栅格化
3. 计算终止列号： ① i=1时，Ja=1
② i=2时，Ja=4，
y 0'(2,8) J
I
2.5, 6.5
1
2
11.5, 3.5
③ a=7，Je=10
0
x
4. 当前列Je=10，为线段端点终止列，栅格化过程结束。
面状栅格数据矢量化
• 边界线搜索与拓扑信息生成
边界搜索由一个结点开始，选定与之相邻的任意一个边界 点或结点进行搜索。首先记录边界点两个多边形编号作为 被搜索边界的左右多边形，搜索的方向由当前点的进入方 向和下一步走向来确定：
aa
如图，若该边界点由下方搜索到的，则进
入点为下方，搜索方向则只能为右方，其
0
y x
由矢量向栅格的转换 • 线段的栅格化
矢量数据中，曲线由小直线段组成，因此一小直线段 的栅格化过程即可说明整条线段的栅格化过程。
直线段栅格化方法
1. 八方向栅格化
2. 全路径栅格化
八方向栅格化步骤
1. 按点的栅格化方法，确 定直线两端点所在的行 列号(I1,J1)和(I2,J2)，并 将它们标识
空
与 转 换
间 数 据 处
理
1 空间数据的坐标变换 2 空间数据模型的变换 3 多源空间数据的融合 4 空间数据的压缩与综合
5 空间数据的内插
为什么要进行坐标变换？ • GIS的地图资料来源很广，所采用的地图投影各异，因此需
要进行投影的相互转换； • 空间物体的位置由于测量途径不一样，所使用的坐标系可
X2 X1 11.5 2.5 3
0
3. 计算每行的终止列:
2
11.5, 3.5
x
全路径栅格化
3. 计算终止列号： ① i=1时，Ja=1
② i=2时，Ja=4，
y 0'(2,8) J
I
2.5, 6.5
1
2
11.5, 3.5
③ a=7，Je=10
0
x
4. 当前列Je=10，为线段端点终止列，栅格化过程结束。
面状栅格数据矢量化
• 边界线搜索与拓扑信息生成
边界搜索由一个结点开始，选定与之相邻的任意一个边界 点或结点进行搜索。首先记录边界点两个多边形编号作为 被搜索边界的左右多边形，搜索的方向由当前点的进入方 向和下一步走向来确定：
aa
如图，若该边界点由下方搜索到的，则进
入点为下方，搜索方向则只能为右方，其
0
y x
由矢量向栅格的转换 • 线段的栅格化
矢量数据中，曲线由小直线段组成，因此一小直线段 的栅格化过程即可说明整条线段的栅格化过程。
直线段栅格化方法
1. 八方向栅格化
2. 全路径栅格化
八方向栅格化步骤
1. 按点的栅格化方法，确 定直线两端点所在的行 列号(I1,J1)和(I2,J2)，并 将它们标识
ArcGIS_9_教程_第4章_空间数据的转换与处理
第4章 空间数据的转换与处理空间数据是GIS 的一个重要组成部分。
整个GIS 都是围绕空间数据的采集、加工、存储、分析和表现展开的。
原始数据往往由于在数据结构、数据组织、数据表达等方面与用户自己的信息系统不一致而需要对原始数据进行转换与处理，如投影变换，不同数据格式之间的相互转换，以及数据的裁切、拼接等处理。
以上所述的各种数据转换与处理均可以利用ArcToolbox 中的工具实现。
在ArcGIS9中，ArcToolbox 嵌入到了ArcMap 中。
本章就投影变换、数据格式转换、数据裁切、拼接等内容分别简单介绍。
4.1 投影变换由于数据源的多样性，当数据与我们研究、分析问题的空间参考系统（坐标系统、投影方式）不一致时，就需要对数据进行投影变换。
同样，在对本身有投影信息的数据采集完成时，为了保证数据的完整性和易交换性，要对数据定义投影。
以下就地图投影及投影变换的概念做简单介绍，之后分别讲述在ArcGIS 中如何实现地图投影定义及变换。
空间数据与地球上的某个位置相对应。
对空间数据进行定位，必须将其嵌入到一个空间参照系中。
因为GIS 描述的是位于地球表面的信息，所以根据地球椭球体建立的地理坐标（经纬网）可以作为空间数据的参照系统。
而地球是一个不规则的球体，为了能够将其表面的内容显示在平面的显示器或纸面上，就必须将球面的地理坐标系统变换成平面的投图4.1椭球体表面投影到平面的微分梯形Y影坐标系统（图4.1）。
因此，运用地图投影的方法，建立地球表面和平面上点的函数关系，使地球表面上由地理坐标确定的点，在平面上有一个与它相对应的点。
地图投影的使用保证了空间信息在地域上的联系和完整性。
当系统使用的数据取自不同地图投影的图幅时，需要将一种投影的数字化数据转换为所需要投影的坐标数据。
投影转换的方法可以采用：1. 正解变换: 通过建立一种投影变换为另一种投影的严密或近似的解析关系式，直接由一种投影的数字化坐标x 、y 变换到另一种投影的直角坐标X 、Y 。
地理信息系统下的空间分析——第四章_栅格数据的空间分析方法
空值，有时也被称为null值，在所有操作符和函数中 对其处理方式是有别于任何其它值的。
被赋予空值的单元有两种处理方式：
（1）如果在一个操作符或局域函数、邻域函数中的邻域 或分区函数的分类区中的输入栅格的任何位置上存在空值， 则为输出单元位置分配空值。
（2）忽略空值单元并用所有的有效值完成计算。
6、关联表
栅格计算器由四部分组成左上部layers选择框为当前arcmap视图中已加载的所有栅格数据层列表双击一个数据层名该数据层便可自动添加到左下部的公式编辑中间部分是常用的算术运算符110小数点关系和逻辑运算符面板单击所需按纽按纽内容便可自动添加到公式编辑器中
第四章 栅格数据的空间分析算法
4.1 栅格数据 栅格数据是GIS的重要数据模型之一，基于栅格 数据的空间分析方法是空间分析算法的重要内容之 一。 栅格数据由于其自身数据结构的特点，在数据处 理与分析中通常使用线性代数的二维数字矩阵分析 法作为数据分析的数学基础。 栅格数据的空间分析方法具有自动分析处理较为 简单，而且分析处理模式化很强的特征。
地学信息除了在不同层面的因素之间存在着一定的制 约关系外，还表现在空间上存在着一定的制约关联性。
对于栅格数据所描述的某项地学要素，其中的某个栅 格往往会影响其周围栅格属性特征。准确而有效的反映这 种事物空间上联系的特点，是计算机地学分析的重要任务。 窗口分析是指对于栅格数据系统中的一个、多个栅格 点或全部数据，开辟一个有固定分析半径的分析窗口，并 在该窗口内进行诸如极值、均值等一系列统计计算，或与 其他层面的信息进行必要的复合分析，从而实现栅格数据 有效的水平方向扩展分析。
带面积的点的精度为加减半个单元大小。这是用基于单 元的系统来工作必须付出的代价。
图4.9：点特征的栅格数据表示
被赋予空值的单元有两种处理方式：
（1）如果在一个操作符或局域函数、邻域函数中的邻域 或分区函数的分类区中的输入栅格的任何位置上存在空值， 则为输出单元位置分配空值。
（2）忽略空值单元并用所有的有效值完成计算。
6、关联表
栅格计算器由四部分组成左上部layers选择框为当前arcmap视图中已加载的所有栅格数据层列表双击一个数据层名该数据层便可自动添加到左下部的公式编辑中间部分是常用的算术运算符110小数点关系和逻辑运算符面板单击所需按纽按纽内容便可自动添加到公式编辑器中
第四章 栅格数据的空间分析算法
4.1 栅格数据 栅格数据是GIS的重要数据模型之一，基于栅格 数据的空间分析方法是空间分析算法的重要内容之 一。 栅格数据由于其自身数据结构的特点，在数据处 理与分析中通常使用线性代数的二维数字矩阵分析 法作为数据分析的数学基础。 栅格数据的空间分析方法具有自动分析处理较为 简单，而且分析处理模式化很强的特征。
地学信息除了在不同层面的因素之间存在着一定的制 约关系外，还表现在空间上存在着一定的制约关联性。
对于栅格数据所描述的某项地学要素，其中的某个栅 格往往会影响其周围栅格属性特征。准确而有效的反映这 种事物空间上联系的特点，是计算机地学分析的重要任务。 窗口分析是指对于栅格数据系统中的一个、多个栅格 点或全部数据，开辟一个有固定分析半径的分析窗口，并 在该窗口内进行诸如极值、均值等一系列统计计算，或与 其他层面的信息进行必要的复合分析，从而实现栅格数据 有效的水平方向扩展分析。
带面积的点的精度为加减半个单元大小。这是用基于单 元的系统来工作必须付出的代价。
图4.9：点特征的栅格数据表示
ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程PPT-第4章 空间数据的转换与处理
图4.25 Import to CAD对话框
4.2 数据格式转换
2 栅格数据与ASCII文件之间的转换
（1）栅格数据向ASCII文件的转换 利用Conversion Tools工具箱，From Raster 工具集中的 Raster to ASCII 命令，可实现由栅格数据向ASCII文件的 转换。
60°0’0’’N
50°0’0’’N
40°0’0’’N 30°0’0’’N 20°0’0’’N
图4.2（b）投影坐标系下的经纬网
4.1 投影变换
• 4.1.1 定义投影
定义投影（Define Projection），指按照 地图信息源原有的投影方式，为数据添加投影 信息。在ArcGIS中利用Data Management Tools工具箱, Projections and Transformations工具集中的Define Projection命令，能够为数据定义投影。
4.3 数据处理
4.3.1数据裁切
数据裁切是从整个空间数据中裁切出部分区域， 以便获取真正需要的数据作为研究区域，减少不必要 数据参与运算。 1 矢量数据的裁切：可利用Analysis Tools工具箱， Extract工具集中的Clip命令
+
图4.28 Clip对话框
图4.29 Clip的图解表达
图4.19 数据格式转换工具
4.2 数据格式转换
基于文件的空间数据类型包括对多种GIS数据格式 的支持，如coverage，shapefile，grid，image和 TIN。Geodatabase数据模型也可以在数据库中管理 同样的空间数据类型。
表1 ArcGIS 中的数据类型
基于文件的空间数据 Coverages Shapefiles 基于数据库的空间数据 Oracle Oracle with Spatial
《GIS第四章》PPT课件
2）将同一地物在相邻图幅的空间数据在逻辑上连在一起。
三、生成拓扑关系
能够自动使矢量数据生成拓扑关系。 建立拓扑关系:根据相应的结点和弧段经过编码由计算机自动组织成线状或面状
地物。 基于拓扑关系，纠正拓扑错误的空间数据的编辑。
四、图形修饰与几何计算
系统应具备线型设置、颜色设置、注记设置和符号选择、创建、修改等功能, 几何计算：长度、面积
第四章 GIS空间数据输入与编辑
第一节 空间数据结构的建立
空间数据结构的建立是指根据确定的数据结构类型，形成与该数据结构相适应的 GIS空间数据，为空间数据库的建立提供物质基础。
一、空间数据结构建立的过程：
二、系统功能与数据间的关系
现代地理信息系统数据模式的一个重要特征是数据与功能之间具有密切的联 系(见下表)，因此，在确定数据内容时，首先必须明确系统的功能； ▪ 对开发的GIS系统的功能，是通过用户需求调查来确定的，因此，在开发 GIS系统之前，首先要进行系统分析。
1：测量控制点 11：平面控制点 1101：三角点 11011：一等 11012：二等 11013：三等 11014：四等 1102：导线点 12：高程控制点 13：其他控制点
2、制定编码必须遵守以下原则：
唯一性： 简单性： 可扩充性： 易识别性： 完整性： 标准化和通用性：有国家或行业标准的要按标准进行，没
不正规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。
(a)正常多边形
(b)不正规多边形
基于拓扑的GIS软件包能发现和显示拓扑错误， 并能有轻松消除拓扑错误的功能。基于拓扑 的GIS软件包有：ARCINFO、AutoCAD Map、 MGE、SPANS等
三、生成拓扑关系
能够自动使矢量数据生成拓扑关系。 建立拓扑关系:根据相应的结点和弧段经过编码由计算机自动组织成线状或面状
地物。 基于拓扑关系，纠正拓扑错误的空间数据的编辑。
四、图形修饰与几何计算
系统应具备线型设置、颜色设置、注记设置和符号选择、创建、修改等功能, 几何计算：长度、面积
第四章 GIS空间数据输入与编辑
第一节 空间数据结构的建立
空间数据结构的建立是指根据确定的数据结构类型，形成与该数据结构相适应的 GIS空间数据，为空间数据库的建立提供物质基础。
一、空间数据结构建立的过程：
二、系统功能与数据间的关系
现代地理信息系统数据模式的一个重要特征是数据与功能之间具有密切的联 系(见下表)，因此，在确定数据内容时，首先必须明确系统的功能； ▪ 对开发的GIS系统的功能，是通过用户需求调查来确定的，因此，在开发 GIS系统之前，首先要进行系统分析。
1：测量控制点 11：平面控制点 1101：三角点 11011：一等 11012：二等 11013：三等 11014：四等 1102：导线点 12：高程控制点 13：其他控制点
2、制定编码必须遵守以下原则：
唯一性： 简单性： 可扩充性： 易识别性： 完整性： 标准化和通用性：有国家或行业标准的要按标准进行，没
不正规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。
(a)正常多边形
(b)不正规多边形
基于拓扑的GIS软件包能发现和显示拓扑错误， 并能有轻松消除拓扑错误的功能。基于拓扑 的GIS软件包有：ARCINFO、AutoCAD Map、 MGE、SPANS等
ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程PPT-第1章-导论
• 水文分析（2个练习，3学时）
– 无洼地DEM生成 – 河网的提取 – 流域的分割
• 空间分析建模 （2个练习，3学时）
– 空间分析与建模的基本概念 – 图解建模 – 脚本文件
参考书目及考核
• 参考书目
– ARCGIS 8 Desktop 地理信息系统应用指南，清华大学出 版社，2002
– ARC/INFO应用与开发技术(修订版)，武汉大学出版社， 2002
图1.1 地理信息系统的构成图
GIS功能
• 数据采集与输入 • 数据编辑与更新 • 数据存储与管理 • 空间数据分析与管理 • 数据与图形交互
GIS应用领域
• 测绘与地图制图 • 资源管理 • 城乡规划 • 灾害预测 • 土地调查与环境管理 • 国防 • 宏观决策等
GIS发展趋势
• 网络GIS • 组件式GIS • 虚拟GIS • 时态GIS • 互操作GIS • 3S集成
• 数据的可视化表达 （1个练习，3学时）
– 数据的符号化（矢量数据、栅格数据的符号化） – 专题地图的编制（版面设计、制图数据操作、地图标注、
图幅整饰）
• 空间分析导论（1学时）
– 空间分析的数据模型 – 空间分析的基本原理与方法 – ArcGIS9空间分析模块和功能
• 矢量数据的空间分析（2个练习，5学时）
• 分析对象的维数 – 二维分析、DTM三维分析及多维分析
• 分析复杂性程度 – 空间问题查询分析、空间信息提取、空间综合 分析、数据挖掘与知识发现、模型构建
GIS空间分析应用
·水污染监测
·道路交通管理
·城市规划与管理
·地形地貌分析
·地震灾害和损失估计 ·医疗卫生
·洪水灾害分析
– 无洼地DEM生成 – 河网的提取 – 流域的分割
• 空间分析建模 （2个练习，3学时）
– 空间分析与建模的基本概念 – 图解建模 – 脚本文件
参考书目及考核
• 参考书目
– ARCGIS 8 Desktop 地理信息系统应用指南，清华大学出 版社，2002
– ARC/INFO应用与开发技术(修订版)，武汉大学出版社， 2002
图1.1 地理信息系统的构成图
GIS功能
• 数据采集与输入 • 数据编辑与更新 • 数据存储与管理 • 空间数据分析与管理 • 数据与图形交互
GIS应用领域
• 测绘与地图制图 • 资源管理 • 城乡规划 • 灾害预测 • 土地调查与环境管理 • 国防 • 宏观决策等
GIS发展趋势
• 网络GIS • 组件式GIS • 虚拟GIS • 时态GIS • 互操作GIS • 3S集成
• 数据的可视化表达 （1个练习，3学时）
– 数据的符号化（矢量数据、栅格数据的符号化） – 专题地图的编制（版面设计、制图数据操作、地图标注、
图幅整饰）
• 空间分析导论（1学时）
– 空间分析的数据模型 – 空间分析的基本原理与方法 – ArcGIS9空间分析模块和功能
• 矢量数据的空间分析（2个练习，5学时）
• 分析对象的维数 – 二维分析、DTM三维分析及多维分析
• 分析复杂性程度 – 空间问题查询分析、空间信息提取、空间综合 分析、数据挖掘与知识发现、模型构建
GIS空间分析应用
·水污染监测
·道路交通管理
·城市规划与管理
·地形地貌分析
·地震灾害和损失估计 ·医疗卫生
·洪水灾害分析
第4章GIS空间数据的处理-文档资料69页
图形的幅面处理 图形的拼接；图形的分割 ；窗口的剪裁;
空间数据坐标变换 投影变换；坐标变换；比例尺变换 ;几何校正;
空间数据结构的转换 矢量向栅格的转换 ； 栅格向矢量的转换；
空间数据格式的转换 系统间数据格式的转换
空间数据的插值 点的内插； 区域的内插。
2
4.2 空间数据处理基础
1、弧段和多边形的外接矩形 弧段坐标链中最大最小值Xmin Ymin Xmax
Ymax ) OR ( Xmax ≥ X1max ≥ Xmax ) AND ( Ymax
≥Y1max ≥ Ymax ) 其中Xmin， Ymin ， Xmax， Ymax ； X1min， Y1min ， X1max， Y1max 分别为两个外
接矩形。
4
2、点、线、面的捕捉和判断
1）点的捕捉 设图幅上有一点A（x,y）,要捕捉该点可设定一捕 捉半径D（通常为几个象素），当你选择点 S（x,y）离A点距离小于D，认为，捕捉A点成功。 实际中为避免作平方运算，常把捕捉区域设定成矩 形。 判断捕捉该点的逻辑表达式为： ( Xmin ≤Sx ≤ Xmax ) AND ( Ymin ≤ Sy ≤ Ymax )
15
一、 空间数据编辑
1、空间数据编辑的内容
1) 图形的编辑
• 图形几何数据的编辑;
• 图形的拓扑编辑 • 图形参数的编辑包括广义的空间数据编辑
即对图形装饰; 2) 属性数据的编辑
16
GIS编辑子系统
图形几何编辑 图形拓朴编辑
图形的装饰 属性编辑
删除 增加 修改 移动 拷贝
结点吻合、匹配 拓扑关系的检查
欧拉定理主要用于检查点、线、面中是否存在 多余或漏掉的图形元素。
22
空间数据坐标变换 投影变换；坐标变换；比例尺变换 ;几何校正;
空间数据结构的转换 矢量向栅格的转换 ； 栅格向矢量的转换；
空间数据格式的转换 系统间数据格式的转换
空间数据的插值 点的内插； 区域的内插。
2
4.2 空间数据处理基础
1、弧段和多边形的外接矩形 弧段坐标链中最大最小值Xmin Ymin Xmax
Ymax ) OR ( Xmax ≥ X1max ≥ Xmax ) AND ( Ymax
≥Y1max ≥ Ymax ) 其中Xmin， Ymin ， Xmax， Ymax ； X1min， Y1min ， X1max， Y1max 分别为两个外
接矩形。
4
2、点、线、面的捕捉和判断
1）点的捕捉 设图幅上有一点A（x,y）,要捕捉该点可设定一捕 捉半径D（通常为几个象素），当你选择点 S（x,y）离A点距离小于D，认为，捕捉A点成功。 实际中为避免作平方运算，常把捕捉区域设定成矩 形。 判断捕捉该点的逻辑表达式为： ( Xmin ≤Sx ≤ Xmax ) AND ( Ymin ≤ Sy ≤ Ymax )
15
一、 空间数据编辑
1、空间数据编辑的内容
1) 图形的编辑
• 图形几何数据的编辑;
• 图形的拓扑编辑 • 图形参数的编辑包括广义的空间数据编辑
即对图形装饰; 2) 属性数据的编辑
16
GIS编辑子系统
图形几何编辑 图形拓朴编辑
图形的装饰 属性编辑
删除 增加 修改 移动 拷贝
结点吻合、匹配 拓扑关系的检查
欧拉定理主要用于检查点、线、面中是否存在 多余或漏掉的图形元素。
22
地理信息系统教程(第4章 空间数据处理 2011-05-09)
3、投影变换
假定原图点的坐标为x,y(称为旧坐 标)，新图点的坐标为X，Y(称为新坐 标)，则由旧坐标变换为新坐标的基 本方程式为： 1、解析变换法 2、数值变换法 3、数值解析变换法
§4-3 空间数据格式转换
一、矢量向栅格转换
点：简单的坐标变换 线：线的栅格化 面：线的栅格化 +面填充 （一）线的栅格化 1、DDA法(数字微分分析法) 2、Bresenham算法 （二）面(多边形)的填充方法 1、内部点扩散法（种子扩散法） 2 3、边界代数法
a a a a a a b
a
576654323 … 优点：链码可有效地存贮压缩栅格数据，便于面积、长度、转折方向 和边界、线段凹凸度的计算。 缺点：不易做边界合并，插入操作、编辑较困难（对局部修改将改变 整体结构）。区域空间分析困难，相邻区域边界被重复存储。
第四章空间数据的处理
§4-4 空间数据的压缩处理
§4-3 空间数据格式转换
二、栅格向矢量转换
方法一，实际应用中大多数采用人工矢量化法，如扫描矢量化，该 法工作量大，成为GIS数据输入、更新的瓶颈问题之一。
方法二，程序转化转换（全自动或半自动）
过程为：
遥感影象图 分 类 图 扫描 二值化
栅格分类图
原始线划图
边界 提取 预 处 理
二值化 细化
编 辑
内插
外推
1、局部内插法 利用局部范围内的已知采样 点的数据内插出未知点的数据。
1）线性内插
将内插点周围的3个数据点的数据值带入多项式，即可解算出系数a0、a1、a2 。
2）双线性多项式内插
将内插点周围的4个数据点的数据值带入 多项式，即可解算出系数a0、a1、a2、a3 。 当数据是按正方形格网点布置:
GIS原理与应用教案——空间数据的处理
第四章空间数据的处理学习要求：把握数据处理的根本内容、途径和算法。
§4.1 矢量数据拓扑关系的自动建立矢量数据拓扑关系在空间数据的查询与分析中格外重要，矢量数据拓扑关系自动建立的算法是 GIS 中的关键算法之一，这里介绍其实现的根本步骤和要点：一、链的组织找出在链的中间相交，而不是在端点相交的状况，自动切成链；把链按肯定挨次存储，然后把链按挨次编号。
二、结点匹配结点匹配是指把肯定限差内的链的端点作为一个结点，其坐标值取多个端点的平均值。
三、检查多边形是否闭合检查多边形是否闭合可以通过推断一条链的端点是否有与之匹配的端点来进展。
四、建立多边形建立多边形是矢量数据自动拓扑中最关键的局部，由于其算法比较复杂。
先介绍了几个根本概念：顺时针方向构多边形、最靠右边的链、多边形面积的计算，然后介绍其实现的过程。
五、岛的推断论述多边形之间的一种关系。
岛的推断即指找出多边形相互包含的状况，也即查找多边形的连通边界。
六、确定多边形的属性多边形以内点标识。
内点的属性常赋于多边形。
§4.2 矢量数据的图形编辑图形编辑是订正数据采集错误的重要手段，其根本的功能要求是：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、面的捕获。
一、点的捕获图形编辑是订正数据采集错误的重要手段。
点的捕获就是计算机屏幕上进展图形编辑时如何依据光标的位置找到需要编辑的要素点。
1、点的捕获图4-2-1 图4-2-2但是由于在计算 d 时需进展乘方运算，所以影响了搜寻的速度，因此，把距离 d 的计算改为：二、线的捕获线的捕获就是计算机屏幕上进展图形编辑时如何依据光标的位置找到需要编辑的线。
方法是计算点到直线的距离。
图4-2-3 图4-2-4图4-2-5如图 4-2-5 所示，点 S(x,y)到直线段(x ,y ),(x ,y )的距离 d 的计算公式为： 1 1 2 2三、面的捕获面的捕获实际上就是推断光标点 S(x,y)是否在多边形内，假设在多边形内则说明捕获到。
空间数据的转换与处理课件
空间数据可视化表达
06
可视化技术概述
01
可视化技术
通过图形、图像、动画等形式将空间数据转化为直观的 视觉表达，帮助用户更好地理解数据。
03
02
常用可视化工具
如ArcGIS、QGIS、Tableau等，这些工具提供了丰富 的地图制作和可视化功能，支持多种数据格式和地图投 影方式。
可视化技术的发展趋势
土地利用数据采集
通过卫星遥感、GIS等技术手段获取土地利用现状数据。
土地利用变化检测
对比不同时期的土地利用数据，发现土地利用变化情况。
变化原因与影响分析
分析土地利用变化的原因和影响，为土地资源管理和可持续发展 提供决策支持。
自然灾害风险评估
灾害数据收集
收集历史灾害数据、地理环境数据、社会经 济数据等。
空间数据采集与获取
02
数据来源与类型
数据源
全球定位系统（GPS）、遥感卫星、 地图、实地调查等。
数据类型
矢量数据（点、线、面）、栅格数据 （像素、网格）、文本数据等。
遥感技术应用
遥感原理
利用电磁波与地表物体相互作用后的 反射和辐射特性，获取地表信息。
遥感图像处理
包括辐射校正、几何校正、图像增强等。
在空间数据处理中，数据格式的转换是常见的一步。由于不同的软件和应用可能使用不同的数据格式，因此需要将数据从一 种格式转换为另一种格式，以便于统一处理和分析。常见的格式转换包括将Shapefile格式转换为GeoJSON格式，或者将DXF 格式转换为DWG格式等。
数据清洗与整理
数据清洗与整理是去除数据中的错误、异 常和不一致性，以及整理数据使其符合特定 标准的过程。
数据分类
《GIS中的数据》PPT课件
（1） 逻辑误差
（2） 几何误差
✓ 点误差
✓ 线误差
精选PPT
各种逻辑误差
2.地图数据的质量问题
地图数据是现有地图经过数字化或扫描处理后生成的 数据。
（1）地图固有误差：是指用于数字化的地图本身所带 有的误差，包括控制点误差、投影误差等。
（2）材料变形产生的误差：这类误差是由于图纸的大 小受湿度和温度变化的影响而产生的。
精选PPT
附表：欧氏平面上空间对象部分拓扑和非拓扑属性
一个点在一个弧段的端点；
拓 一个弧段是一个简单弧段（弧段自身不相交）； 扑 一个点在一个区域的内部； 属 性 一个点在一个区域的外部；
一个面的连续性（给定面上任意两点，从一点可 以完全在面的内部沿任意路径走向另一点）。
非拓扑 属性
两点间的距离，弧段的长度； 区域的面积；
(3) 精度(Precision)：指数据表示的精密程度； (4)数据的不确定性(Uncertainty)：它是关于空间过程和特征不能被 准确确定的程度，是自然界各种空间现象自身固有的属性。 （5）空间分辨率：是两个可测量数值之间最小的可辨识的差异。
（6）比例尺：地图上的距离和它所表现的“真实世精界选”距P离P的T比例。
➢ 时间特征数据：是指地理实体的
时间变化或数据采集的时间等。对于现有的 大量GIS，由于它们并非是时态 GIS，或者 由于有些空间数据随时间变化相对较慢，有 时，把专题属性和时间特征数据统称为属性 数据。
精选PPT
环境污染程度图
二、空间数据的表示方法
一般地，表示地理现象的空间数据可以细分为： 类型数据：例如考古地点、道路线和土壤类型的分布等； 面域数据：例如随机多边形的中心点、行政区域界线和行政单元等； 网络数据：例如道路交点、街道和街区等； 样本数据：例如气象站、航线和野外样方的分布区等； 曲面数据：例如高程点、等高线和等值区域； 文本数据：例如地名、河流名称和区域名称； 符号数据：例如点状符号、线状符号和面状符号（晕线）等。
（2） 几何误差
✓ 点误差
✓ 线误差
精选PPT
各种逻辑误差
2.地图数据的质量问题
地图数据是现有地图经过数字化或扫描处理后生成的 数据。
（1）地图固有误差：是指用于数字化的地图本身所带 有的误差，包括控制点误差、投影误差等。
（2）材料变形产生的误差：这类误差是由于图纸的大 小受湿度和温度变化的影响而产生的。
精选PPT
附表：欧氏平面上空间对象部分拓扑和非拓扑属性
一个点在一个弧段的端点；
拓 一个弧段是一个简单弧段（弧段自身不相交）； 扑 一个点在一个区域的内部； 属 性 一个点在一个区域的外部；
一个面的连续性（给定面上任意两点，从一点可 以完全在面的内部沿任意路径走向另一点）。
非拓扑 属性
两点间的距离，弧段的长度； 区域的面积；
(3) 精度(Precision)：指数据表示的精密程度； (4)数据的不确定性(Uncertainty)：它是关于空间过程和特征不能被 准确确定的程度，是自然界各种空间现象自身固有的属性。 （5）空间分辨率：是两个可测量数值之间最小的可辨识的差异。
（6）比例尺：地图上的距离和它所表现的“真实世精界选”距P离P的T比例。
➢ 时间特征数据：是指地理实体的
时间变化或数据采集的时间等。对于现有的 大量GIS，由于它们并非是时态 GIS，或者 由于有些空间数据随时间变化相对较慢，有 时，把专题属性和时间特征数据统称为属性 数据。
精选PPT
环境污染程度图
二、空间数据的表示方法
一般地，表示地理现象的空间数据可以细分为： 类型数据：例如考古地点、道路线和土壤类型的分布等； 面域数据：例如随机多边形的中心点、行政区域界线和行政单元等； 网络数据：例如道路交点、街道和街区等； 样本数据：例如气象站、航线和野外样方的分布区等； 曲面数据：例如高程点、等高线和等值区域； 文本数据：例如地名、河流名称和区域名称； 符号数据：例如点状符号、线状符号和面状符号（晕线）等。
2024版《ArcGIS教程》PPT课件
01 ArcGISChapter软件背景及功能01020304用于城市空间布局、交通规划、公共设施选址等。
城市规划应用于环境监测、生态评估、自然保护区规划等。
环境保护支持灾害风险评估、应急响应、灾后重建等。
灾害管理用于精准农业、农业资源管理、农业气候分析等。
农业领域应用领域与案例01ArcGIS界面包括菜单栏、工具栏、图层窗口、属性窗口等部分。
020304常用操作习惯包括使用快捷键、定制工具栏、保存工作空间等。
图层管理是关键操作之一，涉及添加、删除、调整图层顺序和透明度等。
属性表编辑也是常用操作，用于查看和编辑空间数据的属性信息。
界面布局及操作习惯02数据管理与处理Chapter数据类型及格式支持栅格数据矢量数据以像素为单位的图像数据，支持GeoTIFF、ERDAS Imagine式。
属性数据导入数据导出数据数据转换030201数据导入与导出方法数据编辑与整理技巧编辑工具属性表编辑拓扑处理数据裁剪与合并03地图制作与可视化Chapter图层操作包括图层的添加、删除、重命名、调整顺序、设置可见性等基本操作，以及图层的属性设置、符号化、标注等高级操作。
图层概念图层是地图的基本组成单元，用于组织和管理空间数据，每个图层代表一种地理要素或现象。
图层属性图层属性包括空间范围、坐标系统、数据格式、字段信息等，可以通过图层属性窗口进行查看和修改。
地图图层概念及操作符号化表达方法符号类型ArcGIS提供了丰富的符号库，包括点符号、线符号、面符号等，用于表达不同地理要素的形状、颜色、大小等特征。
符号设置可以通过符号选择器选择合适的符号，也可以通过符号属性编辑器自定义符号的样式、颜色、大小等参数。
动态符号化根据地理要素的属性值动态设置符号的样式和颜色，实现地图的交互式表达。
01020304数据准备专题图设置专题图类型选择地图整饰专题图制作流程04空间分析功能介绍Chapter空间查询与统计方法空间查询空间统计空间插值缓冲区分析原理及应用缓冲区分析原理应用示例4. 结果分析与解释对叠加结果进行分析和解释，提取有用信息并应用于实际问题中。
GIS(地理信息系统)空间分析课件
总结词
研究人口分布与经济活动的空间 关联性，分析经济发展对人口分 布的影响，为区域经济发展提供 决策支持。
4. 成果应用
将分析结果应用于区域经济发展 规划、城市规划和人口管理等领 域。
自然灾害风险评估与应急响应案例
1. 数据准备
收集地质、气象、历史灾害等 数据，建立灾害数据库。
3. 应急响应
根据风险评估结果，制定应急 预案和救援措施，优化资源配 置。
叠加分析
将不同图层进行叠加，通过比较 和组合不同图层的属性信息，进 行分类、统计和综合评价。
统计分析
利用统计学原理和方法，对空 间数据进行处理和分析，挖掘 空间数据的内在规律和特征。
03
空间数据查询与可视化
空间数据查询
空间数据检索
01
根据地理坐标、属性信息等条件，快速定位和获取相关空间数
据。
多源数据融合
栅格数据
混合数据
同时包含矢量数据和栅格数据的空间 数据类型，兼具矢量数据和栅格数据 的优点，能够更好地满足复杂空间分 析的需求。
以网格形式表示地理空间，每个网格 单元代表一定地理区域，数据结构简 单，易于处理和分析。
空间分析基本概念
01
02
03
空间关系
指地理实体之间的相对位 置关系、拓扑关系、距离 关系等，是空间分析的基 础。
在空间自相关分析中，需要构建空间权重矩阵，以描述区 域单元之间的空间关系，常用的空间权重矩阵包括邻接矩 阵、距离矩阵等。
空间分布特征分析
空间分布类型
空间分布特征分析用于描述地理现象的空间分布类型，包括集中 型、分散型、均衡型等，以揭示地理现象的空间分布规律。
空间分布指数
通过计算各种空间分布指数，如集中度、分散度、均衡度等，对地 理现象的空间分布特征进行定量描述。
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4.1 投影变换
单击
图标
图4.3 Define Projection对话框 图4.4 Spatial Reference属性对话框
4.1 投影变换
4.1.2 投影变换
投影变换（Project）是将一种地图投影转换为另 一种地图投影，主要包括投影类型、投影参数或椭球 体 等 的 改 变 。 在 ArcToolbox 的 Data Management Tools工具箱,Projections and Transformations工具 集中分为栅格和要素类两种类型的投影变换，其中对 栅格数据进行投影变换时，要进行重采样。
4.1 投影变换
1.翻转（Flip）：是指 将栅格数据沿着通
过数据中心点的水
平轴线，将数据进
行上下翻转。利用 Flip命令，对数据 进行翻转。
图4.7 Flip对话框
翻转
图4.8 翻转（Flip）的图解表达
4.1 投影变换
2.镜像（Mirror）： 是指将栅格数据沿
着通过数据中心点
的垂直轴线，将数
图4.15 Shift对话框
移动
图4.16 移动（Shift）的图解表达
4.1 投影变换
6.扭曲 （Warp）： 是指将栅格
数据通过输
入的控制点
进行多项式
变换。利用 Warp命令， 对数据进行 扭曲变换。
原数据
三次多项式
图4.17 Warp对话框
一次多项式
二次多项式
图4.18 扭曲（Warp）的图解表达
80°0’0’’N 70°0’0’’N
图4.2（b）投影坐标系下的经纬网
60°0’0’’N
50°0’0’’N 40°0’0’’N 30°0’0’’N 20°0’0’’N
4.1 投影变换
• 4.1.1 定义投影
定义投影（Define Projection），指按照 地图信息源原有的投影方式，为数据添加投影 信息。在ArcGIS中利用Data Management Tools工具箱, Projections and Transformations工具集中的Define Projection命令，能够为数据定义投影。
重设比例尺
图4.12 重设比例尺（Rescale）的图解表达
4.1 投影变换
4.旋转（Rotate）： 是指将栅格数据沿
着指定的中心点旋
转指定的角度。利 用Rotate命令，对 数据进行旋转。
图4.13 Rotate对话框
旋转
图4.14 旋转（Rotate）的图解表达
4.1 投影变换
5.移动（Shift）：是 指将栅格数据分别 沿X轴和Y轴移动指 定的距离。利用 Shift命令，对数据 进行移动。
据进行左右翻转。 利用Mirror命令， 对数据进行镜像。
图4.9 Mirror对话框
镜像
图4.10 镜像（Mirror）的图解表达
4.1 投影变换
3.重设比例尺 （Rescale）：是指
将栅格数据按照指
定比例分别沿X轴 和Y轴放大或缩小。 Rescale命令，对数 据重设比例尺。
图4.11 Rescale对话框
4.1 投影变换
1 . 栅格（Raster）数据的投影变换：利用Data Management Tools工具箱, Projections and Transformations中Raster工具集,Project Raster命 令对栅格数据进行投影变换。
图4.5 Project Raster对话框
90°0’0’’
80°0’0’’N
70°0’0’’N
60°0’0’N
50°0’0’’N 40°0’0’’N
30°0’0’’N
20°0’0’’N
10°0’0’’N
图4.2 （a）地理坐标系下的经纬网
0°0’0’’
4.1 投影变换
180°0’0’’ 160°0’0’’W 140°0’0’’W 120°0’0’’W 100°0’0’’W 80°0’0’’W
4.1 投影变换
由于数据源的多样性， 当数据与所研究、分析问 题的空间参考系统（坐标 系统、投影方式）不一致 时，就需要对数据进行投 影变换。同样，在对本身 有投影信息的数据采集完 成时，为了保证数据的完 整性和易交换性，要对数 据定义投影。
图4.1 投影变换工 具
4.1 投影变换
180°0’0’’ 160°0’0’’W 140°0’0’’W 120°0’0’’W 100°0’0’’W 80°0’0’’W
第4章 空间数据的转换与处理
主要内容
• 投影变换 • 数据格式转换 • 数据处理
在GIS中，空间数据是一个重要的部分。整个 GIS都是围绕空间数据的采集、加工、存储、分析和 表现展开的。而原始空间数据本身通常在数据结构、 数据组织、数据表达上和用户自己的信息系统不一致， 就需要对原始数据进行转换与处理，如投影变换，不 同数据格式之间的相互转换，以及数据的裁切、拼接 等处理。以上所述的各种数据转换与处理均可以利用 ArcToolbox中的工具实现。
4.2 数据格式转换
空间数据的来源有很多， 如地图、工程图、规划图、照 片、航空与遥感影像等，因此 空间数据也有多种格式。根据 应用需要，对数据的格式要进 行转换。转换是数据结构之间 的转换，而数据结构之间的转 化又包括同一数据结构不同组 织形式间的转换和不同数据结 构间的转换。其中，不同数据 结构间的转换主要包括矢量到 栅格数据的转换和栅格到矢量 数据的转换。
4.1 投影变换
2 . 要素类（Feature）数据的投影变换 ：利用Data Management Tools工具箱, Projections and Transformations中的Feature工具集,Project命令， 对矢量数据进行投影变换。
图4.6 Project对话框
4.1 投影变换
• 4.1.3 数据变换
数据变换是指对数据进行诸如放大、缩小、翻转、 移动、扭曲等几何位置、形状和方位的改变等的操作。 对矢量数据的相应操作在ArcMap中Editor工具条的 若干工具实现（详见第三章）。而栅格数据的相应操 作则集中于ArcToolbox的Data Management Tools 工具箱Projections and Transformations中的 Raster工具集中，以下分别就栅格数据的翻转 （Flip）、镜像（Mirror）、重设比例尺（Rescale）、 旋转（Rotate）、移动（Shift）和扭曲（Warp）等 分别介绍。