第3章 空间数据二维可视化

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第三章第一节 概述

空间数据的二维可视化方法

GIS空间数据可视化实质是什么? 实质在于如何将存贮在GIS数据库中的空间数据以可以为 人们的视觉所感知的方式表现出来。 计算机中存贮的数据一般是二进制数据，不能为我们直 观识别，达不到可视化的需求，因此可视化实际包含了三部 三部 分的工作： 分的工作： 图形数据的检索及预处理 符号化 地图的输出。 地图的输出 空间信息可视化的数据流图如下：

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例如：要在计算机上显示长江

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首先需要在GIS数据库中找到有关长江的图形数据； 即：由离散点组成的河流中心线数据及所附带的宽度信 息等； 其次，数据必须经过必要的预处理(例如大比例尺显示可能 需要进行坐标插值和曲线光滑，小比例尺显示可能需要数 据压缩显示); 三，根据可视化需要，参照图式规范按比例尺符号化(例如河 流哪些部分单线显示，哪些部分双线显示); 四，在实际工作中不仅仅需要屏幕可视化，则涉及到地图输 出的问题(包括打印图件、输出文件等)。

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第二节 图形数据的检索及预处理 空间数据可视化是GIS中从数据输入到数据处理到数据输 出全过程都不可缺乏的技术工具。也是地理分析和决策成果 展示的必需手段。在空间数据可视化过程中，空间数据库是 处在核心位置，统一管理初始数据，基本数据及结果数据。 可视化时需根据可视化的目的，通过空间数据库的检索及预 处理工作，形成能够满足可视化需要的数据

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空间数据检索的工作要求: 1、空间可视化数据检索是对一定区域，一定属性组合的 地理对象进行。 可视化目的一经确定，其相应区域及要素内容也随之确定， 相应的，必须组织属性检索、区域检索、拓朴检索和各种特 定检索、组合检索得到全部应表达的地理对象。这种检索最 好能在可视化界面下进行，使观察全面，易于查错、编辑及 修改。 2、根据可视化目的，对可视化要素的质量和数量上进行 适应的概括。 即：对检索出对象的质量和数量进行分级分类的调正、变 更和合并。当然，当可视化目的所要求的分级分类与空间数 据库完全一致情况下，并不需要此工作。但是由于GIS用途十 分广泛，总是完全一致是不可能的，这一步不可缺少。 3、根据变更后的分类分级编码，确定、切换或建立相应 符号库，并建立与新的分类分级编码对应的映射表，如下图

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空间数据预处理空间数据从数据库中检索出来，到符号化之前的阶段，均 为数据预处理阶段，它主要解决大量空间数据间的以下几方 面问题： 投影变换 数据压缩 光滑 格式转换

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投影变换 当可视化数据来自多种不同

投影的空间数据库或可视化目 的地图投影与空间数据库数据所用投影不同时，就须要进 行地图投影变换，即把具有一种空间投影的数据转换为另 一种空间投影数据。以空间数据库投影向可视化目的投影 转换为例，设空间数据库投影为：

而目的地图投影为：

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可通过解析法或数值法，求得

利用所求数字表达式，将检索后的所有数据进行转换，形成 符合可视化要求的数据。

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解析法该方法适用于空间数据库数据所采用的投影具有反演 涵数，即对应用于3-1-1式有：

代入(3-1-2)式，即

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数值法当空间数据库信息采用投影方法较复杂时，难以求出投 影涵数的反涵数，此时可采用图形信息内的格网或特征结点 为基础，采用某多项式方程作为两种投影的变换函数，利用 这些点在两种不同投影下的坐标，求取相应的多项式系数， 达到空间信息转换的目的。

如双仿射变换

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该方法适用于转换区域少，投影变形差异不大的情况

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数据压缩 数据压缩方法很多,可使用间隔取点法、垂距和偏角法，但 这些方法具有舍去特征点的严重缺点；道格拉斯-普克 (Douglas-peucuer)法能够保留各级特征点，因而得到广泛使 用。其原理如下图，它是按一个线目标为组织单元进行数据压缩， 其逻辑步骤为：(1) 连接曲线首、末点为直线，直线所涵盖点 序称全程；(2) 由全程各点对该直线作垂线； (3)求各点到 垂足的垂距，取垂距最大且大于给定限差的点； (4)连接首点 与所取点直线，及末点到所取点直线；对此两线分别递归进行 (2)、(3)、(4)进程，直至再取不到点。

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该方法中，取点限差由人根据可视化目的给出，为0则无 压缩，限差大则压缩量大；在进行数据压缩过程中，每次 均找出全程上最大特征点一个，整个线目标最后由各程最 大特征点组成，且这些点具有足够大的特征偏差。

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数据光滑 数据光滑主要是针对曲线数据，在获取线特征点的基础 上，根据可视化要求，利用一定的方法对曲线点进行加密， 使得可视化后生成的光滑曲线。 数据光滑时的基本要求是曲线中轴线通过所有的已知特 征点序列，且保证所形成的曲线在各特征点处有连续的一阶 导数。 在曲线光滑方面已有大量方法，如正轴抛物线加权平均法， 斜轴抛物线法，五点求导分段三次多项式插值，三点求导分 段三次多项式插值、张力样条等法，它们各有特点。在此不 做介绍，有兴趣可查找有关计算机图形学方面书籍。

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格式转换 由于空间信息来源的多样性，特别是在网络环境下，系统 检索的数据可能来自于不同的数据平台，

其数据组织形式 具有较大的差异，为了完成空间信息的可视化表达，需要 对信息进行统一化处理，便于后续的图形可视化的实现， 这种将不同来源数据从格式上进行统一化处理的过程就称 为数据格式转换。

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第三节 空间信息的符号化表达

符号化就是利用设计的符号库，将检索并经过预处理后的 空间信息进行可视化表达，根据符号类别的不同，地图符 号分为： 矢量符号 栅格符号 本节主要介绍两种符号的生成方法

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矢量符号化 矢量符号是以点、线、面的组合实现图形的符号表达，它 的基本绘图元素是有向线段。在实际应用中，按使用符号 库方式的不同分为：

符号信息块方式 程序块方式

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符号信息块方式 符号信息块方式是将符号的有关结构信息存储在符号库中， 应用时只需给出定位信息，就可以通过平移、旋转等操作 实现空间信息的符号化。下面分别介绍不同类别符号的符 号化方法 点状符号信息块绘制 线状符号信息块绘制 面状符号信息块的绘制

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