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栅格、矢量结构在空间数据融合中的技术及应用初探
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来源： 作者：国学 发布时间：1969-12-31
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【摘 要】 地理信息系统的迅速发展和广泛应用导致了空间多源数据的产生，给数据的集成和信息共享带来不便。多数据格式是多源空间数据融合的主要原因，本 文对矢量、栅格两种地理信息系统中的主要空间数据结构的融合问题进行初步探讨，并展望了多源数据融合的发展方向。
【关键词】 空间数据 栅格结构 矢量结构 数据融合 展望
1 引 言
地理信息系统的一个重要部分就是数据。在GIS工程里，空间数据的获取占有很重要的地位。实际上，整个地理信息系统都是围绕空间数据的采集、加工、存储、分析和表现来展开的。为了充分利用已有的数据，降低成本，实现信息资源的共享，在GIS工程实施过程中，经常需要利用不同来源的各种空间数据。
由于GIS软件的多样性，每种软件都有自己特定的数据模型，造成数据存储格式和结构的不同。从数据结构上来说，矢量和栅格是地理信息系统中两种主要的空间数据结构。在数据的使用过程中，由于数据来源、结构和格式的不同，需要采用一定的技术方法，才能将他们合并在一起使用，这就产生了数据的融合问题。数字制图是GIS的重要组成部分，也是GIS的主要表现和输出形式。本文讲的空间数据的融合涉及GIS和数字制图，但侧重于在数字制图中，将同一地区相同坐标系统，相同比例尺的多种不同来源或不同格式的空间数据根据需要合并成一种新的空间数据。从需求分析上讲，需要进行数据融合的情况一般为对数据信息进行更改、更新、增加或者为了某种特定的需要。随着因特网的发展和GIS应用的日益广泛，多源数据的融合已成为迫切需要解决的问题。 zgwwW
2 栅格、矢量数据结构的概念
基于栅格模型的数据结构简称为栅格数据结构，是指将空间分割成有规则的网格，在各个网格上给出相应的属性值来表示地理实体的一种数据组织形式；而矢量数据结构是基于矢量模型，利用欧几里得（EUCLID）几何学中的点、线、面及其组合体来表示地理实体的空间分布。对于空间数据而言，栅格数据包括各种遥感数据、航测数据、航空雷达数据、各种摄影的图像数据，以及通过网格化的地图图像数据如地质图、地形图和其他专业图像数据。从类型上看，又分为：二值图、灰度图、256色索引和分类图(单字节图)、64K的高彩图(索引图、分类图和整数专业数据)(双字节图)、RGB真彩色图(3字节图)、RGBP透明真彩色叠加图等等。常用的数据格式的有TIFF、JPEG、BMP、PCX、GIF等。而矢量数据就更多，几乎所有的GIS软件都有自己特定格式的矢量数据。目前最常用的矢量数据格式有Arc/info的Coverage、e00， 方正智绘的mrg，Mapinfo的mif，AutoDesk的dxf、dwg，Intergraph的dgn等等。在GIS和数字制图中，同种数据结构本身以及两种数据结构之间的融合构成了空间数据融合问题的主要内容。
3 栅格数据之间的融合
在数字制图中和GIS工程中，经常用到不同来源、不同精度、不同内容的栅格图像数据进行复合而生成新的栅格图像。目前使用的各种多源图像处理与分析系统为栅格型地理信息系统的实现开辟一条新的途径,可实现栅格数据的各种融合。而在数字制图中，多源栅格图像数据之间的融合已经非常普遍。 zgwww.net
3.1 融合方法
在数字制图中，图像融合涉及色彩、光学等领域，在专业的图像处理软件（如ERDAS、PCI、PHOTOMAPPER）或一般的图像处理软件（如PHOTOSHOP）都可进行，主要是通过图像处理的方式透明地叠加显示各个图层的栅格图。一般要经过图像配准、图像调整、图像复合等环节。具体过程如下：
⑴ 图像配准。各种图像由于各种不同原因会产生几何失真，为了使两幅或多幅图像所对应的地物吻合，分辨率一致，在融合之前，需要对图像数据进行几何精度纠正和配准，这是图像数据融合的前提。
⑵ 图像调整。为了增强融合后的图像效果和某种特定内容的需要，进行一些必要的处理，如为改善图像清晰度而做的对比度、亮度的改变，为了突出图像中的边缘或某些特定部分而做的边缘增强（锐化）或反差增强，改变图像某部分的颜色而进行的色彩变化等。
⑶ 图像复合。对于两幅或多幅普通栅格图像数据的叠加，需要对上层图像做透明处理，才能显示各个图层的图像，透明度就具体情况而定。在遥感图像的处理中，由于其图像的特殊性，他们之间的复合方式相对复杂而且多样化，其中效果最明显、应用最多的是进行彩色合成。
3.2 应用分析
在实际应用中，栅格图像数据之间的融合目前最常用的有以下几个方面： zgwww.net
⑴ 遥感图像之间的融合。主要包括不同传感器遥感数据的融合和不同时相遥感数据的融合。来自不同传感器的信息源有不同的特点，如用TM与SPOT遥感数据进行融合既可提高新图像的分辨率又可保持丰富的光谱信息；而不同时相遥感数据的融合对于动态监测有很重要的实用意义，如洪水监测、气象监测等。
⑵ 遥感图像与地图图像的融合。这是当前应用较多的一种方法，一是遥感图像与栅格化的DEM融合生成立体的三维景观图像，显现逼真的现实效果；二是借助遥感图像的信息周期动态性和丰富性，经过与各种地图图像融合，可以从遥感图像的快速变化中发现变化的区域，进行数据的更新和各种动态分析。
⑶ 地图图像之间的融合。为了更加了解该范围的地形地貌情况，或者更全面地比较分析该地区各种资源的相互关系，对该地区不同内容的多种地图图像数据进行融合。如地形图和各种专业图像如地质图、土地利用图、地籍图、林业资源状况图等的融合，土地利用图和地籍图的融合等等。
4 矢量数据之间的融合
矢量数据是GIS和数字制图中最重要的数据源。目前很多GIS软件都有自己的数据格式，每种软件都有自己特定的数据模型，而正是这些软件的多样性，导致矢量数据存储格式和结构的不同。要进行各系统的数据共享，必须对多源数据进行融合。矢量数据之间的融合是应用最广泛的空间数据融合形式，也是空间数据融合研究的重点。目前对矢量数据的融合方法有多种，其中最主要的、应用最广泛的方法是先进行数据格式的转换即空间数据模型的融合，然后是几何位置纠正，最后是重新对地图数据各要素进行的重新分类组合、统一定义。 GEO.ZGWWW.COM
4.1 数据模型的融合
由于各种数据格式各有自己的数据模型，格式转换就是把其他格式的数据经过专门的数据转换程序进行转换，变成本系统的数据格式，这是当前GIS软件系统共享数据的主要办法。如Arc/Info和MapInfo之间的融合，需要经过格式转换，统一到其中的一种空间数据模型。该方法一般要通过交换格式进行。许多GIS软件为了实现与其他软件交换数据，制订了明码的交换格式，如Arc/Info的E00格式、ArcView的Shape格式、MapInfo的Mif格式等。通过交换格式可以实现不同软件之间的数据转换。在这种模式下，其他数据格式经专门的数据转换程序进行格式转换后，复制到当前系统中的数据中。目前得到公认的几种重要的比较常用的空间数据格式有：ESRI公司的Arc/Info Coverage、ArcShape Files、E00格式；AutoDesk的DXF格式和DWG格式；MapInfo的MIF格式；Intergraph的dgn格式等等。
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