空间矢量数据的叠置算法-研究

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1、河南大学硕士研究生学位论文第1页第1章绪论空间信息系统(SpatialInformationSystem，SIS)是地球空间信息科学的技术系统，它是基于计算机技术与网络通信技术来解决与地球空间信息有关的数据的获取、传输、存储、管理、分析和应用等问题的信息系统⋯。而它的空间分析、预测预报与辅助决策的能力，是其研究的核心。地理信息系统(GeographicInformationSystem，GIS)是指在计算机软硬件支持下，运用系统工程与信息科学的理论和方法，综合地、动态地获取、传输、存储、管理、分析和利用地理信息的空间信息

2、系统，它是地理信息科学的技术系统。可以说GIS是空间信息系统的典型代表11‘5’。一般在不造成混乱的情况下，GIS和SIS两个术语是可以互相代用。1．1研究背景和意义空间分析是空间信息系统区别于一般信息系统、计算机地图制图系统与数据库管理系统的主要功能特征，也是评价一个空间信息系统功能的主要指标之一憎1。空间分析是基于空间对象的位置和形态特征的空间数据的分析技术，其目的在于提取和传输空间信息(特别是空间隐含信息)。利用空间分析技术通过对原始数据模型观察与实验，用户可以获得新的经验与知识，并以此作为空间行为的决策依据。空间

3、分析在城市规划与管理、水污染监测、洪水灾害分析、地震灾害和损失估计、矿产资源评价、地形地貌分析、道路交通管理和军事领域等领域都有广泛应用“。1。例如，可将地理信息与土壤、大气、噪声、水等环境要素的监测数据结合在一起对区域环境质量现状进行评价，利用空间分析功能，对整个区域的环境质量现状进行客观与全面的评价，以反映区域受污染的空间分布情况和污染程度。可以预见，空间分析技术必将在构建和谐社会的过程中发挥越来越重要的作用。叠置分析是一种重要的空间分析方法，也是众多空间分析方法的基础。叠置分析是指将同一地区、同一比例尺的两组或多组

4、专题图层进行叠置，产生一个具有多重属性的新的数据层的操作，其属性综合了参与叠置的两层或者多层地图要素的属性，从而满足用户的需求和协调决策的一种方法睁¨1。例如，通过叠置分析，可以提取某区域内的大气污染分布图和噪声分布图；将空间连续变化的雨量信息降雨专题图和行政区划图叠置，可以得到各行政区划内的平均或者最大降雨量图；将不同时间序列的海岸线图层进行叠置，可观察海岸线的沉陷、位置偏移等。根据不同的数据模型可将空间叠置分为栅格叠置和矢量叠置两种¨钔。栅格叠置第2页河南大学硕士研究生学位论文较容易实现，但其精度往往不能满足用户的要

5、求；与其相反，矢量叠置能达到很高的精度，但需要处理大量的矢量空间数据n引。由于空间数据量较大，常规算法难以满足用户对于时间的要求，因此，如何快速准确地完成矢量数据的叠置运算是空间分析中的关键技术之一。矢量数据的叠置分析有两步：几何求交与属性分配。几何求交过程是叠置分析的关键，本课题主要对叠置分析的几何求交过程进行研究，并将研究结果应用于旱涝风灾害预防决策支持系统中，使理论和实践有机的结合，在实践中验证理论。1．2研究现状空间分析的研究一直滞后于空间数据库与空间数据结构以及自动绘图技术和地图数字化的研究，它是建立在对空间数

6、据的有效管理之上的妇1。特别是在20世纪90年代以后，基于因特网技术和数据库技术的并行处理技术有了跨越式发展，但空间分析在理论上和技术上都没有根本性的突破。由于空间分析在实际应用中的重要作用，在1998年，美国UCGIS把空间分析列为当前GIS界十大重点问题之一，而且将其作为当今世纪GIS的19个研究方向之一，主要包括空间数据的采样和内插，空间统计学地理数据的空间统计分析，空间数据体系中地理边界及地图比例尺的作用，GIS数据结构与空间统计计算之间的关系等。叠置分析是空间信息系统中使用非常频繁的一种空间分析方法，是非常有效

7、的提取空间隐含信息的工具之一。矢量数据的叠置分析分为：点与多边形的叠置、线与多边形的叠置、多边形与多边形的叠置。点与多边形的叠置实际上是计算多边形对点的包含关系，常用的方法是射线法和转角法。线与多边形的叠置的核心算法是多边形的线裁剪。目前，对于矩形窗口线裁剪已经得到深入的研究，并且提出了许多有效的算法，如经典的Cohen．Sutherland算法n钉，I妇Sproull和Sutherland提出的便于硬件实现的中点分割法n引，我国学者梁友栋和Barsky提出的参数方法¨"。对于凸多边形窗口线裁剪，一个著名算法是由Cyru

8、s和Beck提出的n8。。该算法通过直线的方向矢量与窗口边内法矢量的内积来判断线段是否可见。上述这些算法都不适用于凹多边形窗口线裁剪，对凹多边形窗口的线裁剪目前还未出现公认的有效算法，但其意义很重要，有着广泛的应用前景。在线与多边形的叠置分析中，由于地图数据中的多边形可能是凸多边形、凹河南大学硕士研究生学位论文第3页