專利名稱：一種空間數據的融合方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種數據融合方法，尤其涉及一種空間數據融合方法，屬于農業(yè)與資 環(huán)環(huán)境空間信息技術領域。
背景技術：
目前，空間數據的融合技術在很多領域得到應用，以土壤空間數據融合為例，在進 行我國第二次土壤普查土壤圖數字化建庫過程中，發(fā)現在土壤圖中原來的許多基礎地理要 素的空間位置存在一些問題，與實際并不十分吻合，這主要是由于在當時制圖中導致的一 些誤差。另外，從目前來看，與當前的1 5萬國家基礎地理要素相比，諸多基礎地理要素 的空間范圍也發(fā)生了改變，如位置的變化等。這就要求目前土壤圖中所包含的空間數據需 要用新的基礎地理數據進行更新，但更新后會有不同形狀的細碎圖斑(包括不同形狀的圖 斑、長條形、不規(guī)則多邊形、圓形等)，這涉及到如何將細碎圖斑歸并的鄰近的土壤多邊形。 在這種情況下，我們考慮將居民地和(或)水系要素首先融合到鄰近的土壤中，然后再進行 更新，這樣，避免了由于先更新而導致的細碎圖斑。在融合過程中，由于水系或居民地形狀 很不規(guī)則，與周圍多個圖斑相毗鄰，若直接將水系或居民地融合到鄰近的土壤，會出現土壤 類型的不合理問題，顯然不能直接歸并，需要按照一定的比例進行歸并，這樣比較合理。同樣，在其它空間數據處理過程中，也存在類似的問題，同樣也有需要按照上面要 求進行處理。目前沒有現成的工具或算法進行空間要素按照合適的比例進行融合。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供了一種空間數據的融合方法。本發(fā)明基于按照比例進行融 合的思路，提出了空間數據矢量要素融合模型的算法，并進行了應用。為了達到上述技術目 的。本發(fā)明的技術方案為一種空間數據的融合方法，其步驟為1)在空間數據層的屬性數據中增加一整型字段CODE ；2)將要融合要素的CODE值設置為同一值，將每一非融合要素的CODE值分別設置
一唯一值，生成矢量圖；3)根據字段CODE值將矢量數據轉換為柵格數據，CODE字段對應轉換為柵格屬性 表字段VALUE ；4)將要融合要素的空間數據轉換為空數據；5)將要融合要素的空數據替換為鄰近的數據，生成不包含要融合要素的柵格數據 圖層；6)將5)所得的柵格數據轉換為矢量數據，生成矢量圖；其中，柵格數據屬性表字段VALUE轉換為字段GRIDC0DE ；7)從2)所得的矢量圖中提取要融合要素圖層，并用其對6)所得的矢量圖進行裁 切，生成裁切后的矢量圖；8)在7)所得矢量圖屬性表中增加一整型字段CODE，并將字段GRIDC0DE值賦給該 整型字段CODE后，刪除字段GRIDC0DE ；9)利用8)所輸出的圖層擦除2)所得的矢量圖，生成不包含要融合要素的矢量 圖；10)將不包含要融合要素的矢量圖作為參考，對8)所輸出的圖層進行邊緣節(jié)點匹 配；11)將不包含要融合要素的矢量圖與10)處理后的圖層進行合并后，根據字段 CODE將輸出的屬性表與2)所得矢量圖的屬性表進行關聯，獲取原始矢量圖中的所有其他 屬性字段，生成不包含要融合要素數據的新矢量圖。進一步的，對空間數據進行預處理，將空間數據轉換為設定條件的數據。進一步的，所述設定條件為數據格式為ArcGIS的shape格式、數據坐標系為投影 坐標系。進一步的，將不包含要融合要素的矢量圖作為參考，對8)所輸出的圖層進行邊緣 節(jié)點匹配的方法為a)獲取8)所輸出的圖層中所有要融合要素，保存到riverArray數組中；獲取不 包含要融合要素的矢量圖層中與要融合要素有公共邊的所有要素，保存到SoilArray數組 中；b)從 RiverArray 選取兩要素，設為 RiverPolygonl、RiverPolygon2，其中所選的 兩要素有相同的公共邊，記錄這兩要素在RiverArray中的標記號，放入三維數組Record 中；c)從 SoilArray 選取一要素，設為 SoilPolygonl，該要素同時與 RiverPolygonl、 RiverPolygoM有公共邊，將所選三個要素的公共點放入點集InterPointl中；d)從 SoilArray 選取一要素，設為 SoilPolygon2，該要素與 SoilPolygonl 有公共 邊、且其與 RiverPolygonl 或Riverp0lyg0n2 有公共邊，得到 SoilPolygonl、SoilPolygon2、 RiverPolygonl或RiverPolygon2三個多邊形要素的公共點，放入點集InterPoint2 ；e)分別從InterPointl、InterPoint2中循環(huán)取點，所取的兩點之間的距離小于設 定的容差，然后將從InterPointl中選取的點的坐標值賦給從InterP0int2中所選點，重新 構造RiverPolygonl、RiverPolygon2，并保存到新建的輸出圖層。所述生成不包含要融合要素數據的新矢量圖的方法為a)將不包含要融合要素的矢量圖與10)處理后的圖層進行合并；b)將合并后的矢量圖中CODE值為O的圖斑進行合并；c)選取CODE值為O的要素，檢測并消除新創(chuàng)建圖層中的空白圖斑，生成新的矢量 圖層；d)將新的矢量圖層中的復合圖斑分離為簡單圖斑，輸出矢量圖層和屬性表；e)根據字段CODE將輸出的屬性表與2)所得矢量圖的屬性表進行關聯，獲取原始 矢量圖中的所有其他屬性字段，將d)輸出的矢量圖層生成不包含要融合要素數據的新矢量圖。進一步的，將融合要素的CODE值設置為0，將每一非融合要素的CODE值分別設置 為一非0的唯一值，得到一矢量圖。進一步的，將字段CODE值作為柵格數據的灰度值，將空間數據轉換為柵格數據。進一步的，所述空數據為正數或負數。進一步的，所述空數據為整型或浮點型數據。進一步的，將所述空數據作為nibble命令中的掩模，然后利用nibble命令，生成 不包含要融合要素的柵格數據圖層。與現有技術相比，本發(fā)明的有益效果是1、構建了空間數據融合模型，提出了具體解決方法，實現自動化處理；2、可以在處理過程中比較多種要素的分布、變化情況，如圖2、3所示；3、解決了在融合過程中出現的細小圖斑。


圖1.本發(fā)明的方法流程圖2.增加CODE字段矢量土壤圖3.從原始土壤圖中提取的水系和居民地矢量要素圖4.進行柵格轉換后的柵格土壤圖5.水系和居民地要素被轉換為空值數據的柵格土壤圖
圖6.進行融合處理的柵格土壤圖7.融合后的柵格土壤圖轉換為矢量的土壤圖8.裁切后矢量土壤圖9.進行字段增加和賦值后的矢量土壤圖10.進行擦除后的矢量土壤圖11.邊緣節(jié)點匹配修正后的土壤圖12.完成屬性掛接的最終土壤圖。
具體實施例方式下面結合實際的空間數據(以土壤圖為例)和附圖對本發(fā)明進行進一步詳細描 述本模型的運行環(huán)境為地理信息系統(tǒng)軟件ArcGIS9. 3下運行；本發(fā)明的方法流程如 圖1所示第1步數據要求及數據預處理1. 1要求土壤空間數據為ArcGIS的shape格式，數據坐標系為投影坐標系，符合該 條件的數據不用進行轉換，不符合該條件的進行轉換成Shape格式和投影轉換，主要是保 證數據的一致性和便于模型的數據準備。完成數據一致性后，在土壤空間數據層屬性數據中增加一整型字段CODE(代碼)， 根據用戶需求，用戶可以自定義需要融合的要素(如水系、居民地等)，將需要融合的要素 記錄值設置為0 (設置為0的要素則將被融合)，不需要融合的要素CODE字段則賦值為非0的唯一整數值。如圖2所示。輸出數據層名Soil_origin。第2步數據融合與邊緣匹配2. 1用Feature to Raster命令，用第一步中所增加的字段CODE的數值作為柵格 數據的灰度值，將土壤圖轉換為柵格數據，CODE字段對應轉換后的屬性表字段VALUE。如圖 4所示。輸出數據層名Soil_Raster輸出屬性表字段VALUE COUNT2. 2用SetNull命令將土壤空間數據中的水系、居民地數據轉換為NoData(空數 據)數據，作為nibble命令中的掩膜。如圖5所示。輸出數據層名Soil_Null輸出屬性表字段VALUE COUNT說明=Nodata(空數據)柵格值可以是正數、負數，整型，浮點型數據，柵格也可以 是空數據，空數據代表缺失數據。Mbble:該命令主要功能是用最鄰近的柵格值替代掩膜對 應的柵格值。2. 3基于土壤柵格數據，用第步驟2. 2生成的數據作為掩膜，運行nibble命令(利 用鄰近原理將水系、居民地全部替換為鄰近的土壤類型)，將水系、居民地進行融合，生成不 包含水系、居民地要素的柵格土壤圖。如圖6所示。輸入數據層Soil_Raster、Soil_Null輸出數據層名Soil_Nibble輸出屬性表字段VALUE COUNT2. 4用Raster to Polygon命令將步驟2. 3的已經融合的柵格數據轉換為矢量數 據，生成新的矢量土壤圖。轉換過程中柵格數據屬性表字段VALUE自動轉換為GRIDC0DE， GRIDC0DE對應VALUE值。如圖7所示。輸出數據層名Soil_Vector新的矢量土壤圖屬性表字段ID GRIDC0DE2. 5用Select命令提取舊土壤圖中水系、居民地要素圖層。如圖3所示。輸出數據層名Soil_HYDRES2. 6用2. 5步驟所提取的原始土壤圖中水系、居民地要素圖層，對2. 4步驟中所生 成的矢量圖進行裁切(用Clip命令)，生成裁切后的矢量土壤圖。如圖8所示。輸出數據層名Soil_Clip輸出屬性表字段ID GRIDC0DE2. 7用Add Field命令在步驟2. 6生成的矢量土壤圖屬性表中增加整型字段CODE， 此時CODE字段的值為空。由于在步驟3. 1合并過程中，要求字段必須一致，此外，也便于進 行匹配，因此在該步驟中增加字段。2. 8 由于GRIDC0DE 與原始 CODE 字段值對應，用 Calculate Field命令將 GRIDC0DE 值賦給矢量土壤圖屬性表新增加的字段CODE，然后刪除GRIDcode字段。本步驟目的是進行賦值，GRIDC0DE值是柵格轉矢量時生成的，處理過程中不改變。 如圖9所示。
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輸出數據層名Soil_Clip輸出屬性表字段ID CODE2. 9用步驟2. 8輸出的圖層擦除(Erase命令)步驟1. 1原始土壤圖(Soil_ origin)，生成擦除后的原始土壤圖(不包含水系、居民地)。如圖10所示。輸出數據層名Soil_Erase輸出屬性表字段ID CODE2. 10由于步驟2. 8所生成的數據層由柵格轉換而來，與步驟2. 9輸出數據層 Soil_Erase會存在邊緣節(jié)點不完全匹配的情況，接邊的地方有一定程度不吻合，可以利用 步驟2. 9輸出數據層SoilErase作為參考，對步驟2. 8輸出數據層Soil_Clip進行邊緣節(jié) 點匹配，邊緣拼配進行一次即可。本發(fā)明中采用的邊緣節(jié)點匹配拼接思路為設置Soil_Erase和Soil_Clip分別是選擇的土壤圖層和河流、居民地圖層，Max seach raudis是可設定的容差，SoilUpdate FeatureClass output是輸出的新的河流、居 民地圖層。1)獲取全部河流、居民地圖層要素，保存到riverArray數組中；獲取土壤圖層要 素中能夠與河流、居民地有公共邊的所有要素，保存到SoilArray數組中；2)從riverArray選取兩個要素，要同時滿足兩個條件①兩個要素不是同一個要 素，②兩個要素有相同的公共邊，設為RiverPolygonl、RiverP0lyg0n2，記錄下這兩個要素 在riverArray中的標記號，放入三維數組record，這個三維數組是為了標記已經處理過的 兩個要素，使之不在作處理以節(jié)省時間；3)從SoilArray選取一個要素，要滿足條件同時與RiverPolygonl、 RiverPolygoM有公共邊，設為soilPolygonl，得到三個多邊形要素的公共點，放入點集 InterPoint 1，這個點集中的點就是要移動的點；4)從SoilArray選取一個要素，要同時滿足兩個條件①與soilPolygonl有 公共邊②與RiverPolygonl或RiverPolygon2有公共邊，設為soilPolygon2，得到 soilPolygonl、soilPolygon2、RiverPolygonl 或 RiverPolygon2 三個多邊形要素的公共 點，放入點集InterP0int2，這個點集中的點就是要移動到的點；5)分別從InterPointl、InterPoint2中循環(huán)取點，要滿足這兩個點之間的距 M /h T W^ i殳力 moveFromPoint> moveToPoint, ffi moveToPoint 白勺 X、Y ■豐示 ft 貝武 ^ moveFromPoint,重新構造RiverPolygonl、RiverPolygon2,并保存到新建的輸出圖層。如 圖11所示。輸入數據層Soil_Erase、Soil_Clip輸出數據層Soil_ClipNew輸出屬性表字段ID CODE。第三步，數據合并與輸出，掛接原始土壤中的屬性，生成最終不包含所選要素數據 的新土壤圖。3. 1用Merge命令將相鄰相同類型的新土壤圖進行合并，這一步是針對同類型不 同來源的要素的合并。輸入數據層Soil_Erase、Soil_ClipNew
輸出數據層Soil_Merge輸出屬性表字段ID CODE3. 2用Dissolve命令將土壤圖中CODE為0的圖斑合并，這一步是針對相同屬性值 仍為有0的記錄的要素進行合并。輸出數據層Soil_Dissolve輸出屬性表字段ID CODE3. 3用Select Layer by Attribute命令選取屬性CODE為0的要素，再用 eliminate命令對創(chuàng)建新圖層中的空白圖斑的檢測并消除細碎圖斑，生成新的矢量圖層。輸出數據層Soil_Elimi輸出屬性表字段ID CODE3. 4用Multipart to Singl印art命令將3. 3步融合過程中產生的復合圖斑分離 為簡單圖斑，生成新的矢量圖層。輸出數據層Soil_Single輸出屬性表字段ID CODE3. 5基于3. 4步驟所獲得的數據層屬性表與1. 1步驟中的原始土壤圖的屬性表通 過CODE字段進行掛接，獲得原始土壤圖中的所有其它屬性字段，最后生成掛接原始土壤屬 性的新土壤圖。如圖12所示。輸出數據層SoilJoin輸出屬性表字段ID CODE其他屬性字段。
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權利要求
一種空間數據的融合方法，其步驟為1)在空間數據層的屬性數據中增加一整型字段CODE；2)將要融合要素的CODE值設置為同一值，將每一非融合要素的CODE值分別設置一唯一值，生成矢量圖；3)根據字段CODE值將矢量數據轉換為柵格數據，CODE字段對應轉換為柵格屬性表字段VALUE；4)將要融合要素的空間數據轉換為空數據；5)將要融合要素的空數據替換為鄰近的數據，生成不包含要融合要素的柵格數據圖層；6)將5)所得的柵格數據轉換為矢量數據，生成矢量圖；其中，柵格數據屬性表字段VALUE轉換為字段GRIDCODE；7)從2)所得的矢量圖中提取要融合要素圖層，并用其對6)所得的矢量圖進行裁切，生成裁切后的矢量圖；8)在7)所得矢量圖屬性表中增加一整型字段CODE，并將字段GRIDCODE值賦給該整型字段CODE后，刪除字段GRIDCODE；9)利用8)所輸出的圖層擦除2)所得的矢量圖，生成不包含要融合要素的矢量圖；10)將不包含要融合要素的矢量圖作為參考，對8)所輸出的圖層進行邊緣節(jié)點匹配；11)將不包含要融合要素的矢量圖與10)處理后的圖層進行合并后，根據字段CODE將輸出的屬性表與2)所得矢量圖的屬性表進行關聯，獲取原始矢量圖中的所有其他屬性字段，生成不包含要融合要素數據的新矢量圖。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于對空間數據進行預處理，將空間數據轉換為 設定條件的數據。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于所述設定條件為數據格式為ArcGIS的 shape格式、數據坐標系為投影坐標系。
4.如權利要求1或3所述的方法，其特征在于將不包含要融合要素的矢量圖作為參考， 對8)所輸出的圖層進行邊緣節(jié)點匹配的方法為a)獲取8)所輸出的圖層中所有要融合要素，保存到riverArray數組中；獲取不包含 要融合要素的矢量圖層中與要融合要素有公共邊的所有要素，保存到SoilArray數組中；b)從RiverArray選取兩要素，設為RiverPolygonl、RiverPolygon2，其中所選的兩要 素有相同的公共邊，記錄這兩要素在RiverArray中的標記號，放入三維數組Record中；c)從SoilArray 選取一要素，設為 SoilPolygonl，該要素同時與 RiverPolygonl、 RiverPolygoM有公共邊，將所選三個要素的公共點放入點集InterPointl中；d)從SoilArray選取一要素，設為SoilPolygon2，該要素與SoilPolygonl有公共邊、 且其與 RiverPolygonl 或 RiverPolygon2 有公共邊，得到 SoilPolygonl、SoilPolygon2、 RiverPolygonl或RiverPolygon2三個多邊形要素的公共點，放入點集InterPoint2 ；e)分別從InterPointl、InterP0int2中循環(huán)取點，所取的兩點之間的距離小于設定的 容差，然后將從InterPointl中選取的點的坐標值賦給從InterP0int2中所選點，重新構造 RiverPolygonl、RiverPolygon2，并保存到新建的輸出圖層。
5.如權利要求4所述的方法，其特征在于所述生成不包含要融合要素數據的新矢量圖的方法為a)將不包含要融合要素的矢量圖與10)處理后的圖層進行合并；b)將合并后的矢量圖中CODE值為0的圖斑進行合并；c)選取CODE值為0的要素，檢測并消除新創(chuàng)建圖層中的空白圖斑，生成新的矢量圖層；d)將新的矢量圖層中的復合圖斑分離為簡單圖斑，輸出矢量圖層和屬性表；e)根據字段CODE將輸出的屬性表與2)所得矢量圖的屬性表進行關聯，獲取原始矢量 圖中的所有其他屬性字段，將d)輸出的矢量圖層生成不包含要融合要素數據的新矢量圖。
6.如權利要求1或3所述的方法，其特征在于將融合要素的CODE值設置為0，將每一 非融合要素的CODE值分別設置為一非0的唯一值，得到一矢量圖。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于將字段CODE值作為柵格數據的灰度值，將空 間數據轉換為柵格數據。
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述空數據為正數或負數。
9.如權利要求1或8所述的方法，其特征在于所述空數據為整型或浮點型數據。
10.如權利要求1或8或9所述的方法，其特征在于將所述空數據作為nibble命令中 的掩模，然后利用nibble命令，生成不包含要融合要素的柵格數據圖層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種空間數據融合方法，屬于農業(yè)與資源環(huán)境空間信息技術領域。本發(fā)明的方法為首先對數據進行預處理，將其轉化為統(tǒng)一格式的數據；然后對轉換后的數據進行融合與邊緣匹配；最后對處理后的數據進行合并與輸出，掛接原始數據中的屬性，生成最終不包含所選要素數據的新矢量圖。與現有技術相比，本發(fā)明實現了對空間數據融合的自動化處理，可在處理過程中比較多種要素的分布、變化情況，同時解決了在融合過程中出現的細小圖斑。
文檔編號G06T11/00GK101908215SQ20101023044
公開日2010年12月8日 申請日期2010年7月13日 優(yōu)先權日2010年7月13日
發(fā)明者冀宏杰, 劉麗正, 劉冰, 吳章生, 岳現錄, 張懷志, 張維理, 張認連, 徐愛國, 武淑霞, 陳斌, 雷秋良 申請人:中國農業(yè)科學院農業(yè)資源與農業(yè)區(qū)劃研究所