矢量数据栅格化的一种有效方法——环绕数法

矢量数据栅格化是GIS数据处理的一项重要任务。目前,已存在多种栅格化方法,但是每种方法都有各自的局限性。本文首次提出了环绕数法,它基于计算几何转角理论,通过计算跨越数来确定环绕数,是一种简单、高效、易于实现的栅格化方法。应用环绕数法,不但可以完成简单多边形的栅格化,而且可以完成自交多边形的栅格化。     

任意多边形间方向关系的计算及其可确定问题

提出了一种符合空间认知规律的栅格化处理的任意多边形间方向关系的计算方法，该方法计算结果与人眼的判断结果非常接近，在此基础上讨论了多边形间方向关系的可确定问题，并提出了一种基于8方向隶属零值个数的两个多边形方向关系可确定程度的判定方法。     

基于多源数据融合的山地型旅游区游客时空行为研究

随着旅游者对休闲娱乐类旅游需求的不断增加,山地型旅游区已成为最受欢迎的旅游目的地之一,利用新兴且高效的轨迹记录方式挖掘山地型旅游区游客在小尺度范围内动态的时空行为特征和制约因素,对旅游区线路设计和旅游产品优化尤为重要,也将为山地型旅游区的深化发展和科学管理提供建议。本文以湖北省恩施州恩施大峡谷为案例地,基于“六只脚”平台的GNSS轨迹及位置照片数据,结合GIS在线地图绘制的景区路网和从BigMap平台获取的POI数据,选择GNSS轨迹栅格化的概念模式解析出恩施大峡谷游客轨迹的时空行为特征,尝试探讨与其他类别旅游区时空行为特征的差异,从而总结出山地型旅游区的行为特征,并通过网络点评数据和游记文本等网络文本挖掘行为特征形成的影响因素。研究表明：① 月份和季相层面,游客行为5月游客量处于峰值,节日效应明显,短假期效应较强;淡旺季游客行为轨迹呈非集聚性,旺季游客量主要受气候条件影响呈不稳定态势;② 游客行为轨迹于11:00-14:00游客量达到顶峰,日内结束时间相对较早,且兴趣点选择偏向知名度高的七星寨景区;③ 空间分布特征层面,受时空因素控制,单一路径景区轨迹集中度较强;④ 不同性别的游客拍照行为均偏向于高质量景区,但分布状态存在差异,男性拍照行为多呈片状和线状分布,女性多呈点状分布。本研究尝试以新数据和新方法探讨山地型旅游区游客的时空行为特征,旨在促进山地型旅游地的持续和高质量发展。     

Errors prediction for vector-to-raster conversion based on map load and cell size

Vector-to-raster conversion is a process accompanied with errors.The errors are classified into predicted errors before rasterization and actual errors after that.Accurate prediction of the errors is beneficial to developing reasonable rasterization technical schemes and to making products of high quality.Analyzing and establishing a quantitative relationship between the error and its affecting factors is the key to error prediction.In this study,land cover data of China at a scale of 1:250 000 were taken as an example for analyzing the relationship between rasterization errors and the density of arc length(DA),the density of polygon(DP) and the size of grid cells(SG).Significant correlations were found between the errors and DA,DP and SG.The correlation coefficient(R2) of a model established based on samples collected in a small region(Beijing) reaches 0.95,and the value of R2 is equal to 0.91 while the model was validated with samples from the whole nation.On the other hand,the R2 of a model established based on nationwide samples reaches 0.96,and R2 is equal to 0.91 while it was validated with the samples in Beijing.These models depict well the relationships between rasterization errors and their affecting factors(DA,DP and SG).The analyzing method established in this study can be applied to effectively predicting rasterization errors in other cases as well.     

栅格化属性精度损失的评估方法及其尺度效应分析——以四川省1:25 万土地覆被数据为例

选择在600 m~30 km 16 个尺度上,在ArcGIS 中利用常用的面积最大值法(Rule ofMaximum Area,RMA) 对2005 年四川省1:25 万土地覆被矢量数据进行栅格化,并采用两种属性精度损失评估方法：传统的常规分析方法和一种新的基于栅格单元分析方法,来对比分析在这两种评估方法下RMA栅格化的属性(这里是指面积) 精度损失随尺度的变化特征。结果表明：(1) 在同一尺度下采用基于栅格单元方法分析所得的研究区平均属性精度损失大于常规分析方法分析得到的平均属性精度损失,且二者之间的差异在1~10 km内很明显,当栅格单元大于10km时,两种方法得到的平均属性精度损失的差值稳定,且其随尺度的变化曲线趋于平行;(2) 基于栅格单元分析方法不仅能够准确地定量估计RMA栅格化的属性精度损失,而且能客观地反映属性精度损失的空间分布规律;(3) 对四川省1:25 万土地覆被数据进行面积最大值法(RMA)栅格化的适宜尺度域最好不要超过800 m,在该尺度域内数据工作量适宜,且RMA栅格化属性精度损失小于2.5%。     

基于GPU的任意多边形相交面积计算方法

一直以来,任意多边形相交面积的高效计算都是地理信息系统中空间分析算法研究的重点。文中提出了一种基于GPU的栅格化多边形相交面积算法GPURAS,在此基础上,分别采用蒙特卡罗方法和遮挡查询技术进一步提出GPURASMC算法和GPURASQ算法,并证明了上述算法的正确性。实验对简单多边形、任意复杂多边形及大数据量多边形进行了测试对比,结果表明:GPURAS算法精度高,通用性较好但效率受CPU与GPU通信延迟的影响;GPURASMC算法效率较高但牺牲了部分精度;GPURASQ算法精度高、效率高但局限于特定运行环境。与基于CPU的传统算法相比,文中所提3种算法效率更高,在处理包含大量顶点的多边形时,效率提升尤为明显。     

气温数据栅格化中的几个具体问题

用地理信息系统软件ARC／INFO及4种空间插值方法，对中国617个气象站30年平均气温数据和1961年平均气温数据的栅格化试验发现，克立格插值方法的精度最高，反距离权重法次之，样条插值法的精度第三，趋势面插值方法的精度最低。利用多年平均气温数据和年平均气温的距平值进行气温数据的栅格化，虽然可以减少分析和计算量，但栅格化结果的精度比利用年平均气温数据直接进行栅格化的精度要低。气象站的实际高程与气象站经纬度对应的数字高程(DEM)上的高程不完全一致，但气温数据的栅格化完全依赖于DEM，用气象站实际高程建模进行气温数据栅格化的精度比用与气象站经纬度对应的DEM上的高程建模进行气温数据栅格化的精度要高。     

A topology-preserving polygon rasterization algorithm

Conventional algorithms for polygon rasterization are typically designed to maintain non-topological characteristics. Consequently, topological relationships, such as the adjacency between polygons, may also be lost or altered, creating topological errors. This paper proposes a topology-preserving polygon rasterization algorithm to avoid topological errors. Four types of topological error may occur during polygon rasterization. The algorithm starts from an initial polygon rasterization and uses a set of preserving strategies to increase topological accuracy. The count of the four types of error measures the topological errors of the conversion. Topological accuracy is summarized as 1 minus the ratio of actual topological errors to the total number of possible error cases. When applied to a land-use dataset with a data volume of 128 MB, 127,836 polygons, and extending 1352 km², the algorithm achieves a topological accuracy of more than 99% when raster cell size is 30 m or smaller (100% for 5 and 10 m). The effects of cell size, polygon shape, and number of iterations on topological accuracy are also examined.     

矢量数据属性信息无损栅格化的实现方法——以全国1:25万土地覆被数据为例

矢量和栅格是GIS应用中两种基本的地学数据格式。与矢量数据相比,栅格数据利于空间建模和空间分析,且是空间尺度分析应用中常用的数据格式。一般来讲,较大尺度的矢量数据,涉及到保密性和知识产权的问题,若将这类矢量数据栅格化后,所得栅格数据由于其空间坐标精度相对降低而更易于实现数据共享。随着地学信息收集技术的不断发展,栅格数据正逐渐成为地学应用主要的数据格式。然而,传统的栅格化是一个伴随有属性信息损失的过程,主要原因在于一个栅格单元区域内存在混合类型。针对现阶段栅格化过程中的这个问题,本文以2005年全国1:25万土地覆被矢量数据为例,提出了一种在ArcGIS软件环境下,依据"在一个单元格网中,一种土地覆被类型表达为一个GRID图层"的原则,结合POLYGRID命令及其{LOOKUP_TABLE} INFO文件进行土地覆被矢量数据无属性信息损失栅格化的方法。该方法可为相关研究人员在今后处理和分析地理空间数据的工作提供新的思路,以及为空间尺度的应用研究提供有价值的参考。     

基于流域GIS空间建模的雨洪模拟方法

基于多层次GIS空间分析模型技术,系统地建立了从流域雨洪过程相关影响因子栅格化处理到产汇流过程模型的集成化模拟方法,首次实现了对流域内任意栅格单元内河道断面的径流过程线的可视化测算。同时还对于模型中单元水流长度与河道单元流速率定方法进行了优化改进。实例分析结果表明:模型结构更为严谨、参数设置更为科学,改进的技术方法对于福建汀江十年一遇洪水场次的模拟结果精度有明显提高,能够满足相关海绵城市规划应用需求。