2923.利用bufferanalysis矢量算法直接实现空间实体目标分析 【实现代码+毕业论文】 .doc

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1、目录摘要第一章 绪论11.1 缓冲区问题的提出及意义11.2 缓冲区分析实现的常用算法31.3论文的主要内容4第二章 建立空间对象缓冲区方法52.1空间对象的数据表示52.2建立空间对象缓冲区的原理7第三章 空间对象缓冲区生成算法的实现103.1基于矢量的空间对象缓冲区生成算法原理103.2基于栅格的空间对象缓冲区生成算法17第四章 基于矢量和栅格的缓冲区算法比较21结论23参考文献24致谢25摘要 本文对空间对象的缓冲区分析算法作了说明，讨论了分别利用图形学方法和图像处理的形态学方法建立地理信息系统中空间对象的缓冲区算法，并且就两种算法的异同做出了分析。 在矢量算法中，各类地理要素根据其空间

2、形态特征分为点、线、面三类，分别以计算机屏幕数据的点、线、面图形对象表示，进行缓冲区分析。在栅格算法中，地理空间被划分为规则的小单元（像元），空间位置由像元的行、列号表示。以膨胀法原理为基础，进行缓冲区分析。关键字：地理信息系统，缓冲区分析，矢量法，栅格法，膨胀法 ABSTRACT This paper illuminates the arithmetic of buffer analysis to spacial object. In this paper two arithmetic are discussed, one is based on the computer graphic t

3、echnology , the other is based on Mathematical Morphology. Then, the similarities and differences of such two arithmetic are discussed too. In the vector arithmetic, spacial objects are divided into threekinds, point、line、polygon, which are expressed by the graphic object on the computer screen. Buf

4、fer analysis is based on such kind of data. In the grid arithmetic, spacial objects are divided into grids.The spacial position is marked by the row and arrange of grids.This arithmetic is based on the expand method of Mathematical Morphology. Keywords: Geographical information system(GIS),buffer an

5、alysis, vector method, grid method ,expand method.第一章 绪论1.1 缓冲区问题的提出及意义1.1.1缓冲区分析问题的提出地理信息系统(Geographic Information System简称GIS)是一项以计算机为基础的新兴技术，围绕着这项技术的研究、开发和应用形成了一门交叉性、边缘性的学科。从20世纪60年代出现至今，只有短短40多年的时间，但是他的发展非常迅速，已经成为多学科集成并应用于多领域的基础平台，成为地学空间信息处理的重要手段和工具。地理信息系统具有空间数据的输入、存储、管理、分析和输出等功能，地理信息系统的主要目的是为了分

6、析空间数据，以提供空间决策支持信息，因此，空间分析是地理信息系统的主要功能，是核心，是灵魂。空间分析就是利用计算机对数字地图进行分析，从而获取和传输空间信息。由于空间分析对空间信息(特别是隐含信息）所具有的提取和传输功能，它已经成为地理信息系统区别于一般信息系统的功能特征，也成为评价一个地理信息系统功能的主要指标之一。缓冲区分析是地理信息系统最重要和最基本的空间操作功能之一。缓冲区分析是根据点、线、面实体基础，自动建立其周围一定宽度范围内的缓冲区多边形实体，从而实现空间数据在其领域得以扩展的信息分析方法。例如，公共设施（商场、邮局、银行、医院等）的服务半径，大型水库建设引起的搬迁，都是一个邻近

7、度的问题。城市的噪音污染源所影响的一定空间范围、交通线两侧所划定的绿化带，既可分别描述为点的缓冲区与线的缓冲区带。缓冲区分析的基本思想是给定一个空间物体(的集合)，确定它(们)的某邻域，邻域的大小由邻域半径R决定。因此物体Oi的缓冲区的定义如下：即对象Oi的半径为R的缓冲区是全部距Oi的距离d小于等于R的点的集合，d一般是指最小欧氏距离。 对于多个对象的集合： 其半径为R的缓冲区是单个对象的缓冲区的并，即：1.1.2 缓冲区分析问题的意义缓冲区信息处理在现实生活中有广泛的应用，可以从以下几个方面看：(1) 缓冲区分析在生态环境影响评价中的应用在特定的时空环境里,生态环境问题的产生是由于自然、人

8、为条件下各生态因子综合作用的结果,这些生态因子在不同程度上都具有某种地理含义。地理信息系统是对具有地理含义的因子进行统计、查询、分析的有力工具。因此,利用地理信息系统的相关技术来分析、评价生态环境问题的影响就显得理所当然。目前,在整个环境领域,地理信息系统的应用得到了蓬勃的发展,空间数据的建立、属性数据的逐步完善、空间数据与属性数据的链接等为环境的评价、管理与规划提供了一个简单、便捷、明晰的运作平台.随着生态环境问题的出现以及科技的进步和人们生态环保意识的提高,越来越多的人投向生态环境的建设与整治中或尽量减少对自然生态环境的干扰.但人类对生态环境的主观改造以及人类必须进行生产活动的效果与影响总

9、是具有隐蔽性和动态性的特点,其影响范围常常表现为一个趋势面.如何有效、直观地确定趋势面亦即影响范围的大小是生态环境影响评价面对的主要问题,地理信息系统的空间分析功能之一的缓冲区分析正是对这一趋势面加以分析的有力工具。例如,在环境治理时,常在污染的河流周围划出一定宽度的范围表示受到污染的区域;又如在飞机场,常根据健康需要在周围划出一定范围的区域作为非居住区等。（2）缓冲区分析在城市规划中的应用城市作为人口集中、规模庞大、结构复杂、不断发展的动态系统，它的发展变化不仅表现在人口的增加、经济的发展和功能的变化上，而且也表现在城市空间结构的变化上。城市空间结构的基本要素是核心、交通网络、节点以及不同土

10、地利用模式形成的面状区域。核心的作用无庸置疑，多数城市的生长都是由核心开始的。交通网络则是城市生长的骨架，这里的交通网络不仅包含城市内部的主干街道，而且包括城市对外交通干线，它往往形成城市的发展轴。节点可以是交通网络中重要的交叉点，也可以是重要的郊区小城镇或卫星城镇，它们是城市中人流物流能量流和信息流集聚和扩散的源地。正是这些基本要素决定了整个城市的扩展。缓冲区分析又可以称为空间影响分析，是地理信息系统中定量研究距离因素影响的重要工具。因而进行基于重点区域和交通线的缓冲区分析，可以定量地描述城市用地扩展过程以及空间分布。例如：在土地评测中，要根据离开交通线或繁华区的远近，进行地价估算；特定场所

11、的选址如大型超市、公园、疗养院要依靠诸如“靠近交通线”、“沿河流或濒临湖泊”、“包含林块和绿地”等有关缓冲区操作。（3）在地理数据结构化自动处理中的应用地理信息处理的实质是综合分析与评测，借此赋以地理实体相应重要性，为管理与规划决策提供依据和为它们的多比例显示奠定基础。然后，地图的地理信息的综合评价必须在信息结构化的基础上进行，对于简单的数字化面条数据是难以进行有效的分析和处理的。例如，河网树结构，地形线（山脊线与谷地线）的结构化（树结构的自动建立）都在递归地执行缓冲区操作。边防城镇、沿海港口和地形等信息有其独特的不言而喻的重要性，这些都是借助缓冲区操作而实现的。综上所述，缓冲区分析在现实生活

12、中有如此广泛的应用，所以，对缓冲区算法的研究非常的有必要。1.2 缓冲区分析实现的常用算法缓冲区生成矢量算法，特别是线缓冲区的生成算法，常见的有凸角圆弧法和角平分线法。凸角圆弧法是逐个求得每个线段单独的缓冲区，然后用多边形叠质算法依次合并。算法所生成的缓冲区边界，轴线转角尖锐的转折点的平行线交点随缓冲距的增大将会迅速远离轴线，这就会出现尖角和凹陷的失真现象。角平分线法由画逐个线段的简单平行线，尖角平滑矫正和自相交处理三步构成。角平分线的缺点是难以最大限度的保证平行曲线的等宽性。1.2.1凸角圆弧法原理 在轴线首末点处,作轴线的垂线并按双线或缓冲区半宽E截出左右边线的起迄点;在轴线的其它各个转折

13、点上,首先判断该点的凸凹特性,在凸侧用圆弧弥合,而在凹侧用与该点所关联的前后两邻边距轴线的偏移量为E的两平行线的交点来生成对应顶点（如下图）。由于在凸侧用圆弧弥合,使凸侧平行边线与轴线等宽。而在凹侧,平行边线相交在角分线上。图1.1 凸角圆弧法1.2.2角分线法原理 在轴线首末点处,作轴线的垂线并按双线或缓冲区半宽E截出左右边线的起迄点；在轴线的其它各个转折点上,用与该点所关联的前后两邻边距轴线的偏移量为E的两平行线的交点来生成两平行边线的对应顶点。如图1.2图1.2 角平分线法1.2.3栅格法原理栅格方法又叫点阵法，它将点、线、面矢量数据转化为栅格数据，进行像元加粗，然后作边缘提取；在原理上

14、比较简单，容易实现，但受精度的限制；并且内存开销大，所能处理的数据量受到机器硬件的限制。1.3论文的主要内容本论文对建立空间对象的缓冲区的矢量算法和栅格算法进行分析，探讨了这两种建立空间对象缓冲区算法的异同和应用范围。论文结构如下：（1）空间对象缓冲区的实现（2）建立点、线、面空间对象缓冲区的矢量方法（3）建立点、线、面空间对象缓冲区的栅格方法（4）建立点、线、面空间对象缓冲区矢量、栅格方法的比较分析第二章 建立空间对象缓冲区方法2.1空间对象的数据表示2.1.1空间数据的栅格模型和矢量模型在栅格模型中，地理空间被划分为规则的小单元（像元），空间位置由像元的行、列号表示。例如：一条道路由其值为

15、道路编码值的一系列相联的像元表示，要从数据库中删除这条道路，则必须将所有有关像元的值变成该道路领域的背景值。栅格数据模型的设计思想是将地理空间看成一个连续的整体，在这个空间中处处有定义。在本毕业设计中栅格法缓冲区分析针对的是二值化后的影像数据。其格式为*.bmp。矢量模型将地理空间看成是一个空间区域，地理要素存在其间。在矢量模型中，各类地理要素根据其空间形态特征分为点、线、面三类。点状要素用坐标点对表示其位置；线状要素用其中心轴线上的抽样点坐标串表示其位置和形状；面状要素用范围轮廓线上的抽样点坐标串表示其位置和范围。在本毕业设计中矢量法缓冲区分析对象是利用计算机屏幕数据的点、线、面图形对象。2.1.2 栅格数据BMP格式文件说明一个BMP文件大体上分成如下4个部分：BITMAPFILEHEADER（位图文件头）、BITMAPINFOHEADER（位图信息头）、Palette（调色版）、DIB Pixels（DIB图像数据）。1）