13. 矢量数据处理¶

[sec:vectdat]

GRASS 和GRASS 的矢量数据的不同文件结构已在[sec:grassdata]中的图[abb:datenbank]里表明。正由于结构的不同，所以新、旧矢量数据可以在相同的区域/地图集中一起创建和管理。此外，数据从GRASS 转换到GRASS 时文件名称保持不变。模块将GRASS 的老的矢量数据转换为新的矢量格式：

v.convert in=grass5old_vector out=grass60_vector
g.region -p vect=grass60_vector
v.info grass60_vector
v.db.connect -p grass60_vector
d.vect grass60_vector

如果需要，也可以通过ASCII或Shapefile格式(推荐后者)将GRASS 的矢量数据转换为旧的矢量格式。注意，GRASS 的旧的矢量格式只能够存储一个属性和一个标签。在使用的时候，GRASS 能够用参数显示属性字段：

# EXPORTING VECTOR MAP FROM GRASS AS SHAPE
v.out.ogr in=grassnew_vector dsn=. layer=vector_areas type=area

# IMPORTING SHAPE INTO GRASS 5.0/5.4
v.in.shape -d in=vector_areas.shp

Attribute layers available in vector_areas.shp:
1: ShapeID [int4:4]
2: TypID [int4:2]
3: Name [text:50]
4: TypName [text:50]

v.in.shape in=vector_areas.shp out=vector attr=TypID label=TypName
...

13.1. 网络分析¶

[shpath]

通常，网络分析基于矢量的拓朴关系。由于GRASS是拓朴型GIS(这由DGLib(Directed Graph Library)提供)，所以有多种网络分析模块：

最短路径分析(和)
子网络(Subnets)分析()
最小Steiner树()
旅行商问题()
成本分析()

作为一个例子，医院蓄水池最佳位置的选择将在第[sec:optalloc]章中说明。

13.1.1. 最短路径分析¶

两点间的最短路径可以用两种不同的方式来确定。默认情况下，矢量的长度用作成本源。其它的属性，像道路的限速或道路的状况，也能够用来计算路径。成本信息可以赋给矢量的两个方向。节点的属性(如道路交叉口的红绿灯时间)也可以考虑。

直接计算GRASS监视器上两点间的最短距离。在此过程中，通过鼠标控制模块，并且在屏幕上直接显示结果。

该模块只适用于两点(起点和终点)的情况，如果想使用更多的点或者想保存生成的地图，那么就必须使用模块。

与相似，但需要更多的参数。另一个不同是，它会生成一个新的包含结果的矢量地图。因此，该模块允许用户将生成的路径单独保存在矢量数据集中。

该模块的一个应用是基于路网计算最短路径。FRIDA的Osnabrueck数据可以作为示例数据。下面的命令可以找到点40和点71间的最短路径。

echo "1 40 71" | v.net.path mygraph out=mypath

为了使用行驶方向，在计算中可以加入’’forward’’和’’backwards’’字段。

输出地图被创建，它包含了给定点间的最短路径。

13.1.2. 子网络分析¶

模块能够在给定的网络中计算出子网络。例如，它能够用来计算一个城市中几个警察局的服务范围，然后可以利用这些信息使他们满足特殊的情况。这一应用将在第[sec:optalloc]章中详细地说明。

13.1.3. 最小Steiner树¶

最小Steiner树(Minimum Steiner Tree)描述了网络节点的最优连接。下面的例子可以帮助我们理解：

假定一个城市分布着几个医院，他们需要新的网络来提供电视医疗服务。目标就是要沿着公路尽可能好地铺设必需的管线，使得所需管线最少并且所有的医院连成新的网络。模块可以完成该任务。

13.1.4. 旅行商问题¶

旅行商问题(Travelling-Salesman-Problem)是要确定不同点间的最优路径。例如，一个城市中分布着几个医院，一个医药公司的代表团要访问这些医院。模块能够为旅行者计算出最优路径 – 可能是是距离最短，也可能是时间最少。

v.net.salesman in=hospital_net out=pharmarepresentative ccats=40-215

13.1.5. 成本分析¶

模块可以在矢量网络上进行成本分析。这意味着等距离的计算，也可以看作一个点周围的同心距离的计算。因此，可以基于矢量长度或其它属性计算”运行长度”(如排水管线系统)。

13.2. 数据的相交、叠置和合并¶

[overlay:sub:main]

在GRASS中可以通过进行矢量数据的相交、叠置或合并。

[abb:vmapd]

我们将用一个简单的例子来说明这些步骤，使用德国的VMAP0数据。该数据集包含了德国的政区界线、内陆航道、道路、铁路以及高程数据，已将它们重新投影并且准备好了。数据可以从下面列出的站点下载： http://www.gdf-hannover.de/download

首先，需要导入必需的shapefile数据。GRASS会用shapefile自带的投影信息为它自动创建一个新的区域。

# create location from within a GRASS session:
v.in.ogr pol_borders.shp out=pol_borders location=germany
exit


# Re-start with the newly created location:
grass60 /home/user/grassdata/germany/PERMANENT
v.in.ogr -e dsn=./inlandwaterways .shp out=inlandwaterways
v.in.ogr -e dsn=./roads.shp out=roads
v.in.ogr -e dsn=./railways.shp out=railways
v.in.ogr -e dsn=./heightpoints.shp out=heightpoints

13.2.1. 数据的合并¶

[union]

只有将多边形地图当作输入地图(参数)时才能够进行数据的合并。作为例子，我们将政区界线与内陆航道合并在一起：

v.overlay ainput=pol_borders binput=inlandwaterways \
output=lakeinborders operator=or

在控制结果地图的属性表时，两个输入地图的类别值都得以保留。GRASS会创建一个联合表，每个字段都会有一个相应的前缀(或)来表明源数据集。

13.2.2. 数据的相交¶

[intersect]

当两幅矢量地图相交时，最终的地图只保留两幅输入地图中共有的区域，其它的区域全部丢弃：

v.overlay ainput=pol_borders binput=inlandwaterways \
output=borderswherelakes operator=and

本例中，最后的地图只显示内陆航道所在的区域。

13.2.3. 数据的裁切¶

[cutout]

数据的裁切与数据的合并相反，最终的地图显示了中没有被覆盖的要素：

v.overlay ainput=pol_borders binput=inlandwaterways \
output=borderswherenolakes operator=not

13.2.4. 数据的叠置¶

[overlay]

在叠置的过程中，只要不被覆盖，那么或的要素都会保留。下面的例子表明，只要不被覆盖，那么和的要素都会出现在结果图上。

v.overlay ainput=inlandwaterways binput=pol_borders \
output=bordersoverlakes operator=xor

13.3. 数据的提取¶

[extract]

模块能够从地图中提取几何形状和属性，并把它们存储为新的地图。在接下来的例子中，下萨克森联邦州的政区界限将从中提取出来。

v.extract in=pol_borders out=pol_borders_nds type=area new=-1 \
where="nam='NIEDERSACHSEN'"

13.4. 数据的选择¶

[select]

地图包含了整个德国最为重要的道路，假定下萨克森联邦州的道路是工程中感兴趣的部分。为了将它们提取出来，需要基于下萨克森联邦州的政区界线(地图)将这些道路从地图中选择出来。为此我们要使用模块：

13.5. 拓朴的管理¶

[vclean]

要创建、分析、修复矢量的拓朴信息，可以使用和。

v.build

模块是GRASS 中的后继版本。它可以重组拓朴信息，通常会自动地完成。此外，它还有DUMP功能，能够将拓朴或’空间索引’信息传到标准输出上。

v.clean

模块允许用户改变或修复矢量的拓朴。现在有12中拓朴操作，下面简要地介绍一下。

break: 在线的交点处将线打断，并以节点替代交点。

rmdupl: 删除重复的线。请小心处理属性。

rmdangle: 删除悬挂边。请考虑容限值。

chdangle: 改变悬挂边的数据类型，由边界(boundary)改为线(line)。请考虑容限值。

rmbridge: 删除面与岛或岛之间的，拓朴上非法的连接。

chbridge: 改变面与岛或岛之间的连接的数据类型，由边界改为线。

snap: 依据容限值，将线连接起来。

rmdac: 删除多边形中重复的质心。

bpol: ’拓朴清理’，用于不带拓朴信息的数据(如Shapefile)。创建一个新的拓朴，有清晰的顶点到线的关系。

prune: 依据线和边界的容限值删除顶点，不改变或破坏原有的拓朴关系。

rmarea: 依据容限值删除小区域，并将它们归入邻近的最大的面中。

rmsa: 消除线和节点间的小角度。

13.6. GRASS中的数字化¶

[vdigit]

在重新设计矢量要素的过程中，数字化模块也被重写了。该模块实现为单独的图形菜单，大多数重要的功能都以按钮集成其中。

[H]

[abb:vdigit]

在介绍简短的例子，说明新的数字化模块的用法之前，我们先简要介绍一下所有重要的功能和它们的属性，对照着图[abb:vdigit](从左往右)。

数字化新的点：用来数字化一个新的矢量点。该功能的选项是的分配和点的类别值。本例中有下列的可能性：、和。如果数据库中有合适的属性表，那么在要素数字化完以后它会自动打开(见图[abb:digatt])。这些选项也同样适用于下面的、和。

数字化新的线：用来数字化一个新的矢量线。

数字化新的边界：用来数字化一个新的封闭的边界(矢量线)。如果数据库中有合适的属性表，那么在要素数字化完以后它会自动打开。一个面数字化以后，分配到该面的属性不与边界相关，而与质心相关。因此，会在新的面中插入质心(请参阅)。所以，在并且想完成面时，需要将类别的模式设置为。

数字化新的质心：用来在新的面中数字化一个新的质心。如果数据库中有合适的属性表，那么在要素数字化完以后它会自动打开。属性通过质心与面相关。

移动顶点：允许用户移动顶点。属性无法关联到顶点上，同时注意顶点(vertex)不是节点(node)。矢量点和质心不是顶点，不能用该功能修改。这同样适用于和。

添加顶点：允许用户添加顶点。

删除顶点：允许用户删除顶点。

分割线：可以在线的任何位置将其打断。这里会插入一个新的节点用来连接两条线，同时会关联额外的属性。

移动点、线、边界或质心：允许用户移动矢量点、矢量线和质心。如果一个面被许多节点断开，那么整个面无法移动，只能移动相应的边界。

删除点、线、边界或质心：允许用户删除矢量点、矢量线和质心。如果一个面被许多节点断开，那么整个面无法删除，只能删除相应的边界。

随意放大：用过鼠标在地图上拉框来放大地图。相应地，鼠标键分配的改变会同时在菜单中显示出来。鼠标键的分配与模块的一致。

缩小：以预定义的增量自动缩小地图。

漫游：允许用户在地图上漫游。移动的增量是内部定义的，无法改变。目前，漫游模块和数字化模块之间的关联依然没有，’橡皮条’功能也没有。

缩放到默认范围：将项目的范围设置为默认的范围()，并重新显示地图。

缩放到某一范围：将项目的范围设置为以前保存过的范围。用命令和参数可以保存一个范围。

重绘：删除监视器中的内容并重绘。这个功能是必需的，例如，在改变背景地图的时候。

显示类别：通过鼠标选择，来显示和改变类别值以及单个要素(点、线、边界和质心)的分配。

显示属性：通过鼠标选择，来显示和改变单个要素(点、线、边界和质心)的属性值。分配、类别值和关键字段也会作为额外信息来显示。在保存属性的时候可以选择相应的’编码’，当前可用的有和。

设置：允许用户为数字化过程定义不同的基本设置，包括改变监视器上显示的符号颜色()，设置’捕捉容限’()，用户能够创建属性表()，确定数字化地图()，它能处理多幅矢量或栅格格式的地图。

退出：数字化完成后，点退出模块。所有的编辑都会保存在地图中，并且会自动重构拓朴信息。

[digiexamp]

作为例子，我们不打算数字化过多的Spearfish地区的地形信息，基于TK 1:24000的地图(见图[abb:tkspear])。地形图(作为GRASS的示例数据集)已经由South Dakota Geological Survey (SDGS)明确地、以教学为目的随GRASS一起发布了。它们可以在下面的站点下载到http://grass.itc.it/download/data.php。

# Download Spearfish demonstration location and TK24
wget http://grass.itc.it/sampledata/spearfish_grass57data.tar.gz
wget http://grass.itc.it/sampledata/spearfish_toposheet.tar.gz

# Unpack Spearfish location in grassdata and start GRASS
tar xvzf spearfish_grass57data.tar.gz /home/user/grassdata/
grass60 /home/user/grassdata/spearfish57/PERMANENT

# Importing TK24 (GeoTiff) into the location
tar xvzf spearfish_toposheet.tar.gz
r.in.gdal -e in=spearfish_topo24.tif out=tk24

# Visual control
g.region rast=tk24 -ap
d.mon x0 d.rast tk24

出于训练的目的，我们假定Spearfish东部的’Lookout Peak’周围的休闲区为数字化区域。为了采集到点、线和面数据，我们将POI(point of interest) ’Lookout Peak’、高程信息和森林数字化为三个专题图(见图[abb:tkspear])。

[H]

[abb:tkspear]

将新创建的矢量数据存入单独的、用户指定的地图集中。您需要退出GRASS(为了退出PERMANENT)，并以一个新的地图集重新启动：

# Exit GRASS
exit

# Start GRASS again and create a new mapset
grass60 (indicate the new name of the mapset in GUI or in the console)
[STRG][ESC]

为了数字化POI ’Lookout Peak’，我们需要启动模块，并用参数创建一个新的地图。将导入的地形图以底图加载：

# Start digitizing module and create new blank map
d.mon x0
g.region rast=tk24
v.digit -n map=lookout bgcmd="d.rast tk24"

(见图 [abb:vdigit])的GUI自动启动，并且TK24作为底图加载到GRASS监视器中。现在创建一个新的属性表，包含一个额外的字段，使用按钮(见图[abb:cretab])。

[H]

[abb:cretab]

然后，放大到Spearfish的东部，在’Lookout Peak’的位置数字化一个点(见图 [abb:tkspear])。要完成这一过程，先点击按钮，在地图上找到合适的位置，然后以鼠标左键点击这个位置。

这时一个图形窗口会自动打开，在这里您可以为点输入属性值。本练习中类别值为视点的名称。在窗口中点击鼠标，在字段中输入’Lookout Peak’，然后点击按钮将新记录添加到属性表中。消息可以确认添加已成功。

现在，点击按钮关闭模块。这样，新创建的地图会自动保存，拓朴也会建立：

Building topology ...
1 primitives registered
0 areas built      0%
0 isles built
Topology was built.
Number of nodes     :   1
Number of primitives:   1
Number of points    :   1
Number of lines     :   0
Number of boundaries:   0
Number of centroids :   0
Number of areas     :   0
Number of isles     :   0

接下来的练习是数字化POI周围的100米高程的等高线。和前面的练习一样，需要重新启动并用参数自动创建一个新地图。重要的地形图以底图加载：

# Start the digitizing module and create new blank map
d.mon x0
g.region rast=tk24
v.digit -n map=contour_lines bgcmd="d.rast tk24"

(见图 [abb:vdigit])的GUI自动启动，并且TK24作为底图加载到GRASS监视器中。现在创建一个新的属性表，包含一个额外的字段，使用按钮(见图[abb:cretab])。

下一步再次放大到Spearfish的东部(见图 [abb:tkspear])，点击开始数字化线。接着在监视器上选择一条主要的线，以鼠标左键在监视器上数字化。鼠标按钮的分配可以在GUI中找到。这里也可以确定和类别值的分配。

[H]

[abb:digatt]

线的数字化一完成，就会打开一个图形窗口，这里您可以输入属性值(见图 [abb:digatt])。本练习中类别值为线的高程值。点击窗口，在字段中输入高程(如4200)，然后点击按钮将新记录添加到属性表中。消息可以确认添加已成功。

一旦数字化完成，就使用按钮退出。这样，地图会自动保存，拓朴也会建立：

Building topology ...
825 primitives registered
0 areas built
0 isles built
Topology was built.
Number of nodes     :   203
Number of primitives:   249
Number of points    :   0
Number of lines     :   249
Number of boundaries:   0
Number of centroids :   0
Number of areas     :   0
Number of isles     :   0

最后数字化林区。和前面一样，启动，并以参数创建一个新地图。重要的地形图以底图加载：

# Start the digitizing module and create new blank map
g.region rast=tk24
d.mon x0
v.digit -n map=forest bgcmd="d.rast tk24"

(见图 [abb:vdigit])的GUI自动启动，并且TK24作为底图加载到GRASS监视器中。创建一个新的属性表，包含一个额外的字段，使用按钮(见图[abb:cretab])。

然后放大到Spearfish的东部地区(见图 [abb:tkspear])，点击按钮开始林区的数字化，并在监视器上选择一个初始区域。鼠标按钮的分配可以在GUI中找到。这里也可以确定和类别值的分配。数字化林区时，将模式从改为。原因是面的属性不与边界相关，而与质心相关。

正确的设置很重要，这样线就能够适当地捕捉到一起。默认的是10个屏幕像素，但您也可以用按钮 -> 改为您需要的值(见图 [abb:thres])。

[H]

[abb:thres]

数字化完一个边界，就会为这个面提供一个质心，这样属性就能够与面相关联。为了这个目的，点击按钮，将由改为，并且在新创建的面中寻找合适的点来放置质心。如果用鼠标左键设置了质心，那么一个图形窗口就会打开，这里可以为设置的点输入属性(见图 [abb:digatt])。本练习中类别值为线的土地利用类型。点击窗口，在字段中输入土地利用类型，然后点击按钮将新记录添加到属性表中。消息可以确认添加已成功。