地理信息系统第四章数据采集与处理.ppt

第四章空间数据采集与处理 学习目标 了解GIS的数据采集方式 掌握地图数字化的方法、步骤 掌握地图数据的各种处理方法 理解属性数据编码的深刻含义 了解空间数据的压缩处理的方法及优缺点 重点：数据采集方式和数字化方法，空间数据处理的概 念、意义和方法。 四、空间数据的压缩处理 一、数据采集方式 二、地图数字化 三、地图数据处理 五、属性数据输入 1. 手工方式 2. 手扶跟踪化数字方式 3. 扫描方式 4. 影像处理和信息提取方式 5. 数据通讯方式 通过手工在计算机 终端上输入数据， 主要是键盘输入。 主要用于属性数据 的输入。 第一节 数据采集方式 1. 手工方式 2. 手扶跟踪化数字方式 3. 扫描方式 4. 影像处理和信息提取方式 5. 数据通讯方式 手扶跟踪数字化仪 是一种图形数字化 设备。 生成矢量数据。 第一节数据采集方式 数字化仪 第一节数据采集方式 1. 手工方式 2. 手扶跟踪化数字方式 3. 扫描方式 4. 影像处理和信息提取方式 5. 数据通讯方式 扫描仪是一种图 形、图象输入设 备，可以快速地 将图形、图象输 入计算机系统， 是目前发展最快 的数字化设备 生成栅格数据。 第一节 数字采集方式 小型扫描仪 工程扫描仪 第一节 数据采集方式 1. 手工方式 2. 手扶跟踪化数字方式 3. 扫描方式 4. 影像处理和信息提取方式 5. 数据通讯方式 从遥感影像上 直接提取专题 信息。 第一节 数据采集方式 1. 手工方式 2. 手扶跟踪化数字方式 3. 扫描方式 4. 影像处理和信息提取方式 5. 数据通讯方式 联网方式下，信息系统 内部各子系统之间以及 与其它信息系统之间实 现信息交流和信息共享 的主要方式。 第一节 数据采集方式 1.图形数字化 2.数据的编辑 3.拓扑关系生成 4.基本量算 5.数据结构转换 6.地理数据库建立 数据采集系统功能 驱动数字化仪、扫描仪 等数字化设备。对影像 、图形、数字等多种形 式、多方来源的信息实 现自动、半自动或人工 的数字化，建立空间数 据库。 1.图形数字化 2.数据的编辑 3.拓扑关系生成 4.基本量算 5.数据结构转换 6.地理数据库建立 数据查询 修改 更新 图形分割与拼 接 图形缩放 比例尺转换 数据采集系统功能 1.图形数字化 2.数据的编辑 3.拓扑关系生成 4.基本量算 5.数据结构转换 6.地理数据库建立 大多数GIS系统都采用 基于拓扑结构模型的 GIS数据库，一些系统 具有拓扑关系的自动 生成功能，由矢量数 据自动生成多边形， 并根据相应的多边形 内部点文件，生成多 边形边界的左右多边 形信息并识别岛状多 边形，大大减少了编 辑工作量。 数据采集系统功能 1.图形数字化 2.数据的编辑 3.拓扑关系生成 4.基本量算 5.数据结构转换 6.地理数据库建立 1质心量算 对地理分布变化的跟踪；计算 目标物对周围地区的经济辐射 范围。例如，应用质心量测分 析人口变迁、经济增长级等。 2几何量算 自动快速的计算三维目标的表 面积、体积，各类多边形的的 周长、面积，各类线段的曲率 、方向，以及点状物体的坐标 等。如公路、铁路线的长度， 各种土地类型的面积量算，道 路设计中的土石方量算等。 数据采集系统功能 1.图形数字化 2.数据的编辑 3.拓扑关系生成 4.基本量算 5.数据结构转换 6.地理数据库建立 矢量数据-栅格数据 栅格数据-矢量数据 二值化细化 填充空隙矢量追踪 矢量数据 数据采集系统功能 1.图形数字化 2.数据的编辑 3.拓扑关系生成 4.基本量算 5.数据结构转换 6.地理数据库建立 地理数据库四种方式: 1.全部采用文件管理 2.文件结合关系数据库管理 3.全部采用关系数据库管理 4.重新设计具有空间数据和属 性数据管理和分析功能的数 据库系统（OODBMS） 数据采集系统功能 第三节 地图数字化 一、手扶跟踪数字化 数字化仪组成、数字化方式、操作步骤 二、扫描矢量化 扫描仪原理、处理流程、操作方式 数字化仪示意图 底座 感应板 定标器 手扶跟踪数字化方法 有效区域 手扶跟踪数字化方法 数字化仪板面组成示意图 1点方式 每次定标器的键被按下，感应板发送一对 坐标数据到计算机。 2开关流方式 在定标器上，每按下一次键，即将一 组坐标数据发送到计算机。当用数字化来输入一条连 续曲线是很有效。 3连续流方式 不论定标器的键是否按下，数字化仪 每个一定的时间就向计算机发送坐标数据，即是不可 控的。 4增量方式 当定标器在感应板上移动某个距离，数 字化仪就发送一对绝对坐标数据。 数字化仪的工作方式操作方式 手扶跟踪数字化方法 1ASC格式 2二进制输出格式 数字化仪的工作方式输出格式 手扶跟踪数字化方法 地图数字化的操作步骤 准备 设置 数字化 固定地图 设置投影方式 设置控制点 处理误差 设置定标器按键 地图分幅 手扶跟踪数字化方法 地图数字化的操作步骤 图像配准 数字化 屏幕数字化方法 地图分层 描图 设置控制点 设置投影方式 二值化 细化 矢量化 冗余去除 断线修复 要素提取 符号识别 属性赋值 扫描仪数字化方法 地图扫描数据处理 影像处理和信息提取方式 GIS软件与遥感图像处理软件结合 空间数据采集属性数据的 采集 包括各类调查报告、文件、统计数据、实验数据 与野外调查的原始记录等，如人口数据、经济数据、 土壤成份、环境数据。 对于要输入属性库的属性数据，通过键盘直接键 入或文件、表格、数据库导入。 对于要直接记录到栅格或矢量数据文件中的属性 数据，则必须进行编码输入。 空间数据采集属性数据的 采集 国家资源与环境 信息系统规范在“专 业数据分类和数据项 目建议总表”中，将 数据分为社会环境、 自然环境和资源与能 源三大类共14小项， 并规定了每项数据的 内容及基本数据来源 。 属性数据的编码编码原 则 系统性和科学性：满足所涉及学科的科学分类方法， 能反映出同一类型中不同的级别特点。 一致性：对代码所定义的同一专业名词、术语必须是 唯一的。 标准化和通用性：有国家或行业标准的要按标准进行 ，没有标准的必须考虑在有可能的条件下实现标准化 。 简捷性：在满足国家标准的前提下、每一种编码应该 是以最小的数据量载负最大的信息量。 可扩展性：编码的设置应留有扩展的余地，避免新对 象的出现而使原编码系统失效、造成编码错乱现象。 属性数据的编码编码内 容 登记部分：用来标识属性数据的序号， 可以是简单的连续编号，也可划分不同 层次进行顺序编码； 分类部分：用来标识属性的地理特征， 可采用多位代码反映多种特征； 控制部分：用来通过一定的查错算法， 检查在编码、录入和传输中的错误，在 属性数据量较大情况下具有重要意义。 属性数据的编码编码方 法 层次分类编码法：是按照分类对象的从属和层次关系为排列顺 序的一种代码，它的优点是能明确表示出分类对象的类别，代码结构有严格 的隶属关系。 耕地 71 园地 72 林地 73 牧草地 74 居民点及公矿用地 75 交通用地 75 水域 76 未利用地 77 土地利用类型 7 有林地 731 灌木地 732 疏林地 733 迹地 735 针叶树疏林地 7331 阔叶树疏林地 7332 未成林林地 734 属性数据的编码编码方 法 多源分类编码法：对于一个特定的分类目标，根据诸多不同的 分类依据分别进行编码，各位数字代码之间并没有隶属关系。 标 志 编 号 分 类 1 2 3 平原河 过渡河 山地河 1 2 3 常年河 时令河 消失河 1 2 通航河 不通航河 1 2 3 4 5 6 树状河 平行河 筛状河 辐射河 扇形河 迷宫河 1 2 3 4 5 6 7 主要河流一级 支 流二级 三级 四级 五级 六级 七级 1 2 3 4 5 河长：一组 1公里以下 二组 2公里以下 三组 5公里以下 四组10公里以下 五组10公里以上 1 2 3 4 5 6 7 8 河宽：一组 510 米 二组 1020 米 三组 2030 米 四组 3060 米 五组 60120米 六组120300米 七组300500米 八组500米以上 1 2 3 4 5 6 7 河流间的最短距离50米 50 100 米 100 200 米 200 400 米 400 500 米 500 1000米 10002000米 1 2 3 4 5 弯曲度：2.5公里弯曲 深度 宽度 40 50 50 40 50 75 25 50 75 25 50 100 75 150 数据处理的概念 空间数据处理的方法 空间数据的编辑处理 数据处理的概念 一 、数据处理的概念 二、 数据处理的内容 三、 数据处理的意义 对采集的各种数据，按 照不同的方式方法对数 踞进行编辑运算，清除 数据沉余，弥补数据缺 失，形成符合用户要求 的数据文件格式 数据处理的概念 一 、数据处理的概念 二、 数据处理的内容 三、 数据处理的意义 数据编辑 数据压缩 数据变换 数据格式转换 空间数据内插 边沿匹配 数据提取 数据处理的概念 一 、数据处理的概念 二、 数据处理的内容 三、 数据处理的意义 空间数据有序化 检验数据质量 实现数据共享 提高资源利用效果 1.平面坐标变换 2.空间数据的压缩处理 3.空间数据类型的转换 4.空间数据插值 5.数据提取 空间数据处理的方法 平移变换 0 y x P（x，y） P(x，y) x y x=x+x y=y+y 空间数据处理的方法-平面坐标变换 旋转变换 y P（x，y） 0x P(x，y) x=xcos-y sin y=xsin+y cos 空间数据处理的方法-平面坐标变换 比例变换（图形缩放） 点可以通过对其P（x，y）坐标分别乘以各自的比 例因子Sx和Sy来改变它们到坐标原点的距离。 x=xSx y=ySy x=x0+(x- x0) Sx y=y0+(y- y0) Sy 空间数据处理的方法-平面坐标变换 地图投影变换 当系统使用的数据来自不同地图投影的图幅 时，需要将一种投影的数字化数据转换为所需 要投影的坐标数据 地图投影变换 正解变换 反解变换 数值变换 通过建立两个投影 的解析关系式，直 接把一种投影坐标 ( x , y ) 变换成 另一种投影的坐标 ( X , Y ) 空间数据处理的方法-平面坐标变换 地图投影变换 当系统使用的数据来自不同地图投影的图幅 时，需要将一种投影的数字化数据转换为所需 要投影的坐标数据 地图投影变换 正解变换 反解变换 数值变换 由一种投影的坐标 (x,y)反解出地理坐 标（,) ，然后 再将地理坐标代入 另一种投影公式中 ，求出该投影下的 直角坐标（X,Y) 空间数据处理的方法-平面坐标变换 地图投影变换 当系统使用的数据来自不同地图投影的图幅 时，需要将一种投影的数字化数据转换为所需 要投影的坐标数据 地图投影变换 正解变换 反解变换 数值变换 根据两种投影在变 换区内若干同名的 坐标点，采用插值 法、有限差分法、 待定系数法等，实 现不同投影之间的 转换 空间数据处理的方法-平面坐标变换 空间数据处理的方法-压缩处理 数据压缩的目的 节省存贮空间 节省处理时间 数据压缩途径 压缩软件:原数据信息基本不丢失而且可以大大 节省存贮空间，缺点是压缩后的文件必须在解 压缩后才能使用 数据消冗处理:原数据信息不会丢失，得到的文 件可以直接使用，缺点是技术要求高，工作量 大，对冗余度不大的数据集合效用小 用数据子集代替数据全集:在规定的精度范围内, 从原数据集合中抽取一个子集，缺点以信息损 失为代价，换取空间数据容量的缩小 空间数据处理的方法-压缩处理 常见空间数据的压缩方法 曲线数据的压缩 面域栅格数据的压缩 面域邻接线段的删除 特征点筛选法 ：筛选抽取曲 线特征点，并 删除全部多余 点以达到节省 存贮空间的目 的。 空间数据处理的方法-压缩处理 常见空间数据的压缩方法 曲线数据的压缩 面域栅格数据的压缩 面域邻接线段的删除 通过压缩编码 技术来消除冗 余数据： 链码 游程长度编码 块码 四叉树编码 空间数据处理的方法-压缩处理 常见空间数据的压缩方法 曲线数据的压缩 面域栅格数据的压缩 面域邻接线段的删除 数据属性的重 新分类和空间 图形的化简需 要对数据进行 压缩 相邻界线的删 除 共同属性的合 并 空间数据处理的方法-压缩处理 面域邻接线段的删除 空间数据处理的方法-压缩处理 矢量向栅格转换 网格尺寸的确定 点的网格化 直线网格化 多边形网格化 栅格向矢量转换 网格尺寸的确定 点的网格化 直线网格化 多边形网格化 空间数据处理的方法-类型转换 空间数据处理的方法-空间数据插值 1. 离散空间：空间具有跳跃特征（土地利用类型）， 重要变化发生在边界上，边界内的变化则是均匀的， 同质的，即在各个方面都是相同的。 邻近元法：以最 相邻近图元的特征值表征未知图元的特征值。 2. 连续空间：空间具有渐变特征（地形表面），内插 技术必须采用连续的空间渐变模型实现这些连续变化 ，可用一种平滑的数学表面加以描述。这类技术可分 为整体拟合和局部拟合技术两大类。 整体拟合技术:拟合模型是由研究区域内所有采样 点上的全部特征观测值建立的。通常采用的技术 是整体趋势面拟合。这种内插技术一般用于模拟 大范围内的变化，而不能提供内插区域的局部特 性 局部拟合技术则是仅仅用邻近的数据点来估计未 知点的值，而不受局部范围外其它点的影响。这 类技术包括双线性多项式内插、样条函数、移动 拟合法等等。 空间数据处理的方法-空间数据插值 空间数据的编辑处理 空间数据编辑处理的目的是为了消除地图数字化 过程中所产生的错误，以及将数字化数据重新组 织以便得到进一步处理和使用的格式。 一、 图幅拼接处理 二、 地图输入出错处理 三、 图形要素重叠处理 空间数据的编辑与处理 q 空间数据编辑的必要性 修正数据输入错误 维护数据的完整性和一致性 更新地理信息 q 空间数据一般性错误 数据不完整、重复 空间数据位置不正确 空间数据比例尺不准确 空间数据变形 几何和属性连接有误 属性数据不完整 q 错误检查主要方法 叠合比较法 目视检查法 逻辑检查法 空间数据的编辑与处理方式 误差修正一般过程： 设定容许值 连接接点 重建拓扑关系 空间数据的编辑与处理方式 边界匹配（图幅接边） 不同图幅的连接 自动、手工 第一种方法是小心地修 改空间数据库中点和矢 量的坐标，以维护数据 库 的连续性； 第二种方法是先对准两 幅图的一条边缘线，然 后再小心地调整其它线 段使其取得连续。 数字化边界调整 空间数据质量及其精度分 析 数据质量是空间数据在表达空间位置、专 题特征以及时间这三 个基本要素时，所 能够达到的准确性、一致性、完整性， 以及它们三者之间统一性的程度。 （1）误差(Error) （2）数据的准确度(Accuracy) （3）数据的精密度(Resolution) （4）不确定性（Uncertainty) 空间数据质量评价 q数据情况说明 q时