《GIS第三章下》PPT课件.ppt

第三章(下) 建立空间数据库,输入空间数据的主要任务,1、数据输入特点及要求,数据输入与输出功能是GIS与外部世界通讯（交流）的工具 数据输入是将数据编码并写入GIS数据库的过程 创建一个精确数字化的数据库是GIS运用最关键的所在。,二、空间数据输入,数据输入由空间数据和属性数据输入两种类型构成 空间数据：记录空间实体的位置、拓扑关系和几何特征； 属性数据：表示空间实体具有的各种性质。 数据输入应该极其仔细。,2、数据来源,空间数据源类型(1),非电子数据源,电子数据源,野外调查数据、测量,航空测量、实物相片,收集各类数据,工 程 测 量,各种图件、报告、统计图表,全站仪、GPS测量,遥 感 数 据,地球物理勘探数据,地球化学勘探数据,各种数据库资源,基础制图数据：自然地理数据（地形地貌、河流、地质背景、社会、经济人口等） 自然资源数据：如各种资源的空间分布、储量、品位 调查统计数据 不同专项调查数据 数字高程数据 DEM 行业法规、技术、法律文档数据 已有系统数据 其他不同类型的数据库资源,空间数据源类型(2),GIS 空间数据库,3、数据录入的方式,1、键盘输入（Keyboard entry） 2、手工数字化（ Manual digitising ） 3、扫描（ Scanning） 4、已有数字文件的输入（ Input of existing digital files ）,2.3.1 键盘录入,主要输入属性数据，很少输入空间数据 配合手工数字化输入空间数据（对于数据量较小、并且已知地物精确坐标的情况下，可以采用键盘录入。（输入坐标值） ）,2.3.2 手工数字化,数字化是录入空间数据的最常用方法，它可以用数字化图形输入板（digitizing tablet）或简便数字化仪（simply digitizer）来实现。 数字化仪通常由一块面板和一个定位设备组成。一般地定位设备称作数字化光标，用来追踪空间目标的位置。,数字化仪结构示意图,数字化面板内部是由金属丝组成的精细网格。 垂直金属丝记录着X坐标，而水平金属丝记录Y坐标。 数字化仪坐标的范围取决于金属丝网的密度：即数字化仪的分辨率。数字化仪分辨率的范围通常在200 LPI（线/英寸）到2000 LPI 之间。 数字化光标上有一个嵌有十字丝的透明窗口。当用户按下某个键时，就会传送一个电磁信号，并且十字丝所在的位置即被某根垂直及水平金属丝记录下来。,数字化仪可以用来输入矢量数据，例如通过记录节点的坐标来输入点、线和多边形的边界。 质量过硬的几款数字化仪品牌： (1). Calcomp (2). Summagrid 在设定数字化仪时通常要考虑到以下几种参数： A.Baud rate(波特率) 150,300,600,1200, 2400, 4800, 9600, 19200 . B.Parity (奇偶性) odd, even C.Data Bits (数据位)7, 8 D.Stop Bits (停止位) E.Point Mode (点模式) F.Stream Mode (流线模式),2.3.3 扫描输入,利用扫描仪（平板或光电）记录原始（模拟）图象对应部分的反射值，形成栅格（数字）矩阵或数字图象。 实际上，遥感数据也是利用某种传感器扫描地球的表面而获得的。 扫描仪的色彩分辨率取决于每个像素的数值范围，8位=256色， 扫描仪的空间分辨率以每英寸记录点的数量表示（dpi=dot per inch），从100 dpi到1200 dpi 扫描输入是GIS建立空间数据库最主要的手段之一。,扫描输入后的图像一般需要进行矢量化。 通常是将地图扫描后，作为底图显示在屏幕上，用鼠标参照底图进行采点。由于鼠标定位不如数字化仪精确，所以一般用于输入一些示意图。,扫描矢量化的主要步骤：,数字化工作的注意事项,分层采集： 在进行数字化之前，首先要确定需要数字化哪些信息，GIS系统对空间数据往往采用分层管理，所以要确定输入哪些图层，以及每个图层包含的具体内容。 坐标系统、空间位置确定与匹配： 确定坐标系统的方式 两次输入之间地图的位置匹配 不同时间输入，图件与数字化板可能相对于发生错动，导致前后两次录入的坐标就会偏移或旋转。输入至少三个定位点(Tick Marks),进行定位点坐标之间的关系进行匹配。 选择输入模式： 点模式(point mode)或流模式(stream mode) 流模式可分为 距离流模式(Distance stream)和时间流模式(Time stream Mode),数字化工作的注意事项,距离流模式(Distance stream) 距离流方式记录数据是：按当前接收的点与上一点距离超过一定阈值才记录该点坐标值； 时间流模式(Time stream Mode) 采用时间流方式记录数据是：按照一定时间间隔对接收的点进行采样； 采用时间流方式录入的优点是：当录入曲线比较平滑时，录入人员往往移动游标比较快，这样记录点的数目少；而曲线比较弯曲时，游标移动较慢，记录点的数目就多。 而采用距离流方式时，容易遗漏曲线拐点，从而使曲线形状失真。所以在保证曲线的形状方面，时间流方式要优于距离流方式。,2.3.4数字文件的转换输入,购买和使用已有的数据资料是GIS数据输入的最有效途径。 常用的数据可以从有关的政府和商业部门获得。 栅格数据导入的最常用文件格式有： TIF; JPG; JPE; BMP; GIF; BSQ; BIP;BIL,TM(Landsat); SPOT etc. 矢量数据导入的最常用文件格式有 DXF；DWG;E00 数字文件转换输入包括： (1) 数据转移和存储介质转化 (2) 数据格式的转化 (3) 动态数据交换和数据库共享 (4)数据交换标准,4、数据录入后的处理步骤,进行坐标和或投影变换 图形拼接 修改错误、建立拓扑关系 属性库完善：编码、联结,图 形 拼 接,图形拼接或边缘匹配处理 图幅比较大或者使用小型数字化仪时 输入、输出标准分幅的地形图,图形数字化常见错误（1）,空间数据定位的不准确 伪节点（Pseudo Node） 伪节点使一条完整的线变成两段 2）悬挂节点（Dangling Node）,伪节点,图形数字化常见错误（2）,3）“碎屑”多边形或“条带”多边形（Sliver Polygon） 一般由于重复录入引起，由于前后两次录入同一条线的位置不可 能完全一致，造成了“碎屑”多边形。,4）不正规的多边形（Weird Polygon） 是由于输入线时，点的次序倒置或者位置不准 确引起的,图形数字化错误修正,上述的错误，一般在建立拓扑的过程中都会发现，而且需要手工编辑修改； 悬挂节点的问题则可以由软件系统自动修改。通常的实现办法是设置一个“容许误差 Tolerance”，当节点之间、或者节点与线之间的距离小于此数值后，即自动连接悬挂接点。,建立拓扑关系,在图形错误修改完毕之后，可以建立图形数据的拓扑关系。拓扑关系的建立通常由计算机自动生成，目前大多数GIS软件具有完善的拓扑功能； 每一次修改数据错误、或增加、减少图形数据后（即对矢量数据进行编辑后），对具有拓扑关系的矢量数据需要重新建立他们之间的拓扑关系 如在ArcInfo 系统中，建立拓扑关系的命令为： Build point; Build line; build polygon; Clean point; Clean line; Clean polygon,属性库完善：编码、联结,ID,面积,周长,土壤类型,4,435,880,18,9,210,580,25,11,628,1140,21,21,252,650,15,土壤类型,名称,pH,15,Black soil,6.5,21,Brown soil,6.0,25,Red soil,5.0, ,在关系数据库中存储空间 对象的属性特征值,三、空间数据质量,空间位置、属性特征和时间是表示实体空间变化的三个基本要属，空间数据是这三者信息的符号记录。而数据质量则是表达它们一致性、完整性和统一性的程度。 空间数据是对现实世界的抽象表达，由于现实世界的复杂性和模糊性，由于人类认识水平和表达能力的限制，这种抽象表达总是有限的。因此，数据质量的好坏是一个相对概念。 衡量空间数据质量标准的几个要素 （1）位置精度 空间实体的真实位置与坐标数据的接近程度 （2）属性精度 空间实体的属性与其真值相符程度 （3）时间精度 数据更新的时间和频度来衡量 （4）逻辑一致性 数据结构、数据内容、拓扑关系的一致 （5）数据完整性 空间数据覆盖的范围、类型、关系,3.1空间数据质量问题的来源,空间数据质量问题的来源,空间数据的误差类型 几何误差 属性误差 时间误差 逻辑误差 1）逻辑误差,桥,停车场,停车场,桥,森林,森林,水库,水库,逻辑错误,纠正后,2）属性错误 属性错误 纠正后 3）时间错误 时间错误 纠正后 4）几何错误 点误差 线误差,商业区,住宅区,住宅区,商业区,住宅区,1972年 火场,1989年 火场,1989年 火场,1972年 火场,幼树,阔叶林,幼树,阔叶林,3.2.1 数据前处理中的误差,数据格式转换（Format conversion） 数据输入（ Data Input） 边缘匹配（ Edge matching） 数据缩编与概化（ Data reduction and generalization ） 插值（ Interpolation ） 航片解译（ Photo interpretation ）,3.2 典型的几何误差,3.2.2矢量栅格数据转化中的误差,3.2.3数据输入中的误差,地图固定不牢。如果地图发生了移动需要重新输入控制点 在数字化的过程中，图纸可能发生伸展或收缩等变形，导致数字化点位偏移了原来位置。 用户操作不当导致线段交叉点处的“不足”、“过头”或“细缝”,空间数据输入过程中常见的误差 polygon not closed; sliver; gap ; attribute errors, etc.,3.2.4修正过程中的误差,设定坐标距离容限值（ fuzzy tolerance） 节点连接 拓扑关系重建（Re-building topology）,3.2.5边缘配准中的误差,在自动或手工处理地图的合并过程中，常出现误差,跨越地图边界处的目标在综合GIS数据库中常常会导致误差,3.2.6 数据压缩和概化,数据压缩（Data reduction） (1) 简化数据记录 (2) 改变比例尺 数据概化（Data generalization ） (1) 降低精确度 (2) 矢 量: 减少节点和多边形 (3) 栅 格: 用较大的像素尺寸重取样,Map Generalization,Map generalisation,6.1,5.7,5.3,5.6,7.0,6.5,6.0,5.2,7.6,7.0,6.0,5.7,7.2,7.0,6.2,5.5,Original sample data,Regularly spaced grid,Location of nearest sample points,Completed grid,measured,measured,interpolated,Elevation,Position,3.2.7 插 值 运 算(Interpolation),3.3 空间数据质量控制,应从数据质量产生和扩散的所有过程和环节入手，分别用一定的方法减少误差，常见的方法有： 传统的手工方法： 质量控制的人工方法主要是将数字化数据与数据源进行比较，图形部分的检查包括目视方法、绘制到透明图上与原图叠加比较，属性部分的检查采用与原属性逐个对比或其他比较方法； 地理相关法：用空间数据的地理特征要素自身的相关性来分析数据的质量。如叠加河流和等高线两层数据时，如河流的位置不在等高线的外凸连线上，则说明两层数据中必有一层数据有质量问题 元数据方法：数据集的元数据中包含了大量的有关数据质量的信息，通过它可以检查数据质量，同时元数据也记录了数据处理过程中质量的变化，通过跟踪元数据可以了解数据质量的状况和变化。 。,空间数据的元数据,在地理空间数据中，元数据(Metadata)是说明数据内容、质量、状况和其他有关特征的背景信息,是描述数据的数据。 例如：传统的图书馆卡片、出版图书的版权说明、磁盘的标签等都是元数据。纸质地图的元数据主要表现为地图类型、地图图例，包括图名、空间参照系和图廓坐标、地图内容说明、比例尺和精度、编制出版单位和日期或更新日期、销售信息等。用户通过它可以非常容易地确定该书或地图是否能够满足其应用。,元数据的主要作用可以归纳为如下几个方面： 1）帮助数据生产单位有效地管理和维护空间数据、建立数据文档，并保证即使其主要工作人员离退时，也不会失去对数据情况的了解； 2）提供有关数据生产单位数据存储、数据分类、数据内容、数据质量、数据交换网络及数据销售等方面的信息，便于用户查询检索地理空间数据； 3）帮助用户了解数据，以便就数据是否能满足其需求做出正确的判断； 4）提供有关信息，以便用户处理和转换有用的数据。,元数据说明范例,数据摘要：图层数：7， 图层名：行政点，泉点，暗河，暗河出口，土地利用，地层，断层 数据格式：Coverage 或Shape 图幅名称：西南石山地区岩溶水资源分布图 Tic点经纬坐标：左上角 (LU) : 102.00000 32.00000 右上角 (RU): 114. 00000 32. 00