第2章 地理空间数据及其获取与处理.pdf

第二章 地理空间数据及其获取与处理第二章 地理空间数据及其获取与处理第二章第二章 地理空间数据及其获取与处理地理空间数据及其获取与处理 地理空间数据地理空间数据 GIS空间数据的类型空间数据的类型 2 GIS空间数据元数据空间数据元数据 4 GIS空间数据源空间数据源 3 3 GIS的数据的特征的数据的特征 3 1 GIS空间数据质量空间数据质量 3 5 GIS空间数据的特征空间数据的特征 GIS空间数据具备三个基本特征 地理信息 空间数据具备三个基本特征 地理信息 1 空间特征 用以事物或现象的地理位置 又称几何特 征 定位特征 如站立点的经纬度等 GIS空间数据的特征空间数据的特征 GIS空间数据具备三个基本特征 空间数据具备三个基本特征 2 属性特征 用以描述事物或现象的特性 即用来说明 是什么 说明事物或现象的类别 等级 数 量 名称等 如房子的主人 建筑年代 建筑类型等 GIS空间数据的特征空间数据的特征 GIS空间数据具备三个基本特征 空间数据具备三个基本特征 3 时间特征 用以描述事物或现象随时间的变化 如人口数的逐年变化等 GIS空间数据的类型空间数据的类型 根据空间数据的基本特征 可以把空 间数据归纳为三类 根据空间数据的基本特征 可以把空 间数据归纳为三类 1 几何数据 用来描述空间实体的位置 形状 大小的信 息 其表示方法有两种 一种是矢量形式 一般 用三维或二维坐标串来表示 一种是栅格形式 用规则的象元阵列来表示 两者都从集合的角度 把空间目标分为点状 线状和面状目标三种基本 类型 GIS空间数据的类型空间数据的类型 GIS空间数据的类型空间数据的类型 根据空间数据的基本特征 可以把空 间数据归纳为三类 根据空间数据的基本特征 可以把空 间数据归纳为三类 2 属性数据 属性数据是对地理要素进行语义定义 表明 其 是什么 其实质是地理信息的数据表示 它包 括各个地理单元中社会 经济或其他专题数据 是对地理单元 实体 专题内容的广泛 深刻的描 述 如气象数据 产量数据等等 GIS空间数据的类型空间数据的类型 GIS空间数据的类型空间数据的类型 根据空间数据的基本特征 可以把空 间数据归纳为三类 根据空间数据的基本特征 可以把空 间数据归纳为三类 3 关系数据 是描述各个不同空间实体之间的关系 如 邻接 关联 包含 连通 接近度 信息 邻接邻接 河南省与哪几个省相邻 关联 河南省与哪几个省相邻 关联 水稻适宜于哪种土壤中生长 包含 水稻适宜于哪种土壤中生长 包含 河南省包含哪些地市 连通 河南省包含哪些地市 连通 黄河有哪些支流 接近度 黄河有哪些支流 接近度 哪种地形属于喀斯特地貌 哪种地形属于喀斯特地貌 GIS空间数据的类型空间数据的类型 GIS空间数据的类型空间数据的类型 总结 总结 数据类型多数据类型多 属性 几何 关系 辅助数据属性 几何 关系 辅助数据 数据形式多样数据形式多样 矢量 栅格 矢量 栅格 DEM等等 数据操作复杂数据操作复杂 定位 定性 关键 图形编辑定位 定性 关键 图形编辑 数据输出形式多样数据输出形式多样 数据 报表 图形数据 报表 图形 数据量大数据量大 1幅幅1 25万比例尺矢量地图数据大约万比例尺矢量地图数据大约 7M 8M GIS的数据源的数据源 一 一 GIS数据源的定义 二 数据源的定义 二 GIS数据源的主要类型数据源的主要类型 GIS的数据源的数据源 一 一 GIS数据源的定义数据源的定义 GIS数据源 是指建立GIS的地理数据库所 需的各种数据的来源 GIS的数据源的数据源 二 二 GIS数据源的主要类型数据源的主要类型 1 地图数据 地图数据是地图数据是GIS的 主要数据源 的 主要数据源 因为地 图不仅含有实体的类 别和属性 而且含有 实体间的空间关系 GIS的数据源的数据源 GIS的数据源的数据源 GIS的数据源的数据源 二 二 GIS数据源的主要类型数据源的主要类型 地图数据通常用点 线 面及注记来表示 地理实体及实体间的关系 点 居民点 采样点 高程点 线 河流 道路 面 海洋 植被 湖泊 注记 地名注记 河流注记 1 地图数据 GIS的数据源的数据源 二 二 GIS数据源的主要类型数据源的主要类型 2 遥感数据 遥感数据是GIS的重要数据源 是一种大 面积的 动态的 近实时的数据源 是GIS数 据更新的重要手段 在GIS支持下 可以与地质 地球物理 地球化学 军事等方面的信息进行信息复合和 综合分析 GIS的数据源的数据源 二 二 GIS数据源的主要类型数据源的主要类型 3 文本资料 文本资料是指各行业 各部门的有关法律 文档 行业规范 条文条例等 如边界条约 宗地划分文件等 GIS的数据源的数据源 二 二 GIS数据源的主要类型数据源的主要类型 4 统计资料 GIS的数据源的数据源 二 二 GIS数据源的主要类型数据源的主要类型 5 实测数据 GIS的数据源的数据源 二 二 GIS数据源的主要类型数据源的主要类型 5 实测数据 珠峰交会测量示意图 测量队员在珠峰大本营GPS 观测点记录数据 珠峰测量用GPS设备 GIS的数据源的数据源 二 二 GIS数据源的主要类型数据源的主要类型 6 多媒体数据 多媒体数据 包括声音 录像等 通常可 以通过通讯口传入到GIS的地理数据库中 多媒体数据目前的主要功能是辅助GIS的 分析和查询 GIS的数据源的数据源 GIS空间元数据空间元数据 一 空间元数据概述一 空间元数据概述 1 空间元数据提出的背景 1 传统的地理信息系统从体系结构到数据格式都 有封闭的特点 不同的应用 其关心的数据属性各不相 同 空间数据不具有互操作性 2 纯粹的空间信息 离开其开发环境 就不被理 解和识别 甚至不能获取数据集内容 3 数据的开发时间和数据质量等特点 用户无从 获取 无法判断该数据集是否能满足用户特定应用要求 4 网络环境下空间数据共享困难 GIS空间元数据空间元数据 Metadata译为元数据 描述数据 诠释数据等 元数据 译为元数据 描述数据 诠释数据等 元数据 关于数据的数据或关于信息的信息 空间元数据 关于数据的数据或关于信息的信息 空间元数据 关于地理相关数据和信息资源的描述 性信息 其主要是说明数据内容 质量 条件 状态或其 它特征的背景信息 目的是使人们有效地定位 评价 比 较 获取和使用相关地理数据 关于地理相关数据和信息资源的描述 性信息 其主要是说明数据内容 质量 条件 状态或其 它特征的背景信息 目的是使人们有效地定位 评价 比 较 获取和使用相关地理数据 一 空间元数据概述一 空间元数据概述 2 空间元数据的定义 GIS空间元数据空间元数据 1 用于组织和管理空间信息 挖掘空间信息资源 2 帮助数据使用者查询所需空间信息 3 组织和维护一个机构对数据的投资 4 用于建立空间信息的数据目录和数据交换中心 5 提供数据转换方面的信息 一 空间元数据概述一 空间元数据概述 3 空间元数据的作用 GIS空间元数据空间元数据 二 空间元数据分类二 空间元数据分类 描述数据值个性描述数据值个性 地理实体或属性数据库地理实体或属性数据库 空间 非空间 或知识数据 空间 非空间 或知识数据1 空间 非空间或 知识数据 空间 非空间或 知识数据m 数值数值11 数值数值n1 数值数值1m 数值数值nm 高层元数据高层元数据 中层元数据中层元数据 底层元数据底层元数据 描述数据项个性描述数据项个性 描述数据库文件 和数据项共性 描述数据库文件 和数据项共性 一 一 GIS空间数据质量的定义空间数据质量的定义 数据源数据源 数据的来源数据的来源 点位精度点位精度 几何精度 定位点的准确度几何精度 定位点的准确度 属性精度属性精度 属性数据的准确度属性数据的准确度 要素完整性要素完整性 几何图形是否完整几何图形是否完整 属性完整性属性完整性 属性数据是否完整属性数据是否完整 数据逻辑一致性数据逻辑一致性 是否具有逻辑错误是否具有逻辑错误 数据现势性数据现势性 数据的年龄数据的年龄 GIS的数据质量通常用空间数据的的数据质量通常用空间数据的误差误差和和正确率正确率来度量 来度量 GIS空间数据的质量空间数据的质量 1 GIS数据质量 GIS Data Quality 一 一 GIS空间数据质量的定义空间数据质量的定义 为达到数据质量要求所采用的技术方法和 手段的总称 就是对采集的空间数据确定误差 的来源 性质和类型 提出度量误差的指标 分析误差在GIS空间操作中的传播机制 研究 削弱误差对GIS产品质量影响的方法 GIS空间数据的质量空间数据的质量 2 数据质量控制 Data Quality Control 二 二 GIS数据质量研究的意义数据质量研究的意义 地理信息系统中的数据质量问题是一个 关系到数据可靠性和系统可信性的重要问题 与GIS系统的成败密切相关 GIS空间数据的质量空间数据的质量 GISGISGISGIS数据质量数据质量数据质量数据质量 决定决定决定决定 数据可靠性数据可靠性数据可靠性数据可靠性系统可信性系统可信性系统可信性系统可信性决策成败决策成败决策成败决策成败 四 四 GIS数据的主要误差类型数据的主要误差类型 1 1 1 1 数据年龄 数据年龄 数据年龄 数据年龄 大多数 大多数 大多数 大多数GISGISGISGIS使用已有的数据 而这种使用已有的数据 而这种使用已有的数据 而这种使用已有的数据 而这种 数据往往是过时的 使用的数据逾旧 出现误差的可能数据往往是过时的 使用的数据逾旧 出现误差的可能数据往往是过时的 使用的数据逾旧 出现误差的可能数据往往是过时的 使用的数据逾旧 出现误差的可能 性就逾大 性就逾大 性就逾大 性就逾大 2 2 2 2 地图比例尺 地图比例尺 地图比例尺 地图比例尺 地图比例尺越大 表示的内容越详 地图比例尺越大 表示的内容越详 地图比例尺越大 表示的内容越详 地图比例尺越大 表示的内容越详 尽 一般来讲 精度也越高 但是在尽 一般来讲 精度也越高 但是在尽 一般来讲 精度也越高 但是在尽 一般来讲 精度也越高 但是在GISGISGISGIS存储时 比例存储时 比例存储时 比例存储时 比例 尺越大 占据的存储空间也越大 因此 地图比例尺的尺越大 占据的存储空间也越大 因此 地图比例尺的尺越大 占据的存储空间也越大 因此 地图比例尺的尺越大 占据的存储空间也越大 因此 地图比例尺的 选择取决于选择取决于选择取决于选择取决于GISGISGISGIS的应用 的应用 的应用 的应用 3 3 3 3 观测值的密度及其分布模式 观测值的密度及其分布模式 观测值的密度及其分布模式 观测值的密度及其分布模式 在建立数字地面模 在建立数字地面模 在建立数字地面模 在建立数字地面模 型时 内插误差较量测误差要大得多 有两个因素可影型时 内插误差较量测误差要大得多 有两个因素可影型时 内插误差较量测误差要大得多 有两个因素可影型时 内插误差较量测误差要大得多 有两个因素可影 响其精度 即观测值的密度及其分布模式 响其精度 即观测值的密度及其分布模式 响其精度 即观测值的密度及其分布模式 响其精度 即观测值的密度及其分布模式 GIS空间数据的质量空间数据的质量 1 明显误差 四 四 GIS数据的主要误差类型数据的主要误差类型 1 1 1 1 遥感数据 遥感数据 遥感数据 遥感数据 摄影平台 传感器的结构及稳定性 信号 数字化 光电转换 分辩率等 2 2 2 2 测量数据 测量数据 测量数据 测量数据 人差 对中误差 读数误差 平分误差等 仪差 仪器不完善 缺乏校验 未作改正等 环境影响 气 压 温度 磁场 信号干扰 风 照明度等 3 3 3 3 属性数据 属性数据 属性数据 属性数据 属性数据的录入 数据库的操作等 4 4 4 4 GPSGPSGPSGPS数据数据数据数据 发射信号的精度 接收机精度等 5 5 5 5 制图 制图 制图 制图 控制点精度 编绘 制图综合等的精度 6 6 6 6 数字化精度 数字化精度 数字化精度 数字化精度 纸张变形 数字化仪精度 数字化方式 点 串 采样点密度 要素的图上宽度等 GIS空间数据的质量空间数据的质量 2 源于自然变量或原始量测值的误差 四 四 GIS数据的主要误差类型数据的主要误差类型 1 1 几何纠正 几何纠正 2 2 坐标变换 投影 坐标变换 投影 3 3 几何数据的编辑 几何数据的编辑 4 4 属性数据的编辑 属性数据的编辑 5 5 空间分析 空间分析 如多边形叠置等如多边形叠置等 6 6 图形化简 图形化简 如数据压缩如数据压缩 7 7 数据格式转换 数据格式转换 8 8 矢量栅格数据的相互转换 矢量栅格数据的相互转换 9 9 计算机中的数字误差 计算机中的数字误差 如舍位误差如舍位误差 GIS空间数据的质量空间数据的质量 3 处理过程中产生的误差 五 五 GIS中的误差传播中的误差传播 代数关系下的误差传播代数关系下的误差传播 代数运算中所产生的误差代数运算中所产生的误差 逻辑关系下的误差传播逻辑关系下的误差传播 逻辑交 并运算等产生的逻辑交 并运算等产生的 误差误差 推理关系下的误差传播推理关系下的误差传播 不精确推理产生的误差不精确推理产生的误差 GIS空间数据的质量空间数据的质量 误差传播是指对有误差的数据 经过变换 处理后生成的GIS产品也存在着误差 误差传播是指对有误差的数据 经过变换 处理后生成的GIS产品也存在着误差 空间数据获取空间数据获取 地理信息的分类分级地理信息的分类分级 2 地图数字化获取空间数据地图数字化获取空间数据 3 3 空间数据的获取方法空间数据的获取方法 3 1 空间数据转换空间数据转换 4 空间数据的获取方法空间数据的获取方法 一 野外直接测量获取 二 摄影测量方法获取 三 地图数字化获取 四 其他获取 一 野外直接测量获取 二 摄影测量方法获取 三 地图数字化获取 四 其他获取GIS数据的方法数据的方法 空间数据的获取方法空间数据的获取方法 一 野外直接测量获取一 野外直接测量获取 上世纪80年代以来 用于野外直接测量的 仪器有了比较迅速的发展 以全站仪为代表的 电子速测仪器正在逐步取代传统的光学经纬仪 水准仪和平板仪 使得野外直接测量获取空间 数据成为现实 空间数据的获取方法空间数据的获取方法 二 摄影测量方法获取二 摄影测量方法获取 航空摄影像片具有影像信息丰富 现势性 强等特点 以航摄像片为基础 依据摄影测量 的仪器和设备 采集所需的空间数据 是保证 空间数据的现势性和精度的重要途径 也是空 间数据更新的主要手段 三 地图数字化获取三 地图数字化获取 从地图上获取空间数据是目前应用最广泛 的一种方法 这是因为采用这种方法所需的原 始数据源 地图 容易获取 对采集作业所需 的仪器设备和作业人员的要求不太高 采集速 度也比较快 易于进行大批量作业 对于测绘 部门 还可以利用分版图 分版采集各类要 素 提高作业效率 空间数据的获取方法空间数据的获取方法 三 地图数字化获取三 地图数字化获取 该方法利用手扶跟踪 数字化器在图上逐点采集 图形的直角坐标 X Y 并按图式符号的性质赋予 相应的属性编码 1 手扶跟踪数字化 空间数据的获取方法空间数据的获取方法 三 地图数字化获取三 地图数字化获取 这种方法虽然具有简便易行 对作业条件 要求不高的优点 但是作业的劳动强度极大 效率低 所采集的数据精度也难以保证 特别 是遇到线划稠密地区 几乎无法进行作业 显 然 用该方法来完成大面积GIS数据的采集任 务是不现实的 1 手扶跟踪数字化 空间数据的获取方法空间数据的获取方法 空间数据的获取方法空间数据的获取方法 三 地图数字化获取三 地图数字化获取 也称屏幕数字化 首先扫描地图产生栅格 数据并在屏幕上显示 然后通过屏幕数字化软 件跟踪数字化 产生矢量数据 目前 它已逐 渐取代传统的手扶跟踪数字化方法 成为GIS 数据采集的主导方法 2 地图扫描数字化 空间数据的获取方法空间数据的获取方法 四 其他获取四 其他获取GIS数据的方法数据的方法 GPS测量是地图学和GIS的重要数据源和 数据更新的一种重要手段 现在正研究建立广 域差分GPS网 可使单机实时定位达到1 5米 的精度 这就能满足中 小比例尺GIS数据采 集的精度要求 1 广域差分GPS数据采集与更新 空间数据的获取方法空间数据的获取方法 四 其他获取四 其他获取GIS数据的方法数据的方法 利用遥感影像更新 GIS空间数据 对 于保持GIS空间数 据的现势性具有重 要意义 2 利用遥感 RS 影像更新空间数据 空间数据的获取方法空间数据的获取方法 空间数据的获取方法空间数据的获取方法 四 其他获取四 其他获取GIS数据的方法数据的方法 把已有的系统数据经过转换变成你想要 的数据 包括 数据格式 数据结构 比例尺 概括程度 投影 坐标系 3 空间数据转换 空间数据的获取方法空间数据的获取方法 四 其他获取四 其他获取GIS数据的方法数据的方法 直接内部格式转换 直接数据访问模式 数据互操作 3 空间数据转换 地理空间处理地理空间处理 矢量数据压缩矢量数据压缩 2 拓扑关系生成拓扑关系生成 3 3 图形编辑图形编辑 3