《GIS第三章下》PPT课件

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（Keyboardentry）2、手工数字化（Manualdigitising）3、扫描（Scanning）4、已有数字文件的输入（Inputofexistingdigitalfiles）,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（digitizingtablet）或简便数字化仪（simplydigitizer）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200LPI（线/英寸）到2000LPI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.Baudrate(波特率)150,300,600,1200,2400,4800,9600,19200.B.Parity(奇偶性)odd,evenC.DataBits(数据位)7,8D.StopBits(停止位)E.PointMode(点模式)F.StreamMode(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=dotperinch），从100dpi到1200dpi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(TickMarks),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(pointmode)或流模式(streammode)流模式可分为距离流模式(Distancestream)和时间流模式(TimestreamMode),数字化工作的注意事项,距离流模式(Distancestream)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(TimestreamMode)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);SPOTetc.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（PseudoNode）伪节点使一条完整的线变成两段2）悬挂节点（DanglingNode）,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（SliverPolygon）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（WeirdPolygon）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：Buildpoint;Buildline;buildpolygon;Cleanpoint;Cleanline;Cleanpolygon,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,Blacksoil,6.5,21,Brownsoil,6.0,25,Redsoil,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（Formatconversion）数据输入（DataInput）边缘匹配（Edgematching）数据缩编与概化（Datareductionandgeneralization）插值（Interpolation）航片解译（Photointerpretation）,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polygonnotclosed;sliver;gap;attributeerrors,etc.,3.2.4修正过程中的误差,设定坐标距离容限值（fuzzytolerance）节点连接拓扑关系重建（Re-buildingtopology）,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（Datareduction）(1)简化数据记录(2)改变比例尺数据概化（Datageneralization）(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,MapGeneralization,Mapgeneralisation,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,Originalsampledata,Regularlyspacedgrid,Locationofnearestsamplepoints,Completedgrid,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):102.0000032.00000右上角