计算机地图制图课件【2】地图数据采集与质量控制

第六讲：计算机制图工艺流程与软件系统实习课：上机实习（利用ArcMap制作地图）,课程内容,0_概念：什么是计算机地图制图？,第一讲：计算机地图制图概述,1_逻辑：如何实施计算机地图制图？,第二讲：地图数据描述与组织第三讲：地图数据采集与质量控制第四讲：地图数据处理第五讲：地图数据可视化,2_物理：怎样利用软件系统完成地图制作？,形式设计,数据加工处理,表达输出,数据采集建库,计算机地图制图基本过程,第三讲地图数据采集与质量控制,主要内容：地图数据源地图数据的地理参考与控制基础地图数据的分类编码地图数据的采集地图数据的质量控制,现实世界,数字化仪,扫描仪,解析测图仪,键盘等,坐标转换、编辑、接边、分层、图形与属性连接、加注记等,空间数据库,如何采集?,质量如何?,哪些来源?,地图数据采集一般流程,3.1地图数据的来源,数据源包括：地图数据，遥感数据，文本数据，统计数据实测数据，多媒体数据，已有地图数据库。,地图数据采集任务：将多种类型的数据源，经过集成、验证、修改、编辑等处理，形成符合地图制作与应用需求的地图数据。,行业部门：国土局、测绘局、规划局、民政户籍、房管住宅、交通局、统计局、电力规划部门,3.2地图数据采集中的地理基础控制,不同来源的数据，服务目的和各自特征不同，地理基础也各不相同，地图数据采集时需要转换到统一的地理基础框架下。,1、地理基础的内容地理基础是地理信息数据表示格式与规范的重要组成部分，包括：,统一的地理格网坐标系统统一的地图投影系统统一的地理编码系统,定位框架,分类编码体系,2、地理格网参照系统（地理参照系）,（1）地球表面几何模型,1地球自然表面:地球自然表面，起伏不定，难用简洁的数学式描述。2大地水准面:与地球重力方向处处正交的一个连续、闭合的水准面，地球重力处处不同，仍是不规则的表面，难以描述。3椭球体模型:一个同大地体相近的、可以用数学方法来表达的旋转椭球来代替地球-三轴椭球体。,（2）地理参照系,1地理坐标系：以经度、纬度来表示；,（对空间定位有利，但难以进行距离、方向、面积量算；表示地理现象所处的地理带，用于推断重要的地理规律。）,2笛卡儿平面坐标系：平面坐标x，y;,（距离、面积、长度量算）,3高程系：由高程基准面起算的地面点的高度。,绝对高程VS相对高程,定义：将地球椭圆上的点影射到地图平面上的方法。,假设：地球椭球面上的点（,），对应的地图平面坐标为（x,y）,则地图投影关系表达为：,（3）地图投影,投影与坐标系关系：每一种投影都与一个坐标系统相联系。坐标系统是一套说明某一物体地理坐标的参数，参数之一为投影。投影关系着如何将图形物体显示于平面上，而坐标系统则显示出地形地物所在的相对位置。,等角投影等面积投影任意投影,地图投影在整个地图数据采集、整理、处理、应用及输出过程中均具有重要意义。,我国地形图常用的地图投影系统,采用与我国基本图系列一致的地图投影系统：我国常用的地图投影的情况为：1)、我国基本比例尺地形图(1：100万、1：50万、1：25万、1：10万、1：5万、1：2.5、1：1万、1：5000),除1：100万外均采用高斯克吕格投影（等角投影，又称横轴墨卡托投影）为地理基础；2)、我国1：100万地形图采用Lambert投影（等角投影），分幅原则与国际地理学会规定的全球统一使用的国际百万分之一地图投影保持一致。3)、我国大部分省区图以及大多数这一比例尺的地图也多采用Lambert投影和属于同一投影系统的Albers投影(正轴等面积割圆锥投影)；4)、Lambert投影中，地球表面上两点间的最短距离(即大圆航线)表现为近于直线，这有利于地理信息系统中空间分析量度的正确实施。,3.3地图数据的分类和编码,（1）属性数据的概念,用来描述实体的属性特征的数据（质量、数量、等级等）,（2）分类与分级的概念,分类：将具有共同的属性或特征的事物或现象归并在一起，而把不同属性或特征的事物或现象分开的过程。,分类的基本原则是：科学性、系统性、可扩性、实用性、兼容性、稳定性、不受比例尺限制、灵活性,分级：对事物或现象的数量（或特征）进行等级的划分，主要过程为分级数和分级界线的确定。,多种特征综合分级（包括定性特征）道路（建设材料、路宽、通行量）：高速公路、国道、省道、县道、乡村道路、小路。城市（人口、GDP、政治文化）：一线、二线、三线,（3）地图数据分层,是地图数据按属性性质分类的结果，即将某种属性数据相同或相近的实体数据组织为一个数据层（也称为图层），进行组织管理。,1）专题分层每个图层对应一个专题，包含某一种或某一类数据。如地貌层、水系层、道路层、居民地层等。2）时间序列分层即把不同时间或不同时期的数据作为一个数据层。3）地面垂直高度分层把不高度的数据作为一个数据层。,数据分层的目的1）便于数据管理。地图数据分为若干层后，对所有地图数据的管理就简化为对各子层的管理，而一个数据层的数据结构比较单一，数据量相对较小，管理起来就相对简单；2）利于数据查询。地图数据查询时，不需要对所有数据进行查询，只需要对某一层数据进行查询即可，可加快查询速度；3）增强地图可视化表达灵活性。分层后，可以选择需要显示的图层，增加了图形显示的灵活性；4）有利于组织数据进行空间分析。对不同数据层进行叠加，可进行各种目的的空间分析。,（4）地图数据编码,在属性数据中，有一部分是与几何数据的表示密切有关的。例如，道路的等级、类型等，决定着道路符号的形状、色彩、尺寸等。在GIS中，通常把这部分属性数据用编码的形式表示，并与几何数据一起管理起来。编码：是指确定属性数据的代码的方法和过程。代码：是一个或一组有序的易于被计算机或人识别与处理的符号，是计算机鉴别和查找信息的主要依据和手段。编码的直接产物就是代码，而分类分级则是编码的基础。,分类码和标识码,分类码示例,标识码示例,3.4地图数据的采集,1、数据采集输入前准备,1）数据需求及标准制定2）基础原始数据3）数据分类分级4）资料准备，区域标定,2、几何数据采集,经过必要的预处理（如坐标体系转换），直接导入地图数据库。,转换后输入数据库，转换过程包括数据结构格式上转换、语义分类分级体系转换、等。,1）已有数字数据（包括栅格数据）,2）外业测量获取的几何数据,3）遥感影像数据,1几何纠正2图像变换3影像分类4特征提取,4）纸质地图（图件、航片等）,地图数字化借助数字化设备将模拟地图转换成数字图形地图数字化的最直接形式是以手工方式将纸质地图上的要素信息离散成点、线、面这样的特征，并为每个特征赋予属性编码，以及把几何特征记录成点或矢量形式的坐标。将模拟地图变为数字形式涉及到四个阶段可行性分析与需求分析；地图准备；数字化（扫描、跟踪）；编辑。两种数字化采集方式手扶跟踪数字化扫描矢量化,首先将要数字化的地图固定在数字化板上；操作员用鼠标跟踪所选择的点或线，记录数字化的点的坐标。完成地图数字化后，需要仔细检查和编辑数字化结果，以确保记录地图上的所有要素。保证所数字化的线准确相交而没有悬挂点。如果数字化操作人员认真仔细，手工方式的数字化能生产出非常准确的矢量数据。但手工地图数字化方法有工作时间长且工作过程非常枯燥的缺点。,1手扶跟踪数字化,数字化结果实例,数字化仪在人机交互的环境下进行的，有几点要特别注意：（一）获取数据时，尽量减少相似操作引入的误差。（1）人工操作与机器处理协调一致，让操作员完成较少任务；（2）软件系统的功能；先通过数字化仪将线条捕捉为点串，拓扑关系后续建立；网络拓扑的建立需要人机交互才能完成。一种作业方式是：操作员只需将地图的线状特征作为“面条”串输入，再单独输入多边形的ID点，则相应的多边形轮廓在编辑阶段通过“点在多边形内”的判断来匹配。从“面条”数据建立多边形轮廓需要仔细计算线与线之间的交点。通常，这些线将首先按其外接矩形的Y轴最小值（YMIN）进行排列。在数字化的同时创建拓扑结构，如基于Voronoi/Delaunay构建空间关系的软件。,（二）编辑时，会发现许多数据输入错误。（1）悬挂线（2）未标记多边形（3）左右多边形的ID值相同或多边形命名冲突等。（4）操作员不可能每次都能将线条准确地匹配到某个点位上，所以识别时就需给出一个容差。,2扫描矢量化,扫描转换,拼接子图块,裁剪地图,屏幕跟踪矢量化,矢量图合成、接边,矢量图编辑,纸质地图,地图数据库,3、属性数据采集及与几何数据关联,1键盘，人机对话方式2程序批量输入。,001,002,程序,空间数据库,属性和几何数据的连接,1可手工输入2由系统自动生成(如用顺序号代表标识符),标识码,属性数据,几何数据,4、地图数据的编辑和检核,地图数据采集中典型错误：1）地图要素遗漏、重复及多余；2）几何数据位置不正确或不完整；3）属性数据错误、遗漏及重复；4）几何及属性数据的连接有误；键盘输入错误，漏输数据或属性错误分类、编码等。,相应的数据编辑修改功能：1）投影变换；2）数据匹配；3）数据查询；4）图形编辑；5）属性编辑及注记配置；,数据采集过程中不可避免出现各种误差甚至错误，需要通过编辑功能实现改正。,1）通过图形实体与其属性的联合显示，发现数字化中的遗漏、重复、不匹配等错误；2）在屏幕上用地图要素对应的符号显示数字化的结果，对照原图检查错误；3）把数字化的结果绘图输出在透明材料上，然后与原图叠加以发现错漏；4）对等高线，通过确定最低和最高等高线的高程及等高距，编制软件来检查高程的赋值是否正确；5）对于面状要素，可在建立拓扑关系时，根据多边形是否闭合来检查，或根据多边形与多边形内点的匹配来检查等；6）对于属性数据，通常是在屏幕上逐表、逐行检查，也可打印出来检查；7）对于属性数据还可编写检核程序，如有无字符代替了数字，数字是否超出了范围，等等；8）对于图纸变形引起的误差，应使用几何纠正来进行处理。,地图数据的检核方法,3.5地图数据的质量控制,1、地图数据（GIS数据）质量五个方面：1）位置（几何）精度：如数学基础、平面精度、高程精度等，用以描述几何数据的误差。2)属性精度：如要素分类的正确性、属性编码的正确性、注记的正确性等，用以反映属性数据的质量。3)完备性：如数据分类的完备性、实体类型的完备性、属性数据的完备性、注记的完整性，数据层完整性，检验完整性等。4)现势性：如数据的采集时间、数据的更新时间等。5)逻辑一致性：如多边形的闭合精度、结点匹配精度、拓扑关系的正确性等，由几何或属性误差也会引起逻辑误差。,2.质量问题产生的原因,3、地图数据质量的评价,1、直接评价法1）用计算机程序自动检测某些类型的错误可以用计算机软件自动发现，数据中不符合要求的数据项的百分率或平均质量等级也可由计算机软件算出。此外，还可检测文件格式是否符合规范、编码是否正确、数据是否超出范围等。2）随机抽样检测在确定抽样方案时，应考虑数据的空间相关性。2、间接评价法-（地理相关法和元数据法）指通过外部知识或信息进行推理来确定空间数据的质量的方法。用于推理的外部知识或信息如用途、数据历史记录、数据源的质量、数据生产的方法、误差传递模型等。3、非定量描述法通过对数据质量的各组成部分的评价结果