地理信息系统》第三章空间数据的获取演示课件

1、1,第三章 空间数据获取,2,数据采集在GIS中的地位,GIS,以数据为处理线索 硬件软件数据 = 12 7,3.1概述,3,GIS数据：内容,数字线化数据 地形测图思想：点、线、面 影象数据 数据源丰富 生产效率高 直观详细记录地表自然现象 数字高程模型 属性数据 是什么，判读和考察 详细描述信息,4,空间数据采集的主要任务,数据采集在GIS中的地位 数据采集任务 将现有的地图、外业观测成果、航空像片、遥感图片数据、文本资料等转换成GIS可以接受的数字形式。 数据库入库之前进行验证、修改、编辑等处理，保证数据在内容和逻辑上的一致性。（数据质量控制） 不同的数据来源要用到不同的设备和方法。 数

2、据的转换装载 数据处理：几何纠正、图幅拼接、拓扑生成等。,5,3.2 空间数据及其特征,空间特征： GIS独有的数据类型 刻画空间对象的位置、形状和大小等几何特征 表示：绝对描述坐标（直角坐标、经纬度） 相对描述空间关系 专题特征 除空间特征、时间特征外的其它特征 时间特征,3.2.1空间数据 数据处理与解释：P36 空间数据概念：P36,6,1)以统一的坐标系统进行空间定位 地理数据必须具有标准坐标系中的参考位置。坐标系统的选择根据具体应用要求可以选择局部、全国或国际通用坐标系统。但不管如何选取坐标系统，系统之间应能进行转换。 在我国，依照国际惯例并结合我国的具体实际，一般采用与我国基本图系

3、列一致的地图投影系统，就是大比例尺时的高斯-克吕格投影（横轴等角切圆柱投影）和中小比例尺时的Lambert投影（正轴等角割圆锥投影） 2) 空间数据与非空间数据相结合 空间数据用来描述目标的空间特征，如坐标、周长、面积、曲率等；而目标的非空间特征则用属性来表示。 3)空间数据间存在复杂的关系 地理数据之间的关系是复杂的。例如，消防工作不仅需要很快找到失火的地点和消防栓位置，还要知道哪个消防队离火场最近，这就是我们通常所说的拓扑关系。复杂的关系不可能全部存储，有些要通过计算获取。 4)地理数据具有时效性 地理数据具有周期性和时间性，过时的信息不具备现势的意义，但可以作为历史保存。因此，目前在信息

4、系统中经常以时间属性标注数据特征，而在地理信息系统中增加时间表达维则会增加数据处理的难度。,3.2.2 空间数据的特征,7,以统一的坐标系统进行空间定位;空间数据与非空间数据相结合;地理数据间存在复杂的关系;地理数据具有时效性,8,3.3 GIS的数据来源分类表,9,GIS的数据来源特点,统计数据,地图 存储介质、现势性、投影转换,遥感、航空影象和数据 分辨率、变形规律、纠正、解译特征,地面测量,数字数据 格式、精度,多媒体，辅助 GIS空间分析 和查询,GIS 空间数据,10,主要数据采集方法各种定位设备,11,主要数据采集方法数字化设备,12,主要数据采集方法数据交换,13,数据内容与相应

5、设备,14,数据采集方案,15,数据采集流程,16,3.4 地理信息系统数据输入,属性数据的输入 空间数据的输入 空间与属性数据的连接,17,3.4.1 属性数据输入,(1)与空间数据同时输入 键码法- 根据数字化仪标示器上的键盘,将数字化要素的 特征码输入数字化程序 直接输入法-利用计算机的数字键盘将数字化要素特征码 输入给数字化程序 特征码清单法-在数字化仪右上方设置一块菜单区域,每个 矩形方格为一种要素的菜单选项,当数字化图形时,先在 菜单选项中取点,程序将坐标换算成菜单编号,再编码得 到相应特征码 (2)属性数据单独输入到文本文件中,18,3.4.2 空间数据输入,手工键盘输入 跟踪数

6、字化输入 扫描数字化输入 现有数据转换,19,手工键盘输入,键盘输入就是通过手工在计算机终端上输入数据。实际上就是将图形元素点、线、面实体的地理位置数据（各种坐标系中的坐标）通过键盘输入数据文件或程序中去。实体坐标可以用地图上的坐标网或将其他格网复盖在材料上量取，这是最简单又不用任何特殊设备的图形数据输入法。,20,跟踪数字化输入,(1) 数字化仪简介 (2) 数字化过程 (3) 数字化方式 (4) 数字化精度,21,数字化仪示意图,底座,感应板,定标器,手扶跟踪数字化方法,22,(1) 数字化仪简介,数字化仪由电磁感应板（操作平台）、坐标输入控制器（标示器）和接口装置组成。目前，市场上数字化

7、仪的规格按其可处理的图幅面积来划分，有A0、A1、A3等幅面。典型的用于制图的数字化仪是A0规格，其幅面为1.0m1.5m。较小的数字化设备称为数字化板。,23,(2) 数字化过程,根据GIS软件所提供的数字化仪设备驱动程序和数字化仪的类型，作好数字化仪安装工作，给数字化仪加电，将准备好的数字化原图固定于数字化桌上，输入原图的比例尺，定义用户坐标系（原点和坐标轴），确定地图投影方式，选择数字化方式，确定数字化范围，即用标示器将X、Y最小值的点和X、Y最大值的点数字化。数字化时必须按照不同的专题内容分文件、分图层有顺序地数字化，幅面较大的图件，可分块数字化。,24,(3) 数字化方式,点方式数字

8、化时，只要将标示器十字丝交点对准数字化原图上要数字化的点，按下标示器上相应的按键，记录该点x、y坐标。每记录一次坐标，操作员需要按键一次。点方式主要用于采集单个点和控制曲线形态的特征点（端点、极值点、拐点），如控制点、三角点、水准点、独立地物中心点等，折线的始点、终点、转折点，居民地街区拐角点等。 流方式数字化时，将标示器十字丝交点沿曲线从起点移动到终点，让它以等时间间隔或等距离间隔方式记录曲线上一系列密集的离散点坐标，操作员无需对每个点都按键一次，仅在曲线的始点和终点各按一次相应的按键即可，对于不规则的曲线图形，如河流、等高线、海岸线等，常使用流方式数字化。,25,(4) 数字化精度,数字化

9、仪设备使用时间过长导致精度降低或不符合标准的设备均会影响输入数据的精度。数字化仪的分辨率对数字化误差有决定性的影响。最大偏差不应超过3至6个分辨单位，即标定分辨率为0.025mm的数字化仪，测试时的最大偏差应在0.07mm至0.15mm范围内，否则数字化仪的质量就太差。 数字化方式对数字化精度也有影响，流方式比简单的点方式的位置误差要大，流方式等间隔记录点则不能正确地数字化尖锐的弯曲顶点，常常切割这类弯曲部分，误差较大。 操作员人为误差主要指操作员的经验技能、生理因素和工作态度等。 人工制作编稿原图过程中必然会有误差产生,这些误差随着图数转换而进入计算机的数据中。,26,扫描数字化输入,(1)

10、 扫描仪简介 (2) 扫描前准备 (3) 矢量化处理,27,(1) 扫描仪简介,绝大多数扫描仪是按栅格方式扫描后将图像数据交给计算机来处理。扫描仪可分为滚筒式、平板式、CCD直接摄像式三种，其中大幅面的地图以滚筒（卷纸）式用得最多。目前市场上常见的A0幅面的滚筒式单色分灰度扫描仪的分辨率为400800dpi，操作的精度要高。普通的扫描仪大都按灰度分类扫描，高级的可按颜色分类扫描。,28,(2) 扫描前准备, 原图准备 记录格式 光孔孔径 计算坐标差,29, 原图准备,由于扫描数字化是采样头对原图进行扫描。 扫描数字化，首先要选择色调分明，线划实在而不膨胀的地图作为原图； 其次要在图上精确划定数

11、字化的范围，标出坐标原点； 最后要清理图面，如修净污点，连好线划上的断头。,30, 记录格式,选择数据扫描数字化仪的数据记录格式有两种，一种是数字格式，也就是每个网格记录一个二进制数“0”或“1”，它适用于对黑白或彩色线划地图数字化；一种是连续格式，每个网格记录一个灰度值（0255个灰阶），这适用于对像片数字化。,31, 光孔孔径（分辨率）,扫描仪采样头中透光孔的孔径有好多规格， 12.512.5 2512.5 5025 5040 100100 （(微米)=1/1000毫米），它用来控制网格的大小，也就是用以控制分辨率，孔径越小，网格就越小，分辨率就越高，数据量也就越大。根据地图的精度要求，应

12、选择具有一定的分辨率，数据量又不致过大的孔径。通常选择100100（或5040）的孔径，即地图上0.1毫米粗的线划一般只占1至2个网格。,32, 计算坐标差,当原图经过定向，固定的在滚筒（或平台）上之后，要算出扫描仪原点和原图原点之差，以便控制记录装置。,33,(3) 扫描矢量化处理,原始地图 GIS数据库 扫 描 栅格文件 自动矢量化 矢量文件 文件转换 栅格编缉 矢量编缉 扫描并自动矢量化的过程,34,现有数据转换,任何信息系统总要利用已有数据，以减轻信息收集、编码、输入的工作量。除了利用本单位、本部门的现成资料外，常用的、通用的数据供社会共享已成为一种趋势。特别在发达国家，有很多政府机构

13、或私人公司已经开始向社会公开提供数据服务，这种服务大致有五类信息：基本数字化地图、自然资源数据、地面数字高程、遥感数据、与人口统计相结合的空间、属性、地址数据。这些数据服务可以减少在数据收集与数据输入方面多付出的劳动，对GIS普及将起到了有力的促进作用。,35,3.4.3 空间与属性 数据的连接,在数据编辑的基础上,确定空间数据和非空间属性数据连接的关键字,然后将非空间属性输入到文本文件中,空间数据通过手扶跟数字化或扫描矢量化后,再经检查、线和连接点、细化处理、变形纠正过程建立起多边形，最后将唯一的识别符加入到图形实体中，实现空间与非空间的连接，建立起多边形矢量数据库。,数据编辑,关键字连接,

14、空间数据,属性数据,输入文本文件,空间属性连接,多边形矢量数据库,手工数字化,扫描,矢量化,检查,线和连接点,细化处理,建立多边形,加入识别符,36,3.5 空间数据转换,空间数据转换的目的： 空间数据转换的内容 定位信息 空间关系 属性信息 空间数据转换方法 外部数据交换文件：如ARC/INFO的E00文件。（图3.2） 空间数据交换标准（图3.3） Open GIS（图3.4）,37,3.6空间数据模型,模型：将系统的各个要素通过适当的筛选，用一定的表现规则描述出来的简明映象，是对现实世界的简化表达（如地球仪） 。模型通常表达了某个系统的发展过程或发展结果。 模型的几种形式： 物理模型：由

15、物理模拟过程表达。 图象模型：由某种图象或图象运算的集合表达。 数据模型：由数学语言建立的、能反映真实世界信息的数据集。,38,空间数据建模的步骤（层次） 概念数据模型 矢量数据模型 栅格数据模型 逻辑数据模型：根据概念模型确定的空间数据库信息的内容（空间实体及相互关系） 结构化数据模型（层次数据模型；网络数据模型） 结构化数据模型（关系数据模型） 物理数据模型：逻辑模型的计算机实现过程。,3.6空间数据模型,39,对地理信息的表达-数字化描述方法,矢量方式；栅格方式；,40,一. 空间数据质量的内容 二. 空间数据质量问题的评价与来源 三. 常见的空间数据源的误差分析 四. 空间数据的质量控

16、制,3.7空间数据质量控制,41,1.数据质量的基本概念： 准确性（accuracy)：即一个记录与它的真实值之间的接近程度; 精度(precision)：即对现象描述的详细程度; 空间分辨率（Spatial resolution）：指最小的可分离单元或最小的可表达单元。对栅格数据，指图像象元大小；对于矢量数据，指坐标点的密集程度。 比例尺（scale）：是地图上一个记录的距离和它所表现的“真实世界的” 距离之间的一个比例。 误差(error):空间数据与其真值之间的差异。 不确定性（uncertainty）：关于空间过程和特征不能被准确确定的程度，是自然界各种空间现象自身固有的属性。在内容上

17、，它是以真值为中心的一个范围，这个范围越大，数据的不确定性也越大。如：如某种土壤类型边界划分的模糊性，某种土地利用类型边界变动的频繁性。 2. 基本内容： 微观部分（见后） 宏观部分 适用性,一. 空间数据质量的内容,42,微观部分,定位精度（见后） 物体的地理位置与其真实地面位置之间的差别； 偏差； 精度； 属性精度 离散变量； 连续变量； 逻辑一致性,43,微观部分 主要是独立的数据元素的质量因素。 （1）定位精度 定位精度认为是在数据集合（如地图）中物体的地理位置与其真实的地面位置之间的差别。 检验方法：按规定的方式选择一些样本点与另外一个独立的精度更高的信息源的定位坐标进行比较。 定位

18、精度由两部分组成：偏差与精度。 偏差是描述真实位置与表达位置的系统差别，理想的偏差应当是零。偏差通常由样本点的平均位置误差度量。 精度是数据元素位置误差的描述，通常用对选取的样本点的标准离散差的计算来估计。 （2）属性精度 属性可以是离散的或连续的变量，离散的变量只能取有限的几个值而连续变量则可取任意若干值。,44,（3）逻辑一致性 逻辑一致性是指数据元素之间要维护良好的逻辑关系,逻辑性一致,逻辑性不一致,逻辑性不一致,逻辑性不一致,45,宏观部分,完整性（见后） 数据层的完整性； 数据分类的完整性； 数据检验的完整性； 时间性 原始资料的日期 数据档案 原始数据及处理这些数据所使用的处理步骤

19、,46,宏观部分 宏观数据质量指数据集合整体部分的质量。宏观控制包括三个方面：完整性、时间性和数据档案。 （1）完整性 关于数据的完整性，可以分为层的完整性、分类的完整性和检验的完整性。 层的完整性是指所感兴趣的研究区域的数据不能100%覆盖或属性不完整等；另一方面是由于研究区域内数据变化没有及时得到更新，造成数据的不完整。 分类的完整性主要是如何选择分类才能表达数据，这可以参考所使用的数据分类标准进行评估。 数据检验的完整性主要指对野外数据测量成果和其他独立数据源数据的检验。,47,（2）时间性 对于许多的地理信息来说，时间是一个严格的因素。如人口统计、土地利用等。 一些数据非常依赖于它们的

20、采集周期。例如，在一个种植多种作物的区域，作物的生长类型在一年内是随季节变化的，对于制作土地类型覆盖图来说，时间信息将会影响所获取的作物类型信息。 数据质量的时间因素最常用的报告形式是原始资料的日期。例如： 航空摄影时间 地形图测量与更新时间 （3）数据档案 主要是指数据集合生产历史，原始数据以及处理这些数据所使用的处理步骤。,48,适用性,费用方面的适用性 可获得性：表现在使用和获取数据的难易程度。例如： 费用太昂贵；人的素质较低，计算机不普及； 数据的获取受到个别部门或单位的限制等。,49,二.空间数据质量问题评价与来源,1.空间数据质量评价： 2.空间数据质量问题的来源: 3.各数据阶段

21、所对应的主要误差来源,50,1.空间数据质量评价：7个方面,1)数据情况：对数据的来源内容及其处理过程等作出准确全面详尽的说明。 2)位置的精度：指空间实体的坐标数据的精度，包括平面精度、高程精度、接边精度、图像分辨率等。 3)属性精度；指空间实体的属性精度，包括要素分类与代码的正确性、要素属性值的准确性及其名称的正确性等。 4)时间精度：指数据的现势性，可通过数据更新的时间和频率来表现。,51,1.空间数据质量评价： 7个方面,5)逻辑一致性：指地理数据关系上的可靠性，包括数据结构、数据内容及拓扑上的内在一致性。 6)数据完整性：指数据在范围、内容及结构等方面满足所有要求的完整程度，包括数据

22、范围、空间实体类型、空间关系分类、属性特征分类等方面的完整性。 7)表达形式的合理性：指数据抽象、数据表达与真实世界的吻合性，包括空间特征、专题特征和时间特征表达的合理性等。,52,2.空间数据质量问题的来源,1)空间现象自身存在的不稳定性 2)空间现象的表达 3)空间数据处理中的误差（见后） 4)空间数据使用中的误差（见后）,53,3)空间数据处理中的误差,1)地图投影变换 2)地图数字化和扫描后的矢量化处理 3)数据格式转换 4)数据抽象 5)建立拓扑关系 6)与主控数据层的匹配 7)数据叠加操作与更新 8)数据集成处理 9)数据的可视化表达 10)数据处理过程中误差的传递与扩散,54,阶 段,误差来源,数据采集,数据输入,数据存储,数据操作,数据输出,数据使用,实地测量