数据采集与处理ppt课件

1、第四章第四章 空间数据采集与数据处置空间数据采集与数据处置1.1.数据源种类数据源种类2.2.空间数据采集的义务空间数据采集的义务2.12.1数据采集义务数据采集义务2.22.2数据采集方法数据采集方法2.32.3矢量数据采集矢量数据采集2.3.1 2.3.1 地图跟踪数字化地图跟踪数字化2.3.2 2.3.2 地图扫描矢量化地图扫描矢量化2.42.4属性数据采集属性数据采集3.3.空间数据处置空间数据处置数据源指建立数据源指建立GIS的地理数据库以及进展运用分析所需的的地理数据库以及进展运用分析所需的各种数据的来源。各种数据的来源。 空间信息的获取是一个空间信息系统建立的首要义务。空间信息的

2、获取是一个空间信息系统建立的首要义务。一个空间信息系统建立，一个空间信息系统建立，70以上的任务费用将破以上的任务费用将破费在空间信息特别是矢量数据的获取上面。费在空间信息特别是矢量数据的获取上面。1.1.数据源种类数据源种类 对于一个GIS运用系统的建立来说，空间数据图形数据的来源主要有四种渠道： 数据转换：各种交换格式数据DXF/E00 /MIF等 遥感/GPS数据：图象、GPS坐标点文件等 数字丈量：构成纸质地图或坐标点文件 已有纸质地图：地图数字化统计数据：GIS重要的属性数据源文本资料：行业部门的有关法律文档、行业规范等。1.1.数据源种类数据源种类1.1.数据源种类数据源种类数据转

3、换是目前空间数据共享的一个重要途径，数据转换是目前空间数据共享的一个重要途径，因此，普通的空间信息系统平台都提供了各种因此，普通的空间信息系统平台都提供了各种交换格式的数据转入交换格式的数据转入/转出功能。转出功能。 纸质地图是纸质地图是GIS主要的数据源。主要经过对地图主要的数据源。主要经过对地图的跟踪数字化和扫描数字化获取。在运用地图的跟踪数字化和扫描数字化获取。在运用地图时，应思索到地图投影所引起的变形，必要时时，应思索到地图投影所引起的变形，必要时需求进展坐标转换或投影变换。需求进展坐标转换或投影变换。遥感影像含有丰富的资源环境信息，是大面积、遥感影像含有丰富的资源环境信息，是大面积、

4、动态的、实时的数据源，是动态的、实时的数据源，是GIS数据更新的重数据更新的重要方式。将坐标点文件转为地图数据也是空间要方式。将坐标点文件转为地图数据也是空间信息系统平台必需提供的根本功能。信息系统平台必需提供的根本功能。2.空间数据采集的义务 2.1采集义务：将地理实体的几何数据和属性数据输入到地理数据库中，就是GIS的数据采集。 即将现有的地图、外业观测成果、航空像片、遥感图像、文本资料等转换成GIS可以处置和接纳的数字方式，通常经过验证、修正、编辑等处置。采集方式与数据源有关。2.空间数据采集的义务2.2 主要采集方法主要采集方法已存在于其它系统的几何数据，经过转换装载已存在于其它系统的

5、几何数据，经过转换装载丈量仪器获得地几何数据，传输进入数据库丈量仪器获得地几何数据，传输进入数据库遥感影像提取专题信息，需求进展几何纠正、光谱纠正、遥感影像提取专题信息，需求进展几何纠正、光谱纠正、影像加强、图像变换、构造信息提取等，属于遥感图影像加强、图像变换、构造信息提取等，属于遥感图像处置内容像处置内容栅格数据的获取，经过扫描仪输入，大多可直接进入栅格数据的获取，经过扫描仪输入，大多可直接进入GIS矢量数据采集矢量数据采集2.32.3矢量数据的采集矢量数据的采集矢量图形输入要处理的问题：即几何数据与属矢量图形输入要处理的问题：即几何数据与属性数据。拓扑数据普通在已有的几何数据根底上生性数

6、据。拓扑数据普通在已有的几何数据根底上生成。普通需求进展三方面的任务，即几何数据的采成。普通需求进展三方面的任务，即几何数据的采集、属性数据的采集、几何数据与属性数据的衔接。集、属性数据的采集、几何数据与属性数据的衔接。矢量化处置流程矢量化处置流程纸地图扫描转换拼接子图块裁剪地图矢量图编辑矢量图合成图像处理矢量化2.32.3矢量数据的采集矢量数据的采集两种方式地图跟踪数字化数字化仪输入、屏幕矢量化传统的数据采集方法。地图扫描矢量化自动或半自动矢量化：较为先进的地图数字化方式数字化仪原理目前较为常用的数字化仪是电磁感应式数字化仪，它是利用电磁感应原理检测出图形坐标数据的。由游标线圈定位器、任务桌

7、面包括铺设其下的栅格阵列导线以及电子部件、微处置器和输出安装组成。其中游标线圈是电磁发射源，任务桌面接纳信号，电子部件、微处置器把游标线圈在任务桌面上的位移量转换成x，y坐标，最后经输出安装输入计算机2.3.1地图跟踪数字化根本过程将需求数字化的图件地图、航片等固定在数字化板上，设定数字化范围，输入有关参数，选择数字化方式，按地图要素的类别实施数字化在进展地图手扶跟踪数字化时，需求在数字化仪面板坐标和地图真实坐标之间建立映射关系，通常的做法是先录入三个不在同一条直线上的控制点。2.3.1地图跟踪数字化控制点控制点tictic概念概念 地图上具有控制地图图幅准确度的一些点，也称地理控制点同名点，

8、通常这些点都具有准确的实地坐标或可以准确定位的，如图幅图廓点、公路网格点、丈量点、道路交叉口等1、扫描仪数字化思想经过扫描将地图转换为栅格数据，然后采用栅格数据矢量化的技术追踪出线和面，采用方式识别技术识别出点和注记，并根据地图内容和地图符号的关系自动给矢量数据赋以属性值。2、主要方法自动矢量化交互式矢量化 ：采用人机交互方式2.3.2 地图扫描数字化1 1、灰度二值化、灰度二值化 灰度二值化是将一幅有各种灰度亮度分布灰度二值化是将一幅有各种灰度亮度分布的黑白图像变为非黑即白非的黑白图像变为非黑即白非“1 1即即“0 0 的二值图像，是将图像变为图形的一种过渡。的二值图像，是将图像变为图形的一

9、种过渡。二值化阈值确定方法：阅历法、直方图、人机二值化阈值确定方法：阅历法、直方图、人机交互法和数理统计法。交互法和数理统计法。地图扫描数字化自动矢量化地图扫描数字化自动矢量化2 2、线条细化、线条细化剥离法：其本质是从数字图像上，由上而下剥离法：其本质是从数字图像上，由上而下，自左到右一次选，自左到右一次选3 33 3个像元，进展分析，以个像元，进展分析，以不影响其连通性为原那么决议中心像元能否不影响其连通性为原那么决议中心像元能否可以剥离，逐次排下去，可以将线条带剥离可以剥离，逐次排下去，可以将线条带剥离成单个像元的细线成单个像元的细线3、跟踪，生成矢量格式坐标链自动搜索方法 搜索结点 3

10、 3网格法结点间8个方向跟踪组成网格链，逐个网格取其中心点坐标，转换成矢量坐标链弧段 点 端点 中间点 结点 地图扫描数字化自动矢量化2.4属性数据的采集 2.4.1属性数据统计数据或专题数据的采集 数据量较小，可以在输入几何数据的同时，用键盘输入；数据量大，与几何数据分别输入，根据预先建立属性表输入属性；从其它统计数据库导入属性，经过关键字段联接图形。 2.4.2几何数据与属性数据之间的联络：公共标识码用户ID，即 几何数据图形数据与属性数据之间的公共标识符2.5.1 2.5.1 遥感数据遥感数据 2.5.22.5.2手工方式：可在专题地图上均匀地划分网手工方式：可在专题地图上均匀地划分网格

11、，每一单位格子覆盖部分的属性数据成为各格，每一单位格子覆盖部分的属性数据成为各点的值，构成栅格地图文件；点的值，构成栅格地图文件；2.5 栅格数据常用的获取方法 2.5.3 矢量数据转换：数字化仪跟踪，得到矢量数据，再转为栅格数据； 2.5.4 图片扫描数据：扫描数字化方法，逐渐扫描专题地图，将扫描数据重新采样和再编码得到栅格数据文件。 3.3.空间数据处置空间数据处置 采集之后的数据处置任务包括：几何纠正、图形和文本数据的编辑、图幅的拼接、拓扑关系的生成等，即完成GIS的空间数据在装入GIS的地理数据库前的各种任务。3.1图形编辑3.2空间数据的坐标变换3.3图幅拼接3.4数据格式转换，包括

12、矢量栅格数据转换，不同软件数据格式的转换，不同介质之间的数据转换3.1图形编辑空间数据编辑的必要性空间数据编辑的必要性 修正数据输入错误修正数据输入错误 维护数据的完好性和一致性维护数据的完好性和一致性 更新地理信息更新地理信息 空间数据编辑内容空间数据编辑内容 数据不完好、反复数据不完好、反复 空间数据位置不正确空间数据位置不正确 空间数据比例尺不准确空间数据比例尺不准确 空间数据变形空间数据变形 几何和属性衔接有误几何和属性衔接有误属性数据不完好属性数据不完好 纠正数据采集错误的重要手段，以及图形更新的必要步骤，如对点、线、面的添加、删除、修正等。首先是点、线、面的捕捉再进展拓扑编辑部分或

13、全部拓扑 多边形衔接编辑 弧段和结点衔接编辑 3.1 图形编辑3.1.1 图斑合并：指两相邻的图斑合并，即系统将相邻的两图斑共用弧段删除，用户给出合并后的图斑编码，在软件支持下实现两图斑的合并3.1.2 图斑分裂：图斑合并的逆操作3.1 图形编辑3.1.3图斑定积分裂：图斑定积分裂： 指在指定图斑内或边境指在指定图斑内或边境上的某部位，寻觅一点，上的某部位，寻觅一点，将该点与图斑边境限的两将该点与图斑边境限的两点在地籍图中就是两界点在地籍图中就是两界址点连线，分裂出一个址点连线，分裂出一个小区域，要求该校区域内小区域，要求该校区域内面积为定值。这是房地产面积为定值。这是房地产出卖中经常遇到的实

14、践问出卖中经常遇到的实践问题。题。3.1 图形编辑3.2.1 概念：空间数据从一种数学形状到另一种数学形概念：空间数据从一种数学形状到另一种数学形状的变换，本质是建立两个平面点之间或球面坐标状的变换，本质是建立两个平面点之间或球面坐标和平面坐标的一一对应关系，是空间数据处置的根和平面坐标的一一对应关系，是空间数据处置的根本内容之一。主要包括数字化仪坐标和扫描影像坐标本内容之一。主要包括数字化仪坐标和扫描影像坐标与地理坐标的变换，以及两个不同投影的坐标变换与地理坐标的变换，以及两个不同投影的坐标变换3.2.2 空间数据需求进展坐标转换的缘由空间数据需求进展坐标转换的缘由3.2.3 坐标变换的主要

15、内容坐标变换的主要内容 几何纠正几何纠正 投影变换投影变换3.2 空间数据的坐标变换 坐标变换缘由坐标变换缘由 (1)(1)实现地图的实现地图的数学法那么数学法那么(2)(2)实现由设备实现由设备坐标数字化坐标数字化仪坐标或栅格仪坐标或栅格图像坐标到图像坐标到现实世界坐标现实世界坐标实践地理坐实践地理坐标的转换标的转换3.3.2坐标变换的地理意义 指将地球球面上的地理对象表示在指将地球球面上的地理对象表示在平面上的数学根底如投影方式、平面上的数学根底如投影方式、比例尺、方向等。对地图进展数比例尺、方向等。对地图进展数字化时必需将这种数学法那么反映字化时必需将这种数学法那么反映到数字地图中到数字

16、地图中由数字化设备读取的坐标值直接依由数字化设备读取的坐标值直接依赖于该设备的坐标系统及其设置，赖于该设备的坐标系统及其设置，并不代表实践地理坐标，因此有必并不代表实践地理坐标，因此有必要建立坐标转换公式，在数字化过要建立坐标转换公式，在数字化过程中将设备坐标转换为实践地理坐程中将设备坐标转换为实践地理坐标。标。(3)(3)控制数据采集的精度控制数据采集的精度3.3.2 坐标变换的地理意义 由控制点建立的坐标转换公式实由控制点建立的坐标转换公式实践上是一组回归方程，经过在图面上践上是一组回归方程，经过在图面上均匀选取适当数目的控制点，并准确均匀选取适当数目的控制点，并准确输入控制点的实践地理坐

17、标，可以提输入控制点的实践地理坐标，可以提高回归方程的拟和精度，进一步控制高回归方程的拟和精度，进一步控制数字化的精度。数字化的精度。控制点建立的坐标转换控制点建立的坐标转换电子地图数字化仪面板纸质地图控制点X地图 = X面板 * a1 + Y面板 * b1 + c1Y地图 = X面板 * a2 + Y面板 * b2 + c2X面板1, Y面板1X面板2, Y面板2X面板3, Y面板3X地图1, Y地图1X地图2, Y地图2X地图3, Y地图3将上面三组数据代入此方程组，就可以求得：a1 b1 c1 a2 b2 c2 这六个参数。3.3.2坐标变换的地理意义 当需求对多幅地图进展数字化时，假设

18、在多当需求对多幅地图进展数字化时，假设在多幅地图之间或在不同比例尺之间建立了一个一致幅地图之间或在不同比例尺之间建立了一个一致的坐标系，并在每一幅地图都输入一定数量的控的坐标系，并在每一幅地图都输入一定数量的控制点及相应的地理坐标，那么经由控制点拟合的制点及相应的地理坐标，那么经由控制点拟合的坐标变换公式，将一切图幅的数字化仪平面坐标坐标变换公式，将一切图幅的数字化仪平面坐标转换为所建立的坐标系中的坐标，使得图幅拼接转换为所建立的坐标系中的坐标，使得图幅拼接或不同比例尺间地图的匹配成为能够。或不同比例尺间地图的匹配成为能够。(4)(4)实现多图幅拼接或不同比例尺间地图的匹配实现多图幅拼接或不同

19、比例尺间地图的匹配3.3.3 3.3.3 坐标变换的主要内容坐标变换的主要内容 将地图上各点的原坐标，转换成新的坐标。可将地图上各点的原坐标，转换成新的坐标。可分为两类：一是将非地理坐标转换为地理坐标分为两类：一是将非地理坐标转换为地理坐标地理坐标化地理坐标化georeferencinggeoreferencing; ;二是校正或配准二是校正或配准registrationregistration，几何纠正，可在恣意两个坐，几何纠正，可在恣意两个坐标系中进展，不一定非要转为地理坐标。标系中进展，不一定非要转为地理坐标。3.3.3.13.3.3.1几何纠正几何纠正(1)(1)主要运用：扫描地形图、

20、遥感影像，进展图纸变主要运用：扫描地形图、遥感影像，进展图纸变形误差的纠正，建立实践地理坐标系。形误差的纠正，建立实践地理坐标系。(2)(2)采用方法：采用方法：仿射变换：运用最多的一种几何纠正方式仿射变换：运用最多的一种几何纠正方式类似变换类似变换二次变换二次变换2.1仿射变换公式：ybxbbYyaxaaX210210特性：只思索特性：只思索x x和和y y方向方向上的变形上的变形直线变换后仍为直线直线变换后仍为直线平行线变换后仍为平行平行线变换后仍为平行线线不同方向上的长度比发不同方向上的长度比发生变化生变化2主要方法根本坐标变换表示 X方向Y方向(a)平移(b)缩放(c)图形旋转(2.2

21、)坐标变换中待定系数确实定地面控制点或同名点是求解转换的根底 要实现仿射变换，需求知道不在同不断线上要实现仿射变换，需求知道不在同不断线上的的3对控制点的数字化坐标及其实际值，才干求对控制点的数字化坐标及其实际值，才干求得上述得上述6个待定参数。实践中通常利用个待定参数。实践中通常利用4个点控个点控制点。制点。2主要方法(2.2)坐标变换中待定系数确实定 计算方法：数值变换法，这种方法主要用于地图的数字化。最计算方法：数值变换法，这种方法主要用于地图的数字化。最小二乘法是最为常用的数值变换法。小二乘法是最为常用的数值变换法。 利用最小二乘法的根本思想是，先用一组线性多项式拟利用最小二乘法的根本

22、思想是，先用一组线性多项式拟合坐标变换公式，实践上是建立回归曲线转换曲线，用该合坐标变换公式，实践上是建立回归曲线转换曲线，用该曲线进展原坐标系的一切点的坐标变换。控制点是转换根底。曲线进展原坐标系的一切点的坐标变换。控制点是转换根底。 在地图上选取假设干控制点，获取控制点的数字化仪坐在地图上选取假设干控制点，获取控制点的数字化仪坐标和实践地理坐标，然后利用这组坐标值，根据最小二乘法原标和实践地理坐标，然后利用这组坐标值，根据最小二乘法原理算出多项式的系数。这样在地图数字化过程中，就可以利用理算出多项式的系数。这样在地图数字化过程中，就可以利用这组多项式计算出恣意一点的地理坐标。这组多项式计算

23、出恣意一点的地理坐标。 普通的普通的GISGIS软件都提供了坐标变换功能。软件都提供了坐标变换功能。 3.3.3.2 投影变换1 1目的：当系统所运用的数据来自不同地目的：当系统所运用的数据来自不同地图投影时，需求将一种投影的几何数据图投影时，需求将一种投影的几何数据x,yx,y转成所需投影的数据转成所需投影的数据(X,Y)(X,Y)。本质是建立两。本质是建立两个平面点之间的一一对应关系。个平面点之间的一一对应关系。 公式：公式：X=f1(x,y),Y=f2(x,y)X=f1(x,y),Y=f2(x,y)解析法，知坐标变换公式如各种投影类型，直接利用变换公式进展计算。如地理经纬度与X、Y坐标变

24、换。GIS中图形的缩放、平移、旋转及三维变换等操作中都运用这种变换。正解变换：x=fx(L,B) y=fy(L,B)反解变换：L=FL(x,y) B=FB(x,y)2 2解算这种法那么有几种方法解算这种法那么有几种方法数值变换法：假设不易求出两投影之间坐标的直接关系，可以采用多项式逼近的方法，普通选择10个以上的同名点。3.3.3.2 投影变换3.4 图幅拼接3.4.1为什么需求图幅拼接？为什么需求图幅拼接？数字化过程经常把一幅图分成几部分数数字化过程经常把一幅图分成几部分数字化字化规范的地形图是分幅的规范的地形图是分幅的3.4.2图幅拼接步骤图幅拼接步骤逻辑一致性的操作属性的一致逻辑一致性的

25、操作属性的一致识别与检索相邻图幅识别与检索相邻图幅相邻图幅边境点坐标数据的匹配两条相邻图幅边境点坐标数据的匹配两条线段的衔接。线段的衔接。一样属性多边形公共边境的删除一样属性多边形公共边境的删除(a)(b)(c)图幅拼接(a)拼接前；拼接前；(b)拼接中的边缘不匹配；拼接中的边缘不匹配；(c)调整后的拼接结果调整后的拼接结果图形拼接图形拼接涉及复杂的数值运算；转换后的误差存在涉及复杂的数值运算；转换后的误差存在 3.5.1 3.5.1 矢量到栅格的转换矢量到栅格的转换 设设dxdx、dydy分别为栅格单元在分别为栅格单元在x x和和y y方向上的边方向上的边长，长，xminxmin、yminymin、xmaxxmax、ymaxymax表示图形的边表示图形的边境范围，境范围，M M、N N表示转换后的行列数，那么有表示转换后的行列数，那么有如下关系：如下关系：M=|ymax - ymin |/dyM=|ymax - ymin |/dyN=|xmax - xmin |/dx N=|xmax - xmin |/dx 3.5矢量数据与栅格数据的相互转换(1)(1)点点 设点的矢量坐标为设点的矢量坐标为x x，y y，转换后栅格，转换后栅格