GIS原理与应用教案——第三章空间数据的采集和质量控制

1、第三章 空间数据的采集和质量控制学习要求：掌握以下基本内容：1、空间数据的参照系和控制基础2、数据的编码体系3、GIS数据的采集方式4、数据采集的质量与GIS数据质量的评价§3.1 概述一、GIS 的数据源地理信息系统的各种数据源中，地图是最主要数据源，遥感数据是 GIS 数据更新的重要手段。二、空间数据采集的任务空间数据采集的任务是将现有的地图、 外业观测成果、 航空像片、 遥感 图像、文本资料等转换成GIS可以处理与接收的数字形式，通常要经过验证、修 改、编辑等处理。三、研究 GIS 数据质量的目的和意义GIS的数据质量是指GIS中空间数据（几何数据和属性数据）的可靠性， 通常用

2、空间数据的误差来度量。§3.2 空间数据的地理参照系和控制基础一、空间数据的地理参照系介绍地球的形状、 描述地球形状的数学方法以及地理坐标系。 介绍地球 的形状、 坐标系、高程系等的概念。、地图投影介绍将不规则的地球表面用地球椭球面来替代， 进而将不可展曲面的地 球椭球面映射到地图平面上来的方法地图投影。 内容有地图投影的实质、 投影 变形、 GIS 中的地图投影、 高斯克吕格投影、 正等角圆锥投影 等。三、地理信息系统的地理空间通常是指经过投影变换放在笛卡儿平面直角坐标系中的地球表层特征 空间。它的理论基础在于旋转椭球体和地图投影变换。§3.3 地理实体数据的编码与 GI

3、S 数据库一、地理实体的分类1、地理实体与地理目标的类型(1) 地理实体地理实体地理数据库中的实体， 是一种在现实世界中不能再划分为 同类现象的现象。 例如城市可看成一个地理实体， 并可划分成若干部分， 但这些 部分不叫城市，只能称为区、街道之类。地理目标实体在地理数据库中的表示。 地理目标的表示方法随比例 尺、目的等情况的变化而变化，例如，对于城市这个地理实体，在小比例尺上可 作为一个点目标， 而在大比例尺上将作为一个面目标。 地理目标在地图上是以地 图符号的形式来表示的。(2) 地理实体的类型1° 点状实体实体点一一用于代表一个实体；注记点用于定位注记；内点一一用于负载相应多边形

4、的属性；结点一一表示线的终点和起点；节点线或弧段的内部点。2° 线状实体长度从起点到终点的总长；曲率用于表示线状实体的弯曲程度，如道路拐弯处； 方向如水流的方向等。3° 面状实体面积面状实体所占有的范围的大小；周长面状实体所占有区域的周长；独立或相邻是独立存在，还是与其它面状实体相邻；岛或洞面状实体中是否有岛或洞； 重叠面状实体之间是否有重叠。4° 体状实体体积岛或洞表面积(3) 地理目标的类型0 维有位置无长度的目标，如点。1 维有长度的目标，一般由两个或多个 0 维目标组成，如线。2 维有长和宽的目标，如多边形。3 维有长、宽和高的目标，如三维立体。因此，地理

5、实体可以根据地理目标的类型分为点、 线、面、体 4种类型 (4) 地理实体的描述通常需要从如下方面对地理实体进行描述：编码用于区别不同的实体， 有时同一个实体在不同的时间具有不同 的编码， 如上行和下行的火车。 编码通常包括分类码和识别码。 分类码标识实体 所属的类别，识别码对每个实体进行标识，是唯一的，用于区别不同的实体。位置通常用坐标值的形式 （或其它方式 ） 给出实体的空间位置。类型指明该地理实体属于哪一种实体类型，或由哪些实体类型组 成。行为指明该地理实体可以具有哪些行为和功能。属性指明该地理实体所对应的非空间信息， 如道路的宽度、 路面质 量、车流量、交通规则等。说明用于说明实体数据

6、的来源、质量等相关的信息。关系与其它实体的关系信息。（5） 地理实体时间维的描述如果只是地理实体的属性数据在变化， 那么，可以把不同时间的属性数 据均记录下来，作为该地理实体的属性数据。二、地理实体的编码地理实体数据的编码指的是地理实体中属性数据的编码。 属性数据是描述实体数据的属性特征的数据。三、GIS数据库1、GIS数据的基本组成地理信息系统的数据基础由三部分构成： 空间数据、 非空间数据 （亦称 属性数据）和时间因素构成。2、GIS数据在计算机中的表示A 、图形数据的表示：B 、非图形数据的表示：3、GIS 数据在计算机中的构模A图形数据的数据模型（1）矢量数据模型（2）栅格数据模型3）

7、矢栅合一的数据模型B、专题属性数据的数据模型管理专题属性的数据模型很多，最为常用的是：表格、层次、网状和关系模型。关系式的DBMS已经成为当前主导的商用数据库管理系统。§3.4 空间数据的采集一、几何数据的采集地图跟踪数字化基本功能：1° 图幅信息录入和管理功能2° 特征码清单设置3° 数字化键值设置4° 数字化参数定义5° 数字化方式的选择6° 控制点输入功能二、属性数据的采集属性数据的录入主要采用键盘输入的方法，有时也可以辅助于字符识别软 件。为了把空间实体的几何数据与属性数据联系起来， 必须在几何数据与属性数 据之间有

8、一公共标识符。 当空间实体的几何数据与属性数据连接起来之后， 就可 进行各种 GIS 的操作与运算了。三、空间数据的检核一） 空间数据输入的误差1° 几何数据的不完整或重复。2° 几何数据的位置不正确。3° 比例尺不正确。4° 变形。5° 几何数据与属性数据的连接有误。6° 属性数据错误。二）空间数据的检查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

9、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。）图形显示和数据处理1° 符号设计与符号库建立功能2° 符号设置功能。3

10、76; 注记配置功能。4° 图形显示功能。5° 查询功能。6° 绘图输出功能。§3.5 GIS 的数据质量、GIS 的数据质量的内容和类型一）GIS数据质量的基本内容 1° 位置精度2° 属性精度 3° 逻辑一致性4° 完备性5° 现势性二、空间数据的误差类型（1） 源误差 ：1° 遥感数据：摄影平台、传感器的结构及稳定性、分辩率等。2° 测量数据：人差 （ 对中误差、读数误差等 ）、仪差 （仪器不完善、缺 乏校验、未作改正等 ） 、环境（气候、信号干扰等 ）。3° 属性数据

11、：数据的录入、数据库的操作等。4° GPS数据：信号的精度、接收机精度、定位方法、处理算法等。5° 地图：控制点精度，编绘、清绘、制图综合等的精度。6° 地图数字化精度：纸张变形、数字化仪精度、操作员的技能等。（2） 处理误差3、GIS中的误差传播1° 代数关系下的误差传播2° 逻辑关系下的误差传播3° 推理关系下的误差传播、研究GIS数据质量的方法1、GIS数据质量的评价方法（1）直接评价法1 °用计算机程序自动检测2°随机抽样检测（2） 间接评价法(3) 非定量描述法 2、研究 GIS 数据质量的常用方法(1)

12、敏感度分析法(2)尺度不变空间分析法( 3) Monte Carlo 实验仿真(4) 空间滤波三、数据采集中数据质量的评价1、地图固有误差的来源和类型(1) 控制点展绘误差(2) 编绘误差(3) 绘图误差(4) 综合误差(5) 地图复制误差和分版套合误差(6) 绘图材料的变形误差(7) 特征的定义2、数字化的误差1°、自动回归法2° Band 法3°、对比法 四、数据处理中数据质量的评价1数字高程模型(DEM)的精度对DEM内插精度的估算方法有多种，但结论是相同的，即DEM的内插精度主要受原始采样点的采样密度的影响， 与不同的插值方法的关系不很大。 但在DEM精度

13、评定的标准方面、地貌逼真度方面、DEMI勺粗差探测等方面仍没有得 到圆满的解决2、矢量数据栅格化的误差 矢量数据栅格化的误差可分为属性误差和几何误差两种。3、多边形叠置产生的误差 多边形叠置误差计算的思路是， 先计算单幅图或单层图的误差， 再 计算叠置图的误差。因此，下面仅简要讨论单数据层的叠置问题。§3.6 空间数据标准一、空间数据分类标准从技术的角度看， 空间数据标准是指空间数据的名称、 代码、分类编码、 数据类型、精度、单位、格式等的标准形式。空间数据标准涉及到复杂的科学理 论和技术方法问题。空间数据标准的制定对于地理信息系统的发展具有重要意 义，但目前空间数据标准的研究仍然落后于地理信息系统的发展。二、空间数据交换标准随着地理信息系统的发展， 数据共享已越来越重要。 由于空间数据模型 的不同，空间数据的定义、 表达和存储方式也不同， 因而数据交换就不那么简单 必须制定一定的标准。三、GIS空间元数据空间元数据( Geosp