第二章GIS数据结构1

1、1GIS数据的采集与质量数据的采集与质量一、一、数据的采集数据的采集二、二、数据的质量数据的质量2数据采集在数据采集在GISGIS中的地位中的地位 空间信息的获取空间信息的获取是是GIS空间信息系统建设空间信息系统建设的首要任务，一个空间信息系统建设，的首要任务，一个空间信息系统建设，70以上以上的工作（费用、时间等）将花费在的工作（费用、时间等）将花费在空间信息的获取空间信息的获取上面。上面。硬件硬件软件软件数据数据 = 127= 127 一、空间图形数据的采集 二、非空间属性数据的采集 3数据采集任务数据采集任务将现有的地图、外业观测成果、航空像片、将现有的地图、外业观测成果、航空像片、遥

2、感图片数据、文本资料等转换成遥感图片数据、文本资料等转换成GISGIS可以可以接受的数字形式。接受的数字形式。数据入库之前进行验证、修改、编辑等处数据入库之前进行验证、修改、编辑等处理，保证数据在内容和逻辑上的一致性。理，保证数据在内容和逻辑上的一致性。不同的不同的数据源数据源要用到不同的设备和方法。要用到不同的设备和方法。 GIS GIS的数据采集将的数据采集将地理实体地理实体的的几何数据几何数据和和属性数据属性数据输入到输入到地理数据库地理数据库中。中。4数据源种类数据源种类 图形图像数据：图形图像数据：l地图地图 l工程图工程图l规划图规划图l照片照片l航空与航空与遥感影像遥感影像等等图

3、形图像数据图形图像数据 文字数据文字数据文字数据：文字数据：l 调查报告调查报告l 文件文件l 统计数据统计数据l 实验数据实验数据l 野外调查的原始记录等野外调查的原始记录等数据源指建立数据源指建立GIS的地理数据库所需的各种数据的来源。的地理数据库所需的各种数据的来源。56789数据源种类数据源种类 第一手数据第一手数据第二手数据第二手数据非电子数据非电子数据电子数据电子数据全站仪、全站仪、GPS数据数据地球物理、地球化学地球物理、地球化学遥感数据遥感数据地图地图专题地图专题地图统计图表统计图表平板测量数据平板测量数据工程测量数据工程测量数据笔记笔记航空、遥感相片航空、遥感相片人口普查人口

4、普查社会经济调查社会经济调查各种统计资料各种统计资料已建各种数据库已建各种数据库GIS数据数据10111213141516数据源种类数据源种类v目前各种类型的目前各种类型的地图地图是重要的信息源。因为地图的内是重要的信息源。因为地图的内容直观与丰富，而且是由于在容直观与丰富，而且是由于在GISGIS诞生以前，地图是表诞生以前，地图是表示空间与非空间信息强有力的手段。示空间与非空间信息强有力的手段。v遥感影像遥感影像是地理信息系统中一个极其重要的数据源。是地理信息系统中一个极其重要的数据源。 能取得大面积、综合的信息；能取得大面积、综合的信息；动态的、实时的数动态的、实时的数据源、据源、数据更新

5、数据更新；能提供各类专题所需要的信息。能提供各类专题所需要的信息。 v统计数据统计数据: :国民经济的各种统计数据常常也是国民经济的各种统计数据常常也是GISGIS的数的数据源。如省级统计年鉴、城市统计年鉴、环境监测报据源。如省级统计年鉴、城市统计年鉴、环境监测报告等。告等。17数据源种类数据源种类v实测数据实测数据: :各种实测数据特别是一些各种实测数据特别是一些GPSGPS点位数点位数据、据、地籍测量数据地籍测量数据常常是常常是GIS GIS 的一个很准确和的一个很准确和很现势的资料。很现势的资料。v各种文字报告和立法文件各种文字报告和立法文件: :各种文字报告和立各种文字报告和立法文件在

6、一些法文件在一些管理类的管理类的GISGIS系统系统中，有很大的中，有很大的应用，如在城市规划管理信息系统中，各种城应用，如在城市规划管理信息系统中，各种城市管理法规及规划报告在规划管理工作中起着市管理法规及规划报告在规划管理工作中起着很大的作用。很大的作用。18数据源与相应设备数据源与相应设备地图地图地面测量数据地面测量数据统计资料统计资料航空、遥感航空、遥感文字数据文字数据数字化仪数字化仪扫描仪扫描仪摄影测量系统摄影测量系统键盘键盘空间空间 数据库数据库编辑处理编辑处理数据交换数据交换19数字化仪数字化仪数字化仪，是一种用来记录和跟踪地图点、数字化仪，是一种用来记录和跟踪地图点、线位置的手

7、工数字化设备。根据尺寸和使用线位置的手工数字化设备。根据尺寸和使用条件的不同，大致可分为两类：条件的不同，大致可分为两类：小型数字化仪小型数字化仪 (Tablet) (Tablet)：A A4 4，A A3 3，A A2 2大型数字化仪大型数字化仪( (Digitizer)Digitizer)：A A1 1，A A0 0，A A000020数字化仪原理数字化仪原理 目前较为常用的数字化仪是目前较为常用的数字化仪是电磁感应式数字化仪电磁感应式数字化仪，它是，它是利用利用电磁感应原理电磁感应原理检测出检测出图形坐标数据图形坐标数据的。由的。由游标线圈游标线圈（定（定位器）、位器）、工作桌面工作桌面

8、（包括铺设其下的栅格阵列导线）以及（包括铺设其下的栅格阵列导线）以及电电子部件、微处理器子部件、微处理器和和输出装置输出装置组成。其中游标线圈是电磁发组成。其中游标线圈是电磁发射源，工作桌面接收信号，电子部件、微处理器把游标线圈射源，工作桌面接收信号，电子部件、微处理器把游标线圈在工作桌面上的位移量转换成在工作桌面上的位移量转换成x x，y y坐标，最后经输出装置输坐标，最后经输出装置输入计算机入计算机211 1、图形数据的采集、图形数据的采集采集基本模式有两种采集基本模式有两种 将地理信息实体以将地理信息实体以(x,y)(x,y)坐标的形式，以顺坐标的形式，以顺时针或逆时针方法依次输入时针或

9、逆时针方法依次输入( (矢量矢量) ) 用点、线、多边形和格网邻接的方法表示用点、线、多边形和格网邻接的方法表示地理实体地理实体（栅格）（栅格）一、数据的采集一、数据的采集22矢量数据的获取方式矢量数据的获取方式1) 1) 由外业测量获得由外业测量获得 可利用测量仪器自动记录测量成果可利用测量仪器自动记录测量成果( (常称为电子手薄常称为电子手薄) )然后然后, ,转到地理数据库中。转到地理数据库中。2)2)由栅格数据转换获得由栅格数据转换获得 利用栅格数据矢量化技术，把栅格数据转换为矢量利用栅格数据矢量化技术，把栅格数据转换为矢量数据。数据。3)3)数字化数字化 用数字化的方法，把地图变成离

10、散的矢量数据。用数字化的方法，把地图变成离散的矢量数据。23栅格栅格数据数据的获取的获取1 1、 手工获取手工获取: :专题图上划分均匀网格，逐个决定其专题图上划分均匀网格，逐个决定其 网格代码。网格代码。2 2、 扫描仪：扫描仪：扫描专题图的图像数据再进行栅格编码、扫描专题图的图像数据再进行栅格编码、 存贮，即得该专题图的栅格数据。存贮，即得该专题图的栅格数据。3 3、 由由矢量数据矢量数据转换而来。转换而来。4 4、 遥感影像数据遥感影像数据：对地面景象的辐射和反射能量的：对地面景象的辐射和反射能量的 记录，并按不同的光谱段量化后，以数字记录，并按不同的光谱段量化后，以数字 形式记录下来的

11、象素值序列。形式记录下来的象素值序列。5 5、 格网格网DEMDEM数据数据，当属性值为地面高程，则为格网，当属性值为地面高程，则为格网 DEMDEM，通过，通过DEMDEM内插得到。内插得到。24矢量空间数据的采集矢量空间数据的采集矢量空间数据获取的方式和步骤。矢量空间数据获取的方式和步骤。2526271 1、规划好数字化过程、规划好数字化过程a.a.建立一个标准的操作流程建立一个标准的操作流程，如先点，后弧，如先点，后弧b.b.建立标准的命名方法建立标准的命名方法。 使每个阶段的图层一目了然。使每个阶段的图层一目了然。c.c.选择底图选择底图 精度、完整、清晰精度、完整、清晰d.d.地图的

12、分层与分幅地图的分层与分幅 确定要素层及名称。如政区图包括边界、确定要素层及名称。如政区图包括边界、主要道路、河流和城市等层。主要道路、河流和城市等层。282 2、地图预处理、地图预处理a.a.减少图纸变形的影响减少图纸变形的影响：对于纸张较差的地图，复：对于纸张较差的地图，复印到聚脂薄膜上印到聚脂薄膜上b.b.透边处理透边处理：将地图图框要素向图框外延伸：将地图图框要素向图框外延伸5-10mm5-10mm，便于拼接，便于拼接293 3、设置数字化设备、设置数字化设备 扫描仪直接把图形扫描仪直接把图形( (如地形图如地形图) )和图象和图象( (如遥感影如遥感影象、照片象、照片) )扫描输入到

13、计算机中，以扫描输入到计算机中，以象素象素信息进行存信息进行存储表示的设备储表示的设备 。按辐射分辨率划分：按辐射分辨率划分： 二值扫描仪、灰度扫描仪和彩色扫描仪二值扫描仪、灰度扫描仪和彩色扫描仪30扫描数字化仪扫描数字化仪扫描时，必须先进行扫描参数的设置包括：扫描时，必须先进行扫描参数的设置包括：a a、扫描模式的设置、扫描模式的设置: :（二值、灰度、彩色），对地形图（二值、灰度、彩色），对地形图的扫描一般采用二值扫描，或灰度扫描。对彩色航片或的扫描一般采用二值扫描，或灰度扫描。对彩色航片或卫片采用百万种彩色扫描，对黑白航片采用灰度扫描卫片采用百万种彩色扫描，对黑白航片采用灰度扫描b b、

14、扫描分辨率的设置、扫描分辨率的设置: :根据扫描要求，对地形图的扫描根据扫描要求，对地形图的扫描一般采用一般采用300dpi300dpi或更高的分辨率。或更高的分辨率。c c、针对一些特殊的需要，还可以调整亮度、对比度、针对一些特殊的需要，还可以调整亮度、对比度、色调等。色调等。扫描参数设置完后，即可通过扫描获得某个地区的栅格扫描参数设置完后，即可通过扫描获得某个地区的栅格数据。数据量比较大。如一张地形图采用数据。数据量比较大。如一张地形图采用300dpi300dpi灰度扫灰度扫描其数据量有描其数据量有2020兆左右。兆左右。31手工数字化手工数字化手工数字化手工数字化: :不借用任何数字化设

15、备对地图进行数字不借用任何数字化设备对地图进行数字 化化, ,即手工读取并录入地图的地理坐标数据即手工读取并录入地图的地理坐标数据. .手工数字化按照空间数据的存储格式的不同分为手工数字化按照空间数据的存储格式的不同分为: :323334 地图数字化是目前矢量空间数据获取的主要手段地图数字化是目前矢量空间数据获取的主要手段 ：数字化主要方式有两种：数字化主要方式有两种： 手扶跟踪数字化；手扶跟踪数字化； 地图扫描数字化（屏幕跟踪数字化）。地图扫描数字化（屏幕跟踪数字化）。两种主要的矢量空间数据获取方式两种主要的矢量空间数据获取方式35一、一、手扶跟踪数字化手扶跟踪数字化1、数字化仪的构造及工作

16、原理、数字化仪的构造及工作原理 标示器或笔在图板上移动时发出的信号能够被板内的电磁感应装置所感应，并自动确定其位置，然后传给计算机。 图板：图板外形是一个矩形树脂平板，板内有电磁感应线圈、电子部件及微处理机。标示器：一般分为 4键定标器、1 6键定标器、接触开关笔、一键开关笔、两键开关笔和压力敏感笔等。362、数字化仪的操作方式数字化仪的操作方式点方式（点方式（Point ModePoint Mode）：操作员能选择最有利于表现曲线特征也使面积误差最小的那些点位进行数字化。 缺点：缺点：每一个记录坐标的点位上，操作员都必须按键来告诉计算机“记录该点坐标”。流方式流方式 Stream Mode）

17、：等时间间隔或等距离间隔自动记录坐标。缺点：缺点：如果操作员未按希望的移动速率工作就会记录过多的坐标，后继处理必须删除多余坐标。等距离记录点则不能正确的数字化尖锐的弯曲顶点，常常切割这类弯曲部分，误差较大。373 3、手扶跟踪数字化仪输入法具体步骤、手扶跟踪数字化仪输入法具体步骤原图准备：原图准备：即准备数字化原图，并将原图内容转绘到不易引起变形的聚脂薄膜上，检查原图内容的完整性，分别标识原图的图幅角点、内部的控制点等。输入初始化参数：输入初始化参数：包括数字化的阈值(数字化两点间的最短距离)，图幅四角点的理论坐标，图幅长度和宽度，以及图名、图号、比例尺、地图投影等。38输入控制点坐标输入控制

18、点坐标：数字化图幅四角点的坐标和经标识的控制点坐标。地图数字化：地图数字化：输人数字化图幅内的图形，直到形成一个数字化信息存储层。检查和修改数字化错误：检查和修改数字化错误：通过荧屏或绘图显示，检查结点不匹配、假结点、悬挂结点、标识点遗漏等各种错误，并予以改正。建立拓扑关系和输入属性：建立拓扑关系和输入属性：利用GIS软件提供功能，建立拓扑关系。输入属性输入属性：属性数据一般采用键盘输入，作为一个顺序文件，经编辑处理后，再转存到数据库的相应文件或表格中。394 4、手扶跟踪数字化手扶跟踪数字化采样误差分析采样误差分析 人工操作误差：人工操作误差： 属于偶然误差，包括采点时的中误差，以及取点的代

19、表性误差，此项误差与操作人员的经验和熟练程度有很大关系。仪器误差：仪器误差： 是指由于数字化仪本身的结构及其分辨率等因素引起的误差，属于系统误差，目前数字化仪的精度一般可达到 0.1mm 0.05mm，可以满足数字化图的精度要求。 40二、二、地图扫描数字化地图扫描数字化 使用扫描仪对地图进行扫描，扫描数据读入GIS软件系统，采用屏幕跟踪矢量化，或者自动矢量化方法进行地图数字化。扫描栅格文件屏幕跟踪矢量化自动矢量化矢量文件GIS数据库扫描矢量化的过程4142数据源准备数据源准备 将已有的地图，通过扫描仪扫入计算机，以栅格形式保存。进行必要的格式转换后，输入GIS软件。影象变换处理影象变换处理

20、输入地面控制点坐标，进行影象纠正、投影转换。1 1、屏幕跟踪矢量化输入法具体步骤、屏幕跟踪矢量化输入法具体步骤大型扫描仪照片（A0）小型扫描仪照片（A4）43利用屏幕跟踪技术，实现专题图层矢量化利用屏幕跟踪技术，实现专题图层矢量化 在GIS软件支持下，将要数字化的影象作为背景图层，增加（建立）矢量要素层，进行屏幕跟踪屏幕跟踪数字化，直到形成一个数字化信息存储层。检查和修改数字化错误检查和修改数字化错误 通过荧屏或绘图显示，检查图层输入错误，包括结点不匹配、假结点、悬挂结点、线段过长或过短、标识点遗漏等，并予以改正。建立拓扑关系：建立拓扑关系： 可利用GIS软件提供的功能自动建立；属性输入：属性

21、输入： 将矢量图层叠置在原始影象上，通过目视解译（遥感影象）或读取原图属性（地图扫描），采用键盘输入属性数据。44 地图数字化后处理，即数据编辑处理。矢量数据编辑和输入两者之间是一个相互交替的工作过程，矢量数据编辑的目的就是为了消除数据输入引起的误差，并重新组织数字化数据。2、地图扫描数字化后处理、地图扫描数字化后处理数字化过程引起的误差类型：数字化过程引起的误差类型： 空间数据位置不正确、空间数据丢漏或重复、坐标系、采用的量测单位不正确、属性数据不正确、属性数据丢漏或重复、空间和属性数据关联错误、各要素关系处理不正确，以及图幅接边处理。451 1、ArcviewArcview屏幕跟踪数字化屏

22、幕跟踪数字化2 2、MAPGISMAPGIS屏幕跟踪数字化屏幕跟踪数字化3 3、MAPGISMAPGIS点线面输入点线面输入462 2、属性数据的采集、属性数据的采集 包括各类调查报告、文件、统计数据、实验包括各类调查报告、文件、统计数据、实验数据与野外调查的原始记录等，如人口数据、经数据与野外调查的原始记录等，如人口数据、经济数据、土壤成份、环境数据。济数据、土壤成份、环境数据。v 数据量较小数据量较小，可以在输入几何数据的同时，用键，可以在输入几何数据的同时，用键盘输入盘输入v 数据量大数据量大，预先建立属性表从其它统计数据库导，预先建立属性表从其它统计数据库导入属性，通过关键字段联接图形

23、入属性，通过关键字段联接图形47二、数据的质量二、数据的质量研究空间数据质量的目的在于加强数据生产过程中的研究空间数据质量的目的在于加强数据生产过程中的质量控制，提高数据质量质量控制，提高数据质量48空间数据质量的相关概念空间数据质量的相关概念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分析空间数据的误差分析空间数据质量的控制空间数据质量的控制491 1、数据的质量、数据的质量v准确性（准确性（AccuracyAccuracy）v精度（精度（PrecisionPrecision）v空间分辨率（空间分辨率（Spatial ResolutionSpatial Resolution）v

24、比例尺（比例尺（ScaleScale）v不确定性（不确定性（UncertaintyUncertainty）50u准确性（准确性（AccuracyAccuracy） 一个记录值（测量或者观察值）与它的真实值一个记录值（测量或者观察值）与它的真实值之间的接近程度；之间的接近程度； 空间数据的准确性通常是根据所指的位置、拓空间数据的准确性通常是根据所指的位置、拓扑或者非空间属性来分类的；扑或者非空间属性来分类的； 可以用误差（可以用误差（ErrorError）来衡量空间数据的准确）来衡量空间数据的准确性；性；51u精度（精度（PrecisionPrecision） 数据精度表示数据对现象描述的详细程

25、度数据精度表示数据对现象描述的详细程度 数据精度和数据准确性的区别数据精度和数据准确性的区别： u精度低的数据不一定准确度也低；精度低的数据不一定准确度也低；u数据精度如果超出了测量仪器的已知准确度，这数据精度如果超出了测量仪器的已知准确度，这样的纪录数字在效率上是冗余的；样的纪录数字在效率上是冗余的；例如：在设计精度为例如：在设计精度为0.1mm0.1mm的数字化仪上测量返回的坐的数字化仪上测量返回的坐标数据为（标数据为（10.11mm,12.233mm10.11mm,12.233mm），其中就含有冗余的数），其中就含有冗余的数据；据；52u空间分辨率（空间分辨率（Spatial Resol

26、utionSpatial Resolution） 分辨率是两个可测量数值之间最小的可辨识的分辨率是两个可测量数值之间最小的可辨识的差异；差异； 空间分辨率可以看作是记录变化的最小幅度；空间分辨率可以看作是记录变化的最小幅度；53u比例尺（比例尺（ScaleScale） 地图上一个记录的距离和它所表现的地图上一个记录的距离和它所表现的“真实世界真实世界”的距离之间的一个比例；的距离之间的一个比例； 比例尺是刻画数据精度的量（如最小线比例尺是刻画数据精度的量（如最小线宽为地图的空间分辨率）；宽为地图的空间分辨率）；54u不确定性（不确定性（UncertaintyUncertainty） 对于空间信

27、息科学技术来说，数据的正确性与对于空间信息科学技术来说，数据的正确性与错误并存，正常与异常并存，精确与粗糙并存，错误并存，正常与异常并存，精确与粗糙并存，质量高与质量低并存，什么时候是正确的，什质量高与质量低并存，什么时候是正确的，什么时候不正确的，这些都属于不确定性现象；么时候不正确的，这些都属于不确定性现象； GISGIS中数据的不确定性包括：位置的不确定性、中数据的不确定性包括：位置的不确定性、属性的不确定性、时域的不确定性、逻辑上的属性的不确定性、时域的不确定性、逻辑上的不一致性等；不一致性等；552 2、空间数据质量问题的来源、空间数据质量问题的来源u空间现象自身存在的不稳定性空间现

28、象自身存在的不稳定性 分布的不确定性、属性类型划分和表达多样性等；分布的不确定性、属性类型划分和表达多样性等；u空间现象的表达空间现象的表达 测量误差、地图投影、数值采样和量化等；测量误差、地图投影、数值采样和量化等；u空间数据处理中的误差空间数据处理中的误差 投影转换、地图数字化与扫描矢量化、格式转换、投影转换、地图数字化与扫描矢量化、格式转换、数据抽象（聚类、归并等）可视化等；数据抽象（聚类、归并等）可视化等；u空间数据使用中的误差空间数据使用中的误差 生产者和使用者对数据的解释和理解不同；生产者和使用者对数据的解释和理解不同；56数据处理过程数据处理过程误差来源误差来源数据搜集数据搜集野外测量误差：仪器误差、记录误差野外测量误差：仪器误差、记录误差遥感数据误差：辐射和几何纠正误差、信息提取误差遥感数据误差：辐射和几何纠正误