第三章空间数据采集和质量控制ppt课件

1、第三章 空间数据采集和质量控制教师：杨勇华中农业大学 资源与环境学院.概述现实世界文字报告、遥感图象等数字化仪扫描仪解析测图仪键盘 等编辑、接边、分层、图形与属性衔接、加注记等空间数据库数据源?如何采集?质量如何?GIS的数据来源地理信息系统的数据来源非常广泛。既有经过传统手段野外实测获得，也有经过航天航空全球卫星定位糸统GPS等现代技术获得。不同的资料提供了不同方式的信息，不同的信息，输入计算机和计算机处置的方法也不一样。 GIS的数据来源统计数据地图存储介质、现势性、投影转换地面丈量数字数据格式、精度多媒体，辅助GIS空间分析和查询GIS空间数据遥感、航空影象和数据分辨率、变形规律、纠正、

2、解译特征GIS的数据来源 地图数据：是地理信息系统的主要的数据来源。地图的种类不同，研讨的对象不同，运用的部门不同，图件编制的内容也不同。按内容划分，包括各种比例尺的普通地图和专题地图。普通地图是以相对平衡的详细程度表示地球外表上的自然地理和社会经济要素，主要表达居民地、交通网、水系、地貌、境界、土质植被等。专题地图重点反映某一种或几种专门的要素，对于各种不同比例尺的专题地图，经常提供如地质、地貌、土壤、植被和土地利用等原始资料。普通地图资料来自于国家根底地理信息中心专题地图专题图专题图GIS的数据来源 遥感数据：为地理信息系统的重要信息源。从卫星或飞机上获取的图像信息主要有胶片和数字磁带两种

3、记录方式。胶片是一种模拟信号，必需经过A/D转换安装将模拟量转换成数字量后，才干送入计算机内进展存贮和分析。数字磁带是一种数字图像记录，简称CCT。用户得到CCT磁带后可以根据磁带密度要求将数据读入计算机，然后经过图像处置系统的监视器可以显示图像，供用户分析。GIS的数据来源数字资料：对于各种数据方式的原始资料，包括社会经济数据、人口普查数据、野外调查或监测数据。统计数据普通都和一定范围内的统计单元或观测点联络在一同的，因此搜集这些数据，要留意包括研讨对象的特征值、观测点的几何数据和统计资料的根本统计单元。统计数据是GIS建立必不可少的资料，经常在分析中起着重要的作用。 气温监测图GIS的数据

4、来源文字报告：文字阐明资料是地理信息系统建立的主要根据，必需仔细加以研讨，准确送入计算机系统，使搜集资料更加系统化。经过文字报告还可以用来研讨各种类型地理信息的权利性、可靠程度和内容的完好性，以便决议地理信息的分类和运用。 空间数据采集的义务空间数据采集的义务是将现有的地图、外业观测成果、航空像片、遥感图像、文本资料等转换称GIS可以处置与接纳的数字方式，通常要经过验证、修正、编辑等处置不同数据输入需求用不同的设备空间数据的输入方法：键盘输入手扶跟踪数字化输入扫描数字化仪输入其他类型的自动数字化仪器地图数字化空间数据的输入1、键盘输入键盘输入就是经过手工在计算机终端上输入数据。实践上就是将图形

5、元素点、线、面实体的地理位置数据各种坐标系中的坐标经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资料上量取，这是最简单又不用任何特殊设备的图形数据输入法。 空间数据的输入2、手扶跟踪数字化输入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安装组成。目前，市场上数字化仪的规格按其可处置的图幅面积来划分，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 普通地图可用胶带纸固定在操作平台上，当标示器放到操作平台上时，由于电磁感应，标示器在图上的相对位置就会转变成电信号。靠预先设计好的软件，传

6、输给计算机的电信号可以光标的方式显示在图形显示器上，操作者按动标示器上的按钮，坐标数据就记录在计算机中。 空间数据的输入2、手扶跟踪数字化输入流程空间数据的输入2、手扶跟踪数字化输入2、用数字化软件进展数字化空间数据的输入2、手扶跟踪数字化输入数字化方式点方式数字化时，只需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，操作员需求按键一次。 流方式数字化时，将标示器十字丝交点沿曲线从起点挪动到终点，让它以等时间间隔或等间隔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

7、，对于不规那么的曲线图形，如河流、等高线、海岸线等，常运用流方式数字化。 空间数据的输入2、手扶跟踪数字化输入数字化精度：受数字化仪误差、数字化方式、操作人员人为误差、编稿原图误差等多种要素的影响。空间数据的输入3、扫描数字化仪输入扫描数字化仪简介：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置。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。空间数据的输入3、扫描数字化仪输入扫描数字化仪简介：

8、滚筒式扫描仪由旋转滚筒和光学扫描头两个主要部件构成。图纸安装在滚筒上，作Y方向旋转，扫描头在X方向沿导轨挪动。平板式扫描仪主要由扫描头、平台和主梁组成。图纸固定在平板上，扫描头沿主梁作X方向挪动，主梁沿Y方向挪动。CCD直接摄像式由摄像头和电源组成。摄像头由光学透镜加CCD固态面阵组成。摄像时，从图形或图像反射回来的光线，经过透镜后成像在位于焦平面位置的固态面阵上。每个光敏元件将图像的明暗转换成CCD内电子流浓度的高低并存贮起来，然后用多时脉冲将一排排的图像信息移至终端，经信号线把电信号传进图像卡中，从而完成图数转换。扫描数字化仪滚筒式平板式CCD直接摄像式空间数据的输入扫描前预备 1、原图预

9、备：选择颜色清楚，线划真实而不膨胀的地图作为原图；其次要在图上准确划定数字化的范围，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。2 、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；一种是延续格式，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。 空间数据的输入扫描前预备 3、光孔孔径-扫描仪采样头中透光孔的孔径有好多规格，如：12.512.52512.550255040100100(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

10、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毫米粗的线划普通只占1至2个网格。4、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，以便控制记录安装。空间数据的输入栅格扫描数据到矢量数据的转化对扫描后的图像作手工编辑，去掉不需求的要素、杂点，对不清楚的地方作简单修补。由软件将栅格数据转换成矢量线化数据，同时进展灰度、颜色、符号、线型、注记的识别，这一处置过程特别是符号、注记的识别往往破费较多的计算时间。再由手工对转换后的矢量图形进展编辑，使之符合G

11、IS数据库的要求。 空间数据的输入扫描并自动矢量化的过程空间数据的输入扫描与跟踪比较-手扶跟踪数字化方法速度慢、精度低、作业劳动强度大。扫描仪在快速、经济地处置山区地形图时比手工数字化有效。-数字化仪在处置少量信息地图时比扫描仪合算些。栅格扫描仪输入地形图的主要困难是从栅格影像中提取点、线、面信息。-栅格扫描仪数字化存在的问题除数据量大外，更主要的问题是噪声和中间颜色象元的处置问题。噪声灰度的范围很广，没有简单有效的方法能加以去除，因此，即使用最先进的扫描仪和高级软件产生的数字也不很完美。空间数据的输入4、现有数据转换任何信息系统总要利用已有数据，以减轻信息搜集、编码、输入的任务量。除了利用本

12、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。特别在兴隆国家，有很多政府机构或私人公司曾经开场向社会公开提供数据效力，这种效力大致有五类信息：根本数字化地图、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。这些数据效力可以减少在数据搜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。非空间属性数据的输入非空间属性有时称为特征编码或简单地称为属性，是那些需求在系统中处置的空间实体的特征数据。属性数据的输入可在程度的适当位置键入，但数据量较大时普通都与空间数据分开输入且分别存贮。将属性数据首先键入一个顺序文件，经编辑、检查无误后

13、转存数据库的相应文件或表格。 空间数据与非空间属性数据的衔接属性数据采集1、键盘，人机对话方式2、程序批量输入。a1a2001002001002程序空间数据库属性和几何数据的衔接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建立多边形矢量数据库的过程地理实体分类与数据编码地理实体的分类地理实体：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景象的景象。地理目的：实体在地理数据库中的表示。地理目的的表示方法随比例尺、目的等情况的变化而变化。地理实体与地理目的的类型地理实体 地理目的点状实体 0维线状实体 1维面状实体 2维体状实体 3维地理实体的描画编码

14、位置类型行为属性阐明关系地理实体时间维的描画假设只是地理实体的属性数据变化，那么可以把不同时间的属性数据记录下来，作为该地理实体的属性数据假设地理实体的空间位置随时间变化，那么必需把地理实体的空间特征变化也记录下来，同时对实体进展时间标志。地理目的数据的分层 空间数据可按某种属性特征构成一个数据层，通常称为图层Coverage。空间数据分层方法：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同时间或不同时期的数据作为一个数据层。 Z空间数据分层的目的便于空间数据的管

15、理、查询、显示、分析等。1空间数据分为假设干数据层后，对一切空间数据的管理就简化为对各数据层的管理，而一个数据层的数据构造往往比较单一，数据量也相对较小，管理起来就相对简单；2对分层的空间数据进展查询时，不需求对一切空间数据进展查询，只需求对某一层空间数据进展查询即可，因此可加快查询速度；3分层后的空间数据，由于便于恣意选择需求显示的图层，因此添加了图形显示的灵敏性；4对不同数据层进展叠加，可进展各种目的的空间分析。 地理实体编码属性数据是描画实体数据的属性特征的数据 在属性数据中，有一部分是与几何数据的表示亲密有关的。例如，道路的等级、类型等，决议着道路符号的外形、颜色、尺寸等。在GIS中，

16、通常把这部分属性数据用编码的方式表示，并与几何数据一同管理起来。 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置的符号，是计算机鉴别和查找信息的主要根据和手段。 编码的直接产物就是代码，而分类分级那么是编码的根底。 分类是将具有共同的属性或特征的事物或景象归并在一同，而把不同属性或特征的事物或景象分开的过程。分类是人类思想所固有的一种活动，是认识事物的一种方法。分类的根本原那么是：科学性、系统性、可扩性、适用性、兼容性、稳定性、不受比例尺限制、灵敏性把数据输入到计算机之前，必需先按运用要求进展分类。如国家资源和环境信息系统数据规范在“专业数据分类

17、和数据工程建议总表中，将数据分为社会环境、自然环境和资源与能源三大类共14小项，并规定了每项数据的内容及根本数据来源。其中关于资源与能源类的划分为： 分类编码的原那么 地貌类型 土地资源 土地利用类型 资源与能源 气候和水热资源 生物资源 比如土地利用现状调查和乡村地籍调查中土地类型划分如下：土地类型土地类型土地类型土地类型名称 代码 名称 代码 名称 代码 名称 代码 耕地1园地2居民点及工矿用地5交通用地 6灌溉水田 11果园21城镇 51铁路61望天田 12桑园22农村居民点52公路62水浇地 13茶园23独立工矿用地 53农村道路63旱地 14橡胶园24盐田54民用机场64菜地 15其

18、它园地25特殊用地55港口码头65分类码和标识码在信息系统设计过程中要留意进展编码的几个问题1凡国家正规施行的编码规范和规范，均按国家规定的执行。2必需可靠地识别数据信息分类，以较小的代码提供丰富的参考信息，以及根据代码构造能进展数据间关系的逻辑推理判别。3不宜过长，普通为47位字节长，从而减少出错的能够性和节省存储空间。4编码要规范化，以保证一致的格式和含义的独一性。5凡大型的信息库都有自行的编码，需求编写数据分类和编码表，以便交流。GIS数据质量空间数据质量是指空间数据可靠性和精度，通常用空间数据误差来度量。在某些情况下，由于多种缘由，计算机分析结果甚至会比手工分析的误差更大。这是除软件、

19、硬件的质量，计算方法上的问题，以及分类、编码、输入、操作上的明显忽略以外，数据本身的质量也是重要的缘由。GIS主要功能之一是综合不同来源，不同分辨率和不同时间的数据，利用不同比例尺和数据模型进展操作分析，这种不同来源数据的综合和比例尺的改动使GIS数据误差问题变得极为复杂。 数据质量问题微观方面 定位精度 属性精度 逻辑一致性 分辨率宏观方面 完好性 时间性 地域性 数据档案研讨空间数据质量的目的和意义定义：GIS数据质量是指GIS中空间数据的可靠性，通常用空间数据的误差来度量。研讨目的：建立一套空间数据分析何处置的体系，包括误差源确实定、误差的鉴别何度量方法、误差传播的模型、控制何减弱误差的

20、方法等，使未来的GIS在提供产品的同时，提供产品的质量目的，即建立GIS产品的合格证制度。GIS数据质量的研讨分为两大问题：正演问题和反演问题。数据质量问题定位精度 GIS的空间坐标数据与其真实的地面位置之间的误差。这种误差主要有两种： 偏向大小、偏移分布。偏向是描画真实位置与表达位置偏移的间隔。可在地图上抽取某些要素，用这些要素在数据库中的坐标值和对应物体的实测坐标进展比较，据此来判别偏移能否过大。理想的偏向应为零，阐明图上位置与实践位置没有系统偏向。偏移量在某些地方很小，另一些地方很大，那么阐明偏移的分布不均匀，数据质量不稳定。假设各个点的偏移量都差不多，虽然总量并不很小，但分布比较均匀，

21、这阐明数据的质量还比较稳定。位置精度常采用规范差和均方差来度量。数据质量问题属性精度：是指属于地理数据库中点、线、面的属性数据正确与否。属性定义往往也会有误差，除人为要素外，还有技术要素，属性误差度量取决于数据的类型数据质量问题 逻辑一致性：是指数据之间要维护良好的逻辑关系。例如森林的边境与道路的边境该当是不一样的，但制图时，往往只给出道路边境；行政境界与管理区域境界应严厉一致。两个数据集合假设位置上存在微小不同，也许仍能满足位置精度程度的要求，但当两个数据进展叠合时，这种微小差别会在缝隙处产生一个非常小的区域，称之为裂片。逻辑一致性没有量测规范。虽然同一特征在位置上的不一致性是可以量测的，然

22、而它们或许是具有逻辑一致关系的几种特征的组合体，量测一切能够的叠加组合体的不一致性能够是不现实的。逻辑一致性的检查最好是在数据输入GIS前就去做，在地图数字化的预备阶段和单幅图的数字化检查阶段进展，必要时，可重绘该幅图进展逻辑一致性检查。逻辑一致性数据质量问题 分辨率栅格型空间数据库，分辨率越高，象素就越小，这就意味着每个度量单元具有较多的信息和潜在的细节，分辨率越低，就意味着象素越大，每个度量单元的细节就越小，因此看起来有些粗糙。 矢量空间数据库的比例主要由分辨率和位置精度决议，必需在数据库设计阶段就定义好最小制图单位，在数据输入时，小于最小制图单位的元素主要是线段长度太短不存入数据库，大于

23、最小制图单位的元素那么必需存入。在实际中，采用手工数字化输入地图时，图纸的比例尺稍大一些容易保证输入的精度和分辨率。对于专题图来说，分解力是指所表达的最小物体的大小，称之为最小制图元。如何确定图中表达的最小物体单元，取决于地图的编辑过程、运用目的、可读性、原始数据精度、制图本钱、信息的表达和存贮要求等。空间分辨率例如Real WorldVector DataRaster Data1 pixel = 10mX10m 分辨率 = 10m10M10M1 Pixel数据质量问题宏观方面完好性：包括数据层完好性，分类完好性和检验完好性。 时间性：数据资料的现势性地域性：地域间数据精度和分类规范不同数据档案：数据来源、内容以及处置这些数据所运用的处置步骤等误差来源详细分析缘由数据误差来源 丈量误差包括：人差、仪器差、环境影响、GPS数据误差等1对中误差、读数误差、平差误差 2 不完善、缺乏检校、未作矫正 3气候、气压、温度、磁场、信号干扰、风、光源 4 信号精度、接纳机精度、定位方法、处置算法、坐标变换、轨道信号等遥感误差包括：仪器差、解译误差摄