空间数据采集和质量控制培训课件

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10/17/20221概述现实世界界文字报告、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、图形与属性连接、加注记等空间数据库数据源?如何采集?质量如何?1/17/20202GIS的的数据来来源地理信息息系统的的数据来来源非常常广泛。既有通通过传统统手段野野外实测测获得，也有通通过航天天航空全全球卫星星定位糸糸统（GPS）等现代代技术获获得。不不同的资资料提供供了不同同形式的的信息，不同的的信息，输入计计算机和和计算机机处理的的方法也也不相同同。1/17/20203GIS的的数据来来源统计数据地图存储介质、现势性

2、、投影转换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空间数据遥感、航航空影象象和数据据分辨率、变形规规律、纠纠正、解解译特征征1/17/20204GIS的的数据来来源地图数据据：是地地理信息息系统的的主要的的数据来来源。地地图的种种类不同同，研究究的对象象不同，应用的的部门不不同，图图件编制制的内容容也不同同。按内内容划分分，包括括各种比比例尺的的普通地地图和专专题地图图。普通地图图是以相对对平衡的的详细程程度表示示地球表表面上的的自然地地理和社社会经济济要素，主要表表达居民民地、交交通网、水系、地貌、境界、土质植植被等。专题地图图重点反映映某一种种或几种种专门的的要素，

3、对于各各种不同同比例尺尺的专题题地图，常常提提供如地地质、地地貌、土土壤、植植被和土土地利用用等原始始资料。1/17/20205普通地图图（资料来来自于国国家基础础地理信信息中心心）1/17/20206专题地图图1/17/20207专题图1/17/20208专题图1/17/20209GIS的的数据来来源遥感数据据：为地地理信息息系统的的重要信信息源。从卫星星或飞机机上获取取的图像像信息主主要有胶胶片和数数字磁带带两种记记录形式式。胶片是一种模模拟信号号，必需需通过A/D转换装置置将模拟拟量转换换成数字字量后，才能送送入计算算机内进进行存贮贮和分析析。数字磁带带是一种数数字图像像记录，简称CCT

4、。用户得得到CCT磁带后可可以根据据磁带密密度要求求将数据据读入计计算机，然后通通过图像像处理系系统的监监视器可可以显示示图像，供用户户分析。1/17/202010GIS的的数据来来源数字资料料：对对于各种种数据形形式的原原始资料料，包括括社会经经济数据据、人口口普查数数据、野野外调查查或监测测数据。统计数数据一般般都和一一定范围围内的统计单元元或观测测点联系在一一起的，因此搜搜集这些些数据，要注意意包括研研究对象象的特征征值、观观测点的的几何数数据和统统计资料料的基本本统计单单元。统统计数据据是GIS建立立必不可可少的资资料，常常常在分分析中起起着重要要的作用用。气温监测测图1/17/202

5、011GIS的的数据来来源文字报告告：文字字说明资资料是地地理信息息系统建建立的主主要依据据，必需需认真加加以研究究，准确确送入计计算机系系统，使使搜集资资料更加加系统化化。通过过文字报报告还可可以用来来研究各各种类型型地理信信息的权权势性、可靠程程度和内内容的完完整性，以便决决定地理理信息的的分类和和使用。1/17/202012空间数据据采集的的任务空间数据据采集的的任务是是将现有有的地图图、外业业观测成成果、航航空像片片、遥感感图像、文本资资料等转转换称GIS可可以处理理与接收收的数字字形式，通常要要经过验验证、修修改、编编辑等处处理不同数据据输入需需要用不不同的设设备1/17/20201

6、3空间数据据的输入入方法：键盘输入入手扶跟踪踪数字化化输入扫描数字字化仪输输入其他类型型的自动动数字化化仪器地图数字字化1/17/202014空间数据据的输入入1、键盘盘输入键盘输入入就是通通过手工工在计算算机终端端上输入入数据。实际上上就是将将图形元元素点、线、面面实体的的地理位位置数据据（各种种坐标系系中的坐坐标）通通过键盘盘输入数数据文件件或程序序中去。实体坐坐标可以以用地图图上的坐坐标网或或将其他他格网复复盖在材材料上量量取，这这是最简简单又不不用任何何特殊设设备的图图形数据据输入法法。1/17/202015空间数据据的输入入2、手扶扶跟踪数数字化输输入数字化仪仪由电磁磁感应板板（操作

7、作平台）、坐标标输入控控制器（标示器器）和接接口装置置组成。目前，市场上上数字化化仪的规规格按其其可处理理的图幅幅面积来来划分，有A0、A1、A3等幅面面。典型型的用于于制图的的数字化化仪是A0规格格，其幅幅面为1.0m1.5m。较小的的数字化化设备称称为数字字化板普通地图图可用胶胶带纸固固定在操操作平台台上，当当标示器器放到操操作平台台上时，由于电电磁感应应，标示示器在图图上的相相对位置置就会转转变成电电信号。靠预先先设计好好的软件件，传输输给计算算机的电电信号可可以光标标的形式式显示在在图形显显示器上上，操作作者按动动标示器器上的按按钮，坐坐标数据据就记录录在计算算机中。1/17/2020

8、16空间数据据的输入入2、手扶扶跟踪数数字化输输入流程1/17/202017空间数据据的输入入2、手扶扶跟踪数数字化输输入2、用数字字化软件件进行数数字化1/17/202018空间数据据的输入入2、手扶扶跟踪数数字化输输入数字化方方式点方式数数字化时，只要要将标示示器十字字丝交点点对准数数字化原原图上要要数字化化的点，按下标标示器上上相应的的按键，记录该该点x、y坐标。每每记录一一次坐标标，操作作员需要要按键一一次。流方式数数字化时，将标标示器十十字丝交交点沿曲曲线从起起点移动动到终点点，让它它以等时时间间隔隔或等距距离间隔隔方式记记录曲线线上一系系列密集集的离散散点坐标标，操作作员无需需对每

9、个个点都按按键一次次，仅在在曲线的的始点和和终点各各按一次次相应的的按键即即可，对对于不规规则的曲曲线图形形，如河河流、等等高线、海岸线线等，常常使用流流方式数数字化。1/17/202019空间数据据的输入入2、手扶扶跟踪数数字化输输入数字化精精度：受受数字化仪仪误差、数字化化方式、操作人人员人为为误差、编稿原原图误差差等多种因因素的影影响。1/17/202020空间数据据的输入入3、扫描描数字化化仪输入入扫描数字字化仪简简介：绝大多数数扫描仪仪是按栅栅格方式式扫描后后将图像像数据交交给计算算机来处处理。扫扫描仪可可分为滚滚筒式、平板式式、CCD直接接摄像式式三种，其中大大幅面的的地图以以滚筒

10、（卷纸）式用得得最多。目前市市场上常常见的A0幅面面的滚筒筒式单色色分灰度度扫描仪仪的分辨辨率为400800dpi，操作作的精度度要高。普通的的扫描仪仪大都按按灰度分分类扫描描，高级级的可按按颜色分分类扫描描。1/17/202021空间数据据的输入入3、扫描描数字化化仪输入入扫描数字字化仪简简介：滚筒式扫扫描仪由旋转滚滚筒和光光学扫描描头两个个主要部部件构成成。图纸纸安装在在滚筒上上，作Y方向旋旋转，扫扫描头在在X方向向沿导轨轨移动。平板式扫扫描仪主要由扫扫描头、平台和和主梁组组成。图图纸固定定在平板板上，扫扫描头沿沿主梁作作X方向向移动，主梁沿沿Y方向向移动。CCD直直接摄像像式由摄像头头和

11、电源源组成。摄像头头由光学学透镜加加CCD固态面面阵组成成。摄像像时，从从图形或或图像反反射回来来的光线线，经过过透镜后后成像在在位于焦焦平面位位置的固固态面阵阵上。每每个光敏敏元件将将图像的的明暗转转换成CCD内内电子流流浓度的的高低并并存贮起起来，然然后用多多时脉冲冲将一排排排的图图像信息息移至终终端，经经信号线线把电信信号传进进图像卡卡中，从从而完成成图数转转换。1/17/202022扫描数字字化仪滚筒式平板式CCD直直接摄像像式1/17/202023空间数据据的输入入扫描前准准备1、原图图准备：选择色色调分明明，线划划实在而而不膨胀胀的地图图作为原原图；其其次要在在图上精精确划定定数字

12、化化的范围围，标出出坐标原原点；最最后要清清理图面面，如修修净污点点，连好好线划上上的断头头。2 、记记录格式式：选择择数据扫扫描数字字化仪的的数据记记录格式式有两种种，一种种是数字字格式，也就是是每个网网格记录录一个二二进制数数“0”或“1”，它它适用于于对黑白白或彩色色线划地地图数字字化；一一种是连连续格式式，每个个网格记记录一个个灰度值值（0255个灰阶阶），这这适用于于对像片片数字化化。1/17/202024空间数据据的输入入扫描前准准备3、光孔孔孔径-扫描仪仪采样头头中透光光孔的孔孔径有好好多规格格，如：12.512.52512.550255040100100（(微米米)=1/100

13、0毫毫米），它用来来控制网网格的大大小，也也就是用用以控制制分辨率率，孔径径越小，网格就就越小，分辨率率就越高高，数据据量也就就越大。根据地地图的精精度要求求，应选选择具有有一定的的分辨率率，数据据量又不不致过大大的孔径径。通常常选择100100（或5040）的孔径径，即地地图上0.1毫毫米粗的的线划一一般只占占1至2个网格格。4、计算算坐标差差：当原原图经过过定向，固定的的在滚筒筒（或平平台）上上之后，要算出出扫描仪仪原点和和原图原原点之差差，以便便控制记记录装置置。1/17/202025空间数据据的输入入栅格扫描描数据到到矢量数数据的转转化对扫描描后的图图像作手手工编辑辑，去掉掉不需要要的

14、要素素、杂点点，对不不清楚的的地方作作简单修修补。由软件件将栅格格数据转转换成矢矢量（线线化）数数据，同同时进行行灰度、颜色、符号、线型、注记的的识别，这一处处理过程程（特别别是符号号、注记记的识别别）往往往花费较较多的计计算时间间。再由手手工对转转换后的的矢量图图形进行行编辑，使之符符合GIS数据库的的要求。1/17/202026空间数据据的输入入扫描并自自动矢量量化的过过程1/17/202027空间数据据的输入入扫描与跟跟踪比较较-手扶跟踪踪数字化化方法速速度慢、精度低低、作业业劳动强强度大。扫描仪仪在快速速、经济济地处理理山区地地形图时时比手工工数字化化有效。-数字化仪仪在处理理少量信信

15、息地图图时比扫扫描仪合合算些。栅格扫扫描仪输输入地形形图的主主要困难难是从栅栅格影像像中提取取点、线线、面信信息。-栅格扫描描仪数字字化存在在的问题题除数据据量大外外，更主主要的问问题是噪噪声和中中间色调调象元的的处理问问题。噪噪声灰度度的范围围很广，没有简简单有效效的方法法能加以以清除，因此，即使用用最先进进的扫描描仪和高高级软件件产生的的数字也也不很完完美。1/17/202028空间数据据的输入入4、现有有数据转转换任何信息息系统总总要利用用已有数数据，以以减轻信信息收集集、编码码、输入入的工作作量。除除了利用用本单位位、本部部门的现现成资料料外，常常用的、通用的的数据供供社会共共享已成成

16、为一种种趋势。特别在在发达国国家，有有很多政政府机构构或私人人公司已已经开始始向社会会公开提提供数据据服务，这种服服务大致致有五类类信息：基本数数字化地地图、自自然资源源数据、地面数数字高程程、遥感感数据、与人口口统计相相结合的的空间、属性、地址数数据。这这些数据据服务可可以减少少在数据据收集与与数据输输入方面面多付出出的劳动动，对GIS普及将起起到了有有力的促促进作用用。1/17/202029非空间属属性数据据的输入入非空间属属性有时时称为特特征编码码或简单单地称为为属性，是那些些需要在在系统中中处理的的空间实实体的特特征数据据。属性性数据的的输入可可在程度度的适当当位置键键入，但但数据量量

17、较大时时一般都都与空间间数据分分开输入入且分别别存贮。将属性性数据首首先键入入一个顺顺序文件件，经编编辑、检检查无误误后转存存数据库库的相应应文件或或表格。1/17/202030空间数据据与非空空间属性性数据的的连接属性数据据采集1、键盘，人机对对话方式式2、程序批批量输入入。a1a2001002001002程序空间数据库属性和几几何数据据的连接接1、可手工工输入2、由系统统自动生生成(如用顺序序号代表表标识符符)标识码属性数据据几何数据据1/17/202031建立多边边形矢量量数据库库的过程程1/17/202032地理实体体分类与与数据编编码地理实体体的分类类地理实体体：地理理数据库库中的实

18、实体，是是一种在在现实世世界中不不能再划划分为同同类现象象的现象象。地理目标标：实体体在地理理数据库库中的表表示。地地理目标标的表示示方法随随比例尺尺、目的的等情况况的变化化而变化化。1/17/202033地理实体体与地理理目标的的类型地理实体体地地理目目标点状实体体0维线状实体体1维面状实体体2维体状实体体3维1/17/202034地理实体体的描述述编码位置类型行为属性说明关系1/17/202035地理实体体时间维维的描述述如果只是是地理实实体的属属性数据据变化，则可以以把不同同时间的的属性数数据记录录下来，作为该该地理实实体的属属性数据据如果地理理实体的的空间位位置随时时间变化化，则必必须

19、把地地理实体体的空间间特征变变化也记记录下来来，同时时对实体体进行时时间标记记。1/17/202036地理目标标数据的的分层空间数据据可按某种属属性特征征形成一个个数据层，通常称称为图层（Coverage）。空间数据据分层方方法：1）专题分分层每个图层层对应一一个专题题，包含含某一种种或某一一类数据据。如地地貌层、水系层层、道路路层、居居民地层层等。2）时间序序列分层层即把不同同时间或或不同时时期的数数据作为为一个数数据层。3）地面垂垂直高度度分层把不同时时间或不不同时期期的数据据作为一一个数据据层。Z1/17/202037空间数据据分层的的目的便于空间间数据的的管理、查查询、显显示、分分析等

20、。1）空间数数据分为为若干数数据层后后，对所所有空间间数据的的管理就就简化为对各数据层的管理，而一个数据层的的数据结构构往往比较较单一，数据量量也相对较小小，管理起起来就相相对简单；2）对分层层的空间间数据进进行查询时，不需要对所有空空间数据据进行查查询，只需要对某一层空间数据据进行查查询即可可，因而而可加快查询速度度；3）分层后后的空间间数据，由于便便于任意选择择需要显示示的图层层，因而而增加了了图形显示示的灵活性；4）对不同数据据层进行叠加加，可进进行各种目的的的空间分分析。1/17/202038地理实体体编码属性数据据是描述述实体数数据的属属性特征征的数据据在属性数数据中，有一部部分是与

21、与几何数数据的表表示密切有关关的。例如，道道路的等级、类类型等，决定着道路符号的形状、色彩、尺寸等等。在GIS中，通常常把这部分属属性数据据用编码的形式表表示，并并与几何何数据一起管理理起来。编码：是指确定定属性数据据的代码的方法和过程。代码：是一个或或一组有序的易于被计算机机或人识别与处处理的符号，是计算机鉴别和查查找信息息的主要依依据和手手段。编码的直直接产物物就是代代码，而而分类分分级则是是编码的的基础。1/17/202039分类是将将具有共同同的属性或或特征的的事物或或现象归并在一一起，而把不同属性或特征征的事物物或现象象分开的过程。分类是人人类思维维所固有有的一种种活动，是认识识事物

22、的的一种方方法。分类的基本原则则是：科学性、系统性性、可扩扩性、实实用性、兼容性性、稳定性、不受比比例尺限限制、灵灵活性把数据输输入到计计算机之之前，必必须先按按使用要要求进行行分类。如国家家资源和和环境信信息系统统数据规规范在“专业数数据分类类和数据据项目建建议总表表”中，将数据据分为社社会环境境、自然然环境和和资源与与能源三三大类共共14小小项，并并规定了了每项数数据的内内容及基基本数据据来源。其中关关于资源源与能源源类的划划分为：分类编码码的原则则1/17/202040地貌类型型土地资源源土土地利用用类型资源与能能源气候和水水热资源源生物资源源1/17/202041比如土地地利用现现状调

23、查查和农村村地籍调调查中土土地类型型划分如如下：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其它园地25特殊用地55港口码头651/17/202042分类码和和标识码码1/17/2020431/17/2020441/17/202045在信息系系统设计计过程中中要注意意进行编编码的几几个问题题（1）凡国家家正规施施行的编编码规范范和标准准，

24、均按按国家规规定的执执行。（2）必须可可靠地识识别数据据信息分分类，以以较小的的代码提提供丰富富的参考考信息，以及根根据代码码结构能能进行数数据间关关系的逻逻辑推理理判别。（3）不宜过过长，一一般为47位字节长长，从而而减少出出错的可可能性和和节省存存储空间间。（4）编码要要标准化化，以保保证统一一的格式式和含义义的唯一一性。（5）凡大型型的信息息库都有有自行的的编码，需要编编写数据据分类和和编码表表，以便便交流。1/17/202046GIS数数据质量量空间数据据质量是是指空间间数据可可靠性和和精度，通常用用空间数数据误差差来度量量。在某某些情况况下，由由于多种种原因，计算机机分析结结果甚至至

25、会比手手工分析析的误差差更大。这是除除软件、硬件的的质量，计算方方法上的的问题，以及分分类、编编码、输输入、操操作上的的明显疏疏忽以外外，数据据本身的的质量也也是重要要的原因因。GIS主要要功能之之一是综综合不同同来源，不同分分辨率和和不同时时间的数数据，利利用不同同比例尺尺和数据据模型进进行操作作分析，这种不不同来源源数据的的综合和和比例尺尺的改变变使GIS数据据误差问问题变得得极为复复杂。1/17/202047数据质量量问题微观方面面定位精度度属性精度度逻辑一致致性分辨率宏观方面面完整性时间性地域性数据档案案1/17/202048研究空间间数据质质量的目目的和意意义定义：GIS数数据质量量

26、是指GIS中中空间数数据的可可靠性，通常用用空间数数据的误差来度量。研究目的的：建立立一套空空间数据据分析何何处理的的体系，包括误误差源的的确定、误差的的鉴别何何度量方方法、误误差传播播的模型型、控制制何削弱弱误差的的方法等等，使未未来的GIS在在提供产产品的同同时，提提供产品品的质量量指标，即建立立GIS产品的的合格证证制度。GIS数数据质量量的研究究分为两两大问题题：正演演问题和和反演问问题。1/17/202049数据质量量问题定位精度度GIS的的空间坐坐标数据据与其真真实的地地面位置置之间的的误差。这种误误差主要要有两种种：偏偏差大小小、偏移移分布。偏差是描描述真实实位置与与表达位位置偏

27、移移的距离离。可在地图图上抽取取某些要要素，用用这些要要素在数数据库中中的坐标标值和对对应物体体的实测测坐标进进行比较较，据此此来判断断偏移是是否过大大。理想想的偏差差应为零零，表明明图上位位置与实实际位置置没有系系统偏差差。偏移量在在某些地地方很小小，另一一些地方方很大，则说明明偏移的的分布不不均匀，数据质质量不稳稳定。如果各个个点的偏偏移量都都差不多多，虽然然总量并并不很小小，但分分布比较较均匀，这说明明数据的的质量还还比较稳稳定。位位置精度度常采用用标准差差和均方方差来度度量。1/17/202050数据质量量问题属性精度度：是指属于于地理数数据库中中点、线线、面的的属性数数据正确确与否。

28、属性定定义往往往也会有有误差，除人为为因素外外，还有有技术因因素，属属性误差差度量取取决于数数据的类类型1/17/202051数据质量量问题逻辑一致致性：是指数据据之间要要维护良良好的逻逻辑关系系。例如如森林的的边界与与道路的的边界应应当是不不一样的的，但制制图时，往往只只给出道道路边界界；行政政境界与与管理区区域境界界应严格格一致。两两个数据据集合如如果位置置上存在在微小不不同，也也许仍能能满足位位置精度度水平的的要求，但当两两个数据据进行叠叠合时，这种微微小差别别会在缝缝隙处产产生一个个非常小小的区域域，称之之为裂片片。逻逻辑一一致性没没有量测测标准。虽然同同一特征征在位置置上的不不一致性

29、性是可以以量测的的，然而而它们或或许是具具有逻辑辑一致关关系的几几种特征征的组合合体，量量测所有有可能的的叠加组组合体的的不一致致性可能能是不现现实的。逻逻辑一一致性的的检查最最好是在在数据输输入GIS前就就去做，在地图图数字化化的准备备阶段和和单幅图图的数字字化检查查阶段进进行，必必要时，可重绘绘该幅图图进行逻逻辑一致致性检查查。1/17/202052逻辑一致致性1/17/202053数据质量量问题分辨率栅格型空空间数据据库，分分辨率越越高，象象素就越越小，这这就意味味着每个个度量单单元具有有较多的的信息和和潜在的的细节，分辨率率越低，就意味味着象素素越大，每个度度量单元元的细节节就越小小，

30、因而而看起来来有些粗粗糙。矢量空间间数据库库的比例例主要由由分辨率率和位置置精度决决定，必必须在数数据库设设计阶段段就定义义好最小小制图单单位，在在数据输输入时，小于最最小制图图单位的的元素（主要是是线段长长度太短短）不存存入数据据库，大大于最小小制图单单位的元元素则必必须存入入。在实实践中，采用手手工数字字化输入入地图时时，图纸纸的比例例尺稍大大一些容容易保证证输入的的精度和和分辨率率。对对于专专题图来来说，分分解力是是指所表表达的最最小物体体的大小小，称之之为最小小制图元元。如何何确定图图中表达达的最小小物体单单元，取取决于地地图的编编辑过程程、使用用目的、可读性性、原始始数据精精度、制制

31、图成本本、信息息的表达达和存贮贮要求等等。1/17/202054空间分辨辨率示例例Real WorldVectorDataRasterData1 pixel = 10mX10m 分辨率 = 10m10M10M1 Pixel1/17/202055数据质量量问题（宏观方方面）完整性：包括数据层完完整性，分类完整整性和检验完整整性。时间性：数据资资料的现现势性地域性：地域间间数据精精度和分分类标准准不同数据档案案：数据来源源、内容容以及处处理这些些数据所所使用的的处理步步骤等1/17/202056误差来源源具体分析析原因1/17/202057数据误差差来源测量误差差包括：人差、仪器差差、环境境影响、GPS数据误误差等（1对中中误差、读数误误差、平平差误差差 2不不完善善、缺乏乏检校、未作改改正3气候、气压、温度、磁场、信号干干扰、风风、光源源 4信信号精精度、接接收机精精度、定定位方法法、处理理算法、坐标变变换、轨轨道信号号等）遥感误差差包括：仪