地理信息系统-景海涛-9th

第五章空间数据采集与处理一、数据源种类二、空间数据采集三、空间数据的编辑与处理四、空间数据的处理五、空间数据不确定性RealWorldObjects（Point、line、polygon）Geo_SpatialData数据特点，数据组织、数据结构、数据压缩等等如何采集？如何处理？地理信息系统的数据源是多种多样的，总的来说，地理信息系统的数据可以分为图形图像数据与文字数据两大类。就GIS数据源的状态而论，可分为原始数据（第一手数据）和经过处理加工后的数据（第二手数据）；而按数据源的记录方式来说，则可分为电子数据和非电子数据两类。GIS工作者面临的大多数数据为第二手数据。

一、数据源种类项目第一手数据第二手数据非电子数据地面测量数据、航空像片、手簿记录数据、社会经济调查地图、统计图表电子数据全站仪实测数据、GPS观测数据、数字摄影测量、遥感数据、现代地球物理、地球化学数据计算机数据库存储数据地图RS统计数据实测数据数字数据各种文字和文件数据源种类可以概括以下六大类地图中国最早的古地图

汉代古地图纸质地图易变形地图现势性差经常需要地图投影变换清代的实测地图

《皇舆全览图》RS数据快速、准确获取大面积、综合的各种信息统计数据：各种国民经济的统计数据，如人口数量等实测数据：GPS、Total_Station数字数据：数字图形数据和属性数据各种文字报告和立法文件二、空间数据采集属性数据的获取与输入属性数据的编码属性数据的输入属性数据即空间实体的特征数据，主要定义空间数据或制图特征所表示的内容，一般包括名称、等级、数量、代码等多种形式。属性数据获取主要在于资料的收集，在建立地理信息系统之前，首先要进行详细的用户调查，确定需要存储那些属性信息、属性数据应当如何编码以及信息的来源等。属性数据的编码国家基础信息数据分类与代码举例Table_1”Join”Table_2属性数据的输入图形数据的获取与输入全野外数字测图地图数字化RS数据处理摄影测量测量车

大部分商用GIS软件都定义了外部数据交换格式，一般为ASCII文件，可以直接阅读。如ArcGIS的e00文件、MapInfo的MID/MIF文件等。这样，从系统A的内部数据转换到系统B，可能需要经过2~3次转换。如图所示，先从A的内部文件转到A的交换文件，如果B系统能够直接读取A系统的交换文件，需要转换两次。否则要从A的外部交换文件到B的外部交换文件，再从B的外部交换到B的内部文件，就需要经过三次转换。系统A内部文件系统A外部交换文件系统B内部文件系统B外部交换文件交换交换二次转换

由于GIS软件系统很多，每一个系统都不可能提供直接读写所有商用GIS软件的外部数据文件的程序。因此，为了方便地进行空间数交换，也为了尽量减少空间数据交换所造成的信息损失，使之更加科学化和标准化，许多国家和国际组织制定了空间数据交换标准，如美国的STDI。我国也制定了相应的空间数据交换格式（CNSDTF）标准。有了空间数据交换的标准格式以后，每个系统都提供读写这一标准格式的空间数据的程序，可以避免大量的编程工作，而且数据转换只需要两次系统A内部文件标准空间数据交换文件系统B内部文件准备扫描图像栅格图像配准新建数字化图层屏幕跟踪矢量化地图选择投影和单位输入控制点编辑控制点

数据处理涉及的内容很广泛，主要取决于原始数据的特点和用户的具体需求，一般包括数据变换（坐标变换）、数据重构（数据结构变换）、数据提取等内容。数据处理是针对数据本身完成的操作，不涉及内容的分析。因此，空间数据处理又称为数据形式的操作。数据变换：指数据从一种数学状态到另一种数学状态的变换，包括几何纠正、投影转换和辐射纠正，以解决几何配准问题；数据重构：指数据从一种格式到另一种格式的转换，包括结构转换、格式变换、类型替换等；数据提取：指对数据进行某种有条件的提取，包括类型提取、窗口提取、空间内插等。三、空间数据的编辑与处理

(a)平移(b)缩放(b)旋转abcabc比例尺变换++++++++++变形误差消除β坐标旋转和平移投影变换1空间数据的坐标变换设为输入设备坐标，为理论坐标,为地图两坐标轴方向的实际比例尺，两坐标系夹角为，坐标系原点平移，其坐标变换公式为：设：四、空间数据的处理空间数据的坐标变换

上式中，有六个未知参数，因此，需要知道不在同一直线上的三对控制点（已知坐标数据点），才能求得上述六个参数，为了对坐标变换进行检核，实际工作中常利用四个以上控制点进行几何纠正。

三个或三个以上已知控制点参与坐标变换时，采用最小二乘原理解算

上式是高次曲线方程，符合上式的变换称为高次变换。式中有12个未知数，所以在进行高次变换时，所以至少需要有6对以上控制点的坐标和理论值，才能求出待定系数。空间数据的坐标变换配准几何纠正投影变换投影转换是指当系统使用来自不同地图投影的图形数据时，需要将该投影的数据转换为所需要投影的坐标数据；投影转换的方法包括正解变换、反解变换和数值变换等。正解变换：反解变换：数值变换：采用插值法、差分法等实现坐标变换球面地理坐标系地理极坐标平面平面直角坐标平面极坐标基本元素线段面积角度建立平面与球面的关系，并以基本公式表示空间数据处理

利用若干同名数字化点（对同一点在两种投影中均已知其坐标的点），采用插值法、有限差分法或多项式逼近的方法，即用数值变换法来建立两投影间的变换关系式。

例如，采用二元三次多项式进行变换:

通过选择10个以上的两种投影之间的共同点，并组成最小二乘法的条件式，进行解算系数。投影变换之数值变换法五、空间数据不确定性人们认知世界过程中，除了测量误差之外，客观事物中还存在更多的不确定性，表现为模糊性、不明确性、不稳定性、未知性、不可知性不确定性是比误差更广的一个概念，可以视为一种广义误差什么是误差？什么是正确度？什么是精密度？空间数据不确定性的含义甲乙空间数据不确定性的来源客观本体的不确定性不同地貌类型之间的过渡性人类认知能力的局限性恐龙灭绝的原因、仅仅依靠RS还不能解决“同物异谱”、“同谱异物”问题GIS数据获取、分析过程中的不确定性：数字化过程野外数据采集数据模式转换RS数据获取、处理过程中的不确定性大气条件、RS平台的不稳定性几何纠正、多源数据融合误差评定方差（中误差）协方差不确定性（广义误差）不确定性问题，或者是数据质量控制问题基本理论就是利用概率论理论进行数据处理（平差）空间数据不确定性模型点实体位置不确定性评价模型点位真误差点位中误差点落入该椭圆的概率为P线实体位置不确定性评价模型线实体的位置不确定性模型可以从点实体出发来推导，实际上是围绕线实体本身的一个误差带最简单的是带模型，沿着线实体的两侧等距离地产生一个平行于该线实体的条带

的大小是以线的端点以及与线的垂直方向的中误差来确定的设直线上的点在和方向上的中误差为和，点的坐标：误差传播定律当线位置不确定模型误差带模型概率密度分布函数面实体位置不确定性评价模型真实位置不确定区间面由多边形边界定义，因此，对面实体的不确定性评价完全可以参照对线实体的位置不确定性评价模型空间数据不确定性的传递线性函数的误差传递设有线性函数，则：推导过程如下：GIS数据不确定性传递空间位置的不确定性传递数据主要集中在边和边的交点上，而交点的不确定性是由产生该交点的两条的不确定性决定的（边的不确定性传递到交点上，产生交点的不确定性）叠置分析多边形叠置分析中交点的不确定性如右图为了求P点的不确定性，就是要知道其方差----协方差矩阵，必须求出和端点的方差----协方差矩阵及P点坐标所有端点的方差----协方差矩阵：P点坐标及P的方差-----协方差矩阵量测缓冲区缓冲区分析中的不确定性传递冗余误差（R-error）:是指不属