第三章 空间数据的获取.ppt

1、地理信息系统,张菊清,长安大学地测学院,地理信息系统,第三章 空间数据的采集,1、概述 2、空间数据采集 3、空间数据的编辑与处理 4、空间数据质量,地理信息系统,空间数据采集,3.1 概述,以数据为处理线索 硬件软件数据 = 12 7,地理信息系统,空间数据采集,3.1 概述,3.1.1 GIS数据的内容,GIS 数据,空间特征数据,专题属性数据,时间属性数据,定位数据,非定位数据,地理信息系统,空间数据采集,3.1 概述,3.1.1 GIS数据的内容,数字线划数据 点、线、面 影像数据 数据源丰富 生产效率高 直观详细记录地表自然现象 数字高程模型 属性数据 是什么，类型特征 详细描述信息

2、,地理信息系统,空间数据采集,3.1 概述,3.1.2 数据源种类,地理信息系统,空间数据采集,3.1 概述,图形图像数据： 地图 工程图 规划图 航空与遥感影像等 文字数据： 调查报告 文件 统计数据 实验数据 野外调查的原始记录等,图形图像数据,文字数据,地理信息系统,空间数据采集,3.1 概述,3.1.3 数据源与相应设备,地理信息系统,空间数据采集,3.1 概述,3.1.4 数据采集的任务,将现有的地图、外业观测成果、航空像片、遥感图片数据、文本资料等转换成GIS可以接受的数字形式。 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。 不同的数据来源要用到不同的设

3、备和方法。 数据的转换装载 数据处理：几何纠正、图幅拼接、拓扑生成等,地理信息系统,空间数据采集,空间数据采集的过程,1、选择数据源、确定数据的表现形式 2、确定数据有关指标 3、选择数据获取的软件平台 4、数据采集 5、数据编辑 6、数据拼接 7、数据入库 8、数据动态更新与维护,地理信息系统,空间数据采集,空间数据采集流程,地理信息系统,空间数据采集,空间数据采集方法： 手扶跟踪数字化仪采集 摄影测量数字化采集 扫描跟踪数字化采集 外业实地数字化采集 选择采集方法的依据是如何应用图形数据，图形数据类型，现有设备状况，现有人力，物力，财力状况等。,3.2.1、图形数据的采集,3.2 空间数据

4、的采集,空间数据采集图形数据的采集,地理信息系统,空间数据采集,（1）、数字化采集手扶跟踪数字化,取什么样的地图作为数字化地图 数字化精度要求如何 对那些要素进行数字化 采取什么样的方式进行数字化 如何分层、分幅,确定数字化技术,点方式 流方式 （时间、距离）,精度 要素的繁简 现势性,有利于空间数据与属性数据的连接 有利于组织所需要的各种城市专题地图 有利于提高图形的显示速度,当所牵涉的范围比较大时，还须考虑到数字化地图的分幅与拼接问题。此时需将地图按图幅进行组织，建立各图幅的索引图，然后通过索引图动态调出各具体图幅，并完成各相邻地图的动态拼接任务。,地理信息系统,空间数据采集,地理信息系统

5、,空间数据采集,点方式,地理信息系统,空间数据采集,流方式,地理信息系统,空间数据采集,流方式,地图预处理,（1）对于纸张不好的纸质地图，需将其复制到聚酯薄膜上，以减少因图纸变形而产生的误差； （2）为使相邻图幅便于拼接，需将每幅数字化底图的四边内图廓框相交的线划要素向外延伸。 （3）对于地图上封闭曲线和较长的线划要素进行分段； （4）对于非国家标准分幅地图，还应打上方格网，以利于控制点坐标数据精度的量取。,地理信息系统,空间数据采集,（1）、数字化采集手扶跟踪数字化,连接数字化仪 图版定向,数字化,手扶跟踪数字化：,地理信息系统,空间数据采集,（1）、数字化采集手扶跟踪数字化,地理信息系统,

6、空间数据采集,数字化仪,1,2,3,4,Y,X,O,O(x0,y0),X,P（x， ）,y,x,地理信息系统,地理信息系统,空间数据采集,地理信息系统,空间数据采集,（2）、数字化采集扫描数字化,纸质地图,扫描转换,裁剪地图,拼接图块,矢量化,图块合成,3.2.2 属性数据采集,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、经济数据、土壤成份、环境数据。 对于要输入属性库的属性数据，通过键盘直接键入或文件、表格、数据库导入。 对于要直接记录到栅格或矢量数据文件中的属性数据，则必须进行编码输入。,地理信息系统,空间数据采集,国家资源与环境信息系统规范在“专业数据分

7、类和数据项目建议总表”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基本数据来源。,地理信息系统,空间数据采集,3.2.3、数据交换,数据交换文件 GIS A GIS A GIS B GIS B 内部 外部 外部 内部,GIS A,GIS B,数据交换标准,Open GIS,Internet / Intranet,数据交换标准,1、国家标准,美国 SDTS 澳大利亚 ADSTS 英国 NTF 中国 CNSDTF,地理信息系统,空间数据采集,数据交换标准,2、商用软件,ESRI ShapeFile E00 AUTOCAD DXF,3、空间数据转换软件,加拿

8、大 FME,地理信息系统,空间数据采集,基于直接访问的地理信息共享和互操作,地理信息系统,空间数据采集,基于数据格式转换的数据共享需要有一个外部数据文件为中介来实现不同系统之间的数据共享，而基于直接访问的数据共享则意味着一个GIS系统直接读取多个数据源的不同格式的数据。,GeoMedia（Intergraph）：MGE、Arc/info、Oracle Spatial、SQL Server、Access MDB等。 SuperMap ：Mapinfo、Oracle Spatial、ESRI ArcSDE等。 GeoStar：ShapeFile、E00、Oracle Spatial、ESRI Ar

9、cSDE、MIF(Mapinfo)等。,地理信息系统,空间数据采集,基于网络服务的地理信息共享和互操作,标准化组织（ISO、OGC、FGDC等）依据网络服务、地理信息共享和互操作特性制定了相关标准和规范，定义了统一的地理信息服务接口，使得用户可以通过协同方式访问不同数据源的数据，而无需掌握数据源的位置和内部结构。,地理信息系统,空间数据采集,3.3 空间数据的编辑与处理,空间数据编辑的必要性 修正数据输入错误 维护数据的完整性和一致性 更新地理信息 空间数据一般性错误 数据不完整、重复 空间数据位置不正确 空间数据比例尺不准确 空间数据变形 几何和属性连接有误 属性数据不完整,地理信息系统,空

10、间数据采集,3.3 空间数据的编辑与处理,错误检查主要方法 叠合比较法 目视检查法 逻辑检查法,1、图形编辑,（1）结点吻合,（1）结点移动 （2) 求平均位置 （3）求两线的交点 （4）自动匹配,解决方法：,3.3 空间数据的编辑与处理,（2）结点与线的吻合,解决方法：,结点移动 使用线段求交 自动编辑,(3) 清除伪结点,处理方法： 连接两线，使其成为一条线。,伪节点,（4）碎屑多边形,原因： （1）由于重复录入； （2）由于用不同比例尺的地图进行数据更新。,（5）不正规的多边形,原因： 在输入线时，点的次序倒置或者位置不准确引起的。,纠正原因 地图变形(均匀变形、非均匀变形） 数字化中的

11、位置移动 遥感影像本身存在几何变形 投影方式不同 分幅扫描 实质 建立纠正图象与标准地图的一一对应关系,（2）图象纠正,地理信息系统,空间数据采集,3.3 空间数据的编辑与处理,变换方法 精确方法：仿射变换、双线性变换、平方变换、立方变换等 近似方法：橡皮板变换 纠正步骤 纠正点数据采集函数建立逐点或网格纠正,（2）图象纠正,地理信息系统,空间数据采集,3.3 空间数据的编辑与处理,图像纠正,地理信息系统,空间数据采集,地理信息系统,空间数据采集,2 坐标变换与纠正,地理信息系统,空间数据采集,（3）投影变换,地理信息系统,空间数据采集,地理信息系统,空间数据采集,几何接边 地物编码相同，且结

12、点坐标误差在允许范围内，则将两边结点坐标取中数吻合，空间关系不变。 地物编码不同，或超过允许误差，需进行人工编辑。,3.3 空间数据的编辑与处理,(4) 接边,逻辑接边,两方面的含义： 检查同一目标在相邻图幅的地物编码和属性赋值是否一致。 将同一目标在相邻图幅的空间实体数据在逻辑上连在一起。,A,A1,A2,A3,地理信息系统,空间数据采集,逻辑接边,A,A1,A2,A3,解决方法：,在图幅数据文件的上一层，将有逻辑联系的空间目标，建立一个新的文件，即所引到它在每幅图的子目标，并建立双向指针。 不建立目标文件，也不为逻辑接边的子目标建立索引，而是通过空间操作的方法，根据关键字让系统自动在周边图

13、幅中搜索。,地理信息系统,空间数据采集,A,A1,A2,A3,地理信息系统,空间数据采集,逻辑接边,地理信息系统,空间数据采集,3.4 空间数据质量,3.4.1 有关数据质量的基本概念,1、准确度（Accurancy） 即测量值与真值之间的接近程度。可用误差来衡量。 2、精度（precision) 即对现象描述的详细程度。 3、不确定性（uncertainty） 不确定性是指某一现象不能被准确测定的程度，包括空间位置不确定性、属性不确定、时域不确定、逻辑上的不一致性和数据的不完整性。,地理信息系统,空间数据采集,5、相容性（compatibility） 指两个来源的数据在同一个应用中使用的难易

14、程度。 引起的原因： （1）统计指标或分类标准不同； （2）使用不同比例尺的地图 6、一致性（consistency) 指对同一现象或同类现象表达的一致程度。 （1）如同一条河流，在两张不同地图上的形状不同。 （2）逻辑上的不一致性。,3.4 空间数据质量,地理信息系统,空间数据采集,7、完整性（completeness） 指用同一准确度和精度的数据在特定空间范围内是 否完整的程度。 8、可得性 指获取或使用数据的容易程度。 9、现势性 指数据反映客观现象目前状况的程度。,3.4 空间数据质量,4.2.2 数据误差或不确定的来源,1、空间现象自身存在的不稳定性 空间现象自身存在的不稳定性包括空

15、间特征和过程在空间、专题和时间内容上的不确定性。 2、空间现象的表达 3、空间数据处理中的误差 投影变换、地图数字化和扫描后的矢量化处理、数据格式转换、数据抽象、建立拓扑关系、与主控数据层的匹配、数据叠加操作和更新、数据集成处理、数据的可视化表达 4、空间数据使用中的误差 包括对数据的解释过程和缺少文档。,3.4 空间数据质量,地理信息系统,空间数据采集,3.4 空间数据质量,3.4.3 数据的误差类型,几何误差 属性误差 时间误差 逻辑误差,地理信息系统,空间数据采集,森林,水库,森林,水库,地理信息系统,空间数据采集,住宅,住宅,商业区,住宅,商业区,1972年 火场,1989年 火场,灌

16、丛、幼林,1989年 火场,1972年 火场,针阔叶混交林,灌丛、幼林,针阔叶混交林,地理信息系统,空间数据采集,几何误差,几何误差是地理信息系统所特有的。,点： 测量位置与真实位置的差异，即用常规的中误差表示即可。 线：线在地理信息系统数据库中既可以表示线性现象，又可以通过 连成的多边形表示面状现象。线可分为直线、折线、曲线及曲直 线混合四种类型。,地理信息系统,空间数据采集,属性数据的不确定性,定性属性数据的准确度评价方法比较复杂。它受属性变量的离散值，每个属性在空间上分布和每个同属性地块的形态和大小，监测样点的分布和选区，及不同属性值在特征上的相似程度等多种因素的影响。 可用概率、概率面

17、、模糊度、准确度等指标来衡量。,绿地,水池,4.2.4、空间数据的质量控制,传统的手工方法 元数据方法 数据的元数据中包含了大量的有关数据质量的信息， 通过它可以检查数据质量，同时元数据也记录了数据处理过程中质量的变化，通过跟踪元数据可以了解数据质量的变化，通过跟踪元数据可以了解数据质量的状况和变化。 地理相关法 用空间数据的地理特征要素自身的相关性来分析数据的质量。,地理信息系统,空间数据采集,3.4 空间数据质量,3.5 空间数据的元数据,3.5.1 概念 元数据（Metadata）是指描述数据的数据。,3.5.2 目的 促进数据集的高效利用，并为计算机辅助软件工程服务。,3.5.3、内容

18、 （1）对数据集的描述：对数据集中各数据项、数据来源、数据所 有者及数据序代（数据生产历史）等的说明； （2）对数据质量的描述：数据精度、数据的逻辑一致性、分辨 率、元数据的比例尺等。 （3）对数据处理信息的说明：如量纲的转换。 （4）对数据转换方法的描述； （5）对数据库的更新、集成等的说明。,地理信息系统,空间数据采集,3.5 空间数据的元数据,3.5.4、作用 （1）帮助数据生产单位有效的管理和维护空间数据，建立数据文档，并保证即使其主要工作人员离退时，也不会丢失对数据情况的了解。 （2）提供有关数据生产单位对数据存储、数据分类、数据内容、数据质量、数据交换网络及数据销售等方面的信息，便于用户查询检索地理空间数据。 （3）帮助用户了解数据以便就数据是否满足其需求做出正确的判断。 （4）提供有关信息，以便用户处理和转换有用的数据。,地理信息系统,空间数据采集,3.5.5、类型 （1）根据元数据的内容分： 科研型元数据、评估型元数据、模型元数据 （2）根据元数据描述对象分： 数据层元数据、属性元数据、实体元数据 （3）根据元数据在系统中的作用分： 系统级元数据、应用层元数据 （4）根据元数据的作用分： 说明元