第五讲 空间数据采集和处理

1、4/9/20221南京晓庄学院生物化工与环境工程学院第五讲第五讲4/9/2022Page 2第一节第一节 概述概述第二节第二节 数据采集数据采集第三节第三节 数据编辑数据编辑第四节第四节 数学基础变换数学基础变换第五节第五节 数据重构数据重构第六节第六节 图形拼接图形拼接第七节第七节 拓扑生成拓扑生成第八节第八节 数据压缩数据压缩第九节第九节 数据质量评价与控制数据质量评价与控制第十节第十节 数据入库数据入库4/9/2022Page 3第一节第一节4/9/2022Page 4数字线化数据数字线化数据 地形测图思想：点、线、面地形测图思想：点、线、面影象数据影象数据 数据源丰富数据源丰富 生产效

2、率高生产效率高 直观详细记录地表自然现象直观详细记录地表自然现象数字高程模型数字高程模型属性数据属性数据 是什么，判读和考察是什么，判读和考察 详细描述信息详细描述信息第一节 空间数据采集与处理概述4/9/2022Page 5空间特征空间特征 GIS独有的数据独有的数据类型类型 刻画空间对象的刻画空间对象的位置、形状和大位置、形状和大小等几何特征小等几何特征 表示：绝对描表示：绝对描述述坐标（直角坐标（直角坐标、经纬度）坐标、经纬度） 相对描述相对描述空间空间关系关系专题特征专题特征 除空间特征、时除空间特征、时间特征外的其它间特征外的其它特征特征时间特征时间特征第一节 空间数据采集与处理概述

3、4/9/2022Page 6空间对象描述表示：空间对象描述表示： 定性和定量定性和定量定性：定性： 空间对象的鉴别、空间对象的鉴别、分类和命名分类和命名 属性数据属性数据 分类代码 数值类型：仅作为一种标识，不代表对象量化程度 不同应用领域的不同应用领域的空间对象描述详空间对象描述详细程度不同细程度不同定量：图形几何坐定量：图形几何坐标、属性量化指标标、属性量化指标 属性量化指标：属性量化指标：统计调查数据，统计调查数据，可信度与完整性可信度与完整性 图形几何坐标：图形几何坐标：采样点密度、比采样点密度、比例尺、特征点选例尺、特征点选取取原则：原则： 计算机输出的地计算机输出的地图满足同等比例

4、图满足同等比例尺地图精度要求尺地图精度要求第一节 空间数据采集与处理概述4/9/2022Page 7第一手数据第二手数据非电子数据电子数据全站仪、GPS数据地球物理、地球化学遥感数据地图专题地图统计图表平板测量数据工程测量数据笔记航空、遥感相片人口普查社会经济调查各种统计资料已建各种数据库GIS数据第一节 空间数据采集与处理概述4/9/2022Page 8第一节 空间数据采集与处理概述数据源的选择采集方法的确定数据的进一步编辑与处理数据入库4/9/2022Page 9GIS数据源按获取方式按表现方式GIS数据源分类示意图第一节 空间数据采集与处理概述4/9/2022Page 10数字地图的精度

5、与源图直接相关数字地图的精度与源图直接相关纸质地图并不是很好的数据源纸质地图并不是很好的数据源数字化所的数据精度不会高于原始地图数字化所的数据精度不会高于原始地图原始地图中的误差会传播原始地图中的误差会传播第一节 空间数据采集与处理概述4/9/2022Page 11GIS空间数据地图存储介质、现势性、投影转换统计数据多媒体，辅助GIS空间分析和查询遥感、航空影象和数据分辨率、变形规律、纠正、解译特征地面测量数字数据格式、精度第一节 空间数据采集与处理概述4/9/2022Page 12地图数据通常以地图作为GIS数据源时可将地图内容分解为点、线和面三类基本要素，然后以特定的编码方式进行组织和管理

6、。此外，地图是经过系列制图综合的产物，在GIS趋势分析、模式分析等方面具有非常重要的作用。（1）地图存储介质的缺陷。由于地图多为纸质，在不同的存放条件下存在不同程度的变形，具体应用时，须对其进行纠正。（2）地图现势性较差。传统地图更新周期较长，造成现存地图的现势性不能完全满足实际需要。（3）地图投影的转换。使用不同投影的地图数据进行交流前，须先进行地图投影的转换。在应用地图数据时应注意以下几点：在应用地图数据时应注意以下几点：第一节 空间数据采集与处理概述4/9/2022Page 13遥感影像数据遥感影像（航空、卫星）数据是GIS中一个极其重要的信息源。通过遥感影像可以快速、准确地获得大面积的

7、、综合的各种专题信息，航天遥感影像还可以取得周期性的资料，这些都为GIS提供了丰富的信息每种遥感影像都有其自身的成像规律、变形规律，所以在应用时要注意影像的纠正、影像的分辨率、影像的解译特征等方面的问题。图6.3 航空影像局部图6.2 卫星遥感影像局第一节 空间数据采集与处理概述4/9/2022Page 14第一节 空间数据采集与处理概述实测数据 实测数据主要指各种野外实验、实地测量所得数据，它们通过转换可直接进入GIS的空间数据库以用于实时分析和进一步应用。其中，GPS点位数据、地籍测量数据等通常具有较高的精度和较好的现势性，是GIS的重要数据来源统计数据 常常也是GIS的数据源，尤其是属性

8、数据的重要来源。统计数据一般都是和一定范围内的统计单元或观测点联系在一起，因此采集这些数据时，要注意包括研究对象的特征值、观测点的几何数据和统计资料的基本统计单元。各类统计数据可存储在属性数据库中与其它形式的数据一起参与分析。共享数据GIS数据共享已成为地理信息系统技术的一个重要研究内容，已有数据的共享也成为GIS获取数据的重要来源之一。但对已有数据的采用需注意数据格式的转换和数据精度、可信度的问题。4/9/2022Page 15第一节 空间数据采集与处理概述由多媒体设备获取的数据（包括声音、录像等）也是GIS的数据源之一，目前其主要功能是辅助GIS的分析和查询，可通过通讯口传入GIS的空间数

9、据库中。 多媒体数据文本资料数据 文字说明资料也是地理信息系统建立的主要依据，须认真加以研究，准确送入计算机系统，使搜集资料更加系统化4/9/2022Page 16第一节 空间数据采集与处理概述键盘输入扫描数字化成果数据交换遥感图像处理摄影测量野外数据采集地图数据影像数据野外实测数据统计数据数字数据多媒体数据文本数据数据源采集方法4/9/2022Page 17数据采集第二节 数据采集4/9/2022Page 18数据采集在GIS中的地位数据采集任务将现有的地图、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。数据库入库之前进行验证、修改、编辑等处理，保证数据在内

10、容和逻辑上的一致性。不同的数据来源要用到不同的设备和方法。数据的转换装载数据处理：几何纠正、图幅拼接、拓扑生成等。第二节 数据采集4/9/2022Page 19汽油数据以数据为处理线索硬件软件数据 = 12 7第二节 数据采集4/9/2022Page 20野外测量：大平板、全站仪、GPS、移动测绘系统特 点：精度高、效率较低适合范围：小范围GIS数据采集或局部数据更新第二节 数据采集4/9/2022Page 21数字化设备：数字化仪、扫描仪、摄影测量设备特 点：范围大，速度快使 用 范 围：大面积GIS数据采集、资源普查等数字化仪扫描仪数字摄影测量工作站第二节 数据采集4/9/2022Page

11、 22数据交换文件GIS A GIS A GIS B GIS B 内部文件 外部文件 外部文件 内部文件 GIS A数据交换标准Open GISInternet / Intranet第二节 数据采集4/9/2022Page 23地图地面测量数据统计资料航空、遥感数字数据多媒体坐标几何数字化仪扫描仪摄影测量键盘空间数据库编辑处理数据交换第二节 数据采集4/9/2022Page 24随机采样系统采样系统随机采样可变系统采样蔟聚采样断面采样等高线采样第二节 数据采集4/9/2022Page 25计划调查准备收集数字化编辑处理评价第二节 数据采集4/9/2022Page 26第二节 数据采集数据采集就

12、是运用各种技术手段，通过各种渠道收集数据的过程数据采集的概念服务于地理信息系统的数据采集工作包括两方面内容：空间数据的采集属性数据的采集，4/9/2022Page 27第二节 数据采集野外数据采集 平板测量 全野外数字测图空间定位测量 GPS测量方法地图数字化 手扶跟踪数字化 扫描矢量化摄影测量方法 摄影测量原理 数字摄影测量的数据处理流程遥感图像处理 观测数据的输入 再生、校正处理 变换处理、分类处理 处理结果的输出4/9/2022Page 28属性数据的来源 社会环境数据 自然环境 资源与能源属性数据的分类 地球表面的自然和社会基础信息分为9个大类，分别为测量控制点、水系、居民地、交通、管

13、线与垣栅、境界、地形与土质、植被和其他类，在每个大类下又依次细分为小类、一级和二级类属性数据的编码 编码方法有层次分类编码法与多源分类编码法两种基本类型第二节 数据采集4/9/2022Page 29第三节 数据编辑第三节第三节4/9/2022Page 30空间数据编辑的空间数据编辑的必要性必要性 修正数据输入错修正数据输入错误误 维护数据的完整维护数据的完整性和一致性性和一致性 更新地理信息更新地理信息空间数据编辑内空间数据编辑内容容 数据不完整、重数据不完整、重复复 空间数据位置不空间数据位置不正确正确 空间数据比例尺空间数据比例尺不准确不准确 空间数据变形空间数据变形 几何和属性连接几何和

14、属性连接有误有误 属性数据不完整属性数据不完整主要方法主要方法 叠合比较法叠合比较法 目视检查法目视检查法 逻辑检查法逻辑检查法第三节 数据编辑4/9/2022Page 31图纸移动图纸移动图纸变形图纸变形制图误差制图误差数字化误差数字化误差各种误差将影响到各种误差将影响到GIS数据处理的各个环节数据处理的各个环节第三节 数据编辑4/9/2022Page 32第三节 数据编辑4/9/2022Page 33第三节 数据编辑4/9/2022Page 34第三节 数据编辑4/9/2022Page 35图形数据图形数据的编辑的编辑属性数据属性数据的编辑的编辑第三节 数据编辑4/9/2022Page 3

15、6第四节第四节4/9/2022Page 37对扫描得到的图像进行纠正，主要是建立要纠正的图像与标准的地形图或地形图的理论数值或纠正过的正射影像之间的变换关系，消除各类图形的变形误差。几何纠正几何纠正第四节 数学变换基础4/9/2022Page 38纠正原因纠正原因 地图变形地图变形(均匀变形、均匀变形、非均匀变形）非均匀变形） 数字化中的数字化中的位置移动位置移动 遥感影像本遥感影像本身存在几何身存在几何变形变形 投影方式不投影方式不同同 分幅扫描分幅扫描实质实质 建立纠正图建立纠正图象与标准地象与标准地图的一一对图的一一对应关系应关系变换方法变换方法 精确方法：精确方法：仿射变换、仿射变换、

16、双线性变换、双线性变换、平方变换、平方变换、立方变换等立方变换等 近似方法：近似方法：橡皮板变换橡皮板变换纠正步骤纠正步骤 纠正点纠正点数数据采集据采集函函数建立数建立逐逐点或网格纠点或网格纠正正第四节 数学变换基础4/9/2022Page 39第四节 数学变换基础4/9/2022Page 40空间数据坐标变化方法投影变换坐标变换方法仿射投影相似变换橡皮拉伸第四节 数学变换基础4/9/2022Page 41等积变换等积变换，可旋转，保持形状和面积不变类似变换类似变换，可旋转，保持形状但面积可变仿射变换仿射变换，角度可变形但并行线性质不变投影变换投影变换，角度、长度、面积均可变形拓扑变换拓扑变换

17、：拓扑性质，但不保持形状、第四节 数学变换基础4/9/2022Page 42第四节 数学变换基础4/9/2022Page 43墨卡特投影摩尔魏特投影第四节 数学变换基础4/9/2022Page 44投影A（x，y）投影B（X，Y）正解变换：解析函数关系X=f (x , y) ，Y=g( x , y )反解变换：经纬度B=f (x , y) , L=g( x , y )X=F(B, L) , Y=G( B, L)数值变换：数学方法yxbabaYXnn11第四节 数学变换基础4/9/2022Page 45 在保持目标平行条件下，允许进行 旋转、平移、倾斜、不均匀缩放等第四节 数学变换基础4/9/2

18、022Page 46FEyDxyCByAxxx、y 是数字化单位的坐标x、y 是地图坐标A, B, C, D, E, F是转换系数解算：最少3对数据，一般大于等于 4 最小二乘法求解是剪切因子，可由是旋转角度，方向的比例尺变化为方向的比例尺变化，为方向的平移表示在方向的平移表示在kktSSttkSEtSDttkSBtSAFCyxyxyxarctan yxcossinsin sincos)cos(Y X 第四节 数学变换基础4/9/2022Page 47为控制点数量全图平均控制点NNestYactYestXactXRMSEestYactYestXactXRMSE/ )()( )()( 2222第

19、四节 数学变换基础4/9/2022Page 48第四节 数学变换基础4/9/2022Page 49第四节 数学变换基础4/9/2022Page 50第四节 数学变换基础4/9/2022Page 511MMU = 1公顷1MMU = 9公顷MMU：最小制图单位第四节 数学变换基础4/9/2022Page 52第四节 数学变换基础4/9/2022Page 53几何变换必要性流程几何变换方法仿射变换定义几何解释 均方根误差第四节 数学变换基础4/9/2022Page 54仿射变换x和y表示行和列系数E小于零多项式方程或橡皮板变换反复进行重采样 最邻近法双线性内插三次卷积第四节 数学变换基础4/9/2

20、022Page 55选择控制点控制点变换数字化一到经纬度控制点投影只有控制点图层数字化地图要素几何变换第四节 数学变换基础4/9/2022Page 56 数据重构第五第五节节4/9/2022Page 57数据重构主要包括数据结构的转换和数据格式转换第五节 数据重构4/9/2022Page 58矢量数据向栅格数据的转换栅格数据向矢量数据的转换第五节 数据重构4/9/2022Page 59第五节 数据重构4/9/2022Page 60遥感影像或分类图扫描图边界提取二值化二值化细化矢量化第五节 数据重构4/9/2022Page 61实现数据转换的方法多种多样，一般可以通过以下三种途径实现外部数据交换

21、方式标准空间数据交换标准方式空间数据的互操作方式第五节 数据重构4/9/2022Page 62 图形拼接第六节第六节4/9/2022Page 63不同图幅的连接自动、手工第六节 图形拼接4/9/2022Page 64第六节 图形拼接4/9/2022Page 65识别和检识别和检索相邻图索相邻图幅幅逻辑一致逻辑一致性的处理性的处理相邻图幅相邻图幅边界点坐边界点坐标数据的标数据的匹配匹配相同属性相同属性多边形公多边形公共边界的共边界的删除删除第六节 图形拼接4/9/2022Page 66第七节拓扑生成4/9/2022Page 67点线拓扑关系的建立点线拓扑关系的建立多边形拓扑关系的建立多边形拓扑关系的建立网络拓扑关系的建立网络拓扑关系的建立第七节 拓扑生成4/9/2022Page 68第八节数据压缩4/9/2022Page 69q数据压缩简化数据记录节约存储量q数据概化比例尺变换精度减少矢量：更少的点、线、面栅格：重采样（小格网到大格网）第八节 数据压缩4/9/2022Page 70第八节 数据压缩4/9/2022Page 71第九节数据质量评价与控制第九节 数据质量评价与控制4/9/2022Page 72q数据采集日期(现势性)q位置精度(几何精度)q分类精度(属性精度)q完整性q数据采集与编码方法第九节 数据质量评价与控制4/9/20