GIS第3部分空间数据的采集与处理

1、第三部分第三部分 空间数据的采集与处理空间数据的采集与处理 现实世界现实世界文字报告、文字报告、遥感图象遥感图象等等数字化仪数字化仪扫描仪扫描仪解析测图仪解析测图仪键盘键盘 等等编辑、接边、分层、图形与编辑、接边、分层、图形与属性连接、加注记等属性连接、加注记等空间数据库空间数据库数据源数据源? ?如何采集如何采集? ?质量如何质量如何? ?矢量数据的输入与编辑矢量数据的输入与编辑矢量数据的输入矢量数据的输入，是指将分类和编码的空间对象图形转换为，是指将分类和编码的空间对象图形转换为一系列一系列x x、y y坐标，然后按照确定的数据结构加入到线段或标坐标，然后按照确定的数据结构加入到线段或标示

2、点的计算机数据文件中去；示点的计算机数据文件中去；空间数据编辑的目的空间数据编辑的目的是为了消除数字化过程中产生的各类错是为了消除数字化过程中产生的各类错误和对数据进行拓扑关系检查等而进行的操作。误和对数据进行拓扑关系检查等而进行的操作。栅格数据的输入与编辑栅格数据的输入与编辑栅格数据的输入方法栅格数据的输入方法包括透明格网采集输入、扫描数字化输包括透明格网采集输入、扫描数字化输入及其它数据传输或转换输入等；入及其它数据传输或转换输入等；数据编辑数据编辑p空间数据的输入空间数据的输入p属性数据的输入属性数据的输入p数据质量问题数据质量问题p几何纠正几何纠正一空间数据输入手工键盘输入手工键盘输入

3、跟踪数字化输入跟踪数字化输入扫描数字化输入扫描数字化输入现有数据转换现有数据转换 1、手工键盘输入键盘输入就是通过手工在计算机终端上输入数据。实键盘输入就是通过手工在计算机终端上输入数据。实际上就是将图形元素点、线、面实体的地理位置数据际上就是将图形元素点、线、面实体的地理位置数据（各种坐标系中的坐标）通过键盘输入数据文件或程（各种坐标系中的坐标）通过键盘输入数据文件或程序中去。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实体坐标可以用地图上的坐标网或将其他格网复盖在材料上量取，这是最简单又不用任何特殊设备的图形材料上量取，这是最简单又不用任何特殊设备的图形数据输入法。数据输入法。

4、2、手扶跟踪数字化输入借助于专用的数字化仪进行空间信息采集 数字化仪由电磁感应板（操作平台）、坐标输入控制器（标示器）和接口装置组成。目前，市场上数字化仪的规格按其可处理的图幅面积来划分，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。数字化仪示意图数字化仪示意图 底座底座感应板感应板定标器定标器手扶跟踪数字化方法手扶跟踪数字化方法数字化过程数字化过程 将准备好的数字化原图固定于数字化桌上，将准备好的数字化原图固定于数字化桌上，定义好用户坐标系（原点和坐标轴），确定地定义好用户坐标系（原点和坐标轴），确定地图投影方式，选择数

5、字化方式，确定数字化范图投影方式，选择数字化方式，确定数字化范围（即用标示器将围（即用标示器将X X、Y Y最小值的点和最小值的点和X X、Y Y最大最大值的点数字化）。值的点数字化）。 数字化时必须按照不同的专题内容分文件、数字化时必须按照不同的专题内容分文件、分图层有顺序地数字化，幅面较大的图件，可分图层有顺序地数字化，幅面较大的图件，可分块数字化。分块数字化。 数字化方式数字化方式点方式数字化点方式数字化 只要将标示器十字丝交点对准数字化原只要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，记录该点图上要数字化的点，按下标示器上相应的按键，记录该点x x、y y坐

6、标。每记录一次坐标，操作员需要按键一次。点方式主坐标。每记录一次坐标，操作员需要按键一次。点方式主要用于采集单个点和控制曲线形态的特征点（端点、极值要用于采集单个点和控制曲线形态的特征点（端点、极值点、拐点），如控制点、三角点、水准点、独立地物中心点、拐点），如控制点、三角点、水准点、独立地物中心点等，折线的始点、终点、转折点，居民地街区拐角点等。点等，折线的始点、终点、转折点，居民地街区拐角点等。流方式数字化流方式数字化 将标示器十字丝交点沿曲线从起点移将标示器十字丝交点沿曲线从起点移动到终点，让它以等时间间隔或等距离间隔方式记录曲线动到终点，让它以等时间间隔或等距离间隔方式记录曲线上一系列

7、密集的离散点坐标，操作员无需对每个点都按键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，一次，仅在曲线的始点和终点各按一次相应的按键即可，对于不规则的曲线图形，如河流、等高线、海岸线等，常对于不规则的曲线图形，如河流、等高线、海岸线等，常使用流方式数字化使用流方式数字化。栅格数字化方式栅格数字化方式 将数字化板设置为虚拟的格网，数将数字化板设置为虚拟的格网，数字化点、线、面时，相当于经过了相应的格网，并给格网字化点、线、面时，相当于经过了相应的格网，并给格网赋值。赋值。3、扫描数字化输入扫描仪 绝大多数扫描仪是按栅格方式扫描后将图绝大多数扫

8、描仪是按栅格方式扫描后将图像数据交给计算机来处理。扫描仪可分为滚像数据交给计算机来处理。扫描仪可分为滚筒式、平板式、筒式、平板式、CCD直接摄像式三种，其中直接摄像式三种，其中大幅面的地图以滚筒（卷纸）式用得最多。大幅面的地图以滚筒（卷纸）式用得最多。目前市场上常见的目前市场上常见的A0幅面的滚筒式单色分灰幅面的滚筒式单色分灰度扫描仪的分辨率为度扫描仪的分辨率为400800dpi，操作的，操作的精度要高。普通的扫描仪大都按灰度分类扫精度要高。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。描，高级的可按颜色分类扫描。扫描并自动矢量化的过程扫描并自动矢量化的过程扫描图自动矢量化处理扫描扫

9、描转换转换拼接或拼接或裁剪扫裁剪扫描图描图二值二值图图矢矢量量栅栅格格转转换换矢量图合矢量图合成、接边成、接边矢量图矢量图编辑编辑纸纸质质地地图图空间空间数据库数据库准备扫描图像准备扫描图像栅格图像配准栅格图像配准新建数字化图层新建数字化图层屏幕跟踪矢量化地图屏幕跟踪矢量化地图选择投影和单位选择投影和单位输入控制点输入控制点编辑控制点编辑控制点几何纠正几何纠正4、现有数据转换 任何信息系统总要利用已有数据，以减轻信息收任何信息系统总要利用已有数据，以减轻信息收集、编码、输入的工作量。除了利用本单位、本部集、编码、输入的工作量。除了利用本单位、本部门的现成资料外，常用的、通用的数据供社会共享门的

10、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。已成为一种趋势。如：坐标文件矢量图；CAD矢量图二、属性数据输入(1)(1)与空间数据同时输入与空间数据同时输入 (2)(2)属性数据单独输入到文本文件中属性数据单独输入到文本文件中通过EXCEL 数据进行加载属性数据二、属性数据输入如：MapInfo用文本坐标文件创建点在数据层单击鼠标右键选择“Display XY data”设置设置X Y坐标坐标通过通过EDIT 设置坐标系统设置坐标系统ArcGIS用文本坐标文件创建的临时地图图层。可以用“输出”保存成通用的图层。数据输出数据输出需要在需要在DisplayDisplay下编辑下编辑三、

11、数据质量问题三、数据质量问题1、数据输入、数据输入 l实测误差，地图制图误差（制作地图的每一过程都有误差），航测遥感数据分析误差（获取、判读、转换、人工判读（识别要素）误差）l扫描得到的地形图数据和遥感数据存在变形： 图纸移动图纸移动 图纸变形图纸变形2 2、数据操作、数据操作l 类别间的不明确、边界误差（不规则数据分类方法引起）l 多层数据叠加误差l 多边形叠加产生的裂缝（无意义多边形）l 各种内插引起的误差 三、数据质量问题三、数据质量问题3 3、图幅接边误差、图幅接边误差三、数据质量问题三、数据质量问题4 4、数字化误差、数字化误差 数字化过程中操作员和设备造成的误差，某些地理属性没有明

12、显边界引起的误差（地类界） 三、数据质量问题三、数据质量问题5.5.数据存贮：数据存贮： 数字存贮有效位不能满足（由计算机字长引起，单精度、双精度类型）空间精度不能满足6.6.数据输出：数据输出： 比例尺误差、输出设备误差、媒质不稳定（如图纸伸缩）7. 7. 成果使用：成果使用： 用户错误理解信息、不正确使用信息三、数据质量问题三、数据质量问题四、几何纠正四、几何纠正q 目的：目的： 实现对数字化数据的坐标转换和图纸变形实现对数字化数据的坐标转换和图纸变形 误差的改正。误差的改正。q 方式：方式：q基本坐标变换基本坐标变换q平移变换平移变换q旋转变换旋转变换 q比例变换（图形缩放）比例变换（图

13、形缩放） q仿射变换仿射变换仿射变换 对于原始图介质存在的几何变形、扫描输入时图纸未被压紧产生的斜置、遥感影像本身的几何变形等带来的误差，可通过几何纠正解决。 图为一幅标准的图为一幅标准的5万地形图，在万地形图，在扫描时，扫描时，图纸摆放倾斜。图纸摆放倾斜。仿射变换仿射变换是几何纠正常是几何纠正常用的方法。用的方法。XyxmAyyxmBsincoscossin00Y令A1= msin，B1= mcos，则上式可改写成 ：XAA yB xyBB yA x011011Y 四点纠正法：四点纠正法： 根据选定的数学变换函数，输入标准图廓数据，分别采集四个图廓控制点坐标来完成。 逐网格纠正法：逐网格纠正

14、法： 这种方法和四点纠正法的不同点就在于采样点数目的不同，它是逐方里网进行的，即对每一个方里网，都要采点。 具体采点时，一般要先采源点（需纠正的地形图），后采目标点（标准图廓）；先采图廓点和控制点，后采方里网点。1.1.地形图纠正地形图纠正 一般采用一般采用4点纠正法或网格纠正法。点纠正法或网格纠正法。4点纠正法通过输入点纠正法通过输入4个图幅轮个图幅轮廓控制点坐标来实现变换。当廓控制点坐标来实现变换。当4点纠正法不能满足精度要求时，可选点纠正法不能满足精度要求时，可选用网格纠正法，以增加采样控制点的个数。用网格纠正法，以增加采样控制点的个数。例：地形图的例：地形图的4 4点纠正点纠正TIC3

15、TIC2TIC1TIC4 遥感影像图的纠正通常选用同遥感影像图比例尺相同的地形图或正射影像图作变换标准图，在选择好变换方法后（），在被纠正的遥感影像图和标准图上分别采集同名地物点，所选的点在图上应分布均匀、点位合适，通常选道路交叉点、河流桥梁等固定设施点，以保证纠正精度。2.2.遥感影像图的纠正遥感影像图的纠正（1）地形图的配准加载数据和影像配准工具 ArcGIS中的Georeferencing扩展模块提供了栅格数据几何校正功能。3、ArcGIS栅格数据的几何校正栅格数据的几何校正（2）加载地形图3、ArcGIS栅格数据的几何校正栅格数据的几何校正（3）输入控制点）输入控制点 在配准中已知一些

16、特殊点的坐标，即控制点。 控制点可以是经纬线网格的交点、公里网格的交点或者一些典型地物的坐标。 从图中均匀的取几个点。 通常,先在图像的四个角选择4 个控制点，然后在中间的位置有规律地增加一些控制点能得到较好的效果。3、ArcGIS栅格数据的几何校正栅格数据的几何校正3、ArcGIS栅格数据的几何校正栅格数据的几何校正（3）输入控制点）输入控制点注意：地形图中，读取控 制点的坐标，图中 红色控制点的坐标为 （643000,3544000），单位：米注意：不加带号使用工具 在扫描图上精确到找一个控制点点击，然后鼠标右击输入该点实际的坐标位置，如下图所示：3、ArcGIS栅格数据的几何校正栅格数据

17、的几何校正用相同的方法，在影像上增加多个控制点（大于4 个，一次多项式；大于7个，二次多项式 ），输入它们的实际坐标。3、ArcGIS栅格数据的几何校正栅格数据的几何校正ArcGIS栅格数据的几何校正中，每选一个控制点，图像都可以进行相应几何变换。利用Georeferencing下的Rectify菜单项对数据进行几何校正（重采样），形成具有准确空间参考的栅格数据。 其中，可以选择重采样栅格大小及选择重采样方法（最近邻法、双线性内插、三次卷积内插），并以ESRI GRID、TIFF、ERDAS IMAGINE格式输出。3、ArcGIS栅格数据的几何校正栅格数据的几何校正4、ArcGIS矢量数据的

18、几何校正矢量数据的几何校正利用ArcGIS中的Spatial Adjustment模块可以对矢量数据进行几何校正，从而实现两个不同坐标系统矢量数据的配准。配准步骤：l在Tools菜单下点击Customize菜单项，打开Customize对话框，选中Spatial Adjustment扩展模块，将显示Spatial Adjustment工具条。4、ArcGIS矢量数据的几何校正矢量数据的几何校正 在屏幕中同时显示两个不同坐标系统的数据。 点击Spatial Adjustment菜单下Set Adjust Data 菜单项，打开选择校正数据对话框。以其中一个数据的坐标系统为基准，对另一个数据的坐标

19、系统进行几何校正（需校正的数据处于编辑状态）。 可以对整个数据进行校正，也可以只对选中数据进行校正，如对整个数据进行校正，则选择All feature in these。4、ArcGIS矢量数据的几何校正矢量数据的几何校正4、ArcGIS矢量数据的几何校正矢量数据的几何校正l利用Link工具 在两个地图数据中找同名点。先点击源数据的一个控制点，然后，在目标数据中对同名点进行点击，建立控制点连接。l至少要确定3个控制点，才能进行几何校正（ Spatial Adjustment菜单下点击Adjust菜单项）。l校正后的数据可以输出作为新的数据保存。4、ArcGIS矢量数据的几何校正矢量数据的几何校

20、正在选择控制点时，可以打开Link Table，观察控制点坐标和残差，对残差大的控制点，可以删除，重新选择控制点。4、ArcGIS矢量数据的几何校正矢量数据的几何校正五、数据格式转换五、数据格式转换矢栅数据结构转换l栅格数据矢量数据l矢量数据栅格数据注意：矢量数据的基本坐标是直角坐标X、Y，坐标原点一般区图的左下角；栅格数据的基本坐标是行和列（i，j），坐标原点一般取左上角。1矢量数据转换成栅格数据矢量数据转换成栅格数据 Cellsize计算计算区域的最大最小坐标分别为区域的最大最小坐标分别为xmax，xmin，ymax，ymin。网格大小为。网格大小为 x y。 x = y = xxJmax

21、minyyImaxmin一般情况下，取一般情况下，取 x = y。 (1)点的变换点的变换 i = 1 + Int j = 1 + Int式中Int为取整函数。yyymaxxxxmin(2)线的变换线的变换 点落在哪个网格中就属于哪个网格单元点落在哪个网格中就属于哪个网格单元 两端点的坐标为两端点的坐标为(x1, y1)和和(x2, y2)。该线段经过。该线段经过的网格单元范围，在转换时我们可在的网格单元范围，在转换时我们可在i1 到到i2行之间逐行之间逐行考察。行考察。 第行。则该行中心线的y坐标为 y = ymax - y ( m - )该中心线与直线交点的x坐标为 根据x可求出交点所处的

22、列数n n = 1+Int 12xxxyyyyx212111xxxmin(3)面的填充面的填充 (a)射线搜索内点法射线搜索内点法 (b)多重地物内点属性填充多重地物内点属性填充 按照多边形线段的左右属性填按照多边形线段的左右属性填充。当前经过的格网，可以制定规则充。当前经过的格网，可以制定规则指定属性。指定属性。(c)点扩散法填充地物属性点扩散法填充地物属性 从多边形中任一格网点开始扩散从多边形中任一格网点开始扩散，直到边界格网。，直到边界格网。2栅格数据转换成矢量数据栅格数据转换成矢量数据 栅格数据可来源于扫描、遥感分类图象或其它栅格数据可来源于扫描、遥感分类图象或其它图象转换结果（包括由矢量数据生成的栅格数图象转换结果（包括由矢量数据生成的栅格数据）。具