第二大部分第二章空间数据的采集

第二章空间数据的采集本章主要介绍图形数据和属性数据的采集方法，空间数据的编辑与处理。数据源的种类空间数据采集空间数据的编辑和处理空间数据质量的概念数据采集在GIS中的地位GIS以数据为基础硬件∶软件∶数据=1∶2∶7汽油数据GIS数据的内容数字线化数据地形测图思想：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，判读和考察详细描述信息GIS数据：特征空间特征GIS独有的数据类型刻画空间对象的位置、形状和大小等几何特征表示：绝对描述—坐标（直角坐标、经纬度）相对描述—空间关系专题特征除空间特征、时间特征外的其它特征时间特征GIS数据：精度和尺度空间对象描述表示：定性和定量定性：空间对象的鉴别、分类和命名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空间对象描述详细程度不同定量：图形几何坐标、属性量化指标属性量化指标：统计调查数据，可信度与完整性图形几何坐标：采样点密度、比例尺、特征点选取原则：计算机输出的地图满足同等比例尺地图精度要求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。数据的转换数据处理：几何纠正、图幅拼接、拓扑生成等第一节空间数据采集一、数据源的种类指建立GIS数据库所需要的各种来源的数据。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。地图1：5万地形图遥感影像数据：陕西省1/25万土地利用遥感影像图统计数据：人口、国民生产总值等实测数据：野外调查数据，河流水文站有关数据数字数据：数字图形数据，DEM数据各种文字报告和立法文件：环境保护法规GIS空间数据GIS的数据来源—特点地图存储介质、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、精度图形图像数据：地图工程图规划图照片航空与遥感影像等文字数据：调查报告立法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目前各种类型的地图是重要的信息源。这不仅是因为地图的内容直观与丰富，而且是由于在地理信息系统诞生以前，地图是表示空间与非空间信息强有力的手段，从某种意义上说，一册完备的专题地图集是一个很好的人工操作地理信息系统。遥感影像是地理信息系统中一个极其重要的数据源，它至少具有下列一些特点：①能取得大面积、综合的信息；②速度快；③降低数据储存冗余和不连续性；④能提供各类专题所需要的信息。文字数据主要用来描述空间对象的属性，比如人口数据、经济数据、土壤成份、环境数据确定应用哪些类型的数据是由系统的功能所确定的，例如要建立一个土地的适宜性和承载力的信息系统，所需要的数据有地形、土壤类型、降雨、地下水位、运输条件等。

数据源与相应设备地图地面测量数据统计资料航空、遥感文字数据多媒体坐标几何数字化仪扫描仪摄影测量系统键盘空间数据库编辑处理数据交换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数据二、图形数据的采集采集基本模式有两种：

①将地理实体用x,y坐标的形式，以顺时针或逆时针方法依次输入。——矢量

②用点、线、多边形和格网邻接的方法表示地理实体。——栅格特征数码位置点11x,y（点）线21x1,y1,x2,y2,...,xn,yn(线）面31x1,y1,x2,y2,...,xn,yn（面）空间数据采集——图形数据的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。空间数据采集——图形数据的采集1）手扶跟踪数字化仪全电子式数字化仪精度最高，应用最广。利用的是电磁感应原理。过程：将图固定在数字化板上，用鼠标器输入图幅范围和至少四个控制点的坐标，随后即可输入图幅内各点、曲线的坐标。空间数据采集——图形数据的采集数字化仪数据量少，软件完备，但速度慢，工作量大，自动化程度低，精度与作业员的操作有关，已不太采用。空间数据采集——图形数据的采集2）扫描仪输入以像素信息存储表示的设备。过程：设置扫描参数模式（二值，灰度，百万种彩色），分辨率（如300dpi），亮度，对比度，色调，范围等，扫描获得栅格数据。然后利用相关的扫描矢量化软件进行矢量化。缺点：数据量大，不能直接对其分析。扫描矢量化扫描矢量化输入是当前图形数据输入的主要方法。空间数据采集——定位设备野外测量：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数据采集方法：数字化设备数字化设备：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空间数据采集——数据交换数据交换文件GISAGISAGISBGISB内部文件外部文件内部文件外部文件

GISAGISB数据交换标准OpenGISInternet/Intranet空间数据采集——方案随机采样系统采样系统随机采样可变系统采样蔟（cù）聚采样断面采样等高线采样DEM空间数据采集——流程计划调查编辑处理评价准备收集数字化三、属性数据的采集 属性数据即空间实体的特征数据，可直接通过编码记录在栅格或矢量数据文件中，也可通过键盘单独输入数据库存储为属性文件，通过关键码与图形数据相联系。 编码一般要遵循国家颁布的编码标准。空间对象的编码为什么要进行编码？编码对象：属性数据编码方法：层次分类编码多源分类编码编码标准化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。国家资源与环境信息系统规范在“专业数据分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。属性数据的编码——编码原则

系统性和科学性：满足所涉及学科的科学分类方法，能反映出同一类型中不同的级别特点。一致性：对代码所定义的同一专业名词、术语必须是唯一的。标准化和通用性：有国家或行业标准的要按标准进行，没有标准的必须考虑在有可能的条件下实现标准化。简捷性：在满足国家标准的前提下、每一种编码应该是以最小的数据量载负最大的信息量。可扩展性：编码的设置应留有扩展的余地，避免新对象的出现而使原编码系统失效、造成编码错乱现象。（人口）

属性数据的编码——编码内容

登记部分：用来标识属性数据的序号，可以是简单的连续编号，也可划分不同层次进行顺序编码；分类部分：用来标识属性的地理特征，可采用多位代码反映多种特征；控制部分：用来通过一定的查错算法，检查在编码、录入和传输中的错误，在属性数据量较大情况下具有重要意义。

属性数据的编码——编码方法

层次分类编码法：是按照分类对象的从属和层次关系为排列顺序的一种代码，它的优点是能明确表示出分类对象的类别，代码结构有严格的隶属关系。土地利用分类标准：GB/T21010-2007耕地701园地

702林地

703草地704工矿仓储用地

707特殊用地709交通运输用地

710…

711土地利用类型7有林地

7031灌木林地

70327033其他林地商服用地705706住宅用地公共管理与公共服务用地708属性数据的编码——编码方法多源分类编码法：对于一个特定的分类目标，根据诸多不同的分类依据分别进行编码，各位数字代码之间并没有隶属关系。空间对象的多源分类编码按空间对象不同特性进行分类并编码代码之间没有隶属关系，反映对象特性具有较大的信息量，有利于空间分析河流特性分类与编码通航情况通航：1不通航：2常年河：1时令河：2消失河：3<1km：1<2km：2<5km：3<10km：4>10km：5流水季节河流宽度河流长度河流深度5~10m：110~20m：220~30m：330~60m：460~120m：5120~300m：6300~500m：7>500m：8<1m：11~2m：22~5m：35~20m：420~50m：5>50m：6P74如11321第二节空间数据的编辑和处理一、

误差或错误的检查与编辑 对于空间数据的不完整或位置误差主要用GIS的图形编辑功能，如删除，修改，插入等进行处理。对比例尺不准确和变形，可以通过比例变化和纠正来处理。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图形和属性连接有误属性数据不完整错误检查主要方法叠合比较法目视检查法逻辑检查法数字化误差空间数据的编辑与处理误差修正一般过程：设定容许值连接接点重建拓扑关系二、图形图像纠正

1.图形纠正地形图的纠正：建立要纠正的地形图与标准地形图或地形图的理论数值或纠正过的正射影像（经过地形畸变校正的遥感影像）之间的变换关系。

2.遥感影像纠正—几何精校正遥感影像的纠正：一般选用和遥感影像比例尺相近的地形图或正射影像图作为变换标准，选用合适的变换函数，分别在要纠正的遥感影像和标准地形图或正射影像图上采集同名地物点进行校正。图像纠正纠正原因地图变形(均匀变形、非均匀变形）数字化中的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—逐点或网格纠正空间数据的编辑与处理图象纠正橡皮板变换函数变换三、数据格式的转换 不同数据介质之间的转换和不同数据结构之间的转换。不同介质转换将各种不同的原材料信息（地图、照片、文字、表格等）计算机可以兼容的格式数字化、扫描、键盘输入等数据结构转换相同数据结构的不同组织形式转换矢量拓扑结构变换实体式编码←→双重独立式编码栅格数据转换链式压缩编码←→块状编码不同数据结构转换矢量到栅格栅格到矢量矢量到栅格的相互转换四、投影转换投影：建立两个点集间一一对应的映射关系。地图投影：建立地球表面上点与投影平面上点之间的一一对应关系。利用一定的数学法则把地球表面上的经纬网表示到平面上，即把曲面展为平面，保证了空间信息的联系和完整性。空间数据的编辑与处理投影变换：圆柱投影方位投影圆锥投影地图投影——地图投影的分类正轴切圆锥投影正轴割圆锥投影横轴切圆锥投影横轴割圆锥投影横轴切圆柱投影横方位投影正轴割圆柱投影斜轴切圆柱投影斜轴切圆锥投影正轴切圆柱投影正方位投影斜方位投影

正解变换：通过建立严密或近似的解析关系式，直接由一种投影的数字化坐标变换为另一种投影的直角坐标。

反解变换：由一种投影坐标反解出地理坐标（x,y→B,L）,然后再将地理坐标代入另一种投影的坐标公式中（B,L→X,Y），从而实现由一种投影的坐标（x,y）到另一种投影坐标（X,Y）的变换。

数值变换:根据两种投影在变换区内的若干同名数字化点，采用插值方法、有限差分法、最小二乘法、有限元法、待定系数法等，实现由一种投影的坐标到另一种投影坐标的变换。空间数据的编辑与处理投影变换：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：数学方法目前大多数GIS软件是采用正解变换法来完成不同投影之间的转换，并直接在GIS软件中提供常见投影之间的转换。空间数据的编辑与处理坐标变换五、图幅拼接 地理实体的属性码统一。交互编辑实现实体属性一致；追踪拼接法实现坐标数据的匹配。空间数据的编辑与处理边界匹配（图幅接边）不同图幅的连接自动、手工第一种方法是小心地修改空间数据库中点和矢量的坐标，以维护数据库的连续性；第二种方法是先对准两幅图的一条边缘线，然后再小心地调整其它线段使其取得连续。数字化边界调整第三节空间数据质量的概念

空间数据质量是在表达空间数据的位置、属性、时间三个要素时，所能够达到的准确性、一致性、完整性，以及他们三者之间统一性的程度。空间数据质量的好坏是一个相对的概念，并具有一定程度的针对性。可以脱离开具体应用，从空间数据存在的客观规律性出发对空间数据的质量进行评价和控制。相关概念：误差（error）——与真值的差；数据的准确度（accuracy）——与真值的接近程度；精密度（resolution)——数据表示的有效位数。精度——结合反映准确度和精密度；不确定性（uncertainty）——不能被准确确定程度，以真值为中心的一个范围，范围越大，数据的不确定性也就越大。空间数据质量及其精度分析数据质量是空间数据在表达空间位置、专题特征以及时间这三个基本要素时，所能够达到的准确性、一致性、完整性，以及它们三者之间统一性的程度。（1）误差(Error)（2）数据的准确度(Accuracy)（3）数据的精密度(Resolution)（4）不确定性（Uncertainty)空间数据质量评价数据情况说明时间精度(现势性)位置精度(几何精度)分类精度(属性精度)可靠性逻辑的一致性、完整性数据采集与编码方法误差的类型