第二章GIS数据结构1

GIS数据的采集与质量一、数据的采集二、数据的质量1数据采集在GIS中的地位

空间信息的获取是GIS空间信息系统建设的首要任务，一个空间信息系统建设，70％以上的工作（费用、时间等）将花费在空间信息的获取上面。硬件∶软件∶数据=1∶2∶7一、空间图形数据的采集二、非空间属性数据的采集2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。不同的数据源要用到不同的设备和方法。GIS的数据采集将地理实体的几何数据和属性数据输入到地理数据库中。3数据源种类

图形图像数据：地图

工程图规划图照片航空与遥感影像等图形图像数据

文字数据文字数据：调查报告文件统计数据实验数据野外调查的原始记录等数据源指建立GIS的地理数据库所需的各种数据的来源。45678数据源种类

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9101112131415数据源种类目前各种类型的地图是重要的信息源。因为地图的内容直观与丰富，而且是由于在GIS诞生以前，地图是表示空间与非空间信息强有力的手段。遥感影像是地理信息系统中一个极其重要的数据源。①能取得大面积、综合的信息；②动态的、实时的数据源、数据更新；③能提供各类专题所需要的信息。统计数据:国民经济的各种统计数据常常也是GIS的数据源。如省级统计年鉴、城市统计年鉴、环境监测报告等。16数据源种类实测数据:各种实测数据特别是一些GPS点位数据、地籍测量数据常常是GIS的一个很准确和很现势的资料。各种文字报告和立法文件:各种文字报告和立法文件在一些管理类的GIS系统中，有很大的应用，如在城市规划管理信息系统中，各种城市管理法规及规划报告在规划管理工作中起着很大的作用。17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18数字化仪数字化仪，是一种用来记录和跟踪地图点、线位置的手工数字化设备。根据尺寸和使用条件的不同，大致可分为两类：小型数字化仪(Tablet)：A4，A3，A2大型数字化仪(Digitizer)：A1，A0，A0019数字化仪原理目前较为常用的数字化仪是电磁感应式数字化仪，它是利用电磁感应原理检测出图形坐标数据的。由游标线圈（定位器）、工作桌面（包括铺设其下的栅格阵列导线）以及电子部件、微处理器和输出装置组成。其中游标线圈是电磁发射源，工作桌面接收信号，电子部件、微处理器把游标线圈在工作桌面上的位移量转换成x，y坐标，最后经输出装置输入计算机201、图形数据的采集采集基本模式有两种

①将地理信息实体以(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）一、数据的采集21矢量数据的获取方式1)由外业测量获得可利用测量仪器自动记录测量成果(常称为电子手薄)然后,转到地理数据库中。2)由栅格数据转换获得利用栅格数据矢量化技术，把栅格数据转换为矢量数据。3)数字化用数字化的方法，把地图变成离散的矢量数据。22栅格数据的获取1、

手工获取:专题图上划分均匀网格，逐个决定其网格代码。2、扫描仪：扫描专题图的图像数据再进行栅格编码、存贮，即得该专题图的栅格数据。3、

由矢量数据转换而来。4、

遥感影像数据：对地面景象的辐射和反射能量的记录，并按不同的光谱段量化后，以数字形式记录下来的象素值序列。5、

格网DEM数据，当属性值为地面高程，则为格网DEM，通过DEM内插得到。23矢量空间数据的采集矢量空间数据获取的方式和步骤。2425261、规划好数字化过程a.建立一个标准的操作流程，如先点，后弧b.建立标准的命名方法。使每个阶段的图层一目了然。c.选择底图精度、完整、清晰d.地图的分层与分幅

确定要素层及名称。如政区图包括边界、主要道路、河流和城市等层。272、地图预处理a.减少图纸变形的影响：对于纸张较差的地图，复印到聚脂薄膜上b.透边处理：将地图图框要素向图框外延伸5-10mm，便于拼接283、设置数字化设备

扫描仪直接把图形(如地形图)和图象(如遥感影象、照片)扫描输入到计算机中，以象素信息进行存储表示的设备。按辐射分辨率划分：二值扫描仪、灰度扫描仪和彩色扫描仪29扫描数字化仪扫描时，必须先进行扫描参数的设置包括：a、扫描模式的设置:（二值、灰度、彩色），对地形图的扫描一般采用二值扫描，或灰度扫描。对彩色航片或卫片采用百万种彩色扫描，对黑白航片采用灰度扫描b、扫描分辨率的设置:根据扫描要求，对地形图的扫描一般采用300dpi或更高的分辨率。c、针对一些特殊的需要，还可以调整亮度、对比度、色调等。扫描参数设置完后，即可通过扫描获得某个地区的栅格数据。数据量比较大。如一张地形图采用300dpi灰度扫描其数据量有20兆左右。30手工数字化手工数字化:不借用任何数字化设备对地图进行数字化,即手工读取并录入地图的地理坐标数据.手工数字化按照空间数据的存储格式的不同分为:313233地图数字化是目前矢量空间数据获取的主要手段：数字化主要方式有两种：

①手扶跟踪数字化；②地图扫描数字化（屏幕跟踪数字化）。两种主要的矢量空间数据获取方式34一、手扶跟踪数字化1、数字化仪的构造及工作原理标示器或笔在图板上移动时发出的信号能够被板内的电磁感应装置所感应，并自动确定其位置，然后传给计算机。①图板：图板外形是一个矩形树脂平板，板内有电磁感应线圈、电子部件及微处理机。②标示器：一般分为4键定标器、16键定标器、接触开关笔、一键开关笔、两键开关笔和压力敏感笔等。352、数字化仪的操作方式点方式（PointMode）：操作员能选择最有利于表现曲线特征也使面积误差最小的那些点位进行数字化。

缺点：每一个记录坐标的点位上，操作员都必须按键来告诉计算机“记录该点坐标”。流方式StreamMode）：等时间间隔或等距离间隔自动记录坐标。缺点：如果操作员未按希望的移动速率工作就会记录过多的坐标，后继处理必须删除多余坐标。等距离记录点则不能正确的数字化尖锐的弯曲顶点，常常切割这类弯曲部分，误差较大。363、手扶跟踪数字化仪输入法具体步骤①原图准备：即准备数字化原图，并将原图内容转绘到不易引起变形的聚脂薄膜上，检查原图内容的完整性，分别标识原图的图幅角点、内部的控制点等。②输入初始化参数：包括数字化的阈值(数字化两点间的最短距离)，图幅四角点的理论坐标，图幅长度和宽度，以及图名、图号、比例尺、地图投影等。37③输入控制点坐标：数字化图幅四角点的坐标和经标识的控制点坐标。④地图数字化：输人数字化图幅内的图形，直到形成一个数字化信息存储层。⑤检查和修改数字化错误：通过荧屏或绘图显示，检查结点不匹配、假结点、悬挂结点、标识点遗漏等各种错误，并予以改正。⑥建立拓扑关系和输入属性：利用GIS软件提供功能，建立拓扑关系。⑦输入属性：属性数据一般采用键盘输入，作为一个顺序文件，经编辑处理后，再转存到数据库的相应文件或表格中。384、手扶跟踪数字化采样误差分析

人工操作误差：属于偶然误差，包括采点时的中误差，以及取点的代表性误差，此项误差与操作人员的经验和熟练程度有很大关系。仪器误差：是指由于数字化仪本身的结构及其分辨率等因素引起的误差，属于系统误差，目前数字化仪的精度一般可达到0.1mm～0.05mm，可以满足数字化图的精度要求。39二、地图扫描数字化使用扫描仪对地图进行扫描，扫描数据读入GIS软件系统，采用屏幕跟踪矢量化，或者自动矢量化方法进行地图数字化。扫描栅格文件屏幕跟踪矢量化自动矢量化矢量文件GIS数据库扫描矢量化的过程4041①数据源准备将已有的地图，通过扫描仪扫入计算机，以栅格形式保存。进行必要的格式转换后，输入GIS软件。②影象变换处理输入地面控制点坐标，进行影象纠正、投影转换。1、屏幕跟踪矢量化输入法具体步骤大型扫描仪照片（A0）小型扫描仪照片（A4）42③利用屏幕跟踪技术，实现专题图层矢量化在GIS软件支持下，将要数字化的影象作为背景图层，增加（建立）矢量要素层，进行屏幕跟踪数字化，直到形成一个数字化信息存储层。④检查和修改数字化错误通过荧屏或绘图显示，检查图层输入错误，包括结点不匹配、假结点、悬挂结点、线段过长或过短、标识点遗漏等，并予以改正。⑤建立拓扑关系：

可利用GIS软件提供的功能自动建立；⑥属性输入：

将矢量图层叠置在原始影象上，通过目视解译（遥感影象）或读取原图属性（地图扫描），采用键盘输入属性数据。43

地图数字化后处理，即数据编辑处理。矢量数据编辑和输入两者之间是一个相互交替的工作过程，矢量数据编辑的目的就是为了消除数据输入引起的误差，并重新组织数字化数据。2、地图扫描数字化后处理数字化过程引起的误差类型：空间数据位置不正确、空间数据丢漏或重复、坐标系、采用的量测单位不正确、属性数据不正确、属性数据丢漏或重复、空间和属性数据关联错误、各要素关系处理不正确，以及图幅接边处理。441、Arcview屏幕跟踪数字化2、MAPGIS屏幕跟踪数字化3、MAPGIS点线面输入452、属性数据的采集

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。数据量较小，可以在输入几何数据的同时，用键盘输入数据量大，预先建立属性表从其它统计数据库导入属性，通过关键字段联接图形46二、数据的质量研究空间数据质量的目的在于加强数据生产过程中的质量控制，提高数据质量471、空间数据质量的相关概念2、空间数据质量问题的来源3、空间数据的误差分析4、空间数据质量的控制481、数据的质量准确性（Accuracy）精度（Precision）空间分辨率（SpatialResolution）比例尺（Scale）不确定性（Uncertainty）49准确性（Accuracy）一个记录值（测量或者观察值）与它的真实值之间的接近程度；空间数据的准确性通常是根据所指的位置、拓扑或者非空间属性来分类的；

可以用误差（Error）来衡量空间数据的准确性；50精度（Precision）数据精度表示数据对现象描述的详细程度数据精度和数据准确性的区别：精度低的数据不一定准确度也低；数据精度如果超出了测量仪器的已知准确度，这样的纪录数字在效率上是冗余的；

例如：在设计精度为0.1mm的数字化仪上测量返回的坐标数据为（10.11mm,12.233mm），其中就含有冗余的数据；51空间分辨率（SpatialResolution）分辨率是两个可测量数值之间最小的可辨识的差异；空间分辨率可以看作是记录变化的最小幅度；52比例尺（Scale）地图上一个记录的距离和它所表现的“真实世界”的距离之间的一个比例；比例尺是刻画数据精度的量（如最小线宽为地图的空间分辨率）；53不确定性（Uncertainty）对于空间信息科学技术来说，数据的正确性与错误并存，正常与异常并存，精确与粗糙并存，质量高与质量低并存，什么时候是正确的，什么时候不正确的，这些都属于不确定性现象；GIS中数据的不确定性包括：位置的不确定性、属性的不确定性、时域的不确定性、逻辑上的不一致性等；542、空间数据质量问题的来源空间现象自身存在的不稳定性分布的不确定性、属性类型划分和表达多样性等；空间现象的表达测量误差、地图投影、数值采样和量化等；空间数据处理中的误差投影转换、地图数字化与扫描矢量化、格式转换、数据抽象（聚类、归并等）可视化等；空间数据使用中的误差生产者和使用者对数据的解释和