空间数据采集与处理

空间数据采集与处理第一页，共46页。主要内容1.概述2.空间数据采集3.空间数据处理4.空间数据质量控制5.数据入库第二页，共46页。1.概述数据采集：GIS中一项非常耗时且代价昂贵的工作，其成本占整个GIS成本的85%。采集工作：数据获取（直接采集）数据转换（间接采集）采集工作流程：选择数据源——采集方法——编辑处理——入库第三页，共46页。1.概述空间数据属性数据地图数据遥感数据实测数据共享数据其它数据等等数据编辑数据变换数据重构图形拼接拓扑生成数据压缩选择数据源采集方法编辑处理数据审查数据修改数据入库数据入库数据质量控制第四页，共46页。1.概述GIS的基础是地理数据库，建立GIS的第一步就是将空间数据和属性数据输入到地理数据库，这就是GIS的数据采集GIS需要输入两方面的数据，即空间数据与属性数据。至于拓扑数据一般在已有的空间数据基础上，可按需要“挖掘”而成。为此需进行三方面的工作：空间数据的采集属性数据的采集空间数据与属性数据的连接第五页，共46页。2.空间数据采集在GIS的空间数据采集中，如果空间数据已存在于其它的GIS或专题数据库中，那么只要经过转换装载即可；对于由测量仪器获取的空间数据，只要把测量仪器的数据传输进入数据库即可对于栅格数据的获取，GIS主要涉及使用扫描仪等设备对图件的扫描数字化第六页，共46页。2.空间数据采集从遥感影像上直接提取专题信息，需要使用几何纠正、光谱纠正、影像增强、图像变换、结构信息提取、影像分类等技术，主要属于遥感图像处理的内容GIS中矢量数据的采集主要包括地图跟踪数字化与地图扫描数字化

第七页，共46页。2.空间数据采集空间数据源1、地图2、遥感影像数据3、统计数据4、实测数据5、多媒体数据6、共享数据7、各种文字报告和立法文件第八页，共46页。2.空间数据采集空间数据采集方式野外数据采集地图数字化摄影测量遥感图像处理属性数据采集属性来源分类编码第九页，共46页。3.空间数据编辑与处理原始数据往往存在数据结构、数据组织、数据表达等方面与用户需求不一致而需要进行数据转换与处理数据变换数据重构拓扑生成数据压缩等等第十页，共46页。3.1数据变换数据变换是指数据从一种数学状态到另一种数学状态的变换，包括：1.几何纠正2.坐标变换（数字化过程中误差的改正，常用：仿射变换、相似变换、二次变换等；投影变换）3.遥感数据处理（辐射纠正；重采样）第十一页，共46页。投影变换由于数据源的多样性，当数据的空间参考系统（坐标系统、投影）与用户需求不一致时，就需要进行投影转换。另外，在进行数据采集时，要定义数据投影。投影变换（projectiontransformation）是将一种地图投影点的坐标变换为另一种地图投影点的坐标的过程。研究投影点坐标变换的理论和方法。第十二页，共46页。投影变换基本方法为：①解析变换法。即找出两投影间的解析关系式。通常有反解变换法，或称间接变换法；即{xi，yi}→{i，λi}→{Xi，Yi}；正解变换法，或称直接变换法，即{xi，yi}→{Xi，Yi}；②数值变换法。根据两投影间的若干离散点或称共同点，运用数值逼近理论和方法建立它们间的函数关系，或直接求出变换点的坐标；③数值解析变换法。将上述两类方法相结合，即按数值法实现{xi，yi}→{i，λi}的变换，再按解析法实现{i，λi}→{Xi，Yi}的变换。随着计算机辅助建立地图数学基础及地图投影变换软件研究的深入，进一步开拓了数学地图学的应用领域。其中计算机辅助地图投影变换将代替传统的变换方法，将是制图生产中具有突破性的变革。第十三页，共46页。投影变换定义投影坐标转换栅格数据的投影转换

栅格数据投影过程中需要重新采样矢量数据的投影转换第十四页，共46页。3.1数据变换数据变换是指对数据进行诸如放大、缩小、翻转、移动、扭曲等几何位置、形状和方位的改变等操作翻转镜像重设比例尺旋转移动扭曲第十五页，共46页。3.1数据变换翻转（flip)第十六页，共46页。3.1数据变换镜像（mirror)第十七页，共46页。3.1数据变换重设比例尺（Rescale）第十八页，共46页。3.1数据转换旋转（Rotate)第十九页，共46页。3.1数据转换移动（Shift)第二十页，共46页。3.1数据转换扭曲（Warp)第二十一页，共46页。3.2数据重构数据重构是指数据从一种格式到另一种格式的转换。包括：结构转换（矢量栅格）格式转换（shape与coverage等)类型替换第二十二页，共46页。矢栅数据转换矢量栅格数据各有优缺点：数据采集采用矢量数据结构，有利于保证空间实体的几何精度和拓扑特征的描述；而空间分析则主要采用栅格数据结构，有利于空间数据的分析操作。

栅格数据矢量数据第二十三页，共46页。数据格式转换CAD数据的转换（输入、输出）矢量数据格式之间的转换栅格数据格式之间的转换栅格数据与ASCII文件之间的转换第二十四页，共46页。3.3数据处理矢量数据剪裁第二十五页，共46页。3.3数据处理栅格数据剪切第二十六页，共46页。3.3数据处理矢量数据拼接第二十七页，共46页。3.3数据处理栅格数据拼接第二十八页，共46页。3.3数据处理矢量数据提取第二十九页，共46页。3.3数据处理栅格数据提取第三十页，共46页。4.空间数据质量GIS具有把分散的数据综合起来以完成以前不可能实现的各种分析功能。然而，如果不对原始数据的质量严格把关，其实际用途是难以预料的判断空间数据质量应根据数据的用途确定其标准

基于GIS技术的广泛应用和发展趋势，它的数据质量标准应该是明确的，可操作的第三十一页，共46页。4.空间数据质量与数据质量相关的几个概念

误差(Error)：它反映了数据与真实性或者大家公认的真值之间的差异，它是一种常用的数据准确性的表达方式准确度(Accuracy)：指结果、计算值或估计值与真实值或者大家公认的真值的接近程度分辨率(Resolution)：指数据表示的精密程度，也既数据表示的有效位数。第三十二页，共46页。4.空间数据质量与数据质量相关的几个概念

不确定性(Uncertainty)：它是关于空间过程和特征不能被准确确定的程度，是自然界各种空间现象自身固有的属性。在内容上，它是以真值为中心的一个范围（如误差范围），这个范围越大，数据的不确定性也就越大。例如，不同等级国家测绘控制网中测量点的数值具有严格的误差范围第三十三页，共46页。4.空间数据质量空间数据质量标准空间数据质量标准是生产、使用和评价空间数据的依据，数据质量是数据整体性能的综合体现

空间数据质量标准的建立必须考虑空间过程和现象的认知、表达、处理、再现等全过程。空间数据标准要素及内容如下：第三十四页，共46页。4.空间数据质量空间数据质量标准要素及内容数据情况的说明：要求对地理数据的来源、数据内容及其处理过程等作出准确、全面和详尽的说明位置或定位精度：为空间实体的坐标数据与实体真实位置的接近程度，常表现为空间三维坐标数据精度。它包括数学基础精度、平面精度、高程精度、接边精度（指同类图形不同图幅的接边）、形状再现精度、像元定位精度（图象分辨率）等。第三十五页，共46页。4.空间数据质量空间数据质量标准要素及内容

属性精度：指空间实体的属性值与其真值相符的程度。通常取决于地理数据的类型，且常常与位置精度有关。这又主要包括要素分类与代码的正确性、要素属性值的准确性及其名称的正确性等；时间精度：通过数据更新的时间和频度来表现；一般情况下，与交通管理、工业生产（只要指控制）有关的GIS系统的精度要求高，而与矿产资源探查、社会调查有关的GIS系统的精度要求低第三十六页，共46页。4.空间数据质量空间数据质量标准要素及内容逻辑一致性：指地理数据关系上的可靠性，包括数据结构、数据内容（包括空间特征、专题特征和时间特征），以及拓扑性质上的内在一致性；数据完整性：指地理数据在范围、内容及结构等方面满足所有要求的完整程度，包括数据范围、空间实体类型、空间关系分类、属性特征分类等方面的完整性表达形式的合理性：主要指数据抽象、数据表达与真实地理世界的吻合性，包括空间特征、专题特征和时间特征的合理性等第三十七页，共46页。4.空间数据质量数据误差第三十八页，共46页。4.空间数据质量数据质量控制

数据质量控制是个复杂的过程，要控制数据质量应从数据质量产生和扩散的所有过程和环节入手，分别用一定的方法减少误差。空间数据质量控制常见的方法有：

1、传统的手工方法

质量控制的人工方法主要是将数字化数据与数据源进行比较，图形部分的检查包括目视方法、绘制到透明图上与原图叠加比较，属性部分的检查采用与原属性逐个对比或其它比较方法。2、元数据方法

数据集的元数据中包涵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状况和变化。3、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。例如，从地表自然特征的空间分布着手分析，山区河流应位于微地形的最低点。第三十九页，共46页。空间元数据随着地理信息系统在社会各方面的发展，越来越多的地理学科和信息技术学科之外的个人、组织和机构也涉入到这一领域，开始生产、处理和修改数字地理信息。但是这些机构从各自的角度出发来发展空间数据，使得人们不知道存在什么样的数据、已有数据的质量如何、以及怎样访问和使用这些数据成果

因此，迫切需要采取一定的办法来避免数据的重复性建设，同时协调不同数据部门之间的资源共享，这样随着地理空间数据集的数量、复杂性和多样性的增加，一个适应数据集共享的标准化规范----空间元数据，也就应运而生

第四十页，共46页。空间元数据对空间元数据标准内容的研究，国际上主要有美国联邦数据委员会（FGDC）、国际标准化组织地理信息/地球信息技术委员会（ISO/TC211）和开放的GIS联盟（OGC）进行，它们从不同侧面对地理空间元数据进行了描述国内近几年来已经提出了几个元数据标准，如《中国可持续发展信息共享Metadate标准》、《中国生态系统研究网络元数据标准》和《科学数据库元数据标准》等第四十一页，共46页。空间元数据空间元数据的定义元数据（Metadate）：数据的数据，是关于数据和信息资源的描述性信息空间元数据（GeospatialMetadata）：地理的数据和信息资源的描述性信息。它通过对地理空间数据的内容、质量、条件和其他特征进行描述与说明，以便人们有效地定位、评价、比较、获取和使用与地理相关的数据空间元数据是一个由若干复杂或简单的元数据项组成的集合第四十二页，共46页。空间元数据空间元数据的作用用来组织和管理空间信息，并挖掘空间信息资源，这正是数字地球的特点和优点所在。通过它可以在Intranet或Internet上准确地识别、定位和访问空间信息帮助数据使用者查询所需空间信息。比如，它可以按照不同的地理区间、指定的语言以及具体的时间段来查找空间信息资源

组织和维护一个机构对数据的投资。通过空间元数据内容，可以充分描述数据集的详细情况，便于数据使用者得到数据的可靠性保证

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