空间数据采集及处理

空间数据采集及处理第一页，共六十五页，编辑于2023年，星期一属性特征（非定位数据）

空间特征（定位数据）

时间特征（时间尺度）属性特征（非定位数据）：表示实际现象或特征，例如变量、级别、数量特征和名称等。§4.1地理空间数据的特征及表示方法P36-37§4.1.1地理空间数据的特征第二页，共六十五页，编辑于2023年，星期一空间特征（定位数据）：表示事物的空间位置，例如笛卡尔坐标等。时间特征（时间尺度）：指事物数据随时间的变化，其变化的周期有短期的、中期的、长期的等。第三页，共六十五页，编辑于2023年，星期一地理空间数据的基本特性第四页，共六十五页，编辑于2023年，星期一4.1.2空间数据的测量尺度命名或类型次序间隔比例对特定空间现象或空间目标的测量就是根据一定的标准对其赋值或打分（对事物的鉴别、分类和命名），测量的尺度大致可以分成四个层次，由粗略至详细依次为：第五页，共六十五页，编辑于2023年，星期一对数据定性而非定量的描述，不能进行任何算术运算。例如，可以用不同数值表示不同的土地利用类型、植被类型或岩石类型，但是这些数值之间无数量关系。命名（Nominal）量第六页，共六十五页，编辑于2023年，星期一次序（Ordinal）量

线性坐标上不按值的大小，而是按顺序排列的数，例如，事故发生危险程度的级别由大到小被标为1，2，3，…..。第七页，共六十五页，编辑于2023年，星期一间隔（Interval）量

不参照某个固定点，而是按间隔表示相对位置的数。按间隔量测的值相互之间可以比较大小，并且它们之间的差值大小是有意义的。例如，温度大小的表示。第八页，共六十五页，编辑于2023年，星期一比率（Ratio）量

比例测量尺度的测量值指那些有真零值而且测量单位的间隔是相等的数据，比例测量尺度与使用的测量单位无关。如年降雨量、海拔高度、人口密度、发病率等。第九页，共六十五页，编辑于2023年，星期一

命名数据或次序数据便于使用，易于理解，但有时不够精确，不能用于较高级的算术运算。而比例数据或间隔数据比较精确，便于计算机处理。第十页，共六十五页，编辑于2023年，星期一各种数据测量尺度以及其制图表现第十一页，共六十五页，编辑于2023年，星期一§4.2地理空间数据获取及处理

野外实测数据航天航空遥感航测全球定位系统（GPS）原介质地图数据等4.2.1地理空间数据的来源地理空间数据的来源非常广泛，大致可以分为：第十二页，共六十五页，编辑于2023年，星期一1.手工方式2.数字化方式3.扫描方式4.影像处理和信息提取方式5.数据通讯方式通过手工在计算机终端上输入数据，主要是键盘输入。主要用于属性数据的输入。4.2.2地理空间数据采集及处理第十三页，共六十五页，编辑于2023年，星期一1.手工方式2.数字化方式3.扫描方式4.影像处理和信息提取方式5.数据通讯方式手扶跟踪数字化仪是一种图形数字化设备，是目前常用的地图数字化方式生成矢量数据。4.2.2地理空间数据采集及处理第十四页，共六十五页，编辑于2023年，星期一数字化仪第十五页，共六十五页，编辑于2023年，星期一1.手工方式2.数字化方式3.扫描方式4.影像处理和信息提取方式5.数据通讯方式扫描仪是一种图形、图象输入设备，可以快速地将图形、图象输入计算机系统，是目前发展最快的数字化设备生成栅格数据。4.2.2地理空间数据采集及处理第十六页，共六十五页，编辑于2023年，星期一小型扫描仪工程扫描仪第十七页，共六十五页，编辑于2023年，星期一1.手工方式2.手扶跟踪化数字方式3.扫描方式4.影像处理和信息提取方式5.数据通讯方式从遥感影像上直接提取专题信息。4.2.2地理空间数据采集及处理第十八页，共六十五页，编辑于2023年，星期一岳池县卫星影像图a.1993b.2001c.20071993年、2001年和2007年岳池县景观格局类型分布图水田旱地林地建筑用地水域其他用地第十九页，共六十五页，编辑于2023年，星期一1.手工方式2.数字化方式3.扫描方式4.影像处理和信息提取方式5.数据通讯方式联网方式下，信息系统内部各子系统之间以及与其它信息系统之间实现信息交流和信息共享的主要方式。地图的数字化录入和影像处理信息提取是主要方式4.2.2地理空间数据采集及处理第二十页，共六十五页，编辑于2023年，星期一（1）

地图数字化

当纸地图经过计算机图形图像系统光——电转换量化为点阵数字图像，经图像处理和曲线矢量化，或者直接进行手扶跟踪数字化后，生成可以为地理信息系统显示、修改、标注、漫游、计算、管理和打印的矢量地图数据文件，这种与纸地图相对应的计算机数据文件称为矢量化电子地图。第二十一页，共六十五页，编辑于2023年，星期一地图数字化是指把传统的纸质或其他材料上的地图转换为计算机可识别的图形数据的过程，以便进一步在计算机中进行存贮、分析和输出。概念第二十二页，共六十五页，编辑于2023年，星期一

在扫描后处理中，需要进行栅格转矢量的运算，一般称为扫描矢量化过程。

扫描转换拼接子图块裁剪地图屏幕跟踪矢量化矢量图合成、接边矢量图编辑纸质地图空间数据库地图数字化步骤第二十三页，共六十五页，编辑于2023年，星期一

将栅格图像转换为矢量地图一般需要以下一系列步骤[Musavi1988]：

图像二值化（Threshold）

平滑（Smooth）

细化

链式编码

矢量线提取

除了上述五个步骤以外，还需要一些处理以方便图像矢量化过程，如图像拼接和剪裁等。第二十四页，共六十五页，编辑于2023年，星期一①数据处理的概念②空间数据处理的方法③空间数据的编辑处理（2）

地理空间数据录入后的处理

第二十五页，共六十五页，编辑于2023年，星期一①数据处理的概念数据处理的概念数据处理的内容数据处理的意义对采集的各种数据，按照不同的方式方法对数据进行编辑运算，清除数据冗余，弥补数据缺失，形成符合用户要求的数据文件格式第二十六页，共六十五页，编辑于2023年，星期一数据编辑数据压缩数据变换数据格式转换空间数据内插边沿匹配数据提取数据处理的概念数据处理的内容数据处理的意义①数据处理的概念第二十七页，共六十五页，编辑于2023年，星期一空间数据有序化检验数据质量实现数据共享提高资源利用效果数据处理的概念数据处理的内容数据处理的意义①数据处理的概念第二十八页，共六十五页，编辑于2023年，星期一平面坐标变换(P21-23)空间数据的压缩处理空间数据类型的转换空间数据插值数据提取②空间数据处理的方法第二十九页，共六十五页，编辑于2023年，星期一平移变换

0yxP（x，y）P′(x′，y′)xyx′=x+Δx′y′=y+Δy′空间数据处理的方法1-平面坐标变换第三十页，共六十五页，编辑于2023年，星期一扫描后的坐标第三十一页，共六十五页，编辑于2023年，星期一真实的坐标第三十二页，共六十五页，编辑于2023年，星期一旋转变换

yP（x，y）0xθP′(x′，y′)x′=x•cosθ-y•sinθy′=x•sinθ+y•cosθx′=x0+(x-x0)cosθ-(y-y0)

•sinθy′=y0+(x-x0)

sinθ+(y-y0)

cosθ空间数据处理的方法1-平面坐标变换第三十三页，共六十五页，编辑于2023年，星期一比例变换（图形缩放）

点可以通过对其P（x，y）坐标分别乘以各自的比例因子Sx和Sy来改变它们到坐标原点的距离。x′=x·Sxy′=y·Syx′=x0+(x-x0)·Sx

y′=y0+(y-y0)

·Sy空间数据处理的方法1-平面坐标变换第三十四页，共六十五页，编辑于2023年，星期一1:50万1:100万岳池县成土母质图第三十五页，共六十五页，编辑于2023年，星期一地图投影变换

当系统使用的数据来自不同地图投影的图幅时，需要将一种投影的数字化数据转换为所需要投影的坐标数据地图投影变换正解变换反解变换数值变换通过建立两个投影的解析关系式，直接把一种投影坐标(x,y)

变换成另一种投影的坐标(X,Y)空间数据处理的方法1-平面坐标变换第三十六页，共六十五页，编辑于2023年，星期一地图投影变换

当系统使用的数据来自不同地图投影的图幅时，需要将一种投影的数字化数据转换为所需要投影的坐标数据地图投影变换正解变换反解变换数值变换由一种投影的坐标(x,y)反解出地理坐标（λ,φ)

，然后再将地理坐标代入另一种投影公式中，求出该投影下的直角坐标（X,Y)空间数据处理的方法1-平面坐标变换第三十七页，共六十五页，编辑于2023年，星期一地图投影变换

当系统使用的数据来自不同地图投影的图幅时，需要将一种投影的数字化数据转换为所需要投影的坐标数据地图投影变换正解变换反解变换数值变换根据两种投影在变换区内若干同名的坐标点，采用插值法、有限差分法、待定系数法等，实现不同投影之间的转换空间数据处理的方法1-平面坐标变换第三十八页，共六十五页，编辑于2023年，星期一第三十九页，共六十五页，编辑于2023年，星期一

空间数据处理的方法2-压缩处理数据压缩的目的

节省存贮空间节省处理时间第四十页，共六十五页，编辑于2023年，星期一数据压缩途径压缩软件:原数据信息基本不丢失而且可以大大节省存贮空间，缺点是压缩后的文件必须在解压缩后才能使用数据消冗处理:原数据信息不会丢失，得到的文件可以直接使用，缺点是技术要求高，工作量大，对冗余度不大的数据集合效用小用数据子集代替数据全集:在规定的精度范围内,从原数据集合中抽取一个子集，缺点以信息损失为代价，换取空间数据容量的缩小空间数据处理的方法2-压缩处理第四十一页，共六十五页，编辑于2023年，星期一常见空间数据的压缩方法曲线数据的压缩面域栅格数据的压缩面域邻接线段的删除特征点筛选法：筛选抽取曲线特征点，并删除全部多余点以达到节省存贮空间的目的。空间数据处理的方法2-压缩处理第四十二页，共六十五页，编辑于2023年，星期一常见空间数据的压缩方法曲线数据的压缩面域栅格数据的压缩面域邻接线段的删除通过压缩编码技术来消除冗余数据：链码游程长度编码块码四叉树编码空间数据处理的方法2-压缩处理第四十三页，共六十五页，编辑于2023年，星期一常见空间数据的压缩方法曲线数据的压缩面域栅格数据的压缩面域邻接线段的删除数据属性的重新分类和空间图形的化简需要对数据进行压缩相邻界线的删除共同属性的合并空间数据处理的方法2-压缩处理第四十四页，共六十五页，编辑于2023年，星期一面域邻接线段的删除空间数据处理的方法2-压缩处理第四十五页，共六十五页，编辑于2023年，星期一矢量向栅格转换网格尺寸的确定点的网格化直线网格化多边形网格化

栅格向矢量转换点的矢量化直线矢量化多边形矢量化

空间数据处理的方法3-类型转换第四十六页，共六十五页，编辑于2023年，星期一空间数据处理的方法4-空间数据插值

1.离散空间：空间具有跳跃特征（土地利用类型），重要变化发生在边界上，边界内的变化则是均匀的，同质的，即在各个方面都是相同的。邻近元法：以最相邻近图元的特征值表征未知图元的特征值。

2.

连续空间：空间具有渐变特征（地形表面），内插技术必须采用连续的空间渐变模型实现这些连续变化，可用一种平滑的数学表面加以描述。这类技术可分为整体拟合和局部拟合技术两大类。第四十七页，共六十五页，编辑于2023年，星期一整体拟合技术:拟合模型是由研究区域内所有采样点上的全部特征观测值建立的。通常采用的技术是整体趋势面拟合。这种内插技术一般用于模拟大范围内的变化，而不能提供内插区域的局部特性局部拟合技术则是仅仅用邻近的数据点来估计未知点的值，而不受局部范围外其它点的影响。这类技术包括双线性多项式内插、样条函数、移动拟合法等等。空间数据处理的方法4-空间数据插值

第四十八页，共六十五页，编辑于2023年，星期一③空间数据的编辑处理空间数据编辑处理的目的是为了消除地图数字化过程中所产生的错误，以及将数字化数据重新组织以便得到进一步处理和使用的格式。图幅拼接处理地图输入出错处理图形要素重叠处理第四十九页，共六十五页，编辑于2023年，星期一图幅拼接处理

(a)拼接前；（b）拼接中的边缘不匹配；

(c)调整后的拼接结果

第五十页，共六十五页，编辑于2023年，星期一地图输入出错处理数字化错误——不及和过头

第五十一页，共六十五页，编辑于2023年，星期一§4.3地理空间数据质量P49-51（1）数据质量的基本概念

位置精度属性精度逻辑一致性完备性现势性数据质量则是空间数据在表达这三个基本要素时，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。4.3.1数据质量概述第五十二页，共六十五页，编辑于2023年，星期一§4.3.2

地理空间数据的误差来源来源具体分析空间现象自身存在的不稳定性空间现象在空间位置分布上的不确定性变化；在发生时间段上的游移性；属性类型划分的多样性；非数值型属性值表达的不精确性空间现象的表达投影变换误差；仪器误差与操作误差数据处理中的误差底图数字化处理和扫描时的矢量化处理中产生的误差；数据格式转换；数据抽象；建立拓扑关系；与主控数据层匹配；数据叠加操作和更新；数据集成处理；数据的可视化表达空间数据使用中的误差对数据的解释过程中产生的误差；在缺乏对空间数据说明的情况下，对数据的随意使用而产生的误差第五十三页，共六十五页，编辑于2023年，星期一数据的主要误差来源数据处理过程

误差来源数据搜集野外测量误差：仪器误差、记录误差遥感数据误差：辐射和几何纠正误差、信息提取误差地图数据误差：原始数据误差、坐标转换、制图综合及印刷数据输入数字化误差：仪器误差、操作误差不同系统格式转换误差：栅格-矢量转换、三角网-等值线转换数据存储数值精度不够空间精度不够：每个格网点太大、地图最小制图单元太大数据处理分类间隔不合理多层数据叠合引起的误差传播：插值误差、多源数据综合分析误差比例尺太小引起的误差数据输出输出设备不精确引起的误差输出的媒介不稳定造成的误差数据使用对数据所包含的信息的误解对数据信息使用不当第五十四页，共六十五页，编辑于2023年，星期一地图数据地图固有误差材料变形产生的误差图像数字化误差

遥感数据遥感仪器的观测过程遥感图象处理和解译测量数据系统误差操作误差偶然误差

第五十五页，共六十五页，编辑于2023年，星期一§4.3.3常见空间数据的误差分析

归纳起来，数据的误差主要有四大类，即几何误差、属性误差、时间误差和逻辑误差。

GIS特有属性误差和时间误差可能第五十六页，共六十五页，编辑于2023年，星期一逻辑误差

数据的不完整性是通过上述四类误差反映出来的。事实上检查逻辑误差，有助于发现不完整的数据和其他三类误差。对数据进行质量控制或质量保证或质量评价，一般先从数据的逻辑性检查入手。第五十七页，共六十五页，编辑于2023年，星期一各种逻辑误差

第五十八页，共六十五页，编辑于2023年，星期一由于地图是以二维平面坐标表达位置，在二维平面上的几何误差主要反映在点和线上。几何误差

某点的点误差即为测量位置（x，y）与其真实位置（x0，y0）的差异。点误差可通过计算坐标误差和距离的方法得到。坐标误差定义为：

Δx=x