GIS6空间数据采集处理与质量控制课件

空间数据采集、处理与质量控制SCAULectures2010@GIS空间数据采集、处理与质量控制SCAULectures2回顾：GIS的基本功能数据采集：利用各种设备和手段采集和输入数据，产生原始数据。数据编辑与处理：对数据进行编辑、格式转换、拼接等工作，产生合格的数据。数据存储、组织与管理GIS特有的地理数据组织管理功能。空间查询与空间分析空间查询空间分析数据输出通过图形、表格和统计图表显示空间数据及分析结果。SCAULectures2010@GIS回顾：GIS的基本功能数据采集：SCAULectures回顾：GIS软件构成空间数据输入与转换

空间数据库管理系统

图形与属性数据编辑

制图与输出

空间查询与分析GIS

SCAULectures2010@GIS回顾：GIS软件构成空间数据输入与转换空间数据库图形与属空间数据采集、处理和质量控制现实世界文字报告、遥感图象等数字化仪扫描仪解析测图仪键盘等编辑、接边、分层、图形与属性连接、加注记等空间数据库数据源?采集和处理?质量如何?SCAULectures2010@GIS空间数据采集、处理和质量控制现实世界文字报告、遥感图象等数字GIS的数据源：

地图数据，遥感数据，文本数据，统计数据实测数据，多媒体数据，已有系统的数据空间数据采集与处理：将现有的上述类型数据转换成GIS可以处理与接收的数字形式，通常要经过验证、修改、编辑等处理。空间数据采集、处理和质量控制SCAULectures2010@GISGIS的数据源：地图数据，遥感数据，文本数据，统计

GIS的数据质量是指GIS中空间数据(几何数据和属性数据)的可靠性，通常用空间数据的误差来度量。

误差是指数据与真值的偏离。研究GIS数据质量对于评定GIS的算法、减少GIS设计与开发的盲目性都具有重要意义。精度越高，代价越大。GIS数据质量对保证GIS产品的可靠性有重要意义。

研究GIS数据质量的目的和意义：SCAULectures2010@GISGIS的数据质量是指GIS中空间数据(几何数据和属性三、空间数据质量一、空间数据采集二、空间数据处理空间数据采集、处理与质量控制SCAULectures2010@GIS三、空间数据质量一、空间数据采集二、空间数据处理空间数据采集一、空间数据采集1数据规范化和标准化统一的地理基础地图投影系统、地理坐标系统和地理编码系统统一的分类编码原则以明确的分类标志、统一的标准，对信息进行分类编码数据交换格式标准

以简单实用、易于维护和交换为原则标准的数据采集技术规程图形数据采集技术规程、摄影测量数据采集技术规程SCAULectures2010@GIS一、空间数据采集1数据规范化和标准化统一的地理基础SCAU2空间图形数据的采集野外测量：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各种定位设备SCAULectures2010@GIS2空间图形数据的采集野外测量：大平板、全站仪、GPS、移动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。2.1数据采集方式SCAULectures2010@GIS1.手工方式通过手工在计算机终端上输入数据，主要是键盘输入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.数据通讯方式手扶跟踪数字化仪是一种图形数字化设备生成矢量数据2.1数据采集方式SCAULectures2010@GIS1.手工方式手扶跟踪数字化仪是一种图形数字化设备2.1数字化仪2.1数据采集方式SCAULectures2010@GIS数字化仪2.1数据采集方式SCAULectures1.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。2.1数据采集方式SCAULectures2010@GIS1.手工方式扫描仪是一种图形、图象输入设备，可以快速地将图小型扫描仪工程扫描仪2.1数据采集方式SCAULectures2010@GIS小型扫描仪工程扫描仪2.1数据采集方式SCAULe2.1数据采集方式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。SCAULectures2010@GIS2.1数据采集方式1.手工方式从遥感影像上直接提取2.1数据采集方式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。SCAULectures2010@GIS2.1数据采集方式1.手工方式联网方式下，信息系统2.2数据采集系统功能1.图形数字化2.数据的编辑3.拓扑关系生成4.基本量算5.数据结构转换6.地理数据库建立驱动数字化仪、扫描仪等数字化设备。对影像、图形、数字等多种形式、多方来源的信息实现自动、半自动或人工的数字化，建立空间数据库。SCAULectures2010@GIS2.2数据采集系统功能1.图形数字化驱动数字化仪、扫描仪等1.图形数字化2.数据的编辑3.拓扑关系生成4.基本量算5.数据结构转换6.地理数据库建立数据查询修改更新图形分割与拼接图形缩放比例尺转换2.2数据采集系统功能SCAULectures2010@GIS1.图形数字化数据查询2.2数据采集系统功能SCAULe1.图形数字化2.数据的编辑3.拓扑关系生成4.基本量算5.数据结构转换6.地理数据库建立大多数GIS系统都采用基于拓扑结构模型的GIS数据库，一些系统具有拓扑关系的自动生成功能，由矢量数据自动生成多边形，并根据相应的多边形内部点文件，生成多边形边界的左右多边形信息并识别岛状多边形，大大减少了编辑工作量。2.2数据采集系统功能SCAULectures2010@GIS1.图形数字化大多数GIS系统都采用基于拓扑结构模型的GIS1.图形数字化2.数据的编辑3.拓扑关系生成4.基本量算5.数据结构转换6.地理数据库建立1．质心量算对地理分布变化的跟踪；计算目标物对周围地区的经济辐射范围。例如，应用质心量测分析人口变迁、经济增长级等。2．几何量算自动快速的计算三维目标的表面积、体积，各类多边形的的周长、面积，各类线段的曲率、方向，以及点状物体的坐标等。如公路、铁路线的长度，各种土地类型的面积量算，道路设计中的土石方量算等。2.2数据采集系统功能SCAULectures2010@GIS1.图形数字化1．质心量算2.2数据采集系统功能SCAU1.图形数字化2.数据的编辑3.拓扑关系生成4.基本量算5.数据结构转换6.地理数据库建立矢量数据---栅格数据栅格数据---矢量数据二值化－>细化－>填充空隙－>矢量追踪－>矢量数据2.2数据采集系统功能SCAULectures2010@GIS1.图形数字化矢量数据---栅格数据2.2数据采集系统功能1.图形数字化2.数据的编辑3.拓扑关系生成4.基本量算5.数据结构转换6.地理数据库建立地理数据库四种方式:1.全部采用文件管理

2.文件结合关系数据库管理

3.全部采用关系数据库管理

4.重新设计具有空间数据和属性数据管理和分析功能的数据库系统（OO－DBMS）2.2数据采集系统功能SCAULectures2010@GIS1.图形数字化地理数据库四种方式:2.2数据采集系统功能S（1）手扶跟踪数字化（2）扫描矢量化（屏幕跟踪矢量化）2.3地图数字化SCAULectures2010@GIS（1）手扶跟踪数字化2.3地图数字化SCAULect数字化仪示意图

底座感应板定标器手扶跟踪数字化方法SCAULectures2010@GIS数字化仪示意图底座感应板定标器手扶跟踪数字化方法SCAU有效区域手扶跟踪数字化方法数字化仪板面组成示意图SCAULectures2010@GIS有效区域手扶跟踪数字化方法数字化仪板面组成示意图SCAUL1．点方式

每次定标器的键被按下，感应板发送一对坐标数据到计算机。2．开关流方式在定标器上，每按下一次键，即将一组坐标数据发送到计算机。当用数字化来输入一条连续曲线是很有效。3．连续流方式不论定标器的键是否按下，数字化仪每个一定的时间就向计算机发送坐标数据，即是不可控的。4．增量方式当定标器在感应板上移动某个距离，数字化仪就发送一对绝对坐标数据。数字化仪的工作方式—操作方式手扶跟踪数字化方法SCAULectures2010@GIS1．点方式每次定标器的键被按下，感应板发送一对坐标数据到计1．ASCⅡ格式

2．二进制输出格式数字化仪的工作方式—输出格式手扶跟踪数字化方法SCAULectures2010@GIS1．ASCⅡ格式数字化仪的工作方式—输出格式手扶跟踪数字化地图数字化的操作步骤准备设置数字化固定地图设置投影方式设置控制点处理误差设置定标器按键地图分幅手扶跟踪数字化方法SCAULectures2010@GIS地图数字化的操作步骤准备设置数字化固定地图设置投影方式设置控地图数字化的操作步骤图像配准数字化屏幕数字化方法地图分层描图设置控制点设置投影方式SCAULectures2010@GIS地图数字化的操作步骤图像配准数字化屏幕数字化方法地图分层描图扫描矢量化处理流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SCAULectures2010@GIS扫描矢量化处理流程扫描转换拼接子图块裁剪地图屏幕跟踪矢量化矢屏幕跟踪矢量化流程准备扫描图像栅格图像配准新建数字化图层屏幕跟踪矢量化地图选择投影和单位输入控制点编辑控制点SCAULectures2010@GIS屏幕跟踪矢量化流程准备扫描图像栅格图像配准新建数字化图层屏幕二值化细化矢量化冗余去除断线修复要素提取符号识别属性赋值地图扫描数据处理SCAULectures2010@GIS二值化细化矢量化冗余去除断线修复要素提取符号识别属性赋值地图包括各类调查报告、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。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。3空间属性数据的采集SCAULectures2010@GIS包括各类调查报告、文件、统计数据、实验属性数据的编码——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。

SCAULectures2010@GIS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。

SCAULectures2010@GIS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。耕地71园地

72林地

73牧草地74居民点及公矿用地

75交通用地75水域

76未利用地

77土地利用类型7有林地

731灌木地

732疏林地733迹地

735针叶树疏林地7331阔叶树疏林地7332未成林林地734SCAULectures2010@GIS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。

标

志

编

号

分类

ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨ123

平原河过渡河山地河

123

常年河时令河消失河

12

通航河不通航河

123456

树状河平行河筛状河辐射河扇形河迷宫河

1234567

主〔要河〕流∶一级支

流∶二级

三级

四级

五级

六级

七级

12345

河长：一组——1公里以下

二组——2公里以下

三组——5公里以下

四组——10公里以下

五组——10公里以上

12345678

河宽：一组——5～10米

二组——10～20米

三组——20～30米

四组——30～60米

五组——60～120米

六组——120～300米

七组——300～500米

八组——500米以上

1234567

河流间的最短距离50米

50～100米100～200米200～400米400～500米500～1000米1000～2000米

12345弯曲度：2.5公里弯曲

深度

宽度

>40>50>50>40>50>75>25>50>75>25>50>100<25>75>150SCAULectures2010@GIS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扫描矢量化处理流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一、空间数据采集SCAULectures2010@GIS扫描矢量化处理流程扫描转换拼接子图块裁剪地图屏幕跟踪矢量化矢屏幕跟踪矢量化流程准备扫描图像栅格图像配准新建数字化图层屏幕跟踪矢量化地图选择投影和单位输入控制点编辑控制点一、空间数据采集SCAULectures2010@GIS屏幕跟踪矢量化流程准备扫描图像栅格图像配准新建数字化图层屏幕1空间数据处理的概念

对采集的各种空间数据，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。二、空间数据处理纠正数据关系数据误差变换格式转换投影变换整饰压缩与光滑建立拓扑裁剪与拼接SCAULectures2010@GIS1空间数据处理的概念对采集的各种空间数据，按平面坐标变换空间数据的压缩处理空间数据结构的转换空间数据插值数据提取2空间数据处理的方法SCAULectures2010@GIS平面坐标变换2空间数据处理的方法SCAULecture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-平面坐标变换SCAULectures2010@GIS平移变换0yxP（x，y）P′(x′，y′)xyx′=x+旋转变换

yP（x，y）0xθP′(x′，y′)x′=x•cosθ-y•sinθy′=x•sinθ+y•cosθ空间数据处理的方法-平面坐标变换SCAULectures2010@GIS旋转变换yP（x，y）0xθP′(x′，y′)x′=x•c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-平面坐标变换SCAULectures2010@GIS比例变换（图形缩放）点可以通过对其P（x，y）坐标分别乘以地图投影变换

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-平面坐标变换SCAULectures2010@GIS地图投影变换当系统使用的数据来自不同地图投影地图投影变换

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-平面坐标变换SCAULectures2010@GIS地图投影变换当系统使用的数据来自不同地图投影地图投影变换

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-平面坐标变换SCAULectures2010@GIS地图投影变换当系统使用的数据来自不同地图投影

数据压缩的目的

节省存贮空间节省处理时间空间数据处理的方法-压缩处理SCAULectures2010@GIS

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-压缩处理SCAULectures2010@GIS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-压缩处理SCAULectures2010@GIS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-压缩处理SCAULectures2010@GIS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-压缩处理SCAULectures2010@GIS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面域邻接线段的删除

空间数据处理的方法-压缩处理SCAULectures2010@GIS面域邻接线段的删除空间数据处理的方法-压缩处理SCAUL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栅格数据转换不同数据结构转换矢量到栅格栅格到矢量空间数据处理的方法-数据结构转换SCAULectures2010@GIS数据结构转换空间数据处理的方法-数据结构转换SCAULec1.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。

空间数据处理的方法-空间数据插值SCAULectures2010@GIS1.离散空间：空间具有跳跃特征（土地利用类型），重要变化发整体拟合技术: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-空间数据插值SCAULectures2010@GIS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（图幅接边）地图输入出错处理（误差修正）地图变形处理（图像纠正）3空间数据的编辑与处理SCAULectures2010@GIS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3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SCAULectures2010@GIS3空间数据的编辑与处理空间数据编辑的必要性SCAULec不同图幅的连接自动、手工

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3空间数据的编辑与处理边界匹配（图幅接边）SCAULectures2010@GIS数字化边界调整3空间数据的编辑与处理边界匹配（图幅接边）S误差修正一般过程：设定容许值连接接点重建拓扑关系3空间数据的编辑与处理SCAULectures2010@GIS误差修正一般过程：3空间数据的编辑与处理SCAULect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像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—逐点或网格纠正图像纠正3空间数据的编辑与处理SCAULectures2010@GIS纠正原因图像纠正3空间数据的编辑与处理SCAULectu所谓空间数据质量是指空间数据在表达实体空间位置、特征和时间所能达到的准确性、一致性、完整性和三者统一性的程度，以及数据适用于不同应用的能力。1空间数据质量空间数据质量评价空间数据质量问题的来源数据质量控制三、空间数据质量SCAULectures2010@GIS所谓空间数据质量是指空间数据在表达实体空间位置1）位置（几何）精度：如数学基础、平面精度、高程精度等，用以描述几何数据的误差。2)属性精度：如要素分类的正确性、属性编码的正确性、注记的正确性等，用以反映属性数据的质量。3)逻辑一致性：如多边形的闭合精度、结点匹配精度、拓扑关系的正确性等，由几何或属性误差也会引起。2GIS数据质量的基本内容SCAULectures2010@GIS1）位置（几何）精度：如数学基础、平面精度、高程精度等，用以逻辑误差SCAULectures2010@GIS逻辑误差SCAULectures2010@GIS4)完备性：如数据分类的完备性、实体类型的完备性、属性数据的完备性、注记的完整性，数据层完整性，检验完整性等。5)现势性：如数据的采集时间、数据的更新时间等。6）不确定性：指某现象不能精确测得，当真值不可测或无法知道时，我们就无法确定误差，因而用不确定性取代误差。2GIS数据质量的基本内容SCAULectures2010@GIS4)完备性：如数据分类的完备性、实体类型的完备性、属性数据3空间数据质量评价数据情况说明（元数据）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SCAULectures2010@GIS3空间数据质量评价数据情