空间信息技术基础（韦娟）课件 第3章 空间数据的采集与处理

空间信息技术基础第三章空间数据的采集与处理第一节空间数据采集第二节空间数据的编辑与处理第三节空间数据质量及误差分析现实世界文字报告、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?如何采集?质量如何?第一节空间数据采集二GIS的数据源种类第一节空间数据采集

地图数据，遥感数据，统计数据，实测数据，数字数据，多媒体数据，已有系统的数据，文本数据一数据采集在GIS中的地位以数据为处理线索硬件∶软件∶数据

=1∶2∶7汽油数据图形图像数据：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数据第一节空间数据采集二GIS的数据源种类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。二GIS的数据源种类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。

第一节空间数据采集数字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三GIS数据的内容第一节空间数据采集将现有的地图、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。数据的转换装载数据处理：几何纠正、图幅拼接、拓扑生成等四数据采集的任务第一节空间数据采集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。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五数据源与相应设备第一节空间数据采集

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。第一节空间数据采集

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。六属性数据的采集系统功能与数据间的关系现代地理信息系统数据模式的一个重要特征是数据与功能之间具有密切的联系，因此在确定数据内容时，首先必须明确系统的功能；对开发的GIS系统的功能，是通过用户需求调查来确定的，因此，在开发GIS系统之前首先要进行系统分析。空间数据的分类和编码空间数据的分类，是指根据系统功能及国家规范和标准，将具有不同属性或特征的要素区别开来的过程，以便从逻辑上将空间数据组织为不同的信息层六属性数据的采集第一节空间数据采集七空间数据的分类和编码

分层区域分块空间数据库GIS应用大范围地理区域合理组织面向对象组织矩形分块经纬度分块1空间数据的组织第一节空间数据采集2地理数据的分层

空间数据可按某种属性特征形成一个数据层，称为图层（Coverage）。1）空间数据分层方法（1）专题分层

每个图层对应一个专题，包含某一种或某一类数据。（2）时间序列分层即把不同时间或不同时期的数据作为一个数据层。（3）地面垂直高度分层把不同高度的数据作为一个数据层。

专题分层时间序列Z七空间数据的分类和编码

第一节空间数据采集2）空间数据分层的目的

便于空间数据的管理、查询、显示、分析等。（1）管理简单

（2）可加快查询速度（3）增加了图形显示的灵活性

（4）对不同数据层进行叠加，可进行各种目的的空间分析。2地理数据的分层

七空间数据的分类和编码

第一节空间数据采集空间数据的编码：是指将数据分类的结果，用一种易于被计算机和人识别的符号系统表示出来的过程，编码的结果是形成代码。代码由数字或字符组成。例如，我国基础地理信息数据的分类代码由六位数字组成，其代码结构：

× × ×× × ×

大类码小类码一级代码二级代码识别位 大类码、小类码、一级代码和二级代码分别用数字顺序排列。识别位由用户自行定义，以便于扩充。3

空间数据的分类与编码

七空间数据的分类和编码

第一节空间数据采集1）属性数据编码

在属性数据中，有一部分是与几何数据的表示密切有关的。在GIS中，把这部分属性数据用编码的形式表示，与几何数据一起管理。

编码：是指确定属性数据的代码的方法和过程。

代码：是一个或一组有序的易于被计算机或人识别与处理的符号，是计算机鉴别和查找信息的主要依据和手段。

编码的直接产物就是代码，而分类分级则是编码的基础。3

空间数据的分类与编码

七空间数据的分类和编码

第一节空间数据采集

分类是将具有共同的属性或特征的事物或现象归并在一起，而把不同属性或特征的事物或现象分开的过程。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。2）分类编码的原则

3

空间数据的分类与编码

七空间数据的分类和编码

第一节空间数据采集3）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。3

空间数据的分类与编码

七空间数据的分类和编码

第一节空间数据采集4）编码分类（1）层次分类编码（2）多源分类编码3

空间数据的分类与编码

七空间数据的分类和编码

第一节空间数据采集空间对象的层次分类编码分类对象的从属和层次关系有明确的分类对象类别和严格的隶属关系高压711电线架715管线:7地下电力线与电缆72电力线71地下检修井74管线73低压712电杆713电塔714不依比例7142依比例7141七空间数据的分类与编码

第一节空间数据采集1：测量控制点11：平面控制点12：高程控制点13：其他控制点1101：三角点1102：导线点11011：一等11012：二等11013：三等11014：四等国土基础信息数据分类与代码举例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进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：6七空间数据的分类与编码

第一节空间数据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。

②用点、线、多边形和格网邻接的方法表示地理实体。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）八图形数据的采集第一节空间数据采集采集方法：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。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八图形数据的采集第一节空间数据采集数据交换文件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八图形数据的采集第一节空间数据采集随机采样系统采样系统随机采样可变系统采样蔟聚采样断面采样等高线采样采集方案八图形数据的采集第一节空间数据采集计划调查编辑处理评价准备收集数字化采集流程八图形数据的采集第一节空间数据采集1手工键盘输入通过手工在计算机终端上输入数据。实际上就是将图形元素点、线、面实体的地理位置数据（各种坐标系中的坐标）通过键盘输入数据文件或程序中去。实体坐标可以用地图上的坐标网或将其他格网复盖在材料上量取，是最简单又不用任何特殊设备的图形数据输入法。2跟踪数字化输入3扫描数字化输入4现有数据转换九空间数据的输入第一节空间数据采集

任何信息系统总要利用已有数据，以减轻信息收集、编码、输入的工作量。除了利用本单位、本部门的现成资料外，常用的、通用的数据供社会共享已成为一种趋势。在发达国家，有很多政府机构或私人公司已经开始向社会公开提供数据服务，大致有五类信息：基本数字化地图、自然资源数据、地面数字高程、遥感数据、与人口统计相结合的空间、属性、地址数据。

十属性数据输入(1)与空间数据同时输入

键码法-根据数字化仪标示器上的键盘,将数字化要素的特征码输入数字化程序

直接输入法-利用计算机的数字键盘将数字化要素特征码输入给数字化程序

特征码清单法-在数字化仪右上方设置一块菜单区域,每个矩形方格为一种要素的菜单选项,当数字化图形时,先在菜单选项中取点,程序将坐标换算成菜单编号,再编码得到相应特征码(2)属性数据单独输入到文本文件中第一节空间数据采集空间与属性数据的连接

在数据编辑的基础上,确定空间数据和非空间属性数据连接的关键字；

然后将非空间属性输入到文本文件中,空间数据通过手扶跟数字化或扫描矢量化后,再经检查、线和连接点、细化处理、变形纠正过程建立起多边形；

最后将唯一的识别符加入到图形实体中，实现空间与非空间的连接，建立起多边形矢量数据库。数据编辑关键字连接空间数据属性数据输入文本文件空间属性连接多边形矢量数据库手工数字化扫描矢量化检查线和连接点细化处理建立多边形加入识别符矢量数据的输入与编辑矢量数据的输入，是指将分类和编码的空间对象图形转换为一系列x、y坐标，然后按照确定的数据结构加入到线段或标示点的计算机数据文件中去；空间数据编辑的目的是为了消除数字化过程中引入的各类错误和对数据进行拓扑关系检查等而进行的操作。栅格数据的输入与编辑栅格数据的输入方法包括透明格网采集输入、扫描数字化输入及其它数据传输或转换输入等。第一节空间数据采集栅格数据编辑的目的同样是为了消除数字化过程中引入的各类错误，根据栅格数据结构的特点，其编辑的内容还包括数据压缩和数据组织方式的变换等。

第二节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;逻辑检查法数字化几种误差示例误差修正数据格式转换几何纠正投影转换图像纠正图像解译图幅拼接一般过程：设定容许值连接接点重建拓扑关系误差修正数据格式的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第二节空间数据的编辑与处理一图幅数据的坐标变换1比例尺变换：乘系数2

变形误差改正：

通过控制点利用高次变换、二次变换和仿射变换加以改正3

坐标旋转和平移

即数字化坐标变换，利用仿射变换改正。

4投影变换：三种方法。几何变换

空间数据的坐标转换二、几何纠正其中A、B代表二次以上高次项之和。解算待定系数需要有6对以上控制点的坐标和理论值。1、高次变换2、二次变换当不考虑高次变换方程中的A和B时，则变成二次曲线方程，称为二次变换。解算待定系数需要5对控制点的坐标及其理论值。

坐标变换3仿射变换

实质是两坐标系间的旋转变换特性：1）直线变换后仍为直线2）平行线变换后仍为平行线3）不同方向上的长度比发生变化。求解上式中的6个未知数，需不在一直线上的3对已知控制点，由于误差，需多余观测，所以，用于图幅定向至少需要四对控制点。

坐标变换投影转换是指当系统使用来自不同地图投影的图形数据时，需要将该投影的数据转换为所需要投影的坐标数据；投影转换的方法包括正解变换、反解变换和数值变换等。三地图投影变换第二节空间数据的编辑与处理正解变换：通过建立一种投影变换为另一种投影的严密或近似的解析关系式，直接由一种投影的数字化坐标x、y变换到另一种投影的直角坐标X、Y。反解变换：即由一种投影的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到另一种投影坐标的变换(x、y→X、Y)。数值变换：根据两种投影在变换区内的若干同名数字化点，采用插值法，或有限差分法，最小二乘法、或有限元法，或待定系数法等，从而实现由一种投影的坐标到另一种投影坐标的变换。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。三地图投影变换第二节空间数据的编辑与处理第三节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。研究GIS数据质量的目的和意义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。GIS数据质量对保证GIS产品的可靠性有重要意义。

1空间数据质量评价数据情况说明时间精度(现实性)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第三节空间数据质量及其精度分析2误差的类型源误差操作误差

误差类型误差来源误差特征源误差数据年代；数据的空间覆盖范围；地图比例尺；观测密度数据的可访问性，数据格式；数据与用途的一致性；数据的采集处理费用明显、易探测由自然变化或原始测量引起的误差位置误差；属性误差：质量和数量方面的误差数据偏差：输入输出错误，观