第三章+空间数据的获取

地理信息系统李燕婷青海大学地质系地理信息系统第三章空间数据的采集1、概述2、空间数据采集3、空间数据的编辑与处理4、空间数据质量地理信息系统空间数据采集§3.1概述汽油数据以数据为处理线索硬件∶软件∶数据=1∶2∶7地理信息系统空间数据采集§3.1概述3.1.1GIS数据的内容数字线划数据点、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，类型特征详细描述信息地理信息系统空间数据采集§3.1概述3.1.2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数据地理信息系统空间数据采集§3.1概述图形图像数据：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地理信息系统空间数据采集§3.1概述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。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。

地理信息系统空间数据采集§3.1概述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3.1.3数据源与相应设备地理信息系统空间数据采集§3.1概述3.1.4数据采集的任务将现有的地图、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、拓扑生成等地理信息系统空间数据采集3.2空间数据的采集1、选择数据源、确定数据的表现形式2、确定数据有关指标3、选择数据获取的软件平台4、数据采集5、数据编辑6、数据拼接7、数据入库8、数据动态更新与维护计划调查编辑处理评价准备收集数字化地理信息系统空间数据采集空间数据采集——流程地理信息系统空间数据采集空间数据采集方法：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。3.2.1、图形数据的采集3.2空间数据的采集空间数据采集——图形数据的采集数字化设备：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地理信息系统空间数据采集（1）、数字化采集—手扶跟踪数字化取什么样的地图作为数字化地图数字化精度要求如何对那些要素进行数字化

采取什么样的方式进行数字化如何分层、分幅确定数字化技术点方式流方式（时间、距离）精度要素的繁简现势性有利于空间数据与属性数据的连接有利于组织所需要的各种城市专题地图有利于提高图形的显示速度当所牵涉的范围比较大时，还须考虑到数字化地图的分幅与拼接问题。此时需将地图按图幅进行组织，建立各图幅的索引图，然后通过索引图动态调出各具体图幅，并完成各相邻地图的动态拼接任务。地理信息系统空间数据采集x1,y11x2,y22x3,y33x4,y44x5,y55x6,y66x7,y77x8,y88x9,y99地理信息系统空间数据采集点方式x1,y11x2,y22x3,y33x4,y44x5,y55x6,y66x7,y77x8,y88x9,y99地理信息系统空间数据采集流方式地图预处理（1）对于纸张不好的纸质地图，需将其复制到聚酯薄膜上，以减少因图纸变形而产生的误差；（2）为使相邻图幅便于拼接，需将每幅数字化底图的四边内图廓框相交的线划要素向外延伸。（3）对于地图上封闭曲线和较长的线划要素进行分段；（4）对于非国家标准分幅地图，还应打上方格网，以利于控制点坐标数据精度的量取。地理信息系统空间数据采集（1）、数字化采集—手扶跟踪数字化

连接数字化仪

图版定向

数字化手扶跟踪数字化：地理信息系统空间数据采集（1）、数字化采集—手扶跟踪数字化地理信息系统空间数据采集数字化仪1234YXOO’(x0,y0)X’P’（x‘，）yx地理信息系统地理信息系统空间数据采集（2）、数字化采集—扫描数字化地理信息系统空间数据采集3、摄影测量—采集方案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3.2.2属性数据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。

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。地理信息系统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。地理信息系统空间数据采集3.2.3、数据交换数据交换文件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地理信息系统空间数据采集3.3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象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（1）图象纠正地理信息系统空间数据采集3.3空间数据的编辑与处理图像纠正地理信息系统空间数据采集投影A（x，y）投影B（X，Y）正解变换：解析函数关系X=f(x,y)，Y=g(x,y)反解变换：经纬度B=f(x,y),L=g(x,y)X=F(B,L),Y=G(B,L)数值变换：数学方法（2）投影变换地理信息系统空间数据采集地理信息系统空间数据采集几何接边

调出需接边的图幅，以其中的一个作为活动图幅，其他图幅作为参考，沿图幅的边沿选取一定范围（如5cm）的空间目标。这些目标一般都终结于图廓边附近，以活动工作区的目标为基准，根据图廓边上弧段的结点坐标查找相邻图幅对应弧段。

地物编码相同，且结点坐标误差在允许范围内，则将两边结点坐标取中数吻合，空间关系不变。

地物编码不同，或超过允许误差，需进行人工编辑。数字化边界调整3.3空间数据的编辑与处理(3)接边（2）逻辑接边两方面的含义：检查同一目标在相邻图幅的地物编码和属性赋值是否一致。

将同一目标在相邻图幅的空间实体数据在逻辑上连在一起。AA2A2A2解决方法：在图幅数据文件的上一层，将有逻辑联系的空间目标，建立一个新的文件，即所引到它在每幅图的子目标，并建立双向指针。不建立目标文件，也不为逻辑接边的子目标建立索引，而是通过空间操作的方法，根据关键字让系统自动在周边图幅中搜索。地理信息系统空间数据采集AA2A2A2oid指针A1Aoid指针A2Aoid指针A2Aoid指针AA1、A2、A3（2）逻辑接边地理信息系统空间数据采集地理信息系统空间数据采集3.4空间数据质量3.4.1有关数据质量的基本概念1、准确度（Accurancy）

即测量值与真值之间的接近程度。可用误差来衡量。2、精度（precision)

即对现象描述的详细程度。3、不确定性（uncertainty）

不确定性是指某一现象不能被准确测定的程度，包括空间位置不确定性、属性不确定、时域不确定、逻辑上的不一致性和数据的不完整性。地理信息系统空间数据采集

5、相容性（compatibility）指两个来源的数据在同一个应用中使用的难易程度。引起的原因：（1）统计指标或分类标准不同；（2）使用不同比例尺的地图

6、一致性（consistency)

指对同一现象或同类现象表达的一致程度。 （1）如同一条河流，在两张不同地图上的形状不同。 （2）逻辑上的不一致性。

7、完整性（completeness） 指用同一准确度和精度的数据在特定空间范围内是否完整的程度。

3.4空间数据质量4.2.2数据误差或不确定的来源1、空间现象自身存在的不稳定性空间现象自身存在的不稳定性包括空间特征和过程在空间、专题和时间内容上的不确定性。2、空间现象的表达3、空间数据处理中的误差投影变换、地图数字化和扫描后的矢量化处理、数据格式转换、数据抽象、建立拓扑关系、与主控数据层的匹配、数据叠加操作和更新、数据集成处理、数据的可视化表达4、空间数据使用中的误差包括对数据的解释过程和缺少文档。3.4空间数据质量数据处理过程误差来源数据收集野外测量误差：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的转换误差数据存储数值精度不够空间精度不够数据处理分类间隔不合理多层数据叠合引起的误差传播比例尺大小引起的误差数据输出输出设备不精确引起的误差输出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差对数据信息使用不当地理信息系统空间数据采集3.4空间数据质量3.4.3数据的误差类型

几何误差

属性误差时间误差

逻辑误差地理信息系统空间数据采集森林水库森林水库地理信息系统空间数据采集住宅住宅商业区住宅商业区1972年火场1989年火场灌丛、幼林1989年火场1972年火场针阔叶混交林灌丛、幼林针阔叶混交林地理信息系统空间数据采集几何误差几何误差是地理信息系统所特有的。

点：测量位置与真实位置的差异，即用常规的中误差表示即可。线：线在地理信息系统数据库中既可以表示线性现象，又可以通过连成的多边形表示面状现象。线可分为直线、折线、曲线及曲直线混合四种类型。地理信息系统空间数据采集属性数据的测量尺度1、命名（Nominal）量

定性而非定量，不能进行任何算术运算。只能进行“等于”与“不等于”的逻辑运算。2、次序（Ordinal）量

是基于对对象进行排序来标识的。不同次序之间的间隔大小可以不同。除了可以进行“等于”与“不等于”的逻辑运算外，还可进行大小的比较。3、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。间隔测量尺度与比例测量尺度相似，但间隔尺度的测量值无真的零值。它可用于加、减、乘、除等运算，而且可以求算术平均。4、比率（Ratio）量

比例测量尺度的测量制止那些有真零值而且测量单位的间隔是相等的数据。地理信息系统空间数据采集属性数据的不确定性

定性属性数据的准确度评价方法比较复杂。它受属性变量的离散值，每个属性在空间上分布和每个同属性地块的形态和大小，监测样点的分布和选区，及不同属性值在特征上的相似程度等多种因素的影响。

可用概率、概率面、模糊度、准确度等指标来衡量。绿地水池4.2.4、空间数据的质量控制

传统的手工方法

元数据方法数据的元数据中包含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变化，通过跟踪元数据可以了解数据质量的状况和变化。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。地理信息系统空间数据采集3.4空间数据质量3.5空间数据的元数据3.5.1概念元数据（Metadata）是指描述数据的数据。在地里空间信息中用于描述地理数据集的内容、质量、表示方式、空间参考、管理方式以及数据集的其他特征，是实现地理空间信息共享的核心标准之一。地理信息系统空间数据采集3.5.2目的促进数据集的高效利用，并为计算机辅助软件工程服务。3.5.3、内容（1）对数据集的描述：对数据集中各数据项、数据来源、数据所有者及数据序代（数据生产历史）等的说明；（2）对数据质量的描述：数据精度、数据的逻辑一致性、分辨率、元数据的比例尺等。（3）对数据处理信息的说明：如量纲的转换。（4）对数据转换方法的描述；（5）对数据库的更新、集成等的说明。3.5空间数据的元数据3.5.4、作用（1）帮助数据生产单位有效的管理和维护空间数据，建立数据文档，并保证即使其主要工作人员离退时，也不会丢失对数据情况的了解。（2）提供有关数据生产单位对数据存储、数据分类、数据内容、数据质量、数据交换网络及数据销售等方面的信息，便于用户查询检索地理空间数据。（3）帮助用户了解数据以便就数据是否满足其需求做出正确的判断。（4）提供有关信息，以便用户