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1、地理信息系统,赵 姗,环境与水利学院 2012.11,第四章 空间数据采集和处理,内容概览,第一节 空间数据来源和分类第二节 空间数据采集第三节 空间数据的编辑和处理第四节 空间数据质量控制,第一节 空间数据来源和分类,一、GIS数据源分类二、GIS数据源特征三、空间数据采集与处理的基本流程,GIS工程是以空间数据处理为线索的软件工程硬件软件数据=12 7,GIS数据源是指建立地理信息系统数据库所需要的各种类型数据的来源。,一、GIS数据源分类,地图数据遥感影像数据实测数据共享数据其他数据统计数据多媒体数据文本资料数据,二、GIS数据源特征,1、地图数据各种类型的地图是GIS最主要的数据源，因
2、为地图是地理数据的传统描述形式，是具有共同参考坐标系统的点、线、面的二维平面形式的表示，内容丰富，图上实体间的空间关系直观，而且实体的类别或属性可以用各种不同的符号加以识别和表示。我国大多数的GIS系统其图形数据大部分都来自地图。,二、GIS数据源特征,1、地图数据 地图具有以下的特点，使用时应注意。地图存储介质的缺陷。由于地图多为纸质，由于存放条件的不同，都存在不同程度的变形，具体应用时，须对其进行纠正。地图现势性较差。由于传统地图更新需要的周期较长，造成现存地图的现势性不能完全满足实际的需要。应用时需结合实际数据进行更新。地图投影的转换。由于地图投影的存在，使得对不同地图投影的地图数据进行
3、操作前，须先进行地图投影的转换。,二、GIS数据源特征,2、遥感影像数据 遥感影象是GIS中一个极其重要的信息源。通过遥感影象可以快速、实时、准确地获得大面积的、综合的各种专题信息，航天遥感影象还可以取得周期性的资料，这些都为GIS提供了丰富的信息。但是因为每种遥感影象都有其自身的成像规律、变形规律，所以对其应用要注意影象的纠正、影象的分辨率、影象的解译特征等方面的问题。,二、GIS数据源特征,3、实测数据 适合小范围的采集或者更新。各种实测数据特别是一些GPS点位数据、地籍测量数据常常是GIS 的一个很准确和很现势的资料。4、统计数据国民经济的各种统计数据常常也是GIS的数据源。如人口数量、
4、人口构成、国民生产总值等等主要用作属性数据源。,二、GIS数据源特征,5、共享数据随着各种专题图件的制作和各种GIS系统的建立，共享数据成为GIS信息源不可缺少的一部分。但对共享数据的采用需注意数据格式的转换和数据精度、可信度的问题。6、多媒体数据多媒体设备获取的数据,二、GIS数据源特征,7、文本资料数据各种文字报告和立法文件在一些管理类的GIS系统中，有很大的应用，如在城市规划管理信息系统中，各种城市管理法规及规划报告在规划管理工作中起着很大的作用。在专题信息系统中，各种文字说明资料对专题内容的属性特征起着重要作用。在区域地理信息系统中，文字是区域研究不可缺少的参考资料。,三、空间数据采集
5、与处理的基本流程,1、数据源的选择,2、采集方法的确定,3、数据的编辑与处理,4、数据质量控制与评价,5、数据入库,1、数据源的选择是否能满足项目或系统功能的需要所选数据源是否是已有使用经验系统成本，数据源的选择对与系统整体的成本控制至关重要,2、采集方法的确定地图数据扫描矢量化影像数据卫星遥感影像和航空摄影测量数据实测数据平板测量、全野外数字测图、GPS统计数据键盘输入,3、数据的编辑与处理 对图形数据和属性数据进行一定的检查、编辑 数学基础和数据结构的转换 图形拼接和拓扑生成 数据压缩4、数据质量控制与评价5、数据入库,第二节 空间数据采集,一、空间数据采集野外数据采集地图数字化摄影测量方
6、法遥感影像处理二、属性数据采集属性数据分类属性数据编码,18,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,19,空间数据采集,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,地图数字化,主要的数字化方法手扶跟踪数字化地图扫描数字化野外数字化采集解析测图仪数据输入其他数据传输和转换输入,1、手扶跟踪数字化,手扶跟踪数字化,(1)数字化仪简介(2)数字化过程(3)数字化方式(4)
7、数字化精度,1、手扶跟踪数字化,手扶跟踪数字化,(1)数字化仪简介数字化仪由电磁感应板（操作平台）、坐标输入控制器（标示器）和接口装置组成。目前，市场上数字化仪的规格按其可处理的图幅面积来划分，有A0、A1、A3等幅面。典型的用于制图的数字化仪是A0规格，其幅面为1.0m1.5m。较小的数字化设备称为数字化板,1、手扶跟踪数字化,手扶跟踪数字化,(2)数字化过程 1)准备数字化原图，标示图幅角点，内部控制点。2)输入原图的比例尺，定义用户坐标系（原点和坐标轴），确定地图投影方式。3)选择数字化方式，确定数字化范围，即用标示器将X、Y最小值的点和X、Y最大值的点数字化。4)数字化时必须按照不同的
8、专题内容分文件、分图层有顺序地数字化，幅面较大的图件，可分块数字化。5)检查并改正数字化错误。,1、手扶跟踪数字化,手扶跟踪数字化,(3)数字化方式 分为点方式和流方式。点方式。数字化时，只要将标示器十字丝交点对准数字化原图上要数字化的点，按下标示器上相应的按键，记录该点x、y坐标。每记录一次坐标，操作员需要按键一次。点方式主要用于采集单个点和控制曲线形态的特征点（端点、极值点、拐点），如控制点、三角点、水准点、独立地物中心点等，折线的始点、终点、转折点，居民地街区拐角点等。流方式。数字化时，将标示器十字丝交点沿曲线从起点移动到终点，让它以等时间间隔或等距离间隔方式记录曲线上一系列密集的离散点
9、坐标，操作员无需对每个点都按键一次，仅在曲线的始点和终点各按一次相应的按键即可，对于不规则的曲线图形，如河流、等高线、海岸线等，常使用流方式数字化。,1、手扶跟踪数字化,手扶跟踪数字化,(4)数字化精度数字化仪设备使用时间过长导致精度降低，会影响输入数据的精度。数字化方式对数字化精度也有影响，流方式比简单的点方式的位置误差要大，流方式等间隔记录点则不能正确地数字化尖锐的弯曲顶点，常常切割这类弯曲部分，误差较大。操作员人为误差主要指操作员的经验技能、生理因素和工作态度等。人工制作编稿原图过程中必然会有误差产生,这些误差随着图数转换而进入计算机的数据中。,2、地图扫描数字化,地图扫描数字化,(1)
10、扫描仪简介(2)数字化过程(3)交互式地图扫描数字化,2、地图扫描数字化,地图扫描数字化,(1)扫描仪简介绝大多数扫描仪是按栅格方式扫描后将图像数据交给计算机来处理。扫描仪可分为滚筒式、平板式、CCD直接摄像式三种，其中大幅面的地图以滚筒（卷纸）式用得最多。目前市场上常见的A0幅面的滚筒式扫描仪的分辨率为400800dpi，操作的精度要高。普通的扫描仪大都按灰度分类扫描，高级的可按颜色分类扫描。对地形图的扫描300dpi即可满足使用需要。,2、地图扫描数字化,地图扫描数字化,(2)数字化过程1）灰度二值化 灰度二值化是将一幅有各种灰度（亮度）分布的黑白图像变为非黑即白（非“1”即“0”）的二值
11、图像，是将图像变为图形的一种过渡。2）线条细化 剥离法：其实质是从数字图像上，由上而下，自左到右一次选3 3个像元，进行分析，以不影响其连通性为原则决定中心像元是否可以剥离，逐次排下去，可以将线条带剥离成单个像元的细线。3）跟踪，生成矢量格式坐标链自动搜索方法 结点间8个方向跟踪组成网格链，逐个网格取其中心点坐标，转换成矢量坐标链弧段,2、地图扫描数字化,地图扫描数字化,(3)交互式地图扫描数字化 由于技术水平的限制，扫描数据处理还不能完全实现自动化，必须通过人机交互加入手工处理，解决软件难以处理的任务。交互式扫描数字化又称为覆盖数字化。许多GIS软件支持扫描矢量化。如ArcMap、MapGI
12、S、MapInfo等。,二、属性数据采集,属性数据包括各类调查报告、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；对于待输入的属性数据，若数据量较小，可通过键盘直接键入，若数量大，一般使用关系型数据库或文件、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；,GIS数据的分类方法,1、线分类法 2、面分类法,GIS数据分类方法线分类法,线分类法也称层级分类法。它是将初始的分类对象按所选定的若干属性或特征逐次地分成相应的若干层级的类目，并排成一个有层次的、逐级展开的分类体系。是GIS中常用的地理信息分类方法。,GB2
13、260-86中华人民共和国行政区划代码采用的是线分类法，将全国行政区划分为三层：第一层为省（自治区、直辖市）第二层为地区（市、州、盟）第三层为县（市、旗、镇、区）。,GIS数据分类方法线分类法,GIS数据分类方法线分类法,以河北省为例：,空间数据分类,国土基础信息数据（GB/T 13923-92）分类：测量控制点：水系：居民地：交通：管线：境界：地形与土质：植被其它,GIS数据分类方法面分类法,面分类法是将所选定的分类对象的若干个属性或特征视为若干个“面”，每个“面”中有可分成彼此独立的若干个类目，再按一定的顺序将各个“面”平行排列。使用时可根据需要将这些“面”中的类目按指定的顺序组合在一起，
14、形成一个新的复合类目。,例如：服装的分类可采用面分类法，选择服装材料、男女式样、服装款式三个属性作为三个“面”，每个“面”又可分成若干个类目，如下表。,面分类法,空间对象的面分类编码,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,信息编码,信息编码是要将表示信息的符号体系转换成便于计算机和人识别与处理的另一种符号体系的过程。转换后的符号体系叫做代码或分类码。即：代码是一个或一组有序、易于计算机和人识别与处理的符号。每一类信息都有唯一的分类码。分类粒度越细，代码就越长。,常用编码方法,顺序码：顺序码是一种用连续数字或字母代表项目名的编码。例如：00 学校 01 数学系 0
15、2 物理系,表意码表意码是把直接或间接表示编码化对象属性的某些字母、记号作为编码,常用编码方法,位别码：位别码是用不同的位来代表不同的类别，每一为具有某一类别含义。例如：在行政区划代码（GB226084）中用第一、二位描述省（自治区、直辖市）、用第三、四位描述市（市、州、盟）、第五、六位描述县（市、旗、镇、区）,常用编码方法,国土基础信息数据分类与代码举例,合成码：合成码是把编码对象用两种以上的代码方案进行组合。优点：使用灵活、应用面较广的代码类型，可以表示具有复杂分类和标识体系的事物。缺点：代码总长度较长。例如：,常用编码方法,基础地理信息要素分类与代码,目标 确立我国基础地理信息的要素内容
16、，解决长期以来有关地理信息分类代码标准的多样性，以及相互独立、不一致等矛盾，适应新技术的发展需要，统一基础地理信息要素分类代码，保持各比例尺之间要素名称和代码的唯一性、科学性和稳定性，具有科学的分类体系，代码有足够的可扩充空间以满足其他行业或专业的扩展需求。达到标准的实用性和可操作性的目的。,GB/T 13923-2006,基础地理信息要素分类与代码原则,科学性和系统性分类的科学性体现在能反映各类要素最主要、最稳定的信息特征；分类的系统性体现在既要反映地理信息的层次结构，又要反映要素类之间的相关性、继承性和行业之间的协调性。面向实体对象面向对象技术是目前计算机领域中解决问题的最佳方法。本标准打
17、破以往面向地图（符号）对象的要素分类方法，引入面向实体对象的概念，保持实体对象要素名称和代码的唯一性，从而解决了以往不同比例尺之间要素分类、名称以及代码的不稳定性和不协调性问题。稳定性与灵活性相结合保持顶层的分类和代码结构在长时间内的稳定性和确定性，同时使底层的分类和要素可根据行业或不同地方的具体情况及要求在此基础上具有可扩充性。基础性和实用性要素的分类和代码充分体现其基础性，以满足各个行业和不同地区的使用。各个行业和地方可根据此要素分类与代码增加其相关的信息要素。准确性和完整性从基础地理信息角度去选择要素，所选择的要素具备语义上的准确性与内容上的完整性。扩展性基础地理信息要素类（大类、中类、
18、小类和子类）及要素代码内部留有足够的空码位，以便能够满足其他专业对各类专题要素的扩充需求。,基础地理信息要素分类与代码,要素分类采用线分类法。要素按层次关系分为大类、中类、小类、子类四个层次。代码结构6位十进制数字编码,基础地理信息要素分类与代码,要素大类将要素划分为以下8大类：1）定位基础；2）水系；3）居民地及设施；4）交通；5）管线；6）境界及政区；7）地貌；8）植被与土质。,基础地理信息要素分类与代码,要素中类,几种标准编码结构及要素分类比较,第四节 空间数据质量控制,一、空间数据质量定义二、空间数据质量相关概念三、空间数据质量问题的来源四、空间数据质量评价,一、空间数据质量定义,空间
19、数据质量是指空间数据在表达空间位置、专题特征以及时间信息时能够达到的准确性、一致性、完整性，以及他们三者之间同一性的程度。空间数据的质量具有相对性。,空间数据质量研究的目的和意义,1、空间数据的产生主要由政府机构完成，对私营公司生产空间数据也应该有质量标准规范。2、用户使用空间数据完成应用时，如果数据达不到最低质量标准，会产生负面影响。3、在一些重大、复杂的空间决策方面，数据质量决定决策结果的正确性，影响决策结果的可信度和可靠性问题。4、研究空间数据质量的目的在于加强数据生产过程中的质量控制，提高数据质量,二、空间数据质量相关概念,数据的准确度（Accuracy）指记录值和真实值之间接近的程度
20、；数据的精度（Precision）指数据表示的精密程度，如数据有效位数；数据的分辨率（Spatial Resolution）指两个可测量数据之间可识别的最小差异，常用最小线宽来表示；数据的比例尺（Scale）图上距离和真实距离的比例；数据的误差（Error）表达数据准确性的一种表达方式。数据的不确定性（Uncertainty）包括空间位置不确定性、属性不确定性、时域不确定性、逻辑上的不一致性、及数据的不完整性。,三、空间数据质量问题的来源,1、地理现象自身存在的不稳定性2、数据采集产生的误差3、数据处理中的误差4、数据使用和分析产生的误差,三、空间数据质量问题的来源,1、地理现象自身存在的不稳
21、定性空间上的不确定性；时间上的不确定性；专题（属性）上的不确定性。,三、空间数据质量问题的来源,3、数据处理中的误差地图投影变换；地图数字化和矢量化处理；数据转换。,三、空间数据质量问题的来源,4、数据使用和分析产生的误差对数据解释的偏差；缺少对数据集相关信息的声明；进行空间分析时，建立拓扑关系和在多图层之间匹配、叠加和更新时产生的空间位置和属性值之间的差异；数据可视化表达时候为适应视觉效果调整后产生的误差。,三、空间数据误差的主要来源,空间数据质量评价,数据质量是数据整体性能的综合体现。空间数据质量标准是生产、使用和评价空间数据的依据。目前为了描述空间数据质量，许多国际组织和国家建立了相应的
22、数据质量标准，如美国FGDC的数据质量标准等。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。,STDS美国联邦地理数据委员会FGDC制定的美国空间数据转换标准ICA国际制图协会（International Cartographic Association）CENT/TC287欧洲地理信息标准化委员会ISO/TC211国际标准化组织地理信息委员会,空间数据质量评价,空间数据质量标准要素,1、数据情况说明2、位置精度或称定位精度3、属性精度4、时间精度5、逻辑一致性6、数据完整性7、表达形式的合理性,空间数据质量的控制环节,1、数据预处理工作 2、数字化设备的选用 3、数字化对点精度(准确性)4、数字化限差 5、数据的精度检查,
