空間數(shù)據(jù)采集與處理ppt課件

1、空間數(shù)據(jù)采集與處理,教學內(nèi)容： 數(shù)據(jù)采集方式，空間數(shù)據(jù)編輯，數(shù)據(jù)處理，空間數(shù)據(jù)相互轉(zhuǎn)換，空間數(shù)據(jù)質(zhì)量與精度，空間數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)。 重點難點： 空間數(shù)據(jù)相互轉(zhuǎn)換；空間數(shù)據(jù)質(zhì)量與精度。 學習要求： 1、理解數(shù)據(jù)采集方式； 2、理解空間數(shù)據(jù)編輯； 3、理解數(shù)據(jù)處理的概念、內(nèi)容及意義； 4、掌握空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的相關概念； 5、理解空間數(shù)據(jù)誤差及質(zhì)量控制； 6、理解空間數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù),第一節(jié) 空間數(shù)據(jù)采集 第二節(jié) 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理 第三節(jié) 空間數(shù)據(jù)質(zhì)量 第四節(jié) 空間數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù),第一節(jié) 空間數(shù)據(jù)采集,地圖 遙感影像數(shù)據(jù) 統(tǒng)計數(shù)據(jù) 實測數(shù)據(jù) 數(shù)字數(shù)據(jù) 各種文字報告和立法文件,一、數(shù)據(jù)源種類,1. 手工方式

2、2. 手扶跟蹤數(shù)字化方式 3. 掃描方式 4. 影像處理和信息提取方式 5. 數(shù)據(jù)通訊方式,通過手工在計算機終端上輸入數(shù)據(jù)，主要是鍵盤輸入。 主要用于屬性數(shù)據(jù)的輸入,二、數(shù)據(jù)采集方式,1. 手工方式 2. 手扶跟蹤數(shù)字化方式 3. 掃描方式 4. 影像處理和信息提取方式 5. 數(shù)據(jù)通訊方式,手扶跟蹤數(shù)字化儀是一種圖形數(shù)字化設備，是目前常用的地圖數(shù)字化方式 生成矢量數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)采集方式,數(shù)字化儀,數(shù)據(jù)采集方式,數(shù)字化儀示意圖,底座,感應板,定標器,手扶跟蹤數(shù)字化方法,有效區(qū)域,手扶跟蹤數(shù)字化方法,數(shù)字化儀板面組成示意圖,1. 手工方式 2. 手扶跟蹤數(shù)字化方式 3. 掃描方式 4. 影像處理和信息

3、提取方式 5. 數(shù)據(jù)通訊方式,掃描儀是一種圖形、圖象輸入設備，可以快速地將圖形、圖象輸入計算機系統(tǒng)，是目前發(fā)展最快的數(shù)字化設備 生成柵格數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)采集方式,小型掃描儀,工程掃描儀,數(shù)據(jù)采集方式,1. 手工方式 2. 手扶跟蹤數(shù)字化方式 3. 掃描方式 4. 影像處理和信息提取方式 5. 數(shù)據(jù)通訊方式,從遙感影像上直接提取專題信息,數(shù)據(jù)采集方式,1. 手工方式 2. 手扶跟蹤數(shù)字化方式 3. 掃描方式 4. 影像處理和信息提取方式 5. 數(shù)據(jù)通訊方式,聯(lián)網(wǎng)方式下，信息系統(tǒng)內(nèi)部各子系統(tǒng)之間以及與其它信息系統(tǒng)之間實現(xiàn)信息交流和信息共享的主要方式,數(shù)據(jù)采集方式,第二節(jié) 空間數(shù)據(jù)編輯處理,一、空間數(shù)據(jù)編

4、輯 空間數(shù)據(jù)編輯的必要性 修正數(shù)據(jù)輸入錯誤 維護數(shù)據(jù)的完整性和一致性 更新地理信息,空間數(shù)據(jù)一般性錯誤 數(shù)據(jù)不完整、重復 空間數(shù)據(jù)位置不正確 空間數(shù)據(jù)比例尺不準確 空間數(shù)據(jù)變形 幾何和屬性連接有誤 屬性數(shù)據(jù)不完整 錯誤檢查主要方法 疊合比較法 目視檢查法 邏輯檢查法,二、空間數(shù)據(jù)處理,數(shù)據(jù)處理的概念 數(shù)據(jù)處理的內(nèi)容 數(shù)據(jù)處理的意義,對采集的各種數(shù)據(jù)，按照不同的方式方法對數(shù)據(jù)進行編輯運算，清除數(shù)據(jù)冗余，彌補數(shù)據(jù)缺失，形成符合用戶要求的數(shù)據(jù)文件格式,數(shù)據(jù)處理的概念 數(shù)據(jù)處理的內(nèi)容 數(shù)據(jù)處理的意義,數(shù)踞編輯 數(shù)據(jù)壓縮 數(shù)據(jù)變換 數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換 空間數(shù)據(jù)內(nèi)插 邊沿匹配 數(shù)據(jù)提取,數(shù)據(jù)處理的概念 數(shù)據(jù)處理

5、的內(nèi)容 數(shù)據(jù)處理的意義,空間數(shù)據(jù)有序化 檢驗數(shù)據(jù)質(zhì)量 實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享 提高資源利用效果,1.平面坐標變換 2.圖幅變形校正 3.空間數(shù)據(jù)的壓縮處理 4.空間數(shù)據(jù)類型的轉(zhuǎn)換 5.空間數(shù)據(jù)插值 6.邊界匹配（圖幅接邊,空間數(shù)據(jù)處理的方法,平移變換,x=x+x y=y+y,1、空間數(shù)據(jù)處理的方法-平面坐標變換,旋轉(zhuǎn)變換,x=xcos-y sin y=xsin+y cos,x=x0+(x- x0)cos-(y- y0) sin y=y0+(x- x0) sin+(y- y0) cos,1、空間數(shù)據(jù)處理的方法-平面坐標變換,比例變換（圖形縮放,點可以通過對其P（x，y）坐標分別乘以各自的比例因子Sx和Sy

6、來改變它們到坐標原點的距離,x=xSx y=ySy,x=x0+(x- x0) Sx y=y0+(y- y0) Sy,1、空間數(shù)據(jù)處理的方法-平面坐標變換,地圖投影變換,當系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)來自不同地圖投影的圖幅時，需要將一種投影的數(shù)字化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為所需要投影的坐標數(shù)據(jù),1、空間數(shù)據(jù)處理的方法-平面坐標變換,通過建立兩個投影的解析關系式，直接把一種投影坐標 ( x , y ) 變換成另一種投影的坐標 ( X , Y,等面積偽圓錐投影,地圖投影變換,當系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)來自不同地圖投影的圖幅時，需要將一種投影的數(shù)字化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為所需要投影的坐標數(shù)據(jù),1、空間數(shù)據(jù)處理的方法-平面坐標變換,由一種投影的坐標 (x

7、,y)反解出地理坐標（,) ，然后再將地理坐標代入另一種投影公式中，求出該投影下的直角坐標（X,Y,地圖投影變換,當系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)來自不同地圖投影的圖幅時，需要將一種投影的數(shù)字化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為所需要投影的坐標數(shù)據(jù),1、空間數(shù)據(jù)處理的方法-平面坐標變換,根據(jù)兩種投影在變換區(qū)內(nèi)若干同名的坐標點，采用插值法、有限差分法、待定系數(shù)法等，實現(xiàn)不同投影之間的轉(zhuǎn)換,斜軸等面積方位投影,2、空間數(shù)據(jù)處理的方法-圖幅變形校正 “橡皮伸縮法”(rubber sheeting)。如圖所示,圖幅變形校正最常用的方法是六系數(shù)的線性變換法(Sprhsky，1987；黃杏元等，1989,上式中x，y為數(shù)字化的坐標，X，Y為轉(zhuǎn)換

8、后的坐標，A0，A1，A2，B0，B1，B2為六個未知系數(shù)。設有n個控制點(n2)， 可用最小二乘法原理來計算這六個未知數(shù)： 上式中xi，yi為第i個控制點的數(shù)字化坐標，ui，vi認為對應的實測坐標，由最小和最小，可以解出A0，A1，A2，B0，B1，B2，實現(xiàn)圖幅的變形校正,3、空間數(shù)據(jù)處理的方法-壓縮處理,數(shù)據(jù)壓縮途徑,壓縮軟件:原數(shù)據(jù)信息基本不丟失而且可以大大節(jié)省存貯空間，缺點是壓縮后的文件必須在解壓縮后才能使用 數(shù)據(jù)消冗處理:原數(shù)據(jù)信息不會丟失，得到的文件可以直接使用，缺點是技術要求高，工作量大，對冗余度不大的數(shù)據(jù)集合效用小 用數(shù)據(jù)子集代替數(shù)據(jù)全集:在規(guī)定的精度范圍內(nèi),從原數(shù)據(jù)集合中抽

9、取一個子集，缺點以信息損失為代價，換取空間數(shù)據(jù)容量的縮小,3、空間數(shù)據(jù)處理的方法-壓縮處理,常見空間數(shù)據(jù)的壓縮方法,曲線數(shù)據(jù)的壓縮,面域柵格數(shù)據(jù)的壓縮,面域鄰接線段的刪除,特征點篩選法：篩選抽取曲線特征點，并刪除全部多余點以達到節(jié)省存貯空間的目的,3、空間數(shù)據(jù)處理的方法-壓縮處理,常見空間數(shù)據(jù)的壓縮方法,曲線數(shù)據(jù)的壓縮,面域柵格數(shù)據(jù)的壓縮,面域鄰接線段的刪除,通過壓縮編碼技術來消除冗余數(shù)據(jù)： 鏈碼 游程長度編碼 塊碼 四叉樹編碼,3、空間數(shù)據(jù)處理的方法-壓縮處理,常見空間數(shù)據(jù)的壓縮方法,曲線數(shù)據(jù)的壓縮,面域柵格數(shù)據(jù)的壓縮,面域鄰接線段的刪除,數(shù)據(jù)屬性的重新分類和空間圖形的化簡需要對數(shù)據(jù)進行壓縮

10、 相鄰界線的刪除 共同屬性的合并,3、空間數(shù)據(jù)處理的方法-壓縮處理,面域鄰接線段的刪除,3、空間數(shù)據(jù)處理的方法-壓縮處理,4、空間數(shù)據(jù)處理的方法-類型轉(zhuǎn)換,柵格數(shù)據(jù)與矢量數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換 矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成柵格數(shù)據(jù)也稱柵格化。矢量空間數(shù)據(jù)一般是以點、線、面存放的。點狀數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成柵格數(shù)據(jù)時是取離點最近的一個柵格單元來存放，線狀數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成柵格數(shù)據(jù)時就變成連續(xù)的鋸齒狀的柵格點，必要時可以加寬，面狀數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換主要是在每個多邊形內(nèi)部用等值的柵格填滿。 柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成矢量數(shù)據(jù)也稱矢量化。普通地圖經(jīng)掃描儀輸入后可以通過軟件自動或半自動的轉(zhuǎn)成矢量數(shù)據(jù)。把柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成矢量點的方法比較簡單。柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成線大致有三個步驟：

11、(1)分類；(2)線的細化； (3) 線的提取,柵格矢量化舉例（柵格數(shù)據(jù),柵格矢量化得到的弧段數(shù)據(jù),弧段數(shù)據(jù)自動生成多邊形,離散空間：空間具有跳躍特征（土地利用類型），重要變化發(fā)生在邊界上，邊界內(nèi)的變化則是均勻的，同質(zhì)的，即在各個方面都是相同的。 鄰近元法：以最相鄰近圖元的特征值表征未知圖元的特征值。 連續(xù)空間：空間具有漸變特征（地形表面），內(nèi)插技術必須采用連續(xù)的空間漸變模型實現(xiàn)這些連續(xù)變化，可用一種平滑的數(shù)學表面加以描述。這類技術可分為整體擬合和局部擬合技術兩大類,5、空間數(shù)據(jù)處理的方法-空間數(shù)據(jù)插值,整體擬合技術:擬合模型是由研究區(qū)域內(nèi)所有采樣點上的全部特征觀測值建立的。通常采用的技術是整

12、體趨勢面擬合。這種內(nèi)插技術一般用于模擬大范圍內(nèi)的變化，而不能提供內(nèi)插區(qū)域的局部特性 局部擬合技術：是僅僅用鄰近的數(shù)據(jù)點來估計未知點的值，而不受局部范圍外其它點的影響。這類技術包括雙線性多項式內(nèi)插、樣條函數(shù)、移動擬合法等等,5、空間數(shù)據(jù)處理的方法-空間數(shù)據(jù)插值,基本提取 按照屬性或窗口 找出所需要的數(shù)據(jù) 查詢檢索 滿足一定范圍條件的限定性查詢 （相鄰分析檢索、相關分析檢索、 疊置分析檢索、邊沿匹配檢索） 布爾處理 是指根據(jù)用戶規(guī)定的布爾標準或條件表達式所進行的限定性的多重屬性的查詢和數(shù)理統(tǒng)計,5、空間數(shù)據(jù)處理的方法-空間數(shù)據(jù)插值,克里格（Kriging）內(nèi)插法舉例,插值結(jié)果,克里格（Krigin

13、g）內(nèi)插法舉例,三維顯示,克里格（Kriging）內(nèi)插法舉例,克里格（Kriging）內(nèi)插法舉例,設置參數(shù),6、空間數(shù)據(jù)處理的方法邊界匹配（圖幅接邊） 不同圖幅的連接 自動、手工 第一種方法是小心地修改空間數(shù)據(jù)庫中點和矢量的坐標，以維護數(shù)據(jù)庫的連續(xù)性； 第二種方法是先對準兩幅圖的一條邊緣線，然后再小心地調(diào)整其它線段使其取得連續(xù),第三節(jié) 空間數(shù)據(jù)質(zhì)量,一、空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的概念 1、空間數(shù)據(jù)質(zhì)量 空間位置、專題特征以及時間是表達現(xiàn)實世界空間變化的三個基本要素。 空間數(shù)據(jù)是有關空間位置、專題特征以及時間信息的符號記錄。 而數(shù)據(jù)質(zhì)量則是空間數(shù)據(jù)在表達這三 個基本要素時，所能夠達到的準確性、一致性、完整性

14、，以及它們?nèi)咧g統(tǒng)一性的程度,2、與數(shù)據(jù)質(zhì)量相關的幾個概念 （1）誤差(Error)：誤差反映了數(shù)據(jù)與真實值或者大家公認的真值之間的差異，它是一 種常用的數(shù)據(jù)準確性的表達方式。 （2）數(shù)據(jù)的準確度(Accuracy)：數(shù)據(jù)的準確度被定義為結(jié)果、計算值或估計值與真實值或者大家公認的真值的接近程度,3）數(shù)據(jù)的精密度(Resolution)：數(shù)據(jù)的精密度指數(shù)據(jù)表示的精密程度，亦即數(shù)據(jù)表示的有效位數(shù)。它表現(xiàn)了測量值本身的離散程度。 由于精密度的實質(zhì)在于它對數(shù)據(jù)準確度的影響，同時在很多情況下。它可以通過準確度而得到體現(xiàn)，故常把二者結(jié)合在一起稱為精確度，簡稱精度,4）不確定性（Uncertainty)：

15、不確定性是關于空間過程和特征不能被準確確定的程度，是自然界各種空間現(xiàn)象自身固有的屬性。在內(nèi)容上，它是以真值為中心的一個范圍，這個范圍越大，數(shù)據(jù)的不確定性也就越大,二、空間數(shù)據(jù)質(zhì)量評價 1、空間數(shù)據(jù)質(zhì)量標準 空間數(shù)據(jù)質(zhì)量標準是生產(chǎn)、使用和評價空間數(shù)據(jù)的依據(jù)，數(shù)據(jù)質(zhì)量是數(shù)據(jù)整體性能的綜合體現(xiàn)。目前，世界上已經(jīng)建立了一些數(shù)據(jù)質(zhì)量標準，如美國FGDC的數(shù)據(jù)質(zhì)量標準等。 空間數(shù)據(jù)質(zhì)量標準的建立必須考慮空間過程和現(xiàn)象的認知、表達、處理、再現(xiàn)等全過程,空間數(shù)據(jù)質(zhì)量標準要素如下,數(shù)據(jù)情況說明 位置精度或稱定位精度 屬性精度 時間精度 邏輯一致性 數(shù)據(jù)完整性 表達形式的合理性,2、空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的評價 空間數(shù)據(jù)質(zhì)

16、量的評價，就是用空間數(shù)據(jù)質(zhì)量標準要素對數(shù)據(jù)所描述的空間、專題和時間特征進行評價。 下面給出了空間數(shù)據(jù)質(zhì)量評價矩陣表,三、誤差的類型,空間數(shù)據(jù)的質(zhì)量通常用誤差來衡量，而誤差定義為空間數(shù)據(jù)與其真值的差別。一般將GIS數(shù)據(jù)誤差的來源歸納為三類，如表所示,源誤差（與數(shù)據(jù)獲取方法有關,測量數(shù)字數(shù)據(jù)的誤差 控制測量誤差 碎部測量誤差 空中三角測量誤差 測圖誤差,地圖數(shù)字化數(shù)據(jù)的誤差 制圖誤差 數(shù)字化誤差 遙感數(shù)據(jù)誤差 數(shù)據(jù)獲取誤差 數(shù)據(jù)預處理誤差 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換誤差 人工判讀誤差,操作誤差,由計算機字長引起的誤差 由拓撲分析引起的誤差 數(shù)據(jù)分類和內(nèi)插引起的誤差,四、空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的控制,空間數(shù)據(jù)質(zhì)量控制常見的方法

17、有： 傳統(tǒng)的手工方法 元數(shù)據(jù)方法 地理相關法,空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的控制環(huán)節(jié),數(shù)據(jù)預處理工作 數(shù)字化設備的選用 數(shù)字化對點精度(準確性) 數(shù)字化限差 數(shù)據(jù)的精度檢查,數(shù)據(jù)質(zhì)量控制應體現(xiàn)在數(shù)據(jù)生產(chǎn)和處理的各個環(huán)節(jié)。下面以地圖數(shù)字化生成地圖數(shù)據(jù)過程為例，說明數(shù)據(jù)質(zhì)量控制的方法,第四節(jié) 空間數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù),一、元數(shù)據(jù)的概念 1、 到目前為止，一般關于元數(shù)據(jù)認識的共同點是： 元數(shù)據(jù)的目的就是促進數(shù)據(jù)集的高效利用，并為計算機輔助軟件工程服務,2、元數(shù)據(jù)的主要內(nèi)容包括： (1)對數(shù)據(jù)集的描述，對數(shù)據(jù)集中各數(shù)據(jù)項、數(shù)據(jù)來源、數(shù)據(jù)所有者及數(shù)據(jù)序代(數(shù)據(jù)生產(chǎn)歷史)等的說明； (2)對數(shù)據(jù)質(zhì)量的描述，如數(shù)據(jù)精度、數(shù)據(jù)的邏輯

18、一致性、數(shù)據(jù)完整性、分辨率、元數(shù)據(jù)的比例尺等； (3)對數(shù)據(jù)處理信息的說明，如量綱的轉(zhuǎn)換等； (4)對數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法的描述； (5)對數(shù)據(jù)庫的更新、集成等的說明,3、在地理信息系統(tǒng)應用中，元數(shù)據(jù)的主要作用可以歸納為如下幾個方面： (1)幫助數(shù)據(jù)生產(chǎn)單位有效地管理和維護空間數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)文檔，并保證即使其主要工作人員離退時，也不會失去對數(shù)據(jù)情況的了解； (2)提供有關數(shù)據(jù)生產(chǎn)單位數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分類、數(shù)據(jù)內(nèi)容、數(shù)據(jù)質(zhì)量、數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡及數(shù)據(jù)銷售等方面的信息，便于用戶查詢檢索空間數(shù)據(jù)： (3)幫助用戶了解數(shù)據(jù)，以便就數(shù)據(jù)是否能滿足其需求做出正確的判斷； (4)提供有關信息，以便于用戶處理和轉(zhuǎn)換有用的數(shù)據(jù)

19、,二、元數(shù)據(jù)的類型 1、根據(jù)元數(shù)據(jù)描述對象分類 (1)數(shù)據(jù)層元數(shù)據(jù) (2)屬性元數(shù)據(jù) (3)實體元數(shù)據(jù),2、根據(jù)元數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中的作用分類 (1)系統(tǒng)級別元數(shù)據(jù) (2)應用層元數(shù)據(jù),3、根據(jù)元數(shù)據(jù)的作用分類 (1)說明元數(shù)據(jù) (2)控制元數(shù)據(jù),空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)中所用到的概念： 空間數(shù)據(jù)(Geospatial data)：用于確定具有自然特征或者人工建筑特征的地理實體的地理位置、屬性及其邊界的信息。 類型(Type) ：在元數(shù)據(jù)標準中，數(shù)據(jù)類型指該數(shù)據(jù)能接收的值的類型,對象(Object) ：對地理實體的部分或整體的數(shù)字表達。 點(Point) ：用于位置確定的零維地理對象。 結(jié)點(Node) ：拓撲連接兩個或多個鏈或環(huán)的一維對象,線段(Line segment)： 兩個點之間的直線段。 線(String) ：由相互連接的一系列線段組成的