第三章：數(shù)據(jù)來源、輸入及維護

1、2021-10-191第三章 數(shù)據(jù)來源、輸入與維護 22021-10-19數(shù)據(jù)的來源、輸入、維護GIS數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)來源空間數(shù)據(jù)輸入編輯和維護空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的連接屬性數(shù)據(jù)輸入編輯和維護屬性數(shù)據(jù)的來源32021-10-19數(shù)據(jù)來源空間數(shù)據(jù)n空間位置信息獲?。阂巴鈱嵉販y量、航測遙感屬性數(shù)據(jù)n屬性信息獲?。哼b感判讀、現(xiàn)場調(diào)查、社會調(diào)查與統(tǒng)計 n數(shù)據(jù)輸入前必須進行分類、編碼，n便于管理、存儲、檢索。n唯一性、易識別性、通用性、標準化 數(shù)據(jù)的分類、編碼 42021-10-19空間數(shù)據(jù)野外實地測量野外測量：大平板、全站儀、GPS、移動測繪系統(tǒng)特 點：精度高、效率較低適合范圍：小范圍GIS數(shù)據(jù)采集或局部數(shù)

2、據(jù)更新52021-10-19空間數(shù)據(jù)航測遙感62021-10-19數(shù)據(jù)輸入方法n屬性數(shù)據(jù)：n鍵盤n掃描n語音n現(xiàn)有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換n空間數(shù)據(jù)：n數(shù)字化儀n掃描儀n坐標幾何n攝影測量矢量化n現(xiàn)有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換72021-10-19空間數(shù)據(jù)輸入：數(shù)字化儀輸入（手工數(shù)字化）n數(shù)字化儀的工作原理n數(shù)字化儀的分辨率。目前可以達到（每英寸10160線)每毫米400線以上。一般也能達到0.1mmn需要操作者掌握輸入的精度n數(shù)字化儀可以直接得到矢量數(shù)矢量數(shù)據(jù)據(jù)n隨著數(shù)字測量和GIS的普及，紙質(zhì)地圖數(shù)字化的機會越來越少 82021-10-19空間數(shù)據(jù)輸入：掃描儀輸入 n掃描儀：滾筒式、平板式。大幅面A0一般是滾筒式，小幅面一

3、般是平板式A4。n掃描得到的是柵格圖像柵格圖像。掃描后，必須進行后續(xù)處理。這一工作稱為“矢量化”92021-10-19掃描后處理矢量化n1）不作矢量化、2）全自動矢量化、3）半自動矢量化 n全自動矢量化的局限性：）圖上雜點的清除 ）線型、符號、字符的識別。只適用于數(shù)據(jù)分類要求不高的背景圖。n全手工矢量化跟蹤的局限性：）速度慢、易疲勞。）分類有疏忽。）分辨率與精度有矛盾，適用于專項、局部要素的輸入n半自動手工矢量化。結(jié)合了上述二種方法的優(yōu)點 n航空、衛(wèi)星影像既可用攝影測量方法矢量化，也可簡單地人工跟蹤矢量化102021-10-19遙感n遙感(Remote Sensing ):利用自然界的電磁波、

4、或人工發(fā)射電磁波、或利用地物自身的電磁波，將波譜及其幾何位置記錄下來，判讀（解譯）地表物體的分布規(guī)律，實現(xiàn)對地表遠距離、非接觸的觀察。n遙感的電磁輻射源：主要是太陽的可見光和紅外線，有時也用微波雷達或地物自身的紅外線。n探測、記錄電磁波的儀器稱傳感器，它可以安裝在飛機（或氣球）上，稱航空遙感，也可安裝在人造地球衛(wèi)星上，稱航天遙感。航空遙感的靈活性大、針對性強、圖像的幾何分辨率高。航天遙感的通用性強，衛(wèi)星可以長期在太空飛行，一日數(shù)次或隔數(shù)十日一次對相同地物反復觀察。n經(jīng)傳感器獲取的信息一般是圖像信息，常稱遙感影像。n主動遙感，被動遙感：大多數(shù)是被動，少數(shù)是主動n航空遙感：大比例、更新周期長，n衛(wèi)

5、星遙感（航天遙感）：小比例、大范圍、更新周期短（幾天）112021-10-19遙感技術(shù)的發(fā)展n國外商用衛(wèi)星影像，對地表的分辨率已經(jīng)達到1.0-0.6米，正在向0.3米邁進?？梢灾谱?:10000-1:5000，甚至1：2000的基礎(chǔ)地圖。航空影像也在向掃描、數(shù)字成像的方向發(fā)展。n美國陸地衛(wèi)星美國陸地衛(wèi)星LANDSAT系列：系列：LANDSAT-7，16天重復循環(huán)，分辨率為15 米。n法國法國SPOT衛(wèi)星：衛(wèi)星：SPOT-5，26天重復循環(huán)，5m分辨率的全色影像。nIKONOS衛(wèi)星：衛(wèi)星：美國太空影像公司 1999，2.9天重復循環(huán)，第一個提供1米分辨率的商用衛(wèi)星遙感圖像，最大成圖比例尺可達1

6、2,500nQuick Bird（快鳥）：（快鳥）：美國Digital globe公司 2001，商業(yè)衛(wèi)星中分辨率最高，全色波段分辨率為0.61米，最大成圖比例尺能達到1 1,5001 2,000122021-10-19132021-10-19142021-10-19遙感圖像的解釋和判讀n判讀、解譯：獲得遙感圖像后可以進一步辨認地物的空間分布、相關(guān)特征。n判讀、解譯的主要依據(jù)：波譜特征，物理特征，幾何特征。152021-10-19遙感信息在城市規(guī)劃中的典型應(yīng)用n1）地形測繪n2）土地使用調(diào)查n3）建筑物調(diào)查n4）綠化、植被調(diào)查n5）環(huán)境調(diào)查n6）景觀調(diào)查n162021-10-19遙感的局限性n

7、圖像判讀、解譯后獲得的往往是對地物的大致估計，或間接信息，和實際情況有出入。n在很多情況下用計算機判讀、解譯比用熟練的人工誤差大，但全靠人工，解譯工作量很大、周期很長。n城市規(guī)劃中需要地物的社會屬性，靠遙感只能間接獲取，主要靠實地調(diào)查。n遙感信息的獲取、解譯技術(shù)還比較復雜，需要多種專業(yè)人員的配合才能實現(xiàn)。172021-10-19原始地圖的測量n現(xiàn)場解析測量：精度高、中間損失小、野外作業(yè)量大。適合大比例、高精度局部更新。n航空航天攝影測量：范圍大、外業(yè)工作量小，可直接產(chǎn)生柵格數(shù)據(jù)，也可進一步作矢量化處理。但往往受視線遮擋、陰影的影響。適合小比例圖的成片更新。n衛(wèi)星定位技術(shù)（GPS，Global

8、Positioning System）。182021-10-19測量基準和坐標系n橢球系。地球是表面不規(guī)則的近似橢球體，重力也不均勻。為此要定義地球橢球體的地心、長軸、短軸，相應(yīng)的經(jīng)緯線。n目前常用的是GRS（1975）橢球系，WGS（1984）橢球系。GRS（1975）：我國1982年后使用WGS（1984）：GPS系統(tǒng)采用192021-10-19測量基準地球模型地球表面水準面大地水準面鉛垂線地球橢球體202021-10-19地圖投影地圖投影map projections ：為什么要進行投影：為什么要進行投影l(fā)將三維橢球體轉(zhuǎn)變成二維平面地圖，稱地圖投影l(fā)地球橢球體為不可展曲面l圓錐投影、圓柱

9、投影、局部平面投影是最常用的三大類l將不可展的地球橢球面展開成平面，并且不能有斷裂，則圖形必將在某些地方被拉伸，某些地方被壓縮，故投影變形是不可避免的。l距離變形、面積變形、角度（方位）變形l距離、面積、方位三個因素總是存在矛盾，如何兼顧，何者優(yōu)先，決定了采用什么投影、計算方法、相關(guān)參數(shù) 212021-10-19地圖投影：投影實質(zhì)222021-10-19232021-10-19242021-10-19地圖投影：GIS中地圖投影nGIS以地圖方式顯示地理信息，而地圖是平面，地理信息則在地球橢球上，因此地圖投影在GIS中不可缺少。nGIS中，地理數(shù)據(jù)的顯示可根據(jù)用戶的需要而指定投影方式，但當所顯示

10、的地圖與國家基本地圖系列的比例尺一致時，一般采用國家基本系列地圖所用的投影。252021-10-19常用的地圖投影n我國1:1萬-1：50萬的地形圖采用高斯克呂克投影 (Gauss-Krger)n我國1：5001：5000的圖，采用城市平面局域投影n英美國家常用橫軸墨卡托投影（UTM） 262021-10-19練習中的投影選擇n高斯克呂克投影 (Gauss-Krger)n6帶， 1：2.5萬 1：50萬地形圖n3帶， 1：1萬以上n中國位于6帶的第13-23 投影帶（東經(jīng)72-136 ）nArcGIS中Geodatabase必須設(shè)地圖投影，Shape file最好也設(shè)地圖投影n/ Gauss

11、Kruger / Beijing 1954 / Beijing 1954 3 Degree GK CM 120E.prj 272021-10-19坐標系和測量控制網(wǎng) n不同地點測量得到地物坐標，需要相互銜接，為此要定義大地測量控制網(wǎng)，可以用全球統(tǒng)一的，原點在地心的坐標系，相應(yīng)的經(jīng)緯度、高程控制網(wǎng)（地理坐標系）。這種方法沒有投影變換，全球統(tǒng)一，n也可以用平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)。這種方法和地圖的表達一致。在中國，有全國統(tǒng)一的測量控制網(wǎng)。 n平面控制網(wǎng)：54北京坐標系（原點在北京），80西安坐標系（原點在陜西涇陽），都是高斯-克呂格投影建立起來的。n高程水準控制網(wǎng)用黃海高程系，原點在青島。投影、坐標

12、系、控制網(wǎng)三者是相互對應(yīng)的。282021-10-19坐標系統(tǒng)平面系統(tǒng)直接建立在球體上的地理坐標，用經(jīng)度和緯度表達地理對象位置建立在平面上的直角坐標系統(tǒng)，用（x，y）表達地理對象位置投影54北京坐標系（原點在北京），北京坐標系（原點在北京），80西安坐標系（原點在陜西涇陽）西安坐標系（原點在陜西涇陽）292021-10-19水準原點1985國家高程基準，72.2604米青島觀象山青島觀象山黃海海面1952-1979年平均海水面為0米302021-10-19GIS的坐標系和投影n基礎(chǔ)地圖測量根據(jù)當時、當?shù)貧v史條件、應(yīng)用的需要決定坐標系。n經(jīng)過測量，空間數(shù)據(jù)輸入GIS前，往往已經(jīng)選好了坐標系，一般不

13、需要投影變換。n原始數(shù)據(jù)來源不同，投影不一致時，就需要轉(zhuǎn)換。n有了計算機，不同坐標系之間的轉(zhuǎn)換，比手工操作方便、靈活得多，但基本原理相同。 312021-10-19數(shù)據(jù)的質(zhì)量1微觀上的質(zhì)量問題：n位置精度：與空間實際坐標的誤差n屬性精度：與真實數(shù)據(jù)的差異n分辨率：不同分辨率的地圖使用限制n邏輯的一致性：圖紙本身的邏輯不一致2宏觀上的質(zhì)量問題：n完整性：數(shù)據(jù)本身是否完整n時間性：時效性n過程性：數(shù)據(jù)輸入過程中，方法不當產(chǎn)生3、人為因素n保密與利益：人為設(shè)置錯誤n費用：費用的制約n定義與分類：事先考慮不周，設(shè)計錯誤322021-10-19空間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和維護332021-10-19柵格數(shù)據(jù)與矢量數(shù)

14、據(jù)的相互轉(zhuǎn)換 n矢量數(shù)據(jù)的柵格化（相對簡單）n柵格數(shù)據(jù)的矢量化（相對復雜） 分類、線細化、線提取、識別結(jié)點、獲得矢量坐標、拓撲重建 分類、獲得邊界、邊界矢量化 342021-10-19352021-10-19空間數(shù)據(jù)的維護坐標體系的轉(zhuǎn)換坐標系平移、縮放、旋轉(zhuǎn)n在平面直角坐標系（笛卡爾坐標系）內(nèi)部的轉(zhuǎn)換，包括平移、旋轉(zhuǎn)、縮放。n計算公式： hyxmxsincos1kyxmycossin1362021-10-19空間數(shù)據(jù)的維護投影變換墨卡特投影摩爾魏特投影有了計算機，不同投影之間轉(zhuǎn)換方便、靈活。有了計算機，不同投影之間轉(zhuǎn)換方便、靈活。372021-10-19空間數(shù)據(jù)的維護：坐標校核橡皮拉伸n圖幅變

15、形校正 rubber sheeting地圖的不均勻變形。不能用坐標系旋轉(zhuǎn)、縮放，平移校正的變形。382021-10-19空間數(shù)據(jù)的維護：坐標校核接邊接邊（edge matching）n 分幅面輸入的地圖，進行拼接。對應(yīng)點進行連接，保證兩幅圖完成拼接。n不同圖幅的連接n自動、手工392021-10-19空間數(shù)據(jù)的維護：地圖的手工編輯 n所有的GIS都提供人機交互方式手工編輯的功能，這種功能類似CAD中的編輯功能n數(shù)字化過程中需要編輯、修改維護數(shù)據(jù)庫時也需要手工編輯 402021-10-19線的加密與簡化412021-10-19空間數(shù)據(jù)的維護：拓撲結(jié)構(gòu)自動生成 n完成編輯之后，需要生成拓撲結(jié)構(gòu) n

16、拓撲關(guān)系是軟件自動生成的。n拓撲關(guān)系建立，有助于檢查空間數(shù)據(jù)輸入的錯誤。n大多數(shù)商用的GIS軟件利用拓撲關(guān)系的建立來檢查實體的錯誤n數(shù)字化的典型錯誤：節(jié)點錯誤，多邊形標注錯誤422021-10-19數(shù)字化誤差（典型錯誤）432021-10-19節(jié)點錯誤nDangle node 懸點錯誤（只有一個線擁有的節(jié)點） 包括：開放多邊形、欠頭線、過頭線。（后兩種不一定是錯誤，例如：死胡同）npseudo node,偽點錯誤（只有兩個線共有的節(jié)點），包括：島狀多邊形、同一弧段上的節(jié)點，但是往往偽點并不是錯誤。442021-10-19多邊形標注錯誤 n有拓撲關(guān)系的空間數(shù)據(jù)模型中，多邊形必須有一個標注點（la

17、bel）。作用相當于一個定位器，用以標注多邊形的編碼、文字注記。nArcGIS中用作屬性標注的位置n多標注點、少標注點均是錯誤452021-10-19空間數(shù)據(jù)的維護：空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)連接 n將空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)連接在一起。空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)必須相互有聯(lián)系才能應(yīng)用n空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)是分開輸入，需要完成兩者的連接，才完成數(shù)據(jù)輸入工作。n空間數(shù)據(jù)輸入，一般自動產(chǎn)生一個要素屬性表。用這個表與單獨輸入的屬性表連接。n表的連接過程。需要一個共有的連接關(guān)鍵字段。一般是用“編碼字段”。462021-10-19矢量模型和柵格模型的比較矢量模型柵格模型數(shù)據(jù)量小大位置精度高低數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復雜簡單點、線、面相互關(guān)系豐富缺乏多重屬性方便成組分類 數(shù)據(jù)輸入手工數(shù)字化、野外實測、掃描后處理、柵格轉(zhuǎn)