GIS原理與應(yīng)用教案——第三章空間數(shù)據(jù)的采集和質(zhì)量控制

1、第三章 空間數(shù)據(jù)的采集和質(zhì)量控制學(xué)習(xí)要求：掌握以下基本內(nèi)容：1、空間數(shù)據(jù)的參照系和控制基礎(chǔ)2、數(shù)據(jù)的編碼體系3、GIS數(shù)據(jù)的采集方式4、數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量與GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的評(píng)價(jià)§3.1 概述一、GIS 的數(shù)據(jù)源地理信息系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)源中，地圖是最主要數(shù)據(jù)源，遙感數(shù)據(jù)是 GIS 數(shù)據(jù)更新的重要手段。二、空間數(shù)據(jù)采集的任務(wù)空間數(shù)據(jù)采集的任務(wù)是將現(xiàn)有的地圖、 外業(yè)觀測(cè)成果、 航空像片、 遙感 圖像、文本資料等轉(zhuǎn)換成GIS可以處理與接收的數(shù)字形式，通常要經(jīng)過驗(yàn)證、修 改、編輯等處理。三、研究 GIS 數(shù)據(jù)質(zhì)量的目的和意義GIS的數(shù)據(jù)質(zhì)量是指GIS中空間數(shù)據(jù)（幾何數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)）的可靠性， 通常用

2、空間數(shù)據(jù)的誤差來度量。§3.2 空間數(shù)據(jù)的地理參照系和控制基礎(chǔ)一、空間數(shù)據(jù)的地理參照系介紹地球的形狀、 描述地球形狀的數(shù)學(xué)方法以及地理坐標(biāo)系。 介紹地球 的形狀、 坐標(biāo)系、高程系等的概念。、地圖投影介紹將不規(guī)則的地球表面用地球橢球面來替代， 進(jìn)而將不可展曲面的地 球橢球面映射到地圖平面上來的方法地圖投影。 內(nèi)容有地圖投影的實(shí)質(zhì)、 投影 變形、 GIS 中的地圖投影、 高斯克呂格投影、 正等角圓錐投影 等。三、地理信息系統(tǒng)的地理空間通常是指經(jīng)過投影變換放在笛卡兒平面直角坐標(biāo)系中的地球表層特征 空間。它的理論基礎(chǔ)在于旋轉(zhuǎn)橢球體和地圖投影變換。§3.3 地理實(shí)體數(shù)據(jù)的編碼與 GI

3、S 數(shù)據(jù)庫一、地理實(shí)體的分類1、地理實(shí)體與地理目標(biāo)的類型(1) 地理實(shí)體地理實(shí)體地理數(shù)據(jù)庫中的實(shí)體， 是一種在現(xiàn)實(shí)世界中不能再劃分為 同類現(xiàn)象的現(xiàn)象。 例如城市可看成一個(gè)地理實(shí)體， 并可劃分成若干部分， 但這些 部分不叫城市，只能稱為區(qū)、街道之類。地理目標(biāo)實(shí)體在地理數(shù)據(jù)庫中的表示。 地理目標(biāo)的表示方法隨比例 尺、目的等情況的變化而變化，例如，對(duì)于城市這個(gè)地理實(shí)體，在小比例尺上可 作為一個(gè)點(diǎn)目標(biāo)， 而在大比例尺上將作為一個(gè)面目標(biāo)。 地理目標(biāo)在地圖上是以地 圖符號(hào)的形式來表示的。(2) 地理實(shí)體的類型1° 點(diǎn)狀實(shí)體實(shí)體點(diǎn)一一用于代表一個(gè)實(shí)體；注記點(diǎn)用于定位注記；內(nèi)點(diǎn)一一用于負(fù)載相應(yīng)多邊形

4、的屬性；結(jié)點(diǎn)一一表示線的終點(diǎn)和起點(diǎn)；節(jié)點(diǎn)線或弧段的內(nèi)部點(diǎn)。2° 線狀實(shí)體長(zhǎng)度從起點(diǎn)到終點(diǎn)的總長(zhǎng)；曲率用于表示線狀實(shí)體的彎曲程度，如道路拐彎處； 方向如水流的方向等。3° 面狀實(shí)體面積面狀實(shí)體所占有的范圍的大小；周長(zhǎng)面狀實(shí)體所占有區(qū)域的周長(zhǎng)；獨(dú)立或相鄰是獨(dú)立存在，還是與其它面狀實(shí)體相鄰；島或洞面狀實(shí)體中是否有島或洞； 重疊面狀實(shí)體之間是否有重疊。4° 體狀實(shí)體體積島或洞表面積(3) 地理目標(biāo)的類型0 維有位置無長(zhǎng)度的目標(biāo)，如點(diǎn)。1 維有長(zhǎng)度的目標(biāo)，一般由兩個(gè)或多個(gè) 0 維目標(biāo)組成，如線。2 維有長(zhǎng)和寬的目標(biāo)，如多邊形。3 維有長(zhǎng)、寬和高的目標(biāo)，如三維立體。因此，地理

5、實(shí)體可以根據(jù)地理目標(biāo)的類型分為點(diǎn)、 線、面、體 4種類型 (4) 地理實(shí)體的描述通常需要從如下方面對(duì)地理實(shí)體進(jìn)行描述：編碼用于區(qū)別不同的實(shí)體， 有時(shí)同一個(gè)實(shí)體在不同的時(shí)間具有不同 的編碼， 如上行和下行的火車。 編碼通常包括分類碼和識(shí)別碼。 分類碼標(biāo)識(shí)實(shí)體 所屬的類別，識(shí)別碼對(duì)每個(gè)實(shí)體進(jìn)行標(biāo)識(shí)，是唯一的，用于區(qū)別不同的實(shí)體。位置通常用坐標(biāo)值的形式 （或其它方式 ） 給出實(shí)體的空間位置。類型指明該地理實(shí)體屬于哪一種實(shí)體類型，或由哪些實(shí)體類型組 成。行為指明該地理實(shí)體可以具有哪些行為和功能。屬性指明該地理實(shí)體所對(duì)應(yīng)的非空間信息， 如道路的寬度、 路面質(zhì) 量、車流量、交通規(guī)則等。說明用于說明實(shí)體數(shù)據(jù)

6、的來源、質(zhì)量等相關(guān)的信息。關(guān)系與其它實(shí)體的關(guān)系信息。（5） 地理實(shí)體時(shí)間維的描述如果只是地理實(shí)體的屬性數(shù)據(jù)在變化， 那么，可以把不同時(shí)間的屬性數(shù) 據(jù)均記錄下來，作為該地理實(shí)體的屬性數(shù)據(jù)。二、地理實(shí)體的編碼地理實(shí)體數(shù)據(jù)的編碼指的是地理實(shí)體中屬性數(shù)據(jù)的編碼。 屬性數(shù)據(jù)是描述實(shí)體數(shù)據(jù)的屬性特征的數(shù)據(jù)。三、GIS數(shù)據(jù)庫1、GIS數(shù)據(jù)的基本組成地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)由三部分構(gòu)成： 空間數(shù)據(jù)、 非空間數(shù)據(jù) （亦稱 屬性數(shù)據(jù)）和時(shí)間因素構(gòu)成。2、GIS數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的表示A 、圖形數(shù)據(jù)的表示：B 、非圖形數(shù)據(jù)的表示：3、GIS 數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的構(gòu)模A圖形數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)模型（1）矢量數(shù)據(jù)模型（2）柵格數(shù)據(jù)模型3）

7、矢柵合一的數(shù)據(jù)模型B、專題屬性數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)模型管理專題屬性的數(shù)據(jù)模型很多，最為常用的是：表格、層次、網(wǎng)狀和關(guān)系模型。關(guān)系式的DBMS已經(jīng)成為當(dāng)前主導(dǎo)的商用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。§3.4 空間數(shù)據(jù)的采集一、幾何數(shù)據(jù)的采集地圖跟蹤數(shù)字化基本功能：1° 圖幅信息錄入和管理功能2° 特征碼清單設(shè)置3° 數(shù)字化鍵值設(shè)置4° 數(shù)字化參數(shù)定義5° 數(shù)字化方式的選擇6° 控制點(diǎn)輸入功能二、屬性數(shù)據(jù)的采集屬性數(shù)據(jù)的錄入主要采用鍵盤輸入的方法，有時(shí)也可以輔助于字符識(shí)別軟 件。為了把空間實(shí)體的幾何數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)聯(lián)系起來， 必須在幾何數(shù)據(jù)與屬性數(shù) 據(jù)之間有

8、一公共標(biāo)識(shí)符。 當(dāng)空間實(shí)體的幾何數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)連接起來之后， 就可 進(jìn)行各種 GIS 的操作與運(yùn)算了。三、空間數(shù)據(jù)的檢核一） 空間數(shù)據(jù)輸入的誤差1° 幾何數(shù)據(jù)的不完整或重復(fù)。2° 幾何數(shù)據(jù)的位置不正確。3° 比例尺不正確。4° 變形。5° 幾何數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的連接有誤。6° 屬性數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。二）空間數(shù)據(jù)的檢查1° 通過圖形實(shí)體與其屬性的聯(lián)合顯示，發(fā)現(xiàn)數(shù)字化中的遺漏、重復(fù)、 不匹配等錯(cuò)誤；2° 在屏幕上用地圖要素對(duì)應(yīng)的符號(hào)顯示數(shù)字化的結(jié)果， 對(duì)照原圖檢查 錯(cuò)誤；3° 把數(shù)字化的結(jié)果繪圖輸出在透明材料上， 然后

9、與原圖疊加以發(fā)現(xiàn)錯(cuò) 漏；4° 對(duì)等高線， 通過確定最低和最高等高線的高程及等高距， 編制軟件 來檢查高程的賦值是否正確；5° 對(duì)于面狀要素，可在建立拓?fù)潢P(guān)系時(shí)， 根據(jù)多邊形是否閉合來檢查， 或根據(jù)多邊形與多邊形內(nèi)點(diǎn)的匹配來檢查等；6° 對(duì)于屬性數(shù)據(jù)， 通常是在屏幕上逐表、 逐行檢查， 也可打印出來檢 查；7° 對(duì)于屬性數(shù)據(jù)還可編寫檢核程序， 如有無字符代替了數(shù)字， 數(shù)字是 否超出了范圍，等等；8° 對(duì)于圖紙變形引起的誤差，應(yīng)使用幾何糾正來進(jìn)行處理。）圖形顯示和數(shù)據(jù)處理1° 符號(hào)設(shè)計(jì)與符號(hào)庫建立功能2° 符號(hào)設(shè)置功能。3

10、76; 注記配置功能。4° 圖形顯示功能。5° 查詢功能。6° 繪圖輸出功能。§3.5 GIS 的數(shù)據(jù)質(zhì)量、GIS 的數(shù)據(jù)質(zhì)量的內(nèi)容和類型一）GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的基本內(nèi)容 1° 位置精度2° 屬性精度 3° 邏輯一致性4° 完備性5° 現(xiàn)勢(shì)性二、空間數(shù)據(jù)的誤差類型（1） 源誤差 ：1° 遙感數(shù)據(jù)：攝影平臺(tái)、傳感器的結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性、分辯率等。2° 測(cè)量數(shù)據(jù)：人差 （ 對(duì)中誤差、讀數(shù)誤差等 ）、儀差 （儀器不完善、缺 乏校驗(yàn)、未作改正等 ） 、環(huán)境（氣候、信號(hào)干擾等 ）。3° 屬性數(shù)據(jù)

11、：數(shù)據(jù)的錄入、數(shù)據(jù)庫的操作等。4° GPS數(shù)據(jù)：信號(hào)的精度、接收機(jī)精度、定位方法、處理算法等。5° 地圖：控制點(diǎn)精度，編繪、清繪、制圖綜合等的精度。6° 地圖數(shù)字化精度：紙張變形、數(shù)字化儀精度、操作員的技能等。（2） 處理誤差3、GIS中的誤差傳播1° 代數(shù)關(guān)系下的誤差傳播2° 邏輯關(guān)系下的誤差傳播3° 推理關(guān)系下的誤差傳播、研究GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的方法1、GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的評(píng)價(jià)方法（1）直接評(píng)價(jià)法1 °用計(jì)算機(jī)程序自動(dòng)檢測(cè)2°隨機(jī)抽樣檢測(cè)（2） 間接評(píng)價(jià)法(3) 非定量描述法 2、研究 GIS 數(shù)據(jù)質(zhì)量的常用方法(1)

12、敏感度分析法(2)尺度不變空間分析法( 3) Monte Carlo 實(shí)驗(yàn)仿真(4) 空間濾波三、數(shù)據(jù)采集中數(shù)據(jù)質(zhì)量的評(píng)價(jià)1、地圖固有誤差的來源和類型(1) 控制點(diǎn)展繪誤差(2) 編繪誤差(3) 繪圖誤差(4) 綜合誤差(5) 地圖復(fù)制誤差和分版套合誤差(6) 繪圖材料的變形誤差(7) 特征的定義2、數(shù)字化的誤差1°、自動(dòng)回歸法2° Band 法3°、對(duì)比法 四、數(shù)據(jù)處理中數(shù)據(jù)質(zhì)量的評(píng)價(jià)1數(shù)字高程模型(DEM)的精度對(duì)DEM內(nèi)插精度的估算方法有多種，但結(jié)論是相同的，即DEM的內(nèi)插精度主要受原始采樣點(diǎn)的采樣密度的影響， 與不同的插值方法的關(guān)系不很大。 但在DEM精度

13、評(píng)定的標(biāo)準(zhǔn)方面、地貌逼真度方面、DEMI勺粗差探測(cè)等方面仍沒有得 到圓滿的解決2、矢量數(shù)據(jù)柵格化的誤差 矢量數(shù)據(jù)柵格化的誤差可分為屬性誤差和幾何誤差兩種。3、多邊形疊置產(chǎn)生的誤差 多邊形疊置誤差計(jì)算的思路是， 先計(jì)算單幅圖或單層圖的誤差， 再 計(jì)算疊置圖的誤差。因此，下面僅簡(jiǎn)要討論單數(shù)據(jù)層的疊置問題。§3.6 空間數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)一、空間數(shù)據(jù)分類標(biāo)準(zhǔn)從技術(shù)的角度看， 空間數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)是指空間數(shù)據(jù)的名稱、 代碼、分類編碼、 數(shù)據(jù)類型、精度、單位、格式等的標(biāo)準(zhǔn)形式?？臻g數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)涉及到復(fù)雜的科學(xué)理 論和技術(shù)方法問題?？臻g數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的制定對(duì)于地理信息系統(tǒng)的發(fā)展具有重要意 義，但目前空間數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的研究仍然落后于地理信息系統(tǒng)的發(fā)展。二、空間數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)隨著地理信息系統(tǒng)的發(fā)展， 數(shù)據(jù)共享已越來越重要。 由于空間數(shù)據(jù)模型 的不同，空間數(shù)據(jù)的定義、 表達(dá)和存儲(chǔ)方式也不同， 因而數(shù)據(jù)交換就不那么簡(jiǎn)單 必須制定一定的標(biāo)準(zhǔn)。三、GIS空間元數(shù)據(jù)空間元數(shù)據(jù)( Geosp