空間數(shù)據(jù)質(zhì)量與元數(shù)據(jù)講述

1、北京大學(xué)遙感與地理信息系統(tǒng)研究所空間數(shù)據(jù)質(zhì)量與元數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)質(zhì)量與元數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)質(zhì)量空間數(shù)據(jù)質(zhì)量控制空間數(shù)據(jù)的不確定性問(wèn)題空間元數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)質(zhì)量空間數(shù)據(jù)質(zhì)量l在GIS的幾個(gè)主要因素中，數(shù)據(jù)是一個(gè)極為重要的因素l在計(jì)算機(jī)軟件、硬件環(huán)境選定之后，GIS中數(shù)據(jù)質(zhì)量的優(yōu)劣，決定著系統(tǒng)分析質(zhì)量以及整個(gè)應(yīng)用的成敗lGIS提供的空間數(shù)據(jù)的分析方法被廣泛用于各種領(lǐng)域，用于決策領(lǐng)域的數(shù)據(jù)，其質(zhì)量要求應(yīng)該是可知的或可預(yù)測(cè)的。l研究空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的目的l加強(qiáng)數(shù)據(jù)生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量控制，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的重要性空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的重要性空間數(shù)據(jù)庫(kù)空間數(shù)據(jù)庫(kù)查詢和分析查詢和分析空間數(shù)據(jù)輸入空間數(shù)據(jù)輸入和管理和管理輸出輸出

2、: 顯示顯示防止防止 “Garbage in，Garbage out！”空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的內(nèi)容空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的內(nèi)容 l空間數(shù)據(jù)的完整性l數(shù)據(jù)是否覆蓋到應(yīng)該覆蓋的范圍l空間數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)邏輯一致性l數(shù)據(jù)定義的統(tǒng)一性l在同一個(gè)空間數(shù)據(jù)庫(kù)中，數(shù)據(jù)的定義應(yīng)該保持一致l空間數(shù)據(jù)位置精度l數(shù)據(jù)的地理位置精度l空間數(shù)據(jù)屬性精度l數(shù)據(jù)所載負(fù)的地理信息的正確性l空間數(shù)據(jù)時(shí)間精度l數(shù)據(jù)本身所代表的時(shí)間信息的正確性l關(guān)于數(shù)據(jù)的說(shuō)明l元數(shù)據(jù) 空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的相關(guān)概念空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的相關(guān)概念l準(zhǔn)確性（Accuracy）l精度（Precision）l空間分辨率（Spatial Resolution）l比例尺（Scale）l誤差（Err

3、or）l不確定性（Uncertainty）空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的相關(guān)概念空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的相關(guān)概念(1)l準(zhǔn)確性（Accuracy）l一個(gè)記錄值（測(cè)量或者觀察值）與它的真實(shí)值之間的接近程度l空間數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性通常是根據(jù)所指的位置、拓?fù)浠蛘叻强臻g屬性來(lái)分類的l可以用誤差（Error）來(lái)衡量空間數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性l精度（Precision）l表示數(shù)據(jù)對(duì)現(xiàn)象描述的詳細(xì)程度l數(shù)據(jù)精度和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的區(qū)別： l精度低的數(shù)據(jù)不一定準(zhǔn)確度也低；l數(shù)據(jù)精度如果超出了測(cè)量?jī)x器的已知準(zhǔn)確度，這樣的紀(jì)錄數(shù)字在效率上是冗余的；例如：在設(shè)計(jì)精度為0.1mm的數(shù)字化儀上測(cè)量返回的坐標(biāo)數(shù)據(jù)為（10.11mm, 12.233mm），其中就含有冗余

4、的數(shù)據(jù)；空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的相關(guān)概念空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的相關(guān)概念(2)l空間分辨率（Spatial Resolution）l分辨率是兩個(gè)可測(cè)量數(shù)值之間最小的可辨識(shí)的差異l空間分辨率可以看作是記錄變化的最小幅度l空間分辨率示例：地圖上最細(xì)線寬度對(duì)應(yīng)的地理范圍，遙感圖像上一個(gè)像素代表的實(shí)際地理范圍大小l比例尺（Scale）l地圖上一個(gè)記錄的距離和它所表現(xiàn)的“真實(shí)世界”的距離之間的比例l如這幅地圖的比例尺=10cm:1000m=1:10000l比例尺是刻畫數(shù)據(jù)精度的量（如最小線寬為地圖的空間分辨率）真實(shí)世界真實(shí)世界矢量數(shù)據(jù)矢量數(shù)據(jù)柵格數(shù)據(jù)柵格數(shù)據(jù)1 pixel = 10mX10m 分辨率分辨率 = 10m10M

5、10M1 Pixel空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的相關(guān)概念空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的相關(guān)概念(3)l誤差（Error）l描述測(cè)量值和真實(shí)值之間的差別l在大部分情況下，誤差的大小是很不準(zhǔn)確的，因?yàn)榇郎y(cè)量的真實(shí)值往往無(wú)法得到l研究如何給出誤差大小的最佳估計(jì)以及誤差傳播規(guī)律，是很有用的l誤差的分析包括l位置誤差（如點(diǎn)、線、多邊形的位置誤差）l屬性誤差l位置和屬性誤差之間的聯(lián)系空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的相關(guān)概念空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的相關(guān)概念(4)l不確定性（Uncertainty）l指客觀世界或?qū)嶓w本身就具有的變異，表現(xiàn)為不精確性、隨機(jī)性和模糊性 l由于人對(duì)客觀實(shí)體和現(xiàn)象認(rèn)識(shí)的局限性和表達(dá)的模糊性，使原始數(shù)據(jù)本身存在不確定性，以此數(shù)據(jù)進(jìn)行GIS 的

6、分析與處理，必然使分析結(jié)果也具有不確定性 GIS數(shù)據(jù)的不確定性數(shù)據(jù)的不確定性lGIS數(shù)據(jù)不確定性的產(chǎn)生l一方面是由于客觀世界存在的固有的復(fù)雜性，不穩(wěn)定性，和人們對(duì)其認(rèn)識(shí)的不完備性l另一方面，在數(shù)據(jù)采集、錄入、編輯、處理、分析和表述過(guò)程中出現(xiàn)的各種誤差，包括如系統(tǒng)誤差或隨機(jī)誤差帶來(lái)的不確定性 lGIS數(shù)據(jù)的不確定性包括l位置的不確定性l屬性的不確定性l時(shí)域的不確定性l邏輯上的不一致性l數(shù)據(jù)的不完整性GIS數(shù)據(jù)的不確定性數(shù)據(jù)的不確定性主要研究?jī)?nèi)容主要研究?jī)?nèi)容部分主要研究方法部分主要研究方法GIS數(shù)據(jù)本身不確定性研究?jī)?nèi)容位置數(shù)據(jù)的不確定性數(shù)據(jù)源的不確定性原始測(cè)量數(shù)據(jù)的不確定性（GPS、全站儀、數(shù)字測(cè)

7、圖成果不確定性）數(shù)字地圖獲取（手扶跟蹤數(shù)字化和掃描矢量化）以及遙感數(shù)據(jù)的不確定性1）經(jīng)典誤差理論以及在此基礎(chǔ)上的空間統(tǒng)計(jì)理論2）模糊集合理論3）灰色理論方法4）熵理論5）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論等方法6）模糊仿真方法GIS中基本實(shí)體不確定性點(diǎn)實(shí)體的不確定性、線實(shí)體的不確定性、面實(shí)體的不確定性、體實(shí)體的不確定性數(shù)據(jù)處理、空間分析過(guò)程不確定性數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換的不確定性、緩沖區(qū)分析不確定性、疊加分析不確定性其他空間分析的不確定性屬性數(shù)據(jù)的不確定性屬性定義的不確定性對(duì)現(xiàn)實(shí)世界定義不明確模糊實(shí)體關(guān)系定義不確定1）目標(biāo)模型和域模型2）概率論3）證據(jù)理論4）空間統(tǒng)計(jì)學(xué)5）模糊集合理論6）云理論7）粗集理論數(shù)據(jù)源的不確定性實(shí)

8、體邊界界定不確定性遙感數(shù)據(jù)邊界提取不確定性查詢分析的不確定性疊加分析的不確定性、查詢過(guò)程的不確定性其他分析的不確定性時(shí)域數(shù)據(jù)的不確定性時(shí)間定義的不確定性關(guān)于時(shí)間語(yǔ)義表達(dá)的模糊性帶來(lái)的不確定性界定事件開始與結(jié)束的不確定性邏輯不確定性屬性一致性的不確定性、格式一致性的不確定性拓?fù)潢P(guān)系一致性的不確定性數(shù)據(jù)的不完整性幾何數(shù)據(jù)的不完整性、屬性數(shù)據(jù)的不完整性模型的不確定性模型選擇的不確定性、模型參數(shù)的不確定性模型不確定性的傳播與累加1）總體平均可靠性評(píng)價(jià)方法2）蒙特卡羅模擬不確定復(fù)合疊加屬性數(shù)據(jù)不確定性對(duì)位置數(shù)據(jù)不確定的影響時(shí)間變更對(duì)屬性數(shù)據(jù)不確定性的影響時(shí)間變更對(duì)位置數(shù)據(jù)不確定性的影響位置與屬性數(shù)據(jù)不確

9、定性疊加時(shí)空不確定性疊加缺陷率統(tǒng)計(jì)方法GIS數(shù)據(jù)的不確定性數(shù)據(jù)的不確定性主要研究?jī)?nèi)容主要研究?jī)?nèi)容部分主要研究方法部分主要研究方法不確定性建模分析與表達(dá)不確定性建模數(shù)據(jù)不確定值的數(shù)據(jù)模型建立科學(xué)計(jì)算可視化方法GIS可視化方法數(shù)據(jù)不確定性可視化表達(dá)數(shù)據(jù)的不確定性的顯示與表達(dá)數(shù)據(jù)的不確定性可視化結(jié)果分析數(shù)據(jù)產(chǎn)品的不確定性評(píng)價(jià)電子地圖電子地圖不確定性評(píng)價(jià)不確定性的疊加與傳播4D產(chǎn)品DLG、DEM、DRG、DOQ產(chǎn)品的不確定性評(píng)價(jià)GIS工程不確定性評(píng)價(jià)與控制GIS組件最優(yōu)（不確定性最小）分割GIS組件不確定性預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)GIS組件間不確定性的疊加與傳播GIS組件最優(yōu)分割模型運(yùn)籌學(xué)方法GIS工程不確定性估計(jì)

10、與控制GIS工程不確定性預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)GIS工程不確定性的控制方法與策略建立預(yù)測(cè)模型軟件工程方法、項(xiàng)目管理方法空間數(shù)據(jù)質(zhì)量問(wèn)題的來(lái)源空間數(shù)據(jù)質(zhì)量問(wèn)題的來(lái)源l空間現(xiàn)象自身存在的不穩(wěn)定性l空間上的不確定性：空間現(xiàn)象在空間位置分布上的不確定性變化l時(shí)間上的不確定性：空間現(xiàn)象在發(fā)生時(shí)間段上的游移性l屬性上的不確定性：屬性類型劃分的多樣性，非數(shù)值型屬性值表達(dá)的不精確性l空間現(xiàn)象的表達(dá)l測(cè)量誤差、地圖投影、數(shù)值采樣和量化等l空間數(shù)據(jù)處理中的誤差l投影轉(zhuǎn)換l地圖數(shù)字化與掃描矢量化l格式轉(zhuǎn)換l數(shù)據(jù)抽象l空間分析l可視化表達(dá)l數(shù)據(jù)處理過(guò)程中誤差的傳遞和擴(kuò)散 空間數(shù)據(jù)使用中的誤差來(lái)源空間數(shù)據(jù)使用中的誤差來(lái)源l主要包括

11、兩個(gè)方面：對(duì)數(shù)據(jù)的解釋過(guò)程、缺少文檔 數(shù)據(jù)處理過(guò)程數(shù)據(jù)處理過(guò)程誤差來(lái)源誤差來(lái)源數(shù)據(jù)搜集野外測(cè)量誤差：儀器誤差、記錄誤差遙感數(shù)據(jù)誤差：輻射和幾何糾正誤差、信息提取誤差地圖數(shù)據(jù)誤差：原始數(shù)據(jù)誤差、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、制圖綜合及印刷數(shù)據(jù)輸入數(shù)字化誤差：儀器誤差、操作誤差不同系統(tǒng)格式轉(zhuǎn)換誤差：柵格-矢量轉(zhuǎn)換、三角網(wǎng)-等值線轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)值精度不夠空間精度不夠：每個(gè)格網(wǎng)點(diǎn)太大、地圖最小制圖單元太大數(shù)據(jù)處理分類間隔不合理多層數(shù)據(jù)疊合引起的誤差傳播：插值誤差、多源數(shù)據(jù)綜合分析誤差比例尺太小引起的誤差數(shù)據(jù)輸出輸出設(shè)備不精確引起的誤差輸出的媒介不穩(wěn)定造成的誤差數(shù)據(jù)使用對(duì)數(shù)據(jù)所包含的信息的誤解對(duì)數(shù)據(jù)信息使用不當(dāng)空間數(shù)據(jù)誤差

12、的類型空間數(shù)據(jù)誤差的類型l主要類型l幾何誤差l屬性誤差l時(shí)間誤差l邏輯誤差l邏輯誤差和幾何誤差為GIS特有邏輯誤差邏輯誤差l語(yǔ)義角度判斷數(shù)據(jù)的合理性幾何誤差幾何誤差l幾何誤差的含義l空間數(shù)據(jù)表達(dá)的位置信息誤差l在二維平面上主要反映在點(diǎn)誤差和線誤差上l分類l點(diǎn)誤差：測(cè)量位置與真實(shí)位置的差異 x = x x0 y = y y0l線誤差l線誤差分布可以用Epsilon模型（等寬）或者誤差帶模型（不等寬）描述折線誤差的分布（誤差帶模型）曲線的誤差分布（誤差帶模型）其他數(shù)據(jù)質(zhì)量問(wèn)題其他數(shù)據(jù)質(zhì)量問(wèn)題l地圖數(shù)據(jù)的質(zhì)量問(wèn)題l地圖固有誤差：控制點(diǎn)誤差、投影誤差等 l地圖材料變形：由于圖紙的大小受濕度和溫度變化的

13、影響而產(chǎn)生l地圖掃描及數(shù)字化誤差l遙感數(shù)據(jù)的質(zhì)量問(wèn)題l遙感儀器觀測(cè)過(guò)程誤差l表現(xiàn)為空間分辨率、光譜分辨率、幾何畸變以及輻射誤差等l圖像處理和解譯過(guò)程誤差l校正匹配、解譯判讀、分類等l測(cè)量數(shù)據(jù)的質(zhì)量問(wèn)題l選定的大地坐標(biāo)系及投影l(fā)環(huán)境影響l測(cè)量?jī)x器精度l操作誤差、偶然誤差等空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的控制空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的控制l通過(guò)采用科學(xué)的方法，制定出空間數(shù)據(jù)的生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程，并采取 一系列切實(shí)有效的方法在空間數(shù)據(jù)的生產(chǎn)過(guò)程中，針對(duì)空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的關(guān)鍵性問(wèn)題予以精度控制和錯(cuò)誤改正，以保證空間數(shù)據(jù)的質(zhì)量l應(yīng)從數(shù)據(jù)質(zhì)量產(chǎn)生和擴(kuò)散的所有過(guò)程和環(huán)節(jié)入手，分別用一定的方法減少誤差l常見的數(shù)據(jù)質(zhì)量空間方法有：l傳統(tǒng)的手工方法l與

14、原始地圖或者屬性數(shù)據(jù)比較；l元數(shù)據(jù)方法l閱讀元數(shù)據(jù)了解數(shù)據(jù)質(zhì)量的信息；l地理相關(guān)法l利用空間數(shù)據(jù)描述的地理特征要素自身的相關(guān)性空間數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)l元數(shù)據(jù)（Metadata）l是描述數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)l是關(guān)于數(shù)據(jù)的描述性數(shù)據(jù)信息，盡可能多的反映數(shù)據(jù)集自身的特征規(guī)律，以便于用戶對(duì)數(shù)據(jù)集的準(zhǔn)確、高效與充分的開發(fā)與利用l如數(shù)據(jù)的內(nèi)容、質(zhì)量、狀況和其他有關(guān)特征的背景信息l目的就是促進(jìn)數(shù)據(jù)集的高效利用、共享 l不同領(lǐng)域的數(shù)據(jù)庫(kù)，其元數(shù)據(jù)的內(nèi)容會(huì)有很大差異l元數(shù)據(jù)的內(nèi)容l對(duì)數(shù)據(jù)集的描述：數(shù)據(jù)項(xiàng)、數(shù)據(jù)來(lái)源、數(shù)據(jù)所有者及數(shù)據(jù)歷史 l數(shù)據(jù)質(zhì)量的描述：數(shù)據(jù)精度、數(shù)據(jù)的邏輯一致性、數(shù)據(jù)完整性、分辨率 l數(shù)據(jù)處理

15、信息的說(shuō)明l數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法的描述l數(shù)據(jù)更新、集成等說(shuō)明l空間元數(shù)據(jù)的作用l幫助數(shù)據(jù)生產(chǎn)者管理和維護(hù)空間數(shù)據(jù)l便于數(shù)據(jù)用戶查詢檢索地理空間數(shù)據(jù)l幫助用戶了解數(shù)據(jù)，以便就數(shù)據(jù)是否能夠滿足其需求做出這功能的判斷l(xiāng)提供有關(guān)信息，以便用戶或者GIS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和轉(zhuǎn)換l元數(shù)據(jù)成為數(shù)據(jù)共享和有效使用的重要工具空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)內(nèi)容及示例空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)內(nèi)容及示例。數(shù)據(jù)生產(chǎn)者數(shù)據(jù)生產(chǎn)時(shí)間數(shù)據(jù)質(zhì)量數(shù)據(jù)組織空間參照系數(shù)據(jù)內(nèi)容以及其他屬性。FGDC空間元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)空間元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)lFGDCl美國(guó)聯(lián)邦地理數(shù)據(jù)委員會(huì)（Federal Geographic Data Committee）lCSDGMl數(shù)字化地理空間元數(shù)據(jù)內(nèi)容標(biāo)

16、準(zhǔn)（Content Standard for Digital Geospatial Metadata）l基本情況l在1993年首先發(fā)布，現(xiàn)在已經(jīng)成為了世界范圍內(nèi)其它標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)l作為一個(gè)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)，CSDGM描述了元數(shù)據(jù)檔案中需要包括的條目l但是沒有準(zhǔn)確給出它們的具體格式和組織方式l這使得開發(fā)者可以根據(jù)自己的軟件環(huán)境實(shí)現(xiàn)該標(biāo)準(zhǔn)l但是需要保證其實(shí)現(xiàn)能夠被另外一個(gè)軟件實(shí)現(xiàn)所理解軟件實(shí)現(xiàn)必須是可以互操作的 FGDC元數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)CSDGM的主要內(nèi)容的主要內(nèi)容l標(biāo)識(shí)信息標(biāo)識(shí)信息關(guān)于數(shù)據(jù)集的基本信息l數(shù)據(jù)質(zhì)量信息數(shù)據(jù)質(zhì)量信息對(duì)數(shù)據(jù)集質(zhì)量的總體評(píng)估l空間數(shù)據(jù)組織信息空間數(shù)據(jù)組織信息在數(shù)據(jù)集中用于表達(dá)空間信息的機(jī)制l