GIS的數(shù)據(jù)管理的學(xué)習(xí)材料

GIS的數(shù)據(jù)管理的學(xué)習(xí)材料第1頁/共87頁地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)

地理信息系統(tǒng)的一個(gè)重要部分就是數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)類型:在開發(fā)一個(gè)特定的GIS時(shí)，要根據(jù)應(yīng)用需求確定對(duì)各類數(shù)據(jù)的要求。數(shù)據(jù)獲取:隨著GIS產(chǎn)業(yè)化的深入發(fā)展，越來越多的數(shù)據(jù)資料被不同數(shù)據(jù)生產(chǎn)部門數(shù)字化

數(shù)據(jù)質(zhì)量:數(shù)據(jù)質(zhì)量是指數(shù)據(jù)適用于不同應(yīng)用的能力。

第2頁/共87頁一、數(shù)據(jù)類型

第3頁/共87頁確定GIS數(shù)據(jù)需求尋找數(shù)據(jù)源大地測(cè)量控制地籍測(cè)量航空測(cè)量遙感室外調(diào)查（土壤、植被、交通等）定點(diǎn)觀察（地球物理、氣象、水文、生態(tài)等）地形圖人口普查工業(yè)/經(jīng)濟(jì)調(diào)查基礎(chǔ)設(shè)施（通訊、電力、運(yùn)輸、醫(yī)療、教育等）有無所需的數(shù)據(jù)內(nèi)容第4頁/共87頁空間數(shù)據(jù)的基本特征空間數(shù)據(jù)描述的是現(xiàn)實(shí)世界各種現(xiàn)象的三大基本特征：空間、時(shí)間和專題屬性。第5頁/共87頁空間特征——空間特征指空間物體的位置、形狀和大小等幾何特征，以及與相鄰物體的拓?fù)潢P(guān)系人類對(duì)空間目標(biāo)的定位一般不是通過記憶其空間坐標(biāo)，而是確定某一目標(biāo)與其他更熟悉的目標(biāo)間的空間位置關(guān)系，而這種關(guān)系往往也是拓?fù)潢P(guān)系。

第6頁/共87頁專題特征

專題特征指的是除了時(shí)間和空間特征以外的空間現(xiàn)象的其他特征。如地形的坡度、坡向、某地的年降雨量、土地酸堿度、土地覆蓋類型、人口密度、交通流量、空氣污染程度等

第7頁/共87頁時(shí)間特征

空間數(shù)據(jù)總是在某一特定時(shí)間或時(shí)間段內(nèi)采集得到或計(jì)算產(chǎn)生的第8頁/共87頁數(shù)據(jù)的測(cè)量尺度對(duì)特定現(xiàn)象的測(cè)量就是根據(jù)一定的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其賦值或打分。命名式的測(cè)量尺度也稱作類型測(cè)量尺度，只對(duì)特定現(xiàn)象進(jìn)行標(biāo)識(shí)，賦予一定的數(shù)值或符號(hào)而不定量描述。次序測(cè)量尺度是基于對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行排序來標(biāo)識(shí)的。比例測(cè)量尺度的測(cè)量值指那些有真零值而且測(cè)量單位的間隔是相等的數(shù)據(jù)

第9頁/共87頁數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)來源可以大致分為原始數(shù)據(jù)或處理加工后的數(shù)據(jù)，又可將數(shù)據(jù)源分為非電子數(shù)據(jù)和電子數(shù)據(jù)兩類。第10頁/共87頁數(shù)據(jù)種類

1、基礎(chǔ)制圖數(shù)據(jù)基礎(chǔ)制圖數(shù)據(jù)包括地形數(shù)據(jù)和人文景觀數(shù)據(jù)。

1）圖形結(jié)構(gòu)

2）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)格式2、自然資源數(shù)據(jù)3、調(diào)查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)4、數(shù)字高程數(shù)據(jù)獲取和存貯高程數(shù)據(jù)的方法有4種基本方法：規(guī)則格網(wǎng)法、離散等高線法、斷面量測(cè)法和不規(guī)則三角網(wǎng)法。5、法律文檔數(shù)據(jù)6、已有系統(tǒng)數(shù)據(jù)第11頁/共87頁第12頁/共87頁全球定位系統(tǒng)

全球定位系統(tǒng)衛(wèi)星如何測(cè)距？GPS接收機(jī)如何與衛(wèi)星同步產(chǎn)生偽碼？GPS的誤差與微分糾正GPS系統(tǒng):美國(guó)NAVSTARGPSTRANSIT

俄國(guó)GLONASS

歐空局GEOSTAR第13頁/共87頁R-=c第14頁/共87頁第15頁/共87頁航空象片

航空攝影膠片的特性航空攝影垂直攝影象片的幾何性質(zhì)立體象對(duì)上測(cè)量高度并建立地面坐標(biāo)系1）航空象片相對(duì)定向，建立航空象片坐標(biāo)系2）測(cè)量象點(diǎn)視差計(jì)算象點(diǎn)高度3）建立地面坐標(biāo)系航空象片坐標(biāo)向通用的地圖投影坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換正射影象航測(cè)數(shù)字景象目前可以有兩種方式獲得：一是用高精度掃描儀對(duì)航空象片掃描得到數(shù)字影象；二是用數(shù)字?jǐn)z影機(jī)直接得到數(shù)字影象第16頁/共87頁第17頁/共87頁第18頁/共87頁第19頁/共87頁第20頁/共87頁第21頁/共87頁第22頁/共87頁第23頁/共87頁第24頁/共87頁第25頁/共87頁遙感數(shù)據(jù)遙感數(shù)據(jù)有下列優(yōu)點(diǎn)：1）增大了觀測(cè)范圍。2）能夠提供大范圍的瞬間靜態(tài)圖象。3）能夠進(jìn)行大面積重復(fù)性觀測(cè)，即使是人類難以到達(dá)的偏遠(yuǎn)地區(qū)也能夠做到這一點(diǎn)。4）大大加寬了人眼所能觀察的光譜范圍。5）空間詳細(xì)程度高。第26頁/共87頁第27頁/共87頁遙感圖象的空間分辯率名義分辯率=圖象某行對(duì)應(yīng)于地面的實(shí)際距離/該行的象元素雷達(dá)是一種自身發(fā)射電磁能又回收這種能量的主動(dòng)式系統(tǒng)，它又分為真實(shí)孔徑雷達(dá)和合成孔徑雷達(dá)。雷達(dá)圖象有兩種分辯率：一種是由其發(fā)送信號(hào)脈沖持續(xù)的時(shí)間和信號(hào)傳播方向與地面的夾角決定的，稱為距離分辯率。另一種分辯率是由雷達(dá)波束的寬度和地物離飛行底線的距離決定的，而波束寬度又與雷達(dá)波長(zhǎng)成正比，與天線的長(zhǎng)度成反比，這種分辯率被稱為方位分辯率。

第28頁/共87頁數(shù)據(jù)特點(diǎn)掃描式傳感器所獲圖象側(cè)視雷達(dá)圖象常的衛(wèi)星數(shù)據(jù)目前世界上常用的衛(wèi)星數(shù)據(jù)仍是美國(guó)的陸地衛(wèi)星（Landsat）專題制圖儀（ThematicMapper，TM）、諾阿氣象衛(wèi)星的甚高分辯率輻射儀（NOAA-AVHRR）和法國(guó)SPOT衛(wèi)星的較高分辯率傳感器（HRV）數(shù)據(jù)及美國(guó)的SPACEIMAGING的IKNOS高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)。第29頁/共87頁第30頁/共87頁第31頁/共87頁第32頁/共87頁第33頁/共87頁第34頁/共87頁地圖

地圖一般分為普通地圖和專題地圖。普通地圖是一般性的參考圖，它主要用來表達(dá)六方面內(nèi)容；居民地、道路、行政邊界、地形、及地表覆蓋、水系和典型目標(biāo)物。常見的專題地圖：天氣預(yù)測(cè)圖——以天氣類型、溫度和降水空間分存為主的地圖；旅游圖——以介紹旅游景點(diǎn)位置和交通狀況為主的地圖；交通圖——以介紹街區(qū)和公共交通狀況為主的地圖；地鐵線路圖——反映地鐵站點(diǎn)位置、路徑、中轉(zhuǎn)位置等為主的地圖；地勢(shì)圖——以反映地形起伏和山脈高程為主的地圖；反映自然條件的專題地圖有；地質(zhì)圖、土壤圖、氣候圖、植被圖、太陽能分布圖、風(fēng)能分布圖、洋流圖、潮汐圖等；反映經(jīng)濟(jì)狀況的專題圖：交通圖、工業(yè)圖、農(nóng)業(yè)圖、商業(yè)圖、貿(mào)易圖、水利圖、電力圖、漁業(yè)圖、林業(yè)圖、牧業(yè)圖等。第35頁/共87頁地圖符號(hào)

第36頁/共87頁第37頁/共87頁地圖制作過程和地圖綜合地圖的制作與GIS開發(fā)過程有許多相似之處，大致可分下列步驟：1）調(diào)查分析地圖用戶的要求；2）確定制圖目標(biāo)，確定比例尺、投影、內(nèi)容、設(shè)計(jì)符號(hào)、編制地圖規(guī)范；3）收集數(shù)據(jù)、野外測(cè)量、象片判讀、問卷調(diào)查等；4）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行鑒別、分析處理；5）轉(zhuǎn)繪數(shù)據(jù)到基礎(chǔ)底圖上；6）進(jìn)行地圖綜合，先選樣區(qū)試驗(yàn)再對(duì)整個(gè)制圖區(qū)域進(jìn)行綜合；7）進(jìn)行地圖清繪；8）檢查質(zhì)量，檢驗(yàn)精度等；9）修改后制版印刷。第38頁/共87頁地圖制圖工作要點(diǎn)

取舍；它實(shí)際上貫穿于整個(gè)制圖過程中。分類；指的是將同樣的或類似的制圖對(duì)象劃入一組。簡(jiǎn)化：實(shí)際上，取舍、分類和符號(hào)化都是為了簡(jiǎn)化細(xì)節(jié)，但簡(jiǎn)化還有其它形式。符號(hào)化：由于不可能將所有制圖對(duì)象的實(shí)際形狀按比例縮小到地圖上，所以地圖上要用符號(hào)。符號(hào)又分為兩類：抽象符號(hào)或象形符號(hào)。地圖綜合分為兩部分；圖形綜合和制圖內(nèi)容綜合。1）圖形綜合對(duì)點(diǎn)狀、線狀、面狀符號(hào)的綜合需要不同的方法。2）內(nèi)容綜合內(nèi)容綜合有兩個(gè)方面：取舍和分類。第39頁/共87頁第40頁/共87頁第41頁/共87頁第42頁/共87頁第43頁/共87頁TIGER文件建立TIGER系統(tǒng)原是為了達(dá)到以下目的：1）建立并維護(hù)一個(gè)覆蓋美國(guó)所有領(lǐng)土的數(shù)字地理數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；2）美國(guó)生產(chǎn)用于普查局查計(jì)和發(fā)表報(bào)告的地圖；3）能夠給由地理特征所構(gòu)成的多邊形為基礎(chǔ)產(chǎn)生的普查地段和地理區(qū)域賦予獨(dú)立的地址。TIGER文件的應(yīng)用經(jīng)歷了三個(gè)階段：產(chǎn)生、更新、應(yīng)用維護(hù)。TIGER整合各種類型數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)是三種幾何單元：零維單元、一維單元、二維單元。TopologicallyIntegratedGeographicEncodingReferencing第44頁/共87頁第45頁/共87頁第46頁/共87頁零維單元只代表地表線狀特征的交點(diǎn)和端點(diǎn)，而不是一般用于表達(dá)開頭或其它類型的點(diǎn)；一維單元只代表連接兩個(gè)零維單元的線，而不代表任何線的形狀；二維單元只代表一組相連的一維單元所構(gòu)成的最小面積，一組二維單元可用來定義地理范圍。第47頁/共87頁第48頁/共87頁二、數(shù)據(jù)獲取

第49頁/共87頁數(shù)據(jù)加工整理一、數(shù)據(jù)分類標(biāo)準(zhǔn)二、基礎(chǔ)原始數(shù)據(jù)的確定三、原始數(shù)據(jù)項(xiàng)目的確定四、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確性的確定五、數(shù)據(jù)錄入表設(shè)計(jì)第50頁/共87頁數(shù)據(jù)采集

一、空間圖形數(shù)據(jù)的采集二、非空間屬性數(shù)據(jù)的采集三、空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)的連接第51頁/共87頁第52頁/共87頁空間圖形數(shù)據(jù)的采集

1、手扶跟蹤數(shù)字化輸入1）數(shù)字化過程2）數(shù)字化方式數(shù)字化有兩種基本方式：流方式和點(diǎn)方式。3）數(shù)字化儀的其它輸入功能4）矢量到柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換5）數(shù)字化的精度6）數(shù)據(jù)共享第53頁/共87頁空間圖形數(shù)據(jù)的采集1、掃描數(shù)字化1）柵格掃描儀掃描2）柵格掃描數(shù)據(jù)到矢量的轉(zhuǎn)換3）矢量掃描儀掃描4）其它類型的自動(dòng)數(shù)字化儀器①視頻數(shù)字化儀②解析測(cè)圖儀5）已是數(shù)字形式的空間數(shù)據(jù)的輸入6）其它數(shù)字形式的空間數(shù)據(jù)源①內(nèi)插數(shù)據(jù)②其它數(shù)據(jù)第54頁/共87頁數(shù)字化設(shè)備第55頁/共87頁

數(shù)字化設(shè)備種類手扶跟蹤數(shù)字化儀（數(shù)字化儀）掃描數(shù)字化儀（掃描儀）數(shù)字化儀，又稱圖數(shù)轉(zhuǎn)換器，是一種通過一定量測(cè)手段將圖形或圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息的裝置。常用的數(shù)字化設(shè)備有：第56頁/共87頁

手扶跟蹤數(shù)字化儀簡(jiǎn)稱數(shù)字化儀，是一種用來記錄和跟蹤地圖點(diǎn)、線位置的手工數(shù)字化設(shè)備。第57頁/共87頁

數(shù)字化儀的幅面根據(jù)尺寸和使用條件的不同，大致可分為兩類： 小型數(shù)字化儀(Tablet)：

A4，A3，A2； 大型數(shù)字化儀(Digitizer)：

A1，A0，A00。第58頁/共87頁

數(shù)字化儀的構(gòu)成感應(yīng)板(DrawingBoard)標(biāo)識(shí)器(PointingDevice)第59頁/共87頁

數(shù)字化儀的性能參數(shù)操作方式輸出格式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換率分辨率精度第60頁/共87頁操作方式點(diǎn)方式流方式(開關(guān)流/連續(xù)流)增量方式(距離/時(shí)間)…...第61頁/共87頁

掃描數(shù)字化儀簡(jiǎn)稱掃描儀，它是一種將地圖或圖像按一定的分辨率一般轉(zhuǎn)換成柵格格式數(shù)據(jù)的裝置。第62頁/共87頁

掃描儀的種類按輻射分辨率劃分：二值掃描儀、灰度掃描儀和彩色掃描儀；按結(jié)構(gòu)劃分：

滾筒掃描儀、平臺(tái)掃描儀和CCD攝像機(jī)按掃描方式劃分：柵格掃描儀、矢量掃描儀第63頁/共87頁

掃描儀的構(gòu)成滾筒/平臺(tái)掃描頭光學(xué)系統(tǒng)光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（CCD單元將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬電信號(hào)）模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D轉(zhuǎn)換器將模擬電信號(hào)變?yōu)閿?shù)字電信號(hào)）第64頁/共87頁

掃描儀的主要性能指標(biāo)光學(xué)分辨率最大分辨率輻射分辨率（色彩位數(shù)）掃描幅面接口方式第65頁/共87頁

光學(xué)分辨率是指掃描儀的光學(xué)系統(tǒng)可以采集的實(shí)際信息量，也就是掃描儀的感光元件——CCD的分辨率。例如A4掃描儀可掃描的最大寬度為216mm（8.5英寸），它的CCD含有5100個(gè)單元，其光學(xué)分辨率為5100點(diǎn)/8.5英寸=600dpi。第66頁/共87頁

最大分辨率又叫內(nèi)插分辨率，它是在相鄰像素之間求出顏色或者灰度的平均值從而增加像素?cái)?shù)的辦法。內(nèi)插算法增加了像素?cái)?shù)，但不能增添真正的圖像細(xì)節(jié)，因此，我們應(yīng)更重視光學(xué)分辨率。第67頁/共87頁

輻射分辨率又叫色彩分辨率，或色彩深度、色彩模式、色彩位或色階，總之都是表示掃描儀分辨彩色或灰度細(xì)膩程度的指標(biāo)，它的單位是bit（位）。色彩位確切的含義是用多少個(gè)位來表示掃描得到的一個(gè)像素。第68頁/共87頁

接口方式又稱連接界面，是指掃描儀與計(jì)算機(jī)之間采用的接口類型。常用的有USB接口、SCSI接口和并行打印機(jī)接口。SCSI接口的傳輸速度最快，而采用并行打印機(jī)接口則更簡(jiǎn)便。第69頁/共87頁

掃描數(shù)據(jù)處理二值化：將彩色或灰度掃描數(shù)據(jù)的像元用1位即用0和1表示。細(xì)化：將掃描圖中的線劃減細(xì)為分辨單元寬的線劃。矢量化：將柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為矢量數(shù)據(jù)。斷線修復(fù)：由于掃描質(zhì)量的影響或刪除了某些符號(hào)造成一些矢量線不連續(xù)，連接斷線即為斷線修復(fù)。第70頁/共87頁

掃描數(shù)據(jù)處理（續(xù)）要素提?。哼x擇需要的要素，剔除不需要的要素和噪聲。符號(hào)識(shí)別：提取出符號(hào)的特征。屬性賦值：對(duì)矢量化的要素賦予屬性特征值。第71頁/共87頁

交互式地圖掃描數(shù)字化也稱屏幕數(shù)字化，由人工參與從掃描數(shù)據(jù)中提取矢量信息并賦予屬性值。第72頁/共87頁

掃描儀在制圖中的利與弊數(shù)字化速度快,人為誤差小；掃描數(shù)據(jù)量大，增加存儲(chǔ)負(fù)擔(dān)；后續(xù)處理比較復(fù)雜和費(fèi)時(shí)；對(duì)掃描原圖質(zhì)量要求高。第73頁/共87頁三、數(shù)據(jù)質(zhì)量

第74頁/共87頁數(shù)據(jù)質(zhì)量

數(shù)據(jù)質(zhì)量是指數(shù)據(jù)適用于不同應(yīng)用的能力。第75頁/共87頁數(shù)據(jù)質(zhì)量的基本特點(diǎn)

1）準(zhǔn)確度（Accuracy）：即測(cè)量值與真值之間的接近程度，可用誤差來衡量。2）精度（Precision）：即對(duì)現(xiàn)象描述的詳細(xì)程度。3）不確定性（Uncertainty）：指某現(xiàn)象不能精確測(cè)得，當(dāng)真值不可測(cè)或無法知道時(shí)，我們就無法確定誤差，因而用不確定性取代誤差。4）相容性（Compatibility）：指兩個(gè)來源的數(shù)據(jù)在同一個(gè)應(yīng)用中使用的難易程度。5）一致性（Consistency）：指對(duì)同一現(xiàn)象或同類現(xiàn)象的表達(dá)一致程度。6）完整性（Completeness）：指具有同一準(zhǔn)確度和精度的數(shù)據(jù)在類型上和特定空間范圍內(nèi)是否完整的程度。7）可得性（Accessibility）：指獲取或使用數(shù)據(jù)的容易程度。8）現(xiàn)勢(shì)性（Timeliness）：指數(shù)據(jù)反映客觀現(xiàn)象目前狀況的程度。第76頁/共87頁一、空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的內(nèi)容

1、微觀部分

1）定位精度

2）屬性精度

3）邏輯一致性

4）分解力

2、宏觀部分

1）完整性

2）時(shí)間性

3）數(shù)據(jù)檔案

4)適用性第77頁/共87頁數(shù)據(jù)的誤差類型

數(shù)據(jù)誤差●地形圖的位置誤差；●地形圖的屬性誤差；●時(shí)域誤差；●邏輯不一致性誤差；●不完整性誤差；

第78頁/共87頁數(shù)據(jù)的誤差類型

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和處理的誤差：●數(shù)字化誤差；●格式轉(zhuǎn)換誤差；●不同GIS系統(tǒng)間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換誤差；第79頁/共87頁數(shù)據(jù)的誤差類型

應(yīng)用分析時(shí)的誤差：●數(shù)據(jù)層疊加時(shí)的冗余多邊形；●數(shù)據(jù)應(yīng)用時(shí)，由應(yīng)用模型引進(jìn)的誤差。這些誤差分類對(duì)于了解誤差分布特點(diǎn)、誤差和處理方法、產(chǎn)生誤差的特點(diǎn)有很多好處。第80頁/共87頁常見的誤差原因1）空間數(shù)據(jù)不完整主要因?yàn)閿?shù)字化不完整。2）空間位置誤差可能是較小的位移，也可能是較大的粗差。3）空間數(shù)據(jù)的比例尺錯(cuò)誤和誤差大多是在數(shù)字