GIS中的數(shù)據(jù)課件

GIS中的數(shù)據(jù)1．數(shù)據(jù)涵義與數(shù)據(jù)類型1．1數(shù)據(jù)的涵義1．1．1數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)是用以載荷信息的載體。它可以是記錄下來的某種可以識別的物理符號，數(shù)據(jù)的具體形式多種多樣，如文本、圖像、聲音等都可以歸入數(shù)據(jù)的范疇。雖然數(shù)據(jù)是信息的載體，但并非就是信息，只有理解了數(shù)據(jù)的含義、對數(shù)據(jù)做出解釋，才能得到數(shù)據(jù)中所包含的信息。1．1．2地理數(shù)據(jù)（空間數(shù)據(jù)）的基本特征地理數(shù)據(jù)一般具有三個基本特征：屬性特征（非定位數(shù)據(jù)），表示實際現(xiàn)象或特征，例如變量、級別、數(shù)量特征和名稱等等?？臻g特征（定位數(shù)據(jù)）：表示現(xiàn)象的空間位置或現(xiàn)在所處的地理位置。時間特征（時間尺度）：指現(xiàn)象或物體隨時間的變化。1．數(shù)據(jù)涵義與數(shù)據(jù)類型

圖5-1：空間數(shù)據(jù)的基本特性1．數(shù)據(jù)涵義與數(shù)據(jù)類型1．2空間數(shù)據(jù)的類型在地理信息系統(tǒng)中，按照其特征，數(shù)據(jù)可分為三種類型：空間特征數(shù)據(jù)（定位數(shù)據(jù)）、時間屬性數(shù)據(jù)（尺度數(shù)據(jù)）和專題屬性數(shù)據(jù)（非定位數(shù)據(jù)）。對于絕大部分地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用來說，時間和專題屬性數(shù)據(jù)結(jié)合在一起共同作為屬性特征數(shù)據(jù)，而空間特征數(shù)據(jù)和屬性特征數(shù)據(jù)統(tǒng)稱為空間數(shù)據(jù)（或地理數(shù)據(jù)）。1．數(shù)據(jù)涵義與數(shù)據(jù)類型1．2．1空間特征數(shù)據(jù)空間特征數(shù)據(jù)記錄的是空間實體的位置、拓撲關(guān)系和幾何特征，這是地理信息系統(tǒng)區(qū)別于其他數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的標志?？臻g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撲關(guān)系。位置和拓撲特征是地理或空間信息系統(tǒng)所獨有的，空間位置可以由不同的坐標系統(tǒng)來描述，如經(jīng)緯度坐標、一些標準的地圖投影坐標或是任意的直角坐標等。1．數(shù)據(jù)涵義與數(shù)據(jù)類型1．2．2專題特征數(shù)據(jù)專題特征指的是地理實體所具有的各種性質(zhì)，如地形的坡度、坡向、某地的年降雨量、土地酸緘類型、人口密度、交通流量、空氣污染程度等。這類特征在其他類型的信息系統(tǒng)中均可存儲和處理。專題屬性特征通常以數(shù)字、符號、文本和圖像等形式來表示。1．數(shù)據(jù)涵義與數(shù)據(jù)類型1．2．3時間特征數(shù)據(jù)時間屬性是指地理實體的時間變化或數(shù)據(jù)采集的時間等。嚴格地講，空間數(shù)據(jù)總是在某一特定時間或時段內(nèi)采集得到或計算產(chǎn)生的。由于有些空間數(shù)據(jù)隨時間變化相對較慢，因而有時被忽略；有些時候，時間可以被看成一個專題特征。1．數(shù)據(jù)涵義與數(shù)據(jù)類型1．3空間數(shù)據(jù)的表示方法一般地，表示地理現(xiàn)象的空間數(shù)據(jù)可以細分為：類型數(shù)據(jù)：例如道路線和土壤類型的分布等；面域數(shù)據(jù)：例如行政區(qū)域界線和行政單元等；網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)：例如道路交點、街道和街區(qū)等；樣本數(shù)據(jù)：例如氣象站和野外樣方的分布區(qū)等；曲面數(shù)據(jù)：例如高程點、等高線和等值區(qū)域；文本數(shù)據(jù)：例如地名、河流名稱和區(qū)域名稱；符號數(shù)據(jù)：例如點狀符號、線狀符號和面狀符號等1．數(shù)據(jù)涵義與數(shù)據(jù)類型

圖5-2：地理信息系統(tǒng)中各種數(shù)據(jù)以及其表現(xiàn)1．數(shù)據(jù)涵義與數(shù)據(jù)類型2．數(shù)據(jù)的測量尺度數(shù)據(jù)的測量尺度對特定現(xiàn)象的測量就是根據(jù)一定的標準對其賦值或打分。為了描述地理世界，對任何事物都要鑒別、分類和命名。這些都是量測的組成部分。它們所使用的參考標準或尺度是不同的。測量的尺度大致可以分成四個層次，由粗略至詳細依次為：命名或類型、次序、間隔以及比例。2．1命名（Nominal）量定性而非定量，不能進行任何算術(shù)運算，如一個城市的名字。命名式的測量尺度也稱為類型測量尺度，只對特定現(xiàn)象進行標識，賦予一定的數(shù)值或符號而不定量描述。2．數(shù)據(jù)的測量尺度2．2次序（Ordinal）量線性坐標上不按值的大小，而是按順序排列的數(shù)，例如，事故發(fā)生危險程度的級別由大到小被標為1，2，3，…，級別的序號越低，其危險性越大，但危險性到底有多大并未給予定量的表達。序數(shù)值相互之間可以比較大小，但不能進行加、減、乘、除等算術(shù)運算。2．數(shù)據(jù)的測量尺度2．3間隔（Interval）量不參照某個固定點，而是按間隔表示相對位置的數(shù)。按間隔量測的值相互之間可以比較大小，并且它們之間的差值大小是有意義的。2．數(shù)據(jù)的測量尺度2．4比率（Ratio）量比例測量尺度的測量值指那些有真零值而且測量單位的間隔是相等的數(shù)據(jù)，比例測量尺度與使用的測量單位無關(guān)。2．數(shù)據(jù)的測量尺度

圖5-3：各種數(shù)據(jù)測量尺度以及其制圖表現(xiàn)2．數(shù)據(jù)的測量尺度3．地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)質(zhì)量在GIS的幾個主要因素中，數(shù)據(jù)是一個極為重要的因素。在計算機軟件、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)量以及整個應(yīng)用的成敗。3．1數(shù)據(jù)質(zhì)量的基本概念3．1．1準確性（Accuracy）即一個記錄值（測量或觀察值）與它的真實值之間的接近程度。這個概念是相當抽象的，似乎人們已經(jīng)知道存在這樣的事實。在實際中，測量的知識可能依賴于測量的類型和比例尺。一般而言，單個的觀察或測量的準確性的估價僅僅是通過與可獲得的最準確的測量或公認的分類進行比較?？臻g數(shù)據(jù)的準確性經(jīng)常是根據(jù)所指的位置、拓撲或非空間屬性來分類的。它可用誤差來衡量。3．地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)質(zhì)量3．1．2精度（Precision）即對現(xiàn)象描述的詳細程度。如對同樣的兩點，精度低的數(shù)據(jù)并不一定準確度也低。精度要求測量能以最好的準確性來記錄，但是這可能誤導提供了較大的精度，因為超出一個測量儀器的已知準確度的數(shù)字在效率上是冗于的。3．地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)質(zhì)量3．1．3空間分辨率(SpatialResolution)分辨率是兩個可測量數(shù)值之間最小的可辯識的差異。那么空間分辨率可以看作記錄變化的最小距離。在一張用肉眼可讀的地圖上，假設(shè)一條線用來記錄一個邊界，分辨率通常由最小線的寬度來確定。地圖上的線很少以小于0.1mm的寬度來畫。3．地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)質(zhì)量3．1．4比例尺（Scale）比例尺是地圖上一個記錄的距離和它所表現(xiàn)的“真實世界的”距離之間的一個比例。地圖的比例尺將決定地圖上一條線的寬度所表現(xiàn)的地面的距離。例如，在一個1：10000比例尺的地圖上，一條0.5mm寬度的線對應(yīng)著5m的地面距離。如果這是線的最小的寬度，那么就不可能表示小于5m的現(xiàn)象。3．地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)質(zhì)量3．1．5誤差（Error）定義出一個所記錄的測量和它的事實之間的準確性以后，很明顯對于大多數(shù)目的而言，它的數(shù)值是不準確的。誤差研究包括：位置誤差，即點的位置的誤差、線的位置的誤差和多邊形的位置的誤差；屬性誤差；位置和屬性誤差之間的關(guān)系。3．地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)質(zhì)量3．1．6不確定性（Uncertainty）地理信息系統(tǒng)的不確定性包括空間位置的不確定性、屬性不確定性、時域不確定性、邏輯上的不一致性及數(shù)據(jù)的不完整性。3．地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)質(zhì)量3．2空間數(shù)據(jù)質(zhì)量問題的來源空間現(xiàn)象自身存在的不穩(wěn)定性空間現(xiàn)象的表達空間數(shù)據(jù)處理中的誤差空間數(shù)據(jù)使用中的誤差3．地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)質(zhì)量

表5-1：數(shù)據(jù)的主要誤差來源3．地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)質(zhì)量3．3常見空間數(shù)據(jù)的誤差分析GIS中的誤差是指GIS中數(shù)據(jù)表示與其現(xiàn)實世界本身的差別。數(shù)據(jù)誤差的類型可以是隨機的，也可以是系統(tǒng)的。歸納起來，數(shù)據(jù)的誤差主要有四大類，即幾何誤差、屬性誤差、時間誤差和邏輯誤差。3．地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)質(zhì)量3．3．1誤差的類型1）邏輯誤差數(shù)據(jù)的不完整性是通過上述四類誤差反映出來的。事實上檢查邏輯誤差，有助于發(fā)現(xiàn)不完整的數(shù)據(jù)和其他三類誤差。對數(shù)據(jù)進行質(zhì)量控制或質(zhì)量保證或質(zhì)量評價，一般先從數(shù)據(jù)的邏輯性檢查入手。3．地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)質(zhì)量圖5-4：各種邏輯誤差3．地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)質(zhì)量2）幾何誤差由于地圖是以二維平面坐標表達位置，在二維平面上的幾何誤差主要反映在點和線上。（2．1）點誤差關(guān)于某點的點誤差即為測量位置（x，y）與其真實位置（x0，y0）的差異。3．地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)質(zhì)量（2．2）線誤差線在地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中既可表示線性現(xiàn)象，又可以通過連成的多邊形表示面狀現(xiàn)象。第一類是線上的點在真實世界中是可以找到的，如道路，這類的線性特征的誤差主要產(chǎn)生于測量和對數(shù)據(jù)的后處理；第二類是現(xiàn)實世界中找不到的，如按高程繪制的等高線，或者是氣候區(qū)劃線等，這類線性特征的線誤差及在確定線的界限時的誤差，被稱為解譯誤差。3．地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)質(zhì)量圖5-5：各種線（直線、折線、曲線）圖5-6：折線和曲線的誤差3．地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)質(zhì)量線誤差分布可以用Epsilon帶模型來描述，它由沿著一條線以及兩側(cè)定寬的帶構(gòu)成，真實的線以某一概率落于Epsilon帶內(nèi)。

圖5-7：折線誤差的分布3．地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)質(zhì)量

圖5-8：曲線的誤差分布3．3．2地圖數(shù)據(jù)的質(zhì)量問題地圖數(shù)據(jù)是現(xiàn)有地圖經(jīng)過數(shù)字化或掃描處理后生成的數(shù)據(jù)。在地圖數(shù)據(jù)質(zhì)量問題中，不僅含有地圖固有的誤差，還包括圖紙變形、圖形數(shù)字化等誤差。3．地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)質(zhì)量3．3．3遙感數(shù)據(jù)的質(zhì)量問題遙感數(shù)據(jù)的質(zhì)量問題，一部分來自遙感儀器的觀測過程，一部分來自遙感圖象處理和解譯過程。前者誤差主要表現(xiàn)為空間分辨率、幾何畸變和輻射誤差，這些誤差將影響遙感數(shù)據(jù)的位置和屬性精度。后者主要產(chǎn)生空間位置和屬性方面的誤差。3．地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)質(zhì)量3．3．4測量數(shù)據(jù)的質(zhì)量問題測量數(shù)據(jù)主要指使用大地測量、GPS、城市測量、攝影測量和其他一些測量方法直接量測所得到的測量對象的空間位置信息。這部分數(shù)據(jù)質(zhì)量問題，主要是空間數(shù)據(jù)的位置誤差。3．地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)質(zhì)量3．4空間數(shù)據(jù)質(zhì)量控制數(shù)據(jù)質(zhì)量控制是個復雜的過程，要控制數(shù)據(jù)質(zhì)量應(yīng)從數(shù)據(jù)質(zhì)量產(chǎn)生和擴散的所有過程和環(huán)節(jié)入手，分別用一定的方法減少誤差?？臻g數(shù)據(jù)質(zhì)量控制常見的方法有：傳統(tǒng)的手工方法元數(shù)據(jù)方法地理相關(guān)法3．地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)質(zhì)量4．1元數(shù)據(jù)的概念及類型4．1．1元數(shù)據(jù)的概念元數(shù)據(jù)是關(guān)于數(shù)據(jù)的描述性數(shù)據(jù)信息，它應(yīng)盡可能多地反映數(shù)據(jù)集自身的特征規(guī)律，以便于用戶對數(shù)據(jù)集的準確、高效與充分的開發(fā)與利用，不同領(lǐng)域的數(shù)據(jù)庫，其元數(shù)據(jù)的內(nèi)容會有很大差異。4．空間數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)的內(nèi)容包括：1）對數(shù)據(jù)集的描述2）對數(shù)據(jù)質(zhì)量的描述3）對數(shù)據(jù)處理信息的說明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4．空間數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)4．1．2元數(shù)據(jù)的類型1）根據(jù)元數(shù)據(jù)的內(nèi)容分類（1．1）科研型元數(shù)據(jù)（1．2）評估型元數(shù)據(jù)（1．3）模型元數(shù)據(jù)2）根據(jù)元數(shù)據(jù)描述對象分類（1．1）數(shù)據(jù)層元數(shù)據(jù)（1．2）屬性元數(shù)據(jù)（1．3）實體元數(shù)據(jù)4．空間數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)3）根據(jù)元數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中的作用分類（1．1）系統(tǒng)級別元數(shù)據(jù)（1．2）應(yīng)用層元數(shù)據(jù)4）根據(jù)元數(shù)據(jù)的作用分類（4．1）說明元數(shù)據(jù)（4．2）控制元數(shù)據(jù)4．空間數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)4．1．3空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)的標準空間數(shù)據(jù)是一種結(jié)構(gòu)比較復雜的數(shù)據(jù)類型。它涉及到對于空間特征的描述，也涉及到對于屬性特征及其它們之間關(guān)系的描述，所以空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)標準的建立是項復雜的工作；并且由于種種原因，某些數(shù)據(jù)組織或數(shù)據(jù)用戶開發(fā)出來的空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)標準很難為地學界所廣泛接受。但空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)標準的建立是空間數(shù)據(jù)標準化的前提和保證，只有建立起規(guī)范的空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)才能有效利用空間數(shù)據(jù)4．空間數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)4．2空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)的應(yīng)用4．2．1幫助用戶獲取數(shù)據(jù)4．2．2空間數(shù)據(jù)質(zhì)量控制4．2．3在數(shù)據(jù)集成中的應(yīng)用4．空間數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)4．3使用元數(shù)據(jù)的原因4．3．1性能上的原因1）完整性（Completeness）2）可擴展性(Extensibility)3）特殊性(Specialization)4）安全性(Safety)4．3．2功能上的原因1）查錯功能(Debugging)2）瀏覽功能(Browsing)3）程序生成(ProgramGeneration)4．空間數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)4．4空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)的獲取與管理4．4．1空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)的獲取空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)的獲取是個較復雜的過程，相對于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的形成時間，它的獲取可分為三個階段：數(shù)據(jù)收集前、數(shù)據(jù)收集中和數(shù)據(jù)收集后。對于模型元數(shù)據(jù)，這三個階段分別是模型形成前、模型形成中和模型形成后。4．空間數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)的獲取方法主要有五種：鍵盤輸入、關(guān)聯(lián)表、測量法、計算法和推理法。在元數(shù)據(jù)獲取的不同階段，使用的方法有差異。在第一階段主要是鍵入方法和關(guān)聯(lián)表方法；第二階段主要采樣測量方法；第三階段主要方法是計算和參考方法。4．空間數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)4．4．2空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)的管理空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)的理論和方法涉及到數(shù)據(jù)庫和元數(shù)據(jù)兩方面。4．空間數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)4．5元數(shù)據(jù)存儲和功能實現(xiàn)元數(shù)據(jù)系統(tǒng)用于數(shù)據(jù)庫的管理，可以避免數(shù)據(jù)的重復存儲，通過元數(shù)據(jù)建立的邏