第三章+空間數(shù)據(jù)的獲取

地理信息系統(tǒng)李燕婷青海大學(xué)地質(zhì)系地理信息系統(tǒng)第三章空間數(shù)據(jù)的采集1、概述2、空間數(shù)據(jù)采集3、空間數(shù)據(jù)的編輯與處理4、空間數(shù)據(jù)質(zhì)量地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)采集§3.1概述汽油數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)為處理線索硬件∶軟件∶數(shù)據(jù)=1∶2∶7地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)采集§3.1概述3.1.1GIS數(shù)據(jù)的內(nèi)容數(shù)字線劃數(shù)據(jù)點、線、面影像數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)源豐富生產(chǎn)效率高直觀詳細(xì)記錄地表自然現(xiàn)象數(shù)字高程模型屬性數(shù)據(jù)是什么，類型特征詳細(xì)描述信息地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)采集§3.1概述3.1.2數(shù)據(jù)源種類第一手?jǐn)?shù)據(jù)第二手?jǐn)?shù)據(jù)非電子數(shù)據(jù)電子數(shù)據(jù)全站儀、GPS數(shù)據(jù)地球物理、地球化學(xué)遙感數(shù)據(jù)地圖專題地圖統(tǒng)計圖表平板測量數(shù)據(jù)工程測量數(shù)據(jù)筆記航空、遙感相片人口普查社會經(jīng)濟調(diào)查各種統(tǒng)計資料已建各種數(shù)據(jù)庫GIS數(shù)據(jù)地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)采集§3.1概述圖形圖像數(shù)據(jù)：地圖工程圖規(guī)劃圖照片航空與遙感影像等文字?jǐn)?shù)據(jù)：調(diào)查報告文件統(tǒng)計數(shù)據(jù)實驗數(shù)據(jù)野外調(diào)查的原始記錄等圖形圖像數(shù)據(jù)文字?jǐn)?shù)據(jù)地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)采集§3.1概述目前各種類型的地圖是重要的信息源。這不僅是因為地圖的內(nèi)容直觀與豐富，而且是由于在地理信息系統(tǒng)誕生以前，地圖是表示空間與非空間信息強有力的手段，從某種意義上說，一冊完備的專題地圖集是一個很好的人工操作地理信息系統(tǒng)。遙感影像是地理信息系統(tǒng)中一個極其重要的數(shù)據(jù)源，它至少具有下列一些特點：①能取得大面積、綜合的信息；②速度快；③降低數(shù)據(jù)儲存冗余和不連續(xù)性；④能提供各類專題所需要的信息。文字?jǐn)?shù)據(jù)主要用來描述空間對象的屬性，比如人口數(shù)據(jù)、經(jīng)濟數(shù)據(jù)、土壤成份、環(huán)境數(shù)據(jù)確定應(yīng)用哪些類型的數(shù)據(jù)是由系統(tǒng)的功能所確定的，例如要建立一個土地的適宜性和承載力的信息系統(tǒng)，所需要的數(shù)據(jù)有地形、土壤類型、降雨、地下水位、運輸條件等。

地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)采集§3.1概述地圖地面測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計資料航空、遙感文字?jǐn)?shù)據(jù)多媒體坐標(biāo)幾何數(shù)字化儀掃描儀攝影測量系統(tǒng)鍵盤空間數(shù)據(jù)庫編輯處理數(shù)據(jù)交換3.1.3數(shù)據(jù)源與相應(yīng)設(shè)備地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)采集§3.1概述3.1.4數(shù)據(jù)采集的任務(wù)將現(xiàn)有的地圖、外業(yè)觀測成果、航空像片、遙感圖片數(shù)據(jù)、文本資料等轉(zhuǎn)換成GIS可以接受的數(shù)字形式。數(shù)據(jù)庫入庫之前進行驗證、修改、編輯等處理，保證數(shù)據(jù)在內(nèi)容和邏輯上的一致性。不同的數(shù)據(jù)來源要用到不同的設(shè)備和方法。數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換裝載數(shù)據(jù)處理：幾何糾正、圖幅拼接、拓?fù)渖傻鹊乩硇畔⑾到y(tǒng)空間數(shù)據(jù)采集3.2空間數(shù)據(jù)的采集1、選擇數(shù)據(jù)源、確定數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式2、確定數(shù)據(jù)有關(guān)指標(biāo)3、選擇數(shù)據(jù)獲取的軟件平臺4、數(shù)據(jù)采集5、數(shù)據(jù)編輯6、數(shù)據(jù)拼接7、數(shù)據(jù)入庫8、數(shù)據(jù)動態(tài)更新與維護計劃調(diào)查編輯處理評價準(zhǔn)備收集數(shù)字化地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)采集空間數(shù)據(jù)采集——流程地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)采集空間數(shù)據(jù)采集方法：手扶跟蹤數(shù)字化儀采集攝影測量數(shù)字化采集掃描跟蹤數(shù)字化采集外業(yè)實地數(shù)字化采集選擇采集方法的依據(jù)是如何應(yīng)用圖形數(shù)據(jù)，圖形數(shù)據(jù)類型，現(xiàn)有設(shè)備狀況，現(xiàn)有人力，物力，財力狀況等。3.2.1、圖形數(shù)據(jù)的采集3.2空間數(shù)據(jù)的采集空間數(shù)據(jù)采集——圖形數(shù)據(jù)的采集數(shù)字化設(shè)備：數(shù)字化儀、掃描儀、攝影測量設(shè)備特點：范圍大，速度快使用范圍：大面積GIS數(shù)據(jù)采集、資源普查等數(shù)字化儀掃描儀數(shù)字?jǐn)z影測量工作站野外測量：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)據(jù)更新地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)采集（1）、數(shù)字化采集—手扶跟蹤數(shù)字化取什么樣的地圖作為數(shù)字化地圖數(shù)字化精度要求如何對那些要素進行數(shù)字化

采取什么樣的方式進行數(shù)字化如何分層、分幅確定數(shù)字化技術(shù)點方式流方式（時間、距離）精度要素的繁簡現(xiàn)勢性有利于空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的連接有利于組織所需要的各種城市專題地圖有利于提高圖形的顯示速度當(dāng)所牽涉的范圍比較大時，還須考慮到數(shù)字化地圖的分幅與拼接問題。此時需將地圖按圖幅進行組織，建立各圖幅的索引圖，然后通過索引圖動態(tài)調(diào)出各具體圖幅，并完成各相鄰地圖的動態(tài)拼接任務(wù)。地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)采集x1,y11x2,y22x3,y33x4,y44x5,y55x6,y66x7,y77x8,y88x9,y99地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)采集點方式x1,y11x2,y22x3,y33x4,y44x5,y55x6,y66x7,y77x8,y88x9,y99地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)采集流方式地圖預(yù)處理（1）對于紙張不好的紙質(zhì)地圖，需將其復(fù)制到聚酯薄膜上，以減少因圖紙變形而產(chǎn)生的誤差；（2）為使相鄰圖幅便于拼接，需將每幅數(shù)字化底圖的四邊內(nèi)圖廓框相交的線劃要素向外延伸。（3）對于地圖上封閉曲線和較長的線劃要素進行分段；（4）對于非國家標(biāo)準(zhǔn)分幅地圖，還應(yīng)打上方格網(wǎng)，以利于控制點坐標(biāo)數(shù)據(jù)精度的量取。地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)采集（1）、數(shù)字化采集—手扶跟蹤數(shù)字化

連接數(shù)字化儀

圖版定向

數(shù)字化手扶跟蹤數(shù)字化：地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)采集（1）、數(shù)字化采集—手扶跟蹤數(shù)字化地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)采集數(shù)字化儀1234YXOO’(x0,y0)X’P’（x‘，）yx地理信息系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)采集（2）、數(shù)字化采集—掃描數(shù)字化地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)采集3、攝影測量—采集方案隨機采樣系統(tǒng)采樣系統(tǒng)隨機采樣可變系統(tǒng)采樣蔟聚采樣斷面采樣等高線采樣3.2.2屬性數(shù)據(jù)采集包括各類調(diào)查報告、文件、統(tǒng)計數(shù)據(jù)、實驗數(shù)據(jù)與野外調(diào)查的原始記錄等，如人口數(shù)據(jù)、經(jīng)濟數(shù)據(jù)、土壤成份、環(huán)境數(shù)據(jù)。

對于要輸入屬性庫的屬性數(shù)據(jù)，通過鍵盤直接鍵入或文件、表格、數(shù)據(jù)庫導(dǎo)入。

對于要直接記錄到柵格或矢量數(shù)據(jù)文件中的屬性數(shù)據(jù)，則必須進行編碼輸入。地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)采集國家資源與環(huán)境信息系統(tǒng)規(guī)范在“專業(yè)數(shù)據(jù)分類和數(shù)據(jù)項目建議總表”中，將數(shù)據(jù)分為社會環(huán)境、自然環(huán)境和資源與能源三大類共14小項，并規(guī)定了每項數(shù)據(jù)的內(nèi)容及基本數(shù)據(jù)來源。地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)采集3.2.3、數(shù)據(jù)交換數(shù)據(jù)交換文件GISAGISAGISBGISB內(nèi)部文件外部文件內(nèi)部文件外部文件

GISAGISB數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)OpenGISInternet/Intranet地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)采集3.3空間數(shù)據(jù)的編輯與處理空間數(shù)據(jù)編輯的必要性修正數(shù)據(jù)輸入錯誤維護數(shù)據(jù)的完整性和一致性更新地理信息空間數(shù)據(jù)一般性錯誤數(shù)據(jù)不完整、重復(fù)空間數(shù)據(jù)位置不正確空間數(shù)據(jù)比例尺不準(zhǔn)確空間數(shù)據(jù)變形幾何和屬性連接有誤屬性數(shù)據(jù)不完整錯誤檢查主要方法疊合比較法目視檢查法邏輯檢查法糾正原因地圖變形(均勻變形、非均勻變形）數(shù)字化中的位置移動遙感影像本身存在幾何變形投影方式不同分幅掃描實質(zhì)建立糾正圖象與標(biāo)準(zhǔn)地圖的一一對應(yīng)關(guān)系變換方法精確方法：仿射變換、雙線性變換、平方變換、立方變換等近似方法：橡皮板變換糾正步驟糾正點—數(shù)據(jù)采集—函數(shù)建立—逐點或網(wǎng)格糾正（1）圖象糾正地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)采集3.3空間數(shù)據(jù)的編輯與處理圖像糾正地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)采集投影A（x，y）投影B（X，Y）正解變換：解析函數(shù)關(guān)系X=f(x,y)，Y=g(x,y)反解變換：經(jīng)緯度B=f(x,y),L=g(x,y)X=F(B,L),Y=G(B,L)數(shù)值變換：數(shù)學(xué)方法（2）投影變換地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)采集地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)采集幾何接邊

調(diào)出需接邊的圖幅，以其中的一個作為活動圖幅，其他圖幅作為參考，沿圖幅的邊沿選取一定范圍（如5cm）的空間目標(biāo)。這些目標(biāo)一般都終結(jié)于圖廓邊附近，以活動工作區(qū)的目標(biāo)為基準(zhǔn)，根據(jù)圖廓邊上弧段的結(jié)點坐標(biāo)查找相鄰圖幅對應(yīng)弧段。

地物編碼相同，且結(jié)點坐標(biāo)誤差在允許范圍內(nèi)，則將兩邊結(jié)點坐標(biāo)取中數(shù)吻合，空間關(guān)系不變。

地物編碼不同，或超過允許誤差，需進行人工編輯。數(shù)字化邊界調(diào)整3.3空間數(shù)據(jù)的編輯與處理(3)接邊（2）邏輯接邊兩方面的含義：檢查同一目標(biāo)在相鄰圖幅的地物編碼和屬性賦值是否一致。

將同一目標(biāo)在相鄰圖幅的空間實體數(shù)據(jù)在邏輯上連在一起。AA2A2A2解決方法：在圖幅數(shù)據(jù)文件的上一層，將有邏輯聯(lián)系的空間目標(biāo)，建立一個新的文件，即所引到它在每幅圖的子目標(biāo)，并建立雙向指針。不建立目標(biāo)文件，也不為邏輯接邊的子目標(biāo)建立索引，而是通過空間操作的方法，根據(jù)關(guān)鍵字讓系統(tǒng)自動在周邊圖幅中搜索。地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)采集AA2A2A2oid指針A1Aoid指針A2Aoid指針A2Aoid指針AA1、A2、A3（2）邏輯接邊地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)采集地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)采集3.4空間數(shù)據(jù)質(zhì)量3.4.1有關(guān)數(shù)據(jù)質(zhì)量的基本概念1、準(zhǔn)確度（Accurancy）

即測量值與真值之間的接近程度?？捎谜`差來衡量。2、精度（precision)

即對現(xiàn)象描述的詳細(xì)程度。3、不確定性（uncertainty）

不確定性是指某一現(xiàn)象不能被準(zhǔn)確測定的程度，包括空間位置不確定性、屬性不確定、時域不確定、邏輯上的不一致性和數(shù)據(jù)的不完整性。地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)采集

5、相容性（compatibility）指兩個來源的數(shù)據(jù)在同一個應(yīng)用中使用的難易程度。引起的原因：（1）統(tǒng)計指標(biāo)或分類標(biāo)準(zhǔn)不同；（2）使用不同比例尺的地圖

6、一致性（consistency)

指對同一現(xiàn)象或同類現(xiàn)象表達的一致程度。 （1）如同一條河流，在兩張不同地圖上的形狀不同。 （2）邏輯上的不一致性。

7、完整性（completeness） 指用同一準(zhǔn)確度和精度的數(shù)據(jù)在特定空間范圍內(nèi)是否完整的程度。

3.4空間數(shù)據(jù)質(zhì)量4.2.2數(shù)據(jù)誤差或不確定的來源1、空間現(xiàn)象自身存在的不穩(wěn)定性空間現(xiàn)象自身存在的不穩(wěn)定性包括空間特征和過程在空間、專題和時間內(nèi)容上的不確定性。2、空間現(xiàn)象的表達3、空間數(shù)據(jù)處理中的誤差投影變換、地圖數(shù)字化和掃描后的矢量化處理、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)抽象、建立拓?fù)潢P(guān)系、與主控數(shù)據(jù)層的匹配、數(shù)據(jù)疊加操作和更新、數(shù)據(jù)集成處理、數(shù)據(jù)的可視化表達4、空間數(shù)據(jù)使用中的誤差包括對數(shù)據(jù)的解釋過程和缺少文檔。3.4空間數(shù)據(jù)質(zhì)量數(shù)據(jù)處理過程誤差來源數(shù)據(jù)收集野外測量誤差：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)格式的轉(zhuǎn)換誤差數(shù)據(jù)存儲數(shù)值精度不夠空間精度不夠數(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比例尺大小引起的誤差數(shù)據(jù)輸出輸出設(shè)備不精確引起的誤差輸出媒介不穩(wěn)定造成的誤差數(shù)據(jù)使用對數(shù)據(jù)所包含的信息的誤差對數(shù)據(jù)信息使用不當(dāng)?shù)乩硇畔⑾到y(tǒng)空間數(shù)據(jù)采集3.4空間數(shù)據(jù)質(zhì)量3.4.3數(shù)據(jù)的誤差類型

幾何誤差

屬性誤差時間誤差

邏輯誤差地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)采集森林水庫森林水庫地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)采集住宅住宅商業(yè)區(qū)住宅商業(yè)區(qū)1972年火場1989年火場灌叢、幼林1989年火場1972年火場針闊葉混交林灌叢、幼林針闊葉混交林地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)采集幾何誤差幾何誤差是地理信息系統(tǒng)所特有的。

點：測量位置與真實位置的差異，即用常規(guī)的中誤差表示即可。線：線在地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中既可以表示線性現(xiàn)象，又可以通過連成的多邊形表示面狀現(xiàn)象。線可分為直線、折線、曲線及曲直線混合四種類型。地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)采集屬性數(shù)據(jù)的測量尺度1、命名（Nominal）量

定性而非定量，不能進行任何算術(shù)運算。只能進行“等于”與“不等于”的邏輯運算。2、次序（Ordinal）量

是基于對對象進行排序來標(biāo)識的。不同次序之間的間隔大小可以不同。除了可以進行“等于”與“不等于”的邏輯運算外，還可進行大小的比較。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)。間隔測量尺度與比例測量尺度相似，但間隔尺度的測量值無真的零值。它可用于加、減、乘、除等運算，而且可以求算術(shù)平均。4、比率（Ratio）量

比例測量尺度的測量制止那些有真零值而且測量單位的間隔是相等的數(shù)據(jù)。地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)采集屬性數(shù)據(jù)的不確定性

定性屬性數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度評價方法比較復(fù)雜。它受屬性變量的離散值，每個屬性在空間上分布和每個同屬性地塊的形態(tài)和大小，監(jiān)測樣點的分布和選區(qū)，及不同屬性值在特征上的相似程度等多種因素的影響。

可用概率、概率面、模糊度、準(zhǔn)確度等指標(biāo)來衡量。綠地水池4.2.4、空間數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制

傳統(tǒng)的手工方法

元數(shù)據(jù)方法數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)中包含了大量的有關(guān)數(shù)據(jù)質(zhì)量的信息，通過它可以檢查數(shù)據(jù)質(zhì)量，同時元數(shù)據(jù)也記錄了數(shù)據(jù)處理過程中質(zhì)量的變化，通過跟蹤元數(shù)據(jù)可以了解數(shù)據(jù)質(zhì)量的變化，通過跟蹤元數(shù)據(jù)可以了解數(shù)據(jù)質(zhì)量的狀況和變化。地理相關(guān)法用空間數(shù)據(jù)的地理特征要素自身的相關(guān)性來分析數(shù)據(jù)的質(zhì)量。地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)采集3.4空間數(shù)據(jù)質(zhì)量3.5空間數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)3.5.1概念元數(shù)據(jù)（Metadata）是指描述數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)。在地里空間信息中用于描述地理數(shù)據(jù)集的內(nèi)容、質(zhì)量、表示方式、空間參考、管理方式以及數(shù)據(jù)集的其他特征，是實現(xiàn)地理空間信息共享的核心標(biāo)準(zhǔn)之一。地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)采集3.5.2目的促進數(shù)據(jù)集的高效利用，并為計算機輔助軟件工程服務(wù)。3.5.3、內(nèi)容（1）對數(shù)據(jù)集的描述：對數(shù)據(jù)集中各數(shù)據(jù)項、數(shù)據(jù)來源、數(shù)據(jù)所有者及數(shù)據(jù)序代（數(shù)據(jù)生產(chǎn)歷史）等的說明；（2）對數(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、分辨率、元數(shù)據(jù)的比例尺等。（3）對數(shù)據(jù)處理信息的說明：如量綱的轉(zhuǎn)換。（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。3.5空間數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)3.5.4、作用（1）幫助數(shù)據(jù)生產(chǎn)單位有效的管理和維護空間數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)文檔，并保證即使其主要工作人員離退時，也不會丟失對數(shù)據(jù)情況的了解。（2）提供有關(guān)數(shù)據(jù)生產(chǎn)單位對數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分類、數(shù)據(jù)內(nèi)容、數(shù)據(jù)質(zhì)量、數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)銷售等方面的信息，便于用戶查詢檢索地理空間數(shù)據(jù)。（3）幫助用戶了解數(shù)據(jù)以便就數(shù)據(jù)是否滿足其需求做出正確的判斷。（4）提供有關(guān)信息，以便用戶