1、第四章空间数据采集与处理 学习目标了解GIS的数据采集方式掌握地图数字化的方法、步骤掌握地图数据的各种处理方法理解属性数据编码的深刻含义了解空间数据的压缩处理的方法及优缺点重点：重点：数据采集方式和数字化方法，空间数据处理的概念、意义和方法。四、空间数据的压缩处理一、数据采集方式二、地图数字化三、地图数据处理五、属性数据输入1.手工方式手工方式2.手扶跟踪化数字方式3.扫描方式4.影像处理和信息提取方式5.数据通讯方式通过手工在计算机终端上输入数据，主要是键盘输入。主要用于属性数据的输入。第一节第一节 数据采集方式数据采集方式1.手工方式2.手扶跟踪化数字方式手扶跟踪化数字方式3.扫描方式4.
2、影像处理和信息提取方式5.数据通讯方式手扶跟踪数字化仪是一种图形数字化设备。生成矢量数据。第一节数据采集方式第一节数据采集方式数字化仪数字化仪第一节数据采集方式第一节数据采集方式1.手工方式2.手扶跟踪化数字方式3.扫描方式扫描方式4.影像处理和信息提取方式5.数据通讯方式扫描仪是一种图形、图象输入设备，可以快速地将图形、图象输入计算机系统，是目前发展最快的数字化设备生成栅格数据。第一节第一节 数字采集方式数字采集方式小型扫描小型扫描仪仪工程扫描仪工程扫描仪第一节第一节 数据采集方式数据采集方式1.手工方式2.手扶跟踪化数字方式3.扫描方式4.影像处理和信息提取方式影像处理和信息提取方式5.数
3、据通讯方式从遥感影像上直接提取专题信息。第一节第一节 数据采集方式数据采集方式1.手工方式2.手扶跟踪化数字方式3.扫描方式4.影像处理和信息提取方式5.数据通讯方式数据通讯方式联网方式下，信息系统内部各子系统之间以及与其它信息系统之间实现信息交流和信息共享的主要方式。第一节第一节 数据采集方式数据采集方式1.1.图形数字化图形数字化2.数据的编辑3.拓扑关系生成4.基本量算5.数据结构转换6.地理数据库建立数据采集系统功能数据采集系统功能驱动数字化仪、扫描仪等数字化设备。对影像、图形、数字等多种形式、多方来源的信息实现自动、半自动或人工的数字化，建立空间数据库。1.图形数字化2.2.数据的编
4、辑数据的编辑3.拓扑关系生成4.基本量算5.数据结构转换6.地理数据库建立数据查询修改更新图形分割与拼接图形缩放比例尺转换数据采集系统功能数据采集系统功能1.图形数字化2.数据的编辑3.3.拓扑关系生成拓扑关系生成4.基本量算5.数据结构转换6.地理数据库建立大多数GIS系统都采用基于拓扑结构模型的GIS数据库，一些系统具有拓扑关系的自动生成功能，由矢量数据自动生成多边形，并根据相应的多边形内部点文件，生成多边形边界的左右多边形信息并识别岛状多边形，大大减少了编辑工作量。数据采集系统功能数据采集系统功能1.图形数字化2.数据的编辑3.拓扑关系生成4.4.基本量算基本量算5.数据结构转换6.地理
5、数据库建立1质心量算 对地理分布变化的跟踪；计算目标物对周围地区的经济辐射范围。例如，应用质心量测分析人口变迁、经济增长级等。2几何量算 自动快速的计算三维目标的表面积、体积，各类多边形的的周长、面积，各类线段的曲率、方向，以及点状物体的坐标等。如公路、铁路线的长度，各种土地类型的面积量算，道路设计中的土石方量算等。数据采集系统功能数据采集系统功能1.图形数字化2.数据的编辑3.拓扑关系生成4.基本量算5.5.数据结构转换数据结构转换6.地理数据库建立矢量数据-栅格数据栅格数据-矢量数据二值化细化填充空隙矢量追踪矢量数据数据采集系统功能数据采集系统功能1.图形数字化2.数据的编辑3.拓扑关系生
6、成4.基本量算5.数据结构转换6.6.地理数据库建立地理数据库建立地理数据库四种方式:1.全部采用文件管理 2.文件结合关系数据库管理 3.全部采用关系数据库管理 4.重新设计具有空间数据和属性数据管理和分析功能的数据库系统（OODBMS）数据采集系统功能数据采集系统功能第三节第三节 地图数字化地图数字化一、手扶跟踪数字化一、手扶跟踪数字化 数字化仪组成、数字化方式、操作步骤二、扫描矢量化二、扫描矢量化 扫描仪原理、处理流程、操作方式 数字化仪示意图 底座底座感应板感应板定标器定标器手扶跟踪数字化方法手扶跟踪数字化方法有效区域手扶跟踪数字化方法手扶跟踪数字化方法数字化仪板面组成示意数字化仪板面
7、组成示意图图1点方式点方式 每次定标器的键被按下，感应板发送一对坐标数据到计算机。2开关流方式开关流方式 在定标器上，每按下一次键，即将一组坐标数据发送到计算机。当用数字化来输入一条连续曲线是很有效。3连续流方式连续流方式 不论定标器的键是否按下，数字化仪每个一定的时间就向计算机发送坐标数据，即是不可控的。4增量方式增量方式 当定标器在感应板上移动某个距离，数字化仪就发送一对绝对坐标数据。数字化仪的工作方式数字化仪的工作方式操作方式操作方式手扶跟踪数字化方法手扶跟踪数字化方法1ASC格式格式 2二进制输出格式二进制输出格式数字化仪的工作方式数字化仪的工作方式输出格式输出格式手扶跟踪数字化方法手
8、扶跟踪数字化方法地图数字化的操作步骤地图数字化的操作步骤准备准备设置设置数字化数字化固定地图固定地图设置投影方式设置投影方式设置控制点设置控制点处理误差处理误差设置定标器按键设置定标器按键地图分幅地图分幅手扶跟踪数字化方法手扶跟踪数字化方法地图数字化的操作步骤地图数字化的操作步骤图像配准图像配准数字化数字化屏幕数字化方法屏幕数字化方法地图分层地图分层描图描图设置控制点设置控制点设置投影方式设置投影方式二值化细化矢量化冗余去除断线修复要素提取符号识别属性赋值扫描仪数字化方法地图扫描数据处地图扫描数据处理理影像处理和信息提取方式影像处理和信息提取方式GIS软件与遥感图像处理软件结合空间数据采集空间
9、数据采集属性数据的采集属性数据的采集 包括各类调查报告、文件、统计数据、实验数据包括各类调查报告、文件、统计数据、实验数据与野外调查的原始记录等，如人口数据、经济数据、与野外调查的原始记录等，如人口数据、经济数据、土壤成份、环境数据。土壤成份、环境数据。对于要输入属性库的属性数据，通过键盘直接键对于要输入属性库的属性数据，通过键盘直接键入或文件、表格、数据库导入。入或文件、表格、数据库导入。对于要直接记录到栅格或矢量数据文件中的属性对于要直接记录到栅格或矢量数据文件中的属性数据，则必须进行编码输入。数据，则必须进行编码输入。空间数据采集空间数据采集属性数据的采集属性数据的采集 国家资源与环境国
10、家资源与环境信息系统规范在信息系统规范在“专专业数据分类和数据项业数据分类和数据项目建议总表目建议总表”中，将中，将数据分为社会环境、数据分为社会环境、自然环境和资源与能自然环境和资源与能源三大类共源三大类共14小项，小项，并规定了每项数据的并规定了每项数据的内容及基本数据来源。内容及基本数据来源。属性数据的编码编码原则 系统性和科学性系统性和科学性：满足所涉及学科的科学分类方法，满足所涉及学科的科学分类方法，能反映出同一类型中不同的级别特点。能反映出同一类型中不同的级别特点。一致性：一致性：对代码所定义的同一专业名词、术语必须是对代码所定义的同一专业名词、术语必须是唯一的。唯一的。标准化和通
11、用性标准化和通用性：有国家或行业标准的要按标准进行，：有国家或行业标准的要按标准进行，没有标准的必须考虑在有可能的条件下实现标准化没有标准的必须考虑在有可能的条件下实现标准化。简捷性：简捷性：在满足国家标准的前提下、每一种编码应该在满足国家标准的前提下、每一种编码应该是以最小的数据量载负最大的信息量。是以最小的数据量载负最大的信息量。可扩展性：可扩展性：编码的设置应留有扩展的余地，避免新对编码的设置应留有扩展的余地，避免新对象的出现而使原编码系统失效、造成编码错乱现象。象的出现而使原编码系统失效、造成编码错乱现象。属性数据的编码编码内容 登记部分：用来标识属性数据的序号，用来标识属性数据的序号
12、，可以是简单的连续编号，也可划分不同可以是简单的连续编号，也可划分不同层次进行顺序编码；层次进行顺序编码；分类部分：用来标识属性的地理特征，：用来标识属性的地理特征，可采用多位代码反映多种特征；可采用多位代码反映多种特征；控制部分：用来通过一定的查错算法，用来通过一定的查错算法，检查在编码、录入和传输中的错误，在检查在编码、录入和传输中的错误，在属性数据量较大情况下具有重要意义。属性数据量较大情况下具有重要意义。属性数据的编码编码方法 层次分类编码法：是按照分类对象的从属和层次关系为排列顺是按照分类对象的从属和层次关系为排列顺序的一种代码，它的优点是能明确表示出分类对象的类别，代码结构有严格序
13、的一种代码，它的优点是能明确表示出分类对象的类别，代码结构有严格的隶属关系。的隶属关系。耕地耕地71园地园地 72林地林地 73牧草地牧草地74居民点及公矿用地居民点及公矿用地 75交通用地交通用地75水域水域 76未利用地未利用地 77土地利用类型土地利用类型7有林地有林地 731灌木地灌木地 732疏林地疏林地733迹地迹地 735针叶树疏林地针叶树疏林地7331阔叶树疏林地阔叶树疏林地7332未成林林地未成林林地734属性数据的编码编码方法 多源分类编码法：对于一个特定的分类目标，根据诸多不同的对于一个特定的分类目标，根据诸多不同的分类依据分别进行编码，各位数字代码之间并没有隶属关系。分
14、类依据分别进行编码，各位数字代码之间并没有隶属关系。标 志 编 号 分 类123平原河过渡河山地河123常年河时令河消失河12通航河不通航河 123456树状河平行河筛状河辐射河扇形河迷宫河1234567主要河流 一级支 流 二级 三级 四级 五级 六级 七级12345河长：一组 1公里以下 二组 2公里以下 三组 5公里以下 四组10公里以下 五组10公里以上12345678河宽：一组 510 米 二组 1020 米 三组 2030 米 四组 3060 米 五组 60120米 六组120300米 七组300500米 八组500米以上1234567河流间的最短距离50米 50 100 米100
15、 200 米200 400 米400 500 米500 1000米10002000米数据处理的概念数据处理的概念空间数据处理的方法空间数据处理的方法空间数据的编辑处理空间数据的编辑处理数据处理的概念数据处理的概念一一、数据处理的概念、数据处理的概念二、数据处理的内容数据处理的内容三、三、数据处理的意义数据处理的意义对采集的各种数据，按照不同的方式方法对数踞进行编辑运算，清除数据沉余，弥补数据缺失，形成符合用户要求的数据文件格式数据处理的概念数据处理的概念一一、数据处理的概念、数据处理的概念二、数据处理的内容数据处理的内容三、三、数据处理的意义数据处理的意义数据编辑数据压缩数据变换数据格式转换空
16、间数据内插边沿匹配数据提取数据处理的概念数据处理的概念一一、数据处理的概念、数据处理的概念二、数据处理的内容数据处理的内容三、三、数据处理的意义数据处理的意义空间数据有序化检验数据质量实现数据共享提高资源利用效果1.平面坐标变换2.空间数据的压缩处理3.空间数据类型的转换4.空间数据插值5.数据提取空间数据处理的方法空间数据处理的方法平移变换平移变换 0yxP（x，y）P(x，y)xyx=x+xy=y+y空间数据处理的方法-平面坐标变换旋转变换旋转变换 yP（x，y）0 xP(x，y)x=xcos-y sin y=xsin+y cos空间数据处理的方法-平面坐标变换比例变换（图形缩放比例变换（
17、图形缩放）点可以通过对其P（x，y）坐标分别乘以各自的比例因子Sx和Sy来改变它们到坐标原点的距离。x=xSxy=ySyx=x0+(x-x0)Sx y=y0+(y-y0)Sy空间数据处理的方法-平面坐标变换地图投影变换地图投影变换 当系统使用的数据来自不同地图投影的图幅时，需要将一种投影的数字化数据转换为所需要投影的坐标数据地图投影变换正解变换反解变换数值变换通过建立两个投影的解析关系式，直接把一种投影坐标(x,y)(x,y)变换成另一种投影的坐标(X,Y)(X,Y)空间数据处理的方法-平面坐标变换地图投影变换地图投影变换 当系统使用的数据来自不同地图投影的图幅时，需要将一种投影的数字化数据转
18、换为所需要投影的坐标数据地图投影变换正解变换反解变换数值变换由一种投影的坐标(x,y)(x,y)反解出地理坐标（,)，然后再将地理坐标代入另一种投影公式中，求出该投影下的直角坐标（X,Y)X,Y)空间数据处理的方法-平面坐标变换地图投影变换地图投影变换 当系统使用的数据来自不同地图投影的图幅时，需要将一种投影的数字化数据转换为所需要投影的坐标数据地图投影变换正解变换反解变换数值变换根据两种投影在变换区内若干同名的坐标点，采用插值法、有限差分法、待定系数法等，实现不同投影之间的转换空间数据处理的方法-平面坐标变换 空间数据处理的方法-压缩处理数据压缩的数据压缩的目的目的 节省存贮空间 节省处理时
19、间数据压缩途径数据压缩途径压缩软件压缩软件:原数据信息基本不丢失而且可以大大节省存贮空间，缺点缺点是压缩后的文件必须在解压缩后才能使用数据消冗处理数据消冗处理:原数据信息不会丢失，得到的文件可以直接使用，缺点缺点是技术要求高，工作量大，对冗余度不大的数据集合效用小用数据子集代替数据全集用数据子集代替数据全集:在规定的精度范围内,从原数据集合中抽取一个子集，缺点缺点以信息损失为代价，换取空间数据容量的缩小空间数据处理的方法-压缩处理常见空间数据的压缩方法常见空间数据的压缩方法 曲线数据的压缩面域栅格数据的压缩 面域邻接线段的删除 特征点筛选法：特征点筛选法：筛选抽取曲线特征点，并删除全部多余点以
20、达到节省存贮空间的目的。空间数据处理的方法-压缩处理常见空间数据的压缩方法常见空间数据的压缩方法 曲线数据的压缩面域栅格数据的压缩 面域邻接线段的删除 通过压缩编码技术来消除冗余数据：链码游程长度编码块码四叉树编码空间数据处理的方法-压缩处理常见空间数据的压缩方法常见空间数据的压缩方法 曲线数据的压缩面域栅格数据的压缩 面域邻接线段的删除 数据属性的重新分类和空间图形的化简需要对数据进行压缩相邻界线的删除共同属性的合并空间数据处理的方法-压缩处理面域邻接线段的删除面域邻接线段的删除 空间数据处理的方法-压缩处理矢量向栅格转换网格尺寸的确定点的网格化直线网格化 多边形网格化 栅格向矢量转换 网格
21、尺寸的确定点的网格化直线网格化 多边形网格化 空间数据处理的方法-类型转换空间数据处理的方法-空间数据插值空间数据插值 1.离散空间：空间具有跳跃特征（土地利用类型），重要变化发生在边界上，边界内的变化则是均匀的，同质的，即在各个方面都是相同的。邻近元法：以最相邻近图元的特征值表征未知图元的特征值。2.连续空间：空间具有渐变特征（地形表面），内插技术必须采用连续的空间渐变模型实现这些连续变化，可用一种平滑的数学表面加以描述。这类技术可分为整体拟合和局部拟合技术两大类。整体拟合技术:拟合模型是由研究区域内所有采样点上的全部特征观测值建立的。通常采用的技术是整体趋势面拟合。这种内插技术一般用于模拟
22、大范围内的变化，而不能提供内插区域的局部特性 局部拟合技术则是仅仅用邻近的数据点来估计未知点的值，而不受局部范围外其它点的影响。这类技术包括双线性多项式内插、样条函数、移动拟合法等等。空间数据处理的方法-空间数据插值空间数据插值 空间数据的编辑处理空间数据的编辑处理空间数据编辑处理的目的是为了消除地图数字化过程中所产生的错误，以及将数字化数据重新组织以便得到进一步处理和使用的格式。一、图幅拼接处理一、图幅拼接处理二、地图输入出错处理二、地图输入出错处理三、图形要素重叠处理三、图形要素重叠处理空间数据的编辑与处理空间数据的编辑与处理q 空间数据编辑的必要性空间数据编辑的必要性修正数据输入错误修正
23、数据输入错误维护数据的完整性和一致性维护数据的完整性和一致性更新地理信息更新地理信息q 空间数据一般性错误空间数据一般性错误数据不完整、重复数据不完整、重复空间数据位置不正确空间数据位置不正确空间数据比例尺不准确空间数据比例尺不准确空间数据变形空间数据变形几何和属性连接有误几何和属性连接有误属性数据不完整属性数据不完整q 错误检查主要方法错误检查主要方法叠合比较法叠合比较法目视检查法目视检查法逻辑检查法逻辑检查法空间数据的编辑与处理方式空间数据的编辑与处理方式误差修正一般过程：设定容许值设定容许值 连接接点连接接点 重建拓扑关系重建拓扑关系空间数据的编辑与处理方式空间数据的编辑与处理方式边界匹
24、配（图幅接边）边界匹配（图幅接边）不同图幅的连接不同图幅的连接 自动、手工自动、手工第一种方法是小心地修第一种方法是小心地修改空间数据库中点和改空间数据库中点和矢量的坐标，以维护矢量的坐标，以维护数据库数据库的连续性；的连续性；第二种方法是先对准两第二种方法是先对准两幅图的一条边缘线，幅图的一条边缘线，然后再小心地调整其然后再小心地调整其它线段使其取得连续。它线段使其取得连续。数字化边界调整空间数据质量及其精度分析空间数据质量及其精度分析数据质量是空间数据在表达空间位置、专题特征以及时间这三 个基本要素时，所能够达到的准确性、一致性、完整性，以及它们三者之间统一性的程度。（1）误差(Error
25、)（2）数据的准确度(Accuracy)（3）数据的精密度(Resolution)（4）不确定性（Uncertainty)空间数据质量评价空间数据质量评价q数据情况说明q时间精度(现势性)q位置精度(几何精度)q分类精度(属性精度)q可靠性q逻辑的一致性、完整性q数据采集与编码方法误差的类型 源误差 操作误差 误差类型误差来源误差特征源误差数据年代；数据的空间覆盖范围；地图比例尺；观测密度数据的可访问性，数据格式；数据与用途的一致性；数据的采集处理费用明显、易探测由自然变化或原始测量引起的误差位置误差；属性误差：质量和数量方面的误差数据偏差：输入输出错误，观测者偏差，自然变化不明显难测定GIS
26、处理过程引起的误差计算机字长引起的误差拓扑分析引起的误差：逻辑错误、地图叠置操作分类与综合引起的误差：分类方法、分类间隔、内插方法复杂难探测源误差（与数据获取方法有关）测量数字数据的误差 地图数字化数据的误差 遥感数据误差测量数字数据的误差 控制测量误差 碎部测量误差 空中三角测量误差 测图误差地图数字化数据的误差 制图误差：控制点展绘误差、编绘误差、绘图误差、综合误差、地图复制误差、分色板套合误差、绘图材料的变形误差 数字化误差 遥感数据误差 数据获取误差 数据处理误差 数据分析误差 数据转换误差 人工判断误差 操作误差 由计算机字长引起的误差 由拓扑分析引起的误差 数据分类和内插引起的误差GIS空间操作中误差的传播空间操作中误差的传播 GIS空间操作：yf(xl，x2，.xn)算术运算和逻辑运算 空间数据质量的控制空间数据质量的控制 传统的手工方法 元数据方法 地理相关法 空间数据质量的控制环节空间数据质量的控制环节 数据预处理工作 数字化设备的选用 数字化对点精度(准确性)数字化限差 数据的精度检查
