地理信息系統第四章數據采集與處理課件

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1、第四章空間數據采集與處理 學習目標了解GIS的數據采集方式掌握地圖數字化的方法、步驟掌握地圖數據的各種處理方法理解屬性數據編碼的深刻含義了解空間數據的壓縮處理的方法及優缺點重點：重點：數據采集方式和數字化方法，空間數據處理的概念、意義和方法。四、空間數據的壓縮處理一、數據采集方式二、地圖數字化三、地圖數據處理五、屬性數據輸入1.手工方式手工方式2.手扶跟蹤化數字方式3.掃描方式4.影像處理和信息提取方式5.數據通訊方式通過手工在計算機終端上輸入數據，主要是鍵盤輸入。主要用于屬性數據的輸入。第一節第一節 數據采集方式數據采集方式1.手工方式2.手扶跟蹤化數字方式手扶跟蹤化數字方式3.掃描方式4.

2、影像處理和信息提取方式5.數據通訊方式手扶跟蹤數字化儀是一種圖形數字化設備。生成矢量數據。第一節數據采集方式第一節數據采集方式數字化儀數字化儀第一節數據采集方式第一節數據采集方式1.手工方式2.手扶跟蹤化數字方式3.掃描方式掃描方式4.影像處理和信息提取方式5.數據通訊方式掃描儀是一種圖形、圖象輸入設備，可以快速地將圖形、圖象輸入計算機系統，是目前發展最快的數字化設備生成柵格數據。第一節第一節 數字采集方式數字采集方式小型掃描小型掃描儀儀工程掃描儀工程掃描儀第一節第一節 數據采集方式數據采集方式1.手工方式2.手扶跟蹤化數字方式3.掃描方式4.影像處理和信息提取方式影像處理和信息提取方式5.數

3、據通訊方式從遙感影像上直接提取專題信息。第一節第一節 數據采集方式數據采集方式1.手工方式2.手扶跟蹤化數字方式3.掃描方式4.影像處理和信息提取方式5.數據通訊方式數據通訊方式聯網方式下，信息系統內部各子系統之間以及與其它信息系統之間實現信息交流和信息共享的主要方式。第一節第一節 數據采集方式數據采集方式1.1.圖形數字化圖形數字化2.數據的編輯3.拓撲關系生成4.基本量算5.數據結構轉換6.地理數據庫建立數據采集系統功能數據采集系統功能驅動數字化儀、掃描儀等數字化設備。對影像、圖形、數字等多種形式、多方來源的信息實現自動、半自動或人工的數字化，建立空間數據庫。1.圖形數字化2.2.數據的編

4、輯數據的編輯3.拓撲關系生成4.基本量算5.數據結構轉換6.地理數據庫建立數據查詢修改更新圖形分割與拼接圖形縮放比例尺轉換數據采集系統功能數據采集系統功能1.圖形數字化2.數據的編輯3.3.拓撲關系生成拓撲關系生成4.基本量算5.數據結構轉換6.地理數據庫建立大多數GIS系統都采用基于拓撲結構模型的GIS數據庫，一些系統具有拓撲關系的自動生成功能，由矢量數據自動生成多邊形，并根據相應的多邊形內部點文件，生成多邊形邊界的左右多邊形信息并識別島狀多邊形，大大減少了編輯工作量。數據采集系統功能數據采集系統功能1.圖形數字化2.數據的編輯3.拓撲關系生成4.4.基本量算基本量算5.數據結構轉換6.地理

5、數據庫建立1質心量算 對地理分布變化的跟蹤；計算目標物對周圍地區的經濟輻射范圍。例如，應用質心量測分析人口變遷、經濟增長級等。2幾何量算 自動快速的計算三維目標的表面積、體積，各類多邊形的的周長、面積，各類線段的曲率、方向，以及點狀物體的坐標等。如公路、鐵路線的長度，各種土地類型的面積量算，道路設計中的土石方量算等。數據采集系統功能數據采集系統功能1.圖形數字化2.數據的編輯3.拓撲關系生成4.基本量算5.5.數據結構轉換數據結構轉換6.地理數據庫建立矢量數據-柵格數據柵格數據-矢量數據二值化細化填充空隙矢量追蹤矢量數據數據采集系統功能數據采集系統功能1.圖形數字化2.數據的編輯3.拓撲關系生

6、成4.基本量算5.數據結構轉換6.6.地理數據庫建立地理數據庫建立地理數據庫四種方式:1.全部采用文件管理 2.文件結合關系數據庫管理 3.全部采用關系數據庫管理 4.重新設計具有空間數據和屬性數據管理和分析功能的數據庫系統（OODBMS）數據采集系統功能數據采集系統功能第三節第三節 地圖數字化地圖數字化一、手扶跟蹤數字化一、手扶跟蹤數字化 數字化儀組成、數字化方式、操作步驟二、掃描矢量化二、掃描矢量化 掃描儀原理、處理流程、操作方式 數字化儀示意圖 底座底座感應板感應板定標器定標器手扶跟蹤數字化方法手扶跟蹤數字化方法有效區域手扶跟蹤數字化方法手扶跟蹤數字化方法數字化儀板面組成示意數字化儀板面

7、組成示意圖圖1點方式點方式 每次定標器的鍵被按下，感應板發送一對坐標數據到計算機。2開關流方式開關流方式 在定標器上，每按下一次鍵，即將一組坐標數據發送到計算機。當用數字化來輸入一條連續曲線是很有效。3連續流方式連續流方式 不論定標器的鍵是否按下，數字化儀每個一定的時間就向計算機發送坐標數據，即是不可控的。4增量方式增量方式 當定標器在感應板上移動某個距離，數字化儀就發送一對絕對坐標數據。數字化儀的工作方式數字化儀的工作方式操作方式操作方式手扶跟蹤數字化方法手扶跟蹤數字化方法1ASC格式格式 2二進制輸出格式二進制輸出格式數字化儀的工作方式數字化儀的工作方式輸出格式輸出格式手扶跟蹤數字化方法手

8、扶跟蹤數字化方法地圖數字化的操作步驟地圖數字化的操作步驟準備準備設置設置數字化數字化固定地圖固定地圖設置投影方式設置投影方式設置控制點設置控制點處理誤差處理誤差設置定標器按鍵設置定標器按鍵地圖分幅地圖分幅手扶跟蹤數字化方法手扶跟蹤數字化方法地圖數字化的操作步驟地圖數字化的操作步驟圖像配準圖像配準數字化數字化屏幕數字化方法屏幕數字化方法地圖分層地圖分層描圖描圖設置控制點設置控制點設置投影方式設置投影方式二值化細化矢量化冗余去除斷線修復要素提取符號識別屬性賦值掃描儀數字化方法地圖掃描數據處地圖掃描數據處理理影像處理和信息提取方式影像處理和信息提取方式GIS軟件與遙感圖像處理軟件結合空間數據采集空間

9、數據采集屬性數據的采集屬性數據的采集 包括各類調查報告、文件、統計數據、實驗數據包括各類調查報告、文件、統計數據、實驗數據與野外調查的原始記錄等，如人口數據、經濟數據、與野外調查的原始記錄等，如人口數據、經濟數據、土壤成份、環境數據。土壤成份、環境數據。對于要輸入屬性庫的屬性數據，通過鍵盤直接鍵對于要輸入屬性庫的屬性數據，通過鍵盤直接鍵入或文件、表格、數據庫導入。入或文件、表格、數據庫導入。對于要直接記錄到柵格或矢量數據文件中的屬性對于要直接記錄到柵格或矢量數據文件中的屬性數據，則必須進行編碼輸入。數據，則必須進行編碼輸入?？臻g數據采集空間數據采集屬性數據的采集屬性數據的采集 國家資源與環境國

10、家資源與環境信息系統規范在信息系統規范在“專專業數據分類和數據項業數據分類和數據項目建議總表目建議總表”中，將中，將數據分為社會環境、數據分為社會環境、自然環境和資源與能自然環境和資源與能源三大類共源三大類共14小項，小項，并規定了每項數據的并規定了每項數據的內容及基本數據來源。內容及基本數據來源。屬性數據的編碼編碼原則 系統性和科學性系統性和科學性：滿足所涉及學科的科學分類方法，滿足所涉及學科的科學分類方法，能反映出同一類型中不同的級別特點。能反映出同一類型中不同的級別特點。一致性：一致性：對代碼所定義的同一專業名詞、術語必須是對代碼所定義的同一專業名詞、術語必須是唯一的。唯一的。標準化和通

11、用性標準化和通用性：有國家或行業標準的要按標準進行，：有國家或行業標準的要按標準進行，沒有標準的必須考慮在有可能的條件下實現標準化沒有標準的必須考慮在有可能的條件下實現標準化。簡捷性：簡捷性：在滿足國家標準的前提下、每一種編碼應該在滿足國家標準的前提下、每一種編碼應該是以最小的數據量載負最大的信息量。是以最小的數據量載負最大的信息量?？蓴U展性：可擴展性：編碼的設置應留有擴展的余地，避免新對編碼的設置應留有擴展的余地，避免新對象的出現而使原編碼系統失效、造成編碼錯亂現象。象的出現而使原編碼系統失效、造成編碼錯亂現象。屬性數據的編碼編碼內容 登記部分：用來標識屬性數據的序號，用來標識屬性數據的序號

12、，可以是簡單的連續編號，也可劃分不同可以是簡單的連續編號，也可劃分不同層次進行順序編碼；層次進行順序編碼；分類部分：用來標識屬性的地理特征，：用來標識屬性的地理特征，可采用多位代碼反映多種特征；可采用多位代碼反映多種特征；控制部分：用來通過一定的查錯算法，用來通過一定的查錯算法，檢查在編碼、錄入和傳輸中的錯誤，在檢查在編碼、錄入和傳輸中的錯誤，在屬性數據量較大情況下具有重要意義。屬性數據量較大情況下具有重要意義。屬性數據的編碼編碼方法 層次分類編碼法：是按照分類對象的從屬和層次關系為排列順是按照分類對象的從屬和層次關系為排列順序的一種代碼，它的優點是能明確表示出分類對象的類別，代碼結構有嚴格序

13、的一種代碼，它的優點是能明確表示出分類對象的類別，代碼結構有嚴格的隸屬關系。的隸屬關系。耕地耕地71園地園地 72林地林地 73牧草地牧草地74居民點及公礦用地居民點及公礦用地 75交通用地交通用地75水域水域 76未利用地未利用地 77土地利用類型土地利用類型7有林地有林地 731灌木地灌木地 732疏林地疏林地733跡地跡地 735針葉樹疏林地針葉樹疏林地7331闊葉樹疏林地闊葉樹疏林地7332未成林林地未成林林地734屬性數據的編碼編碼方法 多源分類編碼法：對于一個特定的分類目標，根據諸多不同的對于一個特定的分類目標，根據諸多不同的分類依據分別進行編碼，各位數字代碼之間并沒有隸屬關系。分

14、類依據分別進行編碼，各位數字代碼之間并沒有隸屬關系。標 志 編 號 分 類123平原河過渡河山地河123常年河時令河消失河12通航河不通航河 123456樹狀河平行河篩狀河輻射河扇形河迷宮河1234567主要河流 一級支 流 二級 三級 四級 五級 六級 七級12345河長：一組 1公里以下 二組 2公里以下 三組 5公里以下 四組10公里以下 五組10公里以上12345678河寬：一組 510 米 二組 1020 米 三組 2030 米 四組 3060 米 五組 60120米 六組120300米 七組300500米 八組500米以上1234567河流間的最短距離50米 50 100 米100

15、 200 米200 400 米400 500 米500 1000米10002000米數據處理的概念數據處理的概念空間數據處理的方法空間數據處理的方法空間數據的編輯處理空間數據的編輯處理數據處理的概念數據處理的概念一一、數據處理的概念、數據處理的概念二、數據處理的內容數據處理的內容三、三、數據處理的意義數據處理的意義對采集的各種數據，按照不同的方式方法對數踞進行編輯運算，清除數據沉余，彌補數據缺失，形成符合用戶要求的數據文件格式數據處理的概念數據處理的概念一一、數據處理的概念、數據處理的概念二、數據處理的內容數據處理的內容三、三、數據處理的意義數據處理的意義數據編輯數據壓縮數據變換數據格式轉換空

16、間數據內插邊沿匹配數據提取數據處理的概念數據處理的概念一一、數據處理的概念、數據處理的概念二、數據處理的內容數據處理的內容三、三、數據處理的意義數據處理的意義空間數據有序化檢驗數據質量實現數據共享提高資源利用效果1.平面坐標變換2.空間數據的壓縮處理3.空間數據類型的轉換4.空間數據插值5.數據提取空間數據處理的方法空間數據處理的方法平移變換平移變換 0yxP（x，y）P(x，y)xyx=x+xy=y+y空間數據處理的方法-平面坐標變換旋轉變換旋轉變換 yP（x，y）0 xP(x，y)x=xcos-y sin y=xsin+y cos空間數據處理的方法-平面坐標變換比例變換（圖形縮放比例變換（

17、圖形縮放）點可以通過對其P（x，y）坐標分別乘以各自的比例因子Sx和Sy來改變它們到坐標原點的距離。x=xSxy=ySyx=x0+(x-x0)Sx y=y0+(y-y0)Sy空間數據處理的方法-平面坐標變換地圖投影變換地圖投影變換 當系統使用的數據來自不同地圖投影的圖幅時，需要將一種投影的數字化數據轉換為所需要投影的坐標數據地圖投影變換正解變換反解變換數值變換通過建立兩個投影的解析關系式，直接把一種投影坐標(x,y)(x,y)變換成另一種投影的坐標(X,Y)(X,Y)空間數據處理的方法-平面坐標變換地圖投影變換地圖投影變換 當系統使用的數據來自不同地圖投影的圖幅時，需要將一種投影的數字化數據轉

18、換為所需要投影的坐標數據地圖投影變換正解變換反解變換數值變換由一種投影的坐標(x,y)(x,y)反解出地理坐標（,)，然后再將地理坐標代入另一種投影公式中，求出該投影下的直角坐標（X,Y)X,Y)空間數據處理的方法-平面坐標變換地圖投影變換地圖投影變換 當系統使用的數據來自不同地圖投影的圖幅時，需要將一種投影的數字化數據轉換為所需要投影的坐標數據地圖投影變換正解變換反解變換數值變換根據兩種投影在變換區內若干同名的坐標點，采用插值法、有限差分法、待定系數法等，實現不同投影之間的轉換空間數據處理的方法-平面坐標變換 空間數據處理的方法-壓縮處理數據壓縮的數據壓縮的目的目的 節省存貯空間 節省處理時

19、間數據壓縮途徑數據壓縮途徑壓縮軟件壓縮軟件:原數據信息基本不丟失而且可以大大節省存貯空間，缺點缺點是壓縮后的文件必須在解壓縮后才能使用數據消冗處理數據消冗處理:原數據信息不會丟失，得到的文件可以直接使用，缺點缺點是技術要求高，工作量大，對冗余度不大的數據集合效用小用數據子集代替數據全集用數據子集代替數據全集:在規定的精度范圍內,從原數據集合中抽取一個子集，缺點缺點以信息損失為代價，換取空間數據容量的縮小空間數據處理的方法-壓縮處理常見空間數據的壓縮方法常見空間數據的壓縮方法 曲線數據的壓縮面域柵格數據的壓縮 面域鄰接線段的刪除 特征點篩選法：特征點篩選法：篩選抽取曲線特征點，并刪除全部多余點以

20、達到節省存貯空間的目的?？臻g數據處理的方法-壓縮處理常見空間數據的壓縮方法常見空間數據的壓縮方法 曲線數據的壓縮面域柵格數據的壓縮 面域鄰接線段的刪除 通過壓縮編碼技術來消除冗余數據：鏈碼游程長度編碼塊碼四叉樹編碼空間數據處理的方法-壓縮處理常見空間數據的壓縮方法常見空間數據的壓縮方法 曲線數據的壓縮面域柵格數據的壓縮 面域鄰接線段的刪除 數據屬性的重新分類和空間圖形的化簡需要對數據進行壓縮相鄰界線的刪除共同屬性的合并空間數據處理的方法-壓縮處理面域鄰接線段的刪除面域鄰接線段的刪除 空間數據處理的方法-壓縮處理矢量向柵格轉換網格尺寸的確定點的網格化直線網格化 多邊形網格化 柵格向矢量轉換 網格

21、尺寸的確定點的網格化直線網格化 多邊形網格化 空間數據處理的方法-類型轉換空間數據處理的方法-空間數據插值空間數據插值 1.離散空間：空間具有跳躍特征（土地利用類型），重要變化發生在邊界上，邊界內的變化則是均勻的，同質的，即在各個方面都是相同的。鄰近元法：以最相鄰近圖元的特征值表征未知圖元的特征值。2.連續空間：空間具有漸變特征（地形表面），內插技術必須采用連續的空間漸變模型實現這些連續變化，可用一種平滑的數學表面加以描述。這類技術可分為整體擬合和局部擬合技術兩大類。整體擬合技術:擬合模型是由研究區域內所有采樣點上的全部特征觀測值建立的。通常采用的技術是整體趨勢面擬合。這種內插技術一般用于模擬

22、大范圍內的變化，而不能提供內插區域的局部特性 局部擬合技術則是僅僅用鄰近的數據點來估計未知點的值，而不受局部范圍外其它點的影響。這類技術包括雙線性多項式內插、樣條函數、移動擬合法等等?？臻g數據處理的方法-空間數據插值空間數據插值 空間數據的編輯處理空間數據的編輯處理空間數據編輯處理的目的是為了消除地圖數字化過程中所產生的錯誤，以及將數字化數據重新組織以便得到進一步處理和使用的格式。一、圖幅拼接處理一、圖幅拼接處理二、地圖輸入出錯處理二、地圖輸入出錯處理三、圖形要素重疊處理三、圖形要素重疊處理空間數據的編輯與處理空間數據的編輯與處理q 空間數據編輯的必要性空間數據編輯的必要性 修正數據輸入錯誤修

23、正數據輸入錯誤 維護數據的完整性和一致性維護數據的完整性和一致性 更新地理信息更新地理信息q 空間數據一般性錯誤空間數據一般性錯誤 數據不完整、重復數據不完整、重復 空間數據位置不正確空間數據位置不正確 空間數據比例尺不準確空間數據比例尺不準確 空間數據變形空間數據變形 幾何和屬性連接有誤幾何和屬性連接有誤 屬性數據不完整屬性數據不完整q 錯誤檢查主要方法錯誤檢查主要方法 疊合比較法疊合比較法 目視檢查法目視檢查法 邏輯檢查法邏輯檢查法空間數據的編輯與處理方式空間數據的編輯與處理方式誤差修正一般過程：設定容許值設定容許值 連接接點連接接點 重建拓撲關系重建拓撲關系空間數據的編輯與處理方式空間數

24、據的編輯與處理方式邊界匹配（圖幅接邊）邊界匹配（圖幅接邊）不同圖幅的連接不同圖幅的連接 自動、手工自動、手工第一種方法是小心地修第一種方法是小心地修改空間數據庫中點和改空間數據庫中點和矢量的坐標，以維護矢量的坐標，以維護數據庫數據庫的連續性；的連續性；第二種方法是先對準兩第二種方法是先對準兩幅圖的一條邊緣線，幅圖的一條邊緣線，然后再小心地調整其然后再小心地調整其它線段使其取得連續。它線段使其取得連續。數字化邊界調整空間數據質量及其精度分析空間數據質量及其精度分析數據質量是空間數據在表達空間位置、專題特征以及時間這三 個基本要素時，所能夠達到的準確性、一致性、完整性，以及它們三者之間統一性的程度

25、。（1）誤差(Error)（2）數據的準確度(Accuracy)（3）數據的精密度(Resolution)（4）不確定性（Uncertainty)空間數據質量評價空間數據質量評價q數據情況說明q時間精度(現勢性)q位置精度(幾何精度)q分類精度(屬性精度)q可靠性q邏輯的一致性、完整性q數據采集與編碼方法誤差的類型 源誤差 操作誤差 誤差類型誤差來源誤差特征源誤差數據年代；數據的空間覆蓋范圍；地圖比例尺；觀測密度數據的可訪問性，數據格式；數據與用途的一致性；數據的采集處理費用明顯、易探測由自然變化或原始測量引起的誤差位置誤差；屬性誤差：質量和數量方面的誤差數據偏差：輸入輸出錯誤，觀測者偏差，自

26、然變化不明顯難測定GIS處理過程引起的誤差計算機字長引起的誤差拓撲分析引起的誤差：邏輯錯誤、地圖疊置操作分類與綜合引起的誤差：分類方法、分類間隔、內插方法復雜難探測源誤差（與數據獲取方法有關）測量數字數據的誤差 地圖數字化數據的誤差 遙感數據誤差測量數字數據的誤差 控制測量誤差 碎部測量誤差 空中三角測量誤差 測圖誤差地圖數字化數據的誤差 制圖誤差：控制點展繪誤差、編繪誤差、繪圖誤差、綜合誤差、地圖復制誤差、分色板套合誤差、繪圖材料的變形誤差 數字化誤差 遙感數據誤差 數據獲取誤差 數據處理誤差 數據分析誤差 數據轉換誤差 人工判斷誤差 操作誤差 由計算機字長引起的誤差 由拓撲分析引起的誤差 數據分類和內插引起的誤差GIS空間操作中誤差的傳播空間操作中誤差的傳播 GIS空間操作：yf(xl，x2，.xn)算術運算和邏輯運算 空間數據質量的控制空間數據質量的控制 傳統的手工方法 元數據方法 地理相關法 空間數據質量的控制環節空間數據質量的控制環節 數據預處理工作 數字化設備的選用 數字化對點精度(準確性)數字化限差 數據的精度檢查