第六章数据获取

第六章:数据获取§6.1概述§6.2地图数字化§6.3野外测量§6.4摄影测量与遥感§6.5数据共享§6.1概述一．数据获取的基本任务二．可获取的数据源三．实现方式一、数据获取的基本任务数据获取主要任务:通过各种手段获取工程需求的各种数据资料，并转换成GIS可以处理与接收的数据形式地理信息系统建设首先要进行的任务，包括空间数据和属性数据的获取与输入一、数据获取的基本任务GIS数据获取的5个基本步骤：①任务分析：结合具体的工程需要，确定必要的功能需要和数据需求，包括：范围、种类、内容、精度、可靠性等②资料收集与数据采集：根据任务分析的结果，有目的去搜集所需的数据③数据验证：无论通过什么途径获取的数据都必须经过验证，确认观测时间、观测精度、可靠性等④数据录入：收集的资料往往来自不同的部门、参照了不同的标准、产品的形式也是多种多样⑤数据处理：在有些情况下，录入数据需要进一步的处理，才能直接应用二、可获取的数据源地图数据遥感数据文本数据统计资料实测数据野外试验实地测量GPS多媒体数据外部数据库数据——通过SDE、ODBC(OpenDatabaseConnectivity，开放数据库互连)等转入二、可获取的数据源测绘部门的数据产品数字栅格地图（DigitalRasterGraphic，DRG）纸质地形图经扫描、纠正、图幅处理及数据压缩处理后，形成在内容、几何精度和色彩上与地形图保持一致的栅格文件本产品可作为背景用于数据参照或修测其他与地理相关的信息也可与DOM、DEM等数据集成使用，派生新的可视信息还可以绘制纸质地图，改变地图存储和印制的传统方式二、可获取的数据源测绘部门的数据产品数字线划地图（DigitalLineGraphic，DLG）矢量化形式的地形图或专题图其数据量小、便于分层，能快速生成专题地图能满足GIS进行各种空间分析的要求，被视为带有智能的数据，可随机地进行数据选取和显示，与其他几种产品叠加，便于分析、决策二、可获取的数据源测绘部门的数据产品数字正射影像图（DigitalOrthophotoMap，DOM）利用数字高程模型对扫描处理的数字化的航空相片/遥感相片（单色/彩色），经逐象元进行纠正，再按影像镶嵌，根据图幅范围剪裁生成的影像数据一般带有公里格网、图廓内/外整饰和注记的平面图二、可获取的数据源测绘部门的数据产品数字高程模型（DigitalElevationModel简称DEM）是在高斯投影平面上规则格网点平面坐标（x,y）及其高程（z）的数据集主要用途高程分析精度分析量测坐标、距离、面积、体积（挖填方）坡度、坡向分析通视性分析剖面图生成等高线生成叠加相关矢量数据和影像数据二、可获取的数据源第一手数据第二手数据非电子数据电子数据全站仪、GPS数据地球物理、地球化学遥感数据地图专题地图统计图表平板测量数据工程测量数据笔记航空、遥感相片人口普查社会经济调查各种统计资料已建各种数据库GIS数据二、可获取的数据源地图地面测量数据统计资料航空、遥感文字数据多媒体坐标几何数字化仪扫描仪摄影测量系统键盘空间数据库编辑处理数据交换三、实现方式空间数据键盘输入：对于数据量较小、已知地物精确坐标的情况下，可以采用键盘录入；也是录入属性数据的主要手段地图数字化：数字化仪跟踪数字化扫描数字化摄影测量与遥感数据处理数字测量野外调查数据共享……三、实现方式数字化设备：数字化仪、扫描仪、摄影测量设备特点：范围大，速度快使用范围：大面积GIS数据采集、资源普查等数字化仪扫描仪数字摄影测量工作站三、实现方式野外测量：大平板、全站仪、GPS、移动测绘系统特点：精度高、效率较低适合范围：小范围GIS数据采集或局部数据更新三、实现方式属性数据（1）与空间数据同时输入键码法直接输入法特征码清单法（2）单独输入文本文件或数据库中通过同一的识别符实现空间数据和属性数据的连接属性数据的采集-专业数据分类和数据项目建议总表国家资源与环境信息系统规范在“专业数据分类和数据项目建议总表”中，将数据分为社会环境、自然环境和资源与能源三大类共14小项，并规定了每项数据的内容及基本数据来源。三、实现方式§6.2地图数字化一、概述二、手扶跟踪数字化三、屏幕跟踪数字化(扫描矢量化)（1）影像配准（2）要素矢量化四、地图数字化的误差分析一、概述地图数字化：是将地图上的空间特征转化成为用数字形式表示数据的过程纸地图经过光——电转换量化为点阵数字图像（栅格图像）栅格图像矢量数据（地图矢量化）数字化手扶跟踪数字化（屏幕跟踪）扫描数字化一、概述原图预处理及扫描图像编辑、去除噪音要素矢量化编辑、检查坐标转换切边与接边拼图建立拓朴关系属性数据输入入库图像配准、编辑屏幕跟踪数字化流程图一、概述扫描矢量化手扶数字化工作量小大人员要求简单培训熟练技术人员精度较高一般输入时间少多编辑时间多少编辑时两种方式的对比二、手扶跟踪数字化1.通过数字化仪获取是一种最普通的传统方法利用手扶跟踪数字化仪可以输入点地物、线地物以及多边形边界的坐标输入非空间信息，如等高线的高度，地物的编码数值等等二、手扶跟踪数字化操作人员在数字化仪上点击一点或跟踪一条线段y=10x=5坐标被存入到GIS数据库中2.工作原理二、手扶跟踪数字化3.工作模式点方式（PointMode）——当录入人员按下游标(Puck)的按键时，向计算机发送一个点的坐标点状地物要素：必须使用点输入方式线和多边形地物：可以使用点方式，在输入时，输入者可以有选择地输入能够反映曲线的特征的采样点流方式（StreamMode）——当录入人员沿着曲线移动游标时，能够自动记录经过点的坐标(a)(b)距离流方式:当前接收的点与上一点距离超过一定阈值，记录该点；时间流方式:按照一定时间间隔对接收的点进行采样二、手扶跟踪数字化采用流方式录入曲线时，往往采集点的数目要多于点方式，造成数据量过大一个解决的方案是对记录的点进行实时采样，即尽管系统接收到了点的坐标，但是可以根据采样原则确定是否记录该点3.工作模式流模式原图预处理及设备准备参考点的选择地图控制点的选择手扶数字化编辑、检查坐标转换切边与接边拼图建立拓朴关系属性数据输入入库二、手扶跟踪数字化4.手扶跟踪数字化流程图二、手扶跟踪数字化5.注意事项(1)通讯和参数设置通讯参数，包括波特率、数据位、校验位、停止位等手扶跟踪数字化仪是通过RS-232（串口）接口与计算机进行连接的，为了能够进行正确的数据发送和接收，需要进行通讯参数的设置，坐标原点、分辨率、采点方式、数据格式等参数参数设置数字化仪的参数通常可以利用数字化板上的开关和菜单确定为了保证数据录入的正确，必须设置数字化软件的参数与数字化仪的一致二、手扶跟踪数字化5.注意事项(2)确定需要数字化内容大多数GIS软件对空间数据采用分层管理，所以要确定输入哪些图层，以及每个图层包含的具体内容(3)输入参考点：由于数字化过程不可能一次完成，在两次输入之间地图的位置可能相对于数字化板发生错动，这样前后两次录入的坐标就会偏移或旋转在每次录入之前，先输入至少三个定位点（TickMarks），或称为注册点（RegisterPoints），这些点相对于地图的位置是固定的，这样两次输入的内容就可以根据定位点坐标之间的关系进行匹配(a)(b)(c)(d)(e)(f)ABCd二、手扶跟踪数字化5.注意事项(4)曲线的采样简化在曲线上取有限个点，将其变为折线，一定程度保持原有形状Douglas-Peucker算法三、屏幕跟踪数字化目前最常用的数字化获取方法扫描得到的是栅格图像扫描后处理不作任何处理（DRG）影像配准矢量化主要内容：（1）地图扫描（2）影像配准（地理配准、Georeference）（3）要素矢量化三、屏幕跟踪数字化（1）地图扫描由于扫描仪扫描幅面一般小于地图幅面，因此大的纸地图需先分块扫描，然后进行相邻图对接当显示终端分辨率及内存有限时，拼接后的数字地图还要裁剪成若干个归一化矩形块对每个矩形块进行矢量化（Vectorization）处理后生成便于编辑处理的矢量地图，最后把这些矢量化的矩形图块合成为一个完整的矢量电子地图三、屏幕跟踪数字化（1）地图扫描扫描仪简介：它是一种将地图或图像按一定的分辨率一般转换成栅格格式数据的装置按辐射分辨率划分：二值扫描仪灰度扫描仪彩色扫描仪；按结构划分滚筒扫描仪平台扫描仪CCD摄像机（1）地图扫描扫描前准备①原图准备：首先要选择色调分明，线划实在而不膨胀的地图作为原图；其次要在图上精确划定数字化的范围，标出坐标原点最后要清理图面，如修净污点，连好线划上的断头。②记录格式：数字格式:也就是每个网格记录一个二进制数“0”或“1”，它适用于对黑白或彩色线划地图数字化连续格式:每个网格记录一个灰度值（0～255个灰阶），这适用于对像片数字化三、屏幕跟踪数字化（1）地图扫描扫描前准备③光孔孔径选择：孔径有好多规格：12.5μ×12.5、25μ×12.5μ、50μ×25μ、50μ×40μ、100μ×100μ、（μ(微米)=1/1000毫米）；用来控制网格的大小，也就是用以控制分辨率，孔径越小，网格就越小，分辨率就越高，数据量也就越大根据地图的精度要求，应选择具有一定的分辨率，数据量又不致过大的孔径，通常选择100μ×100μ（或50μ×40μ）的孔径，即地图上0.1毫米粗的线划一般只占1至2个网格。④坐标差计算：当原图经过定向，固定的在滚筒（或平台）上之后，要算出扫描仪原点和原图原点之差，以便控制记录装置三、屏幕跟踪数字化三、屏幕跟踪数字化（2）影像配准栅格数据通常是通过扫描纸质地图或采集航空及卫星照片获得通过扫描获取的影像不包含定义其地理空间位置所需的信息航空及卫星照片所使用的坐标系统相对于通用GIS平台软件所使用的坐标系统是独立的为了能够将这些影像数据与其它的数据集成，以便进行分析，需要事先将这些数据校准（配准）到一个指定的地图坐标系（2）影像配准影像配准的基本过程①选取控制点：在栅格图像中选取一定数目的控制点（既有在图像坐标系的坐标又有在地图坐标系的坐标）②坐标变换（求解二元多项式n次方程）③检查均方差（计算控制点误差）④重采样－矫正（Rectify）：生成新的影像文件（三种重采样算法）三、屏幕跟踪数字化三、屏幕跟踪数字化（2）影像配准①选取控制点可以是经纬线网格的交点、公里网格的交点或者一些典型地物的坐标数目取决于你打算使用哪一种数学方法来实现坐标转换.过多的控制点并不一定能够保证高精度的配准，要尽可能使控制点均匀分布于整个格格图像，而不是只在图像的某个较小区域选择控制点通常先在图像的四个角选择4个控制点，然后在中间的位置有规律地选择一些控制点能得到较好的效果（564000,2776000）（2）影像配准①选取控制点对每一个控制点，都需要输入其对应点在地理坐标系的坐标如果我们知道这些点在地理坐标系内坐标，则直接输入控制点的坐标值;如果不知道它们的坐标，则可以采用间接方法获取三、屏幕跟踪数字化矢量数据配准过的影像数据野外实测三、屏幕跟踪数字化（2）影像配准②坐标变换(Transformation)一旦你选取了足够的控制点,你就可以将栅格数据变换（或转换）到地图坐标系统下转换(Transformation)运用一种数学变换方法来重新确定栅格数据中每个像元的灰度值变换方法一次多项式：仿射（affine）多项式变换(Polynomial)仿射变换（1次多项式）（2）影像配准②坐标变换(Transformation)仿射变换数学关系式特性只考虑到x和y方向上的变形直线变换后仍为直线；平行线变换后仍为平行线；不同方向上的长度比发生变化对于仿射变换，只需知道不在同一直线上的三对控制点的坐标及其理论值，就可求得待定系数；但在实际使用时，往往利用4个以上的点进行纠正，利用最小