Chp5空间数据采集与处理.

地理信息系统电子教案任课教师：姚晓军电子邮箱：[e-mail]西北师范大学地理与环境科学学院本章内容1.数据源2.数据采集3.数据编辑4.数据重构5.数据质量评价与控制6.数据入库数据源地图数据普通地图•普通地图是以相对平衡的详细程度表示地球表面上的自然地理和社会经济要素，主要表达居民地、交通网、水系、地貌、境界、土质和植被等。专题地图•专题地图着重反映一种或少数几种专题要素。数据源地图数据使用时需要注意的问题•地图存储介质的缺陷–地图多为纸质，在不同的存放条件下存在不同程度的变形，具体应用时，需对其进行纠正。•地图现势性较差–传统地图更新周期较长，造成地图的现势性不能完全满足实际需要。•地图投影的转换–使用不同投影的地图数据前，需先进行地图投影的转换。数据源遥感影像数据优势•能取得大面积的信息。•能得到综合信息。•数据更新快，能够进行大面积重复性观测。•适合于表示连续变化的地理现象。•大大加宽了人眼所能观察的光谱范围。数据源数据源数据源数据源数据源数据源数据源数据源数据源数据源数据源•玉树地震，2010年4月14日•MountEverestisthehighestmountainonEarth,rising29,029feetabovesealevel.ItislocatedontheborderofNepalandTibetintheHimalayanmountainrange.InTibetthemountainisknownasChomolungaandinNepalitiscalledSagarmatha.•Inthisimage,Vegetationappearsgreenandrockandsoilappearbrownintheimage.•ThisnaturalcolorLandsat5imagewascollectedonJune11,2005.•TheTaklimakanDesertinnorthwestChinaisavastregionofsanddesertsittinginadepressionbetweentwohigh,ruggedmountainranges.Seeninthistrue-colorMODISimagefromOctober27,2001,theTaklimakan'srollingsanddunesstretchoutoverabout125,000squaremilesintheXinjiangregionofChina.•TuckedbetweenthesteepslopesoftheMinShanandtheBailongRiverinnorthwestChina,thecityofZhouquhasapicturesquelocation.However,theintimidatingnaturalbeautyalsocarriesarisk.OnAugust8,2010,unusuallyintensemonsoonrainstriggereddevastatinglandslidesandfloodsthatburiedadenselypopulatedareainthecenterofthecity.AsofAugust17,China’sofficialnewsagencyreported1,270deathswith474peoplestillmissing.Thisdetailedimage,fromDigitalGlobe’sWorldView-2satellite,showsthelargestslideinthelowerpartofthecityonAugust10.ThickhazehoveredovereasternChinaonOctober20,2012.ThehazestretchedfromBeijingsouthward,coveringmuchofthecoastalplainborderingBoHaiandtheYellowSea.TheGeostationaryOperationalEnvironmentalSatellite13(GOES-13)capturedthisnatural-colorimageofHurricaneSandyat1:45p.m.EasternDaylightTime(17:45UniversalTime)onOctober28,2012.•中巴地球资源卫星是1988年中国和巴西两国政府联合议定书批准，由中、巴两国共同投资，联合研制的卫星（代号CBERS）。1999年10月14日，中巴地球资源卫星01星（CBERS-01）成功发射，在轨运行3年10个月；02星（CBERS-02）于2003年10月21日发射升空，目前仍在轨运行。•2004年中巴两国正式签署补充合作协议，启动资源02B星研制工作。2007年9月19日，卫星在中国太原卫星发射中心发射，并成功入轨，2007年9月22日首次获取了对地观测图像。此后两个多月时间里，有关单位完成了卫星平台在轨测试、有效载荷的在轨测试和状态调整及数据应用评价等工作，正式交付用户使用。2007年10月29日，国防科工委与国土资源部签署协议，国土资源部成为资源02B星的主用户。常用的中国卫星•环境与灾害监测预报小卫星星座A、B星(HJ-1A/1B星)于2008年9月6日上午11点25分在太原卫星发射中心成功发射，HJ-1-A星搭载了CCD相机和超光谱成像仪（HSI），HJ-1-B星搭载了CCD相机和红外相机（IRS）。常用的中国卫星•资源一号02C卫星（简称ZY-102C）于2011年12月22日成功发射。ZY-102C卫星重约2100公斤，设计寿命3年，搭载有全色多光谱相机和全色高分辨率相机，主要任务是获取全色和多光谱图像数据，可广泛应用于国土资源调查与监测、防灾减灾、农林水利、生态环境、国家重大工程等领域。•资源三号卫星于2012年1月9日成功发射。资源三号卫星重约2650公斤，设计寿命约5年。该卫星的主要任务是长期、连续、稳定、快速地获取覆盖全国的高分辨率立体影像和多光谱影像，为国土资源调查与监测、防灾减灾、农林水利、生态环境、城市规划与建设、交通、国家重大工程等领域的应用提供服务。数据源遥感影像数据使用时需要注意的问题•影像的纠正•影像的分辨率•影像的解译特征数据源实测数据实测数据主要指各种野外实验、实地测量所得数据。使用方式•通过转换输入GIS数据库。特点•精度较高•现势性较好数据源统计数据统计数据一般都是和一定范围内的统计单元或观测点联系在一起，因此采集这些数据时，要注意包括研究对象的特征值、观测点的几何数据和统计资料的基本统计单元。数据源共享数据数据共享已成为GIS技术的一个重要研究内容，已有数据的共享已成为GIS获取数据的重要来源之一。对已有数据的采用需注意数据格式的转换和数据精度、可信度的问题。数据源多媒体数据声音、录像等多媒体数据的主要功能是辅助GIS的分析和查询。文本资料数据文字报告立法文件数据源数据源选择时需要考虑的：是否能够满足系统功能的要求。所选数据源是否已有使用经验。系统成本。数据采集概念数据采集就是运用各种技术手段，通过各种渠道收集数据的过程。GIS数据采集空间数据的采集属性数据的采集数据采集——空间数据的采集野外数据采集平板测量•平板测量包括小平板和大平板测量，测量的产品都是纸质地图。全野外数字测图•全野外数据采集设备是全站仪加电子手簿或电子平板配以相应的采集和编辑软件。•包括数据采集、数据处理和地图数据输出3个阶段。空间定位测量•GPS、GLONASS、GALILEO、北斗数据采集——空间数据的采集地图数字化手扶跟踪数字化屏幕数字化扫描矢量化摄影测量方法遥感图像处理数据采集——属性数据的采集属性数据一般采用键盘输入。输入方式对照图形直接输入根据关键字从外部数据库中导入数据编辑图形数据编辑叠合比较法目视检查法逻辑检查法属性数据编辑逻辑检查人工校对数据重构数据结构转换矢量向栅格的转换栅格向矢量的转换数据格式的转换基于转换器的数据融合基于数据标准的数据融合基于公共接口的数据融合基于直接访问的数据融合数据重构——矢量向栅格的转换数据重构——矢量向栅格的转换数据重构——矢量向栅格的转换矢量向栅格转换处理的根本任务就是把点、线、面的矢量数据，转换成对应的栅格数据。这一过程称为栅格化。点的栅格化设矢量坐标点（x,y），转换后的栅格单元行列值为（I,J），则有式中，[]表示取整运算，dy和dx分别表示栅格的高和宽。minyyyIdminxxxJd数据重构——矢量向栅格的转换线的栅格化对于一条线段的栅格化，先使用点栅格化的方法，栅格化线段的两个端点，然后再栅格化线段中间的部分。•斜率小于1（△J△I）•斜率大于1（△J△I）数据重构——矢量向栅格的转换面的栅格化基于弧段数据的栅格化方法（拓扑结构的矢量数据）•对整个要进行栅格化的范围按行或按列扫描，对其中的任一条扫描线，求与所有矢量多边形的边界弧段的交点，记录其坐标；•采用点的栅格化方法求出交点的栅格坐标行列值，再根据弧段的左右多边形信息判断并记录交点左右多边形的数值；•对一行所有交点按其坐标x值从小到大进行排序，并参照左右多边形配对情况，逐段生成栅格数据。数据重构——矢量向栅格的转换面的栅格化基于弧段数据的栅格化方法（实体结构的矢量数据）•内点填充法•边界代数法•包含检验法数据重构——栅格向矢量的转换数据重构——栅格向矢量的转换栅格数据结构向矢量数据结构的转换又称为矢量化。矢量化的目的将扫描仪获取的图像栅格数据存入矢量形式的空间数据库将栅格数据进行数据压缩数据重构——栅格向矢量的转换基于图像数据的矢量化方法二值化细化跟踪数据重构——栅格向矢量的转换栅格数据的矢量化方法搜索多边形边界弧段相交处的节点；将搜索出的任一节点作为起始跟踪节点，沿栅格单元属性值不同的两个栅格单元之间进行多边形边界弧段跟踪，并记录每一步跟踪的坐标，直至另一个节点为止，完成一条边界弧段的矢量化；重复上述步骤，生成所有的边界弧段并将其连接组织成多边形。数据重构——数据格式的转换数据重构——基于转换器的数据融合在这种模式下，数据转换一般通过交换格式进行。例子：Tab(MapInfo)-E00-Coverage(ArcInfo)存在的问题数据转换过程复杂系统内部的数据格式需要公开数据重构——基于数据标准的数据融合这种方法采用一种空间数据的转换标准来实现多源GIS数据的融合。例子：SDTS(SpatialDataTransformationStandard)特点能处理多个数据集转换次数少系统内部的数据格式不需公开数据重构——基于公共接口的数据融合接口是大家都需要遵守并达成统一的标准，在接口中不仅要考虑数据格式和数据处理，而且还需要提供对数据处理应采用的协议。各个系统通过公共接口相互联系，而且允许各自系统内部数据结构和数据处理不相同。例子：OGC规范特点独立于具体平台转换技术高度抽象数据格式不需公开数据重构——基于直接访问的数据融合直接数据访问指在一个GIS软件中实现对其他软件数据格式的直接访问，用户可以使用单个GIS软件存取多种数据格式。例子：GeoMedia数据质量评价与控制空间数据质量的相关概念准确度（accuracy）•准确度是量测值与真值之间的接近程度，可用误差来衡量。精度（precision）•精度是指对现象描述的详细程度。不确定性（uncertainty）•不确定性是指对真值的认知或肯定的程度，是更广泛意义上的误差。•GIS的不确定性包括空间位置的不确定性、属性不确定性、时域不确定性、逻辑上的不一致性和数据的不完整性。数据质量评