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第八章GIS软件数据工程8.GIS软件数据工程本章是GIS软件工程极富有特色的部分,是GIS软件工程体现与一般软件工程区别最明显的内容。8.GIS软件数据工程这些内容包含空间数据的基本特征、测量尺度、来源、类型和表示方法;如何对GIS数据进行规范化和标准化;如何对地理信息如何进行分类和编码;以及GIS软件数据工程包含的数据预处理、数据采集、数据处理与数据库建立等阶段的内容。8.GIS软件数据工程8.1概述8.2空间数据的特征8.3GIS数据的规范化和标准化8.4地理信息的分类和编码8.5数据预处理8.6数据采集8.7数据处理与数据库建立8.1概述8.1.1GIS的数据源8.1.2数据源的审查过程8.1.3GIS数据组成和特点8.1.1GIS的数据源1.地图2.遥感影像数据3.统计数据4.实测数据5.数字数据6.各种文字报告和立法文件8.1.2数据源的审查过程8.1.3GIS数据组成和特点1.GIS数据组成–1)属性数据–2)空间数据–3)多媒体数据–4)文档数据8.1.3GIS数据组成和特点2.数据特点–1)来源广泛–2)数据性质差别大–3)数据存在强关联–4)数据更新快,历史数据丰富–5)一些数据具有法律意义–6)具有空间分散性和逻辑一致性要求8.1.3GIS数据组成和特点3.数据使用的特点–1)数据使用并发性强–2)用户数据需求差异大–3)共享性强–4)与并行系统紧密结合8.2空间数据的特征8.2.1空间数据的基本特征8.2.2空间数据的测量尺度8.2.3空间数据的来源8.2.4空间数据的类型和表示方法8.2.1空间数据的基本特征1.空间特征2.专题特征3.时间特征8.2.2空间数据的测量尺度由粗略至详细依次为:–命名或类型–次序–间隔–比例8.2.3空间数据的来源数据源大致分为:–原始数据(第一手数据)–处理加工后的数据(第二手数据)又可分为:–非电子数据–电子数据8.2.4空间数据的类型和表示方法1.空间数据的类型:–(1)类型数据。–(2)面域数据。–(3)网络数据。–(4)样本数据。–(5)曲面数据。–(6)文本数据。–(7)符号数据。8.2.4空间数据的类型和表示方法2.表示方法:–所有这些不同类型的数据都可以分为点、线、面三种不同的图形,并可以分别采用X、Y平面坐标,地理经纬度λ,φ,或者格网法表示。8.3GIS数据的规范化和标准化8.3.1统一的空间定位框架8.3.2统一的数据分类标准8.3.3统一的数据编码系统8.3.4统一的数据记录格式8.3.5统一的数据采集原则8.3.6统一的测试标准8.3.1统一的空间定位框架格网系统的划分:–基本格网–加密格网–合并格网–辅助格网8.3.2统一的数据分类标准首先,按照社会环境、自然环境、资源与能源三大类,作为第一层。其次,根据环境因素和资源类别的主要特征与基本差异,再划分为十四个二级类,作为第二层。第三,按每一个二级类包括的最主要的内容,作为第三级类别。最后,按照各个区域的地理特点和用户的需求,拟订区域的分类系统和每一专业类型的具体分类标准。8.3.3统一的数据编码系统在制定系统编码时,应遵守以下原则:–1)系统性–2)一致性–3)科学性–4)标准化–5)扩展性–6)适用性8.3.4统一的数据记录格式GIS常采用的数据记录格式包括:–多边形数据格式–栅格数据格式–影像数据格式8.3.5统一的数据采集原则1.只采集、存储基本的原始数据,不存储派生数据,根据应用的频度、实现最小的冗余。如在采集、建立DTM时,只存储地形高程值,不存储派生出的信息,如坡度、坡向等地形因子。2.各级统计部门提供的数据为最基本数据,当其他部门提供的数据与它有矛盾时,以统计部门的为准。3.统计部门未进行统计的指标,以各地最直接的专业部门提供的数据为准。8.3.5统一的数据采集原则4.当上级部门和下级部门提供的数据有出人时,以上级部门核准的数据为准。5.对未进行统计的数据,需经多个专家研究,取得与实际情况相符的数据。6.地理底图应以最新出版的实测地图为准,专题图最好采用比例尺一致的区域系列图作为图形库的基本数据。8.3.6统一的测试标准这是针对地理要素属性数据提出的。例如,大量的环境、土壤等数据,由于测试的标准不统一,造成其量纲的不同,使数据间没有可比性,则数据完全不能共享。因此,统一测试标准和量纲是属性数据与其他系统交换的必要条件之一。各种属性数据中的物理量的测试应按国家计量标准的测试方法和量纲来进行和表示。8.4地理信息的分类和编码8.4.1地理信息分类与编码的意义8.4.2地理信息分类与编码的原则8.4.3地理信息分类与编码的基本方法8.4.4地理实体的分类8.4.5地理实体属性数据的编码8.4.6地理信息实体的识别码结构8.4.7城市地理实体的识别码方案8.4.8图形数据分类与编码标准8.4.1地理信息分类与编码的意义地理信息分类码主要用于对数据进行存储、管理、检索和交换。在设计和建立GIS数据库时,将数据类型作为基本存储单元,一类或几类相关的数据构成一个数据层,从而利用分类码实现对数据的有效组织和存储。在采集数据时,利用分类码作为用户标识码(即ID)输人数据。8.4.1地理信息分类与编码的意义在维护管理数据库时,分类码可以用于检查数据的精度和完整性,对数据层进行调整或重新组织。当对数据进行修改补充和更新时,也需要利用分类码。8.4.2地理信息分类与编码的原则1.科学性2.系统性3.稳定性4.不受比例尺限制5.兼容性6.完整性和可扩展性7.适用性8.灵活性8.4.3地理信息分类与编码的基本方法1.线分类法2.面分类法8.4.4地理实体的分类1.地理实体与地理目标的类型–1)地理实体地理实体——地理数据库中的实体,是一种在现实世界中不能再划分为同类现象的现象。例如城市可看成一个地理实体,并可划分成若干部分,但这些部分不叫城市,只能称为区、街道之类。8.4.4地理实体的分类1.地理实体与地理目标的类型–1)地理实体地理目标——实体在地理数据库中的表示。地理目标的表示方法随比例尺、目的等情况的变化而变化。8.4.4地理实体的分类1.地理实体与地理目标的类型–2)地理实体的类型点状实体线状实体面状实体体状实体复杂实体8.4.4地理实体的分类1.地理实体与地理目标的类型–3)地理目标的类型0维1维2维3维8.4.4地理实体的分类1.地理实体与地理目标的类型–4)地理实体的描述编码位置类型行为属性说明关系8.4.4地理实体的分类1.地理实体与地理目标的类型–5)地理实体时间维的描述如果只是地理实体的属性数据在变化,那么,可以把不同时间的属性数据均记录下来,作为该地理实体的属性数据。8.4.4地理实体的分类2.几何数据的分类–矢量数据–栅格数据8.4.4地理实体的分类3.地理目标数据的分层–1)按专题分层–2)按时间序列分层8.4.5地理实体属性数据的编码1.属性数据的含义–属性数据时描述实体数据属性特征的数据。8.4.5地理实体属性数据的编码2.属性数据的分级–1.分级的基本原则–2.分级的基本方法8.4.5地理实体属性数据的编码3.属性数据的编码–1)代码的功能–2)编码的基本原则–3)代码的类型–4)GIS中代码的种类–5)编码方法举例8.4.6地理信息实体的识别码结构地理信息标识码编码原则与分类码编码原则基本一致。但应注意,标识码要保证在整个区域范围内惟一,且与要素实体一一对应,不允许出现多个标识码对应同一地理要素实体,或不同地理要素实体对应一个标识码的情况出现。8.4.7城市地理实体的识别码方案1.城市定位分区的划分与编号2.地块、宗地和建筑物识别码3.道路与路段识别码4.路口识别码5.综合管线标识码8.4.8图形数据分类与编码标准教材第320页8.5数据预处理8.5.1数据源的选择8.5.2比例尺的选择8.5.3图层的制定8.5.4预处理的基本内容8.5.5图幅数据的处理8.5.6空间数据的压缩处理8.5.7空间数据类型的转换8.5.1数据源的选择数据源选择应考虑以下几个方面:–1)数据源内容–2)数据源精度、质量–3)数据源现势性–4)数据源加工难易度–5)数据源介质–6)数据源形式8.5.2比例尺的选择选择的原则应以图面表示的内容能够满足系统对信息的需求为准。适量、合理的地形要素内容选择,避免冗余数据,可以使系统的信息数据管理速度达到最佳水平。8.5.3图层的制定根据软件系统的约定,进行数据图层分层设计。因数字化工作是较为繁琐的工作,所以,数据分层方案的设计恰当与否,直接关系到系统建立的进度和数字化生产的效率。8.5.3图层的制定一般情况下,在满足系统功能需求时应尽量以最少的数据分层进行数据组织,这一点对建立专题信息系统尤为重要。8.5.4预处理的基本内容1.现势更新2.专题地图转绘3.图面处理4.统计报表整理5.数据转换6.制作预处理图8.5.5图幅数据的处理图幅数据处理的目的是获得与地图直角坐标一致的数据,并且使得不同地图的投影坐标取得统一。图幅数据的处理就是图幅内x,y坐标数据的变换,它包括数字化坐标数据比例尺的变换、变形误差的消除、投影类型的转换,以及坐标的旋转和平移。8.5.6空间数据的压缩处理1.栅格数据的压缩2.图形数据的综合8.5.7空间数据类型的转换1.矢量向栅格的转换2.栅格向矢量的转换8.6数据采集8.6.1野外数据的采集方法8.6.2地图数据的采集方法8.6.3属性数据的采集方法8.6.4空间数据的检查8.6.1野外数据的采集方法1.GPS方法2.摄影测量方法3.测量数据8.6.2地图数据的采集方法1.手工方法2.手扶跟踪数字化3.自动扫描数字化8.6.3属性数据的采集方法1.键入法2.使用光学的字符识别技术3.在数字化或矢量化的过程中赋值4.人工编辑5.影像处理和信息提取6.数据通讯8.6.4空间数据的检查1.空间数据输入的误差2.空间数据的检查3.图形显示8.7数据处理与数据库建立8.7.1格式转换8.7.2图形单元的修改8.7.3图幅拼接8.7.4坐标转换8.7.5几何纠正8.7.6数据编辑处理8.7.7拓扑结构及拓扑关系的自动生成8.7.8数据库建立8.7.1格式转换格式转换分为二大类:–不同数据介质之间的转换,即它是将各种不同的源材料信息如地图、照片、各种文字及表格转换为计算机兼容的格式;–第二类是数据结构间的转换。而数据结构间的转换又包括同一数据结构不同组织形式间的转换和不同数据结构间的转换。8.7.2图形单元的修改当相邻的多边形的共同边界要数字化二次时,便会出现重叠和裂口,这便要在数字化以后进行修工和编辑,目前一些GIS软件采用弧结点数据库结构时便能避免这类错误,因为这种结构形式公共点和线只记录一次,如ARC/INFO。8.7.3图幅拼接在图幅完成坐标系统和编码方法的统一工作后,执行如下三步边缘匹配处理任务:–(1)通过图幅编号,识别和检索相邻图幅的数据。–(2)采用追踪拼接法进行相邻图幅边界点坐标数据的匹配。–(3)删除相同属性多边形的公共界线。8.7.4坐标转换在GIS中要对各不同投影进行坐标转换的原因是多方面的,最常见的情况有二种:–一种是输人的地图是一种投影,而要求输出的地图产物是另一种投影;–另一种是输人的底图是照片底图,而输出则要按一定比例的矢量方式。8.7.4坐标转换一般来说可通过原始影像坐标和订正后坐标之间的数字坐标转换来完成订正处理,计算两者相应坐标回归方程的多项式方法最为常用。8.7.5几何纠正图形数据在进入地理数据库之前还需进行几何纠正。这是为了纠正由纸张变形所引起的数字化数据的误差,直接关系到GIS数据的质量。几何纠正要以控制点的理论坐标和数字化坐标为依据来进行,最后应显示平差结果。8.7.6
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