61---第三章空间数据的采集和质量控制

地理信息系统原理GIS第三章空间数据的采集和质量控制§3-1概述§3-2空间数据的地理参照系和控制基础§3-3空间数据的分类和编码§3-4空间数据的采集§3-5GIS的数据质量§3-6空间数据标准一、GIS的数据源二、空间数据采集的任务三、研究数据质量的目的和意义一、地理空间的定义二、地理空间的数学建构三、地理参照系四、GIS的地理基础五、地图投影一、空间数据的组织二、地理数据的分层三、分类与编码一、输入前准备二、几何数据的采集三、属性数据采集四、属性和几何数据的连接五、空间数据的编辑和检核一、GIS的数据质量的内容二、GIS数据质量的评价方法三、数字化误差评价和质量控制四、数据处理中的质量评价地理信息系统原理GIS§3-1概述现实世界文字报告、遥感图象等数字化仪扫描仪解析测图仪键盘等编辑、接边、分层、图形与属性连接、加注记等空间数据库数据源?如何采集?质量如何?地理信息系统原理GIS一、GIS的数据源：§3-1概述地图数据，遥感数据，文本数据，统计数据实测数据，多媒体数据，已有系统的数据GIS的数据质量是指GIS中空间数据(几何数据和属性数据)的可靠性，通常用空间数据的误差来度量。误差是指数据与真值的偏离。研究GIS数据质量对于评定GIS的算法、减少GIS设计与开发的盲目性都具有重要意义。精度越高，代价越大。GIS数据质量对保证GIS产品的可靠性有重要意义。二、空间数据采集的任务三、研究GIS数据质量的目的和意义将现有的上述类型数据转换成GIS可以处理与接收的数字形式，通常要经过验证、修改、编辑等处理。地理信息系统原理GIS§3-2空间数据的地理参照系和控制基础一、地理空间（GeographicSpace）的定义指物质、能量、信息的存在形式在形态、结构过程、功能关系上的分布方式和格局及其在时间上的延续，具体包括地球上大气圈、水圈、生物圈、岩石圈和土壤圈交互作用的区域。地理空间具体被描述为：1）绝对空间:具有属性描述的空间位置的集合，一系列坐标值组成。2）相对空间:是具有空间属性特征的实体的集合，由不同实体之间的空间关系组成。返回地理信息系统原理GIS二、地理空间的数学建构---如何建立地球表面的几何模型包括海洋底部、高山、高原在内的固体地球表面，起伏不定，难以用一个简洁的数学式描述。§3-2地理参照系和控制基础1、最自然的面：2、相对抽象的面，即大地水准面地球表面72%被海水覆盖，假设一个当海水处于完全静止的平衡状态时从海平面延伸到所有大陆下部，而与地球重力方向处处正交的一个连续、闭合的水准面。可用水准仪完成地球自然表面上任一点的高程测量。但地球的重力方向处处不同，处处与重力方向垂直的大地水准面显然不可能是一个十分规则的表面，且不能用简单的数学公式来表达，因此，大地水准面不能作为测量成果的计算面。为了测量成果计算的需要，选用一个同大地体相近的、可以用数学方法来表达的旋转椭球来代替地球---三轴椭球体。3、椭球体模型abc返回地理信息系统原理GIS三、地理参照系1、经纬度坐标系（地理坐标）对空间定位有利，但难以进行距离、方向、面积量算。2、笛卡儿平面坐标系便于量算和进一步的空间数据处理和分析。地图投影§3-2地理参照系和控制基础椭球体模型返回地理信息系统原理GIS•3、高程系统•采用不同的基准面表示地面点的高低所产生的几种不同的高程表示法，或者对水准测量数据采取不同的处理方法所产生的几种高程表示法。有正高、正常高、力高和大地高程等系统。高程基准面基本上有两种：一是大地水准面，它是正高和力高的基准面；二是椭球面，它是大地高程的基准面。此外，为了克服正高不能精确计算的困难还采用正常高，以似大地水准面为基准面，它非常接近大地水准面。地理信息系统原理GIS四、GIS的地理基础--控制基础各种GIS的数据源、服务目的和各自特征可以不同，但均有自身统一的地理基础。§3-2地理参照系和控制基础3、统一的地图投影系统的意义：为地理信息系统选择和设计一种或几种适用的地图投影系统和网格坐标系统，为各种地理信息的输入、输出及匹配处理提供一个统一的定位框架，使各种来源的地理信息和数据能够具有共同的地理基础，并在这个基础上反映出它们的地理位置和地理关系特征。地理基础是地理信息数据表示格式与规范的重要组成部分统一的地图投影系统统一的地理格网坐标系统（地理参照系）统一的地理编码系统2、投影与坐标系：每一种投影都与一个坐标系统相联系。坐标系统是一套说明某一物体地理坐标的参数，参数之一为投影。投影关系着如何将图形物体显示于平面上，而坐标系统则显示出地形地物所在的相对位置。1、地理基础的内容地理信息系统原理GIS五、地图投影1、GIS与地图投影关系§3-2地理参照系和控制基础地理基础(地图投影)数据输出（具有相应投影的地图）数据获取（不同投影的地图）数据标准化预处理（按某一参照系数字化）数据存储（统一的坐标基础）数据处理（投影转换）数据应用（检索查询、覆盖分析等）地理信息系统原理GIS2、GIS中地图投影设计与配置的一般原则1）所配置的投影系统应与相应比例尺的国家基本图（基本比例尺地形图，基本省区图或国家大地图集）投影系统一致。2）系统一般只考虑至多采用两种投影系统，一种应用于大比例尺的数据处理与输出、输入，另一种服务于小比例尺。3）所用投影以等角投影为宜。等角投影---在一定范围内，投影面上任何点上两个微分线段组成的角度投影前后保持不变的一类投影。也叫正形投影。是角度和形状保持正确的投影，也称正形投影。等角投影的经纬线正交，即成90°，图上任意两个方向的夹角与实地相对应的角度相等。等角投影的缺点是面积变形比其他投影大，只有在小面积内可保持形状和实际相似。用等角投影编制的地图有航海图、洋流图等。4）所用投影应能与网格坐标系统相适应，即所采用的网格系统（特别是一级网格）在投影带中应保持完整。§3-2地理参照系和控制基础地理信息系统原理GIS3、我国GIS常用的地图投影配置采用与我国基本图系列一致的地图投影系统：我国常用的地图投影的情况为：1)、我国基本比例尺地形图(1：100万、1：50万、1：25万、1：10万、1：5万、1：2.5、1：1万、1：5000),除1：100万外均采用高斯—克吕格投影为地理基础；2)、我国1：100万地形图采用了Lambert投影，其分幅原则与国际地理学会规定的全球统一使用的国际百万分之一地图投影保持一致。3)、我国大部分省区图以及大多数比例尺的地图也多采用Lambert投影和属于同一投影系统的Albers投影(正轴等面积割圆锥投影)；4)、Lambert投影中，地球表面上两点间的最短距离表现为近于直线，这有利于地理信息系统中空间分析量度的正确实施。。§3-2地理参照系和控制基础地理信息系统原理GIS§3-3空间数据的分类和编码分层区域分块空间数据库GIS应用大范围地理区域合理组织面向对象组织矩形分块经纬度分块一、空间数据的组织返回地理信息系统原理GIS二、地理数据的分层空间数据可按某种属性特征形成一个数据层，通常称为图层（Coverage）。1、空间数据分层方法：1）专题分层每个图层对应一个专题，包含某一种或某一类数据。如地貌层、水系层、道路层、居民地层等。2）时间序列分层即把不同时间或不同时期的数据作为一个数据层。3）地面垂直高度分层把距离地表不同高度的数据作为一个数据层。专题分层时间序列Z§3-3空间数据的分类和编码地理信息系统原理GIS2、空间数据分层的目的便于空间数据的管理、查询、显示、分析等。1）空间数据分为若干数据层后，对所有空间数据的管理就简化为对各数据层的管理，而一个数据层的数据结构往往比较单一，数据量也相对较小，管理起来就相对简单；2）对分层的空间数据进行查询时，不需要对所有空间数据进行查询，只需要对某一层空间数据进行查询即可，因而可加快查询速度；3）分层后的空间数据，由于便于任意选择需要显示的图层，因而增加了图形显示的灵活性；4）对不同数据层进行叠加，可进行各种目的的空间分析。§3-3空间数据的分类和编码返回地理信息系统原理GIS三、空间数据的分类与编码分类、编码点、线、面特征码、坐标信息世界§3-3空间数据的分类和编码地理信息系统原理GIS1、属性数据编码§3-3空间数据的分类和编码在属性数据中，有一部分是与几何数据的表示密切有关的。例如，道路的等级、类型等，决定着道路符号的形状、色彩、尺寸等。在GIS中，通常把这部分属性数据用编码的形式表示，并与几何数据一起管理起来。编码：是指确定属性数据的代码的方法和过程。代码：是一个或一组有序的易于被计算机或人识别与处理的符号，是计算机鉴别和查找信息的主要依据和手段。编码的直接产物就是代码，而分类分级则是编码的基础。地理信息系统原理GIS2、分类编码的原则分类是将具有共同的属性或特征的事物或现象归并在一起，而把不同属性或特征的事物或现象分开分类是人类思维所固有的一种活动，是认识事物的一种方法。分类的基本原则是：科学性、系统性、可扩性、实用性、兼容性、稳定性、不受比例尺限制、灵活性§3-3空间数据的分类和编码地理信息系统原理GIS3、分类码和标识码§3-3空间数据的分类和编码资料来源于张超主编的《地理信息系统实习教程》所配光盘地理信息系统原理GIS4、分类码示例§3-3空间数据的分类和编码资料来源于张超主编的《地理信息系统实习教程》所配光盘地理信息系统原理GIS5、标识码示例§3-3空间数据的分类和编码C1492资料来源于张超主编的《地理信息系统实习教程》所配光盘地理信息系统原理GIS§3.4空间数据的采集1、资料准备，区域标定1）基础原始数据的确定2）数据分类项目的确定3）数据标准的准确性的确定2、进行三个统一：（地理基础统一，即确定投影、比例尺、分类分级编码）3、所用软件的检查、试用菜单准备及其它辅助工作。4、硬件检查。5、精度试验。6、试验，样区、单项试验。一、输入前准备返回地理信息系统原理GIS二、几何图形数据的采集（三）扫描矢量化§3.4空间数据的采集（四）解析测图法（五）已有数据转入（一）手工数字化（二）数字化仪数字化地图数字化地理信息系统原理GIS地图数字化§3.4空间数据的采集确定数字化路线地图预处理返回等资料来源于张超主编的《地理信息系统实习教程》所配光盘三、属性数据的采集地理信息系统原理GIS1、手工矢量数字化§3.4空间数据的采集2、手工栅格数字化（一）手工数字化资料来源于张超主编的《地理信息系统实习教程》所配光盘地理信息系统原理GIS2、手工栅格数字化§3.4空间数据的采集返回（一）手工数字化资料来源于张超主编的《地理信息系统实习教程》所配光盘地理信息系统原理GIS（二）数字化仪数字化§3.4空间数据的采集用数字化软件进行数字化1、流程：资料来源于张超主编的《地理信息系统实习教程》所配光盘地理信息系统原理GIS2、用数字化软件进行数字化§3.4空间数据的采集返回（二）数字化仪数字化资料来源于张超主编的《地理信息系统实习教程》所配光盘地理信息系统原理GIS（三）扫描矢量化§3.4空间数据的采集扫描转换拼接子图块裁剪地图屏幕跟踪矢量化矢量图合成、接边矢量图编辑纸质地图空间数据库1、扫描矢量化处理流程：地理信息系统原理GIS2、屏幕跟踪矢量化流程：§3.4空间数据的采集准备扫描图像栅格图像配准新建数字化图层屏幕跟踪矢量化地图选择投影和单位输入控制点编辑控制点（三）扫描矢量化地理信息系统原理GIS三、属性数据采集1、键盘，人机对话方式2、程序批量输入。§3.4空间数据的采集a1a2001002001002程序空间数据库四、属性和几何数据的连接1、可手工输入2、由系统自动生成(如用顺序号代表标识符)标识码属性数据几何数据地理信息系统原理GIS五、空间数据的编辑和检核1、空间数据输入的误差。1）几何数据的不完整或重复。2）几何数据的位置不正确。3）比例尺不正确。4）变形。5）几何数据与属性数据的连接有误。6）属性数据错误、不完整。键盘输入错误，漏输数据或属性错误分类、编码等。§3.4空间数据的采集2、空间数据的检查地理信息系统原理GIS21）