第五讲空间数据的采集资料

第五讲空间数据的采集现实世界文字报告、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?内容5.1空间数据采集在GIS中的地位5.2空间数据采集的主要内容与任务5.3GIS的数据来源5.4空间数据采集5.5采集过程中常出现的误差和错误5.1空间数据采集在GIS中的地位空间数据的采集是指将非数字化形式的各种信息通过某种方法数字化，并经过编辑处理，变成系统可以存储管理和分析的形式。空间数据的采集主要包括属性数据和图形数据的采集-对于属性数据的采集经常是通过键盘直接输入；-图形数据的采集实际上就是图形数字化的过程。GIS的核心是地理数据库，建立gis的第一步就是对有关空间实体的几何数据和属性数据进行合理的组织，形成地理数据库，这个过程也就是gis的数据采集。地理信息系统的价值及其功能在很大程度上取决于系统内所包含的地理空间数据的内容与质量以数据为处理线索硬件∶软件∶数据=1∶2∶7汽油数据GIS技术数据核心数据是GIS的血液•数字线划数据•影像数据•数字高程模型•地物的属性数据5.2空间数据采集的主要内容与任务主要内容-空间图形数据的采集-非空间属性数据的采集-空间数据和非空间数据的连接主要任务-将现有的地图、外业观测成果、航空像片、遥感图片数据、文本资料等转换成GIS可以接受的数字形式-数据库入库之前进行验证、修改、编辑等处理，保证数据在内容和逻辑上的一致性-不同的数据来源要用到不同的设备和方法-数据的转换装载-数据处理：几何纠正、图幅拼接、拓扑生成等5.3GIS数据来源统计数据地图存储介质、现势性、投影转换遥感、航空影象和数据分辨率、变形规律、纠正、解译特征地面测量数字数据格式、精度多媒体，辅助GIS空间分析和查询GIS空间数据GIS数据可以概括为五类数字线划图（DLG,DigitalLineGraph）数字正射影像（DOM,DigitalOrthographMap）数字高程模型（DEM,DigitalElevationModel）数字栅格地图（DRG,DigitalRasterGraph）地物的属性数据（Attribute）空间数据的元数据（Metadata）４D产品数据源分类-图形图像数据：-地图-工程图-规划图-照片-航空与遥感影像等-文字数据：-调查报告-文件-统计数据-实验数据-野外调查的原始记录等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数据空间数据初步处理1）已有电子数据-----2）纸质地图-----------3）遥感数据-----------4）实地勘测数据-----5）其他统计资料及文本数据-----数据转换手扶跟踪数字化、扫描矢量化、鼠标录入遥感解译GPS定位仪等仪器测量键盘录入地图是重要的信息源。这不仅是因为地图的内容直观与丰富，而且是由于在地理信息系统诞生以前，地图是表示空间与非空间信息强有力的手段，从某种意义上说，一册完备的专题地图集是一个很好的人工操作地理信息系统。遥感影像是地理信息系统中一个极其重要的数据源。它具有下列一些特点：-①能取得大面积、综合的信息；-②速度快；-③降低数据储存冗余和不连续性；-④能提供各类专题所需要的信息。文字数据主要用来描述空间对象的属性，比如人口数据、经济数据、土壤成份、环境数据确定应用哪些类型的数据是由系统的功能所确定的。例如要建立一个土地的适宜性和承载力的信息系统，所需要的数据有地形、土壤类型、降雨、地下水位、运输条件等。5.4空间数据采集GIS需要输入两方面的数据，即图形数据与属性数据。为此需进行三方面的工作，即图形数据的采集、属性数据的采集和图形数据与属性数据的连接。图形数据的采集（一）、手工键盘输入1输入矢量数据输入坐标值2输入栅格数据按行列号输入各象元的属性输入方法简单，对设备要求低效率低，工作烦琐（二）、手扶跟踪数字化仪输入手扶跟踪数字化仪,根据其采集数据的方式分为机械式、超声波式和全电子式三种,其中全电子式数字化仪精度最高，应用最广。按照其数字化版面的大小可分为A0、A1、A2、A3、A4等。通向计算机接口叉丝游标按扭电磁感应板图形数据的采集数字化过程-把待数字化的图件固定在图形输入板上，首先用鼠标器输入图幅范围和至少四个控制点的坐标，随后即可输入图幅内各点、曲线的坐标。-通过数字化仪采集数据数据量小，数据处理的软件也比较完备，但由于数字化的速度比较慢，工作量大，自动化程度低，数字化的精度与作业员的操作有很大关系，所以，目前很多单位在大批量数字化时，已不再采用它。（三）、扫描仪输入扫描仪简介-扫描仪是直接把图形(如地形图)和图象(如遥感影象、照片)扫描输入到计算机中，以象素信息进行存储表示的设备。-按其所支持的颜色分类，可分为单色扫描仪和彩色扫描仪；-按所采用的固态器件又分为电荷耦合器件(CCD)扫描仪、MOS电路扫描仪、紧贴型扫描仪等；-按扫描宽度和操作方式分为大型扫描仪、台式扫描仪和手动式扫描仪。-扫描仪的分辨率是指在原稿的单位长度(英寸)上取样的点数，单位是dpi，常用的分辨率有300-1000dpi之间。扫描图象的分辨率越高，所需的存储空间就越大。现在多数扫描仪都提供了可选择分辨率的功能。对于复杂图象，可选用较高的分辨率；对于较简单的图象，就选择较低的分辨率。图形数据的采集小型扫描仪工程扫描仪主要工具是扫描仪和矢量化软件扫描仪分为栅格扫描仪和矢量扫描仪1、栅格扫描仪法扫描得到的是栅格数据，从栅格图象中提取点、线、面及文字信息，这一过程包括去除噪音、线的细化等。此后的处理需借助人机交互实现，如断线的连接、属性码的添加等，此类处理俗称“抬头数字化”。纸地图扫描转换拼接子图块裁剪地图矢量图编辑矢量图合成图像处理矢量化屏幕跟踪矢量化流程：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扫描过程-扫描时，必须先进行扫描参数的设置（具体扫描界面如图5-3所示），包括：-a、扫描模式的设置，（分二值、灰度、彩色），对地形图的扫描一般采用二值扫描，或灰度扫描。对彩色航片或卫片采用彩色扫描，对黑白航片或卫片采用灰度扫描。-b、扫描分辨率的设置，根据扫描要求，对地形图的扫描一般采用300dpi或更高的分辨率。-c、针对一些特殊的需要，还可以调整亮度、对比度、色调、GAMMA曲线等。-d、设定扫描范围。-通过扫描获得的是栅格数据，数据量比较大。如一张地形图采用300dpi灰度扫描其数据量就有20兆左右。除此之外，扫描获得的数据还存在着噪声和中间色调像元的处理问题。-噪声是指不属于地图内容的斑点污渍和其它模糊不清的东西形成的像元灰度值。-噪音范围很广，没有简单有效的方法能加以完全消除，有的软件能去除一些小的脏点，但有些地图内容如小数点等和小的脏点很难区分。-对于中间色调像元，则可以通过选择合适的阈值选用一些软件如Photoshop等来处理。-一般对获得的栅格数据还要进行一些后续处理如图象纠正、矢量化-扫描输入因其输入速度快、不受人为因素的影响、操作简单而越来越受到大家的欢迎，再加之计算机运算速度、存储容量的提高和矢量化软件的踊跃出现，使得扫描输入已成为图形数据输入的主要方法。•全自动矢量化•半自动矢量化（交互式）•手工式AutoCAD环境下的数字化方法•调入图象•用CAD点、线工具跟踪图象中需要数字化的边界•分层数字化所有需要的信息•将图形文件予以保存作业质量有所提高，提高工作效率，降低了劳动强度扫描数字化界面(1)扫描数字化界面(2)2、矢量扫描仪法•是实现直接跟踪扫描原图上的曲线，并直接产生矢量数据。目前以激光方式为主，作业员用光标引导激光束到被数字化的曲线上，激光束自动沿线跟踪，碰到线交叉处或端点时，自动停止移动。•这种方法数字化精度高，数据量小，但对原图件要求高，设备也相对昂贵。（四）、解析测图法输入由航空或航天立体象对重建三维立体模型，测量地面三维坐标，并传输到计算机。目前，解析测图法已发展至全数字测图阶段图形数据的采集1）平板仪（经纬仪）测量采用平板仪或经纬仪到野外进行测量是最传统的野外测量方法、仪器成本低产品是纸质（模拟）地形图，即非数字形式野外劳动强度大、工作效率不高、图形描绘质量因人而异要转换成数字形式必须采用数字化的方式进行野外数据采集平板仪测量2）全站仪测量是电子经纬仪和测距仪的集成，得到数字形式的方位角、距离或三维坐标作业灵活、精度高作业形式全站仪+与电子手簿：野外采集数据点、绘草图，室内进行数据导入、图形编辑电子平板：是平板仪的电子形式，野外即测即所得，可以及时了解测绘的正确与否野外数据采集3）GPS测量GPS的基本概念全球定位系统（GPS），有美国海军于1973年开始实施，并于20世纪90年代开始使用由三部分组成：空间部分、控制部分和用户部分空间部分：包括卫星和在佛罗里达州Canaeral海岬携载卫星升空的德而塔火箭；卫星系统24颗卫星组成，高度为20183KM，分布在6个轨道面上，轨道面之间的夹角为60度，并且与赤道面的交角为55度，以保证可以覆盖极地地区GPS卫星群野外数据采集摄影测量1）摄影测量学(Photogrammetry）概念：对研究的对象进行摄影，根据所获得的构像信息，从几何方面和物理方面加以分析研究，从而对所摄对象的本质提供各种资料的一门学科研究内容获取被研究物体的影像单张或多张像片处理的理论、方法、设备和技术如何用图形、图像或数字形式将所测得的成果表示出来任务测制各种比例尺的地形图建立地形数据库，为各种GIS和LIS提供基础数据2）摄影测量分类（按处理技术手段）模拟摄影测量：利用模拟仪器完成摄影测量工作，制作模拟地形图解析摄影测量：利用解析仪器*（精密立体测图仪）完成摄影测量工作，生产数字线划图、数字高程模型数字摄影测量：利用计算机完成摄影测量工作，输出结果也是数字线划图、数字高程模型、以及数字正射影像影像数据可见像片数字影像雷达影像卫星遥感影像研究对象宇宙天体地球表面工业产品人体……正射影像图目视产品地形图剖面图专题地图……数字化产品数字地面模型数字景像数字地图数字景观……数字化产品数字地面模型数字景观数字化产品数字地面模型数字景观3）摄影测量处理流程1）遥感（RemoteSensing）的定义从广义上说，泛指一切无接触的远距离探测，包括对电磁场、力场、机械波（声波、地震波）等的探测从狭义上说，遥感是借助对电磁波敏感的仪器，从远处（不与探测目标相接触）记录目标物对电磁波的辐射、反射、散射等信息，通过分析，揭示出目标物的特征性质及其变化的综合性探测技术遥感图像处理2）遥感分类根据运载工具不同，遥感可分为：航天遥感、航空遥感、近地遥感、地面遥感根据辐射源不同，遥感方式又可分为：主动式和被动式遥感按电磁波的波谱范围，遥感可分为：紫外遥感、可见光遥感、红外遥感、微波遥感、多谱段遥感按应用领域或专题，遥感还可分为：环境遥感、大气遥感、资源遥感、海洋遥感、地质遥感、农业遥感、林业遥感等航空、航天遥感示意图3）遥感技术系统由遥感平台、遥感器、信息传输接收装置以及数字或图像处理设备等及其技术组成4）遥感技术优势①视域广阔，监测范围最大可覆盖整个地球②可瞬时成像、实时传输、快速处理，有助于迅速获取信息和实施动态监测③遥感影像形象逼真，信息丰富，可进行定性、定量分析和量测④可利用不同目标物对不同波段电磁波的穿透或反射特性来认识目标物⑤加宽了人眼所能观测的光谱范围，从可见光到紫外和红外波段多光谱卫星传感器获得的全球天然彩色图像5）遥感数据类型(主要)目前，已有美国、法国、日本、硬度等国发射了陆地卫星，我过已发射了国土资源普查卫星、与巴西合作美国陆地卫星（Landsat）,1972.7.23、1975.1