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2020年1月20日7时21分1第三章数据来源与处理《地理信息系统》22020年1月20日7时21分1.数据源种类2.空间数据采集的任务2.1数据采集任务2.2数据采集方法2.3矢量数据采集2.3.1地图跟踪数字化2.3.2地图扫描矢量化2.4属性数据采集3.空间数据处理主要内容《地理信息系统》32020年1月20日7时21分数据源指建立GIS的地理数据库以及进行应用分析所需的各种数据的来源。空间信息的获取是一个空间信息系统建设的首要任务。一个空间信息系统建设，70％以上的工作（费用）将花费在空间信息（特别是矢量数据）的获取上面。第一节数据源种类《地理信息系统》42020年1月20日7时21分GIS工程是以空间数据处理为线索的软件工程硬件∶软件∶数据=1∶2∶7汽油数据《地理信息系统》52020年1月20日7时21分对于一个GIS应用系统的建设来说，空间数据（图形数据）的来源主要有四种渠道：数据转换：各种交换格式数据（DXF/E00/MIF等遥感/GPS数据：图象、GPS坐标点文件等数字测量：形成纸质地图或坐标点文件已有纸质地图：地图数字化统计数据：GIS重要的属性数据源文本资料：行业部门的有关法律文档、行业规范等。《地理信息系统》62020年1月20日7时21分数据转换是目前空间数据共享的一个重要途径，因此，一般的空间信息系统平台都提供了各种交换格式的数据转入/转出功能。纸质地图是GIS主要的数据源。主要通过对地图的跟踪数字化和扫描数字化获取。在使用地图时，应考虑到地图投影所引起的变形，必要时需要进行坐标转换或投影变换。遥感影像含有丰富的资源环境信息，是大面积、动态的、实时的数据源，是GIS数据更新的重要方式。将坐标点文件转为地图数据也是空间信息系统平台必须提供的基本功能。《地理信息系统》72020年1月20日7时21分一、采集任务：将地理实体的几何数据和属性数据输入到地理数据库中，就是GIS的数据采集。即将现有的地图、外业观测成果、航空像片、遥感图像、文本资料等转换成GIS可以处理和接收的数字形式，通常经过验证、修改、编辑等处理。采集方式与数据源有关第二节空间数据采集的任务《地理信息系统》82020年1月20日7时21分矢量化处理流程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《地理信息系统》92020年1月20日7时21分二、主要采集方法已存在于其它系统的几何数据，经过转换装载测量仪器获得的几何数据，传输进入数据库遥感影像提取专题信息，需要进行几何纠正、光谱纠正、影像增强、图像变换、结构信息提取等，属于遥感图像处理内容栅格数据的获取，通过扫描仪输入，大多可直接进入GIS矢量数据采集《地理信息系统》102020年1月20日7时21分不同数据源与其对应的数字化设备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、加工、处理数据交换《地理信息系统》112020年1月20日7时21分三、矢量数据的采集矢量（图形）输入要解决的问题：即几何数据与属性数据。拓扑数据一般在已有的几何数据基础上生成。一般需要进行三方面的工作，即几何数据的采集、属性数据的采集、几何数据与属性数据的连接。《地理信息系统》122020年1月20日7时21分两种方式地图跟踪数字化（数字化仪输入、屏幕矢量化）——传统的数据采集方法。地图扫描矢量化（自动或半自动矢量化）：较为先进的地图数字化方式《地理信息系统》132020年1月20日7时21分数字化仪原理目前较为常用的数字化仪是电磁感应式数字化仪，它是利用电磁感应原理检测出图形坐标数据的。由游标线圈（定位器）、工作桌面（包括铺设其下的栅格阵列导线）以及电子部件、微处理器和输出装置组成。其中游标线圈是电磁发射源，工作桌面接收信号，电子部件、微处理器把游标线圈在工作桌面上的位移量转换成x，y坐标，最后经输出装置输入计算机1、地图跟踪数字化《地理信息系统》142020年1月20日7时21分基本过程将需要数字化的图件（地图、航片等）固定在数字化板上，设定数字化范围，输入有关参数，选择数字化方式，按地图要素的类别实施数字化在进行地图手扶跟踪数字化时，需要在数字化仪面板坐标和地图真实坐标之间建立映射关系，通常的做法是先录入三个不在同一条直线上的控制点。《地理信息系统》152020年1月20日7时21分控制点（tic）概念地图上具有控制地图图幅精确度的一些点，也称地理控制点（同名点），通常这些点都具有准确的实地坐标或可以精确定位的，如图幅图廓点、公路网格点、测量点、道路交叉口等《地理信息系统》162020年1月20日7时21分通向计算机接口叉丝游标按扭电磁感应板图形数字化桌《地理信息系统》172020年1月20日7时21分1、扫描仪数字化思想通过扫描将地图转换为栅格数据，然后采用栅格数据矢量化的技术追踪出线和面，采用模式识别技术识别出点和注记，并根据地图内容和地图符号的关系自动给矢量数据赋以属性值。2、主要方法自动矢量化交互式矢量化：采用人机交互方式2、地图扫描数字化《地理信息系统》182020年1月20日7时21分1、灰度二值化灰度二值化是将一幅有各种灰度（亮度）分布的黑白图像变为非黑即白（非“1”即“0”）的二值图像，是将图像变为图形的一种过渡。二值化阈值确定方法：经验法、直方图、人机交互法和数理统计法。《地理信息系统》192020年1月20日7时21分空间数据输入：扫描仪输入扫描仪：滚筒式、平板式。大幅面A0一般是滚筒式，小幅面一般是平板式A4。扫描得到的是栅格图像。扫描后，必须进行后续处理。这一工作称为“矢量化”《地理信息系统》202020年1月20日7时21分Contex大幅面工程图纸扫描仪扫描方式：•二值•灰度•真彩色扫描精度：DPI（dotsperinch）《地理信息系统》212020年1月20日7时21分地图扫描数字化（自动矢量化）2、线条细化剥离法：其实质是从数字图像上，由上而下，自左到右一次选3×3个像元，进行分析，以不影响其连通性为原则决定中心像元是否可以剥离，逐次排下去，可以将线条带剥离成单个像元的细线。（如图只有2、3、4、5、10、11、12、16、22、23、28、33、34、35、38、42、43、46、50可以将中心点剥去）《地理信息系统》222020年1月20日7时21分《地理信息系统》232020年1月20日7时21分3、跟踪，生成矢量格式坐标链自动搜索方法●搜索结点——3×3网格法●结点间8个方向跟踪组成网格链，逐个网格取其中心点坐标，转换成矢量坐标链弧段点端点中间点结点地图扫描数字化（自动矢量化）《地理信息系统》242020年1月20日7时21分R2V扫描数字化软件界面《地理信息系统》252020年1月20日7时21分四、属性数据的采集1、属性数据（统计数据或专题数据）的采集数据量较小，可以在输入几何数据的同时，用键盘输入；数据量大，与几何数据分别输入，根据预先建立属性表输入属性；从其它统计数据库导入属性，通过关键字段联接图形。2、几何数据与属性数据之间的联系：公共标识码（用户ID），即几何数据（图形数据）与属性数据之间的公共标识符《地理信息系统》262020年1月20日7时21分1、遥感数据2、手工方式：可在专题地图上均匀地划分网格，每一单位格子覆盖部分的属性数据成为各点的值，形成栅格地图文件；五、栅格数据常用的获取方法3、矢量数据转换：数字化仪跟踪，得到矢量数据，再转为栅格数据；4、图片扫描数据：扫描数字化方法，逐步扫描专题地图，将扫描数据重新采样和再编码得到栅格数据文件。《地理信息系统》272020年1月20日7时21分第三节空间数据处理采集之后的数据处理工作包括：几何纠正、图形和文本数据的编辑、图幅的拼接、拓扑关系的生成等，即完成GIS的空间数据在装入GIS的地理数据库前的各种工作。3.1矢量数据拓扑关系的自动建立3.2图形编辑3.3空间数据的坐标变换3.4图幅拼接3.5数据格式转换，包括矢量栅格数据转换，不同软件数据格式的转换，不同介质之间的数据转换《地理信息系统》282020年1月20日7时21分一、矢量数据拓扑关系的自动建立1链（弧段）的组织2结点编辑3建立多边形4确定左右多边形5图形编辑找出坐标链的相交点自动切成新的坐标链（弧段）把弧段按照一定的顺序存储，如按照最大或最小的x或y坐标的顺序，以便检索把弧段按照顺序编号实现的基本步骤包括：《地理信息系统》292020年1月20日7时21分二、图形编辑空间数据编辑的必要性修正数据输入错误维护数据的完整性和一致性更新地理信息空间数据编辑内容数据不完整、重复空间数据位置不正确空间数据比例尺不准确空间数据变形几何和属性连接有误属性数据不完整《地理信息系统》302020年1月20日7时21分纠正数据采集错误的重要手段，以及图形更新的必要步骤，如对点、线、面的增加、删除、修改等。首先是点、线、面的捕捉再进行拓扑编辑（局部或全部拓扑）多边形连接编辑弧段和结点连接编辑思考：删除一个弧段影响两个还是多个多边形的拓扑结构属性？《地理信息系统》312020年1月20日7时21分1图斑合并：指两相邻的图斑合并，即系统将相邻的两图斑共用弧段删除，用户给出合并后的图斑编码，在软件支持下实现两图斑的合并2图斑分裂：图斑合并的逆操作《地理信息系统》322020年1月20日7时21分GIS的数据处理——拓扑编辑小结拓扑编辑（1）建立或生成拓扑关系：找交点生成结点和弧段装配多边形建立多边形标签（label）建立多边形（弧段）属性表（2）数据纠错（净化处理）:清除假结点和多余的中间点（3）拓扑编辑：按拓扑数据的要求（比如修改后的数据重新建拓扑）进一步编辑《地理信息系统》332020年1月20日7时21分1概念：空间数据从一种数学状态到另一种数学状态的变换，实质是建立两个平面点之间（或球面坐标和平面坐标）的一一对应关系，是空间数据处理的基本内容之一。主要包括数字化仪坐标和扫描影像坐标与地理坐标的变换，以及两个不同投影的坐标变换2空间数据需要进行坐标转换的原因（地理意义）3坐标变换的主要内容几何纠正投影变换三、空间数据的坐标变换《地理信息系统》342020年1月20日7时21分坐标变换原因《地理信息系统》352020年1月20日7时21分(1)实现地图的数学法则(2)实现由设备坐标（数字化仪坐标或栅格图像坐标）到现实世界坐标（实际地理坐标）的转换坐标变换的地理意义指将地球球面上的地理对象表示在平面上的数学基础（如投影方式、比例尺、方向等）。对地图进行数字化时必须将这种数学法则反映到数字地图中由数字化设备读取的坐标值直接依赖于该设备的坐标系统及其设置，并不代表实际地理坐标，因此有必要建立坐标转换公式，在数字化过程中将设备坐标转换为实际地理坐标。《地理信息系统》362020年1月20日7时21分(3)控制数据采集的精度坐标变换的地理意义由控制点建立的坐标转换公式实际上是一组回归方程，通过在图面上均匀选取适当数目的控制点，并精确输入控制点的实际地理坐标，可以提高回归方程的拟和精度，进一步控制数字化的精度。《地理信息系统》372020年1月20日7时21分控制点建立的坐标转换电子地图数字化仪面板纸质地图控制点X地图=X面板*a1+Y面板*b1+c1Y地图=X面板*a2+Y面板*b2+c2X面板1,Y面板1X面板2,Y面板2X面板3,Y面板3X地图1,Y地图1X地图2,Y地图2X地图3,Y地图3将上面三组数据代入此方程组，就可以求得：a1b1c1a1b1c1这六个参数。《地理信息系统》382020年1月20日7时21分坐标变换的地理意义当需要对多幅地图进行数字化时，如果在多幅地图之间或在不同比例尺之间建立了一个统一的坐标系，并在每一幅地图都输入一定数量的控制点及相应的地理坐标，则经由控制点拟合的坐标变换公式，将所有图幅的数字化仪平面坐标转换为所建立的坐标系中的坐标，使得图幅拼接或不同比例尺间地图的匹配成为可能。