第三章：数据来源、输入与维护

2020年1月28日星期二第三章数据来源、输入与维护2020年1月28日星期二数据的来源、输入、维护GIS数据空间数据来源空间数据输入编辑和维护空间数据和属性数据的连接属性数据输入编辑和维护属性数据的来源2020年1月28日星期二数据来源空间数据空间位置信息获取：野外实地测量、航测遥感属性数据属性信息获取：遥感判读、现场调查、社会调查与统计数据输入前必须进行分类、编码，便于管理、存储、检索。唯一性、易识别性、通用性、标准化数据的分类、编码2020年1月28日星期二空间数据——野外实地测量野外测量：大平板、全站仪、GPS、移动测绘系统特点：精度高、效率较低适合范围：小范围GIS数据采集或局部数据更新2020年1月28日星期二空间数据——航测遥感2020年1月28日星期二数据输入方法属性数据：1.键盘2.扫描3.语音4.现有数据转换空间数据：1.数字化仪2.扫描仪3.坐标几何4.摄影测量矢量化5.现有数据转换2020年1月28日星期二空间数据输入：数字化仪输入（手工数字化）数字化仪的工作原理数字化仪的分辨率。目前可以达到（每英寸10160线)每毫米400线以上。一般也能达到0.1mm需要操作者掌握输入的精度数字化仪可以直接得到矢量数据随着数字测量和GIS的普及，纸质地图数字化的机会越来越少2020年1月28日星期二空间数据输入：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”2020年1月28日星期二扫描后处理——矢量化1）不作矢量化、2）全自动矢量化、3）半自动矢量化全自动矢量化的局限性：１）图上杂点的清除２）线型、符号、字符的识别。只适用于数据分类要求不高的背景图。全手工矢量化跟踪的局限性：１）速度慢、易疲劳。２）分类有疏忽。３）分辨率与精度有矛盾，适用于专项、局部要素的输入半自动手工矢量化。结合了上述二种方法的优点航空、卫星影像既可用摄影测量方法矢量化，也可简单地人工跟踪矢量化2020年1月28日星期二遥感遥感(RemoteSensing):利用自然界的电磁波、或人工发射电磁波、或利用地物自身的电磁波，将波谱及其几何位置记录下来，判读（解译）地表物体的分布规律，实现对地表远距离、非接触的观察。遥感的电磁辐射源：主要是太阳的可见光和红外线，有时也用微波雷达或地物自身的红外线。探测、记录电磁波的仪器称传感器，它可以安装在飞机（或气球）上，称航空遥感，也可安装在人造地球卫星上，称航天遥感。航空遥感的灵活性大、针对性强、图像的几何分辨率高。航天遥感的通用性强，卫星可以长期在太空飞行，一日数次或隔数十日一次对相同地物反复观察。经传感器获取的信息一般是图像信息，常称遥感影像。主动遥感，被动遥感：大多数是被动，少数是主动航空遥感：大比例、更新周期长，卫星遥感（航天遥感）：小比例、大范围、更新周期短（几天）2020年1月28日星期二遥感技术的发展国外商用卫星影像，对地表的分辨率已经达到1.0-0.6米，正在向0.3米迈进。可以制作1:10000-1:5000，甚至1：2000的基础地图。航空影像也在向扫描、数字成像的方向发展。美国陆地卫星LANDSAT系列：LANDSAT-7，16天重复循环，分辨率为15米。法国SPOT卫星：SPOT-5，26天重复循环，5m分辨率的全色影像。IKONOS卫星：美国太空影像公司1999，2.9天重复循环，第一个提供1米分辨率的商用卫星遥感图像，最大成图比例尺可达1∶2,500QuickBird（快鸟）：美国Digitalglobe公司2001，商业卫星中分辨率最高，全色波段分辨率为0.61米，最大成图比例尺能达到1∶1,500－1∶2,0002020年1月28日星期二2020年1月28日星期二2020年1月28日星期二遥感图像的解释和判读判读、解译：获得遥感图像后可以进一步辨认地物的空间分布、相关特征。判读、解译的主要依据：波谱特征，物理特征，几何特征。2020年1月28日星期二遥感信息在城市规划中的典型应用1）地形测绘2）土地使用调查3）建筑物调查4）绿化、植被调查5）环境调查6）景观调查…2020年1月28日星期二遥感的局限性图像判读、解译后获得的往往是对地物的大致估计，或间接信息，和实际情况有出入。在很多情况下用计算机判读、解译比用熟练的人工误差大，但全靠人工，解译工作量很大、周期很长。城市规划中需要地物的社会属性，靠遥感只能间接获取，主要靠实地调查。遥感信息的获取、解译技术还比较复杂，需要多种专业人员的配合才能实现。2020年1月28日星期二原始地图的测量现场解析测量：精度高、中间损失小、野外作业量大。适合大比例、高精度局部更新。航空航天摄影测量：范围大、外业工作量小，可直接产生栅格数据，也可进一步作矢量化处理。但往往受视线遮挡、阴影的影响。适合小比例图的成片更新。卫星定位技术（GPS，GlobalPositioningSystem）。2020年1月28日星期二测量基准和坐标系椭球系。地球是表面不规则的近似椭球体，重力也不均匀。为此要定义地球椭球体的地心、长轴、短轴，相应的经纬线。目前常用的是GRS（1975）椭球系，WGS（1984）椭球系。GRS（1975）：我国1982年后使用WGS（1984）：GPS系统采用2020年1月28日星期二测量基准—地球模型地球表面水准面大地水准面铅垂线地球椭球体2020年1月28日星期二地图投影mapprojections：为什么要进行投影将三维椭球体转变成二维平面地图，称地图投影地球椭球体为不可展曲面圆锥投影、圆柱投影、局部平面投影是最常用的三大类将不可展的地球椭球面展开成平面，并且不能有断裂，则图形必将在某些地方被拉伸，某些地方被压缩，故投影变形是不可避免的。距离变形、面积变形、角度（方位）变形距离、面积、方位三个因素总是存在矛盾，如何兼顾，何者优先，决定了采用什么投影、计算方法、相关参数2020年1月28日星期二地图投影：投影实质2020年1月28日星期二2020年1月28日星期二2020年1月28日星期二地图投影：GIS中地图投影GIS以地图方式显示地理信息，而地图是平面，地理信息则在地球椭球上，因此地图投影在GIS中不可缺少。GIS中，地理数据的显示可根据用户的需要而指定投影方式，但当所显示的地图与国家基本地图系列的比例尺一致时，一般采用国家基本系列地图所用的投影。2020年1月28日星期二常用的地图投影我国1:1万-1：50万的地形图采用高斯—克吕克投影(Gauss-Krüger)我国1：500——1：5000的图，采用城市平面局域投影英美国家常用横轴墨卡托投影（UTM）2020年1月28日星期二练习中的投影选择高斯—克吕克投影(Gauss-Krüger)6º带，——1：2.5万~1：50万地形图3º带，——1：1万以上中国位于6º带的第13-23投影带（东经72-136º）ArcGIS中Geodatabase必须设地图投影，Shapefile最好也设地图投影/GaussKruger/Beijing1954/Beijing19543DegreeGKCM120E.prj2020年1月28日星期二坐标系和测量控制网不同地点测量得到地物坐标，需要相互衔接，为此要定义大地测量控制网，可以用全球统一的，原点在地心的坐标系，相应的经纬度、高程控制网（地理坐标系）。这种方法没有投影变换，全球统一，也可以用平面控制网和高程控制网。这种方法和地图的表达一致。在中国，有全国统一的测量控制网。平面控制网：54北京坐标系（原点在北京），80西安坐标系（原点在陕西泾阳），都是高斯-克吕格投影建立起来的。高程水准控制网用黄海高程系，原点在青岛。投影、坐标系、控制网三者是相互对应的。2020年1月28日星期二坐标系统—平面系统直接建立在球体上的地理坐标，用经度和纬度表达地理对象位置建立在平面上的直角坐标系统，用（x，y）表达地理对象位置投影54北京坐标系（原点在北京），80西安坐标系（原点在陕西泾阳）2020年1月28日星期二水准原点1985国家高程基准，72.2604米青岛观象山黄海海面1952-1979年平均海水面为0米2020年1月28日星期二GIS的坐标系和投影基础地图测量根据当时、当地历史条件、应用的需要决定坐标系。经过测量，空间数据输入GIS前，往往已经选好了坐标系，一般不需要投影变换。原始数据来源不同，投影不一致时，就需要转换。有了计算机，不同坐标系之间的转换，比手工操作方便、灵活得多，但基本原理相同。2020年1月28日星期二数据的质量1．微观上的质量问题：位置精度：与空间实际坐标的误差属性精度：与真实数据的差异分辨率：不同分辨率的地图使用限制逻辑的一致性：图纸本身的逻辑不一致2．宏观上的质量问题：完整性：数据本身是否完整时间性：时效性过程性：数据输入过程中，方法不当产生3、人为因素保密与利益：人为设置错误费用：费用的制约定义与分类：事先考虑不周，设计错误2020年1月28日星期二空间数据的转换和维护2020年1月28日星期二栅格数据与矢量数据的相互转换矢量数据的栅格化（相对简单）栅格数据的矢量化（相对复杂）分类、线细化、线提取、识别结点、获得矢量坐标、拓扑重建分类、获得边界、边界矢量化2020年1月28日星期二2020年1月28日星期二空间数据的维护——坐标体系的转换坐标系平移、缩放、旋转在平面直角坐标系（笛卡尔坐标系）内部的转换，包括平移、旋转、缩放。计算公式：hyxmxsincos1kyxmycossin12020年1月28日星期二空间数据的维护——投影变换墨卡特投影摩尔魏特投影有了计算机，不同投影之间转换方便、灵活。2020年1月28日星期二空间数据的维护：坐标校核——橡皮拉伸图幅变形校正rubbersheeting地图的不均匀变形。不能用坐标系旋转、缩放，平移校正的变形。2020年1月28日星期二空间数据的维护：坐标校核——接边接边（edgematching）分幅面输入的地图，进行拼接。对应点进行连接，保证两幅图完成拼接。不同图幅的连接自动、手工2020年1月28日星期二空间数据的维护：地图的手工编辑所有的GIS都提供人机交互方式手工编辑的功能，这种功能类似CAD中的编辑功能数字化过程中需要编辑、修改维护数据库时也需要手工编辑2020年1月28日星期二线的加密与简化2020年1月28日星期二空间数据的维护：拓扑结构自动生成完成编辑之后，需要生成拓扑结构拓扑关系是软件自动生成的。拓扑关系建立，有助于检查空间数据输入的错误。大多数商用的GIS软件利用拓扑关系的建立来检查实体的错误数字化的典型错误：节点错误，多边形标注错误2020年1月28日星期二数字化误差（典型错误）2020年1月28日星期二节点错误Danglenode悬点错误（只有一个线拥有的节点）包括：开放多边形、欠头线、过头线。（后两种不一定是错误，例如：死胡同）pseudonode,伪点错误（只有两个线共有的节点），包括：岛状多边形、同一弧段上的节点，但是往往伪点并不是错误。2020年1月28日星期二多边形标注错误有拓扑关系的空间数据模型中，多边形必须有一个标注点（label）。作用相当于一个定位器，用以标注多边形的编码、文字注记。ArcGIS中用作属性标注的位置多标注点、少标注点均是错误2020年1月28日星期二空间数据的维护：空间数据与属性数据连接将空间数据和属性数据连接在一起。空间数据和属性数据必须相互有联系才能应用空间数据和属性数据是分开输入，需要完成两者的连接，才完成数据输入工作。空间数据输入，一般自动产生一个要素属性表。用这个表与单独输入的属性表连接。表的连接过程。需要一个共有的连接关键字段。一般是用“编码字段”。2020年1月