第三章空间数据的采集和质量控制

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§3-1概述第三章空间数据的采集和质量控制现实世界文字报告、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?一、GIS的数据源：第三章空间数据的采集和质量控制§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，已有系统的数据二、空间数据采集的任务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。第三章空间数据的采集和质量控制§3-1概述三、研究GIS数据质量的目的和意义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。GIS数据质量对保证GIS产品的可靠性有重要意义。§3-2空间数据的地理参照系和控制基础一、地理空间（GeographicSpace）的定义第三章空间数据的采集和质量控制指物质、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，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。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，难以用一个简洁的数学式描述。第三章空间数据的采集和质量控制§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。与重力方向垂直的大地水准面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，大地水准面不能作为测量成果的计算面。二、地理空间的数学建构(续)第三章空间数据的采集和质量控制§3-2地理参照系和控制基础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。3、高程系统描述空间点在垂直高度上的特性--高程——由高程基准面起算的地面点的高度。“1956年黄海高程系”“1985年国家高程基准”第三章空间数据的采集和质量控制§3-2地理参照系和控制基础（图）地图投影第三章空间数据的采集和质量控制§3-2地理参照系和控制基础椭球体模型三、地理参照系(续)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。第三章空间数据的采集和质量控制§3-2地理参照系和控制基础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1、地理基础的内容四、GIS的地理基础--控制基础（续）第三章空间数据的采集和质量控制§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：1）为地理信息的输入、输出及匹配处理提供一个统一的定位框架2）使各种来源的地理信息和数据能够具有共同的地理基础2、投影与坐标系：每一种投影都与一个坐标系统相联系。投影关系着如何将图形物体显示于平面上，坐标系统显示出地形地物所在的相对位置。五、地图投影1、GIS与地图投影关系第三章空间数据的采集和质量控制§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）2、GIS中地图投影设计与配置的一般原则1）与相应比例尺的国家基本图投影系统一致。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。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在投影带中应保持完整。第三章空间数据的采集和质量控制§3-2地理参照系和控制基础五、地图投影（续1）3、我国GIS常用的地图投影配置1)、我国基本比例尺地形图(1：100万到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这一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(即大圆航线)表现为近于直线。第三章空间数据的采集和质量控制§3-2地理参照系和控制基础五、地图投影（续2）§3-3空间数据的分类和编码第三章空间数据的采集和质量控制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，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。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不同高度的数据作为一个数据层。第三章空间数据的采集和质量控制专题分层时间序列Z§3-3空间数据的分类和编码2、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）管理简单2）可加快查询速度3）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。第三章空间数据的采集和质量控制§3-3空间数据的分类和编码三、空间数据的分类与编码第三章空间数据的采集和质量控制分类、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1、属性数据编码第三章空间数据的采集和质量控制§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。在GIS中，把这部分属性数据用编码的形式表示，与几何数据一起管理。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。三、空间数据的分类与编码（续1）2、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、灵活性第三章空间数据的采集和质量控制§3-3空间数据的分类和编码三、空间数据的分类与编码（续2）3、分类码和标识码第三章空间数据的采集和质量控制§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》所配光盘三、空间数据的分类与编码（续3）1）分类码：直接利用分类信息的结果制定的代码，用于标识不同类别信息的数据。（示例）2）标识码：在分类的基础上对某一类数据中各个实体进行标识。标识码通常由定位分区和各要素实体代码两个码段组成。（示例）4、分类码示例第三章空间数据的采集和质量控制§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5、标识码示例第三章空间数据的采集和质量控制§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§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。第三章空间数据的采集和质量控制一、输入前准备二、几何图形数据的采集（三）扫描矢量化§3-4空间数据的采集第三章空间数据的采集和质量控制（四）解析测图法（五）已有数据转入地图数字化（一）手工数字化（二）数字化仪数字化三、属性数据采集地图数字化§3-4空间数据的采集第三章空间数据的采集和质量控制确定数字化路线地图预处理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1）减少图纸变形的影响2）线划要素的分段3）选取控制点1）选择底图2）地图分层与分幅二、几何图形数据的采集（续1）1、手工矢量数字化§3-4空间数据的采集第三章空间数据的采集和质量控制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》所配光盘二、几何图形数据的采集（续2）1）对地理实体编码（图2）2）量取地理实体坐标（图3）3）录入坐标数据（图4）§3-4空间数据的采集第三章空间数据的采集和质量控制资料来源于张超主编的《地理信息系统实习教程》所配光盘二、几何图形数据的采集（续2）（一）手工数字化2、手工栅格数字化1）确定栅格单元大小2）准备栅格网3）对栅格单元进行编码4）读取栅格单元值5）数据录入（二）数字化仪数字化§3-4空间数据的采集第三章空间数据的采集和质量控制资料来源于张超主编的《地理信息系统实习教程》所配光盘1）、设置好数字化仪2）、确定投影方式和坐标系3）、用数字化软件进行数字化（三）扫描矢量化§3-4空间数据的采集第三章空间数据的采集和质量控制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：2、屏幕跟踪矢量化流程：§3-4空间数据的采集第三章空间数据的采集和质量控制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空间数据的采集第三章空间数据的采集和质量控制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。§3-4空间数据的采集第三章空间数据的采集和质量控制2、空间数据的检查21）通过图形实体与其属性的联合显示，发现数字化中的遗漏、重复、不2）在屏幕上用地图要素对应的符号显示数字化的结果，对照原图检查错误；3）把数字化的结果绘图输出在透明材料上，然后与原图叠加以发现错4）对等高线，通过确定最低和最高等高线的高程及等高距，编制软件来§3-4空间数据的采集第三章空间数据的采集和质量控制五、空间数据的编辑和检核2、空间数据的检查（续）5）对于面状要素，可在建立拓扑关系时，根据多边形是否闭合来检查，6）对于属性数据，通常是在屏幕上逐表、逐行检查，也可打印出来检7）对于属性数据还可编写检核程序8）使用几何纠正来进行处理图纸变形引起的误差§3-4空间数据的采集第三章空间数据的采集和质量控制机器检核图形叠合比较属性数据检核各种方法反复进行五、空间数据的编辑和检核§3-5GIS的数据质量1、GIS数据质量的基本内容1）位置（几何）精度2)属性精度3)4)5)现势性第三章空间数据的采集和质量控制一、GIS的数据质量的内容（类型）2、误差产生的主要原因2、误差产生的主要原因第三章空间数据的采集和质量控制§3-5GIS的数据质量资料来源于张超主编的《地理信息系统实习教程》所配光盘一、GIS的数据质量的内容（类型）1）空间现象自身存在的不稳定性2）空间现象的表