第四章-地理信息系统数据采集与处理

GIS原理（四）第四章地理信息系统数据采集与处理主讲教师：邱春霞测绘学院重点内容GIS的数据来源空间数据的处理内容及流程空间索引的概念与类型空间数据的质量控制地理空间数据是GIS的处理对象，空间数据的数量与质量在很大程度上决定了GIS的价值。也就是说，空间数据源、空间数据的采集手段、生产工艺、数据质量都直接影响着GIS应用的潜力、成本和效率。空间数据在GIS中具有非常重要的意义。第一节空间数据的采集GIS的空间数据是多源数据（图形图像数据、文字符号数据、多媒体数据）一、GIS数据源（一）图形图像数据■地图数据：普通地图、专题地图■影像数据：卫星遥感影像、航空影像■地形数据：地形图、实测地形数据、DEM■测量数据及GPS数据地图数据卫星遥感影像ADS40数字航空影像DEM产品（二）文字符号数据文字符号数据：是以数字、文字、符号表示的数据，包括空间要素数据和测量数据，统计数据，调查数据，各种法律文档数据，社会经济数据，元数据等各种形式的电子数据。（三）多媒体数据多媒体数据：是指音频数据和视频数据。音频文件的格式：CD、MIDI、WAVE、.MP1/.MP2/.MP3、.MP4、.VQF、.AIF/AIFF、.AU、.RA/RM/RAM视频文件的格式：影像格式和流格式影像格式有：AVI、MPEG、DivX、MOV、WMV流格式有：RM/RA、ASF、MOVGIS的不同数据源及种类项目第一手数据第二手数据非电子数据地面测量数据、航空像片、手簿记录数据、社会经济调查地图、统计图表电子数据全站仪实测数据、GPS观测数据、数字摄影测量、遥感数据、现代地球物理、地球化学数据计算机数据库存储数据二、空间数据的尺度人们在观察、认识自然现象、自然过程以及各种社会经济问题时，如果尺度不同、角度不同、分辨率不同，将得到不同的印象、认识或结果。因此，选择恰当的空间尺度是非常重要的。（一）考虑空间尺度的重要性（二）空间尺度的概念和表达方式尺度：是指研究者选择观察（测）世界的窗口。不同学科、不同研究领域对尺度的表述方式和含义是不同的：比例尺（测绘学、地图制图学、地理学）测量工具、滤波器（数学、机械学、光学等）空间分辨率（航空摄影、遥感技术）三、属性数据的获取与输入属性数据：即空间实体的特征数据，主要定义空间数据或制图特征所表示的内容，一般包括名称、等级、数量、代码等多种形式。空间点、线、面实体都有相应的属性。属性数据源遥感数据、各种统计数据、现场调查资料、社会调查资料、其他资料等。在建立GIS前，首先要进行详细的用户调查，确定需要存储哪些属性信息，属性数据的编码方法及信息的来源等。（一）属性数据的编码原则编码的系统性和科学性编码的一致性编码的标准化和通用性编码的简洁性编码的可扩展性（二）编码内容登记部分分类部分控制部分（三）编码方法列出全部制图对象清单；制定对象分类、分级原则和指标将制图对象进行分类、分级；拟定分类代码系统；设定代码及其格式；建立代码和编码对象的对照表。常用的编码方法：层次分类编码法多源分类编码法层次分类编码法：是按照分类对象的从属和层次关系为排列顺序的一种代码，它的优点是能明确表示出分类对象的类别，代码结构有严格的隶属关系。如，土地利用现状分类编码。多源分类编码法：又称独立分类编码法，是指对于一个特定的分类目标，根据诸多不同的分类依据分别进行编码，各位数字代码之间并没有隶属关系。它的优点是具有较大的信息载负量，有利于对空间信息的综合分析。（四）属性数据的输入输入方式有两种：①对照图形直接输入（属性数据量较小时）②建立属性表输入属性或从其他统计数据库中导入属性，然后根据关键字与图形数据自动连接（属性数据量较大时）点、线、面状地物属性的添加（五）属性数据的获取现场专题调查采集样本资料将局部样本资料和遥感信息对照社会调查与统计已有资料四、几何图形的数据采集与输入将表示点、线、面实体的地理位置数据通过键盘输入数据文件或输入到程序中，再进行连线编辑。（一）手工数据输入方法（二）地图数据的获取数字化仪数字化（已淘汰）扫描仪获取地图数据1、扫描仪获取地图数据的种类栅格型数据屏幕矢量化型数据栅格图向矢量地图的自动转换2、扫描仪获取地图数据的过程扫描栅格数据自动矢量化矢量文件文件转换GIS数据库原始图像预处理栅格编辑矢量编辑（三）遥感数据的获取遥感传感器平台传感器遥感（RemoteSensing)：从远处探测、感知物体或事物的技术。即不直接接触物体本身，从远处通过各种传感器探测和接收来自目标物体的信息，经过信息的传输及其处理分析，来识别物体的属性及其分布等特征的综合技术。遥感数据的特点宏观性、综合性覆盖范围大、信息丰富。一景TM影像为185×185平方公里；影像包含各种地表景观信息，有可见的，也有潜在的。多时相性重复探测，有利于进行动态分析。198620021992greenredNear-infrared多波段性波段的延长使对地球的观测走向了全天候。遥感数据的获取方式■目视法■遥感图像处理方法（四）摄影测量数据各种类型传感器被摄物体影像通过量测和解译过程自然物体及其环境的可靠信息DEMDLGDRGDOM摄影测量作业流程FilmprocessingindarkroomFCIRColorB&WStereoplotterFilmsusedalternativelyAllspectralchannelssimultaneouslyGISDEMOrthophotosMappingRevisionVisualizationImageanalysisClassificationDigitalwork-stationGroundprocessingFilmbasedworkflowRC30DirectdigitalworkflowADS40PrinterColorMSB&WArchivesystemColorFCIRB&WDSW500scannerFilmMassMemory摄影测量发展的三个阶段模拟摄影测量解析摄影测量数字摄影测量数字摄影测量数字影像数字测量摄影系统自动建立立体模型自动量测和解译自动记录数字线划地图数字高程模型数字影像地图数据库基于摄影测量的基本原理，通过对所获取的数字/数字化影像进行处理，自动（半自动）提取被摄对象用数字方式表达的几何与物理信息，从而获得各种形式的数字产品和目视化产品•计算机技术•数字图像处理•影像匹配•模式识别•DPW3-DmouseCrystaleyesVirtuo-Zo数字摄影测量系统JX-4C数字摄影测量工作站数字摄影测量获取数据的过程航空摄影航片航片扫描数字化影像数码相机数字影像定向建模矢量测图图形编辑数字地形图外业调绘像片控制空三加密内定向相对定向绝对定向满足GIS五、数据的检核空间数据的不完整或重复；空间数据的位置不正确；空间数据的比例尺不准确；空间数据的变形；图形数据与属性数据连接有误；属性数据不完整。（一）空间和属性数据的错误和误差的类型几种典型的空间数据采集错误和误差形式（二）数据检核的方法目标检核；机器检核；图形叠合比较法；属性数据检核。第二节空间数据的处理坐标转换是将图形从一种坐标系转换为另一种坐标系，坐标转换一般包括平移、旋转、缩放。一、坐标转换（一）平移平移：是将图形的一部分或者整体移动到笛卡儿坐标系的另外位置。变换公式为：yxTYYTXX''（二）缩放缩放操作可以用于输出大小不同的图形。变换公式为：yxYSYXSX''（三）旋转设顺时针旋转角度为θ，则变换公式为：cossinsincos''YXYYXX综合考虑图形的平移、旋转、缩放，则坐标变换公式为：上式是一个正交变换，其更一般的形式为：上式为二维的仿射变换。yxTTYXYXcossinsincos),(''yxTTYXdcbaYX),(''二、数据格式转换利用数字化仪、扫描仪等方法输入的数据往往先存入临时数据文件，经过适当转换后才进入正式的数据库中。从外部数据文件获得的数据在数据结构、数据组织、数据表达上和用户自己的信息系统往往不一致，需要进行转换。（一）数据格式转换的原因（二）空间数据转换的内容空间定位信息，即实体的坐标；空间拓扑关系；属性信息。一般情况下，空间定位信息能够完整地进行转换；拓扑关系在转换过程中经常丢失，若数据模型基本一致，拓扑关系信息在转换过程中丢失后，可以在数据转换后的系统中进行重构而得以恢复；属性数据在大部分GIS软件中都能够进行转换。（三）空间数据格式转换的途径外部数据交换方式标准空间数据交换格式空间数据互操作方式空间数据的直接访问空间数据共享平台1、外部数据交换方式大部分商用GIS软件都定义了外部数据交换格式，一般为ASCII码文件，可以直接阅读。如ArcGIS的e00文件、MapInfo的MID/MIF文件、ArcView的shape格式、AutoCAD的DXF格式；MGE的ArcIILoader格式。利用外部数据交换方式从系统A的内部数据转换到系统B，可能需要经过2~3次转换。系统A内部文件系统A外部交换文件系统B外部交换文件系统B内部文件二次转换交换交换三次转换若将AutoCAD数据格式转为MAPGIS数据格式，采用外部数据交换方式如何转换？例，将Mapinfo的tab格式转换为Arcinfo的Coverage格式。Mapinfo的tabArcinfoE00/AutoCAD的DXFArcinfo的Coverage方法特点优点：容易接受。缺点：耗费人力、物力；易造成数据丢失和信息（拓扑关系）丢失。2、标准空间数据交换格式GIS数据格式A标准空间数据交换文件GIS数据格式B每个GIS系统只需读写标准格式空间数据程序，用二次转换完成数据交换。方法特点各个GIS系统不必公开内部数据格式，只需公开转换技术；制定转换标准的难度非常大；在一定程度上克服了空间数据的外部数据交换模式缺乏对空间对象统一的描述方法的缺点。目前已有的空间数据交换标准美国的STDS、欧洲的GDF、中国的CNSDTS目前的空间数据交换标准还不完善。3、空间数据互操作方式空间数据互操作方式：是通过公共接口实现不同系统间不同数据结构、不同数据格式的数据动态调用，这个公共接口相当于一个规程。OpenGIS互操作规范OpenGIS互操作规范：是开放式GIS协会提出的一个为了提供地理数据和地理操作的交互性和开放性的软件开发规范。通过OpenGIS的空间数据交换OpenGIS提供了一套读取空间数据的标准函数，每个系统软件都按照这一标准提供读写自己系统中空间数据的驱动程序，其他软件都可以通过调用这一程序，直接读取对方的内部数据。系统A内部文件标准API函数标准API函数系统B内部函数OGIS与传统GIS处理技术的比较●OGIS独立于具体的平台，转换技术高度抽象，数据格式不需公开，它允许用户通过网络实时获取不同系统中的地理信息，它将提供数据源的软件叫数据服务器，将使用数据源的软件叫数据客户器，当数据客户器要使用某数据源时，发出数据请求，由数据服务器提供服务。●现状：OpenGIS互操作规范已引起广泛关注，将成为国际标准，但目前还没有一个商业软件完全实现OGIS的操作规范。4、空间数据的直接访问空间数据的直接访问：是指在一个GIS中实现对其他GIS软件数据格式的直接访问。方法特点优点：避免了繁琐的数据转换；一个GIS系统访问另一个系统的数据格式时，不必拥有该系统的宿主软件。缺点：在充分了解不同格式的基础上，才能直接进行数据访问，工作比较被动；如果对方数据格式不公开，就无法直接访问它；如果宿主软件的数据格式进行升级、更新，直接访问的软件必须作相应的变更。现状Intergraph公司的Geomedia系列软件提供了空间数据的直接访问支持。5、空间数据共享平台空间数据共享平台：是指空间数据及各个应用软件共享平台，它把