第7章-基础地理空间数据库建立

2010-12-22西南大学地理科学学院第七章基础地理空间数据库建立2010-12-22西南大学地理科学学院一、基础地理空间数据库建设流程二、资料收集与处理三、基础地理空间数据获取四、国家基础地理空间数据库介绍五、地理空间数据质量六、地理空间数据库质量控制2010-12-22西南大学地理科学学院地理空间数据库的类型根据应用性质分：地理空间数据库专题数据库土地利用数据地籍数据规划管理数据道路交通数据……基础地理空间数据库基础地形要素矢量数据(DLG)数字高程模型(DEM)数字正射影像(DOM)数字栅格地图(DRG)元数据库(MD)2010-12-22西南大学地理科学学院一、基础地理空间数据库建设流程（一）建设方法选取基本原则：（1）对于无图区域，采用基于解析测图仪的数字测图或全数字测图测制数字地形；（2）对于地貌变化不大而地物变化很大的老地形图，应采用基于解析测图仪的数字测图、全数字测图或基于正射影像的地物要素采集重新测制数字地形图地物要素层；（3）对于地貌变化小而地物变化也不大的地形图，应采用地形图扫描矢量化或地形图更新的方法；（4）已有新的大比例地形图时应采用缩编方法。2010-12-22西南大学地理科学学院一、基础地理空间数据库建设流程（二）地形图数字化方法2010-12-22西南大学地理科学学院一、基础地理空间数据库建设流程（三）遥感影像数字化方法2010-12-22西南大学地理科学学院一、基础地理空间数据库建设流程（四）数字高程模型库建立过程DEM（DigitalElevationModel，数字高程模型，简称DEM）DTM（DigitalTerrainModel，数字地形模型，简称DTM）德国：DHM（DigitalHeightModel）美国地质测量局USGS使用的DTEM（DigitalTerrainElevationModel）2010-12-22西南大学地理科学学院一、基础地理空间数据库建设流程（四）数字高程模型库建立过程1、DEM的数据来源（1）遥感影像（2）野外实地测量数据（3）现有地形图数据化表不同比例尺地形图和它们的地形综合特性类型比例尺特征大比例尺地形图＞1：1万综合程度很低，较真实地反映地形中比例尺地形图1：1万～1：10万作了一定程度的综合，近似地反映地形小比例尺地形图＜1：10万综合程度很高，仅反映地形的大致特征2010-12-22西南大学地理科学学院一、基础地理空间数据库建设流程（四）数字高程模型库建立过程1、DEM的数据来源表地形图比例尺与等高距的关系地形图比例尺等高距（m）1：20万25-1001：10万10-401：5万10-201：2.5万5-201：1万2.5-102010-12-22西南大学地理科学学院一、基础地理空间数据库建设流程（四）数字高程模型库建立过程1、DEM的数据来源（4）解析航空摄影测量（5）数字摄影测量（6）激光扫描测距仪2010-12-22西南大学地理科学学院一、基础地理空间数据库建设流程（四）数字高程模型库建立过程2、DEM建库流程2010-12-22西南大学地理科学学院一、基础地理空间数据库建设流程（四）数字高程模型库建立过程3、DEM数据采集方法摄影测量数据采集方法沿等高线采样——地形复杂及陡峭地区规则格网采样——非常适于自动或半自动的数据采集剖面法渐进采样选择性采样混合采样交互式采集先进采样法自动采集图6-2先进采样法×第一次采样·第二次采样2010-12-22西南大学地理科学学院一、基础地理空间数据库建设流程（四）数字高程模型库建立过程3、DEM数据采集方法从现有地形图获取数据图由等高线地形图生成格网DEM的方法全要素地形图地图扫描等高线高程赋值与检查人机交互等高线矢量化加测注记点等高线版地形图地图扫描等高线自动矢量化加测注记点DEM建库与刻盘周边等高线地图的数据获取构造三角网质量检测与元数据记录内插DEM格网2010-12-22西南大学地理科学学院一、基础地理空间数据库建设流程（四）数字高程模型库建立过程4、DEM数据采集方法比较表DEM数据采集方法和各自特性的比较一览表获取方式DEM精度速度成本更新程度应用范围地面测量非常高（cm）耗时很高很困难小范围区域，特别是工程项目摄影测量比较高（cm-m）比较快比较高周期性大的工程项目，国家范围内的数据采集立体遥感Spot,MOMS-2低很快低很容易国家范围乃至全球范围内的数据采集GPS比较高（cm-m）很快比较高容易小范围，特别的项目地形图手扶跟踪数字化比较低（图上精度0.2-0.4mm）比较耗时低周期性国家范围内以及军事上的数据采集，中小比例尺地形图的数据获取地形图屏幕数字化比较低（图上精度0.1-0.3mm）非常快比较低激光扫描干涉雷达非常高（cm）很快非常高容易高分辩率，各种范围2010-12-22西南大学地理科学学院一、基础地理空间数据库建设流程（四）数字高程模型库建立过程5、DEM的应用（1）作为国家地理信息的基础数据美国地质测量局USGS认为国家基础地理信息产品包括：数字线化图（DigitalLineGraphs，简称DLG）、数字高程模型（DigitalElevationModel，简称DEM）、数字正射影像（DigitalOrthophotoQuadrangles，简称DOQ）、地理名字（GeographicName,GN）和数字栅格图（DigitalRastterGraphs，简称DRG）。中国4D产品：DLG、DEM、DOQ、DRG（2）土木工程、景观建筑与矿山工程的规划与设计（3）为军事目的（军事模拟等）而进行的地表三维显示（3）景观设计与城市规划（4）流水线分析、可视性分析（5）交通路线的规划与大坝的选址（6）不同地表的统计分析与比较（7）生成坡度图、坡向图、剖面图，辅助地貌分析，估计侵蚀和径流等（8）作为背景叠加各种专题信息如土壤、土地利用及植被覆盖数据等，以进行显示与分析（9）为遥感、环境规划中的处理提供数据（10）辅助影像解译、遥感分类（11）将DEM概念扩充到表示与地表相关的各种属性，如人口、交通、旅行时间等（12）与GIS联合进行空间分析（13）虚拟现实（VirtualReality）从DEM还能够派生以下主要产品：（1）平面等高线图（2）立体等高线图（3）等坡度图（4）晕喧图（5）通视图（6）纵、横断面图（7）三维立体透视图（8）三维立体彩色图（9）景观图2010-12-22西南大学地理科学学院二、资料收集与处理（一）资料收集与分析1、数字化作业前需要收集的资料最新出版的地形图、航片、卫片和影像资料；最新出版的中华人民共和国行政区划代码、世界各国和地区名称代码、行政区划简册、数字化区域的地名录；最新出版的交通资料和国家公布的交通信息；实测或编绘出版的最新基本比例尺地形图及有关现势资料；国家、省、县、乡公路线路名称和编码；中华人民共和国铁路路线名称代码；中华人民共和国铁路车站站名代码；全国河流名称代码；成图区域内的测量控制点成果。2010-12-22西南大学地理科学学院二、资料收集与处理（一）资料收集与分析2、资料的整理分析内容地图资料要查明地图的出版机关、出版年代、比例尺、成图方法、精度、采用资料的来源、数学基础(包括坐标系、高程系、等高距)、各要素内容与现状的符合程度、采用的图式及特点说明等；航片、卫片和影像资料要查明摄影参数；对参考资料分析着重研究资料来源的可信度、内容的现势性和完整性，以确定这些资料的使用程度，补充或修改原图的内容；对补充资料分析着重研究出版机关、年代和特点及转标这些内容的方法，如政区图、交通图、水利图等现势资料；掌握成图区域的地理景观和地理特征，通过对文字、图表及样图的分析，规定一些处理原则，使作业人员掌握成图区域特点，以保证数字地形图数据模型与实地地理特点相适应及各要素层的合理表达。2010-12-22西南大学地理科学学院二、资料收集与处理（二）资料处理1、影像数据处理（1）扫描影像像元的大小应根据像片比例尺的大小确定，由影像像元大小和摄影比例尺计算出的像元地面分辨率。（2）扫描影像的清晰度、反差、亮度以及几何精度等都应满足人工判读和量测的要求，其影像质量不得明显低于原始像片的影像质量。（3）扫描影像数据以非压缩tif格式(或其他标准格式)保存。（4）内定向及要求内定向的目的：确定扫描坐标系同像片坐标系的关系，同时解算像片主点的坐标。要求点的量测精度对应图面输出不超过0.1mm，要有多余量测。平差后的余差，内定向控制在1个像素内。2010-12-22西南大学地理科学学院二、资料收集与处理（二）资料处理1、影像数据处理（5）后方交会及要求后方交会的目的：利用一定数量的地面控制点及其在像片上的相应像点坐标解算像片在曝光瞬间的空间位置和姿态参数。进行后方交会作业时要求:每张像片必须有4个以上控制点，与四周相邻像片都有两个以上公共点，以保证交会精度和接边精度；量测时点位一定要准确，且各片量测时点位要一致定向精度：平地、丘陵地一般不大于15m，个别不大于25m；山地一般不大于25m，个别不大于40m。经后方交会得到的像片外方位元素是对影像进行严格三维纠正的依据。影像纠正的目的是将中心投影影像纠正成正射投影影像，供影像镶嵌使用。2010-12-22西南大学地理科学学院二、资料收集与处理（二）资料处理1、影像数据处理（6）影像纠正、镶嵌及检查山区——DEM三维纠正平坦地区——二维纠正镶嵌要求：片与片、航线与航线之间接边限差不得超过2个像元。正射影像要求：一般应是以图幅为单位的包括影像数据和相关的属性数据的数据。正射影像的色调应一致，反差适当，各种线条清晰，无明显错位现象；属性数据所包含的信息要完整，包括影像像元地面分辨率及相应的坐标信息(应说明坐标系)正射影像像元地面分辨率应高于3m；相邻两幅正像之间应有约100个像元的重叠，以便拼接。2010-12-22西南大学地理科学学院二、资料收集与处理（二）资料处理2、卫星影像数据处理卫星影像定向参考航空影像作业方法进行。卫星影像的空间后方交会中，由于要求解12个外方位元素，故必须有9个以上控制点，均匀分布在四周。正射影像图定向是为了确定正射影像坐标与地面坐标之间的关系。定向时，要在影像4个角各选一个定向点(一般为图廓点)，要求定向点误差不得大于5m(地而坐标)。2010-12-22西南大学地理科学学院二、资料收集与处理（二）资料处理3、数字化底图制作数字化参考图的标注数字化底图的校验4、地图扫描矢量化注意问题：扫描分辩率—200-500dpi二值图像2010-12-22西南大学地理科学学院三、基础地理空间数据获取（一）空间数据获取的一般原则内图廓线、方里网应由理论值生成。当内图廓线为多边形边线时，应采集内图廓线使多边形闭合。数字化图廓点的顺序为左下角点、右下角点、右上角点、左上角点。线状要素采集其中心线或矩位线。有方向的线状要素将辅助要索放在数字化前进方向的右侧。线状要素被其他要素隔断时(如河流、公路遇桥梁等)，应保持线状要素的连续，采集时不间断。线、面状要素数字化的采点密度以线、面状要素的几何形状不失真为原则，采点密度随着曲率的增大而增加，曲线不得有明显变形和折线。线状要素中的曲线段和折线段应分开采点。曲线中的平直线段应作为直线采集，不作曲线采集，但曲线与直线连接处变化应自然。如铁路、公路的直线段。点状要素采集符号的定位点。有方向的点状要素还应采集符号的方向点，其中第一点采集符号定位点，第二点采集符号方向点。2010-12-22西南大学地理科学学院三、基础地理空间数据获取（一）空间数据获取的一般原则面状要素采集轮廓线或范围线。所有面域多边形都必须有且仅有一个面标识点。具有多种属性的公共边，只数字化一次（如河流与境界共线、堤与水域边线共线），其他层坐标数据用拷贝生成，并各自赋相应的属性代码或图内面域强制闭合线编码。同一层中面要素的公共边不需拷贝。凡地形图上没有边线的面状要素，其边界属性编码用图内面域强