空间数据采集与处理

第三章空间数据结构第四章空间数据采集与处理空间数据采集与处理①数据源的选择；②采集方法的确定；③数据的进一步编辑与处理，包括错误消除、数学基础变换、数据结构与格式的重构、图形的拼接、拓扑的生成、数据的压缩、质量的评价与控制等等，保证采集的各类数据符合数据入库及空间分析的需求；④数据入库，让采集的空间数据统一进入空间数据库。本章将系统介绍数据采集与处理过程所涉及的理论方法和关键技术。数据源分类GIS数据源按获取方式按表现方式数据源特征地图数据在应用地图数据时应注意以下几点：–地图存储介质的缺陷。由于地图多为纸质，在不同的存放条件下存在不同程度的变形，具体应用时，须对其进行纠正。–地图现势性较差。传统地图更新周期较长，造成现存地图的现势性不能完全满足实际需要。–地图投影的转换。使用不同投影的地图数据进行交流前，须先进行地图投影的转换。数据源特征遥感影像数据航空影像局部卫星遥感影像局部数据源特征实测数据–实测数据主要指各种野外实验、实地测量所得数据，它们通过转换可直接进入GIS的空间数据库以用于实时分析和进一步应用。其中，GPS点位数据、地籍测量数据等通常具有较高的精度和较好的现势性，是GIS的重要数据来源。数据源特征统计数据地区测站高度差(m)1月4月7月10月天山南坡阿克苏—阿合奇8830.030.570.590.31天山北坡乌鲁木齐—小渠子1266-0.400.500.740.40祁连山北坡玉门镇—玉门市800-0.030.490.500.26贺兰山区银川—贺兰山17890.290.590.640.50数据源特征共享数据–GIS数据共享已成为地理信息系统技术的一个重要研究内容，已有数据的共享也成为GIS获取数据的重要来源之一。–但对已有数据的采用需注意数据格式的转换和数据精度、可信度的问题。多媒体数据–由多媒体设备获取的数据（包括声音、录像等）也是GIS的数据源之一，目前其主要功能是辅助GIS的分析和查询，可通过通讯口传入GIS的空间数据库中。文本资料数据空间数据采集与处理的基本流程空间数据采集的基本内容键盘输入扫描数字化成果数据交换遥感图像处理摄影测量野外数据采集地图数据影像数据野外实测数据统计数据数字数据多媒体数据文本数据数据源采集方法空间数据采集与处理的基本流程数据源的选择–注意从以下几个方面考虑：①是否能够满足系统功能的要求；②所选数据源是否已有使用经验。如果传统的数据源可用的话，就应避免使用其他它的陌生数据源。一般情况下，当两种数据源的数据精度差别不大时，宜采用有使用经验的传统数据源；③系统成本。因为数据成本占GIS工程成本的70%甚至更多，所以数据源的选择对于系统整体的成本控制来说至关重要。采集方法的确定–根据所选数据源的特征，选择合适的采集方法。数据的编辑与处理数据质量控制与评价数据入库数据采集空间数据采集–平板测量平板测量获取的是非数字化数据。–全野外数字测图全野外空间数据采集与成图分为三个阶段：数据采集、数据处理和地图数据输出。–空间定位测量S3S2S1PGPS空间定位测量原理数据采集地图数字化–手扶跟踪数字化–扫描矢量化摄影测量方法遥感图像处理–遥感数据的处理与具体的数据类型（卫星影像、雷达影像）、存储介质等因素相关。数字摄影测量工作站原始地图扫描栅格文件栅格编辑矢量化矢量文件矢量编辑格式转换GIS数据库地图扫描矢量化的工作流程数据采集遥感数据处理的主要内容遥感数据处理再生校正图像重建图像复原辐射量校正几何校正镶嵌变换灰度信息变换空间信息变换几何信息变换数据压缩分类总体测定(earning)分类(classification)区域分割匹配电磁波的反射辐射投影仪等一次处理（变换到CCT等通用载体上）扫描仪等通过胶片、扫描仪等进行A/D转换数字图像再生、校正处理分类处理变换处理数字图像数字图像彩色CRT及胶片等模拟系统地理信息系统等数字处理系统遥感器遥感数据的基本处理流程属性数据的采集属性数据一般采用键盘输入。–对照图形直接输入；–预先建立属性表输入属性，或从其它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。属性数据的来源–国家资源与环境信息系统规范在“专业数据分类和数据项目建议总表”中，将数据分为社会环境、自然环境和资源与能源三大类共14小项，并规定了每项数据的内容及基本数据来源。1.社会环境数据2.自然环境3.资源与能源属性数据的采集属性数据的分类–我国《国土基础地理信息数据分类与代码》（GB/T13923-1992）将地球表面的自然和社会基础信息分为9个大类，分别为测量控制点、水系、居民地、交通、管线与垣栅、境界、地形与土质、植被和其他类，在每个大类下又依次细分为小类、一级和二级类。国土基础地理信息测量控制点水系居民地交通管线和垣栅境界地形与土质植被其他平面控制点高程控制点其他控制点……………铁路公路铁路和公路主要构筑物航运港口空运…………高速公路一级公路二级公路三级公路四级公路等外公路普通公路专用公路城市道路…城市快速路城市主干道城市次干道城市支线城市其他路…………………………………国土基础地理信息分类体系与交通GIS相关的国家及行业标准GB2260-95中华人民共和国行政区划代码GB10114-88县以下行政区划代码编制规则GB12409-90地理格网GB/T15660-951:5千、1:1万、1:2.5万、1:5万、1:10万地形图要素与代码GB917.1-917.2公路路线命名编号和编码规则JT0022-90公路管理养护单位代码编制规则JTJ073-96公路养护技术规范GB920-89公路路面等级与面层类型代码GB/T919-94公路等级代码GB11708-89公路桥梁命名编号和编码规则GBJ124-88道路工程术语标准GB/T4754-94国民经济行业分类与代码属性数据的采集属性数据的编码–原则：1.编码的系统性和科学性2.编码的一致性和唯一性3.编码的标准化和通用性4.编码的简捷性5.编码的可扩展性过程属性数据编码方案的制定①列出全部制图对象清单；②制定对象分类、分级原则和指标，将制图对象进行分类、分级；③拟定分类代码系统；④代码及其格式。设定代码使用的字符和数字、码位长度、码位分配等；⑤建立代码和编码对象的对照表。这是编码最终成果档案，是数据输入计算机进行编码的依据编码方法①层次分类编码法②多源分类编码法属性数据的采集层次分类编码法–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。河流6可通航河61不通航河62常年河611时令河612消失河613长度1Km6111611长度2Km6112611长度5Km6113611长度10Km61146长度10Km6115611宽度1m61141611宽度1~2m61142611宽度2~5m61143611611宽度5~20m61144611611宽度20~50m61145611宽度50m61146611611深度5~10m611451611深度10~20m611452611深度20~30m611453611深度30~60m611454611深度60~120m611455深度120~300m611456深度300~500m611457深度500m611458河流类型的层次分类编码方案属性数据的采集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。河流编码的标准分类方案通航情况流水季节河流长度河流宽度河流深度通航：1不通航：2常年河：1时令河：2消失河：31Km：12Km：25Km：310Km410Km51m：11~2m：22~5m：35~20m：420~50m：550m：65~10m：110~20m：220~30m：330~60m：460~120m：5120~300m：6300~500m：7500m：8空间数据编辑过头多边形不封闭不及不正规多边形结点不重合碎屑多边形伪结点数据错误示意图在建立拓扑的过程中发现空间数据编辑其它图形数据错误检查方法：–叠合比较法–目视检查法–逻辑检查法根据数据拓扑一致性进行检验，如将弧段连成多边形，数字化节点误差的检查等地理信息系统的图形编辑功能点编辑线编辑面编辑目标编辑删除移动拷贝旋转追加水平对齐垂直对齐删除移动拷贝追加旋转（改向）剪断光滑求平行线弧段加点弧段删点弧段移动删除弧段移动弧段插入弧段剪断弧段删除目标旋转目标拷贝目标移动目标放大目标缩小目标开窗口属性数据编辑内容：1.属性数据与空间数据是否正确关联，标识码是否唯一，不含空值。2.属性数据是否准确，属性数据的值是否超过其取值范围等。方法1.利用逻辑检查，检查属性数据的值是否超过其取值范围，属性数据之间或属性数据与地理实体之间是否有荒谬的组合2.属性数据打印出来进行人工校对，这和用校核图来检查空间数据准确性相似数学基础变换-几何纠正原因：1.地形图的实际尺寸发生变形；2.在扫描过程中，工作人员的操作会产生一定的误差，如扫描时地形图或遥感影像没被压紧、产生斜置或扫描参数的设置不恰当等，都会使被扫入的地形图或遥感影像产生变形，直接影响扫描质量和精度；3.遥感影像本身就存在着几何变形；4.地图图幅的投影与其它资料的投影不同，或需将遥感影像的中心投影或多中心投影转换为正射投影等。5.扫描时受扫描仪幅面大小的影响，有时需将一幅地形图或遥感影像分成几块扫描，这样会使地形图或遥感影像在拼接时难以保证精度。数学基础变换-几何纠正地形图的纠正–四点纠正法或逐网格纠正法。四点纠正法，一般是根据选定的数学变换函数，输入需纠正地形图的图幅行、列号、地形图的比例尺、图幅名称等，生成标准图廓，分别采集四个图廓控制点坐标来完成。逐网格纠正法，是在四点纠正法不能满足精度要求的情况下采用的。这种方法和四点纠正法的不同点就在于采样点数目的不同，它是逐方里网进行的，也就是说，对每一个方里网，都要采点。–具体采点时，一般要先采源点（需纠正的地形图），后采目标点（标准图廓），先采图廓点和控制点，后采方里网点。数学基础变换-几何纠正遥感影像的纠正–般选用和遥感影像比例尺相近的地形图或正射影像图作为变换标准，选用合适的变换函数，分别在要纠正的遥感影像和标准地形图或正射影像图上采集同名地物点。–具体采点时，要先采源点（影像），后采目标点（地形图）。选点时，要注意选点的均匀分布，点不能太多。如果在选点时没有注意点位的分布或点太多，这样不但不能保证精度，反而会使影像产生变形。另外选点时，点位应选由人工建筑构成的并且不会移动的地物点，如渠或道路交叉点、桥梁等，尽量不要选河床易变动的河流交叉点，以免点的移位影响配准精度。遥感影像纠正选点示例12123344数学基础变换-坐标变换空间数据坐标变化方法投影变换坐标变换方法仿射投影相似变换橡皮拉伸仿射变换平移旋转图形缩放橡皮筋变换示意图数学基础变换-栅格数据重采样最邻近像元法双线性插值法双三次卷积法原始栅格数据采样栅格数据栅格数据重采样数据重构数据结构的转换–矢量数据向栅格数据的转换–栅格数据向矢量数据的转换数据格式转换–分层和编码原则都不同的数据转换。在数据转换过程中，系统最大限度地保证空间数据和属性数据的转入，并把相应的分层和编码转换过来。–分层不同，编码原则相同的数据转换。两者数据编码原则是一致的，为空间数据和数据描述信息的相互转换提供了有利条件。–分层不同，编码方案完全一致的数据转换。除描述信息外，两者数据质量和数据情况是完全一致的。遥感影像或分类图扫描图边界提取二值化二值化细化矢量化栅格转矢量流程数据重构数据格式转换–途径实现外部数据交换方式通过外部交换文件的数据转换方式系统A内部文件系统A外部交换文件系统B内部文件系统B外部交换文件交换交换三次转换二次转换数据重构数据格式转换–途径实现标准空间数据交换标准方式通过标准格式完成不同系统的数据转换系统A内部文件系统B内部