地理信息系统第四章数据采集与处理.ppt

第四章空间数据采集与处理 学习目标 了解GIS的数据采集方式 掌握地图数字化的方法 步骤 掌握地图数据的各种处理方法 理解属性数据编码的深刻含义 了解空间数据的压缩处理的方法及优缺点重点 数据采集方式和数字化方法 空间数据处理的概念 意义和方法 四 空间数据的压缩处理 一 数据采集方式 二 地图数字化 三 地图数据处理 五 属性数据输入 1 手工方式2 手扶跟踪化数字方式3 扫描方式4 影像处理和信息提取方式5 数据通讯方式 通过手工在计算机终端上输入数据 主要是键盘输入 主要用于属性数据的输入 第一节数据采集方式 1 手工方式2 手扶跟踪化数字方式3 扫描方式4 影像处理和信息提取方式5 数据通讯方式 手扶跟踪数字化仪是一种图形数字化设备 生成矢量数据 第一节数据采集方式 数字化仪 第一节数据采集方式 1 手工方式2 手扶跟踪化数字方式3 扫描方式4 影像处理和信息提取方式5 数据通讯方式 扫描仪是一种图形 图象输入设备 可以快速地将图形 图象输入计算机系统 是目前发展最快的数字化设备生成栅格数据 第一节数字采集方式 小型扫描仪 工程扫描仪 第一节数据采集方式 1 手工方式2 手扶跟踪化数字方式3 扫描方式4 影像处理和信息提取方式5 数据通讯方式 从遥感影像上直接提取专题信息 第一节数据采集方式 1 手工方式2 手扶跟踪化数字方式3 扫描方式4 影像处理和信息提取方式5 数据通讯方式 联网方式下 信息系统内部各子系统之间以及与其它信息系统之间实现信息交流和信息共享的主要方式 第一节数据采集方式 1 图形数字化2 数据的编辑3 拓扑关系生成4 基本量算5 数据结构转换6 地理数据库建立 数据采集系统功能 驱动数字化仪 扫描仪等数字化设备 对影像 图形 数字等多种形式 多方来源的信息实现自动 半自动或人工的数字化 建立空间数据库 1 图形数字化2 数据的编辑3 拓扑关系生成4 基本量算5 数据结构转换6 地理数据库建立 数据查询修改更新图形分割与拼接图形缩放比例尺转换 数据采集系统功能 1 图形数字化2 数据的编辑3 拓扑关系生成4 基本量算5 数据结构转换6 地理数据库建立 大多数GIS系统都采用基于拓扑结构模型的GIS数据库 一些系统具有拓扑关系的自动生成功能 由矢量数据自动生成多边形 并根据相应的多边形内部点文件 生成多边形边界的左右多边形信息并识别岛状多边形 大大减少了编辑工作量 数据采集系统功能 1 图形数字化2 数据的编辑3 拓扑关系生成4 基本量算5 数据结构转换6 地理数据库建立 1 质心量算对地理分布变化的跟踪 计算目标物对周围地区的经济辐射范围 例如 应用质心量测分析人口变迁 经济增长级等 2 几何量算自动快速的计算三维目标的表面积 体积 各类多边形的的周长 面积 各类线段的曲率 方向 以及点状物体的坐标等 如公路 铁路线的长度 各种土地类型的面积量算 道路设计中的土石方量算等 数据采集系统功能 1 图形数字化2 数据的编辑3 拓扑关系生成4 基本量算5 数据结构转换6 地理数据库建立 矢量数据 栅格数据栅格数据 矢量数据二值化 细化 填充空隙 矢量追踪 矢量数据 数据采集系统功能 1 图形数字化2 数据的编辑3 拓扑关系生成4 基本量算5 数据结构转换6 地理数据库建立 地理数据库四种方式 1 全部采用文件管理2 文件结合关系数据库管理3 全部采用关系数据库管理4 重新设计具有空间数据和属性数据管理和分析功能的数据库系统 OO DBMS 数据采集系统功能 第三节地图数字化 一 手扶跟踪数字化数字化仪组成 数字化方式 操作步骤二 扫描矢量化扫描仪原理 处理流程 操作方式 数字化仪示意图 底座 感应板 定标器 手扶跟踪数字化方法 有效区域 手扶跟踪数字化方法 数字化仪板面组成示意图 1 点方式每次定标器的键被按下 感应板发送一对坐标数据到计算机 2 开关流方式在定标器上 每按下一次键 即将一组坐标数据发送到计算机 当用数字化来输入一条连续曲线是很有效 3 连续流方式不论定标器的键是否按下 数字化仪每个一定的时间就向计算机发送坐标数据 即是不可控的 4 增量方式当定标器在感应板上移动某个距离 数字化仪就发送一对绝对坐标数据 数字化仪的工作方式 操作方式 手扶跟踪数字化方法 1 ASC 格式2 二进制输出格式 数字化仪的工作方式 输出格式 手扶跟踪数字化方法 地图数字化的操作步骤 准备 设置 数字化 固定地图 设置投影方式 设置控制点 处理误差 设置定标器按键 地图分幅 手扶跟踪数字化方法 地图数字化的操作步骤 图像配准 数字化 屏幕数字化方法 地图分层 描图 设置控制点 设置投影方式 二值化 细化 矢量化 冗余去除 断线修复 要素提取 符号识别 属性赋值 扫描仪数字化方法 地图扫描数据处理 影像处理和信息提取方式 GIS软件与遥感图像处理软件结合 空间数据采集 属性数据的采集 包括各类调查报告 文件 统计数据 实验数据与野外调查的原始记录等 如人口数据 经济数据 土壤成份 环境数据 对于要输入属性库的属性数据 通过键盘直接键入或文件 表格 数据库导入 对于要直接记录到栅格或矢量数据文件中的属性数据 则必须进行编码输入 空间数据采集 属性数据的采集 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 属性数据的编码 编码原则 系统性和科学性 满足所涉及学科的科学分类方法 能反映出同一类型中不同的级别特点 一致性 对代码所定义的同一专业名词 术语必须是唯一的 标准化和通用性 有国家或行业标准的要按标准进行 没有标准的必须考虑在有可能的条件下实现标准化 简捷性 在满足国家标准的前提下 每一种编码应该是以最小的数据量载负最大的信息量 可扩展性 编码的设置应留有扩展的余地 避免新对象的出现而使原编码系统失效 造成编码错乱现象 属性数据的编码 编码内容 登记部分 用来标识属性数据的序号 可以是简单的连续编号 也可划分不同层次进行顺序编码 分类部分 用来标识属性的地理特征 可采用多位代码反映多种特征 控制部分 用来通过一定的查错算法 检查在编码 录入和传输中的错误 在属性数据量较大情况下具有重要意义 属性数据的编码 编码方法 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 属性数据的编码 编码方法 多源分类编码法 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 数据处理的概念 空间数据处理的方法 空间数据的编辑处理 地图数据处理 数据处理的概念 一 数据处理的概念二 数据处理的内容三 数据处理的意义 对采集的各种数据 按照不同的方式方法对数踞进行编辑运算 清除数据沉余 弥补数据缺失 形成符合用户要求的数据文件格式 数据处理的概念 一 数据处理的概念二 数据处理的内容三 数据处理的意义 数据编辑数据压缩数据变换数据格式转换空间数据内插边沿匹配数据提取 数据处理的概念 一 数据处理的概念二 数据处理的内容三 数据处理的意义 空间数据有序化检验数据质量实现数据共享提高资源利用效果 1 平面坐标变换2 空间数据的压缩处理3 空间数据类型的转换4 空间数据插值5 数据提取 空间数据处理的方法 平移变换 x x x y y y 空间数据处理的方法 平面坐标变换 旋转变换 x x cos y sin y x sin y cos 空间数据处理的方法 平面坐标变换 比例变换 图形缩放 点可以通过对其P x y 坐标分别乘以各自的比例因子Sx和Sy来改变它们到坐标原点的距离 x x Sxy y Sy x x0 x x0 Sxy y0 y y0 Sy 空间数据处理的方法 平面坐标变换 地图投影变换 当系统使用的数据来自不同地图投影的图幅时 需要将一种投影的数字化数据转换为所需要投影的坐标数据 通过建立两个投影的解析关系式 直接把一种投影坐标 x y 变换成另一种投影的坐标 X Y 空间数据处理的方法 平面坐标变换 地图投影变换 当系统使用的数据来自不同地图投影的图幅时 需要将一种投影的数字化数据转换为所需要投影的坐标数据 由一种投影的坐标 x y 反解出地理坐标 然后再将地理坐标代入另一种投影公式中 求出该投影下的直角坐标 X Y 空间数据处理的方法 平面坐标变换 地图投影变换 当系统使用的数据来自不同地图投影的图幅时 需要将一种投影的数字化数据转换为所需要投影的坐标数据 根据两种投影在变换区内若干同名的坐标点 采用插值法 有限差分法 待定系数法等 实现不同投影之间的转换 空间数据处理的方法 平面坐标变换 空间数据处理的方法 压缩处理 数据压缩途径 压缩软件 原数据信息基本不丢失而且可以大大节省存贮空间 缺点是压缩后的文件必须在解压缩后才能使用数据消冗处理 原数据信息不会丢失 得到的文件可以直接使用 缺点是技术要求高 工作量大 对冗余度不大的数据集合效用小用数据子集代替数据全集 在规定的精度范围内 从原数据集合中抽取一个子集 缺点以信息损失为代价 换取空间数据容量的缩小 空间数据处理的方法 压缩处理 常见空间数据的压缩方法 曲线数据的压缩 面域栅格数据的压缩 面域邻接线段的删除 特征点筛选法 筛选抽取曲线特征点 并删除全部多余点以达到节省存贮空间的目的 空间数据处理的方法 压缩处理 常见空间数据的压缩方法 曲线数据的压缩 面域栅格数据的压缩 面域邻接线段的删除 通过压缩编码技术来消除冗余数据 链码游程长度编码块码四叉树编码 空间数据处理的方法 压缩处理 常见空间数据的压缩方法 曲线数据的压缩 面域栅格数据的压缩 面域邻接线段的删除 数据属性的重新分类和空间图形的化简需要对数据进行压缩相邻界线的删除共同属性的合并 空间数据处理的方法 压缩处理 面域邻接线段的删除 空间数据处理的方法 压缩处理 空间数据处理的方法 类型转换 空间数据处理的方法 空间数据插值 1 离散空间 空间具有跳跃特征 土地利用类型 重要变化发生在边界上 边界内的变化则是均匀的 同质的 即在各个方面都是相同的 邻近元法 以最相邻近图元的特征值表征未知图元的特征值 2 连续空间 空间具有渐变特征 地形表面 内插技术必须采用连续的空间渐变模型实现这些连续变化 可用一种平滑的数学表面加以描述 这类技术可分为整体拟合和局部拟合技术两大类 整体拟合技术 拟合模型是由研究区域内所有采样点上的全部特征观测值建立的 通常采用的技术是整体趋势面拟合 这种内插技术一般用于模拟大范围内的变化 而不能提供内插区域的局部特性局部拟合技术则是仅仅用邻近的数据点来估计未知点的值 而不受局部范围外其它点的影响 这类技术包括双线性多项式内插 样条函数 移动拟合法等等 空间数据处理的方法 空间数据插值 空间数据的编辑处理 空间数据编辑处理的目的是为了消除地图数字化过程中所产生的错误 以及将数字化数据重新组织以便得到进一步处理和使用的格式 空间数据的编辑与处理 空间数据编辑的必要性修正数据输入错误维护数据的完整性和一致性更新地理信息空间数据一般性错误数据不完整 重复空间数据位置不正确空间数据比例尺不准确空间数据变形几何和属性连接有误属性数据不完整错误检查主要方法叠合比较法目视检查法逻辑检查法 空间数据的编辑与处理方式 误差修正一般过程 设定容许值连接接点重建拓扑关系 空间数据的编辑与处理方式 边界匹配 图幅接边 不同图幅的连接自动 手工第一种方法是小心地修改空间数据库中点和矢量的坐标 以维护数据库的连续性 第二种方法是先对准两幅图的一条边缘线 然后再小心地调整其它线段使其取得连续 空间数据质量及其精度分析 数据质量是空间数据在表达空间位置 专题特征以及时间这三个基本要素时 所能够达到的准确性 一致性 完整性 以及它们三者之间统一性的程度 1 误差 Error 2 数据的准确度 Accuracy 3 数据的精密度 Resolution 4 不确定性 Uncertainty 空间数据质量评价 数据情况说明时间精度 现势性 位置精度 几何精度 分类精度 属性精度 可靠性逻辑的一致性 完整性数据采集与编码方法 误差的类型 源误差操作误差 源误差 与数据获取方法有关 测量数字数据的误差地图数字化数据的误差遥感数据误差 测量数字数据的误差 控制测量误差碎部测量误差空中三角测量误差测图误差 地图数字化数据的误差 制图误差 控制点展绘误差 编绘误差 绘图误差 综合误差 地图复制误差 分色板套合误差 绘图材料的变形误差数字化误差 遥感数据误差 数据获取误差数据处理误差数据分析误差数据转换误差人工判断误差 操作误差 由计算机字长引起的误差由拓扑分析引起的误差数据分类和内插引起的误差 GIS空间操作中误差的传播 GIS空间操作 y f xl x2 xn 算术运算和逻辑运算 空间数据质量的控制 传统的手工方法元数据方法地理相关法 空间数据质量的控制环节 数据预处理工作数字化设备的选用数字化对点精度 准确性 数字化限差数据的精度检查