地理信息系统gis第4章GIS数据采集和数据处理.

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1、第4章 GIS数据采集和数据处理 4.1 GIS数据源 4.2 地理数据分类和编码 4.3 GIS数据采集和输入 4.4 GIS数据处理 4.5 数据质量和精度控制 空间信息的获取是一个空间信息系统建设的首要任务。 一个空间信息系统建设，70以上的工作（费用）将花费在 空间信息的获取上面。 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？ 如何采集和 处理？ 数据质量 如何？ 4.1 GIS数据源 nGIS数据源自地图数据、遥感数据、文本资 料、统计资料（电子和非电子数据）、地表 实测数据、野外测量或GPS

2、数据、多媒体数 据和已有系统的数据等，其中，遥感数据（ RS Data）和全球定位系统数据（GPS Data ）是GIS的重要数据源。 图4.1 数据采集与输入流程图 4.1.1地图数据 n纸质地图（Hardcopy Map）和图表是 GIS的主要数据源，它不仅含有实体的类 别和属性，而且含有实体间的空间关系。 4.1.2遥感数据 1.遥感影像包括航空相片和卫星影像。 n航空相片是指安装在飞机上的照相机，沿着预定 的航向，按照一定的飞行高度和重叠度摄取的地 表影像。与地图比较，航空相片所包含的信息内 容丰富、客观真实，它不加选择地、详细地记录 了在拍摄时刻被摄地区的地表现象，而不像地图 内容是

3、经过了地图制图人员的选取和概括的产物 。 n卫星影像是利用安装在卫星上的传感器接受由地 面物体反射或发射的电磁波能量，经模数转换和 计算机处理而获得的地表影像数据。 SPOT 5 数据各种融合影像 2.GIS与RS数据关系 n由于卫星影像以数字形式存在，所以可直接或经过预处 理后输入到GIS中，特别是影像处理软件（如：ERDAS 或ENVI等）可以根据地理实体在影像上呈现的颜色将 它们区别开，并能将辨别出来的地理实体组织成不同的 栅格图层，存入地理数据库； n由于卫星遥感周期性地重复获取同一地区的影像，利于 获取监测、动态数据，利于实时更新地理数据库； n通过使用不同波段的卫星影像或将不同波段

4、的影像进行 融合处理后，可提取或解译有关的专题要素，用于特定 的分析和应用； n与其他地理数据源相比，卫星数据获取的费用相对较低 ，它是目前GIS的重要数据源之一； nGIS也可用卫星影像为背景显示专题要素，制作卫星影 像地图用于区域分析； n利用卫星影像有利于更新数据库的数据。 n目前，常用的空间定位系统主要有美国的全球定位系统 （Global Positioning System，GPS），俄罗斯的 GLONASS全球导航卫星系统，以及欧洲的伽利略（ GALILEO）导航卫星系统，中国北斗系统，目前已发8颗 卫星。 n定位精度10米，测速精度0.2米/秒，授时精度 10纳秒 S3 S2 S

5、1 P GPS空间定位测量原理 4.1.3野外测量和全球定位系统（GPS）数据 n在没有所需的地图或遥感影像数据的情况下，就需要通 过野外测量或使用GPS采集数据作为GIS的输入。目的在 于确定测量区域内地理实体或地面各点的平面位置和高 程。 n一般野外试验、实地测量等获取的数据可以通过转换直 接进入GIS的地理数据库，以便于进行实时的分析和进 一步的应用。 nGPS是一种采用距离交会法的卫星导航定位系统。通过 测定测距信号的传播时间来间接测定距离，将无线电信 号发射机从地面站搬到卫星上，组成一个卫星导航定位 系统，较好地解决覆盖面与定位精度之间的矛盾。 nGPS由空间部分、控制部分和用户设备

6、三部分组成。 n近年来，GPS已越来越多地应用于GIS数据的野外采集。 4.1.4其他数据源 其他数据包括：文本资料、统计资料、实测数据、多媒 体数据、原有系统的数据等。 1.文本资料 文本资料是指各行业、各部门的有关法律文档、行业规范 、技术标准、条文条例等，如边界条约等。这些也属于 GIS的数据。 2.统计资料 各种类型的统计报告、社会调查数据等，是GIS属性数据的 重要来源。 3.实测数据 如野外实地勘测数据、量算数据；台站的观测记录数据； 遥测数据。 4.多媒体数据 多媒体数据(包括声音、录像等)通常可通过通讯口传入GIS 的地理数据库中，目前其主要功能是辅助GIS的分析和 查询。 5

7、.原有系统的数据 GIS还可以从其它已建成的信息系统和数据库中获取相应 的数据。由于规范化、标准化的推广，不同系统间的数 据共享和可交换性越来越强。这样就拓展了数据的可用 性，增加了数据的潜在价值。 为整合各种来源的空间数据并进行数据处理，对于数据 的分类和编码是很重要的。例如，空间数据的地理参照系(地 球的形状、坐标系、高程系)的不同，引起空间数据来源不同 时图幅往往不匹配，为此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，即进行投影转换。投影转换的方 法有：解析变换(正解变换、反解变换)、数值变换、解析和 数值变换。目前，大多数GIS软件是采用正解变换法来完成 不同投影之间的转换

8、，并直接在GIS软件中提供常见投影之 间的转换。 4.2. 地理数据分类和编码 4.2.1地理数据的 分类 1.分类概念及原则 n分类是指根据属 性或特性将地理 实体划分为各种 类型，表示同一 类型地理实体的 数据可以采集在 一起，构成一个 图层（如图4.2 所示）。图4.2 现实世界和图层划分 nGIS是根据地理实体的类型（点或线或面）通过 数字化采集和组织地理数据的。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的过程 。 n拟定分类体系是进行空间数据编码的工作基础 ，其目的是识别要素和提供要素的地理含义。 n地理数据的分类体系由两部分组成，即类

9、型名 称和描述。 n类型名称可以根据地理实体的形态或功能而定 ，但究竟是形态分类还是功能分类，主要取决 于地理数据的应用。 n分类体系的描述部分则是描述各类地理实体的 基本功能和性质。例如八大土地类型是“类型名 称”，各地类的特性如何则属于“描述”。 注意几个问题： n（1）分类体系问题。在一个大型GIS项目中，除非已有一个 合适的分类系统，否则需要在深入理解用户需求的基础上， 建立一个完整的地理数据分类体系，为地理数据的采集、编 码和存储提供标准。 n（2）分类依据。一个理想的地理数据分类体系应该具有科学 性、系统性、完整性和一致性，并能做到简明、充分满足地 理数据应用要求。分类过细或过粗都

10、会导致一些潜在的实际 问题。 n（3）使用特征码。在GIS中，分类系统用特征码表示。特征 码就是按照信息分类编码的结果，利用一组数字、字符或数 字字符的混合来标记不同类别信息的代码。特征码多采用线 分类法，它是将空间实体根据一定的分类指标形成若干层次 目录，构成一个分层次、逐级展开的分类体系。 n拟定编码系统。由于分类系统是一个分级系统，因此使用的 特征码必须采用统一拟定的编码系统，并符合各行各业邻域 的分类分级体系，拟定的特征码要能为多用途数据库提供足 够的实用信息，便于计算机处理与信息交换，易于识别和记 忆，并使冗余数据最少，代码长度适度。 n分类与编码主要原则。如： 标准化和通用化； 唯

11、一性和 代表性； 清晰性和明确性； 可扩充性和稳定性； 完 整性和易读性。 目前，有关地理基础信息数据分类体系的中国 国家标准主要包括1992年发表的“国土基础信 息数据分类与代码”（标准编号：GB-T13923 ）、1993年的“1:500，1:1000，1:2000地 形图要素分类与代码”（标准编号：GB- T14804）、1995年的“1:5000，1:10000， 1:25000，1:500000，1:100000地形图要 素分类与代码”（标准编号：GB-T15660）和 2001年颁布的“专题地图信息分类与代码”（标 准编号：GB-T18317）。不同的专业部门也有 相应的分类系统。

12、例如1984年，中国农业区划 委员会根据土地的用途、经营特点、利用方式 和覆盖特点等因素，将土地划分为八个一级类 型、46个二级类型，表4.2描述了其中八个一级 类型。 2.分类码和标识码 n分类码是直接利用信息分类的结果制定的分类代码，用于标记 不同类别信息的数据。 n分类码一般由数字或字符或数字字符混合构成。 n例如：美国地质调查局（USGS）制订的数字线划图形标准 中的7位代码结构，前三位为主码，后四位为子码，如图4.3 所示。 图4.3 USGC 数字线划图 形标准采用 的代码结构 例子说明： n中国1:100万地形数据库的数据分类体系采用 三级结构，即代码由三段码组成：归属码、分 类

13、码和标识码。 n归属码说明数据来源，包括提供数据的单位、 系统名称和数据库名称等，它除在不同系统之 间交换或转换数据外，一般不使用； n分类码说明实体所属的类别，它完全按照国 土基础信息数据库分类与代码国家标准； n标识码也称识别码，用于标识主要的要素实体 ，如县级以上居民地及其行政界线、铁路、主 要公路、主要河流和湖泊等，用于对实体界线 检索,标识码有6位字符和数字混合构成。代码 结构和标识码示意，如图4.4所示。 图4.4 代码结构和标识码示意图 进一步说明： n代码是给予被处理对象（事物、概念）的符号，是用来 代表事物某种属性的一组有序的字母，具体地说，代码 可用来代替某一名词、术语，甚

14、至某一个特殊的描述短 语。它是人机的共同语言，是进行信息分类、校对、统 计和检索的关键。由于当前计算机只能识别以二进制为 基础的数字、英文、汉字及少数特殊符号。 n代码设计就是如何合理地把被处理对象数字化、字符化 的过程。代码设计是一项复杂的工作，需要多方面的知 识和经验。涉及面广的代码，一般要由几方面人员在标 准化部门组织下进行，制定后要正式颁布，统一贯彻。 n代码是用来表征客观事物的一个或一组有序的符号，它 应易于计算机和人识别与处理。代码也简称为“码”。 n编码就是用数字或字母代表事物。通过编码，建立统一 的信息语言，有利于提高通用化水平，使资源共享，达 到统一化；有利于采用集中化措施以

15、节约人力，加快处 理速度，便于检索。具体地讲，代码具有鉴别功能、分 类、排序以及专用含义 4.2.2地理数据的编码 n地理编码是在数据分类的基础上，以易于计算 机和人识别的代码（Code）唯一地标识地理实 体的类型，代码由字符（数字或字母或数字和 字母混合）构成，由于代码简单，计算机易于 准确操作和管理，在地理数据库中，地理实体 的类别大多以代码表示。 n在地理数据采集过程中，要以代码标识地理实 体的类型和属性，是GIS设计中最重要的技术步 骤 地理编码，它是现实世界与信息世界之间 的转换接口（实际就是一个应用程序连接） 。 n通用地理编码的基本要求包括： 要素识别（即地方名称、实体类型、地址

16、等）； 要素位置（用于唯一地识别实体在地表上的位置）； 要求特征（属性）； 作用范围描述； 提供地理定义。 n服务于空间分析的地理编码分为拓扑编码和坐标编码（ 详见第3章）。 n根据有关原则设计的代码主要用于控制地理数据数字化 采集和输入，用于在地理数据库中系统地表示地理实体 以及它们的属性。 n代码以及相应的描述通常也存储在地理数据库中作为元 数数据的一部分，以帮助用户理解、分析、管理和显示 地理数据。 4.3 GIS数据采集和输入 n地理数据采集主要指实地调查和采样，包括野外考查、 GPS定位等。所选择的数据源资料一般要经过预处理（ 对空间数据分幅、分层和分专题要素）才能借助数字化 或其它途径转换成空间数据库可用的数据。 n空间地理数据无论是来源于数字数据，还是来源于模拟 数据，都需要与所使用的GIS软、硬件相兼容。模拟数 据，需经过数字化才能输入到GIS中；常用的模拟数据 输入方法有：手工数字化、自动