空间数据采集及处理

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1、第四章 地理空间数据采集及处理,4.1 地理空间数据的特征及表示方法,4.2 地理空间数据获取及处理,4.3 地理空间数据质量,属性特征（非定位数据） 空间特征（定位数据） 时间特征（时间尺度）,属性特征（非定位数据）：表示实际现象或特征，例如变量、级别、数量特征和名称等。,4.1地理空间数据的特征及表示方法 P36-37,4.1.1地理空间数据的特征,空间特征（定位数据）： 表示事物的空间位置，例如笛卡尔坐标等。,时间特征（时间尺度）：指事物数据随时间的变化，其变化的周期有短期 的、中期的、长期的等 。,地理空间数据的基本特性,4.1.2 空间数据的测量尺度,命名或类型 次序 间隔 比例,对

2、特定空间现象或空间目标的测量就是根据一定的标准对其赋值或打分（对事物的鉴别、分类和命名），测量的尺度大致可以分成四个层次，由粗略至详细依次为：,对数据定性而非定量的描述，不能进行任何算术运算。例如，可以用不同数值表示不同的土地利用类型、植被类型或岩石类型，但是这些数值之间无数量关系。,命名（Nominal）量,次序（Ordinal）量,线性坐标上不按值的大小，而是按顺序排列的数，例如，事故发生危险程度的级别由大到小被标为1，2，3，。,间隔（Interval）量,不参照某个固定点，而是按间隔表示相对位置的数。按间隔量测的值相互之间可以比较大小，并且它们之间的差值大小是有意义的。例如，温度大小的

3、表示。,比率（Ratio）量,比例测量尺度的测量值指那些有真零值而且测量单位的间隔是相等的数据，比例测量尺度与使用的测量单位无关。如年降雨量、海拔高度、人口密度、发病率等。,命名数据或次序数据便于使用，易于理解，但有时不够精确，不能用于较高级的算术运算。而比例数据或间隔数据比较精确，便于计算机处理。,各种数据测量尺度以及其制图表现,4.2 地理空间数据获取及处理,野外实测数据 航天航空遥感 航测 全球定位系统（GPS） 原介质地图数据等,4.2.1 地理空间数据的来源,地理空间数据的来源非常广泛，大致可以分为：,1. 手工方式 2. 数字化方式 3. 扫描方式 4. 影像处理和信息提取方式 5

4、. 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。,4.2.2 地理空间数据采集及处理,1. 手工方式 2. 数字化方式 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，是目前常用的地图数字化方式生成矢量数据。,4.2.2 地理空间数据采集及处理,数字化仪,1. 手工方式 2. 数字化方式 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。,4.2.2 地理空间数据采集及处

5、理,小型扫描仪,工程扫描仪,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。,4.2.2 地理空间数据采集及处理,岳池县卫星影像图,a.1993 b.2001 c.2007,1. 手工方式 2. 数字化方式 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。,地图的数字化录入和影像处理信息提取是主要方式,4.2.2 地理空间数据采集及处理,（1） 地图数字化,当纸地图经过计算机图形图像系统光电转换量

6、化为点阵数字图像，经图像处理和曲线矢量化，或者直接进行手扶跟踪数字化后，生成可以为地理信息系统显示、修改、标注、漫游、计算、管理和打印的矢量地图数据文件，这种与纸地图相对应的计算机数据文件称为矢量化电子地图。,地图数字化是指把传统的纸质或其他材料上的地图转换为计算机可识别的图形数据的过程，以便进一步在计算机中进行存贮、分析和输出。,概念,在扫描后处理中，需要进行栅格转矢量的运算，一般称为扫描矢量化过程。,地图数字化步骤,将栅格图像转换为矢量地图一般需要以下一系列步骤Musavi 1988：,除了上述五个步骤以外，还需要一些处理以方便图像矢量化过程，如图像拼接和剪裁等 。,数据处理的概念,空间数

7、据处理的方法,空间数据的编辑处理,（2） 地理空间数据录入后的处理,数据处理的概念,数据处理的概念 数据处理的内容 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据进行编辑运算，清除数据冗余，弥补数据缺失，形成符合用户要求的数据文件格式,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 数据处理的内容 数据处理的意义,数据处理的概念,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,数据处理的概念 数据处理的内容 数据处理的意义,数据处理的概念,平面坐标变换(P21-23) 空间数据的压缩处理 空间数据类型的转换 空间数据插值

8、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1-平面坐标变换,旋转变换,x=xcos-y sin y=xsin+y cos,x=x0+(x- x0)cos-(y- y0) sin y=y0+(x- x0) sin+(y- y0) cos,空间数据处理的方法1-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=xSx y=ySy,x=x0+(x- x0) Sx y=y0+(y- y0) Sy,空间数据处理的方法1-平面坐标变换,1:50万,1:100万,岳池县成土母质图,地图投

9、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1-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1-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

10、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1-平面坐标变换,空间数据处理的方法2-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2-压缩处理,常见空间数据的压缩

11、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2-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2-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2-压缩处理,面域邻接线段的删除,空间数据处理的方法2-压缩

12、处理,空间数据处理的方法3-类型转换,空间数据处理的方法4-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

13、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4-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。,图幅拼接处理,(a)拼接前； （b）拼接中的边缘不匹配；(c)调整后的拼接结果,地图输入出错处理,数字化错误不及和过头,4.3 地理空间数据质量 P49-51,（1）数据质量的基本概念,数据质量则是空间数据在表达这三个基本要素时，所能够达到的准确性、一致性、完整性以及它们三

14、者之间统一性的程度。,4.3.1 数据质量概述,4.3.2 地理空间数据的误差来源,地图数据,地图固有误差 材料变形产生的误差 图像数字化误差,遥感数据,遥感仪器的观测过程 遥感图象处理和解译,测量数据,系统误差 操作误差偶然误差,4.3.3常见空间数据的误差分析,归纳起来，数据的误差主要有四大类，即几何误差、属性误差、时间误差和逻辑误差。,GIS特有,属性误差和时间误差,可能,逻辑误差,数据的不完整性是通过上述四类误差反映出来的。事实上检查逻辑误差，有助于发现不完整的数据和其他三类误差。对数据进行质量控制或质量保证或质量评价，一般先从数据的逻辑性检查入手。,各种逻辑误差,由于地图是以二维平面

15、坐标表达位置，在二维平面上的几何误差主要反映在点和线上。,几何误差,某点的点误差即为测量位置（x，y）与其真实位置（x0，y0）的差异。点误差可通过计算坐标误差和距离的方法得到。坐标误差定义为：x=x-x0 y=y-y0,点误差,线误差,线在GIS中既可表示线性现象，又可以通过连成的多边形表示面状现象。线性特征的误差主要产生于测量和对数据的后处理以及在确定线的界限时的误差。,折线和曲线的误差,数据质量控制是个复杂的过程，要控制数据质量应从数据质量产生和扩散的所有过程和环节入手，分别用一定的方法减少误差。空间数据质量控制常见的方法有 :,4.3.4 地理空间数据质量控制,设计过程的质量控制 对基础资料的质量控制 对数据采集手段的选择 对软、硬件配置的要求 数据采集前的准备工作 数据采集中的监控 结果控制,4.3.5 空间数据的质量评价,对许多类型的地理信息而言时间是个很重要的因素，数据是否具有现势性是用户所关心的数据质量的一个重要方面，需要进行更新的数据要及时更新。,数据的完整性数据的现势性,1、地理空间数据的特征？ 2、地理数据的采集方法有哪些？ 3、地图数字化的步骤? 4、地理空间数据录入后应进行哪些处理？ 5、地理空间数据质量如何控制？,思考题,