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1、课程主讲人：（本科）第6章 空间数据采集与处理ppt课件汤国安制地理信息系统教程Dili Xinxi Xitong Jiaocheng（第二版）“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材编著: 汤国安 刘学军 闾国年 盛业华 王 春 张海平 地理信息系统教程（第二版）6.2 6.2 数据采集数据采集6.3 6.3 数据编辑与拓扑关系数据编辑与拓扑关系6.4 6.4 数学基础变换数学基础变换6.5 6.5 数据重构数据重构6.6 6.6 图形拼接图形拼接6.7 6.7 数据压缩数据压缩 6.8 6.8 空间数据质量评价与控制空间数据质量评价与控制6.9 6.9 数据入库数据入库 6.1 6.1 概
2、述概述6.2 6.2 数据采集数据采集6.3 6.3 数据编辑与拓扑关系数据编辑与拓扑关系6.4 6.4 数学基础变换数学基础变换6.5 6.5 数据重构数据重构6.6 6.6 图形拼接图形拼接6.7 6.7 数据压缩数据压缩 6.8 6.8 空间数据质量评价与控制空间数据质量评价与控制6.9 6.9 数据入库数据入库 6.1 6.1 概述概述6.1.1 数据源分类6.1.2 数据源特征6.1.3 空间数据采集与处理的基本流程当前大纲6.1.1 数据源分类整个地理信息系统就是围绕着空间数据的采集、处理、存储、分析和表现而展开的，因此空间数据来源、采集手段、生成工艺、数据质量都直接影响到地理信息
3、系统应用的潜力、成本和效率。汽油数据GIS工程是以空间数据处理为线索的软件工程硬件软件数据 = 12 76.1.1 数据源分类地 图 数 据遥 感 影 像 实 测 数 据共 享 数 据数字化数据多媒体数据文本资料数据GIS数据源按获取方式按表现方式GIS数据源分类示意图GIS数据源比较丰富，类型多种多样，通常可以根据数据获取方式或数据表现形式进行分类。6.1.2 数据源特征地图数据包括普通地图和专题地图遥感影像数据包括航空影像和卫星影像实测数据各种野外实验、实地测量所得统计数据表格、数据库等共享数据已有数据的共享多媒体数据声音、录像等文本资料数据各种文字报告和立法文件等物联网-传感器数据主要城
4、市社会物联网大数据和自然环境监测大数据互联网数据包括社交媒体数据和各类评论数据6.1.3 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编辑处理质量评价数据入库不同的数据源，有不同的采集与处理方法，总体上讲，空间数据的采集与处理包含图所示的基本内容。6.1.3 空间数据采集与处理的基本流程 地理信息系统可用的数据源多种多样，进行选择时，应注意从以下三个方面考虑：q 数据源的选择6.1.3 空间数据采集与处理的基本流程q 采集方法的确定6.1.3 空间数据
5、采集与处理的基本流程各种方法所采集的原始空间数据，都不可避免地存在着错误或误差，属性数据在建库输入时，也难免会存在错误，所以对图形数据和属性数据进行一定的检查、编辑是很有必要的。要求不同，方法也不同，常用方法有：q 数据的编辑和处理6.1.3 空间数据采集与处理的基本流程无论何种数据源，使用何种方法进行采集，都不可避免地存在各种类型的误差，而且误差会在数据处理及系统的各个环节之中累计和传播。对于数据质量的控制和评价是系统有效运行的重要保障和系统分析结果可靠性的前提条件之一。q 数据质量控制与评价6.1.3 空间数据采集与处理的基本流程数据入库就是按照空间数据管理的要求，把采集和处理的成果数据导
6、入到空间数据库中。数据数据处理空间数据库q 数据入库6.2 6.2 数据采集数据采集6.3 6.3 数据编辑与拓扑关系数据编辑与拓扑关系6.4 6.4 数学基础变换数学基础变换6.5 6.5 数据重构数据重构6.6 6.6 图形拼接图形拼接6.7 6.7 数据压缩数据压缩 6.8 6.8 空间数据质量评价与控制空间数据质量评价与控制6.9 6.9 数据入库数据入库 6.1 6.1 概述概述6.2.1 空间数据采集数据采集就是运用各种技术手段，通过各种渠道收集数据的过程。服务于地理信息系统的数据采集工作包括两方面内容：空间数据的采集和属性数据的采集。6.2.1 空间数据采集 平板测量 全野外数字
7、测图 空间定位测量 手扶跟踪数字化 扫描矢量化野外数据采集地图数字化摄影测量方法遥感图像处理野外测量主要手段q 野外数据采集6.2.1 空间数据采集数字测记模式使用全站仪或GNSS RTK在实地测定或计算地形、地物特征点（也称碎部点）的三维坐标，用仪器内存储器或联机通信（使用数据线的有线通信或蓝牙无线通信）的电子手薄记录碎部点定位信息，用草图或简码记录其他绘图信息，在室内将测量数据传输到计算机，在数字测图软件的支持下，进行人机交互编辑与处理，得到DLG、DEM及全要素地形图。根据实地采集数据所使用设备的不同，又可进一步分为全站仪数据测记模式和GNSS RTK数字测记模式。q 数字测记6.2.1
8、 空间数据采集q 电子平板测绘电子平板测绘模式实际上是使用“全站仪便携机测图软件”在实地进行数据采集与编辑、制图的作业方式。在该模式中，使用便携机（笔记本电脑或PDA）的屏幕模拟测图平板，利用数字测图软件，在野外直接将全站仪测定的碎部点实时传输给便携机并展绘到屏幕上，依据测点的连接关系，进行地形、地物要素的矢量化编辑，从而实现测与绘的同步，达到“所测即所得”的目的。6.2.1 空间数据采集原始地图扫 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q 地图数字化-手扶跟踪数字化6.2.1 空间数据采集通向计算机接口叉丝游标按扭电磁感应板图形数字化桌q 地
9、图数字化-手扶跟踪数字化6.2.1 空间数据采集P2P2P1c2a2d2m2c2a2d2m2m1d1c1a1S2S2S1ACMDCAMD 立体摄影测量的原理航测上规定当主轴线与铅垂线方向的夹角小于3时为垂直摄影。摄影测量通常采用立体摄影测量方法采集某一地区空间数据，对同一地区同时摄取两张或多张重叠的像片，在室内的光学仪器上或计算机内恢复它们的摄影方位，重构地形表面，即把野外的地形表面搬到室内进行观测。q 摄影测量方法-摄影测量原理航测上对立体覆盖的要求是当飞机沿一条航线飞行时相机拍摄的任意相邻两张像片的重叠度（航向重叠）不少于55%-65%，在相邻航线上的两张相邻像片的旁向重叠应保持在30%。
10、6.2.1 空间数据采集数据准备设置测区、模型参数模型定向核线重采样、匹配预处理、自动匹配生成DEM、DOM，内插等高线数字化测图编辑、拼接、输出引入外方位元素自动空中三角测量建立测区空三加密创建立体模型数字摄影测量方法采集数据的一般流程q 数字摄影测量方法采集流程6.2.1 空间数据采集倾斜摄影测量技术通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从一个垂直、四个倾斜等五个不同的角度采集影像，不仅能够真实地反应地物情况，而且还通过采用先进的定位技术，嵌入精确的地理信息、更丰富的影像信息，同时有效提升模型的生产效率。q 倾斜摄影测量技术6.2.1 空间数据采集遥感原理示意图遥感传感平台q 遥感图像处
11、理6.2.1 空间数据采集遥感数据处理 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)区域分割匹配遥感数据处理的主要内容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q 遥感图像处理6.2.1 空间数据采集遥感影像地形图q 遥感图像处理6.2.1 空间数据采集社会环境数据包括城市与人口、交通网
12、、行政区划、地名、文化和通信设施类。可从人口普查办公室、外交部、民政部、国家测绘局，以及林业、文化、教育、卫生、邮政等相关部门获取。自然环境数据包括地形数据、海岸及海域数据、水系及流域数据、基础地质数据5类。可以从国家测绘局、国家海洋局、水利部以及地质、矿产、地震、 石油等相关部门和机构获取。资源与能源包括土地资源相关数据、气候和水热资源相关数据、生物资源相关数据、矿产资源相关数据、海洋资源相关数据5类。可从中国科学院，国家测绘局及农、林、气象、水电、海洋等相关部门获取。其他统计数据例如，地理国情监测就属于国家层面的大范围、高精度的数据普查工作。另外，如地名普查、土地资源调查等也是主要的普查数
13、据。q 社会经济普查数据6.2.1 空间数据采集定位导航时空大数据采集：目前，最为常见的交通大数据包括城市出租车轨迹数据、共享单车和公共单车定位数据及其他公共交通实时监测数据。主要包括车辆轨迹数据和手机信令基站定位数据。q 时空大数据采集6.2.1 空间数据采集手机已经成为人们日常生活中必不可少的通信工具。实际上，手机就是一个传感器，它记录着每一个人每天的日常行为。通过手机信令数据，可以分析人口的迁徙、居民的日常活动等信息。不仅如此，腾讯、百度等厂商，还通过人们定位信息，模拟与预测全国范围内不同尺度的人口密度和人口迁徙。基于位置的人口时空热力图q 手机信令基站定位数据6.2.1 空间数据采集基
14、于网络爬虫技术的互联网大数据获取成为大数据采集、应用和分析的一大主流方向。主要包括基础网络时空大数据采集（通过爬虫技术获取数百种互联网兴趣点数据）以及基于网页文本的地理信息采集（基于机器学习的自然语言处理技术能够从文本中提取地理位置信息和相关的语义信息）。q 互联网大数据采集：6.2.1 空间数据采集物联网技术是实现智慧城市的主要支撑技术。其目标是将人、物通过传感器互联，从而构建一个人和人、物和物及人和物之间均互联的系统。物联网主要通过各种传感器实现。由于无论是静态的传感器还是动态移动的传感器，都与地理位置和时间强相关，因此，大多数物联网所产生的数据都属于时空大数据，因此也是GIS的主要数据源
15、。主要有社会感知大数据采集以及自然环境感知大数据采集。q 物联网-传感器大数据采集6.2.2 属性数据采集v 属性数据包括各类调查报告、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；v 对于待输入的属性数据，若数据量较小，可通过键盘直接键入，若数量大，一般使用关系型数据库或文件、表格、数据库导入；v 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。6.2.2 属性数据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。
16、n 社会环境数据n 自然环境n 资源与能源城市与人口交通网行政区划地名文化和通信设施地形数据海岸及海域数据水系及流域数据基础地质数据土地资源相关数据气候和水热资源相关数据生物资源相关数据矿产资源相关数据海洋资源相关数据q 属性数据的来源6.2.2 属性数据采集我国国土基础地理信息数据分类与代码（GB/T 13923-1992）将地球表面的自然和社会基础信息分为9个大类，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
17、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q 属性数据的分类6.2.2 属性数据采集在属性数据分类编码的过程中，应力求规范化、标准化，有可遵循标准的尽量依标准。如要对交通GIS系统数据进行编码，就有许多规范及行业标准可以遵循。与交通GIS相关的国家及行业标准GB 2260-95中华人民共和国行政区划代码GB 10114-88县以下行政区划代码编制规则GB 12409-90地理格网GB/T 15660-951:5千、1:1万、1:2.5万、1:5万、1:10万地形图要素与代码GB 917.1-917.2公路路线命名编号和编码规则
18、JT 0022-90公路管理养护单位代码编制规则JTJ 073-96公路养护技术规范GB 920-89公路路面等级与面层类型代码GB/T 919-94公路等级代码GB 11708-89公路桥梁命名编号和编码规则GBJ 124-88道路工程术语标准GB/T 4754-94国民经济行业分类与代码q 数据编码方案的制订6.2.2 属性数据采集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。q 数据编码方案的制订河流层次编码6.2.2 属性数据采集多源分类编码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
19、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。下表以河流为例说明了属性数据多源分类编码法的编码方法。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：31 Km： 12 Km： 25 Km： 310 Km 5 50 m： 6 510 m： 1 1020 m： 2 2030 m： 3 3060 m：4 60120 m： 5120300 m： 6300500 m： 7 500 m： 8q 多源分类编码6.2 6.2 数据采集数据采集6.3 6.3 数据编辑与拓扑关系数据编辑与拓扑关系6.4 6.4 数学基础变换数学基础变换6.5
20、6.5 数据重构数据重构6.6 6.6 图形拼接图形拼接6.7 6.7 数据压缩数据压缩 6.8 6.8 空间数据质量评价与控制空间数据质量评价与控制6.9 6.9 数据入库数据入库 6.1 6.1 概述概述6.3.1 数据编辑空间数据采集过程中，人为因素是造成图形数据错误的主要原因。过头多边形不封闭不连接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q 图形数据编辑6.3.1 数据编辑q 图形数据编辑中经常出现的错误6.3.1 数据编辑其他图形数据错误，包括遗漏某些实体、重复录入某些实体、图形定位错误等的检查一般可采用如下方法进行：叠合比较法目视检查法逻辑检查法q 其他错误6.3.1
21、数据编辑对于检查出的错误，对图形数据编辑是通过向系统发布编辑命令(多数是窗口菜单)用光标激活来完成的。编辑命令主要有增加数据、删除数据和修改数据三类。编辑的对象是点元、线元、面元及目标，编辑工作的完成主要利用GIS的图形编辑功能来完成。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q 图形数据编辑6.3.1 数据编辑属性数据校核包括两部分： 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。
22、 属性数据是否准确，属性数据的值是否超过其取值范围等。q 属性数据编辑6.3.1 数据编辑属性数据错误检查可通过以下方法完成：n首先可以利用逻辑检查，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n把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q 属性数据错误检查6.3.2 拓扑关系点线拓扑关系的建立方法有两种方案：一种是在图形采集和编辑中实时建立，此时有两个文件表，一个记录结点所关联的弧段，一个记录弧段两端点的结点。第二种方案是在图形采集与编辑之后，系统自动建立拓扑关系。其基本思想与前面类似，在执行过程中逐渐建立弧段与起终结点和
23、结点关联的弧段表。q 点线拓扑关系的建立6.3.2 拓扑关系A2A1N3N2N1ID起结点终结点A1A2N1N2N2N3ID关联弧段N1N2N3A1A1，A2A2N4A3A2A1N3N2N1ID起结点终结点A1A2A3N1N2N2N2N3N4ID关联弧段N1N2N3N4A1A1，A2，A3A2A3A4N4A3A2A1N3N2N1ID起结点终结点A1A2A3A4N1N2N2N3N2N3N4N3ID关联弧段N1N2N3A1A2，A2，A3A2，A4A3，A3弧段-结点表结点-弧段表q 点线拓扑关系的建立6.3.2 拓扑关系多边形有三种情况：独立多边形，它与其他多边形没有共同边界，如独立房屋，这种多
24、边形可以在数字化过程中直接生成，因为它仅涉及一条封闭的弧段；具有公共边界的简单多边形，在数据采集时，仅输入了边界弧段数据，然后用一种算法自动将多边形的边界聚合起来，建立多边形文件；第三种是嵌套的多边形，除了要按第二种方法自动建立多边形外，还要考虑多边形内的多边形（也称作内岛）。q 多边形拓扑关系的建立n结点匹配。以任一弧段的端点为圆心，以给定容差为半径，产生一个搜索圆，搜索落入该搜索圆内的其他弧段的端点，若有，则取这些端点坐标的平均值作为结点位置，并代替原来各弧段的端点坐标。以第二种情况为例，讨论多边形自动生成的步骤和方法：6.3.2 拓扑关系q 多边形拓扑关系的建立n建立结点弧段拓扑关系。在
25、结点匹配的基础上，对产生的结点进行编号，并产生两个文件表，一个记录结点所关联的弧段，另一个记录弧段两端的结点。以第二种情况为例，讨论多边形自动生成的步骤和方法：6.3.2 拓扑关系ID起结点终结点A1N1N4A2N1N3A3N1N2A4N4N3A5N4N2A6N2N3ID关联弧段N1A2, A3, A1N2A6, A5, A3N3A4, A6, A2N4A4, A1, A5N4A1N1A2N3A6N2A5A3A4q 多边形拓扑关系的建立n多边形的自动生成，实际上是指建立多边形与弧段的关系，并将弧段关联的左右多边形填入弧段文件中。建立多边形拓扑关系时，必须考虑弧段的方向性，即弧段沿起结点出发，到
26、终结点结束，沿该弧段前进方向，将其关联的两个多边形定义为左多边形和右多边形。以第二种情况为例，讨论多边形自动生成的步骤和方法：6.3.2 拓扑关系q 多边形拓扑关系的建立n假如从A4开始，其起结点为N4，终结点为N3，在结点N3上，连接的弧段分别为A4、A6、A2， 则后续弧段为A6。n沿A6向前追踪，其下一结点为N2, N2连接的弧段为A6、A5、A3，后续弧段为A5，A5的下一结点为N4。n回到弧段追踪的起点，形成一个弧段号顺时针排列的闭合的多边形，该多边形弧段的拓扑关系表建立完毕。在多边形建立过程中，将形成的多边形号逐步填入弧段多边形关系表的左、右多边形内。建立多边形拓扑关系的算法：6.
27、3.2 拓扑关系q 多边形拓扑关系的建立6.3.2 拓扑关系网络拓扑关系的建立主要是确定结点与弧段之间的拓扑关系，这一工作可以由GIS软件自动完成，其方法与建立多边形拓扑关系时相似，只是不需要建立多边形。 但在一些特殊情况下，两条相互交叉的弧段在交点处不一定需要结点，如道路交通中的立交桥，在平面上相交，但实际上不连通，这时需要手工修改，将在交叉处连通的结点删除。删除不需要的结点q 网络拓扑关系的建立6.4.1 几何纠正由于如下原因，使扫描得到的地形图数据和遥感数据存在变形，必须加以纠正。n 地形图的实际尺寸发生变形n 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
28、紧、产生斜置或扫描参数的设置不恰当等n 遥感影像本身就存在着几何变形n 地图图幅的投影与其他资料的投影不同，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n 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6.4.1 几何纠正对地形图的纠正，一般采用四点纠正法或逐网格纠正法。u 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u 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
29、，对每一个方里网，都要采点q 地形图纠正6.2 6.2 数据采集数据采集6.3 6.3 数据编辑与拓扑关系数据编辑与拓扑关系6.4 6.4 数学基础变换数学基础变换6.5 6.5 数据重构数据重构6.6 6.6 图形拼接图形拼接6.7 6.7 数据压缩数据压缩 6.8 6.8 空间数据质量评价与控制空间数据质量评价与控制6.9 6.9 数据入库数据入库 6.1 6.1 概述概述6.4.1 几何纠正遥感影像的纠正，一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。遥感影像纠正选点示例12123344q
30、 遥感影像纠正6.4.2 坐标变换坐标变换的实质是建立两个空间参考系之间点的一一对应关系。空间数据坐标变换方法 投影变换 仿射变换 相似变换 橡皮拉伸6.4.2 坐标变换投影变换必须已知变换前后的两个空间参考的投影参数，然后利用投影公式的正解和反解算法，推算变化前后两个空间参考系之间点的一一对应函数关系。n 投影变换是坐标变换中精度最高的变换方法n 栅格单元尺寸大小/分辨率n 栅格原点 n 栅格的倾角q 投影变换6.4.2 坐标变换投影A（x，y）投影B（X，Y）正解变换：解析函数关系X=f (x , y) ，Y=g( x , y )反解变换：经纬度B=f (x , y) , L=g( x ,
31、 y )X=F(B, L) , Y=G( B, L)数值变换：数学方法yxbabaYXnn11地图投影变换q 投影变换6.4.2 坐标变换仿射变换是在不同的方向上进行不同的压缩和扩张，可以将球变为椭球，将正方形变为平行四边形，如下图图所示。其公式为： 仿射变换q 仿射变换6.4.2 坐标变换相似变换是由一个图形变换为另一个图形,在改变的过程中保持形状不变(大小可以改变)。在二维坐标变换过程中，常见的三种基本相似变换有：v 平移v 旋转v 缩放q 相似变换 平移是将图形的一部分或者整体移动到笛卡尔坐标系中另外的位置，如下图所示，公式为：6.4.2 坐标变换64平移q 平移6.4.2 坐标变换65
32、旋转实现旋转操作要用到三角函数，假定顺时针旋转角度为 ，其公式为：q 旋转6.4.2 坐标变换66图形缩放q 缩放缩放操作可用于输出大小不同的图形，如图，其公式为：yxYSYXSX6.4.2 坐标变换 橡皮拉伸缩通过坐标几何纠正来修正缺陷。主要针对几何变形，通常发生在原图上。它们可能由于在地图编绘中的配准缺陷、缺乏大地控制或其他各种原因产生。 如图所示，原图层（实心线）被纠正成更精确的目标（虚线）。类似于变换，位移关联点在橡皮伸缩中被用于确定要素移动的位置。橡皮拉伸示意图q 橡皮拉伸6.4.3 栅格数据重采样重采样是栅格数据空间分析中处理栅格分辨率匹配问题的常用数据处理方法。进行空间分析时，用
33、来分析的数据资料由于来源不同，经常要对栅格数据进行何纠正、旋转、投影变换等处理，在这些处理过程中都会产生重采样问题（如图）。因此重采样在栅格数据的处理中占有重要地位。原始栅格数据采样栅格数据栅格数据重采样6.4.3 栅格数据重采样直接取与P(x，y)点位置最近像元N的值作为该点的采样值，即： I(P)=I(N)N为最近点，其坐标值为： xN = INT(x + 0.5) yN = INT(y + 0.5)INT表示取整q 最邻近像元法：6.4.3 栅格数据重采样q 双线性插值法6.4.3 栅格数据重采样当推广到双三次多项式时，采用分块方式，每一分块可以定义出一个不同的多项式曲面，当n次多项式与
34、其相邻分块的边界上所有n-1次导数都连续时，称之为样条函数。在数据点为方格网的情况下，采用三次曲面来描述格网内的内插值时，待定点内插值Zp为：3233323130232221201312111003020100321)1 (yyyaaaaaaaaaaaaaaaaxxxZpq 双三次卷积法6.2 6.2 数据采集数据采集6.3 6.3 数据编辑与拓扑关系数据编辑与拓扑关系6.4 6.4 数学基础变换数学基础变换6.5 6.5 数据重构数据重构6.6 6.6 图形拼接图形拼接6.7 6.7 数据压缩数据压缩 6.8 6.8 空间数据质量评价与控制空间数据质量评价与控制6.9 6.9 数据入库数据入
35、库 6.1 6.1 概述概述数据重构主要包括数据结构的转换和数据格式转换。通用的空间数据结构有栅格和矢量两种，在地理信息系统中，它们之间的相互转换是经常性的。GIS在其发展过程中，出现了很多研究机构和企业，它们所使用的数据格式往往不尽相同。为了实现相互之间的数据和资源共享，需要对数据格式进行转换。q 数据重构的内涵6.5.1 数据结构转换数据结构转换包括两部分：n矢量数据向栅格数据的转换n栅格数据向矢量数据的转换q 数据结构转换内容6.5.1 数据结构转换矢量数据的基本坐标是直角坐标X、Y，其坐标原点一般取图的左下角。栅格数据的基本坐标是行和列（i，j）,其坐标原点一般取图的西南角。两种数据变
36、换时,令直角坐标X和Y分别与行与列平行，按确定的栅格大小采样。首先需要完成多边形边界线段的栅格化；然后，用面域属性值充填。矢量的面域向栅格转换又称为多边形填充。常用的多边形填充算法有内部点扩散法、射线法、扫描线法。q 矢量数据栅格化6.5.1 数据结构转换n 从图幅西北角开始，按顺时针或逆时针方向，从起始点开始，根据八个邻域进行搜索，依次跟踪相邻点，找出线段经过的栅格n 将栅格（i，j）坐标变成直角坐标（X，Y）n 生成拓扑关系，对于矢量表示的边界弧段，判断其与原图上各多边形的空间关系，形成完整的拓扑结构，并建立与属性数据的联系n 去除多余点及曲线圆滑：常用的算法有线性叠代法、分段三次多项式插
37、值法、正轴抛物线平均加权法、斜轴抛物线平均加权法、样条函数插值法等q 栅格数据矢量化6.5.1 数据结构转换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q 栅格数据矢量化6.5.1 数据结构转换数据结构转换包括两部分：n矢量数据向栅格数据的转换n栅格数据向矢量数据的转换q 数据结构转换内容6.5.2 数据格式转换数据交换的模式大致有四种：n 外部数据交换模式n 直接数据访问模式n 数据互操作模式n 空间数据共享平台模式q 数据交换模式6.5.2 数据格式转换已运行的各种GIS系统，存在着许多空间数据，是空间数据的重要来源不同软件平台对矢量数据的数据结构及数据格式不同， 如
38、ARCGIS的Geodatabase、Mapinfo的MIF，Microstation的DGN格式不同的数据格式导致某一系统不能直接操作另一系统的数据可行的途径是空间数据的相互转换或互操作q 数据交换模式6.5.2 数据格式转换数据格式的相互转换是目前可行的方法，数据转换可分为三类：分层和编码原则都不同的数据转换分层不同，编码原则相同的数据转换分层不同，编码方案完全一致的数据转换空间数据格式转换的途径有： 外部文件交换方式标准空间数据交换方式空间数据互操作方式基于语义数据转换方式q 数据交换模式6.5.2 数据格式转换外部文件格式：E00，MID，DXF，ASCII Loader等q 外部文件
39、交换方式6.5.2 数据格式转换美国 STDI中国 CNSDTF，包括:q 标准空间数据交换方式6.5.2 数据格式转换Open GIS的思想是将空间数据的转换变成一次转换或者不进行转换，实现不同GIS软件系统之间空间数据的互操作。q 空间数据互操作方式6.5.2 数据格式转换基于语义层次上的空间数据转换，除了数据结构的转换外，更重要的是对语义数据模型的转换和操作，更注重数据所蕴含的知识背景。语义转换模型与传统数据转换有很大的不同。数据模型A其他数据模型数据模型B物理层逻辑层应用层企业层物理层逻辑层应用层企业层数据结构语义知识、信息物理存储基于数据结构传统数据转换基于语义数据转换语义层次转换示
40、意图q 基于语义数据转换方式6.5.2 数据格式转换一种可伸缩的、开放的数据转换模型。这样，以此模型为支持的转换共享功能也就具有了很强的伸缩性，可以根据不同的数据转换共享的需要对数据转换模型进行丰富，进而便于在异构空间数据转换共享平台构建时进行功能的配置和扩充。q 基于组件思想的数据转换方式6.2 6.2 数据采集数据采集6.3 6.3 数据编辑与拓扑关系数据编辑与拓扑关系6.4 6.4 数学基础变换数学基础变换6.5 6.5 数据重构数据重构6.6 6.6 图形拼接图形拼接6.7 6.7 数据压缩数据压缩 6.8 6.8 空间数据质量评价与控制空间数据质量评价与控制6.9 6.9 数据入库数
41、据入库 6.1 6.1 概述概述在相邻图幅的边缘部分，由于原图本身的数字化误差，使得同一实体的线段或弧段的坐标数据不能相互衔接，或是由于坐标系统、编码方式等不统一，需进行图幅数据边缘匹配处理。图幅拼接逻辑一致性的处理 用交互编辑的方法，使两相邻图斑的属性相同，取得逻辑一致性。识别和检索相邻图幅 将待拼接的图幅数据按图幅进行编号，编号有2位，其中十位数指示图幅的横向顺序，个位数指示纵向顺序，并记录图幅的长宽标准尺寸。相邻图幅边界点坐标数据的匹配相同属性多边形公共边界的删除 将相同属性的两个或多个相邻图斑组合成一个图斑，即消除公共边界，并对共同属性进行合并。q 图幅数据边缘匹配步骤几何裂缝：指由数
42、据文件边界分开的一个地物的两部分不能精确地衔接。-几何接边ABCBBBCAA逻辑裂缝：同一地物地物编码不同或具有不同的属性信息，如公路的宽度，等高线高程等。-逻辑接边 q 裂缝类型人工接边接边直接移动，突变回缩2-3个点，减少突变 q 几何接边n检查同一地物在相邻图幅的地物编码和属性值是否一致，不一致，进行人工编辑。n将同一地物在相邻图幅的空间数据在逻辑上连在一起。n索引文件，建立双向指针。n关键字，空间操作的方法。 Oid 指针A1AOid 指针A2AOid指针A A1A2A3图3图2图1总目标文件A3A3A1A1A2A2逻辑接边Oid KeyA1AOid KeyA2AOid KeyA3A图
43、3图2图1Oid 指针A3Aq 逻辑接边识别或提取相邻图幅 -要求图幅编号合理相同属性多边形公共边界的删除313233212223111213p pL1L1p p A AA Ap pL1L1p p A AA Ap pL1L1p p A AA A去除公共边界属性合并6.2 6.2 数据采集数据采集6.3 6.3 数据编辑与拓扑关系数据编辑与拓扑关系6.4 6.4 数学基础变换数学基础变换6.5 6.5 数据重构数据重构6.6 6.6 图形拼接图形拼接6.7 6.7 数据压缩数据压缩 6.8 6.8 空间数据质量评价与控制空间数据质量评价与控制6.9 6.9 数据入库数据入库 6.1 6.1 概述
44、概述数据压缩是指从取得的数据集合中抽取一个子集，这个子集作为一个新的信息源，在规定的精度范围内最好地逼近原集合，而又取得尽可能大的压缩比。n 栅格数据压缩技术有游程编码、四叉树法等。n 矢量数据简化实际上是对原矢量坐标串中的多个矢量点根据曲线形态，减少数据点，包括：线实体简化；双线中心线生成；多边形消融；多边形轮廓聚合q 数据压缩内涵线实体简化比较相邻两特征点的距离与阈值的大小，确定是否保留或舍弃。D邻q 间隔取点法线实体简化利用曲线上顺序的3点Pn-1，Pn，Pn+1，将Pn-1与Pn+1相连，计算Pn到Pn+1的垂直距离（垂距法）或Pn-1Pn 与PnPn+1直线的夹角（偏角），并规定限差
45、，决定点的取舍。q 垂距和偏角法D限差垂距法Pn-1PnP n+1Pn-1PnP n+1D限差偏角法Pn-1PnP n+1Pn-1PnP n+1线实体简化把曲线首末两端点连成一条直线；计算曲线上每一点与直线的垂直距离。若所有这些距离均小于限差，则将直线两端点间的各点全部舍去。若上一步条件不满足，则保留含有最大垂足距离的点，将原曲线分成两段曲线，再递归地重复使用分裂法。q 分裂法（Douglas Peucker算法）d2 、d3 、d4都大于t保留V2、V3、V4d2t，保留V4td3v5v2v3v4v1d2d4(a)tv5v2v3v4v1(b)v5v2v3v4v1(c)t6.1 6.1 概述概
46、述6.2 6.2 数据采集数据采集6.3 6.3 数据编辑与拓扑关系数据编辑与拓扑关系6.4 6.4 数学基础变换数学基础变换6.5 6.5 数据重构数据重构6.6 6.6 图形拼接图形拼接6.7 6.7 数据压缩数据压缩 线实体简化线对象化简前线对象化简后限差设置过大（以江苏、安徽省界为例）6.2 6.2 数据采集数据采集6.3 6.3 数据编辑与拓扑关系数据编辑与拓扑关系6.4 6.4 数学基础变换数学基础变换6.5 6.5 数据重构数据重构6.6 6.6 图形拼接图形拼接6.7 6.7 数据压缩数据压缩 6.8 6.8 空间数据质量评价与控制空间数据质量评价与控制6.9 6.9 数据入库
47、数据入库 6.1 6.1 概述概述6.8.1 空间数据质量的相关概念空间数据质量是指数据对特定用途的分析和操作的适用程度；空间数据质量与空间分辨率或制图比例尺有关；相关概念：n准确性(accuracy) ：即一个记录值(测量或观察值)与它的真实值之间的接近程度 ；n数据的精密度（precision）：对某一量的多次观测，各观测值的离散程度；n分辨率（resolution）：两个可测量数值之间最小的可辨识的差异 ；n比例尺(scale)：地图上两个点间图面距离和它所表现的真实世界的距离之间的一个比值 ；n误差（error）：表示数据与其真值之间的差异；n不确定性（uncertainty）：关于空
48、间事物、现象的特征和过程不能被准确地确定的程度 ；6.8.2 空间数据质量评价空间数据质量指标完备性多余遗漏逻辑一致性概念一致性值域一致性格式一致性拓扑一致性位置准确性绝对或客观精度相对或内在精度格网数据位置精度时间准确性时间量测准确度时间一致性时间有效性专题准确性分类分级正确性非定量属性准确度定量属性准确度其他指标要素、要素属性和要素关系的存在和缺失。对数据结构、属性及关系的逻辑规则的依附度。要素位置的准确度。要素时间属性和时间关系的准确度。定量属性的准确度；定性属性的正确性；要素的分类分级以及其他关系。6.8.2 空间数据质量评价数据的位置真实位置线状实体位置不确定性的带模型q 空间数据位
49、置不确定性评价模型6.8.2 空间数据质量评价面实体位置不确定性评价模型不确定性区间真实位置q 空间数据位置不确定性评价模型6.8.2 空间数据质量评价STDS（1992）ICA（1996）CEN/TC287（1997）ISO/TC211（1997）数据渊源数据渊源数据渊源数据总揽（数据渊源、数据目的、数据用途）（潜在的）用途分辨率分辨率分辨率几何精度几何精度几何精度数据精度属性精度属性精度属性精度专题精度完整性完整性完整性完整性逻辑一致性逻辑一致性逻辑一致性逻辑一致性语义精度元数据质量时态精度时态精度时态精度数据同质性数据测试和一致性q 空间数据质量的指标体系6.8.2 空间数据质量评价空间
50、数据质量评价方法分直接评价和间接评价两种。直接评价方法是对数据集通过全面检测或抽样检测方式进行评价的方法，又称验收度量。直接评价法又分为内部和外部两种。间接评价方法是间接评价法是一种基于外部知识的数据集质量评价方法。对数据的来源和质量、生产方法等间接信息进行数据集质量评价的方法，又称预估度量。这两种方法本质区别是面向的对象不同，直接评价方法面对的是生产出的数据集，而间接评价方法则面对的是一些间接信息，只能通过误差传播的原理，根据间接信息估算出最终成品数据集的质量。q 评价方法6.8.3 空间数据的误差源及误差传播空间数据的误差包括随机误差、系统误差以及粗差。数据是通过对显示世界中的实体进行解译