第二講地理數據采集和數據質量

第二講地理數據采集和數據質量第一頁，共60頁。第二講地理數據獲取地理數據的內容地理數據的基本特征地理數據測量的尺度與精度地理數據來源空間數據的采集空間數據轉換屬性數據獲取地理數據質量

第二頁，共60頁。1、地理數據的內容地理數據是GIS的血液。幾乎所有的GIS操作都是圍繞地理數據展開的。地理數據源、數據類型、數據質量都直接影響到GIS應用的潛力、成本和效率。地理數據的數字表達可以歸為：數字線劃數據（DigitalLineGraph，DLG）數字柵格數據（DigitalRasterGraphic，DRG）數字高程模型（DigitalElevationModel，DEM）數字正射影像圖（DigitalOrthographicMap，DOM）影像數據（ImageData）屬性數據(AttributeData)（在測繪界和空間數據生產部門，將前四種數據統(tǒng)稱為4D產品。）第三頁，共60頁。數字線劃數據（DLG）數字線劃數據是將空間地物直接抽象為點、線、面的實體，用坐標描述它的位置和形狀。這種抽象的概念直接來源于地形測圖的思想。數字線劃地圖是現有地形圖基礎上的矢量數據集，并且保存有要素間的空間關系信息第四頁，共60頁。數字線劃數據（DLG）第五頁，共60頁。數字柵格數據（DRG）數字柵格地圖(DRG)：數字柵格地圖是模擬紙質地圖的數字化產品，地圖經過掃描、糾正、圖像處理與數據壓縮，形成在內容、幾何精度和色彩上與地圖完全一致的計算機柵格文件，主要用于計算機上地圖查詢以及各種計算機設計底圖。第六頁，共60頁。數字柵格數據（DRG）第七頁，共60頁。數字高程模型(DEM)數字高程模型(DEM)：定義在x、y域離散點以高程表達地面起伏形態(tài)的數字集合。數字高程模型是現實世界地面山川河流起伏在計算機中的數字化表達。它在計算機中直觀地反映現實的地貌情況。主要用于規(guī)劃設計(如高速公路設計，無線通訊臺站設計，開挖及填埋土方計算，洪水淹沒分析等)。Don’tbeconfusedabouttheexpressions"digitalterrainmodel"(DTM)an"digitalelevationmodel"(DEM).DEMisonlythemoregeneralexpressionfordigitalsurfacedatabutyoumustdefinethekindofsurfacetheelevationdataarefor:e.g.DEMofthevegetationsurface,DEMofthegroundwatersurfaceorDEMofthereliefoftheearthsurfacewhichisalsocalled"digitalterrainmodel".第八頁，共60頁。數字高程模型(DEM)第九頁，共60頁。數字正射影像圖(DOM)

數字正射影像圖(DOM)：用數字形式儲存的正射影像圖。它是對遙感影像進行像元糾正、影像鑲嵌等一系列處理后形成的影像平面圖，帶有坐標格網和圖廓整飾，其上可疊加線畫要素、文字注記等。較傳統(tǒng)的地圖而言，正射影像圖具有信息量豐富、直觀易讀等特點；它生產周期短，現勢性好。主要用于宏觀規(guī)劃、資源普查、環(huán)保管理等。這種圖給人一種身臨其境的感覺，具有很大的實用價值，用它可以修正大量過時的城區(qū)地圖，并獲取大量城市建設信息。第十頁，共60頁。數字正射影像圖(DOM)第十一頁，共60頁。影像數據（Imagedata）影像數據包括遙感影像和航空影像，它可以是彩色影像，也可以是灰度影像。影像數據直觀而又詳細地記錄了地表的自然現象，人們使用它可以加工出各種信息，如進一步采集數字線劃數據。

第十二頁，共60頁。影像數據（Imagedata）影像衛(wèi)星信息高雄小港機場

211x205像素-13k

第十三頁，共60頁。屬性數據屬性數據包含兩方面的含義：第一類：描述地理實體是什么，有什么樣的特性，屬于哪一類地理實體類型或地物類型。這種屬性一般可以通過目視直接獲得，同時考察它的形狀和其他地理實體之間的關系；第二類屬性是實體的詳細描述信息，例如一棟房子的建造年限、房主、住戶等，這些屬性必須經過詳細的調查。

屬性數據可以分為命名、次序、間隔和比值四種測度中的一種

第十四頁，共60頁?？臻g特征專題特征

時間特征

2、地理數據的基本特征第十五頁，共60頁?？臻g特征空間特征是指空間地物的位置、形狀和大小等幾何特征，以及與相鄰地物的空間關系?？臻g位置可以通過坐標來描述。GIS中地理實體的形狀和大小一般也是通過空間坐標來體現?？臻g位置坐標是定義在特定的坐標系統(tǒng)下的，GIS的坐標系統(tǒng)有嚴格的定義，如經緯度地理坐標系，一些標準的地圖投影坐標系或任意的直角坐標系等?？臻g關系是確定空間位置的另外一種重要方式，通過地理實體之間的相對位置關系，確定各自的空間位置。在GIS中直接存貯地理實體的空間坐標。對于空間關系，有些GIS軟件存貯部分空間關系，如相鄰、連接等關系。而大部分空間關系則是通過空間坐標進行運算得到。第十六頁，共60頁。時間特征地理實體都有一定存在時期，描述地理實體空間特征的空間數據總是在某一特定時間或時間段內采集得到或計算得到的，描述了那個特定時期地理實體的空間特征。時間特征對于時序性較強的地理實體和地理現象時間特征尤為重要，比如說人口分布、土地利用等，必須將其至于某個特定的時間段內說明或研究才具有實際意義。地理實體變化的周期有超短周期、短期、中期和長期之分在GIS數據記錄中，往往將時間特征作為屬性數據的一部分記錄，用于說明某個地理實體的其他屬性數據和空間數據的記錄年代和時間。利用多時態(tài)數據在GIS中進行時空分析和動態(tài)模擬是當前GIS研究的難點和熱點之一。

第十七頁，共60頁。專題特征專題特征亦指地理現象或地理目標的屬性特征，它是指除了時間和空間特征以外的空間現象的其他特征，如地形的坡度、坡向、某地的年降雨量、土地酸堿度、土地覆蓋類型、人口密度、交通流量、空氣污染程度等。專題特征在專題GIS研究的主要內容，它是GIS中的屬性數據所要表達的信息。同樣的屬性數據經過不同專題數據模型的處理可以表達不同的專題特征。第十八頁，共60頁。3、地理數據測量的尺度與精度地理數據包括定性數據和定量數據：定性數據描述地理實體和地理現象的性質、分類和命名。定性數據主要反映屬性特征。對地理實體和地理現象的分類就是一種定性數據。定性數據只從名義或語義上描述在地球表面不同位置某種地理現象的不同性質，不能說明任何數量上或程度上的差異。盡管有些定性數據采用數字形式記錄，但也只是某個特征值的代碼或標識，而不代表量化的任何概念。對某個地理實體或地理現象的定性描述不是一成不變的，不同的GIS應用領域或區(qū)域采用的定性描述標準可能不同，描述的詳細程度也可能不盡相同。這表明在不同的應用系統(tǒng)中，定性數據的表達尺度和表達精度是變化的。第十九頁，共60頁。定量數據定量數據可以描述地理實體的空間特征和屬性特征。描述空間特征的定量數據就是空間數據。對于空間坐標的測量，測量的尺度主要取決于采樣點的取舍和坐標測量的精確度。屬性數據的采集尺度則取決具體應用對地理實體分類的詳細程度和特征描述的深度等因素的要求。地圖比例尺決定了地圖表現的地理實體的精確程度，包括地理實體的數量、形狀、空間位置的準確性等。以地圖作為數據源的GIS數據的精度也受到比例尺約束。以影像數據作為數據源的GIS數據的精度受到影像數據的空間分辨率的制約。GIS中的比例尺概念又不完全等同于地圖。例如按1:1萬比例尺的規(guī)范建立的地理信息系統(tǒng)，可以輸出1:1.5萬甚至1:2萬比例尺的地圖。關于GIS中空間目標的測量尺度和精度，一般原則是計算機輸出的地圖要滿足同等比例尺地圖的精度要求。描述屬性特征的定量數據主要指一些量化指標，如工農業(yè)產值、職工工資等，它反映數量或程度上的差異。影響屬性定量數據的精度的因素很多，不同屬性特征具有不同的精度衡量標準。第二十頁，共60頁。4、地理數據的來源現有地圖航空像片衛(wèi)星影像文本數據數字化儀交互終端掃描儀數字攝影測量儀器磁帶機磁盤機地理數據庫野外測量數據數據源數據采集數據質量第二十一頁，共60頁。數據源可以分為原始數據（第一手數據）和經過加工處理后的數據（第二手數據），又存在非電子數據和電子數據兩種形式。數據形式第一手數據第二手數據非電子數據平板儀、工程測量、航空相片、人口普查、社會經濟調查地圖、統(tǒng)計圖表等電子數據全站儀、GPS數據、遙感數據等數據庫（空間數據庫，其他的專題數據庫）等數據源類型第二十二頁，共60頁。數據源野外觀測數據地圖數據遙感數據統(tǒng)計資料文字報告已有系統(tǒng)的數據第二十三頁，共60頁。野外觀測數據平板測量：測量的成果都是紙質地圖，通過手扶跟蹤數字化和掃描方式成為數字數據；全站儀測量：兩種方式，一種是它與電子手簿相連接，將數據存儲到電子手簿上，回到室內進行編輯和處理；另一種是將便攜機直接與全站儀相連接，直接記錄、編輯和處理；GPS測量：得到GPS天線所在位置的3維橢球面坐標；第二十四頁，共60頁。地圖數據地圖是GIS的主要數據來源，這不僅是因為地圖的內容直觀與豐富，而且是由于在地理信息系統(tǒng)誕生以前，地圖是表示空間與非空間信息強有力的手段；地圖的種類不同，按內容劃分，包括各種比例尺的普通地圖和專題地圖。普通地圖是以相對平衡的詳細程度表示地球表面上的自然要素和社會經濟要素，主要表達境界、居民地、交通網、水系、地形和植被等；專題地圖重點反映某一種或幾種專門的要素，從某種意義上說，一冊完備的專題地圖集是一個很好的人工操作地理信息系統(tǒng)；為了便于輸入可將地圖上表達的地理要素根據其分布形狀分解為點、線和面三種基本要素?？梢岳檬址龈檾底只蛼呙钄底只瘍煞N方式輸入計算機；第二十五頁，共60頁。遙感數據遙感數據是GIS的重要信息源，它至少具有下列一些特點(1)能取得大面積、綜合的信息；(2)速度快；(3)能提供各類專題所需要的信息；從衛(wèi)星或飛機上獲取的圖像信息主要有膠片和數字磁帶兩種記錄形式。膠片是一種模擬信號，必須通過轉換設備把模擬信號變?yōu)閿底中盘柡螅拍鼙挥嬎銠C存儲和處理；數字磁帶是一種數字圖像記錄，通過讀取設備可以直接進入計算機；遙感數據對GIS硬件和軟件要求較高。第二十六頁，共60頁。統(tǒng)計資料統(tǒng)計資料是建立GIS必不可少的資料，在分析中起著重要的作用；包括社會經濟數據、人口普查數據、野外調查和監(jiān)測數據等；統(tǒng)計數據一般都和一定范圍內的統(tǒng)計單元和觀測點聯(lián)系在一起；第二十七頁，共60頁。文字報告文字報告可以是各行業(yè)、各部門的有關法律文檔、行業(yè)規(guī)范、技術標準、條文條例等；在專題信息系統(tǒng)中，各種文字說明資料對確定專題內容的屬性特征起著重要的作用；在區(qū)域信息系統(tǒng)中，描述區(qū)域地理特征的文字報告是區(qū)域綜合研究不可缺少的參考資料。第二十八頁，共60頁。已有系統(tǒng)的數據GIS可以從其它已經建立的信息系統(tǒng)中和數據庫中獲取相關的數據。由于規(guī)范化、標準化的推廣，不同系統(tǒng)間的數據共享和可交換性越來越強，這樣就拓展了數據的可用性，增加了數據的潛在價值。已有系統(tǒng)的數據可以作為InternetGIS的重要數據源之一，Internet上存儲者各種各樣豐富的數據，通過一定的網絡許可就可以訪問這些數據，這樣可以充分的發(fā)揮已有數據的效益，節(jié)省數據重復生產的開銷，同時也可以一定程度上減少系統(tǒng)之間數據的不一致性。第二十九頁，共60頁。5、空間數據采集數據采集的任務：將現有的上述類型數據采用適宜的采集手段轉換成GIS可以處理與接收的數字形式，通常要經過驗證、修改、編輯等處理進入地理數據庫。數據采集需要考慮的要素：地理空間地理參照系地圖投影空間數據的分類與編碼屬性數據的分類與編碼空間數據采集的一般方法第三十頁，共60頁?？臻g數據的分類與編碼幾個概念：分類、代碼、編碼、標識碼編碼方法空間數據組織空間數據分層空間數據分類與編碼第三十一頁，共60頁。分類、代碼、編碼、標識碼分類：是將具有共同的屬性或特征的事物或現象歸并在一起，而把不同屬性或特征的事物或現象分開的過程。

代碼：是一個或一組有序的易于被計算機或人識別與處理的符號，是計算機鑒別和查找信息的主要依據和手段。又稱為標識碼編碼：是指確定屬性數據的代碼的方法和過程。編碼的直接產物就是代碼，而分類分級則是編碼的基礎。第三十二頁，共60頁。編碼方法在GIS中常用層次分類編碼法：是按照分類對象的從屬和層次關系作為排列順序的一種編碼方法，它的優(yōu)點是能明確表示出分類對象的類別和層次關系，代碼結構有嚴格的隸屬關系。

耕地71園地72林地73牧草地74居民點及公礦用地75交通用地75水域76未利用地77土地利用類型7有林地731灌木地732疏林地733跡地735針葉樹疏林地7331闊葉樹疏林地7332未成林林地734第三十三頁，共60頁?？臻g數據組織空間數據分層空間數據庫矩形分塊經緯度分塊區(qū)域分塊第三十四頁，共60頁。空間數據分層空間數據可按某種屬性特征形成一個數據層，通常稱為圖層（Coverage）空間數據分層方法：1）專題分層每個圖層對應一個專題，包含某一種或某一類數據。如地貌層、水系層、道路層、居民地層等。2）時間序列分層將相同時間或時期的數據作為一個數據層。3）地面垂直高度分層將位于相同高度帶上的數據作為一個數據層。上述分層方法可以聯(lián)合使用，比如專題分層的基礎上，對不同時間采集的數據進行分層組織專題分層第三十五頁，共60頁。空間數據分層的目的空間數據分層便于空間數據的管理、查詢、顯示、分析等?？臻g數據分為若干數據層后，對所有空間數據的管理就簡化為對各數據層的管理，而一個數據層的數據結構往往比較單一，數據量也相對較小，管理起來就相對簡單；對分層的空間數據進行查詢時，不需要對所有空間數據進行查詢，只需要對某一層空間數據進行查詢即可，因而可加快查詢速度；分層后的空間數據，由于便于任意選擇需要顯示的圖層，因而增加了圖形顯示的靈活性；對不同數據層進行疊加，可進行各種目的的空間分析。第三十六頁，共60頁?？臻g數據分類與編碼空間數據分類和編碼的過程也是對現實世界的認識過程，依據一定規(guī)律或規(guī)則將地理實體進行分類，使其有序的存儲、檢索和數據處理，同時便于后期以正確的方式表達空間數據。正確的分類是空間數據的專題分層的基礎。分類、編碼點、線、面特征碼、坐標信息世界第三十七頁，共60頁。屬性數據的分類與編碼空間數據的分類一般是根據“地理實體是什么”的原則進行分類的，它屬于屬性數據的一種，屬性數據的分類與編碼比空間數據分類編碼更加豐富和復雜在屬性數據中，有一部分是與幾何數據的表示密切有關的。例如，道路的等級、類型等，決定著道路符號的形狀、色彩、尺寸等。在GIS中，通常把這部分屬性數據用編碼的形式表示，并與空間數據一起管理起來。第三十八頁，共60頁。分類碼和標識碼第三十九頁，共60頁。分類碼示例第四十頁，共60頁。代碼或標識碼C1492第四十一頁，共60頁?？臻g數據采集的一般方法幾種常用的空間數據采集方法：地圖掃描數字化手扶跟蹤數字化屏幕跟蹤數字化遙感影像定性：定量：GPS和全站儀等第四十二頁，共60頁。手扶跟蹤數字化儀（Digitizer）第四十三頁，共60頁。手扶跟蹤數字化三個主要步驟：連接數字化儀圖板定向，確定投影方式和坐標系用數字化軟件進行數字化結果：生成矢量數據，數字線劃圖（DLG）第四十四頁，共60頁。掃描數字化儀掃描儀簡介臺式掃描儀滾筒式掃描儀第四十五頁，共60頁。掃描數字化基本步驟掃描儀精度：取決于掃描儀分辨率，一般用每英寸點數DPI（DotPerInch）來表示，例如當分辨率為300DPI時，則掃描象元的大小為： 2.54cm/300=0.085mm結果：生成柵格圖像，數字柵格圖（DRG）掃描轉換拼接子圖塊屏幕跟蹤矢量化矢量圖合成、接邊矢量圖編輯紙質地圖空間數據庫第四十六頁，共60頁。屏幕跟蹤數字化用于將柵格圖象矢量化，柵格圖像包括掃描數據和遙感數據。數字化方式有自動矢量化和交互式矢量化兩種方式。結果：生成矢量數據，數字線劃圖（DLG）準備掃描圖像柵格圖像配準新建數字化圖層屏幕跟蹤矢量化地圖選擇投影和單位輸入控制點編輯控制點由專門的數字化軟件或利用GIS的編輯工具根據數據用途和地理實體的分布狀態(tài)進行分層掃描數據遙感數據第四十七頁，共60頁。遙感信息提取分類：數據源，方法，精度定量遙感：數據源，方法，精度第四十八頁，共60頁。GPS第四十九頁，共60頁。全站儀第五十頁，共60頁。6、空間數據轉換

空間數據轉換作為空間數據獲取的手段之一，在現代GIS的建設中起越來越重要的作用。可以用于實現不同GIS系統(tǒng)之間的數據共享和數據交流。根據具體應用的需求，將已有的空間數據轉換為用戶所需的數據格式，可以避免數據的重復采集，縮短系統(tǒng)開發(fā)和應用的時間?？臻g數據轉換的內容主要包括三個方面的信息，其一是空間定位信息（實體的坐標），其二是空間關系（如一條弧段的起結點、終結點、左多邊形、右多邊形等），其三是屬性數據。但是在數據轉換過程中會有不同程度的信息損失，比如特殊圖形信息、空間拓撲關系、屬性信息等?？臻g數據格式的相互轉換：矢量數據和柵格數據的相互轉換。第五十一頁，共60頁。空間數據轉換 基于外部數據交換文件的空間數據轉換空間數據轉換目前主要通過外部數據交換文件進行。大部分商用GIS軟件定義了外部數據交換文件格式，一般為ASCⅡ碼文件，如ARC/INFO的EOO，MapInfo的MID，AutoCAD的DXF，MGE的ASCⅡLoader等。系統(tǒng)之間的數據一般要通過2-3次的轉換。

系統(tǒng)A內部文件系統(tǒng)A外部交換文件系統(tǒng)B外部交換文件系統(tǒng)B內部文件第五十二頁，共60頁?？臻g數據轉換基于空間數據交換標準的空間數據轉換制定空間數據交換的標準格式，每個GIS系統(tǒng)都提供讀寫這一標準格式空間數據的程序，可以避免大量編程工作，而且數據轉換僅需要兩次即可

系統(tǒng)A內部文件標準空間數據交換文件系統(tǒng)B內部文件第五十三頁，共60頁?？臻g數據轉換基于空間數據的互操作的空間數據轉換國際標準化組織之一的OGC（TheOpenGeospatialConsortium,Inc.）提出制定一套讀寫空間數據的標準函數，每個系統(tǒng)軟件都按這一套標準提供讀寫自己系統(tǒng)空間數據的驅動程序，其它軟件就可以通過調用這一程序，直接讀到對方的內部數據。

標準的空間數據讀寫函數系統(tǒng)A內部文件標準的空間數據讀寫函數系統(tǒng)B內部文件第五十四頁，共60頁。7、屬性數據獲取屬性數據獲取主要在于資料的收集，包括各類調查報告、文件、統(tǒng)計數據、實驗數據與野外調查的原始記錄等，如人口數據、經濟數據、土壤成份、環(huán)境數據。在建立地理信息系統(tǒng)之前，首先要進行詳細的用戶調查，根據具體應用系統(tǒng)的需求，確定需要收集哪些數據、這些數據之間的關系是什么、屬性數據和空間數據之間的關系如何、這些屬性數據在什么單位收集等問題。屬性數據輸入的方式有兩種，一種是對照圖形，利用鍵盤直接輸入，另一種是預先建立屬性表輸入屬性，或從其它統(tǒng)計數據庫中導入屬性，然后根據關鍵字與空間數據自動聯(lián)接，有些需要