《地理信息系統(tǒng)及3S空間信息技術》課件第3章

第3章空間數(shù)據(jù)采集與處理3.1

空間數(shù)據(jù)采集3.2空間數(shù)據(jù)的編輯與處理3.3空間數(shù)據(jù)質量及誤差分析復習與思考題

3.1空間數(shù)據(jù)采集

3.1.1數(shù)據(jù)源種類

1.地圖

地圖是GIS最主要的數(shù)據(jù)源，因為地圖包含著豐富的內容，不僅含有實體的類別和屬性，而且含有實體間的空間關系。地圖數(shù)據(jù)主要通過對地圖的跟蹤數(shù)字化和掃描數(shù)字化獲取。地圖數(shù)據(jù)通常用點、線、面及注記來表示地理實體及實體間的關系。我國大多數(shù)的GIS系統(tǒng)其圖形數(shù)據(jù)大部分都來自地圖。

(1)地圖存儲介質的缺陷:地圖多為紙質，其存放條件的不同，都存在不同程度的變形，具體應用時，須對其進行糾正。

(2)地圖現(xiàn)勢性較差:由于傳統(tǒng)地圖更新需要的周期較長，造成現(xiàn)存地圖的現(xiàn)勢性不能完全滿足實際的需要。

(3)地圖投影的轉換:由于地圖投影的存在，使得對不同地圖投影的地圖數(shù)據(jù)進行交流前，須先進行地圖投影的轉換。

2.遙感影像數(shù)據(jù)

遙感數(shù)據(jù)是GIS的重要數(shù)據(jù)源。遙感數(shù)據(jù)含有豐富的資源與環(huán)境信息，在GIS支持下，可以與地質、地球物理、地球化學、地球生物、軍事應用等方面的信息進行信息復合和綜合分析。遙感數(shù)據(jù)是一種大面積的、動態(tài)的、近實時的數(shù)據(jù)源，遙感技術是GIS數(shù)據(jù)更新的重要手段。但是因為每種遙感影像都有其自身的成像規(guī)律、變形規(guī)律，所以對其的應用要注意影像的糾正、影像的分辨率、影像的解譯特征等方面的問題。

3.統(tǒng)計數(shù)據(jù)

國家和軍隊的許多部門和機構都擁有不同領域(如人口、基礎設施建設、兵要地志等)的大量統(tǒng)計資料，這些都是GIS的數(shù)據(jù)源，尤其是GIS屬性數(shù)據(jù)的重要來源。

4.實測數(shù)據(jù)

野外試驗、實地測量等獲取的數(shù)據(jù)可以通過轉換直接進入GIS的地理數(shù)據(jù)庫，以便于進行實時的分析和進一步的應用。GPS(全球定位系統(tǒng))所獲取的數(shù)據(jù)也是GIS的重要數(shù)據(jù)源。

5.數(shù)字數(shù)據(jù)

目前，隨著各種專題圖件的制作和各種GIS系統(tǒng)的建立，直接獲取數(shù)字圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的可能性越來越大。數(shù)字數(shù)據(jù)也成為GIS信息源不可缺少的一部分。但對數(shù)字數(shù)據(jù)的采用需注意數(shù)據(jù)格式的轉換和數(shù)據(jù)的精度、可信度的問題。

6.多媒體數(shù)據(jù)

多媒體數(shù)據(jù)(包括聲音、錄像等)通?？赏ㄟ^通信口傳入GIS的地理數(shù)據(jù)庫中，目前其主要功能是輔助GIS的分析和查詢。

7.已有系統(tǒng)的數(shù)據(jù)

GIS還可以從其他已建成的信息系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫中獲取相應的數(shù)據(jù)。由于規(guī)范化、標準化的推廣，不同系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)共享和可交換性越來越強，這樣就拓展了數(shù)據(jù)的可用性，增加了數(shù)據(jù)的潛在價值。

8.文本資料

文本資料是指各行業(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，如邊界條約等。這些也屬于GIS數(shù)據(jù)。

對于一個多用途的或綜合型的系統(tǒng)，一般都要建立一個大而靈活的數(shù)據(jù)庫，以支持其廣泛的應用范圍。而對于專題型和區(qū)域型統(tǒng)一的系統(tǒng)，數(shù)據(jù)類型與系統(tǒng)功能之間則具有非常密切的關系。3.1.2空間數(shù)據(jù)采集

1.屬性數(shù)據(jù)的采集

屬性數(shù)據(jù)即空間實體的特征數(shù)據(jù)，一般包括名稱、等級、數(shù)量、代碼等多種形式，屬性數(shù)據(jù)的內容有時直接記錄在柵格或矢量數(shù)據(jù)文件中，有時則單獨輸入數(shù)據(jù)庫存儲為屬性文件，通過關鍵碼與圖形數(shù)據(jù)建立聯(lián)系。

對于要輸入屬性庫的屬性數(shù)據(jù)，則通過鍵盤可直接

鍵入。

1)屬性數(shù)據(jù)分類

分類是將具有共同的屬性或特征的事物或現(xiàn)象歸并在一起，而把不同屬性或特征的事物或現(xiàn)象分開的過程。

屬性數(shù)據(jù)常用的分類方法有線分類法、面分類法。線分類法是將初始的分類對象按所選定的若干個屬性或者特征依次分成若干個層級目錄，并編排成一個有層次的、逐級展開的分類體系。面分類法是將給定的分類對象按選定的若干個屬性或特征分成彼此互不依賴、互不相干的若干面，每個面中又可分成許多彼此獨立的若干個類。

2)屬性數(shù)據(jù)分級

分級是對事物或現(xiàn)象的數(shù)量或特征進行等級的劃分，主要包括分級數(shù)和分級界線。分級多采用數(shù)學方法，如數(shù)列分級、最優(yōu)分割分級等。

3)屬性數(shù)據(jù)的編碼

屬性數(shù)據(jù)的編碼是指確定屬性數(shù)據(jù)的代碼的方法和過程。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，是計算機查找信息的主要依據(jù)。編碼的直接產(chǎn)物是代碼，而分類分級則是編碼的基礎。代碼的類型有數(shù)字型、字母型、數(shù)字與字母混合型。

·編碼原則

（1）編碼的系統(tǒng)性和科學性。編碼系統(tǒng)在邏輯上必須滿足所涉及學科的科學分類方法，以體現(xiàn)該類屬性本身的自然系統(tǒng)性。

（2）編碼的一致性。一致性是指對象的專業(yè)名詞、術語的定義等必須保證嚴格一致，對代碼所定義的同一專業(yè)名詞、術語必須是唯一的。

（3）編碼的標準化和通用性。為滿足未來有效的信息傳輸和交流，所制定的編碼系統(tǒng)必須在有可能的條件下實現(xiàn)標準化。如中華人民共和國行政區(qū)劃代碼使用國家頒布的GB—2260—80編碼，其中有省(市、自治區(qū))三位，縣(區(qū))三位，其余三位由用戶自己定義，最多為十位。編碼的標準化就是擬定統(tǒng)一的代碼內容、碼位長度、碼位分配和碼位格式為大家所采用。因此，編碼的標準化為數(shù)據(jù)的通用性創(chuàng)造了條件。當然，編碼標準化的實現(xiàn)將經(jīng)歷一個分步漸進的過程，并且只能是適度的，這是由于地理對象的復雜性和區(qū)域差異性所決定的。（4）編碼的簡捷性。在滿足國家標準的前提下、每一種編碼應該是以最小的數(shù)據(jù)量載負最大的信息量，這樣，既便于計算機存儲和處理，又具有較好的可讀性。

（5）編碼的可擴展性。代碼的碼位一般要求緊湊經(jīng)濟，減少冗余代碼，但應考慮到實際使用時常常會出現(xiàn)需要加入到編碼系統(tǒng)中的新類型，因此編碼的設置應留有擴展的空間，避免新對象的出現(xiàn)而使原編碼系統(tǒng)失效，造成編碼錯亂現(xiàn)象。

·編碼內容

屬性編碼一般包括三個方面的內容：

（1）登記部分，用來標識屬性數(shù)據(jù)的序號，可以是簡單的連續(xù)編號，也可劃分為不同層次進行順序編碼。

（2）分類部分，用來標識屬性的地理特征，可采用多位代碼以反映多種特征。

（3）控制部分，用來通過一定的查錯算法，檢查在編碼、錄入和傳輸中的錯誤，在屬性數(shù)據(jù)量較大情況下具有重要意義。

·編碼步驟。編碼的一般步驟是：

（1）列出全部制圖對象清單。

（2）制定對象分類，分級原則和指標，將制圖對象進行分類、分級。

（3）擬定分類代碼系統(tǒng)。

（4）設定代碼及其格式。設定代碼使用的字符和數(shù)字、碼位長度、碼位分配等。

（5）建立代碼和編碼對象的對照表。這是編碼最終成果檔案，是數(shù)據(jù)輸入計算機進行編碼的依據(jù)。

·編碼方法

屬性的科學分類體系無疑是GIS中屬性編碼的基礎。目前，較為常用的編碼方法有層次分類編碼法與多源分類編碼法兩種基本類型。

(1）層次分類編碼法是按照分類對象的從屬和層次關系為排列順序的一種代碼，其優(yōu)點是能明確表示出分類對象的類別，代碼結構有嚴格的隸屬關系。圖3-1以土地利用類型的編碼為例，說明層次分類編碼法所構成的編碼體系。圖3-1土地利用類型編碼（層次分類編碼法）

(2）多源分類編碼法又稱獨立分類編碼法，是指對于一個特定的分類目標，根據(jù)諸多不同的分類依據(jù)分別進行編碼，各位數(shù)字代碼之間并沒有隸屬關系。表3-1以河流為例說明了屬性數(shù)據(jù)多源分類編碼法的編碼方法。

2.圖形數(shù)據(jù)的采集

圖形數(shù)據(jù)的輸入實際上就是圖形的數(shù)字化過程。一般有兩種方法：

1)手扶跟蹤數(shù)字化儀輸入

·

手扶跟蹤數(shù)字化儀

手扶跟蹤數(shù)字化儀，根據(jù)其采集數(shù)據(jù)的方式分為機械式、超聲波式和全電子式三種，其中全電子式數(shù)字化儀精度最高，應用最廣。按照其數(shù)字化版面的大小可分為A0，A1，A2，A3，A4等。數(shù)字化儀由電磁感應板、游標和相應的電子電路組成，如圖3-2所示。這種設備利用電磁感應原理，在電磁感應板的x，y方向上有許多平行的印制線，每隔200μm一條，游標中裝有一個線圈。當使用者在電磁感應板上移動游標到圖件的指定位置，并將十字叉絲的交點對準數(shù)字化的點位，按動相應的按鈕時，線圈中就會產(chǎn)生交流信號，十字叉絲的中心也便產(chǎn)生了一個電磁場，當游標在電磁感應板上運動時，板下的印制線上就會產(chǎn)生感應電流。印制板周圍的多路開關等線路可以檢測出最大信號的位置，即十字叉絲中心所在的位置，從而得到該點的坐標值。圖3-2手扶跟蹤數(shù)字化儀示意圖

·數(shù)字化過程

把待數(shù)字化的圖件固定在圖形輸入板上，首先用鼠標器輸入圖幅范圍和至少四個控制點的坐標，隨后即可輸入圖幅內各點、曲線的坐標。

通過數(shù)字化儀采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量小，數(shù)據(jù)處理的軟件也比較完備，但由于數(shù)字化的速度比較慢，工作量大，自動化程度低，數(shù)字化的精度與作業(yè)員的操作有很大關系，所以，目前很多單位在大批量數(shù)字化時已不再采用它。

2)掃描儀輸入

·掃描儀簡介

掃描儀是直接把圖形(如地形圖)和圖像(如遙感影像、照片)掃描輸入到計算機中，以像素信息進行存儲表示的設備。按其所支持的顏色分類，可分為單色掃描儀和彩色掃描儀；按所采用的固態(tài)器件分類，又分為電荷耦合器件(CCD)掃描儀、MOS電路掃描儀、緊貼型掃描儀等；按掃描寬度和操作方式分類，可分為大型掃描儀、臺式掃描儀和手動式掃描儀。

CCD掃描儀的工作原理是：用光源照射原稿，投射光線經(jīng)過一組光學鏡頭射到CCD器件上，再經(jīng)過模／數(shù)轉換器、圖像數(shù)據(jù)暫存器等，最終輸入到計算機。CCD感光元件陣列是逐行讀取原稿的。對于黑白掃描儀，用戶可以選擇黑白顏色所對應電壓的中間值作為閾值，凡低于閾值的電壓就為0(黑色)，反之為1(白色)。而在灰度掃描儀中，每個像素有多個灰度層次。彩色掃描儀的工作原理與灰度掃描儀的工作原理相似，不同之處在于彩色掃描儀要提取原稿中的彩色信息，掃描儀的幅面有A0，A1，A3，A4

等。

掃描儀的分辨率是指在原稿的單位長度(英寸)上取樣的點數(shù)，單位是dpi，常用的分辨率范圍是300~1000dpi。掃描圖像的分辨率越高，所需的存儲空間就越大?，F(xiàn)在多數(shù)掃描儀都提供了可選擇分辨率的功能。對于復雜圖像，可選用較高的分辨率；對于較簡單的圖像，就選擇較低的分辨率。

·

掃描過程

掃描時必須先進行掃描參數(shù)的設置，包括：

(1)掃描模式的設置分二值、灰度、百萬種彩色，對地形圖的掃描一般采用二值掃描或灰度掃描；對彩色航片或衛(wèi)片采用百萬種彩色掃描;對黑白航片或衛(wèi)片采用灰度

掃描。

（2）掃描分辨率的設置，根據(jù)掃描要求，對地形圖的掃描一般采用300dpi或更高的分辨率。

(3)針對一些特殊的需要，還可以調整亮度、對比度、色調、GAMMA曲線等。

(4)設定掃描范圍。

掃描參數(shù)設置完后，即可通過掃描獲得某個地區(qū)的柵格數(shù)據(jù)。

通過掃描獲得的是柵格數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量比較大。如一張地形圖采用300dpi灰度掃描，其數(shù)據(jù)量就有20MB左右。此外，掃描獲得的數(shù)據(jù)還存在著噪聲和中間色調像元的處理問題。噪聲是指不屬于地圖內容的斑點污漬和其他模糊不清

的東西形成的像元灰度值。噪音范圍很廣，沒有簡單有效的方法能加以完全消除，有的軟件能去除一些小的臟點，但有些地圖內如小數(shù)點和小的臟點很難區(qū)分。對于中間

色調像元，則可以通過選擇合適的閾值選用一些軟件如Photoshop等來處理。

一般對獲得的柵格數(shù)據(jù)還要進行一些后續(xù)處理，如圖像糾正、矢量化等。

3.2空間數(shù)據(jù)的編輯與處理

3.2.1誤差或錯誤的檢查與編輯

（1）空間數(shù)據(jù)的不完整或重復。

主要包括空間點、線、面數(shù)據(jù)的丟失或重復,區(qū)域中心點的遺漏,柵格數(shù)據(jù)矢量化時引起的斷線等。

(2）空間數(shù)據(jù)位置的不準確。

主要包括空間點位的不準確、線段過長或過短、線段的斷裂、相鄰多邊形結點的不重合等。

(3）空間數(shù)據(jù)的比例尺不準確。

(4）空間數(shù)據(jù)的變形。

(5）空間屬性和數(shù)據(jù)連接有誤。

(6）屬性數(shù)據(jù)不完整。

圖3-3是幾種數(shù)字化誤差的示例。圖3-3數(shù)字化誤差示例

(1）疊加比較法，是空間數(shù)據(jù)數(shù)字化正確與否的最佳檢查方法。它是指按與原圖相同的比例尺把數(shù)字化的內容繪在透明材料上，然后與原圖疊加在一起，在透光桌上進行仔細的觀察和比較。一般地，對于空間數(shù)據(jù)的比例尺不準確和空間數(shù)據(jù)的變形立刻就可以觀察出來，而對于空間數(shù)據(jù)的位置不完整和不準確，則需要把遺漏、位置錯誤處標注出來。如果數(shù)字化的范圍比較大，分塊數(shù)字化時，除檢查和核對一幅(塊)圖內的差錯外，還需檢查已存入計算機的其他圖幅的接邊情況。

(2）目視檢查法，是指在屏幕上用目視檢查的方法，檢查一些明顯的數(shù)字化誤差與錯誤，如圖3-3所示，包括線段過長或過短、多邊形的重疊和裂口、線段的斷裂等。

(3）邏輯檢查法，是根據(jù)數(shù)據(jù)拓撲一致性進行檢驗，將弧段連成多邊形，進行數(shù)字化誤差的檢查。有許多軟件已能自動進行多邊形結點的自動平差。對屬性數(shù)據(jù)的檢查一般也是先用這種方法，檢查屬性數(shù)據(jù)的值是否超過其取值范圍，屬性數(shù)據(jù)之間或屬性數(shù)據(jù)與地理實體之間是否有錯誤的組合。

對于空間數(shù)據(jù)的不完整或位置的誤差，主要是利用GIS的圖形編輯功能，如刪除（目標、屬性、坐標），修改（平移、拷貝、連接、分裂、合并、整飾），插入等進行處理。3.2.2圖像糾正

(1）由于受地形圖介質及存放條件等因素的影響，地形圖的實際尺寸發(fā)生變形。

(2）在掃描過程中，工作人員的操作產(chǎn)生一定的誤差(如掃描時地形圖或遙感影像沒有被壓緊、產(chǎn)生斜置或掃描參數(shù)的設置等因素造成的誤差），都會使被掃入的地形圖或遙感影像產(chǎn)生變形，直接影響掃描質量和精度。

(3）遙感影像本身就存在著幾何變形。

(4）所需地圖圖幅的投影與資料的投影不同，或需將遙感影像的中心投影或多中心投影轉換為正射投影等。

(5）掃描時，受掃描儀幅面大小的影響，有時需將一幅地形圖或遙感影像分成幾塊掃描，這樣會使地形圖或遙感影像在拼接時難以保證精度。對掃描得到的圖像進行糾正，主要是建立要糾正的圖像與標準的地形圖或地形圖的理論數(shù)值或糾正過的正射影像之間的變換關系。目前，主要的變換函數(shù)有：仿射變換、雙線性變換、平方變換、雙平方變換、立方變換、四階多項式變換等，具體采用哪一種變換，則要根據(jù)糾正圖像的變形情況、所在區(qū)域的地理特征及所選點數(shù)來決定。

1.地形圖的糾正

1)四點糾正法

一般是根據(jù)選定的數(shù)學變換函數(shù)，輸入需糾正地形圖的圖幅行列號、地形圖的比例尺、圖幅名稱等，生成標準圖廓，分別采集四個圖廓控制點坐標來完成。

2)逐網(wǎng)格糾正法

一般是在四點糾正法不能滿足精度要求的情況下采用的一種方法。這種方法和四點糾正法的不同之外主要是采樣點數(shù)目的不同，它是逐方里網(wǎng)進行的。也就是說，對每一個方里網(wǎng)，都要采點。具體采點時，一般要先采源點（需糾正的地形圖），后采目標點（標準圖廓）；先采圖廓點和控制點，后采方里網(wǎng)點。

2.遙感影像的糾正

具體采點時，要先采源點（影像），后采目標點（地形圖）。選點時，要注意選點的均勻分布，點不能太多，見圖3-4。如果在選點時沒有注意點位的分布或點太多，這樣不但不能保證精度，反而會使影像產(chǎn)生變形。另外，選點時，點位應選由人工建筑構成的并且不會移動的地物點(如渠或道路交叉點、橋梁等)，盡量不要選河床易變動的河流交叉點，以免點的移位影響配準精度。圖3-4遙感影像糾正選點示例3.2.3數(shù)據(jù)格式的轉換

數(shù)據(jù)格式的轉換一般分為兩大類：第一類是不同數(shù)據(jù)介質之間的轉換，即將各種不同的源材料信息(如地圖、照片、各種文字及表格)轉為計算機可以兼容的格式，主要采用數(shù)字化、掃描、鍵盤輸入等方式，這在上一節(jié)中已經(jīng)說明；第二類轉換是數(shù)據(jù)結構之間的轉換，而數(shù)據(jù)結構之間的轉換又包括同一數(shù)據(jù)結構不同組織形式間的轉換和不同數(shù)據(jù)結構間的轉換。同一數(shù)據(jù)結構不同組織形式間的轉換包括不同柵格記錄形式之間的轉換（如四叉樹和游程編碼之間的轉換）和不同矢量結構之間的轉換（如索引式和DIME之間的轉換）。這兩種轉換方法要視具體的轉換內容根據(jù)矢量和柵格數(shù)據(jù)編碼的原理和方法來進行。

不同數(shù)據(jù)結構間的轉換主要包括矢量到柵格數(shù)據(jù)的轉換和柵格到矢量數(shù)據(jù)的轉換兩種。3.2.4地圖投影轉換

投影轉換的方法可以采用：

(1)正解變換：通過建立一種投影變換為另一種投影的嚴密或近似的解析關系式，直接由一種投影的數(shù)字化坐標

x、y變換到另一種投影的直角坐標X、Y。

(2)反解變換：是指由一種投影的坐標反解出地理坐標(x、y→B、L)，然后再將地理坐標代入另一種投影的坐標公式中(B、L→X、Y)，從而實現(xiàn)由一種投影坐標到另一種投影坐標的變換(x、y→X、Y)。

(3)數(shù)值變換：根據(jù)兩種投影在變換區(qū)內的若干同名數(shù)字化點，采用插值法、有限差分法、最小二乘法、有限元法，或待定系數(shù)法等，從而實現(xiàn)由一種投影坐標到另一種投影坐標的變換。3.2.5圖像解譯

遙感影像的信息要進入GIS，很重要的一步就是圖像解譯，即從圖像中提取有用信息的過程。

對圖像進行解譯，是一項涉及諸多內容的復雜過程。它主要包括：研究地理區(qū)域的一般知識，掌握影像分析的經(jīng)驗和技能，對影像特征的深入理解。有時，在圖像解譯之前，還會對其進行圖像增強處理。圖像解譯過程一般是建立在對圖像及其解譯區(qū)域進行系統(tǒng)研究的基礎之上，具體包括圖像的成像原理、圖像的成像時間、圖像的解譯標志、成像地區(qū)的地理特征、地圖、植被、氣候學以及區(qū)域內有關人類活動的各種信息。

遙感圖像的解譯標志很多，包括圖像的色調(或色彩)、大小、形狀、紋理、陰影、類型、位置及地物之間的相互關系等。色調被認為是最基本的因素，因為沒有色調變化，物體就不能被識別。大小、形狀和紋理較復雜，需要進行個體特征的分析和解譯。而陰影、類型、位置和相互關系則最為復雜，涉及特征間的相關關系。3.2.6圖幅拼接

在對底圖進行數(shù)字化以后，由于圖幅比較大或者使用小型數(shù)字化儀時，難以將研究區(qū)域的底圖以整幅的形式來完成，這時需要將整個圖幅劃分成幾塊分別輸入。在所有塊都輸入完畢并進行拼接時，常常會有邊界不一致的情況，需要進行邊緣匹配處理，如圖3-5所示。邊緣匹配處理可以由計算機自動完成，或者輔助以手工半自動完成。圖3-5圖幅拼接

3.3空間數(shù)據(jù)質量及誤差分析

3.3.1數(shù)據(jù)質量的基本概念

1.準確性（Accuracy）

準確性是指一個記錄值（結果、計算值或估計值）與它的真實值之間的接近程度。在實際中，測量的準確性依賴于測量的類型和比例尺?？臻g數(shù)據(jù)的準確性經(jīng)常是根據(jù)所指的位置、拓撲或非空間屬性來分類的。它可用誤差（Error）來衡量。

2.精度（Precision）

數(shù)據(jù)的精度指數(shù)據(jù)表示的精密程度，即對現(xiàn)象描述的詳細程度和準確度。

3.空間分辨率(SpatialResolution)

分辨率是指兩個可測量數(shù)值之間最小的可辯識的差異?？臻g分辨率可以看做記錄變化的最小距離。在一張用肉眼可讀的地圖上，假設一條線用來記錄一個邊界，分辨率通常由最小線的寬度來確定。

4.比例尺（Scale）

比例尺是地圖上一個記錄的距離和它所表現(xiàn)的“真實世界的”實際距離之間的一個比例。地圖的比例尺將決定地圖上一條線的寬度所表現(xiàn)的地面距離。例如，在一個1∶100000比例尺的地圖上，一條0.5mm寬度的線對應著50m的地面距離。如果0.5mm是線的最小的寬度，那么這張地圖上就不可能表示小于50m的現(xiàn)象。

5.誤差（Error）

誤差反映了數(shù)據(jù)與真實值或者大家公認的真值之間的

差異。它是一種常用的數(shù)據(jù)準確性的表達方式。誤差研究包括：位置誤差(即點的位置的誤差、線的位置的誤差和多邊形的位置的誤差)，屬性誤差，位置和屬性誤差之間的關系。

6.不確定性（Uncertainty）

空間位置的不確定性是指GIS中某一被描述物體與其地面上真實物體位置上的差別；屬性不確定性是指某一物體在GIS中被描述的屬性與其真實的屬性之間的差別；時域不確定性是指在描述地理現(xiàn)象時，時間描述上的差錯；邏輯上的不一致性是指數(shù)據(jù)結構內部的不一致性，尤其是指拓撲邏輯上的不一致性；數(shù)據(jù)的不完整性是指對于給定的目標，GIS沒有盡可能完全地表達該物體。3.3.2空間數(shù)據(jù)質量問題的來源

1.空間現(xiàn)象自身存在的不穩(wěn)定性

空間數(shù)據(jù)質量問題首先來源于空間現(xiàn)象自身存在的不穩(wěn)定性，包括空間特征和過程在空間、專題和時間內容上的不確定性?？臻g現(xiàn)象在空間上的不確定性是指其在空間位置分布上的不確定性變化；空間現(xiàn)象在時間上的不確定性表現(xiàn)為其在發(fā)生時間段上的游移性；空間現(xiàn)象在屬性上的不確定性表現(xiàn)為屬性、類型劃分的多樣性，非數(shù)值型屬性值表達的不精確性。

2.空間現(xiàn)象的表達

數(shù)據(jù)采集中的測量方法以及測量精度的選擇等受到人類自身的認識和表達的影響，因此數(shù)據(jù)的生成必然會出現(xiàn)誤差。如在地圖投影中，由橢球體到平面的投影轉換必然會產(chǎn)生誤差；用于獲取各種原始數(shù)據(jù)的各種測量儀器都有一定的設計精度，如GPS提供的地理位置數(shù)據(jù)都有用戶要求的一定設計精度，因而數(shù)據(jù)誤差的產(chǎn)生不可避免。

(3)數(shù)據(jù)格式轉換過程：在矢量和柵格格式之間的數(shù)據(jù)格式轉換中，數(shù)據(jù)所表達的空間特征的位置具有差異性。(4)數(shù)據(jù)抽象過程：在數(shù)據(jù)發(fā)生比例尺變換時，對數(shù)據(jù)進行的聚類、歸并、合并等操作時產(chǎn)生的誤差，如知識性誤差和數(shù)據(jù)所表達的空間特征位置的變化誤差。

(5)建立拓撲關系過程：拓撲過程中伴隨有數(shù)據(jù)所表達的空間特征的位置坐標的變化。

(6)與主控數(shù)據(jù)層的匹配過程：一個數(shù)據(jù)庫中，常存儲同一地區(qū)的多層數(shù)據(jù)面，為保證各數(shù)據(jù)層之間空間位置的協(xié)調性，一般建立一個主控數(shù)據(jù)層以控制其他數(shù)據(jù)層的邊界和控制點。在與主控數(shù)據(jù)層匹配的過程中也會存在空間位移導致誤差。

(7)數(shù)據(jù)疊加操作和更新過程：數(shù)據(jù)在進行疊加運算以及數(shù)據(jù)更新時，會產(chǎn)生空間位置和屬性值的差異。

(8)數(shù)據(jù)集成處理過程：在來源不同、類型不同的各種數(shù)據(jù)集的相互操作過程中也會產(chǎn)生誤差。數(shù)據(jù)集成是包括數(shù)據(jù)預處理、數(shù)據(jù)集之間的相互運算、數(shù)據(jù)表達等過程在內的復雜過程，其中位置誤差、屬性誤差都會出現(xiàn)。

(9)數(shù)據(jù)的可視化表達過程：數(shù)據(jù)在可視化表達過程中，為適應視覺效果需對數(shù)據(jù)的空間特征位置、注記等進行調整，由此也會產(chǎn)生數(shù)據(jù)表達上的誤差。

(10)數(shù)據(jù)處理過程中誤差的傳遞和擴散過程：在數(shù)據(jù)處理的各個過程中，誤差是累計和擴散的，前一過程的累計誤差可能成為下一個階段的誤差起源，從而導致新的誤差的產(chǎn)生。

4.空間數(shù)據(jù)使用中的誤差

在空間數(shù)據(jù)使用的過程中也會導致誤差的出現(xiàn)，主要包括兩個方面：一是對數(shù)據(jù)的解釋過程產(chǎn)生誤差，二是缺少文檔導致誤差。對于同一種空間數(shù)據(jù)來說，不同用戶對它的內容解釋和理解可能不同，處理這類問題的方法是隨空間數(shù)據(jù)提供各種相關的文檔說明，如元數(shù)據(jù)。3.3.3常見空間數(shù)據(jù)的誤差分析

GIS中的誤差是指GIS中數(shù)據(jù)表示與其現(xiàn)實世界本身的差別。誤差類型可以是隨機的，也可以是系統(tǒng)的。歸納

起來，數(shù)據(jù)的誤差主要有四大類：幾何誤差、屬性誤差、時間誤差和邏輯誤差。

1.誤差的類型

1）邏輯誤差

數(shù)據(jù)的不完整性是通過上述四類誤差反映出來的。事實上檢查邏輯誤差，有助于發(fā)現(xiàn)不完整的數(shù)據(jù)和其他三類誤差。對數(shù)據(jù)進行質量控制、質量保證或質量評價，一般先從數(shù)據(jù)的邏輯性檢查入手。如圖3-6所示，其中橋或停車場等與道路是相接的，如果數(shù)據(jù)庫中只有橋或停車場，而沒有與道路相連，則說明道路數(shù)據(jù)被遺漏，使數(shù)據(jù)不完整。圖3-6各種邏輯誤差

2）幾何誤差

由于地圖是以二維平面坐標表達位置，在二維平面上的幾何誤差主要反映在點和線上。

·點誤差

關于某點的點誤差即為測量位置（x,y）與其真實位置（x0,y0）的差異。真實位置的測量方法比測量位置的測量方法要更加精確，如可在野外使用高精度的GPS方法得到真實位置，并可通過計算坐標誤差和距離的方法得到點誤差。坐標誤差的計算公式為：

Δx=x－x0

Δy=y－y0

為了衡量整個數(shù)據(jù)采集區(qū)域或制圖區(qū)域內的點誤差，一般抽樣測算（Δx,Δy）。抽樣點應隨機分布于數(shù)據(jù)采集區(qū)內，且具有代表性。這樣抽樣點越多，所測的誤差分布就越接近于點誤差的真實分布。

·線誤差

第一類是線上的點在真實世界中是可以找到的，如道路、河流、行政界線等，這類線性特征的線誤差主要產(chǎn)生于測量和對數(shù)據(jù)的后處理；第二類是現(xiàn)實世界中找不到的，如按數(shù)學投影定義的經(jīng)緯線、按高程繪制的等高線，或者是氣候區(qū)劃線和土壤類型界限等，這類線性特征的線誤差及在確定線的界限時的誤差，被稱為解譯誤差。解譯誤差與屬性誤差直接相關，若沒有屬性誤差，則可以認為第二類型界線是準確的，因而解譯誤差為零。另外，線分為直線、折線、曲線、曲線與直線混合的線，如圖3-7所示。圖3-7各種線（直線、折線、曲線）

GIS數(shù)據(jù)庫中用兩種方法表達曲線、折線，圖3-8對這兩類誤差作了對照。圖3-8折線和曲線的誤差線誤差分布可以用Epsilon帶模型來描述，它是由沿著一條線以及兩側定寬的帶構成的，真實的線以某一概率落于Epsilon帶內。Epsilon帶是等寬的（類似于后面講述的緩沖區(qū)，不過其意義不同），在此基礎上，誤差帶模型被提出。與Epsilon帶模型相比，誤差帶模型在中間最窄而在兩端較寬。誤差帶模型可以把直線與折線誤差分布的特點分別看做是“骨頭型”或者“車鏈型”的誤差分布帶模式，如圖

3-9所示。圖3-9折線誤差的分布對于曲線的誤差分布或許應當考慮“串腸型模式”，見圖3-10。圖3-10曲線的誤差分布

2.地圖數(shù)據(jù)的質量問題

1）地圖固有誤差

這類誤差是指用于數(shù)字化的地圖本身所帶有的誤差，包括控制點誤差、投影誤差等。由于這些誤差間的關系很難確定，所以很難對其綜合誤差做出準確評價。假定綜合誤差與各類誤差間存在線性關系，即可用誤差傳播定律來計算綜合誤差。

2）材料變形產(chǎn)生的誤差

這類誤差是由于圖紙的大小受濕度和溫度變化的影響而產(chǎn)生的。在印刷過程中，紙張先隨溫度的升高而變長變寬，又由于冷卻而產(chǎn)生收縮。在溫度不變的情況下，若濕度由0%增至25%，則紙的尺寸可能改變1.6%；紙的膨脹率和收縮率并不相同，即使?jié)穸扔只謴偷皆瓉淼拇笮。瑘D紙也不能恢復原有的尺寸，一張6英寸的圖紙因濕度變化而產(chǎn)生的誤差可能高達0.576英寸。

3）圖像數(shù)字化誤差

數(shù)字化方式主要有跟蹤數(shù)字化和掃描數(shù)字化兩種。跟蹤數(shù)字化一般有點方式和流方式兩種工作方式，前者在實際工作中使用較多，后者進行數(shù)字化所產(chǎn)生的誤差要比前者大得多。

跟蹤數(shù)字化影響其數(shù)據(jù)質量的因素主要有：數(shù)字化要素對象、數(shù)字化操作人員、數(shù)字化儀和數(shù)字化操作。其中，數(shù)字化要素對象(即地理要素、圖形本身的高度、密度和復雜程度等)對數(shù)字化結果的質量有著顯著影響，如粗線比細線更易引起誤差，復雜曲線比平直線更易引起誤差，密集的要素比稀疏的要素更易引起誤差等；數(shù)字化操作人員的技術與經(jīng)驗不同，所引入的數(shù)字化誤差也會有較大的差異，這主要表現(xiàn)在最佳采點點位的選擇、十字絲與目標重疊程度的判斷能力等方面。另外，數(shù)字化操作人員的疲勞程度和數(shù)字化的速度也會影響數(shù)字化的質量；數(shù)字化儀的分辨率和精度對數(shù)字化的質量有著決定性的影響；數(shù)字化操作方式，如曲線采點方式（即流方式或點方式）和采點密度等也會影響到數(shù)字化數(shù)據(jù)的質量。