第二章GIS的数据获取与处理.ppt

第二章 GIS的数据获取与处理,§1地理信息系统的数据 §2地理信息系统的数据质量 §3GIS数据获取 §4空间数据的处理,§3GIS的数据获取,一. 数据的输入方法 二.属性数据的获取方法 三.地图的数字化 四.野外数据采集,下一节,一、数据的输入方法,有效的GIS必须能够以有效的方式接受和输出信息。数据的输入输出功能是沟通GIS与外部世界的主要途径。,空间图形数据的输入,数据输入是将数据编码转换为计算机可读形式并把数据写入GIS数据库中的过程。数据输入通常是GIS建立的瓶颈问题。经验表明，建立数据库的基本费用通常是GIS硬件和软件的5倍至10倍。 GIS数据库,GIS数据库,空间数据,属性数据,特征的空间位置,描述特征的信息,连接,GIS数据库的输入方式：键盘输入、坐标几何、手工数字化、扫描数字化和已有的数据文件输入。 键盘输入：顾名思义，就是通过手工在计算机终端上输入数据。属性数据通常是由键盘输入的，然而，空间数据则很少使用这种方式输入。 坐标几何：主要用于输入土地记录信息，通过输入实际的测量成果来获取非常高精度的数据。如果被回放成地籍图，它应当与法律描述意义的表达准确一致。由于野外测量的代价是比较昂贵的，所以一般不采用。 1. 手扶跟踪数字化输入,数字化的有效性取决于数字化软件质量和操作员的技术熟练程度。在跟踪线特征时，不时要产生错误，软件要能够在减少错误和修改错误方面提供帮助。属性数据可以在数字化过程中输入，但通常只输入识别码，而与识别码相对应的属性数据则是以后再输入。,（1）数字化过程 将数字化材料地图、航片等固定于数字化桌上，输入材料的比例尺，确定数字化范围，即用鼠标将左下角和右上角数字化，这两个点确定的长方形范围内的所有后继数字化都不必键入任何坐标值且能自动调整比例尺。,（2）数字化方式 数字化有两种基本方式：流方式和点方式。,流方式：等时间间隔或等距离间隔自动记录坐标。 缺点：如果操作员未按希望的移动速率工作就会记录过多的坐标，后继处理必须删除多余坐标。等距离记录点则不能正确的数字化尖锐的弯曲顶点，常常切割这类弯曲部分，误差较大。 点方式：操作员能选择最有利于表现曲线特征也使面积误差最小的那些点位进行数字化。 缺点：每一个记录坐标的点位上，操作员都必须按键来告诉计算机“记录该点坐标”。 （3）数字化仪的其他输入功能 数字化仪主要以矢量数据形式输入各类实体的图形数据。除矢量数据外数字化仪与适当程序配合允许操作员在数字化仪选择的位置输入文本和特殊符号。,（4）矢量到栅格数据的转换 用适当的程序就可以实现矢量数据转换成任何一种分辨率的栅格数据形式。当然，矢量到栅格的转换会不可避免地引起信息损失。 （5）数字化的精度 与数字化仪本身精度、数字化方式和操作员的经验和技能等多种因素有关。 2. 扫描数字化,最常用的形式是：利用栅格扫描仪将传统纸图数字化成计算机图象，然后， 一种方式是利用计算机自动进行矢量化，但这种方式只比较适宜于黑白二色图，对于彩色图象，效果不是太好。 第二种方式是对于彩色图象，实行人机交互的半自动矢量化。即手工引导下的计算机自动矢量化。 第三种方式是完全采用手工的屏幕矢量化。,属性数据的输入,属性数据可以在输入空间数据时输入，但数据量较大时一般都与空间数据分开输入且分别存储。将属性数据首先键入一个顺序文件或数据库中，经编辑、检查无误后转存数据库的相应文件或表格，这是大量输入时的常用方法。,空间数据和属性数据的连接,空间数据,属性数据,识别符,ID x,y x,y x,y : :,ID Field1 Field2 Field3 : :,二.属性数据的获取方法,1.属性数据的输入方式:直接输入和进行编码 2.属性数据编码的含义:指确定属性数据的代码的方法和过程.代码是一个或一组有序的易于被计算机识别或处理的符号,是计算机鉴别和查找信息的主要依据和手段. 3.属性数据的编码:原则内容方法,下一节,3.属性数据的编码-原则,原则： 1）系统性和科学性 2）编码的一致性 3）编码的标准性和通用性 4）编码的简捷性 5）编码的可扩展性,下一节,3.属性数据的编码-内容,一般方法所包含的内容： 列出对象清单； 指定分类； 拟定分类代码系统； 设定代码及其格式； 建立代码和编码对象的对照表.,下一节,3.属性数据的编码-方法,方法1：层次分类编码法 即按照对象的从属和层次关系为排列顺序的一种代码。如图所示。,下一节,方法1：层次分类编码法,下一节,3.属性数据的编码-方法,方法2：多源分类编码法 （独立分类编码法）指对于一个特定的分类目标，根据诸多不同的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。,下一节,三. 地图的数字化,1.数字化的方法与一般步骤： 2.手扶跟踪数字化： 3.扫描矢量化： 4.手工数字化：,返回,1.数字化的方法与步骤,确定数字化路线; 地图预处理; 设置好数字化设备.,返回,2.手扶跟踪数字化,1)数字化过程: 2)数字化方式:流方式；点方式； 3)数字化仪的其它输入功能：定位文本；栅格数据； 4)矢量到栅格数据的转换 5)数字化的精度：仪器分辨能力；数字化方式；经验,返回,2.手扶跟踪数字化-数字化过程:,1)确定三个参照点，保证平面坐标的一致性； 2)确定控制点并将其数字化，用来确定平面坐标到输入地图的投影坐标转换； 3)进行点、线采集和面采集，其中面采集的模式有全多边形、手工拓扑关系建立、自动拓扑关系建立； 4)编辑,返回,3.扫描矢量化,栅格扫描仪扫描：扫描过程包括扫描、二值化（例如，把有线赋为1无线为0）、细化、矢量化、找结点、附属性值。 栅格扫描到矢量的转换,返回,4.手工数字化,1)手工矢量数字化: 对地理实体编码； 量取地理实体的坐标； 录入坐标数据。 2)手工栅格数字化: 确定栅格单元大小； 准备栅格网； 对栅格单元进行编码； 读取栅格单元值； 数据录入。,返回,四.野外数据采集,全站仪(电子平板)测量 GPS测量 摄影测量 遥感图像,返回,四.野外数据采集全站仪(电子平板)测量,全站仪是电子经纬仪和激光测距仪的集成，它可以同时测量空间目标的距离和方位数据，并且可进一步得到它的大地坐标数据。 全站仪作为GIS的空间数据采集，有两种主要的方式: 一种是全站仪与电子手薄相连，在野外测量时先将空间目标的距离和方位数据或空间目标的坐标数据存储在电子手薄中，同时在野外人工绘制草图; 另一种方式是所谓的电子平板，将便携机直接与全站仪相连，测量的结果直接显示在屏幕上。,返回,四.野外数据采集:GPS测量,采用全球定位系统（GPS-Global Positioning System ）直接测定地面点的大地经纬度和大地高度。这种卫星定位系统是20世纪70年代末由美国国防部主持发展起来的，它由24颗轨度高约2万km的卫星网络组成。这24颗卫星分布在6个均匀配置的轨道上，如图所示。卫星这样的分布，主要是为了可在地球表面任一地点均可同时接收到4颗以上卫星信号。 距离交会是一种简单的定位方法，它把若干已知的坐标通过距离交会的几何关系传递给待定未知点，如图2-19所示。在平面上可以根据至少两个已知点用距离交会法确定一个未知点的位置；在三维空间至少要有三个不在一直线上的已知点用距离交会法确定空间一个未知点，多于三个已知点交会点的点位，则更可靠和更精确。,返回,四.野外数据采集-GPS测量,距离交会定位,四.野外数据采集-摄影测量,这种方法是以航空摄影获得的航空相片为数据源，利用立体相对，在解析测图仪或立体测图仪上采集地形特征点，获得三维坐标数据。,返回,第二章 GIS的数据获取与处理,§1地理信息系统的数据 §2地理信息系统的数据质量 §3GIS数据获取 §4空间数据的处理(第四章：空间数据的处理）,第四章空间数据的处理,§1空间数据的坐标变换 §2空间数据结构的转换 §3多源空间数据的融合 §4空间数据的压缩与综合 §5空间数据的内插方法 §6图幅数据边沿匹配处理,返回,§1空间数据的坐标变换,空间数据坐标变换的实质是建立两个平面点之间的一一对应关系，包括几何纠正和投影变换。 1.几何纠正：仿射变换、相似变换和二次变换等。 2.投影变换：正解变换、反解变换和数值变换,地理信息系统的地理基础,地理基础是地理信息数据表示格式与规范的重要组成部分。它主要包括统一的地图投影系统、统一的地理网格坐标系统以及统一的地理编码系统，统一的地图投影系统就是要为地理信息系统选择和设计一种或几种适用的地图投影系统和网格坐标系统。,地理坐标,地表空间实体的位置按严格的数学定义表达成地理坐标（球面坐标）或平面坐标，地理坐标以经度坐标/纬度坐标表示。见下图,地表的垂直和水平基准面,地表以最近似平均海平面的地球重力等势面作为高度为零的大地水准面（Geoid)，以大地水准面为参考测量得到的高度H被用于地形制图，它是一种正射（视）高度。如果将大地水准面换成一个椭球面，人们也可以计算一个几何高度h或以椭球面为参考的高度。 H-h即是大地水准面和椭球面在基点的高度差。,几何要素的量度,地球的形状与大小 地球上的点位描述 地图上的点位描述,地球的形状,地球体 大地体 椭球体,椭球的大小,长半径 a（赤道半径） 短半径 b（极半径） 扁 率 =(a-b)/a 第一偏心率 e2=(a2- b2)/ a2 第二偏心率 e2=(a2- b2)/ b2,我国的椭球,海福特椭球体 克拉索夫斯基椭球体 IAG75椭球体,地面点的坐标系统,大地坐标系/地理坐标系 高程系,我国的大地坐标系和高程系,1954年北京坐标系 1980年国家大地坐标系 1956年黄海高程系 1985年国家高程基准,地图坐标系统,地理坐标系 平面直角坐标系 (用于绘制地图) 平面极坐标系 (用于地图投影计算),地图坐标系统的建立,由投影几何特征建立平面直角坐标系; 自行规定坐标系(原点/横、纵轴).,大中比例尺地形图坐标系,1：50万为高斯克吕格投影； 中央经线和赤道投影后互为垂直的直线，作为直角坐标轴； 两种坐标网格：经纬网和公里网,地图投影的基本原理,一、地图投影的基本分类 1、根据投影面及其与球面相关位置的分类 2、根据投影变形性质的分类 3、根据投影探求的方法的分类 透视几何投影：这类投影完全依据透视的原理，根据视点、 物点与像点之间的几何关系来建立投影的方程。 几何解析投影：这类投影的特点是首先根据经纬线形状确定 投影方程的基本形式，再根据给定的某种条件解析地推 求出特定投影的具体方程。 解析投影解析投影事先并不人为确定经纬线的形状，其投影 后的经纬线形状与投影方程的形式完全依据人们给出的 条件逐步推求得到。 4、根据投影方程特征的分类,地图投影,所谓地图投影就是建立地图平面上的点（x,y)和地球表面上的点(,)之间的函数关系。一般通式为：,根据投影面与球面相关位置的分类图,根据投影方程特征的分类图,地图投影的变形,长度变形 面积变形 角度变形,地图投影中不可避免地存在着变形，在建立一个投影时不仅要建立（x,y)与(,)之间的关系，而且要研究投影变形的分布与大小。地图投影的变形主要体现在：,地图投影变形的图解示例 （摩尔维特投影等积伪圆柱投影）,地图投影变形的图解示例 （UTM横轴等角割圆柱投影）,投影变形示意图,GIS中地图投影的设计与配置,一、地理信息系统与地图投影 二、地理信息系统中地图投影设计与配 置的一般原则,1）各国家的地理信息系统所采用的投影系统与该国的基本地图系列所用的投影系统一致； 2）各比例尺的地理信息系统中的投影系统与其相应比例尺的主要信息源地图所用的投影一致； 3）各地区的地理信息系统中的投影系统与其所在区域适用的投影系统一致； 4）各种地理信息系统一般以一种或两种投影系统为其投影坐标系统，以保证地理定位框架的统一。,统一的坐标系统是地理信息系统建立的基础,地理信息系统中地图投影配置的一般原则为：,1）所配置的投影系统应与相应比例尺的国家基本图投影系统一致； 2）系统一般地只考虑至多采用两种投影系统，一种服务于大比例尺的数据处理与输入输出，另一种服务于中小比例尺； 3）所用投影以等角投影为宜； 4）所用投影应能与网格坐标系统相适应，即所采用的网格系统在投影带中应保持完整。,我国地理信息系统中常用的地图投影配置与计算,1）我国基本比例尺地形图（1：100万、1：50万、1：25万、1：10万、1：5万、1：2.5万、1：1万、1：5000万）除1：100万外均采用高斯-克吕格投影为地理基础； 2）我国1：100万地形图采用了Lambert投影，其分幅原则与国际地理学会规定的全球统一使用的国际百万分之一地图投影保持一致；,3）我国大部分省区图以及大多数这一比例尺的地图也多采用Lambert投影和属于同一投影系统的Albers投影； 4）Lambert投影中，地球表面上两点间的最短距离表现为近于直线，这有利于地理信息系统中的空间分析和信息量度的正确实施。,高斯克吕格投影,高斯投影是一种横轴等角切椭圆柱投影，其条件为： 1）中央经线和地球赤道投影成为直线且为投影的对称轴； 2）等角投影； 3）中央经线上没有长度变形。 由公式可分析出高斯投影变形具有以下特点： 1）中央经线上无变形 2）同一条纬线上，离中央经线越远，变形越大； 3）同一条经线上，纬度越低，变形越大； 4）等变形线为平行于中央经线的直线。,高斯克吕格投影示意图,正轴圆锥投影,Lambert投影（正轴等角割圆锥投影）。,§2空间数据结构的转换,2.1由矢量向栅格的转换 2.2由栅格向矢量的转换,§3多源空间数据的融合,3.1遥感与GIS数据的融合 3.2不同格式数据的融合,§4空间数据的压缩与综合,4.1空间数据的压缩 4.2空间数据的综合,§5空间数据的内插方法,5.1点的内插 5.2区域的内插,§6图幅数据边沿匹配处理,6.1识别和检索相临图幅的数据 6.2相临图幅边界点坐标数据的匹配 6.3相同属性多边形公共界限的删除,