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文章目錄

• 數據采集
• • 考慮因素
  • 空間數據采集的方法
  • • 野外數據采集
    • 地圖數字化
    • 攝影測量方法
    • 遙感圖像處理方法
  • 屬性數據采集的方法
  • • 數據來源
    • 屬性數據的分類
    • 數據編碼方案的制定
• 數據編輯
• • 圖形數據編輯
  • 屬性數據編輯
• 數據處理
• • 數學基礎變換
  • • 幾何糾正
    • • 地形圖的糾正方法
      • 遙感影像的糾正
    • 坐標變換
    • • 投影變換
      • 仿射投影
      • 相似變換
      • 橡皮拉伸
    • 柵格數據重采樣
    • • 最鄰近像元法
      • 雙線性插值法
      • 雙三次卷積法
  • 數據重構
  • • 數據結構的轉換
    • • 矢量數據 轉 柵格數據
      • 柵格數據 轉 矢量數據
    • 數據格式轉換
  • 圖幅拼接
  • • 幾何接邊
    • 邏輯接邊
  • 拓撲生成
  • • 點線拓撲關系的建立
    • 多邊形拓撲關系的建立
    • 網絡拓撲關系的建立
  • 空間數據的簡化處理
  • • 柵格數據壓縮
    • 矢量數據簡化
    • • 實體線對象的簡化
      • 雙線中心線生成
      • 多邊形消融
• 空間數據質量評價與控制
• • 相關概念
  • 空間數據質量的指標
  • 空間數據的誤差源及誤差傳播
  • 空間數據質量問題的原因
  • 誤差類型分析
  • 空間數據的質量控制
• 數據入庫
• • 數據的入庫流程
  • 元數據

數據采集

考慮因素

是否能夠滿足系統(tǒng)功能的需要

所選數據源是否已有使用經驗（優(yōu)先選擇有經驗的，避免陌生數據源）

系統(tǒng)成本：數據成本占GIS工程成本的70%甚至更多

空間數據采集的方法

野外數據采集

平板測量：獲取的是非數字化數據
雖然現(xiàn)在已不是GIS野外數據獲取的主要手段，但由于它的成本低、技術容易掌握，少數部門和單位仍然在使用

全野外數字測圖
全野外空間數據采集與成圖分為三個階段：數據采集、數據處理、地圖數據輸出。

空間定位測量

地圖數字化

手扶跟蹤數字化

掃描矢量化

攝影測量方法

【垂直攝影】航測上規(guī)定當主軸線與鉛垂線方向的夾角小于3°時

【立體攝影測量方法】攝影測量通常采用立體攝影測量方法采集某一地區(qū)空間數據

對同一地區(qū)同時攝取兩張或多張重疊的像片

在室內的光學儀器上或計算機內恢復它們的攝影方位，重構地形表面，即把野外的地形表面搬到室內進行觀測

航測上對立體覆蓋的要求是當飛機沿一條航線飛行時相機拍攝的任意相鄰兩張像片的重疊度（航向重疊）不少于55%-65%，在相鄰航線上的兩張相鄰像片的旁向重疊應保持在30%。

遙感圖像處理方法

屬性數據采集的方法

從相關部門的觀測、測量數據

各類統(tǒng)計數據

專題調查數據

文獻資料數據

遙感圖像解譯

數據來源

國家資源與環(huán)境信息系統(tǒng)規(guī)范在“專業(yè)數據分類和數據項目建議總表”中，將數據分為社會環(huán)境、自然環(huán)境和資源與能源三大類共14小項，并規(guī)定了每項數據的內容及基本數據來源

社會環(huán)境數據

城市與人口

交通網

行政區(qū)劃

地名

文化和通信設施

自然環(huán)境

地形數據

海岸及海域數據

水系及流域數據

基礎地質數據

資源與能源

土地資源相關數據

氣候和水熱資源相關數據

生物資源相關數據

礦產資源相關數據

海洋資源相關數據

屬性數據的分類

我國《國土基礎地理信息數據分類與代碼》（GB/T 13923-1992）

將地球表面的自然和社會基礎信息分為9個大類
分別為測量控制點、水系、居民地、交通、管線與垣柵、境界、地形與土質、植被和其他類

在每個大類下又依次細分為小類、一級和二級類

數據編碼方案的制定

層次分類編碼法：按照分類對象的從屬和層次關系為排列順序的一種代碼
【優(yōu)點】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

多源分類編碼法（獨立分類編碼法）指對于一個特定的分類目標，根據諸多不同的分類依據分別進行編碼，各位數字代碼之間并沒有隸屬關系

數據編輯

圖形數據編輯

空間數據采集過程中，人為因素是造成圖形數據錯誤的主要原因

【錯誤類型】

偽節(jié)點（Pseudo Node）

懸掛節(jié)點（Dangling Node）

碎屑多邊形(Sliver Polygon)

不正規(guī)的多邊形（Weird Polygon）

規(guī)則的人為對象（柵格、立方體元）

其他錯誤：遺漏某些實體、重復錄入某些實體、圖形定位錯誤

【檢查方法】

疊合比較法

目視檢查法

邏輯檢查法

屬性數據編輯

【屬性數據校核】

屬性數據與空間數據是否正確關聯(lián)，標識碼是否唯一，不含空值

屬性數據是否準確，屬性數據的值是否超過其取值范圍等

【檢查方法】

首先可以利用邏輯檢查，檢查屬性數據的值是否超過其取值范圍，屬性數據之間或屬性數據與地理實體之間是否有荒謬的組合

把屬性數據打印出來進行人工校對，這和用校核圖來檢查空間數據準確性相似

數據處理

數學基礎變換

幾何糾正

【原因】由于如下原因，使掃描得到的地形圖數據和遙感數據存在變形，必須加以糾正

地形圖的實際尺寸發(fā)生變形

在掃描過程中，工作人員的操作會產生一定的誤差，如掃描時地形圖或遙感影像沒被壓緊、產生斜置或掃描參數的設置不恰當等

遙感影像本身就存在著幾何變形

地圖圖幅的投影與其它資料的投影不同，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

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

地形圖的糾正方法

四點糾正法：一般是根據選定的數學變換函數，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

逐網格糾正法：是在四點糾正法不能滿足精度要求的情況下采用的。這種方法和四點糾正法的不同點就在于采樣點數目的不同，它是逐方里網進行的，也就是說，對每一個方里網，都要采點

遙感影像的糾正

一般選用和遙感影像比例尺相近的地形圖或正射影像圖作為變換標準，選用合適的變換函數，分別在要糾正的遙感影像和標準地形圖或正射影像圖上采集同名地物點。

坐標變換

【坐標變換的實質】是建立兩個空間參考系之間點的一一對應關系

投影變換

投影變換必須已知變換前后的兩個空間參考的投影參數，然后利用投影公式的正解和反解算法，推算變化前后兩個空間參考系之間點的一一對應函數關系

【評價】投影變換是坐標變換中精度最高的變換方法

仿射投影

【仿射變換】是在不同的方向上進行不同的壓縮和擴張，可以將球變?yōu)闄E球，將正方形變?yōu)槠叫兴倪呅?#xff0c;如下圖圖所示

相似變換

【相似變換】是由一個圖形變換為另一個圖形,在改變的過程中保持形狀不變(大小可以改變)。在二維坐標變換過程中

平移：是將圖形的一部分或者整體移動到笛卡爾坐標系中另外的位置

旋轉

縮放：縮放操作可用于輸出大小不同的圖形

橡皮拉伸

【橡皮拉伸縮】通過坐標幾何糾正來修正缺陷
主要針對幾何變形，通常發(fā)生在原圖上
它們可能由于在地圖編繪中的配準缺陷、缺乏大地控制或其它各種原因產生

柵格數據重采樣

【重采樣】是柵格數據空間分析中處理柵格分辨率匹配問題的常用數據處理方法
【問題背景】進行空間分析時，用來分析的數據資料由于來源不同，經常要對柵格數據進行何糾正、旋轉、投影變換等處理，在這些處理過程中都會產生重采樣問題

最鄰近像元法

直接取與P(x，y)點位置最近像元N的值作為該點的采樣值，即：I(P)=I(N)
N為最近點，其坐標值為：

xN = INT(x + 0.5) yN = INT(y + 0.5) INT表示取整

雙線性插值法

雙三次卷積法

當推廣到雙三次多項式時，采用分塊方式，每一分塊可以定義出一個不同的多項式曲面，當n次多項式與其相鄰分塊的邊界上所有n-1次導數都連續(xù)時，稱之為【樣條函數】

數據重構

【數據重構】

數據結構的轉換
通用的空間數據結構有柵格和矢量兩種，在地理信息系統(tǒng)中，它們之間的相互轉換是經常性的

數據格式轉換
GIS在其發(fā)展過程中，出現(xiàn)了很多研究機構和企業(yè)，它們所使用的數據格式往往不盡相同。為了實現(xiàn)相互之間的數據和資源共享，需要對數據格式進行轉換。

數據結構的轉換

矢量數據 轉 柵格數據

柵格數據 轉 矢量數據

從圖幅西北角開始，按順時針或逆時針方向，從起始點開始，根據八個鄰域進行搜索，依次跟蹤相鄰點，找出線段經過的柵格

將柵格（i，j）坐標變成直角坐標（X，Y）

生成拓撲關系，對于矢量表示的邊界弧段，判斷其與原圖上各多邊形的空間關系，形成完整的拓撲結構，并建立與屬性數據的聯(lián)系

去除多余點及曲線圓滑：常用的算法有線性疊代法、分段三次多項式插值法、正軸拋物線平均加權法、斜軸拋物線平均加權法、樣條函數插值法等

數據格式轉換

【數據交換的模式大致有四種】

外部數據交換模式

直接數據訪問模式

數據互操作模式

空間數據共享平臺模式

【數據轉換分為三類】

分層和編碼原則都不同的數據轉換

分層不同，編碼原則相同的數據轉換

分層不同，編碼方案完全一致的數據轉換

【空間數據格式轉換的途徑有】

外部文件交換方式
GIS產商轉成自己軟件的外部文件，再進行轉換

標準空間數據交換方式
不同的GIS產商轉成中間的交換格式，再進行轉換

空間數據互操作方式
Open GIS的思想是實現(xiàn)不同GIS軟件系統(tǒng)之間空間數據的互操作
不同的GIS廠商提供轉換成自己的標準API函數

基于語義數據轉換方式
基于語義層次上的空間數據轉換，除了數據結構的轉換外，更重要的是對語義數據模型的轉換和操作，更注重數據所蘊含的知識背景。語義轉換模型與傳統(tǒng)數據轉換有很大的不同

圖幅拼接

幾何接邊

【幾何裂縫】指由數據文件邊界分開的一個地物的兩部分不能精確地銜接 --> 幾何接邊

邏輯接邊

【問題】邏輯裂縫：同一地物地物編碼不同或具有不同的屬性信息，如公路的寬度，等高線高程等 --> 邏輯接邊

【邏輯接邊】

檢查同一地物在相鄰圖幅的地物編碼和屬性值是否一致，不一致，進行人工編輯。

將同一地物在相鄰圖幅的空間數據在邏輯上連在一起。

拓撲生成

點線拓撲關系的建立

在圖形采集和編輯中實時建立，此時有兩個文件表，一個記錄結點所關聯(lián)的弧段，一個記錄弧段兩端點的結點

在圖形采集與編輯之后，系統(tǒng)自動建立拓撲關系。在執(zhí)行過程中逐漸建立弧段與起終結點和結點關聯(lián)的弧段表。

多邊形拓撲關系的建立

【多邊形的三種情況】

獨立多邊形：它與其他多邊形沒有共同邊界，如獨立房屋，這種多邊形可以在數字化過程中直接生成，因為它僅涉及一條封閉的弧段

具有公共邊界的簡單多邊形，在數據采集時，僅輸入了邊界弧段數據，然后用一種算法自動將多邊形的邊界聚合起來，建立多邊形文件

嵌套的多邊形，除了要按第二種方法自動建立多邊形外，還要考慮多邊形內的多邊形

網絡拓撲關系的建立

確定結點與弧段之間的拓撲關系，其方法與建立多邊形拓撲關系時相似，只是不需要建立多邊形。但在一些特殊情況下，兩條相互交叉的弧段在交點處不一定需要結點，如道路交通中的立交橋，在平面上相交，但實際上不連通，這時需要手工修改，將在交叉處連通的節(jié)點刪除。

空間數據的簡化處理

【數據簡化】是從數據集合S中抽出一個子集A，這個子集作為一個新的信息源，在規(guī)定的精度范圍內最好地逼近原集合，同時取得盡可能大的壓縮比。

柵格數據壓縮

游程編碼、四叉樹法

矢量數據簡化

實際上是對原矢量坐標串中的多個矢量點根據曲線形態(tài)，減少數據點

實體線對象的簡化

間隔取點法
比較相鄰兩特征點的距離與閾值的大小，確定 是否保留或舍棄？

垂距和偏角法
利用曲線上順序的3點Pn-1，Pn，Pn+1，將Pn-1與Pn+1相連，計算Pn到Pn+1的垂直距離（垂距法）或Pn-1Pn 與PnPn+1直線的夾角（偏角），并規(guī)定限差，決定點的取舍。

【舉例】Douglas Peucker算法：

雙線中心線生成

【舉例】根據道路邊線抽取道路中心

多邊形消融

消除具有相同屬性相鄰多邊形的公共邊界

空間數據質量評價與控制

【空間數據質量】是指數據對特定用途的分析和操作的適用程度，與空間分辨率或制圖比例尺有關

相關概念

【準確性(Accuracy)】 一個記錄值(測量或觀察值)與它的真實值之間的接近程度

【數據的精密度（Precision）】對某一量的多次觀測，各觀測值的離散程度

【分辨率（Resolution）】兩個可測量數值之間最小的可辨識的差異

【比例尺(Scale)】地圖上兩個點間圖面距離和它所表現(xiàn)的真實世界的距離之間的一個比值

【誤差（Error）】表示數據與其真值之間的差異

【不確定性（Uncertainty）】關于空間事物、現(xiàn)象的特征和過程不能被準確地確定的程度

空間數據質量的指標

數據情況說明(source /lineage)

位置精度(metric accuracy)

屬性精度(attribute accuracy）

時間精度(temporal accuracy）

邏輯一致性(logical consistency)

數據完整性(completeness)

數據相容性(compatibility)

數據可得性(accessibility)

表達形式的合理性（reasonability)

空間數據的誤差源及誤差傳播

空間數據質量問題的原因

空間現(xiàn)象自身存在的復雜性、不穩(wěn)定性和模糊性 ；

空間數據的獲取和表達所產生的質量問題；

空間數據處理過程中產生的空間數據質量問題；

空間數據應用中產生的空間數據質量問題。

誤差類型分析

【空間數據誤差】包括幾何誤差、屬性誤差、時間誤差和邏輯誤差四大類

空間數據的質量控制

空間數據質量控制方法

傳統(tǒng)的手工方法

元數據方法

地理相關法

數據質量控制應體現(xiàn)在數據生產和處理的各個環(huán)節(jié)

數據源的選擇 ；

數字化過程的數據質量控制：

數據預處理；

數字化設備的選用；

數字化對點精度(準確性) ；

數字化限差 ；

數據的精度檢查

數據入庫

數據的入庫流程

元數據

元數據與元數據的作用

幫助用戶了解和分析數據

空間數據質量控制

在數據集成中的應用

數據存貯和功能實現(xiàn)

總結

以上是生活随笔為你收集整理的[GIS教程] 6.1空间数据采集与处理具体步骤的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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