1、第5章 空間數(shù)據(jù)采集與處理,2,5.1 數(shù)據(jù)源種類 5.2 空間數(shù)據(jù)采集 5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理 5.4 空間數(shù)據(jù)質(zhì)量及其精度分析,本章學(xué)習(xí)內(nèi)容,3,5.1 數(shù)據(jù)源種類,是指建立地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫所需要的各種類型數(shù)據(jù)的來源。,地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源,地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源是多種多樣的，并隨系統(tǒng)功能的不同而不同，主要包括以下各種：,1.地圖,無論何時(shí)，地圖總是重要的信息形式。在計(jì)算機(jī)圖形圖像技術(shù)應(yīng)用于地圖制作之前，各部門一般都使用紙質(zhì)地圖或工程圖紙，紙圖在查閱、計(jì)算距離和標(biāo)注地名符號等方面都是人工操作；另外不能對一幅紙地圖進(jìn)行修改、縮小比例和分層讀圖，至于地圖局部放大只能借助于放大鏡，被放大的

2、區(qū)域很小且操作不方便。,4,5.1 數(shù)據(jù)源種類,各種類型的地圖是GIS最主要的數(shù)據(jù)源，因?yàn)榈貓D是地理數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)描述形式，是具有共同參考坐標(biāo)系統(tǒng)的點(diǎn)、線、面的二維平面形式的表示，內(nèi)容豐富，圖上實(shí)體間的空間關(guān)系直觀，而且實(shí)體的類別或?qū)傩钥梢杂酶鞣N不同的符號加以識別和表示。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。,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人們對地圖的要求進(jìn)一步提高。由于傳統(tǒng)紙地圖效率、速度和精度很低，因此難以適應(yīng)現(xiàn)代和未來科技發(fā)展。而通過GIS工具，可以把紙地圖經(jīng)過一系列處理而轉(zhuǎn)換成可以在屏幕上顯示的電子化地圖。,5,5.1 數(shù)據(jù)源種類,但地圖具有以下的特點(diǎn)，使用時(shí)應(yīng)注意。 地圖存儲介質(zhì)的缺

3、陷由于地圖多為紙質(zhì)，由于存放條件的不同，都存在不同程度的變形，具體應(yīng)用時(shí)，須對其進(jìn)行糾正。 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(shí)際的需要。應(yīng)用時(shí)需結(jié)合實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行更新。 地圖投影的轉(zhuǎn)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(jìn)行操作前，須先進(jìn)行地圖投影的轉(zhuǎn)換。,6,5.1 數(shù)據(jù)源種類,2.遙感影像數(shù)據(jù),遙感影象是GIS中一個極其重要的信息源。 通過遙感影象可以快速、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地獲得大面積的、綜合的各種專題信息，航天遙感影象還可以取得周期性的資料，這些都為GIS提供了豐富的信息。 但是因?yàn)槊糠N遙感影象都有其自身的成像規(guī)律、變形規(guī)律，所以對其應(yīng)用

4、要注意影象的糾正、影象的分辨率、影象的解譯特征等方面的問題。,7,5.1 數(shù)據(jù)源種類,3.統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),國民經(jīng)濟(jì)的各種統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)常常也是GIS的數(shù)據(jù)源。如人口數(shù)量、人口構(gòu)成、國民生產(chǎn)總值等等。 主要用作屬性數(shù)據(jù)源。,4.實(shí)測數(shù)據(jù),適合小范圍的采集或者更新。 各種實(shí)測數(shù)據(jù)特別是一些GPS點(diǎn)位數(shù)據(jù)、地籍測量數(shù)據(jù)常常是GIS 的一個很準(zhǔn)確和很現(xiàn)勢的資料。,8,5.1 數(shù)據(jù)源種類,5.數(shù)字?jǐn)?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?jǐn)?shù)據(jù)也成為GIS信息源不可缺少的一部分。但對數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的采用需注意數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)精度、可信度的問題。,6.各

5、種文字報(bào)告和立法文件,各種文字報(bào)告和立法文件在一些管理類的GIS系統(tǒng)中，有很大的應(yīng)用，如在城市規(guī)劃管理信息系統(tǒng)中，各種城市管理法規(guī)及規(guī)劃報(bào)告在規(guī)劃管理工作中起著很大的作用。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，以支持其非常廣泛的應(yīng)用范圍。而對于專題型和區(qū)域型統(tǒng)一的系統(tǒng)，則數(shù)據(jù)類型與系統(tǒng)功能之間具有非常密切的關(guān)系。,9,5.1 數(shù)據(jù)源種類,7.多媒體數(shù)據(jù),多媒體是將計(jì)算機(jī)、電視機(jī)、錄像機(jī)、錄音機(jī)和游戲機(jī)等技術(shù)融為一體，形成電腦與用戶之間可以相互交流的操作環(huán)境。,多媒體數(shù)據(jù)特點(diǎn)： 數(shù)據(jù)量巨大 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采用了編碼表示，數(shù)據(jù)量并不大。但多媒體數(shù)據(jù)量巨大，例如：一幅640*

6、480分辨率、256種顏色的彩色照片，存儲量要0.3MB；CD質(zhì)量雙聲道的聲音，存儲量要每秒1.4MB。 數(shù)據(jù)類型多 多媒體數(shù)據(jù)包括圖形、圖像、聲音、文本和動畫等多種形式，即使同屬于圖像一類，也還有黑白、彩色、高分辨率、低分辨率之分。,10,5.2 空間數(shù)據(jù)采集,屬性數(shù)據(jù)即空間實(shí)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(nèi)容有時(shí)直接記錄在柵格或矢量數(shù)據(jù)文件中，有時(shí)則單獨(dú)輸入數(shù)據(jù)庫存儲為屬性文件，通過標(biāo)識碼與圖形數(shù)據(jù)相聯(lián)系。 對于要輸入屬性庫的屬性數(shù)據(jù)，可通過鍵盤直接輸入。 對于要直接記錄到柵格或矢量數(shù)據(jù)文件中的屬性數(shù)據(jù)，則必須先對其進(jìn)行編碼，將各種屬性數(shù)據(jù)變?yōu)橛?jì)算機(jī)可以

7、接受的數(shù)字或字符形式，便于GIS存儲管理。,屬性數(shù)據(jù)的采集,11,5.2 空間數(shù)據(jù)采集,屬性數(shù)據(jù)的編碼涉及到編碼原則、編碼內(nèi)容、編碼方法3個方面,屬性數(shù)據(jù)的采集,編碼原則,編碼的系統(tǒng)性和科學(xué)性 編碼系統(tǒng)在邏輯上必須滿足所涉及學(xué)科的科學(xué)分類方法，以體現(xiàn)該類屬性本身的自然系統(tǒng)性。另外，還要能反映出同一類型中不同的級別特點(diǎn)。一個編碼系統(tǒng)能否有效運(yùn)作其核心問題就在于此。 編碼的一致性 指對象的專業(yè)名詞、術(shù)語的定義等必須嚴(yán)格保證一致，對代碼所定義的同一專業(yè)名詞、術(shù)語必須是唯一的。,12,5.2 空間數(shù)據(jù)采集,屬性數(shù)據(jù)的采集,編碼原則,編碼的標(biāo)準(zhǔn)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)

8、必須在有可能的條件下實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。編碼的標(biāo)準(zhǔn)化就是擬定統(tǒng)一的代碼內(nèi)容、代碼長度、碼位分配和碼位格式為用戶所采用。 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?。ㄊ小⒆灾螀^(qū)）3位，縣（區(qū)）3位，其余3位由用戶自己定義。 編碼的簡捷性 在滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的前提下，每一種編碼應(yīng)該是以最小的數(shù)據(jù)量載負(fù)最大的信息量，這樣，既便于計(jì)算機(jī)存貯和處理，又具有相當(dāng)?shù)目勺x性。,13,5.2 空間數(shù)據(jù)采集,屬性數(shù)據(jù)的采集,編碼原則,編碼的可擴(kuò)展性 雖然代碼的碼位一般要求緊湊經(jīng)濟(jì)、減少冗余代碼，但應(yīng)考慮到實(shí)際使用時(shí)往往會出現(xiàn)新的類型需要加入到編碼系統(tǒng)中，因此，編碼的設(shè)置應(yīng)留有擴(kuò)展的余地，避

9、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。,14,5.2 空間數(shù)據(jù)采集,屬性數(shù)據(jù)的采集,編碼內(nèi)容,登記部分 用來標(biāo)識屬性數(shù)據(jù)的序號，可以是簡單的連續(xù)編號，也可劃分不同層次進(jìn)行順序編碼。 分類部分 用來標(biāo)識屬性的地理特征，可采用多位代碼反映多種特征。 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。,15,5.2 空間數(shù)據(jù)采集,屬性數(shù)據(jù)的采集,編碼方法,編碼的一般方法： 列出全部制圖對象清單。 制定對象分類，分級原則和指標(biāo)將制圖對象進(jìn)行分類、分級。 擬定分類代碼系統(tǒng)。 設(shè)定代碼及其格式，設(shè)定代碼使用的字符和數(shù)字、碼位長度、碼位分配等

10、。 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(jì)算機(jī)進(jìn)行編碼的依據(jù)。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。,16,5.2 空間數(shù)據(jù)采集,圖形數(shù)據(jù)的采集,數(shù)字化設(shè)備：數(shù)字化儀、掃描儀、攝影測量設(shè)備 特 點(diǎn)：范圍大，速度快 使 用 范 圍：大面積GIS數(shù)據(jù)采集、資源普查等,數(shù)字化儀,掃描儀,數(shù)字?jǐn)z影測量工作站,17,5.2 空間數(shù)據(jù)采集,圖形數(shù)據(jù)的采集,野外測量：大平板、全站儀、GPS、移動測繪系統(tǒng) 特 點(diǎn)：精度高、效率較低 適合范圍：小范圍GIS數(shù)據(jù)采集或局部數(shù)據(jù)更新,18,5.2 空間數(shù)據(jù)采集,圖形數(shù)據(jù)的采集,圖形數(shù)據(jù)的輸入實(shí)際上就是圖形的數(shù)字

11、化過程。一般有2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(jī)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(yīng)用最廣。它由電磁感應(yīng)板、游標(biāo)和相應(yīng)的電子電路組成。 按照其數(shù)字化版面的大小可分為A0、A1、A2、A3、A4等。,19,5.2 空間數(shù)據(jù)采集,圖形數(shù)據(jù)的采集,圖形數(shù)據(jù)的輸入實(shí)際上就是圖形的數(shù)字化過程。一般有2種方法：,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(biāo)器輸入圖幅范圍和至少四個控制點(diǎn)的坐標(biāo)，隨后即可輸入圖幅內(nèi)各點(diǎn)、曲線的坐標(biāo)。 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

12、的操作有很大關(guān)系，所以，目前很多單位在大批量數(shù)字化時(shí)，已不再采用它。,20,5.2 空間數(shù)據(jù)采集,圖形數(shù)據(jù)的采集,圖形數(shù)據(jù)的輸入實(shí)際上就是圖形的數(shù)字化過程。一般有2種方法：,2、掃描儀輸入 掃描儀簡介 掃描儀直接把圖形(如地形圖)和圖象(如遙感影象、照片)掃描輸入到計(jì)算機(jī)中，以象素信息進(jìn)行存儲表示的設(shè)備。 掃描儀的分辨率是指在原稿的單位長度（英寸）上取樣的點(diǎn)數(shù)，單位是DPI，常用的分辨率有300-1000dpi之間。,21,5.2 空間數(shù)據(jù)采集,圖形數(shù)據(jù)的采集,圖形數(shù)據(jù)的輸入實(shí)際上就是圖形的數(shù)字化過程。一般有2種方法：,掃描過程 掃描時(shí)，必須先進(jìn)行掃描參數(shù)的設(shè)置包括： A、掃描模式的設(shè)置（分二

13、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。 B、掃描分辨率的設(shè)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。 C、針對一些特殊的需要，還可以調(diào)整亮度、對比度、色調(diào)、Gamma曲線等。 D、設(shè)定掃描范圍。 掃描參數(shù)設(shè)置完后，即可通過掃描獲得某個地區(qū)的柵格數(shù)據(jù)。,22,5.2 空間數(shù)據(jù)采集,圖形數(shù)據(jù)的采集,圖形數(shù)據(jù)的輸入實(shí)際上就是圖形的數(shù)字化過程。一般有2種方法：,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20M左右。除此之外，掃描獲得的數(shù)據(jù)

14、還存在著噪聲和中間色調(diào)像元的處理問題。噪聲是指不屬于地圖內(nèi)容的斑點(diǎn)污漬和其它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(diǎn)，但有些地圖內(nèi)容如小數(shù)點(diǎn)等和小的臟點(diǎn)很難區(qū)分。對于中間色調(diào)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。 掃描輸入因其輸入速度快、不受人為因素的影響、操作簡單而越來越受到大家的歡迎，再加之計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度、存儲容量的提高和矢量化軟件的踴躍出現(xiàn)，使得掃描輸入已成為圖形數(shù)據(jù)輸入的主要方法。,23,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.1 誤差或錯誤的檢查與編輯 5.3.2 圖像糾正 5.3.3

15、數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換 5.3.4 地圖投影轉(zhuǎn)換 5.3.5 圖像解譯 5.3.6 圖幅拼接 5.3.7 多源空間數(shù)據(jù)的融合 5.3.8 空間數(shù)據(jù)的壓縮與綜合 5.3.9 空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插方法,24,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.1 誤差或錯誤的檢查與編輯,通過矢量數(shù)字化或掃描數(shù)字化所獲取的原始空間數(shù)據(jù)，都不可避免的存在著錯誤或誤差，屬性數(shù)據(jù)在建庫輸入時(shí)，也難免會存在錯誤，所以，對圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的檢查、編輯具有重要的意義。,圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的錯誤和誤差主要包括以下幾個方面：,可視的圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的錯誤或誤差 a.空間數(shù)據(jù)的不完整或重復(fù)：主要包括空間點(diǎn)、線、面數(shù) 據(jù)的丟失或重復(fù)、

16、區(qū)域中心點(diǎn)的遺漏、柵格數(shù)據(jù)矢量化 時(shí)引起的斷線等； b.空間數(shù)據(jù)位置的不準(zhǔn)確：主要包括空間點(diǎn)位的不準(zhǔn)確、 線段過長或過短、線段的斷裂、相鄰多邊形結(jié)點(diǎn)的不重 合等；,25,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,c.空間數(shù)據(jù)的比例尺不準(zhǔn)確 。 d.空間數(shù)據(jù)的變形。 e.空間屬性和數(shù)據(jù)連接有誤。 f.屬性數(shù)據(jù)不完整性。,5.3.1 誤差或錯誤的檢查與編輯,圖形幾種誤差示例,26,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.1 誤差或錯誤的檢查與編輯,不可視的圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的錯誤或誤差 a.計(jì)算機(jī)字長引起的誤差：舍入誤差是由計(jì)算機(jī)字長引起的一種誤差。這種誤差出現(xiàn)在GIS的各種數(shù)值運(yùn)算和模型分析過程中。由舍入誤差

17、引起的問 題很多，例如GIS空間數(shù)據(jù)庫中整數(shù)編碼對面積和周長計(jì)算的影響，比例尺變換和旋轉(zhuǎn)變 換對拓?fù)潢P(guān)系的影響等。 b.拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不完整： GIS中的拓?fù)浞治鰰a(chǎn)生大量的誤差。如矢量數(shù)據(jù)柵格化引起的拓?fù)淦ヅ湔`差，多層疊置過程中產(chǎn)生的無意義多邊形等。 c.分類及內(nèi)插等所引起的誤差：GIS空間數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的許多不規(guī)則性是由所使用的分類方法和從點(diǎn)數(shù)據(jù)到面數(shù)據(jù)的內(nèi)插方法引起的，即它們作為GIS中的一種操作會引入許多誤差。,27,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.1 誤差或錯誤的檢查與編輯,為發(fā)現(xiàn)并有效消除誤差，一般采用如下方法進(jìn)行檢查： a.疊合比較法：是空間數(shù)據(jù)數(shù)字化正確與否的最佳檢核方法，按與原

18、圖相同的比例尺把數(shù)字化的內(nèi)容繪在透明材料上，然后與原圖疊合在一起，在透光桌上仔細(xì)的觀察和比較。一般，對于空間數(shù)據(jù)的比例尺不準(zhǔn)確和空間數(shù)據(jù)的變形馬上就可以觀察出來，對于空間數(shù)據(jù)的位置不完整和不準(zhǔn)確則須用粗筆把遺漏、位置錯誤的地方明顯地標(biāo)注出來。如果數(shù)字化的范圍比較大，分塊數(shù)字化時(shí)，除檢核一幅(塊)圖內(nèi)的差錯外還應(yīng)檢核已存入計(jì)算機(jī)的其它圖幅的接邊情況；,28,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.1 誤差或錯誤的檢查與編輯,為發(fā)現(xiàn)并有效消除誤差，一般采用如下方法進(jìn)行檢查： b.目視檢查法：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，包括線段過長或過短、多邊形的重疊和裂口、線段的斷裂

19、等； c.邏輯檢查法：如根據(jù)數(shù)據(jù)拓?fù)湟恢滦赃M(jìn)行檢驗(yàn)，將弧段連成多邊形，進(jìn)行數(shù)字化誤差的檢查。有許多軟件已能自動進(jìn)行多邊形結(jié)點(diǎn)的自動平差。另外，對屬性數(shù)據(jù)的檢查一般也最先用這種方法，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?qū)傩詳?shù)據(jù)與地理實(shí)體之間是否有荒謬的組合。,29,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.2 圖像糾正,圖像糾正的原因： a.由于受地形圖介質(zhì)及存放條件等因素的影響，使地形圖的實(shí)際尺寸發(fā)生變形 ； b.在掃描過程中，工作人員的操作會產(chǎn)生一定的誤差，如掃描時(shí)地形圖或遙感影象沒被壓緊、產(chǎn)生斜置或掃描參數(shù)的設(shè)置等因素都會使被掃入的地形圖或遙感影象產(chǎn)生變形，直接影響掃描質(zhì)量和精度

20、； c.由于遙感影像本身就存在著幾何變形； d.由于所需地圖圖幅的投影與資料的投影不同，或需將遙感影象的中心投影或多中心投影轉(zhuǎn)換為正射投影等； e.由于掃描時(shí)，受掃描儀幅面大小的影響，有時(shí)需將一幅地形圖或遙感影象分成幾塊掃描，這樣會使地形圖或遙感影象在拼接時(shí)難以保證精度。,30,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.2 圖像糾正,常規(guī)地圖的糾正： a. 糾正方法。 仿射變換 對于一幅x，y方向發(fā)生了不同比例尺變形的地圖，將其以一定角度放入到預(yù)定的坐標(biāo)系統(tǒng)中，則將原坐標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為預(yù)定坐標(biāo)系中的坐標(biāo)數(shù)據(jù)的過程稱為仿射變換。具體步驟如下：,如圖所示，設(shè)x，y為數(shù)字化儀坐標(biāo)，X，Y為理論坐標(biāo)，m1、m

21、2為地圖橫向和縱向的實(shí)際比例尺，兩坐標(biāo)系夾角為，數(shù)字化儀原點(diǎn)O相對于理論坐標(biāo)系原點(diǎn)平移了a0、b0。,31,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.2 圖像糾正,第一步：根據(jù)幾何知識可以推算出坐標(biāo)變換公式； 第二步：設(shè) a1=m1cos a2=m2sin b1=-m1sin b2=m2cos 將第一步所得的式子簡化為：,X=a0+a1x+a2y Y=b0+b1x+b2y,32,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.2 圖像糾正,第三步：選擇4個以上的點(diǎn)作為控制點(diǎn)； 第四步：用最小二乘法求出待定系數(shù)a1，a2，b1，b2； 第五步：將需要轉(zhuǎn)換的點(diǎn)代入方程組求出理論坐標(biāo)。,相似變換 由一個圖形到另一

22、個圖形，在改變的過程中保持形狀不變（大小可變），這樣的圖形改變叫做圖形的相似變換（similarty transformation）。,33,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.2 圖像糾正,b.糾正精度控制。,四點(diǎn)糾正：一般是根據(jù)選定的數(shù)學(xué)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(biāo)準(zhǔn)圖廓，分別采集4個圖廓控制點(diǎn)坐標(biāo)來完成。當(dāng)4點(diǎn)糾正法不能滿足精度要求時(shí)，可選用逐網(wǎng)格糾正法，以增加采樣控制點(diǎn)的個數(shù)。,對地形圖的糾正，一般采用四點(diǎn)糾正法或逐網(wǎng)格糾正法,34,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.2 圖像糾正,b.糾正精度控制。,逐網(wǎng)格糾正： 在四點(diǎn)糾正法不能滿

23、足精度要求的情況下采用的。這種方法和四點(diǎn)糾正法的不同點(diǎn)就在于采樣點(diǎn)數(shù)目的不同，它是逐方里網(wǎng)進(jìn)行的，也就是說，對每一個方里網(wǎng)都要采點(diǎn)。 具體采點(diǎn)時(shí)，一般要先采源點(diǎn)（需糾正的地形圖），后采目標(biāo)點(diǎn)（標(biāo)準(zhǔn)圖廓），先采圖廓點(diǎn)和控制點(diǎn)，后采方里網(wǎng)點(diǎn),35,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.2 圖像糾正,遙感影像的糾正： 輻射校正（radiometric correction ）： 為消除遙感圖像的輻射失真或畸變而進(jìn)行的校正。 遙感影像產(chǎn)生輻射誤差（即灰度失真）的因素主要有： 大氣對電磁波輻射的散射和吸收； 太陽高度與傳感器觀察角的變化； 地形起伏引起的輻射強(qiáng)度變化； 傳感器探測系統(tǒng)性能差異，如光學(xué)系統(tǒng)

24、或不同探測器在靈敏度、光譜響應(yīng)和透光性能上的差異； 影像處理，如攝影處理等。,36,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.2 圖像糾正,遙感影像的糾正： b.幾何校正（geometric correction）： 為消除遙感圖像的幾何畸變而進(jìn)行的校正工作。,遙感影象的糾正，一般選用和遙感影象比例尺相近的地形圖或正射影象圖作為變換標(biāo)準(zhǔn)，選用合適的變換函數(shù)，分別在要糾正的遙感影象和標(biāo)準(zhǔn)地形圖或正射影象圖上采集同名地物點(diǎn)。 具體采點(diǎn)時(shí)，要先采源點(diǎn)（影像），后采目標(biāo)點(diǎn)（地形圖）。選點(diǎn)時(shí)，要注意選點(diǎn)的均勻分布，點(diǎn)不能太多。如果在選點(diǎn)時(shí)沒有注意點(diǎn)位的分布或點(diǎn)太多，這樣不但不能保證精度，反而會使影象產(chǎn)生變形

25、。另外選點(diǎn)時(shí)，點(diǎn)位應(yīng)選由人工建筑構(gòu)成的并且不會移動的地物點(diǎn)，如渠或道路交叉點(diǎn)、橋梁等，盡量不要選河床易變動的河流交叉點(diǎn)，以免點(diǎn)的移位影響配準(zhǔn)精度。,37,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.2 圖像糾正,遙感影像的糾正：,38,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.2 圖像糾正,遙感影像的糾正： 幾何糾正有兩種方法： 直接法：是從原始圖像陣列出發(fā)，按行列的順序依次對每個原始像素點(diǎn)位求其在地面坐標(biāo)系（也是輸出圖像坐標(biāo)系）中的正確位置。 間接法：從空白的輸出圖像陣列出發(fā)，亦按行列的順序依次對每個輸出像素點(diǎn)位反求原始圖像坐標(biāo)中的位置。,39,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.3 數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換

26、,數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換一般分為兩大類：不同數(shù)據(jù)介質(zhì)之間的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)為計(jì)算機(jī)可以兼容的格式，主要采用數(shù)字化、掃描、鍵盤輸入等方式， 第二類轉(zhuǎn)換是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之間的轉(zhuǎn)換，而數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之間的轉(zhuǎn)化又包括同一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不同組織形式間的轉(zhuǎn)換和不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)間的轉(zhuǎn)換。同一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不同組織形式間的轉(zhuǎn)換包括不同柵格記錄形式之間的轉(zhuǎn)換（如四叉樹和游程編碼之間的轉(zhuǎn)換）和不同矢量結(jié)構(gòu)之間的轉(zhuǎn)換（如索引式和DIME之間的轉(zhuǎn)換）。這兩種轉(zhuǎn)換方法要視具體的轉(zhuǎn)換內(nèi)容根據(jù)矢量和柵格數(shù)據(jù)編碼的原理和方法來進(jìn)行。不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)間的轉(zhuǎn)換主要包括矢量到柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和柵格到矢量數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換兩種。,40,

27、5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.4 地圖投影轉(zhuǎn)換,當(dāng)系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)取自不同地圖投影的圖幅時(shí)，需要將一種投影的數(shù)字化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為所需要投影的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。,根據(jù)投影面的性質(zhì),投影可分為: 圓柱投影 圓錐投影 方位投影,地圖投影的類型,41,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.4 地圖投影轉(zhuǎn)換,圓柱投影：是以圓柱面為投影面，緯線投影為平行直線，經(jīng)線投影為與緯線垂直而間隔相等的平行直線，兩經(jīng)線的間隔與相應(yīng)經(jīng)差成正比 圓錐投影：圓柱投影是以圓柱面為投影面，緯線投影為平行直線，經(jīng)線投影為與緯線垂直而間隔相等的平行直線，兩經(jīng)線的間隔與相應(yīng)經(jīng)差成正比。 圓錐投影的投影面為圓錐面，緯線投影為同心圓弧，經(jīng)線投

28、影為同心圓的半徑，兩經(jīng)線間的夾角與相應(yīng)經(jīng)差成正比。方位投影的投影面為平面，緯線投影為同心圓，經(jīng)線投影為同心圓的直徑，兩經(jīng)線間的 夾角與相應(yīng)經(jīng)差相等。 方位投影：方位投影的投影面為平面，緯線投影為同心圓，經(jīng)線投影為同心圓的直徑，兩經(jīng)線間的 夾角與相應(yīng)經(jīng)差相等。,42,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.4 地圖投影轉(zhuǎn)換,在上述投影中，由于輔助幾何面與地球表面的關(guān)系位置不同，又分為: 正軸投影 正軸方位投影的投影面與地軸垂直，正軸圓柱和正軸圓錐投影，是使地軸與圓柱軸和圓錐軸重合。 橫軸投影 橫軸方位投影是使投影面與赤道一直徑垂直，橫軸圓柱投影和圓錐投影，是使圓柱和圓錐軸與赤道一直徑重合。 斜軸投

29、影 斜軸方位投影是使投影面與地球兩極直徑和赤道直徑以外任一直徑垂直，斜軸圓柱投影和圓錐投影，是使圓柱軸和圓錐軸與地球兩極直徑和赤道直徑以外任一直徑重合。,43,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.4 地圖投影轉(zhuǎn)換,我國常用的地圖投影,44,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.4 地圖投影轉(zhuǎn)換,正解變換: 通過建立一種投影變換為另一種投影的嚴(yán)密或近似的解析關(guān)系式，直接由一種投影的數(shù)字化坐標(biāo)x、y變換到另一種投影的直角坐標(biāo)X、Y。,投影轉(zhuǎn)換的方法可以采用：,45,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.4 地圖投影轉(zhuǎn)換,反解變換: 即由一種投影的坐標(biāo)反解出地理坐標(biāo)(x、yB、L)，然后再將地理坐

30、標(biāo)代入另一種投影的坐標(biāo)公式中(B、LX、Y)，從而實(shí)現(xiàn)由一種投影的坐標(biāo)到另一種投影坐標(biāo)的變換(x、yX 、Y)。,46,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.4 地圖投影轉(zhuǎn)換,數(shù)值變換: 根據(jù)兩種投影在變換區(qū)內(nèi)的若干同名數(shù)字化點(diǎn)，采用插值法，或有限差分法，最小二乘法、有限元法，或待定系數(shù)法等，從而實(shí)現(xiàn)由一種投影的坐標(biāo)到另一種投影坐標(biāo)的變換。 目前，大多數(shù)GIS軟件是采用正解變換法來完成不同投影之間的轉(zhuǎn)換，并直接在GIS軟件中提供常見投影之間的轉(zhuǎn)換。,47,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.5 圖像解譯,遙感影象的信息，要進(jìn)入GIS，很重要的一步就是圖像解譯：從圖像中提取有用信息的過程。 對

31、圖像進(jìn)行解譯，是一項(xiàng)涉及諸多內(nèi)容的復(fù)雜過程。這些內(nèi)容包括：研究地理區(qū)域的一般知識；掌握影像分析的經(jīng)驗(yàn)和技能；對影像特征的深入理解。有時(shí)，在圖象解譯之前，還會對其進(jìn)行圖象增強(qiáng)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(jìn)行系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)之上，具體包括圖象的成像原理、圖象的成像時(shí)間、圖象的解譯標(biāo)志、成像地區(qū)的地理特征、地圖、植被、氣候?qū)W以及區(qū)域內(nèi)有關(guān)人類活動的各種信息。,48,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.5 圖像解譯,遙感圖象的解譯標(biāo)志很多，包括圖象的色調(diào)或色彩、大小、形狀、紋理、陰影、位置及地物之間的相互關(guān)系等。色調(diào)被認(rèn)為是最基本的因素，因?yàn)闆]有色調(diào)變化，物體就不能被識別。大小、

32、形狀和紋理較復(fù)雜，需要進(jìn)行個體特征的分析和解譯。而陰影、類型、位置和相互關(guān)系則最為復(fù)雜，涉及特征間的相關(guān)關(guān)系。 影像分析是一個不斷重復(fù)的過程，其中要對各種地物類型的信息以及信息之間的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行周密調(diào)查，收集資料、檢驗(yàn)假說、作出解譯并不斷修正錯誤，才能最終得出正確的結(jié)果。 遙感圖象的解譯有目視判讀和計(jì)算機(jī)自動解譯兩種方法，其中，自動解譯又可分為監(jiān)督分類和非監(jiān)督分類兩種。,49,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.6 圖幅拼接,在相鄰圖幅的邊緣部分，由于原圖本身的數(shù)字化誤差，使得同一實(shí)體的線段或弧段的坐標(biāo)數(shù)據(jù)不能相互銜接，或是由于坐標(biāo)系統(tǒng)、編碼方式等不統(tǒng)一，需進(jìn)行圖幅數(shù)據(jù)邊緣匹配處理。 圖幅的

33、拼接總是在相鄰兩圖幅之間進(jìn)行的。要將相鄰兩圖幅之間的數(shù)據(jù)集中起來，就要求相同實(shí)體的線段或弧的坐標(biāo)數(shù)據(jù)相互銜接，也要求同一實(shí)體的屬性碼相同，因此必須進(jìn)行圖幅數(shù)據(jù)邊緣匹配處理。,50,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.6 圖幅拼接,具體步驟如下： 邏輯一致性的處理 由于人工操作的失誤，兩個相鄰圖幅的空間數(shù)據(jù)庫在接合處可能出現(xiàn)邏輯裂隙，如一個多邊形在一幅圖層中具有屬性A，而在另一幅圖層中屬性為B。此時(shí)，必須使用交互編輯的方法，使兩相鄰圖斑的屬性相同，取得邏輯一致性。,51,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.6 圖幅拼接,具體步驟如下： 識別和檢索相鄰圖幅 將待拼接的圖幅數(shù)據(jù)按圖幅進(jìn)行編號，編

34、號有2位，其中十位數(shù)指示圖幅的橫向順序，個位數(shù)指示縱向順序，并記錄圖幅的長寬標(biāo)準(zhǔn)尺寸。因此，當(dāng)進(jìn)行橫向圖幅拼接時(shí)，總是將十位數(shù)編號相同的圖幅數(shù)據(jù)收集 在一起；進(jìn)行縱向圖幅拼接時(shí)，是將個位數(shù)編號相同的圖幅數(shù)據(jù)收集在一起。 其次，圖幅數(shù)據(jù)的邊緣匹配處理主要是針對跨越相鄰圖幅的線段或弧而的，為了減少數(shù)據(jù)容量，提高處理速度，一般只提取圖幅邊界2cm范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)作為匹配和處理的目標(biāo)。同時(shí)要求，圖幅內(nèi)空間實(shí)體的坐標(biāo)數(shù)據(jù)已經(jīng)進(jìn)行過投影轉(zhuǎn)換。,圖幅編號及圖幅邊沿?cái)?shù)據(jù)的提取,52,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.6 圖幅拼接,具體步驟如下： 相鄰圖幅邊界點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)的匹配 相鄰圖幅邊界點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)的匹配采用追

35、蹤拼接法。追蹤拼接有四種情況，只要符合下列條件，兩條線段或弧段即可匹配銜接： 相鄰圖幅邊界兩條線段或弧段的左右碼各自相同或相反； 相鄰圖幅同名邊界點(diǎn)坐標(biāo)在某一允許值范圍內(nèi)(如0.5mm)。 匹配銜接時(shí)是以一條弧或線段作為處理的單元，因此，當(dāng)邊界點(diǎn)位于兩個結(jié)點(diǎn)之間時(shí)，須分別取出相關(guān)的兩個結(jié)點(diǎn)，然后按照結(jié)點(diǎn)之間線段方向一致性的原則進(jìn)行數(shù)據(jù)的記錄和存儲。,追蹤拼接法,53,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.6 圖幅拼接,具體步驟如下： 相同屬性多邊形公共邊界的刪除 當(dāng)圖幅內(nèi)圖形數(shù)據(jù)完成拼接后，相鄰圖斑會有相同屬性。此時(shí)，應(yīng)將相同屬性的兩個或多個相鄰圖斑組合成一個圖斑，即消除公共邊界，并對共同屬性

36、進(jìn)行合并。 多邊形公共界線的刪除，可以通過構(gòu)成每一面域的線段坐標(biāo)鏈，刪去其中共同的線段，然后重新建立合并多邊形的線段鏈表。對于多邊形的屬性表，除多邊形的面積和周長需重新計(jì)算外，其余屬性保留其中之一圖斑的屬性即可。,多邊形公共邊界的自動刪除,54,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.6 圖幅拼接,(a)拼接前； (b)拼接中的邊緣不匹配； (c)調(diào)整后的拼接結(jié)果,55,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.6 圖幅拼接,56,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.7 多源空間數(shù)據(jù)的融合,GIS技術(shù)經(jīng)過40多年的發(fā)展和應(yīng)用，已經(jīng)積累了大量的數(shù)據(jù)資源。 但是，由于地理數(shù)據(jù)的多語義性、多時(shí)空性、多尺

37、度性、獲取手段的多樣性、存儲格式的不同以及數(shù)據(jù)模型與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的差異等，導(dǎo)致多源數(shù)據(jù)的產(chǎn)生，給數(shù)據(jù)的集成和信息共享帶來困難。 為了實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的共享，特別是隨著因特網(wǎng)的發(fā)展、數(shù)字地球的興起和GIS應(yīng)用的日益深入，多源數(shù)據(jù)的融合已成為GIS設(shè)計(jì)者和用戶的共同要求。,57,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.7 多源空間數(shù)據(jù)的融合,遙感(RS: remote sensing)簡介 遙感是以航空攝影技術(shù)為基礎(chǔ)，在本世紀(jì)60年代初發(fā)展起來的一門新興技術(shù)。開始為航空遙感，自1972年美國發(fā)射了第一顆陸地衛(wèi)星后，標(biāo)志著航天遙感時(shí)代的開始。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，目前遙感技術(shù)已廣泛應(yīng)用于資源環(huán)境、水文、氣象，地質(zhì)

38、地理等領(lǐng)域，成為一門實(shí)用的，先進(jìn)的空間探測技術(shù)。,1）遙感與GIS數(shù)據(jù)的融合,58,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.7 多源空間數(shù)據(jù)的融合,遙感是利用遙感器從空中來探測地面物體性質(zhì)的，它根據(jù)不同物體對波譜產(chǎn)生不同響應(yīng)的原理，識別地面上各類地物，具有遙遠(yuǎn)感知事物的意思。 也就是利用地面上空的飛機(jī)、飛船、衛(wèi)星等飛行物上的遙感器收集地面數(shù)據(jù)資料，并從中獲取信息，經(jīng)記錄、傳送、分析和判讀來識別地物。,1）遙感與GIS數(shù)據(jù)的融合,59,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.7 多源空間數(shù)據(jù)的融合,遙感技術(shù)主要特點(diǎn)為： 可獲取大范圍數(shù)據(jù)資料。遙感用航攝飛機(jī)飛行高度為10km左右，陸地衛(wèi)星的衛(wèi)星軌道高

39、度達(dá)910km左右，從而，可及時(shí)獲取大范圍的信息。 獲取信息的速度快，周期短。由于衛(wèi)星圍繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)，從而能及時(shí)獲取所經(jīng)地區(qū)的各種自然現(xiàn)象的最新資料，以便更新原有資料，或根據(jù)新舊資料變化進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，這是人工實(shí)地測量和航空攝影測量無法比擬的。,1）遙感與GIS數(shù)據(jù)的融合,60,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.7 多源空間數(shù)據(jù)的融合,遙感技術(shù)主要特點(diǎn)為： 獲取信息受條件限制少。在地球上有很多地方，自然條件極為惡劣，人類難以到達(dá)，如沙漠、沼澤、高山峻嶺等。采用不受地面條件限制的遙感技術(shù)，特別是航天遙感可方便及時(shí)地獲取各種寶貴資料。 獲取信息的手段多，信息量大。 根據(jù)不同的任務(wù)，遙感技術(shù)可選用不

40、同波段和遙感儀器來獲取信息。例如可采用可見光探測物體，也可采用紫外線，紅外線和微波探測物體。利用不同波段對物體不同的穿透性，還可獲取地物內(nèi)部信息。例如，地面深層、水的下層、冰層下的水體、沙漠下面的地物特性等，微波波段還可以全天候的工作。,1）遙感與GIS數(shù)據(jù)的融合,61,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.7 多源空間數(shù)據(jù)的融合,眾所周知，借助遙感技術(shù)獲得的信息具有周期動態(tài)性、信息豐富、獲取效率高等優(yōu)勢，而GIS則具有高效的空間數(shù)據(jù)管理和靈活的空間數(shù)據(jù)綜合分析能力。,1）遙感與GIS數(shù)據(jù)的融合,62,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.7 多源空間數(shù)據(jù)的融合,遙感與GIS數(shù)據(jù)的融合，目前最

41、常用的方法為: 遙感圖像與數(shù)字線畫圖（圖形）的融合： 經(jīng)過正射糾正后的遙感影像，與數(shù)字地圖信息融合，可產(chǎn)生影像地圖。 這種影像地圖具有一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，有豐富的光譜信息與幾何信息，又有行政界線和屬性信息，直接提高了用戶的可視化效果。,1）遙感與GIS數(shù)據(jù)的融合,63,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.7 多源空間數(shù)據(jù)的融合,遙感與GIS數(shù)據(jù)的融合，目前最常用的方法為: 遙感數(shù)據(jù)與DEM（數(shù)字高程模型）的融合。 DEM代表精確的地形信息，它與遙感數(shù)據(jù)的融合，有助于實(shí)施遙感影像的幾何校正與配準(zhǔn)，消除遙感圖像中因地形起伏所造成的像元位移，提高遙感圖像的定位精度，同時(shí)DEM可參與遙感圖像的分類，改善

42、分類精度。,1）遙感與GIS數(shù)據(jù)的融合,64,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.7 多源空間數(shù)據(jù)的融合,遙感與GIS數(shù)據(jù)的融合，目前最常用的方法為: 遙感圖像與數(shù)字柵格圖（地圖掃描圖像）的融合。 將數(shù)字柵格地圖與遙感圖像配準(zhǔn)疊合，可以從遙感圖像中快速發(fā)現(xiàn)已發(fā)生變化的區(qū)域，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)GIS數(shù)據(jù)庫的自動/半自動快速更新。,1）遙感與GIS數(shù)據(jù)的融合,65,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.7 多源空間數(shù)據(jù)的融合,2）GPS與GIS數(shù)據(jù)的融合,GIS與GPS集成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型,66,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.7 多源空間數(shù)據(jù)的融合,2）GPS與GIS數(shù)據(jù)的融合,GIS與GPS結(jié)合的

43、形式 單臺移動式 在用戶設(shè)備上直接配備GIS工具軟件，把接收機(jī)天線接收的定位數(shù)字信號直接饋入GIS系統(tǒng)，由GIS系統(tǒng)對接收機(jī)定位信息進(jìn)行處 理并與其數(shù)字地圖匹配，這樣即可全世界實(shí)時(shí)顯示接收機(jī)天線位置；,67,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.7 多源空間數(shù)據(jù)的融合,2）GPS與GIS數(shù)據(jù)的融合,GIS與GPS結(jié)合的形式 集中監(jiān)控式 a 控制中心，由大屏幕計(jì)算機(jī)、無線電臺、通訊適配器、電源和天線系統(tǒng)組成，并配備GIS。 b 基站，由電臺、通訊適配器、電源和天線系統(tǒng)組成。 c 移動站（即車載系統(tǒng)），由電臺、天線、通訊適配器和GPS接收機(jī)組成。,68,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.7 多

44、源空間數(shù)據(jù)的融合,3）不同格式數(shù)據(jù)的融合,由于GIS軟件的多樣性，每種GIS軟件都有自已特定的數(shù)據(jù)模型，造成數(shù)據(jù)存儲格式和結(jié)構(gòu)的不同。例如，ARCINFO是一種基于顯式地描述空間地理實(shí)體的全拓?fù)潢P(guān)系的地理信息系統(tǒng)，各種要素的拓?fù)潢P(guān)系，如節(jié)點(diǎn)與弧的連接關(guān)系、面與面的鄰接關(guān)系等都顯示地存放在相應(yīng)的屬性表上。而MapInfo則是以實(shí)體結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的地理信息系統(tǒng)，在它的各種要素屬性表上并不存放任何拓?fù)潢P(guān)系信息。 因此，要實(shí)現(xiàn)兩種系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的連接，首先必須解決不同系統(tǒng)之間空間數(shù)據(jù)模型的轉(zhuǎn)換。,69,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.7 多源空間數(shù)據(jù)的融合,3）不同格式數(shù)據(jù)的融合,目前不同GIS軟件系

45、統(tǒng)使用的空間數(shù)據(jù)格式主要有:ESRI公司的ARC/INFO Coverage、ArcShape File、E00格式;Autodesk公司的DXF和DWG格式;MapInfo公司的TAB和MIF格式;Intergraph公司的DGN格式等等。解決這些不同格式數(shù)據(jù)之間的融合，主要有以下4種方法:,70,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.7 多源空間數(shù)據(jù)的融合,3）不同格式數(shù)據(jù)的融合, 基于轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)融合。 在這種模式下，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換一般通過交換格式進(jìn)行。例如，要轉(zhuǎn)換MapInfo的Tab文件到ARC/INFO的Coverage，首先需要使用MapInfo軟件將Tab文件輸出為E00或DXF文件

46、，然后運(yùn)行ARC/INFO將E00或DXF文件轉(zhuǎn)換為ARC/INFO Coverage。這是目前GIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合的主要方法。 其存在的主要問題是:數(shù)據(jù)換過程復(fù)雜，轉(zhuǎn)換次數(shù)頻繁，系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)格式需要公開，但轉(zhuǎn)換采用的技術(shù)不公開。,71,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.7 多源空間數(shù)據(jù)的融合,3）不同格式數(shù)據(jù)的融合, 基于數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)融合。 這種方法是采用一種空間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)來實(shí)現(xiàn)多源GIS數(shù)據(jù)的融合。例如，美國國家空間數(shù)據(jù)協(xié)會(NSDI)制定了統(tǒng)一的空間數(shù)據(jù)格式規(guī)范SDTS(即spatial data transformation standard)，包括幾何坐標(biāo)、投影、拓?fù)潢P(guān)系、

47、屬性數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)字典等，也包括柵格和矢量等不同空間數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)。 根據(jù)SDTS，目前許多GIS軟件提供了標(biāo)準(zhǔn)的空間數(shù)據(jù)交換格式，可供其他系統(tǒng)調(diào)用。這種轉(zhuǎn)換方法能處理多個數(shù)據(jù)集，轉(zhuǎn)換次數(shù)少，系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)格式不需公開，但轉(zhuǎn)換采用的技術(shù)需要公開。,72,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.7 多源空間數(shù)據(jù)的融合,3）不同格式數(shù)據(jù)的融合, 基于公共接口的數(shù)據(jù)融合。 基于公共接口的數(shù)據(jù)融合模式又稱為數(shù)據(jù)互操作模式。接口相當(dāng)于一種規(guī)程，它是大家都遵守并達(dá)成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。在接口中不僅要考慮數(shù)據(jù)格式和數(shù)據(jù)處理，而且還要提供對數(shù)據(jù)處理應(yīng)采用的協(xié)議，各個系統(tǒng)通過公共接口相互聯(lián)系，而且允許各自系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

48、和數(shù)據(jù)處理各不相同。例如，OGC(Open GIS Consortium)為數(shù)據(jù)互操作制定了統(tǒng)一的規(guī)范，從而使一個系統(tǒng)同時(shí)支持不同的空間數(shù)據(jù)格式成為可能。,73,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.7 多源空間數(shù)據(jù)的融合,3）不同格式數(shù)據(jù)的融合,基于直接訪問的數(shù)據(jù)融合。 直接數(shù)據(jù)訪問指在一個GIS軟件中實(shí)現(xiàn)對其他軟件數(shù)據(jù)格式的直接訪問，用戶可以使用單個GIS軟件存取多種數(shù)據(jù)格式。 直接數(shù)據(jù)訪問不僅避免了繁瑣的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，而且在一個GIS軟件中訪問某種軟件的數(shù)據(jù)格式，不要求用戶擁有該數(shù)據(jù)格式的宿主軟件，更不需要該軟件的運(yùn)行，這為多源數(shù)據(jù)的融合提供了更為實(shí)用便捷的支持。,74,5.3 空間數(shù)據(jù)的編

49、輯與處理,5.3.8 空間數(shù)據(jù)的壓縮與綜合,1）空間數(shù)據(jù)的壓縮,空間數(shù)據(jù)壓縮的目的： 節(jié)省存貯空間 節(jié)省處理時(shí)間 所謂數(shù)據(jù)壓縮，即從所取得的數(shù)據(jù)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(nèi)最好地逼近原集合，而又取得盡可能大的壓縮比。壓縮比表示曲線信息載量減少的程度。,75,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.8 空間數(shù)據(jù)的壓縮與綜合,1）空間數(shù)據(jù)的壓縮,空間數(shù)據(jù)壓縮方法： 間隔取點(diǎn)法 垂距法 偏角法 Douglas-Peucker,76,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.8 空間數(shù)據(jù)的壓縮與綜合,1）空間數(shù)據(jù)的壓縮,道格拉斯-佩克法（Douglas-Peucke

50、r） 該方法由Douglas-Peucker于1973年首先提出，其基本思想是由遠(yuǎn)到近，找與矢量兩端點(diǎn)連線的垂足最大頂點(diǎn)判斷其是否滿足要求。 該方法考慮整條線或特定線段的特征。,77,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.8 空間數(shù)據(jù)的壓縮與綜合,1）空間數(shù)據(jù)的壓縮,A：將一條曲線首末點(diǎn)虛連成一條直線，求出其余各點(diǎn)到該直線的距離（L）； B：選垂距最大者與規(guī)定的臨界值（d）相比較，若大于臨界值，則離該直線距離最大的點(diǎn)保留，否則將直線兩端間各點(diǎn)全部舍去； C：曲線首末兩點(diǎn)與及上述保留點(diǎn)將曲線分解為兩部分，針對每段曲線再按前兩步進(jìn)行處理。,78,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.8 空間數(shù)據(jù)的

51、壓縮與綜合,2）空間數(shù)據(jù)的綜合,空間數(shù)據(jù)綜合包括：重新分類、圖形簡化等。,79,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.8 空間數(shù)據(jù)的壓縮與綜合,2）空間數(shù)據(jù)的綜合,80,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.9 空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插方法,空間插值 內(nèi)插：在已觀測點(diǎn)的區(qū)域內(nèi)估算未觀測點(diǎn)的數(shù)據(jù)的過程； 外推：在已觀測點(diǎn)的區(qū)域外估算未觀測點(diǎn)的數(shù)據(jù)的過程預(yù)測。,81,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.9 空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插方法,空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插：設(shè)已知一組空間數(shù)據(jù)，它們可以是離散點(diǎn)的形式，也可以是分區(qū)數(shù)據(jù)的，現(xiàn)在要從這些數(shù)據(jù)中找到一個函數(shù)關(guān)系式，使該關(guān)系式最好地逼近這些已知的空間數(shù)據(jù)，并能根據(jù)該函數(shù)關(guān)系式推求

52、出區(qū)域范圍內(nèi)其他任意點(diǎn)或任意分區(qū)的值。這種通過已知點(diǎn)或分區(qū)的數(shù)據(jù)，推求任意點(diǎn)或分區(qū)數(shù)據(jù)的方法就稱為空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插。 空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插包括：點(diǎn)的內(nèi)插和區(qū)域的內(nèi)插。,82,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.9 空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插方法,點(diǎn)的內(nèi)插是研究具有連續(xù)變化特征現(xiàn)象（例如地面高程等）的數(shù)值內(nèi)插方法。根據(jù)內(nèi)插精度的不同，可以將點(diǎn)內(nèi)插法分為精確和概略的兩類。 內(nèi)插的步驟：數(shù)據(jù)取樣，數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)記錄三個過程。,1）點(diǎn)的內(nèi)插,83,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.9 空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插方法,數(shù)據(jù)取樣是指數(shù)據(jù)點(diǎn)的選取和坐標(biāo)的確定； 數(shù)據(jù)處理（內(nèi)插）是以數(shù)據(jù)點(diǎn)作為控制基礎(chǔ)，用某一數(shù)學(xué)模型來模擬地表面，進(jìn)行

53、內(nèi)插加密計(jì)算，確定三角網(wǎng)或格網(wǎng)節(jié)點(diǎn)處的特征值； 數(shù)據(jù)記錄是將建立的節(jié)點(diǎn)特征值記錄于存儲器內(nèi)，以供分析應(yīng)用。,1）點(diǎn)的內(nèi)插,84,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.9 空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插方法,數(shù)據(jù)取樣時(shí)可采用實(shí)測點(diǎn)數(shù)據(jù)，也可由圖形上人工讀取，此時(shí)應(yīng)盡可能讀取特征點(diǎn)的數(shù)據(jù)。 建立按一定格網(wǎng)形式排列的地面點(diǎn)高程，一般先從現(xiàn)有地圖的等高線上進(jìn)行數(shù)據(jù)取樣。 取樣點(diǎn)可以按地性線(山脊線、山谷線、坡度變換線)，沿等高線或沿?cái)嗝婢€布設(shè)，將數(shù)據(jù)點(diǎn)選擇在地性線坡度改變處，或沿等高線在方向改變的地點(diǎn)，即根據(jù)地形變化取點(diǎn)。這樣，數(shù)據(jù)點(diǎn)落在地形特征點(diǎn)上，能很好地控制地表面形態(tài)，稱為隨機(jī)取樣方案。,1）點(diǎn)的內(nèi)插,數(shù)據(jù)取樣

54、,85,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.9 空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插方法,1）點(diǎn)的內(nèi)插,數(shù)據(jù)取樣,86,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.9 空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插方法,由于取樣的數(shù)據(jù)點(diǎn)呈離散分布形式，或者數(shù)據(jù)點(diǎn)雖按格網(wǎng)排列，但格網(wǎng)的密度不能滿足使用的要求，這樣就需要以數(shù)據(jù)點(diǎn)為基礎(chǔ)進(jìn)行插值運(yùn)算。 插值運(yùn)算的手段是選擇一個合理的數(shù)學(xué)模型，利用已知點(diǎn)上的信息求出函數(shù)的待定系數(shù)。 利用已知數(shù)據(jù) 模型 推求未知點(diǎn) 設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型 參數(shù) 數(shù) 據(jù) 通常采用局部函數(shù)內(nèi)插和逐點(diǎn)內(nèi)插兩種方式。,1）點(diǎn)的內(nèi)插,數(shù)據(jù)內(nèi)插,87,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.9 空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插方法,局部函數(shù)內(nèi)插通常以格網(wǎng)小塊為加密區(qū)，

55、采用低次項(xiàng)函數(shù)擬合地表面。它分為線性內(nèi)插法、雙線性多項(xiàng)式內(nèi)插法和二元樣條函數(shù)內(nèi)插法等具體的方法。 （1） 線性內(nèi)插 將三個已知高程點(diǎn)所控制的地面用一個平面來模擬（三角網(wǎng)）。 Zp=a0+a1x+a2y,1）點(diǎn)的內(nèi)插,數(shù)據(jù)內(nèi)插局部函數(shù)內(nèi)插,88,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.9 空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插方法,將3個數(shù)據(jù)點(diǎn)的坐標(biāo)值代入，聯(lián)立求解出系數(shù)a0、a1和a2，這一平面就是模擬三角形地面的平面，所以待定點(diǎn)在給予平面坐標(biāo)xP、yP之后，即可求出內(nèi)插高程zP。 本法進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣時(shí)，要盡可能全地采取地面上所有的起伏轉(zhuǎn)折點(diǎn)，否則由三點(diǎn)控制的地面與平面相差甚遠(yuǎn)，插值結(jié)果誤差也就相應(yīng)增大。,1）點(diǎn)的內(nèi)插,

56、數(shù)據(jù)內(nèi)插局部函數(shù)內(nèi)插,89,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.9 空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插方法,（2）雙線性多項(xiàng)式內(nèi)插 用網(wǎng)格四個格點(diǎn)上的高程，來確定雙線性多項(xiàng)式的四個參數(shù)，然后代入待定點(diǎn)的坐標(biāo)xP、yP，求得zP 。 Zp=a0+a1x+a2y+a3xy,1）點(diǎn)的內(nèi)插,數(shù)據(jù)內(nèi)插局部函數(shù)內(nèi)插,90,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.9 空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插方法,（3）二元樣條函數(shù)內(nèi)插法 在分塊插值區(qū)用雙三次多項(xiàng)式（樣條函數(shù)）模擬地表面 待定點(diǎn)高程為： Zp=a1X3Y3+a2X2Y3+a3XY3+a4Y3+a5X3Y2+a6X2Y2+a7XY2+a8Y2+a9X3Y +a10X2Y+a11XY+a12

57、Y+a13X3+a14X2+a15X+a16,1）點(diǎn)的內(nèi)插,數(shù)據(jù)內(nèi)插局部函數(shù)內(nèi)插,91,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.9 空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插方法,插值方法分為3種 （1）移動擬合法 （2）加權(quán)平均法（IDW） （3）克里金法,1）點(diǎn)的內(nèi)插,數(shù)據(jù)內(nèi)插逐點(diǎn)內(nèi)插法,92,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.9 空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插方法,區(qū)域的內(nèi)插是研究根據(jù)一組分區(qū)的已知數(shù)據(jù)來推求同一地區(qū)另一組分區(qū)未知數(shù)據(jù)的內(nèi)插方法。設(shè)一組已知數(shù)據(jù)的分區(qū)稱源區(qū)，需要內(nèi)插的另一組分區(qū)稱為目標(biāo)區(qū)，則根據(jù)源區(qū)的數(shù)據(jù)來推求目標(biāo)區(qū)的數(shù)據(jù)。 區(qū)域的內(nèi)插一般采用疊置法和比重法。,2）區(qū)域的內(nèi)插,93,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,

58、5.3.9 空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插方法,疊置法是將目標(biāo)疊置在源區(qū)上，首先確定兩者面積的交集，然后算出目標(biāo)區(qū)內(nèi)各個分區(qū)的內(nèi)插值。,2）區(qū)域的內(nèi)插,94,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.9 空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插方法,比重法是根據(jù)平滑密度函數(shù)的原理，將源區(qū)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)從同質(zhì)性改變?yōu)榉峭|(zhì)性，而非同質(zhì)性代表著一般社會經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象的普遍特點(diǎn)。比重法的內(nèi)插算法過程： （1）在源區(qū)上疊置一張格網(wǎng)，格網(wǎng)尺寸的大小應(yīng)保證具有足夠的內(nèi)插精度。 （2）將源區(qū)各個分區(qū)的平均人口數(shù)賦予相應(yīng)分區(qū)的各個格網(wǎng)點(diǎn)。 （3）計(jì)算相鄰的四個格網(wǎng)點(diǎn)的平均值。,2）區(qū)域的內(nèi)插,95,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.9 空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插方法,（4

59、）將各個分區(qū)的格網(wǎng)值相加，計(jì)算系數(shù)p=原分區(qū)總值/現(xiàn)分區(qū)總值，并將各個格網(wǎng)點(diǎn)值乘以p，得到調(diào)整后的各個分區(qū)的格網(wǎng)點(diǎn)值。 （5）依次過程繼續(xù)下去，直到現(xiàn)分區(qū)總值與原分區(qū)總值很相近，或者相應(yīng)分區(qū)的格網(wǎng)點(diǎn)值比較一致時(shí)，便可計(jì)算目標(biāo)區(qū)的內(nèi)插值。,2）區(qū)域的內(nèi)插,96,5.3 空間數(shù)據(jù)的編輯與處理,5.3.9 空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插方法,2）區(qū)域的內(nèi)插,97,5.4 空間數(shù)據(jù)質(zhì)量及其精度分析,1.空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的概念,1.1 空間數(shù)據(jù)質(zhì)量,空間數(shù)據(jù)是描述某一時(shí)間地理實(shí)體在地理空間的位置、屬性和相互關(guān)系的數(shù)據(jù)?？臻g位置、專題特征以及時(shí)間特征是空間數(shù)據(jù)的三個要素。 空間數(shù)據(jù)是有關(guān)空間位置、專題特征以及時(shí)間信息的符號記錄。而數(shù)據(jù)質(zhì)量則是空間數(shù)據(jù)在表達(dá)這三個基本要素時(shí)，所能夠達(dá)到的準(zhǔn)確性、一致性、完整性，以及它們?nèi)咧g統(tǒng)一性的程度。 空間數(shù)據(jù)是對現(xiàn)實(shí)世界中空間特征和過程的抽象表達(dá)。由于現(xiàn)實(shí)世界的復(fù)雜性和模糊性，以及人類認(rèn)識和表達(dá)能力的局限性，這種抽象表達(dá)總是不可能完全達(dá)到真值的，而只能在一定程度上接近真值。從這種意義上講，數(shù)據(jù)質(zhì)量發(fā)生問題是不