第5章数据处理课件.ppt

本章主要内容,1、概述2、数据的采集3、空间数据的编辑与处理4、空间数据质量及其精度分析5、元数据,空间数据采集与处理流程,计划调查,编辑处理,评价,准备收集,数字化,1、数据采集概述,数据采集在GIS中的地位以数据为处理线索硬件软件数据=12 7,GIS数据的内容,数字化数据 地图：点、线、面（变形、现势性、投影）影像数据数据源丰富生产效率高直观详细记录地表自然现象（变形-纠正、分辨率、解译特征）数字高程模型数据（DEM）实测数据（GPS点）矢量数据（数据格式转换、数据精度）属性数据（实验、统计和文本数据）,数据采集任务,将现有的地图、外业观测成果、航空像片、遥感图片数据、文本资料等转换成GIS可以接受的数字形式；数据库入库之前进行验证、修改、编辑等处理，保证数据在内容和逻辑上的一致性；数据采集设备的选择；数据的转换；数据处理：几何纠正、图幅拼接、拓扑生成等。,数据源种类,图形图像数据：地图 工程图规划图照片航空与遥感影像等文字数据：调查报告文件统计数据实验数据野外调查的原始记录等,各种数据源特点,目前各种类型的地图是重要的信息源。这不仅是因为地图的内容直观与丰富，而且是由于在地理信息系统诞生以前，地图是表示空间与非空间信息强有力的手段，从某种意义上说，一册完备的专题地图集是一个很好的人工操作地理信息系统。遥感影像是地理信息系统中一个极其重要的数据源，它至少具有下列一些特点：能取得大面积、综合的信息；速度快；降低数据储存冗余和不连续性；能提供各类专题所需要的信息。文字数据主要用来描述空间对象的属性，比如人口数据、经济数据、土壤成份、环境数据注：确定应用哪些类型的数据是由系统的功能所确定的，例如要建立一个土地的适宜性和承载力的信息系统，所需要的数据有地形、土壤类型、降雨、地下水位、运输条件等。,数据源与相应设备,2、数据的采集,（1）属性数据的采集（2）空间数据的采集,（1）属性数据的采集,包括各类调查报告、文件、统计数据、实验数据与野外调查的原始记录等，如人口数据、经济数据、土壤成份、环境数据。对于要输入属性库的属性数据，通过键盘直接键入或文件、表格、数据库导入。对于要直接记录到栅格或矢量数据文件中的属性数据，则必须进行编码输入。,属性数据的采集,国家资源与环境信息系统规范在“专业数据分类和数据项目建议总表”中，将数据分为社会环境、自然环境和资源与能源三大类共14小项，并规定了每项数据的内容及基本数据来源。,属性数据编码编码原则,系统性和科学性：满足所涉及学科的科学分类方法，能反映出同一类型中不同的级别特点。一致性：对代码所定义的同一专业名词、术语必须是唯一的。标准化和通用性：有国家或行业标准的要按标准进行，没有标准的必须考虑在有可能的条件下实现标准化。简捷性：在满足国家标准的前提下、每一种编码应该是以最小的数据量载负最大的信息量。可扩展性：编码的设置应留有扩展的余地，避免新对象的出现而使原编码系统失效、造成编码错乱现象。,属性数据的编码编码内容,登记部分：用来标识属性数据的序号，可以是简单的连续编号，也可划分不同层次进行顺序编码；分类部分：用来标识属性的地理特征，可采用多位代码反映多种特征；控制部分：用来通过一定的查错算法，检查在编码、录入和传输中的错误，在属性数据量较大情况下具有重要意义。,属性数据的编码编码方法,层次分类编码法：是按照分类对象的从属和层次关系为排列顺序的一种代码。,优点：能明确表示出分类对象的类别，代码结构有严格的隶属关系。,属性数据的编码编码方法,多源分类编码法：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。,（2）图形数据的采集,采集基本模式有两种：将地理信息实体以x,y坐标的形式，以顺时针或逆时针方法依次输入。用点、线、多边形和格网邻接的方法表示地理实体。,图形数据的采集,空间数据采集方法：手扶跟踪数字化仪采集摄影测量数字化采集扫描跟踪数字化采集外业实地数字化采集选择采集方法的依据是如何应用图形数据，图形数据类型，现有设备状况，现有人力，物力，财力状况等。,图形数据的采集,空间数据采集数据交换,空间数据采集方案,3、空间数据的编辑与处理方式,图象纠正纠正原因地图变形(均匀变形、非均匀变形）数字化中的位置移动遥感影像本身存在几何变形投影方式不同分幅扫描实质建立纠正图象与标准地图的一一对应关系变换方法精确方法：仿射变换、双线性变换、平方变换、立方变换等近似方法：橡皮板变换纠正步骤纠正点数据采集函数建立逐点或网格纠正,空间数据的编辑与处理方式,图象纠正橡皮板变换函数变换,空间数据的编辑与处理方式,图像解译从图像中提取有用信息的过程。图像解译需要一定的能力：研究地理区域的一般知识 具有一定的图像处理能力掌握影像分析的经验和技能 对影像特征的深入理解 遥感图象的解译有目视判读和计算机自动解译两种方法，其中，自动解译又可分为监督分类和非监督分类两种。,空间数据的编辑与处理,空间数据编辑的必要性修正数据输入错误维护数据的完整性和一致性更新地理信息空间数据一般性错误数据不完整、重复空间数据位置不正确空间数据比例尺不准确空间数据变形几何和属性连接有误属性数据不完整错误检查主要方法叠合比较法目视检查法逻辑检查法,空间数据的编辑与处理方式,1、误差修正一般过程：设定容许值连接接点重建拓扑关系,空间数据的编辑与处理方式,2、边界匹配（图幅接边）不同图幅的连接自动、手工第一种方法是小心地修改空间数据库中点和矢量的坐标，以维护数据库的连续性；第二种方法是先对准两幅图的一条边缘线，然后再小心地调整其它线段使其取得连续。,空间数据的编辑与处理方式,3、数据格式的转换：数据结构转换相同数据结构的不同组织形式转换矢量拓扑结构变换栅格数据转换不同数据结构转换矢量到栅格栅格到矢量不同介质转换,空间数据的编辑与处理方式,4、投影变换：,地图投影的变换,两曲面和两平面之间存在各种各样的对应关系，其中点对应即使其中的一种。,设x、y是原（地图资料）投影点的直角坐标，X、Y是变换后（新编地图）投影点的直角坐标。则实现一种地图投影点的坐标变换为另一种地图投影的主要方法有以下几种：,X、Y为曲面上一点的曲线坐标，x、y为另曲面上对应点的曲线坐标。对于平面来说，此曲线坐标为笛卡儿直角坐标。,1、反解变换法,通过中间过渡的方法，反解出原投影点的地理坐标，代入新投影中求得新投影之坐标。,2、正解变换法,确定地图资料和新编地图上相应的直角坐标系的直接联系。这种方法不要求反解出原投影点的地理坐标，而直接引出两种投影点的直角坐标关系式。它的表达式即为：,3、综合变换法,将反解变换法和正解变换法结合在一起的一种变换方法。通常是反解出原投影点的平面坐标之一，然后通过正解变换求出新投影点的坐标X、Y。,4、数值变换法,如果原投影点的直角坐标的解析式是不知道的，或不易求出的两种投影点平面直角坐标之间直接联系，这时可用近拟方法分解关系式（1）为多项式。如下：,5、数值解析变换法,在不知道原投影方程式时，可采用逼近多项式的方法，求远投影的坐标，逼近多项式的形式为：,因为矢量数据以离散点坐标的形式存储的，对其进行多次投影变换运算不会改变数据的精度，所以对于矢量数据的GIS来说，第一种方法最简单也最实用。但对栅格结构数据来讲，图像每投影转换一次，都得对其重新采样，因而要损失部分信息。投影之间坐标的差异越大，信息损失越严重。因此遥感图像的纠正一般不转换为地理坐标，而是直接用第四种方法进行多项式拟合运算。,方法选择,空间数据的编辑与处理方式,5、坐标变换,Arc/Info中地图投影的转换,Arc/Info中一般采用反解变换法，首先使用Project将一种投影坐标投影为地理坐标，然后再对地理坐标进行新的投影。,例1 从Albers投影转换到Transvers投影,例2 不同投影带之间投影转换,上面将两个不同投影带（3度分带）的高斯克吕格投影图分别投影为地理坐标，实现了无缝拼接，然后再将拼合在一起的图投影为6度分带的高斯克吕格投影。,4、空间数据质量及其精度分析,数据质量是空间数据在表达空间位置、专题特征以及时间这三 个基本要素时，所能够达到的准确性、一致性、完整性，以及它们三者之间统一性的程度。（1）误差(Error)（2）数据的准确度(Accuracy)（3）数据的精密度(Resolution)（4）不确定性（Uncertainty),空间数据质量评价,数据情况说明时间精度(现势性)位置精度(几何精度)分类精度(属性精度)可靠性逻辑的一致性、完整性数据采集与编码方法,误差的类型,源误差操作误差,源误差（与数据获取方法有关）,测量数字数据的误差 地图数字化数据的误差 遥感数据误差,测量数字数据的误差,控制测量误差碎部测量误差空中三角测量误差测图误差,地图数字化数据的误差,制图误差：控制点展绘误差、编绘误差、绘图误差、综合误差、地图复制误差、分色板套合误差、绘图材料的变形误差 数字化误差,遥感数据误差,数据获取误差数据处理误差数据分析误差数据转换误差人工判断误差,操作误差,由计算机字长引起的误差由拓扑分析引起的误差数据分类和内插引起的误差,空间数据质量的控制,传统的手工方法 元数据方法 地理相关法,空间数据质量的控制环节,数据预处理工作 数字化设备的选用 数字化对点精度(准确性)数字化限差 数据的精度检查,5、元数据,“meta”是一希腊语词根，意思是“改变”，“Metadata”一词的原意是关于数据变化的描述。一般都认为元数据就是“关于数据的数据”。,元数据的主要作用,帮助数据生产单位有效地管理和维护空间数据，建立数据文档 提供有关数据生产单位数据存储、数据分类、数据内容、数据质量、数据交换网络(clearing house)及数据销售等方面的信息，便于用户查询检索地理空间数据 提供通过网络对数据进行查询检索的方法或途径，以及与数据交换和传输有关的辅助信息 帮助用户了解数据，以便就数据是否能满足其需求作出正确的判断 提供有关信息，以便用户处理和转换有用的数据。,元数据的内容,对数据集中各数据项、数据来源、数据所有者及数据生产历史等的说明 对数据质量的描述，如数据精度、数据的逻辑一致性、数据完整性、分辨率、源数据的比例尺等 对数据处理信息的说明，如量纲的转换等 数据转换方法的描述 对数据库的更新、集成方法等的说明,空间数据元数据的标准,思考与练习,GIS数据有哪几个方面的内容?空间数据采集方法有哪些？它们分别适合采集什么样的数据？为什么要对数字化地图进行编辑与处理后才能入GIS数据库？GIS数据精度可以从哪几个方面进行评价？并解释。元数据,