GIS03第三章空间数据采集和质量.ppt

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1、第三章 空间数据的采集和质量控制,3-1概述,3-2 空间数据的地理参照系和控制基础,3-3 空间数据的分类和编码,3-4 空间数据的采集,3-5 GIS的数据质量,3-6 空间数据标准,3-1 概述,第三章 空间数据的采集和质量控制,现实世界,返回,一、GIS的数据源：,第三章 空间数据的采集和质量控制,3-1 概述,1.地图资料,普通地图空间信息,专题地图专题（属性）信息,2.遥感(RS)资料,数据,图片,3.实测数据资料,空间数据：数字测图仪、GPS接受仪,属性数据：气象气候数据等,4.统计资料,数字：人口、产值、收入、消费,文字：土地类型、劳动力状况、受教育程度、污染情况,5.对媒体资

2、料和已有系统的数据,返回,第三章 空间数据的采集和质量控制,3-1 概述,二、空间数据采集的任务,将现有的上述类型数据转换成GIS可以处理与接收的数字形式，通常要经过验证、修改、编辑等处理。,GIS的数据质量是指GIS中空间数据(几何数据和属性数据)的可靠性，通常用空间数据的误差来度量。误差是指数据与真值的偏离。研究GIS数据质量对于评定GIS的算法、减少GIS设计与开发的盲目性都具有重要意义。精度越高，代价越大。GIS数据质量对保证GIS产品的可靠性有重要意义。,三、研究GIS数据质量的目的和意义,返回,3-2 空间数据的地理参照系和控制基础,一、地理空间（Geographic Space）

3、的定义,第三章 空间数据的采集和质量控制,指物质、能量、信息的存在形式在形态、结构过程、功能关系上的分布方式和格局及其在时间上的延续，具体包括地球上大气圈、水圈、生物圈、岩石圈和土壤圈交互作用的区域。,地理空间具体被描述为：1）绝对空间，具有属性描述的空间位置的集合，一系列坐标值组成。2）相对空间，是具有空间属性特征的实体的集合，由不同实体之间的空间关系组成。,返回,二、地理空间的数学建构-如何建立地球表面的几何模型,第三章 空间数据的采集和质量控制,3-2 地理参照系和控制基础,地图的数学基础，是指使地图上各种地理要素与相应的地面景物之间保持一定对应关系的经纬网、坐标网、大地控制点、比例尺等

4、数学要素。两个矛盾：一个是球面与平面之间的矛盾。经纬网、坐标网、大地控制点地图投影 一个是大与小的矛盾。比例尺,二、地理空间的数学建构-如何建立地球表面的几何模型,包括海洋底部、高山、高原在内的固体地球表面，起伏不定，难以用一个简洁的数学式描述。,第三章 空间数据的采集和质量控制,3-2 地理参照系和控制基础,1、最自然的面：,地球的自然表面并非光滑，珠穆朗玛与马里亚纳海沟之间的高差达近20km。通过天文大地测量、地球重力测量、卫星大地测量等精密测量，发现：地球并不是一个正球体，而是一个极半径略短、赤道半径略长，北极略突出、南极略扁平，近于梨形的椭球体。,陕北黄土高原,二、地理空间的数学建构-

5、如何建立地球表面的几何模型,第三章 空间数据的采集和质量控制,3-2 地理参照系和控制基础,2、相对抽象的面，即大地水准面,地球表面72%被海水覆盖，假设一个当海水处于完全静止的平衡状态时从海平面延伸到所有大陆下部，而与地球重力方向处处正交的一个连续、闭合的水准面。可用水准仪完成地球自然表面上任一点的高程测量。但地球的重力方向存在局部变异，处处与重力方向垂直的大地水准面显然不可能是一个十分规则的表面，且不能用简单的数学公式来表达，因此，大地水准面不能作为测量成果的计算面。为了测量成果计算的需要，选用一个同大地体相近的、可以用数学方法来表达的旋转椭球来代替地球，且这个旋转椭球是由一个椭圆绕其短轴

6、旋转而成的。凡是与局部地区(一个或几个国家)的大地水准面符合得最好的旋转椭球，称为参考椭球。,二、地理空间的数学建构-如何建立地球表面的几何模型,第三章 空间数据的采集和质量控制,3-2 地理参照系和控制基础,2、相对抽象的面，即大地水准面,大地水准面重力等位面地球物理表面 大地体对地球形体的一级逼近,二、地理空间的数学建构-如何建立地球表面的几何模型,第三章 空间数据的采集和质量控制,3-2 地理参照系和控制基础,2、相对抽象的面，即大地水准面,大地水准面的意义：1.由略微不规则的大地水准面包围的大地体，是地球形状的很好近似。它不仅表达了大部分自然表面的形状，而且大地水准面以上多出的质量几乎

7、就是陆地下缺少的质量。2.大地水准面包围的大地体表面存在一定的起伏波动，这对大地测量或地球物理学均具有研究价值，可应用重力场理论来进行研究。制图学中则可忽略不计，因为对所有制图业务，均可把地球当作正球体看待。3.于大地水准面是实际重力等位面，因此人们才可能通过测量仪器，获得相对于大地水准面的海拔高度。,二、地理空间的数学建构-如何建立地球表面的几何模型,第三章 空间数据的采集和质量控制,3-2 地理参照系和控制基础,为了测量成果计算的需要，选用一个同大地体相近的、可以用数学方法来表达的旋转椭球来代替地球-三轴椭球体。,3、椭球体模型,长半径 a（赤道半径）短半径 b（极半径）扁 率=(a-b)

8、/a第一偏心率 e2=(a2-b2)/a2第二偏心率 e2=(a2-b2)/b2,二、地理空间的数学建构-如何建立地球表面的几何模型,第三章 空间数据的采集和质量控制,3-2 地理参照系和控制基础,3、椭球体模型,1952年，海福特椭球体1953年，克拉索夫斯基椭球体，1954北京大地坐标系；1978年，1975国际椭球体，1980西安国家大地坐标系；,我国的椭球体模型：,二、地理空间的数学建构-如何建立地球表面的几何模型,第三章 空间数据的采集和质量控制,3-2 地理参照系和控制基础,返回,旋转椭球体（地球椭球体）地球的数学表面对地球形体的二级逼近。将地球椭球体摆到与大地水准面最贴近的位置上

9、地球椭球体定位对地球形体的三级逼近。,三、地理参照系,1、经纬度坐标系（地理坐标）对空间定位有利，但难以进行距离、方向、面积量算。,第三章 空间数据的采集和质量控制,3-2 地理参照系和控制基础,三、地理参照系,2、笛卡儿平面坐标系 便于量算和进一步的空间数据处理和分析。平面坐标系分为平面极坐标系和平面直角坐标系。平面极坐标系采用极坐标法，即用某点至极点的距离和方向来表示该点的位置的方法，来表示地面点的坐标。主要用于地图投影理论的研究。平面直角坐标采用直角坐标(笛卡尔坐标)来确定地面点的平面位置。可以通过投影将地理坐标转换成平面坐标。,第三章 空间数据的采集和质量控制,3-2 地理参照系和控制

10、基础,地图投影,椭球体模型,三、地理参照系,3、高程系统描述空间点在垂直高度上的特性-高程由高程基准面起算的地面点的高度。,“1956年黄海高程系”,“1985年国家高程基准”,第三章 空间数据的采集和质量控制,3-2 地理参照系和控制基础,返回,四、GIS的地理基础-控制基础,各种GIS的数据源、服务目的和各自特征可以不同，但均有自身统一的地理基础。,第三章 空间数据的采集和质量控制,3-2 地理参照系和控制基础,1、地理基础的内容,四、GIS的地理基础-控制基础,各种GIS的数据源、服务目的和各自特征可以不同，但均有自身统一的地理基础。,第三章 空间数据的采集和质量控制,3-2 地理参照系

11、和控制基础,每一种投影都与一个坐标系统相联系。坐标系统是一套说明某一物体地理坐标的参数，参数之一为投影。投影关系着如何将图形物体显示于平面上，而坐标系统则显示出地形地物所在的相对位置。,2、投影与坐标系,四、GIS的地理基础-控制基础,各种GIS的数据源、服务目的和各自特征可以不同，但均有自身统一的地理基础。,第三章 空间数据的采集和质量控制,3-2 地理参照系和控制基础,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，为各种地理信息的输入、输出及匹配处理提供一个统一的定位框架，使各种来源的地理信息和数据能够具有共同的地理基础，并在这个基础上反映出它们的地理位置和地理关系特

12、征。,、统一的地图投影系统的意义,返回,五、地图投影,第三章 空间数据的采集和质量控制,3-2 地理参照系和控制基础,地图投影，就是按照一定数学法则，将地球椭球面上的经纬网转换到平面上，使地面点位的地理坐标(,)与地图上相对应的点位的平面直角坐标（x,y)或平面极坐标间，建立起一一对应的函数关系。,五、地图投影,第三章 空间数据的采集和质量控制,3-2 地理参照系和控制基础,五、地图投影,第三章 空间数据的采集和质量控制,3-2 地理参照系和控制基础,五、地图投影,第三章 空间数据的采集和质量控制,3-2 地理参照系和控制基础,五、地图投影,第三章 空间数据的采集和质量控制,3-2 地理参照系

13、和控制基础,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：,五、地图投影,1、GIS与地图投影关系,第三章 空间数据的采集和质量控制,3-2 地理参照系和控制基础,2、GIS中地图投影设计与配置的一般原则,1）所配置的投影系统应与相应比例尺的国家基本图（基本比例尺地形图，基本省区图或国家大地图集）投影系统一致。2）系统一般只考虑至多采用两种投影系统，一种应用于大比例尺的数据处理与输出、输入，另一种服务于小比例尺。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

14、相适应，即所采用的网格系统（特别是一级网格）在投影带中应保持完整。,第三章 空间数据的采集和质量控制,3-2 地理参照系和控制基础,3、我国GIS常用的地图投影配置,采用与我国基本图系列一致的地图投影系统：我国常用的地图投影的情况为：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、1：1万、1：5000),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Lam

15、bert投影和属于同一投影系统的Albers投影(正轴等面积割圆锥投影)；4)、Lambert投影中，地球表面上两点间的最短距离(即大圆航线)表现为近于直线，这有利于地理信息系统中空间分析量度的正确实施。,第三章 空间数据的采集和质量控制,3-2 地理参照系和控制基础,3、我国GIS常用的地图投影配置,第三章 空间数据的采集和质量控制,3-2 地理参照系和控制基础,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

16、，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。,3、我国GIS常用的地图投影配置,第三章 空间数据的采集和质量控制,3-2 地理参照系和控制基础,高斯克吕格投影,由此可见，高斯投影的最大变形处为各投影带在赤道边缘处，为了控制变形，我国地形图采用分带方法，即将地球按一定间隔的经差(6或3)划分为若干相互不重叠的投影带，各带分别投影。1：2.5万至1：50万的地形图均采用6分带方案，即从格林尼治零度经线起算，每6为一个投影带，全球共分为60个投影带。我国领土位于东经72到136之间，共包括11个投影带(13带22带)。1：1万及更大比例尺地形

17、图采用3分带方案，全球共分为120个投影带。,3、我国GIS常用的地图投影配置,第三章 空间数据的采集和质量控制,3-2 地理参照系和控制基础,3、我国GIS常用的地图投影配置,第三章 空间数据的采集和质量控制,3-2 地理参照系和控制基础,我国规定1：1万1：50万比例尺地形图均采用高斯克吕格投影。1：1万采用30分带，1：2.5万采用经差60分带。1：25万、1：50万、1：100万地形图上绘经纬线网；1：1万、1：25万、1：5万和1：1万图上不绘经纬网，绘方里网子午线收敛角。经纬线网即指由经线和纬线所构成的坐标网，又称地理坐标网。在1：1万1：20万比例尺的地形图上，经纬线只以图廓线的

18、形式直接表现出来，并在图角处注出相应度数。为了在用图时加密成网，在内外图廓间还绘有加密经纬网的加密分划短线(图式中称“分度带”)，必要时对应短线相连就可以构成加密的经纬线网。1：25万地形图上，除内图廓上绘有经纬网的加密分划外，图内还有加密用的十字线。我国的1：50万1：100万地形图，在图面上直接绘出经纬线网，内图廓上也有供加密经纬线网的加密分划短线。,3、我国GIS常用的地图投影配置,第三章 空间数据的采集和质量控制,3-2 地理参照系和控制基础,方里网是由平行于投影坐标轴的两组平行线所构成的方格网。因为是每隔整公里绘出坐标纵线和坐标横线，所以称之为方里网，由于方里线同时又是平行于直角坐标

19、轴的坐标网线，故又称直角坐标网。直角坐标网的坐标系以中央经线投影后的直线为X轴，以赤道投影后的直线为Y轴，它们的交点为坐标原点。这样，坐标系中就出现了四个象限。纵坐标从赤道算起向北为正、向南为负；横坐标从中央经线算起，向东为正、向西为负。我国位于北半球，全部X值都是正值。在每个投影带中则有一半的Y坐标值为负。为了避免Y坐标出现负值，规定纵坐标轴向西平移500km(半个投影带的最大宽度不超过500km)。这样，全部坐标值都表现为正值了。,3、我国GIS常用的地图投影配置,第三章 空间数据的采集和质量控制,3-2 地理参照系和控制基础,3、我国GIS常用的地图投影配置,第三章 空间数据的采集和质量

20、控制,3-2 地理参照系和控制基础,正轴等角圆锥投影,3、我国GIS常用的地图投影配置,第三章 空间数据的采集和质量控制,3-2 地理参照系和控制基础,(1)角度没有变形，即投影前后对应的微分面保持图形相似，故亦可称为正形投影；(2)等变形线和纬线一致，同一条纬线上的变形处处相等；(3)两条标准纬线上没有任何变形；(4)在同一经线上，两标准纬线外侧为正变形(长度比大于1)，而两标准纬线之间为负变形(长度比小于1)，因此，变形比较均匀，绝对值也较小；(5)同一纬线上等经差的线段长度相等，两条纬线间的经线线段长度处处相等。,返回,正轴等角圆锥投影,3-3 空间数据的分类和编码,第三章 空间数据的采

21、集和质量控制,分层,区域分块,空间数据库,GIS应用,大范围 地理区域,合理组织,面向对象组织,矩形分块,经纬度分块,一、空间数据的组织,返回,二、地理数据的分层,空间数据可按某种属性特征形成一个数据层，通常称为图层（Coverage）。1、空间数据分层方法：1）专题分层 每个图层对应一个专题，包含某一种或某一类数据。如地貌层、水系层、道路层、居民地层等。2）时间序列分层即把不同时间或不同时期的数据作为一个数据层。3）地面垂直高度分层,第三章 空间数据的采集和质量控制,专题分层,时间序列,3-3 空间数据的分类和编码,二、地理数据的分层,第三章 空间数据的采集和质量控制,3-3 空间数据的分类

22、和编码,2、空间数据分层的目的,便于空间数据的管理、查询、显示、分析等。1）空间数据分为若干数据层后，对所有空间数据的管理就简化为对各数据层的管理，而一个数据层的数据结构往往比较单一，数据量也相对较小，管理起来就相对简单；2）对分层的空间数据进行查询时，不需要对所有空间数据进行查询，只需要对某一层空间数据进行查询即可，因而可加快查询速度；3）分层后的空间数据，由于便于任意选择需要显示的图层，因而增加了图形显示的灵活性；4）对不同数据层进行叠加，可进行各种目的的空间分析。,第三章 空间数据的采集和质量控制,3-3 空间数据的分类和编码,返回,三、空间数据的分类与编码,第三章 空间数据的采集和质量

23、控制,3-3 空间数据的分类和编码,定量信息可以被计算机直接识别，而定性信息必须首先“数字化”才能被计算机接受，它是通过采用一种编码方法将定性信息用“属性特征码”（简称特征码）表示，这样就可以将定性属性信息输入计算机中。地理信息编码就是用数字或字符标记空间对象的属性。它既是标识空间对象的标志，组织和编排地理数据的媒介，又是存储和检索的标志，是不可缺少的空间数据的一个组成部分。,三、空间数据的分类与编码,第三章 空间数据的采集和质量控制,分类、编码,点、线、面特征码、坐标,信息世界,3-3 空间数据的分类和编码,将真实世界地理事物和现象的定性与定量信息结合起来，直接进行分类和分等定级，根据类别和

24、等级赋予一定代码的方法称为地理属性编码。,1、属性数据编码,第三章 空间数据的采集和质量控制,3-3 空间数据的分类和编码,在属性数据中，有一部分是与几何数据的表示密切有关的。例如，道路的等级、类型等，决定着道路符号的形状、色彩、尺寸等。在GIS中，通常把这部分属性数据用编码的形式表示，并与几何数据一起管理起来。编码：是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或人识别与处理的符号，是计算机鉴别和查找信息的主要依据和手段。编码的直接产物就是代码，而分类分级则是编码的基础。,2、分类编码的原则,分类是将具有共同的属性或特征的事物或现象归并在一起，而把不同属性或特征的事

25、物或现象分开的过程。分类是人类思维所固有的一种活动，是认识事物的一种方法。分类的基本原则是：,第三章 空间数据的采集和质量控制,3-3 空间数据的分类和编码,一致性系统性通用性和标准化可扩展性,2、分类编码的原则,第三章 空间数据的采集和质量控制,3-3 空间数据的分类和编码,编码的一致性,一致性指对象的专业名词、术语的定义必须严格保证概念的一致，对代码所定义的同一专业名词、术语必须是唯一的。,编码的系统性,各种地理现象是地理系统的组成部分，彼此之间相互联系、相互影响。编码的系统性就是指在设置代码时要明确地反映出现象之间的固有关系，具有严密的逻辑性、层次性和关联性。,2、分类编码的原则,第三章

26、 空间数据的采集和质量控制,3-3 空间数据的分类和编码,编码的通用性和标准化,即要与国家已颁布的有关规范和标准一致，直接引用或参照标准。这样便于数据共享和交换，为数据的通用性创造条件。,编码的可扩展性,代码的码位设置一般要求紧凑经济，减少冗余代码，但必须留有扩展的余地，避免因新对象的出现而使原有编码系统失败。,3、分类码和标识码,第三章 空间数据的采集和质量控制,3-3 空间数据的分类和编码,4、分类码示例,第三章 空间数据的采集和质量控制,3-3 空间数据的分类和编码,5、标识码示例,第三章 空间数据的采集和质量控制,3-3 空间数据的分类和编码,6、编码设置的一般方法,第三章 空间数据的

27、采集和质量控制,3-3 空间数据的分类和编码,返回,(1)列出全部制图对象（地理/图形属性)清单；(2)对制图对象进行分类分级；(3)拟定代码(地理代码/图形参数)系统；(4)按确定的代码和代码格式，建立代码和编码对象对照表。,3.4 空间数据的采集,1、资料准备，区域标定1）基础原始数据的确定2）数据分类项目的确定3）数据标准的准确性的确定2、进行三个统一：（地理基础统一，即确定投影、比例尺、分类分级编码）3、所用软件的检查、试用菜单准备及其它辅助工作。4、硬件检查。5、精度试验。6、试验，样区、单项试验。,第三章 空间数据的采集和质量控制,一、输入前准备,返回,二、几何图形数据的采集,（三

28、）扫描矢量化,3.4 空间数据的采集,第三章 空间数据的采集和质量控制,（四）解析测图法（五）已有数据转入,地图数字化,（一）手工数字化,（二）数字化仪数字化,地图数字化,3.4 空间数据的采集,第三章 空间数据的采集和质量控制,确定数字化路线,地图预处理,等,3.4 空间数据的采集,第三章 空间数据的采集和质量控制,（一）手工数字化,3.4 空间数据的采集,第三章 空间数据的采集和质量控制,（一）手工数字化,3.4 空间数据的采集,第三章 空间数据的采集和质量控制,（一）手工数字化,（二）数字化仪数字化,3.4 空间数据的采集,第三章 空间数据的采集和质量控制,用数字化软件进行数字化,1、流

29、程：,2、用数字化软件进行数字化,3.4 空间数据的采集,第三章 空间数据的采集和质量控制,（二）数字化仪数字化,（三）扫描矢量化,3.4 空间数据的采集,第三章 空间数据的采集和质量控制,扫描转换,拼接子图块,裁剪地图,屏幕跟踪矢量化,矢量图合成、接边,矢量图编辑,纸质地图,空间数据库,1、扫描矢量化处理流程：,2、屏幕跟踪矢量化流程：,3.4 空间数据的采集,第三章 空间数据的采集和质量控制,准备扫描图像,栅格图像配准,新建数字化图层,屏幕跟踪矢量化地图,选择投影和单位输入控制点编辑控制点,（三）扫描矢量化,返回,三、属性数据采集,1、键盘，人机对话方式2、程序批量输入。,3.4 空间数据

30、的采集,第三章 空间数据的采集和质量控制,001,002,程序,空间数据库,返回,3.4 空间数据的采集,第三章 空间数据的采集和质量控制,四、属性和几何数据的连接,1、可手工输入2、由系统自动生成(如用顺序号代表标识符),标识码,属性数据,几何数据,返回,五、空间数据的编辑和检核,1）几何数据的不完整或重复。2）几何数据的位置不正确。3）比例尺不正确。4）变形。5）几何数据与属性数据的连接有误。6）属性数据错误、不完整。,3.4 空间数据的采集,第三章 空间数据的采集和质量控制,1、空间数据输入的误差,2、空间数据的检查,1）通过图形实体与其属性的联合显示，发现数字化中的遗漏、重复、不匹配等

31、错误；2）在屏幕上用地图要素对应的符号显示数字化的结果，对照原图检查错误；3）把数字化的结果绘图输出在透明材料上，然后与原图叠加以发现错漏；4）对等高线，通过确定最低和最高等高线的高程及等高距，编制软件来检查高程的赋值是否正确；5）对于面状要素，可在建立拓扑关系时，根据多边形是否闭合来检查，或根据多边形与多边形内点的匹配来检查等；6）对于属性数据，通常是在屏幕上逐表、逐行检查，也可打印出来检查；7）对于属性数据还可编写检核程序，如有无字符代替了数字，数字是否超出了范围，等等；8）对于图纸变形引起的误差，应使用几何纠正来进行处理。,3.4 空间数据的采集,第三章 空间数据的采集和质量控制,、为支

32、持数据检查而GIS应具备的基本功能,1）建立符号库：符号设计和符号设置2）注记配置3）基本图形操作4）信息查询5）绘图输出6）几何纠正和投影变换7）图形接边和图形编辑8）自动拓扑,3.4 空间数据的采集,第三章 空间数据的采集和质量控制,返回,3.5 GIS的数据质量,1、GIS数据质量的基本内容1）位置（几何）精度：如数学基础、平面精度、高程精度等，用以描述几何数据的误差。2)属性精度：如要素分类的正确性、属性编码的正确性、注记的正确性等，用以反映属性数据的质量。3)逻辑一致性：如多边形的闭合精度、结点匹配精度、拓扑关系的正确性等，由几何或属性误差也会引起逻辑误差。4)完备性：如数据分类的完

33、备性、实体类型的完备性、属性数据的完备性、注记的完整性，数据层完整性，检验完整性等。5)现势性：如数据的采集时间、数据的更新时间等。,第三章 空间数据的采集和质量控制,一、GIS的数据质量的内容（类型）,3.5 GIS的数据质量,第三章 空间数据的采集和质量控制,2、源误差,第三章 空间数据的采集和质量控制,3.5 GIS的数据质量,具体分析,原因,3、处理误差,3.5 GIS的数据质量,第三章 空间数据的采集和质量控制,4、误差传播,误差传播可分为三类：1）代数（算术）关系 如差、倍数、线性关系，有一套成熟的经典测量误差理论处理。2）逻辑关系a、布尔逻辑关系：GIS中存在大量的逻辑运算，如

34、叠置分析。b、不精确推理关系：如专家系统中的不精确推理。逻辑关系下的误差传播正处于研究中，需要借用信息论，模糊数学、人工智能、专家系统等学科有望解决。,3.5 GIS的数据质量,第三章 空间数据的采集和质量控制,返回,二、GIS数据质量的评价方法,GIS中数据采集的方法通常可分为直接方法和间接方法两种。直接方法是指直接从野外采集，以获取观测数据、图像等，间接方法是指从已有的图件上进行采集。直接方法获取的数据受人差、仪差、环境等的影响，但已有传统的方法可以解决。间接方法获取的数据中，除了含有直接方法中的误差外，还有展绘控制点的误差、编绘的误差、制图综合的误差，数字化的误差等。,3.5 GIS的数

35、据质量,第三章 空间数据的采集和质量控制,二、GIS数据质量的评价方法,1、直接评价法1）用计算机程序自动检测 某些类型的错误可以用计算机软件自动发现，数据中不符合要求的数据项的百分率或平均质量等级也可由计算机软件算出。此外，还可检测文件格式是否符合规范、编码是否正确、数据是否超出范围等。2）随机抽样检测 在确定抽样方案时，应考虑数据的空间相关性。2、间接评价法-（地理相关法和元数据法）指通过外部知识或信息进行推理来确定空间数据的质量的方法。用于推理的外部知识或信息如用途、数据历史记录、数据源的质量、数据生产的方法、误差传递模型等。3、非定量描述法 通过对数据质量的各组成部分的评价结果进行的综

36、合分析来确定数据的总体质量的方法。,3.5 GIS的数据质量,第三章 空间数据的采集和质量控制,返回,三、数字化的误差评价和质量控制,1）自动回归法在对线划进行跟踪数字化的过程中，每隔一定时间和距离就记录一次坐标值，因此可以认为这些数据是序列相关的。即某一点误差的大小，除受该点本身的影响外，还受前一点误差的影响。由于跟踪数字化不仅是一个随机序列，而且是一个时间序列，因此可用数理统计中的时间序列分析法来确定数字化的误差。,3.5 GIS的数据质量,第三章 空间数据的采集和质量控制,1、评价数字化误差的方法,目前的地图数字化方式主要有跟踪数字化和扫描数字化两种。数字化的精度主要受数字化仪的精度、数

37、字化方式、操作员的水平、数字化软件的算法等的影响，常采用下列方法进行评价。,三、数字化的误差评价和质量控制,2）Band法Band法又称误差带方法，即在一条数字化线的两侧，各定义宽为的范围，作为该数字化线的误差带，也就是用的值来说明误差的范围，以及处理多边形叠置等的误差。该方法适用于任何类型的GIS数据，关键是如何给出合理的值。,3.5 GIS的数据质量,第三章 空间数据的采集和质量控制,1、评价数字化误差的方法,Band,三、数字化的误差评价和质量控制,3.5 GIS的数据质量,第三章 空间数据的采集和质量控制,3）对比法 把数字化后的数据，用绘图机绘出，与原图叠合，选择明显地物点进行量测，

38、以确定误差。除了几何精度外，属性精度、完整性、逻辑一致性等也可用对比法进行对照检查。,2、数字化过程中的质量控制,1）数字化预处理工作包括对原始地图、表格等的整理、清绘。2）数字化设备的选用 根据手扶数字化仪、扫描仪等设备的分辨率和精度等有关参数的进行挑选，这些参数不应低于设计的数据精度要求。3）数字化对点精度（准确性）数字化时数据采集点与原始点的重合程度，一般要求对点误差小于0.1mm。4）数字化限差 包括：采点密度（0.2mm）、接边误差（0.02mm）、接合距离(0.02mm)、悬挂距离(0.007mm)等。5）数据的精度检查 输出图与原始图之间的点位误差，一般要求对直线地物和独立地物，

39、误差小于0.2mm，对曲线地物和水系，误差小于0.3mm，对边界模糊的要素应小于0.5mm。,3.5 GIS的数据质量,第三章 空间数据的采集和质量控制,返回,四、数据处理中数据质量的评价,主要受原始资料的精度(采样密度、测量误差、地形类别、控制点等)和内插的精度(内插方法、地形类型、原始数据的密度等)的影响。DEM的内插精度主要受原始采样点的采样密度的影响，与不同的插值方法的关系不很大。但在DEM精度评定的标准方面、地貌逼真度方面、DEM的粗差探测等方面仍没有得到圆满的解决。目前,对DEM精度的评价常采用原始等高线与再生等高线叠合评价的方法。,第三章 空间数据的采集和质量控制,1、数字高程模

40、型(DEM)的精度,原始等高线,DEM,重新生成等高线,原始等高线与重新生成等高线叠加,内插,自动追踪,3.5 GIS的数据质量,2、矢量数据栅格化的误差,包括属性误差和几何误差两种。在矢量数据转换为栅格数据后，栅格数据中的每个象元只含有一个属性数据值，它是象元内多种属性的一种概括。象元越大，属性误差越大。几何误差是指在矢量数据转换成栅格数据后所引起的位置的误差，以及由位置误差引起的长度、面积、拓扑匹配等的误差。几何误差的大小与象元的大小成正比。其中矢量数据表示的多边形网用象元逼近时会产生较严重的拓扑匹配问题。,第三章 空间数据的采集和质量控制,A,B,C,3.5 GIS的数据质量,行政区划,

41、B,A,误差分析的一种方法：假设存在一幅理想的矢量地图，图上不同属性的制图单元由很细的线分开；对理想地图进行观测采样得到一幅具有规则格网的栅格地图，把这两幅图进行叠置比较。,3、多边形叠置产生的误差,多边形叠置误差计算的思路是，先计算单层图的误差，再计算叠置图的误差。会产生拓扑匹配误差、几何误差和属性误差。1）拓扑匹配误差 多边形叠置往往是不同类型的地图、不同的图层，甚至是不同比例尺的地图进行叠置，因此，同一条边界线往往是不同的数据，这样在叠置时必然会出现一系列无意义的多边形。所叠置的多边形的边界越精确，越容易产生无意义的多边形。这就是拓扑匹配误差。多边形叠置所形成的多边形的数量与原多边形边界

42、的复杂程度有关。如果多边形之间具有统计独立性时，产生中等数量的多边形；如果是高度相关的，则产生大量无意义的多边形。-需要合并无意义的多边形,第三章 空间数据的采集和质量控制,3.5 GIS的数据质量,合并无意义的多边形的方法：,A、用人机交互的方法把无意义的多边形合并到大多边形中；B、根据无意义多边形的临界值，自动合并到大多边形中；C、用拟合后的新边界进行合并。,第三章 空间数据的采集和质量控制,3.5 GIS的数据质量,2）几何误差：,第三章 空间数据的采集和质量控制,3.5 GIS的数据质量,新边界可能会偏离已制图的边界位置（或真实位置）。为了保证人们习惯上认为重要的边界线的精度，如境界、

43、河流、主要道路等，处理时应对这些边界上的点加权使他们能尽可能地不被移动。,3）属性误差：实际上每个进行叠置的多边形本身的属性就是有误差的，因为属性值是分类的结果(如把植被分为不同的类别)，而分类就会产生误差。多幅图的叠置会使误差急剧增加，以至使叠置出的结果不可信。,返回,3-6 空间数据标准目录,第三章 空间数据的采集和质量控制,3.6 空间数据标准-数据共享,3-6 空间数据标准,一、概述,二、空间数据分类标准,三、空间数据交换标准,四、我国空间数据交换格式,五、GIS空间元数据,六、空间数据的互操作,七、Open GIS规范,返回,3.6 空间数据标准-数据共享,一、概述1、目前影响数据共

44、享的因素体制上：行业数据保密政策。技术上：不同系统对空间数据采用的数据结构和数据格式不同。网络化程度：资源共享是网络主要功能之一，用户可共享网络分散在不同地点的各种软硬件。,第三章 空间数据的采集和质量控制,3、空间数据标准的状况：如果只针对某一地理信息系统设计空间数据标准，并不困难；如果所建立的空间数据标准能为大家所承认，为大多数系统所接受和使用，就比较复杂和困难。,目前，我国已有一些与GIS有关的国家标准，内容涉及数据编码、数据格式、地理格网、数据采集技术规范、数据记录格式等。,2、空间数据标准：是指空间数据的名称、代码、分类编码、数据类型、精度、单位、格式等的标准形式。每个地理信息系统都

45、必须具有相应的空间数据标准。,返回,二、空间数据分类标准,1、原则：1）遵循已有的国家标准，以利于全国范围内的数据共享。2）遵循国务院有关部委以及军队正在使用的数据标准。3）遵循各领域中普遍使用和认同的数据标准。4）当各种数据标准相互矛盾时，应遵循由上而下的原则进行处理。5）制定新的数据标准时，应尽可能参考同类标准。,第三章 空间数据的采集和质量控制,3.6 空间数据标准-数据共享,2、目前我国已有的与GIS有关的关于空间数据分类的国家标准：GB2260-95 中华人民共和国行政区划代码GB13923-92 国土基础信息数据分类与代码GB11708-89 公路桥梁命名和编码规则GB14804-

46、93 1：500、1：1000、1：2000地形要素分类与代码等等。,返回,三、空间数据交换标准,1、外部数据交换标准,第三章 空间数据的采集和质量控制,3.6 空间数据标准-数据共享,特点：自动化程度不高，速度较慢等，但它可解决不同GIS之间的数据转换问题。它仍然是实现数据共享的主流方式。,GIS 1数据格式,外部数据交换格式标准,数据转换,数据转换,GIS 2数据格式,2、空间数据互操作协议,特点：比外部数据交换标准方便，但由于各种软件存储和处理空间数据的方式不同，空间数据的互操作函数又不可能很庞大，因此往往不能解决所有问题。,第三章 空间数据的采集和质量控制,3.6 空间数据标准-数据共

47、享,GIS 1,操纵空间数据的API,直接调用,直接调用,GIS 2,3、空间数据共享平台,服务器存放空间数据采用客户机/服务器体系结构，各种GIS通过一个公共的平台在服务器存取所有数据，以避免数据的不一致性。特点：思路较好，但现有的GIS软件各有自己的底层，要统一平台目前难以实现。,GIS 1,服务器存放空间数据,C/S平台,C/S平台,GIS 2,操纵,操纵,4、统一数据库接口,特点：这种方式的前提，首先要求对现实世界进行统一的面向对象的数据理解，这不易实现的。目前：外部数据交换标准仍是实现数据共享的主流方式。,第三章 空间数据的采集和质量控制,3.6 空间数据标准-数据共享,GIS 1,

48、空间数据库接口,转换程序,转换程序,GIS 2,在对空间数据模型有共同理解的基础上，各系统开发专门的双向转换程序，将本系统的内部数据结构转换成统一数据库的接口。,我国已发布了GIS的外部数据交换格式，包括矢量数据交换格式、栅格数据交换格式和数字高程模型交换格式标准。,四、我国空间数据交换格式,返回,五、GIS空间元数据（Geospatial Metadata）,1、空间元数据的定义和作用1）定义：地理的数据和信息资源的描述性信息。它通过对地理空间数据的内容、质量、条件和其他特征进行描述与说明，以便人们有效地定位、评价、比较、获取和使用与地理相关的数据。2）作用：（a）用来组织和管理空间信息，并

49、挖掘空间信息资源。（b）帮助数据使用者查询所需空间信息。（c）组织和维护一个机构对数据的投资。（d）用来建立空间信息的数据目录和数据交换中心。（e）提供数据转换方面的信息。,第三章 空间数据的采集和质量控制,3.6 空间数据标准-数据共享,2、空间元数据的分类,1）高层元数据（数据集系列Metadata），描述整个数据集的元数据，包括数据集区域采样原则，数据库的有效期，数据的时间跨度、分辨率以及方法等。是用户用于概括性查询数据集的主要内容。2）中层元数据（数据集Metadata），既可以作为数据集系列Metadata的组成部分，也可以作为后面数据集属性以及要素等内容的父Metadata数据集系

50、列。全面反映数据集的内容。3）底层元数据（要素、属性的类型和实例Metadata），包括最近更新日期，位置纲量，存在问题标识（如数据的丢失原因），数据处理过程等。是元数据体系中详细描述现实世界的重要部分。,第三章 空间数据的采集和质量控制,3.6 空间数据标准-数据共享,3、空间元数据的内容,对空间元数据所要描述的一般内容进行层次化和范式化，指定出可供参考与遵循的空间元数据标准的内容框架。,第三章 空间数据的采集和质量控制,3.6 空间数据标准-数据共享,第一层是目录层，主要用于对数据集信息进行宏观描述，适合在数字地球的国家级空间信息交换中心或区域以及全球范围内管理和查询空间信息时使用。第二层