空間數據質量與元數據

1、北京大學遙感與地理信息系統研究所空間數據質量與元數據空間數據質量與元數據空間數據質量空間數據質量控制空間數據的不確定性問題空間元數據空間數據質量空間數據質量l在gis的幾個主要因素中，數據是一個極為重要的因素l在計算機軟件、硬件環(huán)境選定之后，gis中數據質量的優(yōu)劣，決定著系統分析質量以及整個應用的成敗lgis提供的空間數據的分析方法被廣泛用于各種領域，用于決策領域的數據，其質量要求應該是可知的或可預測的。l研究空間數據質量的目的l加強數據生產過程中的質量控制，提高數據質量空間數據質量的重要性空間數據質量的重要性空間數據庫空間數據庫查詢和分析查詢和分析空間數據輸入空間數據輸入和管理和管理輸出輸出

2、: 顯示顯示防止防止 “garbage in，garbage out！”空間數據質量的內容空間數據質量的內容 l空間數據的完整性l數據是否覆蓋到應該覆蓋的范圍l空間數據的數據邏輯一致性l數據定義的統一性l在同一個空間數據庫中，數據的定義應該保持一致l空間數據位置精度l數據的地理位置精度l空間數據屬性精度l數據所載負的地理信息的正確性l空間數據時間精度l數據本身所代表的時間信息的正確性l關于數據的說明l元數據 空間數據質量的相關概念空間數據質量的相關概念l準確性（accuracy）l精度（precision）l空間分辨率（spatial resolution）l比例尺（scale）l誤差（err

3、or）l不確定性（uncertainty）空間數據質量的相關概念空間數據質量的相關概念(1)l準確性（accuracy）l一個記錄值（測量或者觀察值）與它的真實值之間的接近程度l空間數據的準確性通常是根據所指的位置、拓撲或者非空間屬性來分類的l可以用誤差（error）來衡量空間數據的準確性l精度（precision）l表示數據對現象描述的詳細程度l數據精度和數據準確性的區(qū)別： l精度低的數據不一定準確度也低；l數據精度如果超出了測量儀器的已知準確度，這樣的紀錄數字在效率上是冗余的；例如：在設計精度為0.1mm的數字化儀上測量返回的坐標數據為（10.11mm, 12.233mm），其中就含有冗余

4、的數據；空間數據質量的相關概念空間數據質量的相關概念(2)l空間分辨率（spatial resolution）l分辨率是兩個可測量數值之間最小的可辨識的差異l空間分辨率可以看作是記錄變化的最小幅度l空間分辨率示例：地圖上最細線寬度對應的地理范圍，遙感圖像上一個像素代表的實際地理范圍大小l比例尺（scale）l地圖上一個記錄的距離和它所表現的“真實世界”的距離之間的比例l如這幅地圖的比例尺=10cm:1000m=1:10000l比例尺是刻畫數據精度的量（如最小線寬為地圖的空間分辨率）真實世界真實世界矢量數據矢量數據柵格數據柵格數據1 pixel = 10mx10m 分辨率分辨率 = 10m10m

5、10m1 pixel空間數據質量的相關概念空間數據質量的相關概念(3)l誤差（error）l描述測量值和真實值之間的差別l在大部分情況下，誤差的大小是很不準確的，因為待測量的真實值往往無法得到l研究如何給出誤差大小的最佳估計以及誤差傳播規(guī)律，是很有用的l誤差的分析包括l位置誤差（如點、線、多邊形的位置誤差）l屬性誤差l位置和屬性誤差之間的聯系空間數據質量的相關概念空間數據質量的相關概念(4)l不確定性（uncertainty）l指客觀世界或實體本身就具有的變異，表現為不精確性、隨機性和模糊性 l由于人對客觀實體和現象認識的局限性和表達的模糊性，使原始數據本身存在不確定性，以此數據進行gis 的

6、分析與處理，必然使分析結果也具有不確定性 gis數據的不確定性數據的不確定性lgis數據不確定性的產生l一方面是由于客觀世界存在的固有的復雜性，不穩(wěn)定性，和人們對其認識的不完備性l另一方面，在數據采集、錄入、編輯、處理、分析和表述過程中出現的各種誤差，包括如系統誤差或隨機誤差帶來的不確定性 lgis數據的不確定性包括l位置的不確定性l屬性的不確定性l時域的不確定性l邏輯上的不一致性l數據的不完整性gis數據的不確定性數據的不確定性主要研究內容主要研究內容部分主要研究方法部分主要研究方法gis數據本身不確定性研究內容位置數據的不確定性數據源的不確定性原始測量數據的不確定性（gps、全站儀、數字測

7、圖成果不確定性）數字地圖獲?。ㄊ址龈檾底只蛼呙枋噶炕┮约斑b感數據的不確定性1）經典誤差理論以及在此基礎上的空間統計理論2）模糊集合理論3）灰色理論方法4）熵理論5）神經網絡理論等方法6）模糊仿真方法gis中基本實體不確定性點實體的不確定性、線實體的不確定性、面實體的不確定性、體實體的不確定性數據處理、空間分析過程不確定性數據格式轉換的不確定性、緩沖區(qū)分析不確定性、疊加分析不確定性其他空間分析的不確定性屬性數據的不確定性屬性定義的不確定性對現實世界定義不明確模糊實體關系定義不確定1）目標模型和域模型2）概率論3）證據理論4）空間統計學5）模糊集合理論6）云理論7）粗集理論數據源的不確定性實

8、體邊界界定不確定性遙感數據邊界提取不確定性查詢分析的不確定性疊加分析的不確定性、查詢過程的不確定性其他分析的不確定性時域數據的不確定性時間定義的不確定性關于時間語義表達的模糊性帶來的不確定性界定事件開始與結束的不確定性邏輯不確定性屬性一致性的不確定性、格式一致性的不確定性拓撲關系一致性的不確定性數據的不完整性幾何數據的不完整性、屬性數據的不完整性模型的不確定性模型選擇的不確定性、模型參數的不確定性模型不確定性的傳播與累加1）總體平均可靠性評價方法2）蒙特卡羅模擬不確定復合疊加屬性數據不確定性對位置數據不確定的影響時間變更對屬性數據不確定性的影響時間變更對位置數據不確定性的影響位置與屬性數據不確

9、定性疊加時空不確定性疊加缺陷率統計方法gis數據的不確定性數據的不確定性主要研究內容主要研究內容部分主要研究方法部分主要研究方法不確定性建模分析與表達不確定性建模數據不確定值的數據模型建立科學計算可視化方法gis可視化方法數據不確定性可視化表達數據的不確定性的顯示與表達數據的不確定性可視化結果分析數據產品的不確定性評價電子地圖電子地圖不確定性評價不確定性的疊加與傳播4d產品dlg、dem、drg、doq產品的不確定性評價gis工程不確定性評價與控制gis組件最優(yōu)（不確定性最?。┓指頶is組件不確定性預測與評價gis組件間不確定性的疊加與傳播gis組件最優(yōu)分割模型運籌學方法gis工程不確定性估計

10、與控制gis工程不確定性預測與評價gis工程不確定性的控制方法與策略建立預測模型軟件工程方法、項目管理方法空間數據質量問題的來源空間數據質量問題的來源l空間現象自身存在的不穩(wěn)定性l空間上的不確定性：空間現象在空間位置分布上的不確定性變化l時間上的不確定性：空間現象在發(fā)生時間段上的游移性l屬性上的不確定性：屬性類型劃分的多樣性，非數值型屬性值表達的不精確性l空間現象的表達l測量誤差、地圖投影、數值采樣和量化等l空間數據處理中的誤差l投影轉換l地圖數字化與掃描矢量化l格式轉換l數據抽象l空間分析l可視化表達l數據處理過程中誤差的傳遞和擴散 空間數據使用中的誤差來源空間數據使用中的誤差來源l主要包括

11、兩個方面：對數據的解釋過程、缺少文檔 數據處理過程數據處理過程誤差來源誤差來源數據搜集野外測量誤差：儀器誤差、記錄誤差遙感數據誤差：輻射和幾何糾正誤差、信息提取誤差地圖數據誤差：原始數據誤差、坐標轉換、制圖綜合及印刷數據輸入數字化誤差：儀器誤差、操作誤差不同系統格式轉換誤差：柵格-矢量轉換、三角網-等值線轉換數據存儲數值精度不夠空間精度不夠：每個格網點太大、地圖最小制圖單元太大數據處理分類間隔不合理多層數據疊合引起的誤差傳播：插值誤差、多源數據綜合分析誤差比例尺太小引起的誤差數據輸出輸出設備不精確引起的誤差輸出的媒介不穩(wěn)定造成的誤差數據使用對數據所包含的信息的誤解對數據信息使用不當空間數據誤差

12、的類型空間數據誤差的類型l主要類型l幾何誤差l屬性誤差l時間誤差l邏輯誤差l邏輯誤差和幾何誤差為gis特有邏輯誤差邏輯誤差l語義角度判斷數據的合理性幾何誤差幾何誤差l幾何誤差的含義l空間數據表達的位置信息誤差l在二維平面上主要反映在點誤差和線誤差上l分類l點誤差：測量位置與真實位置的差異 x = x x0 y = y y0l線誤差l線誤差分布可以用epsilon模型（等寬）或者誤差帶模型（不等寬）描述折線誤差的分布（誤差帶模型）曲線的誤差分布（誤差帶模型）其他數據質量問題其他數據質量問題l地圖數據的質量問題l地圖固有誤差：控制點誤差、投影誤差等 l地圖材料變形：由于圖紙的大小受濕度和溫度變化的

13、影響而產生l地圖掃描及數字化誤差l遙感數據的質量問題l遙感儀器觀測過程誤差l表現為空間分辨率、光譜分辨率、幾何畸變以及輻射誤差等l圖像處理和解譯過程誤差l校正匹配、解譯判讀、分類等l測量數據的質量問題l選定的大地坐標系及投影l(fā)環(huán)境影響l測量儀器精度l操作誤差、偶然誤差等空間數據質量的控制空間數據質量的控制l通過采用科學的方法，制定出空間數據的生產技術規(guī)程，并采取 一系列切實有效的方法在空間數據的生產過程中，針對空間數據質量的關鍵性問題予以精度控制和錯誤改正，以保證空間數據的質量l應從數據質量產生和擴散的所有過程和環(huán)節(jié)入手，分別用一定的方法減少誤差l常見的數據質量空間方法有：l傳統的手工方法l與

14、原始地圖或者屬性數據比較；l元數據方法l閱讀元數據了解數據質量的信息；l地理相關法l利用空間數據描述的地理特征要素自身的相關性空間數據的元數據空間數據的元數據l元數據（metadata）l是描述數據的數據l是關于數據的描述性數據信息，盡可能多的反映數據集自身的特征規(guī)律，以便于用戶對數據集的準確、高效與充分的開發(fā)與利用l如數據的內容、質量、狀況和其他有關特征的背景信息l目的就是促進數據集的高效利用、共享 l不同領域的數據庫，其元數據的內容會有很大差異l元數據的內容l對數據集的描述：數據項、數據來源、數據所有者及數據歷史 l數據質量的描述：數據精度、數據的邏輯一致性、數據完整性、分辨率 l數據處理

15、信息的說明l數據轉換方法的描述l數據更新、集成等說明l空間元數據的作用l幫助數據生產者管理和維護空間數據l便于數據用戶查詢檢索地理空間數據l幫助用戶了解數據，以便就數據是否能夠滿足其需求做出這功能的判斷l(xiāng)提供有關信息，以便用戶或者gis軟件進行數據的處理和轉換l元數據成為數據共享和有效使用的重要工具空間數據元數據內容及示例空間數據元數據內容及示例。數據生產者數據生產時間數據質量數據組織空間參照系數據內容以及其他屬性。fgdc空間元數據標準空間元數據標準lfgdcl美國聯邦地理數據委員會（federal geographic data committee）lcsdgml數字化地理空間元數據內容標

16、準（content standard for digital geospatial metadata）l基本情況l在1993年首先發(fā)布，現在已經成為了世界范圍內其它標準的基礎l作為一個內容標準，csdgm描述了元數據檔案中需要包括的條目l但是沒有準確給出它們的具體格式和組織方式l這使得開發(fā)者可以根據自己的軟件環(huán)境實現該標準l但是需要保證其實現能夠被另外一個軟件實現所理解軟件實現必須是可以互操作的 fgdc元數據元數據csdgm的主要內容的主要內容l標識信息標識信息關于數據集的基本信息l數據質量信息數據質量信息對數據集質量的總體評估l空間數據組織信息空間數據組織信息在數據集中用于表達空間信息的機制l