空間數(shù)據(jù)質(zhì)量與元數(shù)據(jù)

1、北京大學(xué)遙感與地理信息系統(tǒng)研究所空間數(shù)據(jù)質(zhì)量與元數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)質(zhì)量與元數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)質(zhì)量空間數(shù)據(jù)質(zhì)量控制空間數(shù)據(jù)的不確定性問題空間元數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)質(zhì)量空間數(shù)據(jù)質(zhì)量l在GIS的幾個主要因素中，數(shù)據(jù)是一個極為重要的因素l在計算機(jī)軟件、硬件環(huán)境選定之后，GIS中數(shù)據(jù)質(zhì)量的優(yōu)劣，決定著系統(tǒng)分析質(zhì)量以及整個應(yīng)用的成敗lGIS提供的空間數(shù)據(jù)的分析方法被廣泛用于各種領(lǐng)域，用于決策領(lǐng)域的數(shù)據(jù)，其質(zhì)量要求應(yīng)該是可知的或可預(yù)測的。l研究空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的目的l加強(qiáng)數(shù)據(jù)生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的重要性空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的重要性空間數(shù)據(jù)庫空間數(shù)據(jù)庫查詢和分析查詢和分析空間數(shù)據(jù)輸入空間數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)質(zhì)量的內(nèi)容空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的內(nèi)容 l空間數(shù)據(jù)的完整性l數(shù)據(jù)是否覆蓋到應(yīng)該覆蓋的范圍l空間數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)邏輯一致性l數(shù)據(jù)定義的統(tǒng)一性l在同一個空間數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)的定義應(yīng)該保持一致l空間數(shù)據(jù)位置精度l數(shù)據(jù)的地理位置精度l空間數(shù)據(jù)屬性精度l數(shù)據(jù)所載負(fù)的地理信息的正確性l空間數(shù)據(jù)時間精度l數(shù)據(jù)本身所代表的時間信息的正確性l關(guān)于數(shù)據(jù)的說明l元數(shù)據(jù) 空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的相關(guān)概念空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的相關(guān)概念l準(zhǔn)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(shù)據(jù)質(zhì)量的相關(guān)概念空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的相關(guān)概念(1)l準(zhǔn)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(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性通常是根據(jù)所指的位置、拓?fù)浠蛘叻强臻g屬性來分類的l可以用誤差（Error）來衡量空間數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性l精度（Precision）l表示數(shù)據(jù)對現(xiàn)象描述的詳細(xì)程度l數(shù)據(jù)精度和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的區(qū)別： l精度低的數(shù)據(jù)不一定準(zhǔn)確度也低；l數(shù)據(jù)精度如果超出了測量儀器的已知準(zhǔn)確度，這樣的紀(jì)錄數(shù)字在效率上是冗余的；例如：在設(shè)計精度為0.1mm的數(shù)字化儀上測量返回的坐標(biāo)數(shù)據(jù)為（10.11mm, 12.233mm），其中就含有冗余

4、的數(shù)據(jù)；空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的相關(guān)概念空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的相關(guān)概念(2)l空間分辨率（Spatial Resolution）l分辨率是兩個可測量數(shù)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(xì)線寬度對應(yīng)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(xiàn)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)矢量數(shù)據(jù)柵格數(shù)據(jù)柵格數(shù)據(jù)1 pixel = 10mX10m 分辨率分辨率 = 10m10M

5、10M1 Pixel空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的相關(guān)概念空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的相關(guān)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(zhǔn)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(diǎn)、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(lián)系空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的相關(guān)概念空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的相關(guān)概念(4)l不確定性（Uncertainty）l指客觀世界或?qū)嶓w本身就具有的變異，表現(xiàn)為不精確性、隨機(jī)性和模糊性 l由于人對客觀實體和現(xiàn)象認(rèn)識的局限性和表達(dá)的模糊性，使原始數(shù)據(jù)本身存在不確定性，以此數(shù)據(jù)進(jìn)行GIS 的

6、分析與處理，必然使分析結(jié)果也具有不確定性 GIS數(shù)據(jù)的不確定性數(shù)據(jù)的不確定性lGIS數(shù)據(jù)不確定性的產(chǎn)生l一方面是由于客觀世界存在的固有的復(fù)雜性，不穩(wěn)定性，和人們對其認(rèn)識的不完備性l另一方面，在數(shù)據(jù)采集、錄入、編輯、處理、分析和表述過程中出現(xiàn)的各種誤差，包括如系統(tǒng)誤差或隨機(jī)誤差帶來的不確定性 lGIS數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的不完整性GIS數(shù)據(jù)的不確定性數(shù)據(jù)的不確定性主要研究內(nèi)容主要研究內(nèi)容部分主要研究方法部分主要研究方法GIS數(shù)據(jù)本身不確定性研究內(nèi)容位置數(shù)據(jù)的不確定性數(shù)據(jù)源的不確定性原始測量數(shù)據(jù)的不確定性（GPS、全站儀、數(shù)字測

7、圖成果不確定性）數(shù)字地圖獲?。ㄊ址龈檾?shù)字化和掃描矢量化）以及遙感數(shù)據(jù)的不確定性1）經(jīng)典誤差理論以及在此基礎(chǔ)上的空間統(tǒng)計理論2）模糊集合理論3）灰色理論方法4）熵理論5）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論等方法6）模糊仿真方法GIS中基本實體不確定性點(diǎn)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(shù)據(jù)處理、空間分析過程不確定性數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)的不確定性屬性定義的不確定性對現(xiàn)實世界定義不明確模糊實體關(guān)系定義不確定1）目標(biāo)模型和域模型2）概率論3）證據(jù)理論4）空間統(tǒng)計學(xué)5）模糊集合理論6）云理論7）粗集理論數(shù)據(jù)源的不確定性實

8、體邊界界定不確定性遙感數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的不確定性時間定義的不確定性關(guān)于時間語義表達(dá)的模糊性帶來的不確定性界定事件開始與結(jié)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?fù)潢P(guān)系一致性的不確定性數(shù)據(jù)的不完整性幾何數(shù)據(jù)的不完整性、屬性數(shù)據(jù)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(shù)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(fù)合疊加屬性數(shù)據(jù)不確定性對位置數(shù)據(jù)不確定的影響時間變更對屬性數(shù)據(jù)不確定性的影響時間變更對位置數(shù)據(jù)不確定性的影響位置與屬性數(shù)據(jù)不確

9、定性疊加時空不確定性疊加缺陷率統(tǒng)計方法GIS數(shù)據(jù)的不確定性數(shù)據(jù)的不確定性主要研究內(nèi)容主要研究內(nèi)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(dá)不確定性建模數(shù)據(jù)不確定值的數(shù)據(jù)模型建立科學(xué)計算可視化方法GIS可視化方法數(shù)據(jù)不確定性可視化表達(dá)數(shù)據(jù)的不確定性的顯示與表達(dá)數(shù)據(jù)的不確定性可視化結(jié)果分析數(shù)據(jù)產(chǎn)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(chǎn)品DLG、DEM、DRG、DOQ產(chǎn)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?。┓指頖IS組件不確定性預(yù)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(yùn)籌學(xué)方法GIS工程不確定性估計

10、與控制GIS工程不確定性預(yù)測與評價GIS工程不確定性的控制方法與策略建立預(yù)測模型軟件工程方法、項目管理方法空間數(shù)據(jù)質(zhì)量問題的來源空間數(shù)據(jù)質(zhì)量問題的來源l空間現(xiàn)象自身存在的不穩(wěn)定性l空間上的不確定性：空間現(xiàn)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(xiàn)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(shù)值型屬性值表達(dá)的不精確性l空間現(xiàn)象的表達(dá)l測量誤差、地圖投影、數(shù)值采樣和量化等l空間數(shù)據(jù)處理中的誤差l投影轉(zhuǎn)換l地圖數(shù)字化與掃描矢量化l格式轉(zhuǎn)換l數(shù)據(jù)抽象l空間分析l可視化表達(dá)l數(shù)據(jù)處理過程中誤差的傳遞和擴(kuò)散 空間數(shù)據(jù)使用中的誤差來源空間數(shù)據(jù)使用中的誤差來源l主要包括

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

12、的類型空間數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的合理性幾何誤差幾何誤差l幾何誤差的含義l空間數(shù)據(jù)表達(dá)的位置信息誤差l在二維平面上主要反映在點(diǎn)誤差和線誤差上l分類l點(diǎn)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(shù)據(jù)質(zhì)量問題其他數(shù)據(jù)質(zhì)量問題l地圖數(shù)據(jù)的質(zhì)量問題l地圖固有誤差：控制點(diǎn)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(chǎn)生l地圖掃描及數(shù)字化誤差l遙感數(shù)據(jù)的質(zhì)量問題l遙感儀器觀測過程誤差l表現(xiàn)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(shù)據(jù)的質(zhì)量問題l選定的大地坐標(biāo)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(shù)據(jù)質(zhì)量的控制空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的控制l通過采用科學(xué)的方法，制定出空間數(shù)據(jù)的生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程，并采取 一系列切實有效的方法在空間數(shù)據(jù)的生產(chǎn)過程中，針對空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的關(guān)鍵性問題予以精度控制和錯誤改正，以保證空間數(shù)據(jù)的質(zhì)量l應(yīng)從數(shù)據(jù)質(zhì)量產(chǎn)生和擴(kuò)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(shù)據(jù)質(zhì)量空間方法有：l傳統(tǒng)的手工方法l與

14、原始地圖或者屬性數(shù)據(jù)比較；l元數(shù)據(jù)方法l閱讀元數(shù)據(jù)了解數(shù)據(jù)質(zhì)量的信息；l地理相關(guān)法l利用空間數(shù)據(jù)描述的地理特征要素自身的相關(guān)性空間數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)l元數(shù)據(jù)（Metadata）l是描述數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)l是關(guān)于數(shù)據(jù)的描述性數(shù)據(jù)信息，盡可能多的反映數(shù)據(jù)集自身的特征規(guī)律，以便于用戶對數(shù)據(jù)集的準(zhǔn)確、高效與充分的開發(fā)與利用l如數(shù)據(jù)的內(nèi)容、質(zhì)量、狀況和其他有關(guān)特征的背景信息l目的就是促進(jìn)數(shù)據(jù)集的高效利用、共享 l不同領(lǐng)域的數(shù)據(jù)庫，其元數(shù)據(jù)的內(nèi)容會有很大差異l元數(shù)據(jù)的內(nèi)容l對數(shù)據(jù)集的描述：數(shù)據(jù)項、數(shù)據(jù)來源、數(shù)據(jù)所有者及數(shù)據(jù)歷史 l數(shù)據(jù)質(zhì)量的描述：數(shù)據(jù)精度、數(shù)據(jù)的邏輯一致性、數(shù)據(jù)完整性、分辨率 l數(shù)據(jù)處理

15、信息的說明l數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法的描述l數(shù)據(jù)更新、集成等說明l空間元數(shù)據(jù)的作用l幫助數(shù)據(jù)生產(chǎn)者管理和維護(hù)空間數(shù)據(jù)l便于數(shù)據(jù)用戶查詢檢索地理空間數(shù)據(jù)l幫助用戶了解數(shù)據(jù)，以便就數(shù)據(jù)是否能夠滿足其需求做出這功能的判斷l(xiāng)提供有關(guān)信息，以便用戶或者GIS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和轉(zhuǎn)換l元數(shù)據(jù)成為數(shù)據(jù)共享和有效使用的重要工具空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)內(nèi)容及示例空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)內(nèi)容及示例。數(shù)據(jù)生產(chǎn)者數(shù)據(jù)生產(chǎn)時間數(shù)據(jù)質(zhì)量數(shù)據(jù)組織空間參照系數(shù)據(jù)內(nèi)容以及其他屬性。FGDC空間元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)空間元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)lFGDCl美國聯(lián)邦地理數(shù)據(jù)委員會（Federal Geographic Data Committee）lCSDGMl數(shù)字化地理空間元數(shù)據(jù)內(nèi)容標(biāo)

16、準(zhǔn)（Content Standard for Digital Geospatial Metadata）l基本情況l在1993年首先發(fā)布，現(xiàn)在已經(jīng)成為了世界范圍內(nèi)其它標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)l作為一個內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)，CSDGM描述了元數(shù)據(jù)檔案中需要包括的條目l但是沒有準(zhǔn)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(jù)自己的軟件環(huán)境實現(xiàn)該標(biāo)準(zhǔn)l但是需要保證其實現(xiàn)能夠被另外一個軟件實現(xiàn)所理解軟件實現(xiàn)必須是可以互操作的 FGDC元數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)CSDGM的主要內(nèi)容的主要內(nèi)容l標(biāo)識信息標(biāo)識信息關(guān)于數(shù)據(jù)集的基本信息l數(shù)據(jù)質(zhì)量信息數(shù)據(jù)質(zhì)量信息對數(shù)據(jù)集質(zhì)量的總體評估l空間數(shù)據(jù)組織信息空間數(shù)據(jù)組織信息在數(shù)據(jù)集中用于表達(dá)空間信息的機(jī)制l