第六章：數(shù)據(jù)獲取

1、第六章: 數(shù)據(jù)獲取6.1 概述概述6.2 地圖數(shù)字化地圖數(shù)字化6.3 野外測量野外測量6.4 攝影測量與遙感攝影測量與遙感6.5 數(shù)據(jù)共享數(shù)據(jù)共享 6.1 概述數(shù)據(jù)獲取的基本任務 可獲取的數(shù)據(jù)源 實現(xiàn)方式 一、數(shù)據(jù)獲取的基本任務 數(shù)據(jù)獲取 主要任務:通過各種手段獲取工程需求的各種數(shù)據(jù)資料，并轉換成GIS可以處理與接收的數(shù)據(jù)形式 地理信息系統(tǒng)建設首先要進行的任務，包括空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的獲取與輸入一、數(shù)據(jù)獲取的基本任務 GIS數(shù)據(jù)獲取的5個基本步驟： 任務分析：結合具體的工程需要，確定必要的功能需要和數(shù)據(jù)需求，包括：范圍、種類、內容、精度、可靠性等 資料收集與數(shù)據(jù)采集：根據(jù)任務分析的結果，有目的

2、去搜集所需的數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)驗證：無論通過什么途徑獲取的數(shù)據(jù)都必須經(jīng)過驗證，確認觀測時間、觀測精度、可靠性等 數(shù)據(jù)錄入：收集的資料往往來自不同的部門、參照了不同的標準、產品的形式也是多種多樣 數(shù)據(jù)處理：在有些情況下，錄入數(shù)據(jù)需要進一步的處理，才能直接應用二、可獲取的數(shù)據(jù)源 地圖數(shù)據(jù) 遙感數(shù)據(jù) 文本數(shù)據(jù) 統(tǒng)計資料 實測數(shù)據(jù)野外試驗實地測量GPS 多媒體數(shù)據(jù) 外部數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)通過SDE、ODBC (Open Database Connectivity，開放數(shù)據(jù)庫互連)等轉入二、可獲取的數(shù)據(jù)源 測繪部門的數(shù)據(jù)產品 數(shù)字柵格地圖（Digital Raster Graphic，DRG） 紙質地形圖經(jīng)掃描、糾正、

3、圖幅處理及數(shù)據(jù)壓縮處理后，形成在內容、幾何精度和色彩上與地形圖保持一致的柵格文件 本產品可作為背景用于數(shù)據(jù)參照或修測其他與地理相關的信息也可與DOM、DEM等數(shù)據(jù)集成使用，派生新的可視信息還可以繪制紙質地圖，改變地圖存儲和印制的傳統(tǒng)方式 二、可獲取的數(shù)據(jù)源 測繪部門的數(shù)據(jù)產品 數(shù)字線劃地圖（Digital Line Graphic，DLG） 矢量化形式的地形圖或專題圖 其數(shù)據(jù)量小、便于分層，能快速生成專題地圖 能滿足GIS進行各種空間分析的要求，被視為帶有智能的數(shù)據(jù)，可隨機地進行數(shù)據(jù)選取和顯示，與其他幾種產品疊加，便于分析、決策二、可獲取的數(shù)據(jù)源 測繪部門的數(shù)據(jù)產品 數(shù)字正射影像圖（Digit

4、al Orthophoto Map，DOM） 利用數(shù)字高程模型對掃描處理的數(shù)字化的航空相片 / 遙感相片（單色 / 彩色），經(jīng)逐象元進行糾正，再按影像鑲嵌，根據(jù)圖幅范圍剪裁生成的影像數(shù)據(jù) 一般帶有公里格網(wǎng)、圖廓內 / 外整飾和注記的平面圖二、可獲取的數(shù)據(jù)源 測繪部門的數(shù)據(jù)產品 數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model 簡稱DEM）是在高斯投影平面上規(guī)則格網(wǎng)點平面坐標（x,y）及其高程（z）的數(shù)據(jù)集 主要用途 高程分析 精度分析 量測坐標、距離、面積、體積（挖填方） 坡度、坡向分析 通視性分析 剖面圖生成 等高線生成 疊加相關矢量數(shù)據(jù)和影像數(shù)據(jù)二、可獲取的數(shù)據(jù)源第一手數(shù)據(jù)第二

5、手數(shù)據(jù)非電子數(shù)據(jù)電子數(shù)據(jù)全站儀、GPS數(shù)據(jù)地球物理、地球化學遙感數(shù)據(jù)地圖專題地圖統(tǒng)計圖表平板測量數(shù)據(jù)工程測量數(shù)據(jù)筆記航空、遙感相片人口普查社會經(jīng)濟調查各種統(tǒng)計資料已建各種數(shù)據(jù)庫GIS數(shù)據(jù)二、可獲取的數(shù)據(jù)源地圖地面測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計資料航空、遙感文字數(shù)據(jù)多媒體坐標幾何數(shù)字化儀掃描儀攝影測量系統(tǒng)鍵盤空間數(shù)據(jù)庫編輯處理數(shù)據(jù)交換三、實現(xiàn)方式 空間數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù) 鍵盤輸入：對于數(shù)據(jù)量較小、已知地物精確坐標的情況下，可以采用鍵盤錄入；也是錄入屬性數(shù)據(jù)的主要手段 地圖數(shù)字化： 數(shù)字化儀跟蹤數(shù)字化 掃描數(shù)字化 攝影測量與遙感數(shù)據(jù)處理 數(shù)字測量 野外調查 數(shù)據(jù)共享 三、實現(xiàn)方式數(shù)字化設備：數(shù)字化儀、掃描儀、攝影測量設備

6、特 點：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)字攝影測量工作站三、實現(xiàn)方式野外測量：大平板、全站儀、GPS、移動測繪系統(tǒng)特 點：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)更新三、實現(xiàn)方式 屬性數(shù)據(jù)（1）與空間數(shù)據(jù)同時輸入 鍵碼法 直接輸入法 特征碼清單法（2）單獨輸入 文本文件或數(shù)據(jù)庫中 通過同一的識別符實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的連接屬性數(shù)據(jù)的采集屬性數(shù)據(jù)的采集 -專業(yè)專業(yè)數(shù)據(jù)分類和數(shù)據(jù)分類和數(shù)據(jù)項目建數(shù)據(jù)項目建議總表議總表 國家資源與環(huán)境信國家資源與環(huán)境信息系統(tǒng)規(guī)范在息系統(tǒng)規(guī)范在“專業(yè)專業(yè)數(shù)據(jù)分類和數(shù)據(jù)項目數(shù)據(jù)分類和數(shù)據(jù)項目建議總表建議總表

7、”中，將數(shù)中，將數(shù)據(jù)分為社會環(huán)境、自據(jù)分為社會環(huán)境、自然環(huán)境和資源與能源然環(huán)境和資源與能源三大類共三大類共14小項，小項，并規(guī)定了每項數(shù)據(jù)的并規(guī)定了每項數(shù)據(jù)的內容及基本數(shù)據(jù)來源內容及基本數(shù)據(jù)來源。三、實現(xiàn)方式6.2地圖數(shù)字化地圖數(shù)字化一、概述二、手扶跟蹤數(shù)字化三、屏幕跟蹤數(shù)字化(掃描矢量化)（1）影像配準（2）要素矢量化四、地圖數(shù)字化的誤差分析一、概述 地圖數(shù)字化：是將地圖上的空間特征轉化成為用數(shù)字形式表示數(shù)據(jù)的過程 紙地圖經(jīng)過光電轉換量化為點陣數(shù)字圖像（柵格圖像） 柵格圖像矢量數(shù)據(jù)（地圖矢量化地圖矢量化） 數(shù)字化數(shù)字化 手扶跟蹤數(shù)字化手扶跟蹤數(shù)字化 （屏幕跟蹤）掃描數(shù)字化（屏幕跟蹤）掃描數(shù)字

8、化一、概述原圖預處理及掃描圖像編輯、去除噪音要素矢量化編輯、檢查坐標轉換切邊與接邊拼圖建立拓樸關系屬性數(shù)據(jù)輸入入庫圖像配準、編輯屏幕跟蹤數(shù)字化流程圖屏幕跟蹤數(shù)字化流程圖一、概述 掃掃描描矢矢量量化化 手手扶扶數(shù)數(shù)字字化化 工工作作量量 小小 大大 人人員員要要求求 簡簡單單培培訓訓 熟熟練練技技術術人人員員 精精度度 較較高高 一一般般 輸輸入入時時間間 少少 多多 編編輯輯時時間間 多多 少少 編輯時 兩種方式的對比兩種方式的對比二、手扶跟蹤數(shù)字化1.通過數(shù)字化儀獲取是一種最普通的傳統(tǒng)方法 利用手扶跟蹤數(shù)字化儀可以輸入點地物、線地物以及多邊形邊界的坐標 輸入非空間信息，如等高線的高度，地物的

9、編碼數(shù)值等等 二、手扶跟蹤數(shù)字化操作人員在數(shù)字化操作人員在數(shù)字化儀上點擊一點或跟儀上點擊一點或跟蹤一條線段蹤一條線段y = 10 x = 5坐標被存入到坐標被存入到GISGIS數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)庫中2. 工作原理二、手扶跟蹤數(shù)字化3.工作模式點方式（點方式（Point ModePoint Mode）當錄入人員按下游標當錄入人員按下游標(Puck)(Puck)的按鍵的按鍵時，向計算機發(fā)送一個點的坐標時，向計算機發(fā)送一個點的坐標點狀地物要素：必須使用點輸入方式點狀地物要素：必須使用點輸入方式線和多邊形地物：可以使用點方式，在輸入時，輸入者可以有選線和多邊形地物：可以使用點方式，在輸入時，輸入者可以有選擇

10、地輸入能夠反映曲線的特征的采樣點擇地輸入能夠反映曲線的特征的采樣點 流方式（流方式（Stream ModeStream Mode）當錄入人員沿著曲線移動游標時，當錄入人員沿著曲線移動游標時，能夠自動記錄經(jīng)過點的坐標能夠自動記錄經(jīng)過點的坐標(a)(b)距離流方式:當前接收的點與上一點距離超過一定閾值，記錄該點；時間流方式:按照一定時間間隔對接收的點進行采樣二、手扶跟蹤數(shù)字化 采用流方式錄入曲線時，往往采集點的數(shù)目要多于點方式，采用流方式錄入曲線時，往往采集點的數(shù)目要多于點方式，造成數(shù)據(jù)量過大造成數(shù)據(jù)量過大 一個解決的方案是對記錄的點進行實時采樣，即盡管系統(tǒng)一個解決的方案是對記錄的點進行實時采樣，

11、即盡管系統(tǒng)接收到了點的坐標，但是可以根據(jù)采樣原則確定是否記錄接收到了點的坐標，但是可以根據(jù)采樣原則確定是否記錄該點該點3.工作模式流模式流模式原圖預處理及設備準備參考點的選擇地圖控制點的選擇手扶數(shù)字化編輯、檢查坐標轉換切邊與接邊拼圖建立拓樸關系屬性數(shù)據(jù)輸入入庫二、手扶跟蹤數(shù)字化4. 手扶跟蹤數(shù)字化流程圖二、手扶跟蹤數(shù)字化5. 注意事項(1)通訊和參數(shù)設置 通訊參數(shù)，包括波特率、數(shù)據(jù)位、校驗位、停止位等 手扶跟蹤數(shù)字化儀是通過RS-232（串口）接口與計算機進行連接的，為了能夠進行正確的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收，需要進行通訊參數(shù)的設置， 坐標原點、分辨率、采點方式、數(shù)據(jù)格式等參數(shù) 參數(shù)設置 數(shù)字化儀的參數(shù)

12、通?？梢岳脭?shù)字化板上的開關和菜單確定 為了保證數(shù)據(jù)錄入的正確，必須設置數(shù)字化軟件的參數(shù)與數(shù)字化儀的一致二、手扶跟蹤數(shù)字化5. 注意事項(2)確定需要數(shù)字化內容 大多數(shù)GIS軟件對空間數(shù)據(jù)采用分層管理，所以要確定輸入哪些圖層，以及每個圖層包含的具體內容(3)輸入?yún)⒖键c： 由于數(shù)字化過程不可能一次完成，在兩次輸入之間地圖的位置可能相對于數(shù)字化板發(fā)生錯動，這樣前后兩次錄入的坐標就會偏移或旋轉 在每次錄入之前，先輸入至少三個定位點（Tick Marks），或稱為注冊點（Register Points），這些點相對于地圖的位置是固定的，這樣兩次輸入的內容就可以根據(jù)定位點坐標之間的關系進行匹配(a)(b

13、)(c)(d)(e)(f)ABCd二、手扶跟蹤數(shù)字化5. 注意事項(4)曲線的采樣簡化在曲線上取在曲線上取有限個點，有限個點，將其變?yōu)檎蹖⑵渥優(yōu)檎劬€，一定程線，一定程度保持原有度保持原有形狀形狀Douglas-Douglas-PeuckerPeucker算法算法三、屏幕跟蹤數(shù)字化三、屏幕跟蹤數(shù)字化 目前最常用的數(shù)字化獲取方法目前最常用的數(shù)字化獲取方法 掃描得到的是柵格圖像柵格圖像 掃描后處理 不作任何處理（DRG） 影像配準 矢量化 主要內容：主要內容：（1 1）地圖掃描）地圖掃描（2 2）影像配準）影像配準（地理配準、（地理配準、Georeference ）（3 3）要素）要素矢量化三、屏幕

14、跟蹤數(shù)字化三、屏幕跟蹤數(shù)字化（1 1）地圖掃描）地圖掃描 由于掃描儀掃描幅面一般小于地圖幅面，因此大的紙地圖需先分塊掃描，然后進行相鄰圖對接 當顯示終端分辨率及內存有限時，拼接后的數(shù)字地圖還要裁剪成若干個歸一化矩形塊 對每個矩形塊進行矢量化（Vectorization）處理后生成便于編輯處理的矢量地圖，最后把這些矢量化的矩形圖塊合成為一個完整的矢量電子地圖 三、屏幕跟蹤數(shù)字化三、屏幕跟蹤數(shù)字化（1 1）地圖掃描）地圖掃描掃描儀簡介：它是一種將地圖或圖像按一定的分辨率一般轉換成柵格格式數(shù)據(jù)的裝置 按輻射分辨率劃分：二值掃描儀灰度掃描儀彩色掃描儀； 按結構劃分滾筒掃描儀平臺掃描儀CCD攝像機（1

15、1）地圖掃描）地圖掃描 掃描前準備 原圖準備原圖準備：首先要選擇色調分明，線劃實在而不膨脹的地圖作為原圖；首先要選擇色調分明，線劃實在而不膨脹的地圖作為原圖；其次要在圖上精確劃定數(shù)字化的范圍，標出坐標原點其次要在圖上精確劃定數(shù)字化的范圍，標出坐標原點最后要清理圖面，如修凈污點，連好線劃上的斷頭。最后要清理圖面，如修凈污點，連好線劃上的斷頭。 記錄格式記錄格式：數(shù)字格式數(shù)字格式: :也就是每個網(wǎng)格記錄一個二進制數(shù)也就是每個網(wǎng)格記錄一個二進制數(shù)“0 0”或或“1 1”，它適用于，它適用于對黑白或彩色線劃地圖數(shù)字化對黑白或彩色線劃地圖數(shù)字化連續(xù)格式連續(xù)格式: :每個網(wǎng)格記錄一個灰度值（每個網(wǎng)格記錄一

16、個灰度值（0 0255255個灰階），這適用于對個灰階），這適用于對像片數(shù)字化像片數(shù)字化三、屏幕跟蹤數(shù)字化三、屏幕跟蹤數(shù)字化（1 1）地圖掃描）地圖掃描 掃描前準備 光孔孔徑選擇光孔孔徑選擇：孔徑有好多規(guī)格：孔徑有好多規(guī)格：12.512.5、2512.5、5025、5040、100100、（、（(微米微米)=1/1000)=1/1000毫米）；用來控制網(wǎng)格的大小，也毫米）；用來控制網(wǎng)格的大小，也就是用以控制分辨率，孔徑越小，網(wǎng)格就越小，分辨率就越高，數(shù)就是用以控制分辨率，孔徑越小，網(wǎng)格就越小，分辨率就越高，數(shù)據(jù)量也就越大據(jù)量也就越大根據(jù)地圖的精度要求，應選擇具有一定的分辨率，數(shù)據(jù)量又不致過根據(jù)

17、地圖的精度要求，應選擇具有一定的分辨率，數(shù)據(jù)量又不致過大的孔徑，通常選擇大的孔徑，通常選擇100100100100（或（或50504040）的孔徑，即地的孔徑，即地圖上圖上0.10.1毫米粗的線劃一般只占毫米粗的線劃一般只占1 1至至2 2個網(wǎng)格。個網(wǎng)格。 坐標差計算坐標差計算：當原圖經(jīng)過定向，固定的在滾筒（或平臺）上之后，要算出掃描儀當原圖經(jīng)過定向，固定的在滾筒（或平臺）上之后，要算出掃描儀原點和原圖原點之差，以便控制記錄裝置原點和原圖原點之差，以便控制記錄裝置三、屏幕跟蹤數(shù)字化三、屏幕跟蹤數(shù)字化三、屏幕跟蹤數(shù)字化三、屏幕跟蹤數(shù)字化（2 2）影像配準）影像配準 柵格數(shù)據(jù)通常是通柵格數(shù)據(jù)通常是

18、通過過掃描紙質地圖掃描紙質地圖或或采集采集航空及衛(wèi)星照航空及衛(wèi)星照片片獲得獲得 通過掃描獲取的影像通過掃描獲取的影像不包含定義其地理空不包含定義其地理空間位置所需的信息間位置所需的信息航空及衛(wèi)星照片所使航空及衛(wèi)星照片所使用的坐標系統(tǒng)相對于用的坐標系統(tǒng)相對于通用通用GISGIS平臺軟件所平臺軟件所使用的坐標系統(tǒng)是獨使用的坐標系統(tǒng)是獨立的立的為了能夠將這些影像數(shù)據(jù)與其它的數(shù)據(jù)集成，以便進行分析，為了能夠將這些影像數(shù)據(jù)與其它的數(shù)據(jù)集成，以便進行分析， 需要事先將這些需要事先將這些數(shù)據(jù)校準（配準）到一個指定的地圖坐標系數(shù)據(jù)校準（配準）到一個指定的地圖坐標系（2）影像配準）影像配準 影像配準的基本過程影

19、像配準的基本過程 選取控制點選取控制點：在柵格圖像中選取一定數(shù)目的：在柵格圖像中選取一定數(shù)目的控制點控制點（既有在（既有在圖像坐標系的坐標又有在地圖坐標系的坐標）圖像坐標系的坐標又有在地圖坐標系的坐標） 坐標變換坐標變換 （求解二元多項式（求解二元多項式n n次方程）次方程） 檢查均方差（檢查均方差（計算控制點誤差）計算控制點誤差） 重采樣矯正（重采樣矯正（RectifyRectify）：生成新的影像文件：生成新的影像文件 （三種重采樣算（三種重采樣算法）法） 三、屏幕跟蹤數(shù)字化三、屏幕跟蹤數(shù)字化三、屏幕跟蹤數(shù)字化三、屏幕跟蹤數(shù)字化（2）影像配準）影像配準選取控制點選取控制點可以是經(jīng)緯線網(wǎng)格的

20、交可以是經(jīng)緯線網(wǎng)格的交點、公里網(wǎng)格的交點或點、公里網(wǎng)格的交點或者一些典型地物的坐標者一些典型地物的坐標數(shù)目取決于你打算使用數(shù)目取決于你打算使用哪一種數(shù)學方法來實現(xiàn)哪一種數(shù)學方法來實現(xiàn)坐標轉換坐標轉換. 過多的控制點并不一定能夠保證高精度過多的控制點并不一定能夠保證高精度的配準的配準 ，要盡可能使控制點均勻分布，要盡可能使控制點均勻分布于整個格格圖像，而不是只在圖像的某于整個格格圖像，而不是只在圖像的某個較小區(qū)域個較小區(qū)域 選擇控制點選擇控制點通常先在圖像的四個角選擇通常先在圖像的四個角選擇4個控制點，個控制點，然后在中間的位置有規(guī)律地選擇一些控然后在中間的位置有規(guī)律地選擇一些控制點能得到較好的

21、效果制點能得到較好的效果（564000,2776000564000,2776000）（2）影像配準）影像配準選取控制點選取控制點對每一個控制點，都對每一個控制點，都需要輸入其對應點在需要輸入其對應點在地理坐標系的坐標地理坐標系的坐標如果我們知道這些點如果我們知道這些點在地理坐標系內坐標，在地理坐標系內坐標，則直接輸入控制點的則直接輸入控制點的坐標值坐標值; ;如果不知道它們的坐如果不知道它們的坐標，則可以采用間接標，則可以采用間接方法獲取方法獲取三、屏幕跟蹤數(shù)字化三、屏幕跟蹤數(shù)字化矢量數(shù)據(jù)矢量數(shù)據(jù)配準過的影像數(shù)據(jù)配準過的影像數(shù)據(jù)野外實測野外實測三、屏幕跟蹤數(shù)字化三、屏幕跟蹤數(shù)字化（2）影像配準

22、）影像配準坐標變換坐標變換(Transformation) (Transformation) 一旦你選取了足夠的控制點一旦你選取了足夠的控制點, , 你就可以將柵格數(shù)據(jù)你就可以將柵格數(shù)據(jù)變換（或轉換）到地圖坐標系統(tǒng)下變換（或轉換）到地圖坐標系統(tǒng)下 轉換轉換(Transformation) (Transformation) 運用一種數(shù)學變換方法來運用一種數(shù)學變換方法來重新確定柵格數(shù)據(jù)中每個像元的灰度值重新確定柵格數(shù)據(jù)中每個像元的灰度值 變換方法變換方法一次多項式：仿射（一次多項式：仿射（affineaffine）多項式變換多項式變換(Polynomial)(Polynomial)仿射變換（1次多

23、項式）（2）影像配準）影像配準坐標變換坐標變換(Transformation)(Transformation)仿射變換仿射變換數(shù)學關系式數(shù)學關系式特性特性只考慮到只考慮到x x和和y y方向上的變形方向上的變形直線變換后仍為直線；直線變換后仍為直線；平行線變換后仍為平行線；平行線變換后仍為平行線；不同方向上的長度比發(fā)生變化不同方向上的長度比發(fā)生變化 對于仿射變換，只需知道不在同一直線上的三對控制點的對于仿射變換，只需知道不在同一直線上的三對控制點的坐標及其理論值，就可求得待定系數(shù)；但在實際使用時，坐標及其理論值，就可求得待定系數(shù)；但在實際使用時，往往利用往往利用4 4個以上的點進行糾正，利用最

24、小二乘法處理，以個以上的點進行糾正，利用最小二乘法處理，以提高變換的精度提高變換的精度三、屏幕跟蹤數(shù)字化三、屏幕跟蹤數(shù)字化（2）影像配準）影像配準坐標變換坐標變換(Transformation)(Transformation)多項式變換(Polynomial)：這個數(shù)學關系常表示為二元多項式一次、二次或三次及更高次表這個數(shù)學關系常表示為二元多項式一次、二次或三次及更高次表達式達式. . 其中其中A A、B B代表二次以上高次項之和代表二次以上高次項之和上式是高次變換方程，符合上式的變換稱為高次變換上式是高次變換方程，符合上式的變換稱為高次變換在進行高次變換時，需要有在進行高次變換時，需要有6

25、6對以上控制點的坐標和理論值，才能求出待對以上控制點的坐標和理論值，才能求出待定系數(shù)定系數(shù)當不考慮高次變換方程中的當不考慮高次變換方程中的A A和和B B時，則變成二次變換方程，稱為時，則變成二次變換方程，稱為二次變換。二次變換適用于原圖有非線性變形的情況，至少需要二次變換。二次變換適用于原圖有非線性變形的情況，至少需要5 5對控制點的坐標及其理論值，才能求出待定系數(shù)。對控制點的坐標及其理論值，才能求出待定系數(shù)。 三、屏幕跟蹤數(shù)字化三、屏幕跟蹤數(shù)字化 判斷，這兩個點之間的距離之差稱為殘差判斷，這兩個點之間的距離之差稱為殘差(residual error)(residual error)總誤差，

26、均方差總誤差，均方差(RMS) (RMS) 的大小描述了變換公式在不同控制點間的大小描述了變換公式在不同控制點間的一致性的一致性RMS RMS 比較小時，說明控制點的選取是比較準確的，但也要注意有可能存比較小時，說明控制點的選取是比較準確的，但也要注意有可能存在殘差非常大的控制點，但由于其它控制點是很精確的，所以總的在殘差非常大的控制點，但由于其它控制點是很精確的，所以總的RMSRMS誤差比較小的情況。誤差比較小的情況。可以將殘差特別大控制點刪除，然后添加新的控制點可以將殘差特別大控制點刪除，然后添加新的控制點（2）影像配準）影像配準檢查均方差檢查均方差(RMS) 坐標轉換的準確程坐標轉換的準

27、確程度可以通過比較某度可以通過比較某一點在地圖中的實一點在地圖中的實際坐標與根據(jù)變換際坐標與根據(jù)變換公式得到的坐標來公式得到的坐標來（2）影像配準）影像配準矯正柵格數(shù)據(jù)矯正柵格數(shù)據(jù)-重采樣重采樣（Rectify）你可能會認為一旦實現(xiàn)了柵格數(shù)據(jù)到地你可能會認為一旦實現(xiàn)了柵格數(shù)據(jù)到地圖坐標變換之后，每一個像元都被轉換圖坐標變換之后，每一個像元都被轉換到了新的地圖坐標，事實并非如此到了新的地圖坐標，事實并非如此在地理配準過程中，將基于地圖坐標生在地理配準過程中，將基于地圖坐標生成一個成一個“空的空的” 矩陣矩陣, , 矩陣中每個元矩陣中每個元素的值將通過重采樣重新計算素的值將通過重采樣重新計算最小緊

28、鄰：最小緊鄰： 雙線性內插雙線性內插立方卷積立方卷積生成一個新的已經(jīng)過地理配準的柵格文生成一個新的已經(jīng)過地理配準的柵格文件件三、屏幕跟蹤數(shù)字化三、屏幕跟蹤數(shù)字化三、屏幕跟蹤數(shù)字化三、屏幕跟蹤數(shù)字化(3)要素矢量化要素矢量化 全自動矢量化（下一章講） 局限性：圖上雜點的清除；線型、符號、字符的識別 只適用于數(shù)據(jù)分類要求不高的背景圖 全手工矢量化 局限性：速度慢、易疲勞；分類有疏忽；分辨率與精度有矛盾 適用于專項、局部要素的輸入 半自動手工矢量化（課外學習） 結合了上述二種方法的優(yōu)點 航空、衛(wèi)星影像既可用攝影測量方法矢量化，也可簡單地人工跟蹤矢量化三、屏幕跟蹤數(shù)字化三、屏幕跟蹤數(shù)字化(3)要素矢量

29、化要素矢量化創(chuàng)建新圖層（要素類）創(chuàng)建新圖層（要素類）設置編輯環(huán)境及工具設置編輯環(huán)境及工具人機交互編輯要素人機交互編輯要素點要素編輯點要素編輯線要素編輯線要素編輯多邊形要素編輯多邊形要素編輯取消編輯取消編輯 保存編輯的結果保存編輯的結果三、屏幕跟蹤數(shù)字化三、屏幕跟蹤數(shù)字化(3)要素矢量化要素矢量化創(chuàng)建新圖層（要素類） ArcCatalog中可以創(chuàng)建矢量數(shù)據(jù)集中可以創(chuàng)建矢量數(shù)據(jù)集( (shape文件和地理數(shù)據(jù)庫文件和地理數(shù)據(jù)庫geodatabase = = “要素類要素類”) ) 點：點：Point線：線：Line多邊形：多邊形：Polygon在在ArcMapArcMap中提供了全面的工具，可以完

30、成矢量數(shù)據(jù)的編輯中提供了全面的工具，可以完成矢量數(shù)據(jù)的編輯空間數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)屬性數(shù)據(jù)屬性數(shù)據(jù) 新建圖層要素類新建圖層要素類 指定要素類型：點？指定要素類型：點？線？多邊形？線？多邊形？三、屏幕跟蹤數(shù)字化三、屏幕跟蹤數(shù)字化在創(chuàng)建圖層時指定坐標在創(chuàng)建圖層時指定坐標系統(tǒng)系統(tǒng)在在ArcMapArcMap中指定數(shù)據(jù)框（定義地圖）中指定數(shù)據(jù)框（定義地圖）的坐標系統(tǒng)的坐標系統(tǒng) 在創(chuàng)建圖層（要素類）的時在創(chuàng)建圖層（要素類）的時候除指定坐標系外，還需要候除指定坐標系外，還需要指定要素類的坐標范圍指定要素類的坐標范圍 可以從已有的數(shù)據(jù)導入或手可以從已有的數(shù)據(jù)導入或手動指定這個范圍動指定這個范圍(3)要素矢量化要素矢

31、量化設置編輯環(huán)境及工具設置編輯環(huán)境及工具添加已配準的影像圖層添加已配準的影像圖層添加新建的圖層添加新建的圖層編輯圖層中要素的屬性：屬性字段可以在創(chuàng)建圖層時，也可以在ArcMap中添加字段名稱：field name數(shù)據(jù)類型：data type字段寬度：width精度：decimal precision在編輯器中，點擊“開始編輯”，并在目標圖層中選中要編輯的圖層三、屏幕跟蹤數(shù)字化三、屏幕跟蹤數(shù)字化三、屏幕跟蹤數(shù)字化三、屏幕跟蹤數(shù)字化(3)要素矢量化要素矢量化 從從“編輯器編輯器”工具欄中選中工具欄中選中草圖工具，根草圖工具，根據(jù)掃描地圖上據(jù)掃描地圖上的內容分層提的內容分層提取地圖要素取地圖要素“編

32、輯器”工具欄三、屏幕跟蹤數(shù)字化三、屏幕跟蹤數(shù)字化設置編輯環(huán)境及工具設置編輯環(huán)境及工具 主要編輯環(huán)境主要編輯環(huán)境“編輯器編輯器”工具欄工具欄捕捉環(huán)境Snapping 捕捉或懸掛操作捕捉或懸掛操作: : 控制在新建或編輯要控制在新建或編輯要素時，要素如何排列素時，要素如何排列 線段之間的連接線段之間的連接 ( (在在兩條線段連接的地方兩條線段連接的地方加一個結點加一個結點) ) 避免長懸避免長懸線線（overshootsovershoots）/ /短短懸線懸線undershootsundershoots 避免多邊形區(qū)域的重避免多邊形區(qū)域的重疊或間隙疊或間隙捕捉環(huán)境Snapping 通過捕捉環(huán)境對話

33、框設定在編輯時捕捉方式捕捉線段a)點要素的編輯 在圖層中新建、刪除、移動一個點要素在圖層中新建、刪除、移動一個點要素b)線要素的編輯 懸掛功能懸掛功能 修改線段的形狀（編輯頂點）修改線段的形狀（編輯頂點） 分割線要素、公共頂點的編輯分割線要素、公共頂點的編輯 合并線要素合并線要素 封閉線段封閉線段打斷線要素打斷工具打斷工具封閉線段c)多邊形要素的編輯 多邊形頂點編輯（改變形狀）多邊形頂點編輯（改變形狀） 分割多邊形分割多邊形 公共邊的編輯公共邊的編輯 要素合并（要素合并（UnionUnion）：求并集，比如：由多個島）：求并集，比如：由多個島嶼組成的行政區(qū)，飛地。嶼組成的行政區(qū)，飛地。 要素聯(lián)

34、合（要素聯(lián)合（Combine): Combine): 中心有島嶼的湖泊中心有島嶼的湖泊 要素相減（要素相減（SubtractSubtract）：去除重疊部分）：去除重疊部分（landuse)landuse) 要素相交（要素相交（Intersection): Intersection): 獲取多個多邊形的獲取多個多邊形的公共部分公共部分修改線段或多邊形的形狀修改線段或多邊形的形狀拓撲編輯拓撲編輯修改線段或多邊形的形狀修改線段或多邊形的形狀非拓撲編輯非拓撲編輯分割多邊形分割要素 屬性發(fā)生變化屬性發(fā)生變化 image from ESRI復制字段：對共復制字段：對共同的屬性進行復同的屬性進行復制制幾何

35、屬性重新計幾何屬性重新計算（面積，周長，算（面積，周長，長度）長度）數(shù)值字段按面積數(shù)值字段按面積比重新計算劃分比重新計算劃分（比如人口數(shù)據(jù)）（比如人口數(shù)據(jù)）多邊形融合多邊形融合從同一圖層中選擇從同一圖層中選擇多個多邊形多個多邊形 多個多邊形被融合為一個多個多邊形被融合為一個多邊形融合多邊形融合 屬性發(fā)生屬性發(fā)生改變：與改變：與分割操作分割操作類似類似image from ESRI多邊形要素合并多邊形要素合并 求并集，可以將多個圖層中的要素合并求并集，可以將多個圖層中的要素合并多邊形要素相交多邊形要素相交 取兩個多邊形空間上相交的區(qū)域 求交集求交集多邊形要素相交多邊形要素相交多邊形裁剪多邊形裁剪

36、從一個多邊形中去除與另一個多邊形相交的部分從一個多邊形中去除與另一個多邊形相交的部分d)撤銷編輯 編輯操作可以撤銷編輯操作可以撤銷 編輯操作可以恢復到先前保存的狀態(tài)編輯操作可以恢復到先前保存的狀態(tài) 一旦進行了保存操作，所做編輯和修改無法再一旦進行了保存操作，所做編輯和修改無法再撤銷撤銷保存編輯成果 在編輯過程中注意保存修改成果在編輯過程中注意保存修改成果 執(zhí)行以下操作時，軟件會提示進行保存執(zhí)行以下操作時，軟件會提示進行保存: : 停止數(shù)據(jù)集的編輯操作停止數(shù)據(jù)集的編輯操作 開始另一個數(shù)據(jù)集的編輯操作開始另一個數(shù)據(jù)集的編輯操作 保存或關閉地圖文檔保存或關閉地圖文檔 關閉關閉ArcGISArcGIS

37、三、屏幕跟蹤數(shù)字化三、屏幕跟蹤數(shù)字化 其它的矢量化工具R2V for Windows (9X, NT, 2000, ME, XP)R2V for Windows (9X, NT, 2000, ME, XP)是一款高級光柵圖是一款高級光柵圖矢量化軟件系統(tǒng)。該軟件系統(tǒng)將強有力的智能自動數(shù)字化技術矢量化軟件系統(tǒng)。該軟件系統(tǒng)將強有力的智能自動數(shù)字化技術與方便易用的菜單驅動圖形用戶界面有機地結合到與方便易用的菜單驅動圖形用戶界面有機地結合到 Windows Windows 環(huán)環(huán)境中，為用戶提供了全面的自動化光柵圖像到矢量圖形的轉換，境中，為用戶提供了全面的自動化光柵圖像到矢量圖形的轉換，它可以處理多種格

38、式的光柵（掃描）圖像，是一個可以用掃描它可以處理多種格式的光柵（掃描）圖像，是一個可以用掃描光柵圖像為背景的矢量編輯工具。由于該軟件的良好的適應性光柵圖像為背景的矢量編輯工具。由于該軟件的良好的適應性和高精確度，其非常適合于和高精確度，其非常適合于 GISGIS、地形圖、地形圖、CAD CAD 及科學計算等及科學計算等應用。應用。三、屏幕跟蹤數(shù)字化三、屏幕跟蹤數(shù)字化VPMax ESRIESRI定義了判斷錄入圖形是否正確的六個準則：定義了判斷錄入圖形是否正確的六個準則：1 1）所有錄入的實體都能夠表現(xiàn)出來；）所有錄入的實體都能夠表現(xiàn)出來；2 2）沒有輸入額外的實體；）沒有輸入額外的實體；3 3）

39、所有的實體都在正確的位置上，并且其形狀和大小）所有的實體都在正確的位置上，并且其形狀和大小正確；正確；4 4）所有具有連接關系的實體都已經(jīng)連上；）所有具有連接關系的實體都已經(jīng)連上；5 5）所有的多邊形都有且只有一個標志點以識別它們；）所有的多邊形都有且只有一個標志點以識別它們；6 6）所有的實體都在邊界之內）所有的實體都在邊界之內四、地圖數(shù)字化的誤差分析 數(shù)字化錯誤的具體原因數(shù)字化錯誤的具體原因 遺漏某些實體遺漏某些實體； 某些實體重復錄入某些實體重復錄入； 定位的不準確定位的不準確 數(shù)字化儀分辨率可以造成定位誤差，但是人的因素是位置不準確的主要原因，如手扶跟蹤數(shù)字化過程中手的抖動，兩次錄入之

40、間圖紙的移動都可以使位置不準確 (a)實際地物(b)不及(c)過頭四、地圖數(shù)字化的誤差分析 錯誤的具體表現(xiàn)形式錯誤的具體表現(xiàn)形式 偽節(jié)點偽節(jié)點（Pseudo Node）：使完整的線變成兩條使完整的線變成兩條 懸 掛 節(jié) 點懸 掛 節(jié) 點 （ D a n g l i n g Node）：一個節(jié)點只與一：一個節(jié)點只與一條線相連接條線相連接偽節(jié)點四、地圖數(shù)字化的誤差分析四、地圖數(shù)字化的誤差分析 錯誤的具體表現(xiàn)形式錯誤的具體表現(xiàn)形式 “ 碎 屑碎 屑 ” 多 邊 形 或多 邊 形 或“ 條 帶條 帶 ” 多 邊 形多 邊 形（Sliver PolygonSliver Polygon） 不 正 規(guī) 的

41、多 邊 形不 正 規(guī) 的 多 邊 形（Weird PolygonWeird Polygon）(a)正 常 多 邊 形(b)不 正 規(guī) 多 邊 形四、地圖數(shù)字化的誤差分析掃描數(shù)字化過程中引起的誤差主要決定于掃描數(shù)字化過程中引起的誤差主要決定于（1 1）要素對象）要素對象（2 2）軟件處理技術）軟件處理技術（3 3）掃描儀）掃描儀（4 4）工作人員）工作人員四、地圖數(shù)字化的誤差分析（1 1）掃描要素對象）掃描要素對象要素本身的寬度、復雜程度、粘連以及圖要素本身的寬度、復雜程度、粘連以及圖面的整潔和清晰程度都對掃描數(shù)字化誤差有一面的整潔和清晰程度都對掃描數(shù)字化誤差有一定的影響定的影響 線條的粘連線條

42、的粘連, ,結合處易出現(xiàn)較大的誤差結合處易出現(xiàn)較大的誤差 線條發(fā)虛線條發(fā)虛, ,會得到多個實體會得到多個實體 圖面不整潔引入了噪聲圖面不整潔引入了噪聲, ,易引起軟件誤判易引起軟件誤判 線條不光滑線條不光滑, ,易出現(xiàn)毛刺等易出現(xiàn)毛刺等四、地圖數(shù)字化的誤差分析（2 2）軟件處理技術）軟件處理技術 在掃描數(shù)字化過程中在掃描數(shù)字化過程中, ,三個主要參數(shù)三個主要參數(shù): :分辨率、門檻值分辨率、門檻值( (灰度值或對比度值灰度值或對比度值) )和濾波值的確定將對掃描圖的質和濾波值的確定將對掃描圖的質量產生重大的影響量產生重大的影響; ; 圖像處理、幾何校正和矢量化等后處理技術圖像處理、幾何校正和矢量

43、化等后處理技術, ,其功能其功能的強弱、模型的優(yōu)化將直接影響掃描數(shù)字化的精度。的強弱、模型的優(yōu)化將直接影響掃描數(shù)字化的精度。 采用合適的校正模型采用合適的校正模型( (仿射變換、雙線形變換、多項仿射變換、雙線形變換、多項式變換等式變換等) )、定向點的自動對中、采樣點的自動對中、定向點的自動對中、采樣點的自動對中等等, ,將有效的提高掃描數(shù)字化的精度。將有效的提高掃描數(shù)字化的精度。（3 3）掃描儀：在掃描過程中）掃描儀：在掃描過程中, ,由于使用由于使用CCDCCD掃描儀掃描儀, ,會引入一會引入一些誤差。主要包含有些誤差。主要包含有: : 掃描儀的分辨率掃描儀的分辨率; ; 光學誤差光學誤差

44、; ; 電信號傳輸過程中造成的輻射誤差電信號傳輸過程中造成的輻射誤差; ; 沿導軌掃描過程中沿導軌掃描過程中, ,由于機械運動、速度不均或其它由于機械運動、速度不均或其它原因所造成的直線性誤差原因所造成的直線性誤差; ; 線陣方向與掃描方向不垂直所引起的線陣方向與掃描方向不垂直所引起的CCDCCD線陣的直線線陣的直線性誤差性誤差; ; 外界因素影響產生的誤差外界因素影響產生的誤差; ; 隨機性誤差等等隨機性誤差等等四、地圖數(shù)字化的誤差分析四、地圖數(shù)字化的誤差分析 工作人員 態(tài)度 技術熟練程度 制圖專業(yè)水準 所有以上這些掃描的誤差引起的幾何變形所有以上這些掃描的誤差引起的幾何變形, ,可看成可看

45、成平移、平移、旋轉、縮放、仿射、彎曲旋轉、縮放、仿射、彎曲以及各種更高變形的綜合作用以及各種更高變形的綜合作用結果。在實際操作過程中結果。在實際操作過程中, ,很難對這些誤差一一進行變很難對這些誤差一一進行變形改正形改正, ,只能綜合考慮它們的影響只能綜合考慮它們的影響, ,綜合校正。綜合校正。 四、地圖數(shù)字化的誤差分析6.3野外測量野外測量野外測量：大平板、全站儀、GPS、移動測繪系統(tǒng)特 點：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6.3野外測量野外測量6.4攝影測量與遙感攝影測量與遙感6.4攝影測量與遙感攝影測量與遙感遙感(Remote Sensing ):利用自然界的

46、電磁波、或人工發(fā)射電磁波、或利用地物自身的電磁波，將波譜及其幾何位置記錄下來，判讀（解譯）地表物體的分布規(guī)律，實現(xiàn)對地表遠距離、非接觸的觀察。遙感的電磁輻射源：主要是太陽的可見光和紅外線，有時也用微波雷達或地物自身的紅外線。探測、記錄電磁波的儀器稱傳感器，它可以安裝在飛機（或氣球）上，稱航空遙感，也可安裝在人造地球衛(wèi)星上，稱航天遙感航空遙感的靈活性大、針對性強、圖像的幾何分辨率高航天遙感的通用性強，衛(wèi)星可以長期在太空飛行，一日數(shù)次或隔數(shù)十日一次對相同地物反復觀察。主動遙感，被動遙感航空遙感：大比例、更新周期長，衛(wèi)星遙感（航天遙感）：小比例、大范圍、更新周期短（幾天）6.4攝影測量與遙感攝影測量

47、與遙感 遙感技術的發(fā)展國外商用衛(wèi)星影像，對地表的分辨率已經(jīng)達到1.0-0.6米，正在向0.3米邁進?？梢灾谱?:10000-1:5000，甚至1：2000的基礎地圖。航空影像也在向掃描、數(shù)字成像的方向發(fā)展。美國陸地衛(wèi)星美國陸地衛(wèi)星LANDSATLANDSAT系列：系列：LANDSAT-7，16天重復循環(huán)，分辨率為15 米。法國法國SPOTSPOT衛(wèi)星：衛(wèi)星：SPOT-5，26天重復循環(huán)，5m分辨率的全色影像。IKONOSIKONOS衛(wèi)星：衛(wèi)星：美國太空影像公司 1999，2.9天重復循環(huán)，第一個提供1米分辨率的商用衛(wèi)星遙感圖像，最大成圖比例尺可達12,500Quick BirdQuick Bi

48、rd（快鳥）：（快鳥）：美國Digital globe公司 2001，商業(yè)衛(wèi)星中分辨率最高，全色波段分辨率為0.61米，最大成圖比例尺能達到11,50012,0006.4攝影測量與遙感攝影測量與遙感 遙感圖像的解釋和判讀判讀、解譯：獲得遙感圖像后可以進一步辨認地物的空間分布、相關特征判讀、解譯的主要依據(jù)：波譜特征，物理特征，幾何特征。 遙感信息在城市規(guī)劃中的典型應用 地形測繪土地使用調查建筑物調查綠化、植被調查環(huán)境調查景觀調查6.4攝影測量與遙感攝影測量與遙感 遙感的局限性 圖像判讀、解譯后獲得的往往是對地物的大致估計，或間接信息，和實際情況有出入。 在很多情況下用計算機判讀、解譯比用熟練的人

49、工誤差大，但全靠人工，解譯工作量很大、周期很長 城市規(guī)劃中需要地物的社會屬性，靠遙感只能間接獲取，主要靠實地調查 遙感信息的獲取、解譯技術還比較復雜，需要多種專業(yè)人員的配合才能實現(xiàn)6.5 數(shù)據(jù)共享 任何信息系統(tǒng)總要利用已有數(shù)據(jù)，以減輕信息收集、編碼、輸入的工作量。除了利用本單位、本部門的現(xiàn)成資料外，常用的、通用的數(shù)據(jù)供社會共享已成為一種趨勢 特別在發(fā)達國家，有很多政府機構或私人公司已經(jīng)開始向社會公開提供數(shù)據(jù)服務，這種服務大致有四類信息：基本數(shù)字化地圖基本數(shù)字化地圖目前測繪部門提供中小比例尺的DRG、DLG、DOM、DEM和其它的紙質成果；自然資源數(shù)據(jù)；自然資源數(shù)據(jù)；遙感數(shù)據(jù)遙感數(shù)據(jù)很多遙感衛(wèi)星

50、數(shù)據(jù)代理中心，可以購買各種分辨率的遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)；也有一些網(wǎng)站提供了免費的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)和其它類型的數(shù)據(jù)；與人口統(tǒng)計相結合的空間、屬性、地址數(shù)據(jù)與人口統(tǒng)計相結合的空間、屬性、地址數(shù)據(jù)國家及地方的統(tǒng)計部門和其它職能部門提供了多種監(jiān)測和統(tǒng)計數(shù)據(jù)6.5 數(shù)據(jù)共享 數(shù)據(jù)共享的四種模式：數(shù)據(jù)共享的四種模式： 基于交換器的模式基于交換器的模式 標準數(shù)據(jù)格式轉換模式；標準數(shù)據(jù)格式轉換模式； 數(shù)據(jù)互操作模式；數(shù)據(jù)互操作模式； 直接數(shù)據(jù)訪問模式。直接數(shù)據(jù)訪問模式。 6.5 數(shù)據(jù)共享基于轉換器的共享基于轉換器的共享這是目前這是目前GIS系系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合的主要統(tǒng)數(shù)據(jù)融合的主要方法方法缺點：轉換過程復缺點：轉換過程復雜，轉換次數(shù)頻繁，雜，轉換次數(shù)頻繁，系統(tǒng)內部的數(shù)據(jù)格系統(tǒng)內部的數(shù)據(jù)格式需要公開，