空間數(shù)據(jù)的獲取與處理

1、空間數(shù)據(jù)的獲取與處理第1頁，共72頁，2022年，5月20日，2點15分，星期六第六章 空間數(shù)據(jù)的獲取與處理第一節(jié) 地圖數(shù)字化第二節(jié) 空間數(shù)據(jù)錄入后的處理第2頁，共72頁，2022年，5月20日，2點15分，星期六一、輸入數(shù)據(jù)步驟：1、選擇數(shù)據(jù)源、確定數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式 2、確定數(shù)據(jù)有關技術指標 3、選擇數(shù)據(jù)獲取的軟件平臺 4、數(shù)據(jù)采集 5、數(shù)據(jù)編輯6、數(shù)據(jù)拼接 7、數(shù)據(jù)入庫 8、數(shù)據(jù)動態(tài)更新與維護第3頁，共72頁，2022年，5月20日，2點15分，星期六1. 選擇數(shù)據(jù)源：數(shù)據(jù)源：指建立GIS數(shù)據(jù)庫所需的各種類型的數(shù)據(jù)的來源?？臻g數(shù)據(jù)源種類： 地圖、遙感影像數(shù)據(jù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)、實測數(shù)據(jù)、數(shù)字數(shù)據(jù)、各

2、類文字報告和立法文件。第4頁，共72頁，2022年，5月20日，2點15分，星期六地圖 各種類型的地圖是GIS最主要的數(shù)據(jù)源.因為地圖是地理數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)描述形式，是具有共同參考坐標系統(tǒng)的點、線、面的二維平面形式的表示，內(nèi)容豐富，圖上實體間的空間關系直觀，而且實體的類別或?qū)傩钥梢杂酶鞣N不同的符號加以識別和表示。我國大多數(shù)的GIS系統(tǒng)其圖形數(shù)據(jù)大部分都來自地圖。第5頁，共72頁，2022年，5月20日，2點15分，星期六遙感影象數(shù)據(jù)遙感影象是GIS中一個極其重要的信息源。通過遙感影象可以快速、準確地獲得大面積的、綜合的各種專題信息，航天遙感影象還可以取得周期性的資料，這些都為GIS提供了豐富的信息。

3、但是因為每種遙感影象都有其自身的成像規(guī)律、變形規(guī)律，所以對其的應用要注意影象的糾正、影象的分辨率、影象的解譯特征等方面的問題。 第6頁，共72頁，2022年，5月20日，2點15分，星期六統(tǒng)計數(shù)據(jù) 國民經(jīng)濟的各種統(tǒng)計數(shù)據(jù)常常也是GIS的數(shù)據(jù)源。如人口數(shù)量、人口構(gòu)成、國民生產(chǎn)總值等等。 指 標單位2000年2001年2002年2003年水資源總量億立方米27700.8 26867.8 28261.3 27460.2 #地表水資源量億立方米26561.9 25933.4 27243.3 26250.7 地下水資源量億立方米8501.9 8390.1 8697.2 8299.3 地表水與地下水資源重

4、復量億立方米7363.0 7455.7 7679.2 7089.9降水量億立方米60092.0 58122.0 62610.0 60415.5人均水資源量立方米/人2193.9 2112.5 2207.2 2131.3第7頁，共72頁，2022年，5月20日，2點15分，星期六實測數(shù)據(jù) 各種實測數(shù)據(jù)特別是一些GPS點位數(shù)據(jù)、地籍測量數(shù)據(jù)常常是GIS 的一個很準確和很現(xiàn)勢的資料 第8頁，共72頁，2022年，5月20日，2點15分，星期六數(shù)字數(shù)據(jù) 目前，隨著各種專題圖件的制作和各種GIS系統(tǒng)的建立，直接獲取數(shù)字圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的可能性越來越大。數(shù)字數(shù)據(jù)也成為GIS信息源不可缺少的一部分。但對數(shù)

5、字數(shù)據(jù)的采用需注意數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)精度、可信度的問題。第9頁，共72頁，2022年，5月20日，2點15分，星期六文字報告和立法文件 目前，隨著各種專題圖件的制作和各種GIS系統(tǒng)的建立，直接獲取數(shù)字圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的可能性越來越大。數(shù)字數(shù)據(jù)也成為GIS信息源不可缺少的一部分。但對數(shù)字數(shù)據(jù)的采用需注意數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)精度、可信度的問題。第10頁，共72頁，2022年，5月20日，2點15分，星期六2、確定數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式(1) 柵格數(shù)據(jù) (2) 矢量數(shù)據(jù) (3) 文本數(shù)據(jù)3、確定數(shù)據(jù)有關技術指標編寫元數(shù)據(jù)文件 確定數(shù)據(jù)分類與編碼體系 編寫數(shù)據(jù)字典 數(shù)據(jù)分層及拓撲 數(shù)據(jù)屬性項設計第11頁，共

6、72頁，2022年，5月20日，2點15分，星期六4、選擇數(shù)據(jù)獲取的軟件平臺ArcInfo（ArcGIS） MapInfo Arcview SupperMap AutoCAD Map第12頁，共72頁，2022年，5月20日，2點15分，星期六5、數(shù)據(jù)采集掃描柵格地圖 在MapInfo中加入柵格數(shù)據(jù) 建立地圖投影 柵格數(shù)據(jù)定向 依據(jù)數(shù)據(jù)字典建立相應的圖層 依據(jù)數(shù)據(jù)字典建立各圖層的屬性項 圖形數(shù)字化 屬性錄入、賦值第13頁，共72頁，2022年，5月20日，2點15分，星期六6、數(shù)據(jù)編輯圖形編輯 屬性編輯 拓撲編輯7、數(shù)據(jù)拼接圖形接邊 屬性接邊 拓撲接邊第14頁，共72頁，2022年，5月20日

7、，2點15分，星期六1. 手工方式2. 手扶跟蹤化數(shù)字方式3. 掃描方式4. 影像處理和信息提取方式5. 數(shù)據(jù)通訊方式通過手工在計算機終端上輸入數(shù)據(jù)，主要是鍵盤輸入。主要用于屬性數(shù)據(jù)的輸入。二、地圖數(shù)字化方法：第15頁，共72頁，2022年，5月20日，2點15分，星期六1. 手工方式2. 手扶跟蹤化數(shù)字方式3. 掃描方式4. 影像處理和信息提取方式5. 數(shù)據(jù)通訊方式手扶跟蹤數(shù)字化儀是一種圖形數(shù)字化設備，是目前常用的地圖數(shù)字化方式生成矢量數(shù)據(jù)。二、地圖數(shù)字化方法：第16頁，共72頁，2022年，5月20日，2點15分，星期六1. 手工方式2. 手扶跟蹤化數(shù)字方式3. 掃描方式4. 影像處理和信

8、息提取方式5. 數(shù)據(jù)通訊方式掃描儀是一種圖形、圖象輸入設備，可以快速地將圖形、圖象輸入計算機系統(tǒng)，是目前發(fā)展最快的數(shù)字化設備生成柵格數(shù)據(jù)。二、地圖數(shù)字化方法：第17頁，共72頁，2022年，5月20日，2點15分，星期六1. 手工方式2. 手扶跟蹤化數(shù)字方式3. 掃描方式4. 影像處理和信息提取方式5. 數(shù)據(jù)通訊方式從遙感影像上直接提取專題信息。二、地圖數(shù)字化方法：第18頁，共72頁，2022年，5月20日，2點15分，星期六1. 手工方式2. 手扶跟蹤化數(shù)字方式3. 掃描方式4. 影像處理和信息提取方式5. 數(shù)據(jù)通訊方式聯(lián)網(wǎng)方式下，信息系統(tǒng)內(nèi)部各子系統(tǒng)之間以及與其它信息系統(tǒng)之間實現(xiàn)信息交流和

9、信息共享的主要方式。二、地圖數(shù)字化方法：第19頁，共72頁，2022年，5月20日，2點15分，星期六（3）掃描矢量化地圖數(shù)字化（1）手工數(shù)字化（2）數(shù)字化儀數(shù)字化第20頁，共72頁，2022年，5月20日，2點15分，星期六（1）手工數(shù)字化第21頁，共72頁，2022年，5月20日，2點15分，星期六第22頁，共72頁，2022年，5月20日，2點15分，星期六數(shù)字化儀（2）數(shù)字化儀數(shù)字化第23頁，共72頁，2022年，5月20日，2點15分，星期六數(shù)字化儀示意圖 底座感應板定標器第24頁，共72頁，2022年，5月20日，2點15分，星期六有效區(qū)域數(shù)字化儀板面組成示意圖第25頁，共72頁，

10、2022年，5月20日，2點15分，星期六流程：第26頁，共72頁，2022年，5月20日，2點15分，星期六1點方式 每次定標器的鍵被按下，感應板發(fā)送一對坐標數(shù)據(jù)到計算機。2開關流方式 在定標器上，每按下一次鍵，即將一組坐標數(shù)據(jù)發(fā)送到計算機。當用數(shù)字化來輸入一條連續(xù)曲線是很有效。3時間流方式 不論定標器的鍵是否按下，數(shù)字化儀每個一定的時間就向計算機發(fā)送坐標數(shù)據(jù)，即是不可控的。4距離流方式 當定標器在感應板上移動某個距離，數(shù)字化儀就發(fā)送一對絕對坐標數(shù)據(jù)。數(shù)字化儀的工作方式操作方式第27頁，共72頁，2022年，5月20日，2點15分，星期六第28頁，共72頁，2022年，5月20日，2點15分

11、，星期六曲線離散化算法 在數(shù)字化過程中，需要對曲線進行采樣簡化，即在曲線上取有限個點，將其變?yōu)檎劬€，并且能夠在一定程度上保持原有的形狀。1）在曲線首尾兩點A、B之間連接一條直線段AB，該直線稱為曲線的弦；2）得到曲線上離該直線段距離最大的點C，并計算其與AB的距離d；3）比較該距離與預先給定閾值的大小，如果小于，則將該直線段作為曲線的近似，該段曲線處理完畢；4）如果距離大于閾值，則用C將曲線分為兩段AC和BC，并分別對兩段曲線進行1-3步的處理。5）當所有曲線都處理完畢后，依次連接各個分割點形成的折線，即可以作為曲線的近似。第29頁，共72頁，2022年，5月20日，2點15分，星期六曲線的離

12、散算法 第30頁，共72頁，2022年，5月20日，2點15分，星期六（3）掃描矢量化掃描轉(zhuǎn)換拼接子圖塊裁剪地圖屏幕跟蹤矢量化矢量圖合成、接邊矢量圖編輯紙質(zhì)地圖空間數(shù)據(jù)庫1、掃描矢量化處理流程：第31頁，共72頁，2022年，5月20日，2點15分，星期六小型掃描儀工程掃描儀第32頁，共72頁，2022年，5月20日，2點15分，星期六二值化細化矢量化冗余去除斷線修復要素提取符號識別屬性賦值地圖掃描數(shù)據(jù)處理第33頁，共72頁，2022年，5月20日，2點15分，星期六圖像細化預處理二值圖像平滑 掃描圖像的“毛刺”和“凹陷孔洞” 第34頁，共72頁，2022年，5月20日，2點15分，星期六去除

13、毛刺噪聲 按點陣格式掃描圖像上每一像素，只要圖像相應區(qū)域與圖中的模板（包括其三次90度旋轉(zhuǎn)所形成的模板）匹配，則判定為毛刺，對應于模板中心的像素數(shù)值變?yōu)?。根據(jù)需要可進行多次這種匹配運算。 000010第35頁，共72頁，2022年，5月20日，2點15分，星期六去除孔洞及凹陷噪聲 只要圖像對應區(qū)域與該模板（包括其三次90度旋轉(zhuǎn)）匹配，則區(qū)域中心點數(shù)值變?yōu)?。 X1X101第36頁，共72頁，2022年，5月20日，2點15分，星期六圖像細化（Thinning） 線細化，就是不斷去除曲線上不影響連通性的輪廓像素的過程，對細化的一般要求是：保證細化后曲線的連通性細化結(jié)果是原曲線的中心線保留細線端

14、點第37頁，共72頁，2022年，5月20日，2點15分，星期六對于二值柵格圖像中每個像素點p，以及該像素直接相鄰的8個像素點,令：1）N(p)為p的鄰點的數(shù)值的和；2）圖像像素聯(lián)接數(shù)T(p)，如果旋轉(zhuǎn)著看像素周圍的點，T(p)就是p周圍8個點從0變成1的次數(shù)，它反映了像素鄰點的聯(lián)接的塊數(shù)。3）pW，pE，pS，pN分別指像素左側(cè)、右側(cè)、下邊、上邊鄰點的數(shù)值。 第38頁，共72頁，2022年，5月20日，2點15分，星期六第39頁，共72頁，2022年，5月20日，2點15分，星期六算法步驟如下Zhang-Suen，1984：1：對于柵格圖像中的每個點p，進行如下操作：如果2N(p)6并且T(

15、p)=1并且pNpSpE=0并且pWpEpS=0則標志p點；2：將所有被標志的柵格點賦值為0，如果沒有被標志的點，則算法結(jié)束；3：對于柵格圖像中的每個點p，進行如下操作：如果2N(p)6并且T(p)=1并且pNpSpW=0并且pWpEpN=0則標志p點；4：將所有被標志的柵格點賦值為0，如果沒有被標志的點，則算法結(jié)束；5：轉(zhuǎn)到第一步。 第40頁，共72頁，2022年，5月20日，2點15分，星期六線狀地物的細化 第41頁，共72頁，2022年，5月20日，2點15分，星期六鏈碼（弗里曼碼） 鏈碼是由弗里曼（Freeman）提出的用曲線出發(fā)點坐標和線的斜率來描述二值線圖形的一種方法。任意一條細線

16、都可用鏈碼序列表示為下式：Ca1a2.an，0ai7如果始點a1和終點an重合，則說明曲線是閉合的。 第42頁，共72頁，2022年，5月20日，2點15分，星期六（3，0）21100066567第43頁，共72頁，2022年，5月20日，2點15分，星期六三、屬性數(shù)據(jù)采集1、鍵盤，人機對話方式2、程序批量輸入。a1a2001002001002程序空間數(shù)據(jù)庫四、屬性和幾何數(shù)據(jù)的連接1、可手工輸入2、由系統(tǒng)自動生成(如用順序號代表標識符) 標識碼屬性數(shù)據(jù)幾何數(shù)據(jù)第44頁，共72頁，2022年，5月20日，2點15分，星期六五、空間數(shù)據(jù)的編輯和檢核1、空間數(shù)據(jù)輸入的誤差1）幾何數(shù)據(jù)的不完整或重復。

17、2）幾何數(shù)據(jù)的位置不正確。3）比例尺不正確。4）變形。5）幾何數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的連接有誤。6）屬性數(shù)據(jù)錯誤、不完整。鍵盤輸入錯誤，漏輸數(shù)據(jù)或?qū)傩藻e誤分類、編碼等。 第45頁，共72頁，2022年，5月20日，2點15分，星期六數(shù)據(jù)處理的概念空間數(shù)據(jù)處理的方法空間數(shù)據(jù)的編輯處理第二節(jié) 地圖數(shù)據(jù)處理第46頁，共72頁，2022年，5月20日，2點15分，星期六為什么要進行數(shù)據(jù)處理地圖變形(均勻變形、非均勻變形）數(shù)字化中的位置移動遙感影像本身存在幾何變形投影方式不同分幅掃描實質(zhì)建立糾正圖象與標準地圖的一一對應關系第47頁，共72頁，2022年，5月20日，2點15分，星期六一、數(shù)據(jù)處理的概念1 、數(shù)據(jù)

18、處理的概念2、 數(shù)據(jù)處理的內(nèi)容3、 數(shù)據(jù)處理的意義對采集的各種數(shù)據(jù)，按照不同的方式方法對數(shù)踞進行編輯運算，清除數(shù)據(jù)沉余，彌補數(shù)據(jù)缺失，形成符合用戶要求的數(shù)據(jù)文件格式第48頁，共72頁，2022年，5月20日，2點15分，星期六1 、數(shù)據(jù)處理的概念2、 數(shù)據(jù)處理的內(nèi)容3、 數(shù)據(jù)處理的意義數(shù)踞編輯數(shù)據(jù)壓縮數(shù)據(jù)變換數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換空間數(shù)據(jù)內(nèi)插邊沿匹配數(shù)據(jù)提取一、數(shù)據(jù)處理的概念第49頁，共72頁，2022年，5月20日，2點15分，星期六1 、數(shù)據(jù)處理的概念2、 數(shù)據(jù)處理的內(nèi)容3、 數(shù)據(jù)處理的意義空間數(shù)據(jù)有序化檢驗數(shù)據(jù)質(zhì)量實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享提高資源利用效果一、數(shù)據(jù)處理的概念第50頁，共72頁，2022年，5月2

19、0日，2點15分，星期六1、圖形坐標變換2、圖形編輯3、拓撲生成二、空間數(shù)據(jù)處理的方法第51頁，共72頁，2022年，5月20日，2點15分，星期六平移變換 0yxP（x，y）P(x，y)xyx=x+xy=y+y空間數(shù)據(jù)處理的方法-圖形坐標變換第52頁，共72頁，2022年，5月20日，2點15分，星期六第53頁，共72頁，2022年，5月20日，2點15分，星期六旋轉(zhuǎn)變換 yP（x，y）0 xP(x，y)x=xcos-y sin y=xsin+y cos空間數(shù)據(jù)處理的方法-圖形坐標變換第54頁，共72頁，2022年，5月20日，2點15分，星期六第55頁，共72頁，2022年，5月20日，2

20、點15分，星期六比例變換（圖形縮放） 點可以通過對其P（x，y）坐標分別乘以各自的比例因子Sx和Sy來改變它們到坐標原點的距離。 x=xSxy=ySy空間數(shù)據(jù)處理的方法-圖形坐標變換第56頁，共72頁，2022年，5月20日，2點15分，星期六第57頁，共72頁，2022年，5月20日，2點15分，星期六仿射變換 對坐標軸的放縮，旋轉(zhuǎn)，平移 空間數(shù)據(jù)處理的方法-平面坐標變換第58頁，共72頁，2022年，5月20日，2點15分，星期六第59頁，共72頁，2022年，5月20日，2點15分，星期六空間數(shù)據(jù)編輯的必要性修正數(shù)據(jù)輸入錯誤維護數(shù)據(jù)的完整性和一致性更新地理信息空間數(shù)據(jù)一般性錯誤數(shù)據(jù)不完整

21、、重復空間數(shù)據(jù)位置不正確空間數(shù)據(jù)比例尺不準確空間數(shù)據(jù)變形幾何和屬性連接有誤屬性數(shù)據(jù)不完整空間數(shù)據(jù)處理的方法-圖形編輯處理第60頁，共72頁，2022年，5月20日，2點15分，星期六空間數(shù)據(jù)編輯處理的目的是為了消除地圖數(shù)字化過程中所產(chǎn)生的錯誤，以及將數(shù)字化數(shù)據(jù)重新組織以便得到進一步處理和使用的格式。一、圖幅拼接處理二、空間數(shù)據(jù)編輯空間數(shù)據(jù)處理的方法-圖形編輯處理第61頁，共72頁，2022年，5月20日，2點15分，星期六圖形拼接 圖幅拼接數(shù)字化邊界調(diào)整不同圖幅的連接自動、手工第一種方法是小心地修改空間數(shù)據(jù)庫中點和矢量的坐標，以維護數(shù)據(jù)庫的連續(xù)性；第二種方法是先對準兩幅圖的一條邊緣線，然后再小心地調(diào)整其它線段使其取得連續(xù)。第62頁，共72頁，2022年，5月20日，2點15分，星期六空間數(shù)據(jù)編輯1）區(qū)域 2）鄰接性 3）連通性 第63頁，共72頁，2022年，5月20日，2點15分，星期六數(shù)字化后的地圖上錯誤表現(xiàn)形式有：1）偽節(jié)點（Pseudo Node），偽節(jié)點使一條完整的線變成兩段，造成偽節(jié)點的原因常常是沒有一次錄入完畢一條線。 第64頁，共72頁，2022年，5月20日，2點15分，星期六2）懸掛節(jié)點（Dangling Node），如果一個節(jié)點只與一條線相連接，那么