空間數(shù)據(jù)采集及處理

空間數(shù)據(jù)采集及處理第一頁，共六十五頁，2022年，8月28日屬性特征（非定位數(shù)據(jù)）

空間特征（定位數(shù)據(jù)）

時間特征（時間尺度）屬性特征（非定位數(shù)據(jù)）：表示實(shí)際現(xiàn)象或特征，例如變量、級別、數(shù)量特征和名稱等?！?.1地理空間數(shù)據(jù)的特征及表示方法P36-37§地理空間數(shù)據(jù)的特征第二頁，共六十五頁，2022年，8月28日空間特征（定位數(shù)據(jù)）：表示事物的空間位置，例如笛卡爾坐標(biāo)等。時間特征（時間尺度）：指事物數(shù)據(jù)隨時間的變化，其變化的周期有短期的、中期的、長期的等。第三頁，共六十五頁，2022年，8月28日地理空間數(shù)據(jù)的基本特性第四頁，共六十五頁，2022年，8月28日4.1.2空間數(shù)據(jù)的測量尺度命名或類型次序間隔比例對特定空間現(xiàn)象或空間目標(biāo)的測量就是根據(jù)一定的標(biāo)準(zhǔn)對其賦值或打分（對事物的鑒別、分類和命名），測量的尺度大致可以分成四個層次，由粗略至詳細(xì)依次為：第五頁，共六十五頁，2022年，8月28日對數(shù)據(jù)定性而非定量的描述，不能進(jìn)行任何算術(shù)運(yùn)算。例如，可以用不同數(shù)值表示不同的土地利用類型、植被類型或巖石類型，但是這些數(shù)值之間無數(shù)量關(guān)系。命名（Nominal）量第六頁，共六十五頁，2022年，8月28日次序（Ordinal）量

線性坐標(biāo)上不按值的大小，而是按順序排列的數(shù)，例如，事故發(fā)生危險程度的級別由大到小被標(biāo)為1，2，3，…..。第七頁，共六十五頁，2022年，8月28日間隔（Interval）量

不參照某個固定點(diǎn)，而是按間隔表示相對位置的數(shù)。按間隔量測的值相互之間可以比較大小，并且它們之間的差值大小是有意義的。例如，溫度大小的表示。第八頁，共六十五頁，2022年，8月28日比率（Ratio）量

比例測量尺度的測量值指那些有真零值而且測量單位的間隔是相等的數(shù)據(jù)，比例測量尺度與使用的測量單位無關(guān)。如年降雨量、海拔高度、人口密度、發(fā)病率等。第九頁，共六十五頁，2022年，8月28日

命名數(shù)據(jù)或次序數(shù)據(jù)便于使用，易于理解，但有時不夠精確，不能用于較高級的算術(shù)運(yùn)算。而比例數(shù)據(jù)或間隔數(shù)據(jù)比較精確，便于計(jì)算機(jī)處理。第十頁，共六十五頁，2022年，8月28日各種數(shù)據(jù)測量尺度以及其制圖表現(xiàn)第十一頁，共六十五頁，2022年，8月28日§4.2地理空間數(shù)據(jù)獲取及處理

野外實(shí)測數(shù)據(jù)航天航空遙感航測全球定位系統(tǒng)（GPS）原介質(zhì)地圖數(shù)據(jù)等4.2.1地理空間數(shù)據(jù)的來源地理空間數(shù)據(jù)的來源非常廣泛，大致可以分為：第十二頁，共六十五頁，2022年，8月28日1.手工方式2.數(shù)字化方式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(jì)算機(jī)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。地理空間數(shù)據(jù)采集及處理第十三頁，共六十五頁，2022年，8月28日1.手工方式2.數(shù)字化方式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(shè)備，是目前常用的地圖數(shù)字化方式生成矢量數(shù)據(jù)。地理空間數(shù)據(jù)采集及處理第十四頁，共六十五頁，2022年，8月28日數(shù)字化儀第十五頁，共六十五頁，2022年，8月28日1.手工方式2.數(shù)字化方式3.掃描方式4.影像處理和信息提取方式5.數(shù)據(jù)通訊方式掃描儀是一種圖形、圖象輸入設(shè)備，可以快速地將圖形、圖象輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，是目前發(fā)展最快的數(shù)字化設(shè)備生成柵格數(shù)據(jù)。地理空間數(shù)據(jù)采集及處理第十六頁，共六十五頁，2022年，8月28日小型掃描儀工程掃描儀第十七頁，共六十五頁，2022年，8月28日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。地理空間數(shù)據(jù)采集及處理第十八頁，共六十五頁，2022年，8月28日岳池縣衛(wèi)星影像圖a.1993b.2001c.20071993年、2001年和2007年岳池縣景觀格局類型分布圖水田旱地林地建筑用地水域其他用地第十九頁，共六十五頁，2022年，8月28日1.手工方式2.數(shù)字化方式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(shí)現(xiàn)信息交流和信息共享的主要方式。地圖的數(shù)字化錄入和影像處理信息提取是主要方式地理空間數(shù)據(jù)采集及處理第二十頁，共六十五頁，2022年，8月28日（1）

地圖數(shù)字化

當(dāng)紙地圖經(jīng)過計(jì)算機(jī)圖形圖像系統(tǒng)光——電轉(zhuǎn)換量化為點(diǎn)陣數(shù)字圖像，經(jīng)圖像處理和曲線矢量化，或者直接進(jìn)行手扶跟蹤數(shù)字化后，生成可以為地理信息系統(tǒng)顯示、修改、標(biāo)注、漫游、計(jì)算、管理和打印的矢量地圖數(shù)據(jù)文件，這種與紙地圖相對應(yīng)的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)文件稱為矢量化電子地圖。第二十一頁，共六十五頁，2022年，8月28日地圖數(shù)字化是指把傳統(tǒng)的紙質(zhì)或其他材料上的地圖轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可識別的圖形數(shù)據(jù)的過程，以便進(jìn)一步在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行存貯、分析和輸出。概念第二十二頁，共六十五頁，2022年，8月28日

在掃描后處理中，需要進(jìn)行柵格轉(zhuǎn)矢量的運(yùn)算，一般稱為掃描矢量化過程。

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)庫地圖數(shù)字化步驟第二十三頁，共六十五頁，2022年，8月28日

將柵格圖像轉(zhuǎn)換為矢量地圖一般需要以下一系列步驟[Musavi1988]：

圖像二值化（Threshold）

平滑（Smooth）

細(xì)化

鏈?zhǔn)骄幋a

矢量線提取

除了上述五個步驟以外，還需要一些處理以方便圖像矢量化過程，如圖像拼接和剪裁等。第二十四頁，共六十五頁，2022年，8月28日①數(shù)據(jù)處理的概念②空間數(shù)據(jù)處理的方法③空間數(shù)據(jù)的編輯處理（2）

地理空間數(shù)據(jù)錄入后的處理

第二十五頁，共六十五頁，2022年，8月28日①數(shù)據(jù)處理的概念數(shù)據(jù)處理的概念數(shù)據(jù)處理的內(nèi)容數(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)據(jù)進(jìn)行編輯運(yùn)算，清除數(shù)據(jù)冗余，彌補(bǔ)數(shù)據(jù)缺失，形成符合用戶要求的數(shù)據(jù)文件格式第二十六頁，共六十五頁，2022年，8月28日數(shù)據(jù)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)提取數(shù)據(jù)處理的概念數(shù)據(jù)處理的內(nèi)容數(shù)據(jù)處理的意義①數(shù)據(jù)處理的概念第二十七頁，共六十五頁，2022年，8月28日空間數(shù)據(jù)有序化檢驗(yàn)數(shù)據(jù)質(zhì)量實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享提高資源利用效果數(shù)據(jù)處理的概念數(shù)據(jù)處理的內(nèi)容數(shù)據(jù)處理的意義①數(shù)據(jù)處理的概念第二十八頁，共六十五頁，2022年，8月28日平面坐標(biāo)變換(P21-23)空間數(shù)據(jù)的壓縮處理空間數(shù)據(jù)類型的轉(zhuǎn)換空間數(shù)據(jù)插值數(shù)據(jù)提?、诳臻g數(shù)據(jù)處理的方法第二十九頁，共六十五頁，2022年，8月28日平移變換

0yxP（x，y）P′(x′，y′)xyx′=x+Δx′y′=y+Δy′空間數(shù)據(jù)處理的方法1-平面坐標(biāo)變換第三十頁，共六十五頁，2022年，8月28日掃描后的坐標(biāo)第三十一頁，共六十五頁，2022年，8月28日真實(shí)的坐標(biāo)第三十二頁，共六十五頁，2022年，8月28日旋轉(zhuǎn)變換

yP（x，y）0xθP′(x′，y′)x′=x?cosθ-y?sinθy′=x?sinθ+y?cosθx′=x0+(x-x0)cosθ-(y-y0)

?sinθy′=y0+(x-x0)

sinθ+(y-y0)

cosθ空間數(shù)據(jù)處理的方法1-平面坐標(biāo)變換第三十三頁，共六十五頁，2022年，8月28日比例變換（圖形縮放）

點(diǎn)可以通過對其P（x，y）坐標(biāo)分別乘以各自的比例因子Sx和Sy來改變它們到坐標(biāo)原點(diǎn)的距離。x′=x·Sxy′=y·Syx′=x0+(x-x0)·Sx

y′=y0+(y-y0)

·Sy空間數(shù)據(jù)處理的方法1-平面坐標(biāo)變換第三十四頁，共六十五頁，2022年，8月28日1:50萬1:100萬岳池縣成土母質(zhì)圖第三十五頁，共六十五頁，2022年，8月28日地圖投影變換

當(dāng)系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)來自不同地圖投影的圖幅時，需要將一種投影的數(shù)字化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為所需要投影的坐標(biāo)數(shù)據(jù)地圖投影變換正解變換反解變換數(shù)值變換通過建立兩個投影的解析關(guān)系式，直接把一種投影坐標(biāo)(x,y)

變換成另一種投影的坐標(biāo)(X,Y)空間數(shù)據(jù)處理的方法1-平面坐標(biāo)變換第三十六頁，共六十五頁，2022年，8月28日地圖投影變換

當(dāng)系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)來自不同地圖投影的圖幅時，需要將一種投影的數(shù)字化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為所需要投影的坐標(biāo)數(shù)據(jù)地圖投影變換正解變換反解變換數(shù)值變換由一種投影的坐標(biāo)(x,y)反解出地理坐標(biāo)（λ,φ)

，然后再將地理坐標(biāo)代入另一種投影公式中，求出該投影下的直角坐標(biāo)（X,Y)空間數(shù)據(jù)處理的方法1-平面坐標(biāo)變換第三十七頁，共六十五頁，2022年，8月28日地圖投影變換

當(dāng)系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)來自不同地圖投影的圖幅時，需要將一種投影的數(shù)字化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為所需要投影的坐標(biāo)數(shù)據(jù)地圖投影變換正解變換反解變換數(shù)值變換根據(jù)兩種投影在變換區(qū)內(nèi)若干同名的坐標(biāo)點(diǎn)，采用插值法、有限差分法、待定系數(shù)法等，實(shí)現(xiàn)不同投影之間的轉(zhuǎn)換空間數(shù)據(jù)處理的方法1-平面坐標(biāo)變換第三十八頁，共六十五頁，2022年，8月28日第三十九頁，共六十五頁，2022年，8月28日

空間數(shù)據(jù)處理的方法2-壓縮處理數(shù)據(jù)壓縮的目的

節(jié)省存貯空間節(jié)省處理時間第四十頁，共六十五頁，2022年，8月28日數(shù)據(jù)壓縮途徑壓縮軟件:原數(shù)據(jù)信息基本不丟失而且可以大大節(jié)省存貯空間，缺點(diǎn)是壓縮后的文件必須在解壓縮后才能使用數(shù)據(jù)消冗處理:原數(shù)據(jù)信息不會丟失，得到的文件可以直接使用，缺點(diǎn)是技術(shù)要求高，工作量大，對冗余度不大的數(shù)據(jù)集合效用小用數(shù)據(jù)子集代替數(shù)據(jù)全集:在規(guī)定的精度范圍內(nèi),從原數(shù)據(jù)集合中抽取一個子集，缺點(diǎn)以信息損失為代價，換取空間數(shù)據(jù)容量的縮小空間數(shù)據(jù)處理的方法2-壓縮處理第四十一頁，共六十五頁，2022年，8月28日常見空間數(shù)據(jù)的壓縮方法曲線數(shù)據(jù)的壓縮面域柵格數(shù)據(jù)的壓縮面域鄰接線段的刪除特征點(diǎn)篩選法：篩選抽取曲線特征點(diǎn)，并刪除全部多余點(diǎn)以達(dá)到節(jié)省存貯空間的目的?？臻g數(shù)據(jù)處理的方法2-壓縮處理第四十二頁，共六十五頁，2022年，8月28日常見空間數(shù)據(jù)的壓縮方法曲線數(shù)據(jù)的壓縮面域柵格數(shù)據(jù)的壓縮面域鄰接線段的刪除通過壓縮編碼技術(shù)來消除冗余數(shù)據(jù)：鏈碼游程長度編碼塊碼四叉樹編碼空間數(shù)據(jù)處理的方法2-壓縮處理第四十三頁，共六十五頁，2022年，8月28日常見空間數(shù)據(jù)的壓縮方法曲線數(shù)據(jù)的壓縮面域柵格數(shù)據(jù)的壓縮面域鄰接線段的刪除數(shù)據(jù)屬性的重新分類和空間圖形的化簡需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮相鄰界線的刪除共同屬性的合并空間數(shù)據(jù)處理的方法2-壓縮處理第四十四頁，共六十五頁，2022年，8月28日面域鄰接線段的刪除空間數(shù)據(jù)處理的方法2-壓縮處理第四十五頁，共六十五頁，2022年，8月28日矢量向柵格轉(zhuǎn)換網(wǎng)格尺寸的確定點(diǎn)的網(wǎng)格化直線網(wǎng)格化多邊形網(wǎng)格化

柵格向矢量轉(zhuǎn)換點(diǎn)的矢量化直線矢量化多邊形矢量化

空間數(shù)據(jù)處理的方法3-類型轉(zhuǎn)換第四十六頁，共六十五頁，2022年，8月28日空間數(shù)據(jù)處理的方法4-空間數(shù)據(jù)插值

1.離散空間：空間具有跳躍特征（土地利用類型），重要變化發(fā)生在邊界上，邊界內(nèi)的變化則是均勻的，同質(zhì)的，即在各個方面都是相同的。鄰近元法：以最相鄰近圖元的特征值表征未知圖元的特征值。

2.

連續(xù)空間：空間具有漸變特征（地形表面），內(nèi)插技術(shù)必須采用連續(xù)的空間漸變模型實(shí)現(xiàn)這些連續(xù)變化，可用一種平滑的數(shù)學(xué)表面加以描述。這類技術(shù)可分為整體擬合和局部擬合技術(shù)兩大類。第四十七頁，共六十五頁，2022年，8月28日整體擬合技術(shù):擬合模型是由研究區(qū)域內(nèi)所有采樣點(diǎn)上的全部特征觀測值建立的。通常采用的技術(shù)是整體趨勢面擬合。這種內(nèi)插技術(shù)一般用于模擬大范圍內(nèi)的變化，而不能提供內(nèi)插區(qū)域的局部特性局部擬合技術(shù)則是僅僅用鄰近的數(shù)據(jù)點(diǎn)來估計(jì)未知點(diǎn)的值，而不受局部范圍外其它點(diǎn)的影響。這類技術(shù)包括雙線性多項(xiàng)式內(nèi)插、樣條函數(shù)、移動擬合法等等?？臻g數(shù)據(jù)處理的方法4-空間數(shù)據(jù)插值

第四十八頁，共六十五頁，2022年，8月28日③空間數(shù)據(jù)的編輯處理空間數(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(jìn)一步處理和使用的格式。圖幅拼接處理地圖輸入出錯處理圖形要素重疊處理第四十九頁，共六十五頁，2022年，8月28日圖幅拼接處理

(a)拼接前；（b）拼接中的邊緣不匹配；

(c)調(diào)整后的拼接結(jié)果

第五十頁，共六十五頁，2022年，8月28日地圖輸入出錯處理數(shù)字化錯誤——不及和過頭

第五十一頁，共六十五頁，2022年，8月28日§4.3地理空間數(shù)據(jù)質(zhì)量P49-51（1）數(shù)據(jù)質(zhì)量的基本概念

位置精度屬性精度邏輯一致性完備性現(xiàn)勢性數(shù)據(jù)質(zhì)量則是空間數(shù)據(jù)在表達(dá)這三個基本要素時，所能夠達(dá)到的準(zhǔn)確性、一致性、完整性以及它們?nèi)咧g統(tǒng)一性的程度。4.3.1數(shù)據(jù)質(zhì)量概述第五十二頁，共六十五頁，2022年，8月28日§

地理空間數(shù)據(jù)的誤差來源來源具體分析空間現(xiàn)象自身存在的不穩(wěn)定性空間現(xiàn)象在空間位置分布上的不確定性變化；在發(fā)生時間段上的游移性；屬性類型劃分的多樣性；非數(shù)值型屬性值表達(dá)的不精確性空間現(xiàn)象的表達(dá)投影變換誤差；儀器誤差與操作誤差數(shù)據(jù)處理中的誤差底圖數(shù)字化處理和掃描時的矢量化處理中產(chǎn)生的誤差；數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換；數(shù)據(jù)抽象；建立拓?fù)潢P(guān)系；與主控數(shù)據(jù)層匹配；數(shù)據(jù)疊加操作和更新；數(shù)據(jù)集成處理；數(shù)據(jù)的可視化表達(dá)空間數(shù)據(jù)使用中的誤差對數(shù)據(jù)的解釋過程中產(chǎn)生的誤差；在缺乏對空間數(shù)據(jù)說明的情況下，對數(shù)據(jù)的隨意使用而產(chǎn)生的誤差第五十三頁，共六十五頁，2022年，8月28日數(shù)據(jù)的主要誤差來源數(shù)據(jù)處理過程

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)?shù)谖迨捻?，共六十五頁?022年，8月28日地圖數(shù)據(jù)地圖固有誤差材料變形產(chǎn)生的誤差圖像數(shù)字化誤差

遙感數(shù)據(jù)遙感儀器的觀測過程遙感圖象處理和解譯測量數(shù)據(jù)系統(tǒng)誤差操作誤差偶然誤差

第五十五頁，共六十五頁，2022年，8月28日§常見空間數(shù)據(jù)的誤差分析

歸納起來，數(shù)據(jù)的誤差主要有四大類，即幾何誤差、屬性誤差、時間誤差和邏輯誤差。

GIS特有屬性誤差和時間誤差可能第五十六頁，共六十五頁，2022年，8月28日邏輯誤差

數(shù)據(jù)的不完整性是通過上述四類誤差反映出來的。事實(shí)上檢查邏輯誤差，有助于發(fā)現(xiàn)不完整的數(shù)據(jù)和其他三類誤差。對數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制或質(zhì)量保證或質(zhì)量評價，一般先從數(shù)據(jù)的邏輯性檢查入手。第五十七頁，共六十五頁，2022年，8月28日各種邏輯誤差

第五十八頁，共六十五頁，2022年，8月28日由于地圖是以二維平面坐標(biāo)表達(dá)位置，在二維平面上的幾何誤差主要反映在點(diǎn)和線上。幾何誤差

某點(diǎn)的點(diǎn)誤差即為測量位置（x，y）與其真實(shí)位置（x0，y0）的差異。點(diǎn)誤差可通過計(jì)算坐標(biāo)誤差和距離的方法得到。坐標(biāo)誤差定義為：

Δx=x-x0