地理信息第五章空間數(shù)據(jù)的采集與處理課件

第五章空間數(shù)據(jù)采集與處理第一節(jié)數(shù)據(jù)源種類第二節(jié)空間數(shù)據(jù)采集第三節(jié)空間數(shù)據(jù)的編輯與處理第四節(jié)空間數(shù)據(jù)質(zhì)量及其精度分析第五章空間數(shù)據(jù)采集與處理第一節(jié)數(shù)據(jù)源種類1地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源是指建立地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)所需要的各種類型數(shù)據(jù)的來(lái)源。地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源是多種多樣的，并隨系統(tǒng)功能的不同而不同地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源是指建立地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)所需要的各種類2第一節(jié)數(shù)據(jù)源種類一、地圖二、遙感影象數(shù)據(jù)三、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)四、實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)五、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)六、各種文字報(bào)告和立法文件第一節(jié)數(shù)據(jù)源種類一、地圖3一、地圖各種類型的地圖是GIS最主要的數(shù)據(jù)源，因?yàn)榈貓D是地理數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)描述形式是具有共同參考坐標(biāo)系統(tǒng)的點(diǎn)、線、面的二維平面形式的表示，內(nèi)容豐富圖上實(shí)體間的空間關(guān)系直觀，而且實(shí)體的類別或?qū)傩钥梢杂酶鞣N不同的符號(hào)加以識(shí)別和表示。我國(guó)大多數(shù)的GIS系統(tǒng)其圖形數(shù)據(jù)大部分都來(lái)自地圖。一、地圖各種類型的地圖是GIS最主要的數(shù)據(jù)源，因?yàn)榈貓D是地理4地圖應(yīng)用注意地圖存儲(chǔ)介質(zhì)的缺陷由于地圖多為紙質(zhì)，由于存放條件的不同，都存在不同程度的變形，具體應(yīng)用時(shí)，須對(duì)其進(jìn)行糾正。地圖現(xiàn)勢(shì)性較差由于傳統(tǒng)地圖更新需要的周期較長(zhǎng)，造成現(xiàn)存地圖的現(xiàn)勢(shì)性不能完全滿足實(shí)際的需要。地圖投影的轉(zhuǎn)換由于地圖投影的存在，使得對(duì)不同地圖投影的地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行交流前，須先進(jìn)行地圖投影的轉(zhuǎn)換。地圖應(yīng)用注意地圖存儲(chǔ)介質(zhì)的缺陷由于地圖多為紙質(zhì)，由于存放5二、遙感影象數(shù)據(jù)遙感影象是GIS中一個(gè)極其重要的信息源。通過(guò)遙感影象可以快速、準(zhǔn)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。但是因?yàn)槊糠N遙感影象都有其自身的成像規(guī)律、變形規(guī)律，所以對(duì)其的應(yīng)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。二、遙感影象數(shù)據(jù)遙感影象是GIS中一個(gè)極其重要的信息源。6三、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各種統(tǒng)計(jì)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(guó)民生產(chǎn)總值等等。四、實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)各種實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)特別是一些GPS點(diǎn)位數(shù)據(jù)、地籍測(cè)量數(shù)據(jù)常常是GIS的一個(gè)很準(zhǔn)確和很現(xiàn)勢(shì)的資料。五、數(shù)字?jǐn)?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(lái)越大。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)也成為GIS信息源不可缺少的一部分。但對(duì)數(shù)字?jǐn)?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。三、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)7六、各種文字報(bào)告和立法文件各種文字報(bào)告和立法文件在一些管理類的GIS系統(tǒng)中，有很大的應(yīng)用，如在城市規(guī)劃管理信息系統(tǒng)中，各種城市管理法規(guī)及規(guī)劃報(bào)告在規(guī)劃管理工作中起著很大的作用。對(duì)于一個(gè)多用途的或綜合型的系統(tǒng)，一般都要建立一個(gè)大而靈活的數(shù)據(jù)庫(kù)，以支持其非常廣泛的應(yīng)用范圍。而對(duì)于專題型和區(qū)域型統(tǒng)一的系統(tǒng)，則數(shù)據(jù)類型與系統(tǒng)功能之間具有非常密切的關(guān)系。六、各種文字報(bào)告和立法文件各種文字報(bào)告和立法文件在一些管理類8第二節(jié)空間數(shù)據(jù)采集一、屬性數(shù)據(jù)的采集二、圖形數(shù)據(jù)的采集

第二節(jié)空間數(shù)據(jù)采集一、屬性數(shù)據(jù)的采集9一、屬性數(shù)據(jù)的采集屬性數(shù)據(jù)即空間實(shí)體的特征數(shù)據(jù)，一般包括名稱、等級(jí)、數(shù)量、代碼等多種形式，屬性數(shù)據(jù)的內(nèi)容有時(shí)直接記錄在柵格或矢量數(shù)據(jù)文件中，有時(shí)則單獨(dú)輸入數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)為屬性文件，通過(guò)關(guān)鍵碼與圖形數(shù)據(jù)相聯(lián)系。對(duì)于要輸入屬性庫(kù)的屬性數(shù)據(jù)，通過(guò)鍵盤則可直接鍵入。對(duì)于要直接記錄到柵格或矢量數(shù)據(jù)文件中的屬性數(shù)據(jù)，則必須先對(duì)其進(jìn)行編碼，將各種屬性數(shù)據(jù)變?yōu)橛?jì)算機(jī)可以接受的數(shù)字或字符形式，便于GIS存儲(chǔ)管理。一、屬性數(shù)據(jù)的采集屬性數(shù)據(jù)即空間實(shí)體的特征數(shù)據(jù)，一般包括名稱101、編碼原則（1）編碼的系統(tǒng)性和科學(xué)性。（2）編碼的一致性。（3）編碼的標(biāo)準(zhǔn)化和通用性。（4）編碼的簡(jiǎn)捷性。（5）編碼的可擴(kuò)展性。1、編碼原則（1）編碼的系統(tǒng)性和科學(xué)性。112、編碼內(nèi)容（1）登記部分，用來(lái)標(biāo)識(shí)屬性數(shù)據(jù)的序號(hào)，可以是簡(jiǎn)單的連續(xù)編號(hào)，也可劃分不同層次進(jìn)行順序編碼；（2）分類部分，用來(lái)標(biāo)識(shí)屬性的地理特征，可采用多位代碼反映多種特征；（3）控制部分，用來(lái)通過(guò)一定的查錯(cuò)算法，檢查在編碼、錄入和傳輸中的錯(cuò)誤，在屬性數(shù)據(jù)量較大情況下具有重要意義。2、編碼內(nèi)容（1）登記部分，用來(lái)標(biāo)識(shí)屬性數(shù)據(jù)的序號(hào)，可以是簡(jiǎn)123、編碼方法（1）列出全部制圖對(duì)象清單。（2）制定對(duì)象分類，分級(jí)原則和指標(biāo)將制圖對(duì)象進(jìn)行分類、分級(jí)。（3）擬定分類代碼系統(tǒng)。（4）設(shè)定代碼及其格式。設(shè)定代碼使用的字符和數(shù)字、碼位長(zhǎng)度、碼位分配等。（5）建立代碼和編碼對(duì)象的對(duì)照表．這是編碼最終成果檔案，是數(shù)據(jù)輸人計(jì)算機(jī)進(jìn)行編碼的依據(jù)。3、編碼方法（1）列出全部制圖對(duì)象清單。13地理信息第五章空間數(shù)據(jù)的采集與處理課件14編碼的類型1）層次分類編碼法：是按照分類對(duì)象的從屬和層次關(guān)系為排列順序的一種代碼，它的優(yōu)點(diǎn)是能明確表示出分類對(duì)象的類別，代碼結(jié)構(gòu)有嚴(yán)格的隸屬關(guān)系。上圖以土地利用類型的編碼為例，說(shuō)明上圖：土地利用類型編碼（層次分類編碼法）層次分類編碼法所構(gòu)成的編碼體系。2）多源分類編碼法又稱獨(dú)立分類編碼法。是指對(duì)于一個(gè)特定的分類目標(biāo)，根據(jù)諸多不同的分類依據(jù)分別進(jìn)行編碼，各位數(shù)字代碼之間并沒有隸屬關(guān)系。表4-1以河流為例說(shuō)明了屬性數(shù)據(jù)多源分類編碼法的編碼方法。編碼的類型1）層次分類編碼法：15表4-1河流編碼的標(biāo)準(zhǔn)分類方案和數(shù)碼系統(tǒng)表（略）表4-1河流編碼的標(biāo)準(zhǔn)分類方案和數(shù)碼系統(tǒng)表16二、圖形數(shù)據(jù)的采集1、手扶跟蹤數(shù)字化儀輸入（1）手扶跟蹤數(shù)字化儀（2）數(shù)字化過(guò)程2、掃描儀輸入（1）掃描儀簡(jiǎn)介（2）掃描過(guò)程二、圖形數(shù)據(jù)的采集1、手扶跟蹤數(shù)字化儀輸入17（1）手扶跟蹤數(shù)字化儀手扶跟蹤數(shù)字化儀,根據(jù)其采集數(shù)據(jù)的方式分為機(jī)械式、超聲波式和全電子式三種,其中全電子式數(shù)字化儀精度最高，應(yīng)用最廣。按照其數(shù)字化版面的大小可分為A0、A1、A2、A3、A4等。數(shù)字化儀由電磁感應(yīng)板、游標(biāo)和相應(yīng)的電子電路組成，如圖4-2所示。這種設(shè)備利用電磁感應(yīng)原理：在電磁感應(yīng)板的x，y方向上有許多平行的印刷線，每隔200μm一條。游標(biāo)中裝有一個(gè)線圈。當(dāng)使用者在電磁感應(yīng)板上移動(dòng)游標(biāo)到圖件的指定位置，并將十字叉絲的交點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)數(shù)字化的點(diǎn)位，按動(dòng)相應(yīng)的按鈕時(shí)，線圈中就會(huì)產(chǎn)生交流信號(hào)，十字叉絲的中心也便產(chǎn)生了一個(gè)電磁場(chǎng)，當(dāng)游標(biāo)在電磁感應(yīng)板上運(yùn)動(dòng)時(shí)，板下的印制線上就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。印制板周圍的多路開關(guān)等線路可以檢測(cè)出最大信號(hào)的位置，即十字叉線中心所在的位置，從而得到該點(diǎn)的坐標(biāo)值。圖4-2手扶跟蹤數(shù)字化儀示意圖（1）手扶跟蹤數(shù)字化儀手扶跟蹤數(shù)字化儀,根據(jù)其采集數(shù)據(jù)的方式18（2）數(shù)字化過(guò)程把待數(shù)字化的圖件固定在圖形輸入板上，首先用鼠標(biāo)器輸入圖幅范圍和至少四個(gè)控制點(diǎn)的坐標(biāo)，隨后即可輸入圖幅內(nèi)各點(diǎn)、曲線的坐標(biāo)。通過(guò)數(shù)字化儀采集數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)量小，數(shù)據(jù)處理的軟件也比較完備，但由于數(shù)字化的速度比較慢，工作量大，自動(dòng)化程度低，數(shù)字化的精度與作業(yè)員的操作有很大關(guān)系，所以，目前很多單位在大批量數(shù)字化時(shí)，已不再采用它。（2）數(shù)字化過(guò)程把待數(shù)字化的圖件固定在圖形輸入板上，首先用192、掃描儀輸入掃描儀簡(jiǎn)介掃描過(guò)程2、掃描儀輸入掃描儀簡(jiǎn)介20（1）掃描儀簡(jiǎn)介掃描儀直接把圖形(如地形圖)和圖象(如遙感影象、照片)掃描輸入到計(jì)算機(jī)中，以象素信息進(jìn)行存儲(chǔ)表示的設(shè)備。按其所支持的顏色分類，可分為單色掃描儀和彩色掃描儀；按所采用的固態(tài)器件又分為電荷耦合器件(CCD)掃描儀、MOS電路掃描儀、緊貼型掃描儀等；按掃描寬度和操作方式分為大型掃描儀、臺(tái)式掃描儀和手動(dòng)式掃描儀。CCD掃描儀的工作原理（1）掃描儀簡(jiǎn)介掃描儀直接把圖形(如地形圖)和圖象(如遙感影21（2）掃描過(guò)程掃描模式的設(shè)置，（分二值、灰度、百萬(wàn)種彩色），對(duì)地形圖的掃描一般采用二值掃描，或灰度掃描。對(duì)彩色航片或衛(wèi)片采用百萬(wàn)種彩色掃描，對(duì)黑白航片或衛(wèi)片采用灰度掃描。掃描分辨率的設(shè)置，根據(jù)掃描要求，對(duì)地形圖的掃描一般采用300dpi或更高的分辨率。針對(duì)一些特殊的需要，還可以調(diào)整亮度、對(duì)比度、色調(diào)、GAMMA曲線等。設(shè)定掃描范圍（2）掃描過(guò)程掃描模式的設(shè)置，（分二值、灰度、百萬(wàn)種彩色）22掃描參數(shù)設(shè)置完后，即可通過(guò)掃描獲得某個(gè)地區(qū)的柵格數(shù)據(jù)。通過(guò)掃描獲得的是柵格數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量比較大。如一張地形圖采用300dpi灰度掃描其數(shù)據(jù)量就有20兆左右。除此之外，掃描獲得的數(shù)據(jù)還存在著噪聲和中間色調(diào)像元的處理問題。噪聲是指不屬于地圖內(nèi)容的斑點(diǎn)污漬和其它模糊不清的東西形成的像元灰度值。噪音范圍很廣，沒有簡(jiǎn)單有效的方法能加以完全消除，有的軟件能去除一些小的臟點(diǎn)，但有些地圖內(nèi)容如小數(shù)點(diǎn)等和小的臟點(diǎn)很難區(qū)分。對(duì)于中間色調(diào)像元，則可以通過(guò)選擇合適的閾值選用一些軟件如Photoshop等來(lái)處理。一般對(duì)獲得的柵格數(shù)據(jù)還要進(jìn)行一些后續(xù)處理如圖象糾正、矢量化掃描參數(shù)設(shè)置完后，即可通過(guò)掃描獲得某個(gè)地區(qū)的柵格數(shù)據(jù)。23掃描的優(yōu)點(diǎn)掃描輸入因其輸入速度快不受人為因素的影響操作簡(jiǎn)單計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度存儲(chǔ)容量的提高和矢量化軟件的踴躍出現(xiàn)，使得掃描輸入已成為圖形數(shù)據(jù)輸入的主要方法。掃描的優(yōu)點(diǎn)掃描輸入因其輸入速度快24第三節(jié)空間數(shù)據(jù)的編輯與處理一、誤差或錯(cuò)誤的檢查與編輯二、圖象糾正三、數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換四、地圖投影轉(zhuǎn)換五、圖象解譯六、圖幅拼接第三節(jié)空間數(shù)據(jù)的編輯與處理一、誤差或錯(cuò)誤的檢查與編輯25一、誤差或錯(cuò)誤的檢查與編輯通過(guò)矢量數(shù)字化或掃描數(shù)字化所獲取的原始空間數(shù)據(jù)，都不可避免的存在著錯(cuò)誤或誤差屬性數(shù)據(jù)在建庫(kù)輸入時(shí)，也難免會(huì)存在錯(cuò)誤，對(duì)圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的檢查、編輯是很有必要的。一、誤差或錯(cuò)誤的檢查與編輯通過(guò)矢量數(shù)字化或掃描數(shù)字化所獲取的26圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的誤差原因1、空間數(shù)據(jù)的不完整或重復(fù)：主要包括空間點(diǎn)、線、面數(shù)據(jù)的丟失或重復(fù)、區(qū)域中心點(diǎn)的遺漏、柵格數(shù)據(jù)矢量化時(shí)引起的斷線等；圖4-4數(shù)字化幾種誤差示例2、空間數(shù)據(jù)位置的不準(zhǔn)確：主要包括空間點(diǎn)位的不準(zhǔn)確、線段過(guò)長(zhǎng)或過(guò)短、線段的斷裂、相鄰多邊形結(jié)點(diǎn)的不重合等；3、空間數(shù)據(jù)的比例尺不準(zhǔn)確；4、空間數(shù)據(jù)的變形；5、空間屬性和數(shù)據(jù)連接有誤；6、屬性數(shù)據(jù)不完整；圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的誤差原因1、空間數(shù)據(jù)的不完整或重復(fù)：主要27圖4-4數(shù)字化幾種誤差示例圖4-4數(shù)字化幾種誤差示例28檢查方法1、疊合比較法，是空間數(shù)據(jù)數(shù)字化正確與否的最佳檢核方法，按與原圖相同的比例尺用把數(shù)字化的內(nèi)容繪在透明材料上，然后與原圖疊合在一起，在透光桌上仔細(xì)的觀察和比較。一般，對(duì)于空間數(shù)據(jù)的比例尺不準(zhǔn)確和空間數(shù)據(jù)的變形馬上就可以觀察出來(lái)，對(duì)于空間數(shù)據(jù)的位置不完整和不準(zhǔn)確則須用粗筆把遺漏、位置錯(cuò)誤的地方明顯地標(biāo)注出來(lái)。如果數(shù)字化的范圍比較大，分塊數(shù)字化時(shí)，除檢核一幅(塊)圖內(nèi)的差錯(cuò)外還應(yīng)檢核已存入計(jì)算機(jī)的其它圖幅的接邊情況；2、目視檢查法，指在屏幕上用目視檢查的方法，檢查一些明顯的數(shù)字化誤差與錯(cuò)誤，如圖所示，包括線段過(guò)長(zhǎng)或過(guò)短、多邊形的重疊和裂口、線段的斷裂等；3、邏輯檢查法，如根據(jù)數(shù)據(jù)拓?fù)湟恢滦赃M(jìn)行檢驗(yàn)，將弧段連成多邊形，進(jìn)行數(shù)字化誤差的檢查。有許多軟件已能自動(dòng)進(jìn)行多邊形結(jié)點(diǎn)的自動(dòng)平差。另外，對(duì)屬性數(shù)據(jù)的檢查一般也最先用這種方法，檢查屬性數(shù)據(jù)的值是否超過(guò)其取值范圍。屬性數(shù)據(jù)之間或?qū)傩詳?shù)據(jù)與地理實(shí)體之間是否有荒謬的組合。檢查方法1、疊合比較法，是空間數(shù)據(jù)數(shù)字化正確與否的最佳檢核方29二、圖象糾正1、由于受地形圖介質(zhì)及存放條件等因素的影響，使地形圖的實(shí)際尺寸發(fā)生變形；2、在掃描過(guò)程中，工作人員的操作會(huì)產(chǎn)生一定的誤差，如掃描時(shí)地形圖或遙感影象沒被壓緊、產(chǎn)生斜置或掃描參數(shù)的設(shè)置等因素都會(huì)使被掃入的地形圖或遙感影象產(chǎn)生變形，直接影響掃描質(zhì)量和精度；3、由于遙感影象本身就存在著幾何變形；4、由于所需地圖圖幅的投影與資料的投影不同，或需將遙感影象的中心投影或多中心投影轉(zhuǎn)換為正射投影等。5、由于掃描時(shí)，受掃描儀幅面大小的影響，有時(shí)需將一幅地形圖或遙感影象分成幾塊掃描，這樣會(huì)使地形圖或遙感影象在拼接時(shí)難以保證精度。二、圖象糾正1、由于受地形圖介質(zhì)及存放條件等因素的影響，使地30地形圖和遙感影象的糾正過(guò)程及步驟對(duì)掃描得到的圖象進(jìn)行糾正，主要是建立要糾正的圖象與標(biāo)準(zhǔn)的地形圖或地形圖的理論數(shù)值或糾正過(guò)的正射影象之間的變換關(guān)系目前，主要的變換函數(shù)有：仿射變換、雙線性變換、平方變換、雙平方變換、立方變換、四階多項(xiàng)式變換等具體采用哪一種，則要根據(jù)糾正圖象的變形情況、所在區(qū)域的地理特征及所選點(diǎn)數(shù)來(lái)決定。地形圖和遙感影象的糾正過(guò)程及步驟對(duì)掃描得到的圖象進(jìn)行糾正，主311、地形圖的糾正對(duì)地形圖的糾正，一般采用四點(diǎn)糾正法或逐網(wǎng)格糾正法。四點(diǎn)糾正法，一般是根據(jù)選定的數(shù)學(xué)變換函數(shù)，輸入需糾正地形圖的圖幅行、列號(hào)、地形圖的比例尺、圖幅名稱等，生成標(biāo)準(zhǔn)圖廓，分別采集四個(gè)圖廓控制點(diǎn)坐標(biāo)來(lái)完成。逐網(wǎng)格糾正法，是在四點(diǎn)糾正法不能滿足精度要求的情況下采用的。這種方法和四點(diǎn)糾正法的不同點(diǎn)就在于采樣點(diǎn)數(shù)目的不同，它是逐方里網(wǎng)進(jìn)行的，也就是說(shuō)，對(duì)每一個(gè)方里網(wǎng)，都要采點(diǎn)。具體采點(diǎn)時(shí)，一般要先采源點(diǎn)（需糾正的地形圖），后采目標(biāo)點(diǎn)（標(biāo)準(zhǔn)圖廓），先采圖廓點(diǎn)和控制點(diǎn)，后采方里網(wǎng)點(diǎn)。1、地形圖的糾正對(duì)地形圖的糾正，一般采用四點(diǎn)糾正法或逐網(wǎng)格322、遙感影象的糾正圖4-5遙感影象糾正選點(diǎn)示例2、遙感影象的糾正圖4-5遙感影象糾正選點(diǎn)示例33遙感影象的糾正，一般選用和遙感影象比例尺相近的地形圖或正射影象圖作為變換標(biāo)準(zhǔn)，選用合適的變換函數(shù)，分別在要糾正的遙感影象和標(biāo)準(zhǔn)地形圖或正射影象圖上采集同名地物點(diǎn)。具體采點(diǎn)時(shí)，要先采源點(diǎn)（影像），后采目標(biāo)點(diǎn)（地形圖）。選點(diǎn)時(shí)，要注意選點(diǎn)的均勻分布，點(diǎn)不能太多（見圖4-5）。如果在選點(diǎn)時(shí)沒有注意點(diǎn)位的分布或點(diǎn)太多，這樣不但不能保證精度，反而會(huì)使影象產(chǎn)生變形。另外選點(diǎn)時(shí)，點(diǎn)位應(yīng)選由人工建筑構(gòu)成的并且不會(huì)移動(dòng)的地物點(diǎn)，如渠或道路交叉點(diǎn)、橋梁等，盡量不要選河床易變動(dòng)的河流交叉點(diǎn)，以免點(diǎn)的移位影響配準(zhǔn)精度。遙感影象的糾正，一般選用和遙感影象比例尺相近的地形圖或正射影34三、數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換一般分為兩大類：不同數(shù)據(jù)介質(zhì)之間的轉(zhuǎn)換，即將各種不同的源材料信息如地圖、照片、各種文字及表格轉(zhuǎn)為計(jì)算機(jī)可以兼容的格式，主要采用數(shù)字化、掃描、鍵盤輸入等方式，這在上一節(jié)中已經(jīng)說(shuō)明；第二類轉(zhuǎn)換是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之間的轉(zhuǎn)換，而數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之間的轉(zhuǎn)化又包括同一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不同組織形式間的轉(zhuǎn)換和不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)間的轉(zhuǎn)換。同一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不同組織形式間的轉(zhuǎn)換包括不同柵格記錄形式之間的轉(zhuǎn)換（如四叉樹和游程編碼之間的轉(zhuǎn)換）和不同矢量結(jié)構(gòu)之間的轉(zhuǎn)換（如索引式和DIME之間的轉(zhuǎn)換）。這兩種轉(zhuǎn)換方法要視具體的轉(zhuǎn)換內(nèi)容根據(jù)矢量和柵格數(shù)據(jù)編碼的原理和方法來(lái)進(jìn)行。不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)間的轉(zhuǎn)換主要包括矢量到柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和柵格到矢量數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換兩種。具體的轉(zhuǎn)換方法在第四章中已有詳細(xì)說(shuō)明。三、數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換一般分為兩大類：不同數(shù)據(jù)介質(zhì)35四、地圖投影轉(zhuǎn)換1、正解變換:通過(guò)建立一種投影變換為另一種投影的嚴(yán)密或近似的解析關(guān)系式，直接由一種投影的數(shù)字化坐標(biāo)x、y變換到另一種投影的直角坐標(biāo)X、Y。2、反解變換:即由一種投影的坐標(biāo)反解出地理坐標(biāo)(x、y→B、L)，然后再將地理坐標(biāo)代入另一種投影的坐標(biāo)公式中(B、L→X、Y)，從而實(shí)現(xiàn)由一種投影的坐標(biāo)到另一種投影坐標(biāo)的變換(x、y→X、Y)。3、數(shù)值變換:根據(jù)兩種投影在變換區(qū)內(nèi)的若干同名數(shù)字化點(diǎn)，采用插值法，或有限差分法，最小二乘法、或有限元法，或待定系數(shù)法等，從而實(shí)現(xiàn)由一種投影的坐標(biāo)到另一種投影坐標(biāo)的變換。四、地圖投影轉(zhuǎn)換1、正解變換:通過(guò)建立一種投影變換為另36五、圖象解譯包括：研究地理區(qū)域的一般知識(shí)；掌握影像分析的經(jīng)驗(yàn)和技能；對(duì)影像特征的深入理解。有時(shí)，在圖象解譯之前，還會(huì)對(duì)其進(jìn)行圖象增強(qiáng)處理。圖像解譯過(guò)程一般是建立在對(duì)圖像及其解譯區(qū)域進(jìn)行系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)之上，具體包括圖象的成像原理、圖象的成像時(shí)間、圖象的解譯標(biāo)志、成像地區(qū)的地理特征、地圖、植被、氣候?qū)W以及區(qū)域內(nèi)有關(guān)人類活動(dòng)的各種信息。五、圖象解譯包括：研究地理區(qū)域的一般知識(shí)；掌握影像分析的經(jīng)驗(yàn)37遙感圖象的解譯標(biāo)志很多，包括圖象的色調(diào)或色彩、大小、形狀、紋理、陰影、位置及地物之間的相互關(guān)系等。色調(diào)被認(rèn)為是最基本的因素，因?yàn)闆]有色調(diào)變化，物體就不能被識(shí)別。大小、形狀和紋理較復(fù)雜，需要進(jìn)行個(gè)體特征的分析和解譯。而陰影、類型、位置和相互關(guān)系則最為復(fù)雜，涉及特征間的相關(guān)關(guān)系。影像分析是一個(gè)不斷重復(fù)的過(guò)程，其中要對(duì)各種地物類型的信息以及信息之間的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行周密調(diào)查，收集資料、檢驗(yàn)假說(shuō)、作出解譯并不斷修正錯(cuò)誤，才能最終得出正確的結(jié)果。遙感圖象的解譯有目視判讀和計(jì)算機(jī)自動(dòng)解譯兩種方法，其中，自動(dòng)解譯又可分為監(jiān)督分類和非監(jiān)督分類兩種。遙感圖象的解譯標(biāo)志很多，包括圖象的色調(diào)或色彩、大小、形狀、紋38六、圖幅拼接在相鄰圖幅的邊緣部分，由于原圖本身的數(shù)字化誤差，使得同一實(shí)體的線段或弧段的坐標(biāo)數(shù)據(jù)不能相互銜接，或是由于坐標(biāo)系統(tǒng)、編碼方式等不統(tǒng)一，需進(jìn)行圖幅數(shù)據(jù)邊緣匹配處理。圖幅的拼接總是在相鄰兩圖幅之間進(jìn)行的。要將相鄰兩圖幅之間的數(shù)據(jù)集中起來(lái)，就要求相同實(shí)體的線段或弧的坐標(biāo)數(shù)據(jù)相互銜接，也要求同一實(shí)體的屬性碼相同，因此必須進(jìn)行圖幅數(shù)據(jù)邊緣匹配處理。六、圖幅拼接在相鄰圖幅的邊緣部分，由于原圖本身的數(shù)字化誤差，39圖像拼接的步驟1、邏輯一致性的處理2、識(shí)別和檢索相鄰圖幅3、相鄰圖幅邊界點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)的匹配4、相同屬性多邊形公共邊界的刪除圖像拼接的步驟1、邏輯一致性的處理401、邏輯一致性的處理由于人工操作的失誤，兩個(gè)相鄰圖幅的空間數(shù)據(jù)庫(kù)在接合處可能出現(xiàn)邏輯裂隙，如一個(gè)多邊形在一幅圖層中具有屬性A，而在另一幅圖層中屬性為B。此時(shí)，必須使用交互編輯的方法，使兩相鄰圖斑的屬性相同，取得邏輯一致性。圖4-6圖幅編號(hào)及圖幅邊緣數(shù)據(jù)提取范圍1、邏輯一致性的處理由于人工操作的失誤，兩個(gè)相鄰圖幅的空間數(shù)412、識(shí)別和檢索相鄰圖幅將待拼接的圖幅數(shù)據(jù)按圖幅進(jìn)行編號(hào)，編號(hào)有2位，其中十位數(shù)指示圖幅的橫向順序，個(gè)位數(shù)指示縱向順序(圖4-6)，并記錄圖幅的長(zhǎng)寬標(biāo)準(zhǔn)尺寸。因此，當(dāng)進(jìn)行橫向圖幅拼接時(shí)，總是將十位數(shù)編號(hào)相同的圖幅數(shù)據(jù)收集在一起；進(jìn)行縱向圖幅拼接時(shí)，是將個(gè)位數(shù)編號(hào)相同的圖幅數(shù)據(jù)收集在一起。其次，圖幅數(shù)據(jù)的邊緣匹配處理主要是針對(duì)跨越相鄰圖幅的線段或弧而的，為了減少數(shù)據(jù)容量，提高處理速度，一般只提取圖幅邊界2cm范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)作為匹配和處理的目標(biāo)。同時(shí)要求，圖幅內(nèi)空間實(shí)體的坐標(biāo)數(shù)據(jù)已經(jīng)進(jìn)行過(guò)投影轉(zhuǎn)換2、識(shí)別和檢索相鄰圖幅將待拼接的圖幅數(shù)據(jù)按圖幅進(jìn)行編號(hào)，423、相鄰圖幅邊界點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)的匹配相鄰圖幅邊界點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)的匹配采用追蹤拼接法。追蹤拼接有四種情況(圖4—7)，只要符合下列條件，兩條線段或弧段即可匹配銜接：相鄰圖幅邊界兩條線段或弧段的左右碼各自相同或相反；相鄰圖幅同名邊界點(diǎn)坐標(biāo)在某一允許值范圍內(nèi)(如土O．5mm)。匹配銜接時(shí)是以一條弧或線段作為處理的單元，因此，當(dāng)邊界點(diǎn)位于兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間時(shí)，須分別取出相關(guān)的兩個(gè)結(jié)點(diǎn)，然后按照結(jié)點(diǎn)之間線段方向一致性的原則進(jìn)行數(shù)據(jù)的記錄和存儲(chǔ)。3、相鄰圖幅邊界點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)的匹配相鄰圖幅邊界點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)的匹43圖4-7追蹤拼接法圖4-7追蹤拼接法444、相同屬性多邊形公共邊界的刪除當(dāng)圖幅內(nèi)圖形數(shù)據(jù)完成拼接后，相鄰圖斑會(huì)有相同屬性。此時(shí)，應(yīng)將相同屬性的兩個(gè)或多個(gè)相鄰圖斑組合成一個(gè)圖斑，即消除公共邊界，并對(duì)共同屬性進(jìn)行合并。多邊形公共界線的刪除，可以通過(guò)構(gòu)成每一面域的線段坐標(biāo)鏈，刪去其中共同的線段，然后重新建立合并多邊形的線段鏈表(圖4—8)。對(duì)于多邊形的屬性表，除多邊形的面積和周長(zhǎng)需重新計(jì)算外，其余屬性保留其中之一圖斑的屬性即可。圖4-8多邊形公共邊界的自動(dòng)刪除4、相同屬性多邊形公共邊界的刪除當(dāng)圖幅內(nèi)圖形數(shù)據(jù)完成拼接45第四節(jié)空間數(shù)據(jù)質(zhì)量及其精度分析一、空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的概念二、空間數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)價(jià)三、誤差的類型（源誤差、操作誤差）四、GIS空間操作中誤差的傳播

五、空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的控制第四節(jié)空間數(shù)據(jù)質(zhì)量及其精度分析一、空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的概念46一、空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的概念1、空間數(shù)據(jù)質(zhì)量2、與數(shù)據(jù)質(zhì)量相關(guān)的幾個(gè)概念一、空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的概念1、空間數(shù)據(jù)質(zhì)量471、空間數(shù)據(jù)質(zhì)量空間位置、專題特征以及時(shí)間是表達(dá)現(xiàn)實(shí)世界空間變化的三個(gè)基本要素。空間數(shù)據(jù)是有關(guān)空間位置、專題特征以及時(shí)間信息的符號(hào)記錄。而數(shù)據(jù)質(zhì)量則是空間數(shù)據(jù)在表達(dá)這三個(gè)基本要素時(shí)，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?？臻g數(shù)據(jù)是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中空間特征和過(guò)程的抽象表達(dá)。由于現(xiàn)實(shí)世界的復(fù)雜性和模糊性，以及人類認(rèn)識(shí)和表達(dá)能力的局限性，這種抽象表達(dá)總是不可能完全達(dá)到真值的，而只能在一定程度上接近真值。從這種意義上講，數(shù)據(jù)質(zhì)量發(fā)生問題是不可避免的；另一方面，對(duì)空間數(shù)據(jù)的處理也會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)一定的質(zhì)量問題；例如，在某些應(yīng)用中，用戶可能根據(jù)需要來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的刪減或擴(kuò)充，這對(duì)數(shù)據(jù)記錄本身來(lái)說(shuō)也是一種誤差。因此，空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的好壞是一個(gè)相對(duì)概念，并具有一定程度的針對(duì)性。盡管如此，我們?nèi)钥梢悦撾x開具體的應(yīng)用，從空間數(shù)據(jù)存在的客觀規(guī)律性出發(fā)來(lái)對(duì)空間數(shù)據(jù)的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)和控制。1、空間數(shù)據(jù)質(zhì)量空間位置、專題特征以及時(shí)間是表達(dá)現(xiàn)實(shí)世界空482、與數(shù)據(jù)質(zhì)量相關(guān)的幾個(gè)概念（1）誤差(Error)：誤差反映了數(shù)據(jù)與真實(shí)值或者大家公認(rèn)的真值之間的差異，它是一種常用的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的表達(dá)方式。（2）數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度(Accuracy)：數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度被定義為結(jié)果、計(jì)算值或估計(jì)值與真實(shí)值或者大家公認(rèn)的真值的接近程度。（3）數(shù)據(jù)的精密度(Resolution)：數(shù)據(jù)的精密度指數(shù)據(jù)表示的精密程度，亦即數(shù)據(jù)表示的有效位數(shù)。它表現(xiàn)了測(cè)量值本身的離散程度。由于精密度的實(shí)質(zhì)在于它對(duì)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度的影響，同時(shí)在很多情況下。它可以通過(guò)準(zhǔn)確度而得到體現(xiàn)，故常把二者結(jié)合在一起稱為精確度，簡(jiǎn)稱精度。（4）不確定性（Uncertainty)：不確定性是關(guān)于空間過(guò)程和特征不能被準(zhǔn)確確定的程度，是自然界各種空間現(xiàn)象自身固有的屬性。在內(nèi)容上，它是以真值為中心的一個(gè)范圍，這個(gè)范圍越大，數(shù)據(jù)的不確定性也就越大。2、與數(shù)據(jù)質(zhì)量相關(guān)的幾個(gè)概念（1）誤差(Error)：誤差反49二、空間數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)價(jià)1、空間數(shù)據(jù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)2、空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的評(píng)價(jià)二、空間數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)價(jià)1、空間數(shù)據(jù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)501、空間數(shù)據(jù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)空間數(shù)據(jù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是生產(chǎn)、使用和評(píng)價(jià)空間數(shù)據(jù)的依據(jù)，數(shù)據(jù)質(zhì)量是數(shù)據(jù)整體性能的綜合體現(xiàn)。目前，世界上已經(jīng)建立了一些數(shù)據(jù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，如美國(guó)FGDC的數(shù)據(jù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等。空間數(shù)據(jù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的建立必須考慮空間過(guò)程和現(xiàn)象的認(rèn)知、表達(dá)、處理、再現(xiàn)等全過(guò)程。1、空間數(shù)據(jù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)空間數(shù)據(jù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是生產(chǎn)、使用和評(píng)價(jià)空間51空間數(shù)據(jù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要素(1)數(shù)據(jù)情況說(shuō)明(2)位置精度或稱定位精度(3)屬性精度(4)時(shí)間精度。(5)邏輯一致性(6)數(shù)據(jù)完整性(7)表達(dá)形式的合理性空間數(shù)據(jù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要素(1)數(shù)據(jù)情況說(shuō)明522、空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的評(píng)價(jià)空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的評(píng)價(jià)，就是用空間數(shù)據(jù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要素對(duì)數(shù)據(jù)所描述的空間、專題和時(shí)間特征進(jìn)行評(píng)價(jià)。圖略2、空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的評(píng)價(jià)空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的評(píng)價(jià)，就是用空間數(shù)據(jù)質(zhì)53三、誤差的類型（源誤差、操作誤差）1、源誤差2、操作誤差三、誤差的類型（源誤差、操作誤差）1、源誤差54空問數(shù)據(jù)的質(zhì)量通常用誤差來(lái)衡量，而誤差定義為空間數(shù)據(jù)與其真值的差別?？臻g數(shù)據(jù)誤差的來(lái)源是多方面的，例如，GIS的原始錄入數(shù)據(jù)本身包含著數(shù)據(jù)采集過(guò)程中引入的源誤差。另外，在原始數(shù)據(jù)錄入到空間數(shù)據(jù)庫(kù)以及隨后的數(shù)據(jù)分析處理和結(jié)果輸出過(guò)程中，每一步都會(huì)引入新誤差。根據(jù)P．A．Burrough(1986)的建議，可以將GIS數(shù)據(jù)誤差的來(lái)源歸納為三類，如表4-3所示?？諉枖?shù)據(jù)的質(zhì)量通常用誤差來(lái)衡量，而誤差定義為空間數(shù)據(jù)與其真值551、源誤差(1)地面測(cè)量數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的誤差(2)地圖數(shù)字化數(shù)據(jù)的誤差①制圖誤差②數(shù)字化誤差(3)遙感數(shù)據(jù)誤差①數(shù)據(jù)獲取誤差②數(shù)據(jù)預(yù)處理誤差③數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換誤差④人工判讀誤差1、源誤差(1)地面測(cè)量數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的誤差56(1)地面測(cè)量數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的誤差來(lái)源于地面測(cè)量的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)中含有控制測(cè)量和碎部測(cè)量誤差。其中控制點(diǎn)誤差又受控制網(wǎng)的參考基準(zhǔn)、網(wǎng)形和觀測(cè)精度以及觀測(cè)費(fèi)用等因素的影響。碎部點(diǎn)誤差隨繼承了控制點(diǎn)的誤差外，還受自身的觀測(cè)方法、觀測(cè)精度和地界的人為判斷，以及地物地貌的取舍等因素的影響。當(dāng)然，原始觀測(cè)誤差受觀測(cè)儀器、觀測(cè)者和外界環(huán)境三種因素影響。地面測(cè)量數(shù)據(jù)中的誤差可以表現(xiàn)為隨機(jī)誤差、系統(tǒng)誤差或粗差。一般而言，粗差采用可靠性理論探測(cè)剔除，系統(tǒng)誤差采用實(shí)驗(yàn)方法校正或建立系統(tǒng)誤差模型處理，隨機(jī)誤差采用隨機(jī)模型，如最小二乘法平差處理。利用誤差傳播律可求得點(diǎn)坐標(biāo)的方差—協(xié)方差陣或誤差橢圓(球)元素采表達(dá)點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)的精度。(1)地面測(cè)量數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的誤差來(lái)源于地面測(cè)量的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)中含有57(2)地圖數(shù)字化數(shù)據(jù)的誤差目前GIS數(shù)據(jù)的主要來(lái)源之一是現(xiàn)有地圖數(shù)字化。原因固有誤差和數(shù)字化過(guò)程誤差是地圖數(shù)字化數(shù)據(jù)誤差的主要來(lái)源。原因固有誤差除含有上述地面控制測(cè)量和碎部測(cè)量的全部誤差外，還含有制圖誤差。(2)地圖數(shù)字化數(shù)據(jù)的誤差目前GIS數(shù)據(jù)的主要來(lái)源之一是現(xiàn)58①制圖誤差a、控制點(diǎn)展繪誤差b、編繪誤差c、繪圖誤差d、綜合誤差e、地圖復(fù)制誤差f、分色板套合誤差g、繪圖材料的變形誤差h、歸化到同一比例尺所引起的誤差i、特征的定義j、特征夸大誤差①制圖誤差a、控制點(diǎn)展繪誤差59②數(shù)字化誤差數(shù)字化方式主要有手工數(shù)字化和掃描數(shù)字化。目前在生產(chǎn)實(shí)踐中多采用掃描數(shù)字化，然后屏幕半自動(dòng)化跟蹤。線劃跟蹤與掃描數(shù)字化所引起的平面誤差較小，只是在掃描數(shù)字化時(shí)，要素結(jié)合處出現(xiàn)的誤差較大。②數(shù)字化誤差數(shù)字化方式主要有手工數(shù)字化和掃描數(shù)字化。60(3)遙感數(shù)據(jù)誤差數(shù)據(jù)獲取誤差數(shù)據(jù)處理誤差數(shù)據(jù)分析誤差數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換誤差人工判斷誤差(3)遙感數(shù)據(jù)誤差數(shù)據(jù)獲取誤差612、操作誤差(1)由計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)引起的誤差(2)由拓?fù)浞治鲆鸬恼`差(3)數(shù)據(jù)