12海道测量数据管理(第十二章)

12海道测量数据管理（第十二章）
第十二章数据管理与分析
12.1空间数据结构
12.1.1概述
一、信息与数据
信息是现实世界在人们头脑中的反映。

可以用数字、文字、符号、语言、图形、图像、声音等把它记录下来。

一般信息具有四个方面的特点：
1.客观性：任何信息都是客观事物的反映；
2.适用性：信息可以作为各种工作的依据，具有广泛的适用性；
3.传输性：信息可以在发送者和传递者之间进行传输，并保持意义不变；
4.共享性：信息可以被许多用户使用，信息共享是现代信息社会最基本的特点。

对计算机而言，数据是指输入到计算机并能被计算机进行处理的一切现象，包括数字、文字、符号、声音和图像等，在计算机环境中，数据是描述事物的唯一工具。

数据是用以载荷信息的物理符号，没有任何实际意义，只是一种数学符号的集合，只有在其上加上某种特定的含义，它才代表某一实体或现象，这时数据才能变为信息。

273
1.位置信息：用定位数据（亦称几何数据）来记录，它反映自然现象的地理分布，具有定位的性质。

比如点位坐标。

12.1.2数据结构
一、概述
高效率的数据结构，应具备几方面的要求：
1.组织的数据能够表示要素之间的层次关系，便于不同数据连接和覆盖；
2.能正确反映地理实体的空间排列方式和各实体间相互关系；
3.便于
存取和检索；
4.节省存储空间，减少数据冗余；
5.存取速度快，在运算速度较慢的微机上能做到快速响应；
274
6.足够的灵活性，数据组织应具有插入新的数据、删除或修改部分数
据的基本功能。

空间数据的主要结构有栅格数据结构和矢量数据结构两种
形式。

二、栅格数据结构
将工作区域的平面表象，按一定分解力进行行和列的规则划分，形成
许多格网，每个网格单元称为像素（也称为像元），栅格数据结构实际上
就是像元阵列，即像元按矩阵形式的集合，栅格中的每个像元是栅格数据
中最基本的信息存储单元，其坐标位置可以用行号和列号确定。

由于栅格
数据是按一定规则排列的，所以表示的实体位置关系是隐含在行号、列号
之中的。

网格中每个元素的代码代表了实体的属性或属性的编码，根据所
表示实体的表象信息差异，各像元可用不同的“灰度值”来表示。

若每个
像元规定n比特(bit)，则其灰度值范围可在0～2\之间；把白到灰色再
到黑色的连续变化量化成8比特，其灰度值范围就在0～255之间，共
256级；若每个像元只规定1比特，则灰度值仅为0和1，这就是所谓二
值图像，0代表背景，1代表前景。

实体可分为点实体、线实体和面实体。

点实体在栅格数据中表示为一个像元；线实体则表示为在一定方向上连接
成串的相邻像元集合；面实体由聚集在一起的相邻像元集合表示。

这种数据结构便于计算机对面状要素进行处理。

用栅格数据表示的地表是不连续的，是量化和近似离散的数据，这意味着地表在一定面积内（像元地面分辩率范围内）地理数据的近似性，例如平均值、主成分值或按某种规则在像元内提取的值等。

另一方面，栅格数据的比例尺就是栅格大小与地表相应单元大小之比。

像元大小相对于所表示的面积较大时，对长度、面积等的度量有较大影响。

这种影响除对像元的取舍外，还与计算长度、面积的方法有关。

三、矢量数据结构矢量是具有一定大小和方向的量，数学上和物理上把它叫做向量。

在纸上用笔画一条线段，绘图机在纸上画一条线段，计算机图形中一条有向线段，都是一个直观的矢量。

线段长度表示大小，线段端点的顺序表示方向。

有向线段用一系列有序特征点表示，有向线
（某，y）段集合就构成了图形。

矢量数据就是代表地图图形的各离散点平面坐标的有序集
合，矢量数据结构是一种最常见的图形数据结构，主要用于表示地图图形元素几何数据之间及其与属性数据之间的相互关系。

通过记录坐标方式，尽可能精确无误地表现点、线、面的地理实体。

其坐标空间假定为连续空间，不必像栅格数据结构那样进行量化处理，因此矢量数据更能精确地确定实体的空间位置。

四、栅格数据与矢量数据结构比较
栅格结构和矢量结构都有一定的局限性。

矢量数据结构是人们最熟悉的图形表达形式，
275
对于线画地图来说，用矢量数据来记录往往比用栅格数据节省存储空间。

相互连接的线网络或多边形网络则只有矢量数据结构模式才能做到，
因此矢量结构更有利于网络分析和制图应用。

矢量数据表示的数据精度高，并易于附加上对制图物体的属性所进行的分门别类的描述。

矢量数据只能
在矢量式数据绘图机上输出。

目前解析几何被频繁地应用于矢量数据的处
理中，对于一些直接与点位有关的处理以及有现成数学公式可循的针对个
别符号的操作计算，用矢量数据有其独到的便利之处。

矢量数据便于产生
各个独立的制图物体，并便于存储各图形元素间的关系信息。

栅格数据结构是一种影像数据结构，适用于图像的处理。

它与制图物
体的空间分布特征有着简单、直观而严格的对应关系，对制图物体空间位
置的可探性强，并为应用机器视觉提供了可能性，对于探测物体之间的位
置关系，栅格数据最为便捷。

多边形数据结构的计算方法中常常采用栅格
方案，而且在许多情况下，栅格方案还更有效。

例如，多边形周长、面积、总和、平均值的计算以及从一点出发的半径等在栅格数据结构中都减化为
简单的计数操作。

又因为栅格坐标是规则的，删除和提取数据都可按位置
确定窗口来实现，因此比矢量数据结构方便得多。

最近以矢量数据结构为
基础发展起来的栅格算法表明，有着一种比以前想像中更为有效的方法去
解决某些栅格结构曾经存在的问题。

例如，栅格结构的数据存储量过大的
问题而采用的压缩方法。

栅格数据结构与矢量数据结构的比较见表12—1。

栅格数据结构与矢量数据结构的比较表12—1
矢量数据结构数据存储量小空间位置精度高用网络连接法能完整描述
拓扑关系输出简单容易，绘图细腻、精确、美观可对图形及其属性进行检索、更新和综合数据结构复杂获取数据慢数学模拟困难多种地图叠合分析
困难不能直接处理数字图像信息空间分析不容易实现边界复杂和模糊的事
物难以描述数据输出的费用较高
栅格数据结构数据存储量大空间位置精度低难于建立网络连接关系输出速度快，但绘图粗糙、不美观便于面状数据处理数据结构简单可快速获取大量数据数学模拟方便多种地图叠合分析方便能直接处理数字图像信息空间分析易于进行容易描述边界复杂和模糊的事物技术开发费用低276
上述栅格数据结构与矢量数据结构的比较的优缺点是相对的、暂时的，将随着计算机等新技术的发展变化而变化。

上述传统的技术观点已正在变化。

五、栅格数据与矢量数据结构的转换
目前正在积极研究这两类数据结构的相互转换技术，而且已开发出栅
格数据结构和矢量数据结构相互转换的软件。

矢量到栅格的转换是简单的，有很多著名的程序可以完成这种转换，而且有许多显示屏幕中可以自动完
成转换工作。

栅格到矢量的转换也很容易理解，但具体算法要复杂得多。

实现两种数据结构的相互转换，可大大提高测量数据的使用性和通用性。

近年来，也有人在试验用一个软件同时实现栅格数据和矢量数据两种
模型，即混合栅格/矢量数据，以方便用户使用。

12.2水深测量元数据与数据质量
12.2.1空间数据的元数据
一、概述
信息社会的发展，导致社会各行各业对详实、准确的各种数据的需求
量迅速增加以及数据库的大量出现。

用户对不同类型数据的需求，要求数
据库的内容、格式、说明等符合一定的规范和标准，以利于数据的交换、
更新、检索、数据库集成以及数据的二次开发利用等，而这一切都离不开
元数据（Metadata）。

对空间数据的有效生产和利用，要求空间数据的规
范化和标准化。

应用于地学领域的数据库不但要提供空间和属性数据，还
应该包括大量的引导信息以及由纯数据得到的推理、分析和总结等，这些都是由空间数据的元数据系统实现的。

二、元数据概念与分类（一）元数据概念
\是一希腊语词根，意思是“改变”，“Metadata”一词的原意是关于数据变化的描述，即关于数据的数据。

到目前为止，科学界仍没有关于元数据的确切公认的定义。

但从各专家的定义中可以发现如下共同点：
1.元数据的目的：元数据的根本目的是促进数据集的高效利用，另一个目的是为计算机辅助软件工程(CASE)服务。