地理信息系统第五讲：GIS空间数据类型和数据挖掘

空间图形数据的采集
1、扫描数字化 1）栅格扫描仪扫描 2）栅格扫描数据到矢量的转换 3）矢量扫描仪扫描 4）其它类型的自动数字化仪器 ①视频数字化仪 ②解析测图仪 5）已是数字形式的空间数据的输入 6）其它数字形式的空间数据源 ①内插数据 ②其它数据
数字化设备种类
数字化仪：又称图数转换器，是一种 通过一定量测手段将图形或图像转换成 数字信息的装置。常用的数字化设备有：
时间特征
时间特征：是指空间数据总是在某一特 定时间或时间段内采集得到或计算产生 的，因此，GIS数据是动态的空间数据， 必须进行动态更新和维护。
专题特征
专题特征(属性)：指的是除了时间和空间 特征以外的空间现象的其他特征。 如地形的坡度、坡向、某地的年降雨量、 土地酸碱度、土地覆盖类型、人口密度、 交通流量、空气污染程度等
手扶跟踪数字化仪（数字化仪）
扫描数字化仪（扫描仪）
手扶跟踪数字化仪
简称数字化仪，是一种用来
记录和跟踪地图点、线位置
的手工数字化设备。
数字化仪的幅面

根据尺寸和使用条件的不同，大
致可分为两类wk.baidu.com 小型数字化仪 (Tablet)：
A4，A3，A2；
大型数字化仪(Digitizer)：
A1，A0，A00。
地图符号
地图制作过程和地图综合
地图的制作与GIS开发过程有许多相似之处，大致可分下 列步骤： 1）调查分析地图用户的要求； 2）确定制图目标，确定比例尺、投影、内容、设计符号、 编制地图规范； 3）收集数据、野外测量、像片判读、问卷调查等； 4）对数据进行鉴别、分析处理； 5）转绘数据到基础底图上； 6）进行地图综合，先选样区试验再对整个制图区域进行综 合； 7）进行地图清绘； 8）检查质量，检验精度等； 9）修改后制版印刷。
全球定位系统概念
所谓全球定位系统（GPS，Global Position System）是利用人造地球卫星来进行定位的。 利用人造卫星不仅可以实现全球性的或区域 性的高精度定位，而且还可以综合用于通信、 交通管制、气象服务等，所以在军事和民用 方面得到了广泛的应用。 世界上第一个实用的卫星定位系统，是美 国研制的子午仪（Transit）卫星导航系统， 它于1964年正式投入使用，主要为美国海军 服务，1967年对民用部门开放。
接口方式

又称连接界面，是指扫描仪与计算 机之间采用的接口类型。常用的有 USB接口、SCSI接口和并行打印机接 口。SCSI接口的传输速度最快，而 采用并行打印机接口则更简便。
数据种类
1、基础制图数据 基础制图数据包括地形数据和人文景观数据。 1）图像结构(栅格） 2）拓扑图形结构（矢量） 2、自然资源数据 3、调查统计数据 4、数字高程(地面)模型数据（DEM，DTM） 获取和存贮高程数据的方法有 4 种基本方法：规 则格网法、离散等高线法、断面量测法和不规 则三角网法。 5、法律文档数据 6、已有系统数据

全球定位系统概念
GPS系统可在全球范围内 /全天候为海上、 陆上、空中、空间的用户连续地提供高 精度的位置、速度和时间信息，并且有 良好的抗干扰和保密性能。对导航定位、 武器使用、交通管制、大地测量，以及 精密授时等均具有重要意义。世界上一 些科技发达国家都把发展 GPS 系统，作 为促进整个无线电导航现代化的核心， 把建成 GPS 系统作为无线电导航领域进 入二十一世纪的重要标志之一。
地图制图工作要点
取舍：它实际上贯穿于整个制图过程中。 分类：指的是将同样的或类似的制图对象划入一组。 简化：实际上，取舍、分类和符号化都是为了简化细节，但简化还 有其它形式。 符号化：由于不可能将所有制图对象的实际形状按比例缩小到地图 上，所以地图上要用符号。符号又分为两类：抽象符号或象形符 号。 地图综合分为两部分；图形综合和制图内容综合。 1）图形综合 对点状、线状、面状符号的综合需要不同的方法。 2）内容综合 内容综合有两个方面：取舍和分类。
地图概念
地图一般分为普通地图和专题地图。 普通地图：是一般性的参考图，它主要用来表达六方面内容；居 民地、道路、行政边界、地形、及地表覆盖、水系和典型目标物。 专题地图：突出反映某一种或几种地图要素的地图。 天气预测图——以天气类型、温度和降水空间分存为主的地图； 旅游图——以介绍旅游景点位置和交通状况为主的地图； 交通图——以介绍街区和公共交通状况为主的地图； 地铁线路图——反映地铁站点位置、路径、中转位置等为主的地图； 地势图——以反映地形起伏和山脉高程为主的地图； 反映自然条件的专题地图有；地质图、土壤图、气候图、植被图、 太阳能分布图、风能分布图、洋流图、潮汐图等； 反映经济状况的专题图：交通图、工业图、农业图、商业图、贸易 图、水利图、电力图、渔业图、林业图、牧业图等。
名义分辩率=图象某行对应于地面的实际距离 / 该行的象元素 雷达是一种自身发射电磁能又回收这种能量的 主动式系统，它又分为真实孔径雷达和合成孔 径雷达。 雷达图象有两种分辩率：一种是由其发送信号 脉冲持续的时间和信号传播方向与地面的夹角 决定的，称为距离分辩率。另一种分辩率是由 雷达波束的宽度和地物离飞行底线的距离决定 的，而波束宽度又与雷达波长成正比，与天线 的长度成反比，这种分辩率被称为方位分辩率。
二、数据挖掘
数据挖掘（加工整理）
一、数据分类标准 二、基础原始数据的确定 三、原始数据项目的确定 四、数据标准的准确性的确定 五、数据录入表设计
数据采集

一、空间图形数据的采集 二、非空间属性数据的采集 三、空间数据和非空间数据的连接
空间图形数据的采集
1、手扶跟踪数字化输入 1）数字化过程 2）数字化方式 数字化有两种基本方式：流方式和点方式。 3）数字化仪的其它输入功能 4）矢量到栅格数据的转换 5）数字化的精度 6）数据共享
一、数据类型
确定GIS数据需求
寻找数据源，进行数据挖掘
有无所需的数据内容 大地测量控制 地籍测量 航空测量 遥感室外调查（土壤、植被、交通等） 定点观察（地球物理、气象、水文、生态等） 地形图 人口普查 工业/经济调查 基础设施 （通讯、电力、运输、医疗、教育等）
提取信息，模型和知识
空间数据的基本特征
（A/D转换器将模拟电信号变为数字电信号）
扫描仪的主要性能指标
光学分辨率 最大分辨率 辐射分辨率（色彩位数） 扫描幅面 接口方式
光学分辨率
是指扫描仪的光学系统可以采集的实 际信息量，也就是扫描仪的感光元 件——CCD的分辨率。

例如A4扫描仪可扫描的最大宽度为216mm（ 8.5 英寸），它的CCD含有5100个单元，其光学分辨率 为5100点/8.5英寸=600dpi。
航天遥感数据
航天遥感数据有下列优点： 1）增大了观测范围。 2）能够提供大范围的瞬间静态图象。 3）能够进行大面积重复性观测，即使是人 类难以到达的偏远地区也能够做到这一 点。 4）大大加宽了人眼所能观察的光谱范围。 5）空间详细程度高（分辨率达0.2米）。
遥感图像空间分辩率
R-=c
航空遥感像片
立体像对上测量高度并建立地面坐标系
1）航空像片相对定向，建立航空像片坐标系； 2）测量像点视差计算像点高度； 3）建立地面坐标系。 航空像片坐标向通用的地图投影坐标系的转换为 正射影像。 航测数字影像目前可以有两种方式获得： 一是用高精度扫描仪对航空像片扫描得到数字影像； 二是用数字摄影机直接得到数字影像。
空间数据描述：现实世界各种现象的三大 基本特征：空间、时间和专题属性。
空间特征
空间特征：指空间物体的位置、形状和 大小等几何特征，以及与相邻物体的拓 扑关系。
人类对空间目标的定位一般不是通过记忆其空 间坐标确定的，而是确定某一目标与其他更熟 悉的目标间的空间位置关系进行定位的，而这 种关系往往也就是拓扑关系。
数字化仪的构成

感应板 (Drawing Board) 标识器 (Pointing Device)
数字化仪的性能参数

操作方式 输出格式 数据转换率
分辨率
精度
操作方式

点方式 流方式 ( 开关流 / 连续流 ) 增量方式
(距离/时间)
…...
扫描数字化仪

简称扫描仪，它是一
全球定位系统概念

卫星在高约20183公里的近圆形轨道上运行， 周期约12小时，每颗卫星绕地球运行二圈时， 地球恰好绕其轴转一周。这样，每颗卫星每 一个恒星日有1-2次通过同一地点的上空。这 样的安排，使每一颗卫星每天至少能通过一 个地面控制站的上空，因此地面控制站可全 设在美国国内。由于恒星日（23小时56分03.6 秒）与平阳日之差，卫星经过同一地点的时 间，每天约要提前4分钟。
第五讲：GIS空间数据分类与挖掘
一、地理信息系统的数据
众所周知：GIS的一个重要组成部分就是数据。 数据类型:在开发一个特定的GIS时，要根据应用 需求确定对各类数据的要求（交通，规划，国 土等）。 数据挖掘:随着GIS产业化的深入发展，越来越多 的数据资料被不同数据生产部门数字化，因此 需要根据用户需求进行选择，提取，加工和处 理，以变成有效的信息和知识过程。 数据质量:数据质量是指数据适用于不同应用能 力的数据。
全球定位系统概念
全球定位系统（GPS）： 卫星如何测距？ GPS接收机如何与卫星同步产生伪码？ GPS的误差与微分纠正 GPS系统:美国NAVSTAR GPS


TRANSIT 俄国GLONASS 欧空局GEOSTAR
全球定位系统概念
GPS系统有 21颗工作卫星，平均 配置在 6 个轨道上。卫星发射 用伪随机码（伪码）调制的二 种频率（ L1 、 L2 ）的信号， L1 ＝ 1575.42MHz ， L2 ＝ 1227.6MHz。用户设备用测量 到几颗卫星的距离的方法，来 确定观察点的位置。它能连续 提供三维位置（经度、纬度、 高度）、三维速度和时间，实 现近乎实时的导航定位。双频 发射是为了供用户设备消除电 离层对传播的影响。
数据的测量尺度
对特定现象的测量：就是根据一定的标准对其 赋值或打分（模糊分析法）。 命名式的测量尺度：也称作类型测量尺度，只 对特定现象进行标识，赋予一定的数值或符号 而不定量描述（定性分析法：如大中小企业定 点分布）。 次序测量尺度：是基于对现象进行排序来标识 的（分级统计法：如人口分级统计）。 比例测量尺度的测量值：指那些有真零值而且 测量单位的间隔是相等的数据（函数值法）。
最大分辨率

又叫内插分辨率，它是在相邻像素 之间求出颜色或者灰度的平均值从 而增加像素数的办法。内插算法增 加了像素数，但不能增添真正的图 像细节，因此，我们应更重视光学 分辨率。
辐射分辨率

又叫色彩分辨率，或色彩深度、色 彩模式、色彩位或色阶，总之都是 表示扫描仪分辨彩色或灰度细腻程 度的指标，它的单位是bit（位）。 色彩位确切的含义是用多少个位来 表示扫描得到的一个像素。
R-=c
全球定位系统概念

伪码有P码、Y码、C/A码三种。P码（或Y码） 信号，定位精度高、保密性好，仅供美军和 特许用户使用，实时定位精度约为10米。C/A 码信号，供一般用户使用，定位精度将受到 控制，计划限制在100米（2drms）范围。为 了能获得更好的定位精度，已经相继采取了 一些措施。例如，C/A码采用差分GPS技术， 可以达到米级的定位精度；供测地用的采用 无码技术的用户设备，可以达到厘米级的相 对定位精度。

数据特点
扫描式传感器所获图像 侧视雷达图像 常见的卫星数据： 目前世界上常用的卫星数据仍然是美国的陆地 卫 星 （ Landsat ） 专 题 制 图 仪 （ ThematicMapper ， TM ）、诺阿气象卫星的甚 高分辩率辐射仪（NOAA-AVHRR）和法国SPOT卫 星的较高分辩率传感器（ HRV ）数据及美国的 SPACEIMAGING的IKNOS高分辨率卫星数据。
种将地图或图像按一定的
分辨率一般转换成栅格格
式数据的装置。
扫描仪的种类

按辐射分辨率划分：
二值扫描仪、灰度扫描仪和彩色扫描仪；
按结构划分：
滚筒扫描仪、平台扫描仪和CCD摄像机

按扫描方式划分：
栅格扫描仪、矢量扫描仪
扫描仪的构成


滚筒/平台
扫描头


光学系统
光电转换系统 模数转换器
（CCD单元将光信号转换为模拟电信号）