地理信息第五章空间数据的采集与处理

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数字化仪由电磁感应板、游标和相应的 电子电路组成,如图4-2所示。这种设备 利用电磁感应原理:在电磁感应板的x,y 方向上有许多平行的印刷线,每隔200μm 一条。
游标中装有一个线圈。当使用者在电磁感 应板上移动游标到图件的指定位置,并将 十字叉丝的交点对准数字化的点位,按动 相应的按钮时,线圈中就会产生交流信号, 十字叉丝的中心也便产生了一个电磁场, 当游标在电磁感应板上运动时,板下的印 制线上就会产生感应电流。
目前,主要的变换函数有:仿射变换、双线性 变换、平方变换、双平方变换、立方变换、四 阶多项式变换等
具体采用哪一种,则要根据纠正图象的变形情 况、所在区域的地理特征及所选点数来决定。
1、地形图的纠正
对地形图的纠正,一般采用四点纠正法或逐网格纠正 法。
四点纠正法,一般是根据选定的数学变换函数,输入 需纠正地形图的图幅行、列号、地形图的比例尺、图 幅名称等,生成标准图廓,分别采集四个图廓控制点 坐标来完成。
三、统计数据 国民经济的各种统计数据常常也是GIS的数据源。
如人口数量、人口构成、国民生产总值等等。 四、实测数据 各种实测数据特别是一些GPS点位数据、地籍测
量数据常常是GIS 的一个很准确和很现势的资料。 五、数字数据 目前,随着各种专题图件的制作和各种GIS系统的
建立,直接获取数字图形数据和属性数据的可能性 越来越大。数字数据也成为GIS信息源不可缺少的 一部分。但对数字数据的采用需注意数据格式的转 换和数据精度、可信度的问题。
表4-1 河流编码的标准分类方案和数码系统表 (略)
二、图形数据的采集
1、手扶跟踪数字化仪输入

(1)手扶源自文库踪数字化仪

(2)数字化过程
2、扫描仪输入

(1)扫描仪简介

(2)扫描过程
(1)手扶跟踪数字化仪
通向计算机接口
叉丝
游标
按扭 电磁感应板
图4-2 手扶跟踪数字化仪示意图
手扶跟踪数字化仪,根据其采集数据的方式 分为机械式、超声波式和全电子式三种, 其中全电子式数字化仪精度最高,应用最 广。按照其数字化版面的大小可分为A0、 A1、A2、A3、A4 等。
3、编码方法
(1)列出全部制图对象清单。 (2)制定对象分类,分级原则和指标将制图
对象进行分类、分级。 (3)拟定分类代码系统。 (4)设定代码及其格式。设定代码使用的字
符和数字、码位长度、码位分配等。 (5)建立代码和编码对象的对照表.这是编
码最终成果档案,是数据输人计算机进行编码 的依据。
一、地图
各种类型的地图是GIS最主要的数据源,因为 地图是地理数据的传统描述形式
是具有共同参考坐标系统的点、线、面的二维 平面形式的表示,内容丰富
图上实体间的空间关系直观,而且实体的类别 或属性可以用各种不同的符号加以识别和表示。
我国大多数的GIS系统其图形数据大部分都来 自地图。
六、各种文字报告和立法文件
各种文字报告和立法文件在一些管理类的GIS 系统中,有很大的应用,如在城市规划管理信 息系统中,各种城市管理法规及规划报告在规 划管理工作中起着很大的作用。
对于一个多用途的或综合型的系统,一般都要 建立一个大而灵活的数据库,以支持其非常广 泛的应用范围。而对于专题型和区域型统一的 系统,则数据类型与系统功能之间具有非常密 切的关系。
设定扫描范围
扫描参数设置完后,即可通过扫描获得某个地区的栅格数据。
通过扫描获得的是栅格数据,数据量比较大。如一张地形图采用 300dpi灰度扫描其数据量就有20兆左右。
除此之外,扫描获得的数据还存在着噪声和中间色调像元的处理 问题。
噪声是指不属于地图内容的斑点污渍和其它模糊不清的东西形成 的像元灰度值。噪音范围很广,没有简单有效的方法能加以完全 消除,有的软件能去除一些小的脏点,但有些地图内容如小数点 等和小的脏点很难区分。
地图应用注意
地图存储介质的缺陷 由于地图多为纸质,由 于存放条件的不同,都存在不同程度的变形, 具体应用时,须对其进行纠正。
地图现势性较差 由于传统地图更新需要的周 期较长,造成现存地图的现势性不能完全满 足实际的需要。
地图投影的转换 由于地图投影的存在,使得 对不同地图投影的地图数据进行交流前,须 先进行地图投影的转换。
第二节 空间数据采集
一、属性数据的采集 二、图形数据的采集
一、属性数据的采集
属性数据即空间实体的特征数据,一般包括名称、等 级、数量、代码等多种形式,属性数据的内容有时直 接记录在栅格或矢量数据文件中,有时则单独输入数 据库存储为属性文件,通过关键码与图形数据相联系。
对于要输入属性库的属性数据,通过键盘则可直接键 入。
2、编码内容
(1)登记部分,用来标识属性数据的序号, 可以是简单的连续编号,也可划分不同层次进 行顺序编码;
(2)分类部分,用来标识属性的地理特征, 可采用多位代码反映多种特征;
(3)控制部分,用来通过一定的查错算法, 检查在编码、录入和传输中的错误,在属性数 据量较大情况下具有重要意义。
逐网格纠正法,是在四点纠正法不能满足精度要求的 情况下采用的。这种方法和四点纠正法的不同点就在 于采样点数目的不同,它是逐方里网进行的,也就是 说,对每一个方里网,都要采点。
第五章 空间数据采集与处 理
第一节 数据源种类 第二节 空间数据采集 第三节 空间数据的编辑与处理 第四节 空间数据质量及其精度分析
地理信息系统的数据源是指建立地理信息系统 数据库所需要的各种类型数据的来源。
地理信息系统的数据源是多种多样的,并随系 统功能的不同而不同
第一节 数据源种类
一、地图 二、遥感影象数据 三、统计数据 四、实测数据 五、数字数据 六、各种文字报告和立法文件
CCD扫描仪的工作原理
(2)扫描过程
扫描模式的设置,(分二值、灰度、百万种 彩色),对地形图的扫描一般采用二值扫描, 或灰度扫描。对彩色航片或卫片采用百万种 彩色扫描,对黑白航片或卫片采用灰度扫描。
扫描分辨率的设置,根据扫描要求,对地形 图的扫描一般采用300dpi或更高的分辨率。
针对一些特殊的需要,还可以调整亮度、对 比度、色调、GAMMA曲线等。
二、遥感影象数据
遥感影象是GIS中一个极其重要的信息源。 通过遥感影象可以快速、准确地获得大面积的、
综合的各种专题信息,航天遥感影象还可以取 得周期性的资料,这些都为GIS提供了丰富的 信息。 但是因为每种遥感影象都有其自身的成像规律、 变形规律,所以对其的应用要注意影象的纠正、 影象的分辨率、影象的解译特征等方面的问题。
对于要直接记录到栅格或矢量数据文件中的属性数据, 则必须先对其进行编码,将各种属性数据变为计算机 可以接受的数字或字符形式,便于GIS存储管理。
1、编码原则
(1)编码的系统性和科学性。 (2)编码的一致性。 (3)编码的标准化和通用性。 (4)编码的简捷性。 (5)编码的可扩展性。
2、扫描仪输入
扫描仪简介 扫描过程
(1)扫描仪简介
扫描仪直接把图形(如地形图)和图象(如遥感影 象、照片)扫描输入到计算机中,以象素信息 进行存储表示的设备。
按其所支持的颜色分类,可分为单色扫描仪和 彩色扫描仪;按所采用的固态器件又分为电荷 耦合器件(CCD)扫描仪、MOS电路扫描仪、紧 贴型扫描仪等;按扫描宽度和操作方式分为大 型扫描仪、台式扫描仪和手动式扫描仪。
对于中间色调像元,则可以通过选择合适的阈值选用一些软件如 Photoshop等来处理。
一般对获得的栅格数据还要进行一些后续处理如图象纠正、矢量 化
扫描的优点
扫描输入因其输入速度快 不受人为因素的影响 操作简单 计算机运算速度 存储容量的提高和矢量化软件的踊跃出现,使
得扫描输入已成为图形数据输入的主要方法。
第三节 空间数据的编辑与 处理
一、误差或错误的检查与编辑 二、图象纠正 三、数据格式的转换 四、地图投影转换 五、图象解译 六、图幅拼接
一、误差或错误的检查与编辑
通过矢量数字化或扫描数字化所获取的原始空 间数据,都不可避免的存在着错误或误差
属性数据在建库输入时,也难免会存在错误, 对图形数据和属性数据进行一定的检查、编辑
2、目视检查法,指在屏幕上用目视检查的方法,检查一些明显的 数字化误差与错误,如图所示,包括线段过长或过短、多边形的 重叠和裂口、线段的断裂等;
3、逻辑检查法,如根据数据拓扑一致性进行检验,将弧段连成多 边形,进行数字化误差的检查。有许多软件已能自动进行多边形 结点的自动平差。另外,对属性数据的检查一般也最先用这种方 法,检查属性数据的值是否超过其取值范围。属性数据之间或属 性数据与地理实体之间是否有荒谬的组合。
是很有必要的。
图形数据和属性数据的误差原因
1、空间数据的不完整或重复:主要包括空间点、线、 面数据的丢失或重复、区域中心点的遗漏、栅格数据 矢量化时引起的断线等;图4-4 数字化几种误差示例
2、空间数据位置的不准确:主要包括空间点位的不 准确、线段过长或过短、线段的断裂、相邻多边形结 点的不重合等;
印制板周围的多路开关等线路可以检测出 最大信号的位置,即十字叉线中心所在的 位置,从而得到该点的坐标值。
(2)数字化过程
把待数字化的图件固定在图形输入板上,首先 用鼠标器输入图幅范围和至少四个控制点的坐 标,随后即可输入图幅内各点、曲线的坐标。
通过数字化仪采集数据数据量小,数据处理的 软件也比较完备,但由于数字化的速度比较慢, 工作量大,自动化程度低,数字化的精度与作 业员的操作有很大关系,所以,目前很多单位 在大批量数字化时,已不再采用它。
土地利用类型 7
耕地
园地
林地
牧草地
居民点及公矿用地 交通用地
水域
未利用地
71
72
73
74
75
75
76
77
有林地
灌木地
疏林地
未成林林地
迹地
731
732
733
734
735
针叶树疏林地 7331
阔叶树疏林地 7332
编码的类型
1)层次分类编码法: 是按照分类对象的从属和层次关系为排列顺序的一
种代码,它的优点是能明确表示出分类对象的类别, 代码结构有严格的隶属关系。上图以土地利用类型 的编码为例,说明上图 :土地利用类型编码(层次 分类编码法)层次分类编码法所构成的编码体系。 2)多源分类编码法 又称独立分类编码法。是指对于一个特定的分类目 标,根据诸多不同的分类依据分别进行编码,各位 数字代码之间并没有隶属关系。表4-1以河流为例说 明了属性数据多源分类编码法的编码方法。
的中心投影或多中心投影转换为正射投影等。 5、由于扫描时,受扫描仪幅面大小的影响,有时需将一幅地形图
或遥感影象分成几块扫描,这样会使地形图或遥感影象在拼接时 难以保证精度。
地形图和遥感影象的纠正过程及步骤
对扫描得到的图象进行纠正,主要是建立要纠 正的图象与标准的地形图或地形图的理论数值 或纠正过的正射影象之间的变换关系
3、空间数据的比例尺不准确; 4、空间数据的变形; 5、空间属性和数据连接有误; 6、属性数据不完整;
图4-4 数字化几种误差示例
检查方法
1、叠合比较法,是空间数据数字化正确与否的最佳检核方法,按 与原图相同的比例尺用把数字化的内容绘在透明材料上,然后与 原图叠合在一起,在透光桌上仔细的观察和比较。一般,对于空 间数据的比例尺不准确和空间数据的变形马上就可以观察出来, 对于空间数据的位置不完整和不准确则须用粗笔把遗漏、位置错 误的地方明显地标注出来。如果数字化的范围比较大,分块数字 化时,除检核一幅(块)图内的差错外还应检核已存入计算机的其它 图幅的接边情况;
二、图象纠正
1、由于受地形图介质及存放条件等因素的影响,使地形图的实际 尺寸发生变形;
2、在扫描过程中,工作人员的操作会产生一定的误差,如扫描时 地形图或遥感影象没被压紧、产生斜置或扫描参数的设置等因素 都会使被扫入的地形图或遥感影象产生变形,直接影响扫描质量 和精度;
3、由于遥感影象本身就存在着几何变形; 4、由于所需地图图幅的投影与资料的投影不同,或需将遥感影象
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