第四章 空间数据采集及其质量控制

第三节 空间数据的分类、编码
分类、编码
点、线、面 特征码、坐标
信息世界
数据输入前必须进行分类、编码:

便于管理、存储、检索。 惟一性、易识别性、通用性、标准化
3.1空间数据的组织
GIS应用
大范围 地理区域
经纬度分块
矩形分块
区域分块
合理组织
面向对 象组织
分层
空间数据库
3.2 地理数据的分层
属性信息获取：
遥感判读、 现场调查、 社会调查与统计
摄影测量、遥感等） ：
野外实地测量 航测遥感 地图数字化 社会调查与统计
数据输入方法
1. 2. 3. 4. 5.
空间数据： 数字化仪 扫描仪 坐标几何 摄影测量矢量化 现有数据转换
1.
2.
3. 4.
属性数据： 键盘 扫描 语音 现有数据转换
在数字化后的地图上，错误的具体表现形式有：
（1）伪节点 （2）悬挂节点 （3）“碎屑”多边形或“条带”多边形 （4）不正规的多边形
1 结点的编辑 1）结点吻合(Snap) 或称结点匹配、结点咬合，结点附和。 方法： A 结点移动，用鼠标将其它两点移 到另一点； B 鼠标拉框，用鼠标拉一个矩形， 落入该矩形内的结点坐标通过求它 们的中间坐标匹配成一致；
空间数据可按某种属性特征形成一个数据层，通常称为图层 （Coverage）。 1 空间数据分层方法： 1）专题分层: 每个图层对应一个专题，包含某一种或某一 类数据。如地貌层、水系层、道路层、居民地层等。 2）时间序列分层:即把不同时间或不同时期的数据作为一个数 据层。
专题分层 Z
时间序列
2 空间数据分层的目的
空间数据输入：扫描仪输入

扫描仪：滚筒式、平板 式。大幅面A0一般是滚 筒式，小幅面一般是平 板式A4。 扫描得到的是栅格图像。 扫描后，必须进行后续 处理。这一工作称为 “矢量化”

屏幕跟踪矢量化流程
准备扫描图像
栅格图像配准
新建数字化图层
屏幕跟踪矢量化地图
选择投影和单位 Leabharlann Baidu入控制点 编辑控制点
4.3 图像几何纠正
几何纠正是指对数字化原图数据进行的坐标系转 换和图纸变形误差的改正，以实现与理论值的一一对 应关系；

几何纠正的方法包括仿射变换、相似变换、二次 变换和高次变换等。

主要用于通过扫描得到的地形图和遥感影像。具 体算法和图形变换基本相同 。
4.3 图像几何纠正
1 高次变换
其中A、B代表二次以上高次项之和。上式是高次曲线方程， 符合上式的变换称为高次变换。式中有12个未知数，所以在进 行高次变换时，需要有 6 对以上控制点的坐标和理论值，才能 求出待定系数。
属性数据采集
1 键盘，人机对话方式 2 程序批量输入。
属性和几何数据的连接
几何数据
标识码
属性数据
1可手工输入
002
001
2 由系统自动生成 ( 如用顺序号代表 标识符) 程序
空间 数据库
a1
001 002
a2
问：属性数据如何与 几何（图形）数据建 立联系？
空间数据与属性数据连接－空间数据的维护

2 空间数据的检查 目视检查法 ，叠合比较法 ,逻辑检查法
1 ）通过图形实体与其属性的联合显示，发现数字 化中的遗漏、重复、不匹配等错误； 2 ）在屏幕上用地图要素对应的符号显示数字化的 结果，对照原图检查错误； 3 ）把数字化的结果绘图输出在透明材料上，然后 与原图叠加以发现错漏；
4 ）对等高线，通过确定最低和最高等高线的高程 及等高距，编制软件来检查高程的赋值是否正确； 5 ）对于面状要素，可在建立拓扑关系时，根据多 边形是否闭合来检查，或根据多边形与多边形内点 的匹配来检查等； 6 ）对于属性数据，通常是在屏幕上逐表、逐行检 查，也可打印出来检查； 7 ）对于属性数据还可编写检核程序，如有无字符 代替了数字，数字是否超出了范围，等等； 8 ）对于图纸变形引起的误差，应使用几何纠正来 进行处理。
空间数据的处理
4.1空间数据预处理
数据预处理主要是指数据的误差或错误的检查与编辑。
1 空间数据输入的误差
1）几何数据的不完整或重复。
2）几何数据的位置不正确。
3）比例尺不正确。 4）变形。 5）几何数据与属性数据的连接有误。 6）属性数据错误、不完整。
数字化几种误差示例
键盘输入错误，漏输数据或属性错误分类、编码等。
将空间数据和属性数据连接在一起。空间数据和属性 数据必须相互有联系才能应用。 空间数据和属性数据是分开输入，需要完成两者的连 接，才完成数据输入工作。 空间数据输入，一般自动产生一个要素属性表。用这 个表与单独输入的属性表连接。 表的连接过程。需要一个共有的连接关键字段。一般 是用“编码字段”。


X,Y,属性值 多边形N 层2 „ 层n
„
像元n坐标
„
层n属性值
像元2
„
像元n
3.3 属性数据编码
1 分类码和标识码
2 分类码示例
3 标识码示例
C
1
4
9
2
第四节 GIS空间数据处理
数据处理，是指对数据进行收集、筛选、排序、归并、转换、检 索、计算以及分析、模拟和预测的操作，其目的就是把数据转换成 便于观察、分析、传输或进一步处理的形式，为空间决策服务。
C 求交点，求两条线的交点或其延长线的交点， 作为吻合的结点；
D 自动匹配，给定一个吻合容差，或称为咬合距， 在图形数字化时或之后，将容差范围内的结点自 动吻合成一点。
一般，若结点容差设置合理，大多数结点能够吻合 在一起，但有些情况还需要使用前三种方法进行人工 编辑。
2）结点与线的吻合 在数字化过程中，常遇到一个结点与一个线状目 标的中间相交。由于测量或数字化误差，它不可能 完全交于线目标上，需要进行编辑，称为结点与线 的吻合。
属性
A
p L1 A
p
去除 公共边界 A
p L1 A
p
合并
A
p L1 A
p
3 图幅接边—形成无缝数据库
图幅的拼接总是在相邻 两图幅之间进行的。
在对底图进行数字化以后，由于图幅比较大或者使用小型数字化 仪时，难以将研究区域的底图以整幅的形式来完成，这是需要将整 个图幅划分成几部分分别输入。 几何裂缝：指由数据文件边界 分开的一个地物的两部分不能 精确地衔接。 ---几何接边。
地理空间数 据是GIS的 血液！
属性数据的来源
空间数据输入
属性数据输入
编辑和维护
编辑和维护
空间数据和属性数据的连接
空间数据库
数据来源分类

地图数据


影像数据
社会经济数据


统计数据
实测数据


数字资料
文字报告
第二节 GIS 数据获取
空间数据

属性数据

空间位置信息获取（全
站仪测量、GPS测量、
空间数据——野外实地测量
野外测量：大平板、全站仪、GPS、移动测绘系统 特 点：精度高、效率较低 适合范围：小范围GIS数据采集或局部数据更新
空间数据——航测遥感
空间数据输入：数字化仪输入（手工数字化）



数字化仪的工作原理 数字化仪的分辨率。目前可 以达到（每英寸10160线)每 毫米400线以上。一般也能 达到0.1mm 需要操作者掌握输入的精度 数字化仪可以直接得到矢量 数据 随着数字测量和GIS的普及， 纸质地图数字化的机会越来 越少
编辑的方法：
D B E A
A、 结点移动，将结点移动到线目标 C 上。 B、 使用线段求交； C、 自动编辑，在给定容差内，自动 求交并吻合在一起。
3）需要考虑两种情况 A、 要求坐标一致，而不建立拓扑关系；如 高架桥（不需打断，直接移动）
无结点
B、 不仅坐标一致，且要建立之间的空间关 联关系；如 道路交叉口（需要打断）
第四章 GIS数据获取与处理
第一节 GIS的数据源 第二节 GIS 数据获取
第三节 空间数据的分类、编码
第四节 GIS空间数据处理 第五节 空间数据质量及其控制 第六节 GIS空间元数据（ Geospatial Metadata）
2016年6月25日星期六
第一节 GIS的数据源
GIS数据
空间数据来源

2 二次变换
当不考虑高次变换方程中的A和B时，则变成二次曲线方程，称为 二次变换。二次变换适用于原图有非线性变形的情况，至少需要5对 控制点的坐标及其理论值，才能解算待定系数。
3 仿射变换 实质是两坐标系间的旋转变换。
设图纸变形引起 x,y 两个方向比例尺不同，当 x,y比例尺相同 时，为相似变换。
(b)
(a)
逻辑裂缝：同一地物地物编码 不同或具有不同的属性信息， 如公路的宽度，等高线高程等。 ---逻辑接边
(c)
图幅拼接
4 相同属性多边形公共边界的删除
当图幅内图形数据完成拼接后，相邻图斑会有相同属性。 此时，应将相同属性的两个或多个相邻图斑组合成一个 图斑，即消除公共边界，并对共同属性进行合并。
4）对不同数据层进行叠加，可 进行各种目的的空间分析。
栅格数据分层
建筑物
Z
森林
土壤 地貌
Y
X
栅格数据组织
栅格数据文件 栅格数据文件
层1 像元1 X,Y,属性值 X,Y,属性值
栅格数据文件
层1 多边形1 属性值 像元1坐标
像元1
X坐标
Y坐标 层1属性值 层2属性值
像元2
„ 像元n 层2 „ 层n
„

矢量数据结构向栅格数据结构的转换 栅格数据结构向矢量数据结构的转换
栅格矢量化得到的弧段数据
弧段数据自动生成多边形
4.6 图形编辑
图形编辑又叫数据编辑、数字化编辑，是指对地图资 料数字化后的数据进行编辑加工，其主要的目的是在改正
数据差错的同时，相应地改正数字化资料的图形。
图形编辑是一交互处理过程， GIS具备的图形编辑功能 的要求是： 1）具有友好的人机界面，即操作灵活、易于理解、响应 迅速等； 2）具有对几何数据和属性编码的修改功能，如点、线、 面的增加、删除、修改等； 3）具有分层显示和窗口操作功能，便于用户的使用。
4 11 P1 15 6 P2 21 20
P1 4 6 15 11 +
P2 6 20 21 = 4 20 21 15 11
多边形公共边界的自动删除
4.5 空间数据格式转换
数据格式的转换一般分为两大类：
不同数据介质之间的转换，即将各种不同的源材 料信息如地图、照片、各种文字及表格转为计算机 可以兼容的格式，主要采用数字化、扫描、键盘输 入等方式； 第二类转换是数据结构之间的转换，而数据结构 之间的转化又包括同一数据结构不同组织形式间的 转换和不同数据结构间的转换。
有结点
4）清除假结点（伪结点） 由仅有两个线目标相关联的结点 成为假结点。
B A
有些系统要将这种假结点清除掉（如 ARC/INFO），即将目标A 和B合并成一条，使它 们之间不存在结点; 但有些系统并不要求清除假结点，如Geostar, 因为它们并不影响空间查询、分析和制图。
便于空间数据的管理、查询、显示、分析等。 1）空间数据分为若干数据层后，对所有空间数据的管
理就简化为对各数据层的管理，而一个数据层的数据
结构往往比较单一，数据量也相对较小，管理起来就
相对简单；
2）对分层的空间数据进行查询 时，不需要对所有空间数据进 行查询，只需要对某一层空间 数据进行查询即可，因而可加 快查询速度； 3）分层后的空间数据，由于便 于任意选择需要显示的图层， 因而增加了图形显示的灵活性；
4.2 坐标变换
对各种投影进行坐标变换的原因主要是输入时地图是 一种投影，而输出的地图产物是另外一种投影。 进行投影变换有两种方式: 一种是直接应用投影变换公式进行变换； 另一种是利用多项式拟合，类似于图像几何纠正。 在投影变换过程中，有以下三种基本的操作： 平移、旋转和缩放。
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 。
特性： · 直线变换后仍为直线； · 平行线变换后仍为平行线； · 不同方向上的长度比发生变化。
求解上式中的6个未知数，需不在一直线上的3对已知控制点，由 于误差，需多余观测，所以，用于图幅定向至少需要四对控制点。
4.4
图形的裁剪、合并和图幅接边
1 图形的裁剪--开窗处理
1）方式： 开正窗：提取窗口内的数据。 开负窗：提取窗口外的数据子集。 矩形窗和多边形窗。 2）算法： 包括点、线、面的窗口裁剪： ——计算机图形学（矢量、编码、中点分割裁剪法）。 而不规则多边形开窗： ----相当于多边形叠置处理。
2 图形合并---数据文件合并 一幅图内的多层数据合并在一起; 或将相邻的多幅图的同一层数据合并.
涉及到空间拓扑关系的重建。对于多边形，由于同 一个目标在两幅图内已形成独立的多边形，合并时，需 去除公共边界，属性合并，具体算法，删去共同线段。 实际处理过程是先删除两个多边形，解除空间关系后， 删除公共边，再重建拓扑。