地理信息系统数据采集与处理
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Mapinfo的tab ArcinfoE00/AutoCAD的DXF Arcinfo的Coverage
方法特点
• 优点：容易接受。 • 缺点：耗费人力、物力；
易造成数据丢失和信息（拓扑关 系）丢失。
2、标准空间数据交换格式
GIS数据格式A
标准空间数据 交换文件
GIS数据格式B
每个GIS系统只需读写标准格式空间数据程序， 用二次转换完成数据交换。
几种典型的空间数据采集错误和误差形 式
（二）数据检核的方法
• 目标检核； • 机器检核； • 图形叠合比较法； • 属性数据检核。
第二节 空间数据的处理
一、坐标转换
• 坐标转换是将图形从一种坐标系转换 为另一种坐标系，坐标转换一般包括 平移、旋转、缩放。
（一）平移
• 平移：是将图形的一部分或者整体移动到笛 卡儿坐标系的另外位置。
– OpenGIS提供了一套读取空间数据的标准函数，每 个系统软件都按照这一标准提供读写自己系统中空 间数据的驱动程序，其他软件都可以通过调用这一 程序，直接读取对方的内部数据。
系统A内部文件标准API函数
标准API函数系统B内部函数
OGIS与传统GIS处理技术的比较
● OGIS独立于具体的平台，转换技术高度抽象， 数据格式不需公开，它允许用户通过网络实时获 取不同系统中的地理信息，它将提供数据源的软 件叫数据服务器，将使用数据源的软件叫数据客 户器，当数据客户器要使用某数据源时，发出数 据请求，由数据服务器提供服务。
数字摄影测量 获取数据的过程 航片
航片扫描
内定向 相对定向 绝对定向
数码相机
像片控制
数字化影像
数字影像
满足 GIS
外业调绘
空三加密
定向建模
数字地形图
图形编辑
矢量测图
五、数据的检核
（一）空间和属性数据的错误和误差的类型
• 空间数据的不完整或重复； • 空间数据的位置不正确； • 空间数据的比例尺不准确； • 空间数据的变形； • 图形数据与属性数据连接有误； • 属性数据不完整。
• 从外部数据文件获得的数据在数据结构、数 据组织、数据表达上和用户自己的信息系统 往往不一致，需要进行转换。
（二）空间数据转换的内容
• 空间定位信息，即实体的坐标； • 空间拓扑关系； • 属性信息。
一般情况下，空间定位信息能够完整地进行 转换；拓扑关系在转换过程中经常丢失，若数据 模型基本一致，拓扑关系信息在转换过程中丢失 后，可以在数据转换后的系统中进行重构而得以 恢复；属性数据在大部分GIS软件中都能够进行转 换。
All spectral channels simultaneously
B&W Color FCIR
Stereo plotter
DSW500 scanner
Archive system
Digital workstation
Printer
DEM Orthophotos Mapping Revision
➢ 多时相性
重复探测，有利于进行动态分析。
1986
1992
2002
多波段性
波段的延长使对地球的观测走向了全天候。
Near-infra red
green red
遥感数据的获取方式
■目视法
■遥感图像处理方法
（四）摄影测量数据
各种类型 传感器
被摄物体 影像
通过量测和 解译过程
自然物体及其环境的可靠信息
导入属性，然后根据关键字与图形数据自动 连接（属性数据量较大时）
点、线、面状地物属性的添加
（五）属性数据的获取
现场专题调查采集样本资料 将局部样本资料和遥感信息对照 社会调查与统计 已有资料
四、几何图形的数据采集与输入
（一）手工数据输入方法 • 将表示点、线、面实体的地理位置数据通过
键盘输入数据文件或输入到程序中，再进行 连线编辑。
（二）地图数据的获取
数字化仪数字化（已淘汰） 扫描仪获取地图数据
1、扫描仪获取地图数据的种类
栅格型数据 屏幕矢量化型数据 栅格图向矢量地图的自动转换
2、扫描仪获取地图数据的过程
原始图像 预处理
扫描
栅格编 辑
栅格数据
自动矢wk.baidu.com化
GIS 数据库
文件转换
矢量 编辑
矢量文件
（三）遥感数据的获取
遥感传感器平台
(X
'
,Y
'
)
cos sin
s in cos
X Y
Tx Ty
上式是一个正交变换，其更一般的形式为：
(X
'
,Y
'
)
a c
b d
X Y
Tx Ty
上式为二维的仿射变换。
二、数据格式转换
（一）数据格式转换的原因
• 利用数字化仪、扫描仪等方法输入的数据往 往先存入临时数据文件，经过适当转换后才 进入正式的数据库中。
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。它的优 点是具有较大的信息载负量，有利于对空间信息的综 合分析。
（四）属性数据的输入
输入方式有两种： ①对照图形直接输入（属性数据量较小时） ②建立属性表输入属性或从其他统计数据库中
GIS Visualization Image analysis Classification
B&W
Color
MS
摄影测量发展的三个阶段
• 模拟摄影测量 • 解析摄影测量 • 数字摄影测量
数字摄影测量
基于摄影测量的基本原理，通过对所获取的数字/数字化影像进 行处理，自动（半自动）提取被摄对象用数字方式表达的几何 与物理信息，从而获得各种形式的数字产品和目视化产品
• 空间点、线、面实体都有相应的属性。
• 属性数据源
遥感数据、各种统计数据、现场调查资料、社 会调查资料、其他资料等。
• 在建立GIS前，首先要进行详细的用户
调查，确定需要存储哪些属性信息，属 性数据的编码方法及信息的来源等。
（一）属性数据的编码原则
• 编码的系统性和科学性 • 编码的一致性 • 编码的标准化和通用性 • 编码的简洁性 • 编码的可扩展性
会经济调查
地图、统计图表
电子数据
全站仪实测数据、GPS 观测数据、数字摄影测 量、遥感数据、现代地 球物理、地球化学数据
计算机数据库存储 数据
二、空间数据的尺度
（一）考虑空间尺度的重要性
• 人们在观察、认识自然现象、自然过程以及 各种社会经济问题时，如果尺度不同、角度 不同、分辨率不同，将得到不同的印象、认 识或结果。因此，选择恰当的空间尺度是非 常重要的。
• 变换公式为：
X ' X Tx Y ' Y Ty
（二）缩放
• 缩放操作可以用于输出大小不同的图形。 • 变换公式为： X ' XSx
Y ' YSy
（三）旋转
• 设顺时针旋转角度为θ，则变换公式为：
X ' X cos Y sin Y ' X sin Y cos
• 综合考虑图形的平移、旋转、缩放，则坐标 变换公式为：
（二）编码内容
• 登记部分 • 分类部分 • 控制部分
（三）编码方法
• 列出全部制图对象清单； • 制定对象分类、分级原则和指标将制图对象
进行分类、分级； • 拟定分类代码系统； • 设定代码及其格式； • 建立代码和编码对象的对照表。
常用的编码方法：层次分类编码法 多源分类编码法
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。如，土 地利用现状分类编码。
空间数据互操作方式：是通过公共接口实现不同系 统间不同数据结构、不同数据格式的数据动态调 用，这个公共接口相当于一个规程。
Open GIS互操作规范
Open GIS互操作规范：是开放式GIS协会提出的 一个为了提供地理数据和地理操作的交互性和开 放性的软件开发规范。
通过OpenGIS的空间数据交换
数字 影像
数字测量摄影 系统
自动建立 立体模型
•计算机技术 •数字图像处理 •影像匹配 •模式识别
•DPW
数字线划地图 数字高程模型 数字影像地图 数据库
自动量测 和解译
自动记录
Virtuo-Zo 数字摄影测量系统
Crystal eyes 3-D mouse
JX-4C数字摄影测量工作站
航空摄影
地图数据
卫星遥感影像
ADS40数字航空影像
DEM产品
（二）文字符号数据 文字符号数据：是以数字、文字、符号表示的 数据，包括空间要素数据和测量数据，统计数 据，调查数据，各种法律文档数据，社会经济 数据，元数据等各种形式的电子数据。
（三）多媒体数据 多媒体数据：是指音频数据和视频数据。
音频文件的格式： CD、MIDI、WAVE、.MP1/.MP2/.MP3、
DEM
DLG
DRG
DOM
摄影测量作业流程
Film based workflow RC30
Film
processing
Film
in darkroom
B&W
Color
FCIR
Films used
alternatively
Direct digital workflow ADS40
Mass Memory
Ground processing
（三）空间数据格式转换的途径
• 外部数据交换方式 • 标准空间数据交换格式 • 空间数据互操作方式 • 空间数据的直接访问 • 空间数据共享平台
1、外部数据交换方式
• 大部分商用GIS软件都定义了外部数据交换格式 ，一般为ASCII码文件，可以直接阅读。如 ArcGIS的e00文件、MapInfo的MID/MIF文件 、 ArcView 的shape格式、 AutoCAD的DXF格 式；MGE的ArcII Loader格式。
• 利用外部数据交换方式从系统A的内部数据转换 到系统B，可能需要经过2~3次转换。
二次转换
系统A 内部文件
系统A
系统B
外部交换文件 外部交换文件
交换
交换
三次转换
系统B 内部文件
若将AutoCAD数据格式转为MAPGIS数据格 式，采用外部数据交换方式如何转换？
• 例，将Mapinfo的tab格式转换为 Arcinfo的Coverage格式。
GIS原理（四） 第四章 地理信息系统数据
采集与处理
主讲教师：邱春霞 测绘学院
重点内容
• GIS的数据来源 • 空间数据的处理内容及流程 • 空间索引的概念与类型 • 空间数据的质量控制
地理空间数据是GIS的处理对象，空 间数据的数量与质量在很大程度上决定
了GIS的价值。也就是说，空间数据源 、空间数据的采集手段、生产工艺、数 据质量都直接影响着GIS应用的潜力、
.MP4、.VQF、.AIF/AIFF、.AU 、 .RA/RM/RAM
视频文件的格式：影像格式和流格式 影像格式有：AVI、MPEG、 DivX、MOV、WMV 流格式有：RM/RA、ASF、MOV
GIS的不同数据源及种类
项目
第一手数据
第二手数据
地面测量数据、航空像 非电子数据 片、手簿记录数据、社
传感器
遥感（Remote Sensing)：从远处探测、感知物 体或事物的技术。即不直接接触物体本身，从 远处通过各种传感器探测和接收来自目标物体 的信息，经过信息的传输及其处理分析，来识 别物体的属性及其分布等特征的综合技术。
遥感数据的特点
– 宏观性、综合性
覆盖范围大、信息丰 富。一景TM影像为 185×185平方公里 ；影像包含各种地 表景观信息，有可 见的，也有潜在的 。
方法特点
• 各个GIS系统不必公开内部数据格式，只需公开 转换技术；
• 制定转换标准的难度非常大； • 在一定程度上克服了空间数据的外部数据交换
模式缺乏对空间对象统一的描述方法的缺点。
目前已有的空间数据交换标准
美国的STDS、欧洲的GDF、中国的CNSDTS 目前的空间数据交换标准还不完善。
3、空间数据互操作方式
成本和效率。空间数据在GIS中具有非 常重要的意义。
第一节 空间数据的采集
一、GIS数据源
GIS的空间数据是多源数据（图形图 像数据、文字符号数据、多媒体数据）
（一）图形图像数据
■ 地图数据：普通地图、专题地图 ■ 影像数据：卫星遥感影像、航空影像 ■ 地形数据：地形图、实测地形数据、DEM ■ 测量数据及GPS数据
（二）空间尺度的概念和表达方式
• 尺度：是指研究者选择观察（测）世界的窗口 。
• 不同学科、不同研究领域对尺度的表述方式和 含义是不同的：
比例尺（测绘学、地图制图学、地理学） 测量工具、滤波器（数学、机械学、光学等） 空间分辨率（航空摄影、遥感技术）
三、属性数据的获取与输入
• 属性数据：即空间实体的特征数据，主要定 义空间数据或制图特征所表示的内容，一般 包括名称、等级、数量、代码等多种形式。
方法特点
• 优点：容易接受。 • 缺点：耗费人力、物力；
易造成数据丢失和信息（拓扑关 系）丢失。
2、标准空间数据交换格式
GIS数据格式A
标准空间数据 交换文件
GIS数据格式B
每个GIS系统只需读写标准格式空间数据程序， 用二次转换完成数据交换。
几种典型的空间数据采集错误和误差形 式
（二）数据检核的方法
• 目标检核； • 机器检核； • 图形叠合比较法； • 属性数据检核。
第二节 空间数据的处理
一、坐标转换
• 坐标转换是将图形从一种坐标系转换 为另一种坐标系，坐标转换一般包括 平移、旋转、缩放。
（一）平移
• 平移：是将图形的一部分或者整体移动到笛 卡儿坐标系的另外位置。
– OpenGIS提供了一套读取空间数据的标准函数，每 个系统软件都按照这一标准提供读写自己系统中空 间数据的驱动程序，其他软件都可以通过调用这一 程序，直接读取对方的内部数据。
系统A内部文件标准API函数
标准API函数系统B内部函数
OGIS与传统GIS处理技术的比较
● OGIS独立于具体的平台，转换技术高度抽象， 数据格式不需公开，它允许用户通过网络实时获 取不同系统中的地理信息，它将提供数据源的软 件叫数据服务器，将使用数据源的软件叫数据客 户器，当数据客户器要使用某数据源时，发出数 据请求，由数据服务器提供服务。
数字摄影测量 获取数据的过程 航片
航片扫描
内定向 相对定向 绝对定向
数码相机
像片控制
数字化影像
数字影像
满足 GIS
外业调绘
空三加密
定向建模
数字地形图
图形编辑
矢量测图
五、数据的检核
（一）空间和属性数据的错误和误差的类型
• 空间数据的不完整或重复； • 空间数据的位置不正确； • 空间数据的比例尺不准确； • 空间数据的变形； • 图形数据与属性数据连接有误； • 属性数据不完整。
• 从外部数据文件获得的数据在数据结构、数 据组织、数据表达上和用户自己的信息系统 往往不一致，需要进行转换。
（二）空间数据转换的内容
• 空间定位信息，即实体的坐标； • 空间拓扑关系； • 属性信息。
一般情况下，空间定位信息能够完整地进行 转换；拓扑关系在转换过程中经常丢失，若数据 模型基本一致，拓扑关系信息在转换过程中丢失 后，可以在数据转换后的系统中进行重构而得以 恢复；属性数据在大部分GIS软件中都能够进行转 换。
All spectral channels simultaneously
B&W Color FCIR
Stereo plotter
DSW500 scanner
Archive system
Digital workstation
Printer
DEM Orthophotos Mapping Revision
➢ 多时相性
重复探测，有利于进行动态分析。
1986
1992
2002
多波段性
波段的延长使对地球的观测走向了全天候。
Near-infra red
green red
遥感数据的获取方式
■目视法
■遥感图像处理方法
（四）摄影测量数据
各种类型 传感器
被摄物体 影像
通过量测和 解译过程
自然物体及其环境的可靠信息
导入属性，然后根据关键字与图形数据自动 连接（属性数据量较大时）
点、线、面状地物属性的添加
（五）属性数据的获取
现场专题调查采集样本资料 将局部样本资料和遥感信息对照 社会调查与统计 已有资料
四、几何图形的数据采集与输入
（一）手工数据输入方法 • 将表示点、线、面实体的地理位置数据通过
键盘输入数据文件或输入到程序中，再进行 连线编辑。
（二）地图数据的获取
数字化仪数字化（已淘汰） 扫描仪获取地图数据
1、扫描仪获取地图数据的种类
栅格型数据 屏幕矢量化型数据 栅格图向矢量地图的自动转换
2、扫描仪获取地图数据的过程
原始图像 预处理
扫描
栅格编 辑
栅格数据
自动矢wk.baidu.com化
GIS 数据库
文件转换
矢量 编辑
矢量文件
（三）遥感数据的获取
遥感传感器平台
(X
'
,Y
'
)
cos sin
s in cos
X Y
Tx Ty
上式是一个正交变换，其更一般的形式为：
(X
'
,Y
'
)
a c
b d
X Y
Tx Ty
上式为二维的仿射变换。
二、数据格式转换
（一）数据格式转换的原因
• 利用数字化仪、扫描仪等方法输入的数据往 往先存入临时数据文件，经过适当转换后才 进入正式的数据库中。
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。它的优 点是具有较大的信息载负量，有利于对空间信息的综 合分析。
（四）属性数据的输入
输入方式有两种： ①对照图形直接输入（属性数据量较小时） ②建立属性表输入属性或从其他统计数据库中
GIS Visualization Image analysis Classification
B&W
Color
MS
摄影测量发展的三个阶段
• 模拟摄影测量 • 解析摄影测量 • 数字摄影测量
数字摄影测量
基于摄影测量的基本原理，通过对所获取的数字/数字化影像进 行处理，自动（半自动）提取被摄对象用数字方式表达的几何 与物理信息，从而获得各种形式的数字产品和目视化产品
• 空间点、线、面实体都有相应的属性。
• 属性数据源
遥感数据、各种统计数据、现场调查资料、社 会调查资料、其他资料等。
• 在建立GIS前，首先要进行详细的用户
调查，确定需要存储哪些属性信息，属 性数据的编码方法及信息的来源等。
（一）属性数据的编码原则
• 编码的系统性和科学性 • 编码的一致性 • 编码的标准化和通用性 • 编码的简洁性 • 编码的可扩展性
会经济调查
地图、统计图表
电子数据
全站仪实测数据、GPS 观测数据、数字摄影测 量、遥感数据、现代地 球物理、地球化学数据
计算机数据库存储 数据
二、空间数据的尺度
（一）考虑空间尺度的重要性
• 人们在观察、认识自然现象、自然过程以及 各种社会经济问题时，如果尺度不同、角度 不同、分辨率不同，将得到不同的印象、认 识或结果。因此，选择恰当的空间尺度是非 常重要的。
• 变换公式为：
X ' X Tx Y ' Y Ty
（二）缩放
• 缩放操作可以用于输出大小不同的图形。 • 变换公式为： X ' XSx
Y ' YSy
（三）旋转
• 设顺时针旋转角度为θ，则变换公式为：
X ' X cos Y sin Y ' X sin Y cos
• 综合考虑图形的平移、旋转、缩放，则坐标 变换公式为：
（二）编码内容
• 登记部分 • 分类部分 • 控制部分
（三）编码方法
• 列出全部制图对象清单； • 制定对象分类、分级原则和指标将制图对象
进行分类、分级； • 拟定分类代码系统； • 设定代码及其格式； • 建立代码和编码对象的对照表。
常用的编码方法：层次分类编码法 多源分类编码法
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。如，土 地利用现状分类编码。
空间数据互操作方式：是通过公共接口实现不同系 统间不同数据结构、不同数据格式的数据动态调 用，这个公共接口相当于一个规程。
Open GIS互操作规范
Open GIS互操作规范：是开放式GIS协会提出的 一个为了提供地理数据和地理操作的交互性和开 放性的软件开发规范。
通过OpenGIS的空间数据交换
数字 影像
数字测量摄影 系统
自动建立 立体模型
•计算机技术 •数字图像处理 •影像匹配 •模式识别
•DPW
数字线划地图 数字高程模型 数字影像地图 数据库
自动量测 和解译
自动记录
Virtuo-Zo 数字摄影测量系统
Crystal eyes 3-D mouse
JX-4C数字摄影测量工作站
航空摄影
地图数据
卫星遥感影像
ADS40数字航空影像
DEM产品
（二）文字符号数据 文字符号数据：是以数字、文字、符号表示的 数据，包括空间要素数据和测量数据，统计数 据，调查数据，各种法律文档数据，社会经济 数据，元数据等各种形式的电子数据。
（三）多媒体数据 多媒体数据：是指音频数据和视频数据。
音频文件的格式： CD、MIDI、WAVE、.MP1/.MP2/.MP3、
DEM
DLG
DRG
DOM
摄影测量作业流程
Film based workflow RC30
Film
processing
Film
in darkroom
B&W
Color
FCIR
Films used
alternatively
Direct digital workflow ADS40
Mass Memory
Ground processing
（三）空间数据格式转换的途径
• 外部数据交换方式 • 标准空间数据交换格式 • 空间数据互操作方式 • 空间数据的直接访问 • 空间数据共享平台
1、外部数据交换方式
• 大部分商用GIS软件都定义了外部数据交换格式 ，一般为ASCII码文件，可以直接阅读。如 ArcGIS的e00文件、MapInfo的MID/MIF文件 、 ArcView 的shape格式、 AutoCAD的DXF格 式；MGE的ArcII Loader格式。
• 利用外部数据交换方式从系统A的内部数据转换 到系统B，可能需要经过2~3次转换。
二次转换
系统A 内部文件
系统A
系统B
外部交换文件 外部交换文件
交换
交换
三次转换
系统B 内部文件
若将AutoCAD数据格式转为MAPGIS数据格 式，采用外部数据交换方式如何转换？
• 例，将Mapinfo的tab格式转换为 Arcinfo的Coverage格式。
GIS原理（四） 第四章 地理信息系统数据
采集与处理
主讲教师：邱春霞 测绘学院
重点内容
• GIS的数据来源 • 空间数据的处理内容及流程 • 空间索引的概念与类型 • 空间数据的质量控制
地理空间数据是GIS的处理对象，空 间数据的数量与质量在很大程度上决定
了GIS的价值。也就是说，空间数据源 、空间数据的采集手段、生产工艺、数 据质量都直接影响着GIS应用的潜力、
.MP4、.VQF、.AIF/AIFF、.AU 、 .RA/RM/RAM
视频文件的格式：影像格式和流格式 影像格式有：AVI、MPEG、 DivX、MOV、WMV 流格式有：RM/RA、ASF、MOV
GIS的不同数据源及种类
项目
第一手数据
第二手数据
地面测量数据、航空像 非电子数据 片、手簿记录数据、社
传感器
遥感（Remote Sensing)：从远处探测、感知物 体或事物的技术。即不直接接触物体本身，从 远处通过各种传感器探测和接收来自目标物体 的信息，经过信息的传输及其处理分析，来识 别物体的属性及其分布等特征的综合技术。
遥感数据的特点
– 宏观性、综合性
覆盖范围大、信息丰 富。一景TM影像为 185×185平方公里 ；影像包含各种地 表景观信息，有可 见的，也有潜在的 。
方法特点
• 各个GIS系统不必公开内部数据格式，只需公开 转换技术；
• 制定转换标准的难度非常大； • 在一定程度上克服了空间数据的外部数据交换
模式缺乏对空间对象统一的描述方法的缺点。
目前已有的空间数据交换标准
美国的STDS、欧洲的GDF、中国的CNSDTS 目前的空间数据交换标准还不完善。
3、空间数据互操作方式
成本和效率。空间数据在GIS中具有非 常重要的意义。
第一节 空间数据的采集
一、GIS数据源
GIS的空间数据是多源数据（图形图 像数据、文字符号数据、多媒体数据）
（一）图形图像数据
■ 地图数据：普通地图、专题地图 ■ 影像数据：卫星遥感影像、航空影像 ■ 地形数据：地形图、实测地形数据、DEM ■ 测量数据及GPS数据
（二）空间尺度的概念和表达方式
• 尺度：是指研究者选择观察（测）世界的窗口 。
• 不同学科、不同研究领域对尺度的表述方式和 含义是不同的：
比例尺（测绘学、地图制图学、地理学） 测量工具、滤波器（数学、机械学、光学等） 空间分辨率（航空摄影、遥感技术）
三、属性数据的获取与输入
• 属性数据：即空间实体的特征数据，主要定 义空间数据或制图特征所表示的内容，一般 包括名称、等级、数量、代码等多种形式。