p02第二章 空間數(shù)據(jù)

1、第二章 空間數(shù)據(jù) 一空間數(shù)據(jù)的相關概念 二空間數(shù)據(jù)的特性 三空間數(shù)據(jù)的尺度 四空間數(shù)據(jù)的來源 五空間數(shù)據(jù)質量 第一節(jié)、空間數(shù)據(jù)的相關概念 1. 空間數(shù)據(jù) 2. 地理空間和分析空間 3. 空間物體 4. 空間物體的維數(shù)和延展度 5. 空間變量和空間屬性 6. 系統(tǒng)功能與數(shù)據(jù)間的關系 1、空間數(shù)據(jù) 作為地理信息系統(tǒng)處理和分析對象的地理數(shù)據(jù)（geo data)， 或稱空間數(shù)據(jù)(spatial data)，是描述地球表層一定范圍 （地理圈、地理空間）內地理事物（空間實體）數(shù)量、質量、 分布特征、相互關系和變化規(guī)律的數(shù)據(jù)。 2、地理空間與分析空間 地理空間：是人類賴以生存的地球表層具有一定厚度的連 續(xù)空

2、間域，又稱地理圈（人地關系系統(tǒng)）。 分析空間：在空間數(shù)據(jù)處理中，用于分析實際應用問題的 二維或三維空間范圍，即研究范圍。 u “地理空間”(geo-spatial)，一般用地理空間定位框架來定 位和表達；gis的任何空間數(shù)據(jù)都必須納入一個統(tǒng)一的空間參 照系中，即地理空間定位框架，以實現(xiàn)不同來源數(shù)據(jù)的融 合、連接與統(tǒng)一； u 地理空間定位框架即大地測量控制，由平面控制網(wǎng)和高程控 制網(wǎng)組成； u 目前，我國采用的大地坐標系為1980年中國國家大地坐標 系，現(xiàn)在規(guī)定的高程起算基準面為1985國家高程基準。 3、空間物體 空間實體（空間物體）：指具有確定位置和形態(tài)特征， 并具有地理意義的地理空間的物體

3、，即地理事物。 u 確定的位置 u 確定的形狀 u 地理意義 4、空間物體的維數(shù)與延展度 空間物體的維數(shù)隨應用環(huán)境而定，取決于分析空間的維數(shù)； 空間物體的延展度反映空間物體本身的空間延展特性。 l 點0延展 l 線1延展度 l 面2延展度 l 體3延展度 5、空間變量和空間屬性 空間變量：以空間物體為定義域，隨空間物體的延展而 變化的地理現(xiàn)象（變量）。是對定義域上的空間物體的 局部描述。如河流的寬度、深度，水流的速度等。 空間物體的屬性：不隨空間物體的延展而變化的地理現(xiàn) 象。是定義域上的空間物體的全局描述。如河流的名稱、 長度等。 6、系統(tǒng)功能與數(shù)據(jù)間的關系 現(xiàn)代地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)模式的一個重要

4、特征是數(shù)據(jù)與功能 之間具有密切的聯(lián)系(見下表)，因此，在確定數(shù)據(jù)內容時， 首先必須明確系統(tǒng)的功能； 對開發(fā)的gis系統(tǒng)的功能，是通過用戶需求調查來確定的， 因此，在開發(fā)gis系統(tǒng)之前，首先要進行系統(tǒng)分析。 系統(tǒng)功能與數(shù)據(jù)間的關系(據(jù)jack dangermond等) 第二節(jié)、空間數(shù)據(jù)的特性 1. 空間性 2. 專題性 3. 時間性 4. 選擇性 5. 抽樣性 6. 多態(tài)性 7. 可靠性 8. 詳細性與概括性 9. 完備性 1、空間性 空間性是空間數(shù)據(jù)的最主要特性。它是指空間物體的位 置、形態(tài)以及由此產生的系列特性，如空間相互關系。 2、專題性 專題特征指的是空間特征以外的空間現(xiàn)象的非幾何屬性

5、特征。 如地形的坡度、坡向、某地的年降雨量、土地酸堿度、 土地覆蓋類型、人口密度、交通流量、空氣污染程度等 3、時間性 數(shù)據(jù)是靜態(tài)的，而地理事物本身則可能是動態(tài)的不斷 變化的，某一數(shù)據(jù)只能反映地理事物的某一特定時刻 或特定時間段內的情況。 時間性導致數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性問題。也就是說數(shù)據(jù)能否反 映地理事物當前的狀況。 4、選擇性 數(shù)據(jù)只是從某一（些）側面或角度描述地理事物的屬性 特征，反映了地理數(shù)據(jù)的選擇性特征。 數(shù)據(jù)的選擇性還不僅指從這些側面進行內容的取舍，同 時還有存在方式的選擇。因為存在方式的選擇將直接影 響側面的選擇。 5、抽樣性 空間物體以連續(xù)的方式存在于地理空間，為了能以數(shù)字 方式對其進行

6、描述，必須將其離散化，即以有限的抽樣 數(shù)據(jù)表述無限的連續(xù)物體。 u線的抽樣 u連續(xù)曲面變量的取樣 u屬性的抽樣 6、多態(tài)性 一是同樣地物在不同情形下的形態(tài)差異； 二是不同地物占據(jù)同樣的空間位置。 7、詳細性與概括性 詳細性指數(shù)據(jù)的分辨率，也就是可描述最細微差異的 程度以及最細小物體的大小。詳細性的對偶是概括性 u 空間詳細性 u 時間詳細性 u 質量詳細性 u 數(shù)量詳細性 概括性是空間數(shù)據(jù)處理的一種手段，是對地理物體的 化簡和綜合 8、可靠性 如果不是直接獲取的第一手資料，那數(shù)據(jù)就存在可靠性 的問題。有些數(shù)據(jù)不是通過直接量測得到的，而是分析 估算出來的，則更存在可靠性的問題。即使采用的是精 密

7、的 儀器、規(guī)范的統(tǒng)計方法，仍然會有誤差，影響數(shù)據(jù) 可靠性。數(shù)據(jù)在存儲、管理、傳播過程中也會影響其可 靠性。 9、完備性 完備性指數(shù)據(jù)是否系統(tǒng)，是否有缺失。不完備的數(shù)據(jù)往 往對分析造成困難。尤其是數(shù)據(jù)的數(shù)值分析，沒有完備 的數(shù)據(jù)是不可能進行的。 第三節(jié)、空間數(shù)據(jù)的尺度 數(shù)據(jù)的不同存在方式在描述事物方面的能力具有明顯的 差異，而數(shù)據(jù)的存在方式?jīng)Q定于數(shù)據(jù)源本身。 1、名義尺度 2、有序尺度 3、間隔尺度 4、比率尺度 1、名義尺度 名義尺度（nominal）描述事物名義上或類別上的差別，這種差別往往是質的 差別。名義尺度對事物作區(qū)分，只回答“同”和“異”的問題。名義尺度背后 一般的說有一個分類系統(tǒng)，

8、在分類系統(tǒng)基礎上，表示質的差別。 不能進行算術運算； 邏輯運算只有“等于”和“不等于”，兩種形式； 在統(tǒng)計學中，其中心趨勢(central tendency)用眾數(shù)(mode)來量測，眾數(shù)定義 為在某個分布中，最高頻率所在的類別，即那個類別出現(xiàn)的次數(shù)最多，則這 個類別就是眾數(shù)。其散布情況用變率(variation ration)表示。變率定義為： u v=1-(fmode/n) u 式中v表示變率，fmode表示眾數(shù)對應的頻率，n表示樣本數(shù)。 2、有序尺度 有序尺度（ordinal）表示事物的等級和次序概念，這種等級 和次序比名義尺度稍具“量”的色彩。有序尺度可以將事物以 一定的次序排列起來，

9、這種次序具有對稱性和傳遞性。 類別之間的距離沒有意義，故不能進行算術運算。 對這類數(shù)據(jù)的邏輯運算除了 “等于”和“不等于”外，還有“大于”和“ 小于”。 在統(tǒng)計學中，其中心趨勢用中位數(shù)(median)來量測。中位數(shù)定義為分布級 別的中間值 ，在這個級別值之上和之下，其樣本數(shù)是相等的。其散布情況 定義為十分位范圍(decile range)。即：樣本按等級排序后，樣本數(shù)頂部百 分之十和底部百分之十上所對應等級值的差。 比如，50個城市，按城市質量劃分為110個等級，這50個城市按城市質 量排序后，第五個城市被劃分到第8級，第46個城市被劃分為第5級。則十 分位范圍為8-5=3。 3、間隔尺度 間

10、隔尺度（interval）可以比較事物的異同，以及事物 之間排定次序或等級，還可以定量地描述事物間的相對 差異大小。這種差異是相對關系，而不是絕對關系。其0 點沒有實際意義，只是相對值。 如：海拔高度、溫度 4、比率尺度 比率尺度（ratio）比間隔尺度更進一步，它除了具間隔尺度描述事物差 異的一切能力外，還可以明確描述事物間的比率系數(shù)，表示事物之間的 絕對差異。如：某種生物的數(shù)量 u間距和比率其邏輯運算包括“等于”、“不等于”、“大于”和 “小于”。 u可以進行算術運算； u對于統(tǒng)計分析： p其中心趨勢用均值表示： p其散布性用方差表示： 3、小結 a. 尺度的差別往往不是事物本質的差異，而

11、只是人們對事物的 考察角度的差異。由于側面的不同，數(shù)據(jù)的尺度會有所不同。 b. 尺度可以轉化。一組已經(jīng)統(tǒng)計好的數(shù)據(jù)，根據(jù)需要和經(jīng)過一 定的處理可以進行尺度的轉化，但這種轉化具有方向性。 c. 比率尺度數(shù)據(jù)和間隔尺度數(shù)據(jù)也統(tǒng)稱為定量數(shù)據(jù)；名義尺度 數(shù)據(jù)和有序尺度數(shù)據(jù)則統(tǒng)稱為定性數(shù)據(jù)。 第四節(jié)、地理數(shù)據(jù)的來源 一、普通地圖與專題地圖 二、統(tǒng)計數(shù)據(jù)和自然資源數(shù)據(jù) 三、遙感數(shù)據(jù) 四、全球定位系統(tǒng)的數(shù)據(jù) 五、測量儀器的數(shù)據(jù) 六、已有系統(tǒng)數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)來源可以大致分為原始數(shù)據(jù)或處理加工后的數(shù)據(jù)， 又可將數(shù)據(jù)源分為非電子數(shù)據(jù)和電子數(shù)據(jù)兩類。 一、普通地圖與專題地圖 地圖投影 空間坐標框架體系 比例尺 表明參考坐

12、標的控制點 表示特定地理特征的圖形符號 通過地形圖可取得高程數(shù)據(jù)，生成dem 普通地圖和專題地圖是gis最重要的數(shù)據(jù)來源。通過數(shù)字化 儀或掃描儀輸入，可取得地理現(xiàn)象的位置信息，并通過鍵盤 可輸入地圖上地理現(xiàn)象的屬性值。采用掃描儀輸入時，對掃 描儀輸入的數(shù)據(jù)需要通過矢量化軟件進行矢量化。 普通和專題地圖數(shù)字化儀時，需要考慮以下因素： 普通地圖和專題地圖的主要類別 普通地圖是一般性的參考圖，它主要用來表達六方面內容；居民地、道路、 行政邊界、地形、地表覆蓋、水系和典型目標物。 常見的專題地圖： u天氣預測圖以天氣類型、溫度和降水空間分存為主的地圖； u旅游圖以介紹旅游景點位置和交通狀況為主的地圖；

13、 u交通圖以介紹街區(qū)和公共交通狀況為主的地圖； u地鐵線路圖反映地鐵站點位置、路徑、中轉位置等為主的地圖； u地勢圖以反映地形起伏和山脈高程為主的地圖； u反映自然條件的專題地圖有：地質圖、土壤圖、氣候圖、植被圖、太 陽能分布圖、風能分布圖、洋流圖、潮汐圖等； u反映經(jīng)濟狀況的專題圖：交通圖、工業(yè)圖、農業(yè)圖、商業(yè)圖、貿易圖、 水利圖、電力圖、漁業(yè)圖、林業(yè)圖、牧業(yè)圖等。 二、統(tǒng)計數(shù)據(jù)和實地采集的數(shù)據(jù) 鍵盤輸入，通過鍵盤既可以輸入文字、數(shù)字形式的屬 性數(shù)據(jù)，也可以按照軟件要求輸入地理特征的坐標或 地名，這些坐標或地名可以轉換為位置信息。 三 、 遙 感 數(shù) 據(jù) 1、衛(wèi)星數(shù)據(jù) 目前世界上常用的衛(wèi)星數(shù)

14、據(jù)仍是美國的陸地衛(wèi)星（ landsat）專題制圖儀（thematicmapper，tm）、諾阿氣 象衛(wèi)星的甚高分辯率輻射儀（noaa-avhrr）和法國spot 衛(wèi) 星 的 較 高 分 辯 率 傳 感 器 （ h r v ） 數(shù) 據(jù) 及 美 國 的 spaceimaging的iknos高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)。 2、 幾種 對地 觀測 衛(wèi)星 的傳 感器 特性 3、 遙感數(shù)據(jù)的特點 能取得大面積的信息，能夠提供大范圍的瞬間靜態(tài)圖 象數(shù)據(jù)更新快，即使是人類難以到達的偏遠地區(qū)也能 夠做到這一點； 數(shù)據(jù)更新快，能夠進行大面積重復性觀測； 大大加寬了人眼所能觀察的光譜范圍； 特別適合于表示連續(xù)變化的地理現(xiàn)象，如

15、光譜反映的 土壤含水量； 能得到綜合的信息； 空間詳細程度高信息類型豐富。通過解譯，可提取各 類專題信息。 4、 遙感數(shù)據(jù)的處理方法 遙感數(shù)據(jù)按其存儲形式可通過掃描儀或直接讀取的方式 來輸入： 照片和膠片掃描儀輸入 數(shù)字產品：磁盤、磁帶和光盤直接讀取，往往 需要格式轉換。 遙感數(shù)據(jù)必須進行幾何校正才能和相應的地理數(shù)據(jù)相匹 配 四、全球定位系統(tǒng)的數(shù)據(jù) 從gps可以得到觀測點的三維坐標，可實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的快 速定位，是動態(tài)gis最主要的數(shù)據(jù)源。 五、測量儀器的數(shù)據(jù) 普通測量儀器如經(jīng)緯儀可直接取得測量對象的地理坐標 解析測圖儀可以從航片得到目標點的地理坐標，并同時 進行了矢量化處理； 解析測圖儀可以直

16、接從航片立體像對得到dem（數(shù)字地 面模型） 第五節(jié)、空間數(shù)據(jù)質量第五節(jié)、空間數(shù)據(jù)質量 1 1、空間數(shù)據(jù)質量的有關概念、空間數(shù)據(jù)質量的有關概念 2 2、空間數(shù)據(jù)質量的含義、空間數(shù)據(jù)質量的含義 3 3、空間數(shù)據(jù)質量的內容、空間數(shù)據(jù)質量的內容 4 4、影響空間數(shù)據(jù)質量的因素、影響空間數(shù)據(jù)質量的因素 空間數(shù)據(jù)質量分析的目的 空間數(shù)據(jù)質量分析的目的在于分析和了解空間數(shù)據(jù)誤差的 性質、類型、大小和來源以及產生原因，對系統(tǒng)數(shù)據(jù)和處 理結果中的不確定性因素進行模擬和估計，從而了解空間 數(shù)據(jù)的可靠性和可信度。在此基礎上，實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)質量 控制： 空間數(shù)據(jù)質量控制:指在空間數(shù)據(jù)采集和分析過程中，對這 些步驟和過

17、程的一些指標和參數(shù)予以規(guī)定，對可能引入誤 差的步驟和過程加以控制，對檢查出的誤差和錯誤進行糾 正，以達到提高空間數(shù)據(jù)質量和提高空間分析應用水平的 目的。 1、空間數(shù)據(jù)質量的有關概念 a. 準確度 （accuracy）指測量值、計算值或估計值與真實值（ 或可視為真實值的值）的接近程度，用誤差來表示； b. 精度 （precision）指數(shù)據(jù)表示的精密程度，亦即數(shù)據(jù)表示的 有效位數(shù)。它表示了測量值本身的離散程度； c. 不確定性 （uncertainty）表示真實值不能被精確測量或肯定 的程度； 當真值不可測或無法知道時，就無法確定誤差，因而用不確定 性取代誤差。實際上，不確定性一般是包含了真實值

18、的一個范 圍。這個范圍越大，數(shù)據(jù)的不確定性就越大。 不確定性是地理事物本身固有的屬性，不確定性可以看作是一 種廣義的誤差，它包括可度量和不可度量的誤差，也包含了數(shù) 值和概念上的誤差。 2、空間數(shù)據(jù)質量的含義 空間數(shù)據(jù)是對現(xiàn)實理事物的抽象和表達，由于現(xiàn)實地理事 物的無限復雜性和模糊性，以及人類認識和表達能力的局 限性，這種抽象和表達是不可能完全達到真實值，而只能 在一定程度上接近真實值。而且，真實值往往是不可知的 或不可測的（不確定性），由此，誤差總是存在著的。 空間數(shù)據(jù)質量的好壞不是一個絕對的概念。較準確的定義 是：空間數(shù)據(jù)質量指空間數(shù)據(jù)對特定用途的分析和操作適 用的程度。即數(shù)據(jù)質量是指數(shù)據(jù)適用于不同應用的能力。 3、空間數(shù)據(jù)質量的內容 1.位置精度 或稱定位精度，為地理實體的坐標數(shù)據(jù)與實體的 位置間的接近程度，常以空間三維坐標數(shù)據(jù)精度來表示，包 括數(shù)學基礎精度、平面坐標精度、高程精度、接邊精度、形 狀再現(xiàn)精度、像元定位精度（分辨率）等； 2.屬性精度 為地理實體的屬性值與其真實值相符的程度。屬 性精度通常取決于數(shù)據(jù)的類型，而且常常與位置精度有關； 3.時間精度即現(xiàn)勢性（timeliness）：主要指數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性， 表示數(shù)據(jù)反映客觀現(xiàn)象目前狀況