地理信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)

1、地理信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)地理信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)主要問題：空間數(shù)據(jù)的特征、數(shù)據(jù)的測量尺度、數(shù)據(jù)精度、元數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)的特點空間數(shù)據(jù)的特點lSpatially relatedlCan be assigned coordinates or any spatial reference.lOn the surface of the earth.lInvolves location and organization.lScalelCan be from general to specific.lSimple to complex.lA satellite can generate one terabyte (10

2、12 bytes) of information per day.lDynamicslSpatial dynamics (variations in space).lTemporal dynamics (variations in time).Coordinate systemScaleTime 1Time 2空間數(shù)據(jù)的三個側(cè)面空間數(shù)據(jù)的三個側(cè)面l空間特征：表示現(xiàn)象的空間位置或現(xiàn)在所處的地理位置?？臻g特征又稱為幾何特征或定位特征，一般以坐標數(shù)據(jù)表示，例如笛卡爾坐標等。l屬性特征：表示實際現(xiàn)象或特征，例如變量、級別、數(shù)量特征和名稱等等。l時間特征：指現(xiàn)象或物體隨時間的變化，其變化的周期有超短期的

3、、短期的、中期的、長期的等等。三個側(cè)面三個側(cè)面空間特征空間特征l是GIS區(qū)別于其它的軟件的根本特征l是由于地物或現(xiàn)象的空間分布所帶來l通常是通過特定空間參照系下的坐標直接表達l基于坐標的派生數(shù)據(jù)l定量的度量信息：面積、周長、質(zhì)心、距離等l定性的空間關(guān)系：拓撲關(guān)系、方位關(guān)系lCB-GIS和PB-GIS時間特征時間特征l空間數(shù)據(jù)涉及時間特征的幾個方面l地物的生命周期（產(chǎn)生、消亡）l地物的移動（移動點）l屬性的時效性l相關(guān)的問題l時間關(guān)系時空關(guān)系l時態(tài)GISl數(shù)據(jù)模型是其關(guān)鍵（時空立方體模型等）專題屬性特征專題屬性特征l地物所固有的，不是由于地物空間分布所帶來的特征l如某地的年降雨量、土地酸緘類型、

4、人口密度、交通流量、空氣污染程度等。l這類特征在其它類型的信息系統(tǒng)中均可存儲和處理l專題屬性特征通常以數(shù)字、符號、文本和圖像等形式來表示空間數(shù)據(jù)與專題數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)與專題數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)的時態(tài)特征空間數(shù)據(jù)的時態(tài)特征數(shù)據(jù)的測量尺度數(shù)據(jù)的測量尺度 (1/2)l命名(Nominal)量l定性而非定量，不能進行任何算術(shù)運算，如一個城市的名字l次序(Ordinal)量 l線性坐標上不按值的大小，而是按順序排列的數(shù)，例如，事故發(fā)生危險程度的級別由大到小被標為1，2，3， l間隔(Interval)量 l不參照某個固定點，而是按間隔表示相對位置的數(shù)。按間隔量測的值相互之間可以比較大小，并且它們之間的差值大小是有意

5、義的 l比率(Ratio)量l比率測量尺度的測量值指那些有真零值而且測量單位的間隔是相等的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的測量尺度數(shù)據(jù)的測量尺度(2/2)lGIS數(shù)據(jù)測量尺度示例PointLineAreaQuantitativeOrdinalQualitative51015Each dot represents500 personsProportional symbolsLargeMediumSmallQTownAirportFlowContour30 4050HighwayRoadStreetRoadBoundaryRiver10020Population densityHigh impactLow impac

6、tSwampDesertForrest不同測量尺度數(shù)值可以進行的運算不同測量尺度數(shù)值可以進行的運算命名量=,!=次序量=,!=,+,-,*,/空間數(shù)據(jù)質(zhì)量空間數(shù)據(jù)質(zhì)量l在GIS的幾個主要因素中，數(shù)據(jù)是一個極為重要的因素。在計算機軟件、硬件環(huán)境選定之后，GIS中數(shù)據(jù)質(zhì)量的優(yōu)劣，決定著系統(tǒng)分析質(zhì)量以及整個應(yīng)用的成敗。GIS提供的空間數(shù)據(jù)的分析方法被廣泛用于各種領(lǐng)域，用于決策領(lǐng)域的數(shù)據(jù)，其質(zhì)量要求應(yīng)該是可知的或可預(yù)測的。l研究空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的目的在于加強數(shù)據(jù)生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的重要性空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的重要性GeographicDatabaseQuery and Analysis

7、Spatial Data Input and ManagementOutput: DisplayHelp Prevent“Garbage in，Garbage out！”空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的相關(guān)概念空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的相關(guān)概念(1/7)l準確性（Accuracy）l精度（Precision）l空間分辨率（Spatial Resolution）l比例尺（Scale）l誤差（Error）l不確定性（Uncertainty）空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的相關(guān)概念空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的相關(guān)概念(2/7)l準確性（Accuracy）l一個記錄值（測量或者觀察值）與它的真實值之間的接近程度；l空間數(shù)據(jù)的準確性通常是根據(jù)所指的位置、拓撲或者非

8、空間屬性來分類的；l可以誤差（Error）來衡量空間數(shù)據(jù)的準確性；空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的相關(guān)概念空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的相關(guān)概念(3/7)l精度（Precision）l數(shù)據(jù)精度表示數(shù)據(jù)對現(xiàn)象描述的詳細程度l數(shù)據(jù)精度和數(shù)據(jù)準確性的區(qū)別： l精度低的數(shù)據(jù)不一定準確度也低；l數(shù)據(jù)精度如果超出了測量儀器的已知準確度，這樣的紀錄數(shù)字在效率上是冗余的；例如：在設(shè)計精度為0.1mm的數(shù)字化儀上測量返回的坐標數(shù)據(jù)為（10.11mm,12.233mm），其中就含有冗余的數(shù)據(jù)；空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的相關(guān)概念空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的相關(guān)概念(4/7)l空間分辨率（Spatial Resolution）l分辨率是兩個可測量數(shù)值之間最小的可辨識的差異；l

9、空間分辨率可以看作是記錄變化的最小幅度；l空間分辨率示例：地圖上最細線寬度對應(yīng)的地理范圍，遙感圖像上一個像素代表的實際地理范圍大小l空間分辨率 數(shù)據(jù)精度空間分辨率示例空間分辨率示例Real WorldVector DataRaster Data1 pixel = 10mX10m 分辨率分辨率 = 10m10M10M1 Pixel空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的相關(guān)概念空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的相關(guān)概念(5/7)l比例尺（Scale）l地圖上一個記錄的距離和它所表現(xiàn)的“真實世界”的距離之間的一個比例；l如右圖中，這幅地圖的比例尺=10cm:1000m=1:10000l比例尺是刻畫數(shù)據(jù)精度的量（如最小線寬為地圖的空間分辨率）；

10、空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的相關(guān)概念空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的相關(guān)概念(6/7)l誤差（Error）l描述測量值和真實值之間的差別；l在大部分情況下，誤差的大小是很不準確的，因為待測量的真實值往往無法得到；研究如何給出誤差大小的最佳估計以及誤差傳播規(guī)律，是很有用的；l誤差的分析包括: 位置誤差（如點、線、多邊形的位置誤差）；屬性誤差；位置和屬性誤差之間的聯(lián)系；空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的相關(guān)概念空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的相關(guān)概念(7/7)l不確定性（Uncertainty）l對于空間信息科學技術(shù)來說，數(shù)據(jù)的正確性與錯誤并存，正常與異常并存，精確與粗糙并存，質(zhì)量高與質(zhì)量低并存，什么時候是正確的，什么時候不正確的，這些都屬于不確定性現(xiàn)象；lGIS中

11、數(shù)據(jù)的不確定性包括：位置的不確定性、屬性的不確定性、時域的不確定性、邏輯上的不一致性以及數(shù)據(jù)的布完整性；l研究不確定性可以更好的了解測量數(shù)據(jù)的性質(zhì)？空間數(shù)據(jù)質(zhì)量問題的來源（空間數(shù)據(jù)質(zhì)量問題的來源（1/2）l空間現(xiàn)象自身存在的不穩(wěn)定性l分布的不確定性、屬性類型劃分和表達多樣性等；l空間現(xiàn)象的表達l測量誤差、地圖投影、數(shù)值采樣和量化等；l空間數(shù)據(jù)處理中的誤差l投影轉(zhuǎn)換、地圖數(shù)字化與掃描矢量化、格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)抽象（聚類、歸并等）、空間分析、可視化等；l空間數(shù)據(jù)使用中的誤差：l生產(chǎn)者和使用者對數(shù)據(jù)的解釋和理解不同，可通過空間數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)來溝通；空間數(shù)據(jù)質(zhì)量問題的來源（空間數(shù)據(jù)質(zhì)量問題的來源（2/2）l

12、P99 表5-1 空間數(shù)據(jù)誤差的主要來源數(shù)據(jù)處理過程數(shù)據(jù)處理過程誤差來源誤差來源數(shù)據(jù)搜集野外測量誤差：儀器誤差、記錄誤差遙感數(shù)據(jù)誤差：輻射和幾何糾正誤差、信息提取誤差地圖數(shù)據(jù)誤差：原始數(shù)據(jù)誤差、坐標轉(zhuǎn)換、制圖綜合及印刷數(shù)據(jù)輸入數(shù)字化誤差：儀器誤差、操作誤差不同系統(tǒng)格式轉(zhuǎn)換誤差：柵格-矢量轉(zhuǎn)換、三角網(wǎng)-等值線轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)存儲數(shù)值精度不夠空間精度不夠：每個格網(wǎng)點太大、地圖最小制圖單元太大數(shù)據(jù)處理分類間隔不合理多層數(shù)據(jù)疊合引起的誤差傳播：插值誤差、多源數(shù)據(jù)綜合分析誤差比例尺太小引起的誤差數(shù)據(jù)輸出輸出設(shè)備不精確引起的誤差輸出的媒介不穩(wěn)定造成的誤差數(shù)據(jù)使用對數(shù)據(jù)所包含的信息的誤解對數(shù)據(jù)信息使用不當空間數(shù)據(jù)的

13、誤差分析（空間數(shù)據(jù)的誤差分析（1/3）l空間數(shù)據(jù)誤差的類型（1）l空間數(shù)據(jù)誤差分為：幾何誤差、屬性誤差、時間誤差和邏輯誤差；邏輯誤差和幾何誤差為GIS特有l(wèi)邏輯誤差：語義角度判斷數(shù)據(jù)的合理性空間數(shù)據(jù)的誤差分析（空間數(shù)據(jù)的誤差分析（2/3）l空間數(shù)據(jù)誤差的類型（2）l幾何誤差：空間數(shù)據(jù)表達的位置信息誤差，在二維平面上主要反映在點（位置）誤差和線（位置）誤差上；線誤差分布可以用Epsilon模型（等寬）或者誤差帶模型（不等寬）來描述圖：折線誤差的分布（誤差帶模型）圖：折線和曲線的誤差 圖：曲線的誤差分布（誤差帶模型）空間數(shù)據(jù)的誤差分析（空間數(shù)據(jù)的誤差分析（3/3）l其他數(shù)據(jù)質(zhì)量問題l地圖數(shù)據(jù)的質(zhì)量

14、問題l地圖固有誤差、地圖材料變形、地圖掃描及數(shù)字化誤差；l遙感數(shù)據(jù)的質(zhì)量問題l遙感儀器觀測過程誤差（表現(xiàn)為空間分辨率、光譜分辨率、幾何畸變以及輻射誤差等）、圖像處理和解譯過程誤差（校正匹配、解譯判讀、分類等）l測量數(shù)據(jù)的質(zhì)量問題l選定的大地坐標系及投影、環(huán)境影響、測量儀器精度、操作誤差、偶然誤差等空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的控制空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的控制l應(yīng)從數(shù)據(jù)質(zhì)量產(chǎn)生和擴散的所有過程和環(huán)節(jié)入手，分別用一定的方法減少誤差；l常見的數(shù)據(jù)質(zhì)量空間方法有：l傳統(tǒng)的手工方法與原始地圖或者屬性數(shù)據(jù)比較；l元數(shù)據(jù)方法閱讀元數(shù)據(jù)了解數(shù)據(jù)質(zhì)量的信息；l地理相關(guān)法利用空間數(shù)據(jù)描述的地理特征要素自身的相關(guān)性空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)元數(shù)

15、據(jù)l元數(shù)據(jù)（Metadata）是描述數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，如數(shù)據(jù)的內(nèi)容、質(zhì)量、狀況和其他有關(guān)特征的背景信息；l常見的元數(shù)據(jù)：圖書館卡片、磁盤的標簽、地圖的制圖元素（圖名、圖例、比例尺、制圖單位、制圖時間等）等；l元數(shù)據(jù)的內(nèi)容：對數(shù)據(jù)集的描述、數(shù)據(jù)質(zhì)量的描述、數(shù)據(jù)處理信息的說明、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法的描述、數(shù)據(jù)更新、集成等說明空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)內(nèi)容及示例空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)內(nèi)容及示例。數(shù)據(jù)生產(chǎn)者數(shù)據(jù)生產(chǎn)時間數(shù)據(jù)質(zhì)量數(shù)據(jù)組織空間參照系數(shù)據(jù)內(nèi)容以及其他屬性。元數(shù)據(jù)的主要作用元數(shù)據(jù)的主要作用l幫助數(shù)據(jù)生產(chǎn)者管理和維護空間數(shù)據(jù)；l便于數(shù)據(jù)用戶查詢檢索地理空間數(shù)據(jù)；l幫助用戶了解數(shù)據(jù)，以便就數(shù)據(jù)是否能夠滿足其需求做出這功能的判斷；l提供有關(guān)信息，以便用戶或者GIS軟件進行數(shù)據(jù)的