第三章：數(shù)據(jù)來(lái)源、輸入與維護(hù)

1、2022-3-141第三章 數(shù)據(jù)來(lái)源、輸入與維護(hù) 22022-3-14數(shù)據(jù)的來(lái)源、輸入、維護(hù)GIS數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)來(lái)源空間數(shù)據(jù)輸入編輯和維護(hù)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的連接屬性數(shù)據(jù)輸入編輯和維護(hù)屬性數(shù)據(jù)的來(lái)源32022-3-14數(shù)據(jù)來(lái)源空間數(shù)據(jù)n空間位置信息獲?。阂巴鈱?shí)地測(cè)量、航測(cè)遙感屬性數(shù)據(jù)n屬性信息獲?。哼b感判讀、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、社會(huì)調(diào)查與統(tǒng)計(jì) n數(shù)據(jù)輸入前必須進(jìn)行分類、編碼，n便于管理、存儲(chǔ)、檢索。n唯一性、易識(shí)別性、通用性、標(biāo)準(zhǔn)化 數(shù)據(jù)的分類、編碼 42022-3-14空間數(shù)據(jù)野外實(shí)地測(cè)量野外測(cè)量：大平板、全站儀、GPS、移動(dòng)測(cè)繪系統(tǒng)特 點(diǎn)：精度高、效率較低適合范圍：小范圍GIS數(shù)據(jù)采集或局部數(shù)據(jù)更新5

2、2022-3-14空間數(shù)據(jù)航測(cè)遙感62022-3-14數(shù)據(jù)輸入方法n屬性數(shù)據(jù)：n鍵盤(pán)n掃描n語(yǔ)音n現(xiàn)有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換n空間數(shù)據(jù)：n數(shù)字化儀n掃描儀n坐標(biāo)幾何n攝影測(cè)量矢量化n現(xiàn)有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換72022-3-14空間數(shù)據(jù)輸入：數(shù)字化儀輸入（手工數(shù)字化）n數(shù)字化儀的工作原理n數(shù)字化儀的分辨率。目前可以達(dá)到（每英寸10160線)每毫米400線以上。一般也能達(dá)到0.1mmn需要操作者掌握輸入的精度n數(shù)字化儀可以直接得到矢量數(shù)矢量數(shù)據(jù)據(jù)n隨著數(shù)字測(cè)量和GIS的普及，紙質(zhì)地圖數(shù)字化的機(jī)會(huì)越來(lái)越少 82022-3-14空間數(shù)據(jù)輸入：掃描儀輸入 n掃描儀：滾筒式、平板式。大幅面A0一般是滾筒式，小幅面一般是平板式A4。

3、n掃描得到的是柵格圖像柵格圖像。掃描后，必須進(jìn)行后續(xù)處理。這一工作稱為“矢量化”92022-3-14掃描后處理矢量化n1）不作矢量化、2）全自動(dòng)矢量化、3）半自動(dòng)矢量化 n全自動(dòng)矢量化的局限性：）圖上雜點(diǎn)的清除 ）線型、符號(hào)、字符的識(shí)別。只適用于數(shù)據(jù)分類要求不高的背景圖。n全手工矢量化跟蹤的局限性：）速度慢、易疲勞。）分類有疏忽。）分辨率與精度有矛盾，適用于專項(xiàng)、局部要素的輸入n半自動(dòng)手工矢量化。結(jié)合了上述二種方法的優(yōu)點(diǎn) n航空、衛(wèi)星影像既可用攝影測(cè)量方法矢量化，也可簡(jiǎn)單地人工跟蹤矢量化102022-3-14遙感n遙感(Remote Sensing ):利用自然界的電磁波、或人工發(fā)射電磁波、或

4、利用地物自身的電磁波，將波譜及其幾何位置記錄下來(lái)，判讀（解譯）地表物體的分布規(guī)律，實(shí)現(xiàn)對(duì)地表遠(yuǎn)距離、非接觸的觀察。n遙感的電磁輻射源：主要是太陽(yáng)的可見(jiàn)光和紅外線，有時(shí)也用微波雷達(dá)或地物自身的紅外線。n探測(cè)、記錄電磁波的儀器稱傳感器，它可以安裝在飛機(jī)（或氣球）上，稱航空遙感，也可安裝在人造地球衛(wèi)星上，稱航天遙感。航空遙感的靈活性大、針對(duì)性強(qiáng)、圖像的幾何分辨率高。航天遙感的通用性強(qiáng)，衛(wèi)星可以長(zhǎng)期在太空飛行，一日數(shù)次或隔數(shù)十日一次對(duì)相同地物反復(fù)觀察。n經(jīng)傳感器獲取的信息一般是圖像信息，常稱遙感影像。n主動(dòng)遙感，被動(dòng)遙感：大多數(shù)是被動(dòng)，少數(shù)是主動(dòng)n航空遙感：大比例、更新周期長(zhǎng)，n衛(wèi)星遙感（航天遙感）：

5、小比例、大范圍、更新周期短（幾天）112022-3-14遙感技術(shù)的發(fā)展n國(guó)外商用衛(wèi)星影像，對(duì)地表的分辨率已經(jīng)達(dá)到1.0-0.6米，正在向0.3米邁進(jìn)。可以制作1:10000-1:5000，甚至1：2000的基礎(chǔ)地圖。航空影像也在向掃描、數(shù)字成像的方向發(fā)展。n美國(guó)陸地衛(wèi)星美國(guó)陸地衛(wèi)星LANDSAT系列：系列：LANDSAT-7，16天重復(fù)循環(huán)，分辨率為15 米。n法國(guó)法國(guó)SPOT衛(wèi)星：衛(wèi)星：SPOT-5，26天重復(fù)循環(huán)，5m分辨率的全色影像。nIKONOS衛(wèi)星：衛(wèi)星：美國(guó)太空影像公司 1999，2.9天重復(fù)循環(huán)，第一個(gè)提供1米分辨率的商用衛(wèi)星遙感圖像，最大成圖比例尺可達(dá)1 2,500nQuick

6、 Bird（快鳥(niǎo)）：（快鳥(niǎo)）：美國(guó)Digital globe公司 2001，商業(yè)衛(wèi)星中分辨率最高，全色波段分辨率為0.61米，最大成圖比例尺能達(dá)到1 1,5001 2,000122022-3-14132022-3-14142022-3-14遙感圖像的解釋和判讀n判讀、解譯：獲得遙感圖像后可以進(jìn)一步辨認(rèn)地物的空間分布、相關(guān)特征。n判讀、解譯的主要依據(jù)：波譜特征，物理特征，幾何特征。152022-3-14遙感信息在城市規(guī)劃中的典型應(yīng)用n1）地形測(cè)繪n2）土地使用調(diào)查n3）建筑物調(diào)查n4）綠化、植被調(diào)查n5）環(huán)境調(diào)查n6）景觀調(diào)查n162022-3-14遙感的局限性n圖像判讀、解譯后獲得的往往是對(duì)地

7、物的大致估計(jì)，或間接信息，和實(shí)際情況有出入。n在很多情況下用計(jì)算機(jī)判讀、解譯比用熟練的人工誤差大，但全靠人工，解譯工作量很大、周期很長(zhǎng)。n城市規(guī)劃中需要地物的社會(huì)屬性，靠遙感只能間接獲取，主要靠實(shí)地調(diào)查。n遙感信息的獲取、解譯技術(shù)還比較復(fù)雜，需要多種專業(yè)人員的配合才能實(shí)現(xiàn)。172022-3-14原始地圖的測(cè)量n現(xiàn)場(chǎng)解析測(cè)量：精度高、中間損失小、野外作業(yè)量大。適合大比例、高精度局部更新。n航空航天攝影測(cè)量：范圍大、外業(yè)工作量小，可直接產(chǎn)生柵格數(shù)據(jù)，也可進(jìn)一步作矢量化處理。但往往受視線遮擋、陰影的影響。適合小比例圖的成片更新。n衛(wèi)星定位技術(shù)（GPS，Global Positioning Syste

8、m）。182022-3-14測(cè)量基準(zhǔn)和坐標(biāo)系n橢球系。地球是表面不規(guī)則的近似橢球體，重力也不均勻。為此要定義地球橢球體的地心、長(zhǎng)軸、短軸，相應(yīng)的經(jīng)緯線。n目前常用的是GRS（1975）橢球系，WGS（1984）橢球系。GRS（1975）：我國(guó)1982年后使用WGS（1984）：GPS系統(tǒng)采用192022-3-14測(cè)量基準(zhǔn)地球模型地球表面水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面鉛垂線地球橢球體202022-3-14地圖投影地圖投影map projections ：為什么要進(jìn)行投影：為什么要進(jìn)行投影l(fā)將三維橢球體轉(zhuǎn)變成二維平面地圖，稱地圖投影l(fā)地球橢球體為不可展曲面l圓錐投影、圓柱投影、局部平面投影是最常用的三大類l將不

9、可展的地球橢球面展開(kāi)成平面，并且不能有斷裂，則圖形必將在某些地方被拉伸，某些地方被壓縮，故投影變形是不可避免的。l距離變形、面積變形、角度（方位）變形l距離、面積、方位三個(gè)因素總是存在矛盾，如何兼顧，何者優(yōu)先，決定了采用什么投影、計(jì)算方法、相關(guān)參數(shù) 212022-3-14地圖投影：投影實(shí)質(zhì)222022-3-14232022-3-14242022-3-14地圖投影：GIS中地圖投影nGIS以地圖方式顯示地理信息，而地圖是平面，地理信息則在地球橢球上，因此地圖投影在GIS中不可缺少。nGIS中，地理數(shù)據(jù)的顯示可根據(jù)用戶的需要而指定投影方式，但當(dāng)所顯示的地圖與國(guó)家基本地圖系列的比例尺一致時(shí)，一般采用

10、國(guó)家基本系列地圖所用的投影。252022-3-14常用的地圖投影n我國(guó)1:1萬(wàn)-1：50萬(wàn)的地形圖采用高斯克呂克投影 (Gauss-Krger)n我國(guó)1：5001：5000的圖，采用城市平面局域投影n英美國(guó)家常用橫軸墨卡托投影（UTM） 262022-3-14練習(xí)中的投影選擇n高斯克呂克投影 (Gauss-Krger)n6帶， 1：2.5萬(wàn) 1：50萬(wàn)地形圖n3帶， 1：1萬(wàn)以上n中國(guó)位于6帶的第13-23 投影帶（東經(jīng)72-136 ）nArcGIS中Geodatabase必須設(shè)地圖投影，Shape file最好也設(shè)地圖投影n/ Gauss Kruger / Beijing 1954 / Be

11、ijing 1954 3 Degree GK CM 120E.prj 272022-3-14坐標(biāo)系和測(cè)量控制網(wǎng) n不同地點(diǎn)測(cè)量得到地物坐標(biāo)，需要相互銜接，為此要定義大地測(cè)量控制網(wǎng)，可以用全球統(tǒng)一的，原點(diǎn)在地心的坐標(biāo)系，相應(yīng)的經(jīng)緯度、高程控制網(wǎng)（地理坐標(biāo)系）。這種方法沒(méi)有投影變換，全球統(tǒng)一，n也可以用平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)。這種方法和地圖的表達(dá)一致。在中國(guó)，有全國(guó)統(tǒng)一的測(cè)量控制網(wǎng)。 n平面控制網(wǎng)：54北京坐標(biāo)系（原點(diǎn)在北京），80西安坐標(biāo)系（原點(diǎn)在陜西涇陽(yáng)），都是高斯-克呂格投影建立起來(lái)的。n高程水準(zhǔn)控制網(wǎng)用黃海高程系，原點(diǎn)在青島。投影、坐標(biāo)系、控制網(wǎng)三者是相互對(duì)應(yīng)的。282022-3-14坐標(biāo)

12、系統(tǒng)平面系統(tǒng)直接建立在球體上的地理坐標(biāo)，用經(jīng)度和緯度表達(dá)地理對(duì)象位置建立在平面上的直角坐標(biāo)系統(tǒng)，用（x，y）表達(dá)地理對(duì)象位置投影54北京坐標(biāo)系（原點(diǎn)在北京），北京坐標(biāo)系（原點(diǎn)在北京），80西安坐標(biāo)系（原點(diǎn)在陜西涇陽(yáng)）西安坐標(biāo)系（原點(diǎn)在陜西涇陽(yáng)）292022-3-14水準(zhǔn)原點(diǎn)1985國(guó)家高程基準(zhǔn)，72.2604米青島觀象山青島觀象山黃海海面1952-1979年平均海水面為0米302022-3-14GIS的坐標(biāo)系和投影n基礎(chǔ)地圖測(cè)量根據(jù)當(dāng)時(shí)、當(dāng)?shù)貧v史條件、應(yīng)用的需要決定坐標(biāo)系。n經(jīng)過(guò)測(cè)量，空間數(shù)據(jù)輸入GIS前，往往已經(jīng)選好了坐標(biāo)系，一般不需要投影變換。n原始數(shù)據(jù)來(lái)源不同，投影不一致時(shí)，就需要轉(zhuǎn)換。

13、n有了計(jì)算機(jī)，不同坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換，比手工操作方便、靈活得多，但基本原理相同。 312022-3-14數(shù)據(jù)的質(zhì)量1微觀上的質(zhì)量問(wèn)題：n位置精度：與空間實(shí)際坐標(biāo)的誤差n屬性精度：與真實(shí)數(shù)據(jù)的差異n分辨率：不同分辨率的地圖使用限制n邏輯的一致性：圖紙本身的邏輯不一致2宏觀上的質(zhì)量問(wèn)題：n完整性：數(shù)據(jù)本身是否完整n時(shí)間性：時(shí)效性n過(guò)程性：數(shù)據(jù)輸入過(guò)程中，方法不當(dāng)產(chǎn)生3、人為因素n保密與利益：人為設(shè)置錯(cuò)誤n費(fèi)用：費(fèi)用的制約n定義與分類：事先考慮不周，設(shè)計(jì)錯(cuò)誤322022-3-14空間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和維護(hù)332022-3-14柵格數(shù)據(jù)與矢量數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換 n矢量數(shù)據(jù)的柵格化（相對(duì)簡(jiǎn)單）n柵格數(shù)據(jù)的矢量化（相

14、對(duì)復(fù)雜） 分類、線細(xì)化、線提取、識(shí)別結(jié)點(diǎn)、獲得矢量坐標(biāo)、拓?fù)渲亟?分類、獲得邊界、邊界矢量化 342022-3-14352022-3-14空間數(shù)據(jù)的維護(hù)坐標(biāo)體系的轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系平移、縮放、旋轉(zhuǎn)n在平面直角坐標(biāo)系（笛卡爾坐標(biāo)系）內(nèi)部的轉(zhuǎn)換，包括平移、旋轉(zhuǎn)、縮放。n計(jì)算公式： hyxmxsincos1kyxmycossin1362022-3-14空間數(shù)據(jù)的維護(hù)投影變換墨卡特投影摩爾魏特投影有了計(jì)算機(jī)，不同投影之間轉(zhuǎn)換方便、靈活。有了計(jì)算機(jī)，不同投影之間轉(zhuǎn)換方便、靈活。372022-3-14空間數(shù)據(jù)的維護(hù)：坐標(biāo)校核橡皮拉伸n圖幅變形校正 rubber sheeting地圖的不均勻變形。不能用坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)、

15、縮放，平移校正的變形。382022-3-14空間數(shù)據(jù)的維護(hù)：坐標(biāo)校核接邊接邊（edge matching）n 分幅面輸入的地圖，進(jìn)行拼接。對(duì)應(yīng)點(diǎn)進(jìn)行連接，保證兩幅圖完成拼接。n不同圖幅的連接n自動(dòng)、手工392022-3-14空間數(shù)據(jù)的維護(hù)：地圖的手工編輯 n所有的GIS都提供人機(jī)交互方式手工編輯的功能，這種功能類似CAD中的編輯功能n數(shù)字化過(guò)程中需要編輯、修改維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)也需要手工編輯 402022-3-14線的加密與簡(jiǎn)化412022-3-14空間數(shù)據(jù)的維護(hù)：拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)自動(dòng)生成 n完成編輯之后，需要生成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) n拓?fù)潢P(guān)系是軟件自動(dòng)生成的。n拓?fù)潢P(guān)系建立，有助于檢查空間數(shù)據(jù)輸入的錯(cuò)誤。n大多數(shù)商

16、用的GIS軟件利用拓?fù)潢P(guān)系的建立來(lái)檢查實(shí)體的錯(cuò)誤n數(shù)字化的典型錯(cuò)誤：節(jié)點(diǎn)錯(cuò)誤，多邊形標(biāo)注錯(cuò)誤422022-3-14數(shù)字化誤差（典型錯(cuò)誤）432022-3-14節(jié)點(diǎn)錯(cuò)誤nDangle node 懸點(diǎn)錯(cuò)誤（只有一個(gè)線擁有的節(jié)點(diǎn)） 包括：開(kāi)放多邊形、欠頭線、過(guò)頭線。（后兩種不一定是錯(cuò)誤，例如：死胡同）npseudo node,偽點(diǎn)錯(cuò)誤（只有兩個(gè)線共有的節(jié)點(diǎn)），包括：島狀多邊形、同一弧段上的節(jié)點(diǎn)，但是往往偽點(diǎn)并不是錯(cuò)誤。442022-3-14多邊形標(biāo)注錯(cuò)誤 n有拓?fù)潢P(guān)系的空間數(shù)據(jù)模型中，多邊形必須有一個(gè)標(biāo)注點(diǎn)（label）。作用相當(dāng)于一個(gè)定位器，用以標(biāo)注多邊形的編碼、文字注記。nArcGIS中用作屬性標(biāo)注的位置n多標(biāo)注點(diǎn)、少標(biāo)注點(diǎn)均是錯(cuò)誤452022-3-14空間數(shù)據(jù)的維護(hù)：空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)連接 n將空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)連接在一起?？臻g數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)必須相互有聯(lián)系才能應(yīng)用n空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)是分開(kāi)輸入，需要完成兩者的連接，才完成數(shù)據(jù)輸入工作。n空間數(shù)據(jù)輸入，一般自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)要素屬性表。用這個(gè)表與單獨(dú)輸入的屬性表連接。n表的連接過(guò)程。需要一個(gè)共有的連接關(guān)鍵字段。一般是用“編碼字段”。462022-3-14矢量模型和柵格模型的比較矢量模型柵格模型數(shù)據(jù)量小大位置精度高低數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜簡(jiǎn)單點(diǎn)、線、面相互關(guān)系豐富缺乏多重屬性方便成組分類 數(shù)據(jù)輸入手工數(shù)字化、野外實(shí)測(cè)、掃描后處理、柵格轉(zhuǎn)換