GIS第3部分空間數(shù)據(jù)的采集與處理

第三部分

空間數(shù)據(jù)的采集與處理

現(xiàn)實(shí)世界文字報(bào)告、遙感圖象等數(shù)字化儀掃描儀解析測圖儀鍵盤等編輯、接邊、分層、圖形與屬性連接、加注記等空間數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)源?如何采集?質(zhì)量如何?矢量數(shù)據(jù)的輸入與編輯矢量數(shù)據(jù)的輸入，是指將分類和編碼的空間對象圖形轉(zhuǎn)換為一系列x、y坐標(biāo)，然后按照確定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)加入到線段或標(biāo)示點(diǎn)的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)文件中去；空間數(shù)據(jù)編輯的目的是為了消除數(shù)字化過程中產(chǎn)生的各類錯誤和對數(shù)據(jù)進(jìn)行拓?fù)潢P(guān)系檢查等而進(jìn)行的操作。柵格數(shù)據(jù)的輸入與編輯柵格數(shù)據(jù)的輸入方法包括透明格網(wǎng)采集輸入、掃描數(shù)字化輸入及其它數(shù)據(jù)傳輸或轉(zhuǎn)換輸入等；數(shù)據(jù)編輯空間數(shù)據(jù)的輸入屬性數(shù)據(jù)的輸入數(shù)據(jù)質(zhì)量問題幾何糾正一空間數(shù)據(jù)輸入手工鍵盤輸入跟蹤數(shù)字化輸入掃描數(shù)字化輸入現(xiàn)有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換1、手工鍵盤輸入鍵盤輸入就是通過手工在計(jì)算機(jī)終端上輸入數(shù)據(jù)。實(shí)際上就是將圖形元素點(diǎn)、線、面實(shí)體的地理位置數(shù)據(jù)（各種坐標(biāo)系中的坐標(biāo)）通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)文件或程序中去。實(shí)體坐標(biāo)可以用地圖上的坐標(biāo)網(wǎng)或?qū)⑵渌窬W(wǎng)復(fù)蓋在材料上量取，這是最簡單又不用任何特殊設(shè)備的圖形數(shù)據(jù)輸入法。2、手扶跟蹤數(shù)字化輸入借助于專用的數(shù)字化儀進(jìn)行空間信息采集

數(shù)字化儀由電磁感應(yīng)板（操作平臺）、坐標(biāo)輸入控制器（標(biāo)示器）和接口裝置組成。目前，市場上數(shù)字化儀的規(guī)格按其可處理的圖幅面積來劃分，有A0、A1、A3等幅面。典型的用于制圖的數(shù)字化儀是A0規(guī)格，其幅面為1.0m×1.5m。較小的數(shù)字化設(shè)備稱為數(shù)字化板。數(shù)字化儀示意圖

底座感應(yīng)板定標(biāo)器手扶跟蹤數(shù)字化方法數(shù)字化過程

將準(zhǔn)備好的數(shù)字化原圖固定于數(shù)字化桌上，定義好用戶坐標(biāo)系（原點(diǎn)和坐標(biāo)軸），確定地圖投影方式，選擇數(shù)字化方式，確定數(shù)字化范圍（即用標(biāo)示器將X、Y最小值的點(diǎn)和X、Y最大值的點(diǎn)數(shù)字化）。數(shù)字化時(shí)必須按照不同的專題內(nèi)容分文件、分圖層有順序地?cái)?shù)字化，幅面較大的圖件，可分塊數(shù)字化。

數(shù)字化方式點(diǎn)方式數(shù)字化只要將標(biāo)示器十字絲交點(diǎn)對準(zhǔn)數(shù)字化原圖上要數(shù)字化的點(diǎn)，按下標(biāo)示器上相應(yīng)的按鍵，記錄該點(diǎn)x、y坐標(biāo)。每記錄一次坐標(biāo)，操作員需要按鍵一次。點(diǎn)方式主要用于采集單個(gè)點(diǎn)和控制曲線形態(tài)的特征點(diǎn)（端點(diǎn)、極值點(diǎn)、拐點(diǎn)），如控制點(diǎn)、三角點(diǎn)、水準(zhǔn)點(diǎn)、獨(dú)立地物中心點(diǎn)等，折線的始點(diǎn)、終點(diǎn)、轉(zhuǎn)折點(diǎn)，居民地街區(qū)拐角點(diǎn)等。流方式數(shù)字化將標(biāo)示器十字絲交點(diǎn)沿曲線從起點(diǎn)移動到終點(diǎn)，讓它以等時(shí)間間隔或等距離間隔方式記錄曲線上一系列密集的離散點(diǎn)坐標(biāo)，操作員無需對每個(gè)點(diǎn)都按鍵一次，僅在曲線的始點(diǎn)和終點(diǎn)各按一次相應(yīng)的按鍵即可，對于不規(guī)則的曲線圖形，如河流、等高線、海岸線等，常使用流方式數(shù)字化。柵格數(shù)字化方式

將數(shù)字化板設(shè)置為虛擬的格網(wǎng)，數(shù)字化點(diǎn)、線、面時(shí)，相當(dāng)于經(jīng)過了相應(yīng)的格網(wǎng)，并給格網(wǎng)賦值。3、掃描數(shù)字化輸入掃描儀絕大多數(shù)掃描儀是按柵格方式掃描后將圖像數(shù)據(jù)交給計(jì)算機(jī)來處理。掃描儀可分為滾筒式、平板式、CCD直接攝像式三種，其中大幅面的地圖以滾筒（卷紙）式用得最多。目前市場上常見的A0幅面的滾筒式單色分灰度掃描儀的分辨率為400～800dpi，操作的精度要高。普通的掃描儀大都按灰度分類掃描，高級的可按顏色分類掃描。掃描并自動矢量化的過程掃描圖自動矢量化處理掃描轉(zhuǎn)換拼接或裁剪掃描圖二值圖矢量柵格轉(zhuǎn)換矢量圖合成、接邊矢量圖編輯紙質(zhì)地圖空間數(shù)據(jù)庫屏幕跟蹤矢量化流程準(zhǔn)備掃描圖像柵格圖像配準(zhǔn)新建數(shù)字化圖層屏幕跟蹤矢量化地圖選擇投影和單位輸入控制點(diǎn)編輯控制點(diǎn)幾何糾正4、現(xiàn)有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

任何信息系統(tǒng)總要利用已有數(shù)據(jù)，以減輕信息收集、編碼、輸入的工作量。除了利用本單位、本部門的現(xiàn)成資料外，常用的、通用的數(shù)據(jù)供社會共享已成為一種趨勢。如：坐標(biāo)文件矢量圖；CAD矢量圖二、屬性數(shù)據(jù)輸入(1)與空間數(shù)據(jù)同時(shí)輸入

(2)屬性數(shù)據(jù)單獨(dú)輸入到文本文件中通過EXCEL數(shù)據(jù)進(jìn)行加載屬性數(shù)據(jù)二、屬性數(shù)據(jù)輸入如：MapInfo用文本坐標(biāo)文件創(chuàng)建點(diǎn)在數(shù)據(jù)層單擊鼠標(biāo)右鍵選擇“DisplayXYdata”設(shè)置XY坐標(biāo)通過EDIT設(shè)置坐標(biāo)系統(tǒng)ArcGIS用文本坐標(biāo)文件創(chuàng)建的臨時(shí)地圖圖層?？梢杂谩拜敵觥北４娉赏ㄓ玫膱D層。數(shù)據(jù)輸出需要在Display下編輯三、數(shù)據(jù)質(zhì)量問題1、數(shù)據(jù)輸入實(shí)測誤差，地圖制圖誤差（制作地圖的每一過程都有誤差），航測遙感數(shù)據(jù)分析誤差（獲取、判讀、轉(zhuǎn)換、人工判讀（識別要素）誤差）掃描得到的地形圖數(shù)據(jù)和遙感數(shù)據(jù)存在變形：圖紙移動圖紙變形2、數(shù)據(jù)操作

類別間的不明確、邊界誤差（不規(guī)則數(shù)據(jù)分類方法引起）多層數(shù)據(jù)疊加誤差多邊形疊加產(chǎn)生的裂縫（無意義多邊形）各種內(nèi)插引起的誤差

三、數(shù)據(jù)質(zhì)量問題3、圖幅接邊誤差三、數(shù)據(jù)質(zhì)量問題4、數(shù)字化誤差

數(shù)字化過程中操作員和設(shè)備造成的誤差，某些地理屬性沒有明顯邊界引起的誤差（地類界）

三、數(shù)據(jù)質(zhì)量問題5.數(shù)據(jù)存貯：數(shù)字存貯有效位不能滿足（由計(jì)算機(jī)字長引起，單精度、雙精度類型）空間精度不能滿足6.數(shù)據(jù)輸出：比例尺誤差、輸出設(shè)備誤差、媒質(zhì)不穩(wěn)定（如圖紙伸縮）7.成果使用：用戶錯誤理解信息、不正確使用信息三、數(shù)據(jù)質(zhì)量問題四、幾何糾正

目的：實(shí)現(xiàn)對數(shù)字化數(shù)據(jù)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和圖紙變形誤差的改正。方式：基本坐標(biāo)變換平移變換旋轉(zhuǎn)變換

比例變換（圖形縮放）仿射變換仿射變換

對于原始圖介質(zhì)存在的幾何變形、掃描輸入時(shí)圖紙未被壓緊產(chǎn)生的斜置、遙感影像本身的幾何變形等帶來的誤差，可通過幾何糾正解決。圖為一幅標(biāo)準(zhǔn)的5萬地形圖，在掃描時(shí)，圖紙擺放傾斜。仿射變換是幾何糾正常用的方法。Y令A(yù)1=msin，B1=mcos，則上式可改寫成 ：Y

四點(diǎn)糾正法：根據(jù)選定的數(shù)學(xué)變換函數(shù)，輸入標(biāo)準(zhǔn)圖廓數(shù)據(jù)，分別采集四個(gè)圖廓控制點(diǎn)坐標(biāo)來完成。

逐網(wǎng)格糾正法：這種方法和四點(diǎn)糾正法的不同點(diǎn)就在于采樣點(diǎn)數(shù)目的不同，它是逐方里網(wǎng)進(jìn)行的，即對每一個(gè)方里網(wǎng)，都要采點(diǎn)。具體采點(diǎn)時(shí)，一般要先采源點(diǎn)（需糾正的地形圖），后采目標(biāo)點(diǎn)（標(biāo)準(zhǔn)圖廓）；先采圖廓點(diǎn)和控制點(diǎn)，后采方里網(wǎng)點(diǎn)。1.地形圖糾正

一般采用4點(diǎn)糾正法或網(wǎng)格糾正法。4點(diǎn)糾正法通過輸入4個(gè)圖幅輪廓控制點(diǎn)坐標(biāo)來實(shí)現(xiàn)變換。當(dāng)4點(diǎn)糾正法不能滿足精度要求時(shí)，可選用網(wǎng)格糾正法，以增加采樣控制點(diǎn)的個(gè)數(shù)。例：地形圖的4點(diǎn)糾正TIC3TIC2TIC1TIC4

遙感影像圖的糾正通常選用同遙感影像圖比例尺相同的地形圖或正射影像圖作變換標(biāo)準(zhǔn)圖，在選擇好變換方法后（通常是3次多項(xiàng)式），在被糾正的遙感影像圖和標(biāo)準(zhǔn)圖上分別采集同名地物點(diǎn)，所選的點(diǎn)在圖上應(yīng)分布均勻、點(diǎn)位合適，通常選道路交叉點(diǎn)、河流橋梁等固定設(shè)施點(diǎn)，以保證糾正精度。2.遙感影像圖的糾正（1）地形圖的配準(zhǔn)－加載數(shù)據(jù)和影像配準(zhǔn)工具

ArcGIS中的Georeferencing擴(kuò)展模塊提供了柵格數(shù)據(jù)幾何校正功能。3、ArcGIS柵格數(shù)據(jù)的幾何校正（2）加載地形圖3、ArcGIS柵格數(shù)據(jù)的幾何校正（3）輸入控制點(diǎn)在配準(zhǔn)中已知一些特殊點(diǎn)的坐標(biāo)，即控制點(diǎn)。

控制點(diǎn)可以是經(jīng)緯線網(wǎng)格的交點(diǎn)、公里網(wǎng)格的交點(diǎn)或者一些典型地物的坐標(biāo)。從圖中均勻的取幾個(gè)點(diǎn)。通常,先在圖像的四個(gè)角選擇4個(gè)控制點(diǎn)，然后在中間的位置有規(guī)律地增加一些控制點(diǎn)能得到較好的效果。3、ArcGIS柵格數(shù)據(jù)的幾何校正3、ArcGIS柵格數(shù)據(jù)的幾何校正（3）輸入控制點(diǎn)注意：地形圖中，讀取控制點(diǎn)的坐標(biāo)，圖中紅色控制點(diǎn)的坐標(biāo)為（643000,3544000），單位：米注意：不加帶號使用工具在掃描圖上精確到找一個(gè)控制點(diǎn)點(diǎn)擊，然后鼠標(biāo)右擊輸入該點(diǎn)實(shí)際的坐標(biāo)位置，如下圖所示：3、ArcGIS柵格數(shù)據(jù)的幾何校正用相同的方法，在影像上增加多個(gè)控制點(diǎn)（大于4個(gè)，一次多項(xiàng)式；大于7個(gè)，二次多項(xiàng)式），輸入它們的實(shí)際坐標(biāo)。3、ArcGIS柵格數(shù)據(jù)的幾何校正ArcGIS柵格數(shù)據(jù)的幾何校正中，每選一個(gè)控制點(diǎn)，圖像都可以進(jìn)行相應(yīng)幾何變換。利用Georeferencing下的Rectify菜單項(xiàng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正（重采樣），形成具有準(zhǔn)確空間參考的柵格數(shù)據(jù)。其中，可以選擇重采樣?xùn)鸥翊笮〖斑x擇重采樣方法（最近鄰法、雙線性內(nèi)插、三次卷積內(nèi)插），并以ESRIGRID、TIFF、ERDASIMAGINE格式輸出。3、ArcGIS柵格數(shù)據(jù)的幾何校正4、ArcGIS矢量數(shù)據(jù)的幾何校正利用ArcGIS中的SpatialAdjustment模塊可以對矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正，從而實(shí)現(xiàn)兩個(gè)不同坐標(biāo)系統(tǒng)矢量數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)。配準(zhǔn)步驟：在Tools菜單下點(diǎn)擊Customize菜單項(xiàng)，打開Customize對話框，選中SpatialAdjustment擴(kuò)展模塊，將顯示SpatialAdjustment工具條。4、ArcGIS矢量數(shù)據(jù)的幾何校正

在屏幕中同時(shí)顯示兩個(gè)不同坐標(biāo)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。點(diǎn)擊SpatialAdjustment菜單下SetAdjustData菜單項(xiàng)，打開選擇校正數(shù)據(jù)對話框。以其中一個(gè)數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系統(tǒng)為基準(zhǔn)，對另一個(gè)數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行幾何校正（需校正的數(shù)據(jù)處于編輯狀態(tài)）?？梢詫φ麄€(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，也可以只對選中數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，如對整個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，則選擇Allfeatureinthese。4、ArcGIS矢量數(shù)據(jù)的幾何校正4、ArcGIS矢量數(shù)據(jù)的幾何校正利用Link工具在兩個(gè)地圖數(shù)據(jù)中找同名點(diǎn)。先點(diǎn)擊源數(shù)據(jù)的一個(gè)控制點(diǎn)，然后，在目標(biāo)數(shù)據(jù)中對同名點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)擊，建立控制點(diǎn)連接。至少要確定3個(gè)控制點(diǎn)，才能進(jìn)行幾何校正（SpatialAdjustment菜單下點(diǎn)擊Adjust菜單項(xiàng)）。校正后的數(shù)據(jù)可以輸出作為新的數(shù)據(jù)保存。4、ArcGIS矢量數(shù)據(jù)的幾何校正在選擇控制點(diǎn)時(shí)，可以打開LinkTable，觀察控制點(diǎn)坐標(biāo)和殘差，對殘差大的控制點(diǎn)，可以刪除，重新選擇控制點(diǎn)。4、ArcGIS矢量數(shù)據(jù)的幾何校正五、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換矢柵數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換柵格數(shù)據(jù)—>矢量數(shù)據(jù)矢量數(shù)據(jù)—>柵格數(shù)據(jù)注意：矢量數(shù)據(jù)的基本坐標(biāo)是直角坐標(biāo)X、Y，坐標(biāo)原點(diǎn)一般區(qū)圖的左下角；柵格數(shù)據(jù)的基本坐標(biāo)是行和列（i，j），坐標(biāo)原點(diǎn)一般取左上角。1．矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成柵格數(shù)據(jù)

Cellsize計(jì)算區(qū)域的最大最小坐標(biāo)分別為xmax，xmin，ymax，ymin。網(wǎng)格大小為x

y。x= y=

一般情況下，取x=y。(1)點(diǎn)的變換

i=1+Int

j=1+Int式中Int為取整函數(shù)。(2)線的變換

點(diǎn)落在哪個(gè)網(wǎng)格中就屬于哪個(gè)網(wǎng)格單元

兩端點(diǎn)的坐標(biāo)為(x1,

y1)和(x2,y2)。該線段經(jīng)過的網(wǎng)格單元范圍，在轉(zhuǎn)換時(shí)我們可在i1

到i2行之間逐行考察。第ｍ行。則該行中心線的y坐標(biāo)為

y=ymax-y(m-)

該中心線與直線交點(diǎn)的x坐標(biāo)為

根據(jù)x可求出交點(diǎn)所處的列數(shù)n

n=1+Int

中位線法(3)面的填充(a)射線搜索內(nèi)點(diǎn)法(b)多重地物內(nèi)點(diǎn)屬性填充按照多邊形線段的左＼右屬性填充。當(dāng)前經(jīng)過的格網(wǎng)，可以制定規(guī)則指定屬性。(c)點(diǎn)擴(kuò)散法填充地物屬性

從多邊形中任一格網(wǎng)點(diǎn)開始擴(kuò)散，直到邊界格網(wǎng)。cellsize2．柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成矢量數(shù)據(jù)

柵格數(shù)據(jù)可來源于掃描、遙感分類圖象或其它圖象轉(zhuǎn)換結(jié)果（包括由