GIS空间数据采集和质量.pptx
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1、3-1 概述第三章 空间数据的采集和质量控制现实世界文字报告、遥感图象等数字化仪扫描仪解析测图仪键盘 等编辑、接边、分层、图形与属性连接、加注记等空间数据库数据源?如何采集?质量如何?返回一、GIS的数据源:第三章 空间数据的采集和质量控制3-1 概述1.地图资料普通地图空间信息专题地图专题(属性)信息2.遥感(RS)资料数据图片3.实测数据资料空间数据:数字测图仪、GPS接受仪属性数据:气象气候数据等4.统计资料数字:人口、产值、收入、消费文字:土地类型、劳动力状况、受教育程度、污染情况5.对媒体资料和已有系统的数据返回第三章 空间数据的采集和质量控制3-1 概述二、空间数据采集的任务 将现
2、有的上述类型数据转换成GIS可以处理与接收的数字形式,通常要经过验证、修改、编辑等处理。GIS的数据质量是指GIS中空间数据(几何数据和属性数据)的可靠性,通常用空间数据的误差来度量。误差是指数据与真值的偏离。研究GIS数据质量对于评定GIS的算法、减少GIS设计与开发的盲目性都具有重要意义。精度越高,代价越大。GIS数据质量对保证GIS产品的可靠性有重要意义。三、研究GIS数据质量的目的和意义返回3-2 空间数据的地理参照系和控制基础一、地理空间(Geographic Space)的定义第三章 空间数据的采集和质量控制 指物质、能量、信息的存在形式在形态、结构过程、功能关系上的分布方式和格局
3、及其在时间上的延续,具体包括地球上大气圈、水圈、生物圈、岩石圈和土壤圈交互作用的区域。地理空间具体被描述为:1)绝对空间,具有属性描述的空间位置的集合,一系列坐标值组成。2)相对空间,是具有空间属性特征的实体的集合,由不同实体之间的空间关系组成。返回二、地理空间的数学建构-如何建立地球表面的几何模型第三章 空间数据的采集和质量控制3-2 地理参照系和控制基础地图的数学基础,是指使地图上各种地理要素与相应的地面景物之间保持一定对应关系的经纬网、坐标网、大地控制点、比例尺等数学要素。两个矛盾:一个是球面与平面之间的矛盾。经纬网、坐标网、大地控制点地图投影一个是大与小的矛盾。比例尺二、地理空间的数学
4、建构-如何建立地球表面的几何模型包括海洋底部、高山、高原在内的固体地球表面,起伏不定,难以用一个简洁的数学式描述。第三章 空间数据的采集和质量控制3-2 地理参照系和控制基础1、最自然的面:地球的自然表面并非光滑,珠穆朗玛与马里亚纳海沟之间的高差达近20km。通过天文大地测量、地球重力测量、卫星大地测量等精密测量,发现:地球并不是一个正球体,而是一个极半径略短、赤道半径略长,北极略突出、南极略扁平,近于梨形的椭球体。陕北黄土高原二、地理空间的数学建构-如何建立地球表面的几何模型第三章 空间数据的采集和质量控制3-2 地理参照系和控制基础2、相对抽象的面,即大地水准面 地球表面72%被海水覆盖,
5、假设一个当海水处于完全静止的平衡状态时从海平面延伸到所有大陆下部,而与地球重力方向处处正交的一个连续、闭合的水准面。可用水准仪完成地球自然表面上任一点的高程测量。但地球的重力方向存在局部变异,处处与重力方向垂直的大地水准面显然不可能是一个十分规则的表面,且不能用简单的数学公式来表达,因此,大地水准面不能作为测量成果的计算面。为了测量成果计算的需要,选用一个同大地体相近的、可以用数学方法来表达的旋转椭球来代替地球,且这个旋转椭球是由一个椭圆绕其短轴旋转而成的。凡是与局部地区(一个或几个国家)的大地水准面符合得最好的旋转椭球,称为参考椭球。二、地理空间的数学建构-如何建立地球表面的几何模型第三章
6、空间数据的采集和质量控制3-2 地理参照系和控制基础2、相对抽象的面,即大地水准面大地水准面重力等位面地球物理表面 大地体对地球形体的一级逼近二、地理空间的数学建构-如何建立地球表面的几何模型第三章 空间数据的采集和质量控制3-2 地理参照系和控制基础2、相对抽象的面,即大地水准面大地水准面的意义:1.由略微不规则的大地水准面包围的大地体,是地球形状的很好近似。它不仅表达了大部分自然表面的形状,而且大地水准面以上多出的质量几乎就是陆地下缺少的质量。2.大地水准面包围的大地体表面存在一定的起伏波动,这对大地测量或地球物理学均具有研究价值,可应用重力场理论来进行研究。制图学中则可忽略不计,因为对所
7、有制图业务,均可把地球当作正球体看待。3.于大地水准面是实际重力等位面,因此人们才可能通过测量仪器,获得相对于大地水准面的海拔高度。二、地理空间的数学建构-如何建立地球表面的几何模型第三章 空间数据的采集和质量控制3-2 地理参照系和控制基础为了测量成果计算的需要,选用一个同大地体相近的、可以用数学方法来表达的旋转椭球来代替地球-三轴椭球体。3、椭球体模型a长半径a(赤道半径)短半径b(极半径)扁率=(a-b)/a第一偏心率e2=(a2-b2)/a2第二偏心率e2=(a2-b2)/b2二、地理空间的数学建构-如何建立地球表面的几何模型第三章 空间数据的采集和质量控制3-2 地理参照系和控制基础
8、3、椭球体模型1952年,海福特椭球体1953年,克拉索夫斯基椭球体,1954北京大地坐标系;1978年,1975国际椭球体,1980西安国家大地坐标系;我国的椭球体模型:二、地理空间的数学建构-如何建立地球表面的几何模型第三章 空间数据的采集和质量控制3-2 地理参照系和控制基础返回 旋转椭球体(地球椭球体)地球的数学表面对地球形体的二级逼近。将地球椭球体摆到与大地水准面最贴近的位置上地球椭球体定位对地球形体的三级逼近。三、地理参照系1、经纬度坐标系(地理坐标)对空间定位有利,但难以进行距离、方向、面积量算。第三章 空间数据的采集和质量控制3-2 地理参照系和控制基础三、地理参照系2、笛卡儿
9、平面坐标系 便于量算和进一步的空间数据处理和分析。平面坐标系分为平面极坐标系和平面直角坐标系。平面极坐标系采用极坐标法,即用某点至极点的距离和方向来表示该点的位置的方法,来表示地面点的坐标。主要用于地图投影理论的研究。平面直角坐标采用直角坐标(笛卡尔坐标)来确定地面点的平面位置。可以通过投影将地理坐标转换成平面坐标。第三章 空间数据的采集和质量控制3-2 地理参照系和控制基础地图投影椭球体模型三、地理参照系3、高程系统描述空间点在垂直高度上的特性-高程由高程基准面起算的地面点的高度。“1956年黄海高程系”“1985年国家高程基准”第三章 空间数据的采集和质量控制3-2 地理参照系和控制基础返
10、回四、GIS的地理基础-控制基础各种GIS的数据源、服务目的和各自特征可以不同,但均有自身统一的地理基础。第三章 空间数据的采集和质量控制3-2 地理参照系和控制基础地理基础是地理信息数据表示格式与规范的重要组成部分统一的地图投影系统统一的地理格网坐标系统(地理参照系)统一的地理编码系统1、地理基础的内容四、GIS的地理基础-控制基础各种GIS的数据源、服务目的和各自特征可以不同,但均有自身统一的地理基础。第三章 空间数据的采集和质量控制3-2 地理参照系和控制基础每一种投影都与一个坐标系统相联系。坐标系统是一套说明某一物体地理坐标的参数,参数之一为投影。投影关系着如何将图形物体显示于平面上,
11、而坐标系统则显示出地形地物所在的相对位置。2、投影与坐标系四、GIS的地理基础-控制基础各种GIS的数据源、服务目的和各自特征可以不同,但均有自身统一的地理基础。第三章 空间数据的采集和质量控制3-2 地理参照系和控制基础为地理信息系统选择和设计一种或几种适用的地图投影系统和网格坐标系统,为各种地理信息的输入、输出及匹配处理提供一个统一的定位框架,使各种来源的地理信息和数据能够具有共同的地理基础,并在这个基础上反映出它们的地理位置和地理关系特征。、统一的地图投影系统的意义返回五、地图投影 第三章 空间数据的采集和质量控制3-2 地理参照系和控制基础地图投影,就是按照一定数学法则,将地球椭球面上
12、的经纬网转换到平面上,使地面点位的地理坐标(,)与地图上相对应的点位的平面直角坐标(x,y)或平面极坐标间,建立起一一对应的函数关系。五、地图投影 第三章 空间数据的采集和质量控制3-2 地理参照系和控制基础五、地图投影 第三章 空间数据的采集和质量控制3-2 地理参照系和控制基础五、地图投影 第三章 空间数据的采集和质量控制3-2 地理参照系和控制基础五、地图投影 第三章 空间数据的采集和质量控制3-2 地理参照系和控制基础长度变形面积变形角度变形地图投影中不可避免地存在着变形,在建立一个投影时不仅要建立(x,y)与(,)之间的关系,而且要研究投影变形的分布与大小。地图投影的变形主要体现在:
13、五、地图投影 1、GIS与地图投影关系 第三章 空间数据的采集和质量控制3-2 地理参照系和控制基础地理基础(地图投影)数据输出(具有相应投影的地图)数据获取(不同投影的地图)数据标准化预处理(按某一参照系数字化)数据存储(统一的坐标基础)数据处理(投影转换)数据应用(检索查询、覆盖分析等)2、GIS中地图投影设计与配置的一般原则1)所配置的投影系统应与相应比例尺的国家基本图(基本比例尺地形图,基本省区图或国家大地图集)投影系统一致。2)系统一般只考虑至多采用两种投影系统,一种应用于大比例尺的数据处理与输出、输入,另一种服务于小比例尺。3)所用投影以等角投影为宜。4)所用投影应能与网格坐标系统
14、相适应,即所采用的网格系统(特别是一级网格)在投影带中应保持完整。第三章 空间数据的采集和质量控制3-2 地理参照系和控制基础3、我国GIS常用的地图投影配置采用与我国基本图系列一致的地图投影系统:我国常用的地图投影的情况为:1)、我国基本比例尺地形图(1:100万、1:50万、1:25万、1:10万、1:5万、1:2.5、1:1万、1:5000),除1:100万外均采用高斯克吕格投影为地理基础;2)、我国1:100万地形图采用了Lambert投影,其分幅原则与国际地理学会规定的全球统一使用的国际百万分之一地图投影保持一致。3)、我国大部分省区图以及大多数这一比例尺的地图也多采用Lambert
15、投影和属于同一投影系统的Albers投影(正轴等面积割圆锥投影);4)、Lambert投影中,地球表面上两点间的最短距离(即大圆航线)表现为近于直线,这有利于地理信息系统中空间分析量度的正确实施。第三章 空间数据的采集和质量控制3-2 地理参照系和控制基础3、我国GIS常用的地图投影配置第三章 空间数据的采集和质量控制3-2 地理参照系和控制基础高斯克吕格投影高斯投影是一种横轴等角切椭圆柱投影,其条件为:1)中央经线和地球赤道投影成为直线且为投影的对称轴;2)等角投影;3)中央经线上没有长度变形。由公式可分析出高斯投影变形具有以下特点:1)中央经线上无变形2)同一条纬线上,离中央经线越远,变形
16、越大;3)同一条经线上,纬度越低,变形越大;4)等变形线为平行于中央经线的直线。3、我国GIS常用的地图投影配置第三章 空间数据的采集和质量控制3-2 地理参照系和控制基础高斯克吕格投影由此可见,高斯投影的最大变形处为各投影带在赤道边缘处,为了控制变形,我国地形图采用分带方法,即将地球按一定间隔的经差(6或3)划分为若干相互不重叠的投影带,各带分别投影。1:2.5万至1:50万的地形图均采用6分带方案,即从格林尼治零度经线起算,每6为一个投影带,全球共分为60个投影带。我国领土位于东经72到136之间,共包括11个投影带(13带22带)。1:1万及更大比例尺地形图采用3分带方案,全球共分为12
17、0个投影带。3、我国GIS常用的地图投影配置第三章 空间数据的采集和质量控制3-2 地理参照系和控制基础3、我国GIS常用的地图投影配置第三章 空间数据的采集和质量控制3-2 地理参照系和控制基础我国规定1:1万1:50万比例尺地形图均采用高斯克吕格投影。1:1万采用30分带,1:2.5万采用经差60分带。1:25万、1:50万、1:100万地形图上绘经纬线网;1:1万、1:25万、1:5万和1:1万图上不绘经纬网,绘方里网子午线收敛角。经纬线网即指由经线和纬线所构成的坐标网,又称地理坐标网。在1:1万1:20万比例尺的地形图上,经纬线只以图廓线的形式直接表现出来,并在图角处注出相应度数。为了
18、在用图时加密成网,在内外图廓间还绘有加密经纬网的加密分划短线(图式中称“分度带”),必要时对应短线相连就可以构成加密的经纬线网。1:25万地形图上,除内图廓上绘有经纬网的加密分划外,图内还有加密用的十字线。我国的1:50万1:100万地形图,在图面上直接绘出经纬线网,内图廓上也有供加密经纬线网的加密分划短线。3、我国GIS常用的地图投影配置第三章 空间数据的采集和质量控制3-2 地理参照系和控制基础方里网是由平行于投影坐标轴的两组平行线所构成的方格网。因为是每隔整公里绘出坐标纵线和坐标横线,所以称之为方里网,由于方里线同时又是平行于直角坐标轴的坐标网线,故又称直角坐标网。直角坐标网的坐标系以中
19、央经线投影后的直线为X轴,以赤道投影后的直线为Y轴,它们的交点为坐标原点。这样,坐标系中就出现了四个象限。纵坐标从赤道算起向北为正、向南为负;横坐标从中央经线算起,向东为正、向西为负。我国位于北半球,全部X值都是正值。在每个投影带中则有一半的Y坐标值为负。为了避免Y坐标出现负值,规定纵坐标轴向西平移500km(半个投影带的最大宽度不超过500km)。这样,全部坐标值都表现为正值了。3、我国GIS常用的地图投影配置第三章 空间数据的采集和质量控制3-2 地理参照系和控制基础3、我国GIS常用的地图投影配置第三章 空间数据的采集和质量控制3-2 地理参照系和控制基础正轴等角圆锥投影3、我国GIS常
20、用的地图投影配置第三章 空间数据的采集和质量控制3-2 地理参照系和控制基础(1)角度没有变形,即投影前后对应的微分面保持图形相似,故亦可称为正形投影;(2)等变形线和纬线一致,同一条纬线上的变形处处相等;(3)两条标准纬线上没有任何变形;(4)在同一经线上,两标准纬线外侧为正变形(长度比大于1),而两标准纬线之间为负变形(长度比小于1),因此,变形比较均匀,绝对值也较小;(5)同一纬线上等经差的线段长度相等,两条纬线间的经线线段长度处处相等。返回正轴等角圆锥投影3-3 空间数据的分类和编码第三章 空间数据的采集和质量控制分层区域分块空间数据库GIS应用大范围 地理区域合理组织面向对象组织矩形
21、分块经纬度分块一、空间数据的组织返回二、地理数据的分层空间数据可按某种属性特征形成一个数据层,通常称为图层(Coverage)。1、空间数据分层方法:1)专题分层每个图层对应一个专题,包含某一种或某一类数据。如地貌层、水系层、道路层、居民地层等。2)时间序列分层即把不同时间或不同时期的数据作为一个数据层。3)地面垂直高度分层 第三章 空间数据的采集和质量控制专题分层时间序列Z3-3 空间数据的分类和编码二、地理数据的分层第三章 空间数据的采集和质量控制3-3 空间数据的分类和编码2、空间数据分层的目的便于空间数据的管理、查询、显示、分析等。1)空间数据分为若干数据层后,对所有空间数据的管理就简
22、化为对各数据层的管理,而一个数据层的数据结构往往比较单一,数据量也相对较小,管理起来就相对简单;2)对分层的空间数据进行查询时,不需要对所有空间数据进行查询,只需要对某一层空间数据进行查询即可,因而可加快查询速度;3)分层后的空间数据,由于便于任意选择需要显示的图层,因而增加了图形显示的灵活性;4)对不同数据层进行叠加,可进行各种目的的空间分析。第三章 空间数据的采集和质量控制3-3 空间数据的分类和编码返回三、空间数据的分类与编码第三章 空间数据的采集和质量控制3-3 空间数据的分类和编码定量信息可以被计算机直接识别,而定性信息必须首先“数字化”才能被计算机接受,它是通过采用一种编码方法将定
23、性信息用“属性特征码”(简称特征码)表示,这样就可以将定性属性信息输入计算机中。地理信息编码就是用数字或字符标记空间对象的属性。它既是标识空间对象的标志,组织和编排地理数据的媒介,又是存储和检索的标志,是不可缺少的空间数据的一个组成部分。三、空间数据的分类与编码第三章 空间数据的采集和质量控制分类、编码点、线、面特征码、坐标信息世界3-3 空间数据的分类和编码将真实世界地理事物和现象的定性与定量信息结合起来,直接进行分类和分等定级,根据类别和等级赋予一定代码的方法称为地理属性编码。1、属性数据编码第三章 空间数据的采集和质量控制3-3 空间数据的分类和编码 在属性数据中,有一部分是与几何数据的
24、表示密切有关的。例如,道路的等级、类型等,决定着道路符号的形状、色彩、尺寸等。在GIS中,通常把这部分属性数据用编码的形式表示,并与几何数据一起管理起来。编码:是指确定属性数据的代码的方法和过程。代码:是一个或一组有序的易于被计算机或人识别与处理的符号,是计算机鉴别和查找信息的主要依据和手段。编码的直接产物就是代码,而分类分级则是编码的基础。2、分类编码的原则分类是将具有共同的属性或特征的事物或现象归并在一起,而把不同属性或特征的事物或现象分开的过程。分类是人类思维所固有的一种活动,是认识事物的一种方法。分类的基本原则是:第三章 空间数据的采集和质量控制3-3 空间数据的分类和编码一致性系统性
25、通用性和标准化可扩展性2、分类编码的原则第三章 空间数据的采集和质量控制3-3 空间数据的分类和编码编码的一致性一致性指对象的专业名词、术语的定义必须严格保证概念的一致,对代码所定义的同一专业名词、术语必须是唯一的。编码的系统性各种地理现象是地理系统的组成部分,彼此之间相互联系、相互影响。编码的系统性就是指在设置代码时要明确地反映出现象之间的固有关系,具有严密的逻辑性、层次性和关联性。2、分类编码的原则第三章 空间数据的采集和质量控制3-3 空间数据的分类和编码编码的通用性和标准化即要与国家已颁布的有关规范和标准一致,直接引用或参照标准。这样便于数据共享和交换,为数据的通用性创造条件。编码的可
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