第三章-数据的输入与输出技术1-土地信息系统土地资源管理专业课件.ppt

1、一、数据涵义二、土地数据的基本特征三、空间数据的测量尺度 数据的形式：文本、图像、声音等 数据处理：编码、分类、增强等；以便获得数据中的信息。土地数据一般具有三个基本特征:空间特征:地理位置;地物形状；拓扑关系 专题特征：地理实体所具有的性质：权属、面积、降雨量等 时间特征：指土地数据随时间的变化。为了描述地理世界,对任何事物都要鉴别、分类和命名,这些过程称为量测。测量：就是根据一定的标准对特定现象赋值。测量的尺度大致可以分成四个层次,命名或类型、次序、间隔以及比率。1.命名量 命名量属定性而非定量,是不能进行任何算术运算的符号或数,如一个城市的名字。对命名数据的逻辑运算只有“等于”或“不等于

2、”两种形式 2.次序量 次序量是线性坐标上不按值的大小,而是按顺序排列的数,例如,事故发生危险程度的级别由大到小被标为 1,2,3,级别的序号越低,其危险性越大,但危险性到底有多大并未给予定量的表达。对次序数据的逻辑运算除了“等于”与“不等于”之外,还可以比较它们的大小,即“大于”或“小于”。3.间隔量 间隔量是不参照某个固定点,而是按间隔表示相对位置的数。按间隔量测的值相互之间可以比较大小,并且它们之间的差值大小是有意义的。间隔数据可用于加、减、乘、除等运算,而且可以求算术平均。4.比率量 指那些有真零值而且测量单位的间隔是相等的数据,比例测量尺度与使用的测量单位无关 间隔测量尺度与比例测量

3、尺度相似,但是间隔尺度的测量值无真的零值。比例数据或间隔数据可以比较容易地被转变成次序或命名数据。而命名数据则很难被转化成次序、间隔数据或比例数据。尽管命名数据或次序数据便于使用,易于理解,但有时不够精确,不能用于较高级的算术运算。而比例数据或间隔数据比较精确,便于计算机处理,在LIS应用中,上述几种测量尺度的数据均需用到。从数据源中获取数据是建立数据库的最初工作,非数字信息必须转换成数字形式才能被计算机接受。土地信息系统获取数据的途径主要:地图数据 遥感数据 全球定位系统 其他 地图是GIS的主要数据源，因为地图包含着丰富的内容，不仅含有实体的类别和属性，而且含有实体间的空间关系。地图按内容

4、可分为普通地图和专题地图两大基本类型。普通地图:以同等详细程度表示各种自然和社会现象，它又可按内容的概括程度进一步划分为地形图和地理图。1.地形图 主要是指按国家制订的统一规范细则编制的国家基本比例尺地形图，内容较详细。在地形图上，地形用等高线表示，能表示地面的实际高度和起伏特征。其他要素用规定的图式符号表示。地形图有严密的大地控制基础，采用统一投影和统一分幅编号，根据国家颁布的测绘规范和图式测制。能满足用图者对了解地形起伏方面的要求。它可有多种比例尺，我国把1:100万，1:50万，1:25万，1:10万，1:5万，1:2.5万和1:1万等7种比例尺的地形图规定为国家基本比例尺地形图。2.地

5、理图 地理图的内容概括程度较高，比例尺一般较小，具有一览图的性质。在GIS中用得不多。专题地图:突出表示某一种或几种主题要素或现象的地图。1.与于普通地图的区别：专题地图拥有固定的用图对象，侧重某一方面，以内容适应于专题要求为其特色。2.专题地图分类：自然地图和社会经济地图自然地图有植被图、土壤图、气候图、水文图、水系图、地质图和地貌图等。社会经济地图，有政区图、人口图、经济图和道路交通图等。从遥感数据得来的数字高程模型和数字正射影像图也可列入专题地图。遥感（remote sensing）就是遥远感知事物的意思，也就是不直接接触目标物和现象，在距离地物几公里到几百公里、甚至上干公里的飞机、飞船

6、、卫星上，使用光学或电子光学仪器（称为遥感器）接受地面物体反射或发射的电磁波信号，并以图像胶片或数据磁带形式记录下来，传送到地面，经过信息处理、判读分析和野外实地验证，最终服务于用户1.1.探测范围大探测范围大 航摄飞机的飞行高度可达10km左右,陆地卫星的轨道高度达到 910km左右,由于飞得高,观测的面积就广阔。例如每张陆地卫星图像覆盖的地面范围达到3万多km2,大约相当于我国海南岛的面积,我国只要600多张的陆地卫星图像就可以全部覆盖。2.2.高分辨率高分辨率 航空像片的空间分辨率可高达厘米级甚至毫米级。商用卫星遥感数据的空间分辨率也将达到80cm左右,而数字航空摄影或利用其他航空传感器

7、也可以达到10-3Ocm 的空间分辨率。3.3.获取资料的速度快、周期短获取资料的速度快、周期短 以往进行实地测绘地图,要几年、十几年甚至几十年才能重复一次。应用航空摄影测量方法以后,也要数年才能重复测量一次,而卫星绕地球运转,能迅速获得所经地区的各种自然现象的最新资料。4.4.受地面条件限制少受地面条件限制少 对于自然条件恶劣、地面工作难以开展的地区,如高山、冰川、沙漠、沼泽等,或因国界限制不易到达的地区,用遥感,特别是航天遥感方法,则比较容易获取资料。5 5.信息量大信息量大 遥感技术可以根据不同的目的和任务,选用不同的波段和不同的遥感仪器,取得所需的信息。现代的遥感技术不仅能利用可见光波

8、段探测物体,而且能利用人眼看不见的紫外线、红外线和微波波段进行探测。不仅能探测地表的性质,而且可以探测到目标物的一定深度。某些波段具有对云、雾、冰、植被和沙土等的穿透性,可深化对被测目标的认识。遥感数据是GIS的重要数据源。遥感技术是GIS数据更新的重要手段。（一）GPS 全球定位系统GPS是缩写词NAVSTARGPS的简称，其全部意义为：导航卫星测时和测距全球定位系统，即Navigation Satellite Timing and RangingGlobal Positioning System。一般全球定位系统都由卫星、控制系统和用户设备三部分组成全球定位系统由24颗卫星组成，分布在地球

9、上空20183km高度的6个轨道上，每个轨道面上有4颗星，卫星运行周期为11h58min，这样可确保在地球任意地方，至少同时可观察到5颗卫星，其中至少有4颗在地平线7.5以上，但同时同地可供观察的卫星不会超过11颗。现代测距多使用无线电信号测量所测距离上的传播延迟(传播时间)来推算距离,GPS系统也是如此。因此时间基准对于准确定位十分重要。如在1981年10月发射的卫星上,装的是氢原子钟,其日稳定度达到10-14/日,目前利用无线电技术最容易实现的还是对时间的精密测量,时间基准也是目前世界上所有物理量测量基准中精确度最高的各卫星的原子钟互相同步,并与地面站组的原子钟同步,建立起GPS系统的精密

10、时系,称为GPS时。向地面发送的星历就是以GPS 钟基准顺序发射的。卫星上的导航发射机向用户播发的信号,采用双频方式,频率为1575.42MHZ 和1227.60MHZ。发射双频是为了校正电离层产生的附加延时。控制系统由设在印度洋的 Diego Garcia、大西洋的 Ascencion 太平洋的Kwa-jalein 和夏威夷以及美国本土的 Colorado Springs 5 个监测站组成。Colorado Springs 站为监测总站。卫星监测站的功能是监测卫星运行状况,确定其轨道和星上原子钟的工作状态,传送需要传播的信息到各卫星上。GPS用户使用适当的接收机下载卫星信号码及载波相位并提取

11、传播的消息。将下载接收到的卫星信息码与接收机产生的复制码匹配比较,便可确定接收机至卫星的距离。如果计算出4颗或更多卫星到接收机的距离,再与卫星位置相结合,便可确定GPS接收机天线所在的三维地心坐标(以WGS84为标准的椭球面坐标)。1.GPS 1.GPS 定位的基本原理定位的基本原理 GPS定位的基本原理是利用测距交会确定点位。如图3-1 所示,一颗卫星信号传播到接收机的时间只能决定该卫星到接收机的距离,但并不能确定接收机相对于卫星的方向,在三维空间中,GPS 接收机的可能位置构成一个球面;当测到两颗卫星的距离时,接收机的可能位置被确定于两个球面相交构成的圆上;当得到第三颗卫星的距离后,球面与

12、圆相交得到两个可能的点;第四颗卫星用于确定接收机的准确位置。因此,如果接收机能得到4颗GPS卫星的信号,就可以进行定位(图3-1);当接收到信号的卫星数目多于4个时,可以优选4颗卫星计算位置。2.GPS误差和纠正：造成GPS定位误差的因素有很多,如由于卫星轨道变化、卫星电子钟不准确或定位信号穿越电离层和地表对流层时速度的变化等引起的误差,但是 GPS 定位中最大的误差还是美国军方为了安全而人为降低信号质量造成的。其误差可以达到100米。误差纠正：采用两个或更多GPS进行差分进行误差纠正全球卫星定位系统(GPS)作为一种新型的定位数据的采集和更新手段。具有高精度、高效益、全天候、低成本、高灵活性

13、、实时性等特有的优势，因而在GIS中具有重要的应用价值。在LIS中的应用：1.直接用GPS技术对LIS的空间数据作实时更新和采集；2.把GPS接收机的实时差分定位技术与LIS的电子地图相结合，组合成各种电子导航系统。3.GPS还可以为LIS中空间数据的采集提供辅助的定位数据，可大大提高成果数据的精度和应用范围，例如在航空摄影测量和遥感中心用GPS技术。1.文本资料 文本资料是指各行业、各部门的有关法律文档、行业规范、技术标准、条文条例等，如边界条约等，这些也属于GIS的数据。2.统计资料 国家和军队的许多部门和机构都拥有不同领域(如人口、基础设施建设、地志等)的大量统计资料，这些都是GIS的数

14、据源，尤其是GIS属性数据的重要来源。3.实测数据 野外试验、实地测量等获取的数据可以通过转换直接进入GIS的地理数据库，以便于进行实时分析和进一步应用。4 多媒体数据 多媒体数据(包括声音、录像等)通常可通过通讯口传人GIS的地理数据库中。目前其主要功能是辅助GIS的分析和查询。5 已有系统的数据 GIS还可以从其他已建成的信息系统和数据库中获取相应的数据。由于规范化、标准化的推广，不同系统间的数据共享和可交换性越来越强，这样就拓展了数据的可用性，增加了数据的潜在价值。数据输入:对数据进行必要编码和输入数据库的操作过程.建立土地信息系统最重要最复杂的核心任务是建立土地数据库数据输入工作内容:

15、统一的地理基础;空间数据;属性数据一、地理基础二、空间数据输入三、属性数据输入及其与空间数据的连接 四、数据编辑地理基础:地图投影坐标系编码土地信息系统中的投影系统配置中有以下一般性特征:(1)各个国家的土地信息系统采用的投影系统与该国的基本地图系列所用投影系统一致;(2)各地区的土地信息系统中的投影系统与其所在区域适用的投影系统一致。一般土地信息系统中地图投影配置的选择原则为:(1)投影系统应与相应比例尺的国家基本图投影系统一致。(2)一般只考虑至多采用两种投影系统,一种服务于大比例尺的数据处理系统,另一种服务于中小比例尺的数据处理系统。测量 数字化仪 扫描矢量化20世纪70年代初,美国胜马

16、公司(SUNMA)推出数字化仪系列产品规格：A0、A1、A3 联机COM-DIG工作过程：固定地图输入控制点（用游标）至少四个，选取原则：明显地物、实地坐标、均匀开始数字化图$41数据输入功能数字化仪工作方式：（1）流方式：作业员连续移动游标，计算机等时间或等到距离控制点位的数据录入 优点：作业员只需考虑线迹跟踪而不必考虑点位选择和录入，易于操作，速度快、效率高 缺点：等时录入，采样点疏密与游标移动速度有关 等距录入，曲率大小下样点数多少无关$41数据输入功能（2）、点方式：作业员控制样点密度 优点：作业员根据曲线形状控制点密度 缺点：慢、效率低 *一般采用两种方式混用$41数据输入功能数字化

17、数据精度投影的因素1、数字化仪分辨率2、图件本身精度：如果图件用0.4mm笔绘，采用0.02mm的数字化仪就没必要3、操作员水平：a、线迹跟踪误差：十字线左右偏移造成的误差 b、概括综合误差：对某线段选点的位置和数量进行选择时的误差 c、经验注意：数字化仪的实际分辩率比标出的要低 例：标为0.025mm，实测为0.070.15mm 用扫描仪将印刷图件扫描成栅格图像数据，经栅矢转换(或屏幕数字化)形成矢量格式地图数据。屏幕数字化分全手工数字化和半自动数字化两种扫描栅格文件矢量化矢量文件文件转换GIS数据库原始图像预处理栅格编辑矢量编辑平板式扫描仪原理示意图 滚筒式扫描仪原理示意图 1.地图扫描输

18、入功能 2.图像格式转换和图像编辑功能:能接受不同格式的栅格数据，3.彩色地图图像数据的分版功能:能够将所扫描的彩色地图图像分成不同要素版的图像数据，以便于跟踪和识别。4.线状要素的矢量化功能:能够对线状要素进行细化、断线修复和跟踪，即应具有自动提取线状要素中心线的功能。由于目前的自动化程度还不够高，经常需要进行人机交互，诸如在多条线的交叉点、线划粘连及断开处等，需人机交互指明继续追踪的方向。5.点状符号和注记的自动识别功能:能对点状符号和注记进行自动识别，6.属性编码的自动赋值:能对已数字化的要素自动根据其符号特征赋以相应的编码(根据线性赋属性)，这方面目前还需要较多的人机交互。7.图幅信息

19、录入与管理功能8.要素编码设置功能:为了能进行属性编码的自动赋值以及人机交互地进行属性编码赋值（等值线赋值），都必须针对不同的要求进行地图要素的编码设置。9.控制点输入功能:为了进行数字化后的数据纠正，必须具有控制点输入功能。与地图跟踪数字化相比，地图扫描数字化具有速度快、精度高、自动化程度高等优点，正在成为GIS中最主要的地图数字化方式。属性数据的录入主要采用键盘输入的方法，有时也可以借助于字符识别软件。当属性数据的数据量较小时，可以在输入几何数据的同时，用键盘输入；当数据量较大时，一般与几何数据分别输入。并检查无误后转入到数据库中。公共字段：关键字NOXY1025625.669.7.NO面

20、积地类级别102568978215.几何数据属性数据1.对空间数据(图形数据)的编辑(1)图幅定向。数字化过程中一项重要内容是对待数字化图幅进行图幅定向工作,将图幅坐标归化为地理坐标。即图形编辑系统应具有自动完成数字化仪坐标地图坐标屏幕坐标的转换功能(2)文件管理。图形编辑中的文件管理是指对图形文件的读写功能。通常,在这一功能菜单中应包括:创建新文件、打开已有文件、添加文件、存贮文件与更改文件名、输出图形文件等基本项目。可以进行逐点或逐线段地增、删、改操作,开窗、缩放、移动、旋转、裁剪、粘贴和拷贝等操作。对图形进行分层显示;针对所开窗口的任一位置,输出其地理坐标或相对于某参考的坐标值;具有对线

21、段的特定处理功能,比如,修改或删除某线段的一部分或全部、线段的连接与断开、产生平行线、使曲线光滑以及镜面反射等功能。能够自动使矢量数据生成拓扑关系。建立拓扑关系:根据相应的结点和弧段经过编码由计算机自动组织成线状或面状地物。系统应具备线型设置、颜色设置、注记设置和符号选择、创建、修改等功能,几何计算：长度；面积在数字化过程中,由于人为的或(和)仪器的误差影响致使两个相邻图幅的数据库在接合处产生不一致,即所谓“裂隙”。“几何裂隙”是指数据库中的边界数据所分开的一个实体的两部分不能精确地彼此衔接。“逻辑裂隙”则是指某个实体在一个数据库有性质A,而在另一个数据库中却具有性质B;或者同一实体在两个数据

22、库中具有不同的附加信息 因此,在图形编辑系统中应定义相邻图幅的接边范围,开窗检索接边范围内的图形及属性信息,将跨接图幅和目标根据接边方向横坐标或纵坐标进行排序,对逻辑相同的实体在几何上自然连接,以消除接边误差。对于存在的逻辑上不一致的实体,则应先用交互编辑方法达到逻辑上的一致性。为保证数据库的现势性必须进行数据更新,以防止数据的老化和不完整。这要求在对数据编辑时,能确定出数据库中哪些是发生变化的数据及变化的程度。为了使上述基本功能充分发挥出性能,系统还要求设计一个用户友好的界面。(1)图形编辑过程应采用下拉弹出式菜单驱动方式。为充分利用有限的屏幕空间,菜单的弹出和取消应不破坏原有画面。(2)界

23、面应能向用户提供实时在线帮助功能。使用户可以随时通过帮助功能得到更详细的操作说明,以帮助用户理解和处理各种可能出现的问题。(3)界面应能对用户的任何操作(包括错误的操作)从显示屏幕上都能做出相应的响应,应该对用户执行任何操作都有简单明确的提示说明,并且还有允许用户反悔的undo功能。图形和属性数据分别管理模式：可以提高操作效率和数据管理的灵活性。属性数据较为规范,适应于用表格形式表示,所以许多LIS都采用关系数据库管理系统属性数据。为建立属性数据与空间数据的联系,需要LIS中,设计属性数据的编辑功能,将实体的属性数据与相应的空间数据(如点、线、面)进行连接。显示器 打印机 绘图仪（笔式，喷墨）