空间数据采集与处理讲义课件.ppt
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1、第五章 空间数据采集与处理5.1 概述概述5.1.1 GIS数据源1.地图数据2.遥感影像数据3.实测数据4.统计数据5.共享数据6.多媒体数据7.文本资料数据1.http:/glcf.umiacs.umd.edu/index.shtml马里兰大学的这个网站目前最为常用,提供全球卫星影像数据,相关sensor列表见网页左侧。2.http:/glovis.usgs.gov/USGS提供的各类卫星影像数据,主要是MODIS和LANDSAT携带的sensor的。3.http:/disc.sci.gsfc.nasa.gov/data/datapool/http:/mirador.gsfc.nasa.g
2、ov/cgibin/mirador/presentNavigation.pl?tree=project提供较为专业的气象数据资料,研究大气及环境变化状况专用sensor影像较多。可获取环境研究中不可缺少的太阳辐照度等数据。4.http:/edc.usgs.gov/products/elevation/gtopo30/hydro/index.html美国联邦地质调查局(USGS)提供的全球1km精度的DEM数据,应用范例可见万方网基于HYDRO1K的数字水文分析方法及实例。具体下载情况未测试。5.http:/ TIGER),可在最初列表中选择中国,目前主要有1999年及2000年MOSAICS数
3、据,DEM数据,土地利用数据,交通路线等,具体国内区域不明。6.http:/edcsns17.cr.usgs.gov/EarthExplorer/提供USGS提供的影像数据,航片数据等。7.http:/ earth的合作伙伴,目前中国部分可浏览sample区域有北京及三峡大坝。8.http:/glcf.umiacs.umd.edu/data/global land cover facility数据资源库,sensor较全,高空间分辨率、高光谱分辨率都有。9.http:/www.landsat.org/ortho/index.htm提供landsatTM和ETM影像数据,非常难链接。10.htt
4、p:/ 5.1.2 空间数据采集与处理的基本流程数据源的选择采集方法的确定数据的编辑与处理数据质量控制与评价数据入库5.2 5.2 数据采集数据采集5.2.1 空间数据的采集1.野外数据采集2.地图数字化3.遥感与摄影测量1.野外数据采集 平板测量 全野外数字测量 GPS 机动性高机动性高、精度高精度高、成本高成本高 全野外数字测图 主要方式:全站仪+PDA 全站仪,即全站仪,即全站型电子速测仪全站型电子速测仪(Electronic Total Electronic Total StationStation)。是一种集光、机、电为一体的高技术测量)。是一种集光、机、电为一体的高技术测量仪器,是
5、集仪器,是集水平角水平角、垂直角垂直角、距离距离(斜距、平距斜距、平距)、高、高差测量功能于一体的测绘仪器系统。因其一次安置仪差测量功能于一体的测绘仪器系统。因其一次安置仪器就可完成该测站上全部测量工作,所以称之为全站器就可完成该测站上全部测量工作,所以称之为全站仪。广泛用于地上大型建筑和地下隧道施工等精密工仪。广泛用于地上大型建筑和地下隧道施工等精密工程测量或变形监测领域。程测量或变形监测领域。全站仪具有角度测量、距离全站仪具有角度测量、距离(斜距、平距、高差斜距、平距、高差)测量、测量、三维坐标测量、导线测量、交会定点测量和放样测量三维坐标测量、导线测量、交会定点测量和放样测量等多种用途。
6、内置专用软件后,功能还可进一步拓展。等多种用途。内置专用软件后,功能还可进一步拓展。2 地图数字化 跟踪数字化方式 扫描矢量化方式 跟踪数字化方式 跟踪数字化仪跟踪数字化仪是以跟踪单要素线划的原理进行图数转换,能把地图图形的全部转换为矢量方式表示的数据。根据采集数据的方式,跟踪数字化仪可分为机械式、超声波式和全电子式三种;根据自动化程度可分为手扶跟踪,半自动跟踪和全自动跟踪三种 数字化仪数字化仪通向计算机接口叉丝游标按扭电磁感应板 跟踪数字化仪的结构比较简单,由电磁感应板,坐标输入控跟踪数字化仪的结构比较简单,由电磁感应板,坐标输入控制器(又叫传送器或者游标)和相应的电子电路组成(见图)。制器
7、(又叫传送器或者游标)和相应的电子电路组成(见图)。工作原理:工作原理:感应板有四个控制点,我们把四个控制点的坐标输入到计算机中,整幅图的坐标也就确定了。当传感器接触到其图形板上的某一位置时,会自动将画笔位置的坐标转换为二进制的数字,输入计算机。随着画笔的运动就可以把整个图形输入到计算机中了。有两种数字化方式:点方式和流方式。点方式和流方式。手扶数字化的缺陷手扶数字化的缺陷无法及时发现错误无法及时发现错误作业辛苦作业辛苦通向计算机接口叉丝游标按扭电磁感应板三维数字化仪系列数字化仪 扫描矢量化的基本思想扫描矢量化的基本思想 扫描矢量化是先通过扫描仪将纸质地图以栅格数据形式输入计算机,然后采用然后
8、采用栅格数据矢量化的技术追踪出线和面,采栅格数据矢量化的技术追踪出线和面,采用模式识别技术识别出点和注记,并根据用模式识别技术识别出点和注记,并根据地图内容和地图符号的关系自动给矢量数地图内容和地图符号的关系自动给矢量数据赋以属性值。据赋以属性值。扫描矢量化扫描矢量化台式扫描仪滚筒式扫描仪 常见的几种扫描仪a幅彩色扫描仪快速数字切片扫描仪其他扫描仪其他扫描仪VIDAR胶片扫描仪胶片扫描仪接触式扫描仪接触式扫描仪扫描矢量化以及处理流程纸质地图裁剪地图拼接子图块扫描转换图像处理矢量化矢量图合成矢量图编辑分块扫描分块扫描专业软件完成扫描矢量化专业软件完成扫描矢量化通常采用半自动矢量化通常采用半自动矢
9、量化3 摄影测量与遥感 摄影测量与遥感是利用非接触成像和其他传感器对地球表面及环境、其他目标或过程获取可靠的信息,并进行记录、量测、分析和表达的科学与技术。摄影测量和遥感技术主要应用于基础地理信息采集、国土资源调查、地表变迁及地质调查、地球资源(如土地利用)变化检测、监测城市环境污染和自然灾害(如洪水与森林、农作物病虫害)等等。目前,应用数字摄影测量技术进行城市大比例尺地形图的测绘与更新,已经非常普遍,很多城市测绘部门已经形成了一定规模的生产能力。5.2.2 属性数据的采集1.属性数据的来源2.属性数据的分类3.属性数据的编码 5.3 数据编辑数据编辑5.3.1 图形数据的编辑常见错误伪节点悬
10、挂节点碎屑多边形不规则多边形 上述错误一般会在建立拓扑的过程中发现并纠正。其他的上述错误一般会在建立拓扑的过程中发现并纠正。其他的图形错误,如某些实体重复录入或遗漏、图形定为错误等则可图形错误,如某些实体重复录入或遗漏、图形定为错误等则可采用如下方法进行纠正:采用如下方法进行纠正:叠合比较法;目视检查法;逻辑检查叠合比较法;目视检查法;逻辑检查法法拓扑建立前拓扑建立前拓扑建立后拓扑建立后5.3.2 属性数据的编辑 属性数据的校核包括两部分:属性数据与空间数据是否关联,标识码是否唯一 属性数据是否正确,是否超过其取值范围等。5.45.4数学基础变换数学基础变换 每一个地理信息系统包含的空间数据都
11、应该每一个地理信息系统包含的空间数据都应该具有相同的地理数学基础,包括坐标系统、地图具有相同的地理数学基础,包括坐标系统、地图投影等。统一的数学基础是运用各种空间分析方投影等。统一的数学基础是运用各种空间分析方法的前提。法的前提。因此,为了保证一致的地理数学基础,我们因此,为了保证一致的地理数学基础,我们需要对原始数据进行几何纠正和坐标变换。需要对原始数据进行几何纠正和坐标变换。5.4.1 5.4.1 几何校正几何校正栅格配准栅格配准/影像校准(影像校准(GeoreferncingGeoreferncing):针对栅格针对栅格数据的数据的 采集完毕的数据,由于原始数据来自不同的空间参采集完毕的
12、数据,由于原始数据来自不同的空间参考系统,或者数据输入时是一种投影,输出时是另一种考系统,或者数据输入时是一种投影,输出时是另一种投影,造成同一空间区域的不同数据,它们的空间参考投影,造成同一空间区域的不同数据,它们的空间参考有时并不相同。为了将所有数据统一到同一空间参考下,有时并不相同。为了将所有数据统一到同一空间参考下,需要进行坐标变换统一到同一空间参考下。需要进行坐标变换统一到同一空间参考下。大多数的大多数的GISGIS软件都直接提供了常见投影之间的变软件都直接提供了常见投影之间的变换。换。ARCGISARCGIS投影变换:投影变换:5.4.2 5.4.2 坐标变换坐标变换 ArcToo
13、lbox/Data Management Tools/Projections and ArcToolbox/Data Management Tools/Projections and TransformationsTransformations空间校正(空间校正(spatial adjustment):spatial adjustment):针对矢量数据的针对矢量数据的相似坐标变换示意 X方向Y方向(a)平移(b)缩放(c)图形旋转 5.4.3 栅格数据重采样(Resample)栅格数据重采样栅格数据重采样是栅格数据空间分析中处理栅格分辨率匹配问题常用的数据处理方法。进行空间分析时,用来分析的
14、数据资料由于来源不同,经常会出现不同栅格大小问题,这时为了便于分析,就需要做同一栅格大小的转换处理,即栅格数据的重采样过程。栅格数据重采样主要包括三种方法:最邻近法采样(NEAREST),双线性采样(BILINEAR)和三次卷积采样(CUBIC)。最邻近采样(NEAREST)用简单易用,计算量小,速度快。输出栅格数据中最近邻栅格值作为输出值。因此在重采样后的输出栅格中的每个栅格值,都是输入栅格数据中真实存在而未经改变的值。这种方法 双线性采样(BILINEAR)取内插点(x,y)点周围的四个邻点,在y方向(或x方向)内插一次,再在x方向(或 y方向)内插一次,得到(x,y)点的栅格值。三次卷积
15、采样(CUBIC)基本思想是增加邻点来获得最佳插值函数。取内插点周围相邻的16个采样点数据,与双线性内插类似,可以先在某一方向上内插,如先在x方向上,每四个值一次内插四次,在根据四次内插的结果在y方向上内插,最终得到插值结果。在ARCGIS中重采样功能是在ArcToolbox下实现的,具体操作路径为:ArcToolbox/Data Management Tools/Raster/Raster ArcToolbox/Data Management Tools/Raster/Raster Processing/ResampleProcessing/Resample5.5 5.5 数据重构数据重构5
16、.5.15.5.1数据结构转换数据结构转换5.5.25.5.2数据格式转换数据格式转换 不同的GIS平台,它们所使用的数据格式往往不尽相同,为了实现相互之间数据和资源的共享,需要对数据格式进行转换。目前,实现空间数据共享大体上有四种方案:外外部数据交换方式、标准空间数据交换标准方式、数部数据交换方式、标准空间数据交换标准方式、数据互操作方案和开放式数据库互接模式。据互操作方案和开放式数据库互接模式。数据交换文件数据交换文件GIS A GIS A GIS B GIS B 内部文件内部文件 外部文件外部文件 外部文件外部文件 内部文件内部文件 GIS A数据交换标准数据交换标准Open GISIn
17、ternet/Intranet 目前目前,实现空间数据共享大体上有四种方案实现空间数据共享大体上有四种方案:外部数据外部数据交换方式、标准空间数据交换标准方式、数据互操作方案交换方式、标准空间数据交换标准方式、数据互操作方案和开放式数据库互接模式。和开放式数据库互接模式。图幅接边前原始数据图幅接边前原始数据接边处理接边处理图幅接边后数据图幅接边后数据5.6 5.6 图形拼接图形拼接栅格数据的拼接栅格数据的拼接:Spatial Analysis Tools/Data:Spatial Analysis Tools/Data management/raster/raster dataset/Mosa
18、ic To management/raster/raster dataset/Mosaic To New RasterNew Raster矢量数据的拼接矢量数据的拼接:Analysis Tools/general/append:Analysis Tools/general/append5.7 5.7 拓扑生成(拓扑生成(topolopytopolopy)在在ArcGIS中有关中有关拓扑的拓扑的操作有两个地方操作有两个地方:Arccatalog中建立拓扑称为建立拓扑规则中建立拓扑称为建立拓扑规则;arcmap中建立拓扑称为拓扑处理。中建立拓扑称为拓扑处理。arccatalog中所提供的创建拓扑规
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