GIS原理课件3空间数据获取

应关系
X i =a0+a1xi + a2 yi
xYi =b0 +Ob1xi + b2 yi
Y
o❑数字数化字化仪坐的标工系作方式有：点方大地式坐、标流系 方式两种
连接计数算字✓机化入点仪与计方算式机：；按一图下纸键定向，就将十字建丝立交数点字化的菜坐单标送
✓流方式：按特定的时间间隔或距离间隔，连续
向计算机发送十字丝交点的坐图标形与属性数据 ❑手扶跟踪数字图化幅缺接点边：几何精度较低采、集速度较慢，
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扫描数字化过程
扫描数字化界面(1)
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扫描数字化界面(2)
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➢ 定量描述
❑包括空间对象的图形、属性两个方面 ❑图形：指空间坐标
✓测量的尺度取决于采样点的取舍和测量坐标的精度 ✓比例尺决定空间数据的密度、坐标精度或影像数据
的分辨率，例如 公路在大比例尺中看成是面状地物、坐标精确 到厘米 在小比例中视为线，坐标精确到分米或米
❑属性：指属性项的量化值，如 ✓土壤的酸碱度、某职工的工资，统计调查数据
✓是什么？即它属于那一类地物
✓实体特征的详细描述信息，如：公路的描述信息 包括公路名称、等级、宽度、路面材料、车道数、 建设年代、路面状况等
❑属性数据往往以表格的形式存在，但可以以可视化 方式描述属性数据，如道路宽度、颜色可以反映道 路的不同等级、饼图反映不同属性值之间的比例
❑属性数据的数据采集工作量往往很大，如地籍信息 系统中的宗地描述数据
大小等几何特征 ❑表示方法：
✓绝对描述—坐标（直角坐标、经纬度） ✓相对描述—空间拓扑关系（邻接、连接、方位）
➢ 专题特征
❑除空间特征、时间特征外的其它特征，如 ✓地形坡度、坡向、某地的年降雨量、土壤的酸碱 度等
❑专题特征用于制作专题图或专题信息系统
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➢ 时间特征
❑空间数据总是在特定的时间或时间段内采集得到或 计算得到的
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➢ 3）GPS测量
❑ GPS的基本概念 ✓ 全球定位系统（GPS），有美国海军于1973年开 始实施，并于20世纪90年代开始使用 ✓ 由三部分组成：空间部分、控制部分和用户部分 ✓ 空间部分：包括卫星和在佛罗里达州Canaeral海 岬携载卫星升空的德而塔火箭；卫星系统24颗卫 星组成，高度为20183KM，分布在6个轨道面上， 轨道面之间的夹角为60度，并且与赤道面的交角 为55度，以保证可以覆盖极地地区
动态差分GPS定位
❑ GPS的特点 ✓ 具有全天候、高精度和自动测量的特点；可以在 全球任何地方和任何天气条件下，为使用者提供 位置、速度、以及时间的准确信息
❑ GPS的主要用途包括 ✓ 陆地应用：车辆导航、大气物理观测、变形监测、 地壳运动监测、市政规划控制与地形测绘等 ✓ 海洋应用：远洋船航线设定与监测、船只实时调 度与导航、海洋救援、海平面升降监测等 ✓ 航空航天应用：飞机导航、航空遥感姿态控制、 低轨卫星定轨、导弹制导、航空救援和载人航天 器防护探测等
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1. 空间数据概述
❖1.1 空间数据的内容 ❖1.2 空间数据的特征 ❖1.3 空间数据的尺度和精度问题 ❖1.4 空间数据来源
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❖1.1 空间数据的内容
➢ 1）GIS数据可以概括为五类
❑数字线划图（DLG,Digital Line Graph） ❑数字正射影像（DOM,Digital Orthograph Map）４D产品 ❑数字高程模型（DEM,Digital Elevation Model） ❑数字栅格地图（DRG,Digital Raster Graph） ❑地物的属性数据（Attribute） ❑空间数据的元数据（Metadata）
✓ 用户部分：包括军事人员和民间用户接收GPS信 号的设备
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❑ GPS工作原理
✓ 接收机测量由不同卫星（A、B、C）所发信号到 达接收机的时间，将该时间与发射信号中包含的 发射时间相比较，来计算接收机与这几颗卫星之 间的距离。由于卫星的位置（在空间坐标系中的 坐标）已知，通过三维空间后方交会方法，接收 机可以计算出自身所在位置的经纬度和高度
航空、遥感像片 人口普查
社会经济调查 各种统计资料
全站仪、GPS数据 地球物理、地球化学
遥感数据
加工后的数据
地图 专题地图 统计图表
已建各种数据库 GIS数据
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2. 野外数据采集
➢1）平板仪（经纬仪）测量
❑采用平板仪或经纬仪到野外进行测量 ❑是最传统的野外测量方法、仪器成本低 ❑产品是纸质（模拟）地形图，即非数字形式 ❑野外劳动强度大、工作效率不高、图形描绘质
集得到 ✓也可以有野外测量或地图扫描数字化，经过
内插处理得到
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（DEM）
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（DEM+1:25万DLG-等高线）
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➢ 5）数字栅格地形图（DRG）
❑DRG是纸质地形图的数字化产品，每幅图经扫描、 纠正、图像处理及数据压缩处理后，形成在内容、 几何精度和色彩上与地形图保持一致的栅格文件
第三章 空间数据 的获取
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➢ 空间数据是GIS的血液，实际上整个GIS都是围 绕空间数据的采集、加工、组织、存储、分析、 可视化这几个方面展开的
➢ 空间数据的获取手段、生产工艺、数据质量都 会直接影响到GIS的成本、效率和应用潜力
➢ 数据采集方法有
❑野外数据采集（平板仪、经纬仪、全站仪、GPS） ❑手工数据输入法（各种调查统计数据，宗地信息） ❑地图数字化（手扶跟踪、扫描数字化） ❑摄影测量与遥感 ❑其它系统的数据转换（公共的数据接口与转换标准）
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3. 地图数字化
➢ 将纸质地形图转化为数字化地形图的过程 称地图数字化
➢ 特点： ❑简单、效率高，但精度低
➢ 作业形式： ❑手扶跟踪数字化、扫描数字化
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➢ 1）手扶踪数字化
❑手y 扶跟踪数字化方法使用X 的仪器是数字化仪
❑关键是图板定向：建立图板上地图的图廓点（控 制点）坐标(x,y)与相应点大地坐标（X,Y）的对
且劳动强度大数、字易化疲过劳程
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➢ 2）扫描数字化
❑扫描数字化方法使地形用图的仪器是扫描仪，它的作用 是：将纸质地图转换成数字栅格图象
扫描输入
❑关键是图形定向：原理与手扶跟踪数字化相同， 但为了处理图预纸处理不：同图形格定向网内变形不一致的情况， 可以采取求解每个格网定向参数的方法
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（1:25万DLG数据-等高线）
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➢ 3）数字正射影像图（DOG）
❑DOG是利用数字高程模型对扫描处理的数字化 的航空像片/遥感影像，经过象元进行纠正， 再按影像镶嵌，根据图幅范围剪裁生成的影 像数据
❑特点： ✓基于场（栅格）表示的模型 ✓直观而详细记录地表自然现象 ✓数据源丰富 ✓生产效率高
➢ 空间对象测量尺度和精度的原则
❑计算机输出的地图满足同等比例尺地图的精度要求
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❖1.4 空间数据来源
➢1）GIS数据来源
❑(1)基础制图数据：包括地形数据和人文景观数据 ❑(2)自然资源数据：描述自然资源性质、分布的数据 ❑(3)调查统计数据：统计部门经过调查分析所得到的 各种统计数据 ❑(4)数字高程数据：关于地表位置布局的高程测量数 据 ❑(5)法律文档数据 ❑(6)已有系统数据
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不同比例尺数字正射影像图（DOM）实例
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➢ 4）数字高程模型（DEM）
❑DEM是在高斯投影平面上规则格网点或三角网点 平面坐标（x，y）及其高程（z）的数据集
❑用来表示地表的高程信息 ❑特点：
✓DEM的水平间隔可随地貌类型不同而改变 ✓根据不同的高程精度，可分为不同等级产品 ✓目前可以由数字摄影测量的方法全自动采集
❑当数据考虑时间特征时就成为时态数据，如 ✓地籍数据就具有非常明显的时间特征 ✓城镇规划前后的地表信息发生变化
❑GIS建设应该考虑数据更新问题
海量特征
包含空间和属性数据 包含不同来源、不同类型、关系复杂的数据 和其它信息系统相比，GIS的数据是海量的
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❖1.3 空间数据的尺度和精度
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基础地图 存储介质、现势性、投影转换
GIS 空间数据
多媒体，辅助GIS 空间分析和查询
其它系统的 数字形式数据
地面测量
遥感、航空影象和数据 分辨率、变形规律、纠正、解译特征
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调查统计数据 与
法律文档数据
➢2Leabharlann BaiduGIS数据来源分类
原始数据
非电子数据 电子数据
平板测量、工程测量数据 笔记
➢ 空间对象描述包括两个方面：定性和定量描述 ➢ 定性描述
❑对空间对象的鉴别、分类和命名 ❑主要表现在属性方面，例如
✓分类代码（土地利用类型、植被类型等） ✓数值类型：以一定的数值作为类型标识，不代
表对象量化程度 ❑不同应用领域的空间对象描述详细程度不同
✓土地利用类型分类、基础地理信息代码的详细 程度随空间数据库比例尺的不同而异
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GPS定位 原理图
❑ 定位方式
❑单点定位：精度不高的手持式GPS接收机单点定 位精度<10米；高精度单点定位（连续观测>2天， 采用事后的特殊数据处理方法）精度可达毫米级
❑差分定位：实时动态差分（RTDGPS）精度可达 厘米级；后处理动态差分精度可达毫米级
手持式GPS接收机
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❑特点是：自动化细程化度处理较高、精度受扫描仪分辨率
的限制、劳动强度小
❑工作方式矢量有化
地物、注记识别和 输入
✓交互式矢量化：用鼠标引导后，软件自动跟踪，
或用鼠标扑捉检查图与像编辑特征点逐点采集
✓自动矢量化：不需要引导，软件自动跟踪，但
对扫描图形输的出数质字化量矢要量地求过高，不能有断线、毛 形图
刺
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GPS卫星群
✓ 控制部分：包括位于科罗拉多州科罗拉多泉的猎 鹰空军基地的主控制站，和位于猎鹰空军基地、 太平洋上的夏威夷、阿松森岛、印度洋上的 Diego Garcia环礁、以及在南太平洋上的夸贾林 环礁的监测站网，这些站网的任务是监测GPS卫 星。控制部分预报每颗GPS卫星轨道和原子钟的 工作状态，并上行到GPS卫星，再传输到用户的 GPS接收机
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7）数据内容与相应设备
地图 地面测量数据 航空、遥感
统计资料 数字数据 多媒体
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坐标几何 扫描仪 数字化仪 摄影测量 数据交换
键盘
编辑处理
空间 数据库
❖1.2 空间数据的特征
➢ 空间特征
❑是GIS所独有的数据类型 ❑在地理坐标框架下，刻画空间对象的位置、形状和
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➢2）数字线划图（DLG）
❑DLG是现有地形图上基础地理要素的矢量数据 集（用点、线、面坐标来描述地理要素的位置 和形状），且保存地理要素间空间关系和相关 的属性信息 ❑特点：
✓基于实体的数据 ✓拓扑关系复杂 ✓用抽象图形（符号、颜色、宽度）表达空 间实体
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（DLG数据）
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➢ GIS数据采集的方法是根据已有的数据源形式， 现有设备条件，人和财力状况来选定
➢ 本章主要介绍空间数据源及其获取方法、空 间数据质量问题
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汽油 数据
GIS中数据费用比例 硬件∶软件∶数据 = 1∶2 ∶7
本章内容：
1. 空间数据概述 2. 野外数据采集 3. 地图数字化 4. 摄影测量 5. 遥感技术 6. 属性数据获取 7. 空间数据转换 8. 空间数据质量 本章重点与作业
量因人而异 ❑要转换成数字形式必须采用数字化的方式进行
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平板仪测量
➢ 2）全站仪测量
❑是电子经纬仪和测距仪的集成，得到数字形式的方 位角、距离或三维坐标
❑作业灵活、精度高 ❑作业形式
✓全站仪 + 与电子手簿：野外采集数据点、绘草 图，室内进行数据倒入、图形编辑
✓电子平板：是平板仪的电子形式，野外即测即所 得，可以及时了解测绘的正确与否
❑特点： ✓DRG是栅格图像 ✓表面和线划图（DLG）一致，但实质不同 ✓通常作为某种信息系统背景使用，如电力信息 系统重点在电力线，可以用DRG做背景 ✓生产速度快
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（DRG数据）
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（DRG+1:25万DLG-等高线）
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➢ 6）地物的属性数据
❑对描述空间实体的数量、质量、等级等特征的数据 ❑包含两层含义