空间数据的采集
第14章 空间数据采集
第二节矢量化的步骤
2. 地理配准 通过扫描得到的地图数据不包括空间参考信息，航片及卫 片的位置精度往往也较低，因此需要通过具有较高位置精度 的控制点将这些数据匹配到用户指定的地理坐标系中，这个 过程称为地理配准。 ① 地理配准工具条 在 ArcMap 主 菜 单 中 ， 单 击 “ Customize （ 自 定 义）”|“Toolbars（工具条）”|“Georeferencing（地理 配准）”，加载地理配准工具条，如图14.1所示。
第二节矢量化的步骤
经过扫描后的图像还要经过图像预处理才能消除图像中无关的 信息，恢复有用的真实信息，增强有关信息的可检测性，从而提 高特征抽取、图像分割、匹配和识别的可靠性。图像预处理包括 几何校正和投影变换等。 （1）几何校正 由于受地图介质及存放条件等因素的影像，地图的纸张容易发 生变形，或者遥感影像本身就存在着几何变形，通过几何校正可 以在一定程度上改善数据质量。几何校正最常用的是仿射变换法， 该方法可以在 X 轴与Y 轴方向继续宁不同比例的缩放，同时进行旋 转和平移。 （2）投影变换 不同的地图投影文件，为了将其进行统一，就需要将源数据转 换为所需要统一的地图投影，投影变换的方法有正解变换、反解 变换及数值变换。数值变换是较常用的投影变换方法，常用的有 三参数法和七参数法。
第三节ArcScan矢量化
Step06 在 Editor 工具条上，单击“ Editor ”的下拉箭头， 点击“Start Editing（开始编辑）”，选择“Lines”线要 素类，单击“OK”按钮。 Step07 在ArcScan工具条上，单击“Raster Cleanup（栅 格清理）”|“Start Cleanup（开始清理）”，启动栅格清 理。再单击“Cell Selection（像元选择）”下的“Select Connected Cells （ 选 择 已 连 接 像 元 ） ” ， 打 开 “ Select Connected Cells ”对话框，设置如图 14.9 所示。单击“ OK ” 按钮，选择图像上的文字，再单击“Raster Cleanup（栅格 清理）”| “Erase Selected Cells（擦除所选像元）”， 将多余的文字和数字标注删除，删除后的结果如图 14.10 所 示 。 最 后 单 击 “ Raster Cleanup （ 栅 格 清 理 ） ” | “ Stop Cleanup（停止清理）”。
gis技术的基本原理
gis技术的基本原理
GIS技术的基本原理是通过空间数据的采集、存储、管理、处
理和可视化，实现对地理信息进行分析、展示和决策支持的一种技术体系。
1. 空间数据采集：GIS技术通过使用测量仪器、遥感影像、卫
星图像以及地理位置传感器等设备，采集地球表面上的空间数据。
这些数据包括地图、点、线、面等等。
2. 空间数据存储：采集到的空间数据需要被储存在计算机系统中，通常使用数据库来存储地理数据。
GIS技术能够将地理数
据按照其几何特征和属性信息进行组织和储存，以便后续的分析和处理。
3. 空间数据管理：地理信息系统中的管理涉及数据的更新、维护、查询和编辑等操作。
通过管理，GIS技术能够提供有效的
数据共享和协作，每个用户都可以共享、编辑和更新地理数据。
4. 空间数据处理：GIS技术通过各种地理分析算法和模型，对
空间数据进行处理和分析，以提取出有价值的信息。
常见的空间数据处理算法包括缓冲区分析、栅格分析、空间插值等。
5. 空间数据可视化：地理信息系统能够将处理后的数据以图表、地图、图像等形式进行可视化展示。
通过可视化，用户可以更直观地理解和分析地理数据，为决策提供支持。
综上所述，GIS技术的基本原理包括空间数据采集、存储、管
理、处理和可视化等环节。
通过这些环节的组合与应用，能够实现对地理信息的高效利用和分析。
空间数据采集与处理
相交弧段选项计算弧段相交点，并在相交点上添加节点，左图示相交处未添 加节点的数字化弧段，右图示用相交弧段选项创建了节点
数据压缩与光滑 一、数据压缩
图形显示输出 数据存储
数据压缩
光滑
1、Douglas—Peucker
压缩效果好，但必须 在对整条曲线数字化完 成后才能进行，且计算 量较大；ArcINFO中的 GENERALINE命令
第一节 数据的采集 • 数据的规范化和标准化
–统一地理基础
• 包括统一的地图投影系统、统一的地理坐 标系统以及统一的地理编码系统。
–统一分类编码原则
• 分类编码应遵循科学性、系统性、实用性 、统一性、完整性、可扩充性等原则，既 要考虑信息本身属性，又要顾及信息之间 的相互关系，保证分类代码稳定性和唯一 性。
第一节 数据的采集 • 图形数据的采集
– 手工键盘输入 • 键盘输入就是通过手 工在计算机终端上输 入数据。实际上就是 将图形元素点、线、 面实体的地理位置数 据（各种坐标系中的 坐标）通过键盘输入 数据文件或程序中去 。实体坐标可以用地 图上的坐标网或将其 他格网复盖在材料上 量取，这是最简单又 不用任何特殊设备的 图形数据输入法。
第一节 数据的采集
• 属性数据的采 集
– 多源分类编 码法
• 例如，表中 1111XXXXX表 示：是平原 河流，常年 河，通航， 河床形状为 树形
Ⅰ 1 2 3 1 2 3 1 2 1 2 3 4 5 6 …… Ⅱ Ⅲ
标 志 编 号
分 类
Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ Ⅷ Ⅸ 平原河 过渡河 山地河 常年河 时令河 消失河 通航河 不通航河 树状河 平行河 筛状河 辐射河 扇形河 迷宫河
• 输入至少三个定位点（Tick Marks）
空间数据采样方法
空间数据采样方法
空间数据采样方法是一种用于从空间数据集中提取样本的技术。
以下是一些常见的空间数据采样方法：
1. 随机采样：在空间数据集中随机选择样本点。
这种方法简单且易于实施，但可能导致样本集不均匀分布。
2. 均匀采样：在空间数据集中均匀选择样本点。
这可以通过将空间数据集分割为固定大小的格子，然后在每个格子中选择一个样本点来实现。
3. 栅格采样：使用一组栅格将空间数据集分割为多个小区域，并在每个小区域中选择一个样本点。
这种方法可以确保样本点的均匀分布。
4. 聚类采样：使用聚类算法将空间数据集中的样本点分成多个聚类簇，然后在每个聚类簇中选择一个样本点。
这种方法可以提供对空间数据集中不同特征的覆盖。
5. 基于密度的采样：根据样本点在空间数据集中的密度选择样本。
例如，可以使用基于核密度估计的方法来计算样本点的密度，并选择高密度区域中的样本。
这些方法可以单独或组合使用，具体选择方法取决于空间数据集的特点和分析目的。
空间数据采集以及处理方法方法
二、空间数据质量评价
1、空间数据质量标准
空间数据质量标准是生产、使用和评 价空间数据的依据，数据质量是数据整体 性能的综合体现。目前，世界上已经建立 了一些数据质量标准，如美国FGDC的数据 质量标准等。
空间数据质量标准的建立必须考虑空间 过程和现象的认知、表达、处理、再现等 全过程。
空间数据质量标准要素如下：
曲线数据的压缩 面域栅格数据的压缩 面域邻接线段的删除
数据属性的重 新分类和空间 图形的化简需 要对数据进行 压缩 相邻界线的删
除
共同属性的合
并
3、空间数据处理的方法-压缩处理
面域邻接线段的删除
4、空间数据处理的方法-类型转换
网格尺寸的确定
矢量向栅格转换
点的网格化 直线网格化
多边形网格化
栅格向矢量转换
错误检查主要方法 ⑴叠合比较法 ⑵目视检查法
⑶逻辑检查法
二、空间数据处理
数据处理的概念 数据处理的内容 数据处理的意义
对采集的各种数据，按 照不同的方式方法对数 据进行编辑运算，清除 数据冗余，弥补数据缺 失，形成符合用户要求 的数据文件格式
数据处理的概念 数据处理的内容 数据处理的意义
数踞编辑 数据压缩 数据变换 数据格式转换 空间数据内插 边沿匹配 数据提取
2、与数据质量相关的几个概念
（1）误差(Error)：误差反映了数据与真实 值或者大家公认的真值之间的差异，它是 一 种常用的数据准确性的表达方式。
（2）数据的准确度(Accuracy)：数据的准 确度被定义为结果、计算值或估计值与真 实值或者大家公认的真值的接近程度。
（3）数据的精密度(Resolution)：数据的精 密度指数据表示的精密程度，亦即数据表 示的有效位数。它表现了测量值本身的离 散程度。
如何进行空间数据采集和处理
如何进行空间数据采集和处理现代科技的快速发展使得空间数据采集和处理成为了各行各业所必不可少的一项任务。
无论是城市规划、农业生产还是自然资源管理等领域，空间数据的采集和处理都能够为决策者提供丰富的信息和准确的参考。
本文将从不同角度探讨如何进行空间数据的采集和处理。
一、传统方法与现代技术在过去，空间数据的采集主要依赖于传统的测量仪器和人工取样，这种方式不仅费时费力，而且产生的数据量有限。
而现代技术的发展，如卫星遥感、无人机、激光雷达等，为空间数据的采集提供了更为高效和全面的方法。
卫星遥感是一种将卫星装备的传感器通过遥感技术获取地球表面信息的方法。
卫星遥感可不受人为因素的限制，可以全天候、全天时进行数据采集。
通过卫星遥感技术，可以快速获得大范围的空间数据，如地表温度、植被覆盖率、海洋温度等。
无人机是一种通过遥控操纵的飞行器，可以搭载各种传感器实现空间数据采集。
相比于传统的人工测量，无人机具有灵活性、定制性和高分辨率的优势。
通过无人机，我们可以获得更加详细、全面的空间数据，如地形地貌、建筑结构、农作物生产情况等。
激光雷达是一种通过激光束进行测量和探测的技术。
激光雷达可以通过测量激光束的反射时间和强度，获取目标物体的距离、高度和形状等信息。
激光雷达在地质勘探、城市规划和环境监测等领域有着广泛的应用。
二、数据处理与分析采集到的空间数据是原始数据，需要经过处理和分析才能发挥出其真正的价值。
数据处理的过程中，包括数据清洗、插值、筛选和重采样等步骤。
数据清洗是指通过对原始数据的预处理，去除错误、无效或重复的数据点，确保数据的准确性和一致性。
插值技术可以通过有限的采样点，推断出未采样点的数值，填补空间上的空白点。
筛选和重采样是为了减少数据量和提高数据的空间分布均匀性。
在数据处理完成后，我们需要进行数据分析以提取其中的有用信息。
数据分析可以通过统计分析、空间模型、机器学习等方法来实现。
统计分析可以通过计算平均值、标准差、相关性等指标，揭示出数据之间的关系和规律。
第五讲-空间数据的采集
- 调查报告 - 文件 - 统计数据 - 实验数据 - 野外调查的原始记录等
第一手数据
第二手数据
非电子数据
平板测量数据 工程测量数据
笔记 航空、遥感相片
人口普查 社会经济调查 各种统计资料
电子数据
全站仪、GPS数据 地球物理、地球化学
遥感数据
地图 专题地图 统计图表
已建各种数据库 GIS数据
5.3 GIS数据来源
GIS 空间数据
地图 存储介质、现势性、投影转换
多媒体，辅助 GIS空间分析
和查询
地面测量
统计数据
数字数据 格式、精度
遥感、航空影象和数据 分辨率、变形规律、纠正、解译特征
➢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
…… ……
……
➢3）摄影测量处理流程
研究对象 宇地 工 人 宙球 业 体 天表 产 体面 品
影像数据 可 数卫雷 见 字星达 像 影遥影 片 像感像
影 像
目视产品
地专 剖正
形题 面射
图地 图影
图
像
图
数字化产品
数 数数 数 字 字字 字 地 景景 地 面 观像 图 模 型
遥感图像处理
➢1）遥感（Remote Sensing）的定义
任务
✓测制各种比例尺的地形图 ✓建立地形数据库，为各种GIS和LIS提供基础数据
➢2）摄影测量分类（按处理技术手段）
模拟摄影测量：利用模拟仪器完成摄影测量工作，制作模拟 地形图
解析摄影测量：利用解析仪器*（精密立体测图仪）完成摄影 测量工作，生产数字线划图、数字高程模型
空间数据采集技术及方法
空间数据采集技术及方法空间数据采集指的是通过各种技术手段，获取地球表面和大气等空间环境的数据信息。
这些数据对于地理信息系统(GIS)、遥感数据分析、环境监测等应用具有重要意义。
近年来，随着技术的不断进步，空间数据采集技术和方法也在不断地演变和发展。
一、传统空间数据采集技术1.1 测量仪器传统空间数据采集技术中，最常见的是地面测量仪器。
通过使用全站仪、电子经纬仪等仪器，可以测量出地表的各种参数，如地形、地物高程等。
1.2 卫星影像卫星影像是另一种常见的空间数据采集方法。
通过卫星拍摄的高分辨率影像，可以获取大范围的地表信息，如土地利用、植被覆盖等。
同时，卫星影像还可以用于监测自然灾害，如洪水、森林火灾等情况。
1.3 雷达遥感雷达遥感是一种主动遥感技术，可以穿透云层和森林等遮挡物，获取地表的形态和变化信息。
通过雷达遥感，可以获得高精度的地表高程数据和地表物体的运动状态。
二、先进空间数据采集技术2.1 全球导航卫星系统全球导航卫星系统（GNSS）是一种基于卫星定位的空间数据采集技术。
通过使用多颗卫星的信号，可以准确测定地点的位置坐标。
GNSS广泛应用于车辆导航、物流运输、地震监测等领域。
2.2 激光雷达遥感激光雷达遥感是一种高精度三维数据采集技术。
通过发射激光束，测量激光从发射到反射返回的时间，可以获得地表物体的距离和坐标信息。
激光雷达遥感在城市规划、数字制图等领域有着广泛的应用。
2.3 空气质量监测技术随着环境污染问题的日益严重，空气质量监测技术成为重要的空间数据采集手段之一。
通过空气质量监测站点和传感器，可以实时监测空气中的污染物浓度和气象参数。
这些数据对于环境管理和公众健康具有重要意义。
三、数据采集的挑战与前景在空间数据采集过程中，仍然面临一些挑战。
首先，数据量庞大，如何高效地处理和存储数据是一个难题。
其次，数据的质量和准确性对于后续应用具有重要影响。
此外，数据的安全性和隐私保护也是亟待解决的问题。
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图形数据的采集
（二）、手扶跟踪数字化仪输入
▪ 手扶跟踪数字化仪,根据其采集数据的方式分为机械式、超声波式和 全电子式三种, 其中全电子式数字化仪精度最高，应用最广。按照其 数字化版面的大小可分为A0、A1、A2、A3、A4 等。
通向计算机接口
叉丝 按扭
ห้องสมุดไป่ตู้
游标 电磁感应板
▪ 数字化过程
- 把待数字化的图件固定在图形输入板上，首先用鼠标器输入 图幅范围和至少四个控制点的坐标，随后即可输入图幅内各 点、曲线的坐标。
- 通过数字化仪采集数据数据量小，数据处理的软件也比较完 备，但由于数字化的速度比较慢，工作量大，自动化程度低 ，数字化的精度与作业员的操作有很大关系，所以，目前很 多单位在大批量数字化时，已不再采用它。
图形数据的采集
（三）、扫描仪输入
▪ 扫描仪简介
- 扫描仪是直接把图形(如地形图)和图象(如遥感影象、照片)扫描输入到计 算机中，以象素信息进行存储表示的设备。
汽油 数据
GIS
核心
技术
数据
数据是GIS的血液 • 数字线划数据 • 影像数据 • 数字高程模型 • 地物的属性数据
5.2 空间数据采集的主要内容与任务
▪ 主要内容
- 空间图形数据的采集 - 非空间属性数据的采集 - 空间数据和非空间数据的连接
▪ 主要任务
- 将现有的地图、外业观测成果、航空像片、遥感图片数据、文本资料等转 换成GIS可以接受的数字形式 - 数据库入库之前进行验证、修改、编辑等处理，保证数据在内容和逻辑上 的一致性 - 不同的数据来源要用到不同的设备和方法 - 数据的转换装载 - 数据处理：几何纠正、图幅拼接、拓扑生成等
▪ 遥感影像是地理信息系统中一个极其重要的数据源。它具有下列一 些特点： - ①能取得大面积、综合的信息； - ②速度快； - ③降低数据储存冗余和不连续性； - ④能提供各类专题所需要的信息。
▪ 文字数据主要用来描述空间对象的属性，比如人口数据、经济数据 、土壤成份、环境数据
▪ 确定应用哪些类型的数据是由系统的功能所确定的。例如要建立一 个土地的适宜性和承载力的信息系统，所需要的数据有地形、土壤 类型、降雨、地下水位、运输条件等。
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）
▪ 数据源分类
- 图形图像数据：
- 地图 - 工程图 - 规划图 - 照片 - 航空与遥感影像等
空间数据的采集
内容
▪ 5.1 空间数据采集在GIS中的地位 ▪ 5.2 空间数据采集的主要内容与任务 ▪ 5.3 GIS的数据来源 ▪ 5.4 空间数据采集 ▪ 5.5 采集过程中常出现的误差和错误
5.1 空间数据采集在GIS中的地位
▪ 空间数据的采集是指将非数字化形式的各种信息通过某种方法数 字化，并经过编辑处理，变成系统可以存储管理和分析的形式。 空间数据的采集主要包括属性数据和图形数据的采集 - 对于属性数据的采集经常是通过键盘直接输入； - 图形数据的采集实际上就是图形数字化的过程。
▪ GIS的核心是地理数据库，建立gis的第一步就是对有关空间实体 的几何数据和属性数据进行合理的组织，形成地理数据库，这个 过程也就是gis的数据采集。
▪ 地理信息系统的价值及其功能在很大程度上取决于系统内所包含 的地理空间数据的内容与质量
▪ 以数据为处理线索 硬件∶软件∶数据 = 1∶2 ∶7
- 按其所支持的颜色分类，可分为单色扫描仪和彩色扫描仪； - 按所采用的固态器件又分为电荷耦合器件(CCD)扫描仪、MOS电路扫描
仪、紧贴型扫描仪等； - 按扫描宽度和操作方式分为大型扫描仪、台式扫描仪和手动式扫描仪。 - 扫描仪的分辨率是指在原稿的单位长度(英寸)上取样的点数，单位是dpi
，常用的分辨率有300-1000 dpi之间。扫描图象的分辨率越高，所需的 存储空间就越大。现在多数扫描仪都提供了可选择分辨率的功能。对于 复杂图象，可选用较高的分辨率；对于较简单的图象，就选择较低的分 辨率。
- 文字数据：
- 调查报告 - 文件 - 统计数据 - 实验数据 - 野外调查的原始记录等
第一手数据
第二手数据
非电子数据
平板测量数据 工程测量数据
笔记 航空、遥感相片
人口普查 社会经济调查 各种统计资料
电子数据
全站仪、GPS数据 地球物理、地球化学
遥感数据
地图 专题地图 统计图表
已建各种数据库 GIS数据
5.3 GIS数据来源
GIS 空间数据
地图 存储介质、现势性、投影转换
多媒体，辅助 GIS空间分析
和查询
地面测量
统计数据
数字数据 格式、精度
遥感、航空影象和数据 分辨率、变形规律、纠正、解译特征
➢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
小 型 扫 描 仪 工程扫描仪
主要工具是扫描仪和矢量化软件
扫描仪分为栅格扫描仪和矢量扫描仪
1、栅格扫描仪法
扫描得到的是栅格数据，从栅格图象中提取点、线、面及文字 信息，这一过程包括去除噪音、线的细化等。此后的处理需借 助人机交互实现，如断线的连接、属性码的添加等，此类处理 俗称“抬头数字化”。
5.4 空间数据采集
▪ GIS需要输入两方面的数据，即图形数据与属性数据。为 此需进行三方面的工作，即图形数据的采集、属性数据的 采集和图形数据与属性数据的连接。
图形数据的采集
（一）、手工键盘输入 1 输入矢量数据
输入坐标值
2 输入栅格数据 按行列号输入各象元的属性
输入方法简单，对设备要求低 效率低，工作烦琐
空间数据初步处理
▪ 1）已有电子数据----▪ 2）纸质地图-----------
数据转换
手扶跟踪数字化、扫描矢 量化、鼠标录入
▪ 3）遥感数据----------- 遥感解译 ▪ 4）实地勘测数据----- GPS定位仪等仪器测量 ▪ 5）其他统计资料及文本数据-----键盘录入
▪ 地图是重要的信息源。这不仅是因为地图的内容直观与丰富，而且 是由于在地理信息系统诞生以前，地图是表示空间与非空间信息强 有力的手段，从某种意义上说，一册完备的专题地图集是一个很好 的人工操作地理信息系统。