GIS教案-第五讲空间数据质量和元数据
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GIS课程教案(第五章 空间数据处理)
特性： · 直线变换后仍为直线； · 平行线变换后仍为平行线； · 不同方向上的长度比发生变化。 求解上式中的6个未知数，需不在一直线上的3对已知控制点，由 于误差，需多余观测，所以，用于图幅定向至少需要四对控制点。 返回
Transformation in ArcGISຫໍສະໝຸດ 地 理 信 息 系 统 原 理
例如，采用二元三次多项式进行变换:
通过选择10个以上的两种投影之间的共同点，并组成最小二乘法的条件式，进行 解算系数。
地 理 信 息 系 统 原 理
GIS
Spatial Adjustment In ArcGIS
第五章 空间数据的处理
§5-1 坐标变换
地 理 信 息 系 统 原 理
GIS
3、数值解析变换法
2、二次变换
当不考虑高次变换方程中的A和B时，则变成二次曲线方程，称为二次变换。 二次变换适用于原图有非线性变形的情况，至少需要5对控制点的坐标及其理论 值，才能解算待定系数。
第五章 空间数据的处理
§5-1 坐标变换
地 理 信 息 系 统 原 理
GIS
3、仿射变换
实质是两坐标系间的旋转变换。 设图纸变形引起x,y两个方向比例尺不同，当x,y比例尺相同时，为相似变换。
1、比例尺变换：乘系数 2、变形误差改正： 通过控制点利用高次变换、二次变换和仿射变换加以改正 3、坐标旋转和平移 即数字化坐标变换，利用仿射变换改正。
4、投影变换：
三种方法。
返回
第五章 空间数据的处理
§5-1 坐标变换
地 理 信 息 系 统 原 理
GIS
二、几何纠正
1、高次变换
其中A、B代表二次以上高次项之和。上式是高次曲线方程，符合上式的变换称为高 次变换。式中有12个未知数，所以在进行高次变换时，需要有6对以上控制点的坐标 和理论值，才能求出待定系数。
地理信息系统第五讲：GIS空间数据类型和数据挖掘
第五讲：GIS空间数据分类与挖掘
一、地理信息系统的数据
众所周知：GIS的一个重要组成部分就是数据。 数据类型:在开发一个特定的GIS时，要根据应用 需求确定对各类数据的要求（交通，规划，国 土等）。 数据挖掘:随着GIS产业化的深入发展，越来越多 的数据资料被不同数据生产部门数字化，因此 需要根据用户需求进行选择，提取，加工和处 理，以变成有效的信息和知识过程。 数据质量:数据质量是指数据适用于不同应用能 力的数据。
时间特征
时间特征：是指空间数据总是在某一特 定时间或时间段内采集得到或计算产生 的，因此，GIS数据是动态的空间数据， 必须进行动态更新和维护。
专题特征
专题特征(属性)：指的是除了时间和空间 特征以外的空间现象的其他特征。 如地形的坡度、坡向、某地的年降雨量、 土地酸碱度、土地覆盖类型、人口密度、 交通流量、空气污染程度等
空间数据描述：现实世界各种现象的三大 基本特征：空间、时间和专题属性。
空间特征
空间特征：指空间物体的位置、形状和 大小等几何特征，以及与相邻物体的拓 扑关系。
人类对空间目标的定位一般不是通过记忆其空 间坐标确定的，而是确定某一目标与其他更熟 悉的目标间的空间位置关系进行定位的，而这 种关系往往也就是拓扑关系。
地图符号
地图制作过程和地图综合
地图的制作与GIS开发过程有许多相似之处，大致可分下 列步骤： 1）调查分析地图用户的要求； 2）确定制图目标，确定比例尺、投影、内容、设计符号、 编制地图规范； 3）收集数据、野外测量、像片判读、问卷调查等； 4）对数据进行鉴别、分析处理； 5）转绘数据到基础底图上； 6）进行地图综合，先选样区试验再对整个制图区域进行综 合； 7）进行地图清绘； 8）检查质量，检验精度等； 9）修改后制版印刷。
一、地理信息系统的数据
众所周知：GIS的一个重要组成部分就是数据。 数据类型:在开发一个特定的GIS时，要根据应用 需求确定对各类数据的要求（交通，规划，国 土等）。 数据挖掘:随着GIS产业化的深入发展，越来越多 的数据资料被不同数据生产部门数字化，因此 需要根据用户需求进行选择，提取，加工和处 理，以变成有效的信息和知识过程。 数据质量:数据质量是指数据适用于不同应用能 力的数据。
时间特征
时间特征：是指空间数据总是在某一特 定时间或时间段内采集得到或计算产生 的，因此，GIS数据是动态的空间数据， 必须进行动态更新和维护。
专题特征
专题特征(属性)：指的是除了时间和空间 特征以外的空间现象的其他特征。 如地形的坡度、坡向、某地的年降雨量、 土地酸碱度、土地覆盖类型、人口密度、 交通流量、空气污染程度等
空间数据描述：现实世界各种现象的三大 基本特征：空间、时间和专题属性。
空间特征
空间特征：指空间物体的位置、形状和 大小等几何特征，以及与相邻物体的拓 扑关系。
人类对空间目标的定位一般不是通过记忆其空 间坐标确定的，而是确定某一目标与其他更熟 悉的目标间的空间位置关系进行定位的，而这 种关系往往也就是拓扑关系。
地图符号
地图制作过程和地图综合
地图的制作与GIS开发过程有许多相似之处，大致可分下 列步骤： 1）调查分析地图用户的要求； 2）确定制图目标，确定比例尺、投影、内容、设计符号、 编制地图规范； 3）收集数据、野外测量、像片判读、问卷调查等； 4）对数据进行鉴别、分析处理； 5）转绘数据到基础底图上； 6）进行地图综合，先选样区试验再对整个制图区域进行综 合； 7）进行地图清绘； 8）检查质量，检验精度等； 9）修改后制版印刷。
GIS原理与应用教案——第五章空间查询与空间分析
GIS原理与应用教案——第五章空间查询与空间分析第五章空间查询与空间分析学习要求：掌握1、GIS的数据查询的基本知识2、GIS空间分析模型及其算法§5.1 空间数据的查询一、空间数据查询的含义数据查询是GIS的一个非常重要的功能，定位空间对象、提取对象信息，是地理信息系统进行高层次空间分析的基础。
二、空间数据查询的方式1、基于属性数据的查询：2、基于图形数据的查询：3、图形与属性的混合查询4、模糊查询：5、自然语言空间查询：6、超文本查询7、符号查询三、查询结果的显示方式查询结果的显示环境参数1、显示方式（the display mode）有5种显示方式用语多次查询结果的运算：刷新、覆盖、清除、相交和强调。
2、图形表示（the graphical presentation）用于选定符号、图案、色彩等。
3、绘图比例尺（the scale of the drawing）确定地图显示的比例尺（内容和符号不随比例尺变化）。
4、显示窗口（the window to be shown）确定屏幕上显示窗口的尺寸。
5、相关的空间要素（the spatial context）显示相关的空间数据，使查询结果更容易理解。
6、查询内容的检查（the examination of the content）检查多次查询后的结果。
§5.2 空间数据的统计分析讲述空间数据统计分析中基本统计量的计算和常用统计数据的分类分级算法。
一、属性数据的集中特征数反映属性数据集中特性的参数有：频数：变量在各组出现或发生的次数；频率：各组频数与总频数之比；平均数：反映了数据取值的集中位置；简单算术平均数的计算公式为：加权算术平均数的计算公式为：数学期望：以概率为权值的加权平均数的；中数：对于有序数据集X，如果有一个数x，能同时满足以下两式：则称x为数据集X的中数，记为M。
e若X的总项数为奇数，则中数为：若X的总顶数为偶数，则中数为：众数：众数是具有最大可能出现的数值。
空间数据与数据质量
空间数据与数据质量一、引言空间数据是指与地理位置相关的数据，包括地理信息系统（GIS）中的地图、遥感图像、卫星影像等。
在现代社会中，空间数据应用广泛，涉及到城市规划、环境监测、交通管理、农业生产等众多领域。
然而，由于数据的获取、处理和传输过程中存在各种问题，空间数据的质量也受到了很大的影响。
因此，确保空间数据的质量对于正确的决策和有效的应用至关重要。
二、空间数据质量的定义空间数据质量是指空间数据在其生命周期内符合特定需求的程度。
它包括了数据的准确性、精度、完整性、一致性、时效性等多个方面的要求。
下面将对这些方面进行详细介绍。
1. 准确性准确性是指空间数据与真实世界的对应程度。
准确的空间数据应当能够准确地反映地理现象的位置、形状和属性等信息。
例如，在地图中标注一个城市的位置，应当与实际的地理位置相符合。
2. 精度精度是指空间数据表示的地理现象的精确程度。
精确的空间数据应当能够提供足够的细节和精度，以满足用户的需求。
例如，在测量一条河流的长度时，精确的空间数据应当能够提供尽可能准确的测量结果。
3. 完整性完整性是指空间数据包含的信息是否完整。
完整的空间数据应当包含所有相关的地理信息，没有遗漏或缺失。
例如，在一个城市的地图中，完整的空间数据应当包含该城市的所有街道、建筑物、公园等信息。
4. 一致性一致性是指空间数据在不同数据源和不同时间点之间的一致性。
一致的空间数据应当保持相同的标准和规范，以便于数据的集成和比较。
例如，在不同的地图中，同一个地理现象应当具有相同的位置和属性信息。
5. 时效性时效性是指空间数据的更新速度和及时性。
时效的空间数据应当能够及时反映地理现象的变化，以保持数据的有效性和可靠性。
例如，在一个交通监测系统中，时效的空间数据应当能够及时反映道路交通状况的变化。
三、空间数据质量的评估方法为了评估空间数据的质量，可以采用以下几种方法：1. 检查和验证通过对空间数据进行检查和验证，可以发现其中的错误和不一致性。
第5章 GIS中的数据
第二节 数据的测量尺度
比例数据或间隔数据比较容易转变成次序或命名数据，命名 比例数据或间隔数据比较容易转变成次序或命名数据， 数据则不能被转化成次序、间隔数据或比例数据。 数据则不能被转化成次序、间隔数据或比例数据。
图5-3：各种数据测量尺度以及其制图表现
第三节 空间数据的质量
空间数据是GIS系统的血液，空间数据质量的优劣， 空间数据是GIS系统的血液，空间数据质量的优劣，决定着系统分析质量 GIS系统的血液 以及整个应用的成败。 以及整个应用的成败。 一、数据质量的基本概念 衡量数据质量的标准： 衡量数据质量的标准： 准确性（Accuracy） 1、准确性（Accuracy） 即一个记录值（测量或观察值）与它的真实值之间的接近程度。 即一个记录值（测量或观察值）与它的真实值之间的接近程度。依赖于 测量的类型和比例尺，用误差（Error）来衡量。 测量的类型和比例尺，用误差（Error）来衡量。 一般而言， 一般而言，单个的观察量或测量量的准确性的估价仅仅通过与可获得的 最准确的测量量进行比较。 最准确的测量量进行比较。 精度（Precision） 2、精度（Precision） 即对现象描述的详细程度。如对同样的两点， 即对现象描述的详细程度。如对同样的两点，精度低的数据并不一定准 确度也低。 确度也低。 空间分辨率(Spatial 3、空间分辨率(Spatial Resolution) 分辨率是两个可测量数值之间最小的可辩识的差异。 分辨率是两个可测量数值之间最小的可辩识的差异。空间分辨率可以看 作记录变化的最小距离，通常由最小线的宽度来确定（0.1mm的宽度）。在一 的宽度）。 作记录变化的最小距离，通常由最小线的宽度来确定（0.1mm的宽度）。在一 个图形扫描仪中最细的物理分辨率从理论上讲是由设施的像元之间的分离来 确定的，像素的边长。 确定的，像素的边长。
第3章第5节_GIS的数据质量
第五节 GIS的数据质量
• 空间数据质量：是指空间数据在表达空间 实体或现象的时间信息、空间位置、专题 特征等三个基本要素时的准确性、一致性、 完整性及三者之间统一性的程度。
一、空间数据质量的概念和内容
（一）与数据质量有关的基本概念 • 准确性（Accuracy )：是一个记录值（测量或 观察值）与它的真实值之间的接近程度。
的方法：抽样测算（△x，△y）。
2、线误差
• 线上的点在真实世界中可以找到的，如道路、
河流、行政界线等，主要产生于测量和对数据 的后处理。 • 现实世界找不到的线，如按高程绘制的等高线， 主要产生于解译误差。
（二）几何误差分析的方法
• 解析法
• 实验法
• 蒙特卡洛模拟法
• Epsilon带模型
（三）空间数据处理中的误差
• 产生误差的主要因素有：
• 地图投影变换
• 地图数字化及扫描后的矢量化处理 • 数据格式转换
• 建立拓扑关系
• 与主控数据层的数据的可视化表达 • 数据处理过程中误差的传递和扩散
三、空间数据的误差分析
• 按数据流程分为：源误差、处理误差、使用误 差 • 按数据类型分为：几何误差、属性误差、时间 误差、逻辑误差 • 按误差性质分为：随机误差、系统误差、粗差
空间数据质量的评价
空间数据质量的评价：是用空间数据质量标 准要素对空间数据所描述的三大基本特征 （空间性、专题性、时间性）进行评价。 用空间数据质量评价矩阵进行空间数据质量 评价。
空间数据质量评价矩阵表
空间数据描述
空间特征 时间特征 专题特征
空间数据要素
继承性 位置精度 属性精度 逻辑一致性 完整性 表现形式准确性
（二）空间数据的获取和表达中的误差
• 空间数据质量：是指空间数据在表达空间 实体或现象的时间信息、空间位置、专题 特征等三个基本要素时的准确性、一致性、 完整性及三者之间统一性的程度。
一、空间数据质量的概念和内容
（一）与数据质量有关的基本概念 • 准确性（Accuracy )：是一个记录值（测量或 观察值）与它的真实值之间的接近程度。
的方法：抽样测算（△x，△y）。
2、线误差
• 线上的点在真实世界中可以找到的，如道路、
河流、行政界线等，主要产生于测量和对数据 的后处理。 • 现实世界找不到的线，如按高程绘制的等高线， 主要产生于解译误差。
（二）几何误差分析的方法
• 解析法
• 实验法
• 蒙特卡洛模拟法
• Epsilon带模型
（三）空间数据处理中的误差
• 产生误差的主要因素有：
• 地图投影变换
• 地图数字化及扫描后的矢量化处理 • 数据格式转换
• 建立拓扑关系
• 与主控数据层的数据的可视化表达 • 数据处理过程中误差的传递和扩散
三、空间数据的误差分析
• 按数据流程分为：源误差、处理误差、使用误 差 • 按数据类型分为：几何误差、属性误差、时间 误差、逻辑误差 • 按误差性质分为：随机误差、系统误差、粗差
空间数据质量的评价
空间数据质量的评价：是用空间数据质量标 准要素对空间数据所描述的三大基本特征 （空间性、专题性、时间性）进行评价。 用空间数据质量评价矩阵进行空间数据质量 评价。
空间数据质量评价矩阵表
空间数据描述
空间特征 时间特征 专题特征
空间数据要素
继承性 位置精度 属性精度 逻辑一致性 完整性 表现形式准确性
（二）空间数据的获取和表达中的误差
地理信息系统第五讲：GIS空间数据类型和数据挖掘
类难以到达的偏远地区也能够做到这一 点。 4）大大加宽了人眼所能观察的光谱范围。 5）空间详细程度高（分辨率达0.2米）。
遥感图像空间分辩率
名义分辩率=图象某行对应于地面的实际距离/ 该行的象元素
雷达是一种自身发射电磁能又回收这种能量的 主动式系统，它又分为真实孔径雷达和合成孔 径雷达。
雷达图象有两种分辩率: 一种是由其发送信号 脉冲持续的时间和信号传播方向与地面的夹角 决定的，称为距离分辩率。另一种分辩率是由 雷达波束的宽度和地物离飞行底线的距离决定 的，而波束宽度又与雷达波长成正比，与天线 的长度成反比，这种分辩率被称为方位分辩率。
全球定位系统概念
全球定位系统（GPS）： 卫星如何测距？ GPS接收机如何与卫星同步产生伪码？ GPS的误差与微分纠正 GPS系统:美国NAVSTAR GPS
TRANSIT 俄国GLONASS 欧空局GEOSTAR
全球定位系统概念
GPS系统有21颗工作卫星，平均 配置在6个轨道上。卫星发射 用伪随机码（伪码）调制的二 种频率（L1.L2）的信号，L1 ＝1575.42MHz，L2＝ 1227.6MHz。用户设备用测量 到几颗卫星的距离的方法，来 确定观察点的位置。它能连续 提供三维位置（经度、纬度、 高度）、三维速度和时间，实 现近乎实时的导航定位。双频 发射是为了供用户设备消除电 离层对传播的影响。
空间图形数据的采集
1.扫描数字化 1）栅格扫描仪扫描 2）栅格扫描数据到矢量的转换 3）矢量扫描仪扫描 4）其它类型的自动数字化仪器 ①视频数字化仪 ②解析测图仪 5）已是数字形式的空间数据的输入 6）其它数字形式的空间数据源 ①内插数据 ②其它数据
数字化设备种类
数字化仪: 又称图数转换器，是一种 通过一定量测手段将图形或图像转换成 数字信息的装置。常用的数字化设备有:
遥感图像空间分辩率
名义分辩率=图象某行对应于地面的实际距离/ 该行的象元素
雷达是一种自身发射电磁能又回收这种能量的 主动式系统，它又分为真实孔径雷达和合成孔 径雷达。
雷达图象有两种分辩率: 一种是由其发送信号 脉冲持续的时间和信号传播方向与地面的夹角 决定的，称为距离分辩率。另一种分辩率是由 雷达波束的宽度和地物离飞行底线的距离决定 的，而波束宽度又与雷达波长成正比，与天线 的长度成反比，这种分辩率被称为方位分辩率。
全球定位系统概念
全球定位系统（GPS）： 卫星如何测距？ GPS接收机如何与卫星同步产生伪码？ GPS的误差与微分纠正 GPS系统:美国NAVSTAR GPS
TRANSIT 俄国GLONASS 欧空局GEOSTAR
全球定位系统概念
GPS系统有21颗工作卫星，平均 配置在6个轨道上。卫星发射 用伪随机码（伪码）调制的二 种频率（L1.L2）的信号，L1 ＝1575.42MHz，L2＝ 1227.6MHz。用户设备用测量 到几颗卫星的距离的方法，来 确定观察点的位置。它能连续 提供三维位置（经度、纬度、 高度）、三维速度和时间，实 现近乎实时的导航定位。双频 发射是为了供用户设备消除电 离层对传播的影响。
空间图形数据的采集
1.扫描数字化 1）栅格扫描仪扫描 2）栅格扫描数据到矢量的转换 3）矢量扫描仪扫描 4）其它类型的自动数字化仪器 ①视频数字化仪 ②解析测图仪 5）已是数字形式的空间数据的输入 6）其它数字形式的空间数据源 ①内插数据 ②其它数据
数字化设备种类
数字化仪: 又称图数转换器，是一种 通过一定量测手段将图形或图像转换成 数字信息的装置。常用的数字化设备有:
GIS教案-第五讲空间数据质量和元数据
有方向线的组合； 同一格网或数字影像的一个或多个叠加层；
37
名称
概念
像元 Pixel
二维图形要素，它是数字影像最小要素；
栅格对象
一个或多个影像或格网，每一个影像或格
Raster object 网表示一个数据层，各层之间的格网单元
或像元一致且相互套准。
图形 Graph 数据层 Layer
层 Stratum
空间 特征
✓ ✓
✓ ✓ ✓
时间 特征
✓
✓ ✓ ✓ ✓
专题
特征
✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓
空间数据质量评价矩阵表
15
空间数据质量问题的来源
✓空间现象自身存在的不稳定性 ✓空间现象的表达 ✓空间数据处理中的误差 ✓空间数据使用中的误差
16
空间现象的表达
✓ 定义 变量概念理解的不一致性导致
数据测量误差。
✓ 测量 测量仪器本身有一定的设计精度。 ✓ 表达方式 图形的不合理表达产生误差。 ✓ 物理介质的变化
‘出门嘴是路’的俗语，目前还没有被科技完全取代，这 是因为空间数据的精确度还达不到应用的要求，使得地理 信息系统不够完善。
空间数据的质量具有相对性。
3
空间数据质量已成为一个世界各国高度关注的科学热点、 难题。
关于空间数据质量问题的研究，尽管国际上只是近年才 兴起并引起高度关注，但史文中早于1991年在德国和荷 兰攻读博士学位时就已在这个领域开始探讨。
对象Object
指地理实体的部分或整体的数字表达。
实体类型 Entity type 点Point
对于具有相似地理特征的地理实体集合的定义 和描述。
确定位置的0维地理对象。
结点Node
拓扑连接两个或多个链或环的一维对象。
37
名称
概念
像元 Pixel
二维图形要素，它是数字影像最小要素；
栅格对象
一个或多个影像或格网，每一个影像或格
Raster object 网表示一个数据层，各层之间的格网单元
或像元一致且相互套准。
图形 Graph 数据层 Layer
层 Stratum
空间 特征
✓ ✓
✓ ✓ ✓
时间 特征
✓
✓ ✓ ✓ ✓
专题
特征
✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓
空间数据质量评价矩阵表
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空间数据质量问题的来源
✓空间现象自身存在的不稳定性 ✓空间现象的表达 ✓空间数据处理中的误差 ✓空间数据使用中的误差
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空间现象的表达
✓ 定义 变量概念理解的不一致性导致
数据测量误差。
✓ 测量 测量仪器本身有一定的设计精度。 ✓ 表达方式 图形的不合理表达产生误差。 ✓ 物理介质的变化
‘出门嘴是路’的俗语，目前还没有被科技完全取代，这 是因为空间数据的精确度还达不到应用的要求，使得地理 信息系统不够完善。
空间数据的质量具有相对性。
3
空间数据质量已成为一个世界各国高度关注的科学热点、 难题。
关于空间数据质量问题的研究，尽管国际上只是近年才 兴起并引起高度关注，但史文中早于1991年在德国和荷 兰攻读博士学位时就已在这个领域开始探讨。
对象Object
指地理实体的部分或整体的数字表达。
实体类型 Entity type 点Point
对于具有相似地理特征的地理实体集合的定义 和描述。
确定位置的0维地理对象。
结点Node
拓扑连接两个或多个链或环的一维对象。
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✓数据情况说明 ✓位置精度 ✓属性精度 ✓时间精度 ✓逻辑一致性 ✓数据完整性 ✓表达形式的完整性
7
数据情况说明
要求对地理数据的来源、数据内容 及其处理过程等做出准确、全面和详尽 的说明。
8
位置精度
指空间实体的坐标数据与实体真实位 置的接近程度，通常表现为空间三维坐 标数据精度。它包括数学基础精度、平 面精度、高程精度、接边精度、形状再 现精度、像元定位精度。平面精度又分 为相对精度和绝对精度。
9
属性精度
指空间实体的属性与其真值相符的 程度。通常取决于地理数据的类型，且 常常与位置精度有关，包括要素分类与 标准的正确性、要素属性值的准确性、 名称的正确性等。
10
时间精度
指数据的现势性。可以通过数据更 新的时间和频度来表现。
11
逻辑一致性
指地理数据关系上的可靠性，包括 数据结构、数据内容，以及拓扑性质上 的内在一致性。
二、空间数据质量评价
数据质量相关的几个概念
（1）误差
误差反映了数据与真实值或大 家公认的真值之间的差异。
（2）准确度
结果、计算值、估计值与真实值之间的差异。
（3）精度
数据表示的精密程度，亦即数据表示的有效位数。
（4）不确定性
关于空间过程和特征不能被准确确定的程度。
6
空间数据质量评价
空间数据质量标准要素
通过全面和深入的研究，他系统地提出了“空间数据与 空间分析的不确定性原理”，后又首次提出了未来地理 信息科学的发展方向之一是“基于不确定性的地理信息 科学”，基于此，史文中被认为是这个领域的国际领跑 人。
中国对空间数据质量与不确定理论亦高度重视。据悉，
国家自然科学基金委、国家测绘局等部门都有意向将地
第五讲 空间数据质量和元数据
空间数据质量 元数据
第一节 空间数据质量
一、空间数据质量的概念 二、空间数据质量评价 三、空间数据质量问题的来源与分析 四、数据质量控制
2
一、空间数据质量的概念 所谓空间数据质量是指空间数据在表达实体空间 位置、特征和时间所能达到的准确性、一致性、 完整性和三者统一性的程度，以及数据适用于不 同应用的能力。
17
数据处理中的误差
投影变换 地图数字化和扫描后的矢量化处理 数据格式转换 数据抽象 建立拓扑关系 与主控数据层的匹配 数据叠加操作和更新 数据集成处理 数据的可视化表达 数据处理过程中误差的传递和扩散
18
空间数据使用中的误差
✓ 对数据的解释过程 ✓ 缺少文档
19
常见空间数据源的误差分析
✓地图数据的质量问题 ✓遥感数据的质量问题 ✓测量数据的质量问题
操作 误差
偶然 误差
受环境因素、仪器结构、操作人 员的技能等影响。它不能通过重 复观测以检查或消除。
操作误差可通过几何或代数关系 检查其一致性，或通过重复观测 检查并消除操作误差。
它由不可预料、不可控制的因素 引起。可采用随机模型进行估计 和处理。
23
空间数据的质量控制
传统手工 图形：目视方法等 方法 属性：逐个检查
12
数据完整性
指地理数据在范围、内容和结构等 方面满足所有要求的完整程度，包括数 据范围、空间实体类型、空间关系分类、 属性特征分类等方面的完整性。
13
表达形式的合理性
主要指数据抽象、数据表达与真实 地理世界的吻合性，包括空间特征、专 题特征、时间特征表达的合理性。
14
空间数据质量的评价
数据描述 数据要素 世系(继承性) 位置精度 属性精度 逻辑一致性 完整性 表现形式准确性
元数据方 元数据包含大量有关数据的信息， 法 通过跟踪元数据可以了解数据质 量的状况和变化。
地理相关 用空间数据的地理特征要素自身 法 的相关性来分析数据的质量。如 山区河流应当位于微地形的最低 点。
24
数字化过程的质量控制
❖ 数据预处理工作 ❖ 数字化设备的选用 ❖ 数字化对点的精度（<0.1mm） ❖ 数字化限差 ❖ 数据的精度检查(直<0.2mm;曲<0.3mm)
空间 特征
✓ ✓
✓ ✓ ✓
时间 特征
✓
✓ ✓ ✓ ✓
专题
特征
✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓
空间数据质量评价矩阵表
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空间数据质量问题的来源
✓空间现象自身存在的不稳定性 ✓空间现象的表达 ✓空间数据处理中的误差 ✓空间数据使用中的误差
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空间现象的表达
✓ 定义 变量概念理解的不一致性导致
数据测量误差。
✓ 测量 测量仪器本身有一定的设计精度。 ✓ 表达方式 图形的不合理表达产生误差。 ✓ 物理介质的变化
20
地图数据的质量问题
地图固有误差 如控制点误差、投影物差 材料变形误差 热胀冷缩
跟踪数字化 1、数字化要素对象
图形数字化误差 2、数字化仪 3、数字化操作
扫描数字化 原图质量、扫描精度等
21
遥感数据的质量问题
遥感仪器 遥感图像的处理 空间位置和属性方面的量问题
系统 误差
‘出门嘴是路’的俗语，目前还没有被科技完全取代，这 是因为空间数据的精确度还达不到应用的要求，使得地理 信息系统不够完善。
空间数据的质量具有相对性。
3
空间数据质量已成为一个世界各国高度关注的科学热点、 难题。
关于空间数据质量问题的研究，尽管国际上只是近年才 兴起并引起高度关注，但史文中早于1991年在德国和荷 兰攻读博士学位时就已在这个领域开始探讨。
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元数据概念
Metadata，原意是关于数据变化的描述， 即关于数据的数据。
目 的 1、促进数据集的高效利用 2、为计算机辅助软件工程(CASE)服务。
内 容 对数据集的描述；对数据项、数据所有者、数 据生产历史等的说明；对数据质量的描述；对数 据处理信息的说明；对数据转换方法的描述；对 数据库的更新、集成方法等的说明。
理信息不确定性及空间数据质量列入未来科学研究与技
术发展规划的主要研究领域之一。
4
地理信息科学中,主要理论基础有 地理现象的认知与表达 地学编码与地理坐标系理论 空间数据组织方法与空间分析理论 不确定性理论 本书从理论研究角度深入介绍了其中一个主题-空间数据与空间分析的不确定性原理 内容包括: 不确定性的数学基础 线状目标的位置误差模型 数字地面模型的不确定性 属性不确定性模型 位置与属性不确定性集成模型 空间目标间拓扑关系的不确定性理论 空间叠置分析的不确定性建模,空间 缓冲区分析的不确定性模型 空间数据与分析不确定性的可视化 元数据模型 基于不确定性的空间数据挖掘 地籍数据的质量控制。
7
数据情况说明
要求对地理数据的来源、数据内容 及其处理过程等做出准确、全面和详尽 的说明。
8
位置精度
指空间实体的坐标数据与实体真实位 置的接近程度，通常表现为空间三维坐 标数据精度。它包括数学基础精度、平 面精度、高程精度、接边精度、形状再 现精度、像元定位精度。平面精度又分 为相对精度和绝对精度。
9
属性精度
指空间实体的属性与其真值相符的 程度。通常取决于地理数据的类型，且 常常与位置精度有关，包括要素分类与 标准的正确性、要素属性值的准确性、 名称的正确性等。
10
时间精度
指数据的现势性。可以通过数据更 新的时间和频度来表现。
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逻辑一致性
指地理数据关系上的可靠性，包括 数据结构、数据内容，以及拓扑性质上 的内在一致性。
二、空间数据质量评价
数据质量相关的几个概念
（1）误差
误差反映了数据与真实值或大 家公认的真值之间的差异。
（2）准确度
结果、计算值、估计值与真实值之间的差异。
（3）精度
数据表示的精密程度，亦即数据表示的有效位数。
（4）不确定性
关于空间过程和特征不能被准确确定的程度。
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空间数据质量评价
空间数据质量标准要素
通过全面和深入的研究，他系统地提出了“空间数据与 空间分析的不确定性原理”，后又首次提出了未来地理 信息科学的发展方向之一是“基于不确定性的地理信息 科学”，基于此，史文中被认为是这个领域的国际领跑 人。
中国对空间数据质量与不确定理论亦高度重视。据悉，
国家自然科学基金委、国家测绘局等部门都有意向将地
第五讲 空间数据质量和元数据
空间数据质量 元数据
第一节 空间数据质量
一、空间数据质量的概念 二、空间数据质量评价 三、空间数据质量问题的来源与分析 四、数据质量控制
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一、空间数据质量的概念 所谓空间数据质量是指空间数据在表达实体空间 位置、特征和时间所能达到的准确性、一致性、 完整性和三者统一性的程度，以及数据适用于不 同应用的能力。
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数据处理中的误差
投影变换 地图数字化和扫描后的矢量化处理 数据格式转换 数据抽象 建立拓扑关系 与主控数据层的匹配 数据叠加操作和更新 数据集成处理 数据的可视化表达 数据处理过程中误差的传递和扩散
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空间数据使用中的误差
✓ 对数据的解释过程 ✓ 缺少文档
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常见空间数据源的误差分析
✓地图数据的质量问题 ✓遥感数据的质量问题 ✓测量数据的质量问题
操作 误差
偶然 误差
受环境因素、仪器结构、操作人 员的技能等影响。它不能通过重 复观测以检查或消除。
操作误差可通过几何或代数关系 检查其一致性，或通过重复观测 检查并消除操作误差。
它由不可预料、不可控制的因素 引起。可采用随机模型进行估计 和处理。
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空间数据的质量控制
传统手工 图形：目视方法等 方法 属性：逐个检查
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数据完整性
指地理数据在范围、内容和结构等 方面满足所有要求的完整程度，包括数 据范围、空间实体类型、空间关系分类、 属性特征分类等方面的完整性。
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表达形式的合理性
主要指数据抽象、数据表达与真实 地理世界的吻合性，包括空间特征、专 题特征、时间特征表达的合理性。
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空间数据质量的评价
数据描述 数据要素 世系(继承性) 位置精度 属性精度 逻辑一致性 完整性 表现形式准确性
元数据方 元数据包含大量有关数据的信息， 法 通过跟踪元数据可以了解数据质 量的状况和变化。
地理相关 用空间数据的地理特征要素自身 法 的相关性来分析数据的质量。如 山区河流应当位于微地形的最低 点。
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数字化过程的质量控制
❖ 数据预处理工作 ❖ 数字化设备的选用 ❖ 数字化对点的精度（<0.1mm） ❖ 数字化限差 ❖ 数据的精度检查(直<0.2mm;曲<0.3mm)
空间 特征
✓ ✓
✓ ✓ ✓
时间 特征
✓
✓ ✓ ✓ ✓
专题
特征
✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓
空间数据质量评价矩阵表
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空间数据质量问题的来源
✓空间现象自身存在的不稳定性 ✓空间现象的表达 ✓空间数据处理中的误差 ✓空间数据使用中的误差
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空间现象的表达
✓ 定义 变量概念理解的不一致性导致
数据测量误差。
✓ 测量 测量仪器本身有一定的设计精度。 ✓ 表达方式 图形的不合理表达产生误差。 ✓ 物理介质的变化
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地图数据的质量问题
地图固有误差 如控制点误差、投影物差 材料变形误差 热胀冷缩
跟踪数字化 1、数字化要素对象
图形数字化误差 2、数字化仪 3、数字化操作
扫描数字化 原图质量、扫描精度等
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遥感数据的质量问题
遥感仪器 遥感图像的处理 空间位置和属性方面的量问题
系统 误差
‘出门嘴是路’的俗语，目前还没有被科技完全取代，这 是因为空间数据的精确度还达不到应用的要求，使得地理 信息系统不够完善。
空间数据的质量具有相对性。
3
空间数据质量已成为一个世界各国高度关注的科学热点、 难题。
关于空间数据质量问题的研究，尽管国际上只是近年才 兴起并引起高度关注，但史文中早于1991年在德国和荷 兰攻读博士学位时就已在这个领域开始探讨。
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元数据概念
Metadata，原意是关于数据变化的描述， 即关于数据的数据。
目 的 1、促进数据集的高效利用 2、为计算机辅助软件工程(CASE)服务。
内 容 对数据集的描述；对数据项、数据所有者、数 据生产历史等的说明；对数据质量的描述；对数 据处理信息的说明；对数据转换方法的描述；对 数据库的更新、集成方法等的说明。
理信息不确定性及空间数据质量列入未来科学研究与技
术发展规划的主要研究领域之一。
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地理信息科学中,主要理论基础有 地理现象的认知与表达 地学编码与地理坐标系理论 空间数据组织方法与空间分析理论 不确定性理论 本书从理论研究角度深入介绍了其中一个主题-空间数据与空间分析的不确定性原理 内容包括: 不确定性的数学基础 线状目标的位置误差模型 数字地面模型的不确定性 属性不确定性模型 位置与属性不确定性集成模型 空间目标间拓扑关系的不确定性理论 空间叠置分析的不确定性建模,空间 缓冲区分析的不确定性模型 空间数据与分析不确定性的可视化 元数据模型 基于不确定性的空间数据挖掘 地籍数据的质量控制。