第3章多源空间数据集成
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地理信息系统概论-第三章
2024/7/17
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高斯-克吕格投影的特点：
① 中央经线上没有任何变形，满足中央经线投影后保持长度 不变的条件；
② 除中央经线上的长度比为1外，其他任何点上长度比均大 于1；
③ 在同一条纬线上，离中央经线越远，变形越大，最大值位 于投影带的边缘；
④ 在同一条经线上，纬度越低，变形越大，变形最大值位于 赤道上。
局部比例尺： 由于投影中必定存在某种变形，地图仅能在某些点或线上保 持比例尺，其余位置的比例尺都与主比例尺不相同，即大于 或小于主比例尺。这个比例尺被称为局部比例尺。
一般地图上注明的比例尺是主比例尺，而对用于测量长度的
地图要采用一定的方式设法表示出该图的局部比例尺。这就
是在大区域小比例尺地图（小于1:1 000 000）上常见的图解
地形图上公里网横坐标前2位就是带号， 例如：1∶5万地形图上的坐标为（18576000， 293300），其中18即为带号。
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当地中央经线经度的计算
六度带中央经线经度的计算： 当地中央经线经度＝6°×当地带号－3°， 例如：地形图上的横坐标为18576000，其所处的六度带的中 央经线经度为：6°×18－3°＝105°。
2、建立地图投影的目的： 采用某种数学法则，使空间信息在地球表面上的位置和地 图平面位置一一对应起来，以满足地图制图的要求。
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理解地图投影如何改变空间属性的一种简便方法：
观察光穿过地球投射到表面（称为投影曲面）上。 想像一下，地球表面是透明的，其上绘有经纬网。用一 张纸包裹地球。位于地心处的光会将经纬网投影到一张纸上 。现在，可以展开这张纸并将其铺平。纸张上的经纬网形状 与地球上的形状不同。 地图投影使经纬网发生了变形。
GIS空间数据处理与分析
内边界
栅格单元(i,j)四角点坐标的计算:
X(i1,i2)=(j-1)*DX和J*DX Y(i1,i2)=(i-1)*DY和i*DY I,j:栅格单元行列值; DX,DY:栅格单元边长
⑴:识别内边界,并将内边界端点坐标置零. 判别方法: 判断与栅格单元某条边相邻的另一栅 格单元的值,若值小于零,则该边为内边界. 内边界端点坐标置零: 边界起点和终点坐标置零.
分区数据的方法就称为空间数据的内插。
第五节 空间数据的内插方法
1、点的内插：研究具有连续变化特征现象 的数值内插方法。
步骤： 数据取样；数据处内插；数据记录
第五节 空间数据的内插方法
2、区域的内插
研究根据一组分区的已知数据来推求
同一地区另一组分区未知数据的内插方法。
区域内插方法：
2.1 叠合法：认为源和目标区的数据是均匀 分布的，首先确定两者面积的交集，然后 计算出目标区各个分区的内插值。
1、遥感与GIS数据的融合：
遥感技术的优势 融合必要性 GIS技术的优势 遥感图像与图形的融合 融合方法： 遥感数据与DEM的融合 遥感数据与地图扫描图像的融合第三节 多源 Nhomakorabea间数据的融合
2、不同格式数据的融合
不同格式数据的融合方法主要有：
2.1基于转换器的数据融合：
一种软件的数据格式输出为交换格式，然后用于另
P3
P
0
x
判断点是否在多边形内，从该点向左引水平扫描线，计算此 线段与区域边界相交的次数，若为奇数，该点在多边形内；若为 偶数，在多边形外。利用此原理，直接做一系列水平扫描线，求 出扫描线和区域边界的交点，对每个扫描线交点按X值的大小进 行排序，其两相邻坐标点之间的射线在区域内。
第二节
栅格单元(i,j)四角点坐标的计算:
X(i1,i2)=(j-1)*DX和J*DX Y(i1,i2)=(i-1)*DY和i*DY I,j:栅格单元行列值; DX,DY:栅格单元边长
⑴:识别内边界,并将内边界端点坐标置零. 判别方法: 判断与栅格单元某条边相邻的另一栅 格单元的值,若值小于零,则该边为内边界. 内边界端点坐标置零: 边界起点和终点坐标置零.
分区数据的方法就称为空间数据的内插。
第五节 空间数据的内插方法
1、点的内插：研究具有连续变化特征现象 的数值内插方法。
步骤： 数据取样；数据处内插；数据记录
第五节 空间数据的内插方法
2、区域的内插
研究根据一组分区的已知数据来推求
同一地区另一组分区未知数据的内插方法。
区域内插方法：
2.1 叠合法：认为源和目标区的数据是均匀 分布的，首先确定两者面积的交集，然后 计算出目标区各个分区的内插值。
1、遥感与GIS数据的融合：
遥感技术的优势 融合必要性 GIS技术的优势 遥感图像与图形的融合 融合方法： 遥感数据与DEM的融合 遥感数据与地图扫描图像的融合第三节 多源 Nhomakorabea间数据的融合
2、不同格式数据的融合
不同格式数据的融合方法主要有：
2.1基于转换器的数据融合：
一种软件的数据格式输出为交换格式，然后用于另
P3
P
0
x
判断点是否在多边形内，从该点向左引水平扫描线，计算此 线段与区域边界相交的次数，若为奇数，该点在多边形内；若为 偶数，在多边形外。利用此原理，直接做一系列水平扫描线，求 出扫描线和区域边界的交点，对每个扫描线交点按X值的大小进 行排序，其两相邻坐标点之间的射线在区域内。
第二节
多源空间数据库的设计与实现
１ １２ 数据 库 设 计 的原 理 ．．
Ｓ Ｅ基 于关 系数据库 的空 间 与非 空 间数 据一 体 化 管 Ｄ 理模式 给 ＧＳ系统建设 和应 用开 发带来 了极 大 的便 捷性 ， Ｉ 并有 助于解 决传 统 ＧＳ面临 的诸 多 问题 。在 Ｓ Ｅ 中 ， Ｉ Ｄ 将 空 间特征 分为点 、 、 、 线 面 注记 （ ｎｏ ｔｎ 等基 本类 型 ， Ａ ｎｔｉ ） ａｏ 这几种 基本 类 型包 含 空 间要 素 的 坐 标数 据 ， 储 于 数 据 存 表 的空间 实 体 图形 字 段 中 。在 实 际 物 理结 构 中，Ｄ ＳＥ 有专 门的 图形元 素记 录 表 和空 间索 引 表 。Ｓ Ｅ也支 持 传 Ｄ 统的 Ｓ Ｌ Ｑ 数据 类 型 和数据 表 ， 照 常 规数 据库 进 行 管 理 按 和操作 。基 础地形 、 块都 采用分 层存放 的方 式利用 Ｓ Ｅ 地 Ｄ 存放 在关 系数据库 中。
城 市规 划、 土地 管理 等领域 。本 文阐述 了多源空间数据 库的设 计方法及建立过程 。
关键词 ： 面向对象； 多源； 空间数据库 中图分类号 ：２ ８ Ｐ ０ 文献标识 码 ： Ｂ
文章编号 ：６ ２— ８７ ２ １ ）５— １９— ４ １７ ５６ （０ １ ０ ００ ０
Ｔｈ ｓｇ ｎ ａ ｉ ａ ｉ ｎ ｏ ｕ ｔ －Ｓ ｕ ｃ ｐ ｔａ ｔ ｅ Ｄｅ ｉ ｎ ａ ｄ Ｒｅ ｌ ｔｏ ｆＭ ｌｉ－ ｏ ｒ ｅ Ｓ ａ ｉ ｌＤａ ａ ｚ －
并 遵从 Ｏ ｅＧＩ ｐ ｎ Ｓ的基 于 Ｓ Ｌ的简单 空 间特 征规 范 。通 过 Ｑ
标准不一 、 以纸张为数据载体 ， 多 信息检索 、 数据共享难
度大 ， 随着 时 间 的推 移 数 据 保 存 也 成 问 题 。徐 冠 华 院士
如何进行地理信息系统多源数据融合和集成
如何进行地理信息系统多源数据融合和集成地理信息系统（Geographic Information System, GIS）已经成为现代社会中不可或缺的工具之一。
其通过整合空间数据，为决策者提供了全面、准确的地理信息，有助于更好地理解和分析地理现象。
然而，随着信息时代的到来，多源数据的融合和集成成为GIS领域中的一项重要课题。
本文将探讨如何进行地理信息系统多源数据融合和集成，并介绍其中的困难和挑战。
一、融合和集成的概念融合是指将来自不同数据源的地理信息进行整合，以形成一个更全面、准确的地理信息数据库。
这些数据源可以来自卫星遥感、航空摄影、地面测量、社交媒体等不同渠道。
融合的目的是将这些数据进行无缝结合，使其能够相互关联，提供更全面的信息，为终端用户提供更好的决策支持。
集成是指将不同数据源的地理信息进行统一管理和处理，使其能够共同工作，并形成一个整体。
集成的目的是解决多样化数据格式、数据结构和数据质量的问题，提高数据的可用性和准确性。
通过数据集成，可以实现数据的快速检索、共享和更新，以提高数据管理的效率和便捷性。
二、多源数据融合和集成的挑战在进行多源数据融合和集成时，面临着一系列的困难和挑战。
首先，不同数据源之间存在着格式和结构上的差异。
不同的数据源使用不同的数据格式和结构，导致数据集成过程中需要进行数据格式和结构的转换，增加了工作的复杂性。
其次，多源数据的质量不一致也是一个问题。
不同数据源采集数据的方法不同，数据质量也存在差异。
一些数据源可能受到噪声、误差或不确定性的影响，这就需要进行数据质量的评估和处理，以确保融合和集成后的数据质量可靠。
此外，数据融合和集成还面临着数据隐私和安全性的挑战。
在多源数据融合和集成过程中，需要对数据进行共享和存储，这可能涉及到个人隐私和商业机密。
如何保护数据的隐私和安全成为一个重要的问题。
三、多源数据融合和集成的方法为了克服上述挑战，可以采用一些方法来进行地理信息系统多源数据的融合和集成。
地理信息系统概论讲义
《地理信息系统概论》教学大纲课程类别：专业基础课（必修）课程代码：总学时：72 学分：4适用专业：地理教育、地理信息系统、资源环境与城乡规划管理先修课程：地图学一、课程的地位、性质与任务地理信息系统（GIS）是集计算机科学、地理科学、测绘学、遥感学、环境科学、空间科学、信息科学、管理科学等学科为一体的新兴边缘学科。
它从20世纪60年代问世，至今已经跨越了40多个春秋，却始终发展迅猛。
地理信息系统不但与全球定位系统（GPS）和遥感（RS）相结合，构成三S集成系统，而且与CAD、多媒体、通信、因特网、办公自动化、虚拟现实等多种技术相结合，构成了综合的信息技术。
《地理信息系统概论》作为全国高等学校地理类专业公共核心课程，主要介绍了地理信息系统的基础理论、技术体系及其应用方法。
通过本课程的学习，可以让地理类专业的学生掌握地理信息系统的基础理论和知识。
本课程的教学，应当使学生掌握地理信息系统的基本概念、基础理论和方法。
同时，《地理信息系统概论》又是一门实践性较强的课程，通过实践教学，使学生更直观地掌握地理信息系统的构成、地理信息系统产品的制作；了解地理信息系统软件和常用的信息检索方法，使学生的实践能力和创新能力得到一定的培养。
二、课程教学的基本要求通过对本课程的学习，使学生牢固掌握地理信息系统得基本概念：如数据和信息、地理信息系统、地理信息系统空间数据库等。
使学生掌握地理信息系统的基础理论和方法，如数据结构、空间分析的原理与方法、常用的应用模型等。
使学生了解地理信息系统的相关知识，如空间数据的处理、产品的制作与显示。
总之，通过学习本课程,使学生掌握地理信息系统的基本概念、基础理论和应用方法，为今后其他专业课程和软件的学习打下坚实的基础。
三、理论教学内容与学时分配第1章导论（8学时）掌握数据与信息、地理信息与地理信息系统的概念。
掌握地理信息系统的基本构成和基本功能。
了解地理信息系统的应用功能。
了解地理信息系统的发展概况和基础理论。
地理信息系统概论讲义PPT教案
发展概况
▪ 发展简史； ▪ 发展态势：
▪ GIS已成为一门综合性技术； ▪ GIS产业化的发展势头强劲； ▪ GIS网络化已构成当今社会的热点； ▪ 地理信息科学( geoinformatics )的产生和发展。
基础理论
▪ 地理信息系统是传统科学与现代技术相结合而产生 的边缘学科，因此它明显的体现出多学科交叉的特 征，这些交叉学科的基础理论同样构成地理信息系 统的基础理论体系；
第26页/共111页
第一节 地理空间及其 表达
地理空间的概念
▪ GIS中的概念常用“地理空间”(geo-spatial)来表述， 一般包括地理空间定位框架及其所连接的空间对象；
▪ 地理空间定位框架即大地测量控制，由平面控制网 和高程控制网组成；
▪ GIS的任何空间数据都必须纳入一个统一的空间参 照系中，以实现不同来源数据的融合、连接与统一；
§4.2 空间数据库概念模型设计：传统的数据模型
§4.3 空间数据库概念模型设计：语义数据模型和
面向对象数据模型
§4.4 空间数据库逻辑模型设计和物理设计
§4.5 GIS空间时态数据库
第9页/共111页
▪ 第5章 空间分析的原理与方法 (10学时)
§5.1 数字地面模型分析
§5.2 空间叠合分析
§5.3 空间缓冲区分析
电子教案由黄杏元、马劲松等设计制 作。在编制过程中，还得到高等教育出版社 徐丽萍副编审的鼓励与支持。在电子教案出 版之际，谨对所有关心和支持这项工作的单 位和个人表示衷心的感谢！
不当之处敬请广大师生批评指正。
联络信箱: huangxy@ majs@
第3页/共111页
基本功能
▪ 数据采集与编辑； ▪ 数据存储与管理； ▪ 数据处理和变换； ▪ 空间分析和统计； ▪ 产品制作与显示； ▪ 二次开发和编程。
▪ 发展简史； ▪ 发展态势：
▪ GIS已成为一门综合性技术； ▪ GIS产业化的发展势头强劲； ▪ GIS网络化已构成当今社会的热点； ▪ 地理信息科学( geoinformatics )的产生和发展。
基础理论
▪ 地理信息系统是传统科学与现代技术相结合而产生 的边缘学科，因此它明显的体现出多学科交叉的特 征，这些交叉学科的基础理论同样构成地理信息系 统的基础理论体系；
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第一节 地理空间及其 表达
地理空间的概念
▪ GIS中的概念常用“地理空间”(geo-spatial)来表述， 一般包括地理空间定位框架及其所连接的空间对象；
▪ 地理空间定位框架即大地测量控制，由平面控制网 和高程控制网组成；
▪ GIS的任何空间数据都必须纳入一个统一的空间参 照系中，以实现不同来源数据的融合、连接与统一；
§4.2 空间数据库概念模型设计：传统的数据模型
§4.3 空间数据库概念模型设计：语义数据模型和
面向对象数据模型
§4.4 空间数据库逻辑模型设计和物理设计
§4.5 GIS空间时态数据库
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▪ 第5章 空间分析的原理与方法 (10学时)
§5.1 数字地面模型分析
§5.2 空间叠合分析
§5.3 空间缓冲区分析
电子教案由黄杏元、马劲松等设计制 作。在编制过程中，还得到高等教育出版社 徐丽萍副编审的鼓励与支持。在电子教案出 版之际，谨对所有关心和支持这项工作的单 位和个人表示衷心的感谢！
不当之处敬请广大师生批评指正。
联络信箱: huangxy@ majs@
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基本功能
▪ 数据采集与编辑； ▪ 数据存储与管理； ▪ 数据处理和变换； ▪ 空间分析和统计； ▪ 产品制作与显示； ▪ 二次开发和编程。
新大地理信息系统课件第3章 空间数据的处理
第1节 空间数据的坐标变换
二、几何纠正
仿射变换的特性： 平行线变换后仍为平行线 不同方向上的长度比发生变化
第1节 空间数据的坐标变换
大地坐标系
❖ （1）54年北京坐标系 在东北黑龙江边境上同苏联大地网联测，通过大地坐标计算，推算出北京点 的坐标，北京坐标系是苏联42年坐标系的延伸，其原点在苏联普尔科沃。
第1节 空间数据的坐标变换
一、图幅数据的坐标变换
1.比例尺变换———乘系数
几 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
何
换加以改正
纠 正
3. 坐标旋转和平移 —即数字化坐标变换，利用相似变换、仿射变换
改正
4. 投影变换—————三种方法:正解变换、反解变换、数值变换
a
+
+
c
比b
令：a1 = m1cosφ，a2 = – m2sinφ，b1 = m1sinφ，b2 = m2cosφ
X = a0 + a1x + a2y Y = b0 + b1x +数，理论上只需要3个不在同一直线上的已知点，即可以求出理论解 事实上，由于图纸变形等在区域上分布的不均匀性，实际应用更多的是利用多于3个已知点的数据， 由最小二乘法求解，其目的是在面上得到更广泛的代表性
第3章 空间数据的处理
内容回顾
❖ mapinfo的组成、基本功能、文件结构、表操 作以及与外部软件系统的数据交换；
❖ 第二章中介绍了空间数据的特征、表达方式、 两种典型空间数据结构的特点、拓扑关系、 栅格压缩编码、空间数据结构的建立等知识。
主要内容 第一节 空间数据的坐标变换 第二节 空间数据结构的转换 第三节 多源空间数据的融合 第四节 空间数据的压缩与综合 第五节 空间数据的内插方法 第六节 图幅数据边沿匹配处理
3-3 多元空间数据的融合(11月14日)
遥感影像与数字栅格图遥感影像与数字栅格图drgdrg的融合的融合将数字栅格地图与遥感图像配准叠合可以从将数字栅格地图与遥感图像配准叠合可以从遥感图像中快速发现已发生变化的区域进而实遥感图像中快速发现已发生变化的区域进而实现空间数据库的自动现空间数据库的自动半自动更新
§3-3 多元空间数据的融合
一、遥感与GIS数据的融合 一、遥感与GIS数据的融合 ①遥感影像与数字线画图（DLG）的融合 ①遥感影像与数字线画图（DLG）的融合 经过正射纠正后的遥感影像，与数字线画图信 息融合，可产生影像地图。 ②遥感影像与数字地形模型（DEM)的融合 ②遥感影像与数字地形模型（DEM)的融合 数字地形模型与遥感数据的融合，实施遥感影 像的几何校正与配准，提高遥感影像的定位精度。 ③遥感影像与数字栅格图（DRG)的融合 ③遥感影像与数字栅格图（DRG)的融合 将数字栅格地图与遥感图像配准叠合，可以从 遥感图像中快速发现已发生变化的区域，进而实 现空间数据库的自动/ 现空间数据库的自动/半自动更新。
二、不同格式数据的融合 ①基于转换器的数据融合 数据转换一般通过交换格式进行。首先将源文 件输出为DXF文件，然后运行目标软件将DXF文件 件输出为DXF文件，然后运行目标软件将DXF文件 转换为自己的数据文件格式（举例）。 这是目前GIS系统数据融合的主要方法，其存 这是目前GIS系统数据融合的主要方法，其存 在的主要问题是：数据转换过程复杂，系统内部 的数据格式需要公开等。 ②基于数据标准的数据融合 采用一种空间数据的转换标准来实现多源GIS 采用一种空间数据的转换标准来实现多源GIS 数据的融合。例如：制定统一的空间数据格式规 范、提供标准的专用输出模块供其他系统调用。 这种方法效率高义 所谓空间数据压缩，即从空间坐标数据集合中 抽取一个子集，使这个子集在规定的精度范围内 最好地逼近原集合，而又取得尽可能大的压缩比。 压缩比a表示信息载体减少的程度。a 压缩比a表示信息载体减少的程度。a值大小， 既与线的复杂程度、缩小倍数、精度要求、数字 化取点的密度等因素有关，又与数据压缩技术本 化取点的密度等因素有关，又与数据压缩技术本 身有关。
§3-3 多元空间数据的融合
一、遥感与GIS数据的融合 一、遥感与GIS数据的融合 ①遥感影像与数字线画图（DLG）的融合 ①遥感影像与数字线画图（DLG）的融合 经过正射纠正后的遥感影像，与数字线画图信 息融合，可产生影像地图。 ②遥感影像与数字地形模型（DEM)的融合 ②遥感影像与数字地形模型（DEM)的融合 数字地形模型与遥感数据的融合，实施遥感影 像的几何校正与配准，提高遥感影像的定位精度。 ③遥感影像与数字栅格图（DRG)的融合 ③遥感影像与数字栅格图（DRG)的融合 将数字栅格地图与遥感图像配准叠合，可以从 遥感图像中快速发现已发生变化的区域，进而实 现空间数据库的自动/ 现空间数据库的自动/半自动更新。
二、不同格式数据的融合 ①基于转换器的数据融合 数据转换一般通过交换格式进行。首先将源文 件输出为DXF文件，然后运行目标软件将DXF文件 件输出为DXF文件，然后运行目标软件将DXF文件 转换为自己的数据文件格式（举例）。 这是目前GIS系统数据融合的主要方法，其存 这是目前GIS系统数据融合的主要方法，其存 在的主要问题是：数据转换过程复杂，系统内部 的数据格式需要公开等。 ②基于数据标准的数据融合 采用一种空间数据的转换标准来实现多源GIS 采用一种空间数据的转换标准来实现多源GIS 数据的融合。例如：制定统一的空间数据格式规 范、提供标准的专用输出模块供其他系统调用。 这种方法效率高义 所谓空间数据压缩，即从空间坐标数据集合中 抽取一个子集，使这个子集在规定的精度范围内 最好地逼近原集合，而又取得尽可能大的压缩比。 压缩比a表示信息载体减少的程度。a 压缩比a表示信息载体减少的程度。a值大小， 既与线的复杂程度、缩小倍数、精度要求、数字 化取点的密度等因素有关，又与数据压缩技术本 化取点的密度等因素有关，又与数据压缩技术本 身有关。
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换后数据不能准确表达源数据的信息。 • 通过交换格式转换数据的过程较为复杂。 • 这种模式需要将数据统一起来，违背了数据
分布和独立性的原则。
二、数据互操作模式：
GIS互操作是指在异构数据库和分布式 计算的情况下，GIS用户在相互理解的情况下， 能透明地获取所需的信息。空间数据互操作 模式主要体现在OGC（Open GIS Consortium）制定的数据共享规范。
第三节 多源空间数据融合
数据融合技术：是多源信息的一种处理方法， 处理的目的是将获得的信息通过推理和识别， 并据此作出估计和判决，通过多传感器数据 融合，可增加置信度、减少模糊性，提高系 统可靠性。
多传感器数据融合：充分利用不同时间与空 间的多传感器数据资源，采用计算机技术对 按时间序列获得的多传感器观测数据，在一 定准则下进行分析、综合、支配和使用，获 得对被测对象的一致性解释与描述，进而实 现相应的决策和估计，使系统获得比它的各 组成部分更充分的信息。
4、符号层融合
高层次融合，是直接针对具体决策目标的， 其结果为控制决策提供依据。融合结果的质量 将直接影响决策水平。
根据决策层数据融合的结果，可以采取相应的故 障隔离策略。实现故障检测、故障诊断，故障诊断的 最终目的就是进行故障状态下的对策，包括故障隔离、 降额使用和其他措施等。
三、数据融合问题与展望
SIMS的体系结构
数据提供者：直接访问数据文件或者数据库，并通过 数据代理提供给其他模块使用； 数据消费者：消费和使用数据的模块，通常负责对数 据的各种分析、处理和表现； 数据代理：维系数据消费者和数据提供者之间的纽带， 来自提供者的数据通过代理这个中介传递给消费者： 完成一次数据消费，数据消费行为产生的新数据也通 过代理传递给提供者，由提供者完成存盘动作。
该模式局限性： • 需每种格式的宿主软件都按照统一的规范实
现数据访问接口。 • 一个软件访问其它软件时，用户必须同时拥
有这两个GIS软件，并且同时运行。
三、直接数据访问模式:
是在一个GIS软件中实现对其它软件数据 格式的直接访问、存取和空间分析。其原理 是利用空间数据引擎的方法实现多源数据的 无缝集成，是实现空间数据集成的理想模式。
多源空间数据的无缝集成SIMS：
SIMS是一种无须数据格式转换，直接访问 多种数据格式的高级空间数据集成技术。 特点：
•多格式数据直接访问。 •格式无关数据集成。 •位置无关数据集成。 •允许使用来自不同格式的数据直接进行复合空间分析。
SIMS技术的核心不是分析、破解和转换其 他GIS软件的二进制文件格式，SIMS提出了一 种内置于GIS软件中的特殊数据访问体系结构。 它需要实现不同格式数据的管理、调度、缓存 （Cache），并提供不同格式数据之间的互操 作能力。
第二节 多源空间数据的集成模式
一、数据格式转换模式：
在这种模式下，外部系统的数据经数据 格式转换程序（Export）转换成相应的交换 格式数据，当前系统经过数据导入（Import） 程序导入这些数据到自己的数据库或文件中， 这是目前GIS数据集成的主要方法。
该模式存在的问题： • 在转换过程中可能造成数据的丢失，因而转
2、时空层融合/位置融合
利用传感器在每个扫描周期的量测数 据(如目标与传感器的距离等)对目标的状 态参数(如位置、速度等)进行估计。
3、属性层融合
利用从各个传感器的原始信息中提取的特 征信息进行综合分析和处理的中间层次过程， 它需要检测层的融合结果，同时需要有关诊断 对象描述的诊断知识的融合结果，诊断知识的 来源包括先验的各种知识。对照已建立的假设 (已知的故障模式),对观测量进行检验,以确定 哪一个假设与观测量相匹配。
制图综合的程度受3种基本因素的影响： • 地图的用途：主要决定地图所应表示和着重
表示哪些方面的内容； • 地图比例尺：主要决定地图内容表示的详细
程度； • 制图区域的地理特点：即应显示本地区地理
景观的特点。
制图综合分为： • 比例综合：因地图比例尺缩小而引起图形轮廓无法表
达时，进行选取和概括的一种综合手段。 • 目的综合：事物的重要程度并不完全决定图形大小和
• 位置关系:判断一个点实体是否在面实体内部 还是外部,或者一个点实体是否在线实体上等 等。是点-面匹配类型的主要匹配规则。
• 实体的形状特征:线的形状特征有长度、凹度; 面的形状特征有周长、面积、密度等。常常被 用于面-面匹配或被用作匹配检核标准。
拓扑匹配：通过计算侯选同名实体的拓扑关 系度量作为匹配依据。
问题： 用计算机和一些算法来进行状态分析和属
性识别有困难；多传感器数据融合系统不仅体 系本身存在固有问题，而且体系之间的匹配也 存在问题；至今还未形成一套完整的理论体系 和有效的融合模型和算法，绝大部分都是针对 特定问题、领域来研究。
方向： • 多传感器数据融合系统基本理论框架、融合
模型、准则和算法、系统设计和评估方法、 大系统融合技术等研究。 • 多传感器具体理论方向、新技术应用、多学 科交叉应用等。
二、空间数据分类：
1、根据数据使用者、收集者或生产者的 关系及数据来源分类： •原始数据 •成品数据
2、根据空间数据特征分类：
•点数据 •线数据 •多边形数据
三、空间数据源的特点：
1、多语义性 2、多时空性和多尺度 •空间多尺度 •时间多尺度 3、获取手段多源性 4、存储格式多源性
5、分布式特征 表现在： •空间数据形成基础 •数据采集状况 •数据存储、维护和更新 •地学数据运作的分布式 6、空间拓扑特征
第三章 多源空间数据集成
1：空间数据源的类型与特点 2：多源空间数据的集成模式 3：多源空间数据融合 4、多比例尺空间数据集成 5、时空多尺度空间数据集成 6、3S集成
第一节 空间数据源的类型与特点
一、空间数据来源：
地图数字化；观测数据； 试验数据；遥感与GPS数据； 理论推测与估算数据；历史数据； 统计普查数据；集成数据；
拓扑匹配用来减少搜索范围或用于检核 几何匹配的效果,缺点是同一地物在两幅图中 的拓扑关系的微小差异都将导致匹配失败,因 此很少单独使用。
语义匹配：通过比较侯选同名实体的语义信 息作为匹配依据。
即属性匹配,通过比较候选同名实体的语 义信息作为匹配的依据,这种匹配方法很有效。 语义匹配方法的缺点是算法在很大程度上依 赖于数据模型以及属性数据类型等。
多传感器数据融合技术广泛应用于C3I 系统、复杂工业过程控制、机器人、自 动目标识别、交通管制、惯性导航、海 洋监视和管理、农业、遥感、医疗诊断、 图像处理、模式识别等领域。
一、多源数据融合
多源空间数据，广义上讲，包括多数据 来源、多数据格式、多时空数据、多比例尺 （多精度）、多语义性几个层次；从狭义上 讲，主要是指数据格式的多样式，包括不同 数据源的不同格式及不同数据结构导致的数 据存储格式的差异。
• 数据合并:包括空间数据和属性数据的合并 • 结果输出
4、地图合并技术的研究内容
• 考虑数据质量的多源空间数据集成概念框架； • 空间数据库中实体的识别、匹配和分类技术； • 地图/地理数据库智能合并系统； • 基于地图合并技术的变化检测，地图自动更新
技术；
第五节 时空多尺度空间数据集成
尺度是地球科学的一个重要的概念,地球现象和过程 的发生和变化都受尺度的制约,其中一些现象和过程 只发生在某个尺度上,但绝大多数在很多尺度上都可 以发生,只是其变化规律不同,而且这些现象和过程的 变化与尺度之间的关系是非线性的,因此在地球科学 分析、模拟和预测中,都非常重视尺度的作用。尺度 的变化制约着观测、表达、分析和交换信息的详细程 度,是地球信息及其技术应用的主要瓶颈之一。
1、地图合并与地图叠置的区别
• 地图合并考虑了源图中可能存在的数据不一 致性。
• 地图叠置要生成交点，并生成新的多边形， 而地图合并只是将匹配地物的不同表现形式 一致化。
2、地图合并的主要方法
地图合并包括： 实体匹配、同名实体合并。
匹配算法分为三类：
几何匹配：通过计算几何相似度来进行同名实 体匹配。匹配规则: • 距离:比较两个实体要素之间的距离来实现匹 配. • 线实体的角度:包括线实体之间的角度及线实 体的方向,可对经过距离规则匹配的同名实体 进行匹配正确性的判断。
地图综合是一个具有较强智能推理行为 的过程,其研究涉及的领域十分广泛,是地图 学界一大国际性难题。地图自动综合的难点 在于需要用计算机理解地图制图的原理与方 法,将人的经验形式化表达出来。至今,仍没 有一个明朗的自动化的解决方案。
在综合时,地图目标选取的数量已有大量 成熟的成果,但在自动综合中具体选取哪一个 目标是一个有待研究的课题,这其中的关键问 题就是地图要素空间关系的识别与描述。地 图自动综合是国际制图与空间信息科学领域 的热门研究与应用问题,。
3、地图合并技术的应用
• 地图拼接； • 地图更新； • 地图集成；
地图合并的一般流程:
• 数据预处理:不同数据库的数据规范、存储格式、数 据组织。
• 地图对准:消除地图之间的空间差异,固定空间精度较 好的地图,改正空间精度较差的地图。
• 同名实体匹配:是地图合并的核心部分,通过一系列的 空间实体相似度指标,识别出不同地图中的同名实体, 建立它们之间的联接关系.
多源数据融合：解决数据在各种数据库中 存在的模型差异、精度差异、几何位置差异 和属性定义差异等问题，实现最大限度上的 多种数据源的完全转换和信息共享。
• 目标编码体系的融合：解决不同数据库对空 间实体采用的编码方式不同的问题。
• 几何位置、形状的统一：建立标准的目标构 件图库，使每种专业目标有唯一的识别编码 和唯一的图形标识，两者一一对应。
尺度是指研究某一物体或现象时所采 用的空间或时间单位，是某一现象或过程 在空间和时间上所涉及的范围和发生的频 率，还可指人们观察事物对象、模式或过 程时所采用的窗口。分为空间尺度和时间 尺度,常以粒度和幅度来表达。
分布和独立性的原则。
二、数据互操作模式：
GIS互操作是指在异构数据库和分布式 计算的情况下，GIS用户在相互理解的情况下， 能透明地获取所需的信息。空间数据互操作 模式主要体现在OGC（Open GIS Consortium）制定的数据共享规范。
第三节 多源空间数据融合
数据融合技术：是多源信息的一种处理方法， 处理的目的是将获得的信息通过推理和识别， 并据此作出估计和判决，通过多传感器数据 融合，可增加置信度、减少模糊性，提高系 统可靠性。
多传感器数据融合：充分利用不同时间与空 间的多传感器数据资源，采用计算机技术对 按时间序列获得的多传感器观测数据，在一 定准则下进行分析、综合、支配和使用，获 得对被测对象的一致性解释与描述，进而实 现相应的决策和估计，使系统获得比它的各 组成部分更充分的信息。
4、符号层融合
高层次融合，是直接针对具体决策目标的， 其结果为控制决策提供依据。融合结果的质量 将直接影响决策水平。
根据决策层数据融合的结果，可以采取相应的故 障隔离策略。实现故障检测、故障诊断，故障诊断的 最终目的就是进行故障状态下的对策，包括故障隔离、 降额使用和其他措施等。
三、数据融合问题与展望
SIMS的体系结构
数据提供者：直接访问数据文件或者数据库，并通过 数据代理提供给其他模块使用； 数据消费者：消费和使用数据的模块，通常负责对数 据的各种分析、处理和表现； 数据代理：维系数据消费者和数据提供者之间的纽带， 来自提供者的数据通过代理这个中介传递给消费者： 完成一次数据消费，数据消费行为产生的新数据也通 过代理传递给提供者，由提供者完成存盘动作。
该模式局限性： • 需每种格式的宿主软件都按照统一的规范实
现数据访问接口。 • 一个软件访问其它软件时，用户必须同时拥
有这两个GIS软件，并且同时运行。
三、直接数据访问模式:
是在一个GIS软件中实现对其它软件数据 格式的直接访问、存取和空间分析。其原理 是利用空间数据引擎的方法实现多源数据的 无缝集成，是实现空间数据集成的理想模式。
多源空间数据的无缝集成SIMS：
SIMS是一种无须数据格式转换，直接访问 多种数据格式的高级空间数据集成技术。 特点：
•多格式数据直接访问。 •格式无关数据集成。 •位置无关数据集成。 •允许使用来自不同格式的数据直接进行复合空间分析。
SIMS技术的核心不是分析、破解和转换其 他GIS软件的二进制文件格式，SIMS提出了一 种内置于GIS软件中的特殊数据访问体系结构。 它需要实现不同格式数据的管理、调度、缓存 （Cache），并提供不同格式数据之间的互操 作能力。
第二节 多源空间数据的集成模式
一、数据格式转换模式：
在这种模式下，外部系统的数据经数据 格式转换程序（Export）转换成相应的交换 格式数据，当前系统经过数据导入（Import） 程序导入这些数据到自己的数据库或文件中， 这是目前GIS数据集成的主要方法。
该模式存在的问题： • 在转换过程中可能造成数据的丢失，因而转
2、时空层融合/位置融合
利用传感器在每个扫描周期的量测数 据(如目标与传感器的距离等)对目标的状 态参数(如位置、速度等)进行估计。
3、属性层融合
利用从各个传感器的原始信息中提取的特 征信息进行综合分析和处理的中间层次过程， 它需要检测层的融合结果，同时需要有关诊断 对象描述的诊断知识的融合结果，诊断知识的 来源包括先验的各种知识。对照已建立的假设 (已知的故障模式),对观测量进行检验,以确定 哪一个假设与观测量相匹配。
制图综合的程度受3种基本因素的影响： • 地图的用途：主要决定地图所应表示和着重
表示哪些方面的内容； • 地图比例尺：主要决定地图内容表示的详细
程度； • 制图区域的地理特点：即应显示本地区地理
景观的特点。
制图综合分为： • 比例综合：因地图比例尺缩小而引起图形轮廓无法表
达时，进行选取和概括的一种综合手段。 • 目的综合：事物的重要程度并不完全决定图形大小和
• 位置关系:判断一个点实体是否在面实体内部 还是外部,或者一个点实体是否在线实体上等 等。是点-面匹配类型的主要匹配规则。
• 实体的形状特征:线的形状特征有长度、凹度; 面的形状特征有周长、面积、密度等。常常被 用于面-面匹配或被用作匹配检核标准。
拓扑匹配：通过计算侯选同名实体的拓扑关 系度量作为匹配依据。
问题： 用计算机和一些算法来进行状态分析和属
性识别有困难；多传感器数据融合系统不仅体 系本身存在固有问题，而且体系之间的匹配也 存在问题；至今还未形成一套完整的理论体系 和有效的融合模型和算法，绝大部分都是针对 特定问题、领域来研究。
方向： • 多传感器数据融合系统基本理论框架、融合
模型、准则和算法、系统设计和评估方法、 大系统融合技术等研究。 • 多传感器具体理论方向、新技术应用、多学 科交叉应用等。
二、空间数据分类：
1、根据数据使用者、收集者或生产者的 关系及数据来源分类： •原始数据 •成品数据
2、根据空间数据特征分类：
•点数据 •线数据 •多边形数据
三、空间数据源的特点：
1、多语义性 2、多时空性和多尺度 •空间多尺度 •时间多尺度 3、获取手段多源性 4、存储格式多源性
5、分布式特征 表现在： •空间数据形成基础 •数据采集状况 •数据存储、维护和更新 •地学数据运作的分布式 6、空间拓扑特征
第三章 多源空间数据集成
1：空间数据源的类型与特点 2：多源空间数据的集成模式 3：多源空间数据融合 4、多比例尺空间数据集成 5、时空多尺度空间数据集成 6、3S集成
第一节 空间数据源的类型与特点
一、空间数据来源：
地图数字化；观测数据； 试验数据；遥感与GPS数据； 理论推测与估算数据；历史数据； 统计普查数据；集成数据；
拓扑匹配用来减少搜索范围或用于检核 几何匹配的效果,缺点是同一地物在两幅图中 的拓扑关系的微小差异都将导致匹配失败,因 此很少单独使用。
语义匹配：通过比较侯选同名实体的语义信 息作为匹配依据。
即属性匹配,通过比较候选同名实体的语 义信息作为匹配的依据,这种匹配方法很有效。 语义匹配方法的缺点是算法在很大程度上依 赖于数据模型以及属性数据类型等。
多传感器数据融合技术广泛应用于C3I 系统、复杂工业过程控制、机器人、自 动目标识别、交通管制、惯性导航、海 洋监视和管理、农业、遥感、医疗诊断、 图像处理、模式识别等领域。
一、多源数据融合
多源空间数据，广义上讲，包括多数据 来源、多数据格式、多时空数据、多比例尺 （多精度）、多语义性几个层次；从狭义上 讲，主要是指数据格式的多样式，包括不同 数据源的不同格式及不同数据结构导致的数 据存储格式的差异。
• 数据合并:包括空间数据和属性数据的合并 • 结果输出
4、地图合并技术的研究内容
• 考虑数据质量的多源空间数据集成概念框架； • 空间数据库中实体的识别、匹配和分类技术； • 地图/地理数据库智能合并系统； • 基于地图合并技术的变化检测，地图自动更新
技术；
第五节 时空多尺度空间数据集成
尺度是地球科学的一个重要的概念,地球现象和过程 的发生和变化都受尺度的制约,其中一些现象和过程 只发生在某个尺度上,但绝大多数在很多尺度上都可 以发生,只是其变化规律不同,而且这些现象和过程的 变化与尺度之间的关系是非线性的,因此在地球科学 分析、模拟和预测中,都非常重视尺度的作用。尺度 的变化制约着观测、表达、分析和交换信息的详细程 度,是地球信息及其技术应用的主要瓶颈之一。
1、地图合并与地图叠置的区别
• 地图合并考虑了源图中可能存在的数据不一 致性。
• 地图叠置要生成交点，并生成新的多边形， 而地图合并只是将匹配地物的不同表现形式 一致化。
2、地图合并的主要方法
地图合并包括： 实体匹配、同名实体合并。
匹配算法分为三类：
几何匹配：通过计算几何相似度来进行同名实 体匹配。匹配规则: • 距离:比较两个实体要素之间的距离来实现匹 配. • 线实体的角度:包括线实体之间的角度及线实 体的方向,可对经过距离规则匹配的同名实体 进行匹配正确性的判断。
地图综合是一个具有较强智能推理行为 的过程,其研究涉及的领域十分广泛,是地图 学界一大国际性难题。地图自动综合的难点 在于需要用计算机理解地图制图的原理与方 法,将人的经验形式化表达出来。至今,仍没 有一个明朗的自动化的解决方案。
在综合时,地图目标选取的数量已有大量 成熟的成果,但在自动综合中具体选取哪一个 目标是一个有待研究的课题,这其中的关键问 题就是地图要素空间关系的识别与描述。地 图自动综合是国际制图与空间信息科学领域 的热门研究与应用问题,。
3、地图合并技术的应用
• 地图拼接； • 地图更新； • 地图集成；
地图合并的一般流程:
• 数据预处理:不同数据库的数据规范、存储格式、数 据组织。
• 地图对准:消除地图之间的空间差异,固定空间精度较 好的地图,改正空间精度较差的地图。
• 同名实体匹配:是地图合并的核心部分,通过一系列的 空间实体相似度指标,识别出不同地图中的同名实体, 建立它们之间的联接关系.
多源数据融合：解决数据在各种数据库中 存在的模型差异、精度差异、几何位置差异 和属性定义差异等问题，实现最大限度上的 多种数据源的完全转换和信息共享。
• 目标编码体系的融合：解决不同数据库对空 间实体采用的编码方式不同的问题。
• 几何位置、形状的统一：建立标准的目标构 件图库，使每种专业目标有唯一的识别编码 和唯一的图形标识，两者一一对应。
尺度是指研究某一物体或现象时所采 用的空间或时间单位，是某一现象或过程 在空间和时间上所涉及的范围和发生的频 率，还可指人们观察事物对象、模式或过 程时所采用的窗口。分为空间尺度和时间 尺度,常以粒度和幅度来表达。