空间数据采集及处理
空间数据采集与处理的常见问题解答
空间数据采集与处理的常见问题解答近年来，随着技术的不断进步，空间数据采集和处理成为了地理信息系统（GIS）领域中的一个重要环节。
然而，在实际操作中，人们常常会遇到一些问题，特别是对初学者来说，这些问题可能会令他们感到困惑。
本文将解答一些关于空间数据采集和处理的常见问题，希望能给读者提供一些帮助。
1. 什么是空间数据采集？空间数据采集是指获取地球表面上的各种地理数据，并将其转化为数字形式的过程。
通过使用卫星遥感、GPS定位等技术手段，可以采集到各种地理特征、地形高程、气候气象等数据。
2. 空间数据采集有哪些常用的方法？常用的空间数据采集方法包括卫星遥感、GPS定位、地面调查等。
卫星遥感通过卫星拍摄地球表面的图像，并将其转化为数字数据。
GPS定位使用全球定位系统接收器获取位置信息。
地面调查则是人工到现场进行实地测量和记录。
3. 空间数据处理有哪些主要的步骤？空间数据处理包括数据清理、数据分析和数据可视化三个主要步骤。
数据清理是指对采集到的数据进行筛选、去噪和纠正等操作，确保数据的准确性和完整性。
数据分析是对清理后的数据进行统计分析、空间分析等，提取有用的信息和规律。
数据可视化是通过图表、地图等方式将数据呈现出来，使其更加易于理解和应用。
4. 空间数据处理中常用的软件有哪些？在空间数据处理中，常用的软件包括ArcGIS、QGIS、ENVI等。
ArcGIS是一个完整的GIS平台，提供了强大的数据处理和分析功能。
QGIS是一个免费开源的GIS软件，功能齐全，易于学习和使用。
ENVI是一款专门用于遥感图像处理和分析的软件，适用于对卫星遥感数据进行处理。
5. 如何选择适合的空间数据处理软件？选择适合的空间数据处理软件需要考虑多个因素，包括功能需求、预算、学习曲线等。
如果需要进行较为复杂的数据处理和分析，ArcGIS可能是一个不错的选择。
如果预算有限或对软件使用不是很熟悉，可以考虑使用QGIS，它有强大的社区支持和丰富的插件资源。
空间数据采集与处理的工作流程与细节
空间数据采集与处理的工作流程与细节引言在现代科技的推动下，空间数据的采集与处理变得越来越重要。
无论是地理信息系统（GIS）的建设，还是气候变化研究，空间数据的准确性和可靠性都起着至关重要的作用。
本文将探讨空间数据采集与处理的工作流程与细节，包括数据获取、处理与分析的环节，以及常见的数据采集技术和方法。
数据获取空间数据的获取是空间数据采集与处理的第一步，也是最关键的一步。
主要的数据获取来源包括卫星遥感、航空摄影和地面调查等。
卫星遥感技术通过卫星传感器获取地球表面的影像和其他信息。
航空摄影则通过飞机或无人机进行拍摄，获取更高分辨率的图像。
地面调查则是通过实地勘测、传感器测量和数据采集设备来获取数据。
数据处理一旦获取到空间数据，接下来就需要进行数据处理。
数据处理的目标是将原始数据转化为可用的、清晰的和高质量的数据。
这个过程包括数据预处理、数据清洗、数据转换和数据集成等环节。
数据预处理是为了解决数据质量、数据一致性和数据完整性的问题。
数据质量评估是对数据质量进行评估和改进，消除数据中的错误和噪声。
数据清洗则是通过清除错误、重复和缺失的数据来提高数据的质量。
数据转换是将不同源的数据统一为一致的数据格式和坐标系统，以方便后续的数据分析和处理。
数据集成则是将不同的数据源和类型进行整合，形成一个完整的数据集，以便进行后续的空间分析和建模。
数据分析数据分析是空间数据采集与处理的重要环节，通过对数据进行统计、模型建立和空间分析，可以得出有价值的结论和洞见。
数据分析的方法包括统计分析、空间插值、地理回归和空间建模等。
统计分析是对数据进行汇总和概述，以了解数据的分布、趋势和关系等。
空间插值则是通过将已知的数据点之间的关系推广到未知位置的点，以填充空间上的缺失数值。
地理回归是通过对空间数据和其他因素进行回归分析，了解变量之间的关系和影响。
空间建模则是通过对空间数据进行建模和模拟，预测未来的变化和趋势。
数据可视化数据可视化是将数据以图形或图像的形式展示出来，以便于人们理解和使用。
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）
GIS原理与应用_4.1-3空间数据采集与处理详解
（6）图形数据采集
已有数字形式空间数据的录入
• 全站仪的电子手薄； • GPS； •其它格式数据。
（6）图形数据采集 栅格数据向矢量数据的转换（矢量化） • 全自动矢量化
• 半自动矢量化(R2V) • 交互式矢量化（屏幕数字化）
4-8
（3）空间数据采集方法 手扶跟踪数字化仪采集 摄影测量数字化采集 扫描跟踪数字化采集 外业实地数字化采集
选择采集方法的依据是如何应用图形数据、图形数据类 型、现有设备状况、现有人力、物力、财力状况等。
4-9
（3）空间数据采集方法
数字化设备：数字化仪、扫描仪、摄影测量设备 野外特测量：大点平：板范、围全大站，仪速、度G快PS、移动测绘系统 特 使 用点：范精围度：高大、面效积率G较IS低数据采集、资源普查等 适合范围：小范围GIS数据采集或局部数据更新
数字化仪
扫描仪
数字摄影测量工作站
4-10
（4）空间数据采集方案
随机采样
系统采样
系统随机采样 可变系统采样
蔟聚采样
断面采样
等高线采样
4-11
（4）空间数据采集方案
空间数据采集——流程
评价
计划 调查
编辑 处理
准备 收集
数字化
4-12
（5）空间数据采集任务
本章所讲的采集是对已有数据（二手数据）的采集， 主要任务为：
• 现有地图（地形图/专题图）； • 全野外数字测图（GPS/全站仪/电子手簿）； •卫星影像（国土资源卫星 / Landsat / SPOT/ IKONOS）； •航空象片； •调查统计数据； •现有的数据文件、数据库等。
空间数据采集与处理的常见问题与解决办法
空间数据采集与处理的常见问题与解决办法随着技术的不断进步，空间数据的采集和处理在各个领域中发挥着越来越重要的作用。
然而，在实际操作中，我们常常会遇到一些问题，这些问题可能会影响到数据的准确性和结果的可靠性。
本文将探讨一些常见的问题，并提供一些解决办法。
一. 数据采集问题1. 数据源不准确在进行空间数据采集时，我们需要依赖于各种数据源，包括卫星图像、航空影像和地面调查等。
然而，这些数据源可能存在不准确的情况，例如误差、遮挡和分辨率等问题。
这可能会导致数据采集的精度不高。
解决办法：在选择数据源时，需要仔细评估其准确性和适用性。
可以比较不同数据源的差异，并进行适当的校正和验证，以提高数据的准确性。
此外，还可以利用多源数据进行融合，以获得更精确的结果。
2. 数据采集成本高昂进行空间数据采集需要投入大量的时间和资源，包括人力、设备和经费等。
这可能会成为很多项目的瓶颈，尤其是对于一些预算有限的机构和组织而言。
解决办法：可以考虑采用新技术和方法来降低数据采集的成本。
例如，使用无人机进行航拍可以取代传统的航空影像，大大降低了采集成本。
此外，还可以与其他组织合作，共享资源和设备，以减少资源的浪费。
二. 数据处理问题1. 数据格式和结构不统一在进行数据处理时，我们常常会面临不同数据格式和结构的挑战。
由于不同数据源和工具的差异，数据可能以不同的格式和结构存在，这会给数据处理带来困难。
解决办法：在进行数据采集之前，需要明确数据的格式和结构要求。
可以建立统一的数据规范和标准，以确保数据的一致性。
此外，可以利用数据转换和格式化工具来处理不同格式的数据，使其能够在相同的平台上进行处理。
2. 数据质量不高在进行数据处理时，我们经常会面临数据质量不高的问题。
数据可能存在噪声、缺失、重复和错误等问题，这可能会导致结果的不准确和不可靠。
解决办法：在进行数据处理之前，需要对数据进行清洗和预处理，以除去噪声和错误。
可以使用数据质量评估工具来检测数据的质量，并进行相应的修复和纠正。
第六章 空间数据采集与处理
θ
0 x
x′=x•cosθ+y •sin θ y′= -x•sinθ+y •cosθ
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
2 仿射变换
公式如下：
cos ( X ,Y ) sin
' '
sin X TX Y T cos Y
通向计算机接口
叉丝 按扭
游标 电磁感应板
无法及时发现错误
•
手扶数字化的缺陷
作业辛苦
通向计算机接口
• 点方式 • 流方式 – 距离流方式
叉丝 按扭
游标 电磁感应板
– 时间流方式
三 维 数 字 化 仪
Ｐ Ｘ Ｄ 系 列 数 字 化 仪
扫描矢量化
• 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 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 地图内容和地图符号的关系自动给矢量数 据赋以属性值。
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 Processing/Resample
6.5 数据格式转换
GIS在其发展过程中，出现了很多研究机构和 企业，它们所使用的数据格式往往不尽相同，为了
• 光学分辨率是扫描仪在扫描时读取源图形的真实 点数。通常扫描仪的光学分辨率从300×600dpi 到1000×2000dpi。另外有些扫描仪的分辨率为 1200×1200dpi，这类扫描仪是利用硬件功能提 升水平分辨率的精度。 • 插值分辨率是指在真实的扫描点基础上插入有些 点后形成的分辨率。它是扫描图像时可以调节的 分辨率的最大值，通常是光学分辨率的4－16倍， 以4倍、8倍、16倍最常见。例如光学分辨率为 300×600dpi的扫描仪插值分辨率可达 4800×9600dpi。
空间数据采集与处理的常用工具介绍
空间数据采集与处理的常用工具介绍导言空间数据采集与处理是地理信息系统（GIS）中的重要环节，它涉及到从各种来源收集空间数据，并对这些数据进行处理、分析和可视化。
在这篇文章中，我们将介绍一些常用的工具和技术供专业人士和爱好者使用。
一、全球定位系统（GPS）全球定位系统（GPS）是一种由美国政府建立和维护的卫星导航系统，它可以通过接收卫星信号确定地球上某一点的位置。
GPS广泛应用于空间数据采集领域，它可以精确地测量地点的经纬度、海拔高度等信息。
为了使用GPS，用户需要携带可接收卫星信号的设备，如GPS接收器或智能手机，并保持良好的天线接收。
二、无人机随着无人机技术的飞速发展，无人机在空间数据采集与处理中的应用越来越普遍。
通过搭载摄像机和传感器等设备，无人机可以飞越地面进行空中摄影测量和数据采集。
它可以快速获取大范围的高分辨率影像数据，并且能够灵活地进行飞行路径规划和数据采样。
无人机可以应用于土地测绘、环境监测、城市规划等领域。
三、地理信息系统软件地理信息系统软件是空间数据采集与处理中不可或缺的工具。
它们提供了一系列功能，用于导入、处理、分析和可视化地理空间数据。
ArcGIS是一个广泛使用的地理信息系统软件，它具有强大的数据处理能力和丰富的地理分析工具。
QGIS是另一个开源的地理信息系统软件，它具有用户友好的界面和丰富的插件库，可满足不同用户的需求。
其他常用的地理信息系统软件还包括MapInfo和Google Earth 等。
四、遥感技术遥感技术是通过卫星、飞机等远距离获取地球表面信息的技术。
通过遥感技术，可以获取大范围的地理空间数据，包括高分辨率影像、地表温度、植被指数等。
这些数据对环境监测、农业、气象等领域具有重要意义。
常见的遥感数据处理软件包括ENVI和ERDAS IMAGINE，它们提供了强大的图像处理和遥感数据分析功能。
五、全球导航卫星系统（GNSS）全球导航卫星系统（GNSS）是一系列由不同国家建立的卫星导航系统，包括GPS、俄罗斯的GLONASS、中国的北斗导航系统等。
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。
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空间特征（定位数据）： 表示事物 的空间位置，例如笛卡尔坐标等。
时间特征（时间尺度）：指事物数 据随时间的变化，其变化的周期有短 期 的、中期的、长期的等 。
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地 理 信 息 系 统 原 理
地理空间数据的基本特性
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4.1.2 空间数据的测量尺度
地 理 信 息 系 统 原 理
在扫描后处理中，需要进行栅格转矢 量的运算，一般称为扫描矢量化过程。
矢量图合 成、接边
矢量图 编辑
空间 数据库
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地 理 信 息 系 统 原 理
将栅格图像转换为矢量地图一般需要以下一 系列步骤[Musavi 1988]： 图像二值化（Threshold） 平滑（Smooth） 细化 链式编码
4.2.2
地 理 信 息 系 统 原 理
地理空间数据采集及处理
1. 手工方式 2. 数字化方式 3. 扫描方式
联网方式下，信息系统 内部各子系统之间以及 影像处理和信息提取方式 与其它信息系统之间实 现信息交流和信息共享 数据通讯方式 的主要方式。
4.
5.
地图的数字化录入和影像处理信息 提取是主要方式
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次序（Ordinal）量
地 理 信 息 系 统 原 理
线性坐标上不按值的大小，而是按顺 序排列的数，例如，事故发生危险程度的 级别由大到小被标为1，2，3，…..。
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间隔（Interval）量
地 理 信 息 系 统 原 理
不参照某个固定点，而是按间隔表示
相对位置的数。按间隔量测的值相互之
间可以比较大小，并且它们之间的差值
大小是有意义的。例如，温度大小的表
示。
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比率（Ratio）量
地 理 信 息 系 统 原 理
比例测量尺度的测量值指那些有 真零值而且测量单位的间隔是相等的 数据，比例测量尺度与使用的测量单 位无关。如年降雨量、海拔高度、人 口密度、发病率等。
对特定空间现象或空间目标的测量就是根 据一定的标准对其赋值或打分（对事物的 鉴别、分类和命名），测量的尺度大致可 以分成四个层次，由粗略至详细依次为： 命名或类型 次序 间隔 比例
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命名（Nominal）量
地 理 信 息 系 统 原 理
对数据定性而非定量的描述，不能进行任 何算术运算。例如，可以用不同数值表示 不同的土地利用类型、植被类型或岩石类 型，但是这些数值之间无数量关系。
§4.1地理空间数据的特征及表示方法 P36-37
地 理 信 息 系 统 原 理
§4.1.1地理空间数据的特征
属性特征（非定位数据） 空间特征（定位数据） 时间特征（时间尺度）
属性特征（非定位数据）：表示实 际现象或特征，例如变量、级别、数 量特征和名称等。
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地 理 信 息 系 统 原 理
1. 手工方式 2. 数字化方式 3. 扫描方式
4. 影像处理和信息提取方式
5. 数据通讯方式
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4.2.2
地 理 信 息 系 统 原 理
地理空间数据采集及处理
手扶跟踪数字化仪 是一种图形数字化 设备，是目前常用 的地图数字化方式 生成矢量数据。
1. 手工方式
2. 数字化方式
3. 扫描方式
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（1） 地图数字化
地 理 信 息 系 统 原 理
当纸地图经过计算机图形图像系统光 ——电转换量化为点阵数字图像，经图像 处理和曲线矢量化，或者直接进行手扶跟 踪数字化后，生成可以为地理信息系统显 示、修改、标注、漫游、计算、管理和打 印的矢量地图数据文件，这种与纸地图相 对应的计算机数据文件称为矢量化电子地 图。
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地 理 信 息 系 统 原 理
命名数据或次序数据便于使用，易 于理解，但有时不够精确，不能用于较
高级的算术运算。而比例数据或间隔数
据比较精确，便于计算机处理。
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地 理 信 息 系 统 原 理
各种数据测量尺度以及其制图表现
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§4.2 地理空间数据获取及处理
生成栅格数据。
1. 手工方式
2. 数字化方式
3. 扫描方式 4. 影像处理和信息提取方式 5. 数据通讯方式
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地 理 信 息 系 统 原 理
小 型 扫 描 仪 工程扫描仪
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4.2.2
地 理 信 息 系 统 原 理
地理空间数据采集及处理
1. 手工方式 2. 手扶跟踪化数字方式 3. 扫描方式
矢量线提取
除了上述五个步骤以外，还需要一些 处理以方便图像矢量化过程，如图像拼接 和剪裁等 。
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地 理 信 息 系 统 原 理
4.2.1 地理空间数据的来源
地理空间数据的来源非常广泛，大致可以分为：
野外实测数据
航天航空遥感
航测
全球定位系统（GPS）
原介质地图数据等
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4.2.2
地 理 信 息 系 统 原 理
地理空间数据采集及处理
通过手工在计算机 终端上输入数据， 主要是键盘输入。 主要用于属性数据 的输入。
从遥感影像上 直接提取专题 信息。
4. 影像处理和信息提取方式
5. 数据通讯方式
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地 理 信 息 系 统 原 理
a.1993
b.2001 岳池县卫星影像图
c.2007
水田
旱地
林地
建筑用地
水域
其他用地
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1993年、2001年和2007年岳池县景观格局类型分布图
4. 影像处理和信息提取方式
5. 数据通讯方式
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数字化仪
地 理 信 息 系 统 原 理
四川农业大学资源环境学院
4.2.2
地 理 信 息 系 统 原 理
地理空间数据采集及处理
扫描仪是一种图 形、图象输入设 备，可以快速地 将图形、图象输 入计算机系统， 是目前发展最快 的数字化设备
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地 理 信 息 系 统 原 理
概念
地图数字化是指把传统的纸质或其他 材料上的地图转换为计算机可识别的图形 数据的过程，以便进一步在计算机中进行 存贮、分析和输出。
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地图数字化步骤
地 理 信 息 系 统 原 理
纸 质 地 图 扫描 转换 拼接子 图块 裁剪 地图 屏 幕 跟 踪 矢 量 化