第五章 空间数据采集与处理
地理信息系统5-空间数据的处理
§5-3 拓扑关系的自动建立
5、岛的判断
单多边形被追踪两次
找出多边形互相包含的情况.
p1
p3
p2
1°、计算所有多边形的面积。
2°、分别对面积为正的多边形和面积为负的多边形排序。p1,p2,p3, -p1,-p2,-p3,
3°、从面积为正的多边形中，顺序取每个多边形，取完为止。若负面积多边形个数 为0，则结束。来自一、点线拓扑关系的自动建立
1、在图形采集和编辑中实时建立
弧段-结点表
结点-弧段表
Oid 起结点 终结点
a1 N1
N2
a2 N2
N3
Oid 弧段 号 N1 a1 N2 a1,a2 N3 a2
N2 a2 N1 a1
N3
(a)
N2 a2 N1 a1
N3
a3
Oid 起结点 终结点
a1 N1
N2
a2 N2
N3
一般，若结点容差设置合理，大多数结点能够吻合在一起， 但有些情况还需要使用前三种方法进行人工编辑。
§5-2 图形编辑
2）结点与线的吻合
在数字化过程中，常遇到一个结点与一个线
状目标的中间相交。由于测量或数字化误差，
它不可能完全交于线目标上，需要进行编辑，
称为结点与线的吻合。
C
编辑的方法： A、 结点移动，将结点移动到线目标上。 B、 使用线段求交； C、 自动编辑，在给定容差内，自动求交并吻合在一起。
§5-1 坐标变换
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。
特性：
· · ·
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。
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）
空间数据的采集与处理
▪ 3、逻辑检查法。如根据数据拓扑一致性进行检验，将弧段连成多边形， 进行数字化误差的检查。有许多软件已能自动进行多边形结点的自动平 差。另外，对属性数据的检查一般也最先用这种方法，检查属性数据的 值是否超过其取值范围。属性数据之间或属性数据与地理实体之间是否 有荒谬的组合。
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。
• 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
6
400 ～500 米
7
500 ～1000米
1000～2000米
1
弯曲度：2.5公里弯曲 深度 宽度
2
>40 >50 >50
3
>40 >50 >75
24
4
>25 >50 >75
5
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。
空间数据采集与处理技术的工作流程
空间数据采集与处理技术的工作流程近年来，随着无人机、卫星和传感器技术的快速发展，空间数据采集与处理技术变得越来越重要。
这些技术不仅广泛应用于地理信息系统、环境监测、农业、城市规划等领域，而且对于城市管理、资源管理和灾害预警等方面也起着至关重要的作用。
那么，空间数据采集与处理技术的工作流程是怎样的呢？空间数据采集是指通过各种设备和手段，获取地球上的空间信息数据。
其中，无人机是一种非常重要的工具。
无人机可以携带各种传感器，通过无人机航拍的方式来采集地面信息。
无人机相比于传统的航空遥感技术，具有成本低、效率高、数据精度高等优点。
在采集过程中，需要事先确定好采集区域、采集目标以及采集时间等因素，合理规划飞行路线和高度。
此外，采集地面点云数据还需要选择合适的传感器和设置合适的参数。
采集到的数据需要进行后续处理与分析。
首先，对数据进行去噪处理。
这是因为在实际采集过程中，由于环境因素和设备问题，可能会引入噪点。
通过算法和平滑处理，可以去除这些干扰噪声，提高数据的准确性和可靠性。
其次，需要进行数据配准。
数据配准是将不同源的数据进行对齐和匹配，以保证数据之间的一致性和完整性。
配准过程中会采用各种技术，如基于特征点的匹配、基于图像匹配的方法等。
此外，为了更好地提取数据特征和进行分析，还需要进行数据分类和分类标注。
在数据处理阶段，还需要进行3D建模。
通过点云数据的处理，可以构建出更真实、更具体的三维模型。
在建模过程中，可以利用计算机视觉和图像处理算法，将海量的点云数据转化为三维模型。
这些模型可以应用于虚拟现实、增强现实、城市规划等领域，为各种应用提供支持。
另外，还需要进行数据分析和可视化。
通过专业的软件和算法，对采集到的空间数据进行统计、分析和挖掘，以发现数据背后的模式和规律。
例如，在农业领域，可以通过空间数据分析来预测作物生长、病虫害发生的情况，从而优化农业生产管理。
同时，通过可视化技术，可以将数据通过图表、地图、动画等方式展示出来，便于更直观地理解和应用。
GIS复习思考题
GIS复习思考题地理信息系统复习思考题第⼀章导论1、解释：信息、数据、地理信息、地理数据、地理信息系统2、地理信息有何特点？3、地理信息系统与CAD、数字制图、⼀般事务管理有何主要区别？4、地理信息系统有哪些类型？5、GIS的基本构成有哪些？各部分的主要作⽤？6、GIS的基本功能有哪些？并简要说明。
7、GIS主要应⽤在哪些⽅⾯？8、GIS的发展主要经历了哪4个阶段？各有何主要特点？第⼆章空间信息基础1、GIS中为什么要考虑地图投影？我国⼤⽐例尺采⽤什么投影⽅式？2、地理空间实体的三要素是什么？它们之间的关系是怎样的？3、空间数据的基本特征有哪些？地理信息的数字化描述⽅法有哪些？4、地图投影有哪些类型？5、解释：地图投影、拓扑、空间数据、元数据6、空间对象的描述要素有哪些？7、拓扑关系中有哪⼏种基本的拓扑关系？其基本含义是什么？在GIS中⽤拓扑有什么主要作⽤？8、什么是地理空间数据？有哪些类型，并简要说明。
9、地理信息系统的应⽤功能主要包括哪些⽅⾯，并简要说明。
10．地形图“都江堰”的编号是H48G024026，简要说明其编号的含义。
第三章空间数据结构1、空间实体可抽象为哪⼏种基本类型？它们在⽮量数据结构和栅格数据结构分别是如何表⽰的？2、叙述四种栅格数据存储的压缩编码⽅法。
3、试写出⽮量和栅格数据结构的模式，并列表⽐较其优缺点。
4、叙述由⽮量数据向栅格数据的转换的⽅法。
5、叙述由栅格数据向⽮量数据的转换的⽅法。
6、简述栅格到⽮量数据转换细化处理的两种基本⽅法。
7、解释：地理空间、栅格数据、⽮量数据、空间数据结构8、费尔曼链码的含义是什么？如何取值？9、游程编码的含义是什么？有哪2种⽅式？10、块码给栅格数据编码的⽅式是什么？11、四叉树编码的基本思想是什么？12、⽮量数据的获取⽅式有哪些？13、DIME编码什么？有何特点？14、⽮量数据结构有何优点？15、栅格数据结构有何优点？第四章空间数据库1、数据库系统包括哪⼏部分，各部分的主要作⽤是什么？2、数据库有何主要特点？3、数据库的系统结构有哪⼏个层次？4、数据库管理系统有什么主要功能？5、数据库管理系统程序由哪⼏部分组成？6、什么是数据库的数据模型？什么是传统的数据模型？7、传统的数据模型有何特点？8、解释：数据库、空间数据库、客体、对象、类、超类、⼦类、消息9、传统数据库系统的数据模型有哪些，各有什么优缺点？10、⾯向对象的数据模型有何优点？11、⾯向对象的数据模型的实现⽅法主要有哪些？12、地理信息系统数据库有什么主要特点？13、地理信息系统数据库有哪⼏种主要管理⽅法，各有何特点？14、什么是数据模型？数据库技术中采⽤的数据模型有哪些？15、地理信息系统空间数据库的组织⽅式主要采⽤哪些数据模型？第五章空间数据采集与处理1、空间数据采集⽅法有哪些？它们分别适合采集什么样的数据？2、说说在数字化中属性数据采集的原则和⽅法？3、为什么要对数字化地图进⾏编辑与处理后才能⼊GIS数据库？4、GIS数据精度可以从哪⼏个⽅⾯进⾏评价？并解释。
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2021/3/6
西北大学城市与资源学系
8
空间数据采集——属性数据的采集
国家资源与环境信 息系统规范在 “专业数据分类 和数据项目建议 总表”中，将数 据分为社会环境、 自然环境和资源 与能源三大类共 14小项，并规定 了每项数据的内 容及基本数据来 源。
2021/3/6
西北大学城市与资源学系
9
属性数据的编码——编码原则
控制部分：用来通过一定的查错算法，检 查在编码、录入和传输中的错误，在属性 数据量较大情况下具有重要意义。
2021/3/6
西北大学城市与资源学系
11
属性数据的编码——编码方法
层次分类编码法：是按照分类对象的从属和层次关系为排列顺
序的一种代码，它的优点是能明确表示出分类对象的类别，代码结构有严格
Ⅵ
Ⅶ
Ⅷ
Ⅸ
1
平原河
属23 性数据的编码——编过山渡地码河 河 方法
1
常年河
2
时令河
多源分类编码法： 3
消失河
对于一个特定的分类目标，根据诸多不同的
分类依据分别进行12 编码，各位数字代码之间并没有隶属通不航通关河 航河系。Leabharlann 2021/3/61
树状河
2
平行河
3
筛状河
4
辐射河
5
扇形河
6
迷宫河
1 2 3 4 5 6 7
人口普查 社会经济调查 各种统计资料
地图 专题地图 统计图表
电子数据
全站仪、GPS数据 地球物理、地球化学
遥感数据
已建各种数据库 GIS数据
西北大学城市与资源学系
5
数据源种类
目前各种类型的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。
13
1
空间数据采集——图形数据的采集
采集基本模式有两 种： ①将地理信息实 体以x,y坐标的形 式，以顺时针或 逆时针方法依次 输入。 ②用点、线、多 边形和格网邻接 的方法表示地理 实体。
特征数码
位置
点 11
x,y（点）
线 21 面 31
x1,y1,x2,y2,...,xn,yn(线） x1,y1,x2,y2,...,xn,yn（面）
2021/3/6
西北大学城市与资源学系
4
数据源种类
图形图像数据
文字数据
图形图像数据： 地图 工程图 规划图 照片 航空与遥感影像等 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
2021/3/6
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
2021/3/6
西北大学城市与资源学系
14
空间数据采集——图形数据的采集
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，
第五章 空间数据采集
与处理
通向计算机接口
叉丝 按扭
游标 电磁感应板
2021/3/6
西北大学城市与资源学系
1
数据采集在GIS中的地位
以数据为处理线索 硬件∶软件∶数据 = 1∶2 ∶7
汽油
数据
2021/3/6
西北大学城市与资源学系
2
GIS数据的内容
数字线化数据
地形测图思想：点、线、面
影像数据
数据源丰富 生产效率高 直观详细记录地表自然现象
系统性和科学性：满足所涉及学科的科学分类方法，能反 映出同一类型中不同的级别特点。
一致性：对代码所定义的同一专业名词、术语必须是唯一 的。
标准化和通用性：有国家或行业标准的要按标准进行，没 有标准的必须考虑在有可能的条件下实现标准化。
简捷性：在满足国家标准的前提下、每一种编码应该是以 最小的数据量载负最大的信息量。
的隶属关系。
土地利用类型 7
耕地 71
园地 72
林地 73
牧草地 74
居民点及公矿用地 75
交通用地 75
水域 76
未利用地 77
有林地 731
灌木地 732
疏林地 733
未成林林地 734
迹地 735
针叶树疏林地 7331
阔叶树疏林地 7332
2021/3/6
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12
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
降雨、地下水位、运输条件等。
2021/3/6
西北大学城市与资源学系
6
空间数据采集——属性数据的采集
包括各类调查报告、文件、统计数据、实验数据与野 外调查的原始记录等，如人口数据、经济数据、土 壤成份、环境数据。
对于要输入属性库的属性数据，通过键盘直接键入或 文件、表格、数据库导入。
对于要直接记录到栅格或矢量数据文件中的属性数据， 则必须进行编码输入。
数字高程模型 属性数据
是什么，判读和考察 详细描述信息
2021/3/6
西北大学城市与资源学系
3
数据采集任务
– 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
可扩展性：编码的设置应留有扩展的余地，避免新对象的 出现而使原编码系统失效、造成编码错乱现象。
2021/3/6
西北大学城市与资源学系
10
属性数据的编码——编码内容
登记部分：用来标识属性数据的序号，可 以是简单的连续编号，也可划分不同层次 进行顺序编码；
分类部分：用来标识属性的地理特征，可 采用多位代码反映多种特征；
遥感影像是地理信息系统中一个极其重要的数据源，它至少具有下 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、
主〔要河〕流∶一级 支 流∶二级
三级 四级 五级 六级 七级
1 2 3 4 5
河长：一组—— 1公里以下 二组—— 2公里以下 三组—— 5公里以下 四组——10公里以下 五组——10公里以上
1 2 3 4 5 6 7 8
西北大学城市与资源学系
河宽：一组—— 5～10 米 二组—— 10～20 米 三组—— 20～30 米 四组—— 30～60 米 五组—— 60～120米 六组——120～300米 七组——300～500米 八组——500米以上