空间数据采集与处理讲义.

栅格数据重采样主要包括三种方法：最邻近 法采样（NEAREST），双线性采样（BILINEAR）和 三次卷积采样（CUBIC）。 • 最邻近采样（NEAREST）
用简单易用，计算量小，速度快。输出栅 格数据中最近邻栅格值作为输出值。因此在重 采样后的输出栅格中的每个栅格值，都是输入 栅格数据中真实存在而未经改变的值。这种方 法
因此，为了保证一致的地理数学基础，我们 需要对原始数据进行几何纠正和坐标变换。
5.4.1 几何校正
➢栅格配准/影像校准（Georeferncing）:针对栅格 数据的
5.4.2 坐标变换
采集完毕的数据，由于原始数据来自不同的空间参 考系统，或者数据输入时是一种投影，输出时是另一种 投影，造成同一空间区域的不同数据，它们的空间参考 有时并不相同。为了将所有数据统一到同一空间参考下， 需要进行坐标变换统一到同一空间参考下。
工作原理： 感应板有四个控制点，我们把四个控制点的坐标
输入到计算机中，整幅图的坐标也就确定了。当传感器 接触到其图形板上的某一位置时，会自动将画笔位置的 坐标转换为二进制的数字，输入计算机。随着画笔的运 动就可以把整个图形输入到计算机中了。有两种数字化 方式：点方式和流方式。
通向计算机接口
叉丝
游标
目前,实现空间数据共享大体上有四种方案:外 部数据交换方式、标准空间数据交换标准方式、数 据互操作方案和开放式数据库互接模式。
目前,实现空间数据共享大体上有四种方案:外部数据 交换方式、标准空间数据交换标准方式、数据互操作方案 和开放式数据库互接模式。
•数据交换文件 •GIS A GIS A •内部文件 外部文件
• 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
5.5 数据重构 5.5.1数据结构转换 5.5.2数据格式转换
不同的GIS平台，它们所使用的数据格式往往 不尽相同，为了实现相互之间数据和资源的共享， 需要对数据格式进行转换。
5.must be covered by feature class of：多边形＋多边
形，第一个多边形层必须被第二个完全覆盖（省与全国的
关系）
6.must be covered by：多边形＋多边形，第一个多边形层 必须把第二个完全覆盖（全国与省的关系）
7.must not overlay with：多边形＋多边形，两个多边形 层的多边形不能存在一对相互覆盖的要素
域有北京及三峡大坝。
8.http://glcf.umiacs.umd.edu/data/ global land cover facility数据资源库，sensor较全，高空间分辨率、高光谱分辨率都有。 9.http://www.landsat.org/ortho/index.htm 提供landsatTM和ETM影像数据，非常难链接。 10.http://www.cresda.com.cn/cn/default.asp 中巴卫星数据。
按扭 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
Ｐ
三 维 数 字 化 仪
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。
第五章 空间数据采集与处理
5.1 概述
5.1.1 GIS数据源
1. 地图数据 2. 遥感影像数据 3. 实测数据 4. 统计数据 5. 共享数据 6. 多媒体数据 7. 文本资料数据
免费下DEM和卫星数据的网址
1.http://glcf.umiacs.umd.edu/index.shtml 马里兰大学的这个网站目前最为常用，提供全球卫星影像数据，相关sensor列表见网页左侧。 2.http://glovis.usgs.gov/ USGS提供的各类卫星影像数据，主要是MODIS和LANDSAT携带的sensor的。 3.http://disc.sci.gsfc.nasa.gov/data/datapool/ http://mirador.gsfc.nasa.gov/cgi-bin/mirador/presentNavigation.pl?tree=project 提供较为专业的气象数据资料，研究大气及环境变化状况专用sensor影像较多。可获取环境研究
1.野外数据采集 • 平板测量 • 全野外数字测量 • GPS 机动性高、精度高、成本高
• 全野外数字测图 主要方式：全站仪+PDA
• 全站仪，即全站型电子速测仪（Electronic Total Station）。是一种集光、机、电为一体的高技术测量 仪器，是集水平角、垂直角、距离(斜距、平距)、高 差测量功能于一体的测绘仪器系统。因其一次安置仪 器就可完成该测站上全部测量工作，所以称之为全站 仪。广泛用于地上大型建筑和地下隧道施工等精密工 程测量或变形监测领域。
GIS B 外部文件
GIS B 内部文件
•GIS A
•数据交换标准
•Open GIS •Internet / Intranet
5.6 图形拼接
接边处理
图幅接边前原始数据
图幅接边后数据
➢ 栅格数据的拼接:Spatial Analysis Tools/Data management/raster/raster dataset/Mosaic To New Raster
5.2.2 属性数据的采集 1. 属性数据的来源 2. 属性数据的分类 3. 属性数据的编码
5.3 数据编辑
5.3.1 图形数据的编辑 常见错误 伪节点 悬挂节点 碎屑多边形 不规则多边形
上述错误一般会在建立拓扑的过程中发现并纠正。其他的 图形错误，如某些实体重复录入或遗漏、图形定为错误等则可 采用如下方法进行纠正： 叠合比较法；目视检查法；逻辑检查 法
拓扑建立前
拓扑建立后
5.3.2 属性数据的编辑 属性数据的校核包括两部分：①属性数
据与空间数据是否关联，标识码是否唯一 ② 属性数据是否正确，是否超过其取值范 围等。
5.4数学基础变换
每一个地理信息系统包含的空间数据都应该 具有相同的地理数学基础，包括坐标系统、地图 投影等。统一的数学基础是运用各种空间分析方 法的前提。
中选择中国，目前主要有1999年及2000年MOSAICS数据，DEM数据，土地利用数据， 交通路线等，具体国内区域不明。
6.http://edcsns17.cr.usgs.gov/EarthExplorer/ 提供USGS提供的影像数据，航片数据等。 7.http://www.digitalglobe.com/index.php/27/Sample+Imagery+Gallery digitalglobe公司提供的高分辨率影像，google earth的合作伙伴，目前中国部分可浏览sample区
• 全站仪具有角度测量、距离(斜距、平距、高差)测量、 三维坐标测量、导线测量、交会定点测量和放样测量 等多种用途。内置专用软件后，功能还可进一步拓展。
2 地图数字化
– 跟踪数字化方式 – 扫描矢量化方式
跟踪数字化方式
• 跟踪数字化仪是以跟踪单要素线划的原理进行 图—数转换，能把地图图形的全部转换为矢量 方式表示的数据。
• 常见的几种扫描仪
台式扫描仪
滚筒式扫描仪
其他扫描仪
a０幅彩色扫描仪
接触式扫描仪
VIDAR胶片扫描仪
快速数字切片扫描仪
扫描矢量化以及处理流程
纸质地图 分块扫描 扫描转换
拼接子图块
图像处理矢量化
专业软件完成扫描矢量化 裁剪地图
通常采用半自动矢量化
矢量图合成
矢量图编辑
3 摄影测量与遥感 摄影测量与遥感是利用非接触成像和其他传感器对地
11.http://www.class.noaa.gov/nsaa/p ... 2585A2A3950668E84A0 NOAA数据。
5.1.2 空间数据采集与处理的基本流程
数据源的选择 采集方法的确定 数据的编辑与处理 数据质量控制与评价
数据入库
5.2 数据采集
5.2.1 空间数据的采集 1.野外数据采集 2.地图数字化 3.遥感与摄影测量
多边形topology 1.must not overlay：单要素类，多边形要素相互不能重 叠 2.must not have gaps：单要素类，连续连接的多边形区 域中间不能有空白区（非数据区） 3.contains point：多边形＋点，多边形要素类的每个要 素的边界以内必须包含点层中至少一个点 4.boundary must be covered by：多边形＋线，多边形层 的边界与线层重叠（线层可以有非重叠的更多要素）
➢ 矢量数据的拼接:Analysis Tools/general/append
5.7 拓扑生成（topolopy）
在ArcGIS中有关拓扑的操作有两个地方： Arccatalog中建立拓扑称为建立拓扑规则； arcmap中建立拓扑称为拓扑处理。
※ arccatalog中所提供的创建拓扑规则，主要是用于进行 拓扑错误的检查，其中部分规则可以在溶限（tolerance radius）内对数据进行一些修改调整。建立好拓扑规则后， 就可以在arcmap中打开些拓扑规则，根据错误提示进行修 改。
中不可缺少的太阳辐照度等数据。
4.http://edc.usgs.gov/products/elevation/gtopo30/hydro/index.html 美国联邦地质调查局（USGS）提供的全球1km精度的DEM数据，应用范例可见万方网《基于
HYDRO1K的数字水文分析方法及实例》。具体下载情况未测试。 5.http://data.geocomm.com/catalog/index.html 主要提供各国卫星数据应用结果，如（DEM, NWI, DLG, LU/LC, and TIGER），可在最初列表
大多数的GIS软件都直接提供了常见投影之间的变 换。ARCGIS投影变换： ArcToolbox/Data Management Tools/Projections and
Transformations
➢空间校正（spatial adjustment):针对矢量数据的
相似坐标变换示意
X 方向
Y 方向 (a)平移
• 根据采集数据的方式，跟踪数字化仪可分为机 械式、超声波式和全电子式三种；
• 根据自动化程度可分为手扶跟踪，半自动跟踪 和全自动跟踪三种
数字化仪
通向计算机接口
叉丝 按扭
游标 电磁感应板
跟踪数字化仪的结构比较简单，由电磁感应板，坐标输入控 制器（wenku.baidu.com叫传送器或者游标）和相应的电子电路组成（见图）。
• 双线性采样（BILINEAR）
取内插点（x,y）点周围的四个邻点，在y方向（或x 方向）内插一次，再在x方向（或 y方向）内插一次，得 到（x,y）点的栅格值。
• 三次卷积采样（CUBIC） 基本思想是增加邻点来获得最佳插值函数。取内插点
周围相邻的16个采样点数据，与双线性内插类似，可以先 在某一方向上内插，如先在x方向上，每四个值一次内插 四次，在根据四次内插的结果在y方向上内插，最终得到 插值结果。
(b)缩放
(c)图形旋转
5.4.3 栅格数据重采样（Resample) 栅格数据重采样是栅格数据空间分析中处理
栅格分辨率匹配问题常用的数据处理方法。进行 空间分析时，用来分析的数据资料由于来源不同， 经常会出现不同栅格大小问题，这时为了便于分 析，就需要做同一栅格大小的转换处理，即栅格 数据的重采样过程。
球表面及环境、其他目标或过程获取可靠的信息，并进行 记录、量测、分析和表达的科学与技术。
摄影测量和遥感技术主要应用于基础地理信息采集、 国土资源调查、地表变迁及地质调查、地球资源（如土地 利用）变化检测、监测城市环境污染和自然灾害（如洪水 与森林、农作物病虫害）等等。目前，应用数字摄影测量 技术进行城市大比例尺地形图的测绘与更新，已经非常普 遍，很多城市测绘部门已经形成了一定规模的生产能力。