1、地理信息系統第一章 數據采集數據采集樹狀圖空間數據屬性數據數據結構數據 圖形數據采集屬性數據采集集數據模型（概念層）數據結構（邏輯層）數據文件格式（物理層）矢量化成果 矢量化 圖像預處理 分層 掃描 現實世界的認識柵格結構矢量結構屏幕矢量化數字化儀數據采集目錄一.數據采集3二.屬性數據采集4三.圖像數據采集51.屏幕矢量化51.1 掃描51.2圖像預處理51.3分層51.4 矢量化51.5 矢量化成果52.數字化儀5四.數據結構61.矢量數據結構62.柵格數據結構63.現實符號的認識73.1數據模型（概念層）83.2數據結構（邏輯層）93.3數據文件格式（物理層）9五.數據91.屬性數據92.

2、空間數據93.空間數據的采集方法9六.知識點與技能10數據采集一.數據采集即數據的獲取，地理信息系統的數據通常歸納為不同性質的的專題或層，數據采集與編輯就是把各層地理要素轉化為空間坐標及屬性對應的代碼輸入至計算機中。二.屬性數據采集1.框架圖根據用戶需求確定數據項目根據數據項目確定數據源數據分類和編碼確定數據模型和數據結構類型數據的輸入與編輯操作矢量數據輸入與編輯柵格數據輸入與編輯矢量數據柵格數據2.屬性數據定義：屬性數據即空間實體的特征數據，一般包括名稱、等級、數量、代碼、等多種形式。空間點、線、面實體都有相應的屬性。3.屬性數據的獲取渠道：遙感數據、各種統計數據、現場調查資料、社會調查資料

3、、其他資料等。4.屬性數據的規范化和標準化（1）統一地理基礎：包括統一的地圖投影系統、統一的地理坐標系統以及統一的地理編碼系統。 （2）統一分類編碼原則：分類編碼應遵循科學性、系統性、實用性、統一性、完整性、可擴充性等原則，既要考慮信息本身屬性，又要顧及信息之間的相互關系，保證分類代碼穩定性、可擴展性和唯一性。 5.屬性數據編碼內容（1）登記部分：用來標識屬性數據的序號，可以是簡單的連續編號，也可劃分不同層次進行順序編碼。（2）分類部分：用來標識屬性的地理特征，可采用多位代碼反映多種特征。（3）控制部分：用來通過一定的查錯算法，檢查在編碼、錄入和傳輸中的錯誤，在屬性數據量較大情況下具有重要意義

4、。6.屬性數據編碼方法：（1）列出全部制圖對象清單；（2）制定對象分類、分級原則和指標將制圖對象進行分類、分級；（3）擬定分類代碼系統；（4）設定代碼及其格式；（5）建立代碼和編碼對象的對照表。7.常用的編碼方法：層次分類編碼法和多源分類編碼法（1）層次分類編碼法是按照分類對象的從屬和層次關系為排列順序的一種代碼，它的優點是能明確表示出分類對象的類別，代碼結構有嚴格的隸屬關系。如，土地利用現狀分類編碼（2）多源分類編碼法又稱獨立分類編碼法，是指對于一個特定的分類目標，根據諸多不同的分類依據分別進行編碼，各位數字代碼之間并沒有隸屬關系。它的優點是具有較大的信息載負量，有利于對空間信息的綜合分析。

5、8.屬性數據的輸入方法：（1）數據量較小，可以在輸入幾何數據的同時，用鍵盤輸入；（2）數據量大，與幾何數據分別輸入，根據預先建立屬性表輸入屬性；（3）從其它統計數據庫導入屬性，通過關鍵字段聯接圖形。三.圖像數據采集1.屏幕矢量化1.1 掃描過掃描將地圖轉換為柵格數據，然后采用柵格數據矢量化的技術追蹤出線和面，采用模式識別技術識別出點和注記，并根據地圖內容和地圖符號的關系自動給矢量數據賦以屬性值。1.2圖像預處理對原始資料進行遙感器效應和幾何及輻射效應等的應用前期處理。1.3分層按照一定規律，對地圖數據進行分組。地理信息系統的數據通常歸納為不同性質的的專題或層，便于將一定特征性質地理要素歸類。1

6、.4 矢量化矢量化是重要的地理數據獲取方式之一。所謂矢量化，就是把柵格柵格轉換成矢量數據的處理過程。當紙質地圖經過計算機圖形、圖像系統光電轉換量化為點陣數字圖像，經圖像處理和曲線矢量化，或者直接進行手扶跟蹤數字化后，生成可以為地理信息系統顯示、修改、標注、漫游、計算、管理和打印的矢量地圖數據文件，這種與紙質地圖相對應的計算機數據文件稱為矢量化電子地圖。1.5 矢量化成果生成可以為地理信息系統顯示、修改、標注、漫游、計算、管理和打印的矢量地圖數據文件。2.數字化儀2.1定義：數字化儀是將圖像和圖形的連續模擬量轉換為離散的數字量的裝置，是在專業應用領域中一種用途非常廣泛的圖形輸入設備，是由電磁感應

7、板、游標和相應的電子電路組成。當使用者在電磁感應板上移動游標到指定位置，并將十字叉的交點對準數字化的點位時，按動按鈕，數字化儀則將此時對應的命令符號和該點的位置坐標值排列成有序的一組信息，然后通過接口傳送到主計算機。再說得簡單通俗一些，數字化儀就是一塊超大面積的手寫板，用戶可以通過用專門的電磁感應壓感筆或光筆在上面寫或者畫圖形，并傳輸給計算機系統。不過在軟件的支持上它是和手寫板有很大的不同的，硬件的設計上也是各有偏重的。2.2用途：在許多的專業應用領域中，用戶需要繪制大面積的圖紙，僅靠CAD系統是無法完全完成圖紙繪制的，在精度上也會有較大的偏差，因此必須通過數字化儀來滿足用戶的需求。高精度的數

8、字化儀適用于地質、測繪、國土等行業。2.3種類：分跟蹤數字化儀和掃描數字化儀。四.數據結構1.矢量數據結構1.1矢量數據結構定義：矢量數據結構是利用歐幾里德幾何學中的點、線、面及其組合體來表示地理實體空間分布的一種數據組織方式。這種數據組合方式能很好的表達地理空間分布特征，數據精度高，數據存儲的冗余度低，但對于多層空間數據的疊合分析比較困難。1.2矢量數據結構類型1.2.1實體數據結構：在實體數據結構中，空間數據按照基本的空間對象為單元進行組織，其中不包含拓撲關系的信息。1.2.2拓撲數據結構：拓撲結構包括對偶獨立編碼法、多邊形轉換器、地理編碼和參照系統的拓撲集成等1.3矢量數據結構特點：（1

9、）用離散的點、線、面組成的邊界或表面來表達空間實體，用標識符表達的內容描述空間實體的屬性；（2）矢量數據之間的關系表示了空間數據的拓撲關系；（3）描述的空間對象位置明確，屬性隱含。2.柵格數據結構2.1柵格數據結構定義：柵格結構是最簡單最直接的空間數據結構，是指將地球表面劃分為大小均勻緊密相鄰的網格陣列，每個網格作為一個象元或象素由行、列定義，并包含一個代碼表示該象素的屬性類型或量值，或僅僅包括指向其屬性記錄的指針。2.2柵格數據結構類型2.2.1柵格矩陣結構：是一種用矩陣來存儲柵格數據單元的存儲結構。2.2.2游程編碼結構：游程指柵格矩陣一行內相鄰同值柵格的數量，游程編碼結構是逐行將相鄰同值

10、的柵格合并，記錄合并后柵格的值及合并柵格的數量，壓縮柵格數據量，消除數據間冗余。2.2.3四叉樹結構：這種數據原理可表達為將空間區域按照四個象限進行遞歸分割n次，每次分割個子象限，直至子象限中的屬性值都相同為止。2.3柵格數據結構特點：（1）柵格的空間分辨率指一個像元在地面所代表的實際面積大小（一個正方形的面積）；（2）對于同一幅圖形或圖象來說，隨著分辨率的增大，存儲空間也隨之增大。（3）表達空間目標、計算空間實體相關參數的精度與分辨率密切相關，分辨率越高，精度越高；（4）非常適合進行空間分析。例如，同一地區多幅遙感圖象的疊加操作等；（5）不適合進行比例尺變化，投影變換等。2.4.兩種數據結構

11、比較數據結構優點缺點矢量數據1.便于面向對象的數據表示2.數據結構緊湊、冗余度低3.有利于網絡和檢索分析4.圖形顯示質量高、精度好1.數據結構復雜2.軟硬件要求高3.多邊形疊加分析比較困難4.顯示與繪圖成本比較柵格數據1.數據結構簡單2.便于空間分析3.利于和遙感數據的匹配4.輸出快速，成本低1.數據量大2.投影轉換比較復雜3.圖形質量較低4.現象認識效果較低3.現實符號的認識地圖是客觀世界的形象符號概括模型需求分析概念設計邏輯設計物理設計地理現象和過程數據庫的概念模型數據庫的邏輯模型數據庫的存儲模型空間數據庫現實世界信息世界計算機世界3.1數據模型（概念層）由于計算機不能直接處理現實世界中的

12、具體事物及其聯系，必須將這些具體事物及其聯系轉換成計算機能處理的數據，地理信息系統中的數據庫即模擬現實世界中地理信息應用所涉及的數據集合。數據模型是數據庫的框架，描述了數據及其聯系的組織方式、表達方式和存取路徑，是地理信息系統數據庫的核心和基礎。3.1.1地圖是客觀世界的形象模型 地圖與其它地學模型的主要區別和優點在于它具有形象性，能對實際對象做出完整的、清晰的和直觀的圖形描述和說明。“地圖是地表空間關系和空間形式的視覺圖解表象”。3.1.2地圖是客觀世界的符號模型 地圖區別于其它許多圖示模型的又一特征是它采用專門設計和事先規定的符號來反映 地物、現象和地理過程，并表示它們的位置、質量特征和數

13、量特征。各種符號的組合便構成 一種地圖形象，而多種地圖形象的匯集便組成一幅完整的地圖圖形。地圖符號的作用并不僅 僅局限于傳輸信息，它們還是記錄知識、使知識定型并系統化的強大工具。3.1.3數據模型分類3.1.3.1概念模型：也稱為信息模型它是按用戶的觀點對數據和信息建模，是對現實世界事物及其聯系的第一級抽象。3.1.3.2邏輯模型：邏輯模型屬于計算機世界的模型，是按照計算機的觀點對數據建模，是對現實世界的第二級抽象。3.1.3.3 物理模型：物理模型是對數據最底層的抽象，它描述數據在磁盤上的存儲方式和存取方法，面向的是計算機系統。3.2數據結構（邏輯層）數據模型通常由數據結構、數據操作和數據完

14、整性約束三個要素組成。3.2.1數據結構數據結構描述了數據的組成對象和對象間的聯系，一方面描述的是數據對象的類型、內容、性質等，另一方面描述了數據對象間的聯系。3.2.2數據操作數據操作是指對數據庫中的各種數據允許執行的操作集合，包括操作及相應的操作規則，描述了數據庫的動態特性。3.2.3數據的完整性約束數據完整性約束約束條件是一組完整性規則的集合。完整性規則是給定的數據模型中數據及其聯系所具有的制約和依存規則，用以限定符合數據模型的數據庫狀態以及狀態變，以保證數據的正確、有效、相容。3.3數據文件格式（物理層）3.3.1 Shape數據1. shp存儲幾何要素的空間信息，即XY坐標 2.sh

15、x存儲了有關.shp存儲的索引信息，即shp中空間數據的存儲方式，XY坐標的輸入點在哪里，有多少XY坐標對等信息 3.dbf存儲地理數據的屬性信息的dBase表 4.prj存儲了文件的空間參考信息，如坐標系統等 5.shp.xml對元數據瀏覽后生成的xml元數據文件 6.sbn和sbx存儲對shapefile的空間索引，加速空間數據的讀取3.3.1 Coverage數據1.aat弧段屬性表，記錄弧段的起點和終點坐標信息 2.pat點屬性表，記錄lable點的坐標信息 3.tic控制點，用于配準地圖的點 4.aux保存柵格文件自身不能保存的輔助信息，包括彩色地圖信息，直方圖或表格，坐標系統，變換

16、信息，投影信息 5.rrd保存影像金字塔信息索引，加速顯示和漫游 6.dat屬性信息 7.dir屬性表路徑管理文件，用于關聯dat和nit 五.數據1.屬性數據即空間實體的特征數據，一般包括名稱、等級、數量、代碼、等多種形式。2.空間數據一般采用線分類法對空間實體進行分類，即將分類對象按選定的空間特征和語義信息作為分類基礎3.空間數據的采集方法（1）野外數據采集（2）現有地圖數字化（3）攝影測量方法（4）遙感圖像處理六.知識點與技能章節知識點技能第一章 數據采集第一節 數據采集數據采集的定義1屬性數據的采集方式1.1手工方式：通過手工在計算機終端上輸入數據，主要是鍵盤輸入。1.2手扶跟蹤化數字

17、方式：手扶跟蹤數字化儀是一種圖形數字化設備。可生成矢量數據。1.3掃描方式：掃描儀是一種圖形、圖象輸入設備，可以快速地將圖形、圖象輸入計算機系統，是目前發展最快的數字化設備。可將數據生成柵格數據。1.4影像處理和信息提取方式：從遙感影像上直接提取信息第二節 屬性數據采集1.屬性數據定義2.屬性數據數據的獲取渠道3.數據的規范化和標準化4.屬性數據編碼內容5.屬性數據編碼的方法6.常用的編碼方法7.屬性數據的輸入方法1.屬性數據的獲取渠道遙感數據、各種統計數據、現場調查資料、社會調查資料、其他資料等。2.屬性數據的規范化和標準化（1）統一地理基礎：包括統一的地圖投影系統、統一的地理坐標系統以及統

18、一的地理編碼系統。 （2）統一分類編碼原則：分類應遵循科學性、系統性、實用性、統一性、完整性、可擴充性等原則保證分類代碼穩定性、可擴展性和唯一性。 3.屬性數據編碼方法（1）列出全部制圖對象清單；（2）制定對象分類、分級原則和指標將制圖對象進行分類、分級；（3）擬定分類代碼系統；（4）設定代碼及其格式；（5）建立代碼和編碼對象的對照表。 第三節 圖像數據采集1.屏幕矢量化1.1掃描1.2圖像預處理1.3分層1.4矢量化1.5矢量化成果1.1掃描數字化輸入掃描過程1.1.1掃描模式的設置，對地形圖的掃描一般采用二值掃描，或灰度掃描。對彩色航片采用百萬種彩色掃描，對黑白航片采用灰度掃描。1.1.2

19、掃描分辨率的設置，根據掃描要求，對地形圖的掃描一般采300dpi或更高的分辨率。1.1.3針對一些特殊的需要，還可調整亮度、對比度、色調等。1.1.4設定掃描范圍。1.1.5掃描參數設置完后，即可通過掃描獲得某個地區的柵格數據。1.2圖像預處理1.2.1對圖像進行特征抽取、分割和匹配1.2.2對圖像進行幾何變換、校正、歸一、平滑、復原1.3分層1.3.1圖層按點線面進行分類1.3.2分層按需要盡可能詳細1.4矢量化1.4.1地形圖校正與配準1.4.2地形圖矯正并重采樣生成新柵格文件1.4.3地形圖二值化1.4.4分層矢量化1.4.5矢量化成果檢查2.數字化儀2.1數字化儀定義2.2數字化儀用途2.3數字化儀種類數字化儀的工作方式操作方式1點方式 每次定標器的鍵被按下，感應板發送一對坐標數據到計算機。2開關流方式 在定標器上，每按下一次鍵，即將一組坐標數據發送到計算機。3連續流方式 不論定標器的鍵是否按下，數字化儀每個一定的時間就向計算機發送坐標數。4