1、第二章 GIS的數據獲取與處理1地理信息系統的數據2地理信息系統的數據質量3GIS數據獲取4空間數據的處理3GIS的數據獲取一. 數據的輸入方法二.屬性數據的獲取方法三.地圖的數字化四.野外數據采集下一節一、數據的輸入方法 有效的GIS必須能夠以有效的方式接受和輸出信息。數據的輸入輸出功能是溝通GIS與外部世界的主要途徑。空間圖形數據的輸入 數據輸入是將數據編碼轉換為計算機可讀形式并把數據寫入GIS數據庫中的過程。數據輸入通常是GIS建立的瓶頸問題。經驗表明，建立數據庫的基本費用通常是GIS硬件和軟件的5倍至10倍。 GIS數據庫GIS數據庫空間數據屬性數據特征的空間位置描述特征的信息連接 G

2、IS數據庫的輸入方式：鍵盤輸入、坐標幾何、手工數字化、掃描數字化和已有的數據文件輸入。 鍵盤輸入：顧名思義，就是通過手工在計算機終端上輸入數據。屬性數據通常是由鍵盤輸入的，然而，空間數據則很少使用這種方式輸入。 坐標幾何：主要用于輸入土地記錄信息，通過輸入實際的測量成果來獲取非常高精度的數據。如果被回放成地籍圖，它應當與法律描述意義的表達準確一致。由于野外測量的代價是比較昂貴的，所以一般不采用。1. 手扶跟蹤數字化輸入 數字化的有效性取決于數字化軟件質量和操作員的技術熟練程度。在跟蹤線特征時，不時要產生錯誤，軟件要能夠在減少錯誤和修改錯誤方面提供幫助。屬性數據可以在數字化過程中輸入，但通常只輸

3、入識別碼，而與識別碼相對應的屬性數據則是以后再輸入。（1）數字化過程 將數字化材料地圖、航片等固定于數字化桌上，輸入材料的比例尺，確定數字化范圍，即用鼠標將左下角和右上角數字化，這兩個點確定的長方形范圍內的所有后繼數字化都不必鍵入任何坐標值且能自動調整比例尺。（4）矢量到柵格數據的轉換 用適當的程序就可以實現矢量數據轉換成任何一種分辨率的柵格數據形式。當然，矢量到柵格的轉換會不可避免地引起信息損失。（5）數字化的精度 與數字化儀本身精度、數字化方式和操作員的經驗和技能等多種因素有關。2. 掃描數字化 最常用的形式是：利用柵格掃描儀將傳統紙圖數字化成計算機圖象，然后， 一種方式是利用計算機自動進

4、行矢量化，但這種方式只比較適宜于黑白二色圖，對于彩色圖象，效果不是太好。 第二種方式是對于彩色圖象，實行人機交互的半自動矢量化。即手工引導下的計算機自動矢量化。 第三種方式是完全采用手工的屏幕矢量化。屬性數據的輸入 屬性數據可以在輸入空間數據時輸入，但數據量較大時一般都與空間數據分開輸入且分別存儲。將屬性數據首先鍵入一個順序文件或數據庫中，經編輯、檢查無誤后轉存數據庫的相應文件或表格，這是大量輸入時的常用方法。空間數據和屬性數據的連接空間數據屬性數據識別符IDx,yx,yx,y:IDField1Field2Field3:3.屬性數據的編碼-原則原則：1）系統性和科學性2）編碼的一致性3）編碼的

5、標準性和通用性4）編碼的簡捷性5）編碼的可擴展性下一節3.屬性數據的編碼-內容一般方法所包含的內容：列出對象清單；指定分類；擬定分類代碼系統；設定代碼及其格式；建立代碼和編碼對象的對照表.下一節3.屬性數據的編碼-方法方法1：層次分類編碼法即按照對象的從屬和層次關系為排列順序的一種代碼。如圖所示。下一節方法1：層次分類編碼法下一節3.屬性數據的編碼-方法方法2：多源分類編碼法（獨立分類編碼法）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。下一節三. 地圖的數字化1.數字化的方法與一般步驟：2.手扶跟蹤數字化：3.掃描矢量化：4.手工數字化：返回2

6、.手扶跟蹤數字化1)數字化過程:2)數字化方式:流方式；點方式；3)數字化儀的其它輸入功能：定位文本；柵格數據；4)矢量到柵格數據的轉換5)數字化的精度：儀器分辨能力；數字化方式；經驗返回2.手扶跟蹤數字化-數字化過程:1)確定三個參照點，保證平面坐標的一致性；2)確定控制點并將其數字化，用來確定平面坐標到輸入地圖的投影坐標轉換；3)進行點、線采集和面采集，其中面采集的模式有全多邊形、手工拓撲關系建立、自動拓撲關系建立；4)編輯返回4.手工數字化1)手工矢量數字化:對地理實體編碼；量取地理實體的坐標；錄入坐標數據。2)手工柵格數字化:確定柵格單元大小；準備柵格網；對柵格單元進行編碼；讀取柵格單

7、元值；數據錄入。返回四.野外數據采集全站儀(電子平板)測量GPS測量攝影測量遙感圖像返回四.野外數據采集全站儀(電子平板)測量全站儀是電子經緯儀和激光測距儀的集成，它可以同時測量空間目標的距離和方位數據，并且可進一步得到它的大地坐標數據。全站儀作為GIS的空間數據采集，有兩種主要的方式:一種是全站儀與電子手薄相連，在野外測量時先將空間目標的距離和方位數據或空間目標的坐標數據存儲在電子手薄中，同時在野外人工繪制草圖;另一種方式是所謂的電子平板，將便攜機直接與全站儀相連，測量的結果直接顯示在屏幕上。返回四.野外數據采集:GPS測量采用全球定位系統（GPS-Global Positioning Sy

8、stem ）直接測定地面點的大地經緯度和大地高度。這種衛星定位系統是20世紀70年代末由美國國防部主持發展起來的，它由24顆軌度高約2萬km的衛星網絡組成。這24顆衛星分布在6個均勻配置的軌道上，如圖所示。衛星這樣的分布，主要是為了可在地球表面任一地點均可同時接收到4顆以上衛星信號。距離交會是一種簡單的定位方法，它把若干已知的坐標通過距離交會的幾何關系傳遞給待定未知點，如圖2-19所示。在平面上可以根據至少兩個已知點用距離交會法確定一個未知點的位置；在三維空間至少要有三個不在一直線上的已知點用距離交會法確定空間一個未知點，多于三個已知點交會點的點位，則更可靠和更精確。返回四.野外數據采集-GP

9、S測量距離交會定位四.野外數據采集-攝影測量這種方法是以航空攝影獲得的航空相片為數據源，利用立體相對，在解析測圖儀或立體測圖儀上采集地形特征點，獲得三維坐標數據。返回第四章空間數據的處理1空間數據的坐標變換2空間數據結構的轉換3多源空間數據的融合4空間數據的壓縮與綜合5空間數據的內插方法6圖幅數據邊沿匹配處理返回1空間數據的坐標變換空間數據坐標變換的實質是建立兩個平面點之間的一一對應關系，包括幾何糾正和投影變換。1.幾何糾正：仿射變換、相似變換和二次變換等。2.投影變換：正解變換、反解變換和數值變換地理坐標地表空間實體的位置按嚴格的數學定義表達成地理坐標（球面坐標）或平面坐標，地理坐標以經度坐

10、標/緯度坐標表示。見下圖地表的垂直和水平基準面地表以最近似平均海平面的地球重力等勢面作為高度為零的大地水準面（Geoid)，以大地水準面為參考測量得到的高度H被用于地形制圖，它是一種正射（視）高度。如果將大地水準面換成一個橢球面，人們也可以計算一個幾何高度h或以橢球面為參考的高度。 H-h即是大地水準面和橢球面在基點的高度差。幾何要素的量度地球的形狀與大小地球上的點位描述地圖上的點位描述地球的形狀地球體大地體橢球體橢球的大小長半徑 a（赤道半徑）短半徑 b（極半徑）扁 率 =(a-b)/a第一偏心率 e2=(a2- b2)/ a2第二偏心率 e2=(a2- b2)/ b2我國的橢球海福特橢球體

11、克拉索夫斯基橢球體IAG75橢球體地面點的坐標系統大地坐標系/地理坐標系高程系我國的大地坐標系和高程系1954年北京坐標系1980年國家大地坐標系1956年黃海高程系1985年國家高程基準地圖坐標系統地理坐標系平面直角坐標系(用于繪制地圖)平面極坐標系(用于地圖投影計算)地圖坐標系統的建立由投影幾何特征建立平面直角坐標系;自行規定坐標系(原點/橫、縱軸).大中比例尺地形圖坐標系1：50萬為高斯克呂格投影；中央經線和赤道投影后互為垂直的直線，作為直角坐標軸；兩種坐標網格：經緯網和公里網地圖投影的基本原理 一、地圖投影的基本分類1、根據投影面及其與球面相關位置的分類2、根據投影變形性質的分類3、根

12、據投影探求的方法的分類透視幾何投影：這類投影完全依據透視的原理，根據視點、 物點與像點之間的幾何關系來建立投影的方程。幾何解析投影：這類投影的特點是首先根據經緯線形狀確定 投影方程的基本形式，再根據給定的某種條件解析地推 求出特定投影的具體方程。解析投影解析投影事先并不人為確定經緯線的形狀，其投影 后的經緯線形狀與投影方程的形式完全依據人們給出的 條件逐步推求得到。4、根據投影方程特征的分類地圖投影所謂地圖投影就是建立地圖平面上的點（x,y)和地球表面上的點(,)之間的函數關系。一般通式為：根據投影面與球面相關位置的分類圖根據投影方程特征的分類圖地圖投影的變形長度變形面積變形角度變形地圖投影中

13、不可避免地存在著變形，在建立一個投影時不僅要建立（x,y)與(,)之間的關系，而且要研究投影變形的分布與大小。地圖投影的變形主要體現在：地圖投影變形的圖解示例（摩爾維特投影等積偽圓柱投影）長度變形角度變形地圖投影變形的圖解示例（UTM橫軸等角割圓柱投影）面積變形和長度變形投影變形示意圖GIS中地圖投影的設計與配置 一、地理信息系統與地圖投影二、地理信息系統中地圖投影設計與配 置的一般原則 1）各國家的地理信息系統所采用的投影系統與該國的基本地圖系列所用的投影系統一致；2）各比例尺的地理信息系統中的投影系統與其相應比例尺的主要信息源地圖所用的投影一致；3）各地區的地理信息系統中的投影系統與其所在

14、區域適用的投影系統一致；4）各種地理信息系統一般以一種或兩種投影系統為其投影坐標系統，以保證地理定位框架的統一。統一的坐標系統是地理信息系統建立的基礎 地理信息系統中地圖投影配置的一般原則為： 1）所配置的投影系統應與相應比例尺的國家基本圖投影系統一致；2）系統一般地只考慮至多采用兩種投影系統，一種服務于大比例尺的數據處理與輸入輸出，另一種服務于中小比例尺；3）所用投影以等角投影為宜；4）所用投影應能與網格坐標系統相適應，即所采用的網格系統在投影帶中應保持完整。我國地理信息系統中常用的地圖投影配置與計算1）我國基本比例尺地形圖（1：100萬、1：50萬、1：25萬、1：10萬、1：5萬、1：2

15、.5萬、1：1萬、1：5000萬）除1：100萬外均采用高斯-克呂格投影為地理基礎；2）我國1：100萬地形圖采用了Lambert投影，其分幅原則與國際地理學會規定的全球統一使用的國際百萬分之一地圖投影保持一致；3）我國大部分省區圖以及大多數這一比例尺的地圖也多采用Lambert投影和屬于同一投影系統的Albers投影；4）Lambert投影中，地球表面上兩點間的最短距離表現為近于直線，這有利于地理信息系統中的空間分析和信息量度的正確實施。高斯克呂格投影高斯投影是一種橫軸等角切橢圓柱投影，其條件為：1）中央經線和地球赤道投影成為直線且為投影的對稱軸；2）等角投影；3）中央經線上沒有長度變形。由公式可分析出高斯投影變形具有以下特點：1）中央經線上無變形2）同一條緯線上，離中央經線越遠，變形越大；3）同一條經線上，緯度越低，變形越大；4）