汤国安《地理信息系统教程》第6章 空间数据采集与处理

参考汤国安《地理信息系统教程》第6章 空间数据采集与处理，做成思维导图，帮助同学学习地理信息系统教程这一门课程

空间数据采集与处理

• 概述
  • 数据源分类
    • 
    • 数据获取方式
      • 地图数据
      • 遥感影像数据
      • 实测数据
      • 共享数据
      • 其他数据
    • 数据的表现形式
      • 数字化数据
      • 多媒体数据
      • 文本资料数据
  • 数据源特征
    • 地图数据
      • 普通地图
        • 以相对平衡的详细程度表示地球表面上的自然地理和社会经济要素
      • 专题地图
        • 着重反应一种或几种地理要素，如地质、地貌、土壤、植被和土地利用等原始资料
    • 遥感影像数据
    • 实测数据
    • 统计数据
    • 共享数据
    • 多媒体数据
    • 文本资料数据
    • 物联网-传感器数据
    • 互联网数据
  • 空间数据采集与处理流程
    • 数据源的选择
      • 是否能够满足系统功能的要求
      • 所选数据源是否已经有使用经验
      • 系统成本
    • 采集方法的确定
      • 地图数据
        • 扫描矢量化
      • 影像数据
        • 航空遥感影像
        • 遥感影像
      • 实测数据
        • 平板测量
        • 一体化野外数字测量
        • 空间定位测量
      • 统计数据
        • 扫描仪输入作为辅助性数据
        • 直接用键盘输入
      • 已有的数字化数据
        • 通过相应的数据交换方法转换为当前系统可用的数据
      • 多媒体数据
        • 数据交换
      • 文本数据
        • 键盘输入
    • 数据的编辑与处理
    • 数据质量与评价
    • 数据入库
• 数据采集
  • 空间数据采集
    • 野外数据采集
      • 数字测记
      • 电子平板测绘
      • 空间定位测量
    • 地图数字化
      • 扫描矢量化
        • 
    • 摄影测量方法
      • 摄影测量原理
        • 航空摄影测量
          • 垂直测量
        • 地面摄影测量
          • 倾斜测量
          • 交向测量
      • 数字摄影测量的数据处理流程
        • 
    • 遥感图像处理
    • 社会经济与普查数据
      • 社会环境数据
      • 自然环境
      • 资源与能源
      • 其他统计数据
    • 时空大数据的采集
      • 定位导航
        • 公共交通实时监测数据
        • 手机信令数据
      • 互联网
        • 基础网络时空大数据采集
        • 基于网页文本的地理信息的采集
      • 物联网传感器
        • 社会感知大数据采集
        • 自然环境感知大数据采集
  • 属性数据采集
    • 概述
      • 属性数据即空间实体的特征数据
      • 一般包括名称、等级、数量、代码等多种形式
      • 存储
        • 属性数据的内容有时直接记录在栅格或矢量文件中
        • 有时则单独输入数据库存储为属性文件，通过关键码与图形数据相联系
      • 输入
        • 一般采用键盘输入
        • 一种是对照图形进行输入
        • 另一种是对照预先建立的属性表输入
        • 或从其他数据库中导入属性数据，然后根据关键字与图形数据自动连接
    • 数据来源
      • 社会环境数据
        • 城市与人口
        • 交通网
        • 行政区划
        • 地名
        • 文化和通信设施
      • 自然环境
        • 地形数据
        • 海岸及海域数据
        • 水系及流域数据
        • 基础地质数据
      • 资源与能源
        • 土地资源相关数据
        • 气候与水热资源相关数据
        • 生物资源相关数据
        • 矿产资源相关数据
        • 海洋资源相关数据
    • 分类
      • 线分类法（层级分类法）
    • 编码
      • 概念
        • 是确定属性数据的代码的方法和过程
        • 代码是一个或一组有序的易于被计算机或人识别与处理的符号
        • 是计算机鉴别和查找信息的主要依据和手段
        • 编码的直接产物就是代码
        • 而分类分级则是编码的基础
      • 编码原则
        • 编码的系统性和科学性
        • 编码的一致性和科学性
        • 编码的标准化和通用性
        • 编码的便捷性
        • 编码的可扩展性
• 数据编辑与拓扑关系
  • 数据编辑
    • 概述
      • 
    • 图形数据编辑
      • 人为因素是主要原因
        • 数字化过程中手的抖动
        • 两次录入之间图纸的移动
        • 难以实现完全精确定位
      • 常见的数字化错误
        • 线条连接过头
        • 线条连接不及
      • 数字化的地图上出现的的错误
        • 
        • 伪结点
        • 悬挂结点
        • 碎屑多边形
        • 不正规的多边形
      • 图形数据错误的检查
        • 叠合比较法
        • 目视检查法
        • 逻辑检查法
      • 编辑命令
        • 增加数据
        • 删除数据
        • 修改数据
      • 编辑的对象
        • 点元
        • 线元
        • 面元
        • 目标
      • 编辑工作主要利用GIS的图形编辑功能完成
        • 
    • 属性数据编辑
      • 校核
        • 属性数据与空间数据是否正确关联，标识码是否唯一，不含空值
        • 属性数据是否正确，属性数据的值是否超过其取值范围
      • 错误检查的方法
        • 利用逻辑检查，检查属性数据的值是否超过其范围，属性数据之间或属性数据与地理空间实体之间是否有荒谬的组合
        • 把属性数据打印出来进行人工校对，这和用校核图来检查空间图的准确性比较相似
  • 拓扑关系
    • 点线拓扑关系的建立
      • 在图形采集和编辑的过程中实时建立
        • 此时有两个文件
        • 一个记录结点所关联的弧段
        • 一个记录弧段两端点的结点
      • 在采集和编辑之后，系统自动建立拓扑关系
        • 其基本思想与前面类似
        • 在执行过程中逐渐建立弧段与起终结点和节点关联的弧段表
    • 多边形拓扑关系的建立
      • 多边形的三种情况
        • 独立多边形
          • 如独立房屋
          • 数字化过程中直接生成，因为只有一条封闭的弧段
        • 具体公共边界的简单多边形
          • 仅输入边界弧段数据
          • 然后用一种算法自动将多边形边界聚合起来
        • 嵌套的多边形
          • 除了要按照第二种方法自动建立多边形外
          • 还要考虑多边形内的多边形（也成为岛）
      • 自动生成多边形的步骤
        • 进行结点匹配
        • 建立一弧段拓扑关系
        • 进行多边形的自动生成
        • 对于嵌套多边形，需要建立简单多边形以后或建立过程中，采用多边形包含分析方法判别一个多边形包含了哪些多边形，并将这些内多边形按逆时针排序
    • 网络拓扑关系的建立
      • 主要确定结点与弧段之间的拓扑关系
      • 这一工作可以由GIS软件自动完成，其方法与建立多边形拓扑关系时相似，只是不需要建立多边形
      • 在一些特殊情况下，两条相互交叉的的弧段在交点处不一定需要结点，这时需要手工修改，将在交叉处连通的结点删除
• 数学基础变换
  • 几何纠正
    • 纠正原因
      • 地形图的实际尺寸发生形变
      • 在扫描过程中，工作人员的操作会产生一定的误差
      • 遥感影像本身就存在着几何变形
      • 地图图幅的投影与其他资料的投影不同，或需要将遥感影像的中心投影或多中心投影转换成正射投影等
      • 扫描时受扫描仪幅面大小的影像
    • 目的
      • 消除各类图形的变形误差
    • 主要变换函数
      • 仿射变换
      • 双线性变换
      • 平方变换
      • 双平方变换
      • 立方变换
      • 四阶多项式变换
    • 地形图的纠正
      • 四点纠正法
      • 逐网络纠正法
    • 遥感影像的纠正
      • 一般选用和遥感影像比例尺相近的地形图或正射影像图作为变换标准
      • 选用合适的变换函数，分别在要纠正的遥感影像和标准影像图或正射影像图上采集同名地物点
      • 具体采点时，要先采源点（影像），后采目标点（地形图）
      • 选点时要注意选点的均匀分布，点不能太多
  • 坐标变换
    • 实质
      • 建立两个空间参考系之间点的一一对应的关系
    • 投影变换
      • 解析变换法
      • 数值变化法
      • 数值解析变换法
    • 仿射变换
      • 在不同方向上进行压缩和扩张
      • 将球变成椭球，将正方形变成平行四边形
      • 要求最少三个位移关联点
    • 相似变换
      • 平移
      • 旋转
      • 缩放
    • 橡皮拉伸
      • 通过坐标几何来修正缺陷
      • 主要针对几何变换，通常发生在原图上
      • 它们可能由于在地图编绘中的配准缺陷、缺乏大地控制或其他各种原因产生
  • 栅格数据重采样
    • 概述
      • 重采样是栅格数据空间分析中处理栅格分辨率匹配问题时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，经常要对栅格数据进行几何纠正、旋转、投影变换等处理，在这些处理的过程中都会产生重采样问题
      • 包括
        • 最邻近像元法
        • 双线性内插法
        • 双三次卷积法
• 数据重构
  • 数据结构转换
    • 矢量转栅格
      • 概述
        • 实现点线面的转换
        • 矢量数据基本坐标多为直角坐标
        • 栅格数据基本坐标为行和列，原点在西南角
        • 令xy分别于行列平行，按确定栅格大小进行采样
      • 具体转换
        • 点的转换
          • 计算出点所在的栅格行列号
          • 赋值原则
        • 线的转换
          • 计算出线经过的所有栅格
          • 将其赋予线的属性值
        • 面的转换
          • 多边形边界栅格化
          • 面域属性值充填
          • 常用多边形填充算法
            • 内部点扩散法
            • 射线法
            • 扫描线法
    • 栅格转矢量
      • 转换目的
        • 栅格数据分析结果通过矢量绘图装置输出
        • 压缩数据需要，面转多边形边界
        • 自动扫描仪获取的栅格数据加入矢量数据库中
      • 转换情况
        • 
      • 具体过程
        • 
  • 数据格式转换
    • 概述
      • GIS获取空间数据
      • 共享空间数据的常用手段
    • 模式
      • 外部数据交换
      • 直接数据访问
      • 数据互操作模式
      • 空间数据共享平台模式
    • 内容
      • 包括
        • 空间数据
        • 属性数据
        • 拓扑信息
        • 元数据和数据描述信息
      • 分类
        • 分层和编码原则都不同的数据转换
        • 分层不同，编码原则相同的数据转换
        • 分层不同，编码方案完全一致的数据转换
    • 实现途径
      • 外部数据交换格式（主要方式）
      • 标准空间数据交换标准方式
      • 空间数据互操作方式
    • 实质
      • 空间数据模型的定义不一致
      • 因此基于语义的数据格式转化也是一种非常有前景的转换方法
• 图形拼接
  • 具体步骤
    • 逻辑一致性的处理
    • 识别和检索相邻图幅
    • 相邻图幅边界点坐标数据的匹配
    • 相同属性多边形公共边界的删除
• 数据压缩
  • 概述
    • 目的
      • 删除冗余数据，减少数据存储量，加快后续处理速度
  • 栅格数据的压缩
  • 矢量数据的压缩
    • 主要任务
      • 根据线性要素中心轴线和面状要素的边界线特征，减少弧段矢量坐标串中顶点的个数
    • 压缩方法
      • 间隔取点法
      • 垂距法和偏角法
      • 分裂法
• 数据质量与评价⭐️
  • 内涵
    • 是指 GIS 中空间数据（几何数据和属性数据）在表达空问位置、属性和时间特征时所能达到的准确性、一致性、完整性以及三者统一性的程度。
    • 数据质量的好坏，关系到分析过程的效率高低，乃至影响着系统应用分析结果的可靠程度和系统应用目标的真正实现
  • 空间数据质量相关概念
    • 误差
    • 准确度
    • 偏差
    • 精密度
    • 不确定性
  • 空间数据质量评价
    • 评价指标
      • 完备性
        • 多余
        • 遗漏
      • 逻辑一致性
        • 概念一致性
        • 值域一致性
        • 格式一致性
        • 拓扑一致性
      • 位置准确度
        • 绝对和客观精度
        • 相对或内在精度
        • 格网数据位置精度
      • 时间准确度
        • 时间量测准确度
        • 时间一致性
        • 时间有效性
      • 专题准确度
        • 分类分级正确性
        • 非定量属性准确度
        • 定量属性准确度
        • 对于任意数据质量指标可以根据需要建立其他的具体指标
      • ppt补充现势性
        • 采集时间
        • 更新时间
    • 评价方法
      • 直接评价法
        • 直接评价方法是对数据集通过全面检测或抽样检测方式进行评价的方法，又称验收度量
        • 内部
          • 内部直接评价方法要求对所有数据仅在其内部对数据集进行评价
        • 外部
          • 外部直接评价法要求参考外部数据对数据集测试
      • 间接评价法
        • 间接评价方法是对数据的来源和质量、生产方法等间接信息进行数据集质量评价的方法，又称预估度量
        • 外部知识可包括但不限定数据质量综述元素和其他用来生产数据集的数据集或数据的质量报告
        • 仅在直接评价法不能使用时使用
      • 本质区别
        • 面向对象的不同
        • 直接评价法面对的是生产出来的数据集
        • 间接评价法面对的是一些间接信息，只能通过误差传播的原理，根据间接信息估算出最终成品数据集质量
      • 非定量描述法
    • 研究质量的方法
      • 敏感度分析法
      • 尺度不变空间分析法
      • Monte Carlo实验仿真
      • 空间滤波
  • 误差源及误差传播
    • 空间现象自身存在的不稳定性
      • 空间特征和过程在空间、专题和时间内容上的不确定性
      • 野外测量的过程中，由于地物的演变，有些测量结果随着时间推移已经不适合
    • 空间现象的表达
      • 测量方法和测量精度等受到人类自身的认识和表达的影响
    • 空间数据处理中的误差
      • 投影变换
      • 地图数字化和扫描后的矢量化处理
      • 数据格式转换
      • 数据抽象
      • 建立拓扑关系
      • 与主控数据层的匹配
      • 数据叠加操作与更新
      • 数据集成处理
      • 数据的可视化表达
      • 数据处理过程中误差的传递与扩散
    • 空间数据使用中的误差
      • 对数据的解释过程
      • 缺少文档
  • 误差类型分析
    • 几何误差（影响最大）
    • 属性误差
      • 命名
      • 次序
      • 间隔
      • 比值
    • 时间误差
    • 逻辑误差
  • 空间数据质量控制
    • 概念
    • 控制方法
      • 传统的手工方法
        • 主要是将数字化数据与数据源进行比较
        • 图形部分的检查包括
          • 目视方法
          • 绘制到透明图上与原图叠加比较
        • 属性部分的检查
          • 采用与原属性逐个对比或其他比较方法
      • 元数据方法
        • 元数据中包含了大量的有关数据质量的信息，通过它可以检查数据质量
        • 同时，元数据也记录了数据处理过程中质量的变化，通过跟踪元数据可了解数据质量的状况和变化
      • 地理相关法
        • 用空间数据的地理特征要素自身的相关性来分析数据的质量
        • 可以建立有关地理特征要素相关关系的知识库，以备各空间数据层之间地理特征要素的相关分析之用
    • 过程中的质量控制
      • 数据源的选择
      • 数字化过程的数据质量控制
        • 数字预处理
        • 数字化设备选用
        • 数字化对点精确度
        • 数字化限差
        • 数据的精确度检查
• 数据入库⭐️
  • 数据入库流程
    • 数据库系统基本结构
      • 向用户提供的现势性最好的成果数据库
      • 被更新下来的成果数据库（历史数据库）
      • 为实现对成果数据在线检索查询、分析应用而建立的工作运行数据库
    • 入库流程
      • 全面质量检查入库数据
        • 资料完整性检查
        • 数据完整性检查
        • 数据正确性检查
        • 完成检查报告
        • 若数据质量不合格，则将数据返回生产单位进行修改，修改后重新进行质量检查直至满足入库要求方可进入下一步
      • 整理检查合格的数据
        • 按数据组织规则建立数据文件存储目录
        • 按数据命名规则对成果数据统一命名
        • 文字资料数字化
        • 根据入库内容对数据字典及元数据进行相应更新
        • 将成果数据存入指定目录
      • 数据入库
  • 元数据及其作用
    • 元数据与元数据的作用
      • 帮助用户了解和分析数据
      • 空间数据质量控制
      • 在数据集成中的应用
      • 数据存储和功能的实现
    • 元数据实例