地理信息系统原理与方法.ppt

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1、地理信息系统原理与方法地理信息系统原理与方法GIS 原理与方法1 1 绪论绪论 2 2 空间数据结构空间数据结构 3 3 地理信息系统的地理数学基础地理信息系统的地理数学基础 4 4 地理信息系统数据输入地理信息系统数据输入 5 5 地理信息系统的数据处理地理信息系统的数据处理 6 6 空间数据管理空间数据管理 9 9 空间分析空间分析 10 10 数字高程模型数字高程模型 14 14 地理信息系统的发展趋势地理信息系统的发展趋势 1 绪论绪论1.1 1.1 地理信息系统的基本概念地理信息系统的基本概念 1.2 1.2 地理信息系统发展过程地理信息系统发展过程 1.3 1.3 地理信息系统与其

2、它相关学科系统间的关系地理信息系统与其它相关学科系统间的关系 1.4 1.4 地理信息系统组成地理信息系统组成 1.5 1.5 地理信息系统功能和应用地理信息系统功能和应用 1.6 1.6 地理信息系统与数字地球地理信息系统与数字地球 1.1 1.1 地理信息系统的基本概念地理信息系统的基本概念地理信息系统（地理信息系统（GIS）是在计算机软是在计算机软硬件支持下，以采集、存贮、管理、硬件支持下，以采集、存贮、管理、检索、分析和描述空间物体的地理分检索、分析和描述空间物体的地理分布数据及与之相关的属性，并回答用布数据及与之相关的属性，并回答用户问题等为主要任务的技术系统。户问题等为主要任务的技

3、术系统。1.2 1.2 地理信息系统发展过程地理信息系统发展过程（）起始发展阶段（）起始发展阶段(60年代年代)（）发展巩固阶段（）发展巩固阶段(70年代年代)（）推广应用阶段（）推广应用阶段(80年代年代)（）蓬勃发展阶段（）蓬勃发展阶段(90年代以后年代以后)1.3 1.3 地理信息系统与其它相关地理信息系统与其它相关学科系统间的关系学科系统间的关系GISGIS与地图学与地图学GISGIS是以地图数据库（主要来自地图）为基础是以地图数据库（主要来自地图）为基础 最终产品之一也是地图最终产品之一也是地图 GISGIS是地图学理论、方法与功能的延伸是地图学理论、方法与功能的延伸 地图学强调图形

4、信息传输地图学强调图形信息传输 GISGIS则强调空间数据处理与分析则强调空间数据处理与分析 GISGIS与一般事务数据库与一般事务数据库 数据库技术具有很好的管理数据库技术具有很好的管理,分析和处理数据的分析和处理数据的功能功能数据库技术是数据库技术是GISGIS的主要支撑技术之一的主要支撑技术之一GISGIS属性数据库部分相当于一般数据库属性数据库部分相当于一般数据库GISGIS数据库比一般数据库结构要复杂得多数据库比一般数据库结构要复杂得多GISGIS与计算机地图制图与计算机地图制图 计算机地图制图系统强调的是图形表示计算机地图制图系统强调的是图形表示 GISGIS既注重实体的空间分布又

5、强调它们的显示方既注重实体的空间分布又强调它们的显示方法法,可综合图形和属性的数据进行深层次的空间可综合图形和属性的数据进行深层次的空间分析分析数字地图是数字地图是GISGIS的数据源，也是的数据源，也是GISGIS表达形式表达形式 GISGIS与计算机辅助设计与计算机辅助设计(CAD)(CAD)共同点共同点:都有空间坐标都有空间坐标都能把目标和参考系统联系起来都能把目标和参考系统联系起来都能描述图形数据的拓扑关系都能描述图形数据的拓扑关系都能处理非图形属性数据都能处理非图形属性数据 区别区别:CADCAD处理的多为规则几何图形及其组合处理的多为规则几何图形及其组合;它的图形功能尤其是三维它的

6、图形功能尤其是三维图形功能极强图形功能极强;属性库功能相对要弱属性库功能相对要弱;采用的一般是几何坐标系采用的一般是几何坐标系 GISGIS处理的多为自然目标，因而图形处理的难度大处理的多为自然目标，因而图形处理的难度大;GIS;GIS的属性库的属性库内容结构复杂，功能强大内容结构复杂，功能强大;图形属性的相互作用十分频繁，且多图形属性的相互作用十分频繁，且多具有专业化特征具有专业化特征;GIS;GIS采用的多是大地坐标，必须有较强的多层次采用的多是大地坐标，必须有较强的多层次空间叠置分析功能空间叠置分析功能;GIS;GIS的数据量大，数据输入方式多样化的数据量大，数据输入方式多样化;所用所用

7、的数据分析方法具有专业化特征的数据分析方法具有专业化特征 目前目前,GIS,GIS与与CADCAD仍有不同的侧重和特长仍有不同的侧重和特长,但它们主流技术但它们主流技术之间的融合仍在不断扩展之中之间的融合仍在不断扩展之中1.4 1.4 地理信息系统组成地理信息系统组成（）数据输入和检验（）数据输入和检验（）数据存储和管理（）数据存储和管理（）数据变换（）数据变换（）数据输出和表示（）数据输出和表示（）用户接口（）用户接口数据变换1.5 1.5 地理信息系统功能和应用地理信息系统功能和应用（）数据采集与输入（）数据采集与输入（）数据编缉与更新（）数据编缉与更新（）数据存贮与管理（）数据存贮与管理

8、（）空间查询与分析（）空间查询与分析（）数据显示与输出（）数据显示与输出1.6 1.6 地理信息系统与数字地球地理信息系统与数字地球数字地球的概念和提出的背景数字地球的概念和提出的背景数字地球是对真实地球及其相关现象统一性的数字化重现数字地球是对真实地球及其相关现象统一性的数字化重现和认识，其核心思想是用数字化手段统一地处理地球问题和认识，其核心思想是用数字化手段统一地处理地球问题和最大限度地利用信息资源和最大限度地利用信息资源 数字地球的特点数字地球的特点 多源、多比例尺、多分辨率数据无缝集成的网络信息系统多源、多比例尺、多分辨率数据无缝集成的网络信息系统 面向全社会公众开放的网络信息系统面

9、向全社会公众开放的网络信息系统 虚拟现实技术支持下多维网络信息系统虚拟现实技术支持下多维网络信息系统 数字地球需要的支撑技术与数字地球框架数字地球需要的支撑技术与数字地球框架 计算科学计算科学 海量存储海量存储 卫星图像卫星图像 宽带网络宽带网络 互操作互操作 元数据元数据 数字地球的应用和意义数字地球的应用和意义2 空间数据结构空间数据结构 2.1 2.1 栅格数据结构栅格数据结构 2.2 2.2 矢量数据结构矢量数据结构 2.3 2.3 地理数据的显式和隐式表示地理数据的显式和隐式表示 2 2.4.4 矢量与栅格数据结构的比较矢量与栅格数据结构的比较 2.1 2.1 栅格数据结构栅格数据结

10、构2.1.1 栅格数据基本概念栅格数据基本概念2.1.2 栅格数据层的概念栅格数据层的概念2.1.3 栅格数据取值方法栅格数据取值方法2.1.4 栅格数据存储编码栅格数据存储编码2.1.1 2.1.1 栅格数据基本概念栅格数据基本概念将将工工作作区区域域的的平平面面表表象象按按一一定定分分解解力力作作行行和和列列的的规规则则划划分分，形形成成许许多多格格网网，每每个个网网格格单单元元称称为为象象素素。根根据据所所表表示示实实体体的的表表象象信信息息差差异异，各各象象元元可可用用不不同同的的“灰灰度度值值”来表示来表示 。若若每每个个象象元元规规定定N N比比特特，则则其其灰灰度度值值范范围围可

11、可在在0 0到到2 2N N1 1之之间间；把把白白灰灰色色黑黑的的连连续续变变化化量量化化成成8 8比比特特（bitbit），其其灰灰度度值值范范围围就就允允许许在在0 0255255之之间间，共共256256级级；若若每每个个象象元元只只规规定定1 1比比特特，则则灰灰度度值值仅仅为为0 0和和1 1，这这就就是是所所谓谓二二值值图图像，像，0 0代表背景。代表背景。栅栅格格数数据据结结构构实实际际上上就就是是象象元元阵阵列列，即即象象元元按按矩矩阵阵形形式式的的集集合合，栅栅格格中中的的每每个个象象元元是是栅栅格格数数据据中中最最基基本本的的信信息息存储单元，其坐标位置可以用行号和列号确

12、定。存储单元，其坐标位置可以用行号和列号确定。2.1.2 2.1.2 栅格数据层的概念栅格数据层的概念在栅格数据结构中，物体的空间位置就用其在笛在栅格数据结构中，物体的空间位置就用其在笛卡尔平面网格中的行号和列号坐标表示，物体的卡尔平面网格中的行号和列号坐标表示，物体的属性用象元的取值表示，每个象元在一个网格中属性用象元的取值表示，每个象元在一个网格中只能取值一次，同一象元要表示多重属性的事物只能取值一次，同一象元要表示多重属性的事物就要用多个笛卡尔平面网格，每个笛卡尔平面网就要用多个笛卡尔平面网格，每个笛卡尔平面网格表示一种属性或同一属性的不同特征，这种平格表示一种属性或同一属性的不同特征，

13、这种平面称为层。面称为层。2.1.3 2.1.3 栅格数据取值方法栅格数据取值方法中心归属法：每个栅格单元的值以网格中心点对中心归属法：每个栅格单元的值以网格中心点对应的面域属性值来确定。应的面域属性值来确定。长度占优法：每个栅格单元的值以网格中线（水长度占优法：每个栅格单元的值以网格中线（水平或垂直）的大部分长度所对应的面域的属性值平或垂直）的大部分长度所对应的面域的属性值来确定。来确定。面积占优法：每个栅格单元的值以在该网格单元面积占优法：每个栅格单元的值以在该网格单元中占据最大面积的属性值中占据最大面积的属性值重要性法：根据栅格内不同地物的重要性程度，重要性法：根据栅格内不同地物的重要性

14、程度，选取特别重要的空间实体决定对应的栅格单元值，选取特别重要的空间实体决定对应的栅格单元值，如稀有金属矿产区，其所在区域尽管面积很小或如稀有金属矿产区，其所在区域尽管面积很小或不位于中心，也应采取保留的原则不位于中心，也应采取保留的原则2.2 2.2 矢量数据结构矢量数据结构2.2.1 矢量数据概念矢量数据概念2.2.2 拓扑关系拓扑关系2.2.3 多边形矢量编码多边形矢量编码2.2.4 结构结构2.2.1 2.2.1 矢量数据概念矢量数据概念矢矢量量数数据据就就是是代代表表地地图图图图形形的的各各离离散散点点平平面面坐坐标（标（x x，y y）的有序集合。的有序集合。2.2.2 2.2.2

15、 拓扑关系拓扑关系拓拓扑扑关关系系是是指指网网结结构构元元素素结结点点、弧弧段段、面面域域之之间间的的空空间间关关系系，主主要要表表现现为为下下列列三三种种关关系系：拓拓扑邻接关系、拓扑关联关系、拓扑包含关系。扑邻接关系、拓扑关联关系、拓扑包含关系。（1）拓扑邻接）拓扑邻接拓扑邻接指存在于空间图形的同类元素之间的拓扑邻接指存在于空间图形的同类元素之间的拓扑关系。结点邻接关系有拓扑关系。结点邻接关系有N1/N4N1/N4，N1/N2N1/N2等；多边形邻接关系有等；多边形邻接关系有P1/P3P1/P3，P2/P3 P2/P3 等。等。（2）拓扑关联）拓扑关联拓扑关联指存在于空间图形的不同类元素之

16、间的拓扑关联指存在于空间图形的不同类元素之间的拓扑关系。结点与弧段关联关系有拓扑关系。结点与弧段关联关系有N1/C1N1/C1、C3C3、C6C6，N2/C1N2/C1、C2C2、C5 C5 等。多边形与线段的关等。多边形与线段的关联关系有联关系有P1/C1P1/C1、C5C5、C6C6，P2/C2P2/C2、C4C4、C5C5、C7C7等。等。（3）拓扑包含）拓扑包含拓扑包含指存在于空间图形的同类但不同级的拓扑包含指存在于空间图形的同类但不同级的元素之间的拓扑关系，元素之间的拓扑关系，P1P1包含包含P2P2和和P3P3。2.2.3 2.2.3 多边形矢量编码多边形矢量编码 一个区域或一幅地

17、图可以划分成许多多边形，每一个区域或一幅地图可以划分成许多多边形，每个多边形由一条或若干条弧段组成，每条弧段由个多边形由一条或若干条弧段组成，每条弧段由一串有序的一串有序的x，y坐标对组成，每条弧段的两端点坐标对组成，每条弧段的两端点为结点，每个结点连接两条以上的弧段，多边形为结点，每个结点连接两条以上的弧段，多边形矢量编码主要用于表示空间图形为多边形的面状矢量编码主要用于表示空间图形为多边形的面状要素，每个多边形在数据库中是相互独立、分开要素，每个多边形在数据库中是相互独立、分开存储的。如特征值为存储的。如特征值为4的多边形由条的多边形由条4弧段组成，弧段组成，其文件编码坐标为其文件编码坐标

18、为:x18,y18;x19,y19;x9,y9;x8,y8;x7,y7;x20,y20;x21,y21;x22,y22;x23,y23;x24,y24;x18,y18特征值坐标位置1x1,y1;x2,y2;x3,y3;x4,y4;x5,y5;x6,y6;x7,y7;x8,y8;x9,y9;x10,y10;x1,y12x28,y28;x29,y29;x30,y30;x31,y31;x32,y32;x33,y33;x28,y283x1,y1;x11,y11;x12,y12;x13,y13;x14,y14;x15,y15;x16,y16;x17,y17;x18,y18;x19,y19;x9,y9x1

19、0,y10;x1,y14x18,y18;x19,y19;x9,y9;x8,y8;x7,y7;x20,y20;x21,y21;x22,y22;x23,y23;x24,y24;x18,y185x16,y16;x17,y17;x18,y18;x24,y24;x23,y23;x27,y27;x26,y26;x25,y25;x16,y162.2.4 DIME2.2.4 DIME结构结构双重独立地图编码，简称双重独立地图编码，简称DIMEDIME结构（结构（Dual Dual Independent Map Encoding Independent Map Encoding）。）。它是由美国人口调查它是由

20、美国人口调查局建立起来的为人口调查目的而设计的一种拓扑编码方法，局建立起来的为人口调查目的而设计的一种拓扑编码方法，是一种把几何量度信息（直角坐标）与拓扑逻辑信息结是一种把几何量度信息（直角坐标）与拓扑逻辑信息结合起来的系统。合起来的系统。DIMEDIME文件的基本元素是连接两个端点（结点）的一条线段文件的基本元素是连接两个端点（结点）的一条线段（街段）、线段始结点和终结点标识符、伴有这两个结点（街段）、线段始结点和终结点标识符、伴有这两个结点的坐标及线段两侧的区域代码（左区号和右区号）。根据的坐标及线段两侧的区域代码（左区号和右区号）。根据结点标识符和结点坐标建立结点坐标文件。根据结点、线段

21、、结点标识符和结点坐标建立结点坐标文件。根据结点、线段、多边形间的拓扑关系建立拓扑结构文件。在这种结构中，多边形间的拓扑关系建立拓扑结构文件。在这种结构中，线段通常被认为是直线型的，复杂的曲线由一系列逼近曲线线段通常被认为是直线型的，复杂的曲线由一系列逼近曲线的直线段来表示。结点与结点或者面域与面域之间为邻接关的直线段来表示。结点与结点或者面域与面域之间为邻接关系，而结点与线段或面域与线段之间为关联关系系，而结点与线段或面域与线段之间为关联关系,。2.3 2.3 地理数据的显式和隐式表示地理数据的显式和隐式表示2.4 2.4 矢量与栅格数据结构的比较矢量与栅格数据结构的比较 矢量数据矢量数据

22、数据存储量小数据存储量小 空间位置精度高空间位置精度高 用网络连接法能完整描述拓扑关系用网络连接法能完整描述拓扑关系 输出简单容易，绘图细腻、精确、美观输出简单容易，绘图细腻、精确、美观 可对图形及其属性进行检索、更新和综合可对图形及其属性进行检索、更新和综合 数据结构复杂数据结构复杂 获取数据慢获取数据慢 数学模拟困难数学模拟困难 多种地图叠合分析困难多种地图叠合分析困难 不能直接处理数字图像信息不能直接处理数字图像信息 空间分析不容易实现空间分析不容易实现 边界复杂、模糊的事物难以描述边界复杂、模糊的事物难以描述 数据输出的费用较高数据输出的费用较高栅格数据栅格数据数据存储量大数据存储量大

23、空间位置精度低空间位置精度低难于建立网络连接关系难于建立网络连接关系输出速度快，但绘图粗糙、不美观输出速度快，但绘图粗糙、不美观便于面状数据处理便于面状数据处理数据结构简单数据结构简单快速获取大量数据快速获取大量数据数学模拟方便数学模拟方便多种地图叠合分析方便多种地图叠合分析方便能直接处理数字图像信息能直接处理数字图像信息空间分析易于进行空间分析易于进行容易描述边界复杂、模糊的事物容易描述边界复杂、模糊的事物技术开发费用低技术开发费用低3.3.地理信息系统中的地理基础地理信息系统中的地理基础3.1 3.1 地图投影概念地图投影概念3.2 3.2 地图投影基本要素地图投影基本要素3.3 3.3

24、地图投影变形地图投影变形3.4 3.4 地图投影分类地图投影分类3.5 3.5 几种主要投影类型几种主要投影类型3.6 3.6 地理信息系统中地地理信息系统中地 图投影设计与配置图投影设计与配置3.7 3.7 我国我国GISGIS中地图投影的应用中地图投影的应用3.1 3.1 地图投影概念地图投影概念建建立立平平面面上上的的点点和和地地球球表表面面上上的的点点之之间间的的函函数数关关系系，用用数数字字式式表表达达这这种关系就是：种关系就是：为为平平面面坐坐标标，为为球球面面地地理理坐坐标标3.2.3.2.地图投影基本要素地图投影基本要素3.2.1 3.2.1 地球形状、大小地球形状、大小 3.

25、2.2 3.2.2 大地坐标系大地坐标系3.2.3 3.2.3 投影坐标系投影坐标系3.2.4 3.2.4 子午圈曲率半径、卯酉圈曲率半径，纬圈半子午圈曲率半径、卯酉圈曲率半径，纬圈半径径3.2.1 3.2.1 地球形状、大小地球形状、大小（1）大地水准面）大地水准面 海海水水处处于于静静止止状状态态，把把海海水水面面延延伸伸到到大大陆陆之之下下形形成成包包围围整整个个地球的连续表面：地球的连续表面：（2）椭球体元素）椭球体元素 扁率：扁率：第一偏心率：第一偏心率：第二偏心率：第二偏心率：不同资料，不同资料，a、b不同不同 52年以前用海福特，年以前用海福特，53年起用克拉索夫斯基。年起用克拉

26、索夫斯基。3.2.2 3.2.2 大地坐标系大地坐标系（1 1）5454年北京坐标系年北京坐标系在东北黑龙江边境上同苏联大地网联测，通过大地坐标计算，推算出北京在东北黑龙江边境上同苏联大地网联测，通过大地坐标计算，推算出北京点的坐标，北京坐标系是苏联点的坐标，北京坐标系是苏联42年坐标系的延伸，其原点在苏联普尔科年坐标系的延伸，其原点在苏联普尔科沃。沃。（2）80年西安坐标系年西安坐标系78年年4月召开月召开“全国天文大地网平差会议全国天文大地网平差会议”建立建立80年西安坐标系，其原点年西安坐标系，其原点在西安西北的永乐镇，简称西安原点。椭球体参数为在西安西北的永乐镇，简称西安原点。椭球体参

27、数为75年国际大地测量年国际大地测量与地球物理联合会第与地球物理联合会第16界大会的推荐值。界大会的推荐值。（3）新）新54年北京坐标系年北京坐标系将全国大地网整体平差的结果整体换算到克拉索夫斯基椭球体上，形成一将全国大地网整体平差的结果整体换算到克拉索夫斯基椭球体上，形成一个新的坐标系，称为新个新的坐标系，称为新54年北京坐标系，它与年北京坐标系，它与80年国家大地坐标系的轴年国家大地坐标系的轴定向基准相同，网的点位精度相同。定向基准相同，网的点位精度相同。（4）WGS84坐标系在在GPS定位中，定位结果属于定位中，定位结果属于WGS84坐标系，坐标系原点位于质心，坐标系，坐标系原点位于质心

28、，Z轴指向轴指向BIH1984.0协议地极（协议地极（CTP）。）。3.2.3 3.2.3 投影坐标系投影坐标系(1)用户坐标系用户坐标系 由用户指定的相对于二维坐标系由用户指定的相对于二维坐标系,一般与实际地物定位无关。一般与实际地物定位无关。(2)地理坐标系地理坐标系 经度起点为英国格林威治经度起点为英国格林威治,向东为正向东为正,纬度自赤道起向北为纬度自赤道起向北为正的。正的。(3)投影平面直角坐标系投影平面直角坐标系 是将地球球面投影到平面后所设定的坐标系是将地球球面投影到平面后所设定的坐标系,如如 高斯投影坐标系。高斯投影坐标系。(4)地心坐标系地心坐标系 三维球心空间坐标系，原点位

29、于球心，常用直角坐标（三维球心空间坐标系，原点位于球心，常用直角坐标（x，y，z）或角度和高程表示（或角度和高程表示（B，L，H）其中其中B，L分别为纬分别为纬度和经度。度和经度。3.33.3地理信息系统中地理信息系统中 地图投影设计与配置地图投影设计与配置3.3.1 GIS3.3.1 GIS与地图投影关系与地图投影关系地图投影（地理基础）数据获取数据源地图投影数据存储统一的坐标基础数据处理投影转换数据应用空间分析依据数据库投影数据输出有相应投影的地图3.3.2 GIS3.3.2 GIS中地图投影设计与配置中地图投影设计与配置（1 1）各国家）各国家GISGIS所采用的投影系统与该国的基本地图

30、系所采用的投影系统与该国的基本地图系列所用的投影系统一致列所用的投影系统一致（2 2）各比例尺的）各比例尺的GISGIS中的投影系统与其相应比例尺的主中的投影系统与其相应比例尺的主要信息源地图所用的投影一致。要信息源地图所用的投影一致。（3 3）各地区的）各地区的GISGIS中投影系统与其所在区域适用的投影中投影系统与其所在区域适用的投影系统一致。系统一致。（4 4）各种）各种GISGIS一般以一种或两种（至多三种）投影系统一般以一种或两种（至多三种）投影系统为其投影坐标系统，以保证地理定位框架的统一。为其投影坐标系统，以保证地理定位框架的统一。GISGIS中地图投影配置一般原则：中地图投影配

31、置一般原则：（1 1）所所配配置置的的投投影影系系统统应应与与相相应应比比例例尺尺 的国家基本图投影系统一致。的国家基本图投影系统一致。（2 2）系系统统一一般般最最多多只只采采用用两两种种投投影影系系统统，一一种种服服务务于于大大比比例例尺尺，一一种种服服务务于于小小比比例尺。例尺。（3 3）所用投影以等角投影为宜。）所用投影以等角投影为宜。（4 4）所所用用投投影影应应能能与与网网格格坐坐标标系系统统相相适适应。应。3.4 3.4 我国我国GISGIS中地图投影的应用中地图投影的应用(1)(1)我我国国基基本本比比例例尺尺地地形形图图中中1:501:50万万的的图图均均采采用用高斯高斯克长

32、格投影。克长格投影。(2)(2)我国我国1 1：100100万地形图采用正轴等角割圆锥投影万地形图采用正轴等角割圆锥投影(3)(3)我我国国大大部部分分省省区区图图多多采采用用正正轴轴等等角角割割圆圆锥锥投投影影和属于同一投影系统的正轴等面积割圆锥投影。和属于同一投影系统的正轴等面积割圆锥投影。(4)(4)正正轴轴等等角角圆圆锥锥投投影影中中，地地球球表表面面上上两两点点间间的的最最短短距距离离（即即大大圆圆航航线线）表表现现为为近近于于直直线线，这这有有 利于利于GISGIS中空间分析和信息量度的正确实施。中空间分析和信息量度的正确实施。4 4 地理信息系统数据输入地理信息系统数据输入4.1

33、 4.1 空间数据的输入空间数据的输入4.2 4.2 属性数据的输入属性数据的输入4.3 4.3 空间与属性数据的连接空间与属性数据的连接4.4.空间数据输入空间数据输入4.1.1 4.1.1 手工键盘输入手工键盘输入4.1.2 4.1.2 跟踪数字化输入跟踪数字化输入4.1.3 4.1.3 扫描数字化输入扫描数字化输入4.1.4 4.1.4 现有数据转换现有数据转换 4.1.1 4.1.1 手工键盘输入手工键盘输入键盘输入就是通过手工在计算机终端上输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、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

34、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。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。用任何特殊设备的图形数据输入法。4.1.2 4.1.2 跟踪数字化输入跟踪数字化输入(1)(1)数字化仪简介数字化仪简介(2)(2)数字化过程数字化过程(3)(3)数字化方式数字化方式(4)(4)数字化精度数字化精度 (1)数字化仪简介数字化仪简介数数字字化化仪仪由由电电磁磁感感应应板板（操操作作平平台台）、坐

35、坐标标输输入入控控制制器器（标标示示器器）和和接接口口装装置置组组成成。目目前前，市市场场上上数数字字化化仪仪的的规规格格按按其其可可处处理理的的图图幅幅面面积积来来划划分分，有有A0A0、A1A1、A3A3等等幅幅面面。典典型型的的用用于于制制图图的的数数字字化化仪仪是是A0A0规规格格，其其幅幅面面为为1.0m1.0m1.5m1.5m。较较小小的的数数字字化化设设备备称称为数字化为数字化板。板。(2)数字化过程数字化过程根据根据GISGIS软件所提供的数字化仪设备驱动程序和数软件所提供的数字化仪设备驱动程序和数字化仪的类型，作好数字化仪安装工作，给数字字化仪的类型，作好数字化仪安装工作，给

36、数字化仪加电，将准备好的数字化原图固定于数字化化仪加电，将准备好的数字化原图固定于数字化桌上，输入原图的比例尺，定义用户坐标系（原桌上，输入原图的比例尺，定义用户坐标系（原点和坐标轴），确定地图投影方式，选择数字化点和坐标轴），确定地图投影方式，选择数字化方式，确定数字化范围，即用标示器将方式，确定数字化范围，即用标示器将X X、Y Y最小最小值的点和值的点和X X、Y Y最大值的点数字化。数字化时必须最大值的点数字化。数字化时必须按照不同的专题内容分文件、分图层有顺序地数按照不同的专题内容分文件、分图层有顺序地数字化，幅面较大的图件，可分块数字化。字化，幅面较大的图件，可分块数字化。(3)数

37、字化方式数字化方式点方式数字化时，只要将标示器十字丝交点对准数字化原点方式数字化时，只要将标示器十字丝交点对准数字化原图上要数字化的点，按下标示器上相应的按键，记录该点图上要数字化的点，按下标示器上相应的按键，记录该点x x、y y坐标。每记录一次坐标，操作员需要按键一次。点方坐标。每记录一次坐标，操作员需要按键一次。点方式主要用于采集单个点和控制曲线形态的特征点（端点、式主要用于采集单个点和控制曲线形态的特征点（端点、极值点、拐点），如控制点、三角点、水准点、独立地物极值点、拐点），如控制点、三角点、水准点、独立地物中心点等，折线的始点、终点、转折点，居民地街区拐角中心点等，折线的始点、终点

38、、转折点，居民地街区拐角点等。点等。流方式数字化时，将标示器十字丝交点沿曲线从起点移动流方式数字化时，将标示器十字丝交点沿曲线从起点移动到终点，让它以等时间间隔或等距离间隔方式记录曲线上到终点，让它以等时间间隔或等距离间隔方式记录曲线上一系列密集的离散点坐标，操作员无需对每个点都按键一一系列密集的离散点坐标，操作员无需对每个点都按键一次，仅在曲线的始点和终点各按一次相应的按键即可，对次，仅在曲线的始点和终点各按一次相应的按键即可，对于不规则的曲线图形，如河流、等高线、海岸线等，常使于不规则的曲线图形，如河流、等高线、海岸线等，常使用流方式数字化用流方式数字化。(4)数字化精度数字化精度数字化仪

39、设备使用时间过长导致精度降低或不符合标数字化仪设备使用时间过长导致精度降低或不符合标准的设备均会影响输入数据的精度。数字化仪的分辨准的设备均会影响输入数据的精度。数字化仪的分辨率对数字化误差有决定性的影响。最大偏差不应超过率对数字化误差有决定性的影响。最大偏差不应超过3 3至至6 6个分辨单位，即标定分辨率为个分辨单位，即标定分辨率为0.025mm0.025mm的数字化仪，的数字化仪，测试时的最大偏差应在测试时的最大偏差应在0.07mm0.07mm至至0.15mm0.15mm范围内，范围内，否则数字化仪的质量就太差。否则数字化仪的质量就太差。数字化方式对数字化精度也有影响，流方式比简单的数字化

40、方式对数字化精度也有影响，流方式比简单的点方式的位置误差要大，流方式等间隔记录点则不能点方式的位置误差要大，流方式等间隔记录点则不能正确地数字化尖锐的弯曲顶点，常常切割这类弯曲部正确地数字化尖锐的弯曲顶点，常常切割这类弯曲部分，误差较大。分，误差较大。操作员人为误差主要指操作员的经验技能、生理因素操作员人为误差主要指操作员的经验技能、生理因素和工作态度等。和工作态度等。人工制作编稿原图过程中必然会有误差产生人工制作编稿原图过程中必然会有误差产生,这些误差这些误差随着图数转换而进入计算机的数据中。随着图数转换而进入计算机的数据中。4.1.3 4.1.3 扫描数字化输入扫描数字化输入(1)扫描仪简

41、介扫描仪简介(2)扫描前准备扫描前准备(3)矢量化处理矢量化处理 (1)扫描仪简介扫描仪简介绝大多数扫描仪是按栅格方式扫描后将图绝大多数扫描仪是按栅格方式扫描后将图像数据交给计算机来处理。扫描仪可分为像数据交给计算机来处理。扫描仪可分为滚筒式、平板式、滚筒式、平板式、CCDCCD直接摄像式三种，其直接摄像式三种，其中大幅面的地图以滚筒（卷纸）式用得最中大幅面的地图以滚筒（卷纸）式用得最多。目前市场上常见的多。目前市场上常见的A0A0幅面的滚筒式单幅面的滚筒式单色分灰度扫描仪的分辨率为色分灰度扫描仪的分辨率为400400800dpi800dpi，操作的精度要高。普通的扫描仪大都按灰操作的精度要高

42、。普通的扫描仪大都按灰度分类扫描，高级的可按颜色分类扫描。度分类扫描，高级的可按颜色分类扫描。(2)扫描前准备扫描前准备 原图准备原图准备 记录格式记录格式 光孔孔径光孔孔径 计算坐标差计算坐标差 原图准备原图准备由于扫描数字化是采样头对原图进行扫描，凡扫由于扫描数字化是采样头对原图进行扫描，凡扫到需要色（对黑白地图来说，黑色为需要色，对到需要色（对黑白地图来说，黑色为需要色，对彩色地图来说，对哪种颜色扫描，那种颜色就叫彩色地图来说，对哪种颜色扫描，那种颜色就叫需要色）就记录一个数（例如需要色）就记录一个数（例如“1 1”），扫到不需），扫到不需要色就记录另一个数（例如要色就记录另一个数（例如

43、“0 0”）。为提供扫描）。为提供扫描数字化，首先要选择色调分明，线划实在而不膨数字化，首先要选择色调分明，线划实在而不膨胀的地图作为原图；其次要在图上精确划定数字胀的地图作为原图；其次要在图上精确划定数字化的范围，标出坐标原点；最后要清理图面，如化的范围，标出坐标原点；最后要清理图面，如修净污点，连好线划上的断头。修净污点，连好线划上的断头。记录格式记录格式选择数据扫描数字化仪的数据记录格式有选择数据扫描数字化仪的数据记录格式有两种，一种是数字格式，也就是每个网格两种，一种是数字格式，也就是每个网格记录一个二进制数记录一个二进制数“0 0”或或“1 1”，它适用，它适用于对黑白或彩色线划地图

44、数字化；一种是于对黑白或彩色线划地图数字化；一种是连续格式，每个网格记录一个灰度值（连续格式，每个网格记录一个灰度值（0 0255255个灰阶），这适用于对像片数字化。个灰阶），这适用于对像片数字化。光孔孔径光孔孔径扫描仪采样头中透光孔的孔径有好多规格，扫描仪采样头中透光孔的孔径有好多规格，12.512.512.512.5 25 2512.512.5 50 502525 50 504040 100 100100100（(微米微米)=1/1000)=1/1000毫米），它用来控制网格的大小，也毫米），它用来控制网格的大小，也就是用以控制分辨率，孔径越小，网格就越小，分辨就是用以控制分辨率，孔径越

45、小，网格就越小，分辨率就越高，数据量也就越大。根据地图的精度要求，率就越高，数据量也就越大。根据地图的精度要求，应选择具有一定的分辨率，数据量又不致过大的孔径。应选择具有一定的分辨率，数据量又不致过大的孔径。通常选择通常选择100100100100（或（或50504040）的孔径，即的孔径，即地图上地图上0.10.1毫米粗的线毫米粗的线划一般只占划一般只占1 1至至2 2个网格。个网格。计算坐标差计算坐标差当原图经过定向，固定的在滚筒（或平台）当原图经过定向，固定的在滚筒（或平台）上之后，要算出扫描仪原点和原图原点之上之后，要算出扫描仪原点和原图原点之差，以便控制记录装置。差，以便控制记录装置

46、。(3)矢量化处理矢量化处理原始地图原始地图 GIS数据库数据库 扫扫 描描 栅格文件栅格文件 自动矢量化自动矢量化 矢量文件矢量文件 文件转换文件转换栅格编缉栅格编缉矢量编缉矢量编缉扫描并自动矢量化的过程扫描并自动矢量化的过程4.1.4 4.1.4 现有数据转换现有数据转换任何信息系统总要利用已有数据，以减轻信息收集、编码、任何信息系统总要利用已有数据，以减轻信息收集、编码、输入的工作量。除了利用本单位、本部门的现成资料外，输入的工作量。除了利用本单位、本部门的现成资料外，常用的、通用的数据供社会共享已成为一种趋势。特别在常用的、通用的数据供社会共享已成为一种趋势。特别在发达国家，有很多政府

47、机构或私人公司已经开始向社会公发达国家，有很多政府机构或私人公司已经开始向社会公开提供数据服务，这种服务大致有五类信息：基本数字化开提供数据服务，这种服务大致有五类信息：基本数字化地图、自然资源数据、地面数字高程、遥感数据、与人口地图、自然资源数据、地面数字高程、遥感数据、与人口统计相结合的空间、属性、地址数据。这些数据服务可以统计相结合的空间、属性、地址数据。这些数据服务可以减少在数据收集与数据输入方面多付出的劳动，对减少在数据收集与数据输入方面多付出的劳动，对GISGIS普普及将起到了有力的促进作用。及将起到了有力的促进作用。4.2 属性数据输入属性数据输入(1)与空间数据同时输入与空间数

48、据同时输入键码法键码法-根据数字化仪标示器上的键盘根据数字化仪标示器上的键盘,将数字化要素的将数字化要素的 特征码输入数字化程序特征码输入数字化程序 直接输入法直接输入法-利用计算机的数字键盘将数字化要素特征码利用计算机的数字键盘将数字化要素特征码 输入给数字化程序输入给数字化程序 特征码清单法特征码清单法-在数字化仪右上方设置一块菜单区域在数字化仪右上方设置一块菜单区域,每个每个 矩形方格为一种要素的菜单选项矩形方格为一种要素的菜单选项,当数字化图形时当数字化图形时,先在先在 菜单选项中取点菜单选项中取点,程序将坐标换算成菜单编号程序将坐标换算成菜单编号,再编码得再编码得 到相应特征码到相应

49、特征码(2)属性数据单独输入到文本文件中属性数据单独输入到文本文件中 4.3 空间与属性空间与属性 数据的连接数据的连接在数据编辑的基础上在数据编辑的基础上,确定确定空间数据和非空间属性数据空间数据和非空间属性数据连接的关键字连接的关键字,然后将非空然后将非空间属性输入到文本文件中间属性输入到文本文件中,空间数据通过手扶跟数字化空间数据通过手扶跟数字化或扫描矢量化后或扫描矢量化后,再经检查、再经检查、线和连接点、细化处理、变线和连接点、细化处理、变形纠正过程建立起多边形，形纠正过程建立起多边形，最后将唯一的识别符加入到最后将唯一的识别符加入到图形实体中，实现空间与非图形实体中，实现空间与非空间

50、的连接，建立起多边形空间的连接，建立起多边形矢量数据库。矢量数据库。数据编辑关键字连接空间数据属性数据输入文本文件空间属性连接多边形矢量数据库手工数字化扫描矢量化检查线和连接点细化处理建立多边形加入识别符5 5 地理信息系统的数据处理地理信息系统的数据处理5.1 5.1 误差校正误差校正5.2 5.2 图形变换图形变换5.3 5.3 数据匹配数据匹配5.1 误差校正误差校正因图纸变形和数字化过程的随机误差所产生的影响，因图纸变形和数字化过程的随机误差所产生的影响，必须经过几何校正。从理论上讲，几何校正是根据图必须经过几何校正。从理论上讲，几何校正是根据图形的变形情况，计算出其校正系数，然后根据