1,第3章 数据输入与输出技术,内容提要： 1、数 据 2、数据源 3、数据输入 4、数据输出与表达 5、空间数据质量 6、空间数据的元数据,2,3.1 数 据,3.1.2土地数据的特征,在LIS中,土地数据可分为三种类型：空间特征数据（定位数据）、时间属性数据（尺度数据）和专题属性数据（非定位数据）。对于大部分土地信息系统的应用来说，时间和专题属性数据结合在一起共同作为属性特征数据，而空间数据和属性特征数据统称为空间数据（或土地数据）。,3.1.1数据与数据处理,数据的形式：可以是数字、文字、图形或声音等 数据处理：对数据的采集、存储、检索、加工、变换和传输,以便获得数据中的信息,3,图3-1 土地数据的基本特性,专题特征：是土地实体所具有的各种性质，如地面的坡度、坡向、某地的年降雨量等。通常以数字、符号、文本和图像等形式来表示。,空间特征：表示地块的空间位置、形状和大小及其与相邻地块的拓扑关系。位置和拓扑特征是空间信息系统所独有的。,时间特征：指土地实体的时间变化或数据采集的时间等。即空间数据总是在某一特定时间或时段内得到或计算的。,土地数据一般具有三个基本特征:,4,命名或类型 次序 间隔 比率,测量是根据一定的标准对特定现象赋值或打分；测量的尺度大致可以分成四个层次，由粗略至详细依次为：,3.1.3空间数据的测量尺度,5,也称类型量，是对数据定性而非定量的描述。例如，可以用不同数值表示不同的土地利用类型、植被类型或岩石类型，但是这些数值之间无数量关系,对命名数据的逻辑运算只有“等于”或“不等于”两种形式，不能进行任何算术运算。,命名（Nominal）量,次序（Ordinal）量,通过排序来区分和标识地理现象的量称为次序量。它是按照等级序列，由低到高（或由高到低）进一步细分的，不同次序之间的间隔大小可以不同。可进行“等于”、“不等于” “大于”或“小于”等逻辑运算，但不能进行任何算术运算。,6,间隔（Interval）量,间隔量是不参照某个固定点, 而是按间隔表示相对位置的数，无真实零值，是一种较精确区分和标识地理现象的测量方法。它利用某种标准单位作为间隔量来表示不同的量，但应用时要正确理解标准单位的特性和含义。譬如，不能说40比20暖一倍。,比率（Ratio）量,比率量是间隔量的精确化，是指那些有真零值而且测量单位的间隔是相等的数据。如年降雨量、海拔高度、人口密度、发病率等。比例数据和间隔数据可用于加、减、乘、除等运算，而且可以求算术平均。,7,比较：（1)高层次的测量尺度含有更多的信息，而且可以向低层次的测量尺度转换。 （2）高层次尺度都具有低层次尺度的一切特征，反之则不然；高层次尺度可能获得更多、更精确的信息，但调查和分析的工作量更大，而低层次尺度则相反。因此，选择尺度要结合系统的要求与研究条件。 （3）命名数据或次序数据便于使用，易于理解，但有时不够精确，不能用于较高级的算术运算；而比率数据或间隔数据比较精确，便于计算机处理。因此，在较复杂的LIS中，往往上述几种测量尺度的数据均需用到。,8,图3-2 空间数据的各种测量尺度及其制图表现,9,土地数据一般包括空间数据与属性数据，其获取途径主要有五种：野外实地测量；摄影测量与遥感；现场专题考察与调查； 社会调查与统计；利用已有资料。,3.2 数据源,10,野外测量,野外测量是传统的测量方法，这种方法获得的资料具体、准确，但花费人工多，工作周期长。一般是测得资料后制成地图，再输入土地信息系统的数据库中。,11,全球定位系统（GPS）,GPS技术是依靠导航卫星来决定地球上某一位置坐标的技术。GPS 所采集的数据X，Y，Z坐标点，这些点的信息可以以文本的形式存储，然后根据数据库和LIS软件的要求，使用一些很简单的程序便能够将其转换成有拓扑关系的图形。,12,摄影测量,航空摄影测量指的是在航空器上用航摄仪器对地面连续摄取像片，结合地面控制点测量、调绘和立体测绘等步骤，绘制出地形图的作业。 数字摄影测量是以立体数字影像为基础，由计算机进行影像处理和影像匹配，自动识别相应像点及坐标，运用解析摄影测量的方法确定所摄物体的三维坐标，并输出数字高程模型、正射数字影像和线划地图。,13,遥 感,利用遥感仪器不直接接触被研究的目标，感测目标特征（一般是指反射或发射电磁波）的信息。将遥测得到的光学图象或数字图像经过几何纠正、信息增强、信息提取及信息复合和分类等影像处理便能得到所需要的信息。 用遥感技术获取信息有范围大、速度快、信息广的特点，长期在地球轨道上运行的遥感卫星可时时刻刻地向地面传送探测到的信息。,14,地图与经济数据,任何一个信息系统，都应尽量利用已有的资料，以减少工人成本，缩短工作周期。比如，现有各种专题地图、政府统计部门的各种调查、统计报表等，都是最常用的信息来源。一些发达国家已公开提供计算机的数据资料，以及将社会调查和地图结合在一起的地理数据等等，这简化了各种 LIS 的数据收集工作，也为不同信息系统之间的数据共享带来方便。,15,土地数据输入是从不同数据源、用不同的设备、方法和技术来获取数据并录入数据库的过程，即通常所说的建库工作。 土地数据输入主要考虑以下三方面的问题： 统一的地理基础 空间数据输入问题 属性数据输入问题,3.3 数据输入,16,3.3.1地理基础 地理基础是土地数据表示格式与规范的重要组成部分，包括统一的地图投影系统、统一的地理坐标系统以及统一的编码系统； 投影坐标系统配置的一般特征：各个国家的LIS采取的投影系统应与该国基本地图系列所用的投影系统一致；各地区的LIS种的投影系统与其所在区域适用的投影系统一致； 一般LIS中投影系统的配置与设计：应与相应比例尺的国家基本图投影系统一致。一般至多采用两种投影系统，一种用于大比例尺的数据处理，另一种服务于中小比例尺数据处理(如我国大于等于1:50万时采用高斯-克吕格投影,1:100万采用正轴等角割圆锥投影)。,17,3.3.2空间数据的输入 空间数据的输入方式可以采用数字化仪、扫描仪以及摄影测量仪、测量全站型速测仪、GPS接收机等能以数字形式自动记录测量数据的测量仪器。选哪种方法需根据应用图形数据的方式与类型、现有设备状况、人力资源状况和经济状况等因素综合考虑，可选一种或几种方法结合起来输入。 空间数据输入的重要途径是地图数字化。,18,地图数字化：将纸质地图经过计算机图形图像系统光电转换量化为点阵数字图像，经图像处理和曲线矢量化，或者直接进行手扶跟踪数字化后，生成可以为土地信息系统显示、修改、标注、漫游、计算、管理和打印的矢量地图数据文件的过程。 地图数字化有两种方式：手扶跟踪数字化和扫描数字化。,19,手扶跟踪数字化,涵义：把地图放置于数字化桌上，用手持设备（定位装置游标）跟踪地图上的各种地理特征，数字化设备精确量测游标的位置，产生数据形式的坐标数据。,20,（1）手扶跟踪数字化仪的连接和参数设置 通过RS-232(串口)接口与计算机进行连接的，进行通讯参数（包括波特率、数据位、校验位、停止位等）以及坐标原点、分辨率、采点方式、数据格式等参数的设置。为了保证数据录入的正确，必须设置数字化软件的参数与数字化仪相一致。 （2）地图的预处理 首先要确定需要数字化哪些信息，输入哪些图层，以及每个图层包含的具体内容。,手扶跟踪数字化的步骤：,R2V软件,21,22,（3）确定定位点 定位点用于确定数字化文件相对于数字化板的位置。由于数字化过程不可能一次完成，在两次输人之间地图的位置可能相对于数字化板发生错动，这样前后两次录入的坐标就会偏移。解决该问题的办法就是在每次录人之前，先输人至少3个定位点(TickMarks)，这些点相对于地图的位置是固定的，这样两次输入的内容就可以根据定位点坐标之间的关系进行匹配。,23,（4）确定控制点 控制点的作用是进行地图配准，用来将数字化后的数据校准（配准）到一个指定的地图坐标系，以便这些数据与其它的数据集成。控制点的选择对于空间实体地理位置的确定具有至关重要的意义。,24,关于控制点的选取 控制点可以是经纬线网格的交点、公里网格的交点或者一些典型地物的坐标； 控制点的数目取决于你打算使用哪一种数学方法来实现坐标转换； 但是，过多的控制点并不一定能够保证高精度的配准。要尽可能使控制点均匀分布于整个栅格图像，而不是只在图像的某个较小区域选择控制点； 通常,先在图像的四个角选择4个控制点，然后在中间的位置有规律地选择一些控制点能得到较好的效果。,25,图3-3 控制点的布设,26,（5）选择数字化方式 通常，数字化仪采用两种数字化方式，即点方式（Point Mode）和流方式（Stream Mode）。 点方式：由数字化作业员自行选择采样点和确定采样密度，逐点地对目标进行数字化的方法。 流方式：作业员只需仔细保持使游标的十字丝沿待数字化的线段连续移动，而由计算机自动地按等时间间隔或等距间隔来控制点位的数据录入。,27,图3-4 距离流方式和时间流方式 (a)距离流方式是当前接收的点与上一点距离超过一定阈值，才记录该点； (b)时间流方式是按照一定时间间隔对接收的点进行采样。,28,距离流方式与时间流方式的比较： 距离流方式的特点是容易遗漏曲线拐点，从而使曲线失真。因此，在数字化过程中，需要根据不同的对象选择不同的数字化方式。 时间流方式的特点是当数字化曲线比较平滑时，可以加快鼠标移动的速度，使采样点的数目相对减少；而当曲线比较弯曲时，鼠标移动较慢，采样点的数目就多。 流方式与点方式的比较： 流方式录入能够加快数字化的速度，但其采集的点的数量往往要多于点方式，造成数据量过大。,29,（6）曲线离散化（对点方式数字化而言） 在数字化过程中，需要对曲线进行采样简化，即在曲线上取有限个点，将其变为折线，并且能够在一定程度上保持原有的形状。下面介绍Douglas-Peucker(道格拉斯-派克尔)算法： 在曲线首尾两点A、B之间连接一条直线段AB，该直线称为曲线的弦； 找到曲线上离该直线段距离最大的点C，并计算其与AB的距离d； 比较该距离与预先给定阈值的大小，如果小于，则将该直线段作为曲线的近似，该段曲线处理完毕； 如果距离大于阈值，则用C将曲线分为两段AC和BC，并分别对两段曲线进行-步的处理; 当所有曲线都处理完毕后，依次连接各个分割点形成的折线，即可以作为曲线的近似。,30,图3-5 曲线离散化算法,31,扫描数字化,分类：栅格扫描数字化与矢量扫描数字化。 栅格扫描数字化：将纸质地图扫描后得到的栅格图像转换成矢量地图的过程。 栅格图像转换成矢量地图有两种方式： 一是将显示在屏幕上的栅格图像作进一步手工矢量化。手工矢量化又可分为完全的手工跟踪和借助软件的半自动跟踪两种；,二是由软件自动转换成矢量地图。（） 矢量扫描数字化：是直接跟踪被扫描图上的线划并产生矢量数据的扫描方式。,32,完全手工跟踪方法把扫描获得的图像作为底图显示出来，操作员用鼠标器在屏幕上进行操作，这和手扶跟踪数字化输入很相似。,半自动的矢量化方法是由操作人员用鼠标器点一下屏幕上需要矢量化的线条，软件沿着栅格线条找到线的一个端点或在与其他线条相交处停下来，提示操作员，由操作员控制需要进一步矢量化的方向或下一点，计算机则自动地记录下有关的关键点并连成线。,自动矢量化方法是由软件自动完成指定区域内的栅格数据的矢量化。自动矢量化之前，若栅格数据中有注记等其他不需要矢量化的部分，要先将其清除。,33,Coredraw软件,34,R2V软件,35,ArcMap软件,36,地图数字化方式的比较,手扶跟踪数字化采集的数据数据量小，数据处理的软件也比较完备，但由于数字化的速度比较慢，工作量大，自动化程度低，数字化的精度与作业员的操作有很大关系，所以，目前很多单位在大批量数字化时，已不再采用它。 栅格扫描数字化中完全手工跟踪矢量化和半自动跟踪矢量化(要为二值图)因其输入速度快、不受人为因素的影响、操作简单而越来越受到大家的欢迎，再加之计算机运算速度、存储容量的提高和矢量化软件的踊跃出现，使其已成为