ArcGIS_数据采集.doc

地理信息系统

第一章 数据采集

数据采集树状图

空间数据
属性数据
数据结构
数据

图形数据采集

属性数据采集集

数据模型（概念层）

数据结构（逻辑层）

数据文件格式（物理层）

矢量化成果

矢量化

图像预处理

分层

扫描

现实世界的认识

栅格结构
矢量结构
屏幕矢量化

数字化
仪
数据采集

目录

一.数据采集3
二.属性数据采集4
三.图像数据采集5
1.屏幕矢量化5
1.1 扫描5
1.2图像预处理5
1.3分层5
1.4 矢量化5
1.5 矢量化成果5
2.数字化仪5
四.数据结构6
1.矢量数据结构6
2.栅格数据结构6
3.现实符号的认识7
3.1数据模型（概念层）8
3.2数据结构（逻辑层）9
3.3数据文件格式（物理层）9
五.数据9
1.属性数据9
2.空间数据9
3.空间数据的采集方法9
六.知识点与技能10

数据采集
一.数据采集
即数据的获取，地理信息系统的数据通常归纳为不同性质的的专题或层，数据采集与编辑就是把各层地理要素转化为空间坐标与属性对应的代码输入至计算机中。
二.属性数据采集
1.框架图
根据用户需求确定数据项目
根据数据项目确定数据源
数据分类和编码
确定数据模型和数据结构类型
数据的输入与编辑操作
矢量数据输入与编辑
栅格数据输入与编辑
矢量数据
栅格数据

2.属性数据定义：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。空间点、线、面实体都有相应的属性。
3.属性数据的获取渠道：遥感数据、各种统计数据、现场调查资料、社会调查资料、其他资料等。
4.属性数据的规化和标准化
（1）统一地理基础：包括统一的地图投影系统、统一的地理坐标系统以与统一的地理编码系统。
（2）统一分类编码原则：分类编码应遵循科学性、系统性、实用性、统一性、完整性、可扩充性等原则，既要考虑信息本身属性，又要顾与信息之间的相互关系，保证分类代码稳定性、可扩展性和唯一性。
5.属性数据编码容
（1）登记部分：用来标识属性数据的序号，可以是简单的连续编号，也可划分不同层次进行顺序编码。
（2）分类部分：用来标识属性的地理特征，可采用多位代码反映多种特征。
（3）控制部分：用来通过一定的查错算法，检查在编码、录入和传输中的错误，在属性数据量较大情况下具有重要意义。
6.属性数据编码方法：
（1）列出全部制图对象清单；
（2）制定对象分类、分级原则和指标将制图对象进行分类、分级；
（3）拟定分类代码系统；
（4）设定代码与其格式；
（5）建立代码和编码对象的对照表。
7.常用的编码方法：层次分类编码法和多源分类编码法
（1）层次分类编码法
是按照分类对象的从属和层次关系为排列顺序的一种代码，它的优点是能明确表示出分类对象的类别，代码结构有严格的隶属关系。如，土地利用现状分类编码
（2）多源分类编码法
又称独立分类编码法，是指对于一个特定的分类目标，根据诸多不同的分类依据分别进行编码，各位数字代码之间并没有隶属关系。它的优点是具有较大的信息载负量，有利于对空间信息的综合分析。
8.属性数据的输入方法：
（1）数据量较小，可以在输入几何数据的同时，用键盘输入；
（2）数据量大，与几何数据分别输入，根据预先建立属性表输入属性；
（3）从其它统计数据库导入属性，通过关键字段联接图形。
三.图像数据采集
1.屏幕矢量化
1.1 扫描
过扫描将地图转换为栅格数据，然后采用栅格数据矢量化的技术追踪出线和面，采用模式识别技术识别出点和注记，并根据地图容和地图符号的关系自动给矢量数据赋以属性值。
1.2图像预处理
对原始资料进行遥感器效应和几何与辐射效应等的应用前期处理。
1.3分层
按照一定规律，对地图数据进行分组。地理信息系统的数据通常归纳为不同性质的的专题或层，便于将一定特征性质地理要素归类。
1.4 矢量化
矢量化是重要的地理数据获取方式之一。所谓矢量化，就是把栅格栅格转换成矢量数据的处理过程。当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，生成可以为地理信息系统显示、修改、标注、漫游、计算、管理和打印的矢量地图数据文件，这种与纸质地图相对应的计算机数据文件称为矢量化电子地图。
1.5 矢量化成果
生成可以为地理信息系统显示、修改、标注、漫游、计算、管理和打印的矢量地图数据文件。
2.数字化仪
2.1定义：数字化仪是将图像和图形的连续模拟量转换为离散的数字量的装置，是在专业应用领域中一种用途非常广泛的图形输入设备，是由电磁感应板、游标和相应的电子电路组成。当使用者在电磁感应板上移动游标到指定位置，并将十字叉的交点对准数字化的点位时，按动按钮，数字化仪则将此时对应的命令符号和该点的位置坐标值排列成有序的一组信息，然后通过接口传送到主计算机。再说得简单通俗一些，数字化仪就是一块超大面积的手写板，用户可以通过用专门的电磁感应压感笔或光笔在上面写或者画图形，并传输给计算机系统。不过在软件的支持上它是和手写板有很大的不同的，硬件的设计上也是各有偏重的。
2.2用途：在许多的专业应用领域中，用户需要绘制大面积的图纸，仅靠CAD系统是无法完全完成图纸绘制的，在精度上也会有较大的偏差，因此必须通过数字化仪来满足用户的需求。高精度的数字化仪适用于地质、测绘、国土等行业。
2.3种类：分跟踪数字化仪和扫描数字化仪。
四.数据结构
1.矢量数据结构
1.1矢量数据结构定义：矢量数据结构是利用欧几里德几何学中的点、线、面与其组合体来表示地理实体空间分布的一种数据组织方式。这种数据组合方式能很好的表达地理空间分布特征，数据精度高，数据存储的冗余度低，但对于多层空间数据的叠合分析比较困难。
1.2矢量数据结构类型
1.2.1实体数据结构：在实体数据结构中，空间数据按照基本的空间对象为单元进行组织，其中不包含拓扑关系的信息。
1.2.2拓扑数据结构：拓扑结构包括对偶独立编码法、多边形转换器、地理编码和参照系统的拓扑集成等
1.3矢量数据结构特点：
（1）用离散的点、线、面组成的边界或表面来表达空间实体，用标识符表达的容描述空间实体的属性；
（2）矢量数据之间的关系表示了空间数据的拓扑关系；
（3）描述的空间对象位置明确，属性隐含。
2.栅格数据结构
2.1栅格数据结构定义：栅格结构是最简单最直接的空间数据结构，是指将地球表面划分为大小均匀紧密相邻的网格阵列，每个网格作为一个象元或象素由行、列定义，并包含一个代码表示该象素的属性类型或量值，或仅仅包括指向其属性记录的指针。

2.2栅格数据结构类型

2.2.1栅格矩阵结构：是一种用矩阵来存储栅格数据单元的存储结构。
2.2.2游程编码结构：游程指栅格矩阵一行相邻同值栅格的数量，游程编码结构是逐行将相邻同值的栅格合并，记录合并后栅格的值与合并栅格的数量，压缩栅格数据量，消除数据间冗余。
2.2.3四叉树结构：这种数据原理可表达为将空间区域按照四个象限进行递归分割n次，每次分割个子象限，直至子象限中的属性值都相同为止。

2.3栅格数据结构特点：
（1）栅格的空间分辨率指一个像元在地面所代表的实际面积大小（一个正方形的面积）；
（2）对于同一幅图形或图象来说，随着分辨率的增大，存储空间也随之增大。
（3）表达空间目标、计算空间实体相关参数的精度与分辨率密切相关，分辨率越高，精度越高；
（4）非常适合进行空间分析。例如，同一地区多幅遥感图象的叠加操作等；
（5）不适合进行比例尺变化，投影变换等。
2.4.两种数据结构比较

数据结构
优点
缺点

矢量数据
1.便于面向对象的数据表示
2.数据结构紧凑、冗余度低
3.有利于网络和检索分析
4.图形显示质量高、精度好
1.数据结构复杂
2.软硬件要求高
3.多边形叠加分析比较困难
4.显示与绘图成本比较

栅格数据
1.数据结构简单
2.便于空间分析
3.利于和遥感数据的匹配
4.输出快速，成本低
1.数据量大
2.投影转换比较复杂
3.图形质量较低
4.现象认识效果较低

3.现实符号的认识
地图是客观世界的形象——符号——概括模型
需求分析
概念设计
逻辑设计
物理设计
地理现象和过程
数据库的概念模型
数据库的逻辑模型
数据库的存储模型
空间数据库
现实世界
信息世界
计算机世界

3.1数据模型（概念层）
由于计算机不能直接处理现实世界中的具体事物与其联系，必须将这些具体事物与其联系转换成计算机能处理的数据，地理信息系统中的数据库即模拟现实世界中地理信息应用所涉与的数据集合。数据模型是数据库的框架，描述了数据与其联系的组织方式、表达方式和存取路径，是地理信息系统数据库的核心和基础。
3.1.1地图是客观世界的形象模型
地图与其它地学模型的主要区别和优点在于它具有形象性，能对实际对象做出完整的、清晰的和直观的图形描述和说明。“地图是地表空间关系和空间形式的视觉图解表象”。
3.1.2地图是客观世界的符号模型
地图区别于其它许多图示模型的又一特征是它采用专门设计和事先规定的符号来反映 地物、现象和地理过程，并表示它们的位置、质量特征和数量特征。各种符号的组合便构成 一种地图形象，而多种地图形象的汇集便组成一幅完整的地图图形。地图符号的作用并不仅 仅局限于传输信息，它们还是记录知识、使知识定型并系统化的强大工具。

数据模型分类

3.1.3.1概念模型：也称为信息模型它是按用户的观点对数据和信息建模，是对现实世界事物与其联系的第一级抽象。
3.1.3.2逻辑模型：逻辑模型属于计算机世界的模型，是按照计算机的观点对数据建模，是对现实世界的第二级抽象。
3.1.3.3物理模型：物理模型是对数据最底层的抽象，它描述数据在磁盘上的存储方式和存取方法，面向的是计算机系统。
3.2数据结构（逻辑层）
数据模型通常由数据结构、数据操作和数据完整性约束三个要素组成。
数据结构
数据结构描述了数据的组成对象和对象间的联系，一方面描述的是数据对象的类型、容、性质等，另一方面描述了数据对象间的联系。
数据操作
数据操作是指对数据库中的各种数据允许执行的操作集合，包括操作与相应的操作规则，描述了数据库的动态特性。
数据的完整性约束
数据完整性约束约束条件是一组完整性规则的集合。完整性规则是给定的数据模型中数据与其联系所具有的制约和依存规则，用以限定符合数据模型的数据库状态以与状态变，以保证数据的正确、有效、相容。
3.3数据文件格式（物理层）
3.3.1Shape数据
1.shp存储几何要素的空间信息，即XY坐标
2.shx存储了有关.shp存储的索引信息，即shp中空间数据的存储方式，XY坐标的输入点在哪里，有多少XY坐标对等信息
3.dbf存储地理数据的属性信息的dBase表
4.prj存储了文件的空间参考信息，如坐标系统等
5.shp.xml对元数据浏览后生成的xml元数据文件
6.sbn和sbx存储对shapefile的空间索引，加速空间数据的读取

3.3.1Coverage数据
1.aat弧段属性表，记录弧段的起点和终点坐标信息
2.pat点属性表，记录lable点的坐标信息
3.tic控制点，用于配准地图的点
4.aux保存栅格文件自身不能保存的辅助信息，包括彩色地图信息，直方图或表格，坐标系统，变换信息，投影信息
5.rrd保存影像金字塔信息索引，加速显示和漫游
6.dat属性信息
7.dir属性表路径管理文件，用于关联dat和nit
五.数据
1.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。
2.空间数据
一般采用线分类法对空间实体进行分类，即将分类对象按选定的空间特征和语义信息作为分类基础
3.空间数据的采集方法
（1）野外数据采集
（2）现有地图数字化
（3）摄影测量方法
（4）遥感图像处理
六.知识点与技能
章
节
知识点
技能
第一章 数据采集

第一节 数据采集

数据采集的定义
1属性数据的采集方式
1.1手工方式：通过手工在计算机终端上输入数据，主要是键盘输入。
1.2手扶跟踪化数字方式：手扶跟踪数字化仪是一种图形数字化设备。可生成矢量数据。
1.3扫描方式：扫描仪是一种图形、图象输入设备，可以快速地将图形、图象输入计算机系统，是目前发展最快的数字化设备。可将数据生成栅格数据。
1.4影像处理和信息提取方式：从遥感影像上直接提取信息

第二节 属性数据采集
1.属性数据定义
2.属性数据数据的获取渠道
3.数据的规化和标准化
4.属性数据编码容
5.属性数据编码的方法
6.常用的编码方法
7.属性数据的输入方法
1.属性数据的获取渠道
遥感数据、各种统计数据、现场调查资料、社会调查资料、其他资料等。
2.属性数据的规化和标准化
（1）统一地理基础：包括统一的地图投影系统、统一的地理坐标系统以与统一的地理编码系统。
（2）统一分类编码原则：分类应遵循科学性、系统性、实用性、统一性、完整性、可扩充性等原则保证分类代码稳定性、可扩展性和唯一性。
3.属性数据编码方法
（1）列出全部制图对象清单；
（2）制定对象分类、分级原则和指标将制图对象进行分类、分级；
（3）拟定分类代码系统；
（4）设定代码与其格式；
（5）建立代码和编码对象的对照表。

第三节 图像数据采集
1.屏幕矢量化

1.1扫描

1.2图像预处理

1.3分层

1.4矢量化

1.5矢量化成果
1.1扫描数字化输入——扫描过程
1.1.1扫描模式的设置，对地形图的扫描一般采用二值扫描，或灰度扫描。对彩色航片采用百万种彩色扫描，对黑白航片采用灰度扫描。
1.1.2扫描分辨率的设置，根据扫描要求，对地形图的扫描一般采300dpi或更高的分辨率。
1.1.3针对一些特殊的需要，还可调整亮度、对比度、色调等。
设定扫描围。
1.1.5扫描参数设置完后，即可通过扫描获得某个地区的栅格数据。
1.2图像预处理
对图像进行特征抽取、分割和匹配
1.2.2对图像进行几何变换、校正、归一、平滑、复原
1.3分层
1.3.1图层按点线面进行分类
1.3.2分层按需要尽可能详细
1.4矢量化
1.4.1地形图校正与配准
1.4.2地形图矫正并重采样生成新栅格文件
地形图二值化
1.4.4分层矢量化
矢量化成果检查
2.数字化仪

2.1数字化仪定义
2.2数字化仪用途
2.3数字化仪种类
数字化仪的工作方式—操作方式
1．点方式每次定标器的键被按下，感应板发送一对坐标数据到计算机。
2．开关流方式 在定标器上，每按下一次键，即将一组坐标数据发送到计算机。3．连续流方式 不论定标器的键是否按下，数字化仪每个一定的时间就向计算机发送坐标数。
4．增量方式 当定标器在感应板上移动某个距离，数字化仪就发送一对绝对坐标数据
第四节 数据结构
1.矢量数据结构
1.1矢量数据结构定义
1.2矢量数据结构类型
1.3矢量数据结构特点

2.栅格数据结构
2.1栅格数据结构定义
2.2栅格数据结构类型
2.3栅格数据结构特点
2.4两种数据结构的比较

3.现实符号的认识
3.1数据模型（概念层）
3.2数据结构（逻辑层）
3.3数据文件格式（物理层）
空间数据库建立
1收集数据，建立数据模型
2分析数据结构，对数据分类
3建立数据库
4按需要格式保存数据
第五节 数据
1.属性数据

属性数据
属性数据的采集
1间实体的特征数据，属性数据的容有时直接记录在栅格或矢量数据文件中，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。
2对于要输入属性库的属性数据，通过键盘则可直接键入，将属性数据首先键入一个顺序文件，经编辑、检查无误后转存数据库的相应文件或表格 。
3对于要直接记录到栅格或矢量数据文件中的属性数据，则必须先对其进行编码，将各种属性数据变为计算机可以接受的数字或字符形式，便于GIS存储管理。
2.空间数据

空间数据
根据数据来源的不同分为
1几何图形数据：主要来源于各种类型的地图和实测几何数据。
2影象数据：主要来源于卫星遥感和航空遥感等。
3属性数据：来源于实测数据，文字报表，或地图中的各类符号说明，以与从遥感数据过解释得到的信息等。
3.空间数据采集方法

空间数据采集方法
空间数据的采集方法
（1）野外数据采集
（2）现有地图数字化
（3）摄影测量方法
（4）遥感图像处理

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