gis软件工程_08gis软件数据工程
第8章 GIS软件数据工程,基本内容 介绍空间数据的基本特征、测量尺度、来源、类型和表示方法；对GIS数据进行规范化和标准化；对地理信息进行分类和编码；数据预处理、数据采集、数据处理与数据库建立。 教学要求： 掌握空间数据分类和编码的原则和方法，掌握数据采集和处理的方法。 重点： 掌握空间数据分类和编码的原则和方法。,GIS的数据源：地图数据 ，遥感数据， 统计数据，实测数据，数字数据，文字报告和立法文件。,8.1 概述,8.1.1 GIS的数据源,数据源的审查过程： （1）确定数据的内容。 （2）确定数据的格式。 （3）确定数据的精度。,8.1.2 数据源的审查过程,1. GIS的数据组成 (1) 属性数据 属性数据指能够通过传统表格形式进行描述的文本数值型信息。 （2）空间数据 空间数据指矢量或栅格形式表示的具有空间意义的图件。 （3）多媒体数据,8.1.3 GIS数据组成和特点,（4）文档数据 文档数据指具有强制性的法律法规和规划方案说明等的电子文档。 2.数据特点 （1）来源广泛 （2）数据性质差别大 （3）数据存在强关联 1）空间数据和属性数据共同表示实体的空间属性和非空间属性。 2）属性数据之间的关联，在数据库中体现为关联表。 3）空间数据内部存在的空间关系，包括位置关系和拓扑关系。,（4）数据更新快，历史数据丰富 （5）一些数据具有法律意义 （6）具有空间分散性和逻辑一致性要求 3.数据使用的特点 （1）数据使用并发性强 （2）用户数据需求差异大 （3）共享性强 （4）与并行系统紧密结合,1.空间特征 空间特征指空间物体的位置、形状和大小等几何特征，以及与相邻物体的拓扑关系。 2.专题特征 专题特征指的是除了时间和空间特征以外的空间现象的其他特征。 3.时间特征 空间数据总是在某一特定时间或时间段内采集得到或计算产生的，因此时间可被看成一个专题特征。 ,8.2 空间数据的特征,8.2.1 空间数据的基本特征,量测的尺度由粗略至详细依次可分为四个层次：命名（类型）、次序、间隔以及比例。 （1）命名式的测量尺度只对特定现象进行标识，赋予一定的数值或符号而不定量描述。 （2）次序测量尺度是基于对现象进行排序来标识的。 （3）间隔测量尺度指无真零值而测量单位的间隔是相等的数据。 （4）比例测量尺度指有真零值而测量单位的间隔是相等的数据。 命名数据或次序数据便于使用，理解，而不够精确；间隔数据或比例数据与之相反。,8.2.2 空间数据的测量尺度,数据源可分为原始数据（第一手数据）或处理加工后的数据（第二手数据），又可将数据源分为非电子数据和电子数据两类。 第一手数据资料经解译、编辑和处理后，就变成第二手数据，这类数据包括地图、表格、书和杂志中的地理编码数据。,8.2.3 空间数据的来源,空间数据的类型： （1）类型数据 （2）面域数据 （3）网络数据 （4）样本数据 （5）曲面数据 （6）文本数据 （7）符号数据 空间数据的表示可采用X，Y平面坐标，地理经纬度或者网格法等方法表示。,8.2.4 空间数据的类型和表示方法,8.3 GIS数据的规范化和标准化,数据流的调查分析是建立新系统逻辑模型的基础，而数据信息的规范化和标准化，则是数据流调查分析的依据。通过数据流的调查分析，一方面要根据系统的信息需求确定数据源，另一方面要按照数据信息的不同来源，研究它们的数量、质量、精度和时间特征，以及它们与数据规范化和标准化基本要求相吻合的程度，以确定数据处理的内容、范围和方法。 地理数据规范化和标准化的内容有：统一的空间定位框架、统一的数据分类标准、统一的数据编码系统、统一的数据记录格式、统一的数据采集原则和统一的数据测量标准。,统一的空间定位框架是为各种数据信息的输入、输出和匹配的处理提供共同的地理坐标基础。该基础可归纳为地理坐标、网络坐标和投影坐标。 我国GIS所采用的投影应与国家基本图系列所采用的投影相一致，即1：1万至1：50万比例尺图幅采用高斯克吕格投影是一种保角投影，在每一副图范围内无角度变形，其最大长度变形不超过0.14，面积变形不超过0.28，精度可满足使用要求。小于1：100万比例尺的图幅采用等角圆锥投影。,8.3.1 统一的空间定位框架,格网系统的选择有基本格网、加密格网、合并格网和辅助格网四种划分方法。 1.基本格网，分为三级 （1）一级格网（1：10000000图幅） （2）二级格网（1：100000图幅） （3）三级格网（1：10000 图幅） 2.加密格网，分为六级 （1）1/2格网（1：5000图幅） （2）1/4格网（1：2500图幅） （3）1/8格网（1：1000图幅） （4）1/16格网（1：500图幅） （5）1/96格网（1：100图幅） （6）1/384格网（1：25图幅）,3.合并格网，分为五级 （1）2倍格网（1：25000图幅） （2）4倍格网（1：50000图幅） （3）16倍格网（1：200000 图幅） （4）24倍格网（1：250000图幅） （5）48倍格网（1：500000图幅） 4.辅助格网，指对于从1：100001：50000比例尺的数据文件，通过采用平面直角坐标作为辅助格网。,8.3.2 统一的数据分类标准,信息分类体系采用宏观的全国分类系统与详细的专业系统之间相递归的分类方案，即低一级的分类系统必须能归并和综合到高一级的分类系统之中。 首先，按社会环境、自然环境、资源与能源三大类，作为第一层。 其次，按环境因素和资源类别的主要特征与基本差异，再划分为十四个二级类。 第三，按每一个二级类包括的最主要的内容，作为第三级类别。 最后，按各个区域的地理特点和用户需求，拟定区域的分类系统和每一专业类型的具体分类标准。,8.3.3 统一的数据编码系统,制定系统编码应遵循的原则： （1）系统性：指信息系统中空间信息的编码应统一规划、统筹安排。 （2）一致性：指任何专业名词、术语的定义必须严格保持概念的一致。 （3）科学性：指编码能可靠地识别数据信息的分类。 （4）标准化：指代码的内容和长度必须一致，码位的分配及格式必须一致。 （5）扩展性：指系统编码码位应留有充足的余地。 （6）适用性：以较少的码位提供丰富的参考信息。,数据记录格式是指GIS的原始数据和输出数据在磁性介质内的记录方式，对不同来源和不同形式的数据，都必须按照标准的记录格式记录，以保证系统对各种数据信息的接纳、处理和共享。 数据记录格式包括多边形数据格式、栅格数据格式的影像数据格式。 多边形数据记录格式采用弧段为基本的逻辑单元，其数据文件将由结点文件、弧段属性文件、弧段坐标文件和多边形文件所组成。 栅格数据记录格式采用同质数据串作为基本的逻辑单元。,8.3.4 统一的数据记录格式,8.3.5 统一的数据采集原则,数据采集应遵循的原则： （1）只采集、存储基本的原始数据，不存储派生数据，根据应用的频度、实现最小的冗余。 （2）各级统计部门提供的数据为最基本数据，当其他部门提供的数据与它有矛盾时，以统计部门的为准。 （3）统计部门未进行统计的指标，以各地最直接的专业部门提供的数据为准。,数据采集应遵循的原则： （4）当上级部门和下级部门提供的数据有出入时，以上级部门核准的数据为准。 （5）对未进行统计的数据，需经多个专家研究，取得与实际情况相符的数据。 （6）地理地图应以最新出版的实测地图为准，专题图最好采用比例尺一致的区域系列图作为图形库的基本数据。,8.4 地理信息的分类和编码,分类是将具有共同的属性或特征的事物或现象归并在一起，而把不同属性或特征的事物或现象分开的过程。 地理信息分类码主要用于对数据进行存储、管理、检索和交换。 在设计和建立GIS数据库时，利用分类码实现对数据的有效组织和存储。在采集数据时，利用分类码作为用户标识码输入数据。在维护管理数据库时，利用分类码检索数据的精度和完整性，对数据层进行调整或重新组织。,8.4.1 地理信息的分类和编码的意义,8.4.2 地理信息的分类和编码的原则,地理信息的分类和编码的原则： （1）科学性 （2）系统性 （3）稳定性 （4）不受比例尺限制 （5）兼容性 （6）完整性和可扩展性 （7）适用性 （8）灵活性,地理信息分类与编码的基本方法： 1.线分类法（级分类法） 线分类法将初始的分类对象按所选定的若干个属性或特征依次分成若干个层级目录，并编排成一个有层次的、逐级展开的分类体系。 线分类法的优点：容量较大，层次性好，使用方便。 线分类法的缺点：分类结构一经确定，不易改动，当分类层次较多时，代码位数较长。,8.4.3 地理信息分类与编码的基本方法,2.面分类法 面分类法是将给定的分类对象按选定的若干个属性或特征分成彼此互不依赖、互不相干的若干方面，每个面中又可分成许多彼此独立的若干个类目。 面分类法的优点：具有较大的弹性，一个面内类目的改变，不会影响其他面，且适用性强，易于添加和修改类目。 面分类法的缺点：不能充分利用容量。 信息编码是将信息分类的结果用一种易于被计算机和人识别的符号体系表示出来的过程，是人们统一认识、统一观点、相互交换信息的一种技术手段。,1.地理实体与地理目标的类型 （1）地理实体 GIS地理数据库是地理实体的集合，是一种与现实的地理世界保持一定相识性的实体模型。 地理实体即地理数据库中的实体，是一种在现实世界中不能再划分为同类现象的现象。 地理目标即实体在地理数据库中的表示。地理目标的表示方法随比例尺、目的等情况的变化而变化。,8.4.4 地理实体的分类,（2）地理实体的类型 地理实体的类型： 1）点状实体 指只有特定的位置，而没有长度的实体。 2）线状实体 指有长度的实体。 3）面状实体（多边形、区域） 是对湖泊、岛屿、地块等一类现象的描述。 4）体状实体 用于描述三维空间中的现象与物体，它具有长度、宽度及高度等属性。,（3）地理目标的类型 地理目标是地理实体在计算机系统内的表示，地理目标的类型可按空间维来定义。 0维：有位置无长度的目标，如点。 1维：有长度的目标，一般由两个或多个0维目标组成，如线。 2维：有长和宽的目标，如多边形。 3维：有长、宽和高的目标，如三维立体。,（4）地理实体的描述 编码：用于区别不同的实体。 编码包括分类码和标识码。分类码标识实体所属的类别，标识码对每个实体进行标识，是惟一的，用于区别不同的实体。 位置：用坐标值的形式给出实体的空间位置。 类型：指明该地理实体属于哪一种实体类型，或由哪些实体类型组成。 行为：指明该地理实体可以具有哪些行为和功能。 属性：指明该地理实体所对应的非空间信息。 说明：说明实体数据的来源、质量等相关信息。 关系：与其他实体的关系信息。,（5）地理实体时间维的描述 当地理实体的空间位置随时间变化时，这时必须把地理实体的空间特征的变化也记录下来，同时对实体进行时间标记。 2.几何数据的分类 几何数据分为矢量数据和栅格数据两种类型。,3.地理目标数据的分层 地理目标数据可按某种属性特征形成一个数据层，即图层。图层是描述某一地理区域的某一属性特征的数据集。地理目标数据的分层方法： （1）按专题分层 每个图层对应一个专题，包含某一种或某一类数据。 （2）按时间序列分层 把不同时间或时期的数据分别构成各个数据层。 地理目标数据分层的目的是为了便于空间数据的管理、查询、显示、分析等。,8.4.5 地理实体属性数据的编码,1.属性数据的含义 属性数据是描述实体数据的属性特征的数据。 在属性数据中，有一部分是与几何数据的表示密切有关的。例如，道路的等级、类型等，决定着道路符号的形状、色彩、尺寸等。在GIS中，通常把这部分属性数据用编码的形式表示，并与几何数据一起管理起来。,2.属性数据的分级 （1）分级的基本原则 1）确定分级数的基本原则 分级数应符合数值估计精度的要求。 分级数应顾及可视化的效果。 分级数应符合数据的分布特征。 在满足精度前提下，应尽可能选择较少的分级数。 2）确定分级界线的基本原则 保持数据的分布特征。 在任何一个等级内都必须有数据，任何数据都必须落在某一个等级内。,
