GIS数据探究

地矿测绘　　2006,22(2):11～13

SurveyingandMappingofGeologyandMineralResources　Vol.22,No.2,2006

CN53-1124/TD　ISSN1007-9394

GIS数据探究

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王立迁,孙继祥,方源敏

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(11昆明理工大学国土资源工程学院,云南昆明　650093;21云南省测绘工程院,云南昆明　650033)

　　摘要:空间数据是建立地理信息系统的基础。分析空间数据来源、提高空间数据质量是建立地理信息系统的前提。通过对地理信息系统数据采集过程中错误数据的分析,给出处理错误数据的一般方法。

关键词:GIS;数据质量;空间数据中图分类号:P208　　　文献标识码:A　　　文章编号:1007-9394(2006)02-0011-03

ProbeintoGISData

WANGLi2qian,SUNJi2xiang,FANGYuan2mingineeringInstituteofSurveyingandMapping,KunmingYunnan　650033,China)1

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(11FacultyofLandResourcesEngineering,KunmingUniversityofScienceandTechnology,KunmingYunnan　650093,China;21YunnanEn2

Abstract:SpatialdataisthebaseofbuildingGIS.AnalyzingthesourceofspatialdataandimprovingthequalityofspatialdataarethepreconditionofbuildingGIS.ByanalyzingtheprogramofcollectingthedataofGIS,itcouldperformthegenericmethodsofdealingwiththeerrordata.

Keywords:GIS;qualityofdata;spatialdata0　引言

随着现代航空航天技术、卫星遥感技术、现代测绘技术和计算机技术的发展,地球形态和全球社会经济发展状况,已经可以用正确的数字所描述。任何一个地面或空中目标,都可以用GPS技术精确定位,遥感技术RS、数字摄影测量技术DPS与全球定位系统GPS技术相结合,促成了一门新兴的学科———动态GIS地理信息系统的诞生,它以现代测绘技术为基础,以计算机和现代信息技术为手段,将地球形态和全球社会经济发展状况以数字模型方式动态地加以描述,这就是数字地球。

最近几年来,地理信息系统无论是在理论上还是应用上都处在一个飞速发展的阶段。GIS被应用于多个领域的建模和决策支持,地理信息已成为信息时代重要的组成部分之一;“数字地球”概念的提出,更进一步推动了作为其技术支撑的GIS的发展。

地理信息系统(GIS)已成为国家宏观决策和区域多目标的开发以及与空间信息有关各业的重要技术工具。空间数据是地理信息系统的血液,是建立GIS的基础。因此,空间数据的质量是建立GIS成败的关键。

往与具体的计算机系统有关,随着载荷它的物理设备的形式而改变。信息系统对数据进行处理(运算、排序、编码、分类、增强等)就是为了得到数据中所包含的信息。

数据处理,是指对数据进行收集、筛选、排序、归并、转换、检索、计算以及分析、模拟和预测的操作,其目的就是把数据转换成便于观察、分析、传输或进一步处理的形式;把数据加工成对正确管理和决策有用的数据;把数据编辑后存储起来,以供不断使用。数据处理是为了解释,而数据解释需要人的智慧、学识和经验。

地理数据一般具有3个基本特征:1)属性特征(非定位数据),表示实际现象或特征;2)空间特征(定位数据):表示现象的空间位置或现在所处的地理位置。空间特征又称为几何特征或定位特征,一般以坐标数据表示;3)时间特征(时间尺度):指现象或物体随时间的变化,其变化的周期有超短期的、短期的、中期的、长期的等等。

在地理信息系统中,按照其特征,数据可分为3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)。

地理现象的空间数据可以细分为:类型数据、面域数据、网络数据、样本数据、曲面数据、文本数据、符号数据。

1　数据的概念和特征

数据是用以载荷信息的载体。它可以是记录下来的某种可

以识别的物理符号,也可以是文本、图像、声音等。虽然数据是信息的载体,但并不是信息。只有经过分析、提炼,才能得到数据中所包含的信息。在计算机化的信息系统中,数据的格式往

2　GIS数据的来源

随着GIS系统的广泛应用,地理空间数据的内容也在不断增加,由于应用目的不同,使用的数据在内容和结构上也有很大的区别。由于行业的需求不同,地理空间数据的侧重点和要求

3收稿日期:2006-03-06

・12・地矿测绘　　　第22卷

也有很大的区别,GIS的数据来源主要有如下几种:

1)航空航天遥感

遥感技术是从远距离感知目标反射或自身辐射的电磁波、可见光、红外线结合目标进行探测和识别的技术。遥感数据是地理信息系统的重要数据来源。

2)地图数字化

地图数字化就是通过GIS工具,把纸质地图经过一系列处理转换成可以在屏幕上显示的电子化地图。地图数字化主要有数字化仪手持跟踪数字化和扫描矢量化两种方法。

3)全野外数据采集

全野外数据采集就是应用现代测量技术采集GIS数据,全野外数据采集的GIS数据具有现势性好,精度高的特点。

全野外数据采集的方法主要有GPS数据采集、全站仪数据采集、光电测距仪配合计算机进行数据采集及经纬仪配合其它设备进行数据采集等多种数据采集方法。

4)合成孔径雷达

合成孔径雷达就是利用雷达与目标的相对运动把尺寸较小的真实天线孔径用数据处理的方法合成一较大的等效天线孔径的雷达。合成孔径雷达的特点是分辨率高,能全天候工作,能有效地识别伪装和穿透掩盖物。既可详细、较准确地观测地形、地貌等地球表面的信息又可收集地表下面的信息,它是空间对地观测的一种有效手段。

5)近景摄影测量

近景摄影测量和全野外数据采集一样是获取一定区域内地理信息的主要方法,它能解决遥感信息在局部区域的精确表示,也能解决地图数字化的时效问题。6)其它数据

这类数据有文本资料、多媒体数据、试验数据、理论推算与估算数据、历史数据、统计普查数据等。

够观察、表达、分析和交流传输信息的详细程度。

GIS系统中的比例尺与传统的地图比例尺有一定的差别,传统的地图比例尺是单一的,有针对性的,就每一幅图而言其比例尺是确定的;在GIS系统中,比例尺的概念有一定的变化,与传统的地图相比GIS系统使多比例尺的表达有了可能,空间数据库可以包含多种不同比例尺的地图。它反映的是空间抽象的程度,即空间数据库的数据精度和质量,同时也具有传统意义上的比例尺的含义。316　不确定性

不确定性就是理论值不能被确认。数据不确定性可以看作是一种广义误差,但它比误差更具有包容性与抽象性,既包含随机误差,也包含系统误差;既包含可度量的误差,又包含不可度量的误差。地理空间数据不确定性可细分为:位置不确定性、属性不确定性、时域不确定性、逻辑一致性、数据完整性、不确定性的传播、不确定性的可视化表示等。317　数据的基本特性

数据是信息系统的基础,数据是信息的载体,信息是数据的内涵。利用计算机来处理数据,提取信息是信息系统的基本功能。GIS处理的主要是和空间位置、空间关系有关的数据。一般来说,数据具有选择性、可靠性、时间性、完备性、详细性和综合性等特征。空间数据除了具有上述一般数据的特征之外,还具有一些区别于其他数据的特性:数据量大、结构复杂、关系多样化;空间性;多尺度与多态性;多时空性;查询过程复杂;难以定义多维空间对象的空间次序;抽象性。

4　GIS数据质量

411　空间数据质量问题的来源

空间数据质量问题的来源主要有:空间现象自身存在的不稳定性;空间现象的表达;空间数据处理中的误差;空间数据使用中的误差。412　地理信息系统数据的误差

从前面的分析可知,由于数据来源的不同,所产生的误差是不相同的,GIS中的数据误差是指GIS中的数据表示与其现实世界本身的差别。数据误差的类型可以是随机的,也可以是系统的。主要有如下几个方面的误差:观测误差、属性误差、处理误差、原图误差、输入误差、数据转换误差、图形化简、曲线插值、输出误差、应用误差、逻辑误差、几何误差。413　地图数据的质量问题

地图数据是现有地图经过数字化或扫描处理后生成的数据。在地图数据质量问题中,不仅含有地图固有的误差,还包括图纸变形、图形数字化等误差。414　空间数据质量控制

数据质量控制是个复杂的过程,要控制数据质量应从数据质量产生和扩散的所有过程和环节入手,分别用一定的方法减少误差。空间数据质量控制常见的方法有:传统的手工方法、元数据方法、地理相关法。

3　GIS数据分析

311　准确度

准确度可用于说明测量结果,也可以用于说明测量仪器的标称精度。当用于测量结果时,表示测量结果与被测量真值之间的一致程度;当用于测量仪器时,定义为测量仪器给出接近于真值的能力。

准确度就是一个数据与它的真值的逼近程度,准确度越高越能反映现实世界,它是一个相对的概念,而不是绝对的。只是在相对的前提下尽可能准确地表述地理空间,尽可能逼近真实,防止错误的发生。312　精度

精度是指误差分布的密集或离散的程度。精度越高,离散程度越小,观测数据越逼近真值。在研究地理空间的数据精度时应研究地理空间数据的定位精度和属性精度。313　误差

误差是指观测数据与其真值之间的差异。误差有随机误差或系统误差。系统误差在其数值大小和符号上呈现出一定的规律,而随机误差的数值大小或符号呈现着随机性,但它们之间也有其统计规律。此外,在一组数据的误差中,还可能出现少量的异常值,称之为粗差。误差是地理空间数据的固有属性。

误差包括位置误差,即点、线、面的位置误差;属性误差、时间误差和逻辑误差。314　分辨率

分辨率是两个可测量数值之间最小的可识别的差异。即也就是可描述最细微差异的程度及最弱小物体的大小。它是区别两个记录的最小距离。315　比例尺

比例尺是图上距离和实际距离的比。它所表征的是人们能

5　GIS系统数据采集中错误数据的纠查

从前文的分析可知,GIS系统数据的来源是多方面的,误差的构成也是多方面的,有的误差是偶然的,而有的则是系统的。本节对地理信息系统数据采集中容易发生的错误及排除错误的方法进行初步的探讨。

GIS数据采集过程中容易发生的错误主要有:属性错误、逻辑关系冲突、高程出错、面状地物未封闭等,下面对高程错误进行探讨。

高程错误也是一类容易发生的错误。高程出错主要有:表面值与实际不统一,同一高程面高程值不一致,高程错误等等。

第2期王立迁,孙继祥,方源敏:GIS数据探究

图5。

・13・

511　表面值与实际值不统一

表面值就是注记在图面上的高程值,实际值是地理信息系统查询功能所获得的高程值。产生表面值与实际值不统一的原因,是用不正确的修改方法对该高程值进行修改。图1为高程表面值与实际值不统一的检查程序框图。

图1　高程表面值与实际值不符检验程序框图Fig11　Checkprogramflowchartofinconformitybetween

heightsurfacevalueandheightactualvalue图3　房角高程错误检查框图Fig13　Checkflowdiagramofhouseangleheighterror

图2　高程表面值与实际值不符实例Fig12　Exampleofinconformitybetweenheightsurface

valueandheightactualvalue从图2中可知,圆圈所示图面高程为3270184m,而用信息查询功能差得的结果为32701268m。512　同一高程面高程值不一致

同一高程面从理论上来说应具有相同的高程值,实际上通常不会得到同一高程值,产生这种差异的原因主要有:误差和人为影响。误差对数据没有破坏性的影响,可以不考虑。人为因素影响造成的高程错误则必须要消除,下面以房角为例,对人为因素影响造成的高程错误进行排查,排查的具体流程见图3。图4为1个高程检查的实例。

从图4可以看出圆圈处房角点的高程比其它房角点的高程高出很多,这显然是不合理的,必须加以修正,修正后的结果见

图4　高程检查实例图

Fig14　Examplemapofheightcheck

513　高程出错

在地理信息系统数据采集过程中,由于种种原因,总会出现个别高程产生错误,这种错误有时是致命的,它会使地形、地貌严重失真,给地形图的正确使用带来困难,使工程计算出现错误的结果等等。

6　结束语

地理信息系统的建立是一个复杂的过程,在建立地理信息系统的过程中只有对系统建立的每一个环节都加以认真、仔细地研究和分析才能建立起一个良好的系统。要建立一个能使用而且具有优良性能的地理信息系统必须以优良的前端数据做保证,只有在前端数据正确、优化的前提下才可能建立起优良的地理信息系统,因此,必须高度重视地理信息系统前端数据的采

(下转第23页)集、分析和整理。

第2期黄义忠,谭荣建,玉文龙:MapGIS在资源评价中的应用・23・

图6　属性输出信息框

Fig16　Attributesoutputinformationbox

及成果可视化程度高,成果输出形式多样。但由于受软件限制,应用MapGIS进行资源评价仍存在一定问题有待解决:①Map2GIS具有强大的图形编辑能力,但属性数据迭加计算、分析管理偏弱,需要借助其它数据库管理系统进行相关计算,存在对属性数据的输出、输入及连接等,程序繁琐冗余,如能在MapGIS平台基础上加强数据库功能设计,或针对资源评价进行相应的二次开发,则其应用会更广泛;②在资源评价中,评价系统标准的确定处于重要的位置,如果能纳入计算机管理,实现对影响因素自动或人机互助地筛选、等级划分,则可以实现资源评价的完整体系,这也是GIS在资源评价中的努力实现方向;③应用Map2GIS对资源进行评价,涉及输入编辑、属性库管理、空间分析、输出及外部数据库管理系统等众多模块,数据调用频繁,如果数据量大,则费时费力,造成效率低下,因而极有必要对所涉及的功能模块或程序进行组合,基于MapGIS平台开发“资源评价系统”,以满足日益增加的用户的需要。

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图7　属性数据库模块界面

Fig17　Moduleinterfaceofattributesdatabase

(上接第13页)

作者简介:黄义忠(1972～),男,广西桂林人,副教授,博士研究生,主要研究方向:土地资源管理与遥感技术应用。

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图5　高程修正后的实例图

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