武汉大学地理信息系统考研复习笔记(8)

本站小编 武汉大学教学队伍/2017-04-09


2）几何误差：
新边界可能会偏离已制图的边界位置（或真实位置）。为了保证人们习惯上认为重要的边界线的精度，如境界、河流、主要道路等，处理时应对这些边界上的点加权使他们能尽可能地不被移动。
3）属性误差：
 实际上每个进行叠置的多边形本身的属性就是有误差的，因为属性值是分类的结果(如把植被分为不同的类别)，而分类就会产生误差。多幅图的叠置会使误差急剧增加，以至使叠置出的结果不可信。
§4.6  空间数据标准--数据共享
一、概述
1、目前影响数据共享的因素
体制上：行业数据保密政策。
技术上：不同系统对空间数据采用的数据结构和数据格式不同。
网络化程度：资源共享是网络主要功能之一，用户可共享网络分散在不同地点的各种软硬件。
2、空间数据标准：
   是指空间数据的名称、代码、分类编码、数据类型、精度、单位、格式等的标准形式。每个地理信息系统都必须具有相应的空间数据标准。
3、空间数据标准的状况：
   如果只针对某一地理信息系统设计空间数据标准，并不困难；如果所建立的空间数据标准能为大家所承认，为大多数系统所接受和使用，就比较复杂和困难。
目前，我国已有一些与GIS有关的国家标准，内容涉及数据编码、数据格式、地理格网、数据采集技术规范、数据记录格式等。
二、空间数据分类标准
1、原则：
1）遵循已有的国家标准，以利于全国范围内的数据共享。
2）遵循国务院有关部委以及军队正在使用的数据标准。
3）遵循各领域中普遍使用和认同的数据标准。
4）当各种数据标准相互矛盾时，应遵循由上而下的原则进行处理。
5）制定新的数据标准时，应尽可能参考同类标准。

2、目前我国已有的与GIS有关的关于空间数据分类的国家标准：
GB2260-95   《中华人民共和国行政区划代码》
GB13923-92  《国土基础信息数据分类与代码》
GB11708-89  《公路桥梁命名和编码规则》
GB14804-93  《1：500、1：1000、1：2000地形要素分类与代码》
等等。
三、空间数据交换标准
1、外部数据交换标准
特点：自动化程度不高，速度较慢等，但它可解决不同GIS之间的数据转换问题。它仍然是实现数据共享的主流方式。
2、空间数据互操作协议
特点：比外部数据交换标准方便，但由于各种软件存储和处理空间数据的方式不同，空间数据的互操作函数又不可能很庞大，因此往往不能解决所有问题。
3、空间数据共享平台
服务器存放空间数据采用客户机/服务器体系结构，各种GIS通过一个公共的平台在服务器存取所有数据，以避免数据的不一致性。
特点：思路较好，但现有的GIS软件各有自己的底层，要统一平台目前难以实现。
4、统一数据库接口
在对空间数据模型有共同理解的基础上，各系统开发专门的双向转换程序，将本系统的内部数据结构转换成统一数据库的接口。
特点：这种方式的前提，首先要求对现实世界进行统一的面向对象的数据理解，这不易实现的。
目前：外部数据交换标准仍是实现数据共享的主流方式。
四、我国空间数据交换格式
我国已发布了GIS的外部数据交换格式，包括矢量数据交换格式、栅格数据交换格式和数字高程模型交换格式标准。
五、GIS空间元数据（ Geospatial Metadata
1、空间元数据的定义和作用
1）定义：
  地理的数据和信息资源的描述性信息。它通过对地理空间数据的内容、质量、条件和其他特征进行描述与说明，以便人们有效地定位、评价、比较、获取和使用与地理相关的数据。
 
2）作用：
（a）用来组织和管理空间信息，并挖掘空间信息资源。
（b）帮助数据使用者查询所需空间信息。
（c）组织和维护一个机构对数据的投资。
（d）用来建立空间信息的数据目录和数据交换中心。
（e）提供数据转换方面的信息。
2、空间元数据的分类
1）高层元数据（数据集系列Metadata），描述整个数据集的元数据，包括数据集区域采样原则，数据库的有效期，数据的时间跨度、分辨率以及方法等。是用户用于概括性查询数据集的主要内容。
2）中层元数据（数据集Metadata），既可以作为数据集系列Metadata的组成部分，也可以作为后面数据集属性以及要素等内容的父Metadata数据集系列。全面反映数据集的内容 。
3）底层元数据（要素、属性的类型和实例Metadata），包括最近更新日期，位置纲量，存在问题标识（如数据的丢失原因），数据处理过程等。是元数据体系中详细描述现实世界的重要部分。
3、空间元数据的内容
对空间元数据所要描述的一般内容进行层次化和范式化，指定出可供参考与遵循的空间元数据标准的内容框架。
第一层是目录层，主要用于对数据集信息进行宏观描述，适合在数字地球的国家级空间信息交换中心或区域以及全球范围内管理和查询空间信息时使用。
第二层是空间元数据标准的主体，由八个基本内容部分和四个引用部分组成。   
4、元数据的获取
数据收集前，得到的是根据要建设的数据库的内容而设计的元数据，包括数据类型、数据覆盖范围、使用仪器说明、数据变量表示、数据收集方法、数据时间、数据潜在利用等。
数据收集中，随数据的形成同步产生的元数据，例如在测量海洋要素数据时，测点的水平和垂直位置、深度、温度等是同时得到的。
数据收集后，根据需要产生的，包括数据处理过程描述、数据的利用情况、数据质量评估、数据集大小、数据存放路径等 。
六、空间数据的互操作
1、互操作含义
    指异构环境下两个或两个以上的实体，尽管它们实现的语言、执行的环境和基于的模型不
同，但它们可以互相通信和协作，以完成某一特定任务，这些实体包括程序、对象、系统运行环境等。
互操作地理信息处理，是指数字系统的这些能力：
1）自由地交换所有关于地球的信息，即所有关于地表上的、空中的、地球表面以下的对象的信息。
2）通过网络协作运行能够操作这些信息的软件。
概括为自由交换地理空间信息及协作运行空间信息处理的软件。
2、GIS互操作类型
1）软件的互操作，强调软件功能块间的相互调用；
2）数据的互操作，强调数据集之间相互透明的访问；
3）语义湖操作，强调信息的共享，在一定语义约束下（对地理现象共同的理解下）的互操作。
3、GIS 互操作问题
目前，所建立的GIS均被认为是信息孤岛，不同系统之间存在互操作问题，因为：
1）没有统一的标准，各自采用不同的数据格式、数据存储和数据处理方法；
2）系统的开发均建立在具体、相互独立和封闭的平台，且不同应用部门对地理现象有不同的理解，导致对地理信息有不同的定义，使得不同应用系统之间在共同协作时无法进行信息交流和数据共享。
4、急需实现异构GIS间的互操作
1）解决基础数据的共享问题的需要；
2）GIS应用趋向多学科综合和集成化；
3）GIS走向社会化的需要；
4）也是Internet GIS发展的需要。
5、GIS互操作现状
目前，主要有两种方法初步实现互操作：
1）OPEN GIS规范，通过规定统一的系统设计和开发软件工具的框架，OGC（Open GIS Consortium）OPEN GIS 协会为实现GIS间的互操作制定了OPEN GIS规范。
2）构件（组件）技术，构件（组件）技术也是实现互操作的可行方法。程序设计中的组件技术，可以在许多不同平台下使用，受之启发，可将GIS某功能包装成独立的组件，使之可以在不同的系统环境下调用。这样可实现系统功能的相互调用。
七、Open GIS规范
1、  含义：
  OGIS，也叫开放式地理数据交换规程，它是由开放地理信息系统协会（Open GIS Consortium）制定的一系列开放标准和接口。Open GIS规范是OGC规范的最高层次，是利用软件统一地表示地理数据和地理处理的规范系统。
2、目的：
    在传统GIS软件与高带宽的异构地学处理环境中架起一座桥梁，具体通过信息基础设施，把地理空间数据和地理处理资源集成到主流的计算机技术中，促使可互操作的商业地理信息处理软件的广泛应用。
3、特点：
1）是一种统一的规范，使用户和开发者能进行互操作；
2）能克服烦琐的批处理及导入、导出障碍，在分布操作系统异构数据库环境下获取数据及数据处理功能资源；
3）由于Open GIS独立于具体平台，它只能是抽象层的概念描述，而不是具体的实现。
4、 多数据格式是多源空间数据集成的瓶颈，是OpenGIS出现的基础
1) 多语义性 由于地理系统的研究对象的多种类特点决定了地理信息的多语义性。一个GIS研究的决不会是一个孤立的地理语义，但不同系统解决问题的侧重点也有所不同，因而会存在语义分异问题。
2) 多时空性和多尺度
一个GIS系统中的数据源既有同一时间不同空间的数据系列；也有同一空间不同时间序列的数据。还会根据系统需要而采用不同尺度对地理空间进行表达，不同的观察尺度具有不同的比例尺和不同的精度。
3) 获取手段多源性
  获取地理空间的数据的方法有多种多样，包括来自现有系统、图表、遥感手段、GPS手段、统计调查、实地勘测等。
4) 存储格式多源性
   图形数据又可以分为栅格格式和矢量格式两类。传统的GIS一般将属性数据放在关系数据库中，而将图形数据存放在专门的图形文件中。不同的GIS软件采取不同的文件存储格式。
5、OpenGIS规范的作用
通过OpenGIS规范把商业部门、集成部门、用户、研究人员、数据提供商等连接到一起，通过必要的软件工具和通信技术，为各种用户提供对地理信息的共享和互操作。
6、  互操作地理信息的工作方式（OGIS框架）
如何实现OpenGIS规范，OpenGIS规范并没有提出具体的标准实施模式，其框架主要由三部分组成
1）开放的地理数据模型（Open Geodata Model,OGM） 
   包含认可的类型和结构集合（将地理现实抽象为实体（特征）和现象（层）），通过这一集合，可表示任何地理模型。
2）OGIS服务模型（Open Service Model，OSM）
   定义地学数据服务的对象模型，由一组相互可操作的软件构件集组成，为对特征的访问提供对象管理、获取、操作、交换等服务设施。
3）信息群模型（Information Communities Model）
  信息群指共享数据的用户群，可以是数据提供者、使用者。不同用户对数据理解不同，引起语义上交流障碍。信息群模型，主要任务是解决具有统一的OGM（开放地理数据模型）及语义描述机制的一个信息部门内部以及不同OGM及语义描述的信息部门之间的数据共享问题。采用的主要方法是语义转换，使具有不同特征类定义以及语义模式的信息用户群之间实现语义的互操作。
§4-6 空间数据标准目录
第五章 空间数据的处理
§5-1 坐标变换
一、图幅数据的坐标变换
1、比例尺变换：乘系数
2、变形误差改正：通过控制点利用高次变换、二次变换和仿射变换加以改正
3、坐标旋转和平移 即数字化坐标变换，利用仿射变换改正。
4、投影变换：
三种方法。
二、几何纠正
1、高次变换

其中A、B代表二次以上高次项之和。上式是高次曲线方程，符合上式的变换称为高次变换。式中有12个未知数，所以在进行高次变换时，需要有6对以上控制点的坐标和理论值，才能求出待定系数。

2、二次变换
  当不考虑高次变换方程中的A和B时，则变成二次曲线方程，称为二次变换。二次变换适用于原图有非线性变形的情况，至少需要5对控制点的坐标及其理论值，才能解算待定系数。
3、仿射变换
实质是两坐标系间的旋转变换。
设图纸变形引起x,y两个方向比例尺不同，当x,y比例尺相同时，为相似变换。
特性：

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