gis地理信息采集技术 地理信息采集系统

基于ArcGis的基础地理信息数据采集处理方法研究

1 引言

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为专题或应用型GIS（如电力GIS、电信GIS和城市网格化管理系统等）采集数据是目前测绘技术应用的主要领域。与GIS数据采集最密切的测绘技术是数字化测图技术，它们的最大区别是，前者在采集地理实体几何数据的同时，还要调查其属性信息。 另外，为了保证采集数据的可靠性和完整性，为GIS采集的数据必须经过检验和进一步的处理才能进入GIS，一方面地理实体的空间位置、几何形状和一些属性信息等需要参照地理底图才能检验其正确性，例如某些地理实体与周围地理要素的相对位置关系是否正确等；另一方面有些地理实体的几何图形和属性信息需要参照地理底图才能确定，例如一些地理实体的几何图形需要参照周围地理要素才能绘制完整，有些地理实体的位置描述等不便编码的属性信息需要参照地理底图才能较好地确定；有些地理信息则需要直接从地理底图上采集。可见，GIS数据采集是一项远比数字化测图技术复杂的工作，因此，根据专题或应用型GIS的特点和要求，研究其数据采集技术具有重要的意义。

目前，为电力GIS、电信GIS和城市网格化管理系统等GIS采集数据最常用的方法是，用全站仪或GPS采集地理实体的空间数据，同时填写地理实体的属性信息表，这种方法速度慢且容易出错，所以工作效率低下。另外，考虑到AUTO CAD具有较强的图形绘制和编辑功能，目前大部分数字化测图内业处理工作都是在基于AUTO CAD开发的软件下进行的，本文参照数字化测图技术提出了基于AUTO CAD数字化采集GIS数据的方法。其工作流程如表1所示：

表1：基于AUTO CAD数字化采集GIS数据的工作流程

第一步

外业采集数据

外业采集

第二步

数据转入AUTO CAD

内业处理

第三步

检查与处理数据

第四步

数据转出AUTO CAD

该方法需要解决以下3个问题：一是地理实体属性信息的编码，二是实体信息在AUTO CAD图形数据库中的存放方法，三是数据从AUTO CAD转入GIS的方法。

2 属性编码

地理实体的属性信息是用来描述地理实体的属性（如名称、质量、数量和等级等）特征的信息[1]，这些属性信息可以分为数字的（如描述实体各种数量属性的面积、长度等）和文字的（如实体的名称、性质等），其中文字的属性信息又可分为可编码的（如实体的性质和质量）与不可编码的（如宗地的四至等实体的位置描述信息），在文字形式的属性信息中，可编码的属性信息占大多数。

在为GIS采集数据时，为了避免填写实体属性信息调查表，便于进行数字化调查，需要把实体可编码的属性信息进行编码（不可编码的属性信息可在内业处理时参照地理底图和已调查的属性信息确定），这也是GIS管理地理信息的要求。编码的实质就是把文字形式的属性信息转换成数字编码（代码）以便于计算机处理，也是GIS定性查询信息的主要依据和手段[1]。

本文以城市部件调查为例介绍实体属性信息编码的方法。属性编码除了遵循“科学性、唯一性、完整性、可扩充性、适用性和规范性”等一般的原则外，应该尽可能减少代码的位数，以便于记忆和外业使用。例如，城市部件的归属或管理部门可参照表1进行编码。

表2 城市部件归属部门代码表

序号

单位类别

大类

单位编码

专业部门名称

1

行政机关

1

01

城管大队

…

…

2

事业单位

2

01

园林绿化局

…

…

3

企业单位

3

01

自来水公司

…

…

为了节省计算机空间，有时可将两个属性联合起来进行编码，用一位数字表示两个属性。例如，部件的状态和现势性是指现状使用情况，分完好、破损、占用、丢失四种情况填写。现势性则是指部件在使用还是废弃了，可参照下表编制代码。

表3 部件现势性与状态代码表

现势性

状态

编码

颜色

在用

完好

1

红色

在用

破损

2

黄色

在用

丢失

4

青色

在用

占用

6

紫色

作废

破损

3

绿色

作废

丢失

5

蓝色

作废

占用

7

白色

作废

完好

8

灰色

外业调查时在测量部件位置的同时，可用如下代码格式确定其属性信息

GIS的功能

由计算机技术和空间数据相结合而产生的 GIS 这一高新技术，包含了处理地理信息的各种高级功能，但是它的基本功能是数据的采集、管理、处理、分析和输出。

1. 数据采集与编辑

它主要用于获取数据，保证地理信息系统数据库中的数据在内容与空间上的完整性、数值逻辑一致性与正确性等。通过数据采集与编辑，可以将地理信息系统的数据抽象为不同层的实体地物要素，按顺序转化为 ( x，y) 坐标及对应代码，输入到计算机中。目前可用于地理信息系统数据采集的方法与技术很多，自动化扫描输入与遥感数据集成最为人们关注。

2. 数据存储与管理

这是建立地理信息系统数据库的关键步骤，涉及空间数据和属性数据的组织。空间数据结构的选择在一定程度上决定了系统所能执行的数据与分析的功能。在地理信息系统数据进行组织与管理中，最为关键的是如何将空间数据与属性数据融合为一体。此外，对空间数据的管理技术还包括: 空间数据库的定义、数据访问和提取、从空间位置检索空间物体及其属性、从属性条件检索空间物体及其位置、开窗和接边操作、数据更新和维护等。

3. 数据处理与变换

由于地理信息系统涉及的数据类型多种多样，同一种类型的数据的质量也可能有很大的差异。为了保证系统数据的规范和统一，必须对数据进行相应的处理与变换。初步的数据处理主要包括数据格式化、转换、概括。数据的格式化是指不同数据结构的数据间变换，是一种耗时、易错、需要大量计算量的工作，应尽可能避免。数据转换包括数据格式转化、数据比例尺的变化等。在数据格式的转换方式上，矢量到栅格的转换要比其逆运算快速、简单; 数据比例尺的变换，涉及数据比例尺缩放、平移、旋转等方面，其中最为重要的是投影变换。目前地理信息系统所提供的数据概括功能极弱，与地图综合的要求还有很大差距，需要进一步发展。

4. 空间查询与分析

空间查询是地理信息系统以及许多其他自动化地理数据处理系统应具备的最基本的分析功能; 而空间分析是地理信息系统的核心功能，也是地理信息系统与其他计算机系统的根本区别。地理信息系统的空间查询与分析功能主要包括以下几项:

( 1) 空间查询: 是 GIS 最基本的功能，包括已知属性查询图形，已知图形查询属性及多种条件的综合查询。

( 2) 拓扑叠合: 将同一地区两个或多个不同图层的特征相叠合，建立新的空间特征。

( 3) 缓冲区分析: 对数据库中的点、线、面实体建立各种类型要素的缓冲区多边形，来确定不同地理要素的空间邻近度。

( 4) 网络分析: 是 GIS 空间分析的重要组成部分。网络模型是运筹学中的一个基本模型，例如，在城市的街道区建立图书馆、医院等公共设施，希望各居民住家到达这些设施的路途最短; 而在建立消防站、救护车站时，需要路途最短、花费时间最少等。

( 5) 数字地形分析: 通过构造数字高程模型 ( DEM) ，对地形进行分析，包括坡度、坡向、地表粗糙度、剖面分析、通视分析等。

5. 数据显示与输出

GIS 为用户提供了许多用于地理数据表现的工具，其形式既可以是计算机屏幕显示，也可以是诸如报告、表格、地图等硬拷贝图件。图形输出 GIS 产品的主要表现形式，包括各种类型符号图、点值图、晕线图、等值线图、立体图等。

地理信息系统功能的数据采集与编辑

数据采集与编辑是GIS的基本功能，主要用于获取数据，保证地理信息系统数据库中的数据在内容与空间上的完整性、数值逻辑一致性与正确性等。

可用于地理信息系统数据采集的方法与技术很多。大多数GIS的地理数据来源于纸质地图，常用的方法是数字化扫描，如手扶跟踪数字化仪。随着技术的发展，信息共享与自动化数据输入成为地理信息系统研究的重要内容。自动化扫描输入与遥感数据集成最为人们所关注。随着扫描技术的应用与改进，实现扫描数据的自动化编辑与处理仍是地理信息系统数据获取研究的主要技术关键。交互式地图识别是自动化扫描输入方法的一种较为现实的途径。

遥感数据集成是另外一种新型数据采集方式。遥感数据已经成为GIS的重要数据来源，与地图数据不同的是，遥感数据输入到GIS较为容易，但如果通过对遥感图像的解释来采集和编译地理信息则是一件较为困难的事情。因此，GIS中开始大量融入图像处理技术，许多成熟的GIS产品（如MAPGIS）中都具有功能齐全的图像处理子系统。

地理数据采集的另一项主要技术进展是GPS技术在测绘中的应用。GPS可以准确、快速地确定人或物在地球表面的位置，因此，可以利用GPS辅助原始地理信息的采集。