第二部分地理空間數(shù)據(jù)組織與管理一

1、第二部分 地理空間數(shù)據(jù)組織與管理（一）第五章 地理空間信息基礎(chǔ) GIS表達(dá)的是地理空間信息，為了描述地理空間信息，需要建立地球空間模型，確定地理空間參照系統(tǒng)，進(jìn)行地圖投影變換，對(duì)地理空間信息的空間位置、空間關(guān)系以及空間屬性等數(shù)據(jù)進(jìn)行定義和表達(dá)。這些內(nèi)容共同構(gòu)成了地理空間信息基礎(chǔ)。平面坐標(biāo)系地理坐標(biāo)系第一節(jié) 地理空間信息的描述方法 “空間”的概念是GIS的重要概念。在地理學(xué)上，地理空間（Geographic Space）是指物質(zhì)、能量、信息的存在形式在形態(tài)、結(jié)構(gòu)過(guò)程、功能關(guān)系上的分布方式、格局及其在時(shí)間上的延續(xù)。地理空間上至大氣電離層，下至地幔莫霍面。地球表層地基準(zhǔn)是陸地表面和大樣表面，是人類活

2、動(dòng)最頻繁的區(qū)域，人地關(guān)系最復(fù)雜、最緊密。是地球圈層相互作用區(qū)域，物理、化學(xué)、生物過(guò)程就發(fā)生在地理空間之中。也是宇宙過(guò)程對(duì)地球影響最大的區(qū)域。第一節(jié) 地理空間信息的描述方法在GIS中，地理空間被定義為絕對(duì)空間和相對(duì)空間兩種形式。絕對(duì)空間是具有屬性描述的實(shí)體的空間位置的集合，它由一系列不同位置上的實(shí)體的空間坐標(biāo)值組成；相對(duì)空間是具有空間屬性特征的實(shí)體的集合，它由不同實(shí)體之間的空間關(guān)系構(gòu)成。為了表達(dá)地理空間信息，就需要建立地理空間信息的描述模型和方法。第一節(jié) 地理空間信息的描述方法一、地球空間模型描述 地球表面的幾何模型。是定義合適的地理參照系統(tǒng)的依據(jù)。根據(jù)大地測(cè)量學(xué)的研究，球表面幾何模型分為四類：

3、地球的自然表面模型、地球的相對(duì)抽象表面模型、地球的旋轉(zhuǎn)橢球體模型和地球的數(shù)學(xué)模型。第一節(jié) 地理空間信息的描述方法1、地球的自然表面模型 地球的自然表面模型是地球的自然體，起伏而不規(guī)則，呈梨形形狀 。第一節(jié) 地理空間信息的描述方法2、地球的相對(duì)抽象表面模型 地球的相對(duì)抽象表面模型，即由大地水準(zhǔn)面描述的模型。是假設(shè)當(dāng)一個(gè)海水面處于完全靜止的平衡狀態(tài)時(shí)，從海平面延伸到所有大陸下部，且與地球重力方向處處正交的一個(gè)連續(xù)、閉合的水準(zhǔn)面構(gòu)成的地表模型。以大地水準(zhǔn)面為基準(zhǔn)，就可以利用水準(zhǔn)測(cè)量對(duì)地球自然表面任意一點(diǎn)進(jìn)行高程測(cè)量。由于地球重力的影響，大地水準(zhǔn)面也是一個(gè)不規(guī)則曲面，但起伏遠(yuǎn)小于自然表面。第一節(jié) 地理

4、空間信息的描述方法3、地球的旋轉(zhuǎn)橢球體模型 地球的旋轉(zhuǎn)橢球體模型，是為了測(cè)量成果計(jì)算的需要，選用一個(gè)同大地體相近的、可以用數(shù)學(xué)方法來(lái)表達(dá)的旋轉(zhuǎn)橢球來(lái)代替地球，且這個(gè)旋轉(zhuǎn)橢球是由一個(gè)橢圓繞其短軸旋轉(zhuǎn)而成的。它是以大地水準(zhǔn)面為基礎(chǔ)的。凡是與局部地區(qū)(一個(gè)或幾個(gè)國(guó)家)的大地水準(zhǔn)面符合得最好的旋轉(zhuǎn)橢球，稱為參考橢球。 1:1,000,000基于橢圓的旋轉(zhuǎn)體長(zhǎng)半軸a、短半軸b,扁率f =(a-b)/a如WGS84定義的參考橢球： a=6378137.0meter 1/f=298.257223563不同的參考橢球，參數(shù)不一樣。我國(guó)測(cè)圖歷史上層使用的參考橢球： 1、1952年前，海福特橢球； 2、1954年

5、1980年，克拉索夫斯基橢球 a=6378245m,b=6356863m,f=1:298.3 3、1980年后，1975年國(guó)際大地測(cè)量學(xué)與地球物理學(xué)聯(lián)合會(huì)推薦的橢球； a=6378140m,b=6356755m,f=1:298.257922第一節(jié) 地理空間信息的描述方法地球自然表面、大地水準(zhǔn)面、參考橢球面的關(guān)系 第一節(jié) 地理空間信息的描述方法4、地球的數(shù)學(xué)模型 地球的數(shù)學(xué)模型，是在解決其它一些大地測(cè)量學(xué)問(wèn)題時(shí)提出來(lái)的，如類地形面、準(zhǔn)大地水準(zhǔn)面、靜態(tài)水平衡橢球體等。第一節(jié) 地理空間信息的描述方法二、地理空間參照系的建立 地理空間參照系是表示地理實(shí)體的空間參照系統(tǒng)，在GIS中，一個(gè)基本原則是：所有

6、的空間數(shù)據(jù)都必須納入統(tǒng)一的地理空間參照系。主要有地理坐標(biāo)系和投影坐標(biāo)系。 除少數(shù)局部GIS應(yīng)用，例如一個(gè)研究區(qū)域僅有幾百平米或幾平方千米且不予其它區(qū)域研究研究結(jié)果進(jìn)行比較時(shí)，可以忽略大地參考系統(tǒng)與坐標(biāo)系統(tǒng)對(duì)GIS的影響。但大多數(shù)情況是，建立全局的參考框架對(duì)GIS非常重要。過(guò)去的地圖通常使用國(guó)家地圖機(jī)構(gòu)定義與維護(hù)的國(guó)家大地測(cè)量框架，這在地圖生產(chǎn)方面，尤為突出。GPS的出現(xiàn)，為全球統(tǒng)一參考框架的實(shí)現(xiàn)提供了可能性。因?yàn)镚PS提供了全球統(tǒng)一參考框架下低成本、實(shí)時(shí)測(cè)量定位的方法手段。第一節(jié) 地理空間信息的描述方法1、地理坐標(biāo)系 地理坐標(biāo)系是為確定地面點(diǎn)的位置，而定義的以經(jīng)緯度為坐標(biāo)量測(cè)值的空間參照系。

7、第一節(jié) 地理空間信息的描述方法第一節(jié) 地理空間信息的描述方法 以大地水準(zhǔn)面和鉛垂線為依據(jù)，用天文測(cè)量的方法，可獲得地面點(diǎn)的天文經(jīng)緯度。測(cè)量有天文經(jīng)緯度坐標(biāo)(,)的地面點(diǎn)，稱為天文點(diǎn)。以旋轉(zhuǎn)橢球和法線為基準(zhǔn)，用大地測(cè)量的方法，根據(jù)大地原點(diǎn)和大地基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，由大地控制網(wǎng)逐點(diǎn)推算各控制點(diǎn)的坐標(biāo)(L，B)，稱為大地經(jīng)緯度。 第一節(jié) 地理空間信息的描述方法 地理坐標(biāo)可以用于地球表面地理實(shí)體的定位。但由于量測(cè)單位的不一致，導(dǎo)致相同的角度代表不同的距離，因此它不具有標(biāo)準(zhǔn)的長(zhǎng)度度量標(biāo)準(zhǔn)。 直接利用地理坐標(biāo)進(jìn)行距離、面積和方向等參數(shù)運(yùn)算是復(fù)雜的，也不能方便顯示數(shù)據(jù)到平面上。把地面點(diǎn)表示在平面上的方法是采用笛卡兒坐

8、標(biāo)系（平面直角坐標(biāo)）。 要用平面坐標(biāo)系表示地面上的任何一點(diǎn)的位置，首先要把曲面展開為平面，但地球表面是不可展開的曲面，因此必須應(yīng)用投影的方法，建立地球表面與平面上點(diǎn)的函數(shù)關(guān)系。 因此產(chǎn)生了不同的地圖投影變換方法。大地坐標(biāo)系（另一種位置定義） 對(duì)地理位置的描述方法有兩種： 1、直接定位法，是基于坐標(biāo)系統(tǒng)的一種地理位置描述方法，在坐標(biāo)系統(tǒng)為參考的基礎(chǔ)上，能確定空間（1維、2維、3維，甚至多維）中任何點(diǎn)的唯一坐標(biāo)。 2、間接定位法，基于屬性值（如行政單元、郵政地址、公路編號(hào)）進(jìn)行地理位置描述的一種方法。根據(jù)所需的精度，可以將空間點(diǎn)無(wú)歧義映射到特定的地理位置。所有直接定位都通過(guò)包括大地基準(zhǔn)的大地參考系

9、進(jìn)行。大地參考系包括定義地表點(diǎn)位的所有必須的元素。大地坐標(biāo)系的標(biāo)識(shí)通常用全稱或英文簡(jiǎn)寫。如WGS84,或World Geodetic System 1984。大地坐標(biāo)系的原點(diǎn)、方向和旋轉(zhuǎn)都有大地基準(zhǔn)來(lái)確定。大多數(shù)地理參考系只有一個(gè)基準(zhǔn)。然而，由于過(guò)去水平位置和垂直分量測(cè)量通常是分開獨(dú)立進(jìn)行的。這樣，一個(gè)坐標(biāo)參考系統(tǒng)有兩個(gè)基準(zhǔn)，即大地平面基準(zhǔn)和垂直基準(zhǔn)(平面坐標(biāo)系，高程坐標(biāo)系)。三維大地基準(zhǔn)定義了相對(duì)于地球質(zhì)心的原點(diǎn)位置，相對(duì)于傳統(tǒng)地球旋轉(zhuǎn)軸的Z軸方向，相對(duì)于傳統(tǒng)起始子午線的X軸方向，于Y軸一起構(gòu)成右手坐標(biāo)系。XYZOP大地參考系中的笛卡兒坐標(biāo)當(dāng)大地參考系和參考橢球體的參數(shù)選定之后，假定原點(diǎn)重合

10、，橢球的長(zhǎng)短軸與大地坐標(biāo)軸重合，則空間任意一點(diǎn)的經(jīng)緯度、高度可以確定。(X,Y,Z)=f(,h)第一節(jié) 地理空間信息的描述方法2、投影坐標(biāo)系統(tǒng) 投影坐標(biāo)系統(tǒng)（平面坐標(biāo)系），將橢球面上的點(diǎn)，通過(guò)投影的方法投影到平面上時(shí)，通常使用平面坐標(biāo)系統(tǒng)。平面坐標(biāo)系統(tǒng)分為平面極坐標(biāo)系統(tǒng)和平面直角坐標(biāo)系統(tǒng)。 第一節(jié) 地理空間信息的描述方法投影坐標(biāo)系統(tǒng) X坐標(biāo)東移；Y坐標(biāo)北移。X=f(,)Y=g(,)第一節(jié) 地理空間信息的描述方法 投影坐標(biāo)系統(tǒng)定義了地理實(shí)體的平面位置，其到大地水準(zhǔn)面的高度是由高程系來(lái)定義的。高程是由高程基準(zhǔn)面起算的地面點(diǎn)的高度。而高程基準(zhǔn)面是根據(jù)多年觀測(cè)的平均海水面來(lái)確定的。也就是說(shuō)，高程(也稱

11、海拔高程、絕對(duì)高程)是指地面點(diǎn)至平均海水平的垂直高度。地面點(diǎn)之間的高程差，稱為相對(duì)高程，簡(jiǎn)稱高差。 一個(gè)國(guó)家一般只能采用一個(gè)平均海水面作為統(tǒng)一的高程基準(zhǔn)。我國(guó)國(guó)家高程基準(zhǔn)曾采用過(guò)1956年黃海高程系，1985年國(guó)家高程基準(zhǔn)。不幸的是，在水利方面，還有吳淞高程系、珠海高程系。今天一些部門正在統(tǒng)一它們。不同的高程系為GIS數(shù)據(jù)的集成應(yīng)用帶來(lái)不便。第一節(jié) 地理空間信息的描述方法 為了制作地圖和使用地圖的方便，經(jīng)常會(huì)將地理經(jīng)緯線網(wǎng)和方里網(wǎng)繪制在地圖上。經(jīng)緯線網(wǎng)，指由經(jīng)線和緯線所構(gòu)成的坐標(biāo)網(wǎng)，又稱地理坐標(biāo)網(wǎng)。方里網(wǎng)，是由平行于投影坐標(biāo)軸的兩組平行線所構(gòu)成的方格網(wǎng)。因?yàn)槭敲扛粽锢L出坐標(biāo)縱線和坐標(biāo)橫線，

12、所以稱之為方里網(wǎng)，同時(shí)由于方里線又是平行于直角坐標(biāo)軸的坐標(biāo)網(wǎng)線，故又稱直角坐標(biāo)網(wǎng)。第一節(jié) 地理空間信息的描述方法三、地圖投影的概念 地圖投影在GIS中是必須的。在計(jì)算機(jī)顯示和地圖輸出時(shí)，需要將地球球面上的實(shí)體表示在平面上。 第一節(jié) 地理空間信息的描述方法1、地圖投影的概念 轉(zhuǎn)換三維地球表面到二維地圖平面的數(shù)學(xué)處理方法稱之為地圖投影。它是一種透視投影 。地圖投影 第一節(jié) 地理空間信息的描述方法 由于要將不可展的地球橢球面展開為平面，且不能有斷裂，那么圖形必將在某些地方被拉伸，某些地方被壓縮，因而投影變形是不可避免的。投影變形通常包括三種，即長(zhǎng)度變形、角度變形和面積變形。 投影與變形切線地圖投影是

13、為特定的制圖目的服務(wù)的。根據(jù)控制投影變形的目的，有以下投影類型：等角投影（正形投影，正射投影），它保持局部形狀相似，但不能保證面積相等。但面積較大時(shí)，也不能保證形狀不變。等面積投影，保持面積不變，但角度、形狀、和比例會(huì)發(fā)生變形。等距離投影，是一種既不等面積也不等角的投影。長(zhǎng)度、角度、面積、比例均有變形。但面積變形小于等角，形狀變形小于等積。第一節(jié) 地理空間信息的描述方法2、地圖投影的方法 地圖投影的方法主要由圓錐投影、圓柱投影、平面（方位）投影等，它們均包括正軸、斜軸、橫軸等投影方式，在此基礎(chǔ)上又分為相切、相割方式兩種情況 在建立投影函數(shù)時(shí)，即（X,Y）=f(,) 又有不同的計(jì)算函數(shù)，如我國(guó)使

14、用的高斯投影、蘭波特投影等。第一節(jié) 地理空間信息的描述方法圓錐投影 第一節(jié) 地理空間信息的描述方法 圓柱投影 第一節(jié) 地理空間信息的描述方法平面（方位）投影 投影分帶 3度帶、6度帶第一節(jié) 地理空間信息的描述方法 在GIS應(yīng)用中，地圖投影方法的選擇主要是針對(duì)中小比例尺的地圖投影而言的，基本比例尺地圖投影類型和方法一般應(yīng)按國(guó)家相關(guān)部門規(guī)定進(jìn)行。在進(jìn)行地圖投影方法選擇時(shí)，考慮的因素包括范圍、形狀、地理位置、用途、出版方式等。以減少圖上變形為目的，最好使等變形線與制圖區(qū)域的輪廓形狀基本一致。其中范圍、形狀、地理位置最重要。 第一節(jié) 地理空間信息的描述方法在GIS中，地理數(shù)據(jù)的顯示往往可以根據(jù)用戶的需

15、要，指定各種投影。但當(dāng)所顯示的地圖與國(guó)家基本地圖系列的比例尺一致時(shí)，往往采用與國(guó)家基本系列地圖所用的投影。我國(guó)常用的地圖投影的情況為：(1)、我國(guó)基本比例尺地形圖（1：100萬(wàn)、1：50萬(wàn)、1：25萬(wàn)、1：10萬(wàn)、1：5萬(wàn)、1：2.5、1：1萬(wàn)、1：5000）除1：100萬(wàn)外均采用高斯克呂格投影為地理基礎(chǔ)；(2)、我國(guó)1：100萬(wàn)地形圖采用了Lambert投影，其分幅原則與國(guó)際地理學(xué)會(huì)規(guī)定的全球統(tǒng)一使用的國(guó)際百萬(wàn)分之一地圖投影保持一致。(3)、我國(guó)大部分省區(qū)圖以及大多數(shù)這一比例尺的地圖也多采用Lambert投影和屬于同一投影系統(tǒng)的Albers投影（正軸等面積割圓錐投影）；(4)、Lambert

16、投影中，地球表面上兩點(diǎn)間的最短距離（即大圓航線）表現(xiàn)為近于直線，這有利于地理信息系統(tǒng)中和空間分析量度的正確實(shí)施。越來(lái)越多的GIS數(shù)據(jù)使用者開始從互連網(wǎng)下載數(shù)字地圖或從數(shù)據(jù)生產(chǎn)部門購(gòu)買數(shù)據(jù)，他們遇到的首要問(wèn)題就是，這些數(shù)據(jù)有的是地理經(jīng)緯度坐標(biāo)，有的是不同投影坐標(biāo)系的坐標(biāo)，它們分別適用于各自的GIS工程項(xiàng)目，如果放在一起進(jìn)行數(shù)據(jù)分析利用，就必須進(jìn)行投影或重新投影轉(zhuǎn)換。 在GIS中，一個(gè)基本原則是所有的空間數(shù)據(jù)都必須納入統(tǒng)一的地理空間參照系，否則，不同圖層的地圖要素?zé)o法在空間上相互配準(zhǔn)。第一節(jié) 地理空間信息的描述方法四、地理坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換(重新投影) 通常是指兩個(gè)地理坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換。分為地理坐標(biāo)之間

17、的直接轉(zhuǎn)換或經(jīng)由大地坐標(biāo)之間的間接轉(zhuǎn)換。如從NAD1927到WGS1984的轉(zhuǎn)換。 不同的投影方法不同的投影參數(shù)第一節(jié) 地理空間信息的描述方法 大地坐標(biāo)系統(tǒng)是一個(gè)地心坐標(biāo)系統(tǒng)（經(jīng)由大地坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換的關(guān)系可由下圖描述。大地坐標(biāo)系統(tǒng) 地理坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系 第一節(jié) 地理空間信息的描述方法三參數(shù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換： 七參數(shù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換：Molodensky 方法是一種直接基于兩個(gè)地理坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換。不必回到大地坐標(biāo)系。需要三個(gè)大地坐標(biāo)的平移量（DX,DY,DZ）簡(jiǎn)化算法地圖投影在GIS中的應(yīng)用例子：ArcGIS9.2第一節(jié) 地理空間信息的描述方法五、地圖對(duì)地理空間的描述 地圖是地理空間實(shí)體的圖形模型。它是按照一定的比例

18、、一定的投影原則，有選擇地將復(fù)雜的三維地理實(shí)體的某些內(nèi)容投影繪制在二維平面媒體上，并用符號(hào)將這些內(nèi)容要素表現(xiàn)出來(lái)。地圖上各種要素之間的關(guān)系，是按照地圖投影建立的數(shù)學(xué)規(guī)則，使地表各點(diǎn)和地圖平面上的相應(yīng)各點(diǎn)保持一定的函數(shù)關(guān)系，從而在地圖上準(zhǔn)確表達(dá)空間各要素的關(guān)系和分布規(guī)律，反映它們之間的方向、距離和面積。第一節(jié) 地理空間信息的描述方法 在地圖學(xué)上，把地理空間實(shí)體分為點(diǎn)、線、面三種地理要素，分別用點(diǎn)狀、線狀、面狀符號(hào)來(lái)表示。 符號(hào)化表示的地形圖 924第一節(jié) 地理空間信息的描述方法六、影像對(duì)地理空間的描述 影像是記錄了地理實(shí)體分布的寫照模型。寫真的程度受攝影比例尺的影響，或空間分辨率的影響。 第一節(jié)

19、 地理空間信息的描述方法第一節(jié) 地理空間信息的描述方法七、地理信息的數(shù)字化描述 在GIS中，地理信息是以數(shù)字化的形式存在的。表達(dá)地理信息的地理數(shù)據(jù)的幾何空間數(shù)據(jù)主要有四種數(shù)據(jù)類型，即矢量數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)和數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)。 DEMTIN, GRID矢量數(shù)據(jù)柵格數(shù)據(jù)數(shù)字高程第一節(jié) 地理空間信息的描述方法1、矢量數(shù)據(jù) 矢量數(shù)據(jù)是用坐標(biāo)對(duì)、坐標(biāo)串和封閉的坐標(biāo)串表示實(shí)體點(diǎn)、線、面的位置及其空間關(guān)系的一種數(shù)據(jù)格式。 點(diǎn)線面屬性第一節(jié) 地理空間信息的描述方法 矢量本身是數(shù)學(xué)上的概念，運(yùn)用到GIS中，則不同的空間特征具有不同的矢量維數(shù)。第一節(jié) 地理空間信息的描述方法 （1）零維矢量表示空間中的一個(gè)點(diǎn)

20、，點(diǎn)在二維歐氏空間中用唯一的實(shí)數(shù)對(duì)（x, y）來(lái)表示，在三維空間中用唯一的實(shí)數(shù)組（x, y, z）來(lái)表示。在數(shù)學(xué)上，點(diǎn)沒(méi)有大小和方向。在GIS中，點(diǎn)的類型包括實(shí)體點(diǎn)、標(biāo)記點(diǎn)、面標(biāo)識(shí)點(diǎn)、結(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)等 第一節(jié) 地理空間信息的描述方法 （2）一維矢量表示空間中的一個(gè)線狀要素，或者空間實(shí)體對(duì)象之間的邊界，包括線段、弦列、拓?fù)溥B線、弧段、鏈、環(huán)等。 線段是兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間的連線 。線段 第一節(jié) 地理空間信息的描述方法 弦列是點(diǎn)的序列，表示一串互相聯(lián)結(jié)無(wú)分支的線段。但連接點(diǎn)為結(jié)點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)?；《问切纬梢磺€點(diǎn)的軌跡，該曲線可由數(shù)學(xué)函數(shù)定義 。弦列 第一節(jié) 地理空間信息的描述方法 在不支持曲線的GIS中，弧段是由弦

21、列近似表達(dá)的。拓?fù)溥B線是兩個(gè)結(jié)點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)的連線，其方向可由結(jié)點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)的順序確定 拓?fù)滏溇€ 弧段 第一節(jié) 地理空間信息的描述方法 鏈?zhǔn)且粋€(gè)非相交線段和（或）弧的無(wú)分支而有方向的序列，包括全鏈、面鏈和網(wǎng)鏈。全鏈?zhǔn)强梢燥@式定位其左右多邊形和起結(jié)點(diǎn)、終結(jié)點(diǎn)的鏈，它是一個(gè)二維拓?fù)涿娴慕M成部分（a）。面鏈?zhǔn)且粭l可顯式左右多邊形但不能確定起結(jié)點(diǎn)、終結(jié)點(diǎn)的鏈，它也是一個(gè)二維拓?fù)涿娴慕M成部分（b）。網(wǎng)鏈?zhǔn)且粋€(gè)可顯式定位起結(jié)點(diǎn)、終結(jié)點(diǎn)，但不能定位其左右多邊形的鏈，它是網(wǎng)絡(luò)的組成部分。第一節(jié) 地理空間信息的描述方法鏈 第一節(jié) 地理空間信息的描述方法 環(huán)是一個(gè)不相交的鏈或弦列、或弧的閉合序列，一個(gè)環(huán)表示一個(gè)閉合的邊界，

22、但不包括封閉的區(qū)域。包括G-環(huán)和GT-環(huán)。前者由無(wú)方向鏈組成（a），后者由全鏈或面鏈組成（b）。環(huán)第一節(jié) 地理空間信息的描述方法 一維矢量可以閉合，即弧段首尾相接，存在x1=xn ,y1=yn ,或z1=zn。但弧段不能自身相交。如果相交，則應(yīng)以交點(diǎn)為界，將該一維矢量分成幾個(gè)一維矢量。 一維矢量及自身可能的關(guān)系第一節(jié) 地理空間信息的描述方法 二維矢量表示地理空間的一個(gè)面狀要素，在二維歐氏平面上是指由一組閉合弧段包圍的空間區(qū)域。由于面狀要素是由閉合分弧段決定的，故二維矢量又稱為多邊形。面狀要素包括內(nèi)面、G-多邊形、GT-多邊形、廣義多邊形、虛多邊形等。 虛多邊形定義了二維拓?fù)涿娴囊徊糠?，它以其?/p>

23、的GT-多邊形為界，其它方面與廣義多邊形相同 第一節(jié) 地理空間信息的描述方法內(nèi)面為邊界包圍的區(qū)域 G-多邊形是由一個(gè)外G-環(huán)和零個(gè)或多個(gè)不相交的、不嵌套的內(nèi)G-多邊形組成的面，無(wú)論內(nèi)環(huán)還是外環(huán)，不能與同一G-多邊形的任何其它環(huán)相交或同邊 GT-多邊形是一個(gè)并僅僅是一個(gè)二維拓?fù)涿娴亩S面元，由GT-環(huán)定義 廣義多邊形為GT-多邊形覆蓋區(qū)域以外的面，二者組成一個(gè)完整的二維拓?fù)涿?第一節(jié) 地理空間信息的描述方法 2、柵格數(shù)據(jù) 柵格數(shù)據(jù)表達(dá)中，柵格由一系列的柵格坐標(biāo)或像元所處柵格矩陣的行列號(hào)（I, J）定義其位置，每個(gè)像元獨(dú)立編碼，并載有屬性。柵格單元的大小代表空間分辨率，表示表達(dá)的精度。在影像中，柵

24、格單元的值是柵格內(nèi)的平均灰度。 第一節(jié) 地理空間信息的描述方法柵格數(shù)據(jù) 影像數(shù)據(jù)的坐標(biāo)典型的影像數(shù)據(jù)源 b10.10第一節(jié) 地理空間信息的描述方法矢量與柵格的比較 第一節(jié) 地理空間信息的描述方法 3、數(shù)字高程模型 數(shù)字高程模型是GIS表示2.5維地形數(shù)據(jù)的重要格式。是由平面坐標(biāo)和高程數(shù)據(jù)共同定義的地形表面模型。 離散網(wǎng)格表示 第一節(jié) 地理空間信息的描述方法不規(guī)則三角網(wǎng)表示 929第一節(jié) 地理空間信息的描述方法 4、三種數(shù)據(jù)的比較 第二節(jié) 矢量數(shù)據(jù)的屬性描述 矢量數(shù)據(jù)除幾何特征外，還具有屬性特征?？臻g屬性特征分為兩種，一種是類別特征，即它是什么；第二種是具體的說(shuō)明信息，或者統(tǒng)計(jì)信息，以解決兩個(gè)同

25、類目標(biāo)的不同特征問(wèn)題，如道路的寬度、等級(jí)、路面質(zhì)量等。第一類特征一般用類型編碼來(lái)表達(dá)，第二類特征用屬性表格來(lái)說(shuō)明。屬性數(shù)據(jù)表格的一行稱為一個(gè)記錄，描述一個(gè)地理實(shí)體特征的屬性，用空間數(shù)據(jù)對(duì)象的聯(lián)接則通過(guò)特征的標(biāo)識(shí)碼找到對(duì)應(yīng)關(guān)系。 第二節(jié) 矢量數(shù)據(jù)的屬性描述道路系統(tǒng) 屬性表 第三節(jié) 矢量數(shù)據(jù)的類型和空間關(guān)系一、矢量數(shù)據(jù)的表示類型 從前面的內(nèi)容知道，表示地理現(xiàn)象的空間矢量數(shù)據(jù)可以表示為點(diǎn)、線、面三類。但按其表示的內(nèi)容，又可進(jìn)一步分為七種不同的類型。它們表示的內(nèi)容如下： 類型數(shù)據(jù)，如考古地點(diǎn)，道路線、土壤類型等； 面域數(shù)據(jù)，如多邊形的中心點(diǎn)，行政區(qū)界線、行政單元等； 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，地下管線的設(shè)施、管線網(wǎng)、

26、供水區(qū)域等； 樣本數(shù)據(jù)，氣象站、航線、實(shí)驗(yàn)區(qū)等； 曲面數(shù)據(jù)，高程點(diǎn)、等高線、等值區(qū)域等； 文本數(shù)據(jù)，地名、河流名稱和區(qū)域名稱等； 符號(hào)數(shù)據(jù)，點(diǎn)狀符號(hào)、線狀符號(hào)和面狀符號(hào)等。 第三節(jié) 矢量數(shù)據(jù)的類型和空間關(guān)系二、矢量數(shù)據(jù)的空間關(guān)系 空間關(guān)系是指地理實(shí)體之間存在的與空間特性有關(guān)的關(guān)系，如度量關(guān)系、順序關(guān)系和拓?fù)潢P(guān)系等。是刻畫數(shù)據(jù)組織、查詢、分析和推理的基礎(chǔ)?？臻g關(guān)系的描述和表達(dá)，是GIS區(qū)別于CAD等計(jì)算機(jī)圖形處理系統(tǒng)的主要標(biāo)志?？臻g關(guān)系的研究，直接影響GIS的設(shè)計(jì)、開發(fā)與應(yīng)用。 第三節(jié) 矢量數(shù)據(jù)的類型和空間關(guān)系1、拓?fù)淇臻g關(guān)系 拓?fù)淇臻g關(guān)系是GIS中重點(diǎn)描述的空間關(guān)系。“拓?fù)洹保═opology

27、）一詞來(lái)源于希臘文，它的原意是“形狀的研究”。拓?fù)鋵W(xué)是幾何學(xué)的一個(gè)分支，它研究在拓?fù)渥儞Q下能夠保持不變的幾何屬性，即拓?fù)鋵傩?。理解拓?fù)渥儞Q和拓?fù)渥儞Q屬性時(shí)，可以設(shè)想一塊高質(zhì)量的橡皮，它的表面時(shí)歐氏平面，這塊橡皮可以任意拉伸、壓縮，但不能扭轉(zhuǎn)和折疊，表面上有點(diǎn)、線、面等組成的幾何圖形。在變換中，圖形的有些屬性會(huì)消失，有的屬性則保持不變。前者稱為非拓?fù)鋵傩?，后者稱為拓?fù)鋵傩?。象拉伸、壓縮這樣的變換，稱為拓?fù)渥儞Q。 第三節(jié) 矢量數(shù)據(jù)的類型和空間關(guān)系當(dāng)對(duì)地理空間實(shí)體進(jìn)行建模時(shí)，有時(shí)需要考慮實(shí)體間存在的關(guān)系或規(guī)則。如相鄰的兩個(gè)?。▋蓚€(gè)多邊形對(duì)象），之間不能有間隙，存在公共邊界，但不能有重疊。兩條街道總是

28、在交叉口處相交，但從來(lái)不會(huì)出現(xiàn)共享某一段的問(wèn)題，公共汽車的站總是位于道路上等關(guān)系或規(guī)則。這些關(guān)系或規(guī)則的定義和維護(hù)是由拓?fù)潢P(guān)系來(lái)建立的。從歷史的觀點(diǎn)來(lái)看拓?fù)潢P(guān)系的使用，過(guò)去拓?fù)潢P(guān)系主要用于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的創(chuàng)建，以保證具有相關(guān)聯(lián)的地理對(duì)象能夠形成一致的、清晰拓?fù)涞臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。但隨著面向?qū)ο蟮母拍詈蛿?shù)據(jù)模型建模技術(shù)的發(fā)展，這個(gè)概念的使用開始產(chǎn)生了一些變化。拓?fù)潢P(guān)系作為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的一部分開始弱化。主要是約束空間對(duì)象的行為，以及定義一些描述表達(dá)規(guī)則。為什么要使用拓?fù)潢P(guān)系呢？有兩個(gè)目的：一是一是保證數(shù)據(jù)質(zhì)量，保證空間對(duì)象表達(dá)的合理性和正確性、一致性。二是提高空間分析的效率。建立拓?fù)潢P(guān)系的例子第三節(jié) 矢量數(shù)據(jù)的類型

29、和空間關(guān)系 在GIS中，連接性（Connectivity）、多邊形區(qū)域定義（Area Definition）、鄰接性（Contiguity）是三個(gè)重要的拓?fù)涓拍?。第三?jié) 矢量數(shù)據(jù)的類型和空間關(guān)系弧段的連接性第三節(jié) 矢量數(shù)據(jù)的類型和空間關(guān)系多邊形與弧段的拓?fù)潢P(guān)系第三節(jié) 矢量數(shù)據(jù)的類型和空間關(guān)系多邊形的鄰接性第三節(jié) 矢量數(shù)據(jù)的類型和空間關(guān)系 空間拓?fù)潢P(guān)系用來(lái)描述空間實(shí)體之間的相鄰、包含、相交、相離和重合等空間關(guān)系。 主要包括面-面、面-點(diǎn)、面-線、線-線、線-點(diǎn)、點(diǎn)、點(diǎn)等多種形式上的空間關(guān)系 第三節(jié) 矢量數(shù)據(jù)的類型和空間關(guān)系拓?fù)潢P(guān)系的形式化表達(dá) 第三節(jié) 矢量數(shù)據(jù)的類型和空間關(guān)系2、空間順序關(guān)系 空

30、間順序關(guān)系描述空間實(shí)體之間在空間上的排序，如實(shí)體之間的前后、左右和東、南西、北等方位關(guān)系。同拓?fù)潢P(guān)系的形式化描述類似，也具有面-面、面-點(diǎn)、面-線、線-線、線-點(diǎn)、點(diǎn)、點(diǎn)等多種形式上的空間關(guān)系。第三節(jié) 矢量數(shù)據(jù)的類型和空間關(guān)系3、度量空間關(guān)系 度量空間關(guān)系用于描述空間實(shí)體之間的距離關(guān)系。這種距離關(guān)系可以定量描述為特定空間中的某種距離。第四節(jié) 元數(shù)據(jù) 在地理信息的共享與交換種中，用戶對(duì)大量存在的、不同類型的數(shù)據(jù)的需求，要求數(shù)據(jù)的提供者能提供關(guān)于空間數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)庫(kù)等的內(nèi)容、格式、質(zhì)量指標(biāo)、說(shuō)明信息等引導(dǎo)使用的信息。這要通過(guò)元數(shù)據(jù)（Metadata）以及元數(shù)據(jù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。1010第四節(jié) 元數(shù)據(jù) 一、

31、元數(shù)據(jù)的概念 “Metadata”一詞的原意是關(guān)于數(shù)據(jù)變化的描述?，F(xiàn)在的含義一般認(rèn)為元數(shù)據(jù)就是“關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)”。元數(shù)據(jù)并不是一個(gè)新的概念。實(shí)際上，傳統(tǒng)的圖書館卡片、出版圖書的介紹、磁盤的標(biāo)簽、拍攝照片的說(shuō)明、產(chǎn)品的說(shuō)明等都市元數(shù)據(jù)。地圖的元數(shù)據(jù)表現(xiàn)為地圖類型、圖例、圖名、比例尺、參照系、圖廓坐標(biāo)、精度、出版單位、日期等。第四節(jié) 元數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)的作用：(1)幫助數(shù)據(jù)生產(chǎn)者有效管理和維護(hù)空間數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)文檔；(2)提供數(shù)據(jù)生產(chǎn)者對(duì)數(shù)據(jù)產(chǎn)品的說(shuō)明信息，便于用戶查詢利用空間數(shù)據(jù)；(3)提供通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)查詢數(shù)據(jù)的方法和途徑，便于數(shù)據(jù)交換和傳輸；(4)幫助用戶了解數(shù)據(jù)的質(zhì)量信息，對(duì)數(shù)據(jù)的使用作出正確判

32、斷；(5)提供空間數(shù)據(jù)互操作的基礎(chǔ)。第四節(jié) 元數(shù)據(jù) 二、元數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)名稱建立標(biāo)準(zhǔn)的組織CSDGM地球空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)FGDC，美國(guó)聯(lián)邦數(shù)據(jù)委員會(huì)GDDD數(shù)據(jù)庫(kù)描述方法MEGRIN，歐洲地圖事務(wù)組織CGSB空間數(shù)據(jù)庫(kù)描述CSC，加拿大標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)CEN地學(xué)信息-數(shù)據(jù)描述-元數(shù)據(jù)CEN/TC287DIF目錄交換格式NASAISO地理信息ISO/TC211第四節(jié) 元數(shù)據(jù) 三、空間元數(shù)據(jù)的獲取與管理 空間元數(shù)據(jù)的獲取是個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，相對(duì)于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的形成時(shí)間，它的獲取可分為三個(gè)階段，數(shù)據(jù)收集前、數(shù)據(jù)收集中和數(shù)據(jù)收集后。第一階段是根據(jù)建設(shè)數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容設(shè)計(jì)元數(shù)據(jù)。第二階段是元數(shù)據(jù)隨數(shù)據(jù)的形成同

33、步產(chǎn)生。第三階段是根據(jù)需要和設(shè)計(jì)，對(duì)元數(shù)據(jù)進(jìn)行描述和管理。元數(shù)據(jù)的獲取方法主要有五種，即鍵盤輸入、關(guān)聯(lián)表、測(cè)量法、計(jì)算法和推理等。 第四節(jié) 元數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)管理系統(tǒng) 元數(shù)據(jù)的例子第六章 地理空間數(shù)據(jù)模型 地理空間數(shù)據(jù)模型是人們對(duì)客觀現(xiàn)實(shí)世界抽象表達(dá)的重要方式，處于對(duì)地理實(shí)體或現(xiàn)象抽象表達(dá)層次模式的中間層。它是由現(xiàn)實(shí)世界到計(jì)算機(jī)世界的必經(jīng)之路，是定義空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、建立空間數(shù)據(jù)庫(kù)的重要依據(jù)。第一節(jié) 地理空間數(shù)據(jù)模型的概念 數(shù)據(jù)模型（Data Model）是描述數(shù)據(jù)庫(kù)的概念集合，包括精確描述數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)關(guān)系、數(shù)據(jù)語(yǔ)義及完整性約束條件等概念。 地理空間數(shù)據(jù)模型是在概念級(jí)研究關(guān)于現(xiàn)實(shí)世界中的空間實(shí)體及其相互聯(lián)系的一組概念集。地理數(shù)據(jù)模型是人們?cè)趯?duì)地理空間的充分認(rèn)識(shí)與完整的地理空間認(rèn)知模型（或概念模型）的基礎(chǔ)上，并用計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別和處理的形式化語(yǔ)言來(lái)定義和描述現(xiàn)實(shí)世界地理實(shí)體、地理現(xiàn)象及其相互關(guān)系的邏輯模型。地理空間數(shù)據(jù)模型為描述空間數(shù)據(jù)組織和設(shè)計(jì)空間數(shù)據(jù)庫(kù)提供基本依據(jù)和方法。第一節(jié) 地理空間數(shù)據(jù)模型的概念 地理空間數(shù)據(jù)模型和地理空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的概念很模糊。實(shí)際上，地理空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是地理空間數(shù)據(jù)模型的物理描述，也稱為地