地理信息系統(tǒng)概論重點(diǎn)講義(二)

重點(diǎn)一地理空間及空間對(duì)象的表示.概念：地理空間上至大氣層電離層，下至地幔莫霍面，是生命過程活躍的場(chǎng)所，也是宇宙過程對(duì)地球影響最大的區(qū)域。地理空間定位框架即大地測(cè)量控制，由平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)組成。.我國(guó)的大地測(cè)量控制一西安80地理橢球的選擇一采用1975國(guó)際大地測(cè)量協(xié)會(huì)推薦的國(guó)際橢球赤道半徑a=6378140m，極半徑b=6356755.2881575287m,地球扁率f=（a-b）/a=1/298.257原點(diǎn)一西安原點(diǎn)，位于陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)大地坐標(biāo)一高斯一克呂格平面直角坐標(biāo)高程控制一1985國(guó)家高程基準(zhǔn)，高于此前使用的黃?；?9mm.空間對(duì)象或空間實(shí)體⑴地理空間特征實(shí)體：指具有形狀、屬性和時(shí)序特征的空間對(duì)象或地理實(shí)體。地理空間的實(shí)體包括點(diǎn)、線、面、曲面和體，它們構(gòu)成地球圈層間復(fù)雜的地理綜合體。特征實(shí)體的數(shù)據(jù)表達(dá)一便于計(jì)算機(jī)識(shí)別和處理空間點(diǎn)是地理空間特征實(shí)體的基本元素（2）矢量表示法：采用一個(gè)沒有大小、有精確位置的點(diǎn)來表示基本點(diǎn)元素（3）柵格表示法：采用一個(gè)由固定大小、無精確位置的點(diǎn)來表達(dá)基本點(diǎn)元素1）點(diǎn)狀實(shí)體：點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)、點(diǎn)狀實(shí)體。2）點(diǎn)：有特定位置，維數(shù)為0的物體。1）實(shí)體點(diǎn)：用來代表一個(gè)實(shí)體。2）注記點(diǎn)：用于定位注記。3）內(nèi)點(diǎn)：用于負(fù)載多邊形的屬性，存在于多邊形內(nèi)。4）角點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)Vertex：表示線段和弧段上的連接點(diǎn)。2）線狀實(shí)體具有相同屬性的點(diǎn)的軌跡，線或折線，由一系列的有序坐標(biāo)表示，并有如下特性：1）實(shí)體長(zhǎng)度：從起點(diǎn)到終點(diǎn)的總長(zhǎng)2）彎曲度：用于表示像道路拐彎時(shí)彎曲的程度。3）方向性：如：水流方向，上游一下游，公路，單、雙向之分。線狀實(shí)體包括:線段，邊界、鏈、弧段、網(wǎng)絡(luò)等。3）、面狀實(shí)體（多邊形）是對(duì)湖泊、島嶼、地塊等一類現(xiàn)象的描述。面狀實(shí)體的如下特征：1）面積范圍2）周長(zhǎng)3）獨(dú)立性或與其它地物相鄰如中國(guó)及其周邊國(guó)家4）內(nèi)島嶼或鋸齒狀外形：如島嶼的海岸線封閉所圍成的區(qū)域。5）重疊性與非重疊性：如學(xué)校的分區(qū)，菜市場(chǎng)的服務(wù)范圍等都有可能出現(xiàn)交叉重疊現(xiàn)象，而一個(gè)城市的各個(gè)城區(qū)一般說來不會(huì)出現(xiàn)重疊。4）體、立體狀實(shí)體、立體狀實(shí)體用于描述三維空間中的現(xiàn)象與物體，它具有長(zhǎng)度、寬度及高度等屬性，立體狀實(shí)體一般具有以下一些空間特征：體積，如工程開控和填充的土方量。面積，每個(gè)二維平面的面積。周長(zhǎng)。內(nèi)島。含有弧立塊或相鄰塊。斷面圖與剖面圖。5）、實(shí)體類型組合線一面.區(qū)域包含線：計(jì)算區(qū)域內(nèi)線的密度，某省的水系分布情況。.線通過區(qū)域：公路上否通過某縣。.線環(huán)繞區(qū)域：區(qū)域邊界，搜索左右區(qū)域名稱，中國(guó)與哪些國(guó)家接壤。.線與區(qū)域分離：距離。面一面1包含：島，某省的湖泊分布。.相合：重疊，學(xué)校服務(wù)范圍與菜場(chǎng)服務(wù)范圍重疊區(qū)。.相交：劃分子區(qū)。.相鄰：計(jì)算相鄰邊界性質(zhì)和長(zhǎng)度，公共連接邊界。分離：計(jì)算距離。注：涉及到的是拓?fù)潢P(guān)系重點(diǎn)二GIS空間數(shù)據(jù)源的種類與數(shù)據(jù)采集方法⑴地圖數(shù)據(jù)：各種類型的地圖是GIS最主要的數(shù)據(jù)源，因?yàn)榈貓D是地理數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)描述形式。我國(guó)大多數(shù)的GIS系統(tǒng)其圖形數(shù)據(jù)大部分都來自地圖。⑵影像數(shù)據(jù)：遙感影象是GIS中一個(gè)極其重要的信息源。通過遙感影象可以快速、準(zhǔn)確地獲得大面積的、綜合的各種專題信息，航天遙感影象還可以取得周期性的資料，這些都為GIS提供了豐富的信息。⑶統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)：國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各種統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)常常也是GIS的數(shù)據(jù)源。如人口數(shù)量、人口構(gòu)成、國(guó)民生產(chǎn)總值等等。⑷實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)：各種實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)特別是一些GPS點(diǎn)位數(shù)據(jù)、地籍測(cè)量數(shù)據(jù)常常是GIS的一個(gè)很準(zhǔn)確和很現(xiàn)勢(shì)的資料。⑸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)：目前，隨著各種專題圖件的制作和各種GIS系統(tǒng)的建立，直接獲取數(shù)字圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的可能性越來越大。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)也成為GIS信息源不可缺少的一部分。⑹各種文字報(bào)告和立法文件：對(duì)于一個(gè)多用途的或綜合型的系統(tǒng)，一般都要建立一個(gè)大而靈活的數(shù)據(jù)庫，以支持其非常廣泛的應(yīng)用范圍。重點(diǎn)三矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu).概念矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：是利用歐幾里得幾何學(xué)中的點(diǎn)、線、面及其組合體來表示地理實(shí)體空間分布的一種數(shù)據(jù)組織方式。這種數(shù)據(jù)組織方式能最好地逼近地理實(shí)體的空間分布特征，數(shù)據(jù)精度高，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的冗余度低，便于進(jìn)行地理實(shí)體的網(wǎng)絡(luò)分析，但對(duì)于多層空間數(shù)據(jù)的疊合分析比較困難。柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：基于柵格模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)稱為柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，指將空間分割成有規(guī)則的網(wǎng)格，在各個(gè)網(wǎng)格上給出相應(yīng)的屬性值來表示地理實(shí)體的一種數(shù)據(jù)組織形式。.記錄方式矢量結(jié)構(gòu)是通過記錄坐標(biāo)的方式，用點(diǎn)、線、面等基本要素盡可能精確的來表示各種地理實(shí)體具有定位明顯、屬性隱含的特點(diǎn).柵格結(jié)構(gòu)是將地面劃分為均勻的網(wǎng)格，每個(gè)網(wǎng)格作為一個(gè)像元，像元的位置有所在行、列號(hào)確定，像元所含有的代碼表示其屬性類型或僅是與其屬性記錄相聯(lián)系的指針。.矢量數(shù)據(jù)的優(yōu)缺點(diǎn)矢量結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：顯示圖形的質(zhì)量高，可視性好；存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量較?。粦?yīng)用網(wǎng)絡(luò)

分析可建立完整的拓?fù)潢P(guān)系；顯示數(shù)據(jù)精度高n可對(duì)圖形及其屬性進(jìn)行檢索、更新和概括。矢量結(jié)構(gòu)的不足之處在于：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜；多圖疊加操作較困難；由于拓?fù)潢P(guān)系的不同，使得模擬操作較困難；數(shù)據(jù)輸出的費(fèi)用較高；難于進(jìn)行某些空間分析運(yùn)算。.柵格數(shù)據(jù)的優(yōu)缺點(diǎn)柵格結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；易于與遙感影象和數(shù)字測(cè)量影象等數(shù)據(jù)結(jié)合;易于進(jìn)行各種空間操作和空間分析；易于進(jìn)行模擬操作；有發(fā)展?jié)摿Α鸥窠Y(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)為：圖形數(shù)據(jù)量大；減少數(shù)據(jù)量要以犧牲精度為前提；圖形顯示的可視性不如矢量結(jié)構(gòu)；網(wǎng)絡(luò)分析較難；投影變換較為耗時(shí)。重點(diǎn)四空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的表示方法（一）柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（3種）：.柵格矩陣結(jié)構(gòu)是一種用矩陣來存儲(chǔ)柵格數(shù)據(jù)單元的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。將柵格數(shù)據(jù)看作一個(gè)數(shù)據(jù)矩陣，逐行（或逐列）記錄代碼，可以每行都從左到右記錄，也可以奇數(shù)行從左到右，偶數(shù)行從右到左。這種記錄柵格數(shù)據(jù)的文件常稱為柵格文件，且常在文件頭中存有該柵格數(shù)據(jù)的長(zhǎng)和寬，即行數(shù)和列數(shù)。這樣，具體的像元值就可連續(xù)存儲(chǔ)了。其特點(diǎn)是處理方便，但沒有壓縮。00000但沒有壓縮。00000002000100002033000002033300222203020222220020022222220000222203300200003333200000333320000000001099M1W4NSOO(??X一?C.矢量&示府式.游程編碼：是逐行將相鄰?fù)档木W(wǎng)格合并，并記錄合并后網(wǎng)格的值及合并網(wǎng)格的長(zhǎng)度，其目的是壓縮柵格數(shù)據(jù)量，消除數(shù)據(jù)間的冗余。把具有相同屬性值的鄰近柵格單元合并在一起，合并一次稱為一個(gè)游程。游程用一對(duì)數(shù)字表達(dá)，其中，第一個(gè)值表示游程長(zhǎng)度,第二個(gè)值表示游程屬性值。每一個(gè)新行都以一個(gè)新的游程開始 (2.A).(3.B).(JA)(2C)(1A).(3^).PA).(4C)(6,A),(4,C).四叉樹結(jié)構(gòu)：是將空間區(qū)域按照四個(gè)象限進(jìn)行遞歸分割(2nX2n,且n2l),直到子象限的數(shù)值單調(diào)為止。凡數(shù)值(特征碼或類型值)呈單調(diào)的單元，不論單元大小，均作為最后的存儲(chǔ)單元。這樣，對(duì)同一種空間要素，其區(qū)域網(wǎng)格的大小，隨該要素分布特征而不同。注：樹形和莫頓碼(二)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：1.實(shí)體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以基本的空間實(shí)體(點(diǎn)、線、多邊形)為單位進(jìn)行組織只記錄空間對(duì)象的位置坐標(biāo)和屬性信息，不記錄拓?fù)潢P(guān)系的矢量數(shù)據(jù)模型。(又稱面條結(jié)構(gòu))。點(diǎn)：位置：(x,y),屬性：符號(hào)線：位置：(xl,yl),(x2,y2),…，(xn,yn)屬性：符號(hào)一形狀、顏色、尺寸面：位置：(xl,yl)>(x2,y2),…，(xi,yi),…，(xn,yn)屬性：符號(hào)變化等值線實(shí)體結(jié)構(gòu).拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：為在點(diǎn)、線和多邊形之間建立關(guān)聯(lián)，以及徹底解決鄰域和島狀信息處理問題而必須建立的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)應(yīng)包括以下內(nèi)容：唯一標(biāo)識(shí)，多邊形標(biāo)識(shí)，外包多邊形指針，鄰接多邊形指針，邊界鏈接，范圍（最大和最小x、y坐標(biāo)值）。注：對(duì)應(yīng)的也就是拓?fù)潢P(guān)系.曲面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：1）、不規(guī)則格網(wǎng)的曲面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（TIN）它根據(jù)區(qū)域有限個(gè)點(diǎn)集將區(qū)域劃分為相連的三角面網(wǎng)絡(luò)，區(qū)域中任意點(diǎn)落在三角面的頂點(diǎn)、邊上或三角形內(nèi)。如果點(diǎn)不在頂點(diǎn)上，該點(diǎn)的高程值通常通過線性插值的方法得到（在邊上用邊的兩個(gè)頂點(diǎn)的高程，在三角形內(nèi)則用三個(gè)頂點(diǎn)的高程）。Voronoi多邊形即泰森多邊形它采用了一種極端的邊界內(nèi)插方法，只用最近的單個(gè)點(diǎn)進(jìn)行區(qū)域插值。泰森多邊形按數(shù)據(jù)點(diǎn)位置將區(qū)域分割成子區(qū)域，每個(gè)子區(qū)域包含一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，各子區(qū)域到其內(nèi)數(shù)據(jù)點(diǎn)的距離小于任何到其它數(shù)據(jù)點(diǎn)的距離，并用其內(nèi)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行賦值。Delaunay三角網(wǎng)即由狄洛尼三角形組成的三角網(wǎng)，它是在地形擬合方面表現(xiàn)最出色的三角網(wǎng)，因此常被用于TIN的生成。狄洛尼三角形有三個(gè)最鄰近的點(diǎn)連接而成，這三個(gè)相鄰點(diǎn)對(duì)應(yīng)的Voronoi多邊形有一個(gè)公共的頂點(diǎn)，此頂點(diǎn)同時(shí)也是狄洛尼三角形外接圓的圓心。2）、規(guī)則格網(wǎng)的曲面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)規(guī)則格網(wǎng)數(shù)據(jù)類似于矩陣式的柵格數(shù)據(jù)總結(jié)二、本部分主要題型及對(duì)應(yīng)考點(diǎn)（一）名詞解釋.地理正間（中科08 南師大）.空間對(duì)象或空間實(shí)體（武大，中科，北師大）.柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（中科07,08北大06武大）.矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（中科 北大06武大10華東師大）.游程編碼（行程編碼）（北師大07,華東師大）.四叉樹（中科，北大12,北大07武大名詞庫北師大07簡(jiǎn)答，杭師2012華東師大）7.屏幕跟蹤矢量化（華東師大）.掃描矢量化（北大華東師大）.空間拓?fù)潢P(guān)系（中科）（二）簡(jiǎn)答或論述題.地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)來源與數(shù)據(jù)采集