《地理信息系統(tǒng)概論》教案

PAGE1PAGE16地理信息系統(tǒng)概論教案授課人：授課對象：總課時：72系別：國土信息工程系課程性質(zhì)與教學(xué)目標(biāo)本課程是地理信息系統(tǒng)、地理科學(xué)、測繪科學(xué)、資源環(huán)境與城鄉(xiāng)規(guī)劃管理等本科專業(yè)的必修和選修課程。地理信息系統(tǒng)是一種兼數(shù)據(jù)采集、存儲、管理、分析、顯示與應(yīng)用地理信息的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，是分析和處理海量數(shù)據(jù)的通用技術(shù)。它是以地理數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，采用地理模型分析方法，適時提供多種空間動態(tài)的地理信息，用于管理和決策過程的計(jì)算機(jī)技術(shù)系統(tǒng)，是計(jì)算機(jī)科學(xué)迅速發(fā)展的產(chǎn)物。它在近30多年內(nèi)取得了驚人的發(fā)展，并廣泛應(yīng)用于資源調(diào)查、環(huán)境評估、區(qū)域發(fā)展規(guī)劃、公共設(shè)施管理、交通安全等領(lǐng)域，成為一個跨學(xué)科、多方向的研究領(lǐng)域。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解地理信息系統(tǒng)的基本概念、研究內(nèi)容與應(yīng)用；使學(xué)生理解空間數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)及其相互關(guān)系，元數(shù)據(jù)的概念與作用等，使學(xué)生掌握空間數(shù)據(jù)的采集、編輯及空間信息處理方法，空間數(shù)據(jù)的分析功能，并能使用這些功能解決一般與空間相關(guān)的地理問題。第一章緒論主要闡述了地理信息系統(tǒng)的定義、其發(fā)展歷史和現(xiàn)狀及發(fā)展展望；其組成及功能，與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系。重點(diǎn)：GIS概念的理解、GIS的組成、GIS與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系兩個問題什么是“GIS”系統(tǒng)——面向功能工具集（箱）數(shù)據(jù)庫“GIS”能干什么本章內(nèi)容：GIS與國家信息化基本概念地理信息系統(tǒng)及其類型地理信息系統(tǒng)的功能地理信息系統(tǒng)的研究內(nèi)容地理信息系統(tǒng)發(fā)展簡史地理信息系統(tǒng)發(fā)展趨勢1GIS與國家信息化（背景）1.1 2001年，是中國信息化發(fā)展建設(shè)全面推進(jìn)的一年3月：“十五”計(jì)劃通過，信息化成為國家發(fā)展戰(zhàn)略；我國第一個信息化專項(xiàng)規(guī)劃執(zhí)行的第一年；宏觀協(xié)調(diào)和管理體制將進(jìn)一步加強(qiáng)；各個領(lǐng)域和地區(qū)推進(jìn)信息化動作快，措施有力；要冷靜地分析，科學(xué)地推進(jìn)；1.2 中央“十五”建議關(guān)于信息化的論述大力推進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)和社會信息化，是覆蓋現(xiàn)代化建設(shè)全局的戰(zhàn)略舉措。以信息化帶動工業(yè)化，發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)力的跨越式發(fā)展。四層意思，回答四個關(guān)鍵問題定位：是現(xiàn)代化建設(shè)全局問題還是局部問題；關(guān)系：信息化帶動工業(yè)化；途徑：發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢；目的：實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)力的跨越式發(fā)展；1.3信息技術(shù)與生產(chǎn)力信息技術(shù)是人類歷史上迄今為止發(fā)展最快，影響最大的技術(shù)。全面改變著生產(chǎn)、工作、生活、學(xué)習(xí)。信息生產(chǎn)力如同18世紀(jì)蒸汽機(jī)、電機(jī)為代表的工業(yè)生產(chǎn)力一樣，服從下述規(guī)律：技術(shù)革命——產(chǎn)業(yè)革命——社會革命創(chuàng)造了社會信息基礎(chǔ)設(shè)施；重構(gòu)了社會生產(chǎn)力系統(tǒng)；孕育了信息經(jīng)濟(jì),知識經(jīng)濟(jì),網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì),數(shù)字經(jīng)濟(jì)等概念代表的新的經(jīng)濟(jì)形態(tài)；對生產(chǎn)關(guān)系、上層建筑已經(jīng)并必將產(chǎn)生更加深刻影響。1.4生產(chǎn)力的質(zhì)變?nèi)嬗绊憳?gòu)成勞動生產(chǎn)率和競爭力各要素勞動者：知識和創(chuàng)新能力成為主要內(nèi)容；勞動工具：信息工具和工具的信息含量；勞動對象：信息和知識成為新的勞動對象；資本：全面提高資金的流動速度，改變資金流動方式和財(cái)富聚積方式；市場：網(wǎng)絡(luò)改變了拓展和保持市場占有率的模式；2基本概念2.1信息狹義：“兩次不定性之差”，即指人們獲得信息前后對事物認(rèn)識的差別；廣義：信息是指主體（人、生物或機(jī)器）與外部客體（環(huán)境、其他人、生物或機(jī)器）之間相互聯(lián)系的一種形式，是主體和客體之間的一切有用的消息或知識，是表征事物特征的一種普遍形式。本教材：信息是向人們或機(jī)器提供關(guān)于現(xiàn)實(shí)世界新的事實(shí)的知識，是數(shù)據(jù)、消息中所包含的意義，它不隨載體物理設(shè)備形式的改變而改變。信息的特點(diǎn)客觀性：實(shí)用性：傳輸性：共享性：2.2數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)是指某一目標(biāo)定性、定量描述的原始資料，包括數(shù)字、文字、符號、圖形、圖像以及它們能轉(zhuǎn)換成的數(shù)據(jù)等形式。數(shù)據(jù)與信息的關(guān)系數(shù)據(jù)是信息的載體，信息是數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式；GIS是真正的數(shù)據(jù)庫問題超過70%的GIS項(xiàng)目資金用于數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)管理。數(shù)據(jù)庫是GIS最主要的資產(chǎn)。從上可知：地理信息系統(tǒng)首先是一個數(shù)據(jù)庫解決方案，其次才是一個地理化應(yīng)用。2.3地理信息和地理數(shù)據(jù)地理數(shù)據(jù)：是指表征地理圈或地理環(huán)境固有要素或物質(zhì)的數(shù)量、質(zhì)量、分布特征、聯(lián)系和規(guī)律的數(shù)字、文字、圖像和圖形等的總稱。地理信息：是有關(guān)地理實(shí)體的性質(zhì)、特征和運(yùn)動狀態(tài)的表征和一切有用的知識，它是對地理數(shù)據(jù)的解釋。位置是地理信息區(qū)別于其它類型信息的最顯著的標(biāo)志。地理信息的特性1）區(qū)域性空間位置的標(biāo)識；2）多維結(jié)構(gòu)在二維空間的基礎(chǔ)上的第三維專題結(jié)構(gòu)；3）時序特征超短期的（如臺風(fēng)、地震）短期的（如江河洪水、秋季低溫）中期的（如土地利用、作物估產(chǎn)）長期的（如城市化、水土流失）超長期的（如地殼變動、氣候變化）等。2.4信息系統(tǒng)及其組成系統(tǒng)（System）是具有特定功能的、相互有機(jī)聯(lián)系的許多要素所構(gòu)成的一個整體。基于計(jì)算機(jī)的信息系統(tǒng)1）計(jì)算機(jī)硬件；2）軟件；3）數(shù)據(jù)；4）用戶；3地理信息系統(tǒng)及其類型3.1地理信息系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)（GeographicalInformationSystem，GIS）具有信息系統(tǒng)的各種特點(diǎn)，是一種決策支持系統(tǒng)。與其他信息系統(tǒng)的主要區(qū)別其存儲和處理的信息是經(jīng)過地理編碼的，現(xiàn)實(shí)世界被表達(dá)成一系列的地理要素和地理現(xiàn)象，由空間位置參考信息和非位置信息兩個組成部分來描述。地理信息系統(tǒng)的定義可以從學(xué)科和技術(shù)兩個方面來描述。地理信息系統(tǒng)的定義歷史定義地理信息系統(tǒng)是以地理空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)軟硬件的支持下，對空間相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、管理、操作、模擬、分析和顯示，并采用地理模型分析方法，適時提供多種空間和動態(tài)的地理信息，為地理研究和地理決策服務(wù)而建立起來的計(jì)算機(jī)技術(shù)系統(tǒng)。現(xiàn)代定義地理信息系統(tǒng)是空間數(shù)據(jù)的管理系統(tǒng)。3.2地理信息系統(tǒng)是什么？是空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的綜合體對地理信息系統(tǒng)的三種觀點(diǎn)[Maguire，1991]：地圖觀點(diǎn)：側(cè)重于制圖有關(guān)的內(nèi)容，GIS被視為一個地圖分析與處理系統(tǒng)；數(shù)據(jù)庫觀點(diǎn)：側(cè)重于數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的完美性，一個復(fù)雜的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)被視為GIS不可分割的一部分；空間分析觀點(diǎn)：側(cè)重于分析和建模，GIS被視為一門空間信息科學(xué)而不僅是一門技術(shù)。GIS可以說是地圖，是數(shù)據(jù)庫，是空間分析工具3.3地理信息系統(tǒng)的類型地理信息系統(tǒng)按其內(nèi)容可以分為三大類：1）專題地理信息系統(tǒng)（ThematicGIS）；2）區(qū)域地理信息系統(tǒng)（RegionalGIS）；3）地理信息系統(tǒng)工具或地理信息系統(tǒng)外殼（GISTools）；按GIS的應(yīng)用領(lǐng)域劃分3.4地理信息系統(tǒng)的構(gòu)成四部分構(gòu)成計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)地理數(shù)據(jù)（或空間數(shù)據(jù)）系統(tǒng)管理操作人員。核心——計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（軟件和硬件）；內(nèi)容——空間數(shù)據(jù)；用戶決定系統(tǒng)的工作方式和信息表示方式。4地理信息系統(tǒng)的功能(涉及方面)1）位置（Locations）在某個特定的位置有什么。定義某個物體或地區(qū)信息的具體位置指定目標(biāo)或區(qū)域的位置，可以獲得預(yù)期的結(jié)果以及其所有或部分特性；2）條件（Conditions）什么地方有滿足某些條件的東西。按照指定條件，選取對象；指定條件后，可以獲得滿足指定條件的所有對象的列表；3）變化趨勢（Trends）綜合現(xiàn)有數(shù)據(jù)，識別已經(jīng)發(fā)生了或正在發(fā)生變化的地理現(xiàn)象。依賴假設(shè)條件、個人推測、觀測現(xiàn)象或證據(jù)報(bào)道，確定趨勢；針對該趨勢，可通過對數(shù)據(jù)的分析，對該趨勢加以確認(rèn)或否定；4）模式（Patterns）5）模型（Models）地理信息系統(tǒng)的功能(具體功能)數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測與編輯；數(shù)據(jù)處理；數(shù)據(jù)存儲與組織；空間查詢與分析；圖形與交互顯示；5地理信息系統(tǒng)的研究內(nèi)容地理信息系統(tǒng)相關(guān)學(xué)科：6地理信息系統(tǒng)發(fā)展簡史60年代開拓發(fā)展階段特點(diǎn)：早期GIS的雛形加拿大地理信息系統(tǒng)（CGIS），1963有關(guān)機(jī)構(gòu)、組織紛紛建立70年代鞏固階段特點(diǎn)：社會需求增加計(jì)算機(jī)發(fā)展到第三代，CPU速度提高，內(nèi)存增大，I/O設(shè)備齊全，磁盤出現(xiàn)，人機(jī)對話系統(tǒng)。70~76年美國50個州建立了GIS。國際交流頻繁GIS人才教育專家影響減弱，政府影響增強(qiáng)仍停留于國外。80年代GIS技術(shù)大發(fā)展時期特點(diǎn)：第四代計(jì)算機(jī)發(fā)展，微機(jī)和遠(yuǎn)程通信設(shè)備出現(xiàn)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化軟件技術(shù)發(fā)展，DBMS，軟件工具，應(yīng)用軟件工具出現(xiàn)全面推向應(yīng)用；國際合作日益加強(qiáng)，由發(fā)達(dá)國家推向發(fā)展中國家，如我國；進(jìn)入多種學(xué)科領(lǐng)域，從比較簡單的、單一功能的、分散的系統(tǒng)發(fā)展到多功能的、共享的綜合性信息系統(tǒng)；地理信息系統(tǒng)工具具有高效率和更強(qiáng)的獨(dú)立性和通用性。政府科學(xué)機(jī)構(gòu)成立。90年代GIS應(yīng)用普及時期特點(diǎn)實(shí)用化階段計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)GISGIS成為部門的必備工作系統(tǒng)社會對GIS的認(rèn)識普遍提高NII，NSDI，DE的推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)GIS和因特網(wǎng)GIS時期（90年代中期~）特點(diǎn)：NII，NSDI和數(shù)字工程建設(shè)時期GIS成為國家信息化的基礎(chǔ)平臺軟硬件環(huán)境的困難基本排除。7地理信息系統(tǒng)發(fā)展趨勢網(wǎng)絡(luò)化標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)商業(yè)化系統(tǒng)專門化企業(yè)化全球化大眾化第二章從現(xiàn)實(shí)世界到比特世界1空間實(shí)體（現(xiàn)實(shí)世界的抽象）1.1空間實(shí)體目標(biāo)：實(shí)體的物理表示。實(shí)體類型：點(diǎn)、線、面、體等。實(shí)體屬性：對實(shí)體特征的描述，屬性有屬性值的概念并有等級之分。實(shí)體要素：實(shí)體是點(diǎn)、線、面、體多種要素的復(fù)雜組合。（1）空間認(rèn)知過程：地圖編制者的認(rèn)識模型地圖編制者的認(rèn)識模型地圖使用者的認(rèn)識模型（2）空間實(shí)體的空間特征與抽象零維、一維、二維、三維實(shí)體的二維和三維情況表示如下圖：（3）實(shí)體的類型1）點(diǎn)狀實(shí)體（Point：有特定位置，維數(shù)為0的物體）如下幾種類型：實(shí)體點(diǎn)Entitypoint：用來代表一個實(shí)體；注記點(diǎn)Textpoint：用于定位注記；內(nèi)點(diǎn)Testpoint：用于負(fù)載多邊形的屬性，存在于多邊形內(nèi)；結(jié)點(diǎn)Node：表示線的終點(diǎn)和起點(diǎn)；角點(diǎn)Vertex：表示線段和弧段的內(nèi)部點(diǎn)。2）線狀實(shí)體（由一列有序坐標(biāo)表示）如下特性實(shí)體長度：從起點(diǎn)到終點(diǎn)的總長；彎曲度：用于表示像道路拐彎時彎曲的程度；方向性：水流方向是從上游到下游，公路則有單向與雙向之分。線狀實(shí)體包括線段、邊界、鏈、弧段、網(wǎng)絡(luò)等。如下圖所示：3）面狀實(shí)體面狀實(shí)體也稱為多邊形，是對湖泊、島嶼、地塊等一類現(xiàn)象的描述。在數(shù)據(jù)庫中由一封閉曲線加內(nèi)點(diǎn)來表示。面狀實(shí)體有如下空間特性：面積范圍；周長；獨(dú)立性或與其它的地物相鄰，如中國及其周邊國家；內(nèi)島或鋸齒狀外形；重疊性與非重疊性；如下圖所示：4）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，它具有長度、寬度及高度等屬性。體積，如工程開掘和填充的土方量；每個二維平面的面積；周長內(nèi)島或鋸齒狀外形；含有孤立塊或相鄰塊；斷面圖與剖面圖。實(shí)體類型組合現(xiàn)實(shí)世界的各種現(xiàn)象比較復(fù)群眾觀點(diǎn)，往往由不同的空間單元組合而成，例如：根據(jù)某些空間單元，將空間問題表達(dá)出來一個特殊任務(wù)有時需要幾種空間單元來描述；復(fù)雜實(shí)體有可能由不同維數(shù)和類型的空間單元組合而成；某一類型的空間單元組合形成一個新的類型或一個復(fù)合實(shí)例；某一類型的空間實(shí)體可以轉(zhuǎn)換為另一類型；某些空間實(shí)體具有二重性，也就是說，由不同的維數(shù)組合而成。下圖是不同空間單元組合的現(xiàn)象：1.2空間實(shí)體與現(xiàn)實(shí)世界-總結(jié)從現(xiàn)實(shí)世界到比特世界2空間實(shí)體的描述2.1空間實(shí)體描述的內(nèi)容：識別碼：用于區(qū)別同類而又不同的實(shí)體。位置：可用坐標(biāo)描述也可用其它形式?？臻g特征：也是位置信息的一種，如維數(shù)、類型及實(shí)體的組合等。實(shí)體的行為和功能：是指在數(shù)據(jù)采集過程中不僅要重視實(shí)體的靜態(tài)描述，還要收集動態(tài)的變化，如島嶼的侵蝕、水體污染的擴(kuò)散、建筑的變形等。實(shí)體的衍生信息：一個實(shí)體可能有多個名稱?？臻g實(shí)體的空間特征實(shí)體根據(jù)空間特性可以進(jìn)行分類，實(shí)體常常被認(rèn)為由一些基本的空間單元（指那些基本的、實(shí)際的、不可再分的元素）來組合?？捎每臻g維數(shù)、類型、組合方式說明空間實(shí)體的空間特征（見下圖）空間單元的類型：2.2空間實(shí)體的時間維的處理對空間實(shí)體或者組合事件的時間維的描述可用以下方式：1）作為記錄事件或?qū)傩缘幕境煞荩?）作為沒有空間特性發(fā)生改變的實(shí)體的一個屬性；3）作為觀察空間實(shí)體變化的參考；不同時間的處理方法2.3空間實(shí)體在地理信息系統(tǒng)中的表示1、單一特征在地理信息系統(tǒng)中，點(diǎn)特征用一組x、y坐標(biāo)表示，線特征用一維有序的x、y坐標(biāo)表示，面用一組首尾相同的坐標(biāo)表示。（3，3）可用于表示一個點(diǎn)的位置。（1，7），（3，5），（5，5），（5，3），（6，1），可用于表示一條線。（3，10），（6，9），（7，10），（10，7），（9，5），（4，6），（3，8），（3，10）可用于表示一個多邊形。（注意第一個坐標(biāo)和最后一個坐標(biāo)相同，因?yàn)槎噙呅慰偸欠忾]的）2、多種特征的表示如果具有多種特征，就需要對每一特征給定一個序號。每一特征的坐標(biāo)可以用與每一特征的坐標(biāo)列表有關(guān)的序號來描述，見下圖：空間實(shí)體在GIS中的多種特征表示3、帶有屬性的空間特征的表示表示道路的一組線特征的屬性包括：道路類型：1=分隔行駛的公路2=干線公路3=主要公路4=住宅區(qū)街道5=未鋪完的公路路面材料：混凝土、柏油、礫石路面寬度：以米計(jì)量道路名稱：例：道路類型2 長度2715.5 路面材料 混凝土 寬度52 行人道路4 道路名稱 八一路坐標(biāo)表示和屬性表示之間共享和屬性表示之間同一識別碼3空間問題1）空間問題人類開發(fā)和利用地理信息系統(tǒng)是因?yàn)樗芴幚砼c空間實(shí)體之間的各類空間問題?？臻g問題的一些形式：測量與空間關(guān)系的一些形式2）空間問題的分類：a條件定位：即根據(jù)一定的條件與規(guī)則確定物體的位置或者路徑。例如；路徑進(jìn)?。郝烦套疃?，時間最省，經(jīng)費(fèi)最少定位選?。焊鶕?jù)屬性查詢空間位置資源分配開銷安排b間接推理：即通過建立模型進(jìn)行的空間決策和預(yù)，測如：項(xiàng)目選址災(zāi)害預(yù)測與預(yù)報(bào)環(huán)境分析長度、體積、面積、坡度等量算c空間參考，測如：特定的笛卡爾坐標(biāo)或極坐標(biāo)。鄰接性識別，也就是說，線狀實(shí)體或面狀實(shí)體與某特定實(shí)體相接觸。線性定位物。最小尺寸的封閉矩形。地名或數(shù)字代碼。地塊、分區(qū)及其它外形規(guī)則或不規(guī)則的空間塊?？臻g參考的幾種形式3）空間特性a一般空間特性長度：河流長度、湖泊邊界、公路長度。面積；湖泊、島嶼、某區(qū)域面積。體積：土方量、庫容量規(guī)則外表：圓形、方形不規(guī)則外形：鋸齒形海岸線、湖泊水涯線。方向：山丘的坡向、河流的流向、輸電線方向坡度b統(tǒng)計(jì)特性相同屬性的實(shí)體，可根據(jù)統(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行區(qū)分；最大值和最小值的范圍；平均值以及變化值；c復(fù)雜特性不相連地物的分布模式；居宅建筑發(fā)展的安排方式，或農(nóng)場劃分土地或地塊的路徑布局；交通信號燈的距離，以及從不同位置到達(dá)城市中心的總計(jì)開銷時間；各個地區(qū)的相鄰地區(qū)數(shù)；航空交通系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)；穿越某區(qū)域的候鳥主要走向；現(xiàn)象的連續(xù)性；4）空間關(guān)系在GIS中，表示空間關(guān)系的方法主要有5種：1、區(qū)域定義；多邊形可用一組封閉的線來定義2、鄰接性：稱為多邊形——弧段拓?fù)?、連通性4、方向性5、包含性空間關(guān)系示意圖5）空間概念及組織1）流的移動2）網(wǎng)絡(luò)3）節(jié)點(diǎn)4）等級或名次5）領(lǐng)域或表面如果考慮到時間因素，還包括第（6）點(diǎn)6）疾病、思想的散布、傳播空間概念的實(shí)例：1、環(huán)境物質(zhì)流2、礦產(chǎn)資源埋藏地點(diǎn)的預(yù)測3、工程網(wǎng)絡(luò)模擬6）空間預(yù)測4空間處理類型（1）三類基本數(shù)據(jù)之間可能的6種關(guān)系；1、點(diǎn)—點(diǎn)關(guān)系2、點(diǎn)—線關(guān)系3、點(diǎn)—區(qū)域關(guān)系4、線—線關(guān)系5、線—區(qū)域關(guān)系6、區(qū)域—區(qū)域關(guān)系本章總結(jié)：地理信息流與地理信息科學(xué)三個領(lǐng)域第三章空間數(shù)據(jù)模型（空間數(shù)據(jù)的組織方式）1空間數(shù)據(jù)模型的基本問題空間數(shù)據(jù)（SpatialData）也即地理數(shù)據(jù)。絕對空間是具有屬性描述的空間位置的集合，它由一系列不同位置的空間坐標(biāo)值組成。絕對空間是具有屬性描述的空間位置的集合，它由一系列不同位置的空間坐標(biāo)值組成。地理空間地理空間絕對空間相對空間相對空間是具有空間屬性特征的實(shí)體的集合，由不同實(shí)體之間的空間關(guān)系構(gòu)成。1.2空間數(shù)據(jù)模型的類型在GIS中與空間信息有關(guān)的信息模型基于對象（要素的模型）（Feature）；強(qiáng)調(diào)離散對象網(wǎng)絡(luò)模型（Network）；表示特殊對象之間的交互場模型（Field）。表示在二維或者三維空間中被看作是連續(xù)變化的數(shù)據(jù)。2場模型場：用于模擬具有一定空間內(nèi)連續(xù)分布特點(diǎn)的現(xiàn)象2.1場的特征由一系列等值線組成。（1）具有空間結(jié)構(gòu)特征和屬性域場模型：z:sàz(s)（2）連續(xù)的、可微的、離散的空間域，屬性域（3）與方向無關(guān)的和與方向有關(guān)的各向同性和各向異性（4）空間自相關(guān)空間自相關(guān)是空間場中的數(shù)值聚集程度的一種量度，事物之間聯(lián)系性的強(qiáng)弱。2.2柵格數(shù)據(jù)模型柵格數(shù)據(jù)模型是基于連續(xù)鋪蓋的、將連續(xù)空間離散化，用二維鋪蓋或劃分覆蓋整個連續(xù)空間。柵格數(shù)據(jù)模型——對現(xiàn)實(shí)世界的重采樣：3要素模型將現(xiàn)實(shí)地理要素嵌入到歐氏空間中，歸納為三類地物要素對象：點(diǎn)對象、線對象、多邊形對象。3.1.1點(diǎn)對象點(diǎn)是具有特定的位置，維數(shù)為零的物體，包括：點(diǎn)實(shí)體（PointEntity）：用來代表一個實(shí)體；注記點(diǎn)：用于定位注記；內(nèi)點(diǎn)（LabelPoint）：用于記錄多邊形的屬性，存在于多邊形內(nèi)；結(jié)點(diǎn)（節(jié)點(diǎn)）（Node）：表示線的終點(diǎn)和起點(diǎn)；角點(diǎn)（Vertex）：表示線段和弧段的內(nèi)部點(diǎn)。3.1.2線對象線對象是維度為1的空間對象，由一系列坐標(biāo)表示。特征：實(shí)體長度：從起點(diǎn)到終點(diǎn)的總長；彎曲度：用于表示像道路拐彎時彎曲的程度；方向性：水流方向是從上游到下游，公路則有單向與雙向之分。3.1.3多邊形對象面狀實(shí)體也稱為多邊形，是對湖泊、島嶼、地塊等一類現(xiàn)象的描述。在數(shù)據(jù)庫中由一封閉曲線加內(nèi)點(diǎn)來表示。空間特性：面積；周長；獨(dú)立性或與其它的地物相鄰，如中國及其周邊國家內(nèi)島或鋸齒狀外形，如島嶼的海岸線封閉所圍成的區(qū)域等；重疊性與非重疊性，如報(bào)紙的銷售領(lǐng)域，學(xué)校的分區(qū)，菜市場的服務(wù)范圍等都有可能出現(xiàn)交叉重疊現(xiàn)象，一個城市的各個城區(qū)一般說來相鄰但不會出現(xiàn)重疊。3.2矢量數(shù)據(jù)模型4基于要素的空間關(guān)系分析4.1空間關(guān)系的基本概念在地理信息系統(tǒng)中集中存儲了以下的內(nèi)容：空間分布位置信息屬性信息拓?fù)淇臻g關(guān)系信息空間關(guān)系的三種基本類型:拓?fù)潢P(guān)系方向關(guān)系度量關(guān)系。地理要素之間的空間區(qū)位關(guān)系1）點(diǎn)——點(diǎn)關(guān)系相合；分離；點(diǎn)為其它諸點(diǎn)的幾何中心；點(diǎn)為其它諸點(diǎn)的地理重心。2）點(diǎn)——線關(guān)系點(diǎn)在線上(Vertix)：可以計(jì)算點(diǎn)的性質(zhì)，如拐點(diǎn)等；線的端點(diǎn)(Node)：起點(diǎn)和終點(diǎn)；線的交點(diǎn)；點(diǎn)與線分離：可計(jì)算點(diǎn)到線的距離。3）點(diǎn)——面關(guān)系點(diǎn)在區(qū)域內(nèi)，可以記數(shù)和統(tǒng)計(jì)；點(diǎn)為區(qū)域的幾何中心；點(diǎn)為區(qū)域的地理重心；點(diǎn)在區(qū)域的邊界上；點(diǎn)在區(qū)域外部。4）線——線關(guān)系重合；相接：首尾環(huán)接或順序相接；相交：相切；并行。5）線——面關(guān)系區(qū)域包含線：可計(jì)算區(qū)域內(nèi)線的密度；線穿過區(qū)域：線環(huán)繞區(qū)域：對于區(qū)域邊界，可以搜索其左右區(qū)域名稱；線與區(qū)域分離。6）面——面關(guān)系包含：湖泊內(nèi)的島嶼；相合：相交：可以劃分子區(qū)，并計(jì)算邏輯與、或、非和異或；相鄰：計(jì)算相鄰邊界的性質(zhì)和長度；分離：計(jì)算距離、引力等4.2拓?fù)淇臻g關(guān)系分析4.2.1拓?fù)鋵傩酝負(fù)洹靶螤畹难芯俊?。研究在拓?fù)渥儞Q下能夠保持不變的幾何屬性；拓?fù)鋵傩裕骸獰o論基礎(chǔ)空間如何變形，物體間的相互關(guān)系不發(fā)生變化。拓?fù)潢P(guān)系舉例：拓?fù)鋵傩砸粋€點(diǎn)在一個弧段的端點(diǎn)一個弧段是一個簡單弧段（弧段自身不相交）一個點(diǎn)在一個區(qū)域的邊界上一個點(diǎn)在一個區(qū)域的內(nèi)部一個點(diǎn)在一個區(qū)域的外部一個點(diǎn)在一個環(huán)的內(nèi)部一個面是一個簡單面（面上沒有“島”）一個面的連續(xù)性（給定面上任意兩點(diǎn)，從一點(diǎn)可以完全在面的內(nèi)部沿任意路徑走向另一點(diǎn)）非拓?fù)鋵傩詢牲c(diǎn)之間的距離一個點(diǎn)指向另一個點(diǎn)的方向弧段的長度一個區(qū)域的周長一個區(qū)域的面積拓?fù)鋵傩浴獌蓚€對象之間的關(guān)系——拓?fù)潢P(guān)系拓?fù)淇臻g中的點(diǎn)和鄰域4.2.29交模型——描述拓?fù)淇臻g關(guān)系（Egenhofer,1993）現(xiàn)實(shí)世界中的兩個簡單實(shí)體A、BB(A)、B(B)表示A、B的邊界；I(A)、I(B)表示A、B的內(nèi)部；E(A)、E(B)表示A、B余；構(gòu)造出一個由邊界、內(nèi)部、余的點(diǎn)集組成的9-交空間關(guān)系模型(9-IntersectionModel,9-IM)B(A)∩B(B)B(A)∩I(B)B(A)∩E(B)I(A)∩B(B)I(A)∩I(B)I(A)∩E(B)E(A)∩B(B)E(A)∩I(B)E(A)∩E(B)9-交模型拓?fù)潢P(guān)系圖示：4.2.3空間方向關(guān)系分析方向關(guān)系：地物對象之間的方位如“河北省在河南省北部”前提：定義定位參考相互垂直的X、Y坐標(biāo)軸（平面）8種可能關(guān)系：Restricted_East(Pi，Qj)=X(Pi)＞X(Qj)AndY(Pi)=Y(Qj)Restricted_South(Pi，Qj)=X(Pi)=X(Qj)AndY(Pi)＜Y(Qj)Restricted_West(Pi，Qj)=X(Pi)＜X(Qj)AndY(Pi)=Y(Qj)Restricted_North(Pi，Qj)=X(Pi)=X(Qj)AndY(Pi)＞Y(Qj)North_West(Pi，Qj)=X(Pi)＜X(Qj)AndY(Pi)＞Y(Qj)North_East(Pi，Qj)=X(Pi)＞X(Qj)AndY(Pi)＞Y(Qj)South_West(Pi，Qj)=X(Pi)＜X(Qj)AndY(Pi)＜Y(Qj)South_East(Pi，Qj)=X(Pi)＞X(Qj)AndY(Pi)＜Y(Qj)方向關(guān)系的識別最小外切矩形計(jì)算法MBR（MinimumBoundingRectangle）判斷步驟：判斷目標(biāo)之間的MBR是否具有該關(guān)系利用點(diǎn)-點(diǎn)關(guān)系進(jìn)一步進(jìn)行關(guān)系判斷，確定具體關(guān)系4.2.4度量空間關(guān)系分析兩個地理對象之間的距離點(diǎn)-點(diǎn)、點(diǎn)-線、點(diǎn)-面、線-線、線-面、面-面應(yīng)用：在已知點(diǎn)/線拓?fù)潢P(guān)系與點(diǎn)/點(diǎn)度量關(guān)系的基礎(chǔ)上，可求出點(diǎn)/點(diǎn)間的最短路徑、最優(yōu)路徑、服務(wù)范圍等；已知點(diǎn)、線、面度量關(guān)系，進(jìn)行距離量算、鄰近分析、聚類分析、緩沖區(qū)分析、泰森多邊形分析等。5網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型一、網(wǎng)絡(luò)空間LeonardEuler，1736二、網(wǎng)絡(luò)模型地物被抽象為鏈、節(jié)點(diǎn)所組成的關(guān)系。網(wǎng)絡(luò)模型所關(guān)心的問題：具體現(xiàn)象之間距離或者阻力的度量。網(wǎng)絡(luò)模型的基本特征：結(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)間沒有明確的從屬關(guān)系，一個結(jié)點(diǎn)可與其它多個結(jié)點(diǎn)建立聯(lián)系，支持空間重構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)模型的優(yōu)點(diǎn)：（層次模型）處理現(xiàn)實(shí)世界中常見的多對多關(guān)系。常見數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)比較關(guān)系模型（relationalmodel）滿足一定條件的二維表格層次模型（hierarchicalmodel）以記錄類型為節(jié)點(diǎn)的有向樹（tree），其主要特征是：（1）除根節(jié)點(diǎn)外，任何節(jié)點(diǎn)都有且只有一個“父親”；（2）“父”節(jié)點(diǎn)表示的實(shí)體與“子”節(jié)點(diǎn)表示的實(shí)體是一對多的聯(lián)系。網(wǎng)狀模型（networkmodel）特點(diǎn)：1）可以有一個以上的結(jié)點(diǎn)沒有“父”結(jié)點(diǎn)；2）至少有一個結(jié)點(diǎn)有多于一個“父”結(jié)點(diǎn)；3）結(jié)點(diǎn)之間可以有多種聯(lián)系；4）可以存在回路第四章空間參照系統(tǒng)和地圖投影（GIS的地理基礎(chǔ)）地理信息系統(tǒng)的地理基礎(chǔ)是地理信息數(shù)據(jù)表示格式與規(guī)范的重要組成部分。包括：統(tǒng)一的地圖投影系統(tǒng)；統(tǒng)一的地理網(wǎng)格坐標(biāo)系統(tǒng)以及統(tǒng)一的地理編碼系統(tǒng)；統(tǒng)一的地圖投影系統(tǒng)就是要為地理信息系統(tǒng)選擇和設(shè)計(jì)一種或幾種適用的地圖投影系統(tǒng)和網(wǎng)格坐標(biāo)系統(tǒng)。1地球是一個不規(guī)則的橢球體1.1橢球體類型白塞爾(Bessel)克拉克(Clarke)克拉克(Clarke)（1840）海福特(Hayford)克拉索夫斯基I．U．G．G埃維爾斯特(Everest)1.2我國常用的橢球體海福特（Hayford）橢球體：1952年以前克拉索夫斯基橢球體：1953-1980年IAG75橢球體：1980年開始采用GRS（1975）新參考橢球體系。坐標(biāo)系所謂坐標(biāo)系，包含兩方面的內(nèi)容：一是在把大地水準(zhǔn)面上的測量成果化算到橢球體面上的計(jì)算工作中，所采用的橢球的大??；二是橢球體與大地水準(zhǔn)面的相關(guān)位置不同，對同一點(diǎn)的地理坐標(biāo)所計(jì)算的結(jié)果將有不同的值。因此，選定了一個一定大小的橢球體，并確定了它與大地水準(zhǔn)面的相關(guān)位置，就確定了一個坐標(biāo)系2地圖投影1.地圖投影的變形長度變形——等距投影面積變形——等積投影角度變形——等角投影2.地圖投影的分類3.地圖投影的選擇根據(jù)投影面與球面相關(guān)位置的分類圖：3GIS中地圖投影的設(shè)計(jì)與配置一、地理信息系統(tǒng)與地圖投影二、地理信息系統(tǒng)中地圖投影設(shè)計(jì)與配置的一般原則3.1GIS與地圖投影的關(guān)系3.2統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)是地理信息系統(tǒng)建立的基礎(chǔ)1）各國家的地理信息系統(tǒng)所采用的投影系統(tǒng)與該國的基本地圖系列所用的投影系統(tǒng)一致；2）各比例尺的地理信息系統(tǒng)中的投影系統(tǒng)與其相應(yīng)比例尺的主要信息源地圖所用的投影一致；3）各地區(qū)的地理信息系統(tǒng)中的投影系統(tǒng)與其所在區(qū)域適用的投影系統(tǒng)一致；4）各種地理信息系統(tǒng)一般以一種或兩種投影系統(tǒng)為其基準(zhǔn)投影坐標(biāo)系統(tǒng)，以保證地理定位框架的統(tǒng)一。3.3地理信息系統(tǒng)中地圖投影配置的一般原則1）所配置的投影系統(tǒng)應(yīng)與相應(yīng)比例尺的國家基本圖投影系統(tǒng)一致；2）系統(tǒng)一般地只考慮至多采用兩種投影系統(tǒng)，一種服務(wù)于大比例尺的數(shù)據(jù)處理與輸入輸出，另一種服務(wù)于中小比例尺；3）所用投影以等角投影為宜；4）所用投影應(yīng)能與網(wǎng)格坐標(biāo)系統(tǒng)相適應(yīng)，即所采用的網(wǎng)格系統(tǒng)在投影帶中應(yīng)保持完整。3.4我國GIS中常用的地圖投影配置與計(jì)算1）我國基本比例尺地形圖（1：100萬、1：50萬、1：25萬、1：10萬、1：5萬、1：2.5萬、1：1萬、1：5000萬）除1：100萬外均采用高斯-克呂格投影為地理基礎(chǔ)；2）我國1：100萬地形圖采用了Lambert投影，其分幅原則與國際地理學(xué)會規(guī)定的全球統(tǒng)一使用的國際百萬分之一地圖投影保持一致；Lambert投影中，地球表面上兩點(diǎn)間的最短距離表現(xiàn)為近于直線，這有利于地理信息系統(tǒng)中的空間分析和信息量度的正確實(shí)施。3）我國大部分省區(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；3.5高斯—克呂格投影高斯投影是一種橫軸等角切橢圓柱投影，其條件為：1）中央經(jīng)線和地球赤道投影成為直線且為投影的對稱軸；2）等角投影；3）中央經(jīng)線上沒有長度變形。高斯投影變形具有以下特點(diǎn)：1）中央經(jīng)線上無變形2）同一條緯線上，離中央經(jīng)線越遠(yuǎn)，變形越大；3）同一條經(jīng)線上，緯度越低，變形越大；4）等變形線為平行于中央經(jīng)線的直線。高斯—克呂格投影示意圖：第五章GIS中的數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)類型空間特征數(shù)據(jù)（定位數(shù)據(jù)）；時間屬性數(shù)據(jù)（尺度數(shù)據(jù)）；空間數(shù)據(jù)專題屬性數(shù)據(jù)（非定位數(shù)據(jù)）通常時間和專題屬性數(shù)據(jù)結(jié)合在一起共同作為屬性特征數(shù)據(jù)，而空間特征數(shù)據(jù)和屬性特征數(shù)據(jù)統(tǒng)稱為空間數(shù)據(jù)（或地理數(shù)據(jù)）。2數(shù)據(jù)獲取途徑大地測量控制地籍測量航空測量遙感室外調(diào)查（土壤、植被、交通等）定點(diǎn)觀察（地球物理、氣象、水文、生態(tài)等）地形圖人口普查工業(yè)/經(jīng)濟(jì)調(diào)查基礎(chǔ)設(shè)施（通訊、電力、運(yùn)輸、醫(yī)療、教育等）3空間特征數(shù)據(jù)空間特征指空間物體的位置、形狀和大小等幾何特征，以及與相鄰物體的拓?fù)潢P(guān)系是GIS區(qū)別于其它的軟件的根本特征；是由于地物或現(xiàn)象的空間分布所帶來；通常是通過特定空間參照系下的坐標(biāo)直接表達(dá)；基于坐標(biāo)的派生數(shù)據(jù)；定量的度量信息：面積、周長、質(zhì)心、距離等定性的空間關(guān)系：拓?fù)潢P(guān)系、方位關(guān)系4時間特征數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)總是在某一特定時間或時段內(nèi)采集得到或計(jì)算產(chǎn)生的。將特定時間里產(chǎn)生的空間數(shù)據(jù)看成是空間數(shù)據(jù)的一個專題特征?？臻g數(shù)據(jù)涉及時間特征的幾個方面地物的生命周期（產(chǎn)生、消亡）地物的移動（移動點(diǎn)）屬性的時效性相關(guān)的問題時間關(guān)系à時空關(guān)系時態(tài)GIS數(shù)據(jù)模型是其關(guān)鍵（時空立方體模型等）5專題特征數(shù)據(jù)專題特征指的是除了時間和空間特征以外的空間現(xiàn)象的其他特征。如地形的坡度、坡向、某地的年降雨量、土地酸堿度、土地覆蓋類型、人口密度、交通流量、空氣污染程度等專題屬性特征通常以數(shù)字、符號、文本和圖像等形式來表示6數(shù)據(jù)的測量尺度命名（Nominal）量定性而非定量，不能進(jìn)行任何算術(shù)運(yùn)算，如一個城市的名字。對命名數(shù)據(jù)的邏輯運(yùn)算只有“等于”或“不等于”兩種形式。次序（Ordinal）量線性坐標(biāo)上不按值的大小，而是按順序排列的數(shù)。序數(shù)值相互之間可以比較大小，但不能進(jìn)行加、減、乘、除等算術(shù)運(yùn)算。間隔（Interval）量沒有原點(diǎn)，按間隔表示相對位置的數(shù)。按間隔量測的值相互之間可以比較大小，并且它們之間的差值大小是有意義的。比率（Ratio）量比例測量尺度的測量值指那些有真零值而且測量單位的間隔是相等的數(shù)據(jù)，與使用的測量單位無關(guān)。支持多種算術(shù)操作不同測量尺度數(shù)值可以進(jìn)行的運(yùn)算：命名量==,!=…次序量==,!=,>,<…間隔量==,!=,>,<,+,-…比率量==,!=,>,<,+,-,*,/…GIS數(shù)據(jù)測量尺度示例：比率量次序量比率量次序量命名量51015Eachdotrepresents500personsProportionalsymbolsLargeMediumSmallTownAirportFlowContour304050HighwayRoadStreetRoadBoundaryRiver10020PopulationdensityHighimpactLowimpactSwampDesertForrest7數(shù)據(jù)質(zhì)量數(shù)據(jù)質(zhì)量是指數(shù)據(jù)適用于不同應(yīng)用的能力。即——空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的重要性空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的相關(guān)概念準(zhǔn)確性（Accuracy）精度（Precision）空間分辨率（SpatialResolution）比例尺（Scale）誤差（Error）不確定性（Uncertainty）現(xiàn)勢性（Timeliness）（1）準(zhǔn)確性（Accuracy）一個記錄值（測量或者觀察值）與它的真實(shí)值之間的接近程度；空間數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性通常是根據(jù)所指的位置、拓?fù)浠蛘叻强臻g屬性來分類的； 可以誤差（Error）來衡量空間數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；（2）精度（Precision）數(shù)據(jù)精度表示數(shù)據(jù)對現(xiàn)象描述的詳細(xì)程度數(shù)據(jù)精度和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的區(qū)別：精度低的數(shù)據(jù)不一定準(zhǔn)確度也低；數(shù)據(jù)精度如果超出了測量儀器的已知準(zhǔn)確度，這樣的紀(jì)錄數(shù)字在效率上是冗余的；例如：在設(shè)計(jì)精度為0.1mm的數(shù)字化儀上測量返回的坐標(biāo)數(shù)據(jù)為（10.11mm,12.233mm），其中就含有冗余的數(shù)據(jù)；（3）空間分辨率（SpatialResolution）分辨率是兩個可測量數(shù)值之間最小的可辨識的差異；空間分辨率可以看作是記錄變化的最小幅度；空間分辨率示例：地圖上最細(xì)線寬度對應(yīng)的地理范圍，遙感圖像上一個像素代表的實(shí)際地理范圍大小空間分辨率∝?cái)?shù)據(jù)精度（4）比例尺（Scale）地圖上一個記錄的距離和它所表現(xiàn)的“真實(shí)世界”的距離之間的一個比例；如右圖中，這幅地圖的比例尺=10cm:1000m=1:10000比例尺是刻畫數(shù)據(jù)精度的量（如最小線寬為地圖的空間分辨率）；（5）誤差（Error）描述測量值和真實(shí)值之間的差別；在大部分情況下，誤差的大小是很不準(zhǔn)確的，因?yàn)榇郎y量的真實(shí)值往往無法得到；研究如何給出誤差大小的最佳估計(jì)以及誤差傳播規(guī)律，是很有用的；誤差的分析包括:位置誤差（如點(diǎn)、線、多邊形的位置誤差）；屬性誤差；位置和屬性誤差之間的聯(lián)系；（6）不確定性（Uncertainty）對于空間信息科學(xué)技術(shù)來說，數(shù)據(jù)的正確性與錯誤并存，正常與異常并存，精確與粗糙并存，質(zhì)量高與質(zhì)量低并存，什么時候是正確的，什么時候不正確的，這些都屬于不確定性現(xiàn)象；GIS中數(shù)據(jù)的不確定性包括：位置的不確定性、屬性的不確定性、時域的不確定性、邏輯上的不一致性以及數(shù)據(jù)的布完整性；研究不確定性可以更好的了解測量數(shù)據(jù)的性質(zhì)？？（7）現(xiàn)勢性（Timeliness）：指數(shù)據(jù)反映客觀現(xiàn)象目前狀況的程度。7.1數(shù)據(jù)質(zhì)量的內(nèi)容1、微觀部分1）定位精度2）屬性精度3）邏輯一致性2、宏觀部分1）完整性2）時間性3）數(shù)據(jù)檔案4）適用性7.2數(shù)據(jù)質(zhì)量問題的來源9.1空間現(xiàn)象自身存在的不穩(wěn)定性空間現(xiàn)象的空間特征和過程在空間、專題和時間內(nèi)容上的不確定性。空間上的不確定性指其在空間位置分布上的不確定性變化；時間上的不確定性表現(xiàn)為其在發(fā)生時間段上的游移性；屬性上的不確定性表現(xiàn)為屬性類型劃分的多樣性，非數(shù)值型屬性值表達(dá)的不精確性。9.2空間現(xiàn)象表達(dá)時產(chǎn)生的誤差數(shù)據(jù)采集中的測量方法以及量測精度的選擇等受到人類自身的認(rèn)識和表達(dá)的影響，這對于數(shù)據(jù)的生成會出現(xiàn)誤差。如：在地圖投影中，由橢球體到平面的投影轉(zhuǎn)換必然產(chǎn)生誤差；獲取各種原始數(shù)據(jù)的各種測量儀器都有一定的設(shè)計(jì)精度如：GPS提供的地理位置數(shù)據(jù)都有用戶要求的一定設(shè)計(jì)精度，因而數(shù)據(jù)誤差的產(chǎn)生不可避免。9.3數(shù)據(jù)處理中的誤差投影變換：在不同投影形式下，地理特征的位置、面積和方向的表現(xiàn)會有差異。地圖數(shù)字化和掃描后的矢量化處理：數(shù)字化過程采點(diǎn)的位置精度、空間分辨率、屬性賦值等都可能出現(xiàn)誤差。數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換：在矢量格式和柵格格式之間的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換中，數(shù)據(jù)所表達(dá)的空間特征的位置具有差異性。數(shù)據(jù)抽象：在數(shù)據(jù)發(fā)生比例尺變換時，對數(shù)據(jù)進(jìn)行的聚類、歸并、合并等操作時產(chǎn)生的誤差，如知識性誤差和數(shù)據(jù)所表達(dá)的空間特征位置的變化誤差。建立拓?fù)潢P(guān)系：拓?fù)溥^程中伴隨有數(shù)據(jù)所表達(dá)的空間特征的位置坐標(biāo)的變化。與主控?cái)?shù)據(jù)層的匹配：數(shù)據(jù)庫在與主控?cái)?shù)據(jù)層匹配的過程中也會存在空間位移，導(dǎo)致誤差。數(shù)據(jù)疊加操作和更新：數(shù)據(jù)在進(jìn)行疊加運(yùn)算以及數(shù)據(jù)更新時，會產(chǎn)生空間位置和屬性值的差異。數(shù)據(jù)集成處理：指在來源不同、類型不同的各種數(shù)據(jù)集的相互操作過程中所產(chǎn)生的誤差。數(shù)據(jù)的可視化表達(dá)：數(shù)據(jù)在可視化表達(dá)過程中為適應(yīng)視覺效果，需對數(shù)據(jù)的空間特征位置、注記等進(jìn)行調(diào)整，由此產(chǎn)生數(shù)據(jù)表達(dá)上的誤差。數(shù)據(jù)處理過程中誤差的傳遞和擴(kuò)散：在數(shù)據(jù)處理的各個過程中，誤差是累計(jì)和擴(kuò)散的，前一過程的累計(jì)誤差可能成為下一個階段的誤差起源，從而導(dǎo)致新的誤差的產(chǎn)生。7.3空間數(shù)據(jù)使用中的誤差生產(chǎn)者和使用者對數(shù)據(jù)的解釋和理解不同，可通過空間數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)來溝通?？臻g數(shù)據(jù)誤差的主要來源數(shù)據(jù)處理過程誤差來源數(shù)據(jù)搜集野外測量誤差：儀器誤差、記錄誤差遙感數(shù)據(jù)誤差：輻射和幾何糾正誤差、信息提取誤差地圖數(shù)據(jù)誤差：原始數(shù)據(jù)誤差、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、制圖綜合及印刷數(shù)據(jù)輸入數(shù)字化誤差：儀器誤差、操作誤差不同系統(tǒng)格式轉(zhuǎn)換誤差：柵格-矢量轉(zhuǎn)換、三角網(wǎng)-等值線轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)存儲數(shù)值精度不夠空間精度不夠：每個格網(wǎng)點(diǎn)太大、地圖最小制圖單元太大數(shù)據(jù)處理分類間隔不合理多層數(shù)據(jù)疊合引起的誤差傳播：插值誤差、多源數(shù)據(jù)綜合分析誤差；比例尺太小引起的誤差數(shù)據(jù)輸出輸出設(shè)備不精確引起的誤差輸出的媒介不穩(wěn)定造成的誤差數(shù)據(jù)使用對數(shù)據(jù)所包含的信息的誤解對數(shù)據(jù)信息使用不當(dāng)空間數(shù)據(jù)誤差的類型（1）空間數(shù)據(jù)誤差分為：幾何誤差、屬性誤差、時間誤差和邏輯誤差；邏輯誤差和幾何誤差為GIS特有。邏輯誤差：語義角度判斷數(shù)據(jù)的合理性（1）幾何誤差：空間數(shù)據(jù)表達(dá)的位置信息誤差，在二維平面上主要反映在點(diǎn)（位置）誤差和線（位置）誤差上；線誤差分布可以用Epsilon模型（等寬）或者誤差帶模型（不等寬）來描述（2）折線和曲線的誤差（3）曲線的誤差分布（誤差帶模型）（4）折線誤差的分布（誤差帶模型）其他數(shù)據(jù)質(zhì)量問題地圖數(shù)據(jù)的質(zhì)量問題地圖固有誤差、地圖材料變形、地圖掃描及數(shù)字化誤差；遙感數(shù)據(jù)的質(zhì)量問題遙感儀器觀測過程誤差（表現(xiàn)為空間分辨率、光譜分辨率、幾何畸變以及輻射誤差等）、圖像處理和解譯過程誤差（校正匹配、解譯判讀、分類等）測量數(shù)據(jù)的質(zhì)量問題選定的大地坐標(biāo)系及投影、環(huán)境影響、測量儀器精度、操作誤差、偶然誤差等7.4空間數(shù)據(jù)質(zhì)量控制傳統(tǒng)的手工方法質(zhì)量控制的人工方法主要是將數(shù)字化數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)源進(jìn)行比較，圖形部分的檢查包括目視方法、繪制到透明圖上與原圖疊加比較，屬性部分的檢查采用與原屬性逐個對比或其他比較方法。元數(shù)據(jù)方法數(shù)據(jù)集的元數(shù)據(jù)中包含了大量的有關(guān)數(shù)據(jù)質(zhì)量的信息，通過它可以檢查數(shù)據(jù)質(zhì)量。地理相關(guān)法用空間數(shù)據(jù)的地理特征要素自身的相關(guān)性來分析數(shù)據(jù)的質(zhì)量。8元數(shù)據(jù)Metadata譯成元數(shù)據(jù)，是描述數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)。在地理空間數(shù)據(jù)中，元數(shù)據(jù)是說明數(shù)據(jù)內(nèi)容、質(zhì)量、狀況和其他有關(guān)特征的背景信息。元數(shù)據(jù)的內(nèi)容：對數(shù)據(jù)集的描述、數(shù)據(jù)質(zhì)量的描述、數(shù)據(jù)處理信息的說明、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法的描述、數(shù)據(jù)更新、集成等說明?？臻g數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)內(nèi)容及示例：。。8.1元數(shù)據(jù)的類型根據(jù)元數(shù)據(jù)的內(nèi)容分類根據(jù)元數(shù)據(jù)描述對象分類根據(jù)元數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中的作用分類根據(jù)元數(shù)據(jù)的作用分類8.2元數(shù)據(jù)的主要作用幫助數(shù)據(jù)生產(chǎn)者管理和維護(hù)空間數(shù)據(jù)；便于數(shù)據(jù)用戶查詢檢索地理空間數(shù)據(jù)；幫助用戶了解數(shù)據(jù)，以便就數(shù)據(jù)是否能夠滿足其需求做出這功能的判斷；提供有關(guān)信息，以便用戶或者GIS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和轉(zhuǎn)換；在空間數(shù)據(jù)及其應(yīng)用迅速發(fā)展的今天，元數(shù)據(jù)成為數(shù)據(jù)共享和有效使用的重要工具8.4地理信息系統(tǒng)與元數(shù)據(jù)基于元數(shù)據(jù)的GIS功能擴(kuò)展：查錯功能（Debugging）數(shù)據(jù)瀏覽功能（BrowsingorCatalog）程序自動生成（ProgramGeneration）基于元數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)集成：基于元數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)自動解釋與處理，使得不同格式、精度、類型的數(shù)據(jù)可以很好的協(xié)同完成一個指定的任務(wù)。第六章空間數(shù)據(jù)獲取與處理（地圖數(shù)字化）空間數(shù)據(jù)獲取與處理的流程地理信息系統(tǒng)建設(shè)的第一項(xiàng)任務(wù)是獲取空間數(shù)據(jù)地圖數(shù)據(jù)采集、遙感數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、實(shí)測。已有地圖的數(shù)字化錄入，是目前被廣泛采用的手段，也是最耗費(fèi)人力資源的工作。數(shù)據(jù)錄入內(nèi)容：空間信息和非空間信息數(shù)據(jù)采集方式：即屏幕數(shù)字化和掃描矢量化圖形數(shù)據(jù)錄入后期處理：糾錯、拼接、建立拓?fù)潢P(guān)系、坐標(biāo)變換1GIS數(shù)據(jù)采集類型1.空間數(shù)據(jù)（圖形數(shù)據(jù)）2.語義數(shù)據(jù)（屬性數(shù)據(jù)）語義數(shù)據(jù)（地理編碼）：以科學(xué)的分類分級系統(tǒng)為基礎(chǔ)，對地理環(huán)境中各基本實(shí)體及其聯(lián)系進(jìn)行編碼，以便唯一地對某一系統(tǒng)中所有地圖要素進(jìn)行識別和處理。屬性數(shù)據(jù)錄入相比，空間數(shù)據(jù)錄入的工作量更大，并且需要GIS軟件工具的支持，屬性數(shù)據(jù)可以用通用的數(shù)據(jù)庫軟件進(jìn)行錄入。2GIS圖形數(shù)據(jù)采集方式1.計(jì)算機(jī)屏幕矢量化適用于多種源數(shù)據(jù)2.手扶跟蹤數(shù)字化數(shù)字化前的設(shè)置串口通訊參數(shù)的設(shè)置（坐標(biāo)原點(diǎn)、分辨率、采點(diǎn)方式、數(shù)據(jù)格式）數(shù)字化軟件的參數(shù)與數(shù)字化儀保持一致2.1手扶跟蹤數(shù)字化的方式1點(diǎn)方式（PointMode）每按下游標(biāo)(Puck)一次，向計(jì)算機(jī)發(fā)送一個點(diǎn)的坐標(biāo)信息。2流方式（StreamMode）距離流方式（DistanceStream）時間流方式（TimeStream）流方式手扶跟蹤數(shù)字化的方式：3.數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換：三種情形：其它矢量格式數(shù)據(jù)（往往是由其它GIS軟件制訂）的轉(zhuǎn)換；坐標(biāo)數(shù)據(jù)，往往表現(xiàn)為關(guān)系數(shù)據(jù)庫表的形式位置描述信息，以關(guān)系數(shù)據(jù)表形式存取，同樣可以轉(zhuǎn)換為不太精確的坐標(biāo)數(shù)據(jù)4.鍵盤錄入：條件：已知地物精確坐標(biāo)的情況下。適用于數(shù)據(jù)量較小的情況。5.實(shí)地測量：GPS為GIS提供矢量格式的坐標(biāo)數(shù)據(jù)全站儀“全數(shù)字自動化測圖系統(tǒng)”——VirtuoZo3曲線離散化算法（抽?。┩窘?jīng)：簡化曲線，在曲線上取有限個點(diǎn)，將其變?yōu)檎劬€，并在一定程度上保持原有的形狀。目的：簡化數(shù)據(jù)，減小數(shù)據(jù)容量。Douglas-Peucker算法1）在曲線首尾兩點(diǎn)A、B之間連接一條直線段AB，該直線稱為曲線的弦；2）得到曲線上離該直線段距離最大的點(diǎn)C，并計(jì)算其與AB的距離d；3）比較該距離與預(yù)先給定閾值ε的大小，如果小于ε，則將該直線段作為曲線的近似，該段曲線處理完畢；4）如果距離大于閾值，則用C將曲線分為兩段AC和BC，并分別對兩段曲線進(jìn)行1-3步的處理。5）當(dāng)所有曲線都處理完畢后，依次連接各個分割點(diǎn)形成的折線，即可以作為曲線的近似。掃描矢量化以及處理流程：柵格圖像轉(zhuǎn)換為矢量地圖一般步驟1）圖像二值化（Threshold）用于從原始掃描圖像計(jì)算得到黑白二值圖像（BinaryImage）。2）平滑（Smooth）用于去除圖像中的隨機(jī)噪聲，即斑點(diǎn)。3）細(xì)化將一條線細(xì)化為只有一個像素寬，便與自動識別。4）鏈?zhǔn)骄幋a將細(xì)化后的圖像轉(zhuǎn)換成為點(diǎn)鏈的集合。5）矢量線提取將每個點(diǎn)鏈轉(zhuǎn)化成為一條矢量線。4圖像拼接與裁剪4.1.圖像拼接以兩相鄰地圖圖像的部分重疊區(qū)為基礎(chǔ)，把它們合成為一幅整圖的過程。以左右拼接為例：取左圖右邊緣一個矩形區(qū)域A，取右圖左邊緣一個矩形區(qū)域B。由A中右側(cè)邊緣從右至左依次取若干個列L1（0），L1（1），…，L1（n），以各列內(nèi)像素灰度的長度序列為特征向量，分別求出以上各列的特征向量V1（0），V1（1），…，V1（n）。自動拼接，由B中左側(cè)從左至右依次取若干列L2（n），L2（n-1），…，L2（0），以各列內(nèi)像素灰度的長度序列為特征向量，分別求出以上各列的特征向量V2（n）：V2（n-1），…，V2（0）。若向量序列[V1（0）；V1（1）,…，V1（n）］和[V2（0），V2（1），…，V2（n）］匹配，則轉(zhuǎn)向步驟4。人工拼接，固定A，通過人機(jī)交互控制B以一定步長上下左右移動，直到A和B重疊區(qū)對齊為止。根據(jù)步驟2匹配情況或步驟3的偏移情況對兩相鄰地圖圖像進(jìn)行修正和合成。4.2.圖像裁剪把一幅圖像裁成兩兩相鄰的規(guī)則圖塊的過程稱為地圖裁剪，實(shí)際是重采樣。圖像細(xì)化預(yù)處理二值圖像平滑預(yù)處理的必要性：小分支（即毛刺噪聲）、孔洞和凹陷噪聲。4.3去除毛刺噪聲——算法采用3×3模板進(jìn)行處理：按點(diǎn)陣格式掃描圖像上每一像素，只要圖像相應(yīng)區(qū)域與模板（包括其三次900旋轉(zhuǎn)所形成的模板）匹配，則判定為毛刺，對應(yīng)于模板中心的像素?cái)?shù)值變?yōu)?。000010ⅩⅩⅩX1X101ⅩⅩⅩ去毛刺模板，X≥1去孔洞凹陷模板4.4圖像細(xì)化（Thinning）不斷去除曲線上不影響連通性的輪廓像素的過程，達(dá)到——保證細(xì)化后曲線仍然是連通的細(xì)化結(jié)果是原曲線的中心線保留細(xì)線端點(diǎn)常用算法：（大同小異）內(nèi)接圓法、經(jīng)典算法、異步算法、快速并行算法、并行八邊算法等。有關(guān)細(xì)化的概念和符號N(p)為p的鄰點(diǎn)的數(shù)值的和。圖像像素聯(lián)接數(shù)T(p)，如果旋轉(zhuǎn)著看像素周圍的點(diǎn)，T(p)就是p周圍8個點(diǎn)從0變成1的次數(shù)，它反映了像素鄰點(diǎn)的聯(lián)接的塊數(shù)。pW，pE，pS，pN分別指像素左側(cè)、右側(cè)、下邊、上邊鄰點(diǎn)的數(shù)值。算法步驟-剝皮法（Zhang-Suen，1984）對于柵格圖像中的每個點(diǎn)p，進(jìn)行如下操作：如果2≤N(p)≤6并且T(p)=1并且pNpSpW=0并且pWpEpN=0，則標(biāo)志p點(diǎn)；將所有被標(biāo)志的柵格點(diǎn)賦值為0，如果沒有被標(biāo)志的點(diǎn)，則算法結(jié)束；轉(zhuǎn)到第一步，循環(huán)。圖像細(xì)化算法演示：線狀地物的細(xì)化如果2≤N(p)≤6并且T(p)=1并且pNpSpW=0并且pWpEpN=0，則標(biāo)志p點(diǎn)；鏈碼（Freeman碼）：用曲線出發(fā)點(diǎn)坐標(biāo)和線的斜率來描述二值線圖形，任意一條細(xì)線都可用鏈碼序列表示為下式：C＝a1a2...an，0≤ai≤7使用Douglas-Peucher算法；自動掃描矢量化的可靠性還有待商榷；4.5空間數(shù)據(jù)錄入后的處理（1）圖形坐標(biāo)變換輸入與輸出不同時的需要。投影變換有兩種方式：多項(xiàng)式擬合，類似于圖像糾正；直接應(yīng)用投影變換公式進(jìn)行變換?；咀鴺?biāo)變換1）平移將圖形的一部分或者整體移動到笛卡爾坐標(biāo)系中另外的位置。X’=X+TxY’=Y+Ty2）縮放縮放操作用于輸出大小不同的圖形：X’=XSxY’=YSy3）旋轉(zhuǎn)在地圖投影變換中，經(jīng)常要應(yīng)用旋轉(zhuǎn)操作，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)操作要用到三角函數(shù)，假定順時針旋轉(zhuǎn)角度為θ，其公式為：X’=Xcosθ+YsinθY’=-Xsinθ+Ycosθ4）仿射變換（AffineTranformation）綜合考慮圖形的平移、旋轉(zhuǎn)和縮放5拓?fù)渖山⑼負(fù)渲暗膱D形修改在建立拓?fù)潢P(guān)系之前，要糾正數(shù)字化輸入過程中的錯誤，以正確地反映地物之間的關(guān)系。ESRI定義的六個準(zhǔn)則，可以幫助發(fā)現(xiàn)拓?fù)溴e誤。1）所有錄入的實(shí)體都能夠表現(xiàn)出來；2）沒有輸入額外的實(shí)體；3）所有的實(shí)體都在正確的位置上，并且其形狀和大小正確；4）所有具有連接關(guān)系的實(shí)體都已經(jīng)連上；5）所有的多邊形都有且只有一個標(biāo)志點(diǎn)以識別它們；6）所有的實(shí)體都在邊界之內(nèi)。錯誤的類型1）偽節(jié)點(diǎn)（PseudoNode）偽節(jié)點(diǎn)使一條完整的線變成兩段，造成偽節(jié)點(diǎn)的原因常常是沒有一次錄入完畢一條線——兩個對象。2）懸掛節(jié)點(diǎn)（DanglingNode）一個節(jié)點(diǎn)只與一條線相連接，稱該節(jié)點(diǎn)為懸掛節(jié)點(diǎn)懸掛節(jié)點(diǎn)有多邊形不封閉不及和過頭節(jié)點(diǎn)不重合3）“碎屑”多邊形或“條帶”多邊形（SliverPolygon）條帶多邊形一般由于重復(fù)錄入引起，由于前后兩次錄入同一條線的位置不可能完全一致，造成了“碎屑”多邊形。4）不正規(guī)的多邊形（WeirdPolygon）不正規(guī)的多邊形是由于輸入線時，點(diǎn)的次序倒置或者位置不準(zhǔn)確引起的。在進(jìn)行拓?fù)渖蓵r，產(chǎn)生“碎屑”多邊形。（3）建立拓?fù)潢P(guān)系1.多邊形拓?fù)潢P(guān)系的建立1）DIME模型（DualIndependentMapModel——雙重獨(dú)立地圖編碼模型）為基礎(chǔ)，記錄以下關(guān)系：多邊形的組成弧段；弧段左右兩側(cè)的多邊形，弧段兩端的節(jié)點(diǎn)；節(jié)點(diǎn)相連的弧段。多邊形拓?fù)涞慕⑦^程實(shí)際上就是確定上述的關(guān)系，具體的拓?fù)浣⑦^程與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有關(guān)。2）POLYVRT模型矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（POLYgonconVeRTor，多邊形轉(zhuǎn)換器）是一種以弧段（ARC）為基礎(chǔ)的拓?fù)鋽?shù)據(jù)模型。這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本元素稱為“弧段”或者“鏈段”?；《卧趦啥擞薪Y(jié)點(diǎn)，并伴有共享該段的左、右兩多邊形的編碼?；《慰捎扇我舛喔鼽c(diǎn)構(gòu)成，在POLYVRT模型中，多邊形也是由弧段組成的，每個多邊形是通過建立了一個環(huán)繞邊界的弧段目錄表來生成的。這種結(jié)構(gòu)不僅存儲了空間對象的幾何信息，而且還存儲了空間對象（多邊形、弧段和點(diǎn)）之間的拓?fù)潢P(guān)系。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是，除結(jié)點(diǎn)外，每個空間對象都是由更基本的對象組成的。只有點(diǎn)的坐標(biāo)是被實(shí)際存儲的，其他復(fù)雜空間對象的坐標(biāo)信息實(shí)際上是邏輯構(gòu)成的。DIME與POLYVRT模型的區(qū)別對用以描述多邊形之間關(guān)系并作為關(guān)系文件記錄的基本單元的邊的不同選擇。DIME模型是以兩個數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的邊界（拓?fù)淠Ｐ椭幸话惴Q為“段”—Segment）為關(guān)系描述和記錄的基本單元，POLYVRT模型則以兩個結(jié)點(diǎn)之間的一段邊（拓?fù)淠Ｐ椭幸话惴Q為“鏈”—Chain）為基本單元DIME與POLYVRT模型的共同點(diǎn)在于二者都是以線性要素（段或鏈）作為存儲記錄結(jié)點(diǎn)之間、鏈間以及多邊形間相互關(guān)系的基本單元。（4）多邊形拓?fù)渌惴▓D中共有4個節(jié)點(diǎn)，以A、B、C、D表示；6條弧段，用數(shù)字表示；以及I、II、III三個多邊形。定義以下概念：弧段是有方向的，A的起始節(jié)點(diǎn)稱為首節(jié)點(diǎn)NS(A)，終止節(jié)點(diǎn)為尾節(jié)點(diǎn)NE(A)；沿弧段前進(jìn)方向，將其相鄰的多邊形分別定義為左多邊形和右多邊形PL(A)和PR(A)拓?fù)浣⒑笥幸韵玛P(guān)系(1)拓?fù)溧徑樱褐复嬖谟诳臻g圖形的同類圖形實(shí)體之間的拓?fù)潢P(guān)系。如結(jié)點(diǎn)間的鄰接關(guān)系和多邊形間的鄰接關(guān)系。在圖中，結(jié)點(diǎn)N1與結(jié)點(diǎn)N2、N3相鄰，多邊形P1與P2、P3相鄰。(2)拓?fù)潢P(guān)聯(lián)：指存在于空間圖形實(shí)體中的不同類圖形實(shí)體之間的拓?fù)潢P(guān)系。如弧段在結(jié)點(diǎn)處的聯(lián)結(jié)關(guān)系和多邊形與弧段的關(guān)聯(lián)關(guān)系。圖中，N1結(jié)點(diǎn)與弧段A1、A5、A3相關(guān)聯(lián)，多邊形P2與弧段A3、A5、A6相關(guān)聯(lián)。(3)拓?fù)浒褐覆煌墑e或不同層次的多邊形圖形實(shí)體之間的拓?fù)潢P(guān)系。圖中分別有2、3、4個層次。同一層次的含義是：在同一有限的空間范圍內(nèi)（如同一外接多邊形），那些具有鄰接和關(guān)聯(lián)拓?fù)潢P(guān)系或完全不具備鄰接和關(guān)聯(lián)拓?fù)潢P(guān)系的多邊形處于同一級別或同一層次。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系的建立為了進(jìn)行流量以及連通性分析，在輸入道路、水系、管網(wǎng)、通信線路等信息時，需要確定線實(shí)體之間的連接關(guān)系。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系的建立包括確定節(jié)點(diǎn)與連接線之間的關(guān)系。第七章空間數(shù)據(jù)管理1空間數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)本身具有空間屬性系統(tǒng)的分析和應(yīng)用與地理環(huán)境直接關(guān)聯(lián)。深刻地影響著數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)、分析算法和軟件，以及系統(tǒng)的輸入和輸出。1.1GIS數(shù)據(jù)與MIS數(shù)據(jù)的比較主要區(qū)別圖形和圖像數(shù)據(jù)是GIS的主要特征一般MIS以統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、表格數(shù)據(jù)為主其他區(qū)別（要求更高）在硬件上，系統(tǒng)需要配置專門的輸入和輸出設(shè)備。在軟件上，專門的圖形和圖像數(shù)據(jù)的分析算法和處理軟件。應(yīng)用方面MIS：查詢檢索和統(tǒng)計(jì)分析，處理結(jié)果是表格數(shù)據(jù)GIS：信息檢索和統(tǒng)計(jì)分析+空間關(guān)系分析共同之處都以計(jì)算機(jī)為核心的信息處理系統(tǒng)都具有數(shù)據(jù)量大和數(shù)據(jù)之間關(guān)系復(fù)雜的特點(diǎn)都隨著數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展在不斷的改進(jìn)和完善事實(shí)上，地理信息系統(tǒng)正作為一種空間信息的處理系統(tǒng)，成為一個單獨(dú)的研究和發(fā)展領(lǐng)域。2地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫（1）概念空間數(shù)據(jù)庫是某一區(qū)域內(nèi)關(guān)于一定地理要素特征的為一定目的服務(wù)，以特定的數(shù)據(jù)存儲的相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)集合。（2）空間數(shù)據(jù)庫特點(diǎn)（相比于一般數(shù)據(jù)庫）數(shù)據(jù)量特別大：地理系統(tǒng)的復(fù)雜性，空間位置數(shù)據(jù)的特殊性。屬性數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)的復(fù)合體。數(shù)據(jù)應(yīng)用更廣泛。（3）GIS的內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)兩類結(jié)構(gòu)都可用來描述地理實(shí)體的點(diǎn)、線、面三種基本類型。經(jīng)過空間編碼后才能為GIS所用。1）柵格模型空間被規(guī)則地劃分為柵格（通常為正方形）。地理實(shí)體的位置和狀態(tài)是用它們占據(jù)的柵格的行、列來定義的。柵格的值表達(dá)了這個位置上物體的類型或狀態(tài)。2）矢量模型現(xiàn)實(shí)世界的要素位置和范圍采用點(diǎn)、線或面表達(dá)，每一個實(shí)體的位置是用它們在坐標(biāo)參考系統(tǒng)中的空間位置（坐標(biāo)）定義。3柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其編碼一、定義柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)將地球表面劃分為大小均勻緊密相鄰的網(wǎng)格陣列，每個網(wǎng)格作為一個象元或象素由行、列定義，并包含一個代碼表示該象素的屬性類型或量值，或僅僅包括指向其屬性記錄的指針。點(diǎn)：用一個柵格單元表示；線狀地物：沿線走向的一組相鄰柵格單元表示，每個柵格單元最多只有兩個相鄰單元在線上；面或區(qū)域：用記有區(qū)域?qū)傩缘南噜彇鸥駟卧募媳硎荆總€柵格單元可有多于兩個的相鄰單元同屬一個區(qū)域。二、特點(diǎn)屬性明顯，定位隱含柵格行列陣列容易為計(jì)算機(jī)存儲、操作和顯示，因此這種結(jié)構(gòu)容易實(shí)現(xiàn)，算法簡單，且易于擴(kuò)充、修改，也很直觀。柵格結(jié)構(gòu)表示的地表是不連續(xù)的，是量化和近似離散的數(shù)據(jù)。在柵格結(jié)構(gòu)中，地表被分成相互鄰接、規(guī)則排列的矩形方塊，誤差不僅有形態(tài)上的畸形，還可能包括屬性方面的偏差。三、決定柵格單元代碼的方式1.中心點(diǎn)法用處于柵格中心處的地物類型或現(xiàn)象特性決定柵格代碼。2.面積占優(yōu)法以占矩形區(qū)域面積最大的地物類型或現(xiàn)象特性決定柵格單元的代碼。3.重要性法根據(jù)柵格內(nèi)不同地物的重要性，選取最重要的地物類型決定相應(yīng)的柵格單元代碼。4.百分比法根據(jù)矩形區(qū)域內(nèi)各地理要素所占面積的百分比數(shù)確定柵格單元的代碼，如可記面積最大的兩類BA，也可以根據(jù)B類和A類所占面積百分比數(shù)在代碼中加入數(shù)字。四、柵格圖像編碼方法1直接?xùn)鸥窬幋a將柵格數(shù)據(jù)看作一個數(shù)據(jù)矩陣，逐行（或逐列）逐個記錄代碼根據(jù)需求不同有不同的記錄順序。弊端：數(shù)據(jù)量巨大2壓縮編碼方法分為無損編碼和有損編碼。1）鏈碼（ChainCodes）鏈碼又稱為弗里曼鏈碼，鏈碼可以有效地壓縮柵格數(shù)據(jù)，而且對于估算面積、長度、轉(zhuǎn)折方向的凹凸度等運(yùn)算十分方便，比較適合于存儲圖形數(shù)據(jù)。缺點(diǎn)：是對邊界進(jìn)行合并和插入等修改編輯工作比較困難，對局部的修改將改變整體結(jié)構(gòu)，效率較低，由于鏈碼以每個區(qū)域?yàn)閱挝淮鎯吔纾噜弲^(qū)域的邊界將被重復(fù)存儲而產(chǎn)生冗余。2）游程長度編碼（Run-LengthCodes）兩種方案：只在各行（或列）數(shù)據(jù)的代碼發(fā)生變化時依次記錄該代碼以及相同的代碼重復(fù)的個數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的壓縮。逐個記錄各行（或列）代碼發(fā)生變化的位置和相應(yīng)代碼。特點(diǎn)：壓縮效率較高，且易于檢索，疊加合并等操作，運(yùn)算簡單，適用于機(jī)器存儲容量小，數(shù)據(jù)需大量壓縮，而又要避免復(fù)雜的編碼解碼運(yùn)算增加處理和操作時間的情況。(1)記錄代碼發(fā)生變化和重復(fù)的個數(shù)（0，1），（4，2），（7，5）；（4，5），（7，3）；（4，4），（8，2），（7，2）；（0，2），（4，1），（8，3），（7，2）；（0，2），（8，4），（7，1），（8，1）；(0，3)，(8，5)；(0，4)，(8，4)；(0，5)，(8，3)。壓縮比的大小是與圖的復(fù)雜程度成反比的。（2）記錄代碼發(fā)生變化的位置和相應(yīng)代碼按列（1，0），（2，4），（4，0）；（1，4），（4，0）；（1，4），（5，8），（6，0）；（1，7），（2，4），（4，8），（7，0）；（1，7），（2，4），（3，8），（8，0）；（1，7），（3，8）；（1，7），（6，8）；（1，7），（5，8）。3）塊碼塊碼采用方形區(qū)域作為記錄單元，每個記錄單元包括相鄰的若干柵格，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)由初始位置（行、列號）和半徑（邊長），再加上記錄單位的代碼組成。1,1,1,0),(1,2,2,4),(1,4,1,7),(1,5,1,7),(1,6,2,7),(1,8,1,7),(2,1,1,4),(2,4,1,4),(2,5,1,4),(2,8,1,7),(3,1,1,4),(3,2,1,4),(3,3,1,4),(3,4,1,4),(3,5,2,8),(3,7,2,7),(4,1,2,0),(4,3,1,4),(4,4,1,8),(5,3,1,8),(5,4,2,8),(5,6,1,8),(5,7,1,7),(5,8,1,8),(6,1,3,0),(6,6,3,8),(7,4,1,0),(7,5,1,8),(8,4,1,0),(8,5,1,0)。特點(diǎn)：塊碼具有可變的分辨率，塊碼與游程長度編碼相似，隨著圖形復(fù)雜程度的提高而降低效率，圖斑越大，壓縮比越高；圖斑越碎，壓縮比越低。塊碼在合并、插入、檢查延伸性、計(jì)算面積等操作時有明顯的優(yōu)越性。4）四叉樹將整個圖像區(qū)逐步分解為一系列被單一類型區(qū)域內(nèi)含的方形區(qū)域，最小的方形區(qū)域?yàn)橐粋€柵格象元。分割原則：將圖像區(qū)域劃分為四個大小相同的象限，而每個象限又可根據(jù)一定規(guī)則判斷是否繼續(xù)等分為次一層的四個象限。終止判據(jù)：不管是哪一層上的象限，只要劃分到僅代表一種地物或符合既定要求的少數(shù)幾種地物時，則不再繼續(xù)劃分，否則一直劃分到單個柵格象元為止。四叉樹編碼與塊碼的比較：塊碼分割四叉樹分割四叉樹編碼特征：馬里蘭大學(xué)四叉樹編碼方式記錄葉子結(jié)點(diǎn)的地址和值的地址包括兩個部分，共32位（二進(jìn)制）最右邊4位記錄該葉子結(jié)點(diǎn)的深度，以深度推知子區(qū)的大??；地址由從根結(jié)點(diǎn)到該葉子結(jié)點(diǎn)的路徑表示，0，1，2，3分別表示SW、SE、NW、NE，從右邊第5位開始2n字節(jié)記錄這些方向。五、小結(jié)數(shù)據(jù)的壓縮是以增加運(yùn)算時間為代價的。好的壓縮編碼方法就是要在盡可能減少運(yùn)算時間的基礎(chǔ)上達(dá)到最大的數(shù)據(jù)壓縮效率。鏈碼的壓縮效率較高，已經(jīng)近矢量結(jié)構(gòu)，對邊界的運(yùn)算比較方便，但不具有區(qū)域的性質(zhì)，區(qū)域運(yùn)算困難；游程長度編碼既可以在很大程度上壓縮數(shù)據(jù)，又最大限度地保留了原始柵格結(jié)構(gòu)，編碼解碼十分容易；塊碼和四叉樹碼具有區(qū)域性質(zhì)，又具有可變的分辨率，有較高的壓縮效率，四叉樹編碼可以直接進(jìn)行大量圖形圖像運(yùn)算，效率較高，目前應(yīng)用最廣泛。4矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其編碼一、矢量數(shù)據(jù)類型點(diǎn)實(shí)體：記錄其坐標(biāo)和屬性代碼；線實(shí)體：用一系列足夠短的直線首尾相接，記錄這些小線段的端點(diǎn)坐標(biāo)，將曲線表示為一個以直線段相連坐標(biāo)序列；多邊形：包含外部和內(nèi)部。邊界線與線實(shí)體的存儲模式一致。二、特點(diǎn)定位明顯、屬性隱含數(shù)據(jù)精度高，所占空間小算法比柵格數(shù)據(jù)復(fù)雜計(jì)算長度、面積、形狀和圖形編輯、幾何變換的效率和精度高三、編碼方法點(diǎn)實(shí)體具體的或抽象的，如地物點(diǎn)、文本位置點(diǎn)或線段網(wǎng)絡(luò)的結(jié)點(diǎn)等線實(shí)體：基本內(nèi)容：多邊形編碼內(nèi)容：位置；屬性；區(qū)域的拓?fù)湫再|(zhì)（形狀、鄰域和層次）。編碼要求：存儲效率；可以計(jì)算周長和面積；多邊形拓?fù)潢P(guān)系的記錄方式一致；區(qū)域的層次。四、多邊形編碼方法1.坐標(biāo)序列法特征無拓?fù)潢P(guān)系，主要用于顯示、輸出及一般查詢；公共邊重復(fù)存儲，存在數(shù)據(jù)冗余，難以保證數(shù)據(jù)獨(dú)立性和一致性；多邊形分解和合并不易進(jìn)行，鄰域處理較復(fù)雜；處理嵌套多邊形比較麻煩；適用范圍：制圖及一般查詢，不適合復(fù)雜的空間分析；2.樹狀索引編碼法思路：減少數(shù)據(jù)冗余并間接增加鄰域信息。方法：對所有邊界點(diǎn)進(jìn)行數(shù)字化，將坐標(biāo)對以順序方式存儲，由點(diǎn)索引與邊界線號相聯(lián)系，以線索引與各多邊形相聯(lián)系，形成樹狀索引結(jié)構(gòu)。II,III,IV,VII,III,IV,V50IV,VI,VII40X30III,VII,VIII,IX,X20I,II,IX10多邊形邊界多邊形編號樹狀索引編碼法分析優(yōu)點(diǎn)消除了相鄰多邊形邊界的數(shù)據(jù)冗余和不一致的問題；在簡化過于復(fù)雜的邊界線或合并相鄰多邊形時可不必改造索引表；鄰域信息和島狀信息可以通過對多邊形文件的線索引處理得到；缺點(diǎn)索引建立繁瑣，給相鄰函數(shù)運(yùn)算，消除無用邊，處理島狀信息以及檢查拓?fù)潢P(guān)系帶來一定的困難。兩個編碼表都需要以人工方式建立，工作量大且容易出錯。3.拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)編碼法編碼內(nèi)容：唯一標(biāo)識，多邊形標(biāo)識，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）。采用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)編碼可以較好地解決空間關(guān)系查詢等問題，但增加了算法的復(fù)雜性和數(shù)據(jù)庫的大小。4.雙重獨(dú)立式DIME(DuallndependentMapEncoding)這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)除了通過線文件生成面文件外，還需要點(diǎn)文件。矢量編碼最重要的是信息的完整性和運(yùn)算的靈活性。目前并無統(tǒng)一的最佳的矢量結(jié)構(gòu)編碼方法，在具體工作中應(yīng)根據(jù)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)和任務(wù)的要求而靈活設(shè)計(jì)。矢柵結(jié)構(gòu)的比較及轉(zhuǎn)換算法5柵格結(jié)構(gòu)與矢量結(jié)構(gòu)的比較柵格結(jié)構(gòu)：“屬性明顯、位置隱含”矢量結(jié)構(gòu)：“位置明顯、屬性隱含”柵格數(shù)據(jù)操作容易實(shí)現(xiàn)，而矢量數(shù)據(jù)操作復(fù)雜。精度方面，柵格結(jié)構(gòu)需要更多的柵格單元，矢量結(jié)構(gòu)則需記錄更多的線段結(jié)點(diǎn)。柵格結(jié)構(gòu)只是矢量結(jié)構(gòu)在某種程度上的一種近似。一、矢量格式與柵格格式的優(yōu)缺點(diǎn)比較（一）矢量數(shù)據(jù)優(yōu)點(diǎn)：表示地理數(shù)據(jù)的精度較高嚴(yán)密的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)量小完整的描述空間關(guān)系圖形輸出精確美觀圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的恢復(fù)、更新、綜合都能實(shí)現(xiàn)面向目標(biāo)，不僅能表達(dá)屬性，而且能方便的記錄每個目標(biāo)的具體屬性信息缺點(diǎn)：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜矢量疊置較為復(fù)雜數(shù)學(xué)模擬比較困難技術(shù)復(fù)雜，特別是軟硬件（二）柵格數(shù)據(jù)優(yōu)點(diǎn)：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單空間數(shù)據(jù)的疊置和組合方便各類空間分析很易于進(jìn)行數(shù)學(xué)模擬方便缺點(diǎn)：圖形數(shù)據(jù)量大用大像元減少數(shù)據(jù)量時，精度和信息量受損地圖輸出不美觀難以建立網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系投影變換比較費(fèi)時2）柵格數(shù)據(jù)到矢量數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)狀實(shí)體：每個實(shí)體僅由一個坐標(biāo)對表示坐標(biāo)精度變換問題。線實(shí)體：把柵格行列坐標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)槭噶拷Y(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，根據(jù)精度要求，在結(jié)點(diǎn)之間插值或抽稀。6矢量格式向柵格格式的轉(zhuǎn)換又稱為多邊形填充，實(shí)現(xiàn)過程是在矢量表示的多邊形邊界內(nèi)部的所有柵格點(diǎn)上賦以相應(yīng)的多邊形編碼。1）內(nèi)部點(diǎn)擴(kuò)散算法由每個多邊形一個內(nèi)部點(diǎn)（種子點(diǎn)）開始，向其八個方向的鄰點(diǎn)擴(kuò)散。問題：當(dāng)復(fù)雜圖形的同一多邊形的兩條邊界落在同一個或相鄰的兩個柵格內(nèi)，會造成多邊形不連通，這樣一個種子點(diǎn)不能完成整個多邊形的填充。2）復(fù)數(shù)積分算法對全部柵格陣列逐個柵格單元地判斷該柵格歸屬的多邊形編碼，判別方法是由待判點(diǎn)對每個多邊形的封閉邊界計(jì)算復(fù)數(shù)積分（XY坐標(biāo)），對某個多邊形，如果積分值為2pr，則該待判點(diǎn)屬于此多邊形，賦以多邊形編號，否則在此多邊形外部，不屬于該多邊形。3）射線算法逐點(diǎn)判斷數(shù)據(jù)柵格點(diǎn)在某多邊形之外或在多邊形內(nèi)由待判點(diǎn)向圖外某點(diǎn)引射線，判斷該射線與某多邊形所有邊界相交的總次數(shù)，如相交偶數(shù)次，則待判點(diǎn)在該多邊形外部，如為奇數(shù)次，則待判點(diǎn)在該多邊形內(nèi)部。排除特殊情況下影響交點(diǎn)的個數(shù)。4）掃描算法將射線改為沿柵格陣列列或行方向掃描線。5）邊界代數(shù)算法BAF-BoundaryAlgebraFilling基于積分思想適合于有拓?fù)潢P(guān)系的多邊形矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為柵格結(jié)構(gòu)。算法：當(dāng)邊界弧段上行時，該弧段與左圖框之間柵格增加一個值（左多邊形編號減去右多邊形編號）；當(dāng)邊界弧段下行時，該弧段與左圖框之間柵格增加一個值（右多邊形編號減去左多邊形編號）。單個多邊形的轉(zhuǎn)換矢柵格式轉(zhuǎn)換小結(jié)在柵格圖像上提取特定的區(qū)域時采用種子填充算法；需要進(jìn)行點(diǎn)和多邊形關(guān)系的判斷時采用射線算法邊界代數(shù)法算法簡單、可靠性好，各邊界弧段只被搜索一次，通過簡單的加減代數(shù)運(yùn)算將邊界位置信息動態(tài)地賦給各柵格點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了矢量格式到柵格格式的高速轉(zhuǎn)換，避免了重復(fù)計(jì)算。7柵格向矢量格式的轉(zhuǎn)換多邊形柵格格式向矢量格式轉(zhuǎn)換就是提取以相同編號的柵格集合表示的多邊形區(qū)域的邊界和邊界的拓?fù)潢P(guān)系，并表示由多個小直線段組成的矢量格式邊界線的過程。步驟多邊形邊界提?。簴鸥駡D像二值化；邊界線追蹤：對每個邊界弧段由一個結(jié)點(diǎn)向另一個結(jié)點(diǎn)搜索，連成邊界弧段；拓?fù)潢P(guān)系生成：建立矢量數(shù)據(jù)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和屬性；去除多余點(diǎn)及曲線圓滑；算法（DBDF-DoubleBoundaryDirectFinding）基本思想：通過邊界提取，將左右多邊形信息保存在邊界點(diǎn)上，每條邊界弧段由兩個并行的邊界鏈組成，分別記錄該邊界弧段的左右多邊形編號。邊界線搜索采用2x2柵格窗口，在每個窗口內(nèi)的四個柵格數(shù)據(jù)的模式，可以唯一地確定下一個窗口的搜索方向和該弧段的拓?fù)潢P(guān)系。算法過程（1）邊界點(diǎn)和結(jié)點(diǎn)提?。翰捎?x2窗口。如果窗口內(nèi)四個柵格有且僅有兩個不同的編號，則該四個柵格表示為邊界點(diǎn)；如果窗口內(nèi)四個柵格有三個以上不同編號，則標(biāo)識為結(jié)點(diǎn)（即不同邊界弧段的交匯點(diǎn)），保持各柵格原多邊形編號信息。對于對角線上柵格兩兩相同的情況，由于造成了多邊形的不連通，也當(dāng)作結(jié)點(diǎn)處理。節(jié)點(diǎn)的8種情形（2）邊界線搜索與左右多邊形信息記錄：對每個弧段由一組已標(biāo)識的四個結(jié)點(diǎn)開始。選定與之相鄰的任意一組四個邊界點(diǎn)和結(jié)點(diǎn)都必定屬于某一窗口的四個標(biāo)識點(diǎn)之一。首先記錄開始邊界點(diǎn)的兩個多邊形編號，作為該弧段的左右多邊形，下一點(diǎn)組的搜索方向則由進(jìn)入當(dāng)前點(diǎn)的搜索方向和該點(diǎn)組的可能走向決定。每個邊界點(diǎn)組只能有兩個走向，一個是前點(diǎn)組進(jìn)入的方向，另一個則可確定為將要搜索后續(xù)點(diǎn)組的方向。（3）多余點(diǎn)去除：多余點(diǎn)的去除基于如下思想：在一個邊界弧段上的連續(xù)的三個點(diǎn)，如果在一定程度上可以認(rèn)為在一條直線上（滿足直線方程），則三個點(diǎn)中間一點(diǎn)可以被認(rèn)為上多余的，予以去除。多余點(diǎn)產(chǎn)生的原因：柵格向矢量轉(zhuǎn)換時逐點(diǎn)搜索邊界造成的（當(dāng)邊界為直線時）。多余點(diǎn)去除算法可大量去除多余點(diǎn)，減少數(shù)據(jù)冗余。第八章空間分析概述空間分析是GIS系統(tǒng)的重要功能之一，是GIS系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)輔助繪圖系統(tǒng)的主要區(qū)別?？臻g分析的對象是一系列跟空間位置有關(guān)的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)兩部分。空間數(shù)據(jù)用于實(shí)體的空間位置和幾何形態(tài)，屬性數(shù)據(jù)用于統(tǒng)計(jì)分析實(shí)體某一方面的性質(zhì)。1空間查詢與量算1.1空間查詢用于圖形與屬性互查是最常用的查詢。屬性查圖形：查詢結(jié)果利用圖形和屬性的對應(yīng)關(guān)系，在圖上用指定的顯示方式將結(jié)果定位繪出。圖形查屬性：用光標(biāo)等工具選中地物后，在數(shù)據(jù)庫中檢索出被選空間實(shí)體，根據(jù)空間實(shí)體與屬性的連接關(guān)系，得到所查詢空間實(shí)體的屬性列表。一、常用的空間關(guān)系查詢方式拓?fù)?、順序、距離、方位。順序、方位——在京滬線的東部距離——距離京滬線不超過50公里拓?fù)洹囟ㄐ螤?、相鄰性…屬性——城市人口大?00萬二、常見的空間關(guān)系查詢面面查詢：與某個多邊形相鄰的多邊形有哪些面線查詢：某個多邊形的邊界有哪些線。面點(diǎn)查詢：某個多邊形內(nèi)有哪些點(diǎn)狀地物。線面查詢：某條線經(jīng)過（穿過）的多邊形有哪些；某條鏈的左、右多邊形是哪些。線線查詢：與某條河流相連的支流有哪些，某條道路跨過哪些河流。線點(diǎn)查詢：某條道路上有哪些橋梁；某條輸電線上有哪些變電站。點(diǎn)面查詢：某個點(diǎn)落在哪個多邊形內(nèi)。點(diǎn)線查詢：如某個結(jié)點(diǎn)由哪些線相交而成。1.2.空間量算幾何量算；形狀量算；質(zhì)心量算；距離量算空間量算的具體內(nèi)容點(diǎn)狀地物（0維）：坐標(biāo)；線狀地物（1維）：長度，曲率，方向；面狀地物（2維）：面積,周長,形狀,曲率等體狀地物（3維）：體積，表面積等。1.2.1幾何量算（1）線的長度計(jì)算矢量數(shù)據(jù)：計(jì)算公式：復(fù)合線長度等于各分支曲線長度之和。柵格數(shù)據(jù)：累加地物骨架線通過的格網(wǎng)數(shù)目，骨架線采用8方向連接，當(dāng)連接方向?yàn)閷蔷€方向時，乘上。（2）面狀地物的面積矢量結(jié)構(gòu)幾何交叉處理法：沿多邊形的每個頂點(diǎn)作垂直與X軸的垂線，然后計(jì)算每條邊、它的兩條垂線及這兩條垂線所截得X軸部分所包圍的面積，所求出的面積的代數(shù)和，即為多邊形面積柵格結(jié)構(gòu)面積等于相同屬性值的格網(wǎng)數(shù)目的面積和。1.2.2形狀量算針對于面狀地物的形狀量測兩個基本考慮：（1）空間一致性：有孔多邊形和破碎多邊形（2）多邊形邊界特征：多邊形長、短軸之比，周長面積比，面積長度比等。一、歐拉函數(shù)：描述多邊形破碎程度歐拉數(shù)=（孔數(shù)）-（碎片數(shù)-1）注意：有孔分布的才稱為碎片二、多邊形邊界指標(biāo)：形狀系數(shù)P：地物周長，A：面積；如果r<1為緊湊型；r=1為標(biāo)準(zhǔn)圓；r>1為膨脹型。圓圓r=1r>1膨脹型r<1緊縮型1.2.3質(zhì)心量算多邊形或面的幾何中心叫質(zhì)心某些情況下，質(zhì)心描述的是分布中心，而不是絕對幾何中心。在處理實(shí)際問題時，通過權(quán)重系數(shù)解決，求得的結(jié)果稱為加權(quán)平均中心。計(jì)算公式：；Wi為第i個離散目標(biāo)物權(quán)重，Xi，Yi為第i個離散目標(biāo)物的坐標(biāo)。1.2.4距離量算最常用的距離概念是歐氏距離；理想距離：出發(fā)點(diǎn)與達(dá)到點(diǎn)構(gòu)成的等時圓；現(xiàn)實(shí)距離：各向異性距離表面，又稱為耗費(fèi)距離；距離計(jì)算：2空間變換空間變換：為了滿足特定空間分析的需要，對原始圖層及其屬性進(jìn)行邏輯或代數(shù)運(yùn)算，產(chǎn)生新的具有特殊意義的地理圖層及其屬性的過程。（1）基于單個圖層進(jìn)行（2）基于多個圖層基于柵格結(jié)構(gòu)的空間變換（1）單點(diǎn)變換；（2）鄰域變換；（3）區(qū)域變換；一、基于柵格結(jié)構(gòu)的空間變換（一）單點(diǎn)變換：只考慮單個點(diǎn)的屬性值進(jìn)行運(yùn)算單點(diǎn)變換最常見的函數(shù)有加、減、乘、除等代數(shù)運(yùn)算；與、并、非、異或等邏輯運(yùn)算；大于、小于等比較運(yùn)算；指數(shù)函數(shù)，