1、 1.1 地理空間() 地理信息系統(tǒng)中的空間概念常用地理空間表述。 物質(zhì)、能量、信息的存在形式在形態(tài)、結(jié)構(gòu)過程、功能關(guān)系上的分布方式和格局及其在時(shí)間上的延續(xù)(陳述彭，2000)。 一般認(rèn)為，地理空間的范疇上至電離層，下至莫霍面，上下厚度大約2000。 地理空間是大氣圈、水圈、巖石圈、土壤圈和生物圈交互作用的區(qū)域，是人地關(guān)系最復(fù)雜、最密切的區(qū)域，也是地球上最復(fù)雜的物理過程、化學(xué)過程、生物過程和生物地球化學(xué)過程發(fā)生的區(qū)域，還是宇宙過程對(duì)地球影響最大的區(qū)域。 地理空間范疇 1.2 地球體模型(earth body model) (1)地球自然表面與地球體 地球自然表面：一個(gè)起伏不平，十分不規(guī)則的表面

2、，包括海洋底部、高山高原在內(nèi)的固體地球表面。 地球體：由地球自然表面所包圍的形體。 (2)大地水準(zhǔn)面與大地體 假設(shè)海水處于完全靜止的平衡狀態(tài)，并從海平面延伸到所有大陸下部，而與地球重力方向處處正交，即構(gòu)成一個(gè)連續(xù)的、閉合的水準(zhǔn)面，這就是大地水準(zhǔn)面。 被大地水準(zhǔn)面包裹的球體稱大地體。 由大地水準(zhǔn)面包圍而成的大地體是對(duì)地球形體的一級(jí)逼近。 (3)旋轉(zhuǎn)橢球面與旋轉(zhuǎn)橢球體 概念：一個(gè)假想的繞短軸(地軸)旋轉(zhuǎn)且表面光滑的球體，用一個(gè)確定大小的橢圓繞其短軸旋轉(zhuǎn)來描述，是對(duì)地球形體的二級(jí)逼近，也稱地球橢球體。 旋轉(zhuǎn)橢球體的表面稱旋轉(zhuǎn)橢球面。 描述參數(shù)：地球橢球體的大小用長半徑 和短半徑，或一個(gè)半徑和扁率 表

3、示，三者具有數(shù)學(xué)關(guān)系： (4)參考橢球體 經(jīng)過局部定位的地球橢球體，稱為參考橢球體。 通過數(shù)學(xué)方法將地球橢球體擺到與大地水準(zhǔn)面最貼近的位置上稱橢球體定位，實(shí)現(xiàn)對(duì)地球形體的三級(jí)逼近。 1.3 地球空間參照系(geo-spatial reference system) 空間參照系指測量與標(biāo)定空間點(diǎn)位的一種坐標(biāo)系，包括地理坐標(biāo)系、平面坐標(biāo)系和高程坐標(biāo)系。 1.3.1 地理坐標(biāo)系 地理坐標(biāo)系是用地理經(jīng)緯度表示地球表面上點(diǎn)位的空間坐標(biāo)系。 天文地理坐標(biāo)系 以大地水準(zhǔn)面和鉛垂線為依據(jù)，通過地面天文測量的方法得到。 大地坐標(biāo)系 以參考橢球體面和法線為依據(jù)，通過大地測量得到。 1.3.2 參心坐標(biāo)系與地心坐標(biāo)

4、系 參心坐標(biāo)系 以參考橢球體面為基本參考面，以大地測量起算點(diǎn)/大地原點(diǎn)為基本參考點(diǎn)，以局部參考橢球體中心為基本參考中心的大地坐標(biāo)系。 地心坐標(biāo)系 以地球橢球體中心(即地心)為原點(diǎn)的大地坐標(biāo)系。 20世紀(jì)50年代以來，因研究地球體形狀整體及其外部重力場以及地球動(dòng)力現(xiàn)象，描述人造地球衛(wèi)星和遠(yuǎn)程彈道武器在空間的位置和運(yùn)動(dòng)軌跡，以及表示其地面發(fā)射站和跟蹤站的位置，發(fā)展了地心坐標(biāo)系。 世界地心坐標(biāo)系- 美國應(yīng)用技術(shù)建立起來的地心坐標(biāo)系統(tǒng)，并推廣到世界范圍。這是一個(gè)國際協(xié)議地球空間參照系，是目前國際上統(tǒng)一采用的世界衛(wèi)星大地測量坐標(biāo)系。 -坐標(biāo)原點(diǎn)在地球質(zhì)心處， 軸指向國際時(shí)間局(簡稱)定義的協(xié)議地極(簡稱

5、)方向， 軸指向國際時(shí)間局()的協(xié)議子午面和赤道的交點(diǎn)， 軸與 軸、 軸垂直構(gòu)成右手法則。 世界地心坐標(biāo)系 1.3.3 平面坐標(biāo)系 當(dāng)測量或制圖范圍較小時(shí)，把該區(qū)域的球面視為平面，將地面點(diǎn)直接沿鉛垂線方向投影到平面上建立平面坐標(biāo)系統(tǒng)。地圖投影也用到平面坐標(biāo)系。 平面直角坐標(biāo)系 平面直角坐標(biāo)系縱軸為 軸，向上(北)為正，向下(南)為負(fù)；橫軸為 軸，向右(東)為正，向左(西)為負(fù)； 軸與軸的交點(diǎn) 為坐標(biāo)原點(diǎn)；坐標(biāo)象限自縱軸北方向順時(shí)針順序編號(hào)。 平面極坐標(biāo)系 以向徑 和極角 構(gòu)成的點(diǎn)位二維平面坐標(biāo)系。極坐標(biāo)系在碎部測量中使用，地圖投影中也經(jīng)常用到。 1.3.4 高程參照系 高程參照系：測繪和計(jì)算地

6、面點(diǎn)高程的參照系統(tǒng)。 基本概念 高程：地面點(diǎn)到某一參考基準(zhǔn)面的垂直距離。 絕對(duì)高程(海拔)：地面點(diǎn)到大地水準(zhǔn)面的垂直距離。 相對(duì)高程：地面點(diǎn)到任一水準(zhǔn)面的垂直距離。 高差：地面點(diǎn)之間的高程差，有正、負(fù)之分。 高程參照系的概念 1.3.5 地理格網(wǎng)參照系 地理格網(wǎng)的概念：按一定的數(shù)學(xué)規(guī)則對(duì)地球表面進(jìn)行劃分而形成的格網(wǎng)。 地理格網(wǎng)的劃分體系 地理坐標(biāo)格網(wǎng)體系 有兩種格網(wǎng)體系：地理格網(wǎng)系統(tǒng)，主要用于表示海洋、氣象、地球物理等數(shù)據(jù)； 地理格網(wǎng)系統(tǒng)，主要用于表示全國或省(區(qū))內(nèi)的各種地理數(shù)據(jù)。 直角坐標(biāo)格網(wǎng)體系 將地球表面按數(shù)學(xué)法則投影到平面上，再按一定的縱橫坐標(biāo)間距和統(tǒng)一的坐標(biāo)原點(diǎn)對(duì)其劃分構(gòu)成的多級(jí)地

7、理格網(wǎng)系統(tǒng)。 基于20面三角球面的四分法及其編碼 1.3.6 我國的大地坐標(biāo)系統(tǒng) 年北京坐標(biāo)系 建國初期，暫時(shí)采用克拉索夫斯基橢球參數(shù)，與前蘇聯(lián)年坐標(biāo)系聯(lián)測，通過計(jì)算建立的大地坐標(biāo)系，定名為年北京坐標(biāo)系。 年國家大地坐標(biāo)系 采用國際大地測量和物理聯(lián)合會(huì)()年推薦的橢球參數(shù)建立我國新的坐標(biāo)系，大地原點(diǎn)設(shè)在陜西涇陽縣永樂鎮(zhèn)，定名為年國家大地坐標(biāo)系。 國家大地原點(diǎn)陜西涇陽縣永樂鎮(zhèn) 國家大地坐標(biāo)系 根據(jù)中華人民共和國測繪法，經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)，我國自年 月 日起，啟用國家大地坐標(biāo)系。與現(xiàn)行國家大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換、銜接的過渡期為年。 國家大地坐標(biāo)系是一種全球三維地心坐標(biāo)系，其原點(diǎn)為包括海洋和大氣的整個(gè)地球的質(zhì)量中

8、心。 國家大地坐標(biāo)系采用的地球橢球參數(shù)： 年黃海高程系 用青島驗(yàn)潮站年的觀測記錄計(jì)算確定黃海平均海水面為高程基準(zhǔn)面建立的高程系統(tǒng)。 年國家高程基準(zhǔn) 根據(jù)青島驗(yàn)潮站年的觀測記錄對(duì)黃海平均海水面進(jìn)行修正后的高程系統(tǒng)。 國家水準(zhǔn)原點(diǎn) 1.4 地圖投影(map project) 1.4.1 基本概念 地圖投影指按照一定的數(shù)學(xué)法則將球面上的經(jīng)緯線網(wǎng)轉(zhuǎn)移到平面上的方法。 地圖投影的本質(zhì)是建立球面點(diǎn)與平面點(diǎn)之間的函數(shù)關(guān)系： 地圖投影的概念 地圖投影變形()指球面轉(zhuǎn)換成平面后地圖上所產(chǎn)生的長度、角度和面積誤差。 任何地圖投影都存在投影變形。 地圖上的投影變形分布可用變形分布表、等變形線和變形橢圓描述。 1.4

9、.2 常用地圖投影 (1)世界地圖常用投影 墨卡托投影() 正軸等角圓柱投影。在墨卡托投影上，等角航線表現(xiàn)為直線，在航海上具有重要意義，因此在航海圖中得到廣泛應(yīng)用。 大圓航線與等角航線 等差分緯線多圓錐投影 年中國地圖出版社針對(duì)中國編制世界地圖要求設(shè)計(jì)。這種投影的經(jīng)緯線網(wǎng)具有很強(qiáng)的球形感，中國位于地圖的中間部分，很好地表現(xiàn)了中國與周邊陸地和海上鄰國的空間關(guān)系；中國絕大部分地區(qū)的面積變形在%以內(nèi)，能保持中國輪廓的正確性。 (2)半球地圖常用投影 橫軸等積方位投影()，也稱蘭勃特方位投影。 常用于編制東、西半球圖，投影中心東半球?yàn)?與赤道交點(diǎn)，西半球?yàn)榕c赤道交點(diǎn)。 橫軸等角方位投影() 經(jīng)緯網(wǎng)形狀

10、和變形分布特征與橫軸等積方位投影相似。 波斯特爾投影() 正軸等距方位投影，用于編制南、北半球地圖，北極地圖、南極地圖等。 橫軸等角方位投影(左)與波斯特爾投影(右) (3)分洲、分國地圖常用投影 斜軸等積方位投影() 投影面與橢球面相切于極地與赤道之間的任一點(diǎn)上，常用于編制亞洲、歐洲、北美洲地圖。 用該投影編制中國地圖時(shí)，投影中心位于， ，在主圖區(qū)域內(nèi)完整表示南海區(qū)域。 蘭勃特投影()：有蘭勃特等角圓錐投影(又稱蘭勃特正形投影)、蘭勃特等積圓錐投影。 亞爾勃斯投影()：正軸等積割圓錐投影。 正軸圓錐投影廣泛應(yīng)用與中緯度國家和地區(qū)的地圖制圖。編制中國地圖時(shí)通常采用兩條標(biāo)準(zhǔn)緯線的割圓錐投影，標(biāo)準(zhǔn)

11、緯線多采用2545 或2547 ，南海區(qū)域以插圖形式表現(xiàn)。 (4)大中比例尺地形圖投影 高斯-克呂格投影()：橫軸等角切橢圓柱投影，我國用于大于萬地形圖，也是編制縣(鄉(xiāng))地圖及大型工程制圖的常用地圖投影。 高斯-克呂格投影的分帶投影方法 高斯-克呂格投影采用 和 分帶投影方法，保證投影帶內(nèi)變形不超過一定限度。 我國萬萬比例尺地形圖采用 分帶，萬及更大比例尺地形圖采用 分帶。 高斯-克呂格投影的平面直角坐標(biāo)系 我國采用高斯-克呂格投影的平面直角坐標(biāo)系作為平面坐標(biāo)系統(tǒng)，應(yīng)用于萬及更大比例尺地圖。 高斯平面直角坐標(biāo)系以赤道為坐標(biāo)橫軸(軸)，投影帶中央經(jīng)線西移為縱軸( 軸)，構(gòu)成該投影帶的平面直角坐標(biāo)

12、系。 為了區(qū)別不同投影帶的橫坐標(biāo)值( 軸)，在橫坐標(biāo)前加注投影帶帶號(hào)。 方里網(wǎng) 在大比例尺地形圖上，按間距或繪制坐標(biāo)橫軸和坐標(biāo)縱軸的平行線，構(gòu)成方里網(wǎng)，或稱公里網(wǎng)。 2.1 地理空間數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)表示的基本思路 從邏輯上將地理空間數(shù)據(jù)抽象為不同的專題(圖層)。 將每個(gè)專題地理要素分解概括為點(diǎn)、線、面、體等幾何圖形元素()，簡稱圖元。 以點(diǎn)圖元為基本單元，對(duì)各種圖形元素?cái)?shù)字化，實(shí)現(xiàn)地理空間數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)表示。 點(diǎn)是最基本的圖形元素。 兩種數(shù)據(jù)模型() 矢量()數(shù)據(jù)模型：采用沒有大小的點(diǎn)(坐標(biāo))表達(dá)基本點(diǎn)元素； 柵格()數(shù)據(jù)模型：采用有固定大小的點(diǎn)(面元)表達(dá)基本點(diǎn)元素。 矢量表示法與柵格表示法 2.2

13、 矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)() 2.2.1 概述 以歐幾里德幾何學(xué)概念為基礎(chǔ)的點(diǎn)、線、面及其組合來表示地理要素空間分布的一種數(shù)據(jù)組織方式。 矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)： 能很好地逼近地理要素空間分布的幾何特征； 數(shù)據(jù)精度高； 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)冗余度低； 便于進(jìn)行地理要素的網(wǎng)絡(luò)分析； 難于實(shí)現(xiàn)多層空間數(shù)據(jù)的疊合分析。 2.2.2 簡單矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 圖形以點(diǎn)、線、多邊形等基本空間對(duì)象為單元單獨(dú)組織，具有數(shù)據(jù)組織直觀，操作簡單的特點(diǎn)。 不足： 多邊形公共邊的重復(fù)操作造成數(shù)據(jù)冗余和不一致； 點(diǎn)、線、多邊形坐標(biāo)數(shù)據(jù)各自獨(dú)立，沒有拓?fù)潢P(guān)系，不能很好反映各圖形之間的聯(lián)系。 點(diǎn) D(x,y) 線 L(x1,y1;x2,y2;xn,yn)

14、 面 P(x1,y1;x2,y2;x1,y1) 2.2.3 拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu) (1)拓?fù)潢P(guān)系() 拓?fù)湓谥械囊饬x：描述空間對(duì)象之間的連接和關(guān)聯(lián)等拓?fù)潢P(guān)系，克服簡單矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的不足。中的拓?fù)潢P(guān)系 拓?fù)溧徑樱捍嬖谟诳臻g圖形的同類元素之間的拓?fù)潢P(guān)系，如結(jié)點(diǎn)鄰接關(guān)系、多邊形鄰接關(guān)系等。 拓?fù)潢P(guān)聯(lián)：存在于空間圖形的不同類元素之間的拓?fù)潢P(guān)系，如結(jié)點(diǎn)與弧段的關(guān)聯(lián)關(guān)系、多邊形與弧段的關(guān)聯(lián)關(guān)系等。 拓?fù)浒捍嬖谟诳臻g圖形的同類，但不同級(jí)的元素之間的拓?fù)潢P(guān)系，包括簡單包含、多層包含和等價(jià)包含三種形式。 (2)拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)舉例 幾個(gè)應(yīng)用較早的拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(多邊形轉(zhuǎn)換器，) (對(duì)偶獨(dú)立地圖編碼，美國人口統(tǒng)計(jì)，) (，

15、美國人口普查，) 拓?fù)鋱D形的基本元素 折點(diǎn)，或稱頂點(diǎn)() 節(jié)點(diǎn)() 弧段() 多邊形() 島() 拓?fù)潢P(guān)系通過創(chuàng)建中間點(diǎn)(折點(diǎn))坐標(biāo)表、節(jié)點(diǎn)與中間點(diǎn)表、弧段與中間點(diǎn)表、弧段拓?fù)浔?、環(huán)拓?fù)浔?、多邊形拓?fù)浔韥肀硎尽?2.3 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 2.3.1 概述 將空間分割成規(guī)則網(wǎng)格，給各個(gè)網(wǎng)格賦予相應(yīng)的屬性值以表示地理要素位置及其屬性的一種數(shù)據(jù)組織方式。 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單、直觀； 容易實(shí)現(xiàn)多層空間數(shù)據(jù)的疊合分析； 便于與遙感圖像和掃描圖像數(shù)據(jù)的匹配； 精度較低，提高精度時(shí)網(wǎng)格單元數(shù)量呈幾何級(jí)數(shù)增加，數(shù)據(jù)冗余度大； 網(wǎng)絡(luò)分析實(shí)現(xiàn)困難。 2.3.2 柵格矩陣編碼 用 的矩陣表示圖形，是柵格數(shù)據(jù)

16、結(jié)構(gòu)的基本形式。 柵格矩陣編碼數(shù)據(jù)冗余度高，因此在實(shí)際工作中多采用壓縮編碼形式。 主要的壓縮編碼方法有：、塊式編碼法、鏈?zhǔn)骄幋a、八叉樹和十六叉樹編碼法。 2.3.3 游程編碼() 游程編碼是將柵格圖層的數(shù)據(jù)序列1、2、n，映射為相應(yīng)的二元組序列（i，i）， =1， 。其中 為屬性值， 為游程， 為游程序號(hào)。 游程編碼的實(shí)質(zhì)是在行(列)方向上，將相鄰的若干個(gè)相同屬性的像元合并編碼，只記錄行程長度和代碼值，以達(dá)到壓縮編碼的目的。 游程編碼方法記錄代碼值和相同代碼連續(xù)出現(xiàn)的個(gè)數(shù)。 游程編碼方法記錄代碼值和代碼值發(fā)生變化的位置。 2.3.4 四叉樹編碼(，) 概念：四叉樹編碼是將空間區(qū)域按照 個(gè)象限進(jìn)

17、行遞歸分割(，且 1)，直到子象限數(shù)值單調(diào)為止。 以像元陣列為根結(jié)點(diǎn)，將整個(gè)區(qū)域分為四個(gè)象限，若某一象限內(nèi)所有象元屬性值不相同時(shí)繼續(xù)分解，其極限分割次數(shù)為 ，最大可分解圖層數(shù)為 。 2.4 矢量-柵格一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)() 基本思想：將點(diǎn)所在格網(wǎng)或線、邊界通過的格網(wǎng)根據(jù)精度要求按照或細(xì)分，基本格網(wǎng)和細(xì)分格網(wǎng)都采用線性四叉樹編碼，采樣點(diǎn)和線性目標(biāo)與基本格網(wǎng)的交點(diǎn)用兩個(gè)十進(jìn)制碼表示。 2.5.地理數(shù)據(jù)組織與編碼 2.5.1 地理數(shù)據(jù)組織 地理數(shù)據(jù)分類是地理數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、管理、查詢和共享的依據(jù)，是地理數(shù)據(jù)組織的基礎(chǔ)。 地理數(shù)據(jù)分類：依據(jù)地理要素之間不同特征、相似特征及組合特征將其區(qū)分，在邏輯上將地理數(shù)

18、據(jù)組織為不同的信息層。 地理要素的屬性特征是對(duì)于其空間特征的描述。一個(gè)空間特征可以具有多個(gè)屬性特征描述(一對(duì)多關(guān)系)。 空間特征與屬性特征通過唯一標(biāo)示符()聯(lián)系。 2.5.2 地理數(shù)據(jù)編碼 將地理數(shù)據(jù)分類結(jié)果用一種易于被計(jì)算機(jī)和人識(shí)別的符號(hào)系統(tǒng)(代碼)表示，以表明實(shí)體元素在數(shù)據(jù)分類分級(jí)體系中的隸屬關(guān)系和屬性性質(zhì)。 地理數(shù)據(jù)編碼應(yīng)遵循的原則： 科學(xué)性和系統(tǒng)性； 相對(duì)穩(wěn)定性； 完整性； 可擴(kuò)充性； 實(shí)用性； 符合國家(或行業(yè))規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)； 效率。 2.5.3 地理數(shù)據(jù)分類與編碼實(shí)例 國土基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)分類與代碼() (1)分類體系 國土基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)分為 個(gè)大類，大類下依次細(xì)分為小類、一級(jí)類和二級(jí)類。

19、 (2)編碼 分類代碼由 位數(shù)字碼組成。大類碼、小類碼、一級(jí)代碼和二級(jí)代碼分別用數(shù)字順序排列；識(shí)別碼由用戶自行定義。 空間數(shù)據(jù)處理包括空間數(shù)據(jù)變換、空間數(shù)據(jù)重構(gòu)和空間數(shù)據(jù)抽取。 3.1 空間數(shù)據(jù)變換(spatial data transformation) 空間數(shù)據(jù)變換主要包括幾何糾正、投影轉(zhuǎn)換、輻射糾正，其目的是解決空間數(shù)據(jù)的幾何配準(zhǔn)問題。 3.1.1 坐標(biāo)變換() (1)坐標(biāo)變換即建立兩個(gè)平面點(diǎn)之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。 幾何糾正是坐標(biāo)變換的重要內(nèi)容之一，目的是實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字化數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換和圖紙變形誤差改正。 (2)相似變換原理 一個(gè)圖形改變?yōu)榱硪粋€(gè)圖形后保持形狀不變情況下對(duì)圖形進(jìn)行的旋轉(zhuǎn)、平移

20、和比例因子調(diào)整。 (3)仿射變換原理 一個(gè)圖形改變?yōu)榱硪粋€(gè)圖形后形狀發(fā)生變化(縱橫坐標(biāo)比例因子不同)情況下對(duì)圖形進(jìn)行的旋轉(zhuǎn)、平移和比例因子調(diào)整。 仿射變換具有對(duì)圖紙變形的糾正能力。 3.1.2 地圖投影變換 地圖投影轉(zhuǎn)換是將某種投影的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成特定工作所需要的投影的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，主要方法有正解變換、反解變換和數(shù)值變換。 正解變換原理： 3.2 空間數(shù)據(jù)重構(gòu)(spatial data rebuild) 數(shù)據(jù)重構(gòu)主要包括結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換、格式變換、類型替換，其目的是解決空間數(shù)據(jù)在結(jié)構(gòu)、格式、類型上的統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)多源和異構(gòu)數(shù)據(jù)的聯(lián)接與融合。 3.2.1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換 指矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換。 (1)矢量數(shù)

21、據(jù)轉(zhuǎn)換為柵格數(shù)據(jù)的方法 復(fù)數(shù)積分算法(柯西積分公式) 內(nèi)部點(diǎn)擴(kuò)散算法 射線算法(凸/凹多邊形) 掃描算法：行掃描算法，掃描線算法，帶掃描算法 邊界代數(shù)算法 (2)柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為矢量數(shù)據(jù)的方法 基于圖像數(shù)據(jù)的矢量化方法 二值化：根據(jù)設(shè)定的閾值將掃描地圖圖像轉(zhuǎn)換成像素值為0或1組成的圖像。 細(xì)化：消除線劃橫斷面柵格數(shù)的差異，使得每一條線只保留代表其軸線(線狀)或周圍輪廓線(面狀)位置的單個(gè)柵格寬度。 剝皮法細(xì)化：根據(jù) 窗口中 個(gè)鄰域的組合圖案(共種)確定剝?nèi)?種)或保留圖案中心點(diǎn)。 骨架法細(xì)化：計(jì)算二值圖像上每一柵格 窗口的屬性碼之和，用此值替換中心柵格的碼值，以每行中最大柵格屬性碼所在位置作為矢

22、量線與該行的交叉點(diǎn)。 跟蹤：將細(xì)化處理后的柵格數(shù)據(jù)整理為從節(jié)點(diǎn)出發(fā)的線段或閉合多邊形，以矢量形式存儲(chǔ)特征柵格點(diǎn)中心坐標(biāo)值，建立矢量數(shù)據(jù)文件。 基于再生柵格數(shù)據(jù)的矢量化方法 邊界點(diǎn)和結(jié)點(diǎn)提取 采用 搜索窗口掃描全圖，根據(jù)窗口柵格屬性碼的組合確定邊界點(diǎn)和結(jié)點(diǎn)。 邊界搜索與左右多邊形信息記錄 逐條進(jìn)行弧段搜索。記錄其始邊界點(diǎn)的兩個(gè)多邊形編號(hào)作為該弧段的左右多邊形；下一結(jié)點(diǎn)的搜索方向由前一結(jié)點(diǎn)的進(jìn)入方向和該點(diǎn)的可能走向決定。 3.2.2 數(shù)據(jù)格式變換 將其它格式的數(shù)據(jù)經(jīng)過專門的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序轉(zhuǎn)換為當(dāng)前系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)格式，是GIS共享數(shù)據(jù)的主要辦法。 (1)直接數(shù)據(jù)訪問 在一個(gè)軟件中實(shí)現(xiàn)對(duì)其它軟件數(shù)據(jù)格式

23、的直接訪問。是一種比較經(jīng)濟(jì)實(shí)用的多源數(shù)據(jù)共享模式，但要求對(duì)欲轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)格式完全了解。 (2)使用空間數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換工具 使用專門數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序(工具)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，一般通過軟件的交換格式實(shí)現(xiàn)。不足是轉(zhuǎn)換過程復(fù)雜，轉(zhuǎn)換次數(shù)頻繁。 (3)采用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn) 由國家權(quán)威部門制定統(tǒng)一的空間數(shù)據(jù)格式規(guī)范，實(shí)現(xiàn)不同之間數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換。 美國：國家空間數(shù)據(jù)格式規(guī)范地理空間數(shù)據(jù)交換格式()，國家標(biāo)準(zhǔn)()。 (4)基于互操作模式的轉(zhuǎn)換 空間數(shù)據(jù)互操作以()制定的規(guī)范為基礎(chǔ)，在異構(gòu)數(shù)據(jù)庫和分布計(jì)算環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的安全獲取和處理，不同系統(tǒng)用戶可方便地使用各種類型和格式的數(shù)據(jù)，是數(shù)據(jù)共享的方向。 3.3 數(shù)據(jù)

24、提取 數(shù)據(jù)提取包括類型提取、窗口提取、空間內(nèi)插，其目的是解決不同用戶對(duì)數(shù)據(jù)的特定需求 3.3.1 空間數(shù)據(jù)壓縮(s) (1)概念 設(shè)曲線的原點(diǎn)序?yàn)?(1，2，m)，從數(shù)據(jù)集合中抽出一個(gè)子集1，2，使子集在規(guī)定的精度內(nèi)能最好地逼近原集合 ，同時(shí)取得盡可能大的壓縮比。 壓縮比 為： 壓縮比與曲線的復(fù)雜程度、縮小倍數(shù)、精度要求、數(shù)字化采樣點(diǎn)密度、數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)等有關(guān)。1nma (2)空間數(shù)據(jù)壓縮原理 設(shè)曲線的原點(diǎn)序?yàn)?(1，2，m)，各點(diǎn)坐標(biāo)為(1，1；2，2；m，m)。在區(qū)間( ， )間以l()為起點(diǎn)、k( )為終點(diǎn)將曲線兩段連成直線，建立直線方程： 計(jì)算曲線上一點(diǎn)i到直線的距離： 設(shè)最大允許偏離量

25、確定為 ，當(dāng)曲線上各采樣點(diǎn)距離直線的最大值， 時(shí)，曲線可用直線近似表示；否則保留曲線上各點(diǎn)。klklllxxyyxxyy22|BACByAxdppi 3.3.2 空間數(shù)據(jù)綜合 根據(jù)需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行重新分類、合并和簡化。 (1)點(diǎn)、線要素的屬性重新分類 (2)多邊形要素的屬性重新分類 根據(jù)重新分類后的新分類系統(tǒng)搜索需要合并的相鄰多邊形，刪除公共邊，重新建立新多邊形的拓?fù)潢P(guān)系。 3.3.3 空間數(shù)據(jù)內(nèi)插() 根據(jù)一組離散數(shù)據(jù)或分區(qū)數(shù)據(jù)，按照某種數(shù)學(xué)關(guān)系推求出未知點(diǎn)或未知區(qū)域數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)方法。 內(nèi)插方法分類 整體內(nèi)插：基于研究區(qū)域內(nèi)全部樣點(diǎn)的觀測值建立內(nèi)插模型。主要方法有趨勢面法、最小二乘法、傅立葉級(jí)數(shù)

26、法、最小二乘樣條函數(shù)法和距離加權(quán)最小二乘法等。 局部內(nèi)插：基于鄰近于未知點(diǎn)的少數(shù)樣點(diǎn)觀測值建立內(nèi)插模型。主要方法有法(克里格)、移動(dòng)內(nèi)插法、移動(dòng)平均法、樣條函數(shù)法、雙樣條函數(shù)法、多面函數(shù)法、線性內(nèi)插法、雙線性多項(xiàng)式內(nèi)插法和有限差分法等。 4.1 空間數(shù)據(jù)管理方式 (1)文件管理 (2)文件與關(guān)系數(shù)據(jù)庫混合管理 采用文件系統(tǒng)管理幾何圖形數(shù)據(jù)，商用管理屬性數(shù)據(jù)，圖形數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)之間通過目標(biāo)標(biāo)識(shí)碼連接。 (3)全關(guān)系型空間數(shù)據(jù)庫管理 將圖形數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)統(tǒng)一用管理。 兩種實(shí)現(xiàn)途徑： 基于關(guān)系模型的方式：對(duì)變長的幾何數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)系范式分解，按定長記錄的數(shù)據(jù)表存儲(chǔ)。 基于二進(jìn)制塊字段的方式：將圖形數(shù)據(jù)的

27、變長部分處理成字段存儲(chǔ)。 (4)對(duì)象-關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理 大型常用的數(shù)據(jù)管理方式。 在DBMS基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展，外加空間數(shù)據(jù)引擎，實(shí)現(xiàn)對(duì)空間數(shù)據(jù)的直接存儲(chǔ)和管理。 4.2 地理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 4.2.1 基本概念 地理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)由空間數(shù)據(jù)庫、空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和空間數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)組成。 空間數(shù)據(jù)庫()：在計(jì)算機(jī)物理存儲(chǔ)介質(zhì)上存儲(chǔ)的地理空間數(shù)據(jù)的總和。 空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)()：能夠?qū)臻g數(shù)據(jù)庫進(jìn)行語義和邏輯上的定義，提供必需的空間數(shù)據(jù)查詢檢索和存取功能，能夠?qū)臻g數(shù)據(jù)進(jìn)行有效維護(hù)和更新的軟件系統(tǒng)。 空間數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)：在空間分析模型和應(yīng)用模型支持下，利用空間數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和決策的軟件系統(tǒng)。 4.2.2 數(shù)據(jù)

28、庫傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型 (1)層次數(shù)據(jù)模型 將數(shù)據(jù)組織成有序的樹結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)中結(jié)點(diǎn)代表數(shù)據(jù)記錄，連線描述位于不同結(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)間的從屬關(guān)系。 (2)網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型 將結(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)組織成有向圖結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)中結(jié)點(diǎn)代表數(shù)據(jù)記錄，連接描述不同結(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)間的關(guān)系。 (3)關(guān)系數(shù)據(jù)模型 將數(shù)據(jù)組織成二維表結(jié)構(gòu)，表結(jié)構(gòu)中的行對(duì)應(yīng)于元組(項(xiàng)/記錄)， 列對(duì)應(yīng)于域(屬性/字段)。 4.2.3 面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型() 面向?qū)ο笫且环N組織系統(tǒng)的策略，這些系統(tǒng)被看作是一些對(duì)象的集合，這些對(duì)象封裝了描述該對(duì)象狀態(tài)的數(shù)據(jù)和操作該對(duì)象的方法，對(duì)象之間通過消息來協(xié)作和交互。超類是子類更高級(jí)別的抽象。 對(duì)象()：用以模擬客觀世界上各種元素的特征和行為的數(shù)

29、據(jù)抽象。 對(duì)象是由描述該對(duì)象狀態(tài)的一組數(shù)據(jù)和表達(dá)它的行為的一組操作(或稱方法)組成，是數(shù)據(jù)和行為的統(tǒng)一體。 使用了面向?qū)ο蟾拍畹臄?shù)據(jù)模型稱為面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型。 4.2.4 實(shí)體聯(lián)系模型(，) 模型是最常用的一種語義模型。 (1)模型的認(rèn)識(shí)基礎(chǔ) 將現(xiàn)實(shí)世界視為由一組稱做實(shí)體的基本對(duì)象和這些對(duì)象間的聯(lián)系所構(gòu)成，通過研究實(shí)體、屬性和聯(lián)系之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的表達(dá)。 一個(gè)選課系統(tǒng)的E-R模型 (2)關(guān)于模型的幾個(gè)概念 實(shí)體與實(shí)體集 實(shí)體是現(xiàn)實(shí)世界中獨(dú)立存在的并且能夠唯一標(biāo)識(shí)的具體事物。 具有相同類型及共享相同性質(zhì)的實(shí)體集合構(gòu)成實(shí)體集。 屬性 表達(dá)實(shí)體所對(duì)應(yīng)的具體事物的特性。 聯(lián)系與聯(lián)系集 各種實(shí)

30、體之間的關(guān)聯(lián)，有 對(duì) ()、 對(duì)多()和多對(duì)多()三種。 同類型的關(guān)系組成的集合構(gòu)成聯(lián)系集。 實(shí)例：實(shí)體確定屬性具體值時(shí)的一個(gè)具體事件。一個(gè)實(shí)體可以有很多個(gè)實(shí)體實(shí)例。 4.2.5 時(shí)空一體化數(shù)據(jù)模型 (1)時(shí)間片快照(time-slice snapshots)模型 用一系列狀態(tài)對(duì)應(yīng)的地理數(shù)據(jù)反映地理現(xiàn)象的時(shí)空演化過程；分為矢量快照模型和柵格快照模型。 (2)底圖疊加(base map with overlay)模型 又稱基態(tài)修正模型。在確定空間數(shù)據(jù)初始狀態(tài)(底圖數(shù)據(jù))基礎(chǔ)上，按照適宜的時(shí)間間隔記錄數(shù)據(jù)隨時(shí)間發(fā)生變化，通過空間疊加操作恢復(fù)各個(gè)時(shí)間片的狀態(tài)數(shù)據(jù)。 (3)時(shí)空合成(space-tim

31、e composites)模型 將每一次獨(dú)立的疊加操作轉(zhuǎn)換為一次性的合成疊加，變化的累計(jì)形成最小變化單元，由這些最小變化單元構(gòu)成的圖形和屬性文件聯(lián)系起來表達(dá)數(shù)據(jù)的時(shí)空特征。 (4)時(shí)空立方體(time-slice cubes)模型 用幾何立體圖形表示二維圖形沿時(shí)間維發(fā)展變化的過程，給定一個(gè)時(shí)間位置值，可從三維立方體中獲得相應(yīng)截面的狀態(tài)，也可擴(kuò)展表達(dá)三維空間沿時(shí)間變化的過程。 (5)時(shí)空對(duì)象模型 假設(shè)世界是由時(shí)空原子組成，時(shí)空原子為時(shí)間屬性和空間屬性均質(zhì)的實(shí)體；模型中時(shí)間維與空間維垂直，可表示實(shí)體在空間和屬性上的變化。 (6)面向?qū)ο蟮臅r(shí)空數(shù)據(jù)模型 又稱全信息對(duì)象模型。在節(jié)點(diǎn)、弧段、多邊形等幾何

32、要素的表達(dá)上增加時(shí)間信息，考慮空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和時(shí)態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將地理現(xiàn)象和過程的空間與屬性信息隨時(shí)間的變化封裝成由時(shí)態(tài)版本組成的對(duì)象。 4.3 空間數(shù)據(jù)引擎() 空間數(shù)據(jù)引擎：提供存儲(chǔ)、查詢、檢索空間地理數(shù)據(jù)，以及對(duì)空間地理數(shù)據(jù)進(jìn)行空間關(guān)系運(yùn)算和空間分析的程序功能集合。 空間數(shù)據(jù)引擎在用戶和異種空間數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)之間提供一個(gè)開放的接口，是一種處于應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)之間的中間件技術(shù)。 SDE的概念 5.1 地理數(shù)據(jù)查詢的數(shù)學(xué)基礎(chǔ) (1)算術(shù)運(yùn)算 包括：加、減、乘、除、指數(shù)、平方根、三角函數(shù)等(、 、)。 算術(shù)運(yùn)算既可以在屬性數(shù)據(jù)上進(jìn)行，也可以在幾何數(shù)據(jù)上進(jìn)行。所有都支持算術(shù)運(yùn)算。 (2)統(tǒng)計(jì)運(yùn)算

33、 包括求和、最大值、最小值、平均值、加權(quán)平均值、中位數(shù)、眾數(shù)、極差、平均差、標(biāo)準(zhǔn)差、變差系數(shù)、頻率分布、雙向比較、多元分析等。 (3)邏輯運(yùn)算 數(shù)據(jù)庫中的邏輯檢索一般使用集合代數(shù)或布爾代數(shù)。 集合代數(shù)：，； 布爾代數(shù)：(與)，(或)，(異或)，(非)。 (4)幾何運(yùn)算 包括質(zhì)點(diǎn)計(jì)算、各種幾何參數(shù)計(jì)算、形狀量算等。 5.2 查詢查詢：用戶只需列明查詢條件，不須要實(shí)際知道有關(guān)的檢索方法，在數(shù)據(jù)庫中檢查每項(xiàng)記錄是否符合查詢條件，并把符合條件的數(shù)據(jù)顯示出來。 5.3 地理數(shù)據(jù)查詢種類與實(shí)現(xiàn)方式 (1)地理數(shù)據(jù)查詢的定義 從地理數(shù)據(jù)庫中找出所有滿足屬性約束條件和空間約束條件的地理對(duì)象的操作。 (2)地理數(shù)據(jù)查詢的種類 針對(duì)空間關(guān)系的查詢 舉例：查詢某條公路沿線通過的所有城鎮(zhèn)。 針對(duì)非空間屬性的查詢 舉例：查詢某國人口數(shù)量。 結(jié)合空間關(guān)系和非空間屬性的查詢 舉例：查詢距某條公路200 以內(nèi)、地面坡度大于25的陡坡區(qū)域。 (3)地理數(shù)據(jù)查詢的實(shí)現(xiàn)方式 基于關(guān)系查詢語言擴(kuò)充的空間查詢方法 在() 可視化空間查詢方法 將查詢語言的元素(特別是空間關(guān)系)用直觀的圖形或符號(hào)表示。其基礎(chǔ)仍然是空間 基于自然語言的查詢方法