第二章空間信息基礎(chǔ)第二章空間信息基礎(chǔ)1第一節(jié)GIS的地學(xué)基礎(chǔ)地球模型坐標(biāo)參考系統(tǒng)地圖投影地圖比例尺地理數(shù)據(jù)特征地圖對(duì)地理現(xiàn)象表達(dá)遙感影像對(duì)地理現(xiàn)象表達(dá)第一節(jié)GIS的地學(xué)基礎(chǔ)地球模型2地理信息系統(tǒng)中的空間地理空間(geo-spatial)：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)系上的分布方式和格局及其在時(shí)間上的延續(xù)，具體包括地球上大氣圈、水圈、生物圈、巖石圈和土壤圈交互作用的區(qū)域。地理信息系統(tǒng)中的空間常用地理空間表述，一般包括地理空間定位框架及其所連接的特征實(shí)體。地理空間定位框架即大地測(cè)量控制，有平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)構(gòu)成，為所有地理數(shù)據(jù)的坐標(biāo)位置提供了一個(gè)通用參考系。GIS的任何空間數(shù)據(jù)都必須納入一個(gè)統(tǒng)一的空間參照系中，以實(shí)現(xiàn)不同來(lái)源數(shù)據(jù)的融合、連接與統(tǒng)一。地理信息系統(tǒng)中的空間地理空間(geo-spatial)：物質(zhì)3地球表面幾何模型的建立最自然的面：包括海洋底部、高山、高原在內(nèi)的固體地球表面，起伏不定，難以用一個(gè)簡(jiǎn)潔的數(shù)學(xué)式描述。大地水準(zhǔn)面：假設(shè)一個(gè)當(dāng)海水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，而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。但地球的重力方向處處不同，處處與重力方向垂直的大地水準(zhǔn)面不可能是十分規(guī)則的表面，且不能用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)公式來(lái)表達(dá)，因此，大地水準(zhǔn)面不能作為測(cè)量成果的計(jì)算面。橢球體模型：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——三軸橢球體。abc地球表面幾何模型的建立最自然的面：包括海洋底部、高山、高原在4地球的近似地球并不是規(guī)則的圓球橢球(ellipsoid)長(zhǎng)半軸(a)短半軸(b)扁率(f)(a-b)/a地理坐標(biāo)地球的近似地球并不是規(guī)則的圓球5地球模型地球表面水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面鉛垂線地球橢球體地球模型地球表面水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面鉛垂線地球橢球體6國(guó)家大地坐標(biāo)系(1980)基準(zhǔn)面(datum)：IUGG75橢球(spheroid)a=6378140mb=6356755mf=1/298.257坐標(biāo)原點(diǎn)：西安原點(diǎn)，設(shè)在陜西省涇陽(yáng)縣永樂鎮(zhèn)其他坐標(biāo)系：1954北京坐標(biāo)系國(guó)家大地坐標(biāo)系(1980)基準(zhǔn)面(datum)：IUGG77地理空間坐標(biāo)系地理坐標(biāo)系是以地理極(北極、南極)為極點(diǎn)。通過(guò)A點(diǎn)作橢球面的垂線，稱之為過(guò)A點(diǎn)的法線。法線與赤道面的交角，叫做A點(diǎn)的緯度ψ。過(guò)A點(diǎn)的子午面與通過(guò)英國(guó)格林尼治天文臺(tái)的子午面所夾的二面角，叫做A點(diǎn)的經(jīng)度λ。地理空間坐標(biāo)系地理坐標(biāo)系是以地理極(北極、南極)為極點(diǎn)。8地圖投影：為什么要進(jìn)行投影地理坐標(biāo)為球面坐標(biāo)，不方便進(jìn)行距離、方位、面積等參數(shù)的量算地球橢球體為不可展曲面地圖為平面，符合視覺心理，并易于進(jìn)行距離、方位、面積等量算和各種空間分析地圖是2維的：以x,y坐標(biāo)表示地球表面是3維的：以緯度和經(jīng)度表示怎樣實(shí)現(xiàn)3維向2維的的轉(zhuǎn)變?地圖投影：為什么要進(jìn)行投影地理坐標(biāo)為球面坐標(biāo)，不方便進(jìn)行距離9直接建立在球體上的地理坐標(biāo)，用經(jīng)度和緯度表達(dá)地理對(duì)象位置建立在平面上的直角坐標(biāo)系統(tǒng)，用（x，y）表達(dá)地理對(duì)象位置投影地圖投影(MapProjections)將地理坐標(biāo)（經(jīng)緯度）從球面空間轉(zhuǎn)換成平面空間的直角坐標(biāo)的數(shù)學(xué)方法。直接建立在球體上的地理坐標(biāo)，用經(jīng)度和緯度表達(dá)地理對(duì)象位置建立10投影坐標(biāo)系又稱平面直角坐標(biāo)系建立在某種特定的地圖投影基礎(chǔ)上2維笛卡爾坐標(biāo)(x,y)投影坐標(biāo)系又稱平面直角坐標(biāo)系11地圖投影：投影實(shí)質(zhì)

建立地球橢球面上經(jīng)緯線網(wǎng)和平面上相應(yīng)經(jīng)緯線網(wǎng)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，也就是建立地球橢球面上的點(diǎn)的地理坐標(biāo)（λ，φ）與平面上對(duì)應(yīng)點(diǎn)的平面坐標(biāo)（x，y）之間的函數(shù)關(guān)系：當(dāng)給定不同的具體條件時(shí)，將得到不同類型的投影方式。地圖投影：投影實(shí)質(zhì)建立地球橢球面上經(jīng)緯線網(wǎng)和12地圖投影：投影變形將不可展的地球橢球面展開成平面，并且不能有斷裂，則圖形必將在某些地方被拉伸，某些地方被壓縮，故投影變形是不可避免的。長(zhǎng)度變形面積變形角度變形地圖投影：投影變形將不可展的地球橢球面展開成平面，并且不能有13地圖投影：投影分類變形分類：等角投影：投影前后角度不變等面積投影：投影前后面積不變；任意投影：角度、面積、長(zhǎng)度均變形投影面：橫圓柱投影：投影面為橫圓柱圓錐投影：投影面為圓錐方位投影：投影面為平面投影面位置：正軸投影：投影面中心軸與地軸相互重合斜軸投影：投影面中心軸與地軸斜向相交橫軸投影：投影面中心軸與地軸相互垂直

相切投影：投影面與橢球體相切相割投影：投影面與橢球體相割地圖投影：投影分類變形分類：14地圖投影：投影選擇因素制圖區(qū)域的地理位置、形狀和范圍制圖比例尺地圖內(nèi)容出版方式地圖投影：投影選擇因素制圖區(qū)域的地理位置、形狀和范圍15地圖投影：GIS中地圖投影GIS以地圖方式顯示地理信息，而地圖是平面，地理信息則在地球橢球上，因此地圖投影在GIS中不可缺少。GIS數(shù)據(jù)庫(kù)中地理數(shù)據(jù)以地理坐標(biāo)存儲(chǔ)時(shí)，則以地圖為數(shù)據(jù)源的空間數(shù)據(jù)必須通過(guò)投影變換轉(zhuǎn)換成地理坐標(biāo)；而輸出或顯示時(shí)，則要將地理坐標(biāo)表示的空間數(shù)據(jù)通過(guò)投影變換變換成指定投影的平面坐標(biāo)。GIS中，地理數(shù)據(jù)的顯示可根據(jù)用戶的需要而指定投影方式，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)，一般采用國(guó)家基本系列地圖所用的投影。地圖投影：GIS中地圖投影GIS以地圖方式顯示地理信息，而地16地圖投影：我國(guó)常用地圖投影1：100萬(wàn)：蘭勃投影（正軸等積割圓錐投影）大部分分省圖、大多數(shù)同級(jí)比例尺也采用蘭勃投影1：50萬(wàn)、1：25萬(wàn)、1：10萬(wàn)、1：5萬(wàn)、1：2.5萬(wàn)、1:1萬(wàn)、1：5000采用高斯—克呂格投影。地圖投影：我國(guó)常用地圖投影1：100萬(wàn)：蘭勃投影（正軸等積割17地圖比例尺地圖比例尺反映了制圖區(qū)域和地圖的比例關(guān)系紙質(zhì)地圖：內(nèi)容、概括程度、數(shù)據(jù)精度等GIS：數(shù)據(jù)精度比例尺的含義：制圖區(qū)域較小，采用各方面變形都較小的地圖投影，圖上各處的比例是一致的，故此時(shí)比例尺的含義是圖上長(zhǎng)度與相應(yīng)地面長(zhǎng)度的比例；

制圖區(qū)域較大時(shí)，地圖投影比較復(fù)雜，地圖上長(zhǎng)度因地點(diǎn)和方向的不同而有所變化，這種地圖比例尺一般是指在地圖投影時(shí)，對(duì)地球半徑縮小的比率，稱為主比例尺。地圖經(jīng)過(guò)投影后，體現(xiàn)在圖上只有個(gè)別點(diǎn)線沒有長(zhǎng)度變形，也就是說(shuō)，只有在這些長(zhǎng)度沒有變形的點(diǎn)或線上，才可用地圖上注明的比例尺我國(guó)地圖比例尺分級(jí)系統(tǒng)：大比例尺：1：500—1：10萬(wàn)中比例尺：1：10萬(wàn)—1：100萬(wàn)小比例尺：〈1：100萬(wàn)無(wú)級(jí)比例尺概念地圖比例尺地圖比例尺反映了制圖區(qū)域和地圖的比例關(guān)系18高程控制網(wǎng)高程系統(tǒng)：描述空間點(diǎn)在垂直高度上的特性。

高程——由高程基準(zhǔn)面起算的地面點(diǎn)的高度。任意水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面H′AHA鉛垂線AH′BHBhAB高程控制網(wǎng)高程系統(tǒng)：描述空間點(diǎn)在垂直高度上的特性。

高程——19水準(zhǔn)原點(diǎn)1985國(guó)家高程基準(zhǔn)，72.2604米黃海海面1952-1979年平均海水面為0米1956年黃海高程系→1985年國(guó)家高程基準(zhǔn)面水準(zhǔn)原點(diǎn)1985國(guó)家高程基準(zhǔn)，黃海海面1956年黃海高程系20地理實(shí)體(空間實(shí)體)指自然界現(xiàn)象和社會(huì)經(jīng)濟(jì)事件中不能再分割的單元，它是一個(gè)具體有概括性，復(fù)雜性，相對(duì)意義的概念。理解：地理實(shí)體類別及實(shí)體內(nèi)容的確定是從具體需要出發(fā)的。例如，在全國(guó)地圖上由于比例尺很小，南京是一個(gè)點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)不能再分割，因此可以把南京定為一個(gè)空間實(shí)體；而在大比例尺的南京市地圖上，許多房屋，街道都要表達(dá)出來(lái)，所以南京必須再分割，不能作為一個(gè)空間實(shí)體，應(yīng)將房屋，街道等作為研究的地理實(shí)體，由此可見，GIS中的空間實(shí)體是一個(gè)概括，復(fù)雜，相對(duì)的概念?？臻g對(duì)象（實(shí)體）的地圖表達(dá)地理實(shí)體(空間實(shí)體)指自然界現(xiàn)象和社會(huì)經(jīng)濟(jì)事件中不能再分割的21空間對(duì)象（實(shí)體）類型空間對(duì)象一般按地形維數(shù)進(jìn)行歸類劃分點(diǎn)：零維線：一維面：二維體：三維時(shí)間：通常以第四維表達(dá)，但目前GIS還很難處理時(shí)間屬性。空間對(duì)象的維數(shù)與比例尺是相關(guān)的空間對(duì)象（實(shí)體）類型空間對(duì)象一般按地形維數(shù)進(jìn)行歸類劃分22點(diǎn)實(shí)體

有位置，無(wú)寬度和長(zhǎng)度；抽象的點(diǎn)美國(guó)佛羅里達(dá)洲地震監(jiān)測(cè)站2019年9月該洲可能的500個(gè)地震位置點(diǎn)實(shí)體有位置，無(wú)寬度和長(zhǎng)度；美國(guó)佛羅里達(dá)洲地震監(jiān)測(cè)站20123線實(shí)體

有長(zhǎng)度，但無(wú)寬度和高度用來(lái)描述線狀實(shí)體，通常在網(wǎng)絡(luò)分析中使用較多度量實(shí)體距離香港城市道路網(wǎng)分布線實(shí)體有長(zhǎng)度，但無(wú)寬度和高度香港城市道路網(wǎng)分布24面實(shí)體

具有長(zhǎng)和寬的目標(biāo)通常用來(lái)表示自然或人工的封閉多邊形一般分為連續(xù)面和不連續(xù)面中國(guó)土地利用分布圖（不連續(xù)面）面實(shí)體具有長(zhǎng)和寬的目標(biāo)中國(guó)土地利用分布圖（不連續(xù)面）25空間對(duì)象：面（續(xù)）連續(xù)變化曲面：如地形起伏，整個(gè)曲面在空間上曲率變化連續(xù)。不連續(xù)變化曲面，如土壤、森林、草原、土地利用等，屬性變化發(fā)生在邊界上，面的內(nèi)部是同質(zhì)的?？臻g對(duì)象：面（續(xù)）連續(xù)變化曲面：如地形起伏，整個(gè)曲面在空間上26空間對(duì)象：體有長(zhǎng)、寬、高的目標(biāo)通常用來(lái)表示人工或自然的三維目標(biāo)，如建筑、礦體等三維目標(biāo)香港理工大學(xué)校園建筑空間對(duì)象：體有長(zhǎng)、寬、高的目標(biāo)香港理工大學(xué)校園建筑27點(diǎn)：位置：（x，y）屬性：符號(hào)線：位置：(x1,y1),(x2,y2),…,(xn,yn)屬性：符號(hào)—形狀、顏色、尺寸面：位置：(x1,y1),(x2,y2),…,(xi,yi),…,(xn,yn)屬性：符號(hào)變化等值線

點(diǎn)：位置：（x，y）線：位置：(x1,y1),(x2,y228空間對(duì)象（實(shí)體）的遙感影像表達(dá)遙感傳感器平臺(tái)傳感器空間對(duì)象（實(shí)體）的遙感影像表達(dá)遙感傳感器平臺(tái)傳感器29第二節(jié)地理信息數(shù)字化描述方法柵格和矢量結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)描述空間實(shí)體的兩種最基本的方式。

第二節(jié)地理信息數(shù)字化描述方法柵格和矢量結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)描述30矢量(Vector)vs.柵格(Raster)Vector:用于實(shí)現(xiàn)對(duì)象模型PointLinePolygonRaster:用于實(shí)現(xiàn)場(chǎng)模型Grids,TIN,etc.Contour矢量(Vector)vs.柵格(Raster)Raste31簡(jiǎn)單要素表達(dá)——矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(VectorDataStructure)現(xiàn)實(shí)世界中的對(duì)象可以描述為點(diǎn)、線、面3種形式points標(biāo)識(shí)位置lines連接點(diǎn)areas(polygons)鏈接線利用點(diǎn)的x,y坐標(biāo)集合來(lái)進(jìn)行點(diǎn)、線、面的表達(dá)NodeVertexpointslinesareas簡(jiǎn)單要素表達(dá)——矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(VectorDa32點(diǎn)(Point)0維沒有長(zhǎng)度和寬度,只有空間位置x,y坐標(biāo)又稱node或vertex實(shí)體點(diǎn)注記點(diǎn)標(biāo)識(shí)點(diǎn)Vertex點(diǎn)(Point)0維實(shí)體點(diǎn)注記點(diǎn)標(biāo)識(shí)點(diǎn)Vertex33線(Line)1維具有長(zhǎng)度和空間位置由沿著某路徑上點(diǎn)的x,y坐標(biāo)串組成又稱edges或links如:道路,河流線(Line)1維34面(Area)2維(長(zhǎng)度和寬度)具有面積和周長(zhǎng)屬性由邊界線組成(邊界上點(diǎn)的坐標(biāo)串)又稱polygon如:行政分區(qū),水體面(Area)2維(長(zhǎng)度和寬度)35矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)發(fā)展ESRI,Inc.ARC/INFO:coveragesArcViewGIS:shapefilesArcGIS:geodatabaseARC/INFOandArcViewGIS地理關(guān)系數(shù)據(jù)模型空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)分開存儲(chǔ)，通過(guò)標(biāo)識(shí)碼進(jìn)行連接ArcGISis面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在一起，不相互分離矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)發(fā)展ESRI,Inc.36簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)非拓?fù)涫噶繑?shù)據(jù)Shapefile(ESRI)公共邊界上的弧段重復(fù)存儲(chǔ)優(yōu)勢(shì)顯示更迅速更通用，利于數(shù)據(jù)互操作簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)非拓?fù)涫噶繑?shù)據(jù)37為何采用柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)？Vectors-point,line,area矢量有利于空間位置明確的離散要素的表達(dá)，而不能對(duì)連續(xù)數(shù)據(jù)進(jìn)行較好的表達(dá)更好的方式是采用raster數(shù)據(jù)模型如，DEM,衛(wèi)星影像,數(shù)字正射影像圖,掃描地圖為何采用柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)？Vectors-point,li38圖形表達(dá)柵格結(jié)構(gòu)用規(guī)則的正方形(或三角形，多邊形)將地理區(qū)域劃分為網(wǎng)格(Grid)陣列。點(diǎn)：由單個(gè)柵格表達(dá)。線：由沿線走向有相同屬性取值的一組相鄰柵格表達(dá)。面：由沿線走向有相同屬性取值的一片柵格表達(dá)。圖形表達(dá)柵格結(jié)構(gòu)用規(guī)則的正方形(或三角形，多邊形)將地理區(qū)域39基本要素位置由行(Rows)，列(Columns)號(hào)定義屬性為柵格單元(Cells,Pixels)的值。原點(diǎn)(柵格單元位置)–左上角行-y坐標(biāo)列-x坐標(biāo)每個(gè)柵格單元由行、列位置進(jìn)行定義基本要素位置由行(Rows)，列(Columns)號(hào)定義40柵格單元大小分辨率較大的柵格單元大小具備較低的精度原則：應(yīng)能有效地逼近空間對(duì)象的分布特征，又減少數(shù)據(jù)的冗余度。HH/2柵格單元大小分辨率HH/241柵格數(shù)據(jù)特點(diǎn)柵格的空間分辨率指一個(gè)像元在地面所代表的實(shí)際大小對(duì)于同一圖形，隨著分辨率增大，存儲(chǔ)空間也隨之增大表達(dá)空間目標(biāo)、計(jì)算空間實(shí)體相關(guān)參數(shù)的精度時(shí)分辨率越高，精度越高非常適合進(jìn)行空間分析不適合進(jìn)行比例尺變化，投影變換等柵格數(shù)據(jù)特點(diǎn)柵格的空間分辨率指一個(gè)像元在地面所代表的實(shí)際大小42柵格數(shù)據(jù)類型衛(wèi)星影像DEM數(shù)字正射影像圖數(shù)字柵格圖GIS軟件特定柵格圖……柵格數(shù)據(jù)類型衛(wèi)星影像43矢量與柵格的比較優(yōu)點(diǎn)

缺點(diǎn)矢量便于面向現(xiàn)象(土壤類，土地利用單元等)結(jié)構(gòu)緊湊，冗余度低，便于描述線或邊界。利于網(wǎng)絡(luò)、檢索分析，提供有效的拓?fù)渚幋a，對(duì)需要拓?fù)湫畔⒌牟僮鞲行?。圖形顯示質(zhì)量好，精度高。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各自定義，不便于數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，數(shù)據(jù)交換困難。多邊形疊置分析困難，沒有柵格有效，表達(dá)空間變化性能力差。不能像數(shù)字圖像那樣做增強(qiáng)處理軟硬件技術(shù)要求高，顯示與繪圖成本較高。

柵格結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易數(shù)據(jù)交換。疊置分析和地理(能有效表達(dá)空可變性)現(xiàn)象模擬較易。利于與感遙數(shù)據(jù)的匹配應(yīng)用和分析，便于圖像處理。輸出快速，成本低廉?，F(xiàn)象識(shí)別效果不如矢量方法，難以表達(dá)拓?fù)洹D形數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不嚴(yán)密不緊湊，需用壓縮技術(shù)解決該問題。投影轉(zhuǎn)換困難。圖形質(zhì)量轉(zhuǎn)低，圖形輸出不美觀，線條有鋸齒，需用增加?xùn)鸥駭?shù)量來(lái)克服，但會(huì)增加數(shù)據(jù)文件。矢量與柵格的比較優(yōu)點(diǎn)44第三節(jié)空間數(shù)據(jù)的類型和關(guān)系空間數(shù)據(jù)的特征屬性特征：描述空間對(duì)象的特性，即是什么，如對(duì)象的類別、等級(jí)、名稱、數(shù)量等?？臻g特征：描述空間對(duì)象的地理位置以及相互關(guān)系，又稱幾何特征和拓?fù)涮卣?，前者用?jīng)緯度、坐標(biāo)表示，后者如交通學(xué)院與電力學(xué)院相鄰等。時(shí)間特征：描述空間對(duì)象隨時(shí)間的變化第三節(jié)空間數(shù)據(jù)的類型和關(guān)系空間數(shù)據(jù)的特征45地理數(shù)據(jù)的類型1、類型數(shù)據(jù)例如考古地點(diǎn)、道路線和土壤類型的分布等；2、面域數(shù)據(jù)例如隨機(jī)多邊形的中心點(diǎn)，行政區(qū)域界線和行政單元等；3、網(wǎng)絡(luò)數(shù)量例如道路交點(diǎn)、街道和街區(qū)等；4、樣本數(shù)量例如氣象站、航線和野外樣方的分布區(qū)等；5、曲面數(shù)據(jù)例如高程點(diǎn)、等高線和等值區(qū)域；6、文本數(shù)據(jù)例如地名、河流名稱和區(qū)域名稱；7、符號(hào)數(shù)據(jù)例如點(diǎn)狀符號(hào)、線狀符號(hào)和面狀符號(hào)等。地理數(shù)據(jù)的類型1、類型數(shù)據(jù)例如考古地點(diǎn)、道路線和土壤類型46第2章空間信息基礎(chǔ)-課件47空間對(duì)象的空間關(guān)系表達(dá)描述空間對(duì)象之間的空間相互作用關(guān)系方法絕對(duì)關(guān)系:坐標(biāo)、角度、方位、距離等；相對(duì)關(guān)系：相鄰、包含、關(guān)聯(lián)等相對(duì)關(guān)系類型拓?fù)淇臻g關(guān)系：描述空間對(duì)象的相鄰、包含等順序空間關(guān)系：描述空間對(duì)象在空間上的排列次序，如前后、左右、東、西、南、北等。度量空間關(guān)系：描述空間對(duì)象之間的距離等。地圖、遙感影象上的空間關(guān)系是通過(guò)圖形識(shí)別的，在GIS中的空間關(guān)系則必須顯式的進(jìn)行定義和表達(dá)。空間關(guān)系的描述多種多樣，目前尚未有具體的標(biāo)準(zhǔn)和固定的格式，但基本原理一致。不同的GIS可能采用不同的方法進(jìn)行描述空間對(duì)象的空間關(guān)系表達(dá)描述空間對(duì)象之間的空間相互作用關(guān)系48空間數(shù)據(jù)的拓?fù)淇臻g關(guān)系

基于點(diǎn)集拓?fù)淅碚撏負(fù)湓兀狐c(diǎn)：孤立點(diǎn)、線的端點(diǎn)、面的首尾點(diǎn)、鏈的連接點(diǎn)線：兩結(jié)點(diǎn)之間的有序弧段，包括鏈、弧段和線段面：若干弧段組成的多邊形基本拓?fù)潢P(guān)系關(guān)聯(lián)：不同拓?fù)湓刂g的關(guān)系鄰接：相同拓?fù)湓刂g的關(guān)系包含：面與其他元素之間的關(guān)系層次：相同拓?fù)湓刂g的層次關(guān)系拓?fù)湓亓恐g的關(guān)系：歐拉公式點(diǎn)、線、面之間的拓?fù)潢P(guān)系空間數(shù)據(jù)的拓?fù)淇臻g關(guān)系基于點(diǎn)集拓?fù)淅碚?9鄰接相交重合相離包含點(diǎn)—點(diǎn)點(diǎn)—線點(diǎn)—面線—面面—面線—線鄰接相交重合相離包含點(diǎn)—點(diǎn)點(diǎn)—線點(diǎn)—面線—面面—面線—線50空間拓?fù)潢P(guān)系表達(dá)—關(guān)系表表2-1面域與弧段的拓?fù)潢P(guān)系面域 弧段 P1 a,b,c,-gP2 b,d,f P3 c,f,e P4 g 表2-2結(jié)點(diǎn)與弧段的拓?fù)潢P(guān)系結(jié)點(diǎn) 弧段 A a,c,e B a,d,b C d,e,f D b,f,c E g 表2-3弧段與結(jié)點(diǎn)的拓?fù)潢P(guān)系弧段 結(jié)點(diǎn) a A,B b B,D c D,A d B,C e C,A f C,D g E,E

表2-4弧段與面域的拓?fù)潢P(guān)系弧段左鄰面右鄰面a P0 P1b P2 P1c P3 P1d P0 P2e P0 P3f P3 P2g P1

空間拓?fù)潢P(guān)系表達(dá)—關(guān)系表表2-1面域與弧段的拓?fù)潢P(guān)系表2-251拓?fù)潢P(guān)系的意義確定實(shí)體間的空間位置關(guān)系有利于空間要素的查詢可以重建實(shí)體拓?fù)潢P(guān)系的意義52空間對(duì)象:自相關(guān)特征空間對(duì)象在屬性上存在相關(guān)性，兩空間對(duì)象越接近，其值也越接近，反之亦然。相關(guān)類型負(fù)相關(guān)：位置越接近，屬性值相差越遠(yuǎn)正相關(guān)：位置越接近，特征也越接近不相關(guān)：屬性與空間位置無(wú)關(guān)?？臻g對(duì)象:自相關(guān)特征空間對(duì)象在屬性上存在相關(guān)性，兩空間對(duì)象越53（A）高度空間負(fù)向相關(guān)；（B）無(wú)規(guī)律分布；（C）空間獨(dú)立；（D）空間聚類現(xiàn)象；（E）高度正向相關(guān)（A）高度空間負(fù)向相關(guān)；（B）無(wú)規(guī)律分布；（C）空間獨(dú)立；54第四節(jié)元數(shù)據(jù)“meta”是一希臘語(yǔ)詞根，意思是“改變”，“Metadata”一詞的原意是關(guān)于數(shù)據(jù)變化的描述。一般都認(rèn)為元數(shù)據(jù)就是“關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)”。第四節(jié)元數(shù)據(jù)“meta”是一希臘語(yǔ)詞根，意思是“改55元數(shù)據(jù)的主要作用幫助數(shù)據(jù)生產(chǎn)單位有效地管理和維護(hù)空間數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)文檔提供有關(guān)數(shù)據(jù)生產(chǎn)單位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分類、數(shù)據(jù)內(nèi)容、數(shù)據(jù)質(zhì)量、數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)(clearinghouse)及數(shù)據(jù)銷售等方面的信息，便于用戶查詢檢索地理空間數(shù)據(jù)提供通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢檢索的方法或途徑，以及與數(shù)據(jù)交換和傳輸有關(guān)的輔助信息幫助用戶了解數(shù)據(jù)，以便就數(shù)據(jù)是否能滿足其需求作出正確的判斷提供有關(guān)信息，以便用戶處理和轉(zhuǎn)換有用的數(shù)據(jù)。元數(shù)據(jù)的主要作用幫助數(shù)據(jù)生產(chǎn)單位有效地管理和維護(hù)空間數(shù)據(jù)，56元數(shù)據(jù)的內(nèi)容對(duì)數(shù)據(jù)集中各數(shù)據(jù)項(xiàng)、數(shù)據(jù)來(lái)源、數(shù)據(jù)所有者及數(shù)據(jù)生產(chǎn)歷史等的說(shuō)明對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量的描述，如數(shù)據(jù)精度、數(shù)據(jù)的邏輯一致性、數(shù)據(jù)完整性、分辨率、源數(shù)據(jù)的比例尺等對(duì)數(shù)據(jù)處理信息的說(shuō)明，如量綱的轉(zhuǎn)換等數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法的描述對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的更新、集成方法等的說(shuō)明

元數(shù)據(jù)的內(nèi)容對(duì)數(shù)據(jù)集中各數(shù)據(jù)項(xiàng)、數(shù)據(jù)來(lái)源、數(shù)據(jù)所有者及數(shù)據(jù)57空間數(shù)據(jù)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)邦空間數(shù)據(jù)委員會(huì)GDDD數(shù)據(jù)集描述方法MEGRIN，歐洲地圖事務(wù)組織CGSB空間數(shù)據(jù)集描述CSC，加拿大標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)CEN地學(xué)信息一數(shù)據(jù)描述一元數(shù)據(jù)CEN／TC287DIF目錄交換格式NASAISO地理信息ISO／TC211空間數(shù)據(jù)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CSDG58思考與練習(xí)說(shuō)說(shuō)地理空間模型是怎樣建立的？GIS中為什么要考慮地圖投影？地理空間實(shí)體的三要素是什么？它們之間的關(guān)系是怎樣的？空間數(shù)據(jù)的基本特征有哪些？地理信息的數(shù)字化描述方法有哪些？思考與練習(xí)說(shuō)說(shuō)地理空間模型是怎樣建立的？59利用關(guān)系表來(lái)表達(dá)右圖的空間拓?fù)潢P(guān)系。什么是元數(shù)據(jù)？為什么要使用元數(shù)據(jù)？ebc41325ABC76Dada:結(jié)點(diǎn)號(hào)A:多邊形號(hào)1:弧段號(hào)弧段數(shù)字化方向利用關(guān)系表來(lái)表達(dá)右圖的空間拓?fù)潢P(guān)系。ebc41325ABC760第二章空間信息基礎(chǔ)第二章空間信息基礎(chǔ)61第一節(jié)GIS的地學(xué)基礎(chǔ)地球模型坐標(biāo)參考系統(tǒng)地圖投影地圖比例尺地理數(shù)據(jù)特征地圖對(duì)地理現(xiàn)象表達(dá)遙感影像對(duì)地理現(xiàn)象表達(dá)第一節(jié)GIS的地學(xué)基礎(chǔ)地球模型62地理信息系統(tǒng)中的空間地理空間(geo-spatial)：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)系上的分布方式和格局及其在時(shí)間上的延續(xù)，具體包括地球上大氣圈、水圈、生物圈、巖石圈和土壤圈交互作用的區(qū)域。地理信息系統(tǒng)中的空間常用地理空間表述，一般包括地理空間定位框架及其所連接的特征實(shí)體。地理空間定位框架即大地測(cè)量控制，有平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)構(gòu)成，為所有地理數(shù)據(jù)的坐標(biāo)位置提供了一個(gè)通用參考系。GIS的任何空間數(shù)據(jù)都必須納入一個(gè)統(tǒng)一的空間參照系中，以實(shí)現(xiàn)不同來(lái)源數(shù)據(jù)的融合、連接與統(tǒng)一。地理信息系統(tǒng)中的空間地理空間(geo-spatial)：物質(zhì)63地球表面幾何模型的建立最自然的面：包括海洋底部、高山、高原在內(nèi)的固體地球表面，起伏不定，難以用一個(gè)簡(jiǎn)潔的數(shù)學(xué)式描述。大地水準(zhǔn)面：假設(shè)一個(gè)當(dāng)海水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，而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。但地球的重力方向處處不同，處處與重力方向垂直的大地水準(zhǔn)面不可能是十分規(guī)則的表面，且不能用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)公式來(lái)表達(dá)，因此，大地水準(zhǔn)面不能作為測(cè)量成果的計(jì)算面。橢球體模型：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——三軸橢球體。abc地球表面幾何模型的建立最自然的面：包括海洋底部、高山、高原在64地球的近似地球并不是規(guī)則的圓球橢球(ellipsoid)長(zhǎng)半軸(a)短半軸(b)扁率(f)(a-b)/a地理坐標(biāo)地球的近似地球并不是規(guī)則的圓球65地球模型地球表面水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面鉛垂線地球橢球體地球模型地球表面水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面鉛垂線地球橢球體66國(guó)家大地坐標(biāo)系(1980)基準(zhǔn)面(datum)：IUGG75橢球(spheroid)a=6378140mb=6356755mf=1/298.257坐標(biāo)原點(diǎn)：西安原點(diǎn)，設(shè)在陜西省涇陽(yáng)縣永樂鎮(zhèn)其他坐標(biāo)系：1954北京坐標(biāo)系國(guó)家大地坐標(biāo)系(1980)基準(zhǔn)面(datum)：IUGG767地理空間坐標(biāo)系地理坐標(biāo)系是以地理極(北極、南極)為極點(diǎn)。通過(guò)A點(diǎn)作橢球面的垂線，稱之為過(guò)A點(diǎn)的法線。法線與赤道面的交角，叫做A點(diǎn)的緯度ψ。過(guò)A點(diǎn)的子午面與通過(guò)英國(guó)格林尼治天文臺(tái)的子午面所夾的二面角，叫做A點(diǎn)的經(jīng)度λ。地理空間坐標(biāo)系地理坐標(biāo)系是以地理極(北極、南極)為極點(diǎn)。68地圖投影：為什么要進(jìn)行投影地理坐標(biāo)為球面坐標(biāo)，不方便進(jìn)行距離、方位、面積等參數(shù)的量算地球橢球體為不可展曲面地圖為平面，符合視覺心理，并易于進(jìn)行距離、方位、面積等量算和各種空間分析地圖是2維的：以x,y坐標(biāo)表示地球表面是3維的：以緯度和經(jīng)度表示怎樣實(shí)現(xiàn)3維向2維的的轉(zhuǎn)變?地圖投影：為什么要進(jìn)行投影地理坐標(biāo)為球面坐標(biāo)，不方便進(jìn)行距離69直接建立在球體上的地理坐標(biāo)，用經(jīng)度和緯度表達(dá)地理對(duì)象位置建立在平面上的直角坐標(biāo)系統(tǒng)，用（x，y）表達(dá)地理對(duì)象位置投影地圖投影(MapProjections)將地理坐標(biāo)（經(jīng)緯度）從球面空間轉(zhuǎn)換成平面空間的直角坐標(biāo)的數(shù)學(xué)方法。直接建立在球體上的地理坐標(biāo)，用經(jīng)度和緯度表達(dá)地理對(duì)象位置建立70投影坐標(biāo)系又稱平面直角坐標(biāo)系建立在某種特定的地圖投影基礎(chǔ)上2維笛卡爾坐標(biāo)(x,y)投影坐標(biāo)系又稱平面直角坐標(biāo)系71地圖投影：投影實(shí)質(zhì)

建立地球橢球面上經(jīng)緯線網(wǎng)和平面上相應(yīng)經(jīng)緯線網(wǎng)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，也就是建立地球橢球面上的點(diǎn)的地理坐標(biāo)（λ，φ）與平面上對(duì)應(yīng)點(diǎn)的平面坐標(biāo)（x，y）之間的函數(shù)關(guān)系：當(dāng)給定不同的具體條件時(shí)，將得到不同類型的投影方式。地圖投影：投影實(shí)質(zhì)建立地球橢球面上經(jīng)緯線網(wǎng)和72地圖投影：投影變形將不可展的地球橢球面展開成平面，并且不能有斷裂，則圖形必將在某些地方被拉伸，某些地方被壓縮，故投影變形是不可避免的。長(zhǎng)度變形面積變形角度變形地圖投影：投影變形將不可展的地球橢球面展開成平面，并且不能有73地圖投影：投影分類變形分類：等角投影：投影前后角度不變等面積投影：投影前后面積不變；任意投影：角度、面積、長(zhǎng)度均變形投影面：橫圓柱投影：投影面為橫圓柱圓錐投影：投影面為圓錐方位投影：投影面為平面投影面位置：正軸投影：投影面中心軸與地軸相互重合斜軸投影：投影面中心軸與地軸斜向相交橫軸投影：投影面中心軸與地軸相互垂直

相切投影：投影面與橢球體相切相割投影：投影面與橢球體相割地圖投影：投影分類變形分類：74地圖投影：投影選擇因素制圖區(qū)域的地理位置、形狀和范圍制圖比例尺地圖內(nèi)容出版方式地圖投影：投影選擇因素制圖區(qū)域的地理位置、形狀和范圍75地圖投影：GIS中地圖投影GIS以地圖方式顯示地理信息，而地圖是平面，地理信息則在地球橢球上，因此地圖投影在GIS中不可缺少。GIS數(shù)據(jù)庫(kù)中地理數(shù)據(jù)以地理坐標(biāo)存儲(chǔ)時(shí)，則以地圖為數(shù)據(jù)源的空間數(shù)據(jù)必須通過(guò)投影變換轉(zhuǎn)換成地理坐標(biāo)；而輸出或顯示時(shí)，則要將地理坐標(biāo)表示的空間數(shù)據(jù)通過(guò)投影變換變換成指定投影的平面坐標(biāo)。GIS中，地理數(shù)據(jù)的顯示可根據(jù)用戶的需要而指定投影方式，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)，一般采用國(guó)家基本系列地圖所用的投影。地圖投影：GIS中地圖投影GIS以地圖方式顯示地理信息，而地76地圖投影：我國(guó)常用地圖投影1：100萬(wàn)：蘭勃投影（正軸等積割圓錐投影）大部分分省圖、大多數(shù)同級(jí)比例尺也采用蘭勃投影1：50萬(wàn)、1：25萬(wàn)、1：10萬(wàn)、1：5萬(wàn)、1：2.5萬(wàn)、1:1萬(wàn)、1：5000采用高斯—克呂格投影。地圖投影：我國(guó)常用地圖投影1：100萬(wàn)：蘭勃投影（正軸等積割77地圖比例尺地圖比例尺反映了制圖區(qū)域和地圖的比例關(guān)系紙質(zhì)地圖：內(nèi)容、概括程度、數(shù)據(jù)精度等GIS：數(shù)據(jù)精度比例尺的含義：制圖區(qū)域較小，采用各方面變形都較小的地圖投影，圖上各處的比例是一致的，故此時(shí)比例尺的含義是圖上長(zhǎng)度與相應(yīng)地面長(zhǎng)度的比例；

制圖區(qū)域較大時(shí)，地圖投影比較復(fù)雜，地圖上長(zhǎng)度因地點(diǎn)和方向的不同而有所變化，這種地圖比例尺一般是指在地圖投影時(shí)，對(duì)地球半徑縮小的比率，稱為主比例尺。地圖經(jīng)過(guò)投影后，體現(xiàn)在圖上只有個(gè)別點(diǎn)線沒有長(zhǎng)度變形，也就是說(shuō)，只有在這些長(zhǎng)度沒有變形的點(diǎn)或線上，才可用地圖上注明的比例尺我國(guó)地圖比例尺分級(jí)系統(tǒng)：大比例尺：1：500—1：10萬(wàn)中比例尺：1：10萬(wàn)—1：100萬(wàn)小比例尺：〈1：100萬(wàn)無(wú)級(jí)比例尺概念地圖比例尺地圖比例尺反映了制圖區(qū)域和地圖的比例關(guān)系78高程控制網(wǎng)高程系統(tǒng)：描述空間點(diǎn)在垂直高度上的特性。

高程——由高程基準(zhǔn)面起算的地面點(diǎn)的高度。任意水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面H′AHA鉛垂線AH′BHBhAB高程控制網(wǎng)高程系統(tǒng)：描述空間點(diǎn)在垂直高度上的特性。

高程——79水準(zhǔn)原點(diǎn)1985國(guó)家高程基準(zhǔn)，72.2604米黃海海面1952-1979年平均海水面為0米1956年黃海高程系→1985年國(guó)家高程基準(zhǔn)面水準(zhǔn)原點(diǎn)1985國(guó)家高程基準(zhǔn)，黃海海面1956年黃海高程系80地理實(shí)體(空間實(shí)體)指自然界現(xiàn)象和社會(huì)經(jīng)濟(jì)事件中不能再分割的單元，它是一個(gè)具體有概括性，復(fù)雜性，相對(duì)意義的概念。理解：地理實(shí)體類別及實(shí)體內(nèi)容的確定是從具體需要出發(fā)的。例如，在全國(guó)地圖上由于比例尺很小，南京是一個(gè)點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)不能再分割，因此可以把南京定為一個(gè)空間實(shí)體；而在大比例尺的南京市地圖上，許多房屋，街道都要表達(dá)出來(lái)，所以南京必須再分割，不能作為一個(gè)空間實(shí)體，應(yīng)將房屋，街道等作為研究的地理實(shí)體，由此可見，GIS中的空間實(shí)體是一個(gè)概括，復(fù)雜，相對(duì)的概念。空間對(duì)象（實(shí)體）的地圖表達(dá)地理實(shí)體(空間實(shí)體)指自然界現(xiàn)象和社會(huì)經(jīng)濟(jì)事件中不能再分割的81空間對(duì)象（實(shí)體）類型空間對(duì)象一般按地形維數(shù)進(jìn)行歸類劃分點(diǎn)：零維線：一維面：二維體：三維時(shí)間：通常以第四維表達(dá)，但目前GIS還很難處理時(shí)間屬性?？臻g對(duì)象的維數(shù)與比例尺是相關(guān)的空間對(duì)象（實(shí)體）類型空間對(duì)象一般按地形維數(shù)進(jìn)行歸類劃分82點(diǎn)實(shí)體

有位置，無(wú)寬度和長(zhǎng)度；抽象的點(diǎn)美國(guó)佛羅里達(dá)洲地震監(jiān)測(cè)站2019年9月該洲可能的500個(gè)地震位置點(diǎn)實(shí)體有位置，無(wú)寬度和長(zhǎng)度；美國(guó)佛羅里達(dá)洲地震監(jiān)測(cè)站20183線實(shí)體

有長(zhǎng)度，但無(wú)寬度和高度用來(lái)描述線狀實(shí)體，通常在網(wǎng)絡(luò)分析中使用較多度量實(shí)體距離香港城市道路網(wǎng)分布線實(shí)體有長(zhǎng)度，但無(wú)寬度和高度香港城市道路網(wǎng)分布84面實(shí)體

具有長(zhǎng)和寬的目標(biāo)通常用來(lái)表示自然或人工的封閉多邊形一般分為連續(xù)面和不連續(xù)面中國(guó)土地利用分布圖（不連續(xù)面）面實(shí)體具有長(zhǎng)和寬的目標(biāo)中國(guó)土地利用分布圖（不連續(xù)面）85空間對(duì)象：面（續(xù)）連續(xù)變化曲面：如地形起伏，整個(gè)曲面在空間上曲率變化連續(xù)。不連續(xù)變化曲面，如土壤、森林、草原、土地利用等，屬性變化發(fā)生在邊界上，面的內(nèi)部是同質(zhì)的?？臻g對(duì)象：面（續(xù)）連續(xù)變化曲面：如地形起伏，整個(gè)曲面在空間上86空間對(duì)象：體有長(zhǎng)、寬、高的目標(biāo)通常用來(lái)表示人工或自然的三維目標(biāo)，如建筑、礦體等三維目標(biāo)香港理工大學(xué)校園建筑空間對(duì)象：體有長(zhǎng)、寬、高的目標(biāo)香港理工大學(xué)校園建筑87點(diǎn)：位置：（x，y）屬性：符號(hào)線：位置：(x1,y1),(x2,y2),…,(xn,yn)屬性：符號(hào)—形狀、顏色、尺寸面：位置：(x1,y1),(x2,y2),…,(xi,yi),…,(xn,yn)屬性：符號(hào)變化等值線

點(diǎn)：位置：（x，y）線：位置：(x1,y1),(x2,y288空間對(duì)象（實(shí)體）的遙感影像表達(dá)遙感傳感器平臺(tái)傳感器空間對(duì)象（實(shí)體）的遙感影像表達(dá)遙感傳感器平臺(tái)傳感器89第二節(jié)地理信息數(shù)字化描述方法柵格和矢量結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)描述空間實(shí)體的兩種最基本的方式。

第二節(jié)地理信息數(shù)字化描述方法柵格和矢量結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)描述90矢量(Vector)vs.柵格(Raster)Vector:用于實(shí)現(xiàn)對(duì)象模型PointLinePolygonRaster:用于實(shí)現(xiàn)場(chǎng)模型Grids,TIN,etc.Contour矢量(Vector)vs.柵格(Raster)Raste91簡(jiǎn)單要素表達(dá)——矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(VectorDataStructure)現(xiàn)實(shí)世界中的對(duì)象可以描述為點(diǎn)、線、面3種形式points標(biāo)識(shí)位置lines連接點(diǎn)areas(polygons)鏈接線利用點(diǎn)的x,y坐標(biāo)集合來(lái)進(jìn)行點(diǎn)、線、面的表達(dá)NodeVertexpointslinesareas簡(jiǎn)單要素表達(dá)——矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(VectorDa92點(diǎn)(Point)0維沒有長(zhǎng)度和寬度,只有空間位置x,y坐標(biāo)又稱node或vertex實(shí)體點(diǎn)注記點(diǎn)標(biāo)識(shí)點(diǎn)Vertex點(diǎn)(Point)0維實(shí)體點(diǎn)注記點(diǎn)標(biāo)識(shí)點(diǎn)Vertex93線(Line)1維具有長(zhǎng)度和空間位置由沿著某路徑上點(diǎn)的x,y坐標(biāo)串組成又稱edges或links如:道路,河流線(Line)1維94面(Area)2維(長(zhǎng)度和寬度)具有面積和周長(zhǎng)屬性由邊界線組成(邊界上點(diǎn)的坐標(biāo)串)又稱polygon如:行政分區(qū),水體面(Area)2維(長(zhǎng)度和寬度)95矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)發(fā)展ESRI,Inc.ARC/INFO:coveragesArcViewGIS:shapefilesArcGIS:geodatabaseARC/INFOandArcViewGIS地理關(guān)系數(shù)據(jù)模型空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)分開存儲(chǔ)，通過(guò)標(biāo)識(shí)碼進(jìn)行連接ArcGISis面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在一起，不相互分離矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)發(fā)展ESRI,Inc.96簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)非拓?fù)涫噶繑?shù)據(jù)Shapefile(ESRI)公共邊界上的弧段重復(fù)存儲(chǔ)優(yōu)勢(shì)顯示更迅速更通用，利于數(shù)據(jù)互操作簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)非拓?fù)涫噶繑?shù)據(jù)97為何采用柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)？Vectors-point,line,area矢量有利于空間位置明確的離散要素的表達(dá)，而不能對(duì)連續(xù)數(shù)據(jù)進(jìn)行較好的表達(dá)更好的方式是采用raster數(shù)據(jù)模型如，DEM,衛(wèi)星影像,數(shù)字正射影像圖,掃描地圖為何采用柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)？Vectors-point,li98圖形表達(dá)柵格結(jié)構(gòu)用規(guī)則的正方形(或三角形，多邊形)將地理區(qū)域劃分為網(wǎng)格(Grid)陣列。點(diǎn)：由單個(gè)柵格表達(dá)。線：由沿線走向有相同屬性取值的一組相鄰柵格表達(dá)。面：由沿線走向有相同屬性取值的一片柵格表達(dá)。圖形表達(dá)柵格結(jié)構(gòu)用規(guī)則的正方形(或三角形，多邊形)將地理區(qū)域99基本要素位置由行(Rows)，列(Columns)號(hào)定義屬性為柵格單元(Cells,Pixels)的值。原點(diǎn)(柵格單元位置)–左上角行-y坐標(biāo)列-x坐標(biāo)每個(gè)柵格單元由行、列位置進(jìn)行定義基本要素位置由行(Rows)，列(Columns)號(hào)定義100柵格單元大小分辨率較大的柵格單元大小具備較低的精度原則：應(yīng)能有效地逼近空間對(duì)象的分布特征，又減少數(shù)據(jù)的冗余度。HH/2柵格單元大小分辨率HH/2101柵格數(shù)據(jù)特點(diǎn)柵格的空間分辨率指一個(gè)像元在地面所代表的實(shí)際大小對(duì)于同一圖形，隨著分辨率增大，存儲(chǔ)空間也隨之增大表達(dá)空間目標(biāo)、計(jì)算空間實(shí)體相關(guān)參數(shù)的精度時(shí)分辨率越高，精度越高非常適合進(jìn)行空間分析不適合進(jìn)行比例尺變化，投影變換等柵格數(shù)據(jù)特點(diǎn)柵格的空間分辨率指一個(gè)像元在地面所代表的實(shí)際大小102柵格數(shù)據(jù)類型衛(wèi)星影像DEM數(shù)字正射影像圖數(shù)字柵格圖GIS軟件特定柵格圖……柵格數(shù)據(jù)類型衛(wèi)星影像103矢量與柵格的比較優(yōu)點(diǎn)

缺點(diǎn)矢量便于面向現(xiàn)象(土壤類，土地利用單元等)結(jié)構(gòu)緊湊，冗余度低，便于描述線或邊界。利于網(wǎng)絡(luò)、檢索分析，提供有效的拓?fù)渚幋a，對(duì)需要拓?fù)湫畔⒌牟僮鞲行?。圖形顯示質(zhì)量好，精度高。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各自定義，不便于數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，數(shù)據(jù)交換困難。多邊形疊置分析困難，沒有柵格有效，表達(dá)空間變化性能力差。不能像數(shù)字圖像那樣做增強(qiáng)處理軟硬件技術(shù)要求高，顯示與繪圖成本較高。

柵格結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易數(shù)據(jù)交換。疊置分析和地理(能有效表達(dá)空可變性)現(xiàn)象模擬較易。利于與感遙數(shù)據(jù)的匹配應(yīng)用和分析，便于圖像處理。輸出快速，成本低廉?，F(xiàn)象識(shí)別效果不如矢量方法，難以表達(dá)拓?fù)洹D形數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不嚴(yán)密不緊湊，需用壓縮技術(shù)解決該問題。投影轉(zhuǎn)換困難。圖形質(zhì)量轉(zhuǎn)低，圖形輸出不美觀，線條有鋸齒，需用增加?xùn)鸥駭?shù)量來(lái)克服，但會(huì)增加數(shù)據(jù)文件。矢量與柵格的比較優(yōu)點(diǎn)104第三節(jié)空間數(shù)據(jù)的類型和關(guān)系空間數(shù)據(jù)的特征屬性特征：描述空間對(duì)象的特性，即是什么，如對(duì)象的類別、等級(jí)、名稱、數(shù)量等?？臻g特征：描述空間對(duì)象的地理位置以及相互關(guān)系，又稱幾何特征和拓?fù)涮卣?，前者用?jīng)緯度、坐標(biāo)表示，后者如交通學(xué)院與電力學(xué)院相鄰等。時(shí)間特征：描述空間對(duì)象隨時(shí)間的變化第三節(jié)空間數(shù)據(jù)的類型和關(guān)系空間數(shù)據(jù)的特征105地理數(shù)據(jù)的類型1、類型數(shù)據(jù)例如考古地點(diǎn)、道路線和土壤類型的分布等；2、面域數(shù)據(jù)例如隨機(jī)多邊形的中心點(diǎn)，行政區(qū)域界線和行政單元等；3、網(wǎng)絡(luò)數(shù)量例如道路交點(diǎn)、街道和街區(qū)等；4、樣本數(shù)量例如氣象站、航線和野外樣方的分布區(qū)等；5、曲面數(shù)據(jù)例如高程點(diǎn)、等高線和等值區(qū)域；6、文本數(shù)據(jù)例如地名、河流名稱和區(qū)域名稱；7、符號(hào)數(shù)據(jù)例如點(diǎn)狀符號(hào)、線狀符號(hào)和面狀符號(hào)等。地理數(shù)據(jù)的類型1、類型數(shù)據(jù)例如考古地點(diǎn)、道路線和土壤類型106第2章空間信息基礎(chǔ)-課件107空間對(duì)象的空間關(guān)系表達(dá)描述空間對(duì)象之間的空間相互作用關(guān)系方法絕對(duì)關(guān)系:坐標(biāo)、角度、方位、距離等；相對(duì)關(guān)系：相鄰、包含、關(guān)聯(lián)等相對(duì)關(guān)系類型拓?fù)淇臻g關(guān)系：描述空間對(duì)象的相鄰、包含等順序空間關(guān)系：描述空間對(duì)象在空間上的排列次序，如前后、左右、東、西、南、北等。度量空間關(guān)系：描述空間對(duì)象之間的距離等。地圖、遙感影象上的空間關(guān)系是通過(guò)圖形識(shí)別的，在GIS中的空間關(guān)系則必須顯式的進(jìn)行定義和表達(dá)?？臻g關(guān)系的描述多種多樣，目前尚未有具體的標(biāo)準(zhǔn)和固定的格式，但基本原理一致。不同的GIS可能采用不同的方法進(jìn)行描述空間對(duì)象的空間關(guān)系表達(dá)描述空間對(duì)象之間的空間相互作用關(guān)系108空間數(shù)據(jù)的拓?fù)淇臻g關(guān)系

基于點(diǎn)集拓?fù)淅碚撏負(fù)湓兀狐c(diǎn)：孤立點(diǎn)、線的端點(diǎn)、面的首尾點(diǎn)、鏈的連接點(diǎn)線：兩結(jié)點(diǎn)之間的有序弧段，包括鏈、弧段和線段面：若干弧段組成的多邊形基本拓?fù)潢P(guān)系關(guān)聯(lián)：不同拓?fù)?/p>