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與教學目標本課程是地理信息系統(tǒng)、地理科學、測繪科學、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)是一種兼數據采集、存儲、管理、分析、顯示與應用地理信息的計算機系統(tǒng)，是分析和處理海量數據的通用技術。它是以地理數據庫為基礎，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算機技術系統(tǒng)，是計算機科學迅速發(fā)展的產物。它在近30多年內取得了驚人的發(fā)展，并廣泛應用于資源調查、環(huán)境評估、區(qū)域發(fā)展規(guī)劃、公共設施管理、交通安全等領域，成為一個跨學科、多方向的研究領域。通過本課程的學習，使學生了解地理信息系統(tǒng)的基本概念、研究內容與應用；使學生理解空間數據的結構及其相互關系，元數據的概念與作用等，使學生掌握空間數據的采集、編輯及空間信息處理方法，空間數據的分析功能，并能使用這些功能解決一般與空間相關的地理問題。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，與相關學科的關系。重點：GIS概念的理解、GIS的組成、GIS與相關學科的關系兩個問題什么是“GIS”系統(tǒng)——面向功能工具集（箱）數據庫“GIS”能干什么本章內容：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)展建設全面推進的一年3月：“十五”計劃通過，信息化成為國家發(fā)展戰(zhàn)略；我國第一個信息化專項規(guī)劃執(zhí)行的第一年；宏觀協(xié)調和管理體制將進一步加強；各個領域和地區(qū)推進信息化動作快，措施有力；要冷靜地分析，科學地推進；1.2 中央“十五”建議關于信息化的論述大力推進國民經濟和社會信息化，是覆蓋現(xiàn)代化建設全局的戰(zhàn)略舉措。以信息化帶動工業(yè)化，發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢,實現(xiàn)生產力的跨越式發(fā)展。四層意思，回答四個關鍵問題定位：是現(xiàn)代化建設全局問題還是局部問題；關系：信息化帶動工業(yè)化；途徑：發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢；目的：實現(xiàn)生產力的跨越式發(fā)展；1.3信息技術與生產力信息技術是人類歷史上迄今為止發(fā)展最快，影響最大的技術。全面改變著生產、工作、生活、學習。信息生產力如同18世紀蒸汽機、電機為代表的工業(yè)生產力一樣，服從下述規(guī)律：技術革命——產業(yè)革命——社會革命創(chuàng)造了社會信息基礎設施；重構了社會生產力系統(tǒng)；孕育了信息經濟,知識經濟,網絡經濟,數字經濟等概念代表的新的經濟形態(tài)；對生產關系、上層建筑已經并必將產生更加深刻影響。1.4生產力的質變全面影響構成勞動生產率和競爭力各要素勞動者：知識和創(chuàng)新能力成為主要內容；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富聚積方式；市場：網絡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識的差別；廣義：信息是指主體（人、生物或機器）與外部客體（環(huán)境、其他人、生物或機器）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：信息是向人們或機器提供關于現(xiàn)實世界新的事實的知識，是數據、消息中所包含的意義，它不隨載體物理設備形式的改變而改變。信息的特點客觀性：實用性：傳輸性：共享性：2.2數據數據是指某一目標定性、定量描述的原始資料，包括數字、文字、符號、圖形、圖像以及它們能轉換成的數據等形式。數據與信息的關系數據是信息的載體，信息是數據的表現(xiàn)形式；GIS是真正的數據庫問題超過70%的GIS項目資金用于數據采集和數據管理。數據庫是GIS最主要的資產。從上可知：地理信息系統(tǒng)首先是一個數據庫解決方案，其次才是一個地理化應用。2.3地理信息和地理數據地理數據：是指表征地理圈或地理環(huán)境固有要素或物質的數量、質量、分布特征、聯(lián)系和規(guī)律的數字、文字、圖像和圖形等的總稱。地理信息：是有關地理實體的性質、特征和運動狀態(tài)的表征和一切有用的知識，它是對地理數據的解釋。位置是地理信息區(qū)別于其它類型信息的最顯著的標志。地理信息的特性1）區(qū)域性空間位置的標識；2）多維結構在二維空間的基礎上的第三維專題結構；3）時序特征超短期的（如臺風、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）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、相互有機聯(lián)系的許多要素所構成的一個整體?；谟嬎銠C的信息系統(tǒng)1）計算機硬件；2）軟件；3）數據；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，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過地理編碼的，現(xiàn)實世界被表達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)的定義可以從學科和技術兩個方面來描述。地理信息系統(tǒng)的定義歷史定義地理信息系統(tǒng)是以地理空間數據為基礎，在計算機軟硬件的支持下，對空間相關數據進行采集、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而建立起來的計算機技術系統(tǒng)?，F(xiàn)代定義地理信息系統(tǒng)是空間數據的管理系統(tǒng)。3.2地理信息系統(tǒng)是什么？是空間數據和屬性數據的綜合體對地理信息系統(tǒng)的三種觀點[Maguire，1991]：地圖觀點：側重于制圖有關的內容，GIS被視為一個地圖分析與處理系統(tǒng)；數據庫觀點：側重于數據庫設計與實現(xiàn)的完美性，一個復雜的數據庫管理系統(tǒng)被視為GIS不可分割的一部分；空間分析觀點：側重于分析和建模，GIS被視為一門空間信息科學而不僅是一門技術。GIS可以說是地圖，是數據庫，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的應用領域劃分3.4地理信息系統(tǒng)的構成四部分構成計算機硬件系統(tǒng)計算機軟件系統(tǒng)地理數據（或空間數據）系統(tǒng)管理操作人員。核心——計算機系統(tǒng)（軟件和硬件）；內容——空間數據；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或區(qū)域的位置，可以獲得預期的結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)有數據，識別已經發(fā)生了或正在發(fā)生變化的地理現(xiàn)象。依賴假設條件、個人推測、觀測現(xiàn)象或證據報道，確定趨勢；針對該趨勢，可通過對數據的分析，對該趨勢加以確認或否定；4）模式（Patterns）5）模型（Models）地理信息系統(tǒng)的功能(具體功能)數據采集、監(jiān)測與編輯；數據處理；數據存儲與組織；空間查詢與分析；圖形與交互顯示；5地理信息系統(tǒng)的研究內容地理信息系統(tǒng)相關學科：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：早期GIS的雛形加拿大地理信息系統(tǒng)（CGIS），1963有關機構、組織紛紛建立70年代鞏固階段特點：社會需求增加計算機發(fā)展到第三代，CPU速度提高，內存增大，I/O設備齊全，磁盤出現(xiàn)，人機對話系統(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，政府影響增強仍停留于國外。80年代GIS技術大發(fā)展時期特點：第四代計算機發(fā)展，微機和遠程通信設備出現(xiàn)，計算機網絡化軟件技術發(fā)展，DBMS，軟件工具，應用軟件工具出現(xiàn)全面推向應用；國際合作日益加強，由發(fā)達國家推向發(fā)展中國家，如我國；進入多種學科領域，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的獨立性和通用性。政府科學機構成立。90年代GIS應用普及時期特點實用化階段計算機和網絡發(fā)展，網絡GISGIS成為部門的必備工作系統(tǒng)社會對GIS的認識普遍提高NII，NSDI，DE的推進網絡GIS和因特網GIS時期（90年代中期~）特點：NII，NSDI和數字工程建設時期GIS成為國家信息化的基礎平臺軟硬件環(huán)境的困難基本排除。7地理信息系統(tǒng)發(fā)展趨勢網絡化標準化數據商業(yè)化系統(tǒng)專門化企業(yè)化全球化大眾化第二章從現(xiàn)實世界到比特世界1空間實體（現(xiàn)實世界的抽象）1.1空間實體目標：實體的物理表示。實體類型：點、線、面、體等。實體屬性：對實體特征的描述，屬性有屬性值的概念并有等級之分。實體要素：實體是點、線、面、體多種要素的復雜組合。（1）空間認知過程：地圖編制者的認識模型地圖編制者的認識模型地圖使用者的認識模型（2）空間實體的空間特征與抽象零維、一維、二維、三維實體的二維和三維情況表示如下圖：（3）實體的類型1）點狀實體（Point：有特定位置，維數為0的物體）如下幾種類型：實體點Entitypoint：用來代表一個實體；注記點Textpoint：用于定位注記；內點Testpoint：用于負載多邊形的屬性，存在于多邊形內；結點Node：表示線的終點和起點；角點Vertex：表示線段和弧段的內部點。2）線狀實體（由一列有序坐標表示）如下特性實體長度：從起點到終點的總長；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。線狀實體包括線段、邊界、鏈、弧段、網絡等。如下圖所示：3）面狀實體面狀實體也稱為多邊形，是對湖泊、島嶼、地塊等一類現(xiàn)象的描述。在數據庫中由一封閉曲線加內點來表示。面狀實體有如下空間特性：面積范圍；周長；獨立性或與其它的地物相鄰，如中國及其周邊國家；內島或鋸齒狀外形；重疊性與非重疊性；如下圖所示：4）立體狀實體立體狀實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；周長內島或鋸齒狀外形；含有孤立塊或相鄰塊；斷面圖與剖面圖。實體類型組合現(xiàn)實世界的各種現(xiàn)象比較復群眾觀點，往往由不同的空間單元組合而成，例如：根據某些空間單元，將空間問題表達出來一個特殊任務有時需要幾種空間單元來描述；復雜實體有可能由不同維數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合實例；某一類型的空間實體可以轉換為另一類型；某些空間實體具有二重性，也就是說，由不同的維數組合而成。下圖是不同空間單元組合的現(xiàn)象：1.2空間實體與現(xiàn)實世界-總結從現(xiàn)實世界到比特世界2空間實體的描述2.1空間實體描述的內容：識別碼：用于區(qū)別同類而又不同的實體。位置：可用坐標描述也可用其它形式。空間特征：也是位置信息的一種，如維數、類型及實體的組合等。實體的行為和功能：是指在數據采集過程中不僅要重視實體的靜態(tài)描述，還要收集動態(tài)的變化，如島嶼的侵蝕、水體污染的擴散、建筑的變形等。實體的衍生信息：一個實體可能有多個名稱?？臻g實體的空間特征實體根據空間特性可以進行分類，實體常常被認為由一些基本的空間單元（指那些基本的、實際的、不可再分的元素）來組合?？捎每臻g維數、類型、組合方式說明空間實體的空間特征（見下圖）空間單元的類型：2.2空間實體的時間維的處理對空間實體或者組合事件的時間維的描述可用以下方式：1）作為記錄事件或屬性的基本成份；2）作為沒有空間特性發(fā)生改變的實體的一個屬性；3）作為觀察空間實體變化的參考；不同時間的處理方法2.3空間實體在地理信息系統(tǒng)中的表示1、單一特征在地理信息系統(tǒng)中，點特征用一組x、y坐標表示，線特征用一維有序的x、y坐標表示，面用一組首尾相同的坐標表示。（3，3）可用于表示一個點的位置。（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。（注意第一個坐標和最后一個坐標相同，因為多邊形總是封閉的）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。每一特征的坐標可以用與每一特征的坐標列表有關的序號來描述，見下圖：空間實體在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)是因為它能處理與空間實體之間的各類空間問題?？臻g問題的一些形式：測量與空間關系的一些形式2）空間問題的分類：a條件定位：即根據一定的條件與規(guī)則確定物體的位置或者路徑。例如；路徑進?。郝烦套疃?，時間最省，經費最少定位選?。焊鶕傩圆樵兛臻g位置資源分配開銷安排b間接推理：即通過建立模型進行的空間決策和預，測如：項目選址災害預測與預報環(huán)境分析長度、體積、面積、坡度等量算c空間參考，測如：特定的笛卡爾坐標或極坐標。鄰接性識別，也就是說，線狀實體或面狀實體與某特定實體相接觸。線性定位物。最小尺寸的封閉矩形。地名或數字代碼。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)計特性相同屬性的實體，可根據統(tǒng)計特性進行區(qū)分；最大值和最小值的范圍；平均值以及變化值；c復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城市中心的總計開銷時間；各個地區(qū)的相鄰地區(qū)數；航空交通系統(tǒng)的網絡；穿越某區(qū)域的候鳥主要走向；現(xiàn)象的連續(xù)性；4）空間關系在GIS中，表示空間關系的方法主要有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——弧段拓撲3、連通性4、方向性5、包含性空間關系示意圖5）空間概念及組織1）流的移動2）網絡3）節(jié)點4）等級或名次5）領域或表面如果考慮到時間因素，還包括第（6）點6）疾病、思想的散布、傳播空間概念的實例：1、環(huán)境物質流2、礦產資源埋藏地點的預測3、工程網絡模擬6）空間預測4空間處理類型（1）三類基本數據之間可能的6種關系；1、點—點關系2、點—線關系3、點—區(qū)域關系4、線—線關系5、線—區(qū)域關系6、區(qū)域—區(qū)域關系本章總結：地理信息流與地理信息科學三個領域第三章空間數據模型（空間數據的組織方式）1空間數據模型的基本問題空間數據（SpatialData）也即地理數據。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體的集合，由不同實體之間的空間關系構成。1.2空間數據模型的類型在GIS中與空間信息有關的信息模型基于對象（要素的模型）（Feature）；強調離散對象網絡模型（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)變化的數據。2場模型場：用于模擬具有一定空間內連續(xù)分布特點的現(xiàn)象2.1場的特征由一系列等值線組成。（1）具有空間結構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）與方向無關的和與方向有關的各向同性和各向異性（4）空間自相關空間自相關是空間場中的數值聚集程度的一種量度，事物之間聯(lián)系性的強弱。2.2柵格數據模型柵格數據模型是基于連續(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。柵格數據模型——對現(xiàn)實世界的重采樣：3要素模型將現(xiàn)實地理要素嵌入到歐氏空間中，歸納為三類地物要素對象：點對象、線對象、多邊形對象。3.1.1點對象點是具有特定的位置，維數為零的物體，包括：點實體（PointEntity）：用來代表一個實體；注記點：用于定位注記；內點（LabelPoint）：用于記錄多邊形的屬性，存在于多邊形內；結點（節(jié)點）（Node）：表示線的終點和起點；角點（Vertex）：表示線段和弧段的內部點。3.1.2線對象線對象是維度為1的空間對象，由一系列坐標表示。特征：實體長度：從起點到終點的總長；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。在數據庫中由一封閉曲線加內點來表示?？臻g特性：面積；周長；獨立性或與其它的地物相鄰，如中國及其周邊國家內島或鋸齒狀外形，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，如報紙的銷售領域，學校的分區(qū)，菜市場的服務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矢量數據模型4基于要素的空間關系分析4.1空間關系的基本概念在地理信息系統(tǒng)中集中存儲了以下的內容：空間分布位置信息屬性信息拓撲空間關系信息空間關系的三種基本類型:拓撲關系方向關系度量關系。地理要素之間的空間區(qū)位關系1）點——點關系相合；分離；點為其它諸點的幾何中心；點為其它諸點的地理重心。2）點——線關系點在線上(Vertix)：可以計算點的性質，如拐點等；線的端點(Node)：起點和終點；線的交點；點與線分離：可計算點到線的距離。3）點——面關系點在區(qū)域內，可以記數和統(tǒng)計；點為區(qū)域的幾何中心；點為區(qū)域的地理重心；點在區(qū)域的邊界上；點在區(qū)域外部。4）線——線關系重合；相接：首尾環(huán)接或順序相接；相交：相切；并行。5）線——面關系區(qū)域包含線：可計算區(qū)域內線的密度；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——面關系包含：湖泊內的島嶼；相合：相交：可以劃分子區(qū)，并計算邏輯與、或、非和異或；相鄰：計算相鄰邊界的性質和長度；分離：計算距離、引力等4.2拓撲空間關系分析4.2.1拓撲屬性拓撲——“形狀的研究”。研究在拓撲變換下能夠保持不變的幾何屬性；拓撲屬性：——無論基礎空間如何變形，物體間的相互關系不發(fā)生變化。拓撲關系舉例：拓撲屬性一個點在一個弧段的端點一個弧段是一個簡單弧段（弧段自身不相交）一個點在一個區(qū)域的邊界上一個點在一個區(qū)域的內部一個點在一個區(qū)域的外部一個點在一個環(huán)的內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，從一點可以完全在面的內部沿任意路徑走向另一點）非拓撲屬性兩點之間的距離一個點指向另一個點的方向弧段的長度一個區(qū)域的周長一個區(qū)域的面積拓撲屬性——兩個對象之間的關系——拓撲關系拓撲空間中的點和鄰域4.2.29交模型——描述拓撲空間關系（Egenhofer,1993）現(xiàn)實世界中的兩個簡單實體A、BB(A)、B(B)表示A、B的邊界；I(A)、I(B)表示A、B的內部；E(A)、E(B)表示A、B余；構造出一個由邊界、內部、余的點集組成的9-交空間關系模型(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-交模型拓撲關系圖示：4.2.3空間方向關系分析方向關系：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坐標軸（平面）8種可能關系：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)方向關系的識別最小外切矩形計算法MBR（MinimumBoundingRectangle）判斷步驟：判斷目標之間的MBR是否具有該關系利用點-點關系進一步進行關系判斷，確定具體關系4.2.4度量空間關系分析兩個地理對象之間的距離點-點、點-線、點-面、線-線、線-面、面-面應用：在已知點/線拓撲關系與點/點度量關系的基礎上，可求出點/點間的最短路徑、最優(yōu)路徑、服務范圍等；已知點、線、面度量關系，進行距離量算、鄰近分析、聚類分析、緩沖區(qū)分析、泰森多邊形分析等。5網絡結構模型一、網絡空間LeonardEuler，1736二、網絡模型地物被抽象為鏈、節(jié)點所組成的關系。網絡模型所關心的問題：具體現(xiàn)象之間距離或者阻力的度量。網絡模型的基本特征：結點數據間沒有明確的從屬關系，一個結點可與其它多個結點建立聯(lián)系，支持空間重構。網絡模型的優(yōu)點：（層次模型）處理現(xiàn)實世界中常見的多對多關系。常見數據庫結構比較關系模型（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)點的有向樹（tree），其主要特征是：（1）除根節(jié)點外，任何節(jié)點都有且只有一個“父親”；（2）“父”節(jié)點表示的實體與“子”節(jié)點表示的實體是一對多的聯(lián)系。網狀模型（networkmodel）特點：1）可以有一個以上的結點沒有“父”結點；2）至少有一個結點有多于一個“父”結點；3）結點之間可以有多種聯(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）地理信息系統(tǒng)的地理基礎是地理信息數據表示格式與規(guī)范的重要組成部分。包括：統(tǒng)一的地圖投影系統(tǒng)；統(tǒng)一的地理網格坐標系統(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)選擇和設計一種或幾種適用的地圖投影系統(tǒng)和網格坐標系統(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。坐標系所謂坐標系，包含兩方面的內容：一是在把大地水準面上的測量成果化算到橢球體面上的計算工作中，所采用的橢球的大??；二是橢球體與大地水準面的相關位置不同，對同一點的地理坐標所計算的結果將有不同的值。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面的相關位置，就確定了一個坐標系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投影面與球面相關位置的分類圖：3GIS中地圖投影的設計與配置一、地理信息系統(tǒng)與地圖投影二、地理信息系統(tǒng)中地圖投影設計與配置的一般原則3.1GIS與地圖投影的關系3.2統(tǒng)一的坐標系統(tǒng)是地理信息系統(tǒng)建立的基礎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)為其基準投影坐標系統(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)應與相應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)，一種服務于大比例尺的數據處理與輸入輸出，另一種服務于中小比例尺；3）所用投影以等角投影為宜；4）所用投影應能與網格坐標系統(tǒng)相適應，即所采用的網格系統(tǒng)在投影帶中應保持完整。3.4我國GIS中常用的地圖投影配置與計算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；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施。3）我國大部分省區(qū)圖以及大多數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）中央經線上沒有長度變形。高斯投影變形具有以下特點：1）中央經線上無變形2）同一條緯線上，離中央經線越遠，變形越大；3）同一條經線上，緯度越低，變形越大；4）等變形線為平行于中央經線的直線。高斯—克呂格投影示意圖：第五章GIS中的數據1數據類型空間特征數據（定位數據）；時間屬性數據（尺度數據）；空間數據專題屬性數據（非定位數據）通常時間和專題屬性數據結合在一起共同作為屬性特征數據，而空間特征數據和屬性特征數據統(tǒng)稱為空間數據（或地理數據）。2數據獲取途徑大地測量控制地籍測量航空測量遙感室外調查（土壤、植被、交通等）定點觀察（地球物理、氣象、水文、生態(tài)等）地形圖人口普查工業(yè)/經濟調查基礎設施（通訊、電力、運輸、醫(yī)療、教育等）3空間特征數據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撲關系是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直接表達；基于坐標的派生數據；定量的度量信息：面積、周長、質心、距離等定性的空間關系：拓撲關系、方位關系4時間特征數據空間數據總是在某一特定時間或時段內采集得到或計算產生的。將特定時間里產生的空間數據看成是空間數據的一個專題特征?？臻g數據涉及時間特征的幾個方面地物的生命周期（產生、消亡）地物的移動（移動點）屬性的時效性相關的問題時間關系à時空關系時態(tài)GIS數據模型是其關鍵（時空立方體模型等）5專題特征數據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字、符號、文本和圖像等形式來表示6數據的測量尺度命名（Nominal）量定性而非定量，不能進行任何算術運算，如一個城市的名字。對命名數據的邏輯運算只有“等于”或“不等于”兩種形式。次序（Ordinal）量線性坐標上不按值的大小，而是按順序排列的數。序數值相互之間可以比較大小，但不能進行加、減、乘、除等算術運算。間隔（Interval）量沒有原點，按間隔表示相對位置的數。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據，與使用的測量單位無關。支持多種算術操作不同測量尺度數值可以進行的運算：命名量==,!=…次序量==,!=,>,<…間隔量==,!=,>,<,+,-…比率量==,!=,>,<,+,-,*,/…GIS數據測量尺度示例：比率量次序量比率量次序量命名量51015Eachdotrepresents500personsProportionalsymbolsLargeMediumSmallTownAirportFlowContour304050HighwayRoadStreetRoadBoundaryRiver10020PopulationdensityHighimpactLowimpactSwampDesertForrest7數據質量數據質量是指數據適用于不同應用的能力。即——空間數據質量的重要性空間數據質量的相關概念準確性（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）準確性（Accuracy）一個記錄值（測量或者觀察值）與它的真實值之間的接近程度；空間數據的準確性通常是根據所指的位置、拓撲或者非空間屬性來分類的； 可以誤差（Error）來衡量空間數據的準確性；（2）精度（Precision）數據精度表示數據對現(xiàn)象描述的詳細程度數據精度和數據準確性的區(qū)別：精度低的數據不一定準確度也低；數據精度如果超出了測量儀器的已知準確度，這樣的紀錄數字在效率上是冗余的；例如：在設計精度為0.1mm的數字化儀上測量返回的坐標數據為（10.11mm,12.233mm），其中就含有冗余的數據；（3）空間分辨率（SpatialResolution）分辨率是兩個可測量數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：地圖上最細線寬度對應的地理范圍，遙感圖像上一個像素代表的實際地理范圍大小空間分辨率∝數據精度（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比例尺是刻畫數據精度的量（如最小線寬為地圖的空間分辨率）；（5）誤差（Error）描述測量值和真實值之間的差別；在大部分情況下，誤差的大小是很不準確的，因為待測量的真實值往往無法得到；研究如何給出誤差大小的最佳估計以及誤差傳播規(guī)律，是很有用的；誤差的分析包括:位置誤差（如點、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）對于空間信息科學技術來說，數據的正確性與錯誤并存，正常與異常并存，精確與粗糙并存，質量高與質量低并存，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中數據的不確定性包括：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據的布完整性；研究不確定性可以更好的了解測量數據的性質？？（7）現(xiàn)勢性（Timeliness）：指數據反映客觀現(xiàn)象目前狀況的程度。7.1數據質量的內容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）數據檔案4）適用性7.2數據質量問題的來源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、專題和時間內容上的不確定性?？臻g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，非數值型屬性值表達的不精確性。9.2空間現(xiàn)象表達時產生的誤差數據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識和表達的影響，這對于數據的生成會出現(xiàn)誤差。如：在地圖投影中，由橢球體到平面的投影轉換必然產生誤差；獲取各種原始數據的各種測量儀器都有一定的設計精度如：GPS提供的地理位置數據都有用戶要求的一定設計精度，因而數據誤差的產生不可避免。9.3數據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。地圖數字化和掃描后的矢量化處理：數字化過程采點的位置精度、空間分辨率、屬性賦值等都可能出現(xiàn)誤差。數據格式轉換：在矢量格式和柵格格式之間的數據格式轉換中，數據所表達的空間特征的位置具有差異性。數據抽象：在數據發(fā)生比例尺變換時，對數據進行的聚類、歸并、合并等操作時產生的誤差，如知識性誤差和數據所表達的空間特征位置的變化誤差。建立拓撲關系：拓撲過程中伴隨有數據所表達的空間特征的位置坐標的變化。與主控數據層的匹配：數據庫在與主控數據層匹配的過程中也會存在空間位移，導致誤差。數據疊加操作和更新：數據在進行疊加運算以及數據更新時，會產生空間位置和屬性值的差異。數據集成處理：指在來源不同、類型不同的各種數據集的相互操作過程中所產生的誤差。數據的可視化表達：數據在可視化表達過程中為適應視覺效果，需對數據的空間特征位置、注記等進行調整，由此產生數據表達上的誤差。數據處理過程中誤差的傳遞和擴散：在數據處理的各個過程中，誤差是累計和擴散的，前一過程的累計誤差可能成為下一個階段的誤差起源，從而導致新的誤差的產生。7.3空間數據使用中的誤差生產者和使用者對數據的解釋和理解不同，可通過空間數據的元數據來溝通?？臻g數據誤差的主要來源數據處理過程誤差來源數據搜集野外測量誤差：儀器誤差、記錄誤差遙感數據誤差：輻射和幾何糾正誤差、信息提取誤差地圖數據誤差：原始數據誤差、坐標轉換、制圖綜合及印刷數據輸入數字化誤差：儀器誤差、操作誤差不同系統(tǒng)格式轉換誤差：柵格-矢量轉換、三角網-等值線轉換數據存儲數值精度不夠空間精度不夠：每個格網點太大、地圖最小制圖單元太大數據處理分類間隔不合理多層數據疊合引起的誤差傳播：插值誤差、多源數據綜合分析誤差；比例尺太小引起的誤差數據輸出輸出設備不精確引起的誤差輸出的媒介不穩(wěn)定造成的誤差數據使用對數據所包含的信息的誤解對數據信息使用不當空間數據誤差的類型（1）空間數據誤差分為：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：語義角度判斷數據的合理性（1）幾何誤差：空間數據表達的位置信息誤差，在二維平面上主要反映在點（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）其他數據質量問題地圖數據的質量問題地圖固有誤差、地圖材料變形、地圖掃描及數字化誤差；遙感數據的質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）測量數據的質量問題選定的大地坐標系及投影、環(huán)境影響、測量儀器精度、操作誤差、偶然誤差等7.4空間數據質量控制傳統(tǒng)的手工方法質量控制的人工方法主要是將數字化數據與數據源進行比較，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。元數據方法數據集的元數據中包含了大量的有關數據質量的信息，通過它可以檢查數據質量。地理相關法用空間數據的地理特征要素自身的相關性來分析數據的質量。8元數據Metadata譯成元數據，是描述數據的數據。在地理空間數據中，元數據是說明數據內容、質量、狀況和其他有關特征的背景信息。元數據的內容：對數據集的描述、數據質量的描述、數據處理信息的說明、數據轉換方法的描述、數據更新、集成等說明?？臻g數據元數據內容及示例：。。8.1元數據的類型根據元數據的內容分類根據元數據描述對象分類根據元數據在系統(tǒng)中的作用分類根據元數據的作用分類8.2元數據的主要作用幫助數據生產者管理和維護空間數據；便于數據用戶查詢檢索地理空間數據；幫助用戶了解數據，以便就數據是否能夠滿足其需求做出這功能的判斷；提供有關信息，以便用戶或者GIS軟件進行數據的處理和轉換；在空間數據及其應用迅速發(fā)展的今天，元數據成為數據共享和有效使用的重要工具8.4地理信息系統(tǒng)與元數據基于元數據的GIS功能擴展：查錯功能（Debugging）數據瀏覽功能（BrowsingorCatalog）程序自動生成（ProgramGeneration）基于元數據的數據集成：基于元數據可以實現(xiàn)對數據自動解釋與處理，使得不同格式、精度、類型的數據可以很好的協(xié)同完成一個指定的任務。第六章空間數據獲取與處理（地圖數字化）空間數據獲取與處理的流程地理信息系統(tǒng)建設的第一項任務是獲取空間數據地圖數據采集、遙感數據處理、數據轉換、實測。已有地圖的數字化錄入，是目前被廣泛采用的手段，也是最耗費人力資源的工作。數據錄入內容：空間信息和非空間信息數據采集方式：即屏幕數字化和掃描矢量化圖形數據錄入后期處理：糾錯、拼接、建立拓撲關系、坐標變換1GIS數據采集類型1.空間數據（圖形數據）2.語義數據（屬性數據）語義數據（地理編碼）：以科學的分類分級系統(tǒng)為基礎，對地理環(huán)境中各基本實體及其聯(lián)系進行編碼，以便唯一地對某一系統(tǒng)中所有地圖要素進行識別和處理。屬性數據錄入相比，空間數據錄入的工作量更大，并且需要GIS軟件工具的支持，屬性數據可以用通用的數據庫軟件進行錄入。2GIS圖形數據采集方式1.計算機屏幕矢量化適用于多種源數據2.手扶跟蹤數字化數字化前的設置串口通訊參數的設置（坐標原點、分辨率、采點方式、數據格式）數字化軟件的參數與數字化儀保持一致2.1手扶跟蹤數字化的方式1點方式（PointMode）每按下游標(Puck)一次，向計算機發(fā)送一個點的坐標信息。2流方式（StreamMode）距離流方式（DistanceStream）時間流方式（TimeStream）流方式手扶跟蹤數字化的方式：3.數據轉換：三種情形：其它矢量格式數據（往往是由其它GIS軟件制訂）的轉換；坐標數據，往往表現(xiàn)為關系數據庫表的形式位置描述信息，以關系數據表形式存取，同樣可以轉換為不太精確的坐標數據4.鍵盤錄入：條件：已知地物精確坐標的情況下。適用于數據量較小的情況。5.實地測量：GPS為GIS提供矢量格式的坐標數據全站儀“全數字自動化測圖系統(tǒng)”——VirtuoZo3曲線離散化算法（抽?。┩窘洠汉喕€，在曲線上取有限個點，將其變?yōu)檎劬€，并在一定程度上保持原有的形狀。目的：簡化數據，減小數據容量。Douglas-Peucker算法1）在曲線首尾兩點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C，并計算其與AB的距離d；3）比較該距離與預先給定閾值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行1-3步的處理。5）當所有曲線都處理完畢后，依次連接各個分割點形成的折線，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算得到黑白二值圖像（BinaryImage）。2）平滑（Smooth）用于去除圖像中的隨機噪聲，即斑點。3）細化將一條線細化為只有一個像素寬，便與自動識別。4）鏈式編碼將細化后的圖像轉換成為點鏈的集合。5）矢量線提取將每個點鏈轉化成為一條矢量線。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，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中右側邊緣從右至左依次取若干個列L1（0），L1（1），…，L1（n），以各列內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中左側從左至右依次取若干列L2（n），L2（n-1），…，L2（0），以各列內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，則轉向步驟4。人工拼接，固定A，通過人機交互控制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，實際是重采樣。圖像細化預處理二值圖像平滑預處理的必要性：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模板進行處理：按點陣格式掃描圖像上每一像素，只要圖像相應區(qū)域與模板（包括其三次900旋轉所形成的模板）匹配，則判定為毛刺，對應于模板中心的像素數值變?yōu)?。000010ⅩⅩⅩX1X101ⅩⅩⅩ去毛刺模板，X≥1去孔洞凹陷模板4.4圖像細化（Thinning）不斷去除曲線上不影響連通性的輪廓像素的過程，達到——保證細化后曲線仍然是連通的細化結果是原曲線的中心線保留細線端點常用算法：（大同小異）內接圓法、經典算法、異步算法、快速并行算法、并行八邊算法等。有關細化的概念和符號N(p)為p的鄰點的數值的和。圖像像素聯(lián)接數T(p)，如果旋轉著看像素周圍的點，T(p)就是p周圍8個點從0變成1的次數，它反映了像素鄰點的聯(lián)接的塊數。pW，pE，pS，pN分別指像素左側、右側、下邊、上邊鄰點的數值。算法步驟-剝皮法（Zhang-Suen，1984）對于柵格圖像中的每個點p，進行如下操作：如果2≤N(p)≤6并且T(p)=1并且pNpSpW=0并且pWpEpN=0，則標志p點；將所有被標志的柵格點賦值為0，如果沒有被標志的點，則算法結束；轉到第一步，循環(huán)。圖像細化算法演示：線狀地物的細化如果2≤N(p)≤6并且T(p)=1并且pNpSpW=0并且pWpEpN=0，則標志p點；鏈碼（Freeman碼）：用曲線出發(fā)點坐標和線的斜率來描述二值線圖形，任意一條細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空間數據錄入后的處理（1）圖形坐標變換輸入與輸出不同時的需要。投影變換有兩種方式：多項式擬合，類似于圖像糾正；直接應用投影變換公式進行變換?；咀鴺俗儞Q1）平移將圖形的一部分或者整體移動到笛卡爾坐標系中另外的位置。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）旋轉在地圖投影變換中，經常要應用旋轉操作，實現(xiàn)旋轉操作要用到三角函數，假定順時針旋轉角度為θ，其公式為：X’=Xcosθ+YsinθY’=-Xsinθ+Ycosθ4）仿射變換（AffineTranformation）綜合考慮圖形的平移、旋轉和縮放5拓撲生成建立拓撲之前的圖形修改在建立拓撲關系之前，要糾正數字化輸入過程中的錯誤，以正確地反映地物之間的關系。ESRI定義的六個準則，可以幫助發(fā)現(xiàn)拓撲錯誤。1）所有錄入的實體都能夠表現(xiàn)出來；2）沒有輸入額外的實體；3）所有的實體都在正確的位置上，并且其形狀和大小正確；4）所有具有連接關系的實體都已經連上；5）所有的多邊形都有且只有一個標志點以識別它們；6）所有的實體都在邊界之內。錯誤的類型1）偽節(jié)點（PseudoNode）偽節(jié)點使一條完整的線變成兩段，造成偽節(jié)點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（DanglingNode）一個節(jié)點只與一條線相連接，稱該節(jié)點為懸掛節(jié)點懸掛節(jié)點有多邊形不封閉不及和過頭節(jié)點不重合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，點的次序倒置或者位置不準確引起的。在進行拓撲生成時，產生“碎屑”多邊形。（3）建立拓撲關系1.多邊形拓撲關系的建立1）DIME模型（DualIndependentMapModel——雙重獨立地圖編碼模型）為基礎，記錄以下關系：多邊形的組成弧段；弧段左右兩側的多邊形，弧段兩端的節(jié)點；節(jié)點相連的弧段。多邊形拓撲的建立過程實際上就是確定上述的關系，具體的拓撲建立過程與數據結構有關。2）POLYVRT模型矢量數據結構（POLYgonconVeRTor，多邊形轉換器）是一種以弧段（ARC）為基礎的拓撲數據模型。這種數據結構的基本元素稱為“弧段”或者“鏈段”?；《卧趦啥擞薪Y點，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構成，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。這種結構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）之間的拓撲關系。這種結構的特點是，除結點外，每個空間對象都是由更基本的對象組成的。只有點的坐標是被實際存儲的，其他復雜空間對象的坐標信息實際上是邏輯構成的。DIME與POLYVRT模型的區(qū)別對用以描述多邊形之間關系并作為關系文件記錄的基本單元的邊的不同選擇。DIME模型是以兩個數據點之間的邊界（拓撲模型中一般稱為“段”—Segment）為關系描述和記錄的基本單元，POLYVRT模型則以兩個結點之間的一段邊（拓撲模型中一般稱為“鏈”—Chain）為基本單元DIME與POLYVRT模型的共同點在于二者都是以線性要素（段或鏈）作為存儲記錄結點之間、鏈間以及多邊形間相互關系的基本單元。（4）多邊形拓撲算法圖中共有4個節(jié)點，以A、B、C、D表示；6條弧段，用數字表示；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)點稱為首節(jié)點NS(A)，終止節(jié)點為尾節(jié)點NE(A)；沿弧段前進方向，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)拓撲建立后有以下關系(1)拓撲鄰接：指存在于空間圖形的同類圖形實體之間的拓撲關系。如結點間的鄰接關系和多邊形間的鄰接關系。在圖中，結點N1與結點N2、N3相鄰，多邊形P1與P2、P3相鄰。(2)拓撲關聯(lián)：指存在于空間圖形實體中的不同類圖形實體之間的拓撲關系。如弧段在結點處的聯(lián)結關系和多邊形與弧段的關聯(lián)關系。圖中，N1結點與弧段A1、A5、A3相關聯(lián)，多邊形P2與弧段A3、A5、A6相關聯(lián)。(3)拓撲包含：指不同級別或不同層次的多邊形圖形實體之間的拓撲關系。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（如同一外接多邊形），那些具有鄰接和關聯(lián)拓撲關系或完全不具備鄰接和關聯(lián)拓撲關系的多邊形處于同一級別或同一層次。網絡拓撲關系的建立為了進行流量以及連通性分析，在輸入道路、水系、管網、通信線路等信息時，需要確定線實體之間的連接關系。網絡拓撲關系的建立包括確定節(jié)點與連接線之間的關系。第七章空間數據管理1空間數據庫數據本身具有空間屬性系統(tǒng)的分析和應用與地理環(huán)境直接關聯(lián)。深刻地影響著數據的結構、數據庫的設計、分析算法和軟件，以及系統(tǒng)的輸入和輸出。1.1GIS數據與MIS數據的比較主要區(qū)別圖形和圖像數據是GIS的主要特征一般MIS以統(tǒng)計數據、表格數據為主其他區(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備。在軟件上，專門的圖形和圖像數據的分析算法和處理軟件。應用方面MIS：查詢檢索和統(tǒng)計分析，處理結果是表格數據GIS：信息檢索和統(tǒng)計分析+空間關系分析共同之處都以計算機為核心的信息處理系統(tǒng)都具有數據量大和數據之間關系復雜的特點都隨著數據庫技術的發(fā)展在不斷的改進和完善事實上，地理信息系統(tǒng)正作為一種空間信息的處理系統(tǒng)，成為一個單獨的研究和發(fā)展領域。2地理信息系統(tǒng)的數據庫（1）概念空間數據庫是某一區(qū)域內關于一定地理要素特征的為一定目的服務，以特定的數據存儲的相關聯(lián)的數據集合。（2）空間數據庫特點（相比于一般數據庫）數據量特別大：地理系統(tǒng)的復雜性，空間位置數據的特殊性。屬性數據與空間數據的復合體。數據應用更廣泛。（3）GIS的內部數據結構兩類結構都可用來描述地理實體的點、線、面三種基本類型。經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）。地理實體的位置和狀態(tài)是用它們占據的柵格的行、列來定義的。柵格的值表達了這個位置上物體的類型或狀態(tài)。2）矢量模型現(xiàn)實世界的要素位置和范圍采用點、線或面表達，每一個實體的位置是用它們在坐標參考系統(tǒng)中的空間位置（坐標）定義。3柵格數據結構及其編碼一、定義柵格數據結構將地球表面劃分為大小均勻緊密相鄰的網格陣列，每個網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：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)域屬性的相鄰柵格單元的集合表示，每個柵格單元可有多于兩個的相鄰單元同屬一個區(qū)域。二、特點屬性明顯，定位隱含柵格行列陣列容易為計算機存儲、操作和顯示，因此這種結構容易實現(xiàn)，算法簡單，且易于擴充、修改，也很直觀。柵格結構表示的地表是不連續(xù)的，是量化和近似離散的數據。在柵格結構中，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.重要性法根據柵格內不同地物的重要性，選取最重要的地物類型決定相應的柵格單元代碼。4.百分比法根據矩形區(qū)域內各地理要素所占面積的百分比數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B類和A類所占面積百分比數在代碼中加入數字。四、柵格圖像編碼方法1直接柵格編碼將柵格數據看作一個數據矩陣，逐行（或逐列）逐個記錄代碼根據需求不同有不同的記錄順序。弊端：數據量巨大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據，而且對于估算面積、長度、轉折方向的凹凸度等運算十分方便，比較適合于存儲圖形數據。缺點：是對邊界進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構，效率較低，由于鏈碼以每個區(qū)域為單位存儲邊界，相鄰區(qū)域的邊界將被重復存儲而產生冗余。2）游程長度編碼（Run-LengthCodes）兩種方案：只在各行（或列）數據的代碼發(fā)生變化時依次記錄該代碼以及相同的代碼重復的個數，從而實現(xiàn)數據的壓縮。逐個記錄各行（或列）代碼發(fā)生變化的位置和相應代碼。特點：壓縮效率較高，且易于檢索，疊加合并等操作，運算簡單，適用于機器存儲容量小，數據需大量壓縮，而又要避免復雜的編碼解碼運算增加處理和操作時間的情況。(1)記錄代碼發(fā)生變化和重復的個數（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雜程度成反比的。（2）記錄代碼發(fā)生變化的位置和相應代碼按列（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，數據結構由初始位置（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：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)域內含的方形區(qū)域，最小的方形區(qū)域為一個柵格象元。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：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：馬里蘭大學四叉樹編碼方式記錄葉子結點的地址和值的地址包括兩個部分，共32位（二進制）最右邊4位記錄該葉子結點的深度，以深度推知子區(qū)的大??；地址由從根結點到該葉子結點的路徑表示，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、小結數據的壓縮是以增加運算時間為代價的。好的壓縮編碼方法就是要在盡可能減少運算時間的基礎上達到最大的數據壓縮效率。鏈碼的壓縮效率較高，已經近矢量結構，對邊界的運算比較方便，但不具有區(qū)域的性質，區(qū)域運算困難；游程長度編碼既可以在很大程度上壓縮數據，又最大限度地保留了原始柵格結構，編碼解碼十分容易；塊碼和四叉樹碼具有區(qū)域性質，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行大量圖形圖像運算，效率較高，目前應用最廣泛。4矢量數據結構及其編碼一、矢量數據類型點實體：記錄其坐標和屬性代碼；線實體：用一系列足夠短的直線首尾相接，記錄這些小線段的端點坐標，將曲線表示為一個以直線段相連坐標序列；多邊形：包含外部和內部。邊界線與線實體的存儲模式一致。二、特點定位明顯、屬性隱含數據精度高，所占空間小算法比柵格數據復雜計算長度、面積、形狀和圖形編輯、幾何變換的效率和精度高三、編碼方法點實體具體的或抽象的，如地物點、文本位置點或線段網絡的結點等線實體：基本內容：多邊形編碼內容：位置；屬性；區(qū)域的拓撲性質（形狀、鄰域和層次）。編碼要求：存儲效率；可以計算周長和面積；多邊形拓撲關系的記錄方式一致；區(qū)域的層次。四、多邊形編碼方法1.坐標序列法特征無拓撲關系，主要用于顯示、輸出及一般查詢；公共邊重復存儲，存在數據冗余，難以保證數據獨立性和一致性；多邊形分解和合并不易進行，鄰域處理較復雜；處理嵌套多邊形比較麻煩；適用范圍：制圖及一般查詢，不適合復雜的空間分析；2.樹狀索引編碼法思路：減少數據冗余并間接增加鄰域信息。方法：對所有邊界點進行數字化，將坐標對以順序方式存儲，由點索引與邊界線號相聯(lián)系，以線索引與各多邊形相聯(lián)系，形成樹狀索引結構。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)點消除了相鄰多邊形邊界的數據冗余和不一致的問題；在簡化過于復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；缺點索引建立繁瑣，給相鄰函數運算，消除無用邊，處理島狀信息以及檢查拓撲關系帶來一定的困難。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.拓撲結構編碼法編碼內容：唯一標識，多邊形標識，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坐標值）。采用拓撲結構編碼可以較好地解決空間關系查詢等問題，但增加了算法的復雜性和數據庫的大小。4.雙重獨立式DIME(DuallndependentMapEncoding)這種數據結構除了通過線文件生成面文件外，還需要點文件。矢量編碼最重要的是信息的完整性和運算的靈活性。目前并無統(tǒng)一的最佳的矢量結構編碼方法，在具體工作中應根據數據的特點和任務的要求而靈活設計。矢柵結構的比較及轉換算法5柵格結構與矢量結構的比較柵格結構：“屬性明顯、位置隱含”矢量結構：“位置明顯、屬性隱含”柵格數據操作容易實現(xiàn)，而矢量數據操作復雜。精度方面，柵格結構需要更多的柵格單元，矢量結構則需記錄更多的線段結點。柵格結構只是矢量結構在某種程度上的一種近似。一、矢量格式與柵格格式的優(yōu)缺點比較（一）矢量數據優(yōu)點：表示地理數據的精度較高嚴密的數據結構，數據量小完整的描述空間關系圖形輸出精確美觀圖形數據和屬性數據的恢復、更新、綜合都能實現(xiàn)面向目標，不僅能表達屬性，而且能方便的記錄每個目標的具體屬性信息缺點：數據結構復雜矢量疊置較為復雜數學模擬比較困難技術復雜，特別是軟硬件（二）柵格數據優(yōu)點：數據結構簡單空間數據的疊置和組合方便各類空間分析很易于進行數學模擬方便缺點：圖形數據量大用大像元減少數據量時，精度和信息量受損地圖輸出不美觀難以建立網絡連接關系投影變換比較費時2）柵格數據到矢量數據的轉換點狀實體：每個實體僅由一個坐標對表示坐標精度變換問題。線實體：把柵格行列坐標轉變?yōu)槭噶拷Y點坐標，根據精度要求，在結點之間插值或抽稀。6矢量格式向柵格格式的轉換又稱為多邊形填充，實現(xiàn)過程是在矢量表示的多邊形邊界內部的所有柵格點上賦以相應的多邊形編碼。1）內部點擴散算法由每個多邊形一個內部點（種子點）開始，向其八個方向的鄰點擴散。問題：當復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，會造成多邊形不連通，這樣一個種子點不能完成整個多邊形的填充。2）復數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對每個多邊形的封閉邊界計算復數積分（XY坐標），對某個多邊形，如果積分值為2pr，則該待判點屬于此多邊形，賦以多邊形編號，否則在此多邊形外部，不屬于該多邊形。3）射線算法逐點判斷數據柵格點在某多邊形之外或在多邊形內由待判點向圖外某點引射線，判斷該射線與某多邊形所有邊界相交的總次數，如相交偶數次，則待判點在該多邊形外部，如為奇數次，則待判點在該多邊形內部。排除特殊情況下影響交點的個數。4）掃描算法將射線改為沿柵格陣列列或行方向掃描線。5）邊界代數算法BAF-BoundaryAlgebraFilling基于積分思想適合于有拓撲關系的多邊形矢量數據轉換為柵格結構。算法：當邊界弧段上行時，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）。單個多邊形的轉換矢柵格式轉換小結在柵格圖像上提取特定的區(qū)域時采用種子填充算法；需要進行點和多邊形關系的判斷時采用射線算法邊界代數法算法簡單、可靠性好，各邊界弧段只被搜索一次，通過簡單的加減代數運算將邊界位置信息動態(tài)地賦給各柵格點，實現(xiàn)了矢量格式到柵格格式的高速轉換，避免了重復計算。7柵格向矢量格式的轉換多邊形柵格格式向矢量格式轉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撲關系，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點向另一個結點搜索，連成邊界弧段；拓撲關系生成：建立矢量數據的拓撲結構和屬性；去除多余點及曲線圓滑；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，在每個窗口內的四個柵格數據的模式，可以唯一地確定下一個窗口的搜索方向和該弧段的拓撲關系。算法過程（1）邊界點和結點提取：采用2x2窗口。如果窗口內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；如果窗口內四個柵格有三個以上不同編號，則標識為結點（即不同邊界弧段的交匯點），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，也當作結點處理。節(jié)點的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識的四個結點開始。選定與之相鄰的任意一組四個邊界點和結點都必定屬于某一窗口的四個標識點之一。首先記錄開始邊界點的兩個多邊形編號，作為該弧段的左右多邊形，下一點組的搜索方向則由進入當前點的搜索方向和該點組的可能走向決定。每個邊界點組只能有兩個走向，一個是前點組進入的方向，另一個則可確定為將要搜索后續(xù)點組的方向。（3）多余點去除：多余點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，如果在一定程度上可以認為在一條直線上（滿足直線方程），則三個點中間一點可以被認為上多余的，予以去除。多余點產生的原因：柵格向矢量轉換時逐點搜索邊界造成的（當邊界為直線時）。多余點去除算法可大量去除多余點，減少數據冗余。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)與計算機輔助繪圖系統(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的數據，這些數據包括圖形數據和屬性數據兩部分?？臻g數據用于實體的空間位置和幾何形態(tài)，屬性數據用于統(tǒng)計分析實體某一方面的性質。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：查詢結果利用圖形和屬性的對應關系，在圖上用指定的顯示方式將結果定位繪出。圖形查屬性：用光標等工具選中地物后，在數據庫中檢索出被選空間實體，根據空間實體與屬性的連接關系，得到所查詢空間實體的屬性列表。一、常用的空間關系查詢方式拓撲、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公里拓撲——特定形狀、相鄰性…屬性——城市人口大于100萬二、常見的空間關系查詢面面查詢：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。面點查詢：某個多邊形內有哪些點狀地物。線面查詢：某條線經過（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。點面查詢：某個點落在哪個多邊形內。點線查詢：如某個結點由哪些線相交而成。1.2.空間量算幾何量算；形狀量算；質心量算；距離量算空間量算的具體內容點狀地物（0維）：坐標；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）線的長度計算矢量數據：計算公式：復合線長度等于各分支曲線長度之和。柵格數據：累加地物骨架線通過的格網數目，骨架線采用8方向連接，當連接方向為對角線方向時，乘上。（2）面狀地物的面積矢量結構幾何交叉處理法：沿多邊形的每個頂點作垂直與X軸的垂線，然后計算每條邊、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和，即為多邊形面積柵格結構面積等于相同屬性值的格網數目的面積和。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：描述多邊形破碎程度歐拉數=（孔數）-（碎片數-1）注意：有孔分布的才稱為碎片二、多邊形邊界指標：形狀系數P：地物周長，A：面積；如果r<1為緊湊型；r=1為標準圓；r>1為膨脹型。圓圓r=1r>1膨脹型r<1緊縮型1.2.3質心量算多邊形或面的幾何中心叫質心某些情況下，質心描述的是分布中心，而不是絕對幾何中心。在處理實際問題時，通過權重系數解決，求得的結果稱為加權平均中心。計算公式：；Wi為第i個離散目標物權重，Xi，Yi為第i個離散目標物的坐標。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)點與達到點構成的等時圓；現(xiàn)實距離：各向異性距離表面，又稱為耗費距離；距離計算：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行邏輯或代數運算，產生新的具有特殊意義的地理圖層及其屬性的過程。（1）基于單個圖層進行（2）基于多個圖層基于柵格結構的空間變換（1）單點變換；（2）鄰域變換；（3）區(qū)域變換；一、基于柵格結構的空間變換（一）單點變換：只考慮單個點的屬性值進行運算單點變換最常見的函數有加、減、乘、除等代數運算；與、并、非、異或等邏輯運算；大于、小于等比較運算；指數函數，