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第2章地理空间现象的计算机表达.

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2GIS数据结构

2GIS数据结构

• 块式编码的数据结构由初始位置（行列 号）、半径和属性代码组成。
如（1，2，2，4） 表示1行2列，半 径为2，属性为4。 从上表可知，图 3-13栅格数据可 用22个1单位方 块，6个4单位方 块及2个9单位方 块来描述。
5.四叉树编码
• 四叉树分割的基本思想:首先把一幅栅格地 图(2nx2n,n>1)等分成4等分，逐块检查其 栅格值，若每个子区中所有栅格都含有相 同值，则该子区不再往下分割，否则，将 该区域再分割成4个子区域，如此递归地 分割，直到每个子块都含有相同的灰度或 属性值为止。这样的数据组织称为自上往 下四叉树。四叉树也可自下而上的建立。 这时，从底层开始对每个数据的值进行检 测，对具有相同灰度或属性的四等分的子 区进行合并，如此递归向上合并。
3 ¡­ ¡­
表2：线段－多边形关系表
线段 左区码 右区码
1 (1)
(2)
2 (1)
(3)
……
…
1 (2)
7 9(4) 8
2 (3) (1)
5 4
6 (5)
3
表3：线段－结点关系表
线段 首结点 尾结点
①
1
③
①
1
2
①
②
……
…
⑤7
2
表4：多边形－线段关系表
多边形 线段
(1) 1,2,3
③
(2) 1,4,7,9
2、地图上各要素的表示
1）空间特征的表示
地理要素的空 间分布特点
点状 线状 面状
点状符号 地图符 线状符号 号分类 面状符号
2）属性特征的表示
地图符号不仅通过其定位性反映地理要 素的空间特性，而且通过符号的形状、结 构、颜色、尺寸来表示各要素的不同属性。
地理空间现象的计算机表达

地理空间现象的计算机表达

属性特征
描述空间对象的特性，即是什么， 如实体特征的名称，等级和数量等。
空间对象的拓扑空间关系
拓扑的概念： 明确定义空间结构关系的一种数学方法。
拓扑元素： 点：孤立点、线的端点、面的首尾点、链的连接点 线：两结点之间的有序弧段，包括链、弧段和线段 面：若干弧段组成的多边形
拓扑关系： 邻接：相同拓扑元素之间的关系 关联：不同拓扑元素之间的关系 包含：不同级的元素之间的关系
椅子的属性——一系 列矢量——连接关系
47
一、矢量数据结构
概念： 矢量结构是通过记录坐标的方式来表示点、线、面等地理
实体。 特点：
定位明显、属性隐含 能最好地逼近地理实体的空间分布特征 数据精度高 数据存储冗余度低 便于进行地理实体的网络分析 对多层空间数据的叠合分析比较困难 获取方法： 手工数字化法； 手扶跟踪数字化法； 数据结构转换法。
右多 边形
P1 P2 P3 P2
е1
P1
N2
е5
P2
N1
P3
е6
N5
е3
N4
е4
P4 е7
е2
N3
坐
左多
标
边形
串
P0
s1
P0
s2
P0
s3
P3
s4
多边 形名
P0 P1 P2 P3
指 顺时针第一弧段
e1 e2 e3
针 逆时针第一弧段
e5 e4
属性
t0 t1 t2 t3
多边形集合
е1
P1
N2
е5
P2
N1
空间数据库技术
李瑞改
回顾：
GIS接口 数据模型
第2讲-空间数据组织与计算机表达

第2讲-空间数据组织与计算机表达


1、数值计算领域的地理空间数据组织
地理信息科学的数据建模，主要是对非数值计算领域而言的。事 实上，同一般数据一样，地理空间数据的组织和处理，在数值计算 和非数值计算领域中也有明显不同。在地球科学中的一些领域，人 们抽象出用方程表达的数学模型，设计解方程的计算机算法，编出 程序，求得结果，从而得知物理量怎样因空间位置而异，怎样随时 间而变化：
3维矢量：指三维空间中的实体，也就是由一组或多组闭合曲面所 包围的空间对象。
2、空间关系
空间关系是指地理空间实体对象之间的空间相互作用关系。空间关 系通常分为三大类：拓扑空间关系、顺序空间关系和度量空间关系
（1）拓扑空间关系 (Topological spatial relations)：用来描述空 间实体之间的相邻、包含和相交等空间关系 拓扑空间关系在地理信息系统和空间数据库的研究与应用中具有十 分重要的意义。拓扑空间关系的形式化描述是建立在点集拓扑理论 基础上的。这里我们详细介绍各种空间目标的拓扑空间关系，包括 面-面、面-点、面-线、线-线、线-点、点-点等多种形式上的空间关 系，而每一种形式的空间关系又包含更多的子形式。
●弧段方向性：
基于结点一弧段一多边形(node-arc-polgyon)的拓扑分析，描述了 空间实体之间的连接性和邻接性。但是，它对于两种不同的空间配 置仍有可能给出相同的拓扑关系描述，组合图理论解决了这一空间 配置的二意性组织问题。
为解决组合图问题，定义由结点和弧段形成的组合图边界网络遵守 如下规则：弧段具有方向性，若沿着弧段运动时，由弧段组成的多 边形对象总是位于弧段的右边，弧段的这一运动方向就是弧段的正 方向；当弧段运动至某个结点时，以结点为轴按反时针方向旋转， 选取尚未走过的弧段正方向离开结点的几个弧段中的第一个弧段； 由上规则跟踪完所有弧段为止。
地理空间的表达数据模型

地理空间的表达数据模型

第 3 章 空间数据模型
10
3.1.3 空间数据
1）空间数据的基本特征
第 3 章 空间数据模型 空间数据的基本特性（ Jack Dangermond，1984）
11
3.1.3 空间数据
2）空间数据的类型
（1）几何图形数据 （2）遥感影像
（3）地形数据
（4）属性数据
（5）元数据
第 3 章 空间数据模型
如何表达一个点，有两种方法： 矢量表示法：采用没有大小的点来表达基本点元素； 栅格表示法：采用有固定大小的点（像元）来表达基本点元素。
道 路
湖泊
河 流
居民地
第 3 章 空间数据模型
8
3.1.3 空间数据
GIS空间数据代表着现实世界（Geospace）的空间实体在信息世界中 的映射，它反映的特征包含空间实体向我们传递的基本信息。
香港城市道路网分布
面(polygon)实体
• 具有长和宽的目标
• 通常用来表示自然或人工的封闭多边形 • 一般分为连续面和不连续面
数据描述方式：(x1,y1) (x2,y2) (x3,y3) (x4,y4)… (x1,y1)
中国土地利用分布图（不连续面）
3.2.2 网络模型
网络（Network）是由欧式空间R2中的 若干点及它们之间相互连接的线段构成， 如：道路网、水系网、管网等。 网络由一系列节点（Node）和弧段 （Arc）所组成，在本质上，网络模型 可看作是对象模型的一个特例，由点对 象和线对象之间的拓扑关系构成，它更 侧重于对象间的连通性。 水系网
规则分布的点
不规则分布的点
规则矩形区
不规则多边形区
第 3 章 空间数据模型 不规则三角形区
等值线
第二章 GIS空间数据结构1

第二章 GIS空间数据结构1


二、矢量数据的特点
三、矢量数据结构的类型
1、简单数据结构 空间数据按照以基本的空间对象(点、线或多边形)为单元 进行单独组织，不含有拓扑关系数据，最典型的是面条 (Spaghetti)结构。
主要特点：
(1)数据按点、线或多边形为单元进行组织，数 据编排直观，数字化操作简单。 (2)每个多边形都以闭合线段存储，多边形的公 共边界被数字化两次和存储两次，造成数据 冗余和不一致。 (3)点、线和多边形有各自的坐标数据，但没有 拓扑数据，互相之间不关联。 (4)岛只作为一个单个图形，没有与外界多边形 的联系。
4、坐标系转换
x＝f1（L，B） y＝f2（L，B）
5、高程
指空间参考的高于或低于某基准平面的 垂直位置，主要用来提供地形信息。我国现 规定的高程基准面为“1985国家高程基准”， 比原“黄海平均海平面”高29mm。我国高程 的起算面是黄海平均海水面。1956年在青岛 设立了水准原点，称此为1956年黄海高程系。 1987年国家测绘局公布：中国的高程基准面 启用《1985国家高程基准》取代国务院1959 年批准启用的《黄海平均海水面》。《1985 国家高程基准》比《黄海平均海水面》上升 29毫米。
优、缺点
优点——文件结构简单，易于实现以多边形为单位的运 算和显示。 缺点—— (1)邻接多边形的公共边被数字化和存储两次(如图 2—19a中的7、8、9三个点)，由此会产生数据冗余和 边界不重合(由于数字化误差等因素造成)。 (2) 每个多边形自成体系，缺少有关邻域关系的信 息，难以进行邻域处理。如合并同类时要消除公共边。 (3) 不能解决“洞”或“岛”之类的多边形嵌套问 题，岛只作为单个的图形建造，没有与外包多边形的 联系。 （4）不易检查多边形边界的拓扑关系是否正确，如 无法判断有无不完整的多边形。
第二章 地球空间与空间数据基础

第二章 地球空间与空间数据基础

同时相、波段、比例尺和精度的空间信息，航空 遥感可快速获取小范围地区的空间信息。 遥感影像对空间信息的描述主要通过不同的颜色 和灰度来表示。 利用遥感影像可获取多层面的信息，对遥感影像 的提取可通过图像处理和解译来实现。
遥感图像及地图表示
五、地理信息的数字化表述
地理信息的数字化表述，就是使计算机能够识别 地理事物的形状。
Open GIS对地理空间的认识模型
九个抽象层次
尺度世界 （尺度语言）
项目世界 （project）
地理点列世界 （坐标几何）
地理空间世界 （GIS语言）
地理几何 特征世界
概念世界
现实世界
（自然语言） （基本语言）
地理要素 集合世界
地理要素 世界
GIS的三个抽象层次
现实世界 地理实体或者现象
概念世界
2
4
12 24
48
96 192
1
4
16 144 576 2304 9216 36864
1
4
36 144 576 2304 9216
第二节 地理空间坐标系与地图投影
地理空间坐标系的主要目的，是确定空间 实体在地理空间中的位置，最直接的方法是用 地理坐标（经度、纬度）和高程来表示。
地理坐标系——球面坐标系
地图投影
平面直角坐标系 （笛卡尔平面直角坐标系、欧几里德空间系）
一、在椭球面上表示点位置的坐标系统
（一）大地坐标系
大地坐标系是大地测 量中以参考椭球面为 基准面的坐标系。
根据不同的应用，域可以表示二维和三维地理 空间。
三、地图对地理空间的描述
地图上各种内容要素之间的关系，是按照 地图投影建立的数学规则，使地面上各点和地 图平面上的相应点保持一定的函数关系，从而 在地图上准确地表达地表空间各要素的关系和
第2章 GIS的空间数据结构

第2章 GIS的空间数据结构


矢量数据表达——拓扑数据结构
3、拓扑包含 ： 拓扑包含是指空间图形的 同类 ， 但 不同级 的 、 拓扑包含：拓扑包含是指空间图形的同类 同类， 不同级的 元素之间的拓扑关系。 元素之间的拓扑关系。
b
（a）简单包含 ）
（b)多层包含 多层包含
（c)等价包含 等价包含
图 (a)中多边形 中包含多边形P2，图（b）中多边形P3包 中多边形P1中包含多边形 ， ）中多边形 包 中多边形 中包含多边形 含在多边形P2中 而多边形P2， 又都包含在多边形 又都包含在多边形P1中 含在多边形 中，而多边形 ，P3又都包含在多边形 中。 都包含在多边形P1中 多边形P2， 图 （c）多边形 ，P3都包含在多边形 中，多边形 ，P3 ）多边形P2， 都包含在多边形 20 对P1而言是等价包含 . 而言是等价包含
3
第二章 GIS的空间数据结构 GIS的空间数据结构
第1节 地理实体及其表达 第2节 矢量数据结构 第3节 栅格数据结构 第4节 矢量与栅格数据结构的比较 第5节 矢-栅一体化数据结构和三维数据结构
4
第1 节
地理实体及其表达
一、地理实体
1. 地理实体与地理目标
地理实体：指一种在现实世界中不能再划分为同类现象的现象。 地理目标：实体在地理数据库中的表示
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第2 节
空间数据结构
二、矢量数据结构
(二)矢量数据获取方式
通过外业测量获得，利用测量仪器（全站仪、GPS、常规测量等） 记录测量结果，然后转到地理数据库中 跟踪数字化，用跟踪数字化的方式把地图变成离散的矢量数据 间接获取 栅格数据转换 空间分析（叠置、缓冲等操作产生的新的矢量数据）
12
第2 节
特征（ 2. 地理实体特征（空间特征、属性特征、时间特征） 地理实体特征 空间特征、属性特征、时间特征） 3. 地理实体的类型（点、线、面、体） 地理实体的类型 类型（ 4. 地理目标的类型（0、1、2、3维） 地理目标的类型 、 、 、 维 的类型（
地形可视化-第2章

地形可视化-第2章

DTM常用的数据结构主要分为：规则网格
结构和不规则三角网结构。
§2.3 数字地形模型的数据结构
一、规则网格结构
规则网格，通常是正方形，也可以是矩形、三角
形等规则网格。以正方形格网（Grid）为主。
规则网格将区域空间切分为规则的格网单元，每
个格网单元对应一个数值。数学上可以表示为一 个矩阵，在计算机实现中则是一个二维数组。每 个格网单元或数组的一个元素，对应一个高程值。
部分，它是对地球表面地形地貌的一种离散的数字表达。
数字高程模型DEM是表示区域D上的三维向量有限序列，用函数的
形式描述为：
Vi ( Xi, Yi, Zi)(i 1,2,3,...,n)
Xi，Yi---平面坐标 Zi----------(Xi，Yi)对应的高程
(1-2-3)
§2.1 数字地形模型
§2.1 数字地形模型
数字地形模型

测绘学从地形测绘的角度来研究数字地面模型，一般仅把基本地形 图中的地形要素，特别是高程信息，作为数字地面模型的内容。 测绘学家心目中的数字地面模型是新一代的地形图，地貌和地物不 再用直观的等高线和图例符号在纸上表达，而是通过储存在磁性介 质中的大量密集的(一般是规则的)地面点的空间坐标和地形属性编 码，以数字的形式描述。正因为如此，很多测绘学学家把 “Terrain”一词理解为地形，称DTM为数字地形模型。 其他非测绘应用的课题，通常都根据各自的具体褐要，将某些非地 形的特性信息与地形信息结合在一起，构成数字地面模型。
§2.2 数字地形模型的应用范畴
2、DEM的派生产品
平面等高线图 立体等高线固
等坡度图
晕渲图 通视图 纵、横断面团 三维立体透视图 三维立体彩色图 景观图
2 GIS空间特性与表达

2 GIS空间特性与表达


专题特征（属性特征）
• 专题特征指的是除了时间和空间特征以 外的空间现象的其他特征。
• 属性特征也称为非空间特征或专题特征，是与空间实 体相联系的、表征空间实体本身性质的数据或数量， 如实体的类型语义定义、量值等。属性通常分为定性 和定量两种，定性属性包括名称、类型、特性等；定 量属性包括数量、等级等。 • 如地形的坡度、坡向、某地的年降雨量、土地酸碱度、 土地覆盖类型、人口密度、交通流量、空气污染程度 等这些属性数据可能为一个地理信息系统派专人采集, 也可能从其他信息系统中收集,因为这类特征在其他信 息系统中都可能存储和处理。
(3)地形数据。来源于地形等高线图的数字化,已 建立的数字高程模型(DEM)和其他实测的地形数据 等。 (4)属性数据。来源于各类调查报告、实测数据、 文献资料、解译信息等。
(5)元数据。来源于由各类纯数据通过调查、推理、 分析和总结得到的有关数据的数据,例如数据来源、 数据权属、数据产生的时间、数据精度、数据分 辨率、源数据比例尺、数据转换方法等。
由于拓扑学是研究图形在拓扑变化下不变的性质, 拓扑学已成为地理信息系统空间关系的理论基础, 为空间点、线、面之间的包含、覆盖、相离和相 接等空间关系的描述提供直接的理论依据。
为了得到一些拓扑的感性认识,假设欧氏平面 是一张高质量无边界的橡皮,该橡皮能够伸长和缩 短到任何理想的程度。想象一下基于这张橡皮所 绘制的图形,允许这张纸伸长但是不能撕破或者重 叠,这样原来图形的一些属性将保留,而有些属性 将会失去。例如,在橡皮表面有一个多边形,多边 形内部有一个点。无论对橡皮进行压缩或拉伸,点 依然存在于多边形内部,点和多边形之间的空间位 置关系不改变,而多边形的面积则会发生变化。前 者则是空间的拓扑属性,后者则不是拓扑属性。 拓扑—Topology; 几何--Geometry
地理信息空间信息基础ppt课件

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（a）
（b）
（c）
图3-8 河流的显示和隐式表示
►栅格数据结构：计算机对地理实体的显式 描述。矢量数据结构：计算机对地理实体 的隐式描述。
►在栅格数据结构中，整个地理空间被规则 地分为一个个小块〔通常为正方形），地 理实体的位置是由占据小块的横排与竖列 的位置决定，小块的位置则由其横排竖列 的数码决定，每个地理实体的形态是由栅 格或网格中的一组点来构成。
在栅格数据结构中，整个地理空间被规则地分为一个个小块〔通常为正方形），地理实体的位置是由占据小块的横排与竖列的位置决
定在定，栅，小 格 小块数块的据的位结位置构置则中则由，由其整其横个横排地排竖理竖列空列E 的间的数被数码规码决则决定地定，分，每为每个一个地个地理个理子午实小实体块体的的〔形形通态态常是是为由由正栅栅方格格形或或）网网，格格地中中理的的实一一体组组的点点位来来置构 构是成成由。。占据小Q 块的横排与竖列的位置决
► 地图和遥感影象是空间信息的常见载体， 计算机管理空间信息，建立地理信息系统成为可能。
图2-3为几种点状符号举例。 由以上两例可看出，至少有两种数字化的方法可以表示空间信息：
所以，下面看一看地图和遥感影象描述的 对于如图2-6所示的遥感图象，用矢量和栅格的表示如图3-11所示。
空间信息用数字化的方式〔栅格和矢量〕
► 不考虑地形起伏等因素，则纬度λ、 经度 、地球旋转椭球 体参量a、b与平面直角坐标x、y之间的变换关系如下：
x=acos cos
y＝bcos sin
► 地图投影变换引起了地理空间要素在平面形态上的变化， 包括长度变化、方向变化和面积变化。但是，平面直角坐 标系(x，y)却建立了对地理空间良好的视觉感，并易于进 行距离、方向、面积等空间参数的量算，以及进一步的空 间数据处理和分析。
第2章地理空间现象的计算机表达

第2章地理空间现象的计算机表达

10
我国的大地坐标系



1954北京坐标系 大地原点在原苏联的普尔科沃 采用克拉索夫斯基椭球 高程基准为 1956年青岛验潮站求出的黄海平均海水面 54坐标系统普遍低于我国的大地水准面，平均误差为 29米左右。 1980年国家大地坐标系 选用1975年国际大地测量协会推荐的国际椭球 赤道半径=6 378 140.000 000 000 0 m 极半径=6 356 755.288 157 528 7 m 地球扁率=1/298.257 国家原点设在陕西省泾阳县 高程基准：1985国家高程基 WGS84坐标系统（地心坐标系） 美国国防部在1984年建立了世界大地测量坐标系 统 （World Geodetic System，WGS-84），目前GPS定位 11 所得出的结果都属于WGS-84坐标系统。
9
地图坐标系



我国参照前苏联从1953年起采用克拉索夫斯基 (Krassovsky)椭球体建立了我国的北京54坐标 系。 1978年采用国际大地测量协会推荐的IAG 75地 球椭球体建立了我国新的大地坐标系--西安80 坐标系。 目前GPS定位所得出的结果都属于WGS84坐标 系统，WGS84基准面采用WGS84椭球体，它 是一地心坐标系，即以地心作为椭球体中心的 坐标系。
（3）网络模型



网络模型与对象模型的某些方面相同，都是描述不连 续的地理现象，不同之处在于它需要考虑通过路径相 互连接多个地理现象之间的连通情况。 现实世界许多地理事物和现象可以构成网络，如公路、 铁路、通讯线路、管道等，都可以表示成相应的点之 间的连线，由此构成现实世界中多种多样的地理网络。 网络是由一系列节点和环链组成的，从本质上看与对 象模型没有本质的区别。按照基于对象的观点，网络 模型也可以看成对象模型的一个特例，它是由点对象 和线对象之间的拓扑空间关系构成的。因此可将空间 数据概念模型归结为对象模型（或称要素模型）和场 模型（或称域模型）两类。

GIS第二章总结

GIS第二章总结第一节地理空间及其表达1.地理空间定义不同学科对“空间”（Space）概念的解释：物理学，空间是指宇宙在三个相互垂直方向上所具有的广延性；天文学，空间是指时/空连续体的一部分；地理学，地理空间（Geographic space）是指物质、能量、信息的存在形式在空间形态、结构过程、功能关系上的分布、格局及其在时间上的延续。

地理信息系统中的“地理空间”，一般包括地理空间定位框架及其所关联的空间对象。

2.地理空间定位框架即大地测量控制，由平面控制网和高程控制网组成GIS的任何空间数据都必须纳入一个统一的空间参照系中，以实现不同来源数据的融合、连接与统一；2.1定位坐标系：平面控制网直接建立在球体上的地理坐标，用经度和纬度表达地理对象位置投影：建立在平面上的直角坐标系统，用（x，y）表达地理对象位置不同地理空间模型之间的关系固体地球表面、大地水准面和椭球体模型之间的关系2.2定位坐标系：高程控制网3.地图投影定义：将地球椭球面上的点映射到平面上的方法，称为地图投影（1）投影—为什么要进行投影将地球椭球面上的点映射到平面上的方法，称为地图投影地理坐标为球面坐标，不方便进行距离、方位、面积等参数的量算地球椭球体为不可展曲面地图为平面，符合视觉心理，并易于进行距离、方位、面积等量算和各种空间分析（2）投影实质建立地球椭球面上经纬线网和平面上相应经纬线网的数学基础，也就是建立地球椭球面上的点的地理坐标（λ，φ）与平面上对应点的平面坐标（x，y）之间的函数关系：当给定不同的具体条件时，将得到不同类型的投影方式(3)投影变形将不可展的地球椭球面展开成平面，并且不能有断裂，则图形必将在某些地方被拉伸，某些地方被压缩，故投影变形是不可避免的。

长度变形、面积变形、角度变形（4）投影方法（5）投影分类（6）投影影响因素制图区域的地理位置、形状和范围制图比例尺地图内容出版方式(7)GIS中的地图投影GIS以地图方式显示地理信息。

dx2第二章空间信息基础


点状要素
图2-3 几种点状符号 地面上真正的点状事物很少，一般都占有
一定的面积，只是大小不同。这里所谓的 点状要素，是指那些占面积较小，不能按 比例尺表示，又要定位的事物。
线状要素
图2-4 几种线状符号 对于地面上呈线状或带状的事物如交通线、河
流、境界线、构造线等，在地图上，均用线状 符号来表示。当然，对于线状和面状实体的区 分，也和地图的比例尺有很大的关系.
地理信息数字化描述方法
栅格和矢量结构是计算机描述空间实体的两种最基本的方式。
地图的矢量和栅格表示
(x1,y1)
(x2,y2)
(x3,y3)
(x4,y4)
0 0 0 0 0 0 1 0 00 00 3 3 0 0 8 1 0 4 44 00 3 3 3 0 0 1 4 4 44 40 3 3 3 0 1 0 4 4 44 44 3 3 3 0 1 0 4 4 44 40 0 0 0 1 7 0 0 4 44 00 0 0 0 1 5 5 0 0 00 00 7 0 1 5 5 5 5 0 00 00 0 0 1 5 5 5 5 0 00 80 0 1 0 5 5 0 0 0 00 00
遥感影象对空间信息的描述主要是通过不同的 颜色和灰度来表示的。这是因为地物的结构、 成分、分布等的不同，其反射光谱特性和发射 光谱特性也各不相同，传感器记录的各种地物 在某一波段的电磁辐射反射能量也各不相同， 反映在遥感影象上，则表现为不同的颜色和灰 度信息.
第二节 地理信息数字化描述方法
对地理信息进行数字化描述，就是要使计算机能够识别地 理事物的形状，为此，必须精确地指出空间模式如何处理 ，如何显示等。在计算机内描述空间实体有两种形式：显 式描述和隐式描述。例如一条河流，在计算机中的显示表 示，就是栅格中的一系列像元，如图2-8(b)所示，为使计 算机认识这些像元描述的是河流而不是其它物体，这些像 元都给予相同的编码值R或者用相同的颜色、符号、数字、 灰度值来表示。

地理空间信息的描述方法

地理空间信息的描述方法
地理空间信息是指以地理空间作为基础，描述和刻画地球表面某一地理现象的信息。

其描述方法包括以下几种：
1. 地图表示法：将地球表面的地理信息通过地图形式体现出来，包括二维和三维地图。

2. 空间数据库表示法：将地理空间信息以数据库形式存储，利用空间分析算法进行处理和分析。

3. 矢量数据表示法：使用点、线、面等矢量数据来描述地理空间信息，这种方法应用广泛，如GIS软件中的矢量数据模型。

4. 栅格数据表示法：将地理空间信息分为若干个等大小的栅格单元，并将每个单元的属性值作为该单元的描述信息。

5. 全球定位系统（GPS）测量法：利用GPS技术来测量地理空间信息，包括GPS追踪和GPS差分测量。

这些描述方法可以根据实际需要进行选择和组合，以获得更准确、更全面的地理空间信息。

- 1 -。

空间数据库2【计算机描述】


区别：空间变量是对作为其定义域的空间实体的局部描述； 空间实体的属性则是对其全局的描述。
2.1 空间实体及其数据描述
3. 空间变量与空间实体 作为实体，感兴趣的是它的形态、位置；作为变量， 感兴趣的是它的变化、分布以及趋势。 4. 空间数据 关于空间实体及其上的空间变量和属性的数据。包 括：①关于空间实体形态和位置的几何数据；②关于空 间实体主题的属性数据；③关于空间实体位域上的空间 变量的统计数据或模型参数。
4、场的特征 1)空间结构特征和属性域 空间结构可以是规则的或不规则的；分辨率和位 置误差很重要。 属性域数字类型:名称、序数、间隔和比率。 属性域特征：支持空值。
2.1 空间实体及其数据描述
属性特性，四种描述尺度量（Stevens,1946）： Nominal(定名尺度)：描述事物名义上的质的差别，通常位于某一分
2.1 空间实体及其数据描述
五、 基于场的描述方法 1. 场模型定义 场模型把地理空间的事物和现象作为连续的变量来看待，可 以表示为：z :sz(s)，z为可度量的函数，s表示空间中的 位置，该式表示从空间域（甚至包括时间坐标）到某个值域 的映射。例如，空气中污染物的集中程度、地表的温度、土 壤的湿度水平以及空气与水的流动速度和方向。基于场的模 型将空间剖分为有限多个区域，定义函数描述各区域的信息 特征：f(x): {空间剖分框架location}{属性域attribute} 场模型由三部分组成：空间框架、场函数、操作； 空间剖分单元可以是：规则格网、剖分三角形、任意多边形
2.2
空间实体的矢量数据表示
2.1 空间实体及其数据描述
3. 要素距离的度量 ①欧几里德距离 在相对较小的地理空间中，采用笛卡儿坐标系，定义地理 空间中所有点的集合，组成笛卡儿平面。 任意两点间的欧几里德距离 如 下：

空间数据的计算机表达

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• 矢量结构和栅格结构
– 矢量模型 ：现实世界的要素位置和范围可以采用点、线或面表达，与它
们在地图上表示相似，每一个实体的位置是用它们在坐标参考系统中的空 间位置（坐标）定义。
– 栅格模型 ：在栅格模型中，空间被规则地划分为栅格（通常为正方形）。
地理实体的位置和状态是用它们占据的栅格的行、列来定义的。
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矢量结构和栅格结构
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空间数据结构的标准
空间数据编码是空间数据结构的实现，其目的是将图形数 据、影像数据、统计数据等资料，按一定的数据结构转换为适 用于计算机存储和处理的形式。
高效率的数据结构，应具备如下要求： ①组织的数据能够表示要素之间的层次关系，便于不同数式和各实体间相互关系； ③便于存取和检索； ④节省存储空间，减少数据冗余； ⑤存取速度快，在运算速度较慢的微机上能做到快速响应； ⑥足够的灵活性，数据组织应具有插入新的数据、删除或修改部
地理信息系统原理及应用
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空间数据的计算机表达
一、两种数据结构 表示地理实体的空间数据包含着空间特
征和属性特征，对具有这些复杂特征的空间 数据，如何组织和建立它们之间的联系，以 便计算机存储和操作，这称为数据结构。
栅格和矢量结构是计算机描述空间实体 的两种最基本的方式。
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如：地图的矢量和栅格表示
分数据的基本功能。
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地理信息系统原理及应用
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第二节 地理空间实体

一、空间实体（spatial entity）含义 空间实体——指具有确定的位置和形态特征 并具有地 理意义的地理空间物体。是地理信息系 统 中不可再分的最小单元现象 属性是空间实体已定义的特征 空间实体：是指现实世界中地理实体 的最小抽 象单位, 主要包括点、线和面三种类型. 空间检索的目的是对给定的空间坐标 ,能够以尽 快的速度搜索到坐标范围内的空间对象, 进而 对空间对象进行拓扑关系 的分析处理。
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我国的大地坐标系



1954北京坐标系 大地原点在原苏联的普尔科沃 采用克拉索夫斯基椭球 高程基准为 1956年青岛验潮站求出的黄海平均海水面 54坐标系统普遍低于我国的大地水准面，平均误差为 29米左右。 1980年国家大地坐标系 选用1975年国际大地测量协会推荐的国际椭球 赤道半径=6 378 140.000 000 000 0 m 极半径=6 356 755.288 157 528 7 m 地球扁率=1/298.257 国家原点设在陕西省泾阳县 高程基准：1985国家高程基 WGS84坐标系统（地心坐标系） 美国国防部在1984年建立了世界大地测量坐标系 统 （World Geodetic System，WGS-84），目前GPS定位 11 所得出的结果都属于WGS-84坐标系统。
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地形图分幅编号

1:100万地形图的分幅和编号是国际上统 一规定的，从赤道起向两极纬差每4 °为 1列，将南北半球分别分成22列依次以字 母A、B、C、D、…V表示；由经度 180°起，从西向东，每经差6 °为一行， 将全球分成60行，依次用数字1、2、3、 4、…60表示，采用“横列号–行号”编 号表示。列在前行在后，用“–”连接。
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地图投影：投影实质
地球
投影面
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地图投影

我国的基本比例尺地形图(1:5千，1:1万，1:2.5 万，1:5万，1:10万，1:25万，1:50万，1:100万) 中： 大于等于50万的均采用高斯-克吕格投影 (Gauss-Kruger)，这是一个等角横切椭圆柱 投影，又叫横轴墨卡托投影(Transverse Mercator)； 小于50万的地形图采用等角正轴割园锥投影， 又叫兰勃特投影(Lambert Conformal Conic)； 海上小于50万的地形图多用等角正轴圆柱投 影，又叫墨卡托投影(Mercator)。
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特征 关系 行为
观察
第一节 地理空间及其表达
地理空间是指物质、能量、信息的
形式与形态、结构过程、功能关系上
的分布方式和格局及其在时间上的延
续。


建立在地理空间坐标系基础上
地理坐标（经度、纬度）是描述地理空
间信息最直接的方法。
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地理空间坐标系


地理坐标系是以地理极 (北极、南极)为极点。 通过P点作椭球面的垂线， 称之为过P点的法线。 法线与赤道面的交角， 叫做P点的纬度α （Latitude） 。 过P点的子午面与通过英 国格林尼治天文台的子 午面所夹的二面角，叫 做P点的经度λ （Longitude）。
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地图坐标系
地图坐标系由大地基准面和地图投影确 定。 大地基准面是利用特定椭球体对特定地 区地球表面的逼近，因此每个国家或地 区均有各自的大地基准面，我们通常称 谓的北京54坐标系、西安80坐标系实际 上指的是我国的两个大地基准面。

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国家高程基准


56年黄海高程基准系以青岛验潮站1950—1956 年验潮资料算得的平均海面为零的高程系统。 原点设在青岛市观象山。该原点以“1956年黄 海高程系”计算的高程为72．289米。 85国家高程基准是指以青岛水准原点和青岛验 潮站1952年到1979年的验潮数据确定的黄海平 均海水面所定义的高程基准，其水准点起算高 程为72.260米。
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高斯-克吕格投影
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高斯投影分带
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22带投影参数



地图投影名称：Transverse Mercator 单位：meters 椭球体：Krasovsky_1940 中央经线变形比：1.0 中央经线：129.0 投影起始纬度：0.0 东偏移量：22500000 北偏移量：0
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地图坐标系



我国参照前苏联从1953年起采用克拉索夫斯基 (Krassovsky)椭球体建立了我国的北京54坐标 系。 1978年采用国际大地测量协会推荐的IAG 75地 球椭球体建立了我国新的大地坐标系--西安80 坐标系。 目前GPS定位所得出的结果都属于WGS84坐标 系统，WGS84基准面采用WGS84椭球体，它 是一地心坐标系，即以地心作为椭球体中心的 坐标系。
高斯-克吕格投影

由德国数学家、物理学家、天文学家高 斯于19 世纪20 年代拟定，后经德国大地 测量学家克吕格于1912 年对投影公式加 以补充，故称为吕格投影


高斯- 克吕格投影是按分带方法各自进行投影，故各带 坐标成独立系统。 以中央经线投影为纵轴(x), 赤道投影为横轴(y),两轴交 点即为各带的坐标原点。 纵坐标以赤道为零起算，赤道以北为正，以南为负。 我国位于北半球，纵坐标均为正值。横坐标如以中央 经线为零起算，中央经线以东为正，以西为负，横坐 标出现负值，使用不便，故规定将坐标纵轴西移500公 里当作起始轴，凡是带内的横坐标值均加 500公里。 由于高斯-克吕格投影每一个投影带的坐标都是对本带 坐标原点的相对值，所以各带的坐标完全相同，为了 区别某一坐标系统属于哪一带，在横轴坐标前加上带 号，如(4231898m,21655933m)，其中21即为带号。
空间数据库技术
李瑞改
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第二章

地理空间现象的计算机表达
地理空间及其表达 地理空间 空间实体 空间实体的描述 空间实体的表达方式 空间数据结构的类型 矢量结构 栅格结构 TIN数据模型
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地理现象的表达
地图 现实世界 空间数据 遥感影像 选择 抽象 综合 测量：位置 编码：属性 建立关系： 表达