铁路选线作业1

适用于铁路选线设计的数字地形模型的生成及应用方法介绍主要内容：1、GIS概述2、数据源3、几种常用的数字地形模型建立方法介绍4、v-图5、三角网数字地形模型的建立方法6、数字地形模型的应用7、大型带状数字地形的应用8、既有铁路数字地形模型的建立方法研究第一讲GIS原理精选1.1 GIS 概述GIS 定义：GIS 是一个基于计算机的系统，它提供四类功能处理带有地理位置信息的数据：1）数据输入；2）数据管理（存储及使用）；3）数据分析处理；4）数据输出。

GIS 的学习也围绕着四个方面进行：数据获取/输入；数据管理与更新；地理分析；结果展示GIS 组成：软件、硬件、数据、人、规则和流程GIS 的基础是计算机科学，灵魂是地理学。

计算机软硬件价格的不断下降及运算处理能力的迅速上升是GIS 发展和普及的先决条件；计算机科学技术中的新理论和新方法；地理学（包含地图学）为GIS 提供了待解决问题、表示和解决问题而设计的概念模式、规则、知识、模型和分析方法；使用GIS 是因为：地理信息是决策过程中不可缺少的一个组成部分；各种来源的信息，包括空间信息和非空间信息（属性信息）能够在GIS 中综合使用；可视化表达的需要；数据共享的需要；实现空间分析、信息提取和新知识发现GIS 需要表示两类信息：位置（locational）信息和描述（descriptive）信息；1.2 地图如何表现信息？对现实世界进行抽象：点、线、区域、表面在地图上表现描述信息：使用符号（symbols）和注记（labels）。

有的是国家标准，有的是约定俗成。

在地图上表现空间关系：相连(connected)，相邻（adjacent），包含于（contained in），相交（intersect），接近（proximity），上下游/高差（uphill or downhill），相对位置。

1.3 地图基本概念比例尺：只存在于硬拷贝（如屏幕显示或打印出来的地图）中。

电子地图只有精度概念。

举例：网上电子地图搜索笛卡尔坐标系统（平面直角坐标系统）：一个点是以一对坐标（x, y ）表示的。

用以表示真实世界的坐标系统： 经纬度：球坐标地图投影：将作为曲面的地表映射到平面直角坐标系的方法。

由于球面的不可展开性，投影时必然有变形。

但可以根据要求选择变形的方式，以保持所需的最好信息量。

一个投影的定义由椭球体及其位置调整参数，投影方式、投影参数组成实践中，在地图的输入、数据的对准和地图输出时用到地图投影的一系列操作。

笛卡尔坐标系统 球坐标地图投影变换：某种地图投影某种地图投影1.4 GIS 数据模型（Arc/Info 的实现方法）三种地理数据模型：矢量、栅格、TIN矢量（vector）数据模型：适宜表示离散要素：建筑、管道、道路、城市…简单要素：点、线、多边形（面）点：不能表示其长宽和面积；其位置由一对（x，y）坐标表示；线：不能表示其宽度和面积；其位置和形状由一系列点的（x，y）坐标表示；多边形：均质（homogenous）要素；其位置和形状由一系列线围成；要素拓扑关系(topology)拓扑关系：刻划点、线、面间关系，为解决共用边问题、空间关系（如相连、相邻）问题、层次数据问题而引入。

复合要素（composite features ）区域（region）: 由若干多边形组成；线路（route）：由若干弧段(弧段部分)组成；事件（event）：点状事件和线状事件；栅格（raster）：把表示的区域规则地划分成按行列排列的单元格（cell）或称像元（pixel）适宜表示连续的地理要素：航片、卫片、污染物浓度分布、地形按照每个单元格的值来区分它的要素类型。

如果单元格的值为整数，还可以利用对照表索引更为丰富的值。

TIN（Triangulated irregular network）：以三角形模拟地表（或其他抽象的三维数据）：是一种矢量化的表面模型属性数据（attribute data）也称描述性数据（descriptive data）：一个二维表（和数据库中的表相同）。

表中一列描述一个属性，一行表示一条记录（record）。

一条记录对应图形中的一个图形要素。

1.5 常见图形图像处理系统及其文件格式1.6 介绍三个概念：图层(layer)、视图(view)、通道（channel）/波段图层：不同的数据放在一起，强调位置关系；视图：同一种数据用不同的方式表现，强调需要突出表现的信息；通道：对栅格数据，利用信息产生特殊的视觉效果（如真、假彩色）。

第二讲 空间数据的采集与处理第一节 概 述一、数据采集在GIS 中的地位以数据为处理线索硬件∶软件∶数据 = 1∶2 ∶7二、GIS 数据的内容◆ 数字线化数据地形测图思想：点、线、面◆ 影像数据◆ 数据源丰富 ◆ 生产效率高◆ 直观详细记录地表自然现象◆ 数字高程模型 ◆ 属性数据◆ 是什么，判读和考察 ◆ 详细描述信息三、数据采集任务1、将现有的地图、外业观测成果、航空像片、遥感图片数据、文本资料等转换成GIS 可以接受的数字形式。

2、 数据库入库之前进行验证、修改、编辑等处理，保证数据在内容和逻辑上的一致性。

3、不同的数据来源要用到不同的设备和方法。

4、数据的转换装载5、数据处理：几何纠正、图幅拼接、拓扑生成等 四、数据源种类主要分为：图形图像数据和文字数据两类。

图形图像数据：● 地图● 工程图● 规划图● 照片● 航空与遥感影像等文字数据：● 调查报告● 文件● 统计数据 ● 实验数据 ● 野外调查的原始记录等●目前各种类型的地图是重要的信息源。

这不仅是因为地图的内容直观与丰富，而且是由于在地理信息系统诞生以前，地图是表示空间与非空间信息强有力的手段，从某种意义上说，一册完备的专题地图集是一个很好的人工操作地理信息系统。

●遥感影像是地理信息系统中一个极其重要的数据源，它至少具有下列一些特点：①能取得大面积、综合的信息；②速度快；③降低数据储存冗余和不连续性；④能提供各类专题所需要的信息。

●文字数据主要用来描述空间对象的属性，比如人口数据、经济数据、土壤成份、环境数据●确定应用哪些类型的数据是由系统的功能所确定的，例如要建立一个土地的适宜性和承载力的信息系统，所需要的数据有地形、土壤类型、降雨、地下水位、运输条件等。

五、数据源与相应设备第二节空间数据采集一、属性数据的采集属性数据即空间实体的特征数据，一般包括名称、等级、数量、代码等多种形式，属性数据的内容有时直接记录在栅格或矢量数据文件中，有时则单独输入数据库存储为属性文件，通过关键码与图形数据相联系。

属性数据包括各类调查报告、文件、统计数据、实验数据与野外调查的原始记录等，如人口数据、经济数据、土壤成份、环境数据。

对于要输入属性库的属性数据，通过键盘直接键入或文件、表格、数据库导入。

对于要直接记录到栅格或矢量数据文件中的属性数据，则必须进行编码输入。

国家资源与环境信息系统规范在“专业数据分类和数据项目建议总表”中，将数据分为社会环境、自然环境和资源与能源三大类共14小项，并规定了每项数据的内容及基本数据来源。

二、属性数据的编码1、编码原则◆系统性和科学性：满足所涉及学科的科学分类方法，能反映出同一类型中不同的级别特点。

◆一致性：对代码所定义的同一专业名词、术语必须是唯一的。

◆标准化和通用性：有国家或行业标准的要按标准进行，没有标准的必须考虑在有可能的条件下实现标准化。

◆简捷性：在满足国家标准的前提下、每一种编码应该是以最小的数据量载负最大的信息量。

◆可扩展性：编码的设置应留有扩展的余地，避免新对象的出现而使原编码系统失效、造成编码错乱现象。

2、编码内容◆登记部分：用来标识属性数据的序号，可以是简单的连续编号，也可划分不同层次进行顺序编码；◆分类部分：用来标识属性的地理特征，可采用多位代码反映多种特征；◆控制部分：用来通过一定的查错算法，检查在编码、录入和传输中的错误，在属性数据量较大情况下具有重要意义。

3、编码方法层次分类编码法：是按照分类对象的从属和层次关系为排列顺序的一种代码，它的优点是能明确表示出分类对象的类别，代码结构有严格的隶属关系。

图5-1 土地利用类型编码（层次分类编码法）多源分类编码法：对于一个特定的分类目标，根据诸多不同的分类依据分别进行编码，各位数字代码之间并没有隶属关系。

表5-1 河流编码的标准分类方案和数码系统表三、图形数据的采集采集基本模式有两种：①将地理信息实体以x,y坐标的形式，以顺时针或逆时针方法依次输入。

②用点、线、多边形和格网邻接的方法表示地理实体。

空间数据采集方法：◆手扶跟踪数字化仪采集◆摄影测量数字化采集◆扫描跟踪数字化采集◆外业实地数字化采集选择采集方法的依据是如何应用图形数据，图形数据类型，现有设备状况，现有人力，物力，财力状况等。

数据采集示意图：四、数据交换1、方案随机采样系统采样系统随机采样可变系统采样族聚采样断面采样等高线采样2、流程第三节空间数据的编辑与处理1、概述❑空间数据编辑的必要性–修正数据输入错误–维护数据的完整性和一致性–更新地理信息❑空间数据一般性错误–数据不完整、重复–空间数据位置不正确–空间数据比例尺不准确–空间数据变形–几何和属性连接有误–属性数据不完整❑错误检查主要方法–叠合比较法–目视检查法–逻辑检查法数字化几种误差示例2、编辑与处理方式误差修正一般过程：◆设定容许值◆连接接点◆重建拓扑关系边界匹配（图幅接边）◆不同图幅的连接◆自动、手工第一种方法是小心地修改空间数据库中点和矢量的坐标，以维护数据库的连续性；第二种方法是先对准两幅图的一条边缘线，然后再小心地调整其它线段使其取得连续。

数据格式的转换：❑数据结构转换相同数据结构的不同组织形式转换⏹矢量拓扑结构变换⏹栅格数据转换不同数据结构转换⏹矢量到栅格⏹栅格到矢量❑不同介质转换3、投影变换4、坐标变换❑ 纠正原因地图变形(均匀变形、非均匀变形） 数字化中的位置移动遥感影像本身存在几何变形 投影方式不同 分幅扫描❑ 实质建立纠正图象与标准地图的一一对应关系❑ 变换方法精确方法：仿射变换、双线性变换、平方变换、立方变换等 近似方法：橡皮板变换❑ 纠正步骤纠正点—数据采集—函数建立—逐点或网格纠正 注：遥感影象的纠正遥感影象的纠正，一般选用和遥感影象比例尺相近的地形图或正射影象图作为变换标准，选用合适的变换函数，分别在要纠正的遥感影象和标准地形图或正射影象图上采集同名地物点。

具体采点时，要先采源点（影像），后采目标点（地形图）。

选点时，要注意选点的均匀分布，点不能太多（如图所示）。

如果在选点时没有注意点位的分布或点太多，这样不但不能保证精度，反而会使影象产生变形。

另外选点时，点位应选由人工建筑构成的并且不会移动的地物点，如渠或道路交叉点、桥梁等，尽量不要选河床易变动的河流交叉点，以免点的移位影响配准精度。