第四章 空间数据与数据质量
空间数据是对现实世界对象(地理特征)的空间信息和专题属性信息描述，它具有诸如数据量巨大，结构复杂多样、操作是计算密集型的，具有自相关性等特征。空间数据是地理信息系统不可缺少的组成部分，其质量在很大程度上影响和制约着地理信息系统的可用性，为地理信息系统用户提供满足质量要求的空间数据是地理信息系统建设的关键任务之一。
4.1空间数据
4.1.1 空间数据的来源
地理信息系统的数据源是指建立地理信息系统数据库所需要的各种类型数据的来源。地理信息系统的数据源是多种多样的，并随系统功能的不同而不同，通常包括以下几种：
（1） 地图数据：各种类型的地图是GIS最主要的数据源，因为地图是地理数据的传统描述形式，是具有共同参考坐标系统的点、线、面的二维平面形式的表示，内容丰富，图上实体间的空间关系直观，而且实体的类别或属性可以用各种不同的符号加以识别和表示。
（2） 遥感数据：遥感数据是GIS中一个极其重要的信息源。通过遥感影象可以快速、准确地获得大面积的、综合的各种专题信息，航天遥感影象还可以取得周期性的资料，这些都为GIS提供了丰富的信息。
（3） 测量数据：测量数据主要指使用大地测量、GPS、城市测量、摄影测量和其他一些测量方法直接量测所得到的测量对象的空间位置信息。各种实测数据特别是一些GPS点位数据、地籍测量数据常常是GIS的一个很准确和很现势的资料。
（4） 国民经济的各种统计数据常常也是GIS的数据源。如人口数量、人口构成、国民生产总值等等。各种文字报告和立法文件在一些管理类的GIS系统中，有很大的应用，如在城市规划管理信息系统中，各种城市管理法规及规划报告在规划管理工作中起着很大的作用。
4.1.2 空间数据的基本特征
地理数据一般具有三个基本特征：属性特征（非定位数据）,描述空间对象的特性，即是什么，如对象的类别、等级、名称、数量等。空间特征（定位数据）：描述空间对象的地理位置以及相互关系，又称几何特征和拓扑特征，前者用经纬度、坐标表示，后者如交通学院与电力学院相邻等。时间特征（时间尺度）：指现象或物体随时间的变化，其变化的周期有超短期的、短期的、中期的、长期的等等。
藿乐威尔田园的真正迷人之处，在我看是：它的遁隐之深，离开村子有两英里，离开最近的邻居有半英里，并且有一大片地把它和公路隔开了；它傍着河流，据它的主人说，由于这条河，而升起了雾，春天就不会下霜了。
梭罗
在地球表面的任何地方都存在着垂直的和水平的两种关系：垂直关系把同一个地方的不同要素联结起来，而水平关系则把不同地方的各种因素联结起来。这两种关系的相对重要性随时代的变化而有所不同…正是这双重的关注，甚而至于这两种关系的结合，才为地理学提供了独特性和完整性。
R.J.约翰斯顿
第三章 空间数据模型
导读：本章描述的是整个GIS理论中最为核心的内容。为了能够利用信息系统工具来描述现实世界，并解决其中的问题，必须对现实世界进行建模。对于地理信息系统而言，其结果就是空间数据模型。空间数据模型可以分为三种：
场模型：用于描述空间中连续分布的现象；
要素模型：用于描述各种空间地物；
网络模型：可以模拟现实世界中的各种网络；
在各种模型中，又介绍了相关的概念，如空间划分，空间关系，以及拓扑关系的形式化描述——9交模型等。
最后讲述了普通的二维数据模型在空间上和时间上的扩展，时间数据模型和三维数据模型。
值得注意的是，本章谈到的场模型和要素模型类同于后面提及的栅格数据和矢量数据，但是前者是概念模型；后者是指其在信息系统中的实现。
1．空间数据模型的基本问题
人类生活和生产所在的现实世界是由事物或实体组成的，有着错综复杂的组成结构。从系统的角度来看，空间事物或实体的运动状态（在特定时空中的性状和态势）和运动方式（运动状态随时空变化而改变的式样和规律）不断发生变化，系统的诸多组成要素（实体）之间又存在着相互作用、相互制约的依存关系，表现为人口、物质、能量、信息、价值的流动和作用，反映出不同的空间现象和问题。为了控制和调节空间系统的物质流、能量流和人流等，使之转移到期望的状态和方式，实现动态平衡和持续发展，人们开始考虑对其中诸组成要素的空间状态、相互依存关系、变化过程、相互作用规律、反馈原理、调制机理等进行数字模拟和动态分析，这在客观上为地理信息系统提供了良好的应用环境和重要发展动力。
摘自：南京师范大学地理科学学院GIS专业课程
http://202.119.109.14/dky/index.htm
《GIS软件应用》课程
教材：《ArcGIS9地理信息系统空间分析方法》，科学出版社，2006
参考教材：《ARCGIS 8 Desktop 地理信息系统应用指南》，清华大学出版社，2002
软件：ArcGIS9.0
GIS软件应用是地图学与地理信息系统本科专业的选修课程，课程总学时54，计2学分，周学时3，学时分配：讲授28学时，上机实践26学时。
一、课程特点
实践性很强的课程，是GIS专业学生必须掌握的基本技能。通过课堂上和课后的大量实例练习操作，让学生在熟练掌握GIS通用软件的基础上，理解GIS的基本原理和方法，提高解决实际问题的能力。
二、课程教学目标
GIS软件应用课程以熟练掌握GIS常用软件位基本目标，通过该门课程的学习，使学生不仅掌握常用GIS软件的操作，加深对GIS基本原理的理解和领会，并能够熟练运用一种GIS软件完成地理空间数据的处理和分析。
三、课程内容
以ArcGIS软件为基础，以数据分析处理由浅入深的主线，在介绍ARCGIS的基本操作的基础上着重讲述ArcGIS的空间分析功能模块，培养学生针对问题建模的思想，增加其解决实际问题的能力。主要内容如下：
ARCGIS应用基础（ArcMap、ArcCatalog、Geoprocessing等）
空间数据的采集与组织（Shapefile、Coverage、Geodatabase）
空间数据的转换与处理（ArcToolbox）
数据的可视化表达
矢量、栅格数据的空间分析
三维分析
地统计分析
水文分析
空间分析建模
四、教学方法
1.原理介绍：简要讲述GIS的基本原理和方法。
2.课堂演示：在每一个基本原理与方法之后，介绍软件部分相应的功能和方法。
第四章 空间数据的处理
学习要求：掌握数据处理的基本内容、途径和算法。
§4.1 矢量数据拓扑关系的自动建立
矢量数据拓扑关系在空间数据的查询与分析中非常重要，矢量数据拓扑关系自动建立的算法是GIS中的关键算法之一，这里介绍其实现的基本步骤和要点：
一、链的组织
找出在链的中间相交，而不是在端点相交的情况，自动切成新链；把链按一定顺序存储，然后把链按顺序编号。
二、结点匹配
结点匹配是指把一定限差内的链的端点作为一个结点，其坐标值取多个端点的平均值。
三、检查多边形是否闭合
检查多边形是否闭合可以通过判断一条链的端点是否有与之匹配的端点来进行。
四、建立多边形
建立多边形是矢量数据自动拓扑中最关键的部分，由于其算法比较复杂。先介绍了几个基本概念：顺时针方向构多边形、最靠右边的链、多边形面积的计算，然后介绍其实现的过程。 五、岛的判断
论述多边形之间的一种关系。岛的判断即指找出多边形互相包含的情况，也即寻找多边形的连通边界。
六、确定多边形的属性
多边形以内点标识。内点的属性常赋于多边形。
§4.2 矢量数据的图形编辑
图形编辑是纠正数据采集错误的重要手段，其基本的功能要求是：具有友好的人机界面；具有对几何数据和属性编码的修改功能；具有分层显示和窗口功能。图形编辑的关键是点、线、面的捕捉。
一、点的捕捉
图形编辑是纠正数据采集错误的重要手段。点的捕捉就是计算机屏幕上进行图形编辑时如何根据光标的位置找到需要编辑的要素点。
1、点的捕捉
图4-2-1 图4-2-2
但是由于在计算d时需进行乘方运算，所以影响了搜索的速度，因此，把距离d的计算改为：
二、线的捕捉
线的捕捉就是计算机屏幕上进行图形编辑时如何根据光标的位置找到需要编辑的线。方法是计算点到直线的距离。
图4-2-3 图4-2-4
