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。
空间数据结构
摘要：空间数据模型和空间数据结构是地理信息系统（GIS）课题的中心内容。本文对空间数据结构的定义、分类进行了一定的研究性的归纳与总结。
关键词：空间数据结构，矢量数据，栅格数据
引言
GIS中空间数据结构和空间数据模型是紧密相关的。数据模型的建立必须通过一定的数据结构，但两者之间也有非常大的区别。数据模型是一个总得概念，是人为概念化的真实，是对现实世界的提取，对现实世界的认识和选择。而数据结构指数据元素之间的相互关系，它是软件常规内涵，根据空间数据结构和数据模型的特点及其关系，可以建立空间数据库系统。
空间数据结构定义
空间数据结构是带有空间数据单元的集合。这些数据单元是数据的基本单位，一个数据单元可以有几个数据项组成，数据单元之间存在某种联系叫做结构。所以，研究空间数据结构，是指空间目标间的相互关系，包括几何和非几何的关系，数据结构是数据模型的表述，数据结构往往通过一系列的图表和矩阵，以及计算机码的数据记录来说明。
空间数据结构的分类
矢量数据结构
定义
矢量数据结构是基于矢量模型，利用欧几里得(EUCLID)几何学中的点、线、面及其组合体来表示地理实体的空间分布，是通过记录坐标的方式，尽可能精确地表示点线多边形等地理实体，自然地理实体的位置是用其在坐标参考系中的空间位置来定义的，坐标空间设为连续，允许任意位置长度和面积的精确定义，其特点是定位明显，属性隐含。
GIS采用的矢量数据结构模型，是将空间地质实体抽象成点、线、面三种几何要素，矢量数据结构通过优化拓扑结构表达空间实体的相关关系，为空间数据库建立基本框架。
矢量数据结构的特点
优点：数据按照点、线或多边形为单元进行组织，结构简单、直观、易实现以实体为单位的运算和显示。
缺点： A. 独立存储方式造成相邻多边形的公共边界被数字化并存储两次，出现数据冗余和细碎多边形，导致数据不一致；点位字典存储可保证公共边的唯一性。
B.自成体系，缺少多边形的邻接信息，邻域处理复杂，需追踪出公共边。
第一章 GIS概述
地理信息系统的基本概念：信息、数据、地理数据与地理信息
地理数据是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特征、联系和规律的数字、文字、图像和图形等的总称。地理信息是有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征和一切有用的知识，它是对地理数据的解释。
地理数据是各种地理特征和现象间关系的符号化表示，包括空间位置、属性特征及时态特征三部分。
地理信息具有区域性、多维结构特性和动态变化的特性：
1）区域性是通过经纬网等建立的地理坐标来实现空间位置的标识；
2）多维结构特性即在二维空间的基础上实现多专题的第三维结构；
3）地理信息的时序特征十分明显，可以按时间尺度将地理信息划分为超短期的（如台风、地震）、短期的（如江河洪水、秋季低温）、中期的（如土地利用、作物估产）、长期的（如城市化、水土流失）、超长期的（如地壳变动、气候变化）等。
地理信息系统（Geographical Information System，GIS）是一种决策支持系统，它具有信息系统的各种特点。地理信息系统与其他信息系统的主要区别在于其存储和处理的信息是经过地理编码的，地理位置及与该位置有关的地物属性信息成为信息检索的重要部分。
地理信息系统的定义是由两个部分组成的。一方面，地理信息系统是一门学科，是描述、存储、分析和输出空间信息的理论和方法的一门新兴的交叉学科；另一方面，地理信息系统是一个技术系统，是以地理空间数据库（Geospatial Database）为基础，采用地理模型分析方法，适时提供多种空间的和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。地理信息系统是一个基于计算机软件、硬件和数据的集成系统，该系统主要通过空间及非空间数据的操作，实现空间检索、编辑及分析功能。
地理信息系统具有以下三个方面的特征：
第一、具有采集、管理、分析和输出多种地理信息的能力，具有空间性和动态性；
