第二章空间数据组织
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GIS习题及参考答案(2)
“地理信息系统教程”习题及参考答案第一章绪论1.什么是数据和信息？它们有何联系和区别？定义：数据是指某一目标定性、定量描述的原始资料，包括数字、文字、符号、图形、图像以及它们能够转换成的数据等形式。
信息是向人们或机器提供关于现实世界新的事实的知识，是数据、消息中所包含的意义。
联系和区别：信息与数据是不可分离的。
信息由与物理介质有关的数据表达，数据中所包含的意义就是信息。
信息是对数据解释、运用与解算，数据即使是经过处理以后的数据，只有经过解释才有意义，才成为信息；就本质而言，数据是客观对象的表示，而信息则是数据内涵的意义，只有数据对实体行为产生影响时才成为信息。
数据是记录下来的某种可以识别的符号，具有多种多样的形式，也可以加以转换，但其中包含的信息内容不会改变。
即不随载体的物理设备形式的改变而改变。
信息可以离开信息系统而独立存在，也可以离开信息系统的各个组成和阶段而独立存在；而数据的格式往往与计算机系统有关，并随载荷它的物理设备的形式而改变。
数据是原始事实，而信息是数据处理的结果。
不同知识、经验的人，对于同一数据的理解，可得到不同信息。
2.什么是地理信息系统（GIS）?与地图数据库有什么异同?与地理信息的关系是什么?GIS定义：GIS是一个发展的概念。
不同领域、不同专业对GIS的理解不同，目前没有完全统一的被普遍接受的定义。
定义①：是对地理环境有关问题进行分析和研究的一门学科，它将地理环境的各种要素，包括它们的空间位置形状及分布特征和与之有关的社会、经济等专题信息以及这些信息之间的联系等进行获取、组织、存储、检索、分析，并在管理、规划与决策中应用。
定义②：是在计算机软硬件支持下，以采集、存储、管理、检索、分析和描述空间物体的定位分布及与之相关的属性数据，并回答用户问题为主要任务的计算机系统。
定义③：是为了获取、存储、检索、分析和显示空间定位数据而建立的计算机化的数据库管理系统。
定义④：地理信息系统是一种决策支持系统。
第二章 空间数据的表达和管理——矢量(3)
1) 由外业测量获得
可利用测量仪器自动记录测量成果(常称为电子手薄)， 然后转到地理数据库中。 2) 由栅格数据转换获得 利用栅格数据矢量化技术，把栅格数据转换为矢量数
据。
3) 跟踪数字化 用跟踪数字化的方法，把地图变成离散的矢量数据。
矢量数据结构的特点
用离散的点描述空间对象与特征，定位明 显，属性隐含。 用拓扑关系描述空间对象之间的关系。 面向目标操作，精度高，数据冗余度小。 与遥感等图象数据难以结合。 输出图形质量好，精度高。
+ 有关属性、其它属性
矢量数据结构中的属性表达
属性特征类型
– 类别特征：是什么 – 说明信息：同类目标的不同特征 属性特征表达 – 类别特征：类型编码 – 说明信息：属性数据结构和表格 属性表的内容取决于用户 图形数据和属性数据的连接通过目标识别符或内 部记录号实现。
属性表达
点状 对象
目标标识 地物编码 目标标识 控制点等级 目标标识 地物编码 坐 标 精度 坐 标串 关联的线目标 测量年限 测量单位 ……
特点：
属性隐含，定位明 显 坐标空间假定为连 续空间，能比栅格 模型更精确地定义 位置、长度和大小 。
2.3.1 基本概念
矢量数据结构编码的基本内容
矢量数据结构通过记录空间对象的坐标及空间关 系来表达空间对象的位置。
点：空间的一个坐标点；
线：多个点组成的弧段；
面：多个弧段组成的封闭多边形；
2.3 矢量数据模型
赵 姗 环境与水利学院
2010.09
第二章 空间数据的表达和管理
内容概览
第一节 空间数据的表达 第二节 栅格数据模型 第三节 矢量数据模型
2.3.1 基本概念 2.3.2 实体型矢量数据模型 2.3.3 拓扑型矢量数据模型 2.3.4 矢量数据组织 2.3.5 栅格、矢量数据模型比较
可利用测量仪器自动记录测量成果(常称为电子手薄)， 然后转到地理数据库中。 2) 由栅格数据转换获得 利用栅格数据矢量化技术，把栅格数据转换为矢量数
据。
3) 跟踪数字化 用跟踪数字化的方法，把地图变成离散的矢量数据。
矢量数据结构的特点
用离散的点描述空间对象与特征，定位明 显，属性隐含。 用拓扑关系描述空间对象之间的关系。 面向目标操作，精度高，数据冗余度小。 与遥感等图象数据难以结合。 输出图形质量好，精度高。
+ 有关属性、其它属性
矢量数据结构中的属性表达
属性特征类型
– 类别特征：是什么 – 说明信息：同类目标的不同特征 属性特征表达 – 类别特征：类型编码 – 说明信息：属性数据结构和表格 属性表的内容取决于用户 图形数据和属性数据的连接通过目标识别符或内 部记录号实现。
属性表达
点状 对象
目标标识 地物编码 目标标识 控制点等级 目标标识 地物编码 坐 标 精度 坐 标串 关联的线目标 测量年限 测量单位 ……
特点：
属性隐含，定位明 显 坐标空间假定为连 续空间，能比栅格 模型更精确地定义 位置、长度和大小 。
2.3.1 基本概念
矢量数据结构编码的基本内容
矢量数据结构通过记录空间对象的坐标及空间关 系来表达空间对象的位置。
点：空间的一个坐标点；
线：多个点组成的弧段；
面：多个弧段组成的封闭多边形；
2.3 矢量数据模型
赵 姗 环境与水利学院
2010.09
第二章 空间数据的表达和管理
内容概览
第一节 空间数据的表达 第二节 栅格数据模型 第三节 矢量数据模型
2.3.1 基本概念 2.3.2 实体型矢量数据模型 2.3.3 拓扑型矢量数据模型 2.3.4 矢量数据组织 2.3.5 栅格、矢量数据模型比较
第二章 空间数据模型
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2.2栅格数据模型-离散化的方法 栅格数据模型规则的格网(常用三角形,方格,六角形) 规则的格网(常用三角形,方格,六角形)，三角形 是最基本的不可再分的单元，根据角度和边长的 不同，可以取不同的形状，方格、三角形和六角 形可完整地铺满一个平面。 不规则的格网，可当做拓扑多边形处理，如按街 不规则的格网 区划分,社会经济分区等。 。
空间数据模型
本章描述的是整个GIS理论中最为核心的内容。 理论中最为核心的内容。 本章描述的是整个 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， 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。 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。 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： 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； 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； 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； 网络模型：可以模拟现实世界中的各种网络；
(一)空间结构特征和属性域 一 空间结构特征和属性域 空间” “空间”经常是指可以进行长度和角度 测量的欧几里德空间。 测量的欧几里德空间。空间结构可以是规 则的或不规则的。 则的或不规则的。 属性域的数值可以包含以下几种类型： 属性域的数值可以包含以下几种类型： 名称、序数、间隔和比率。 名称、序数、间隔和比率。属性域的另一 个特征是支持空值， 个特征是支持空值，如果值未知或不确定 则赋予空值。 则赋予空值。
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2.2栅格数据模型 2.2栅格数据模型
栅格模型把空间看作像 元的划分， 元的划分，每个像元都 记录了所在位置的某种 现象，用像元值表示。 现象，用像元值表示。 该值可以表示一个确定 的现象，也可以是一种 模糊的现象。但一个像 元应该只赋一个单一的 值。
2.2栅格数据模型-离散化的方法 栅格数据模型规则的格网(常用三角形,方格,六角形) 规则的格网(常用三角形,方格,六角形)，三角形 是最基本的不可再分的单元，根据角度和边长的 不同，可以取不同的形状，方格、三角形和六角 形可完整地铺满一个平面。 不规则的格网，可当做拓扑多边形处理，如按街 不规则的格网 区划分,社会经济分区等。 。
空间数据模型
本章描述的是整个GIS理论中最为核心的内容。 理论中最为核心的内容。 本章描述的是整个 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， 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。 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。 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： 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； 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； 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； 网络模型：可以模拟现实世界中的各种网络；
(一)空间结构特征和属性域 一 空间结构特征和属性域 空间” “空间”经常是指可以进行长度和角度 测量的欧几里德空间。 测量的欧几里德空间。空间结构可以是规 则的或不规则的。 则的或不规则的。 属性域的数值可以包含以下几种类型： 属性域的数值可以包含以下几种类型： 名称、序数、间隔和比率。 名称、序数、间隔和比率。属性域的另一 个特征是支持空值， 个特征是支持空值，如果值未知或不确定 则赋予空值。 则赋予空值。
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2.2栅格数据模型 2.2栅格数据模型
栅格模型把空间看作像 元的划分， 元的划分，每个像元都 记录了所在位置的某种 现象，用像元值表示。 现象，用像元值表示。 该值可以表示一个确定 的现象，也可以是一种 模糊的现象。但一个像 元应该只赋一个单一的 值。
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。
GIS_3_地理空间与空间数据基础
任意水准面 HA
大地水准面
H´B HB
铅垂线
11
黄海海面
1952-1979年平 均海水面为0米
水准原点 1985国家高
程基准， 72.2604米
12
地理参考系统
Z 笛卡尔坐标
.M
Z X
X
Y
Z
.M
d
q 纬度
a 经度
X
极坐标
Y Y
13
地理空间的距离度量
➢ 距离度量的两种方式
✓ 沿真实的地球表面进行距离量度 ✓ 沿旋转椭球体表面进行距离量度（大圆弧长）
➢特征
✓ 定位明显，属性隐含
✓ 形象直观（点：如独立树、水准点；线：如铁路、 河流；面：如土地类型）
✓ 特别适合于模拟离散（非连续变化）的空间数据
✓ 其模拟空间数据的精度较高，但其精度与坐标点的
数量、质量有直接关系
52
形象直观
定位明显 属性隐含
53
适于模拟 离散数据
54
数据精度 与点的数 量与质量
➢ 旋转椭球体有多种：不同测定者、不同计算年代、
不同测定方法、不同测定地区，对椭球体的描述方法 不同
➢ 我国不同时期采用的椭球体：
✓ 1953年以前：海福特椭球体 ✓ 1953年—1978年：克拉索夫斯基（Krasovsky） ✓ 1978年以后：1975国际椭球体
7
地理空间坐标系的建立
➢ 地理坐标（球面坐标）
技术 数字模拟 投影变换
矢量格式 严密 小 高
复杂、高效 不一致
抽象、昂贵 不易实现 容易实现 不容易
复杂、高费用 不方便 快
栅格格式 简单 大 低
简单、低效 一致
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
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
第二章-2 空间数据结构的类型
第二章-2 空间数据结构的类型第二章 2 空间数据结构的类型在地理信息系统、计算机图形学以及许多涉及空间信息处理的领域中，空间数据结构是至关重要的。
它决定了如何有效地组织、存储和管理空间数据，从而影响到数据的处理效率、分析能力以及最终的应用效果。
空间数据结构的类型多种多样，每种都有其特点和适用场景。
首先，我们来谈谈矢量数据结构。
矢量数据结构是通过点、线、面等几何对象来表示地理实体的。
比如说，一条河流可以用一系列的点连接成线来表示，一个湖泊可以用一个封闭的多边形面来表示。
这种数据结构的优点在于精度高，能够准确地表示地理实体的形状和位置。
而且，由于数据量相对较小，在数据存储和处理方面具有一定的优势。
在需要进行精确的空间分析和测量时，矢量数据结构往往是首选。
然而，矢量数据结构也有其局限性。
它在处理复杂的、大面积的地理现象时，可能会变得较为繁琐。
例如，对于大面积的森林覆盖区域，用一个个多边形来表示会产生大量的数据，增加处理的难度。
接下来是栅格数据结构。
栅格数据结构将地理空间划分成规则的网格单元，每个单元赋予一个特定的值。
这就像是给一幅地图铺上了一个个小格子，每个格子里都有相应的信息。
栅格数据结构的优点在于处理简单、直观，特别适合于表示连续的地理现象，比如地形、温度分布等。
但是，栅格数据结构也存在一些缺点。
由于数据的分辨率是固定的，可能会导致在某些情况下精度不够高。
而且，数据量通常较大，存储和处理需要更多的资源。
另外，还有一种称为 TIN（不规则三角网）的数据结构。
TIN 是基于三角形来构建的，通过对离散点的三角剖分来逼近地理表面。
这种结构在表示地形等不规则的表面时具有很好的效果，能够准确地反映地形的起伏变化。
与矢量和栅格数据结构相比，TIN 能够更好地平衡数据精度和数据量之间的关系。
但它的构建和处理相对复杂，需要一定的计算资源和算法支持。
除了上述常见的空间数据结构类型，还有一些其他的类型，如四叉树、八叉树等。
第二章 空间数据组织
2〕恣意三角形的外接圆内不包括其 它点〔这特性质是Delaunay三角 网的定义也称为空外接圆规那 么〕；
3〕三角形最大水平地坚持了平衡、 防止狭长形三角形的出现〔最大 最小角规那么〕。假设将三角网 中的每个三角形的最小角停止升 序陈列，那么Delaunay三角网的 陈列失掉的数值最大，从这个意 义上讲，Delaunay三角网是〝最 接近于规那么化〞的三角网〔邬 伦等 2001〕。
顺序空间关系
顺序空间关系：描画空间实体之间在空间 上的陈列次第
类型： 上下顺序关系 前后顺序关系 基于西北西北天文方向的顺序空间关系
拓扑空间关系
拓扑特征：在拓扑变换〔恣意伸缩或变形，但 不扭结或折叠〕下可以坚持不变的几何属性
类型： 衔接性〔connectivity〕：指曲线或弧段在结点
等。
第三节 空间关系
定义：指几何上空间对象之间的 相互关系
类型： 度量空间关系 顺序空间关系 拓扑空间关系
度量空间关系
度量空间关系：指空间对象之间的距离关系 类型： 欧氏距离 曼哈顿距离〔The Manhattan distance、The
city-block distance、The taxi-cab distance〕： Dist=|x1-x2|+|y1-y2| 时间距离 经济距离 风险距离 社会距离 认知距离 生态距离
第二节 空间数据的特点
二、空间数据类型 1. 类型数据：居民点、交通线、土地类型散布
等。 2. 面域数据：多边形中心点、行政区域界限和
行政单元 3. 网络数据：路途交叉点、街道和街区等。 4. 样本数据：气候站、航线和野外样方的散布
区等。 5. 曲面数据 ：高程点、等高线和等值区域。 6. 文本数据：如地名、河流名和区域称号。 7. 符号数据：点状符号、线状符号和面状符号
3〕三角形最大水平地坚持了平衡、 防止狭长形三角形的出现〔最大 最小角规那么〕。假设将三角网 中的每个三角形的最小角停止升 序陈列，那么Delaunay三角网的 陈列失掉的数值最大，从这个意 义上讲，Delaunay三角网是〝最 接近于规那么化〞的三角网〔邬 伦等 2001〕。
顺序空间关系
顺序空间关系：描画空间实体之间在空间 上的陈列次第
类型： 上下顺序关系 前后顺序关系 基于西北西北天文方向的顺序空间关系
拓扑空间关系
拓扑特征：在拓扑变换〔恣意伸缩或变形，但 不扭结或折叠〕下可以坚持不变的几何属性
类型： 衔接性〔connectivity〕：指曲线或弧段在结点
等。
第三节 空间关系
定义：指几何上空间对象之间的 相互关系
类型： 度量空间关系 顺序空间关系 拓扑空间关系
度量空间关系
度量空间关系：指空间对象之间的距离关系 类型： 欧氏距离 曼哈顿距离〔The Manhattan distance、The
city-block distance、The taxi-cab distance〕： Dist=|x1-x2|+|y1-y2| 时间距离 经济距离 风险距离 社会距离 认知距离 生态距离
第二节 空间数据的特点
二、空间数据类型 1. 类型数据：居民点、交通线、土地类型散布
等。 2. 面域数据：多边形中心点、行政区域界限和
行政单元 3. 网络数据：路途交叉点、街道和街区等。 4. 样本数据：气候站、航线和野外样方的散布
区等。 5. 曲面数据 ：高程点、等高线和等值区域。 6. 文本数据：如地名、河流名和区域称号。 7. 符号数据：点状符号、线状符号和面状符号
第二章 空间数据模型和空间数据结构
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。
湖北大学资源环境学院
6
中国的大地控制网
由平面控制网和高程控制网组成，控制点遍布全国各地。
平面控制网 :
按统一规范，由精确测定地理坐标的地面点组成，由 三角测量或导线测量完成，依精度不同，分为四等。
5 f 6
c
4
d
g
点 1 x1 2 x2 3 x3 4 x4 5 x5 6 x6
地图MAP及多边形实体I和II
湖北大学资源环境学院
2.3.2.3 空间物理数据模型
• 解决如何把设计的空间逻辑数据模型在计 算机上实现，同时考虑效率。常常涉及到 索引文件的构建。
湖北大学资源环境学院
30
2.3.3 时空数据模型
1）单重继承、多重继承；全部继承、部分继承；取 代继承、包含继承
湖北大学资源环境学院
39
（四）面向对象数据模型的核心工具
公有域 私有域 保护域：
2）状态继承（数据）
数据 父类 函数 子类
实例
子类继承父类的数据结构，子类还可定义自己 新的数据结构。 子类任意使用父类的数据结构，有可能破坏封 装，若只能通过发送消息来使用父类的域，又可 能失去有效性，具体办法： 公有域：类可操作，实例也可操作。 私有域：只有类本身使用，用户不得访问。 保护域：子类可使用，继承使用，实例不能使用。
湖北大学资源环境学院
7
湖北大学资源环境学院
陕西省泾阳县永乐镇北洪流村为 “1980西安坐标系” 大地坐标的 起算点——大地原点。
8
高程控制网
地理信息系统(第二章 空间数据基础)
有
公共边、结点自动生成 多重叠合、网络分析易
3、不规则三角网结构
不规则三角网（TIN):用一组非叠置的三角形来近
似表示地形的矢量数据三角网。
TIN的基本元素
节点（Node):相邻三角形的公共顶点(x,y,z)。 边(Edge):两个三角形的公共边界，是Tin不光滑性的具体 反映。
面(Face):由最近的三个节点所组成的三角形面，是TIN描
地理现象
地理事物在发生、发展和变化中的外部形式和表面特征。
地理空间数据：
用符号化表示地球表层的地理事物和地理现象的记录。
第一节
地球椭球体
地球体：极半径略短，赤道半径略长，北极略突出、南极略扁平，近似于梨
形的椭球体。
大地球体：由穿越陆地、岛屿的全球静止海平面连片形成,与重力方向处处
正交的，连续的封闭曲面称为大地水准面，由该水准面所包含的形体称为大地球体， 它是地球形体的一级逼近。
第四节
地图投影种类
1、几何投影法
正轴 横轴 斜轴
方位
圆柱
圆锥
方位投影
圆柱投影
圆锥投影
高斯-克吕格(Gauss Kruger)投影
属于横轴等角切椭圆柱投影。中央经线无长度变形。
6°或3°分带投影。中央经线与赤道为互相垂直的直线。
我国国家基本比例尺地形图中的大中比例尺地形图均采用该 投影。包括第13－23带共11个投影带。 内置了直角平面坐标系统：中央经线为X轴，赤道为Y轴，中 央经线与赤道交点为坐标原点。坐标纵轴西移500km。
国际主要椭球参数
椭球名称
德兰勃(Delambre) 埃弗瑞斯(Everest) 贝赛尔(Bessel) 克拉克(Clarke) 克拉克(Clarke) 海福特 (Hayford) 克拉索夫斯基 (Krasovski) 1967年大地坐标系 1975年大地坐标系
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第二节 空间数据的特点
二、空间数据类型 1. 类型数据：居民点、交通线、土地类型分布等
。 2. 面域数据：多边形中心点、行政区域界限和行
政单元 3. 网络数据：道路交叉点、街道和街区等。 4. 样本数据：气象站、航线和野外样方的分布区
等。 5. 曲面数据 ：高程点、等高线和等值区域。 6. 文本数据：如地名、河流名和区域名称。 7. 符号数据：点状符号、线状符号和面状符号等
曲面数据结构
第六节 栅格数据结构
定义：指将空间分割成有规则的网格，在 各个网格上给出相应的属性值来表示地 理实体的一种数据组织形式
一、基本空间对象的栅格表达
点 线 面
二、栅格单元大小的确定 三、栅格单元的空间关系表达
栅格单元的空间关系表达
第六节 栅格数据结构（续）
四、栅格单元的位置坐标的确定 五、栅格单元的属性确定 六、栅格数据结构及其编码
• 1987年国家测绘局公布：启用《1985年国家高程基准》取 代《黄海平均海水面》，它比《黄海平均海水面》上升 29毫米
•中国大地控制网
•----在全国范围内选取若干具有控 制意义的点,并且精确测定其平面位 置和高程.而这些控制点所构成的平 面控制网和高程控制网即组成大地 控制网.
平面控制网
•陕西省泾阳县永乐镇北 洪流村—— “1980年国家 大地坐标系” 中大地坐标
伯利亚)；
•
• 1ห้องสมุดไป่ตู้80年-至今：1980年国家大地坐标系(1980西安坐标系) • （采用1975年国际大地测量协会推荐的参考椭球,坐标原 • 点位于陕西泾阳县) ：
•ICA-75椭球参数: • a = 6 378 140m ; b = 6 356 755m；f = 1/298.257
WGS84 地心坐标系，WGS84椭球体
的起算点
•国家测绘局
•(1)平面控制网 :按统一规范,由精确测定地理坐标的地面点组成.
高程控制网
•国家测绘局
•(2)高程控制网 : 按统一规范,由精确测定高程的地面点组成.
•青岛观象山
第一节 地理空间和空间实体的表达
三、空间实体的表达
点、线、面、曲面、体 如果采用一个没有大小的点（坐标）来表达基本
拓扑空间关系的意义：
1. 确定一种地理实体相对于另一种地理实体的空间位置关系 2. 空间要素的查询 3. 重建地理实体
拓扑关系一个例子
第四节 数据结构（略）
第五节 矢量数据结构
定义 一、简单数据结构（面条结构） 二、拓扑数据结构
DIME POLYVRT TIGER
三、曲面数据结构
Delaunay三角网
点元素时，称为矢量表示方法 如果采用一个有固定大小的点（面元）来表达基
本点元素时，称为栅格表示方法
第二节 空间数据的特点
一、空间数据特点 定义：
空间数据是用来描述空间实体的位置、形状、 大小及其分布特征等信息的数据 特点： 空间性（表示实体的空间位置或现在所处的地 理位置。空间特征又称定位特征或几何特征， 一般用坐标数据表示） 专题性（属性）（表示实体的特征。如名称、 分类、质量特征和数量特征等。） 时间性（描述实体随时间的变化，其变化的周 期有超短周期的、短期的、中期的和长期的）
第二章空间数据组织
2020年7月9日星期四
第一节 地理空间和空间实体的表达
一、空间与地理空间
二、GIS中的地理空间
地理实体 地理空间定位框架
地球形状
大地水准面 地球椭球体 地球自然表面
地理实体空间点位
中国大地坐标系统
• 1980年以前：1954年北京坐标系； • (参考椭球采用克拉索夫斯基椭球参数,坐标原点俄罗斯的西
。
第三节 空间关系
定义：指几何上空间对象之间的相互关系 类型：
度量空间关系 顺序空间关系 拓扑空间关系
度量空间关系
度量空间关系：指空间对象之间的距离关系 类型：
欧氏距离 曼哈顿距离（The Manhattan distance、The city-block distance、The taxi-cab distance）：Dist=|x1-x2|+|y1-y2| 时间距离 经济距离 风险距离 社会距离 认知距离 生态距离
Delaunay三角网是Voronoi图的对偶图， 将Voronoi图中各多边形单元的内点 （或称为发生点）连接后得到一个布 满整个区域而又互不重叠的三角网结 构。
与其它三角网相比，Delaunay三角网具 有如下性质：
1）三角网外围边界构建的多边形为点集 的凸壳；
2）任意三角形的外接圆内不包含其它点 （这个性质是Delaunay三角网的定义 也称为空外接圆规则）；
3）三角形最大程度地保持了均衡、避免 狭长形三角形的出现（最大最小角规 则）。如果将三角网中的每个三角形 的最小角进行升序排列，则Delaunay 三角网的排列得到的数值最大，从这 个意义上讲，Delaunay三角网是“最 接近于规则化”的三角网（邬伦等 2001）。
性质2）和3）保证了Delaunay三角网是 最接近等角或等边的三角网（武晓波 等 2000）。
• 高程
高程--由高程基准面计算的地面点高度.
•直高绝度对,也高称程“海:地拔•面高高点所程程至确”基，大定准简地的称面水多“准的高年面位程(平”即置; 均平,实均海际海水上平面是面而)根的确据垂定验的潮. 站 • 相对高程:地面点至任一水准面的垂直高度.
•*中国高程起算面----黄海平均海水面
• 1956年在青岛观象山设立了水准原点（其高程以青岛验潮 站1950-1956年的观测记录所确定的黄海平均海水面为零点而 测算出来的，为72.289m），并且据此建立了1956年黄海高程 系;
1.直接栅格数据编码 2.费尔曼链码 3.游程编码 4.四叉树编码
栅格单元的属性确定
顺序空间关系
顺序空间关系：描述空间实体之间在空间上的
排列次序
类型：
上下顺序关系 前后顺序关系 基于东南西北地理方向的顺序空间关系
拓扑空间关系
拓扑特征：在拓扑变换（任意伸缩或变形，但不扭 结或折叠）下能够保持不变的几何属性
类型： 连接性（connectivity）：指曲线或弧段在结点处的相 互连接关系 包含性（inclusion） 邻接性（contiguity）：指共有公共边的两个区域的邻 接关系