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。
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
110第四章 空间数据的转换与处理
空间数据是GIS的一个重要组成部分。整个GIS都是围绕空间数据的采集、加工、存
储、分析和表现展开的。原始数据往往由于在数据结构、数据组织、数据表达等方面与用
户自己的信息系统不一致而需要对原始数据进行转换与处理，如投影变换，不同数据格式
之间的相互转换，以及数据的裁切、拼接等处理。以上所述的各种数据转换与处理均可以
利用ArcToolbox中的工具实现。在ArcGIS9中，ArcToolbox嵌入到了ArcMap中。本章就
投影变换、数据格式转换、数据裁切与拼接等内容分别介绍。
4.1 投影变换
由于数据源的多样性，当数据与研究、分析问题的空间参考系统（坐标系统、投影方
式）不一致时，就需要对数据进行投影变换。同样，在完成本身有投影信息的数据采集时，
为了保证数据的完整性和易交换性，要定义数据投影信息。以下就地图投影及投影变换的
概念做简单介绍，之后分别讲述在ArcGIS中如何实现地图投影定义及变换。
空间数据与地球上的某个位置相对应。对空间数据进行定位，必须将其嵌入到空间参
照系中。因为GIS描述的是位于地球表面的信息，所以根据地球椭球体建立的地理坐标（经
纬网）可以作为空间数据的参照系统。而地球是一个不规则的球体，为了能够将其表面内
容显示在平面的显示器或纸面上，就必须将球面地理坐标系统变换到平面投影坐标系统图4.1椭球体表面投影到平面的微分梯形
λ λ+dλ φ φ+dφ
ABC
D
A’ B’ C’
D’
Y X
O 投影 111图4.3 Define Projection对话框
（图4.1）。因此，运用地图投影方法，建立地球表面上和平面上点的函数关系，使地球表
面上由地理坐标确定的点，在平面上有一个与它相对应的点。地图投影的使用保证了空间
信息在地域上的联系和完整性。
当系统使用的数据取自不同地图投影的图幅时，需要将一种投影数据转换为所需投影
的坐标数据。投影转换的方法可以采用以下几种方法：
第四章 空间数据的处理及投影变换
练习 4
1. 空间数据处理（融合、合并、剪切、交叉、合并）
2. 设置地图投影及投影变换
空间数据处理........................................................................................................................1
第1步 裁剪要素...................................................................................................................2
第2步 拼接图层...................................................................................................................3
第3步 要素融合...................................................................................................................4
第4步 图层合并...................................................................................................................6
第5步 图层相交...................................................................................................................7
