第四章gis空間數(shù)據(jù)組織與管理

1、秦秦 昆昆地理信息教研室地理信息教研室武漢大學(xué)遙感信息工程學(xué)院武漢大學(xué)遙感信息工程學(xué)院3區(qū)區(qū)1-402, 周一周一3-5節(jié)節(jié)遙感科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)必修課程遙感科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)必修課程(2011級(jí)級(jí), 1,2,6,7班班) 第第4章章 GIS空間數(shù)據(jù)組織與管理空間數(shù)據(jù)組織與管理 24.1 地理空間信息基礎(chǔ)地理空間信息基礎(chǔ)4.2 GIS空間數(shù)據(jù)模型空間數(shù)據(jù)模型4.3 GIS空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)4.4 GIS空間數(shù)據(jù)庫(kù)空間數(shù)據(jù)庫(kù)第第4章章 GIS空間數(shù)據(jù)組織與管理空間數(shù)據(jù)組織與管理 34.1 地理空間信息基礎(chǔ)地理空間信息基礎(chǔ)第第4章章 GIS空間數(shù)據(jù)組織與管理空間數(shù)據(jù)組織與管理 44.1 地理

2、空間信息基礎(chǔ)地理空間信息基礎(chǔ)GIS表達(dá)的是地理空間信息表達(dá)的是地理空間信息，為了描述地理空間信息，需要建立地球空間模型地球空間模型，確定地理空間參照系統(tǒng)地理空間參照系統(tǒng)，進(jìn)行地圖投影變換地圖投影變換，對(duì)地理空間信息的位置、空間關(guān)系以及屬性等數(shù)據(jù)進(jìn)行定義和表達(dá)。這些內(nèi)容共同構(gòu)成了地理空間信息基礎(chǔ)地理空間信息基礎(chǔ)。54.1 地理空間信息基礎(chǔ)地理空間信息基礎(chǔ)4.1.1 地理空間信息的描述方法地理空間信息的描述方法“空間空間”的概念是的概念是GIS的重要概念。的重要概念。Spatial Thinking在地理學(xué)上，地理空間（地理空間（Geographic Space, Geospatial）是指物質(zhì)、

3、能量、信息的存在形式在形態(tài)、結(jié)構(gòu)過(guò)程、功能關(guān)系上的分布方式、格局及其在時(shí)間上的延續(xù)。地理空間地理空間上至大氣電離層，下至地幔莫霍面。地球表層的基準(zhǔn)是陸地表面和大樣表面，是人類活動(dòng)最頻繁的區(qū)域，人地關(guān)系最復(fù)雜、最緊密。是地球圈層相互作用區(qū)域，物理、化學(xué)、生物過(guò)程就發(fā)生在地理空間之中。也是宇宙過(guò)程對(duì)地球影響最大的區(qū)域。64.1 地理空間信息基礎(chǔ)地理空間信息基礎(chǔ)4.1.1 地理空間信息的描述方法地理空間信息的描述方法在GIS中，地理空間被定義為絕對(duì)空間絕對(duì)空間和相對(duì)空間相對(duì)空間兩種形式。絕對(duì)空間絕對(duì)空間是具有屬性描述的實(shí)體的空間位置的集合，它由一系列不同位置上的實(shí)體的空間坐標(biāo)值組成；相對(duì)空間相對(duì)空間

4、是具有空間屬性特征的實(shí)體的集合，它由不同實(shí)體之間的空間關(guān)系構(gòu)成。為了表達(dá)地理空間信息，就需要建立地理空間信息的為了表達(dá)地理空間信息，就需要建立地理空間信息的描述模型和方法。描述模型和方法。74.1 地理空間信息基礎(chǔ)地理空間信息基礎(chǔ)一、地球空間模型描述一、地球空間模型描述地球表面幾何模型分為四類：地球的自然表面模型、地球的相對(duì)抽象表面模型、地球的旋轉(zhuǎn)橢球體模型、地球的數(shù)學(xué)模型。84.1 地理空間信息基礎(chǔ)地理空間信息基礎(chǔ)1、地球的自然表面模型、地球的自然表面模型地球的自然表面模型是地球的自然體，起伏而不規(guī)則，呈梨形形狀，難以用簡(jiǎn)潔的數(shù)學(xué)表達(dá)方式描述出來(lái)，所以不適合于數(shù)字建模。對(duì)其進(jìn)行幾何量測(cè)面臨十

5、分復(fù)雜的困難。地球的自然形狀地球的自然形狀地球表面大地水準(zhǔn)面參考橢求表面94.1 地理空間信息基礎(chǔ)地理空間信息基礎(chǔ)2、地球的相對(duì)抽象表面模型、地球的相對(duì)抽象表面模型是由大地水準(zhǔn)面描述的模型。假設(shè)當(dāng)一個(gè)海水面處于完全靜止的平衡狀態(tài)時(shí)，從海平面延伸到所有大陸下部，且與地球重力方向處處正交的一個(gè)連續(xù)、閉合的水準(zhǔn)面構(gòu)成的地表模型。由于地球重力的影響，大地水準(zhǔn)面也是一個(gè)不規(guī)則曲面，但起伏遠(yuǎn)小于自然表面。地球表面大地水準(zhǔn)面參考橢求表面104.1 地理空間信息基礎(chǔ)地理空間信息基礎(chǔ) 3、地球的旋轉(zhuǎn)橢球體模型、地球的旋轉(zhuǎn)橢球體模型 地球的旋轉(zhuǎn)橢球體模型是為了測(cè)量成果計(jì)算的需要，選用一個(gè)同大地體相近的、可以用數(shù)學(xué)

6、方法來(lái)表達(dá)的旋轉(zhuǎn)橢球來(lái)代替地球，這個(gè)旋轉(zhuǎn)橢球是由一個(gè)橢圓繞其短軸旋轉(zhuǎn)而成的。它以大地水準(zhǔn)面為基礎(chǔ)。凡是與局部地區(qū)(一個(gè)或幾個(gè)國(guó)家)的大地水準(zhǔn)面符合得最好的旋轉(zhuǎn)橢球，稱為參考橢球參考橢球。地球表面大地水準(zhǔn)面參考橢求表面114.1 地理空間信息基礎(chǔ)地理空間信息基礎(chǔ)4、地球的數(shù)學(xué)模型、地球的數(shù)學(xué)模型地球的數(shù)學(xué)模型，是在解決其它一些大地測(cè)量學(xué)問(wèn)題時(shí)提出來(lái)的，如類地形面、準(zhǔn)大地水準(zhǔn)面、靜態(tài)水平衡橢球體等。124.1 地理空間信息基礎(chǔ)地理空間信息基礎(chǔ)二、地理空間參照系的建立二、地理空間參照系的建立地理空間參照系是表示地理實(shí)體的空間參照系統(tǒng)，在GIS中，所有的空間數(shù)據(jù)都必須納入統(tǒng)一的地理空間參照系。主要有地

7、理坐標(biāo)系和投影坐標(biāo)系。134.1 地理空間信息基礎(chǔ)地理空間信息基礎(chǔ)1、地理坐標(biāo)系、地理坐標(biāo)系地理坐標(biāo)系是為確定地面點(diǎn)的位置，而定義的空間參照系。最直截的方法是地理坐標(biāo)（經(jīng)度、緯度）表示。根據(jù)地理坐標(biāo)，地面任意點(diǎn)的位置由經(jīng)緯度表示。144.1 地理空間信息基礎(chǔ)地理空間信息基礎(chǔ)地理坐標(biāo)地理坐標(biāo)是一種球面坐標(biāo)，可以用于地球表面地理實(shí)體的定位。直接利用地理坐標(biāo)進(jìn)行距離、面積和方向等參數(shù)運(yùn)算是復(fù)雜的，也不能方便顯示數(shù)據(jù)到平面上。把地面點(diǎn)表示在平面上的方法是采用笛卡兒坐標(biāo)系（平面直角坐標(biāo)）。用平面坐標(biāo)系表示地面上的任何一點(diǎn)的位置，首先要把曲面展開為平面，但地球表面是不可展開的曲面，因此必須應(yīng)用投影的方法，

8、建立地球表面與平面上點(diǎn)的函數(shù)關(guān)系。因此產(chǎn)生了不同的地圖投影變換方法。154.1 地理空間信息基礎(chǔ)地理空間信息基礎(chǔ)2、投影坐標(biāo)系統(tǒng)、投影坐標(biāo)系統(tǒng)投影坐標(biāo)系統(tǒng)（平面坐標(biāo)系），將橢球面上的點(diǎn)，通過(guò)投影的方法投影到平面上時(shí)，通常使用平面坐標(biāo)系統(tǒng)。平面坐標(biāo)系統(tǒng)分為平面極坐標(biāo)系統(tǒng)和平面直角坐標(biāo)系統(tǒng)。投影坐標(biāo)系統(tǒng)164.1 地理空間信息基礎(chǔ)地理空間信息基礎(chǔ)投影坐標(biāo)系統(tǒng)投影坐標(biāo)系統(tǒng)定義了地理實(shí)體的平面位置平面位置，其到大地水準(zhǔn)面的高度是由高程系高程系來(lái)定義的。高程是由高程基準(zhǔn)面起算的地面點(diǎn)的高度。高程基準(zhǔn)面是根據(jù)多年觀測(cè)的平均海水面來(lái)確定的。高程(也稱海拔高程、絕對(duì)高程)是指地面點(diǎn)至平均海水平的垂直高度。地面

9、點(diǎn)之間的高程差，稱為相對(duì)高程，簡(jiǎn)稱高差高差。一個(gè)國(guó)家一般只能采用一個(gè)平均海水面作為統(tǒng)一的高程基準(zhǔn)面。我國(guó)的高程基準(zhǔn)原來(lái)采用“1956年黃海高程系”，由于觀測(cè)數(shù)據(jù)的積累，黃海平均海水面發(fā)生了微小的變化，因此啟用了新的高程系，即“1985年國(guó)家高程基準(zhǔn)”。174.1 地理空間信息基礎(chǔ)地理空間信息基礎(chǔ)為了制作地圖和使用地圖的方便，經(jīng)常會(huì)將地理經(jīng)緯為了制作地圖和使用地圖的方便，經(jīng)常會(huì)將地理經(jīng)緯線網(wǎng)和方里網(wǎng)繪制在地圖上。線網(wǎng)和方里網(wǎng)繪制在地圖上。經(jīng)緯線網(wǎng)經(jīng)緯線網(wǎng)，指由經(jīng)線和緯線所構(gòu)成的坐標(biāo)網(wǎng)，又稱地理坐標(biāo)網(wǎng)。方里網(wǎng)，方里網(wǎng)，是由平行于投影坐標(biāo)軸的兩組平行線所構(gòu)成的方格網(wǎng)。因?yàn)槭敲扛粽锢L出坐標(biāo)縱線和坐

10、標(biāo)橫線，所以稱之為方里網(wǎng)方里網(wǎng)，同時(shí)由于方里線又是平行于直角坐標(biāo)軸的坐標(biāo)網(wǎng)線，故又稱直角坐標(biāo)網(wǎng)直角坐標(biāo)網(wǎng)。184.1 地理空間信息基礎(chǔ)地理空間信息基礎(chǔ)GIS的地理空間，通常是指經(jīng)過(guò)投影變換后在笛卡兒坐標(biāo)系中的地球表層特征空間。它的理論基礎(chǔ)是旋轉(zhuǎn)橢球體和地圖投影變換。194.1 地理空間信息基礎(chǔ)地理空間信息基礎(chǔ) 三、地圖投影三、地圖投影1、地圖投影的概念轉(zhuǎn)換三維地球表面到二維地圖平面的數(shù)學(xué)處理方法稱之為地圖投影，它是一種透視投影。 204.1 地理空間信息基礎(chǔ)地理空間信息基礎(chǔ)投影變形通常包括三種：長(zhǎng)度變形、角度變形和面積投影變形通常包括三種：長(zhǎng)度變形、角度變形和面積變形。變形。根據(jù)控制投影變形的

11、目的，有以下投影類型：等角投影（正形投影，正射投影），它保持局部形狀相似，但不能保證面積相等。但面積較大時(shí)，也不能保證形狀不變。等面積投影，保持面積不變，但角度、形狀、和比例會(huì)發(fā)生變形。等距離投影，是一種既不等面積也不等角的投影。長(zhǎng)度、角度、面積、比例均有變形。但面積變形小于等角，形狀變形小于等積。 214.1 地理空間信息基礎(chǔ)地理空間信息基礎(chǔ)2、地圖投影的方法、地圖投影的方法地圖投影的方法：圓錐投影、圓柱投影、平面（方位）投影，均包括正軸、斜軸、橫軸等投影方式，在此基礎(chǔ)上又分為相切、相割方式兩種情況224.1 地理空間信息基礎(chǔ)地理空間信息基礎(chǔ)在GIS應(yīng)用中，地圖投影方法的選擇地圖投影方法的選

12、擇主要是針對(duì)中小比例尺的地圖投影而言的，基本比例尺地圖投影類型和方法一般應(yīng)按國(guó)家相關(guān)部門規(guī)定進(jìn)行。在進(jìn)行地圖投影方法選擇時(shí)，考慮的因素包括范圍、形狀、地理位置、用途、出版方式等。以減少圖上變形為目的，最好使等變形線與制圖區(qū)域的輪廓形狀基本一致。其中范圍、形狀、地理位置最重要。234.1 地理空間信息基礎(chǔ)地理空間信息基礎(chǔ)由于由于GIS大多是以地圖的方式來(lái)顯示地理信息的，而大多是以地圖的方式來(lái)顯示地理信息的，而地圖是平面，地理信息則是在地球橢球面上的，因此，地圖是平面，地理信息則是在地球橢球面上的，因此，地圖投影在地圖投影在GIS中是不可缺少的。中是不可缺少的。例如，當(dāng)GIS的地理數(shù)據(jù)庫(kù)中的地理數(shù)

13、據(jù)是以地理坐標(biāo)(即經(jīng)緯度)來(lái)存貯時(shí)，對(duì)于輸入的以地圖為數(shù)據(jù)源的空間數(shù)據(jù)必須通過(guò)投影變換來(lái)轉(zhuǎn)換成地理坐標(biāo)，然后才能裝入到GIS的地理數(shù)據(jù)庫(kù)中，而當(dāng)需要顯示或輸出地圖時(shí)，則必須將地理數(shù)據(jù)庫(kù)中的地理坐標(biāo)表示的空間數(shù)據(jù)通過(guò)投影變換成指定投影的平面坐標(biāo)。244.1 地理空間信息基礎(chǔ)地理空間信息基礎(chǔ)在GIS中，地理數(shù)據(jù)的顯示往往可以根據(jù)用戶的需要，指定各種投影。但當(dāng)所顯示的地圖與國(guó)家基本地圖系列的比例尺一致時(shí)，往往采用與國(guó)家基本系列地圖所用的投影。我國(guó)常用的地圖投影的情況為：(1)我國(guó)基本比例尺地形圖（1:100萬(wàn)、1:50萬(wàn)、1:25萬(wàn)、1:10萬(wàn)、1:5萬(wàn)、1:2.5、1:1萬(wàn)、1:5000）除1:1

14、00萬(wàn)外均采用高斯-克呂格投影為地理基礎(chǔ)；(2)我國(guó)1:100萬(wàn)地形圖采用了Lambert投影；(3)我國(guó)大部分省區(qū)圖以及大多數(shù)這一比例尺(1:100萬(wàn))的地圖也多采用Lambert投影和屬于同一投影系統(tǒng)的Albers投影(正軸等面積割圓錐投影)；(4)Lambert投影中，地球表面上兩點(diǎn)間的最短距離(即大圓航線)表現(xiàn)為近于直線，這有利于GIS空間分析度量的正確實(shí)施。 254.1 地理空間信息基礎(chǔ)地理空間信息基礎(chǔ)四、地理坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換四、地理坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換通常是指兩個(gè)地理坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換。分為地理坐標(biāo)之間的直接轉(zhuǎn)換或經(jīng)由大地坐標(biāo)之間的間接轉(zhuǎn)換。如從NAD1927到WGS1984的轉(zhuǎn)換 直接轉(zhuǎn)換間接轉(zhuǎn)

15、換264.1 地理空間信息基礎(chǔ)地理空間信息基礎(chǔ)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的方法可分為三參數(shù)和七參數(shù)兩種方法 3參數(shù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換7參數(shù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換274.1 地理空間信息基礎(chǔ)地理空間信息基礎(chǔ)五、地圖對(duì)地理空間的描述五、地圖對(duì)地理空間的描述地圖是地理空間實(shí)體的圖形模型。它是按照一定的比例、一定的投影原則，有選擇地將復(fù)雜的三維地理實(shí)體的某些內(nèi)容投影繪制在二維平面媒體上，并用符號(hào)將這些內(nèi)容要素表現(xiàn)出來(lái)。地圖上各種要素之間的關(guān)系，是按照地圖投影建立的數(shù)學(xué)規(guī)則，使地表各點(diǎn)和地圖平面上的相應(yīng)各點(diǎn)保持一定的函數(shù)關(guān)系，從而在地圖上準(zhǔn)確表達(dá)空間各要素的關(guān)系和分布規(guī)律，反映它們之間的方向、距離和面積。 在地圖學(xué)上，把地理空間實(shí)體分為點(diǎn)、線、

16、面三種要素，分別用點(diǎn)狀、線狀、面狀符號(hào)來(lái)表示 284.1 地理空間信息基礎(chǔ)地理空間信息基礎(chǔ)六、影像對(duì)地理空間的描述六、影像對(duì)地理空間的描述影像是記錄了地理實(shí)體分布的寫照模型。寫真的程度受攝影比例尺的影像，或空間分辨率的影響。遙感影像對(duì)地理空間信息的描述主要是通過(guò)記錄地物光譜的輻射或反射進(jìn)行的。由于地物的結(jié)構(gòu)、成分和分布的不同，其反射和輻射光譜的特性也各不相同，傳感器記錄的影像的顏色或灰度會(huì)不同。通過(guò)對(duì)光譜進(jìn)行分析和解譯，可以得到地物的特征信息 294.1 地理空間信息基礎(chǔ)地理空間信息基礎(chǔ)七、地理信息的數(shù)字化描述七、地理信息的數(shù)字化描述 在GIS中，地理信息是以數(shù)字化的形式存在的。表達(dá)地理信息的

17、地理數(shù)據(jù)的幾何空間數(shù)據(jù)主要有三種數(shù)據(jù)類型，即矢量數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)和數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)。 304.1 地理空間信息基礎(chǔ)地理空間信息基礎(chǔ)1、矢量數(shù)據(jù)、矢量數(shù)據(jù) 矢量數(shù)據(jù)是用坐標(biāo)對(duì)、坐標(biāo)串和封閉的坐標(biāo)串表示實(shí)體點(diǎn)、線、面的位置及其空間關(guān)系的一種數(shù)據(jù)格式。適宜表達(dá)離散的空間特征，如土地利用、房屋等。 314.1 地理空間信息基礎(chǔ)地理空間信息基礎(chǔ)矢量本身是數(shù)學(xué)上的概念，運(yùn)用到GIS中，則不同的空間特征具有不同的矢量維數(shù)。零維矢量表示空間中的一個(gè)點(diǎn)，點(diǎn)在二維歐氏空間中用唯一的實(shí)數(shù)對(duì)（x, y）來(lái)表示，在三維空間中用唯一的實(shí)數(shù)組（x, y, z）來(lái)表示。在數(shù)學(xué)上，點(diǎn)沒(méi)有大小和方向。在GIS中，點(diǎn)的類型包括實(shí)體點(diǎn)

18、、標(biāo)記點(diǎn)、面標(biāo)識(shí)點(diǎn)、結(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)等 井（實(shí)體）武漢大學(xué)（注記）結(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)面點(diǎn)實(shí)體點(diǎn)實(shí)體點(diǎn)用于標(biāo)識(shí)點(diǎn)狀實(shí)體的位置，如塔、井等。標(biāo)記點(diǎn)標(biāo)記點(diǎn)用于注記和顯示圖文信息。面標(biāo)識(shí)點(diǎn)用于標(biāo)識(shí)面狀實(shí)體多邊形的屬性信息。結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn)用于標(biāo)識(shí)線段的起點(diǎn)和終點(diǎn)，或線段上的實(shí)體點(diǎn)，如線段的懸掛端點(diǎn)、線段的交叉點(diǎn)、管線的連接設(shè)備、交叉路口等。節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)用于表示圖形的形狀，有的資料也稱之為角點(diǎn)、拐點(diǎn)。324.1 地理空間信息基礎(chǔ)地理空間信息基礎(chǔ)一維矢量表示空間中的一個(gè)線狀要素，或者空間實(shí)體對(duì)象之間的邊界，包括線段、弦列、拓?fù)溥B線、弧段、鏈、環(huán)等。線段線段是兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間的連線。 弦列弦列是點(diǎn)的序列，表示一串互相聯(lián)結(jié)無(wú)分支的線段。但連

19、接點(diǎn)為結(jié)點(diǎn)或節(jié)點(diǎn) 弧段弧段是形成一曲線點(diǎn)的軌跡，該曲線可由數(shù)學(xué)函數(shù)定義?；《问怯上伊薪票磉_(dá)的。拓?fù)溥B線拓?fù)溥B線是兩個(gè)結(jié)點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)的連線，其方向可由結(jié)點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)的順序確定 334.1 地理空間信息基礎(chǔ)地理空間信息基礎(chǔ)鏈鏈?zhǔn)且粋€(gè)非相交線段和（或）弧的無(wú)分支而有方向的序列，包括全鏈、面鏈和網(wǎng)鏈。全鏈全鏈?zhǔn)强梢燥@式定位其左右多邊形和起結(jié)點(diǎn)、終結(jié)點(diǎn)的鏈，它是一個(gè)二維拓?fù)涿娴慕M成部分（a）。面鏈面鏈?zhǔn)且粭l可顯式左右多邊形但不能確定起結(jié)點(diǎn)、終結(jié)點(diǎn)的鏈，它也是一個(gè)二維拓?fù)涿娴慕M成部分（b）。網(wǎng)鏈網(wǎng)鏈?zhǔn)且粋€(gè)可顯式定位起結(jié)點(diǎn)、終結(jié)點(diǎn)，但不能定位其左右多邊形的鏈，它是網(wǎng)絡(luò)的組成部分 。起結(jié)點(diǎn)終結(jié)點(diǎn)左多邊形右多邊形左多

20、邊形右多邊形起結(jié)點(diǎn)終結(jié)點(diǎn)(a)(b)(c)344.1 地理空間信息基礎(chǔ)地理空間信息基礎(chǔ)環(huán)是一個(gè)不相交的鏈或弦列、或弧的閉合序列，一個(gè)環(huán)表示一個(gè)閉合的邊界，但不包括封閉的區(qū)域。包括G-環(huán)和GT-環(huán)。前者由無(wú)方向鏈組成，后者由全鏈或面鏈組成。 354.1 地理空間信息基礎(chǔ)地理空間信息基礎(chǔ)一維矢量可以閉合，即弧段首尾相接，存在x1=xn ,y1=yn ,或z1=zn。但弧段不能自身相交。如果相交，則應(yīng)以交點(diǎn)為界，將該一維矢量分成幾個(gè)一維矢量 364.1 地理空間信息基礎(chǔ)地理空間信息基礎(chǔ)二維矢量表示地理空間的一個(gè)面狀要素，在二維歐氏平面上是指由一組閉合弧段包圍的空間區(qū)域。由于面狀要素是由閉合分弧段決定

21、的，故二維矢量又稱為多邊形。面狀要素包括內(nèi)面、G-多邊形、GT-多邊形、廣義多邊形、虛多邊形等。內(nèi)面內(nèi)面為邊界包圍的區(qū)域（a）。G-多邊形多邊形是由一個(gè)外G-環(huán)和零個(gè)或多個(gè)不相交的、不嵌套的內(nèi)G-多邊形組成的面（b）。GT-多邊形多邊形是一個(gè)并僅僅是一個(gè)二維拓?fù)涿娴亩S面元，由GT-環(huán)定義（c）。廣義多邊形廣義多邊形為GT-多邊形覆蓋區(qū)域以外的面，二者組成一個(gè)完整的二維拓?fù)涿妫╠），廣義多邊形的屬性或許不存在。虛多邊形虛多邊形定義了二維拓?fù)涿娴囊徊糠郑云渌腉T-多邊形為界，其它方面與廣義多邊形相同。 abcd374.1 地理空間信息基礎(chǔ)地理空間信息基礎(chǔ)描述二維矢量的參數(shù)特征很多，主要有面

22、積、周長(zhǎng)、凹凸性、單調(diào)性等。凹凸性是用于二維矢量的形態(tài)描述的，凸多邊形是指多邊形所有邊的內(nèi)夾角小于180度，反之為凹多邊形。單調(diào)性是設(shè)歐氏空間的若干點(diǎn)的有序點(diǎn)的序列，當(dāng)且僅當(dāng)投影到歐氏平面上的線段時(shí)，投影點(diǎn)的順序保持不變。三維矢量定義三維空間的體元素，是一組或多組閉合曲面包圍的空間對(duì)象。 384.1 地理空間信息基礎(chǔ)地理空間信息基礎(chǔ) 2、柵格數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)柵格數(shù)據(jù)表達(dá)中，柵格由一系列的柵格坐標(biāo)或像元所處柵格矩陣的行列號(hào)定義其位置，每個(gè)像元獨(dú)立編碼，并載有屬性。柵格單元的大小代表空間分辨率，表示表達(dá)的精度。在影像中，柵格單元的值是柵格內(nèi)的平均灰度。411111122222333335000000

23、0000000 0000000000000000000000000矢量表示柵格灰度表示柵格值表示394.1 地理空間信息基礎(chǔ)地理空間信息基礎(chǔ) 3、數(shù)字高程模型、數(shù)字高程模型數(shù)字高程模型是GIS表示2.5維地形數(shù)據(jù)的重要格式。是由平面坐標(biāo)和高程數(shù)據(jù)共同定義的地形表面模型。包括離散網(wǎng)格和不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）兩種類型。前者實(shí)際上是一種柵格數(shù)據(jù)，后者實(shí)際上是一種矢量數(shù)據(jù)。 規(guī)則格網(wǎng)數(shù)據(jù)模型表示不規(guī)則三角網(wǎng)表示404.1 地理空間信息基礎(chǔ)地理空間信息基礎(chǔ)4、三種數(shù)據(jù)的比較、三種數(shù)據(jù)的比較 矢量數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)和數(shù)字高程模型都是GIS的重要數(shù)據(jù)類型。它們支持GIS的不同應(yīng)用，各自具有不同的優(yōu)缺點(diǎn)。矢量數(shù)據(jù)

24、和柵格數(shù)據(jù)可以互相轉(zhuǎn)換，數(shù)字高程數(shù)據(jù)可通過(guò)獲取地面高程或數(shù)字化地圖等高線等方式獲取。比較表見(jiàn)P76. 414.1 地理空間信息基礎(chǔ)地理空間信息基礎(chǔ)4.1.2 矢量數(shù)據(jù)的屬性描述矢量數(shù)據(jù)的屬性描述矢量數(shù)據(jù)除幾何特征外，還具有屬性特征。空間屬性特征分為兩種，一種是類別特征，即它是什么；第二種是具體的說(shuō)明信息，或者統(tǒng)計(jì)信息，以解決兩個(gè)同類目標(biāo)的不同特征問(wèn)題，如道路的寬度、等級(jí)、路面質(zhì)量等。第一類特征一般用類型編碼來(lái)表達(dá)，第二類特征用屬性表格來(lái)說(shuō)明。屬性數(shù)據(jù)表格的一行稱為一個(gè)記錄，描述一個(gè)地理實(shí)體特征的屬性，用空間數(shù)據(jù)對(duì)象的聯(lián)接則通過(guò)特征的標(biāo)識(shí)碼找到對(duì)應(yīng)關(guān)系。424.1 地理空間信息基礎(chǔ)地理空間信息基

25、礎(chǔ)城市1011021031045123標(biāo)識(shí)碼幾何特征類型碼長(zhǎng)度路面材料車道數(shù)寬度名稱101102103104線狀線狀線狀線狀4535.712535.25537.12589.52135瀝青水泥沙石瀝青510.112.282442勝利路前進(jìn)路東方路人民路系統(tǒng)確定用戶確定整數(shù)型字符串型實(shí)數(shù)型整數(shù)型字符串型實(shí)數(shù)型整數(shù)型字符串型分類碼12345描述高速路公路快速路鄉(xiāng)村路大車路標(biāo)識(shí)碼、幾何特征長(zhǎng)度是由使用的軟件系統(tǒng)決定，其它屬性項(xiàng)，用戶可以根據(jù)需要添加。屬性表允許包含子屬性表，以便對(duì)某個(gè)字段作進(jìn)一步描述，如地物類型等。 434.1 地理空間信息基礎(chǔ)地理空間信息基礎(chǔ)4.1.3 矢量數(shù)據(jù)的類型和空間關(guān)系矢量數(shù)

26、據(jù)的類型和空間關(guān)系矢量數(shù)據(jù)在GIS數(shù)據(jù)庫(kù)中有多種表示類型，數(shù)據(jù)之間存在各種空間關(guān)系，特別是拓?fù)淇臻g關(guān)系，它是GIS空間分析的基礎(chǔ)。 444.1 地理空間信息基礎(chǔ)地理空間信息基礎(chǔ)一、矢量數(shù)據(jù)的表示類型一、矢量數(shù)據(jù)的表示類型 空間矢量數(shù)據(jù)按其表示的內(nèi)容，可分為七種不同的類型。a)類型數(shù)據(jù)，如考古地點(diǎn)，道路線、土壤類型等；b)面域數(shù)據(jù)，如多邊形的中心點(diǎn)，行政區(qū)界線、行政單元等；c)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，地下管線的設(shè)施、管線網(wǎng)、供水區(qū)域等；d)樣本數(shù)據(jù)，氣象站、航線、實(shí)驗(yàn)區(qū)等；e)曲面數(shù)據(jù)，高程點(diǎn)、等高線、等值區(qū)域等；f)文本數(shù)據(jù)，地名、河流名稱和區(qū)域名稱等；g)符號(hào)數(shù)據(jù)，點(diǎn)狀符號(hào)、線狀符號(hào)和面狀符號(hào)等。 454

27、.1 地理空間信息基礎(chǔ)地理空間信息基礎(chǔ)二、矢量數(shù)據(jù)的空間關(guān)系二、矢量數(shù)據(jù)的空間關(guān)系空間關(guān)系是指地理實(shí)體之間存在的與空間特性有關(guān)的關(guān)系，如度量關(guān)系、順序關(guān)系和拓?fù)潢P(guān)系等。是刻畫數(shù)據(jù)組織、查詢、分析和推理的基礎(chǔ)。空間關(guān)系的描述和表達(dá)，是GIS區(qū)別于CAD等計(jì)算機(jī)圖形處理系統(tǒng)的主要標(biāo)志。空間關(guān)系的研究，直接影響GIS的設(shè)計(jì)、開發(fā)與應(yīng)用。 464.1 地理空間信息基礎(chǔ)地理空間信息基礎(chǔ)1、拓?fù)淇臻g關(guān)系、拓?fù)淇臻g關(guān)系拓?fù)淇臻g關(guān)系是GIS中重點(diǎn)描述的空間關(guān)系。拓?fù)鋵W(xué)是幾何學(xué)的一個(gè)分支，它研究在拓?fù)渥儞Q下能夠保持不變的幾何屬性，即拓?fù)鋵傩浴＠斫馔負(fù)渥儞Q和拓?fù)渥儞Q屬性時(shí)，可以設(shè)想一塊高質(zhì)量的橡皮，它的表面是歐氏

28、平面，這塊橡皮可以任意拉伸、壓縮，但不能扭轉(zhuǎn)和折疊，表面上有點(diǎn)、線、面等組成的幾何圖形。在變換中，圖形的有些屬性會(huì)消失，有的屬性則保持不變。前者稱為非拓?fù)鋵傩?，后者稱為拓?fù)鋵傩浴?74.1 地理空間信息基礎(chǔ)地理空間信息基礎(chǔ)拓?fù)鋵傩砸粋€(gè)點(diǎn)在一個(gè)弧段的端點(diǎn)一個(gè)弧段是簡(jiǎn)單弧段（弧段自身不相交）一個(gè)點(diǎn)在區(qū)域的邊界上一個(gè)點(diǎn)在一個(gè)區(qū)域的內(nèi)部一個(gè)點(diǎn)在區(qū)域的外部一個(gè)點(diǎn)在一個(gè)環(huán)的內(nèi)部一個(gè)面是一個(gè)簡(jiǎn)單面（面上沒(méi)有“島”或“洞”）點(diǎn)、線之間的關(guān)聯(lián)性多邊形的鄰接性非拓?fù)鋵傩苑峭負(fù)鋵傩詢牲c(diǎn)之間的距離線的方向弧的長(zhǎng)度區(qū)域的周長(zhǎng)區(qū)域的面積484.1 地理空間信息基礎(chǔ)地理空間信息基礎(chǔ)在GIS中，連接性（Connectivit

29、y）、多邊形區(qū)域定義（Area Definition）、鄰接性（Contiguity）是三個(gè)重要的拓?fù)涓拍?。?）連接性）連接性，是弧段在結(jié)點(diǎn)處的相互連接關(guān)系?；《魏徒Y(jié)點(diǎn)的拓?fù)潢P(guān)系表現(xiàn)了這種連接性。10111213141516171234576弧段號(hào)起結(jié)點(diǎn)終結(jié)點(diǎn)12345671011111313141411121316141517494.1 地理空間信息基礎(chǔ)地理空間信息基礎(chǔ) （2）多邊形區(qū)域定義，）多邊形區(qū)域定義，多個(gè)弧段首尾相連構(gòu)成了多邊形的內(nèi)部區(qū)域。多邊形與弧段的拓?fù)潢P(guān)系表現(xiàn)了多邊形區(qū)域的定義。多邊形區(qū)域由弧段序列組成。多邊形F由弧段7、8、9、10組成，其中弧段7形成了多邊形的內(nèi)島。 1

30、2345678910多邊形弧BCDEF1,6,8,52,4,9,63,5,10,478,9,10,7ABCDEF504.1 地理空間信息基礎(chǔ)地理空間信息基礎(chǔ)（3）鄰接性，）鄰接性，通過(guò)定義弧段的左右多邊形及其方向性來(lái)判斷左右多邊形的鄰接性。弧段的左與右的拓?fù)潢P(guān)系表現(xiàn)了鄰接性。一個(gè)具有方向性的弧段，沿弧段方向有左邊和右邊之分。計(jì)算機(jī)正是依據(jù)弧段的左邊和右邊的關(guān)系來(lái)判斷位于該弧段兩邊多邊形的鄰接性。B多邊形和C多邊形分別在弧段6的左邊和右邊，因此它們具有鄰接性。 12345678910弧左多邊形12345678910AAACDBFBCDABCDEF右多邊形BCDDBCEFFF514.1 地理空間信

31、息基礎(chǔ)地理空間信息基礎(chǔ) 空間拓?fù)潢P(guān)系用來(lái)描述空間實(shí)體之間的相鄰、包含、相交、相離和重合等空間關(guān)系。主要包括面-面、面-點(diǎn)、面-線、線-線、線-點(diǎn)、點(diǎn)、點(diǎn)等多種形式上的空間關(guān)系 鄰接相交相離包含重合點(diǎn)-點(diǎn)線-線面-面點(diǎn)-線點(diǎn)-面線-面524.1 地理空間信息基礎(chǔ)地理空間信息基礎(chǔ)2、空間順序關(guān)系空間順序關(guān)系描述空間實(shí)體之間在空間上的排序，如實(shí)體之間的前后、左右和東、南西、北等方位關(guān)系。同拓?fù)潢P(guān)系的形式化描述類似，也具有面-面、面-點(diǎn)、面-線、線-線、線-點(diǎn)、點(diǎn)、點(diǎn)等多種形式上的空間關(guān)系。計(jì)算點(diǎn)狀實(shí)體之間的順序關(guān)系比較容易。只要計(jì)算兩點(diǎn)之間的連線與某一基準(zhǔn)方向的夾角即可。同樣在計(jì)算點(diǎn)狀實(shí)體與線狀實(shí)體

32、、點(diǎn)狀實(shí)體與面狀實(shí)體之間的順序關(guān)系時(shí)，只需將線狀實(shí)體、面狀實(shí)體視為它們的中心所形成的點(diǎn)狀實(shí)體，就轉(zhuǎn)化為點(diǎn)狀實(shí)體間的順序空間關(guān)系。所不同的是要判斷點(diǎn)狀實(shí)體是否落入線狀和面狀之中，如果是這樣，就不考慮順序關(guān)系。534.1 地理空間信息基礎(chǔ)地理空間信息基礎(chǔ)2、空間順序關(guān)系計(jì)算線狀實(shí)體之間以及線狀-面狀、面狀-面狀實(shí)體之間的順序關(guān)系的情況是復(fù)雜的。當(dāng)計(jì)算的實(shí)體間的距離很大時(shí)，實(shí)體的大小和形狀對(duì)它們之間的順序關(guān)系沒(méi)有影響，則可轉(zhuǎn)化為點(diǎn)，計(jì)算它們之間的點(diǎn)狀順序關(guān)系。但當(dāng)距離較小并且外接多邊形尚未相交時(shí)，算法變的非常復(fù)雜，目前沒(méi)有很好的解決辦法。544.1 地理空間信息基礎(chǔ)地理空間信息基礎(chǔ)3、度量空間關(guān)系、

33、度量空間關(guān)系度量空間關(guān)系用于描述空間實(shí)體之間的距離關(guān)系。這種距離關(guān)系可以定量描述為特定空間中的某種距離。 554.1 地理空間信息基礎(chǔ)地理空間信息基礎(chǔ)4.1.4 元數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)在地理信息的共享與交換種中，用戶對(duì)大量存在的、不同類型的數(shù)據(jù)的需求，要求數(shù)據(jù)的提供者能提供關(guān)于空間數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)庫(kù)等的內(nèi)容、格式、質(zhì)量指標(biāo)、說(shuō)明信息等引導(dǎo)使用的信息。這要通過(guò)元數(shù)據(jù)（Metadata）以及元數(shù)據(jù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。 。 564.1 地理空間信息基礎(chǔ)地理空間信息基礎(chǔ) 一、元數(shù)據(jù)的概念一、元數(shù)據(jù)的概念元數(shù)據(jù)就是“關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)”。元數(shù)據(jù)并不是一個(gè)新的概念。實(shí)際上，傳統(tǒng)的圖書館卡片、出版圖書的介紹、磁盤的標(biāo)簽、拍攝照片的說(shuō)

34、明、產(chǎn)品的說(shuō)明等都是元數(shù)據(jù)。地圖的元數(shù)據(jù)表現(xiàn)為地圖類型、圖例、圖名、比例尺、參照系、圖廓坐標(biāo)、精度、出版單位、日期等。當(dāng)?shù)乩硇畔⑥D(zhuǎn)化為數(shù)字產(chǎn)品后，數(shù)據(jù)的管理和應(yīng)用均會(huì)產(chǎn)生一些新的問(wèn)題，如數(shù)據(jù)生產(chǎn)者需要管理維護(hù)海量數(shù)據(jù)，用戶缺乏查詢可用數(shù)據(jù)的方便快捷的途徑，當(dāng)使用數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)的理解和格式轉(zhuǎn)換等缺乏了解。元數(shù)據(jù)可以解決這些問(wèn)題。574.1 地理空間信息基礎(chǔ)地理空間信息基礎(chǔ)元數(shù)據(jù)的主要作用歸納為：元數(shù)據(jù)的主要作用歸納為：1.幫助數(shù)據(jù)生產(chǎn)者有效管理和維護(hù)空間數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)文檔；2.提供數(shù)據(jù)生產(chǎn)者對(duì)數(shù)據(jù)產(chǎn)品的說(shuō)明信息，便于用戶查詢利用空間數(shù)據(jù)；3.提供通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)查詢數(shù)據(jù)的方法和途徑，便于數(shù)據(jù)交換和傳輸；4.幫助用戶了解數(shù)據(jù)的質(zhì)量信息，對(duì)數(shù)據(jù)的使用作出正確判斷；5.提供空間數(shù)據(jù)互操作的基礎(chǔ)。584.1 地理空間信息基礎(chǔ)地理空間信息基礎(chǔ)元數(shù)據(jù)的內(nèi)容：元數(shù)據(jù)的內(nèi)容：