Kang-tsung Chang地理信息系統(tǒng)導(dǎo)論知識(shí)考點(diǎn)

第1章緒論一、GIS地理信息系統(tǒng)(GIS)是用于采集、存儲(chǔ)、查詢、分析和顯示地理空間數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。地理空間數(shù)據(jù)又稱地理參照數(shù)據(jù)，是用于描述位置和空間要素屬性的數(shù)據(jù)。1.GIS組成(1)硬件硬件包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。其他設(shè)備還包括顯示器、數(shù)字化儀和掃描儀，全球定位系統(tǒng)(GPS)接收器和野外工作的移動(dòng)設(shè)備，打印機(jī)和繪圖儀。(2)軟件GIS軟件包括源代碼和用戶界面。(3)專業(yè)人員GIS專業(yè)人員確定使用GIS的目的和目標(biāo)。(4)基礎(chǔ)設(shè)施基本設(shè)施包括必備的技能、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)交換中心和通用組織模式。.GIS簡(jiǎn)史20世紀(jì)60年代末以來(lái)計(jì)算機(jī)用于存儲(chǔ)和處理地理參照數(shù)據(jù)。60年代末到70年代①愛(ài)丁堡大學(xué)的計(jì)算機(jī)制圖，哈佛計(jì)算機(jī)圖形實(shí)驗(yàn)室和試驗(yàn)制圖單位。②加拿大土地勘查和其后的加拿大地理信息系統(tǒng)的發(fā)展。③lanMcHarg的《自然設(shè)計(jì)》的出版及其所包含的用于適宜性分析的地圖疊置方法。④美國(guó)人口普查局的DIME(二值獨(dú)立地圖編碼)系統(tǒng)中引入帶有拓?fù)潢P(guān)系的城市街道網(wǎng)絡(luò)。20世紀(jì)90年代圖形用戶界面(GUI)、功能強(qiáng)大和能支付得起的軟硬件以及公共數(shù)字化數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，拓寬了GIS的應(yīng)用范圍，并使GIS進(jìn)入主流應(yīng)用。.GIS軟件產(chǎn)品ESRI公司主要軟件產(chǎn)品是ArcGIS,它包括ArcView、ArcEditor和Arcinfo三種可擴(kuò)充系統(tǒng)。Intergraph公司兩個(gè)主要產(chǎn)品：GeoMedia和MGE。二、GIS應(yīng)用.GIS在網(wǎng)絡(luò)上應(yīng)用于自然資源管理的實(shí)例(1)突發(fā)事件信息系統(tǒng)將野火事件編成目錄，并提供火情信息。2)土地管理局維護(hù)的公共網(wǎng)站公布地塊、礦藏和采礦權(quán)等數(shù)據(jù)。(3)國(guó)家氣象局提供天氣數(shù)據(jù)。.互聯(lián)網(wǎng)上GIS新近應(yīng)用的例子(1)美國(guó)住房和城市發(fā)展部有一項(xiàng)在線服務(wù)“繪制你的社區(qū)“，它令用戶將住宅開(kāi)發(fā)信息與環(huán)境數(shù)據(jù)、洪水災(zāi)害、人口地理和其他數(shù)據(jù)結(jié)合在一起制圖。(2)美國(guó)國(guó)家司法研究所用GIS繪制犯罪記錄地圖并分析其時(shí)空模式。(3)美國(guó)衛(wèi)生與公眾服務(wù)部的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)提供了獲取衛(wèi)生資源的信息，包括社區(qū)衛(wèi)生服務(wù)中心。(4)由美國(guó)聯(lián)邦高速公路管理局提供的人口普查交通規(guī)劃軟件包，包括在國(guó)家的高速公路規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)和交通規(guī)劃中的其他GIS數(shù)據(jù)資源。(5)國(guó)家地理空間技術(shù)推廣網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)連接GIS與具體地點(diǎn)的農(nóng)業(yè)活動(dòng)來(lái)促進(jìn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)。.新近的商業(yè)應(yīng)用類型(1)交互式制圖網(wǎng)站提供定位尋找不動(dòng)產(chǎn)清單、信用社服務(wù)中心、餐館、咖啡館和酒店。(2)基于位置的服務(wù)可確定移動(dòng)電話用戶的位置信息，如附近的自動(dòng)取款機(jī)和餐館，并可追蹤朋友、約會(huì)對(duì)象、小孩和老人。(3)移動(dòng)GIS允許外業(yè)工人在野外收集和利用地理空間數(shù)據(jù)。(4)移動(dòng)資源管理工具跟蹤和管理野外工人的位置和實(shí)時(shí)移動(dòng)資產(chǎn)。(5)汽車導(dǎo)航系統(tǒng)給司機(jī)提供實(shí)時(shí)監(jiān)控、最優(yōu)路線，并即時(shí)更新路況信息。三、地理參照數(shù)據(jù).坐標(biāo)系統(tǒng)地球表面的空間要素是以地理坐標(biāo)系統(tǒng)為參照，用經(jīng)緯度值來(lái)表示的。這些要素在地圖上顯示時(shí)通常是基于投影坐標(biāo)系統(tǒng)，用x、y坐標(biāo)表示。這兩個(gè)空間參照系統(tǒng)通過(guò)投影過(guò)程聯(lián)系在一起。.矢量數(shù)據(jù)模型(1)矢量數(shù)據(jù)模型的定義矢量數(shù)據(jù)模型使用點(diǎn)及其x、y坐標(biāo)來(lái)表示具有清晰空間位置和邊界的具體要素。矢量數(shù)據(jù)模型可以分為如下兩類：①地理關(guān)系數(shù)據(jù)模型地理關(guān)系數(shù)據(jù)模型將空間要素的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)分別存儲(chǔ)，兩者通過(guò)要素ID連接起來(lái)。②基于對(duì)象的數(shù)據(jù)模型基于對(duì)象的數(shù)據(jù)模型將幾何形狀和屬性存儲(chǔ)在唯一系統(tǒng)中，并將空間要素看作具有相關(guān)屬性和方法的對(duì)象。(2)拓?fù)涞臄?shù)據(jù)意義①拓?fù)涿魑乇磉_(dá)了要素之間的空間關(guān)系。②拓?fù)浔ＷC了矢量數(shù)據(jù)的完整性。(3)非拓?fù)涞臄?shù)據(jù)意義非拓?fù)涞臄?shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)交互式操作，并能在電腦上較快顯示。(4)分區(qū)分區(qū)允許空間不相鄰多邊形和重疊多邊形的存在。(5)動(dòng)態(tài)分段動(dòng)態(tài)分段將一維的線段測(cè)量和兩維的投影坐標(biāo)結(jié)合起來(lái)。3.柵格數(shù)據(jù)模型柵格數(shù)據(jù)模型使用格網(wǎng)和格網(wǎng)像元來(lái)表示如高程、降水等連續(xù)要素。每個(gè)像元有一個(gè)值，代表該像元位置上的連續(xù)表面的數(shù)值。四、GIS操作GIS操作的分類如下：.空間數(shù)據(jù)輸入現(xiàn)有的數(shù)據(jù)可以從互聯(lián)網(wǎng)上獲取，新數(shù)據(jù)可以通過(guò)紙質(zhì)地圖、衛(wèi)星影像、GPS數(shù)據(jù)、野外調(diào)查、街道地址以及帶有x、y坐標(biāo)的文本文件數(shù)字化獲得。新建的數(shù)字化地圖大都需要編輯和幾何轉(zhuǎn)換。.屬性數(shù)據(jù)管理屬性數(shù)據(jù)用來(lái)描述空間要素的特征，這些數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)字化和編輯來(lái)輸入和校驗(yàn)。.數(shù)據(jù)顯示用于展示的地圖通常具有一系列要素：標(biāo)題、副標(biāo)題、地圖主體、圖例、指北針、比例尺、注釋、圖廓線和邊框。這些要素作為一個(gè)整體將空間信息傳遞給地圖用戶。.數(shù)據(jù)探查數(shù)據(jù)探查通常是數(shù)據(jù)分析的前期工作，包括弄清數(shù)據(jù)中的大概趨勢(shì)，更好地觀察并理解數(shù)據(jù)子集，以及關(guān)注數(shù)據(jù)集間的可能關(guān)系。.數(shù)據(jù)分析(1)矢量數(shù)據(jù)分析的工具；(2)柵格數(shù)據(jù)分析的工具；(3)地形制圖與分析；(4)視域和流域；(5)地理編碼和動(dòng)態(tài)分段；(6)路徑分析和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。.GIS模型和建模GIS模型一般可分為以下4種類型：(1)二值模型二值模型通過(guò)對(duì)地圖疊置分析輸出結(jié)果的查詢，將符合指標(biāo)的區(qū)域與不符合指標(biāo)的分離出來(lái)。(2)指數(shù)模型指數(shù)模型則從地圖疊置輸出結(jié)果計(jì)算出指數(shù)值，基于指數(shù)值生成等級(jí)區(qū)域。(3)回歸模型回歸模型也是依賴地圖疊置來(lái)進(jìn)行自變量與因變量之間統(tǒng)計(jì)關(guān)系的數(shù)據(jù)組合分析。(4)過(guò)程模型過(guò)程模型是綜合有關(guān)現(xiàn)實(shí)世界環(huán)境過(guò)程的已有知識(shí)，并用一組關(guān)系式和方程使過(guò)程定量化。第2章坐標(biāo)系統(tǒng)一、地理坐標(biāo)系統(tǒng).地理坐標(biāo)系統(tǒng)的定義地理坐標(biāo)系統(tǒng)是地球表面空間要素的定位參照系統(tǒng)。地理坐標(biāo)系統(tǒng)是由經(jīng)度和緯度定義的。(1)經(jīng)緯度的度量經(jīng)度是從本初子午線開(kāi)始向東或向西量度角度，緯度是從赤道平面向北或向南量度角度。圖2-1左圖上的a代表經(jīng)度讀數(shù)，右圖上的b代表緯度讀數(shù)。經(jīng)、緯度均

用角度度量(2)子午線子午線是指經(jīng)度相同的線。本初子午線經(jīng)過(guò)英格蘭的格林尼治，經(jīng)度為0。以本初子午線為參照，可以從本初子午線開(kāi)始向東或向西在。。?180。測(cè)量地球表面某個(gè)地點(diǎn)的經(jīng)度值。（3）緯線緯線是指緯度相同的線。以赤道為0°緯度，從赤道向南或向北在0°?90。測(cè)量緯度值。緯線用于測(cè)量南北方向的位置。（4）地理坐標(biāo)與平面坐標(biāo)本初子午線和赤道被看作是地理坐標(biāo)系統(tǒng)的基線。地理坐標(biāo)的符號(hào)就像一個(gè)平面坐標(biāo)：經(jīng)度值相當(dāng)于坐標(biāo)系統(tǒng)的x值，緯度值相當(dāng)于y值。GIS中通常輸入帶正號(hào)或負(fù)號(hào)的經(jīng)度和緯度值。經(jīng)度值以東半球?yàn)檎靼肭驗(yàn)樨?fù)。緯度值以赤道以北為正，赤道以南為負(fù)。（5）經(jīng)緯度的表示經(jīng)線和緯線的角度可以用度一分一秒（DMS）、十進(jìn)制表示的度數(shù)（DD）,或者是弧度（rad）的形式表示。.地球的近似表示（1）橢球體地球的赤道比兩極之間寬一些，與地球形狀比較接近的是一個(gè)以橢圓短軸旋轉(zhuǎn)而成的橢球，也稱為橢球體。（2）橢球體的基本特征橢球有與赤道相連的長(zhǎng)軸（a）和與極點(diǎn)相接的短軸（b）（圖2-2）o參數(shù)扁率（f）用于測(cè)量橢球兩軸的差異，定義公式為（a-b）/a。圖2-2扁率取決于長(zhǎng)半軸a與短半軸b之差異3.大地基準(zhǔn)（1）大地基準(zhǔn)的定義大地基準(zhǔn)是地球的一個(gè)數(shù)學(xué)模型，可作為計(jì)算某個(gè)位置地理坐標(biāo)的參照或基礎(chǔ)。大地基準(zhǔn)的定義包括大地原點(diǎn)、用于計(jì)算的橢球參數(shù)、橢球與地球在原點(diǎn)的分離。（2）大地基準(zhǔn)的演變①20世紀(jì)80年代末，克拉克橢球1866作為一個(gè)大地測(cè)量橢球體，成為美國(guó)地圖繪制的標(biāo)準(zhǔn)橢球體。②NAD27（1927年北美基準(zhǔn)面）建立在克拉克橢球1866的基礎(chǔ)上，其原點(diǎn)位于堪薩斯州的MeadesRancho③1986年美國(guó)國(guó)家大地測(cè)量局（NGS）引入的NAD83（1983年北美基準(zhǔn)）是以GRS80（大地測(cè)量參照系統(tǒng)1980）橢球體為基礎(chǔ)的以地球?yàn)橹行模ㄒ卜Q為地心）的基準(zhǔn)面。④WGS84（全球大地測(cè)量系統(tǒng)1984）是由美國(guó)國(guó)防部的國(guó)家圖像與制圖局（NIMA,現(xiàn)在的國(guó)家地理空間情報(bào)局，或稱為NGA）制定的參照系統(tǒng)或基準(zhǔn)。二、地圖投影.地圖投影的定義及優(yōu)點(diǎn)（1）地圖投影的定義投影是從球形的地球表面到平面的轉(zhuǎn)換過(guò)程，這個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程的結(jié)果是地圖投影，即以經(jīng)緯線在平面上以系統(tǒng)排列來(lái)代表地理坐標(biāo)系統(tǒng)。（2）地圖投影的優(yōu)點(diǎn)①地圖投影可用二維的紙質(zhì)或數(shù)字地圖代替地球儀；②地圖投影可用平面坐標(biāo)或投影坐標(biāo)，而不是是經(jīng)緯度值。用地理坐標(biāo)計(jì)算會(huì)更加復(fù)雜，還會(huì)減少距離測(cè)量的精度。.地圖投影類型（1）按地圖投影所保留的性質(zhì)分類及其特征①分類制圖者通常根據(jù)地圖投影所保留的性質(zhì)將其分成四類：正形、等面積或等積、等距和等方向或真方位。②特征a.正形投影保留了局部角度及其形狀；b.等積投影以正確的相對(duì)大小顯示面積；c.等距投影保持沿確定路線的比例尺不變；d.等方位投影保持確定的準(zhǔn)確方向。（2）按投影面來(lái)分類地圖投影可根據(jù)投影面劃分為圓柱投影、圓錐投影和方位投影。.地圖投影參數(shù)（1）標(biāo)準(zhǔn)線的定義標(biāo)準(zhǔn)線是指投影面與參考橢球的切線，是定義地圖投影的一個(gè)普通參數(shù)，它與切割狀態(tài)直接相關(guān)。如果標(biāo)準(zhǔn)線沿緯線方向則稱為標(biāo)準(zhǔn)緯線，如果沿經(jīng)線方向則稱為標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)線。（2）比例尺①定義比例尺是指圖上（或球體）距離與相應(yīng)的實(shí)地距離之間的比值，是一種普通的測(cè)量投影變形方法。②適用范圍主比例尺僅適用于地圖投影的標(biāo)準(zhǔn)線，這就是標(biāo)準(zhǔn)緯線有時(shí)也稱為真比例尺緯線的原因。局部比例尺適用于地圖投影的其他部分。局部比例尺會(huì)依投影變形的程度而發(fā)生變化。（3）比例系數(shù)的定義比例系數(shù)是標(biāo)準(zhǔn)局部比例尺，即局部比例尺與主比例尺的比值。三、常用地圖投影.橫軸墨卡托投影橫軸墨卡托投影又稱為高斯-克里格投影，是墨卡托投影的一種變種，是世界上最有名的投影。墨卡托投影用的是標(biāo)準(zhǔn)緯線，而橫軸墨卡托投影用的則是標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)線。兩種投影都屬于正形投影。.蘭勃特正形圓錐投影對(duì)于東西伸展大于南北伸展的中緯度地區(qū)，用蘭勃特正形圓錐投影是一個(gè)很好的選擇。.阿伯斯等積圓錐投影阿伯斯等積圓錐投影要求的參數(shù)與蘭勃特正形圓錐投影所要求的參數(shù)相同。實(shí)際上兩個(gè)投影看起來(lái)很相似，不同之處在于一個(gè)是等積投影而另一個(gè)是正形投影。.等距圓錐投影等距圓錐投影也稱為簡(jiǎn)單圓錐投影。該投影保持了所有經(jīng)線和一條或兩條標(biāo)準(zhǔn)線上的距離性質(zhì)。它所用的參數(shù)與蘭勃特正形圓錐投影所用的參數(shù)相同。四、投影坐標(biāo)系統(tǒng).投影坐標(biāo)系統(tǒng)的定義投影坐標(biāo)系統(tǒng)是基于地圖投影而建立的。投影坐標(biāo)系統(tǒng)和地圖投影可以交替使用。美國(guó)常用以下三種坐標(biāo)系統(tǒng)：通用橫軸墨卡托格網(wǎng)系統(tǒng)、通用極射格網(wǎng)系統(tǒng)(UPS)和國(guó)家平面坐標(biāo)系統(tǒng)(SPC)。.通用橫軸墨卡托格網(wǎng)系統(tǒng)UTM格網(wǎng)系統(tǒng)適用于全世界范圍。(2)將84小到8(TS的地球表面分成60個(gè)帶，每個(gè)帶覆蓋6個(gè)經(jīng)度，并從18CTW開(kāi)始編為第一帶，依序編號(hào)。(3)每個(gè)帶又分成南北兩個(gè)半球。每個(gè)UTM分帶名稱都帶有一個(gè)號(hào)碼和一個(gè)字母。圖2-3顯示美國(guó)大陸的UTM分帶。圖2-3美國(guó)的UTM分帶，從10N分帶到19N分帶.通用極射坐標(biāo)系格網(wǎng)系統(tǒng)UPS格網(wǎng)系統(tǒng)覆蓋了極地地區(qū)。與UTM格網(wǎng)系統(tǒng)相似，極射投影以極點(diǎn)為中心，并將極地地區(qū)分成一系列100000m2的地區(qū)。.國(guó)家平面坐標(biāo)系統(tǒng)SPC系統(tǒng)的定義SPC系統(tǒng)是在20世紀(jì)30年代發(fā)展起來(lái)的，用于永久記錄美國(guó)最初土地調(diào)查界碑位置。為了保持1：10000或更大比例尺的精度，一個(gè)州可能有兩個(gè)或多個(gè)SPC分帶。SPC的特點(diǎn)①每個(gè)SPC帶都有一個(gè)地圖投影。②南北方向延伸的帶適用橫軸墨卡托投影，東西方向延伸的帶適用蘭勃特正形圓錐投影。③每個(gè)SPC帶中點(diǎn)的位置都用該帶西南端的偽原點(diǎn)來(lái)度量。.公用土地調(diào)查系統(tǒng)PLSS是一個(gè)土地分區(qū)系統(tǒng)。采用鎮(zhèn)區(qū)和山脈相交線，該系統(tǒng)將主要位于中、西部各州的土地分成6mix6mi的方格或鎮(zhèn)區(qū)。每個(gè)鎮(zhèn)區(qū)進(jìn)一步被分成36個(gè)llniz(640acres)的單元，稱為地塊(實(shí)際上，很多地塊的大小都不是精確的1mix1mi)。五、在GIS中運(yùn)用坐標(biāo)系統(tǒng).投影文件(1)投影文件的定義投影文件是一個(gè)存儲(chǔ)了數(shù)據(jù)集所基于的坐標(biāo)系統(tǒng)的信息的文本文件。(2)投影文件包含的信息投影文件包括三個(gè)部分①第一部分定義地理坐標(biāo)系統(tǒng)大地基準(zhǔn)面定義為NAD83,橢球體定義為GRS80,本初子午線為格林尼治0。經(jīng)線，單位為度。②第二部分列明了各投影參數(shù)名稱、橫坐標(biāo)東移假定值、縱坐標(biāo)北移假定值、中央經(jīng)線、比例系數(shù)和緯度原點(diǎn)。③第三部分定義線單位為米（3）投影文件的用途①識(shí)別數(shù)據(jù)集的坐標(biāo)系；②可用于該數(shù)據(jù)集的投影或重新投影；③可輸出到基于相同坐標(biāo)系統(tǒng)的其他數(shù)據(jù)集。.預(yù)定義坐標(biāo)系統(tǒng)GIS軟件包通常把坐標(biāo)系統(tǒng)分成預(yù)定義和自定義兩組。一個(gè)預(yù)定義坐標(biāo)系統(tǒng)，無(wú)論是地理坐標(biāo)系統(tǒng)還是投影坐標(biāo)系統(tǒng)，都意味著其參數(shù)值已知或在GIS軟件包中已被編碼。因此用戶可以選擇預(yù)定義坐標(biāo)系統(tǒng)而無(wú)需定義參數(shù)。相反，自定義坐標(biāo)系統(tǒng)要求用戶指定參數(shù)值。.即時(shí)投影即時(shí)投影是GIS銷售商重點(diǎn)推介的一個(gè)特征。即時(shí)投影可根據(jù)不同坐標(biāo)系統(tǒng)顯示其數(shù)據(jù)集。軟件包使用現(xiàn)有投影文件并自動(dòng)將數(shù)據(jù)集轉(zhuǎn)換成通用坐標(biāo)系統(tǒng)，這個(gè)通用坐標(biāo)系統(tǒng)是所顯示的第一個(gè)數(shù)據(jù)集的默認(rèn)坐標(biāo)系統(tǒng)。第3章矢量數(shù)據(jù)模型一、簡(jiǎn)單要素的表示.空間要素的表示矢量數(shù)據(jù)模型用點(diǎn)、線和面等幾何對(duì)象來(lái)表示簡(jiǎn)單的空間要素。.點(diǎn)、線、面所表示要素的區(qū)別這三種幾何對(duì)象及其所表示的要素間的區(qū)別在于維度和性質(zhì)。⑴點(diǎn)點(diǎn)的維數(shù)為零，且只有位置性質(zhì)。點(diǎn)要素由一個(gè)點(diǎn)或一系列獨(dú)立點(diǎn)組成。(2)線線是一維的，除了位置之外，還有長(zhǎng)度特性。線是由兩個(gè)端點(diǎn)及其之間一系列具有標(biāo)記線形態(tài)的點(diǎn)所構(gòu)成，線的形態(tài)可以是平滑曲線或者是折線(相連的直線線段)。折線要素由線組成。(3)面面是二維的，除了位置之外，還有面積和周長(zhǎng)性質(zhì)。面由連接的、閉合的和不相交的線段組成，面要素可以是單獨(dú)邊界的或與其他面共享邊界的。面要素由多邊形組成。二、拓?fù)?拓?fù)涞亩x拓?fù)涫茄芯繋缀螌?duì)象在彎曲或拉伸等變換下仍保持不變的性質(zhì)。.拓?fù)浣y(tǒng)一地理編碼格式拓?fù)湓诘乩砜臻g技術(shù)上的早期應(yīng)用是來(lái)自美國(guó)人口普查局的拓?fù)浣y(tǒng)一地理編碼格式（TIGER）數(shù)據(jù)庫(kù)。（1）普查區(qū)在TIGER數(shù)據(jù)庫(kù)中，點(diǎn)稱為0像元，線稱為1像元，面稱為2像元。TIGER數(shù)據(jù)庫(kù)中每一個(gè)1像元是一條從起點(diǎn)指向終點(diǎn)的且有明確左右側(cè)的有向線。（2）每一個(gè)2像元和0像元都有與之相關(guān)聯(lián)的1像元知識(shí)。3）TIGER數(shù)據(jù)庫(kù)包括點(diǎn)、線和面之間的空間關(guān)系?；谶@種內(nèi)置的空間關(guān)系，TIGER數(shù)據(jù)庫(kù)可以將街區(qū)與構(gòu)成其邊界的街道或道路聯(lián)系起來(lái)，同樣，也可以確定在某一條街道左側(cè)或右側(cè)的地址。3.拓?fù)涞闹匾酝負(fù)溆袃蓚€(gè)主要優(yōu)點(diǎn)：（1）拓?fù)淠艽_保數(shù)據(jù)質(zhì)量和完整性。（2）拓?fù)淇蓮?qiáng)化GIS分析。三、地理關(guān)系數(shù)據(jù)模型.CoverageCoverage支持以下三種基本拓?fù)潢P(guān)系。（1）連接性弧段間通過(guò)節(jié)點(diǎn)彼此連接；(2)面定義由一系列相連的弧段定義面；(3)鄰接性弧段有方向性，且有左多邊形和右多邊形。.Coverage數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(1)點(diǎn)的Coverage數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)點(diǎn)的Coverage很簡(jiǎn)單，包含要素標(biāo)識(shí)碼(IDs)和成對(duì)的x和y坐標(biāo)(圖3-1)。圖3-1點(diǎn)的Coverage數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(2)線的Coverage數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖3-2顯示線的Coverage數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。開(kāi)始點(diǎn)稱為起“始節(jié)點(diǎn)”，結(jié)束點(diǎn)稱為“到節(jié)點(diǎn)弧段-節(jié)點(diǎn)表列出了弧段-節(jié)點(diǎn)的關(guān)系。

(10.10)段V點(diǎn)清?髭段紂(10.10)段V點(diǎn)清?髭段紂1(0,9)(2j9>209—3(N9HW(4.4”540力(17)(7，)3)(4力S(UKU)6(42乂4.0)H段坐標(biāo)庸?圖3-2線的Coverage數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（3）面的Coverage數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖3-3顯示面的Coverage數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。多邊形-弧段表顯示多邊形和弧段之間的關(guān)系。在圖3-3中的弧段-坐標(biāo)清單顯示了組成弧段的節(jié)點(diǎn)和端點(diǎn)。多邊影號(hào) I3多邊影號(hào) I3 I血 |<23.0,3型標(biāo)12，4磨（9陽(yáng)《9對(duì)34?9)(4.7)(5,5)04))06”””5,3》670.7)(6.8i(7：7)(7^(i.6l($.T)圖3-3多邊形的Coverage數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu).非拓?fù)涫噶繑?shù)據(jù)在ESRI產(chǎn)品中采用的標(biāo)準(zhǔn)非拓?fù)鋽?shù)據(jù)格式稱為Sh叩efile。非拓?fù)鋽?shù)據(jù)有兩個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)：1）非拓?fù)涫噶繑?shù)據(jù)能比拓?fù)鋽?shù)據(jù)更快速地在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示出來(lái)。對(duì)于僅僅是使用而不是生產(chǎn)GIS數(shù)據(jù)的用戶而言，該優(yōu)點(diǎn)特別重要。2）非拓?fù)鋽?shù)據(jù)具有非專有性和互操作性，這意味著非拓?fù)鋽?shù)據(jù)可以在不同軟件包之間通用。四、基于對(duì)象數(shù)據(jù)模型基于對(duì)象數(shù)據(jù)模型將地理空間數(shù)據(jù)作為對(duì)象。基于對(duì)象的數(shù)據(jù)模型把空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在一個(gè)系統(tǒng)中；基于對(duì)象的數(shù)據(jù)模型允許一個(gè)空間要素（對(duì)象）與一系列屬性和方法相聯(lián)系。.類和類之間的關(guān)系（1）類的定義類是一系列具有相似屬性的對(duì)象。（2）類之間的關(guān)系為了使軟件開(kāi)發(fā)商能夠系統(tǒng)地組織類和它們的屬性及方法，面向?qū)ο蠹夹g(shù)允許建立類之間的關(guān)系。①聯(lián)合聯(lián)合指兩個(gè)類之間有多少種對(duì)應(yīng)關(guān)系。形成對(duì)應(yīng)關(guān)系的兩個(gè)類可構(gòu)成一個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系表達(dá)式。對(duì)應(yīng)關(guān)系表達(dá)式的一端是1（默認(rèn)），另一端是1或更多（1..*）O②聚合聚合定義了類之間的整體與部分的關(guān)系。聚合是聯(lián)合概念的一種情況，只是在對(duì)應(yīng)關(guān)系表達(dá)式的一端（“整體”）數(shù)目為1,而另一端（“部分”）是0或任意一個(gè)正整數(shù)。③合成合成描述部分是不能獨(dú)立于整體存在的一種聯(lián)合。④類繼承類繼承指的是父類和子類間的關(guān)系。子類是父類的一員，并繼承父類的屬性和方法，但是子類可以擁有區(qū)別于父類中其他子類的屬于自己的屬性和方法。⑤實(shí)例化實(shí)例化指一個(gè)類的對(duì)象可以由另一個(gè)類中的對(duì)象創(chuàng)建。.接口1）接口的定義接口代表類或者對(duì)象的一系列外部可視化操作。基于對(duì)象技術(shù)是使用封裝性將對(duì)象的屬性和方法隱藏起來(lái)，使得只能通過(guò)預(yù)定義接口訪問(wèn)對(duì)象的技術(shù)。2）如何用兩個(gè)接口來(lái)獲得一個(gè)要素圖層的區(qū)域范圍①通過(guò)IGeodataset這一Geodataset對(duì)象所支持的接口來(lái)訪問(wèn)Extent屬性屬性Extent返回對(duì)象Envelope,用于執(zhí)行［Envelope接口。②用接口的屬性XMin、XMax、YMin和YMax來(lái)獲得區(qū)域范圍。3.GeodatabaseGeodatabaseGeodatabase是基于對(duì)象矢量數(shù)據(jù)模型的一個(gè)例子，是由ESRI公司開(kāi)發(fā)的作為ArcGISDesktop基礎(chǔ)的AreObjeets的一部分。AreObjeetsAreObjeets包含數(shù)千的對(duì)象和類。許多ArcGIS用戶不需要直接處理AreObjeets,因?yàn)椴藛?、圖標(biāo)和對(duì)話框已經(jīng)由ESRI公司制定，以訪問(wèn)在AreObjeets中的對(duì)象以及它們的屬性和方法。Geodatabase對(duì)矢量空間要素的表示方法①點(diǎn)點(diǎn)要素可以是單一的一個(gè)點(diǎn)，也可以由多個(gè)點(diǎn)組成。②聚合線聚合線要素由一系列線段組成，線段間可以相互連接或不連接。③多邊形多邊形要素由一個(gè)或多個(gè)環(huán)組成。一個(gè)環(huán)由一系列相互連接的、閉合的和無(wú)交叉的線段組成。Geodatabase對(duì)矢量數(shù)據(jù)集的組織Geodatabase將矢量數(shù)據(jù)集組織成要素類和要素?cái)?shù)據(jù)集。①要素類要素類存儲(chǔ)具有相同幾何類型的空間要素。除了要素類外，Geodatabase也能存儲(chǔ)柵格數(shù)據(jù)、不規(guī)則三角網(wǎng)、位置數(shù)據(jù)和屬性表。②要素?cái)?shù)據(jù)集要素?cái)?shù)據(jù)集存儲(chǔ)具有相同坐標(biāo)系和區(qū)域范圍的要素類。要素?cái)?shù)據(jù)集中包含的要素類與其他要素類有拓?fù)潢P(guān)聯(lián)，如不同水平的人口普查單元共用邊界。Geodatabase的用途Geodatabase可用于單個(gè)用戶，也可用于多個(gè)用戶。①單個(gè)用戶單用戶數(shù)據(jù)庫(kù)可以是個(gè)人Geodatabase或者文件Geodatabase。a.個(gè)人Geodatabase個(gè)人Geodatabase將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在MicrosoftAccess數(shù)據(jù)庫(kù)的表格中，以mdb為擴(kuò)展名；b.文件Geodatabase文件Geodatabase是把數(shù)據(jù)以許多小文件的形式存儲(chǔ)在文件夾中，以gdb為擴(kuò)展名。它沒(méi)有整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的大小限制，并且可以跨平臺(tái)作業(yè)。②多個(gè)用戶多用戶或者ArcSDEgeodatabase在數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)如Oracle、MicrosoftSQLServer>IBMDB2和Informix中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。4.拓?fù)湟?guī)則(1)拓?fù)湟?guī)則Geodatabase提供了即時(shí)拓?fù)洌瑢⑼負(fù)涠x為關(guān)系規(guī)則，讓用戶選擇規(guī)則，并在要素?cái)?shù)據(jù)集中執(zhí)行。（2）拓?fù)湟?guī)則按要素分類表3-1顯示按要素類歸納的25種拓?fù)湟?guī)則。一些規(guī)則用于一個(gè)要素類里的要素，而另一些用于兩個(gè)或多個(gè)要素類。用于一個(gè)幾何要素類中的要素的規(guī)則，在功能上與Coverage模型所帶的拓?fù)湎嗨?；用于兩個(gè)或多個(gè)要素類的規(guī)則只出現(xiàn)在Geodatabase中。表3-1Geodatabase數(shù)據(jù)模型中的拓?fù)湟?guī)則要素類規(guī)則多邊形不重疊，沒(méi)有間隙，不與其他圖層重疊，必須被另一要素類覆蓋，必須相互覆蓋，必須被覆蓋，邊界必須被覆蓋，區(qū)域邊界必須被另一邊界覆蓋，包含點(diǎn)線不重疊，不相交，沒(méi)有懸掛弧段，沒(méi)有偽結(jié)點(diǎn)，不相交或內(nèi)部接觸，不與其他圖層重疊，必須被另一要素類覆蓋，必須被另一圖層的邊界覆蓋，終節(jié)點(diǎn)必須被覆蓋，不能自重疊，不能自相交，必須是單一部分點(diǎn)必須被另一圖層的邊界覆蓋，必須位于多邊形內(nèi)部，必須被另一圖層的終節(jié)點(diǎn)覆蓋，必須被線覆蓋（3）拓?fù)湟?guī)則的實(shí)際應(yīng)用①國(guó)家間不能重疊；②國(guó)家間不能存在間隙；③國(guó)界不能有懸掛點(diǎn)（即國(guó)界必須封閉）；④人口普查區(qū)和縣必須彼此覆蓋；⑤投票區(qū)必須被縣覆蓋；⑥等高線不能相交；⑦州際道路必須被參照線的要素類覆蓋(如道路要素類)；③里程標(biāo)志必須被參照線覆蓋；⑨標(biāo)識(shí)點(diǎn)必須落在多邊形內(nèi)。Geodatabase數(shù)據(jù)模型的優(yōu)點(diǎn)Geodatabase的等級(jí)結(jié)構(gòu)對(duì)于數(shù)據(jù)組織和管理十分有利Geodatabase是ArcObjects的一部分，它具有面向?qū)ο蠹夹g(shù)的優(yōu)勢(shì)Geodatabase提供即時(shí)拓?fù)?，適用于要素類內(nèi)的要素或者兩個(gè)或更多的參與要素類拓?fù)淇梢源_保數(shù)據(jù)的完整性并能提高某些類型的數(shù)據(jù)分析。即時(shí)拓?fù)浣o用戶提供了多種選擇，并讓他們決定哪些拓?fù)湟?guī)則是項(xiàng)目所需要的。(4)在ArcObjeets中有許多的對(duì)象、屬性和方法可供GIS用戶定制應(yīng)用定制應(yīng)用可以減少大量的重復(fù)性工作，加速工作流程，可以創(chuàng)建ArcGIS不易實(shí)現(xiàn)的功能。ArcObjects提供了一個(gè)可以按照各行各業(yè)的需求定制對(duì)象的模型五、復(fù)合要素的表示復(fù)合要素是指以點(diǎn)、線和面合成應(yīng)用而更好表示的空間要素。.不規(guī)則三角網(wǎng)TIN的特點(diǎn)TIN把地表近似描繪成一組互不重疊的三角面。每個(gè)三角面在TIN中都有一個(gè)恒定的傾斜度。平坦地區(qū)可用少量樣點(diǎn)和大三角形來(lái)描繪，而高度變化大的地區(qū)則需要更密而較小的三角面來(lái)描繪。TIN用來(lái)地形制圖和分析，特別是用3-D表達(dá)。TIN的基本組成要素TIN組成要素包括點(diǎn)、線和面。①初始TIN組成要素初始的TIN可以由高程點(diǎn)和等高線來(lái)構(gòu)造，可以與線要素如河流、山脊線、道路，面要素如湖泊和水庫(kù)相結(jié)合，以提高地表擬合精度。②制作好的TIN組成要素一個(gè)制作好的TIN由三種幾何對(duì)象組成：三角形（區(qū)域）、點(diǎn)（節(jié)點(diǎn)）和線（邊界）。TIN數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)TIN數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括三角形編號(hào)、每個(gè)毗連三角形的編號(hào)和數(shù)據(jù)文件，數(shù)據(jù)文件列表顯示點(diǎn)、邊界以及每個(gè)高程點(diǎn)的x、y和z值（圖3-4）o三角形節(jié)點(diǎn)清單相鄰101II.13.12一J02.-10213,14.12103.-,10110313.15.14102圖3-4TIN的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu).分區(qū)（1）分區(qū)的定義分區(qū)是指具有相似特征的地域范圍。等級(jí)分區(qū)將地表逐級(jí)細(xì)分，隨著分區(qū)變小其內(nèi)部相似性遞增。（2）分區(qū)數(shù)據(jù)模型應(yīng)能處理的空間特征①分區(qū)可以在空間上相連和分離；②分區(qū)可重疊或涵蓋相同區(qū)域（圖3-5）。簡(jiǎn)單的多邊形Coverage不能處理這兩個(gè)特征，因此分區(qū)在多邊形Coverage中以亞類來(lái)組織，并且通過(guò)附加數(shù)據(jù)文件，每個(gè)分區(qū)與其上的多邊形和弧段建立聯(lián)系。

圖3-5分區(qū)數(shù)據(jù)模型允許分區(qū)相互重疊(a),且可有空間上分離的多邊形(b)分區(qū)-多邊形清單分區(qū)-多邊形清單圖3-6分區(qū)亞類的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(3)分區(qū)亞類分區(qū)亞類可由現(xiàn)有的多邊形和弧段生成，許多政府部門已使用分區(qū)數(shù)據(jù)模型來(lái)創(chuàng)建和存儲(chǔ)派生數(shù)據(jù)圖層用于分發(fā)。圖3-6是一個(gè)文件結(jié)構(gòu)的分區(qū)子類，具有四個(gè)多邊形、五個(gè)弧段和兩個(gè)分區(qū)。3.路徑(1)路徑的定義路徑是諸如高速公路、自行車道或河流等線要素。它與其他線要素不同在于它有度量系統(tǒng)，可使線性測(cè)量用于投影坐標(biāo)系統(tǒng)中。(2)路徑的應(yīng)用交通運(yùn)輸部門常用線性測(cè)量來(lái)定位事故、橋梁和沿路的路況；自然資源部門也用線性測(cè)量來(lái)記錄沿河的水質(zhì)數(shù)據(jù)、漁業(yè)情況。這些線性屬性，稱為事件。事件必須與路徑相聯(lián)系，使得它們可以與其他空間要素一起被顯示和分析。(3)路徑亞類線性Coverage將路徑存儲(chǔ)為亞類。路徑亞類是區(qū)段的集合。區(qū)段直接指線Coverage的線(或弧段)和沿線的位置。第4章柵格數(shù)據(jù)模型柵格數(shù)據(jù)模型用規(guī)則格網(wǎng)來(lái)覆蓋整個(gè)空間，格網(wǎng)中各個(gè)像元值與其位置上的空間現(xiàn)象特征相對(duì)應(yīng)，像元值的變化反映現(xiàn)象的空間變異。一、柵格數(shù)據(jù)模型要素.柵格數(shù)據(jù)模型(1)柵格數(shù)據(jù)模型的組成要素柵格在GIS中稱為格網(wǎng)或影像。柵格表示連續(xù)的表面，但當(dāng)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和分析時(shí)，柵格由行、歹U、像元組成。①行、列行、列由格網(wǎng)左上角起始。在二維坐標(biāo)系統(tǒng)中，行為y坐標(biāo)，列為X坐標(biāo)。②像元像元稱為影像的像素。柵格中的每個(gè)像元由其所在行、列的位置嚴(yán)格定義。柵格數(shù)據(jù)用單個(gè)像元代表點(diǎn)，用一系列相鄰像元代表線，用連續(xù)像元的集合代表面。(2)柵格數(shù)據(jù)模型的優(yōu)點(diǎn)①在算法上，柵格可視為具有行與列的矩陣，其像元值可以存儲(chǔ)為二維數(shù)組；②所有常用編程語(yǔ)言都能夠容易地處理數(shù)組變量，柵格數(shù)據(jù)比矢量數(shù)據(jù)更容易進(jìn)行數(shù)據(jù)的操作、集合和分析。圖4-1點(diǎn)、線和面要素的表示：左邊為柵格數(shù)據(jù)；右邊為矢量數(shù)據(jù).像元值（1）柵格中像元的特點(diǎn)柵格中的每個(gè)像元攜有一個(gè)值，它代表由該行該列所決定的該位置上空間現(xiàn)象的特征。（2）根據(jù)像元值編碼格式的柵格數(shù)據(jù)分類根據(jù)像元值的編碼格式，柵格數(shù)據(jù)可以是整型或浮點(diǎn)型柵格數(shù)據(jù)：①整型柵格數(shù)據(jù)a.整型數(shù)值不帶小數(shù)位；b,整型像元值代表類別數(shù)據(jù)，可能有序也可能無(wú)序例如，土地覆被模型可用1代表城市用地、2代表林地、3代表水域彎。c.整形柵格通過(guò)數(shù)值屬性表來(lái)讀取它的像元值。②浮點(diǎn)型柵格數(shù)據(jù)a.浮點(diǎn)型數(shù)值帶小數(shù)位;b.浮點(diǎn)型像元值常表示連續(xù)的數(shù)值性數(shù)據(jù)；c.浮點(diǎn)型柵格比整型柵格需要更多的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)，這是涉及大范圍的GIS項(xiàng)目必須考慮的一個(gè)重要因素；d.浮點(diǎn)型柵格數(shù)據(jù)由于其潛在大量的像元值，可沒(méi)有數(shù)值屬性表；e.像12.0?19.9這樣的值域，必須使用浮點(diǎn)型柵格數(shù)據(jù)，在浮點(diǎn)型柵格數(shù)據(jù)中找到指定值的概率很小。（3）像元值賦值位置像元值賦值位置取決于柵格數(shù)據(jù)運(yùn)算方法。在涉及距離量測(cè)的運(yùn)算中，像元值應(yīng)賦在該像元的中心。例如，重采樣像元值和計(jì)算自然距離。.像元大?。?）像元大小與圖像分辨率像元大小決定了柵格數(shù)據(jù)的分辨率。像元越小，分辨率越高。（2）大小像元的特點(diǎn)像元很大則無(wú)法表示空問(wèn)要素的精確位置，因此增加了在一個(gè)像元中存在混合要素（如森林、牧場(chǎng)與水域）的機(jī)會(huì)。采用較小的像元又增加了數(shù)據(jù)量和數(shù)據(jù)處理時(shí)間。（3）決定像元類別值的規(guī)則一個(gè)巨大的像元覆蓋了地面上的森林、牧場(chǎng)和水域，應(yīng)將占據(jù)此像元面積比例最大的類型作為該像元類別。但在一些情況下這種最大比例規(guī)則卻可能不是最佳選擇。像元值的確定可基于空間要素在研究中的重要性程度。如果牧場(chǎng)被認(rèn)為比森林和水域更加重要，那么這個(gè)具有三種要素的混合像元將被編碼為牧場(chǎng)。.柵格波段柵格數(shù)據(jù)可能具有單波段或多波段。（1）單波段單一波段柵格數(shù)據(jù)中每個(gè)像元只有一個(gè)像元值。高程?hào)鸥窬褪菃我徊ǘ螙鸥駭?shù)據(jù)的例子，它在每個(gè)像元的位置只有一個(gè)高程值。（2）多波段多波段柵格數(shù)據(jù)中的每個(gè)像元與一個(gè)以上像元值相關(guān)聯(lián)。衛(wèi)星影像是多波段柵格數(shù)據(jù)的一個(gè)實(shí)例，它在每個(gè)像元位置可有5個(gè)、7個(gè)或更多個(gè)波段。.空間參照（1）空間參照信息的重要性柵格數(shù)據(jù)必須具有空間參照信息，在GIS中它們才可以和其他數(shù)據(jù)集進(jìn)行空間配準(zhǔn)。例如，若要將一個(gè)高程?hào)鸥癔B加到基于矢量的土壤圖層，必須先確保這兩個(gè)數(shù)據(jù)集都基于相同的坐標(biāo)系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)與投影坐標(biāo)系統(tǒng)匹配處理的柵格數(shù)據(jù)稱為地理參照柵格數(shù)據(jù)。（2）柵格數(shù)據(jù)和投影坐標(biāo)系統(tǒng)匹配方法①柵格數(shù)據(jù)的列對(duì)應(yīng)x軸坐標(biāo)，行對(duì)應(yīng)y軸坐標(biāo)由于柵格數(shù)據(jù)的起始位置位于左上角，而投影坐標(biāo)系統(tǒng)的起始位置位于左下角，行數(shù)沿y坐標(biāo)逆向增加。②每一個(gè)柵格像元的投影坐標(biāo)可以使用柵格區(qū)域范圍內(nèi)的x、y坐標(biāo)進(jìn)行計(jì)算假設(shè)一個(gè)高程?hào)鸥窬哂腥缦玛P(guān)于行數(shù)、列數(shù)、像元大小和用UTM坐標(biāo)表達(dá)的區(qū)域范圍的信息：a.行：463,歹U：318,像兀大?。?0m；b.左下角x、y坐標(biāo):499995,5177175；c.右上角x、y坐標(biāo):509535,5191065?？梢酝ㄟ^(guò)使用UTM坐標(biāo)范圍和像元大小來(lái)檢查行列數(shù)是否正確：a.行數(shù)=(5191065-5177175)/30=463；b.列數(shù)=(509535-499995)/30=318。也可以導(dǎo)出用于定義每個(gè)像元的UTM坐標(biāo)：例如，第一行第一列(行1,列1)像元的UTM坐標(biāo)是：a.左下角：499995,5191035或(5191065-30)；b.右上角：500025或(499995+30),5191065；c.像元中心：500010或(499995+15)，5190050或(5191065-15)o或(5191065-15)o(499995.S19106S)(500025.5191065)30m圖4-2表示一個(gè)30m像元的范圍和中心點(diǎn)的UTM坐標(biāo)二、柵格數(shù)據(jù)類型.衛(wèi)星影像衛(wèi)星影像的空間分辨率與地面像元大小相關(guān)。像元值，也稱為亮度值，表示從地球表面反射或者發(fā)射的光能。光能的量測(cè)基于來(lái)自波長(zhǎng)連續(xù)體的光譜波段，即電磁光譜。全色影像由單波段構(gòu)成，而多光譜影像則由多個(gè)波段構(gòu)成。.USGS的數(shù)字高程模型數(shù)字高程模型(DEM)由等間隔海拔數(shù)據(jù)的排列組成，以點(diǎn)為基礎(chǔ)的，也容易由像元中心的海拔點(diǎn)轉(zhuǎn)換成柵格數(shù)據(jù)。大多數(shù)美國(guó)GIS用戶使用美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局提供的DEM。USGS提供4種類型的DEM數(shù)據(jù)：7.5分DEM①特點(diǎn)7.5分DEM提供以UTM坐標(biāo)量測(cè)的格網(wǎng)上間隔為10m或30m的高程數(shù)據(jù)，其參考系為1927年的北美大地基準(zhǔn)或者1983年的北美大地基準(zhǔn)。每個(gè)DEM覆蓋7.5分x7.5分的地區(qū)，對(duì)應(yīng)于USGS的1:24000比例尺的標(biāo)準(zhǔn)圖幅。②分類USGS將7.5分DEM根據(jù)其數(shù)據(jù)精度和生產(chǎn)方法分為三個(gè)級(jí)別：第一級(jí)的數(shù)據(jù)精度最低，其DEM具有±15m或更好的垂直精度；第二級(jí)DEM具有7m或更好的垂直精度，其DEM是經(jīng)過(guò)平滑和去除可辨識(shí)系統(tǒng)誤差處理的，具有30m或10m的分辨率。大多數(shù)州現(xiàn)在僅有第一級(jí)和第二級(jí)數(shù)據(jù)。30分DEM30分DEM提供在地理格網(wǎng)上以2秒弧度為間隔的高程數(shù)據(jù)(在中緯度大約為60m)。每個(gè)DEM覆蓋30分x30分地區(qū)，相應(yīng)于USGS的30分x60分、1：100000比例尺標(biāo)準(zhǔn)圖幅的東半幅或西半幅。30分DEM的垂直精度等于或高于25m。1度DEM1度DEM提供地理格網(wǎng)中3秒弧度為間隔的高程數(shù)據(jù)(在中緯度約為100m)。每個(gè)DEM覆蓋了1度xl度地區(qū)，相應(yīng)于USGS的1度x2度、1：250000比例尺標(biāo)準(zhǔn)圖幅的東半幅或西半幅。(4)阿拉斯加DEM①7.5分阿拉斯加DEM7.5分阿拉斯加DEM的間隔是緯度1秒弧度x經(jīng)度2秒弧度。②15分阿拉斯加DEM15分的阿拉斯加DEM是緯度2秒弧度x經(jīng)度3秒弧度。.非USGS的數(shù)字高程模型生產(chǎn)DEM的一個(gè)基本方法是采用立體測(cè)圖儀和具有重疊區(qū)域的航片。(1)立體測(cè)圖儀①優(yōu)缺點(diǎn)立體測(cè)圖儀可以創(chuàng)建三維模型，使得操作者能夠編輯高程數(shù)據(jù)。這種方法可生產(chǎn)出比USGS的DEM更細(xì)分辨率、更高精度的DEM數(shù)據(jù)，但對(duì)于大范圍區(qū)域，費(fèi)用昂貴。②替代方法用其他方法可替代立體測(cè)圖儀。GIS用戶很常用的一種方法是使用可以買到的軟件包，從高分辨率衛(wèi)星影像中提取高程數(shù)據(jù)和生成數(shù)字高程模型。除影像數(shù)據(jù)外，數(shù)據(jù)提取過(guò)程還需要地面控制點(diǎn)，這可在野外由GPS差分訂正而得。這樣得到的DEM的質(zhì)量取決于軟件包與輸入的質(zhì)量。(2)雷達(dá)數(shù)據(jù)雷達(dá)數(shù)據(jù)也可以作為生產(chǎn)DEM的數(shù)據(jù)源。雷達(dá)是一種主動(dòng)式傳感器：它發(fā)出微波脈沖，測(cè)量從地面目標(biāo)反射回的能量，它可以穿透云層，實(shí)現(xiàn)在晝夜、晴朗或多云條件下的數(shù)據(jù)采集。(3)機(jī)載激光雷達(dá)①概念機(jī)載激光雷達(dá)(LIDAR)是一種用于生產(chǎn)DEM的新技術(shù)。②組分LIDAR系統(tǒng)的基本組成部分包括裝載在航空器上的激光掃描儀、GPS和慣性測(cè)量單元(IMU)o③運(yùn)用過(guò)程LIDAR傳感器向整個(gè)區(qū)域發(fā)射快速激光脈沖，然后利用脈沖的時(shí)間間隔來(lái)計(jì)算距離。同時(shí)，激光源的位置和方位相應(yīng)地由GPS和IMU確定。④應(yīng)用LIDAR技術(shù)的一個(gè)重要應(yīng)用是創(chuàng)建高分辨率DEM,其空間分辨率可達(dá)0.5?2m,而垂直精度則可以達(dá)到±15cm(Flood2001)。30?iMXI DEM 2DtiM圖4-3三種分辨率的DEM：30m、10m和3m30m和10m的DEM數(shù)據(jù)為USGSDEM數(shù)據(jù)，而3mDEM是源于LIDAR數(shù)據(jù)的產(chǎn)品，比其他兩種包含更多的地形細(xì)節(jié).全球數(shù)字高程模型全球尺度的不同分辨率的DEM已問(wèn)世。SRTMDEMs用于美國(guó)以外的陸地區(qū)域，但是空間分辨率較低，只有3秒弧度(90m)。(1)全球尺度的DEM全球尺度的DEM也稱為SRTMDTEDLevel1,相對(duì)于用于美國(guó)和所轄島嶼的SRTMDTEDLevel2。SRTMDTEDLevel1的高程值源于SRTMDTEDLevel2的高程值，它們對(duì)應(yīng)點(diǎn)都具有高于16m的垂直精度。ETOPO5ETOPO5(EarthTopography-5Minute)數(shù)據(jù)覆蓋了地球陸地表面和海底，其格網(wǎng)間隔為5分經(jīng)度x5分緯度。TOPO3和GLOBETOPO3和GLOBE都可以提供全球DEM,其格網(wǎng)水平間隔為30秒弧度或1km左右。全球DEM如GTOPO30和GLOBE是源于柵格數(shù)據(jù)（如衛(wèi)星影像）和矢量數(shù)據(jù)（如DigitalChartoftheWorld中的等高線）。GLOBE源于柵格數(shù)據(jù)源的垂直精度估計(jì)在30m之內(nèi)，而源于矢量數(shù)據(jù)源的精度在160m之內(nèi)。5.數(shù)字正射影像（1）概念數(shù)字正射影像（DOQ）是一種由航片或其他遙感數(shù)據(jù)制備而得的數(shù)字化影像，其中由于照相機(jī)鏡頭傾斜和地形起伏引起的位移已被消除。USGS生產(chǎn)的數(shù)字正射影像USGS自1991年起，從國(guó)家航空攝影計(jì)劃的1：40000比例尺航空像片生產(chǎn)數(shù)字正射影像。數(shù)字正射影像是以地理坐標(biāo)為參照的（NAD83UTM坐標(biāo)），并可與地形圖和其他地圖配準(zhǔn)。圖4-4USGS的1m黑白數(shù)字正射影像（愛(ài)達(dá)荷州太陽(yáng)谷）（3）分類①標(biāo)準(zhǔn)的USGS數(shù)字正射影像標(biāo)準(zhǔn)的USGS數(shù)字正射影像的格式是3.75分的1/4標(biāo)準(zhǔn)圖幅或7.5分標(biāo)準(zhǔn)圖幅的黑白、彩紅外或自然彩色影像，地面分辨率為1m。②黑白數(shù)字正射影像黑白數(shù)字正射影像有256個(gè)灰度水平，類似于單波段衛(wèi)星影像。③彩色正射影像彩色正射影像是多波段影像，各個(gè)波段分別代表紅、綠和藍(lán)光。(4)作用由于易于與GIS結(jié)合，數(shù)字正射影像是用作數(shù)據(jù)顯示和數(shù)據(jù)編輯的理想背景。.二值掃描文件(1)概念二值掃描文件是含數(shù)值1或數(shù)值0的掃描圖像。(2)應(yīng)用在GIS中，二值掃描文件通常用于進(jìn)行數(shù)字化。它們來(lái)自紙質(zhì)或聚酯薄膜地圖的掃描圖，這些地圖包含土壤、宗地和其他要素的邊界。GIS軟件包的工具能將二值掃描文件轉(zhuǎn)換為基于矢量的要素。用來(lái)數(shù)字化的地圖以300dpi或400dpi進(jìn)行掃描。圖4-5顯示土壤界線的二值掃描文件.數(shù)字柵格圖（1）概念數(shù)字柵格圖（DRG）是USGS地形圖的掃描圖像。（2）特點(diǎn)USGS以250dpi掃描7.5分地形圖，產(chǎn)生地面分辨率為2.4m的數(shù)字柵格圖。USGS在每個(gè)7.5分的數(shù)字柵格圖上用了多達(dá)13種顏色。這13種顏色是基于8比特（256）顏色板，所以它們可能看起來(lái)與紙質(zhì)地圖不同。數(shù)字柵格圖以UTM坐標(biāo)系統(tǒng)為地理坐標(biāo)參照它基于NAD27或者NAD83o圖4-6愛(ài)達(dá)荷州太陽(yáng)谷的數(shù)字柵格圖（DRG）與圖4-5中的數(shù)字正射影像圖相比，該數(shù)字柵格圖已經(jīng)過(guò)期.圖形文件地圖、照片和影像可存儲(chǔ)為數(shù)字圖形文件。許多流行的圖形文件為柵格格式，如TIFF（標(biāo)記圖像文件格式）、GeoTIFF（是TIFF格式的具有地理坐標(biāo)參照的版本）、GIF（圖形交換格式）和JPEG（聯(lián)合圖像專家組）。.特定GIS軟件的柵格數(shù)據(jù)GIS軟件包使用從DEM、衛(wèi)星影像、掃描圖像、圖形文件和ASCH文件導(dǎo)入的柵格數(shù)據(jù)或從矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換而來(lái)的數(shù)據(jù)。這些柵格數(shù)據(jù)使用不同的格式。例如，Arc-GIS把柵格數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為ESRI格網(wǎng)格式（grid）o三、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是指柵格數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方法或格式。逐個(gè)像元編碼（1）特點(diǎn)逐個(gè)像元編碼法提供了最簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。柵格模型被存為矩陣，其像元值寫成一個(gè)行列式文件。（2）適用情況本方法適用于像元水平，柵格的像元值連續(xù)變化時(shí)的情況。行2：00011100行3：00111110行4：00111110行5：00111110行6：01111110行7：01111110行8：00000000圖4-7逐個(gè)像元編碼的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)通過(guò)行和列來(lái)記錄每個(gè)像元值?；疑裨禐?(2)應(yīng)用①數(shù)字高程模型數(shù)字高程模型采用逐個(gè)像元數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，因?yàn)楹苌儆邢噜徍０沃凳窍嗤?。②衛(wèi)星影像衛(wèi)星影像也用這種方法來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。然而，多光譜波段的衛(wèi)星影像的每一個(gè)像元或像元均有一個(gè)以上的值，因此需要特殊處理。多波段影像用以下三種格式存儲(chǔ)：a.波段序列法波段序列(.bsq)法將每一波段的衛(wèi)星數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為一個(gè)圖像文件。如果一幅影像具有7個(gè)波段，那么該數(shù)據(jù)集具有7個(gè)連貫的文件，每個(gè)波段對(duì)應(yīng)一個(gè)文件。b.波段依行交替法波段依行交替(.bil)法將所有波段的值按行存儲(chǔ)在一個(gè)文件中。該文件組成方式如下：行1,波段1;行1,波段2……行2,波段1；行2,波段2……依此類推。

C.波段依像元交替法用波段依像元交替（.bip）法將所有波段的值按像元存人一個(gè)文件中。文件由如下方式構(gòu)成：像元（1,1）,波段1；像元（1,1）,波段2……像元（2,1）,波段1；像元（2,1）,波段2……依此類推。游程編碼當(dāng)柵格數(shù)據(jù)含有許多重復(fù)格網(wǎng)值時(shí)，像元依序編碼方法效率就不高了。像二值掃描文件這樣的柵格數(shù)據(jù)模型具有許多重復(fù)的像元值，可用游程編碼（RLE）更有效地存儲(chǔ)。（1）特點(diǎn)它是以行和組來(lái)記錄像元值的。每一個(gè)組代表?yè)碛邢嗤裨档南噜徬裨?。圖4-8顯示灰色多邊形的游程編碼，起始像元和終止像元表明落在此多邊形內(nèi)的該組的長(zhǎng)度行1：56行2：46行3：37行4：37行5：37行6：27行7：27圖4一8游程編碼法用行來(lái)記錄灰色像元第一行中有相鄰的灰色像元位于第五和第六列。因此，第一編碼為始于第五列止于第六列的游程。其他行的記錄方法相同（2）作用游程編碼不僅是一種編碼方法，而且可用于壓縮柵格數(shù)據(jù)。許多GIS軟件包除了逐個(gè)像元編碼法外，還用游程編碼法存儲(chǔ)柵格數(shù)據(jù)。這些軟件包包括GRASS、IDRISI和ArcGIS。四叉樹（1）特點(diǎn)四叉樹是用遞歸分解法將柵格分成具有層次的象限。遞歸分解指的是續(xù)分過(guò)程，直到四叉樹的每個(gè)象限中僅有一個(gè)像元值。（2）分區(qū)四叉樹應(yīng)用步驟①節(jié)點(diǎn)和分支四叉樹包含節(jié)點(diǎn)和分支（續(xù)分）。一個(gè)節(jié)點(diǎn)代表一個(gè)象限。節(jié)點(diǎn)依賴于象限中的像元值，它可以是非葉節(jié)點(diǎn)或葉結(jié)點(diǎn)。a.非葉節(jié)點(diǎn)非葉節(jié)點(diǎn)表示該象限具有不同的像元值，非葉節(jié)點(diǎn)是一個(gè)分支點(diǎn),

意味著該象限還要被續(xù)分。b.葉節(jié)點(diǎn)葉節(jié)點(diǎn)代表具有相同像元值的象限，是末梢結(jié)點(diǎn)，它可以用同一像元值進(jìn)行編碼（灰色或白色）。四叉樹的深度，或者稱為層次結(jié)構(gòu)中的級(jí)別數(shù)，主要取決于二維要素的復(fù)雜性。皿（八110.111IM皿（八110.111IM12J.IMtM2K 皿2M.2nMMI>1,Mttt|□EX?5”0圖4-9分區(qū)四叉樹法將柵格分成具有層次的象限②對(duì)二維要素進(jìn)行編碼在續(xù)分結(jié)束之后，下一步就是使用四叉樹和空間索引法對(duì)二維要素進(jìn)行編碼。例如，圖4.10中的一級(jí)NW子樹（空間索引為0）具有兩個(gè)灰色葉節(jié)點(diǎn)。第一個(gè)為02,涉及其二級(jí)SE子樹，而032則涉及二級(jí)NE子樹中的三級(jí)SE子樹。（02,032）和其他對(duì)應(yīng)于另外三個(gè)一級(jí)子樹的字符串完成了對(duì)該二維要素的編碼。（3）分區(qū)四叉樹作用①分區(qū)四叉樹方法可以有效地存儲(chǔ)面狀數(shù)據(jù)，尤其當(dāng)數(shù)據(jù)僅包含少數(shù)類別時(shí);②此法也可有效地用于數(shù)據(jù)處理；③四叉樹也可以作為一種有效的空間檢索方法；④空間索引有助于方便快捷地定位空間數(shù)據(jù)，無(wú)論是柵格還是矢量數(shù)據(jù)。頭文件（1）頭文件為導(dǎo)入柵格數(shù)據(jù)（如DEM或衛(wèi)星影像），GIS軟件包必須具有此柵格數(shù)據(jù)的相關(guān)信息，如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、區(qū)域范圍、像元大小、波段數(shù)和用于表示無(wú)數(shù)據(jù)的值。此類信息包含在頭文件中。就功能而言，頭文件類似于坐標(biāo)系統(tǒng)中的投影文件。（2）其他文件除了頭文件外，柵格數(shù)據(jù)集還可伴有其他文件。例如，衛(wèi)星影像可能有兩個(gè)可選文件：①統(tǒng)計(jì)文件統(tǒng)計(jì)文件描述影像中各個(gè)波段的統(tǒng)計(jì)信息。②顏色文件顏色文件則將各種顏色與影像中的不同像元值聯(lián)系起來(lái)。ESRI格網(wǎng)數(shù)據(jù)也有附加文件用于存儲(chǔ)像元值的描述性統(tǒng)計(jì)信息，以及具有相同像元值的像元數(shù)（整型格網(wǎng)）。四、柵格數(shù)據(jù)壓縮柵格數(shù)據(jù)需要相當(dāng)多的存儲(chǔ)空間，高分辨率衛(wèi)星影像要求的存儲(chǔ)空間會(huì)更多。(1)數(shù)據(jù)壓縮概念數(shù)據(jù)壓縮指數(shù)據(jù)量的減少，對(duì)數(shù)據(jù)傳遞和網(wǎng)絡(luò)制圖尤其重要。(2)數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)分類目前有多種技術(shù)可以用于圖像壓縮。壓縮技術(shù)又可以分為無(wú)損壓縮和有損壓縮。①無(wú)損壓縮a.特點(diǎn)和作用無(wú)損壓縮方法保留像元或者像素值，允許原始柵格或者圖像被精確重構(gòu)，是可取的柵格數(shù)據(jù)，它用來(lái)分析或產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)。b.舉例游程編碼方法就是無(wú)損壓縮的一個(gè)實(shí)例。其他方法包括PackBits(是一種更為有效的游程編碼方法的變體)、LZW(Lempel-Ziv-Welch)和它的變體(如LZ77)o②有損壓縮a.特點(diǎn)和作用有損壓縮方法不能完全重構(gòu)原始圖像，但可以達(dá)到很高的壓縮率，因此在柵格數(shù)據(jù)中非常有用，它用于背景影像處理而不是分析。b.舉例常用的JPEG格式使用的就是有損壓縮方法。該法將圖像分解成大小為64(8x8)的斑塊，然后對(duì)各個(gè)斑塊進(jìn)行獨(dú)立處理。各個(gè)斑塊中的顏色被代換并簡(jiǎn)化，以減少數(shù)據(jù)編碼量。這種基于斑塊的處理過(guò)程導(dǎo)致塊狀現(xiàn)象。通過(guò)有損壓縮方法的圖像退化可能影響GIS相關(guān)的任務(wù)，如從航空相片或衛(wèi)星影像中提取用作地理坐標(biāo)參照的地面控制點(diǎn)。③新的圖像壓縮技術(shù)新的圖像壓縮技術(shù)結(jié)合了有損壓縮和無(wú)損壓縮。MrSID特點(diǎn)如由LizardTech公司授予的Mr-SID(多分辨率無(wú)縫圖像數(shù)據(jù)庫(kù))技術(shù)。多分辨率是指MrSID有以不同分辨率或比例尺恢復(fù)圖像數(shù)據(jù)的能力；無(wú)縫是指MrSID可壓縮大圖像，并可在壓縮過(guò)程中消除人為方塊邊界。MrSID的運(yùn)用MrSID使用小波變換進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮。流行的開(kāi)放格式的更新版本JPEG2000,也使用小波變換。因此，小波變換是用于圖像壓縮的最新選擇。MrSID和JPEG2000都可以執(zhí)行無(wú)損或者有損壓縮。無(wú)損壓縮方式保存小波系數(shù)并使用它們對(duì)原始圖像進(jìn)行重構(gòu)。另一方面，有損壓縮方式僅僅存儲(chǔ)平均值和那些未四舍五入為0的系數(shù)。五、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與綜合為了更好地將矢量和柵格數(shù)據(jù)用于GIS項(xiàng)目，必須考慮數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和綜合。.柵格化(1)概念柵格化是指矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為柵格數(shù)據(jù)。(2)基本步驟①建立一個(gè)指定像元大小的柵格該柵格能覆蓋整個(gè)矢量數(shù)據(jù)的面積范圍，并將所有像元的初始值賦予0。②改變那些對(duì)應(yīng)于點(diǎn)、線或多邊形界線的像元值對(duì)于點(diǎn)的像元賦值1,對(duì)于線的像元賦予線值，對(duì)于多邊形界線的像元設(shè)為多邊形值。③用多邊形值來(lái)填充多邊形輪廓線內(nèi)部來(lái)自柵格化的誤差取決于計(jì)算機(jī)算法和柵格像元的尺寸和邊界的復(fù)雜性。.矢量化(1)概念矢量化是指柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成矢量數(shù)據(jù)。(2)基本要素①線的細(xì)化矢量數(shù)據(jù)模型中的線只有長(zhǎng)度而沒(méi)有寬度，而掃描文件中的柵格線總是占幾個(gè)像元的寬度。為了矢量化，柵格線最好細(xì)化到只占據(jù)一個(gè)像元寬度。②線的提取線的提取是決定獨(dú)立線段的起、止點(diǎn)的過(guò)程。③拓?fù)潢P(guān)系的重建拓?fù)潢P(guān)系的重構(gòu)就是將柵格圖像中提取出來(lái)的線條連接，以及顯示數(shù)字化錯(cuò)誤所在。由柵格到矢量的轉(zhuǎn)化結(jié)果表現(xiàn)為沿著對(duì)角線的階梯狀特點(diǎn)。隨后的線平滑操作可消除來(lái)自柵格數(shù)據(jù)的那些人工痕跡。.柵格數(shù)據(jù)與矢量數(shù)據(jù)的綜合許多GIS的操作中，特別是數(shù)據(jù)分析，柵格和矢量數(shù)據(jù)仍然是分離的。GIS數(shù)據(jù)源①數(shù)字正射影像、數(shù)字柵格圖和圖形文件數(shù)字正射影像、數(shù)字柵格圖和圖形文件可以作為數(shù)據(jù)顯示的背景，或者作為空間數(shù)據(jù)數(shù)字化或編輯修改矢量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)源。②二值掃描文件二值掃描文件可以輸入用于線狀或面狀要素的屏幕數(shù)字化。③數(shù)字高程模型數(shù)字高程模型是用于提取地形特征（如等高線、坡度、坡向、河網(wǎng)、路網(wǎng)、流域）的最重要數(shù)據(jù)源，這些地形要素可被存儲(chǔ)為柵格或矢量格式。（2）數(shù)據(jù)綜合分析能在GIS和影像之間的分析是數(shù)據(jù)綜合最有前途的領(lǐng)域。有地理坐標(biāo)參照的衛(wèi)星影像如數(shù)字正射影像，與其他空間要素（如商店位置、道路、站點(diǎn)和宗地）一起顯示是很有用的。矢量數(shù)據(jù)作為處理衛(wèi)星影像的輔助信息而使用。影像分層是一個(gè)很好的例子，該方法使用矢量數(shù)據(jù)將景觀分成不同特征的主要區(qū)域，分別對(duì)這些區(qū)域或地帶進(jìn)行圖像處理和分類。GIS與遙感數(shù)據(jù)的結(jié)合趨于緊密。①GIS軟件包可以讀取由圖像處理軟件包創(chuàng)建的文件②也有GIS軟件包的擴(kuò)展模塊可以處理衛(wèi)星影像第5章GIS數(shù)據(jù)獲取一、現(xiàn)有的地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù).聯(lián)邦地理數(shù)據(jù)委員會(huì)聯(lián)邦地理數(shù)據(jù)委員會(huì)（FGDC）是一個(gè)內(nèi)部機(jī)構(gòu)委員會(huì)，用于制定發(fā)展政策、元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，支持國(guó)家空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施（NSDI）的協(xié)同發(fā)展。.地理空間一站式服務(wù)地理空間一站式服務(wù)（GOS）是美國(guó)聯(lián)邦管理與預(yù)算辦公室建立的一個(gè)新的地理空間數(shù)據(jù)入口，它是電子政府的初步階段。.美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局是美國(guó)GIS數(shù)據(jù)的主要提供者。它的網(wǎng)站提供了通往USGS國(guó)家制圖和遙感數(shù)據(jù)的路徑，同時(shí)還提供了通往有關(guān)生物、地質(zhì)和水資源數(shù)據(jù)的專題數(shù)據(jù)交換中心的路徑?？梢詮腢SGS獲取公共數(shù)據(jù)（包括矢量和柵格數(shù)據(jù)）。.美國(guó)人口普查局美國(guó)人口普查局提供拓?fù)浣y(tǒng)一地理編碼格式數(shù)據(jù)庫(kù)/線劃文件，它們提取自該局的TIGER數(shù)據(jù)庫(kù)的地理/制圖信息。TIGER/線劃文件包含了行政和統(tǒng)計(jì)區(qū)域界限，它可鏈接到人口普查數(shù)據(jù)，以及道路、鐵路、河流、水體、電網(wǎng)和管線資料。TIGER數(shù)據(jù)庫(kù)的屬性包含每段街區(qū)兩側(cè)的地址號(hào)碼范圍，可用于地址匹配。.自然資源保持局美國(guó)農(nóng)業(yè)部自然資源保持局（NRCS）通過(guò)其網(wǎng)站發(fā)布全國(guó)土壤數(shù)據(jù)。有兩大土壤數(shù)據(jù)庫(kù)：STATSGO和SSURGO。.州域公共數(shù)據(jù)舉例地理空間一站式服務(wù)網(wǎng)站提供了與美國(guó)各州的連接，以獲得州域GIS數(shù)據(jù)。州域數(shù)據(jù)包括的數(shù)據(jù)種類有如行政區(qū)界、生物的和生態(tài)的、環(huán)境的、內(nèi)陸水資源和運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)等。.區(qū)域公共數(shù)據(jù)舉例大黃石地區(qū)數(shù)據(jù)交換中心（GYADC）是FGDC的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，由一批聯(lián)邦機(jī)構(gòu)、州機(jī)構(gòu)、大學(xué)和非營(yíng)利組織聯(lián)合主辦。它是一個(gè)注重黃石與大提頓國(guó)家公園基礎(chǔ)框架數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)交換中心。.大都市公共數(shù)據(jù)舉例圣地亞哥政府協(xié)會(huì)（SANDAG）是由圣地亞哥18個(gè)當(dāng)?shù)卣鬓k的大都市數(shù)據(jù)交換中心。可從SANDAG的網(wǎng)站下載的數(shù)據(jù)包括政區(qū)界線、基礎(chǔ)地圖要素、區(qū)界、土地覆被和活動(dòng)中心、交通以及敏感的土地/自然資源。.縣級(jí)公共數(shù)據(jù)舉例美國(guó)的許多縣可有償提供GIS數(shù)據(jù)。例如，俄勒岡州的克拉克默斯縣就通過(guò)GIS部門以Arcinfo導(dǎo)出文件、Shapefiles和DXF文件發(fā)布數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)集包括分區(qū)界線、洪澇區(qū)、稅區(qū)、學(xué)區(qū)、選區(qū)、停車區(qū)和消防區(qū)等。.私人公司的GIS數(shù)據(jù)許多GIS公司從事軟件開(kāi)發(fā)、技術(shù)服務(wù)、咨詢和數(shù)據(jù)生產(chǎn)，有些公司還從事在互聯(lián)網(wǎng)上提供數(shù)據(jù)或指導(dǎo)GIS用戶找到合適的數(shù)據(jù)源。ESRI提供的GeographyNetwork網(wǎng)站是全世界組織機(jī)構(gòu)所提供數(shù)據(jù)的交換中心。二、元數(shù)據(jù).元數(shù)據(jù)的意義元數(shù)據(jù)可提供關(guān)于空間數(shù)據(jù)的信息，它們是GIS數(shù)據(jù)不可或缺的一部分，是在數(shù)據(jù)生產(chǎn)過(guò)程中制備和輸入的。.元數(shù)據(jù)作用（1）它讓GIS用戶了解公共數(shù)據(jù)在覆蓋范圍、數(shù)據(jù)性質(zhì)和數(shù)據(jù)時(shí)效方面是否滿足用戶的特殊要求；（2）它向GIS用戶說(shuō)明了如何傳遞、處理和解釋空間數(shù)據(jù)；（3）它還包括獲取更多信息的聯(lián)絡(luò)方式。.數(shù)字化地理空間元數(shù)據(jù)的內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)這些標(biāo)準(zhǔn)包括以下信息：標(biāo)識(shí)信息、數(shù)據(jù)質(zhì)量、空間數(shù)據(jù)組織、空間參照、實(shí)體和屬性、出版信息、元數(shù)據(jù)參考、引文、時(shí)段和聯(lián)系方式。三、現(xiàn)有數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換是指把GIS數(shù)據(jù)從一種格式轉(zhuǎn)換為另一種格式的一種機(jī)制。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的難易取決于數(shù)據(jù)格式的特征。.直接轉(zhuǎn)換(1)概念直接轉(zhuǎn)換是指在GIS軟件包中，用譯碼器將空間數(shù)據(jù)的一種格式直接轉(zhuǎn)換成另一種格式。在數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和開(kāi)放式GIS發(fā)展以前，直接轉(zhuǎn)換是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的唯一方法。(2)直接轉(zhuǎn)換的特點(diǎn)相對(duì)其他方法來(lái)說(shuō)，直接轉(zhuǎn)換的應(yīng)用簡(jiǎn)單，是很多用戶首選的轉(zhuǎn)換方法。.中性格式(1)中性格式中性格式是數(shù)據(jù)交換的一種公共的或普遍采用的格式?？臻g數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)(SDTS)是一種中性格式。SDTS標(biāo)準(zhǔn)的類型SDTS用“標(biāo)準(zhǔn)”轉(zhuǎn)換空間數(shù)據(jù)，每種標(biāo)準(zhǔn)只針對(duì)一種特殊的空間數(shù)據(jù)類型。目前,有5種SDTS標(biāo)準(zhǔn)。①拓?fù)涫噶繕?biāo)準(zhǔn)拓?fù)涫噶繕?biāo)準(zhǔn)針對(duì)DLG、TIGER和其他基于拓?fù)涞氖噶繑?shù)據(jù)。②柵格數(shù)據(jù)專用標(biāo)準(zhǔn)與擴(kuò)展柵格數(shù)據(jù)專用標(biāo)準(zhǔn)提供數(shù)字正射影像、數(shù)字高程模型和其他柵格數(shù)據(jù)。③運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞氖噶繑?shù)據(jù)。④點(diǎn)數(shù)據(jù)專用標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)據(jù)專用標(biāo)準(zhǔn)支持測(cè)量控制點(diǎn)數(shù)據(jù)。⑤計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制圖專用標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制圖專用標(biāo)準(zhǔn)支持基于拓?fù)浠蛭赐負(fù)涞氖噶緾ADD數(shù)據(jù)。四、創(chuàng)建新數(shù)據(jù).遙感數(shù)據(jù)(1)生成的數(shù)據(jù)類型①GIS專題數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)字化衛(wèi)星影像，可以生成GIS項(xiàng)目的一系列專題數(shù)據(jù)，土地利用/土地覆被數(shù)據(jù)，如USGS的全國(guó)土地覆蓋數(shù)據(jù)庫(kù)。②其他類型數(shù)據(jù)衛(wèi)星影像還能生成大量其他類型的數(shù)據(jù)，如植被類型、作物健康、土壤侵蝕、地質(zhì)要素、水體的成分和深度，乃至積雪。衛(wèi)星影像提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，而且若能進(jìn)行有規(guī)律的間隔采集，衛(wèi)星影像還能夠提供動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，用于記錄和監(jiān)測(cè)陸地和水環(huán)境的變化。(2)高分辨率遙感衛(wèi)星影像隨著高分辨率遙感衛(wèi)星影像的出現(xiàn)，KONOS和QuickBird影像已經(jīng)被用于提取詳細(xì)的要素，如道路、小路、建筑物、林木、河濱帶以及不透水地面。(3)數(shù)字正射影像數(shù)字正射影像是已經(jīng)過(guò)部分糾正或校正的數(shù)字航空照片，去除了照相機(jī)傾斜和地形起伏而造成的影像位移。DOQs結(jié)合了照片的影像特征與地圖的幾何性質(zhì)，可以有效地用作數(shù)字化或?qū)π碌?、新小區(qū)和林木采伐區(qū)作更新。黑白DOQs有1m的地面分辨率，像元值代表256個(gè)灰度級(jí)。圖5-3數(shù)字正射影像用作數(shù)字化的背景或更新現(xiàn)有圖層.野外數(shù)據(jù)(1)數(shù)據(jù)類型①測(cè)量數(shù)據(jù)a.數(shù)據(jù)組成測(cè)量數(shù)據(jù)主要由距離、方向以及高度組成。距離單位是英尺或者米，用卷尺或電子測(cè)距儀來(lái)測(cè)量。b.方位角與方向角線的方向用方位角或者方向角表示，其測(cè)量工具是中星儀、經(jīng)緯儀或者全站儀。第一，方位角方位角是從子午線北端順時(shí)針到某線的夾角。角數(shù)值變化的范圍是0。?360°。第二，方向角方向角是某線與子午線所夾的銳角。一個(gè)方向角會(huì)帶有一個(gè)顯示該線所在象限的字母（如NE、SE、SW或者NW）。兩點(diǎn)間的高度差用水準(zhǔn)儀或水準(zhǔn)尺測(cè)量，單位為米或英尺。c.作用野外測(cè)量數(shù)據(jù)用到GIS,目的是確定地塊邊界。一個(gè)角度和一個(gè)距離可以定義出兩個(gè)站點(diǎn)（點(diǎn)）之間的地塊邊界。②GPS數(shù)據(jù)a.作用第一，以太空衛(wèi)星作為參照點(diǎn)，GPS接收機(jī)可以在地球表面精確定位；第二，還可以選擇點(diǎn)位的海拔；第三，GPS沿著一條路線采集點(diǎn)的位置數(shù)據(jù)，據(jù)此可以確定線要素。由GPS測(cè)定的一系列線要素可確定面要素。b.意義GPS是收集地理空間數(shù)據(jù)、地理空間數(shù)據(jù)的驗(yàn)證和跟蹤點(diǎn)對(duì)象（如車輛和人員）的一種有效工具。c.數(shù)據(jù)類型GPS數(shù)據(jù)包括基于地理格網(wǎng)或投影坐標(biāo)系統(tǒng)的水平位置。d.操作過(guò)程GPS接收機(jī)用其從衛(wèi)星接收到信號(hào)的傳播時(shí)間和速度測(cè)量定位點(diǎn)到衛(wèi)星的距離（射程），當(dāng)有三顆衛(wèi)星同時(shí)可用時(shí)，接收機(jī)就能確定其相對(duì)于地球質(zhì)量中心的空間位置（x、y、z）o但為了校正時(shí)間誤差，要求有第四顆衛(wèi)星參與以準(zhǔn)確定位?；谌虼蟮販y(cè)量系統(tǒng)1984,可以將接收機(jī)的空間位置轉(zhuǎn)換成用緯度、經(jīng)度和高度表示的位置。衛(wèi)星I衛(wèi)星IR星2衛(wèi)星3 衛(wèi)星4圖5-4e.數(shù)據(jù)誤差糾正GPS數(shù)據(jù)用作空間數(shù)據(jù)輸入時(shí)，一個(gè)重要方面是需要對(duì)GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差糾正。第一，故意誤差美國(guó)軍方故意向衛(wèi)星時(shí)鐘和軌道數(shù)據(jù)中輸入噪聲，人為降低其準(zhǔn)確度。第二，"噪聲''誤差“噪聲”誤差包括位置誤差、時(shí)鐘誤差、大氣延遲誤差以及多路徑誤f.GPS接收機(jī)的類型大多數(shù)GIS用戶使用基于電碼的接收機(jī)。使用差分校正，基于電碼的GPS讀數(shù)很容易達(dá)到較高準(zhǔn)確度。載波相位接收機(jī)和雙頻接收機(jī)主要用于測(cè)量和大地測(cè)量控制，其準(zhǔn)確度可達(dá)到厘米以內(nèi)。GPS數(shù)據(jù)可以包括定點(diǎn)位置的高度。如同從GPS獲得的x、y坐標(biāo)，高度(z)也是參照WGS84橢球體。如圖5-5所示，一個(gè)橢球體的定點(diǎn)位置高度可以通過(guò)已知大地水準(zhǔn)面波動(dòng)(h2)轉(zhuǎn)化成高程(h,)o生=。點(diǎn)的大地水準(zhǔn)面高差a點(diǎn)的橢球面高圖5-5GPS接收機(jī)的海拔讀數(shù)是基于大地水準(zhǔn)面而非地球橢球體.有x、y坐標(biāo)的文本文件地理空間數(shù)據(jù)可從帶有x、y的地理坐標(biāo)(十進(jìn)制)或投影坐標(biāo)的文本文件中產(chǎn)生。每對(duì)坐標(biāo)生成一個(gè)點(diǎn)?？梢詮囊粋€(gè)記錄氣象站、震中或者颶風(fēng)軌跡位置的文件來(lái)創(chuàng)建空間數(shù)據(jù)。.用數(shù)字化儀數(shù)字化(1)數(shù)字化數(shù)字化是將數(shù)據(jù)由模擬格式轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式的過(guò)程。(2)數(shù)字化模塊很多GIS軟件包都包括內(nèi)置的用于手扶跟蹤數(shù)字化的數(shù)字化模塊。這個(gè)模塊帶有一些指令，能幫助移動(dòng)或接合要素到一個(gè)準(zhǔn)確的位置。圖5.6顯示了在用戶指定的容差或距離內(nèi)，一條線被接合到另一條已存在的線上。圖5.7顯示，在指定的距離內(nèi)，一個(gè)點(diǎn)(節(jié)點(diǎn)或頂點(diǎn))被接合到另一個(gè)點(diǎn)上的情況。圖5-6圖5-7（3）要素的數(shù)字化。①點(diǎn)的數(shù)字化點(diǎn)要素的數(shù)字化很簡(jiǎn)單，只需點(diǎn)擊一下點(diǎn)，便可記錄該點(diǎn)的位置。在點(diǎn)模式中，操作者選點(diǎn)（節(jié)點(diǎn)或頂點(diǎn)）進(jìn)行數(shù)字化②線的數(shù)字化線的數(shù)字化可以按點(diǎn)模式或流模式。在流模式中，按預(yù)設(shè)的時(shí)間或距離間隔進(jìn)行線的數(shù)字化。③多邊形的數(shù)字化多邊形要素?cái)?shù)字化與線要素?cái)?shù)字化是一樣的，因?yàn)槭噶繑?shù)據(jù)模型把多邊形當(dāng)作一系列線的組合。對(duì)線或多邊形要素?cái)?shù)字化，僅需對(duì)公共要素?cái)?shù)字化一次，這樣可以避免出現(xiàn)雙線。減少雙線數(shù)量的一個(gè)方法：在源地圖上蓋上一張透明紙，當(dāng)一條線被數(shù)字化之后，在透明紙上作標(biāo)記。這種方法還可以減少丟失線條的數(shù)量。（4）數(shù)字化質(zhì)量的提高可以通過(guò)計(jì)劃編制和檢查的方式提高數(shù)字化的質(zhì)量。在數(shù)字化有公共邊界的GIS數(shù)據(jù)庫(kù)的不同圖層時(shí)，綜合處理的方法是十分有效的。.掃描數(shù)字化(1)掃描的概念掃描是利用掃描儀將模擬地圖轉(zhuǎn)換成柵格格式掃描文件的數(shù)字化方法，再對(duì)掃描文件跟蹤描繪把它轉(zhuǎn)回到矢量格式。(2)掃描地圖類型①黑白地圖最簡(jiǎn)單的掃描地圖類型是黑白地圖：黑線代表地圖要素，白色區(qū)域表示背景。②源地圖源地圖可以是墨繪的或鉛筆繪的紙質(zhì)地圖或聚酯薄膜地圖。③彩色地圖彩色地圖，包括歷史地圖，也可以用能夠辨識(shí)彩色的掃描儀進(jìn)行掃描。例如，數(shù)字柵格圖包含13種顏色，每種顏色代表掃描USGS標(biāo)準(zhǔn)圖幅后的一種地圖要素。(3)二值掃描文件①特征掃描將地圖轉(zhuǎn)換成柵格格式的二值掃描文件，每個(gè)像元值為1(地圖元素)或?yàn)?(背景)。地圖要素在掃描文件上表現(xiàn)為一系列像元相連成的柵格線。像元的大小取決于掃描的分辨率，一般設(shè)為每英寸300或400個(gè)點(diǎn)(dpi)。代表源地圖上一條細(xì)墨線的柵格線可能有5?7個(gè)像

元寬。圖5-8二值掃描文件線條為土壤界線，黑色區(qū)域是背景圖5-9掃描圖上的一條柵格線的寬度為幾個(gè)像元寬②掃描文件的矢量化a.矢量化過(guò)程掃描文件必須經(jīng)過(guò)矢量化，才算完成數(shù)字化過(guò)程。矢量化是將柵格線轉(zhuǎn)化為矢量線的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程稱為跟蹤描繪。b.跟蹤描繪要素跟蹤描繪包括三個(gè)基本要素：線的細(xì)化、線的提取和拓?fù)渲亟?。跟蹤描繪可以是半自動(dòng)或者手工的。在半自動(dòng)模式中，用戶在影像地圖中選擇起始點(diǎn)，讓計(jì)算機(jī)自動(dòng)跟蹤所有相連的柵格線。在手工模式中，需要用戶定義跟蹤描繪的柵格線和跟蹤的方向。圖5-10c.跟蹤算法跟蹤的結(jié)果取決于GIS軟件包內(nèi)置的跟蹤算法。跟蹤算法必須解決的問(wèn)題的例子包括：當(dāng)柵格線為柵格的2倍或3倍寬時(shí)，如何跟蹤柵格線的交叉點(diǎn)；當(dāng)一條柵格線斷開(kāi)或兩條柵格線很近時(shí)，如何繼續(xù)跟蹤；以及如何分開(kāi)線和多邊形。在解決這些問(wèn)題時(shí)，跟蹤算法使用用戶自定義的參數(shù)值。圖5-11.ArcGIS中的矢量化設(shè)置AreGIS的擴(kuò)展工具ArcScan是為把柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為矢量要素而設(shè)計(jì)的。ArcScan為使批量矢量化提供了下列7項(xiàng)設(shè)置：(1)交叉點(diǎn)解決方法一個(gè)交叉點(diǎn)被如何跟蹤，幾何解決方法是保持角度和直線，這樣對(duì)地圖顯示街道、運(yùn)河以及其他人工要素是合適的；中值解決方法是在沒(méi)有直角的情況下，更適合于解決土地、溪流以及植被等自然要素的交叉問(wèn)題；空值解決方法在交叉點(diǎn)不把線連起來(lái)。(2)最大線寬在矢量化中把線和多邊形分開(kāi)。中線矢量化應(yīng)用于那些線寬小于或等于最大線寬值的柵格線。其余都被當(dāng)作多邊形要素來(lái)矢量化。(3)壓縮容差決定矢量化后處理步驟中綜合的程度。(4)平滑權(quán)重決定矢量化過(guò)程中線要素平滑的程度。該值越大，線要素越平滑。(5)缺口閉合容差決定一條斷開(kāi)的柵格線是否可以忽略其斷裂處，即是否可以將斷裂線連接。(6)搜索角度定義一個(gè)角度，當(dāng)一條線斷開(kāi)，則會(huì)自動(dòng)搜尋距離小于缺口閉合容差的線段，搜尋的角度即為此角度。(7)空洞大小在柵格線跟蹤中，系統(tǒng)可以忽略的空洞大小。.屏幕數(shù)字化(1)定義屏幕數(shù)字化也稱為平視顯示器顯示數(shù)字化，是利用諸如DOQ數(shù)據(jù)源作為背景，在計(jì)算機(jī)屏幕進(jìn)行的手扶跟蹤數(shù)字化。(2)應(yīng)用屏幕數(shù)字化是編輯或更新現(xiàn)有地圖的一種有效方法。例如，從數(shù)字正射影像圖中添加地圖上沒(méi)有的小路或公路；可以用這個(gè)方法更新砍伐區(qū)或焚燒過(guò)的植被圖層信息。.源地圖的重要性(1)源地圖的準(zhǔn)確度①GIS數(shù)據(jù)的主要來(lái)源盡管已經(jīng)很容易獲得高分辨率的遙感數(shù)據(jù)和GPS數(shù)據(jù)，地圖仍然是創(chuàng)建新GIS數(shù)據(jù)的主要來(lái)源。無(wú)論是手扶跟蹤數(shù)字化還是掃描數(shù)字化，都是把一張模擬地圖轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式。數(shù)字地圖最多只能與源地圖的準(zhǔn)確度相當(dāng)。②源地圖準(zhǔn)確度的影響因素影響源地圖準(zhǔn)確度的因素很多。例如，USGS標(biāo)準(zhǔn)圖幅的源地圖是二手?jǐn)?shù)據(jù)源；源地圖的編輯過(guò)程有錯(cuò)誤，這些錯(cuò)誤會(huì)傳遞到數(shù)字化后的地圖中。(2)源地圖線條的質(zhì)量源地圖上線條的質(zhì)量決定著數(shù)字地圖的精度，會(huì)影響GIS用戶數(shù)字化和編輯的時(shí)間和工作量。線條應(yīng)該是細(xì)的、連續(xù)的和均勻的。第6章幾何變換一、幾何變換幾何變換就是利用一系列控制點(diǎn)和轉(zhuǎn)換方程式在投影坐標(biāo)上配準(zhǔn)數(shù)字化地圖、衛(wèi)星圖像或航空照片的過(guò)程。它是GIS、遙感和攝影測(cè)量學(xué)共同的一種操作。.地圖到地圖和圖像到地圖的變換(1)地圖到地圖的變換地圖到地圖的變換是指將剛數(shù)字化完畢的地圖轉(zhuǎn)換到投影坐標(biāo)的幾何變換過(guò)程。地圖到地圖的變換會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生一張新的可直接使用的地圖。(2)圖像到地圖的變換影像到地圖的變換適用于遙感數(shù)據(jù)，這種變換把衛(wèi)星影像的行和列轉(zhuǎn)變?yōu)橥队白鴺?biāo)。只要影像都有相同的坐標(biāo)系統(tǒng)，就可以使用地理坐標(biāo)參照?qǐng)D像，糾正GIS數(shù)據(jù)庫(kù)里其他要素或柵格圖層，使影像之間的投影坐標(biāo)相互匹配。(3)幾何變換幾何變換是指利用一系列控制點(diǎn)來(lái)建立數(shù)學(xué)模型，使一個(gè)地圖坐標(biāo)系統(tǒng)與另一個(gè)地圖坐標(biāo)系統(tǒng)建立聯(lián)系，或者使影像坐標(biāo)與地圖坐標(biāo)建立聯(lián)系。(4)均方根誤差均方根誤差是度量幾何變換質(zhì)量的一種定量方法。它度量控制點(diǎn)從真實(shí)位置到估算位置之間的位移。如果其均方根誤差在可接受范圍內(nèi)，則基于控制點(diǎn)的數(shù)學(xué)模型可用于對(duì)整幅地圖或影像進(jìn)行變換。變換方法（1）幾種不同的變換方法①等積變換等積變換允許旋轉(zhuǎn)矩形，保持形狀與大小不變。②相似變換相似變換允許旋轉(zhuǎn)矩形，保持形狀不變，但是大小改變。③仿射變換仿射變換允許矩形角度改變，但保留線的平行（如平行線仍是平行線）。④投影變換投影變換允許角度和長(zhǎng)度皆變形，以至于使長(zhǎng)方形變換成不規(guī)則四邊形。（2）不同變換方法的效果圖6-1幾何變換類型仿射變換在保留線條平行條件下，仿射變換允許對(duì)矩形目標(biāo)作旋轉(zhuǎn)、平移、傾斜和不均勻縮放等操作。（1）仿射變換允許的四種操作①旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)是指在原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)對(duì)象的x、y軸。②平移平移是指把原點(diǎn)移到新的位置。傾斜是指允許軸與軸之間存在一個(gè)不垂直角度（或仿射度），從而在一個(gè)傾斜方向上，使其形狀變?yōu)槠叫兴倪呅?。③不均勻縮放不均勻縮放是指在x方向或者y方向，增大或者縮小比例尺。4種變換的過(guò)程如圖6-2所示。陸斜 平移圖6-2仿射變換中的不均勻縮放、旋轉(zhuǎn)、傾斜和平移(2) 數(shù)學(xué)表達(dá)式仿射變換的數(shù)學(xué)表達(dá)式為一次線性方程，即X=Ax+By+C(6.1)Y=Dx+Ey+F(6.2)式中：x和y分別為已知輸入坐標(biāo)；X和Y分別為輸出坐標(biāo)；A、B、C、D、E和F分別為變換系數(shù)。它包括6個(gè)估算系數(shù)，仿射變換也稱為六參數(shù)變換。(3)數(shù)字化地圖和衛(wèi)星圖像的仿射變換①數(shù)字化地圖和衛(wèi)星圖像使用變換方程式的區(qū)別a.數(shù)字化地圖用x和y表示點(diǎn)坐標(biāo)，而衛(wèi)星圖像是用行和列表示坐標(biāo);b.衛(wèi)星圖像的系數(shù)E是負(fù)數(shù)。原因是衛(wèi)星圖像的原點(diǎn)在左上角，而投影坐標(biāo)系的原點(diǎn)在左下角。②變換步驟數(shù)字化地圖或衛(wèi)星影像的仿射變換都包括三個(gè)步驟：a.將所選控制點(diǎn)的x、y坐標(biāo)更新為真實(shí)世界坐標(biāo)。b.在控制點(diǎn)上運(yùn)行仿射變換，并檢驗(yàn)RMS誤差。如果RMS誤差高于期望值，則選擇另一組控制點(diǎn)并再次運(yùn)行仿射變換。如果RMS誤差在可接受范圍內(nèi)，那么從控制點(diǎn)估算得出的6個(gè)仿射變換系數(shù)將會(huì)應(yīng)用到下一步。c.用估算系數(shù)和變換方程，計(jì)算數(shù)字化地圖的要素或影像像元的x、y坐標(biāo)。這一步輸出結(jié)果是一幅全新的基于自定義投影坐標(biāo)系的地圖或圖像。圖6-3幾何變換步驟控制點(diǎn)控制點(diǎn)在確定仿射變換精度中起著關(guān)鍵作用?？刂泣c(diǎn)的選擇因地圖到地圖的變換和圖像到圖像的變換而異。(1)地圖到地圖變換的控制點(diǎn)選擇地圖到地圖變換的控制點(diǎn)選擇相對(duì)直接，只需要有已知真實(shí)世界坐標(biāo)的點(diǎn)。如果沒(méi)有這些點(diǎn)，可以將已知經(jīng)緯度值的點(diǎn)投影到真實(shí)世界坐標(biāo)中。仿射變換至少需要3個(gè)控制點(diǎn)，才能估算6個(gè)變換系數(shù)。運(yùn)用4個(gè)以上的控制點(diǎn)，減少測(cè)量誤差的錯(cuò)誤，也可以運(yùn)用最小二乘法?？刂泣c(diǎn)選擇以后，將它們與地圖要素一起進(jìn)行數(shù)字化，生成數(shù)字化地圖。(2)影像到地圖變換的控制點(diǎn)選擇影像到地圖變換時(shí)的控制點(diǎn)稱為地面控制點(diǎn)。地面控制點(diǎn)(GCPs)是影像坐標(biāo)和真實(shí)世界坐標(biāo)都能識(shí)別的點(diǎn)。GCPs直接從衛(wèi)星影像選取，并不直接。GCPs是以單一的、明顯的像元形式顯示出來(lái)的要素，如十字路口、巖石露頭的特別要素。對(duì)一景TM影像進(jìn)行地理坐標(biāo)匹配需要20個(gè)以上的控制點(diǎn)。因?yàn)閷?duì)均方根誤差影響較大，有些控制點(diǎn)最終會(huì)在轉(zhuǎn)換過(guò)程中被刪除。在衛(wèi)星圖像上識(shí)別GCPs之后，GCPs的真實(shí)世界坐標(biāo)就可以通過(guò)數(shù)字化地圖或GPS讀數(shù)獲取。二、均方根誤差.均方根誤差推導(dǎo)原理(1)從數(shù)字地圖推導(dǎo)出均方根誤差估算完6個(gè)系數(shù)之后，可以用第一個(gè)控制點(diǎn)的數(shù)字化坐標(biāo)作為輸入數(shù)據(jù)(如x、y值)，輸入方程(6.1)和方程(6.2),分別計(jì)算X值和Y值。一般而言計(jì)算得出的X、Y值與實(shí)際坐標(biāo)之間存在偏差，此誤差在輸出時(shí)就變成與第一個(gè)控制點(diǎn)坐標(biāo)之間的誤差。同理，可以用控制點(diǎn)的真實(shí)世界坐標(biāo)作為輸入數(shù)據(jù)，計(jì)算x、y值，再估算它與數(shù)字化坐標(biāo)之間的偏差，從而推導(dǎo)出與輸入的控制點(diǎn)之間的誤差。2)RMS誤差推導(dǎo)原理推導(dǎo)RMS誤差的過(guò)程，也適用于估算從影像到地圖變換的地面控制點(diǎn)的RMS誤差。同樣，區(qū)別是衛(wèi)星影像上的行和列代替了數(shù)字化地圖坐木木°.誤差推導(dǎo)公式在數(shù)學(xué)上，控制點(diǎn)的輸入或輸出誤差計(jì)算式為，(工工一工.產(chǎn)+(%—1ye) (6.3)式中：xact>Yact分別為實(shí)際位置的X、y值;xest>yest分別為估算位置的x、y值。平均均方根誤差為所有控制點(diǎn)誤差的平均，計(jì)算式為六 (6-4)式中：n為控制點(diǎn)的數(shù)量；Xact,i、Yact,i，分別為i點(diǎn)實(shí)際位置的X、y值；xest>i、yest,i分別為i點(diǎn)估算位置的x、y值。3.誤差處理為了保證幾何變換的精度，控制點(diǎn)的均方根誤差必須控制在一定的容差值內(nèi)。根據(jù)需要，生成數(shù)據(jù)者規(guī)定所能夠接受的容差值，而這個(gè)值可以隨輸入數(shù)據(jù)的精度、比例尺或地面分辨率而不同。如果均方根誤差在可接受的范圍內(nèi)，就可以假設(shè)這個(gè)基于控制點(diǎn)的精度水平也適用于整幅地圖或影像。但是該假設(shè)在某些情況下是錯(cuò)的，如果RMS誤差超過(guò)了設(shè)定的容差值，就需要調(diào)整控制點(diǎn)。因而，幾何變換是選取控制點(diǎn)、估算變換系數(shù)和計(jì)算均方根誤差的迭代過(guò)程，該過(guò)程持續(xù)到獲得滿意的變換結(jié)果為止。三、數(shù)字化地圖上的均方根誤差（1）RMS誤差如果RMS誤差在可接受的范圍之內(nèi)，則假設(shè)整幅地圖的變換也是可以接受的；如果在數(shù)字化控制點(diǎn)或輸入控制點(diǎn)的經(jīng)緯度值時(shí)，出現(xiàn)大的差錯(cuò)，該假設(shè)就是錯(cuò)誤的。（2）經(jīng)緯度數(shù)值錯(cuò)誤印在紙質(zhì)地圖上的經(jīng)緯度數(shù)值有時(shí)是錯(cuò)誤的，這將導(dǎo)致均方根誤差值可接受，而數(shù)字化地圖要素卻出現(xiàn)明顯的錯(cuò)位。雖然我們傾向于認(rèn)可出版地圖的精確性，但地圖上經(jīng)緯度數(shù)值的錯(cuò)誤也是常見(jiàn)的，對(duì)于小于常規(guī)尺寸的插圖和大于常規(guī)尺寸的超大地圖，這種錯(cuò)錯(cuò)誤更為常見(jiàn)。（3）控制點(diǎn)的選擇以源地圖的4個(gè)角點(diǎn)為控制點(diǎn)是合理的。因?yàn)檫@些點(diǎn)上標(biāo)有精確的經(jīng)緯度數(shù)值。用4個(gè)角點(diǎn)作控制點(diǎn)有助于與周邊地圖的接邊。如果有已知位置的更多的額外可用的點(diǎn)，仍然可以將其作為控制點(diǎn)。當(dāng)選用的控制點(diǎn)多于3個(gè)時(shí)，利用最小二乘法進(jìn)行仿射變換。因此，使用較多數(shù)目的控制點(diǎn)，在變換中整幅地圖能生成更好的變換結(jié)果圖層。如果控制點(diǎn)靠近感興趣的地圖要素，而非位于地圖的4個(gè)角落，則可以使這些感興趣地圖要素的定位更加準(zhǔn)確。四、像元值重采樣.重采樣方法三種常用的重采樣方法是：鄰近點(diǎn)插值法、雙線性插值法和三次卷積插值法。（1）鄰近點(diǎn)插值法鄰近點(diǎn)插值法是將