第四章數(shù)據(jù)庫

第四章地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的組織組織地理信息系統(tǒng):（1）確定收集數(shù)據(jù)；（2）數(shù)據(jù)預處理；（3）按區(qū)域框架和圖層結構將收集的數(shù)據(jù)輸入計算機；（4）數(shù)據(jù)處理；（5）空間數(shù)據(jù)庫的管理；（6）空間查詢、分析等；（7）結果輸出。汽油數(shù)據(jù)GIS以數(shù)據(jù)為處理線索硬件∶軟件∶數(shù)據(jù)=1∶2∶7數(shù)據(jù)在GIS中的地位空間區(qū)域框架及圖層結構空間數(shù)據(jù)的錄入及處理空間數(shù)據(jù)管理4.1地圖投影和坐標系統(tǒng)一、與地圖投影有關的地球幾何學中的幾個概念1.大圈：地球表面與通過地球中心的一個平面相交被稱為大圈。大圈上的一段弧是該弧兩端點之間的最短距離。2.子午線圈（經(jīng)圈）和平行圈（緯圈）通過地球南北極點的大圈稱為子午線圈（經(jīng)圈）與子午線正交的環(huán)為平行圈（緯圈）3.大地地理坐標系統(tǒng)用經(jīng)緯度來確定地球上點的坐標位置的坐標系二、正射投影概念：把地球表面上的細部投影到與投影中心正切的面上特點：隨著距投影中心的距離增加，比例尺變小，位移增大。只適用于小面積。三、圓錐投影與百萬分之一地圖投影1、圓錐投影：以圓錐面為投影面，圓錐軸與地軸重合，圓錐面與某一緯線相切或相割。按著某種條件及數(shù)學法則將地球上的經(jīng)緯線投影到圓錐面然后按圓錐某一條母線切展平即獲得園錐投影，可分切圓錐投影和割圓錐投影2、百萬分之一地圖投影：采用改良的多圓錐投影和等角圓錐投影改良的園錐投影：為減少變形，令許多圓錐與地球相切并規(guī)定按“經(jīng)6緯4”分幅，每幅單獨投影。四、高斯---克呂格投影及直角平面坐標系1、高斯-克呂格投影為等角橫切圓柱投影。我國比例尺大于1︰50萬的地形圖均用此投影。該投影先把地球按經(jīng)度6度分帶，由西向東共劃60個投影帶2、直角平面坐標系（高斯坐標）1、每一帶中央子午線的投影線為該帶的平面直角坐標系的縱軸（X軸），赤道的投影為橫軸（Y軸），交點為坐標原點。2、為了避免橫軸坐標出現(xiàn)負值，縱軸西移動500km，所以原坐標原點的坐標為(0，500km)。3、為了避免不同帶之間地點出現(xiàn)相同的高斯平面直角坐標，高斯平面直角坐標系規(guī)定在橫坐標Y值前標以投影帶的編號（n）。

3、大地坐標與高斯平面直角坐標的轉(zhuǎn)換正轉(zhuǎn)換：大地坐標平面直角坐標其中，S——赤道到測點緯度的經(jīng)線長

，4.2空間區(qū)域框架與圖層結構一、空間區(qū)域框架空間區(qū)域框架：就是按區(qū)域儲存和表達空間信息的一套規(guī)則。1、分為：自然區(qū)域框架，行政區(qū)域框架，自然-行政綜合區(qū)域框架，和地理網(wǎng)格區(qū)域框架。2、地形圖都是以地理網(wǎng)格區(qū)域框架作為儲存和表達空間數(shù)據(jù)的基礎。一般的專題圖或以所研究的自然區(qū)域，或行政區(qū)域，或以自然-行政綜合區(qū)域框架為基礎。3、地形圖區(qū)域框架的劃分（國際分幅法規(guī)）（1）國際標準圖幅以1︰100萬的地圖為基礎劃分緯差4度，從赤道向南北各自分成22帶，用A，B，C，……，V表示帶名；經(jīng)差6度，從東經(jīng)180度起，由西向東分成60帶，用1，2，3，……，60，表示帶名；縱橫交錯形成地理網(wǎng)格，每個網(wǎng)格作為1︰100萬地圖的空間區(qū)域框架，用橫、縱帶名雙編碼表示，如L—52（北緯44~48，東經(jīng)126~132）

比例尺緯度間隔經(jīng)度間隔1︰100萬4度6度1︰50萬2度3度1︰25萬1度1度30分1︰20萬40分1度1︰10萬20分30分1︰5萬10分15秒1︰2.5萬5分7分30秒1︰1萬2分30秒3分45秒1︰5千1分15秒1分52.5秒各種比例尺的地形圖的地理區(qū)域框架是一致的，具有包容性。只要兩種地圖具有相同的投影方式，大比例尺地形圖可定位在小比例尺地形圖上圖層概念：計算機內(nèi)二維陣列中的每個單元僅能容納一個數(shù)值，為表達不同的地圖數(shù)據(jù)，必須被分離成不同的二維陣列來儲存，每個儲存層及儲存的數(shù)據(jù)被稱為圖層。圖層結構：不同的圖層組織在一起形成了圖層結構。柵格數(shù)據(jù)分層土壤地貌森林建筑物ZYX空間數(shù)據(jù)分層方法：

1）專題分層

每個圖層對應一個專題，包含某一種或某一類數(shù)據(jù)。2）時間序列分層

即把不同時間或不同時期的數(shù)據(jù)作為一個數(shù)據(jù)層。3）地面垂直高度分層把不同高度的數(shù)據(jù)作為一個數(shù)據(jù)層。

Z空間數(shù)據(jù)分層的目的:便于空間數(shù)據(jù)的管理、查詢、顯示、分析等。

1）管理簡單

2）可加快查詢速度

3）增加了圖形顯示的靈活性

4）對不同數(shù)據(jù)層進行疊加，可進行各種目的的空間分析4.3空間數(shù)據(jù)庫的總體結構一、數(shù)據(jù)庫概述1、數(shù)據(jù)庫概念：

一個數(shù)據(jù)庫就是有關事物及其它們彼此之間關系的信息集合，這些信息的集合是按一定的數(shù)據(jù)模型和邏輯結構被儲存一個或多個適合于計算機的數(shù)據(jù)文件之中。2、計算機對數(shù)據(jù)的管理經(jīng)歷的三個發(fā)展階段：1）程序管理階段：2）文件管理方式：順序、隨機、索引、倒排文件等3）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：層次模型、網(wǎng)狀模型和關系模型等1）程序管理：10Readx,y,z20a=x+y……100data3,7,8,3,4,102）文件管理：順序文件:按記錄進入文件的先后順序存放。優(yōu)點：結構簡單，連續(xù)存取速度快缺點：不便于插入、刪除和修改等操作隨機文件：采用關鍵字變地址方法組織文件。優(yōu)點：文件隨機存放，插入刪除方便，查找速度快，節(jié)省空間。索引文件：帶有索引表的文件，在索引表中存放記錄的關鍵字和記錄在文件中的位置。索引區(qū)：存放索引表數(shù)據(jù)區(qū)：存放主文件查詢：先查索引表，再按索引表所指地址查記錄。在GIS中，空間數(shù)據(jù)量大，使用索引文件可以提高系統(tǒng)運行速度?；《翁栕蠖噙呅翁栍叶噙呅翁柣《巫鴺藬?shù)據(jù)1...數(shù)據(jù)文件弧索引表弧段號物理地址1...80...倒排文件：在多關鍵字文件中，建立一系列次關鍵字索引表。這種次關鍵字的索引表稱作倒排文件。次關鍵字索引表中每個索引項應包含次關鍵字及具有同一次關鍵字的多個記錄的主關鍵字或物理記錄號。優(yōu)點：對復雜的多關鍵字查詢時，可在倒排表中先完成查詢的“交”、“并”等邏輯運算，然后將得到的結果再對主文件中記錄進行存取。即把對記錄的操作轉(zhuǎn)換成地址集合的運算，提高了查詢的速度。

地塊號地貌類型坡度坡向利用現(xiàn)狀1緩坡5°~10°半陰林地2垣面<3°陽農(nóng)地3陡坡>15°陽牧地4溝道<5°半陽林地5緩坡5°~10°陰林地6緩坡5°~10°半陽林地7陡坡>15°陰牧地8垣面<3°陽農(nóng)地9寬梁頂<3°陽農(nóng)地10緩坡5°~15°半陽林地土地資源文件在土地資源數(shù)據(jù)文件中，地塊號為關鍵字，地貌類型、坡度、坡向、利用現(xiàn)狀為次關鍵字。對次關鍵字分別建立倒排表。次關鍵字地塊號陡坡3，7垣面2，8溝道4寬頂梁9緩坡1，5，6，10次關鍵字地塊號陰5，7半陽4，6，10半陰1陽2，3，8，9次關鍵字地塊號農(nóng)地2，8，9林地1，4，5，6，10牧地3，7地貌類型倒排表坡向倒排表利用現(xiàn)狀倒排表現(xiàn)在要查詢土地資源數(shù)據(jù)庫中，利用現(xiàn)狀為林地，地貌類型為緩坡、坡向為半陽的地塊。方法：查詢倒排文件并進行邏輯運算。（1）查利用現(xiàn)狀倒排表得林地的地塊號為：[1，4，5，6，10]；（2）查地貌類型倒排表得緩坡的地塊號：[1，5，6，10]；（3）查坡向倒排表得半陽的地塊號：[4，6，10]；（4）對（1），（2），（3）所得結果求交得：[6，10]。符合條件的地塊為6號和10號地塊。層次數(shù)據(jù)庫模型

它的特點是將數(shù)據(jù)組織成一對多關系的結構。層次結構采用關鍵字來訪問其中每一層次的每一部分。層次數(shù)據(jù)庫結構特別適用于文獻目錄、土壤分類、部門機構等分級數(shù)據(jù)的組織。3）數(shù)據(jù)庫管理層次數(shù)據(jù)庫模型優(yōu)點：存取方便且速度快結構清晰，容易理解數(shù)據(jù)修改和數(shù)據(jù)庫擴展容易實現(xiàn)檢索關鍵屬性十分方便缺陷：結構呆板，缺乏靈活性同一屬性數(shù)據(jù)要存儲多次，數(shù)據(jù)冗余大（如公共邊）不適合于拓撲空間數(shù)據(jù)的組織網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫模型網(wǎng)絡模型用連接指令或指針來確定數(shù)據(jù)間的顯式連接關系，采用圖數(shù)據(jù)結構，具有圖數(shù)據(jù)結構的一系列特點。表達的數(shù)據(jù)關系是多對多，且數(shù)據(jù)之間具有顯式的連接關系，但沒有層次關系。MIIIabcdefg123456網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫模型優(yōu)點：能明確而方便地表示數(shù)據(jù)間的復雜關系數(shù)據(jù)冗余小缺陷：網(wǎng)狀結構的復雜，增加了用戶查詢和定位的困難。需要存儲數(shù)據(jù)間聯(lián)系的指針，使得數(shù)據(jù)量增大數(shù)據(jù)的修改不方便（指針必須修改）關系數(shù)據(jù)庫模型是以記錄組或數(shù)據(jù)表的形式組織數(shù)據(jù)，以便于利用各種地理實體與屬性之間的關系進行存儲和變換，不分層也無指針，是建立空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)之間關系的一種非常有效的數(shù)據(jù)組織方法。關系數(shù)據(jù)庫模型MⅠⅡ

ⅠⅡacbecfgdⅠa12ⅠⅠⅠⅡⅡⅡgb25f463e356d41c34地圖多邊形線1x1y12x2y23x3y34x4y45x5t56x6y6點關系數(shù)據(jù)庫模型優(yōu)點：結構特別靈活，滿足所有布爾邏輯運算和數(shù)學運算規(guī)則形成的查詢要求能搜索、組合和比較不同類型的數(shù)據(jù)增加和刪除數(shù)據(jù)非常方便缺陷：數(shù)據(jù)庫大時，查找滿足特定關系的數(shù)據(jù)費時對空間關系無法滿足標準DBMS存儲空間數(shù)據(jù)的局限性空間數(shù)據(jù)記錄是變長的（如點數(shù)的可變性），而一般的數(shù)據(jù)庫都只允許把記錄的長度設定為固定在存儲和維護空間數(shù)據(jù)拓撲關系方面存在著嚴重缺陷一般都難以實現(xiàn)對空間數(shù)據(jù)的關聯(lián)、連通、包含、疊加等基本操作不能支持復雜的圖形功能單個地理實體的表達需要多個文件、多條記錄，一般的DBMS也難以支持難以保證具有高度內(nèi)部聯(lián)系的GIS數(shù)據(jù)記錄需要的復雜的安全維護數(shù)據(jù)庫與傳統(tǒng)文件系統(tǒng)的差別:（1）數(shù)據(jù)獨立于應用程序而集中管理，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享，減少了冗余，提高了效益；（2）在數(shù)據(jù)間建立了聯(lián)系，從而使數(shù)據(jù)庫能反映出現(xiàn)實世界中信息的聯(lián)系。數(shù)據(jù)庫的主要特征（與傳統(tǒng)文件管理相比）：（1）數(shù)據(jù)集中控制；（2）數(shù)據(jù)冗余度??；（3）數(shù)據(jù)獨立；（4）復雜的數(shù)據(jù)模型；（5）數(shù)據(jù)保護。二、GIS空間數(shù)據(jù)庫1、GIS空間數(shù)據(jù)庫特點1）復雜性A.數(shù)據(jù)類型復雜：空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)緊密相連B.數(shù)據(jù)結構復雜：包括矢量和柵格兩種結構C.數(shù)據(jù)之間關系復雜：空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)既相互獨立又密切聯(lián)系2）多樣性查詢與檢索同時涉及空間與屬性數(shù)據(jù)，經(jīng)常引入算法與模型。3）數(shù)據(jù)量大空間數(shù)據(jù)量大，記錄長度多變，需用合理的算法，數(shù)據(jù)結構及編碼方式2、GIS空間數(shù)據(jù)庫組織與管理混合式結構一體化結構（1）地圖數(shù)據(jù)（空間數(shù)據(jù)）采用文件處理方式，應用程序知道每個數(shù)據(jù)文件的數(shù)據(jù)結構?？臻g數(shù)據(jù)管理模塊包括以下功能：a.地圖數(shù)據(jù)輸入：地圖數(shù)字化、坐標變換、空間數(shù)據(jù)編輯、拓撲變換、注記等b.空間數(shù)據(jù)管理和維護：圖庫管理、數(shù)據(jù)格式變換、數(shù)據(jù)編碼變換、地圖投影變換、地形數(shù)據(jù)管理、空間數(shù)據(jù)組合與分解等c.標準查詢等（2）屬性數(shù)據(jù)采用數(shù)據(jù)庫管理方式（DBMS），如dbase，foxbase，Oracle等。（3）圖形數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的連接根據(jù)屬性表中的唯一公共標識來連接圖形文件屬性文件標識符（5）混合式空間數(shù)據(jù)庫和一體化空間數(shù)據(jù)庫功能結構舉例（以Arcview為例）

1）以Arcview為例，理解混合式空間數(shù)據(jù)結構A.文件類型矢量數(shù)據(jù).shp柵格數(shù)據(jù).grd置于同一目錄下屬性數(shù)據(jù).dbfB.文件管理Windows管理：復制刪除移動等Arcview系統(tǒng)內(nèi)部管理：坐標變換，矢量與柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，屬性標的連接，新專題生成等屬性數(shù)據(jù)管理：用tables模塊管理2）ArcGIS中的SDE集成方式體現(xiàn)了使用一體化的空間數(shù)據(jù)庫的結構。SDE擴展了傳統(tǒng)的關系數(shù)據(jù)庫只存儲和管理屬性數(shù)據(jù)的模式，允許把空間數(shù)據(jù)加入到關系數(shù)據(jù)庫，提供地理要素的空間位置幾何形狀等信息。Arcview中，每生成一矢量或柵格專題，會自動產(chǎn)生一個屬性表，可以對屬性表進行編輯、連接等操作。SDE對各空間要素的存儲和組織:

1.空間要素的存儲方法

SDE存儲和組織數(shù)據(jù)庫中的空間要素的方法,是將空間數(shù)據(jù)類型加到關系數(shù)據(jù)庫中,不改變和影響現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫或應用。它只是在現(xiàn)有的數(shù)據(jù)表中加入圖形數(shù)據(jù)項(Shapecolumn),供軟件管理和訪問與其關聯(lián)的空間數(shù)據(jù)。SDE將地理數(shù)據(jù)和空間索引放在不同的數(shù)據(jù)表中,通過關鍵項將其相聯(lián)。將圖形數(shù)據(jù)項加到一個商業(yè)數(shù)據(jù)庫表后,該表即可以稱為空間可用的(spatiallyenabled)。SDE通過將信息存入層表(LAYERStable)來管理空間可用表。層表幫助管理商業(yè)表和空間數(shù)據(jù)之間的連接。對空間可用表,可像通常那樣對表中數(shù)據(jù)進行查詢、合并,也可以進行圖到屬性或?qū)傩缘綀D的查詢。2.地理要素SDE中的地理要素由屬性和幾何形狀——點、線或面組成。SDE允許“空(Nil)Shape”,“空”沒有幾何形狀,但有屬性。

3.坐標

SDE用X、Y坐標存放圖形:

點——單一(X,Y)坐標記錄;

線——有序的一組(X,Y)坐標記錄;

面——一組起始結點和終止結點相同的線段對應的(X,Y)坐標記錄。SDE還允許在X、Y坐標上加Z值,用來表示X、Y點處對應的高度或深度,因此,SDE的圖形可以是二維或三維的。SDE對每種類型的圖形都有一組合法性檢查規(guī)則,用以在將該圖形存入RDBMS之前,檢驗其幾何正確性。4.度量

度量表示沿著一地理要素上某些給定點處的距離、時間、地址或其它事件。除空圖形(NilShape)外,其它所有的圖形類型都可以加上度量值,它與圖形坐標系統(tǒng)無關。盡管許多應用中線上的度量值用以表示逐步增加的線性距離,但事實上度量值可以隨機遞增或遞減,也可以是常量。

5.注記

對SDE數(shù)據(jù)模型而言,注記被看成與圖上的要素或坐標相關聯(lián)的文字(串),是要素屬性,被存于數(shù)據(jù)庫中與其相關的一個或多個屬性表中。與圖上地理要素或坐標無關的文字、圖形,如地圖標題、比例尺、指北針等,SDE不將其存入數(shù)據(jù)庫。SDE應用開發(fā)

ESRI的ArcViewGIS、MapObjects、ARC/INFO以及SDECAD客戶端等產(chǎn)品都可以作為SDE的客戶端,應用接口程序設計可以選用C、C++、VisualBasic或Avenue等。4.4空間數(shù)據(jù)的數(shù)字化GIS空間數(shù)據(jù)庫的主要數(shù)據(jù)源：地圖類：數(shù)字化；圖像類：遙感成圖，然后數(shù)字化；掃描后進行圖像處理、判讀；文件類：調(diào)查報告、文件、統(tǒng)計數(shù)據(jù)、實驗數(shù)據(jù)、野外調(diào)查的原始記錄等數(shù)據(jù)源與相應設備地圖地面測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計資料航空、遙感文字數(shù)據(jù)多媒體坐標幾何數(shù)字化儀掃描儀攝影測量系統(tǒng)鍵盤空間數(shù)據(jù)庫編輯處理數(shù)據(jù)交換一、地圖數(shù)字化處理過程的框架1.地圖數(shù)字化過程的總體框架2、系統(tǒng)分析過程

系統(tǒng)分析過程是根據(jù)任務的具體情況出發(fā)，全面地分析目標、經(jīng)費、時間、現(xiàn)有條件等之間的關系，平衡目標和約束條件之間的矛盾，制定出地圖數(shù)字化過程的方案，和對各個技術環(huán)節(jié)的具體要求。3、地圖文件預處理和編修過程1）收集的空間數(shù)據(jù)不同：地圖、航片或遙感圖像等2）成像年代、投影類型、比例尺及精度可能不一致3）屬性分類及度量單位也不會完全一致所以要進行預處理。地圖文件預處理和編修過程4、地圖數(shù)字化過程矢量數(shù)據(jù)：1）數(shù)字化儀數(shù)字化2）屏幕數(shù)字化：先掃描然后數(shù)字化柵格數(shù)據(jù)：1）用手工方法2）在GIS平臺上由矢量轉(zhuǎn)柵格。

5、數(shù)字化結果的檢查與編輯二、專題圖的編篡方法

建立GIS數(shù)據(jù)庫時，可能會遇到缺少某些專題圖，或所收集的專題圖在編圖時間、比例尺、投影方式、精度等方面不相同，需要編篡。四種方法：直接轉(zhuǎn)繪法；遙感成圖法；利用航片修訂現(xiàn)存專題圖法；野外調(diào)查、測量成圖法。直接轉(zhuǎn)繪法比例尺不同：先歸正比例尺，再轉(zhuǎn)繪。用方格純手工或用轉(zhuǎn)繪儀或光學縮放儀等方法。比例尺相同：直接轉(zhuǎn)繪區(qū)域框架不同：修正位置和邊界，把基本圖和工作圖配準線性綜合：邊界與線性特征的取舍補充，與相鄰圖幅是否一致，屬性編碼是否一致

利用遙感或航片成圖法：1、判讀：根據(jù)圖象判定地物，不同程度上進行地物的分類和區(qū)劃2、成圖：把圖象判讀區(qū)劃結果定位到基本圖上。

野外調(diào)查測量成圖方法：使用遙感圖像進行區(qū)劃判讀，確定空間位置，通過野外調(diào)查獲得各區(qū)劃類型的屬性數(shù)據(jù)。三、專題地圖一體化預處理過程

一體化預處理過程就是把這些專題地圖定位在所選定的區(qū)域框架上，并統(tǒng)一各區(qū)劃邊界及分類單位。在數(shù)字化之前進行稱為預處理，在數(shù)字化之后進行稱為后處理。1、統(tǒng)一專題圖的區(qū)域框架，制作一體化底圖。2、統(tǒng)一區(qū)劃邊界線。3、統(tǒng)一屬性數(shù)據(jù)的分類系統(tǒng)。四、地圖數(shù)據(jù)的數(shù)字化方式1、數(shù)字化儀的輸入方式數(shù)字化儀由數(shù)字化平板和鼠標控制器組成，GIS早期較多用。受精度限制，現(xiàn)在少用2、掃描儀數(shù)字化輸入方式先用掃描儀對地圖或文件掃描，然后用計算機軟件處理，提取點、線、面等。分自動矢量化和交互式矢量化。

3、計算機屏幕數(shù)字化方式把航片、衛(wèi)星圖象，地圖掃描成數(shù)字化位圖數(shù)據(jù)。GIS系統(tǒng)工具把這些數(shù)據(jù)作為一個圖象專題加載到GIS系統(tǒng)內(nèi)。在GIS功能模塊支持下，把這些專題顯示在屏幕上，以這些圖象為底圖，進行目視輪廓判讀、地物與邊界的識別等，然后利用GIS的繪圖功能，繪出點、線、面等不同地圖要素的專題圖數(shù)據(jù)。4、遙感數(shù)據(jù)源輸入GIS方式遙感數(shù)據(jù)分為航片和衛(wèi)片。經(jīng)過圖像處理軟件的處理和分析，衛(wèi)片可直接加載到GIS中5、CAD數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)手工輸入和文本等空間數(shù)據(jù)輸入方式CAD繪圖與圖形編輯功能強大，成為很好的數(shù)字化軟件五、空間數(shù)據(jù)質(zhì)量誤差來源：數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)錄入、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)輸出、數(shù)據(jù)應用。質(zhì)量控制：準確度、精度、不確定性、相容性、一致性、完整性、可得性、現(xiàn)勢性。數(shù)據(jù)質(zhì)量準確度：與真值的接近程度；精度：對象表達的詳細程度不確定性：不能精確描述的對象相容性：兩個來源數(shù)據(jù)在同一應用中的難易程度一致性：同類現(xiàn)象表達的一致性完整性：數(shù)據(jù)的完整性可得性：數(shù)據(jù)獲取的容易程度現(xiàn)勢性：數(shù)據(jù)反映對象目前的程度

常見數(shù)據(jù)輸入錯誤圖紙移動圖紙變形制圖誤差數(shù)字化誤差各種誤差將影響到GIS數(shù)據(jù)處理的各個環(huán)節(jié)制圖錯誤圖幅接邊誤差數(shù)字化誤差數(shù)據(jù)編輯內(nèi)容與方法空間數(shù)據(jù)編輯的必要性修正數(shù)據(jù)輸入錯誤維護數(shù)據(jù)的完整性和一致性更新地理信息空間數(shù)據(jù)編輯內(nèi)容數(shù)據(jù)不完整、重復空間數(shù)據(jù)位置不正確空間數(shù)據(jù)比例尺不準確空間數(shù)據(jù)變形幾何和屬性連接有誤屬性數(shù)據(jù)不完整主要方法疊合比較法目視檢查法邏輯檢查法4.5空間數(shù)據(jù)管理

三個坐標系之間的轉(zhuǎn)換：數(shù)字化儀坐標系圖幅坐標系屏幕坐標系變換表現(xiàn)為三方面：平移，旋轉(zhuǎn)，縮放一、地圖數(shù)據(jù)的坐標變換與圖象的地理編碼1、數(shù)字化儀與圖幅坐標系之間的變換

（平移和旋轉(zhuǎn)）

其中：x1，y1—地圖上一點在圖幅坐標系中的坐標；x，y—該點在數(shù)字化儀坐標系中的坐標；x0，y0—圖幅坐標系中的原點在數(shù)字化儀坐標系中的坐標值；A—圖幅坐標系的坐標軸與數(shù)字化儀坐標系的坐標軸逆時針的夾角。X0XYY0PY1X1AA如何求X0，Y0與A的值在數(shù)字化儀上先測得圖幅四個角點P1、P2、P3、P4的x和y坐標

X(p1)與Y(p1)的值即為X0Y0的值P2P1△XP3P4△YP2P1△X

P3P4△Y2、屏幕與圖幅的坐標變換

比例變換因子：其中：—X與Y方向上屏幕窗口與圖幅比例變換因子py2ω1y1x2ω2ω4p2p3ω3p4p1x1其中：x1與y1是圖幅內(nèi)任意點的圖幅坐標x2與y2是該點在屏幕上的屏幕坐標變換公式：py2ω1y1x2ω2ω4p2p3ω3p4p1x1二、空間數(shù)據(jù)格式變換

柵格數(shù)據(jù)格式矢量數(shù)據(jù)格式

（一）兩種數(shù)據(jù)格式變換的基礎1、矢量數(shù)據(jù)格式：空間位置是用它們在某一參照坐標系中的坐標來表達。點：單個的坐標線：一組坐標值面：封閉的邊界線2、柵格數(shù)據(jù)格式：表達空間位置數(shù)據(jù)的基本單位是柵格單元（象素）3、將一個網(wǎng)格系統(tǒng)覆蓋在笛卡兒坐標系統(tǒng)上，可生成一個網(wǎng)格坐標系統(tǒng)。向量地圖上線和面的邊界可以用網(wǎng)格線近似表達。精度取決于網(wǎng)格密度。4、柵格坐標系統(tǒng)左上角為坐標原點，矢量坐標系統(tǒng)左下角為坐標原點。兩坐標系之間存在著相互轉(zhuǎn)換的關系。（二）由柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成拓撲向量數(shù)據(jù)的算法分析（多邊形）

設給定網(wǎng)格數(shù)據(jù)是一個N×N矩陣間隔：矩陣中同一行內(nèi)相互鄰接，且具有相同專題屬性值的元素構成一個間隔段。區(qū)域：分布在不同行，但相互鄰接的間隔組成一個區(qū)域。518437529508268439643（1）對網(wǎng)格型數(shù)據(jù)所描述的區(qū)域賦給一個標志值

A.對第一行的每一個間隔段按先后順序給定一個標志值B.從第二行開始到最后一行，如果某一間隔的第一個元素的專題屬性值等于上一行相鄰的間隔段的專題屬性值，則該間隔的標志值采用上一行與其相鄰間隔的標志值，否則賦給一個新的標志值。如果在一間隔內(nèi)第一個元素以外的其它元素與上一行相鄰接的元素有著相同的專題屬性值，而這兩個元素所在的間隔段的標志值又不相同，則這兩個間隔段要建立一個關系。1113242533678333333259999101113101412121212151617171717181815192021192222202023232121192425252626262626272720202028293030272727292919C.在所有的間隔都賦給了一個間隔值后，則獲得一個包含相鄰間隔之間的關系表和關系子圖。每個子圖把屬于同一區(qū)域的間隔段連結在一起。每個區(qū)域取值為間隔段的最小標志值。這樣同一區(qū)域的所有間隔段都被賦給了一個相同的唯一標志值。46697108101112121313151416161919201822242528304697810111213151416192018222425283011132425334773333332544447111171411111111111417171717181811141421141818141423232121142424242626262626272714141428292828272727292914為去掉斷號現(xiàn)象，按從小到大的次序重新對區(qū)域標志編號。

111324253346733333325444467768777778999910101788118101088121211118131313141414141415158881617161615151517178D.專題屬性值轉(zhuǎn)變成標志值后，形成二者的關系表，進行空間處理分析時應用。提取每個區(qū)域間隔段時，每個間隔段用R-L碼進行編碼（行列編碼），編碼值與區(qū)域標志值儲存在一起。（2）區(qū)域和鄰域關系表每個區(qū)域的鄰域用開“窗口”方法獲得（2×2）。如果兩個或三個元素的區(qū)域標志值在“窗口”中不同，則表明這些標志值所代表的區(qū)域具有鄰域關系。XXX1147810區(qū)域鄰域1242134632567412675362347.區(qū)域與鄰域關系表（3）提取邊界線，并用鏈碼編碼

為提取邊界線及結點，開設2×2的窗口進行游動搜索。窗口內(nèi)結點及邊界結果如圖acbcabcaabacabccaabcabbaacbabcac6種邊界結構8種結點結構aabbaaababababbbbabbaaba①探測結點并編碼之后，從第一個結點開始提取隱含的邊界線。每個結點提取3條以上的隱含的邊界線。一條鏈只能提取一次。②每條鏈的首尾結點坐標以及該鏈的左右區(qū)域的標志值均被存儲在同一個拓撲文件之中，而把組成隱含邊界線的鏈編碼存儲在另一文件中。在每個鏈的拓撲記錄中有一個指針指向鏈編碼文件中該鏈首結點的物理地址。③對提取的邊界線進行平滑處理。（三）由拓撲向量數(shù)據(jù)結構向網(wǎng)格數(shù)據(jù)結構變換

要點：①確定柵格元素的大小，即分辨率。如地形起伏大應用高分辨率②了解矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)的坐標。如矢量數(shù)據(jù)的坐標是直角坐標系，原點在圖的左下方，柵格數(shù)據(jù)坐標是行列坐標，原點在圖左上方，轉(zhuǎn)換時，一般使直角坐標系的x,y軸與柵格數(shù)據(jù)行列平行xminxmaxymaxyminxminxmaxymaxymin(0,0)JI△x△y(x,y)(x,y)③轉(zhuǎn)換公式：△X=(Xmax-Xmin)/J△Y=(ymax-ymin)/I其中：xmaxxminymaxymin表示矢量坐標中x,y的最大值，最小值。I,J表示柵格的行數(shù)和列數(shù)△x△y表示每個柵格單元的邊長基本要素的轉(zhuǎn)換（1）點的轉(zhuǎn)換行i=1+Integer[（ymax-y）/△y]列j=1+Integer[（x-xmin）/△x]Integer---取整i,j---行，列值xminxmaxymaxyminxminxmaxymaxymin(0,0)JI△x△y(x,y)(x,y)（2）線的轉(zhuǎn)換線的轉(zhuǎn)換實質(zhì)是完成相鄰兩點間直線的轉(zhuǎn)換。設直線AB端點坐標為A（x1，y1），B（x2，y2）則需把A，B兩點矢量坐標轉(zhuǎn)換成柵格數(shù)據(jù)，同時求出直線AB經(jīng)過的中間柵格數(shù)據(jù)。1利用點轉(zhuǎn)換法，將A，B轉(zhuǎn)換成柵格數(shù)據(jù)，求出行列值2由上述行列值求出直線所在行列范圍3確定直線經(jīng)過的中間柵格點B

i(x,y)A

求出直線經(jīng)過的起始行號為i1，終止行號為im，則中間行號為i2,i3……im-1現(xiàn)在要求相應行號相交于直線的列號1）求相應i行中心處同直線相交的y值y=ymax-△y(i-1/2)2）用直線方程求y值對應的x值X=(x2-x1)(y-y1)/(y2-y1)+x13）由x,y值求相應i行的列值jJ=1+Integer[(x-xmin)/△x]如此不斷求直線經(jīng)過的各行的列值，完成轉(zhuǎn)換已知某矢量坐標系，坐標原點為O（0，0），X坐標的最大值為150，Y坐標的最大值為300，其中有兩點P1和P2，坐標分別為P1（51，100）、P2（53，103）試將P1、P2所連成的直線轉(zhuǎn)為柵格坐標，柵格坐標系的分辨率為300行×150列。

P1P2P1點的行列值：i=1+Integer(300-100)/1=201j=1+Integer(51-0)/1=52P2點的行列值：i=1+Integer(300-103)/1=198j=1+Integer(53-0)/1=54直線經(jīng)過的行范圍：198-201

P1P2199行中心處同直線相交的y值：y=300-199*1+1/2=101.5該行y值對應的x值：x=(53-51)(101.5-100)/(103-100)+51=52x坐標對應的柵格列值為：j=1+Integer(52-0)/1=53

P1P2200行中心處同直線相交的y值：y=300-200*1+1/2=100.5該行y值對應的x值：x=(53-51)(100.5-100)/(103-100)+51=51.3x坐標對應的柵格列值為：j=1+Integer(51.3-0)/1=52P1、P2所連成的直線的柵格坐標為（201，52），（200，52），（199，53），（198，54）（3）區(qū)域填充區(qū)域矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成柵格數(shù)據(jù)是通過矢量邊界輪廓的轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的。矢量邊界線段轉(zhuǎn)成柵格數(shù)據(jù)后，還要進行面域的填充。1）射線法①判斷疑問點p(x,y)是否在多邊形內(nèi)，從點向左引水平掃描線（射線）與區(qū)域邊界相交次數(shù)為c，若c為奇數(shù)，在多邊形內(nèi)，c為偶數(shù)，則在多邊形外。②作一系列水平掃描線，求出掃描線和區(qū)域邊界交點，將交點按x值大小排序，其相鄰坐標點之間的射線在區(qū)域內(nèi)。產(chǎn)生奇異性I1OXYX3"X1X2X1'X2'X3'X4'X2"X1"I2I3OXYPP1③奇異性：射線遇到極值點出現(xiàn)判斷失誤。a.采用鄰點分析法區(qū)分出極值點。對極值點看作2個同值交點，對非極值點看作一個斜交點，從而解決奇異性。判斷極值點：極值點為兩直線交點，若兩直線在掃描線的同一側(cè)，則為極值點，否則為非極值點。P1P2P3P4b.簡化方法：它對組成多邊形的每條直線的高端點y值坐標進行負修正，避開了奇異性。又稱‘上閉下開’法。即在二直線的交點處掃描線上面的邊與掃描線交點有效，掃描線下面的邊與該掃描線交點無效，掃描線與多邊形重合時不作求交運算。YOXI1I1相交零次I2I2相交兩次I3I3相交兩次I4I4相交兩次I5I5相交四次I6I6相交兩次2）邊界點跟蹤法從邊界上某一點柵格單元開始按順時針方向跟蹤邊界上各柵格，對多邊形中島則按逆時針方向跟蹤，將跟蹤的每個柵格分別賦予R，L，N。R--該柵格同相鄰元素的行數(shù)不同，且行數(shù)增加的單元L--該柵格同相鄰元素的行數(shù)不同，且行數(shù)減少的單元N--該柵格值單元同相鄰單元行數(shù)相同最后，逐行掃描，根據(jù)填充字符值，填充L-R之間的柵格。NNNNLRLRLNNRLRLRLRLNNNNLRLRLRLRLNNRLNNRLRLRLRLRLRLRNNNNNN3）邊界代數(shù)法前提：已知組成多邊形邊界（弧段）的拓撲關系，即邊界前進方向的左右多邊形號。方法：假定沿邊界前進方向y值下降時稱下行，y值上升時稱上行。上行時填充值為左多邊形號減右多邊形號，下行時為右多邊形號減左多邊形號，將每次填充值同該處的原始值作代數(shù)運算得到最終填充值。N2N4N1N3123N1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1N2N3-1-1-1222211222211222211222111N2（1）（2）123N3-1-1-1222211222211222211222111N2（2）123N333222222211222211222211222111（3）N1310002200-1-12220-1-1222211222111N4N333222222211222211222211222111（3）（4）123N1310002200-1-12220-1-1222211222111N4（4）123310002200-1-12220-1-1221100221000N2N4（5）310002200-1-12220-1-1221100221000N2N4N131231122212211221N2N3（5）（6）1234）種子法（內(nèi)部點擴散法）由多邊形的一個內(nèi)部點開始，向其他八個方向的鄰點擴散，判斷每個新加入點是否在多邊形邊界上，如果是邊界點，則新加入點不作為種子點。如不是邊界點，則把新加入點作為種子點與原有種子點一起進行擴散運算，并將該種子點賦予多邊形的編號。重復上述過程，直到所有種子點填滿該多邊形并遇到邊界為止。三、空間數(shù)據(jù)配準

概念：是對空間數(shù)據(jù)進行幾何變換，把地面坐標分配給地圖數(shù)據(jù)進行地理編碼，或?qū)臻g數(shù)據(jù)層（圖層結構）之間進行空間位置的精確配準，以便使它們能夠在空間分析時進行疊加操作。過程：把不同的數(shù)據(jù)層配準到一個共同的坐標系統(tǒng)中，或配準到標準的數(shù)據(jù)層。分類：共面變換和非共面變換1、絕對位置配準

概念：絕對配準是把每一個圖幅的空間數(shù)據(jù)及每一個數(shù)據(jù)層的空間數(shù)據(jù)先后分別獨立地與同一地理坐標系配準，然后再把它們彼此配準。以ArcView為例說明這一點1）建立一個文本格式的坐標變換參數(shù)數(shù)據(jù)文件，與要進行匹配的圖像文件或.dxf文件置于相同的文件夾中。匹配參數(shù)文件的根名與被匹配的數(shù)據(jù)文件相同，擴展名為.jgw或.wld2）Arcview系統(tǒng)加載該圖像文件或.dxf文件的同時，匹配參數(shù)文件也被取，Arcview系統(tǒng)設有專門進行坐標變換的程序3）掃描圖象的匹配參數(shù)文件（.jgw數(shù)據(jù)文件）的數(shù)據(jù)文件結構如下：[象素在X方向上的地面分辨率（地圖單位/象素）][行方向的旋轉(zhuǎn)值，目前ArcView系統(tǒng)暫時設它為零值][列方向的旋轉(zhuǎn)值，目前ArcView系統(tǒng)暫時設它為零值][象素在Y方向上的地面分辨率（地圖單位/象素），取其負值][位圖圖象左上角點X方向的大地坐標值][位圖圖象左上角點Y方向的大地坐標值]4）對于CAD的dxf矢量數(shù)據(jù)專題坐標匹配的參數(shù)文件格式：一個控制點或兩個控制點[控制點在ArcView系統(tǒng)上的X坐標],[控制點在高斯坐標系中的X坐標][空格][控制點在ArcView系統(tǒng)上的Y坐標],[控制點在高斯坐標系中的Y坐