GIS 空間分析原理與方法第二章

GIS空間分析原理與方法

授課教師:劉湘南

2005.03.

NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)空間分析基礎(chǔ)Spatialanalysis第二章NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)

第二章空間分析基礎(chǔ)

空間分析以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，運用各種手段提取和傳輸?shù)乩砜臻g信息，實現(xiàn)輔助地學(xué)空間問題決策的目標(biāo)。是有關(guān)空間數(shù)據(jù)分析技術(shù)的統(tǒng)稱。NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)

2.1.1空間的概念1空間

空間可以定義為一系列結(jié)構(gòu)化物體及其相互間聯(lián)系的集合（Gatrell，1991）。尺寸、方向、紋理等是比較容易描述的一類空間特征，因此通?？臻g被定義為物理空間，從感觀的角度將其看作是目標(biāo)或物體所存在的容器或框架（Freksa，1991；Nunes，1991）。

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2.1空間與地理空間NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)2.1.1空間的概念2歐氏空間

又稱歐氏幾何所研究的空間，分為平面和立體兩種，是對現(xiàn)實空間最為簡單而確切的近似描述。在現(xiàn)代數(shù)學(xué)中，目前，大多數(shù)空間實體在GIS中用二維方法描述。其關(guān)于距離以及方位的度量依賴于歐式空間，許多地學(xué)模型也建立在歐式空間的基礎(chǔ)之上。NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)2.1.1空間的概念3拓?fù)淇臻g

拓?fù)潢P(guān)系是最基本的空間關(guān)系之一，在空間分析和空間推理中占據(jù)重要的地位?？臻g關(guān)系研究空間目標(biāo)之間在一定區(qū)域上構(gòu)成的與空間特性有關(guān)的聯(lián)系，傳統(tǒng)上分為拓?fù)潢P(guān)系、度量關(guān)系、方位關(guān)系三類。NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)2.1.1空間的概念

空間目標(biāo)間的關(guān)聯(lián)、相鄰與連通等幾何屬性不會隨空間目標(biāo)的平移、旋轉(zhuǎn)、縮放等變換而發(fā)生改變，拓?fù)潢P(guān)系即研究這些保持不變的拓?fù)鋵傩缘拿枋雠c表達(dá)?！巴?fù)洹币辉~取自希臘文，其原意為“形狀的研究”，度量關(guān)系是用某種度量空間中的度量來描述的目標(biāo)間的關(guān)系。NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)2.1.1空間的概念地理空間被認(rèn)為是上至大氣電離層，下至地幔莫霍面的區(qū)域內(nèi)物質(zhì)與能量發(fā)生發(fā)展轉(zhuǎn)化的時空載體，是具有空間參考信息的地理實體或地理現(xiàn)象發(fā)生的時空位置集（Worboys，1995）。4地理空間NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)2.1.1空間的概念

地理學(xué)常用解析幾何的方法來分析地理實體的幾何位置和形態(tài)特征，包括其坐標(biāo)、角度、方向、距離、周長和面積等，并用拓?fù)鋷缀蔚姆椒▉砻枋龅乩韺嶓w間的空間關(guān)系，如相鄰、相離、相交、包含、重合等。目標(biāo)間的關(guān)系多種多樣并與空間參考密切相關(guān)，定義一種關(guān)系就必然定義一種空間。NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)2.1.1空間的概念

地理空間可以模擬為由精確坐標(biāo)值組成的域，也可以描述為空間參考物體的集合，即通過實體間的空間關(guān)系和空間分布來記錄，分別被稱作絕對空間和相對空間。但實際上，坐標(biāo)值必須參照地理空間坐標(biāo)系來定義，地理位置的唯一性建立在統(tǒng)一的坐標(biāo)框架之下，從這個意義上說，絕對空間也是相對的概念。

NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)2.1.1空間的概念

在傳統(tǒng)上，地理空間以歐式空間為基礎(chǔ)。但它對于宏觀的空間分布或目標(biāo)之間的相互關(guān)系的表達(dá)存在困難.因此，GIS進行空間分析的過程中引入拓?fù)淇臻g，用于表達(dá)空間目標(biāo)之間的鄰接、連通等關(guān)系，通過各種分析操作解算空間目標(biāo)的相關(guān)特征，發(fā)現(xiàn)地理規(guī)律和知識。NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)2.1.2地理空間的多級抽象一OpenGIS的九層抽象開放地理信息系統(tǒng)協(xié)會（OpenGISConsortium，OGC）制訂的OpenGIS規(guī)范將地理空間認(rèn)知模型抽象為九個層次，如下頁圖示。OpenGIS規(guī)范認(rèn)為從現(xiàn)實世界到GIS工程世界要經(jīng)過九個層次的轉(zhuǎn)化和抽象，九個層次之間通過八個接口相互連接。從第二層到第九層，每一層都由前一層派生而來，后一層是對前一層的抽象。NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)一OpenGIS的九層抽象現(xiàn)實世界（基本語言）系統(tǒng)庫（編程語言、數(shù)學(xué)庫等）概念世界（自然語言）地理空間世界（GIS語言）維度世界

項目世界地理點陣世界

地理幾何特征世界地理要素世界

要素集成世界層層抽象NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)二ISO/TC211的三級抽象國際標(biāo)準(zhǔn)化組織的地理信息技術(shù)委員會(ISO/TC211).規(guī)定以數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)交換為目標(biāo)的地理信息基本語義和結(jié)構(gòu)，旨在準(zhǔn)確描述地理信息，從而規(guī)范管理地理數(shù)據(jù)。ISO/TC211從現(xiàn)實世界到數(shù)字世界的抽象過程進行了概括，其基本思路是:2.1.2地理空間的多級抽象NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)二ISO/TC211的三級抽象

首先確定地理空間論域，指地理要素的空間屬性、非空間屬性、功能以及各要素之間的相互關(guān)系;然后建立概念模式,即建立真實世界某些部分的抽象描述或建立相關(guān)概念集合的過程；最后構(gòu)造概念模式語言,即發(fā)展一種人類和計算機可共同接受的語法分析規(guī)范語言。2.1.2地理空間的多級抽象NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)二ISO/TC211的三級抽象2.1.2地理空間的多級抽象現(xiàn)實世界地理空間論域概念模型概念模式語言概念模式建立NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)三從現(xiàn)實世界到數(shù)字世界2.1.2地理空間的多級抽象

從現(xiàn)實世界到數(shù)字世界的抽象可以概括為現(xiàn)實世界——概念模型——數(shù)據(jù)模型三個層次：1概念模型NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)三從現(xiàn)實世界到數(shù)字世界2.1.2地理空間的多級抽象

概念模型是對現(xiàn)實世界進行概念化描述并建模，現(xiàn)實世界經(jīng)過人腦的抽象加工，提取出對用戶有用的信息，經(jīng)過組織整理加工形成的介于現(xiàn)實世界和計算機世界之間的中間模型。是人類認(rèn)識現(xiàn)實世界，建立數(shù)字化地理空間的第一步。NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)三從現(xiàn)實世界到數(shù)字世界2.1.2地理空間的多級抽象2數(shù)據(jù)模型

GIS是以計算機內(nèi)部的二進制數(shù)字世界作為存儲載體的。為了將人類所理解的客觀世界能夠存儲在計算機中并可以進行一系列相應(yīng)的處理、操作、管理、分析和模擬，人們需要數(shù)據(jù)模型，將概念模型形式化。從抽象的層次而言，需要依次構(gòu)建邏輯數(shù)據(jù)模型和物理數(shù)據(jù)模型。

NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)三從現(xiàn)實世界到數(shù)字世界2.1.2地理空間的多級抽象

邏輯數(shù)據(jù)模型(LogicalDataModel)是系統(tǒng)抽象的中間層,既面向用戶建模,也面向系統(tǒng),是GIS對地理數(shù)據(jù)表達(dá)的邏輯結(jié)構(gòu),由概念模型轉(zhuǎn)換而來.它是用戶通過GIS看到的現(xiàn)實地理空間世界.邏輯數(shù)據(jù)模型的建立既要使用戶易于理解,又要便于物理實現(xiàn),易于轉(zhuǎn)換成物理數(shù)據(jù)模型.NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)三從現(xiàn)實世界到數(shù)字世界2.1.2地理空間的多級抽象

物理數(shù)據(jù)模型（PhysicalDataModel）是計算機內(nèi)部具體的存儲形式和操作機制，是系統(tǒng)抽象的最低層.每一種邏輯模型在實現(xiàn)時都有其對應(yīng)的物理模型.物理數(shù)據(jù)模型面向具體的GIS數(shù)據(jù)庫,面向機器,不僅與具體的數(shù)據(jù)庫有關(guān),還與操作系統(tǒng)和硬件有關(guān)。NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)§2.2地理參考坐標(biāo)系統(tǒng)2.2.1地理坐標(biāo)系統(tǒng)

地理空間坐標(biāo)系統(tǒng)是空間位置的度量衡,是地理實體在地球表面或地理空間進行定位的參考,是空間目標(biāo)個體定位信息以及空間距離、空間方位、拓?fù)涞刃畔⒌拇_定必不可少的工具，是空間數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)和前提。NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)

根據(jù)不同的測量方法,應(yīng)用目標(biāo)和計算方法，坐標(biāo)系統(tǒng)可以分為很多類型,常用的大地坐標(biāo)系就有150余個.不同國家所采用的坐標(biāo)系統(tǒng)多不同;另外,即使在同一個國家,不同的歷史時期由于習(xí)慣的改變或經(jīng)濟的發(fā)展變化也會采用不同的坐標(biāo)系統(tǒng).從幾何學(xué)角度看,由原點位置,3個坐標(biāo)軸的指向和尺度等要素可以定義坐標(biāo)系統(tǒng),因此通過坐標(biāo)平移、旋轉(zhuǎn)和尺度轉(zhuǎn)換,可以將一個坐標(biāo)系變換到另一個坐標(biāo)系統(tǒng)。2.2.1地理坐標(biāo)系統(tǒng)NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)一天球坐標(biāo)系

天球坐標(biāo)系是慣性坐標(biāo)系，其坐標(biāo)原點及各坐標(biāo)軸指向在空間保持不變，用于描述衛(wèi)星位置和狀態(tài)。在天球坐標(biāo)系中，天體S的空間位置，可用天球空間直角坐標(biāo)系或天球球面坐標(biāo)系兩種方式來描述.2.2.1地理坐標(biāo)系統(tǒng)NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)天球空間直角坐標(biāo)系

天球空間直角坐標(biāo)系的定義為:地球質(zhì)心M為坐標(biāo)系原點,Z軸指向天球北極Pn,X軸指向春分點Γ,Y軸垂直于XMZ平面,與X軸和Z軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系.則在此坐標(biāo)系下.天體S的位置由坐標(biāo)（X，Y，Z）來描述.2.2.1地理坐標(biāo)系統(tǒng)NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)天球球面坐標(biāo)系

天球球面坐標(biāo)系的定義是：地球質(zhì)心M為系統(tǒng)原點，含天軸MPn與春分點軸MΓ的天球子午面即基準(zhǔn)子午面與過天體S的天球子午面的夾角α稱為赤經(jīng)；天體S與原點M的連線相對于天球赤道平面的夾角δ稱為赤緯；原點M到天體S的徑向長度γ稱為天體S的向徑。天體S的位置在天球球面坐標(biāo)系下的表述為（γ，α，δ）

2.2.1地理坐標(biāo)系統(tǒng)NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)

天球空間直角坐標(biāo)系與天球球面坐標(biāo)系2.2.1地理坐標(biāo)系統(tǒng)NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)二地球坐標(biāo)系地球坐標(biāo)系是為了描述地面點的位置建立的一個與地球相關(guān)聯(lián)的坐標(biāo)系。

1．地心坐標(biāo)系除了滿足地心定位和雙平行定向條件外,在確定橢球參數(shù)時使它在全球范圍內(nèi)與大地體最密合的地球橢球,叫做總地球橢球,與之相應(yīng)的坐標(biāo)系叫做地心坐標(biāo)系。

2.2.1地理坐標(biāo)系統(tǒng)NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)地心坐標(biāo)系通常分為地心空間直角坐標(biāo)系（X，Y，Z）和地心大地坐標(biāo)系（B，L，H）兩種。

地心空間直角坐標(biāo)系一般是這樣規(guī)定的：它的原點位于地球的質(zhì)心,Z軸指向國際協(xié)議原點CIO，X軸指向國際時間局BIH定義的格林尼治平均天文臺子午面和CIO赤道的交點，Y軸和Z、X軸構(gòu)成一個右手坐標(biāo)系。2.2.1地理坐標(biāo)系統(tǒng)NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)

地心大地坐標(biāo)系要求選用—個和全球大地水準(zhǔn)面最為密合的橢球，即總地球橢球。該橢球的中心與地球質(zhì)心O重合，橢球的短軸與地球自轉(zhuǎn)軸重合，指向定義的地極，通常指向CIO，并定義起始大地子午面和起始天文子午面重合。P點的大地緯度B為過該點的橢球法線與橢球赤道面的夾角φ，大地經(jīng)度L為該點所在的橢球子午面與格林威治平大地子午面之間的夾角λ，P點的高度H為P點沿橢球法線至橢球面的距離h。2.2.1地理坐標(biāo)系統(tǒng)NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)

地心空間直角坐標(biāo)系和地心大地坐標(biāo)系2.2.1地理坐標(biāo)系統(tǒng)NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)2．站心坐標(biāo)系測量工作中以測站為原點，所構(gòu)成的坐標(biāo)系稱為測站中心坐標(biāo)系，簡稱站心坐標(biāo)系。站心坐標(biāo)系有兩種形式：一種是站心直角坐標(biāo)系；另一種是站心極坐標(biāo)系。2.2.1地理坐標(biāo)系統(tǒng)NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)

站心直角坐標(biāo)系以測站的橢球法線方向為Zr軸，以測站子午線北端與大地地平面的交線為Xr軸，大地平行圈（東方向）與大地地平面的交線為Yr軸，構(gòu)成左手坐標(biāo)系。站心極坐標(biāo)系是以測站的鉛垂線為準(zhǔn)，某點在極坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為（ρs，Φs，hs），其中ρs：衛(wèi)星S到測站Or的距離。Φs：衛(wèi)星S在極坐標(biāo)系中的方位角。hs：衛(wèi)星S在極坐標(biāo)系中的高度角（如圖）。2.2.1地理坐標(biāo)系統(tǒng)NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)

站心直角坐標(biāo)系和站心極坐標(biāo)系2.2.1地理坐標(biāo)系統(tǒng)NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)3．參心坐標(biāo)系

具有—定參數(shù)，經(jīng)過局部定位和定向，同某一地區(qū)大地水準(zhǔn)面最佳密合的地球橢球，叫做參考橢球。參考橢球上的坐標(biāo)系叫做參心坐標(biāo)系。2.2.1地理坐標(biāo)系統(tǒng)NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)三常用的橢球面上的坐標(biāo)系統(tǒng)1．國家大地坐標(biāo)系目前我國常用的國家大地坐標(biāo)系1954年北京坐標(biāo)系和1980年西安坐標(biāo)均為參心坐標(biāo)系。2.2.1地理坐標(biāo)系統(tǒng)NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)

1954年北京坐標(biāo)系是以前蘇聯(lián)的普爾科沃為大地原點，以克拉索夫斯基橢球為參考橢球建立的。其橢球的幾何參數(shù)：長半軸a=6378245m；扁率f=1/298.3。高程是以1956年青島驗潮站的黃海平均海水面為基準(zhǔn)。2.2.1地理坐標(biāo)系統(tǒng)NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)

為了適應(yīng)大地測量發(fā)展的需要，我國于1978年建立了新的國家大地坐標(biāo)系統(tǒng),稱1980年西安坐標(biāo)系，其原點位于我國中部的陜西省西安市涇陽縣永樂鎮(zhèn)境內(nèi)。橢球參數(shù)采用1975年國際大地測量與地球物理聯(lián)合會的推薦值：橢球長半軸a=6378140m；重力場二階帶諧系數(shù)J2=1.08263×10‐3；地心引力常GM=3.986005×1014m3/s2；地球自轉(zhuǎn)角速度ω=7.292115×10‐5rad/s。據(jù)以上參數(shù)得到了80橢球的幾何參數(shù)為：a=6378140m；f=1/298.257。

2.2.1地理坐標(biāo)系統(tǒng)NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)2．高斯平面直角坐標(biāo)系統(tǒng)與UTM坐標(biāo)系為簡單起見,把地球作為一個圓球看待,設(shè)想把一個平面卷成一個橫圓柱,把它套在圓球外面,使橫圓柱的軸心通過圓球的中心,把地球面上的一根子午線與橫圓柱相切,即這條子午線與橫圓柱重合，通常稱它為“中央子午線”或稱“軸子午線”.2.2.1地理坐標(biāo)系統(tǒng)NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)

沿橫圓柱的一條母線將橫圓柱剪開并展成平面，中央子午線投影到橫圓柱上展開是—條直線，把這條直線作為高斯平面坐標(biāo)系的縱坐標(biāo)軸即x軸。另外，擴大赤道面與橫圓柱相交，展平后這條交線必然與中央子午線相垂直，作為高斯平面直角坐標(biāo)的橫坐標(biāo)軸即y軸（如圖）。這樣建立的平面直角坐標(biāo)系即為高斯平面直角坐標(biāo)系。2.2.1地理坐標(biāo)系統(tǒng)NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)高斯－克呂格投影示意圖2.2.1地理坐標(biāo)系統(tǒng)NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)

由于高斯－克呂格投影在低緯度和中緯度地區(qū)投影誤差較大，因此，目前世界上許多國家采用與高斯投影相近的通用橫軸墨卡托（UTM）投影，建立了UTM坐標(biāo)系統(tǒng)。與高斯投影相比，UTM投影把中央子午線的長度比縮小至0.9996，并使投影后兩割線（約在離中央子午線東西1°40′處）上無變形（如圖）。由此建立的UTM平面直角坐標(biāo)系和高斯平面直角坐標(biāo)系一樣，將投影后互相垂直的中央子午線和赤道作為坐標(biāo)系的縱橫軸。

2.2.1地理坐標(biāo)系統(tǒng)NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)

UTM投影2.2.1地理坐標(biāo)系統(tǒng)NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)

3．WGS－84世界大地坐標(biāo)系

美國國防部經(jīng)過多年的修正和完善，建立了目前最高精度水平的地心坐標(biāo)系統(tǒng)，稱WGS－84世界大地坐標(biāo)系統(tǒng)。在全球定位系統(tǒng)（GPS）中，GPS衛(wèi)星的位置（星歷）的計算，目前采用的是WGS—84（worldgeodeticsystem）。WGS—84是一個協(xié)議地球參考系CTS（ConventionalTerrestrialSystem）。

2.2.1地理坐標(biāo)系統(tǒng)NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)

WGS－84坐標(biāo)系的原點是地球的質(zhì)心，Z軸指向BIH（國際時間局）1984.0定義的協(xié)議地球極CTP（ConventionalTerrestrialPole）方向，X軸指向BIH1984.0定義的零度子午面和CTP相應(yīng)的赤道的交點，Y軸和Z、X軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。2.2.1地理坐標(biāo)系統(tǒng)NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)

WGS－84坐標(biāo)系采用的地球橢球稱為WGS－84橢球，該橢球的4個主要參數(shù)采用國際大地測量學(xué)與地球物理學(xué)聯(lián)合會第十七屆大會的推薦值：長半軸a=6378137±2m；地球引力常數(shù)GM=（3986005×108±0.6×108）m3/s2；地球自轉(zhuǎn)角速度ω=（7292115×10‐11±0.1500×10‐11）rad/s；正常二階帶諧系數(shù)C2.0＝－484.16685×10‐6±0.6×10‐6。據(jù)以上參數(shù)得到了WGS-84橢球的扁率f=1/298.257223563。2.2.1地理坐標(biāo)系統(tǒng)NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)

4．獨立坐標(biāo)系在我國許多城市和工程測量中，若直接采用國家坐標(biāo)系，可能會因為遠(yuǎn)離中央子午線或測區(qū)平均高程較大，導(dǎo)致長度投影的變形過大，為此，在實際城市和工程測量中，常常會建立適合本地區(qū)的地方獨立坐標(biāo)系，實際上是一種參心坐標(biāo)系，也就是通過一些元素的確定來決定地方參考橢球與投影面。2.2.1地理坐標(biāo)系統(tǒng)NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)§2.2地理參考坐標(biāo)系統(tǒng)

地方參考橢球一般選擇與當(dāng)?shù)仄骄叱滔鄬?yīng)的參考橢球，與國家參考橢球相比，橢球中心、軸向和扁率相同，橢球半徑增大。在地方投影面確定過程中，應(yīng)當(dāng)選取過測區(qū)中心的經(jīng)線或某個起算點的經(jīng)線作為獨立中央子午線；以某個特定使用的點和方位為地方獨立坐標(biāo)系的起算原點和方位，并選取當(dāng)?shù)仄矫娓叱堂鍴m為投影面。NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)

2.2.2地圖投影1投影類型地圖投影將地球表面的球面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為平面坐標(biāo),即建立球面坐標(biāo)和平面坐標(biāo)之間的映射關(guān)系.球面或橢球面地球幾何模型可以被投影到平面、柱面或錐面等許多種表面上，各種表面又可以與地球模型相切或相割，所以地圖投影的種類很多。

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地圖投影按照構(gòu)成方法分為幾何投影和非幾何投影兩大類型。幾何投影是將橢球面直接透視到平面上,或透視到其他如圓柱面和圓錐面等雖不是平面，但可以展為平面的表面上,即具有幾何意義的方位、圓柱和圓錐投影。非幾何投影按照經(jīng)緯線形狀又分為：偽方位投影、偽圓柱投影、偽圓錐投影、多圓錐投影幾類。

2.2.2地圖投影構(gòu)成方式方向投影面與球面關(guān)系變形性質(zhì)幾何投影方位投影正軸投影割投影等角

投影圓柱投影圓錐投影斜軸投影等距

投影非幾何投影偽方位投影切投影偽圓柱投影橫軸投影等積

投影偽圓錐投影多圓錐投影

NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)投影類型分類2.2.2地圖投影NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)

2.2.2地圖投影2選擇投影方式的原則

經(jīng)緯線形狀和變形性質(zhì)應(yīng)滿足地圖內(nèi)容的要求；變形小而分布均勻，等變形線的形狀與制圖區(qū)域的輪廓形狀接近；經(jīng)緯線網(wǎng)形狀應(yīng)便于讀者識別，投影的計算、繪制和變換都比較方便。NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)

2.2.2地圖投影3常用的地圖投影

世界地圖：世界地圖由于范圍很大，需要考慮全球的整體變形問題，通常采用正圓柱、偽圓柱和多圓錐投影。常用的世界航線圖、世界交通圖與世界時區(qū)圖一般采用墨卡托投影繪制；我國出版的世界地圖多采用等差分緯線多圓錐投影，選用這個投影，對于表現(xiàn)中國形狀以及與四鄰的對比關(guān)系較好，但投影的邊緣地區(qū)變形較大。NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)

2.2.2地圖投影

半球地圖：東、西半球地圖常選擇橫軸等面積方位投影、橫軸等角方位投影；南、北半球有正軸等積方位投影、正軸等角方位投影、正軸等距離方位投影；水、陸半球圖一般選用斜軸方位投影。NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)

2.2.2地圖投影亞洲地圖的投影：斜軸等面積方位投影、彭納投影歐洲地圖的投影：斜軸等面積方位投影、正軸等角圓錐投影。北美洲地圖的投影：斜軸等面積方位投影、彭納投影。南美洲地圖的投影：斜軸等面積方位投影、桑遜投影。澳洲地圖的投影：斜軸等面積方位投影、正軸等角圓錐投影。拉丁美洲地圖的投影：斜軸等面積方位投影。

各大洲地圖NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)

2.2.2地圖投影4我國的地圖投影

我國位于中緯度地區(qū)，通常采用圓錐投影。對于全國地圖而言，通常采用斜軸等面積方位投影、斜軸等角方位投影、彭納投影、偽方位投影、正軸等面積割圓錐投影、正軸等角割圓錐投影。分?。▍^(qū)）地圖通常采用正軸等角割圓錐投影、正軸等面積割圓錐投影、正軸等角圓柱投影、高斯-克呂格投影（寬帶）。NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)

2.2.3地理網(wǎng)格1地理網(wǎng)格的基本含義

地理網(wǎng)格系統(tǒng)能夠由粗到細(xì)、逐級地分割地球表面，將地球曲面用一定大小的多邊形網(wǎng)格進行近似模擬，實現(xiàn)地球表面的再表現(xiàn)，目的是將地理空間的定位和地理特征的描述一體化，并將誤差控制在網(wǎng)格單元的大小范圍內(nèi)的。NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)

2.2.3地理網(wǎng)格

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2.2.3地理網(wǎng)格

經(jīng)緯網(wǎng)格是目前比較常用的一種地理網(wǎng)格系統(tǒng)。網(wǎng)格邊線是由等度數(shù)間隔排列的緯線和累次增加的經(jīng)線交叉而成的，如下圖所示的網(wǎng)格?？臻g數(shù)據(jù)的屬性與經(jīng)緯網(wǎng)格內(nèi)的點相關(guān)聯(lián)，這些點將有助于網(wǎng)格內(nèi)空間數(shù)據(jù)的獲取與處理。NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)

2.2.3地理網(wǎng)格

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2.2.3地理網(wǎng)格

建立地理網(wǎng)格模擬地球曲面的兩個關(guān)鍵問題是分辨率和網(wǎng)格。為了更加逼真地模擬地球表面，地理網(wǎng)格往往由一系列分辨率逐漸增加的網(wǎng)格組成，如果分辨率以一種規(guī)則的方式增加，就可以定義網(wǎng)格系統(tǒng)的孔徑為——分辨率為k的網(wǎng)格系統(tǒng)最小單元格面積與分辨率為k+1的網(wǎng)格系統(tǒng)最小單元格面積之比。

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2.2.3地理網(wǎng)格

當(dāng)然也存在分辨率不是規(guī)則地增加的情況，這又與地理網(wǎng)格的單元格形狀有關(guān)，有些研究將地球表面分割成形狀或大小不規(guī)則的多邊形，但是在大多數(shù)的應(yīng)用中人們更愿意使用那些由均勻分布的點與規(guī)則的區(qū)域構(gòu)成的網(wǎng)格系統(tǒng)。

地理網(wǎng)格不僅能夠用于自然、人文過程的空間格局表達(dá)，還便于探索更加簡單、有效的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)算法。

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2.2.3地理網(wǎng)格

地理網(wǎng)格的兩種類型一類是用于存儲區(qū)域信息的網(wǎng)格系統(tǒng)，它所表達(dá)的數(shù)據(jù)是二維平面上的具有屬性值的對象或?qū)嶓w所在的區(qū)域或范圍。一類是用于存儲位置信息的網(wǎng)格系統(tǒng)，它所表達(dá)的一類對象是零維的點或位置以及具有明顯邊界的對象NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)

2.2.3地理網(wǎng)格

2全球地理網(wǎng)格模型建立

所謂全球地理網(wǎng)格模型是由形成地球表面剖分的一系列區(qū)域所組成，每個區(qū)域都包含一個與之相關(guān)聯(lián)的點。

地球表面往往以球體、橢球體、大地水準(zhǔn)面等近似的拓?fù)湫螤顏肀磉_(dá)。NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)

2.2.3地理網(wǎng)格

規(guī)則的全球地理網(wǎng)格模型的建立，一般都是從一個柏拉圖立體開始的，將正四面體、正六面體、正八面體、正十二面體或正二十面體嵌入地球內(nèi)作為球面剖分的基礎(chǔ)，使正多面體的頂點投影到球面形成球面多邊形覆蓋球面。每個多邊形可以繼續(xù)細(xì)分到一定的空間尺度，形成具有層次性的全球網(wǎng)格系統(tǒng)。NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)

2.2.3地理網(wǎng)格

層次性是全球地理網(wǎng)格最大的特點，空間位置采用與剖分方法相對應(yīng)的點位編碼結(jié)構(gòu)，每個剖分多邊形都具有完全確定的位置、形狀、尺寸和方向。由于全球?qū)哟尉W(wǎng)格編碼的層級能反映與空間分辨率或地圖比例尺的關(guān)系，所以全球地理網(wǎng)格編碼可以視為一種多尺度的數(shù)據(jù)組織方式，易實現(xiàn)多比例尺的縮放，這對于以比例尺為原始驅(qū)動力的制圖綜合具有極大的的潛力。

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2.2.3地理網(wǎng)格

建立一個全球地理網(wǎng)格模型一般從四個方面入手：

選擇規(guī)則多面體；

確定規(guī)則多面體相對于地球表面的固定方位；

確定在規(guī)則多面體的單一表面上分層次的空間剖分方法；

平面剖分到球面或橢球面的轉(zhuǎn)換方法。NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)

2.2.3地理網(wǎng)格

規(guī)則多面體的選擇

一般來講，柏拉圖立體上的表面?zhèn)€數(shù)越多，由多面體的面投影到球體表面時的變形就越小。所以二十面體是比較常用的柏拉圖。

多面體相對方位的確定

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2.2.3地理網(wǎng)格

如果確定了規(guī)則多面體，那么多面體與地球表面的方位關(guān)系就必須建立起來。最簡單的方法就是給出一個多面體頂點的大地坐標(biāo)以及該頂點與其鄰近頂點的方位角。對于規(guī)則的柏拉圖立體來說這種方法完全可以確定所有其他頂點的位置。NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)

2.2.3地理網(wǎng)格

轉(zhuǎn)換方法用于轉(zhuǎn)換的方法指的并不是投影方式的選擇，而是如何將平面上設(shè)計好的層次網(wǎng)格與實際的地球表面套合或者聯(lián)系到一起，使得這樣的網(wǎng)格系統(tǒng)能夠以更加通用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表達(dá)和存儲地球空間數(shù)據(jù)。最簡單的方法就是將球面上的大圓弧線與平面上的線對應(yīng)，在球面上直接進行剖分。NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)

2.2.3地理網(wǎng)格

表面層次剖分方法

因為多面體是由規(guī)則的多個全等表面構(gòu)成的，對多面體的剖分只需定義其最基本的表面多邊形的剖分方法。比較常用的柏拉圖立體是二十面體、八面體和拉伸成為星形的十二面體，它們都由三角形面組成，因此對于它們的剖分也就是研究如何將三角形進一步分成更小的三角形。NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)§

2.3地理空間數(shù)據(jù)特征

2.3.1

時空特征

空間和時間是地理空間數(shù)據(jù)的基本要素，時空特征是地理空間數(shù)據(jù)區(qū)別于其他數(shù)據(jù)的根本性標(biāo)志。NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)§

2.3地理空間數(shù)據(jù)特征

地理空間數(shù)據(jù)的空間特性，古人通過相對定位的方法來實現(xiàn)，隨著科學(xué)技術(shù)的進步可逐步通過公共的地理基礎(chǔ)來體現(xiàn)，即按照經(jīng)緯網(wǎng)或方里網(wǎng)建立的地理坐標(biāo)來實現(xiàn)空間位置的識別，并可以按照指定的區(qū)域進行信息的合并與分割。同樣，地理空間數(shù)據(jù)也是隨時間變化而變化的，體現(xiàn)為地球系統(tǒng)發(fā)展的階段性與周期性、順序性與不可逆性。

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2.3地理空間數(shù)據(jù)特征

2.3.2

多維結(jié)構(gòu)

地理空間數(shù)據(jù)的多維結(jié)構(gòu)特征，不僅能夠描述空間維和時間維，也可以表現(xiàn)空間目標(biāo)屬性以及數(shù)據(jù)不同的測量方法，不同來源、不同載體等多維信息。地理空間數(shù)據(jù)在描述時間和空間兩個要素之外還可以實現(xiàn)多專題的信息記錄。NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)§

2.3地理空間數(shù)據(jù)特征

2.3.3多尺度性

多尺度特征包括空間多尺度和時間多尺度兩個方面。多尺度的地理空間數(shù)據(jù)反映了地球空間現(xiàn)象及實體在不同時間和空間尺度下具有的不同形態(tài)、結(jié)構(gòu)和細(xì)節(jié)層次，應(yīng)用于宏觀、中觀和微觀各層次的空間建模和分析應(yīng)用。NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)

尺度的變化制約著觀察、表示、分析和交換信息的詳細(xì)程度。地理空間數(shù)據(jù)描述各種尺度的地理特征和地學(xué)過程，不同尺度上所表達(dá)的信息密度差距很大。在集成應(yīng)用地球空間數(shù)據(jù)并進行綜合分析時，大量不同來源的數(shù)據(jù)通常是不同比例尺的，因此，必須很好地解決尺度的問題，才能夠避免在解決有關(guān)問題時因錯誤地處理或理解尺度而作出錯誤的判斷和推理。2.3.3多尺度性

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多尺度性與數(shù)據(jù)綜合：數(shù)據(jù)可綜合是空間多尺度特征的一個表現(xiàn)。數(shù)據(jù)綜合能夠引起空間特征和屬性特征的相應(yīng)改變。從空間特征角度講，數(shù)據(jù)綜合可以看作是邊界的合并、清除或移動，并與邊界兩側(cè)地理特征的屬性緊密相關(guān)的。智能化自動綜合：實現(xiàn)有效且高效存貯多尺度數(shù)據(jù)、進行多尺度分析和尺度智能變化的數(shù)據(jù)庫管理工具及相應(yīng)功能。2.3.3多尺度性

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2.4地理空間問題

2.4.1空間分布與格局

空間分布與格局指從總體的、全局的角度來描述地理實體或現(xiàn)象的幾何形態(tài)。地理實體或現(xiàn)象的空間分布及其格局是地學(xué)過程機理的空間體現(xiàn)，是內(nèi)在地學(xué)規(guī)律的外在反映，反過來又可以構(gòu)成新一輪地學(xué)過程的邊界和初始條件。NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)

1空間分布類型

通?？梢园训乩韺ο蟪橄鬄辄c目標(biāo)、線目標(biāo)、面目標(biāo)三類（體目標(biāo)可以看作是這三類目標(biāo)的組合類型）。事實上，很少地理對象是點狀的，只是由于為了表達(dá)上的形象和方便，很多目標(biāo)被抽象為點狀，如監(jiān)測站等。

2.4.1空間分布與格局NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)

2.4.1空間分布與格局

點目標(biāo)線目標(biāo)面目標(biāo)線狀分布離散連續(xù)鐵路車站等航線、公交無無河流等＋216＋229面域分布離散連續(xù)11234監(jiān)測站點等等高線等湖泊等行政區(qū)等無無無空間對象分布類型

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2.4.1空間分布與格局

2空間分布研究

主要問題：生物物種的空間分布、自然災(zāi)害的空間分布、犯罪的空間分布、疾病的空間分布及商業(yè)公司銷售網(wǎng)絡(luò)分布和格局最佳經(jīng)濟效益分析等。

空間分布格局的描述與分析：主要采用分布密度和均值、分布中心、離散度等指標(biāo)進行空間分布格局的描述。NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)

2.4.2資源配置與規(guī)劃

資源配置就是在資源總量不足的背景條件下，將有限的資源重新進行時空分配，使稀缺的資源的功效最大化，保證社會經(jīng)濟和生態(tài)效益最優(yōu)化。

比如世界許多城市和地區(qū)面臨缺水的威脅，而且呈現(xiàn)愈演愈烈大趨勢，資源的空間配置就需要進行優(yōu)化。我國開展的“南水北調(diào)”工程，“西氣東輸”工程等都是資源的時空再分配。NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)

2.4.3空間關(guān)系與影響

空間關(guān)系與影響指分布于不同空間位置的多個對象間的相互作用,如城鎮(zhèn)體系規(guī)劃、元胞自動機、空間相互作用等。

比如世界許多城市和地區(qū)面臨缺水的威脅，而且呈現(xiàn)愈演愈烈大趨勢，資源的空間配置就需要進行優(yōu)化。我國開展的“南水北調(diào)”工程，“西氣東輸”工程等都是資源的時空再分配。NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)

2.4.3空間關(guān)系與影響空間關(guān)系與影響目的是：從有助于從無序而復(fù)雜的空間要素格局中發(fā)現(xiàn)潛在的有序或規(guī)律，從而解釋空間格局與空間過程相互作用的機理，進而闡明空間要素動態(tài)演替的方向、過程或擴展?jié)摿Γ剿骺臻g格局形成和發(fā)展的控制因素和基本驅(qū)動力，并揭示出人類活動與空間環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的聯(lián)系，為制定科學(xué)的發(fā)展戰(zhàn)略提供依據(jù)。NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)

2.4.4空間動態(tài)與過程

與一般的空間統(tǒng)計不同，在空間動態(tài)與過程研究中，時間變量發(fā)揮著很重要的作用，過程模型必須同時對時間變量和時空拓?fù)潢P(guān)系進行有效的表達(dá)，把握自然現(xiàn)象的物理過程。1空間過程的時間周期NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)

2.4.4空間動態(tài)與過程

超短期變化分析——以小時為單位來進行分析研究.短期變化分析——以天為單位進行分析研究.中期變化分析——以月為單位進行分析研究.長期變化分析——以年為單位進行分析研究.超長期變化分析——以千百年為單位進行分析研.NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)

2.4.4空間動態(tài)與過程

2研究內(nèi)容一般來說，這種過程分析涉及的內(nèi)容主要包括：時空分析模塊應(yīng)包括時空數(shù)據(jù)的分類、時間量測、基于時間的平滑和綜合、變化的統(tǒng)計分析、時空疊加、時間序列分析以及預(yù)測分析等。NortheastNormalUniversity東北師范大學(xué)

2.4.4空間動態(tài)與過程

3空間動態(tài)模型

近年來，空間動態(tài)模型通常被表達(dá)成狀態(tài)、過程、關(guān)系或流組成的三元組。也有人提出空間動態(tài)模型進一步細(xì)化為五個要素：動態(tài)輸入狀態(tài)集、初始狀態(tài)集、動態(tài)過程序列、輸出狀態(tài)集和時間控制。其邏輯組成如圖所示。

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2.4.4空間動態(tài)與過程

空間動態(tài)模型邏輯組成MagneticResonanceImaging磁共振成像發(fā)生事件作者或公司磁共振發(fā)展史1946發(fā)現(xiàn)磁共振現(xiàn)象BlochPurcell1971發(fā)現(xiàn)腫瘤的T1、T2時間長Damadian1973做出兩個充水試管MR圖像Lauterbur1974活鼠的MR圖像Lauterbur等1976人體胸部的MR圖像Damadian1977初期的全身MR圖像

Mallard1980磁共振裝置商品化1989

0.15T永磁商用磁共振設(shè)備中國安科

2003諾貝爾獎金LauterburMansfierd時間MR成像基本原理實現(xiàn)人體磁共振成像的條件:人體內(nèi)氫原子核是人體內(nèi)最多的物質(zhì)。最易受外加磁場的影響而發(fā)生磁共振現(xiàn)象(沒有核輻射)有一個穩(wěn)定的靜磁場（磁體）梯度場和射頻場：前者用于空間編碼和選層，后者施加特定頻率的射頻脈沖，使之形成磁共振現(xiàn)象信號接收裝置：各種線圈計算機系統(tǒng)：完成信號采集、傳輸、圖像重建、后處理等

人體內(nèi)的H核子可看作是自旋狀態(tài)下的小星球。自然狀態(tài)下，H核進動雜亂無章，磁性相互抵消zMyx進入靜磁場后，H核磁矩發(fā)生規(guī)律性排列（正負(fù)方向），正負(fù)方向的磁矢量相互抵消后，少數(shù)正向排列（低能態(tài)）的H核合成總磁化矢量M，即為MR信號基礎(chǔ)ZZYYXB0XMZMXYA:施加90度RF脈沖前的磁化矢量MzB:施加90度RF脈沖后的磁化矢量Mxy.并以Larmor頻率橫向施進C:90度脈沖對磁化矢量的作用。即M以螺旋運動的形式傾倒到橫向平面ABC在這一過程中，產(chǎn)生能量

三、弛豫（Relaxation）回復(fù)“自由”的過程

1.

縱向弛豫（T1弛豫）：

M0（MZ）的恢復(fù)，“量變”高能態(tài)1H→低能態(tài)1H自旋—晶格弛豫、熱弛豫

吸收RF光子能量（共振）低能態(tài)1H高能態(tài)1H

放出能量（光子，MRS）T1弛豫時間：

MZ恢復(fù)到M0的2/3所需的時間

T1愈小、M0恢復(fù)愈快T2弛豫時間：MXY喪失2/3所需的時間；T2愈大、同相位時間長MXY持續(xù)時間愈長MXY與ST1加權(quán)成像、T2加權(quán)成像

所謂的加權(quán)就是“突出”的意思

T1加權(quán)成像（T1WI）----突出組織T1弛豫（縱向弛豫）差別

T2加權(quán)成像（T2WI）----突出組織T2弛豫（橫向弛豫）差別。

磁共振診斷基于此兩種標(biāo)準(zhǔn)圖像磁共振常規(guī)h檢查必掃這兩種標(biāo)準(zhǔn)圖像.T1的長度在數(shù)百至數(shù)千毫秒（ms）范圍T2值的長度在數(shù)十至數(shù)千毫秒（ms）范圍

在同一個馳豫過程中,T2比T1短得多

如何觀看MR圖像：首先我們要分清圖像上的各種標(biāo)示。分清掃描序列、掃描部位、掃描層面。正?；虍惓５乃诓课?--即在同一層面觀察、分析T1、T2加權(quán)像上信號改變。絕大部分病變T1WI是低信號、T2WI是高信號改變。只要熟悉掃描部位正常組織結(jié)構(gòu)的信號表現(xiàn)，通常病變與正常組織不會混淆。一般的規(guī)律是T1WI看解剖,T2WI看病變。磁共振成像技術(shù)－－圖像空間分辨力，對比分辨力一、如何確定MRI的來源（一）層面的選擇1.MXY產(chǎn)生（1H共振）條件

RF=ω=γB02.梯度磁場Z（GZ）

GZ→B0→ω

不同頻率的RF

特定層面1H激勵、共振

3.層厚的影響因素

RF的帶寬↓

GZ的強度↑層厚↓〈二〉體素信號的確定1、頻率編碼2、相位編碼

M0↑--GZ、RF→相應(yīng)層面MXY----------GY→沿Y方向1H有不同ω

各1H同相位MXY旋進速度不同同頻率一定時間后→→GX→沿X方向1H有不同ω沿Y方向不同1H的MXYMXY旋進頻率不同位置不同（相位不同）〈三〉空間定位及傅立葉轉(zhuǎn)換

GZ----某一層面產(chǎn)生MXYGX----MXY旋進頻率不同

GY----MXY旋進相位不同（不影響MXY大小）

↓某一層面不同的體素，有不同頻率、相位

MRS（FID）第三節(jié)、磁共振檢查技術(shù)檢查技術(shù)產(chǎn)生圖像的序列名產(chǎn)生圖像的脈沖序列技術(shù)名TRA、COR、SAGT1WT2WSETR、TE…….梯度回波FFE快速自旋回波FSE壓脂壓水MRA短TR短TE－－T1W長TR長TE－－T2W增強MR最常用的技術(shù)是：多層、多回波的SE（spinecho，自旋回波）技術(shù)磁共振掃描時間參數(shù)：TR、TE磁共振掃描還有許多其他參數(shù)：層厚、層距、層數(shù)、矩陣等序列常規(guī)序列自旋回波（SE）,快速自旋回波（FSE）梯度回波（FE）反轉(zhuǎn)恢復(fù)（IR），脂肪抑制（STIR）、水抑制（FLAIR）高級序列水成像（MRCP,MRU,MRM）血管造影（MRA,TOF2D/3D）三維成像（SPGR）彌散成像（DWI）關(guān)節(jié)運動分析是一種成像技術(shù)而非掃描序列自旋回波（SE）必掃序列圖像清晰顯示解剖結(jié)構(gòu)目前只用于T1加權(quán)像快速自旋回波（FSE）必掃序列成像速度快多用于T2加權(quán)像梯度回波（GE）成像速度快對出血敏感T2加權(quán)像水抑制反轉(zhuǎn)恢復(fù)（IR）水抑制（FLAIR）抑制自由水梗塞灶顯示清晰判斷病灶成份脂肪抑制反轉(zhuǎn)恢復(fù)（IR）脂肪抑制（STIR）抑制脂肪信號判斷病灶成分其它組織顯示更清晰血管造影（MRA）無需造影劑TOF法PC法MIP投影動靜脈分開顯示水成像（MRCP，MRU，MRM）含水管道系統(tǒng)成像膽道MRCP泌尿路MRU椎管MRM主要用于診斷梗阻擴張超高空間分辨率掃描任意方位重建窄間距重建技術(shù)大大提高對小器官、小病灶的診斷能力三維梯度回波（SPGR） 早期診斷腦梗塞

彌散成像MRI的設(shè)備一、信號的產(chǎn)生、探測接受1.磁體（Magnet）:靜磁場B0（Tesla,T）→組織凈磁矩M0

永磁型（permanentmagnet）常導(dǎo)型（resistivemagnet）超導(dǎo)型（superconductingmagnet）磁體屏蔽（magnetshielding）2.梯度線圈（gradientcoil）:

形成X、Y、Z軸的磁場梯度功率、切換率3.射頻系統(tǒng)（radio-frequencesystem，RF）

MR信號接收二、信號的處理和圖象顯示數(shù)模轉(zhuǎn)換、計算機，等等；MRI技術(shù)的優(yōu)勢1、軟組織分辨力強（判斷組織特性）2、多方位成像3、流空效應(yīng)（顯示血管）4、無骨骼偽影5、無電離輻射，無碘過敏6、不斷有新的成像技術(shù)MRI技術(shù)的禁忌證和限度1.禁忌證

體內(nèi)彈片、金屬異物各種金屬置入：固定假牙、起搏器、血管夾、人造關(guān)節(jié)、支架等危重病人的生命監(jiān)護系統(tǒng)、維持系統(tǒng)不能合作病人，早期妊娠，高熱及散熱障礙2.其他鈣化顯示相對較差空間分辨較差（體部，較同等CT）費用昂貴多數(shù)MR機檢查時間較長1.病人必須去除一切金屬物品，最好更衣，以免金屬物被吸入磁體而影響磁場均勻度，甚或傷及病人。2.掃描過程中病人身體（皮膚）不要直接觸碰磁體內(nèi)壁及各種導(dǎo)線，防止病人灼傷。3.紋身（紋眉）、化妝品、染發(fā)等應(yīng)事先去掉，因其可能會引起灼傷。4.病人應(yīng)帶耳塞，以防聽力損傷。掃描注意事項顱腦MRI適應(yīng)癥顱內(nèi)良惡性占位病變腦血管性疾病梗死、出血、動脈瘤、動靜脈畸形（AVM）等顱腦外傷性疾病腦挫裂傷、外傷性顱內(nèi)血腫等感染性疾病腦膿腫、化膿性腦膜炎、病毒性腦炎、結(jié)核等脫髓鞘性或變性類疾病多發(fā)性硬化（MS）等先天性畸形胼胝體發(fā)育不良、小腦扁桃體下疝畸形等脊柱和脊髓MRI適應(yīng)證1.腫瘤性病變椎管類腫瘤（髓內(nèi)、髓外硬膜內(nèi)、硬膜外），椎骨腫瘤（轉(zhuǎn)移性、原發(fā)性）2.炎癥性疾病脊椎結(jié)核、骨髓炎、椎間盤感染、硬膜外膿腫、蛛網(wǎng)膜炎、脊髓炎等3.外傷骨折、脫位、椎間盤突出、椎管內(nèi)血腫、脊髓損傷等4.脊柱退行性變和椎管狹窄癥椎間盤變性、膨隆、突出、游離，各種原因椎管狹窄，術(shù)后改變，5.脊髓血管畸形和血管瘤6.脊髓脫髓鞘疾?。ㄈ鏜S），脊髓萎縮7.先天性畸形胸部MRI適應(yīng)證呼吸系統(tǒng)對縱隔及肺門區(qū)病變顯示良好，對肺部結(jié)構(gòu)顯示不如CT。胸廓入口病變及其上下比鄰關(guān)系縱隔腫瘤和囊腫及其與大血管的關(guān)系其他較CT無明顯優(yōu)越性心臟及大血管大血管病變各類動脈瘤、腔靜脈血栓等心臟及心包腫瘤，心包其他病變其他（如先心、各種心肌病等）較超聲心動圖無優(yōu)勢，應(yīng)用不廣腹部MRI適應(yīng)證主要用于部分實質(zhì)性器官的腫瘤性病變肝腫瘤性病變，提供鑒別信息胰腺腫瘤，有利小胰癌、胰島細(xì)胞癌顯示宮頸、宮體良惡性腫瘤及分期等，先天畸形腫瘤的定位（臟器上下緣附近）、分期膽道、尿路梗阻和腫瘤，MRCP，MRU直腸腫瘤骨與關(guān)節(jié)MRI適應(yīng)證X線及CT的后續(xù)檢查手段－－鈣質(zhì)顯示差和空間分辨力部分情況可作首選：1.累及骨髓改變的骨?。ㄔ缙诠侨毖詨乃?，早期骨髓炎、骨髓腫瘤或侵犯骨髓的腫瘤）2.結(jié)構(gòu)復(fù)雜關(guān)節(jié)的損傷（膝、髖關(guān)節(jié)）3.形狀復(fù)雜部位的檢查（脊柱、骨盆等）軟件登錄界面軟件掃描界面圖像瀏覽界面膠片打印界面報告界面報告界面2合理應(yīng)用抗菌藥物預(yù)防手術(shù)部位感染概述外科手術(shù)部位感染的2/3發(fā)生在切口醫(yī)療費用的增加病人滿意度下降導(dǎo)致感染、止血和疼痛一直是外科的三大挑戰(zhàn)，止血和疼痛目前已較好解決感染仍是外科醫(yī)生面臨的重大問題，處理不當(dāng)，將產(chǎn)生嚴(yán)重后果外科手術(shù)部位感染占院內(nèi)感染的14%～16%，僅次于呼吸道感染和泌尿道感染，居院內(nèi)感染第3位嚴(yán)重手術(shù)部位的感染——病人的災(zāi)難，醫(yī)生的夢魘

預(yù)防手術(shù)部位感染（surgicalsiteinfection,SSI)

手術(shù)部位感染的40%–60%可以預(yù)防圍手術(shù)期使用抗菌藥物的目的外科醫(yī)生的困惑★圍手術(shù)期應(yīng)用抗生素是預(yù)防什么感染？★哪些情況需要抗生素預(yù)防？★怎樣選擇抗生素？★什么時候開始用藥？★抗生素要用多長時間？定義：指發(fā)生在切口或手術(shù)深部器官或腔隙的感染分類：切口淺部感染切口深部感染器官／腔隙感染一、SSI定義和分類二、SSI診斷標(biāo)準(zhǔn)——切口淺部感染

指術(shù)后30天內(nèi)發(fā)生、僅累及皮膚及皮下組織的感染，并至少具備下述情況之一者：

1．切口淺層有膿性分泌物

2．切口淺層分泌物培養(yǎng)出細(xì)菌

3．具有下列癥狀體征之一：紅熱，腫脹，疼痛或壓痛，因而醫(yī)師將切口開放者（如培養(yǎng)陰性則不算感染）

4．由外科醫(yī)師診斷為切口淺部SSI

注意：縫線膿點及戳孔周圍感染不列為手術(shù)部位感染二、SSI診斷標(biāo)準(zhǔn)——切口深部感染

指術(shù)后30天內(nèi)（如有人工植入物則為術(shù)后1年內(nèi)）發(fā)生、累及切口深部筋膜及肌層的感染，并至少具備下述情況之一者：

1.切口深部流出膿液

2.切口深部自行裂開或由醫(yī)師主動打開，且具備下列癥狀體征之一：①體溫＞38℃；②局部疼痛或壓痛

3.臨床或經(jīng)手術(shù)或病理組織學(xué)或影像學(xué)診斷，發(fā)現(xiàn)切口深部有膿腫

4.外科醫(yī)師診斷為切口深部感染

注意：感染同時累及切口淺部及深部者，應(yīng)列為深部感染

二、SSI診斷標(biāo)準(zhǔn)—器官／腔隙感染

指術(shù)后30天內(nèi)（如有人工植入物★則術(shù)后1年內(nèi)）、發(fā)生在手術(shù)曾涉及部位的器官或腔隙的感染，通過手術(shù)打開或其他手術(shù)處理，并至少具備以下情況之一者：

1.放置于器官/腔隙的引流管有膿性引流物

2.器官/腔隙的液體或組織培養(yǎng)有致病菌

3.經(jīng)手術(shù)或病理組織學(xué)或影像學(xué)診斷器官/腔隙有膿腫

4.外科醫(yī)師診斷為器官/腔隙感染

★人工植入物：指人工心臟瓣膜、人工血管、人工關(guān)節(jié)等二、SSI診斷標(biāo)準(zhǔn)—器官／腔隙感染

不同種類手術(shù)部位的器官/腔隙感染有：

腹部：腹腔內(nèi)感染（腹膜炎，腹腔膿腫）生殖道：子宮內(nèi)膜炎、盆腔炎、盆腔膿腫血管：靜脈或動脈感染三、SSI的發(fā)生率美國1986年～1996年593344例手術(shù)中，發(fā)生SSI15523次，占2.62%英國1997年～2001年152所醫(yī)院報告在74734例手術(shù)中，發(fā)生SSI3151例，占4.22%中國？SSI占院內(nèi)感染的14～16%，僅次于呼吸道感染和泌尿道感染三、SSI的發(fā)生率SSI與部位：非腹部手術(shù)為2%～5%腹部手術(shù)可高達(dá)20%SSI與病人：入住ICU的機會增加60%再次入院的機會是未感染者的5倍SSI與切口類型：清潔傷口 1%～2%清潔有植入物 ＜5%可染傷口＜10%手術(shù)類別手術(shù)數(shù)SSI數(shù)感染率(%)小腸手術(shù)6466610.2大腸手術(shù)7116919.7子宮切除術(shù)71271722.4肝、膽管、胰手術(shù)1201512.5膽囊切除術(shù)8222.4不同種類手術(shù)的SSI發(fā)生率：三、SSI的發(fā)生率手術(shù)類別SSI數(shù)SSI類別（%）切口淺部切口深部器官/腔隙小腸手術(shù)6652.335.412.3大腸手術(shù)69158.426.315.3子宮切除術(shù)17278.813.57.6骨折開放復(fù)位12379.712.28.1不同種類手術(shù)的SSI類別：三、SSI的發(fā)生率延遲愈合疝內(nèi)臟膨出膿腫，瘺形成。需要進一步處理這里感染將導(dǎo)致:延遲愈合疝內(nèi)臟膨出膿腫、瘺形成需進一步處理四、SSI的后果四、SSI的后果在一些重大手術(shù)，器官/腔隙感染可占到1/3。SSI病人死亡的77%與感染有關(guān)，其中90%是器官/腔隙嚴(yán)重感染

——InfectControlandHospEpidemiol,1999,20(40:247-280SSI的死亡率是未感染者的2倍五、導(dǎo)致SSI的危險因素（1）病人因素：高齡、營養(yǎng)不良、糖尿病、肥胖、吸煙、其他部位有感染灶、已有細(xì)菌定植、免疫低下、低氧血癥五、導(dǎo)致SSI的危險因素（2）術(shù)前因素：術(shù)前住院時間過長用剃刀剃毛、剃毛過早手術(shù)野衛(wèi)生狀況差（術(shù)前未很好沐浴）對有指征者未用抗生素預(yù)防五、導(dǎo)致SSI的危險因素（3）手術(shù)因素：手術(shù)時間長、術(shù)中發(fā)生明顯污染置入人工材料、組織創(chuàng)傷大止血不徹底、局部積血積液存在死腔和/或失活組織留置引流術(shù)中低血壓、大量輸血刷手不徹底、消毒液使用不當(dāng)器械敷料滅菌不徹底等手術(shù)特定時間是指在大量同種手術(shù)中處于第75百分位的手術(shù)持續(xù)時間其因手術(shù)種類不同而存在差異超過T越多，SSI機會越大五、導(dǎo)致SSI的危險因素（4）SSI危險指數(shù)（美國國家醫(yī)院感染監(jiān)測系統(tǒng)制定）：病人術(shù)前已有≥3種危險因素污染或污穢的手術(shù)切口手術(shù)持續(xù)時間超過該類手術(shù)的特定時間（T）

（或一般手術(shù)＞2h)六、預(yù)防SSI干預(yù)方法根據(jù)指南使用預(yù)防性抗菌藥物正確脫毛方法縮短術(shù)前住院時間維持手術(shù)患者的正常體溫血糖控制氧療抗菌素的預(yù)防/治療預(yù)防

在污染細(xì)菌接觸宿主手術(shù)部位前給藥治療

在污染細(xì)菌接觸宿主手術(shù)部位后給藥

防患于未然六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用159預(yù)防和治療性抗菌素使用目的：清潔手術(shù)：防止可能的外源污染可染手術(shù)：減少粘膜定植細(xì)菌的數(shù)量污染手術(shù)：清除已經(jīng)污染宿主的細(xì)菌六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用160需植入假體，心臟手術(shù)、神外手術(shù)、血管外科手術(shù)等六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用預(yù)防性抗菌素使用指征：可染傷口(Clean-contaminatedwound)污染傷口（Contaminatedwound）清潔傷口（Cleanwound）但存在感染風(fēng)險六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用外科預(yù)防性抗生素的應(yīng)用：預(yù)防性抗生素對哪些病人有用?什么時候開始用藥?抗生素種類選擇?使用單次還是多次?采用怎樣的給藥途徑？六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用預(yù)防性抗菌素顯示有效的手術(shù)有：婦產(chǎn)科手術(shù)胃腸道手術(shù)(包括闌尾炎)口咽部手術(shù)腹部和肢體血管手術(shù)心臟手術(shù)骨科假體植入術(shù)開顱手術(shù)某些“清潔”手術(shù)六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用外科預(yù)防性抗生素的應(yīng)用：預(yù)防性抗生素對哪些病人有用?什么時候開始用藥?抗生素種類選擇?使用單次還是多次?采用怎樣的給藥途徑？六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用

理想的給藥時間？目前還沒有明確的證據(jù)表明最佳的給藥時機研究顯示：切皮前45～75min給藥，SSI發(fā)生率最低，且不建議在切皮前30min內(nèi)給藥影響給藥時間的因素:所選藥物的代謝動力學(xué)特性手術(shù)中污染發(fā)生的可能時間病人的循環(huán)動力學(xué)狀態(tài)止血帶的使用剖宮產(chǎn)細(xì)菌在手術(shù)傷口接種后的生長動力學(xué)

手術(shù)過程

012345671hr2hrs6hrs1day3-5days細(xì)菌數(shù)logCFU/ml六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用166術(shù)后給藥，細(xì)菌在手術(shù)傷口接種的生長動力學(xué)無改變

手術(shù)過程抗生素血腫血漿六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用Antibioticsinclot

手術(shù)過程

血漿中抗生素予以抗生素血塊中抗生素血漿術(shù)前給藥，可以有效抑制細(xì)菌在手術(shù)傷口的生長六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用168ClassenDC,etal..NEnglJMed1992;326:281切開前時間切開后時間予以抗生素切開六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用不同給藥時間，手術(shù)傷口的感染率不同NEJM1992;326:281-6投藥時間感染數(shù)（%）相對危險度(95%CI)早期（切皮前2-24h）36914(3.8%)6.7(2.9-14.7)4.3手術(shù)前（切皮前45-75min)170810(0.9%)1.0圍手術(shù)期（切皮后3h內(nèi)）2824(1.4%)2.4(0.9-7.9) 2.1手術(shù)后（切皮3h以上）48816(3.3%)5.8(2.6-12.3)

5.8全部284744(1.5%)似然比病人數(shù)六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用結(jié)論：抗生素在切皮前45-75min或麻醉誘導(dǎo)開始時給藥，預(yù)防SSI效果好170六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用切口切開后，局部抗生素分布將受阻必須在切口切開前給藥?。?！抗菌素應(yīng)在切皮前45～75min給藥六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用外科預(yù)防性抗生素的應(yīng)用：預(yù)防性抗生素對哪些病人有用?什么時候開始用藥?抗生素種類選擇?使用單次還是多次?采用怎樣的給藥途徑？有效安全殺菌劑半衰期長相對窄譜廉價六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用抗生素的選擇原則：各類手術(shù)最易引起SSI的病原菌及預(yù)防用藥選擇六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用

手術(shù)最可能的病原菌預(yù)防用藥選擇膽道手術(shù)革蘭陰性桿菌，厭氧菌頭孢呋辛或頭孢哌酮或

(如脆弱類桿菌）頭孢曲松闌尾手術(shù)革蘭陰性桿菌，厭氧菌頭孢呋辛或頭孢噻肟；

(如脆弱類桿菌）＋甲硝唑結(jié)、直腸手術(shù)革蘭陰性桿菌，厭氧菌頭孢呋辛或頭孢曲松或

(如脆弱類桿菌）頭孢噻肟；＋甲硝唑泌尿外科手術(shù)革蘭陰性桿菌頭孢呋辛；環(huán)丙沙星婦產(chǎn)科手術(shù)革蘭陰性桿菌，腸球菌頭孢呋辛或頭孢曲松或

B族鏈球菌，厭氧菌頭孢噻肟；+甲硝唑莫西沙星（可單藥應(yīng)用）注:各種手術(shù)切口感染都可能由葡萄球菌引起六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用外科預(yù)防性抗生素的應(yīng)用：預(yù)防性抗生素對哪些病人有用?什么時候開始用藥?抗生素種類選擇?使用單次還是多次?采用怎樣的給藥途徑？六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用單次給藥還是多次給藥？沒有證據(jù)顯示多次給藥比單次給藥好傷口關(guān)閉后給藥沒有益處多數(shù)指南建議24小時內(nèi)停藥沒有必要維持抗菌素治療直到撤除尿管和引流管手術(shù)時間延長或術(shù)中出血量較大時可重復(fù)給藥細(xì)菌污染定植感染一次性用藥用藥24h用藥4872h數(shù)小時從十?dāng)?shù)小時到數(shù)十小時六、預(yù)防SSI干預(yù)方法