北京大學(xué)課程-地理信息系統(tǒng)概論課件

第一章地理信息系統(tǒng)概論鄔倫北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院遙感與地理信息系統(tǒng)研究所2004年12月數(shù)據(jù)和信息(Data&Information)數(shù)據(jù):指某一目標(biāo)定性、定量描述的原始資料，包括數(shù)字、文字、符號(hào)、圖形、圖像以及它們能轉(zhuǎn)換成的數(shù)據(jù)等形式。

原始事實(shí)如：?jiǎn)T工姓名，數(shù)據(jù)可以有數(shù)值、圖形、聲音、視覺(jué)數(shù)據(jù)等信息:是向人們或機(jī)器提供關(guān)于現(xiàn)實(shí)世界新的事實(shí)的知識(shí)，是數(shù)據(jù)、消息中所包含的意義，它不隨載體物理設(shè)備形式的改變而改變。

以一定規(guī)則組織在一起的事實(shí)的集合。信息和數(shù)據(jù)的關(guān)系信息=數(shù)據(jù)+說(shuō)明數(shù)據(jù)是信息的載體。信息系統(tǒng)信息系統(tǒng)是具有數(shù)據(jù)采集、管理、分析和表達(dá)數(shù)據(jù)能力的系統(tǒng)，它能夠?yàn)閱我坏幕蛴薪M織的決策過(guò)程提供有用的信息。一個(gè)基于計(jì)算機(jī)的信息系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)硬件、軟件、數(shù)據(jù)和用戶(hù)四大要素。信息系統(tǒng)分類(lèi)信息系統(tǒng)分類(lèi)(Cont.)事務(wù)處理系統(tǒng)(TransactionProcessSystem,TPS)主要用以支持操作層人員的日?；顒?dòng)。它主要負(fù)責(zé)處理日常事務(wù)。管理信息系統(tǒng)(ManagementInformationSystem,MIS):需要包含組織中的事務(wù)處理系統(tǒng)，并提供了內(nèi)部綜合形式的數(shù)據(jù)，以及外部組織的一般范圍和大范圍的數(shù)據(jù)。決策支持系統(tǒng)(DecisionSupportSystem,DSS)是一組處理數(shù)據(jù)和進(jìn)行推測(cè)的分析程序，用以支持管理者制定決策。人工智能和專(zhuān)家系統(tǒng)專(zhuān)家系統(tǒng)(ExpertSystem,ES)能模仿人工決策處理過(guò)程的基于計(jì)算機(jī)的信息系統(tǒng)?？臻g和地理空間Space從數(shù)學(xué)、物理學(xué)、哲學(xué)、認(rèn)知心理學(xué)可以有不同的定義GeographicalSpaceGeographicspaceislarge-scalespace,i.e.,spacethatisbeyondthehumanbodyandthatmayrepresentedbymanydifferentgeometriesatmanydifferentscales.地理空間信息有關(guān)地理實(shí)體的性質(zhì)、特征和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的表征和一切有用的知識(shí)，它是對(duì)地理數(shù)據(jù)的解釋。其最主要的特征：所有的信息都具有地理位置參照人類(lèi)社會(huì)中70-80%的信息具有空間特性。地理信息系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)(GeographicalInformationSystem,GIS)是一種決策支持系統(tǒng)，它具有信息系統(tǒng)的各種特點(diǎn)。地理信息系統(tǒng)與其他信息系統(tǒng)的主要區(qū)別在于其存儲(chǔ)和處理的信息是經(jīng)過(guò)地理編碼的，地理位置及與該位置有關(guān)的地物屬性信息成為信息檢索的重要部分。在地理信息系統(tǒng)中，現(xiàn)實(shí)世界被表達(dá)成一系列的地理要素和地理現(xiàn)象，這些地理特征至少有空間位置參考信息和非位置信息兩個(gè)組成部分。地理信息系統(tǒng)的三種定義視角In1991,DavidMaguiresynthesizedvariousGISdefinitionsintothreedistinctyetoverlappingviews,whichhetermed:themap,thedatabase,andthespatialanalysisviews.ThemapviewfocusesoncartographicaspectsofGIS,viewingGISasmapprocessingordisplaysystemsinwhichtheemphasisisontheabilityofsuchsystemstoproducehighqualitymapsandcharts.ThedatabaseviewofGISemphasizestheimportanceofwell-designedandimplementeddatabasesystemsinwhichcomplexanalyticaloperationsthatrequiretheuseofmanytypesofgeographicaldatacanbepreformed.ThespatialanalysisviewofGISfocusesonanalysisandmodelinginwhichGISisseenmoreasaspatialinformationsciencethanatechnology.GIS的組成GIS軟件的功能GIS和相關(guān)技術(shù)遙感全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)測(cè)繪制圖…地理信息的應(yīng)用以及相關(guān)學(xué)科GIS&GIScience&GIServiceGIScience

asciencewhichdealswithgenericissuesthatsurroundtheuseofGIStechnology,hamperitssuccessfulimplementation,orcontributetotheunderstandingofitscapabilities.GIService第二章從現(xiàn)實(shí)世界到比特世界

鄔倫北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院遙感與地理信息系統(tǒng)研究所2004年12月

地理信息流與地理信息科學(xué)三個(gè)領(lǐng)域

1．對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的地理認(rèn)知認(rèn)知的含義環(huán)境映象與模型地圖認(rèn)知模型地理客體的科學(xué)認(rèn)知地圖是客觀(guān)世界的形象——符號(hào)——概括模型制圖活動(dòng)過(guò)程地圖編制者的認(rèn)識(shí)模型地圖使用者的認(rèn)識(shí)模型2．現(xiàn)實(shí)世界的抽象現(xiàn)實(shí)世界概念世界地理空間世界維度世界項(xiàng)目世界現(xiàn)實(shí)世界概念世界地理空間世界維度世界項(xiàng)目世界3．比特世界比特世界現(xiàn)實(shí)世界與數(shù)學(xué)模型的關(guān)系3．比特世界GIS空間數(shù)據(jù)建?？臻g數(shù)據(jù)模型的三個(gè)層次3．比特世界GIS空間數(shù)據(jù)模型的概念與分類(lèi)GIS空間概念數(shù)據(jù)模型空間邏輯數(shù)據(jù)模型結(jié)構(gòu)化邏輯數(shù)據(jù)模型面向操作的邏輯數(shù)據(jù)模型物理數(shù)據(jù)模型

設(shè)計(jì)空間數(shù)據(jù)的物理組織、空間存取方法、數(shù)據(jù)庫(kù)總體存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)等。

第三章空間數(shù)據(jù)模型

鄔倫北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院遙感與地理信息系統(tǒng)研究所2004年12月1．空間數(shù)據(jù)模型的基本問(wèn)題概念:空間數(shù)據(jù)模型是關(guān)于現(xiàn)實(shí)世界中空間實(shí)體及其相互間聯(lián)系的概念，它為描述空間數(shù)據(jù)的組織和設(shè)計(jì)空間數(shù)據(jù)庫(kù)模式提供著基本方法。類(lèi)型:基于對(duì)象（要素）（Feature）的模型網(wǎng)絡(luò)（Network）模型場(chǎng)（Field）模型。1．空間數(shù)據(jù)模型的基本問(wèn)題GIS空間數(shù)據(jù)模型的學(xué)術(shù)前沿時(shí)空數(shù)據(jù)模型:核心問(wèn)題是研究如何有效地表達(dá)、記錄和管理現(xiàn)實(shí)世界的實(shí)體及其相互關(guān)系隨時(shí)間不斷發(fā)生的變化。三維空間數(shù)據(jù)模型:三維矢量模型和體模型分布式空間數(shù)據(jù)模型：分布式空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)和聯(lián)邦空間數(shù)據(jù)庫(kù)CASE分布式空間數(shù)據(jù)模型工具2．場(chǎng)模型1.場(chǎng)的特征空間結(jié)構(gòu)特征和屬性域連續(xù)的、可微的、離散的各向同性和各向異性空間自相關(guān)在各向同性與各向異性場(chǎng)中的旅行時(shí)間面

強(qiáng)空間正負(fù)自相關(guān)模式

2．場(chǎng)模型

2.柵格數(shù)據(jù)模型柵格數(shù)據(jù)模型是基于連續(xù)鋪蓋的，它是用二維鋪蓋或劃分覆蓋整個(gè)連續(xù)空間；鋪蓋可以分為規(guī)則的和不規(guī)則的，后者可當(dāng)做拓?fù)涠噙呅翁幚砣切?、方格和六角形劃分柵格?shù)據(jù)模型3．要素模型1.基本概念1）歐氏平面上的空間對(duì)象類(lèi)型3．要素模型

2）離散歐氏平面上的空間對(duì)象3．要素模型3）要素模型和場(chǎng)模型的比較

3．要素模型2.矢量數(shù)據(jù)模型

4．基于要素的空間關(guān)系分析1.基本概念

地理要素之間的空間區(qū)位關(guān)系可抽象為點(diǎn)、線(xiàn)（或?。?、多邊形（區(qū)域）之間的空間幾何關(guān)系。4．基于要素的空間關(guān)系分析2.拓?fù)淇臻g關(guān)系分析

2.1拓?fù)鋵傩?/p>

拓?fù)鋵傩?在拓?fù)渥儞Q下能夠保持不變的幾何屬性，又稱(chēng)為拓?fù)潢P(guān)系。

2.2點(diǎn)集拓?fù)鋵W(xué) 點(diǎn)集拓?fù)鋵W(xué)是拓?fù)涿枋龅臄?shù)學(xué)基礎(chǔ)

2.39交模型

9-交模型所述拓?fù)潢P(guān)系

4．基于要素的空間關(guān)系分析3.方向空間關(guān)系分析方向關(guān)系描述方向關(guān)系識(shí)別度量空間關(guān)系分析空間指標(biāo)量算地理空間的距離度量

5．網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型1.網(wǎng)絡(luò)空間(a)(b)KonigsbergPark中的圖形理論模型5．網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型2.網(wǎng)絡(luò)模型

網(wǎng)狀模型將數(shù)據(jù)組織成有向圖結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)中結(jié)點(diǎn)代表數(shù)據(jù)記錄，連線(xiàn)描述不同結(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)間的關(guān)系。有向圖（Digraph）的形式化定義為：

Digraph=(Vertex,{Relation})

其中Vertex為圖中數(shù)據(jù)元素（頂點(diǎn)）的有限非空集合；Relation是兩個(gè)頂點(diǎn)（Vertex）之間的關(guān)系的集合。6．時(shí)空模型時(shí)空數(shù)據(jù)模型概述研究概述TGIS的研究思路時(shí)空數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)的基本思想根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的特點(diǎn)（如宏觀(guān)變化觀(guān)測(cè)與微觀(guān)變化觀(guān)測(cè)）和客觀(guān)現(xiàn)實(shí)變化規(guī)律（同步變化與異步變化、頻繁變化與緩慢變化），折中考慮時(shí)空數(shù)據(jù)的空間/屬性?xún)?nèi)聚性和時(shí)態(tài)內(nèi)聚性的強(qiáng)度，選擇時(shí)間標(biāo)記的對(duì)象。同時(shí)提供靜態(tài)（變化不活躍）、動(dòng)態(tài)（變化活躍）數(shù)據(jù)建模手段（靜態(tài)、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)類(lèi)型和操作）。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)里顯式表達(dá)兩種地理事件：地理實(shí)體進(jìn)化事件和地理實(shí)體存亡事件。時(shí)空拓?fù)潢P(guān)系一般指地理實(shí)體空間拓?fù)潢P(guān)系的拓?fù)涫录g的時(shí)態(tài)關(guān)系。7．三維模型三維GIS的功能

三維GIS所的功能主要有數(shù)據(jù)編碼：據(jù)的組織和重構(gòu)：變換：查詢(xún)邏輯運(yùn)算：計(jì)算：分析：建立模型視覺(jué)變換系統(tǒng)維護(hù)。三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

八叉樹(shù)三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

用八叉樹(shù)來(lái)表示三維形體。7．三維模型體元形式的三維數(shù)據(jù)線(xiàn)性八叉樹(shù)編碼編碼7．三維模型--借助三維顯示技術(shù)，通過(guò)離散的高程點(diǎn)形成等高線(xiàn)圖、截面圖、多層平面和透視圖，可以把這些最初都是人工完成的工作，用各種計(jì)算機(jī)程序迅速高效地完成。通過(guò)“圍墻”狀的剖面表示三維數(shù)據(jù)第四章空間參照系統(tǒng)和地圖投影

鄔倫北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院遙感與地理信息系統(tǒng)研究所2004年12月1．地球橢球體基本要素1．1地球橢球體地球的形狀地球的大小橢球體的半徑高程1．2地圖比例尺比例尺表示法數(shù)字比例尺文字比例尺圖解比例尺或直線(xiàn)比例尺面積比例尺比例系數(shù)（SF）:表明確定的比例尺與實(shí)際比例尺數(shù)值之間的關(guān)系。2．坐標(biāo)系現(xiàn)實(shí)世界和坐標(biāo)空間的聯(lián)系2．坐標(biāo)系2．1地理坐標(biāo)緯度（Latitude）經(jīng)度（Longitude）地面上點(diǎn)位的確定:通常用經(jīng)度和緯度來(lái)決定。2．坐標(biāo)系2．2平面上的坐標(biāo)系平面直角坐標(biāo)系平面極坐標(biāo)系2．3直角坐標(biāo)系的平移和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系平移坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系平移和旋轉(zhuǎn)3．地圖投影的基本問(wèn)題3．1基本概念地圖投影就是指建立地球表面上的點(diǎn)與投影平面上點(diǎn)之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。3．2地圖投影的分類(lèi)按變形性質(zhì)分類(lèi)等角投影等積投影等距投影按構(gòu)成方法分類(lèi)幾何投影非幾何投影按照投影面積與地球相割或相切分類(lèi)割投影切投影4．高斯——克呂格投影又稱(chēng)橫軸墨卡托投影高斯——克呂格投影示意高斯——克呂格投影的分帶5．地形圖的分幅和編號(hào)由國(guó)家主管部門(mén)制定統(tǒng)一的圖幅分幅和編號(hào)系統(tǒng)1：50萬(wàn)、1：20萬(wàn)、1：10萬(wàn)地形圖的分幅和編號(hào)示例鄔倫北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院遙感與地理信息系統(tǒng)研究所2004年12月第五章GIS中的數(shù)據(jù)

空間數(shù)據(jù)的特點(diǎn)SpatiallyrelatedCanbeassignedcoordinatesoranyspatialreference.Onthesurfaceoftheearth.Involveslocationandorganization.ScaleCanbefromgeneraltospecific.Simpletocomplex.Asatellitecangenerateoneterabyte(1012bytes)ofinformationperday.DynamicsSpatialdynamics(variationsinspace).Temporaldynamics(variationsintime).CoordinatesystemScaleTime1Time2空間數(shù)據(jù)的三個(gè)側(cè)面空間特征：表示現(xiàn)象的空間位置或現(xiàn)在所處的地理位置?？臻g特征又稱(chēng)為幾何特征或定位特征，一般以坐標(biāo)數(shù)據(jù)表示，例如笛卡爾坐標(biāo)等。屬性特征：表示實(shí)際現(xiàn)象或特征，例如變量、級(jí)別、數(shù)量特征和名稱(chēng)等等。時(shí)間特征：指現(xiàn)象或物體隨時(shí)間的變化，其變化的周期有超短期的、短期的、中期的、長(zhǎng)期的等等。三個(gè)側(cè)面空間特征是GIS區(qū)別于其它的軟件的根本特征是由于地物或現(xiàn)象的空間分布所帶來(lái)通常是通過(guò)特定空間參照系下的坐標(biāo)直接表達(dá)基于坐標(biāo)的派生數(shù)據(jù)定量的度量信息：面積、周長(zhǎng)、質(zhì)心、距離等定性的空間關(guān)系：拓?fù)潢P(guān)系、方位關(guān)系CB-GIS和PB-GIS時(shí)間特征空間數(shù)據(jù)涉及時(shí)間特征的幾個(gè)方面地物的生命周期（產(chǎn)生、消亡）地物的移動(dòng)（移動(dòng)點(diǎn)）屬性的時(shí)效性相關(guān)的問(wèn)題時(shí)間關(guān)系時(shí)空關(guān)系時(shí)態(tài)GIS數(shù)據(jù)模型是其關(guān)鍵（時(shí)空立方體模型等）專(zhuān)題屬性特征地物所固有的，不是由于地物空間分布所帶來(lái)的特征如某地的年降雨量、土地酸緘類(lèi)型、人口密度、交通流量、空氣污染程度等。這類(lèi)特征在其它類(lèi)型的信息系統(tǒng)中均可存儲(chǔ)和處理專(zhuān)題屬性特征通常以數(shù)字、符號(hào)、文本和圖像等形式來(lái)表示空間數(shù)據(jù)與專(zhuān)題數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)的時(shí)態(tài)特征數(shù)據(jù)的測(cè)量尺度(1/2)命名(Nominal)量定性而非定量，不能進(jìn)行任何算術(shù)運(yùn)算，如一個(gè)城市的名字次序(Ordinal)量線(xiàn)性坐標(biāo)上不按值的大小，而是按順序排列的數(shù)，例如，事故發(fā)生危險(xiǎn)程度的級(jí)別由大到小被標(biāo)為1，2，3，…

間隔(Interval)量不參照某個(gè)固定點(diǎn)，而是按間隔表示相對(duì)位置的數(shù)。按間隔量測(cè)的值相互之間可以比較大小，并且它們之間的差值大小是有意義的比率(Ratio)量比率測(cè)量尺度的測(cè)量值指那些有真零值而且測(cè)量單位的間隔是相等的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的測(cè)量尺度(2/2)GIS數(shù)據(jù)測(cè)量尺度示例PointLineAreaQuantitativeOrdinalQualitative51015Eachdotrepresents500personsProportionalsymbolsLargeMediumSmallQTownAirportFlowContour304050HighwayRoadStreetRoadBoundaryRiver10020PopulationdensityHighimpactLowimpactSwampDesertForrest不同測(cè)量尺度數(shù)值可以進(jìn)行的運(yùn)算命名量==,!=…次序量==,!=,>,<…間隔量==,!=,>,<,+,-…比率量==,!=,>,<,+,-,*,/…空間數(shù)據(jù)質(zhì)量在GIS的幾個(gè)主要因素中，數(shù)據(jù)是一個(gè)極為重要的因素。在計(jì)算機(jī)軟件、硬件環(huán)境選定之后，GIS中數(shù)據(jù)質(zhì)量的優(yōu)劣，決定著系統(tǒng)分析質(zhì)量以及整個(gè)應(yīng)用的成敗。GIS提供的空間數(shù)據(jù)的分析方法被廣泛用于各種領(lǐng)域，用于決策領(lǐng)域的數(shù)據(jù)，其質(zhì)量要求應(yīng)該是可知的或可預(yù)測(cè)的。研究空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的目的在于加強(qiáng)數(shù)據(jù)生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量控制，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的重要性GeographicDatabaseQueryandAnalysisSpatialDataInputandManagementOutput:DisplayHelpPrevent“Garbagein，Garbageout！”GIS空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的相關(guān)概念(1/7)準(zhǔn)確性（Accuracy）精度（Precision）空間分辨率（SpatialResolution）比例尺（Scale）誤差（Error）不確定性（Uncertainty）空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的相關(guān)概念(2/7)準(zhǔn)確性（Accuracy）一個(gè)記錄值（測(cè)量或者觀(guān)察值）與它的真實(shí)值之間的接近程度；空間數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性通常是根據(jù)所指的位置、拓?fù)浠蛘叻强臻g屬性來(lái)分類(lèi)的； 可以誤差（Error）來(lái)衡量空間數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的相關(guān)概念(3/7)精度（Precision）數(shù)據(jù)精度表示數(shù)據(jù)對(duì)現(xiàn)象描述的詳細(xì)程度數(shù)據(jù)精度和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的區(qū)別：精度低的數(shù)據(jù)不一定準(zhǔn)確度也低；數(shù)據(jù)精度如果超出了測(cè)量?jī)x器的已知準(zhǔn)確度，這樣的紀(jì)錄數(shù)字在效率上是冗余的；

例如：在設(shè)計(jì)精度為0.1mm的數(shù)字化儀上測(cè)量返回的坐標(biāo)數(shù)據(jù)為（10.11mm,12.233mm），其中就含有冗余的數(shù)據(jù)；空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的相關(guān)概念(4/7)空間分辨率（SpatialResolution）分辨率是兩個(gè)可測(cè)量數(shù)值之間最小的可辨識(shí)的差異；空間分辨率可以看作是記錄變化的最小幅度；空間分辨率示例：地圖上最細(xì)線(xiàn)寬度對(duì)應(yīng)的地理范圍，遙感圖像上一個(gè)像素代表的實(shí)際地理范圍大小空間分辨率∝?cái)?shù)據(jù)精度空間分辨率示例RealWorldVectorDataRasterData1pixel=10mX10m分辨率=10m10M10M1Pixel空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的相關(guān)概念(5/7)比例尺（Scale）地圖上一個(gè)記錄的距離和它所表現(xiàn)的“真實(shí)世界”的距離之間的一個(gè)比例；如右圖中，這幅地圖的比例尺=10cm:1000m=1:10000比例尺是刻畫(huà)數(shù)據(jù)精度的量（如最小線(xiàn)寬為地圖的空間分辨率）；空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的相關(guān)概念(6/7)誤差（Error）描述測(cè)量值和真實(shí)值之間的差別；在大部分情況下，誤差的大小是很不準(zhǔn)確的，因?yàn)榇郎y(cè)量的真實(shí)值往往無(wú)法得到；研究如何給出誤差大小的最佳估計(jì)以及誤差傳播規(guī)律，是很有用的；誤差的分析包括:位置誤差（如點(diǎn)、線(xiàn)、多邊形的位置誤差）；屬性誤差；位置和屬性誤差之間的聯(lián)系；空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的相關(guān)概念(7/7)不確定性（Uncertainty）對(duì)于空間信息科學(xué)技術(shù)來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)的正確性與錯(cuò)誤并存，正常與異常并存，精確與粗糙并存，質(zhì)量高與質(zhì)量低并存，什么時(shí)候是正確的，什么時(shí)候不正確的，這些都屬于不確定性現(xiàn)象；GIS中數(shù)據(jù)的不確定性包括：位置的不確定性、屬性的不確定性、時(shí)域的不確定性、邏輯上的不一致性以及數(shù)據(jù)的布完整性；研究不確定性可以更好的了解測(cè)量數(shù)據(jù)的性質(zhì)？？空間數(shù)據(jù)質(zhì)量問(wèn)題的來(lái)源（1/2）空間現(xiàn)象自身存在的不穩(wěn)定性分布的不確定性、屬性類(lèi)型劃分和表達(dá)多樣性等；空間現(xiàn)象的表達(dá)測(cè)量誤差、地圖投影、數(shù)值采樣和量化等；空間數(shù)據(jù)處理中的誤差投影轉(zhuǎn)換、地圖數(shù)字化與掃描矢量化、格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)抽象（聚類(lèi)、歸并等）、空間分析、可視化等；空間數(shù)據(jù)使用中的誤差：生產(chǎn)者和使用者對(duì)數(shù)據(jù)的解釋和理解不同，可通過(guò)空間數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)來(lái)溝通；空間數(shù)據(jù)質(zhì)量問(wèn)題的來(lái)源（2/2）P99表5-1空間數(shù)據(jù)誤差的主要來(lái)源數(shù)據(jù)處理過(guò)程誤差來(lái)源數(shù)據(jù)搜集野外測(cè)量誤差：儀器誤差、記錄誤差遙感數(shù)據(jù)誤差：輻射和幾何糾正誤差、信息提取誤差地圖數(shù)據(jù)誤差：原始數(shù)據(jù)誤差、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、制圖綜合及印刷數(shù)據(jù)輸入數(shù)字化誤差：儀器誤差、操作誤差不同系統(tǒng)格式轉(zhuǎn)換誤差：柵格-矢量轉(zhuǎn)換、三角網(wǎng)-等值線(xiàn)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)值精度不夠空間精度不夠：每個(gè)格網(wǎng)點(diǎn)太大、地圖最小制圖單元太大數(shù)據(jù)處理分類(lèi)間隔不合理多層數(shù)據(jù)疊合引起的誤差傳播：插值誤差、多源數(shù)據(jù)綜合分析誤差比例尺太小引起的誤差數(shù)據(jù)輸出輸出設(shè)備不精確引起的誤差輸出的媒介不穩(wěn)定造成的誤差數(shù)據(jù)使用對(duì)數(shù)據(jù)所包含的信息的誤解對(duì)數(shù)據(jù)信息使用不當(dāng)空間數(shù)據(jù)的誤差分析（1/3）空間數(shù)據(jù)誤差的類(lèi)型（1）空間數(shù)據(jù)誤差分為：幾何誤差、屬性誤差、時(shí)間誤差和邏輯誤差；邏輯誤差和幾何誤差為GIS特有邏輯誤差：語(yǔ)義角度判斷數(shù)據(jù)的合理性空間數(shù)據(jù)的誤差分析（2/3）空間數(shù)據(jù)誤差的類(lèi)型（2）幾何誤差：空間數(shù)據(jù)表達(dá)的位置信息誤差，在二維平面上主要反映在點(diǎn)（位置）誤差和線(xiàn)（位置）誤差上；線(xiàn)誤差分布可以用Epsilon模型（等寬）或者誤差帶模型（不等寬）來(lái)描述圖：折線(xiàn)誤差的分布（誤差帶模型）圖：折線(xiàn)和曲線(xiàn)的誤差

圖：曲線(xiàn)的誤差分布（誤差帶模型）空間數(shù)據(jù)的誤差分析（3/3）其他數(shù)據(jù)質(zhì)量問(wèn)題地圖數(shù)據(jù)的質(zhì)量問(wèn)題地圖固有誤差、地圖材料變形、地圖掃描及數(shù)字化誤差；遙感數(shù)據(jù)的質(zhì)量問(wèn)題遙感儀器觀(guān)測(cè)過(guò)程誤差（表現(xiàn)為空間分辨率、光譜分辨率、幾何畸變以及輻射誤差等）、圖像處理和解譯過(guò)程誤差（校正匹配、解譯判讀、分類(lèi)等）測(cè)量數(shù)據(jù)的質(zhì)量問(wèn)題選定的大地坐標(biāo)系及投影、環(huán)境影響、測(cè)量?jī)x器精度、操作誤差、偶然誤差等空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的控制應(yīng)從數(shù)據(jù)質(zhì)量產(chǎn)生和擴(kuò)散的所有過(guò)程和環(huán)節(jié)入手，分別用一定的方法減少誤差；常見(jiàn)的數(shù)據(jù)質(zhì)量空間方法有：傳統(tǒng)的手工方法

與原始地圖或者屬性數(shù)據(jù)比較；元數(shù)據(jù)方法

閱讀元數(shù)據(jù)了解數(shù)據(jù)質(zhì)量的信息；地理相關(guān)法利用空間數(shù)據(jù)描述的地理特征要素自身的相關(guān)性空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)（Metadata）是描述數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，如數(shù)據(jù)的內(nèi)容、質(zhì)量、狀況和其他有關(guān)特征的背景信息；常見(jiàn)的元數(shù)據(jù)：圖書(shū)館卡片、磁盤(pán)的標(biāo)簽、地圖的制圖元素（圖名、圖例、比例尺、制圖單位、制圖時(shí)間等）等；元數(shù)據(jù)的內(nèi)容：對(duì)數(shù)據(jù)集的描述、數(shù)據(jù)質(zhì)量的描述、數(shù)據(jù)處理信息的說(shuō)明、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法的描述、數(shù)據(jù)更新、集成等說(shuō)明空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)內(nèi)容及示例。。。數(shù)據(jù)生產(chǎn)者數(shù)據(jù)生產(chǎn)時(shí)間數(shù)據(jù)質(zhì)量數(shù)據(jù)組織空間參照系數(shù)據(jù)內(nèi)容以及其他屬性。。。元數(shù)據(jù)的主要作用幫助數(shù)據(jù)生產(chǎn)者管理和維護(hù)空間數(shù)據(jù)；便于數(shù)據(jù)用戶(hù)查詢(xún)檢索地理空間數(shù)據(jù)；幫助用戶(hù)了解數(shù)據(jù)，以便就數(shù)據(jù)是否能夠滿(mǎn)足其需求做出這功能的判斷；提供有關(guān)信息，以便用戶(hù)或者GIS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和轉(zhuǎn)換；在空間數(shù)據(jù)及其應(yīng)用迅速發(fā)展的今天，元數(shù)據(jù)成為數(shù)據(jù)共享和有效使用的重要工具元數(shù)據(jù)提高數(shù)據(jù)查找效率地理信息系統(tǒng)與元數(shù)據(jù)基于元數(shù)據(jù)的GIS功能擴(kuò)展：差錯(cuò)功能（Debugging）數(shù)據(jù)瀏覽功能（BrowsingorCatalog）程序自動(dòng)生成（ProgramGeneration）基于元數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)集成：基于元數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)自動(dòng)解釋與處理，使得不同格式、精度、類(lèi)型的數(shù)據(jù)可以很好的協(xié)同完成一個(gè)指定的任務(wù)（？？？）第六章空間數(shù)據(jù)獲取與處理鄔倫北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院遙感與地理信息系統(tǒng)研究所2004年12月1．地圖數(shù)字化地圖數(shù)據(jù)類(lèi)型空間數(shù)據(jù)（或圖形數(shù)據(jù)）

空間數(shù)據(jù)是構(gòu)成地圖內(nèi)容要素的幾何圖形。語(yǔ)義數(shù)據(jù)(屬性數(shù)據(jù))

又稱(chēng)為非幾何數(shù)據(jù)，包括定性數(shù)據(jù)和定量數(shù)據(jù)。1．地圖數(shù)字化數(shù)字化儀數(shù)字化手扶跟蹤數(shù)字化距離流方式（DistanceStream）時(shí)間流方式（TimeStream）曲線(xiàn)離散化算法曲線(xiàn)的離散算法1．地圖數(shù)字化掃描矢量化處理流程2．空間數(shù)據(jù)錄入后的處理圖形坐標(biāo)變換基本坐標(biāo)變換(a)平移(b)縮放(c)圖形旋轉(zhuǎn)

2．空間數(shù)據(jù)錄入后的處理

圖形坐標(biāo)變換基本坐標(biāo)變換仿射變換仿射變換2．空間數(shù)據(jù)錄入后的處理

圖形拼接圖幅拼接(a)拼接前；(b)拼接中的邊緣不匹配；(c)調(diào)整后的拼接結(jié)果2．空間數(shù)據(jù)錄入后的處理

拓?fù)渖蓤D形修改建立拓?fù)潢P(guān)系第七章空間數(shù)據(jù)管理

鄔倫北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院遙感與地理信息系統(tǒng)研究所2004年12月1．空間數(shù)據(jù)庫(kù)1.1地理信息系統(tǒng)與一般管理信息系統(tǒng)的比較兩者的區(qū)別：硬件軟件信息處理的內(nèi)容和采用目的共同之處：以計(jì)算機(jī)為核心的信息處理系統(tǒng)，都具有數(shù)據(jù)量大和數(shù)據(jù)之間關(guān)系復(fù)雜的特點(diǎn)，也都隨著數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的發(fā)展在不斷的改進(jìn)和完善。1.2空間數(shù)據(jù)庫(kù)概念：某一區(qū)域內(nèi)關(guān)于一定地理要素特征的數(shù)據(jù)集合。特點(diǎn)：數(shù)據(jù)量特別大;既有屬性數(shù)據(jù)，又有空間數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)應(yīng)用廣泛。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)GIS數(shù)據(jù)管理方法的4種主要類(lèi)型：開(kāi)發(fā)獨(dú)立的數(shù)據(jù)管理服務(wù)。在商業(yè)化的DBMS基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)附加系統(tǒng)。使用現(xiàn)有的DBMS，對(duì)系統(tǒng)的功能進(jìn)行必要擴(kuò)充。重新設(shè)計(jì)一個(gè)具有空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)管理和分析功能的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。1.3GIS內(nèi)部的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矢量結(jié)構(gòu)和柵格結(jié)構(gòu)矢量模型：現(xiàn)實(shí)世界的要素位置和范圍可以采用點(diǎn)、線(xiàn)或面表達(dá)，與它們?cè)诘貓D上表示相似，每一個(gè)實(shí)體的位置是用它們?cè)谧鴺?biāo)參考系統(tǒng)中的空間位置（坐標(biāo)）定義。

柵格模型：在柵格模型中，空間被規(guī)則地劃分為柵格（通常為正方形）。地理實(shí)體的位置和狀態(tài)是用它們占據(jù)的柵格的行、列來(lái)定義的。矢量結(jié)構(gòu)和柵格結(jié)構(gòu)2．柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其編碼基本概念特點(diǎn)編碼方式I什么是柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（Raster)？

柵格結(jié)構(gòu)是最簡(jiǎn)單最直接的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是指將地球表面劃分為大小均勻緊密相鄰的網(wǎng)格陣列，每個(gè)網(wǎng)格作為一個(gè)象元或象素由行、列定義，并包含一個(gè)代碼表示該象素的屬性類(lèi)型或量值，或僅僅包括指向其屬性記錄的指針。I什么是柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（Raster)？柵格結(jié)構(gòu)是以規(guī)則的陣列來(lái)表示空間地物或現(xiàn)象分布的數(shù)據(jù)組織，組織中的每個(gè)數(shù)據(jù)表示地物或現(xiàn)象的非幾何屬性特征。柵格結(jié)構(gòu)表示的地表是不連續(xù)的，是量化和近似離散的數(shù)據(jù)。每一個(gè)單元格對(duì)應(yīng)一個(gè)相應(yīng)的地塊。I什么是柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（Raster)？RealworldGridPointLineAreaValue=0=1=2=3RowColumnTrianglesHexagonsRASTER柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)示例（a）點(diǎn)（b）線(xiàn)（c）面柵格數(shù)據(jù)單元格經(jīng)常是矩形（主要是正方形）的，但并不是必須如此。其單元格形狀可以隨應(yīng)用的需要進(jìn)行具體設(shè)定，比如設(shè)置為三角形。柵格數(shù)據(jù)的比例尺就是柵格大小與地表相應(yīng)單元大小之比。柵格尺寸越小，其分辨率越高，數(shù)據(jù)量也越大。柵格數(shù)據(jù)的形狀、尺寸及相關(guān)問(wèn)題引申思考：柵格數(shù)據(jù)的投影與變形問(wèn)題？由于柵格結(jié)構(gòu)對(duì)地表的離散，在計(jì)算面積、長(zhǎng)度、距離、形狀等空間指標(biāo)時(shí)，若柵格尺寸較大，則造成較大的誤差。由于柵格單元中存在多種地物，而數(shù)據(jù)中常常只記錄一個(gè)屬性值，這會(huì)導(dǎo)致屬性誤差。比如，遙感數(shù)據(jù)中的“混合像元”問(wèn)題。柵格數(shù)據(jù)的形狀、尺寸及相關(guān)問(wèn)題II柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)屬性明顯數(shù)據(jù)中直接記錄了數(shù)據(jù)屬性或指向數(shù)據(jù)屬性的指針，因而我們可以直接得到地物的屬性代碼定位隱含所在位置則根據(jù)行列號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的坐標(biāo)，也就是說(shuō)定位是根據(jù)數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)集中的位置得到的。柵格結(jié)構(gòu)是按一定的規(guī)則排列的，所表示的實(shí)體的位置很容易隱含在格網(wǎng)文件的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)中

II柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)容易實(shí)現(xiàn)，算法簡(jiǎn)單，且易于擴(kuò)充、修改，也很直觀(guān)，特別是易于同遙感影像的結(jié)合處理，給地理空間數(shù)據(jù)處理帶來(lái)了極大的方便III決定柵格單元代碼的方式

基本原則：在決定柵格代碼時(shí)盡量保持地表的真實(shí)性，保證最大的信息容量。注意：每一個(gè)單元可能對(duì)應(yīng)多個(gè)地物種類(lèi)或多個(gè)屬性值。比如遙感圖像中的“混合像元”。III決定柵格單元代碼的方式

中心點(diǎn)法處理方法：用處于柵格中心處的地物類(lèi)型或現(xiàn)象特性決定柵格代碼常用于具有連續(xù)分布特性的地理要素，如降雨量分布、人口密度圖等。例如：中心點(diǎn)O落在代碼為C的地物范圍內(nèi)，按中心點(diǎn)法的規(guī)則，該矩形區(qū)域相應(yīng)的柵格單元代碼為CIII決定柵格單元代碼的方式

2.面積占優(yōu)法處理方法：以占柵格區(qū)域面積比例最大的地物類(lèi)型或現(xiàn)象特性決定柵格單元的代碼面積占優(yōu)法常用于分類(lèi)較細(xì)，地物類(lèi)別斑塊較小的情況例如：所示的例子中，顯見(jiàn)B類(lèi)地物所占面積最大，故相應(yīng)柵格代碼定為BIII決定柵格單元代碼的方式

3.重要性法

處理方法：根據(jù)柵格內(nèi)不同地物的重要性，選取最重要的地物類(lèi)型決定相應(yīng)的柵格單元代碼重要性法常用于具有特殊意義而面積較小的地理要素，特別是點(diǎn)、線(xiàn)狀地理要素，如城鎮(zhèn)、交通樞紐、交通線(xiàn)、河流水系等，在柵格中代碼應(yīng)盡量表示這些重要地物例如：假設(shè)A類(lèi)最重要的地物類(lèi)型，即A比B和C類(lèi)更為重要，則柵格單元的代碼應(yīng)為AIII決定柵格單元代碼的方式

4.百分比法處理方法：根據(jù)柵格區(qū)域內(nèi)各地理要素所占面積的百分比數(shù)確定柵格單元的代碼適用于地物面積具有重要意義的分類(lèi)體系例如：可記面積最大的兩類(lèi)BA，也可以根據(jù)B類(lèi)和A類(lèi)所占面積百分比數(shù)在代碼中加入數(shù)字III決定柵格單元代碼的方式

5.其他方法根據(jù)具體的應(yīng)用內(nèi)容，柵格單元的代碼確定方式還可以采用其他方法，如插值方法（平均值就是其中之一），或使用特定的計(jì)算函數(shù)等。IV．柵格數(shù)據(jù)編碼柵格數(shù)據(jù)編碼方法分為兩大類(lèi)：直接?xùn)鸥窬幋a壓縮編碼方法鏈碼

游程長(zhǎng)度編碼

塊碼

四叉樹(shù)

直接?xùn)鸥窬幋a直接編碼就是將柵格數(shù)據(jù)看作一個(gè)數(shù)據(jù)矩陣，逐行（或逐列）逐個(gè)記錄代碼，可以每行都從左到右逐個(gè)象元進(jìn)行記錄，也可以奇數(shù)行地從左到右而偶數(shù)行地從右向左記錄，為了特定目的還可采用其他特殊的順序一些常用的柵格排列順序壓縮編碼方式壓縮編碼的目的就是用盡可能少的數(shù)據(jù)量記錄盡可能多的信息，其類(lèi)型分為信息無(wú)損編碼編碼過(guò)程中沒(méi)有任何信息損失，通過(guò)解碼操作可以完全恢復(fù)原來(lái)的信息

信息有損編碼為了提高編碼效率，最大限度地壓縮數(shù)據(jù)，在壓縮過(guò)程中損失一部分相對(duì)不太重要的信息，解碼時(shí)這部分難以恢復(fù)

壓縮編碼方式在地理信息系統(tǒng)中的壓縮編碼多采用信息無(wú)損編碼，而對(duì)原始遙感影像進(jìn)行壓縮時(shí)也可以采取有損壓縮編碼方法。壓縮編碼方式1鏈碼（ChainCodes）鏈?zhǔn)骄幋a又稱(chēng)為弗里曼鏈碼（Freeman，1961）或邊界鏈碼。該編碼方法將數(shù)據(jù)表示為由某一原點(diǎn)開(kāi)始并按某些基本方向確定的單位矢量鏈?；痉较蚩啥x為：東＝0，東南＝1，南＝2，西南＝3，西＝4，西北＝5，北＝6，東北＝7等八個(gè)基本方向。例如，確定原點(diǎn)為像元（10，1），則某個(gè)多邊形邊界按順時(shí)針?lè)较虻逆準(zhǔn)骄幋a為：10，1，7，0，1，0，7，1，7，0，0，2，3，2，2，1，0，7，0，0，0，0，2，4，3，4，4，3，4，4，5，4，5，4，5，4，5，4，6，6。其中前兩個(gè)數(shù)字10和1表示起點(diǎn)為第十行第一列，從第三個(gè)數(shù)字開(kāi)始每個(gè)數(shù)字表示單位矢量的方向，八個(gè)方向以0—7的整數(shù)代表。鏈碼（ChainCodes）鏈碼（ChainCodes）優(yōu)點(diǎn)：

鏈?zhǔn)骄幋a對(duì)多邊形的表示具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)壓縮能力，且具有一定的運(yùn)算功能，如面積和周長(zhǎng)計(jì)算等，探測(cè)邊界急彎和凹進(jìn)部分等都比較容易，比較適于存儲(chǔ)圖形數(shù)據(jù)。缺點(diǎn)：

對(duì)疊置運(yùn)算如組合、相交等則很難實(shí)施，對(duì)局部修改將改變整體結(jié)構(gòu)，效率較低，而且由于鏈碼以每個(gè)區(qū)域?yàn)閱挝淮鎯?chǔ)邊界，相鄰區(qū)域的公共邊界被重復(fù)存儲(chǔ)會(huì)產(chǎn)生冗余。壓縮編碼方式2游程長(zhǎng)度編碼（Run-LengthCodes） 它的基本思路是：對(duì)于一幅柵格圖像，常常有行（或列）方向上相鄰的若干點(diǎn)具有相同的屬性代碼，因而可采取某種方法壓縮那些重復(fù)的記錄內(nèi)容。

游程長(zhǎng)度編碼（Run-LengthCodes）其實(shí)現(xiàn)方法有兩種一種編碼方案是，只在各行（或列）數(shù)據(jù)的代碼發(fā)生變化時(shí)依次記錄該代碼以及相同的代碼重復(fù)的個(gè)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的壓縮。

另一種游程長(zhǎng)度編碼方案就是逐個(gè)記錄各行（或列）代碼發(fā)生變化的位置和相應(yīng)代碼

游程長(zhǎng)度編碼示例按第一種編碼方法，此數(shù)據(jù)游程長(zhǎng)度編碼：（0，1），（4，2），（7，5）；（4，5），（7，3）；（4，4），（8，2），（7，2）；（0，2），（4，1），（8，3），（7，2）；（0，2），（8，4），（7，1），（8，1）；(0，3)，(8，5)；(0，4)，(8，4)；(0，5)，(8，3)。用44個(gè)整數(shù)表達(dá)了原始數(shù)據(jù)中的64個(gè)柵格。游程長(zhǎng)度編碼示例按第二種編碼方法，此數(shù)據(jù)游程長(zhǎng)度編碼（沿列方向）：（1，0），（2，4），（4，0），（1，4），（4，0）；（1，4），（5，8），（6，0）；（1，7），（2，4），（4，8），（7，0）；（1，7），（2，4），（3，8），（8，0）；（1，7），（3，8）；（1，7），（6，8）；（1，7），（5，8）。

游程長(zhǎng)度編碼優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)壓縮效率較高，且易于進(jìn)行檢索，疊加合并等操作，運(yùn)算簡(jiǎn)單，適用于機(jī)器存儲(chǔ)容量小，數(shù)據(jù)需大量壓縮，而又要避免復(fù)雜的編碼解碼運(yùn)算增加處理和操作時(shí)間的情況

缺點(diǎn)對(duì)于圖斑破碎，屬性和邊界多變的數(shù)據(jù)壓縮效率較低，甚至壓縮后的數(shù)據(jù)量比原始數(shù)據(jù)還大。

壓縮編碼方式3塊碼（ChainCodes） 塊碼是游程長(zhǎng)度編碼擴(kuò)展到二維的情況，采用方形區(qū)域作為記錄單元，每個(gè)記錄單元包括相鄰的若干柵格，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)由初始位置（行、列號(hào)）和半徑，再加上記錄單位的代碼組成。塊碼編碼示例其塊碼編碼為：(1,1,1,0),(1,2,2,4),(1,4,1,7),(1,5,1,7),(1,6,2,7),(1,8,1,7),(2,1,1,4),(2,4,1,4),(2,5,1,4),(2,8,1,7),(3,1,1,4),(3,2,1,4),(3,3,1,4),(3,4,1,4),(3,5,2,8),(3,7,2,7),(4,1,2,0),(4,3,1,4),(4,4,1,8),(5,3,1,8),(5,4,2,8),(5,6,1,8),(5,7,1,7),(5,8,1,8),(6,1,3,0),(6,6,3,8),(7,4,1,0),(7,5,1,8),(8,4,1,0),(8,5,1,0)。壓縮編碼方式4四叉樹(shù)編碼 四叉樹(shù)編碼將整個(gè)圖像區(qū)逐步分解為一系列僅包含單一類(lèi)型的方形區(qū)域，最小的方形區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)柵格象元。

四叉樹(shù)編碼

其基本分割方法是將一幅柵格地圖或圖像等分為四部分。逐塊檢查其柵格屬性值(或灰度)。如果某個(gè)子區(qū)的所有柵格值都具有相同的值。則這個(gè)子區(qū)就不再繼續(xù)分割，否則還要把這個(gè)子區(qū)再分割成四個(gè)子區(qū)。這樣依次地分割，直到每個(gè)子塊都只含有相同的屬性值或灰度為止。 四叉樹(shù)編碼

由上而下的方法運(yùn)算量大，耗時(shí)較長(zhǎng)。因而實(shí)踐中可以采用從下而上的方法建立四叉樹(shù)編碼。對(duì)柵格數(shù)據(jù)按如下的順序進(jìn)行檢測(cè)：如果每相鄰四個(gè)柵格值相同則進(jìn)行合并，逐次往上遞歸合并，直到符合四叉樹(shù)的原則為止。這種方法重復(fù)計(jì)算較少，運(yùn)算速度較快。四叉樹(shù)編碼

采用四叉樹(shù)編碼時(shí)，為了保證四叉樹(shù)分解能不斷地進(jìn)行下去，要求圖像必須為2n×2n的柵格陣列，對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)尺寸的圖像需首先通過(guò)增加背景的方法將圖像擴(kuò)充為2n×2n的圖像。

四叉樹(shù)的結(jié)構(gòu)方式四叉樹(shù)結(jié)構(gòu)按其編碼的方法不同分為常規(guī)四叉樹(shù)和線(xiàn)性四叉樹(shù)：常規(guī)四叉樹(shù)：除了記錄葉結(jié)點(diǎn)之外，還要記錄中間結(jié)點(diǎn)。結(jié)點(diǎn)之間借助指針聯(lián)系，每個(gè)結(jié)點(diǎn)需要用六個(gè)量表達(dá)：四個(gè)葉結(jié)點(diǎn)指針，一個(gè)父結(jié)點(diǎn)指針和一個(gè)結(jié)點(diǎn)的屬性或灰度值。這些指針不僅增加了數(shù)據(jù)貯存量，而且增加了操作的復(fù)雜性。常規(guī)四叉樹(shù)主要在數(shù)據(jù)索引和圖幅索引等方面應(yīng)用。四叉樹(shù)的結(jié)構(gòu)方式四叉樹(shù)結(jié)構(gòu)按其編碼的方法不同分為常規(guī)四叉樹(shù)和線(xiàn)性四叉樹(shù)：線(xiàn)性四叉樹(shù)：只存貯最后葉結(jié)點(diǎn)的信息。包括葉結(jié)點(diǎn)的位置、深度和本結(jié)點(diǎn)的屬性或灰度值。所謂深度是指處于四叉樹(shù)的第幾層上。由深度可推知子區(qū)的大小。線(xiàn)性四叉樹(shù)葉結(jié)點(diǎn)的編號(hào)需要遵循一定的規(guī)則，這種編號(hào)稱(chēng)為地址碼，它隱含了葉結(jié)點(diǎn)的位置和深度信息。最常用的地址碼是四進(jìn)制或十進(jìn)制的Morton碼。四叉樹(shù)編碼示例

其中最上面的結(jié)點(diǎn)叫根結(jié)點(diǎn)，它對(duì)應(yīng)整個(gè)圖形。此樹(shù)共有4層結(jié)點(diǎn)，每個(gè)結(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)象限，如第2層4個(gè)結(jié)點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)于整個(gè)圖形的四個(gè)象限，排列次序依次為南西（SW）、南東（SE）、北西（NW）和北東（NE），不能再分的結(jié)點(diǎn)稱(chēng)為終止結(jié)點(diǎn)（又稱(chēng)葉子結(jié)點(diǎn)），可能落在不同的層上，該結(jié)點(diǎn)代表的子象限具有單一的代碼，所有終止結(jié)點(diǎn)所代表的方形區(qū)域覆蓋了整個(gè)圖形。從上到下，從左到右為葉子結(jié)點(diǎn)編號(hào)，共有40個(gè)葉子結(jié)點(diǎn)，也就是原圖被劃分為40個(gè)大小不等的方形子區(qū)（最下面的一排數(shù)字表示各子區(qū)的代碼）。四叉樹(shù)編碼示例四叉樹(shù)編碼的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：四叉樹(shù)編碼具有可變的分辨率，樹(shù)的深度隨數(shù)據(jù)的破碎程度而變化，并且有區(qū)域性質(zhì)，壓縮數(shù)據(jù)靈活，許多數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)換運(yùn)算可以在編碼數(shù)據(jù)上直接實(shí)現(xiàn)，大大地提高了運(yùn)算效率，并支持拓?fù)洹岸础保ㄇ短锥噙呅危┑谋磉_(dá)，是優(yōu)秀的柵格壓縮編碼之一。缺點(diǎn)：其最大不足是其不穩(wěn)定性，即同樣的原始數(shù)據(jù)應(yīng)用不同的算法進(jìn)行編碼可能會(huì)得到不同的編碼結(jié)果。不利于數(shù)據(jù)分析。壓縮編碼方式5其他編碼 還有很多編碼方法，如傅立葉變換、小波變換、余弦變換等，常常用于遙感原始數(shù)據(jù)的壓縮。由于它們多數(shù)是有損壓縮，一般不用于需要進(jìn)行分析的柵格數(shù)據(jù)。在四叉樹(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的八叉樹(shù)目前也是研究熱點(diǎn)之一。引申思考：柵格壓縮編碼和常見(jiàn)文件壓縮方法（Zip,Rar）的異同？壓縮編碼的相關(guān)問(wèn)題同所有的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)問(wèn)題一樣，壓縮編碼過(guò)程的主要矛盾也是數(shù)據(jù)量壓縮和運(yùn)算時(shí)間之間的矛盾：為了更有效地利用空間資源，減少數(shù)據(jù)冗余，不得不花費(fèi)更多的運(yùn)算時(shí)間進(jìn)行編碼。好的壓縮編碼方法就是要在盡可能減少運(yùn)算時(shí)間的基礎(chǔ)上達(dá)到最大的數(shù)據(jù)壓縮效率，并且是算法適應(yīng)性強(qiáng)，易于實(shí)現(xiàn)常見(jiàn)柵格壓縮編碼方法總結(jié)：鏈碼的壓縮效率較高，已經(jīng)近矢量結(jié)構(gòu)，對(duì)邊界的運(yùn)算比較方便，但不具有區(qū)域的性質(zhì)，區(qū)域運(yùn)算困難。游程長(zhǎng)度編碼既可以在很大程度上壓縮數(shù)據(jù)，又最大限度地保留了原始柵格結(jié)構(gòu)，編碼解碼十分容易。但對(duì)破碎數(shù)據(jù)處理效果不好。塊碼和四叉樹(shù)編碼具有區(qū)域性質(zhì)，又具有可變的分辨率，有較高的壓縮效率，但運(yùn)算效率是其瓶頸。其中四叉樹(shù)編碼可以直接進(jìn)行大量圖形圖像運(yùn)算，效率較高，是很有前途的方法。3．矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其編碼基本概念特點(diǎn)編碼方式I．矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基本概念前導(dǎo)概念：矢量（起點(diǎn)－>終點(diǎn)）矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：通過(guò)記錄坐標(biāo)的方式盡可能精確地表示點(diǎn)、線(xiàn)、多邊形等地理實(shí)體，坐標(biāo)空間設(shè)為連續(xù)，允許任意位置、長(zhǎng)度和面積的精確定義。在一般情況下，其精度比柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)高得多。其精度僅受數(shù)字化設(shè)備的精度和數(shù)值記錄字長(zhǎng)的限制。I．矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基本概念幾何體的類(lèi)型I．矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基本概念矢量數(shù)據(jù)的類(lèi)型Buildings.PolygonStreams,LineWells,PointRoads,LineZoning, PolygonMAPSHEETSI．矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基本概念

矢量結(jié)構(gòu)允許最復(fù)雜的數(shù)據(jù)以最小的數(shù)據(jù)冗余進(jìn)行存儲(chǔ)，相對(duì)柵格結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)精度高，所占空間小，是高效的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。II．矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1定位明顯 其定位是根據(jù)坐標(biāo)直接存儲(chǔ)的，無(wú)需任何推算2屬性隱含 屬性則一般存于文件頭或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中某些特定的位置上II．矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖形運(yùn)算的算法總體上比柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的多，在疊加運(yùn)算、鄰域搜索等操作時(shí)比較困難，有些甚至難以實(shí)現(xiàn)， 但其也有便利和獨(dú)到之處，在計(jì)算長(zhǎng)度、面積、形狀和圖形編輯、幾何變換操作中，矢量結(jié)構(gòu)有很高的效率和精度。III．矢量數(shù)據(jù)編碼編碼方法：點(diǎn)實(shí)體線(xiàn)實(shí)體多邊形坐標(biāo)序列法

樹(shù)狀索引編碼法

拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)編碼法

(X,Y)(X2,Y2)(X3,Y3)(X4,Y4)(X5,Y5)LinePoint(X5,Y5)(X,Y)(X2,Y2)(X4,Y4)(X3,Y3)Polygon(X,Y)III．矢量數(shù)據(jù)編碼點(diǎn)實(shí)體點(diǎn)是空間上不能再分的地理實(shí)體，可以是具體的或抽象的，如地物點(diǎn)、文本位置點(diǎn)或線(xiàn)段網(wǎng)絡(luò)的結(jié)點(diǎn)等，由一對(duì)x、y坐標(biāo)表示。 對(duì)于點(diǎn)實(shí)體，矢量結(jié)構(gòu)中只記錄其在特定坐標(biāo)系下的坐標(biāo)和屬性代碼點(diǎn)實(shí)體數(shù)據(jù)編碼III．矢量數(shù)據(jù)編碼線(xiàn)實(shí)體 對(duì)于線(xiàn)實(shí)體，在數(shù)字化時(shí)即進(jìn)行量化，就是用一系列足夠短的直線(xiàn)首尾相接表示一條曲線(xiàn)，當(dāng)曲線(xiàn)被分割成多而短的線(xiàn)段后，這些小線(xiàn)段可以近似地看成直線(xiàn)段，而這條曲線(xiàn)也可以足夠精確地由這些小直線(xiàn)段序列表示，矢量結(jié)構(gòu)中只記錄這些小線(xiàn)段的端點(diǎn)坐標(biāo)，將曲線(xiàn)表示為一個(gè)坐標(biāo)序列，坐標(biāo)之間認(rèn)為是以直線(xiàn)段相連，在一定精度范圍內(nèi)可以逼真地表示各種形狀的線(xiàn)狀地物線(xiàn)實(shí)體矢量數(shù)據(jù)編碼唯一標(biāo)識(shí)碼是系統(tǒng)排列序號(hào)；線(xiàn)標(biāo)識(shí)碼可以標(biāo)識(shí)線(xiàn)的類(lèi)型；起始點(diǎn)和終止點(diǎn)號(hào)可直接用坐標(biāo)表示；顯示信息是顯示時(shí)的文本或符號(hào)等；與線(xiàn)相聯(lián)系的非幾何屬性可以直接存儲(chǔ)于線(xiàn)文件中，也可單獨(dú)存儲(chǔ)，而由標(biāo)識(shí)碼聯(lián)接查找。III．矢量數(shù)據(jù)編碼多邊形實(shí)體編碼“多邊形”在地理信息系統(tǒng)中是指一個(gè)任意形狀、邊界完全閉合的空間區(qū)域。其邊界將整個(gè)空間劃分為外部和內(nèi)部。 多邊形數(shù)據(jù)是描述地理信息的最重要的一類(lèi)數(shù)據(jù)。在區(qū)域?qū)嶓w中，具有名稱(chēng)屬性和分類(lèi)屬性的，多用多邊形表示，如行政區(qū)、土地類(lèi)型、植被分布等。多邊形實(shí)體編碼

多邊形矢量編碼不但要表示位置和屬性，更為重要的是要能表達(dá)區(qū)域的拓?fù)湫再|(zhì)，如形狀、鄰域和層次等，以便使這些基本的空間單元可以作為專(zhuān)題圖資料進(jìn)行顯示和操作，由于要表達(dá)的信息十分豐富，基于多邊形的運(yùn)算多而復(fù)雜，因此多邊形矢量編碼比點(diǎn)和線(xiàn)實(shí)體的矢量編碼要復(fù)雜得多，也更為重要。多邊形實(shí)體編碼

多邊形矢量編碼除有存儲(chǔ)效率的要求外，一般還要求所表示的各多邊形有各自獨(dú)立的形狀，可以計(jì)算各自的周長(zhǎng)和面積等幾何指標(biāo)；各多邊形拓?fù)潢P(guān)系的記錄方式要一致，以便進(jìn)行空間分析；要明確表示區(qū)域的層次，如島-湖-島的關(guān)系等。因此，它與機(jī)助制圖系統(tǒng)僅為顯示和制圖目的而設(shè)計(jì)的編碼有很大不同。多邊形實(shí)體編碼方法坐標(biāo)序列法（Spaghetti方式）

樹(shù)狀索引編碼法

拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)編碼法

坐標(biāo)序列法（Spaghetti方式）

由多形邊界的x、y坐標(biāo)對(duì)集合及說(shuō)明信息組成，是最簡(jiǎn)單的一種多邊形矢量編碼坐標(biāo)序列法（Spaghetti方式）示例圖形數(shù)據(jù)10：x1,y1；x2,y2；x3,y3；x4,y4；x5,y5；x6,y6；x7,y7；x8,y8；x9,y9；x10,y10；x11,y11；20：x1,y1；x12,y12；x13,y13；x14,y14；x15,y15；x16,y16；x17,y17；x18,y18；x19,y19；x20,y20；x21,y21；x22,y22；x23,y23；x8,y8；x9,y9；x10,y10；x11,y11；30：x33,y33；x34,y34；x35,y35；x36,y36；x37,y37；x38,y38；x39,y39；x40,y40；40：x19,y19；x20,y20；x21,y21；x28,y28；x29,y29；x30,y30；x31,y31；x32,y32；50：x21,y21；x22,y22；x23,y23；x8,y8；x7,y7；x6,y6；x24,y24；x25,y25；x26,y26；x27,y27；x28,y28；編碼數(shù)據(jù)坐標(biāo)序列法的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)文件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)以多邊形為單位的運(yùn)算和顯示缺點(diǎn)多邊形之間的公共邊界被數(shù)字化和存儲(chǔ)兩次，由此產(chǎn)生冗余和碎屑多邊形；每個(gè)多邊形自成體系而缺少鄰域信息，難以進(jìn)行鄰域處理，如消除某兩個(gè)多邊形之間的共同邊界；島只作為一個(gè)單個(gè)的圖形建造，沒(méi)有與外包多邊形的聯(lián)系；不易檢查拓?fù)溴e(cuò)誤。這種方法可用于簡(jiǎn)單的粗精度制圖系統(tǒng)中。樹(shù)狀索引編碼法

采用樹(shù)狀索引以減少數(shù)據(jù)冗余并間接增加鄰域信息，方法是對(duì)所有邊界點(diǎn)進(jìn)行數(shù)字化，將坐標(biāo)對(duì)以順序方式存儲(chǔ)，由點(diǎn)索引與邊界線(xiàn)號(hào)相聯(lián)系，以線(xiàn)索引與各多邊形相聯(lián)系，形成樹(shù)狀索引結(jié)構(gòu)樹(shù)狀索引編碼法示例圖形數(shù)據(jù)樹(shù)狀索引編碼法示例線(xiàn)與多邊形之間的樹(shù)狀索引樹(shù)狀索引編碼法示例點(diǎn)與邊界線(xiàn)之間的樹(shù)狀索引樹(shù)狀索引編碼法示例形成的文件記錄

樹(shù)狀索引編碼法的優(yōu)勢(shì)和不足

樹(shù)狀索引編碼消除了相鄰多邊形邊界的數(shù)據(jù)冗余和不一致的問(wèn)題，在簡(jiǎn)化過(guò)于復(fù)雜的邊界線(xiàn)或合并相鄰多邊形時(shí)可不必改造索引表，鄰域信息和島狀信息可以通過(guò)對(duì)多邊形文件的線(xiàn)索引處理得到，但是比較繁瑣，因而給相鄰函數(shù)運(yùn)算，消除無(wú)用邊，處理島狀信息以及檢查拓?fù)潢P(guān)系帶來(lái)一定的困難，而且兩個(gè)編碼表都需要以人工方式建立，工作量大且容易出錯(cuò)。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)編碼法

要徹底解決鄰域和島狀信息處理問(wèn)題必須建立一個(gè)完整的拓?fù)潢P(guān)系結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)應(yīng)包括以下內(nèi)容：唯一標(biāo)識(shí)，多邊形標(biāo)識(shí)，外包多邊形指針，鄰接多邊形指針，邊界鏈接，范圍（最大和最小x、y坐標(biāo)值，即外包矩形信息）。采用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)編碼可以較好地解決空間關(guān)系查詢(xún)等問(wèn)題，但增加了算法的復(fù)雜性和數(shù)據(jù)庫(kù)的大小。矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編碼總結(jié)

矢量編碼保證了信息的完整性和運(yùn)算的靈活性，這是由矢量結(jié)構(gòu)自身的特點(diǎn)所決定的。目前并沒(méi)有統(tǒng)一的最佳的矢量結(jié)構(gòu)編碼方法，在具體工作中應(yīng)根據(jù)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)和任務(wù)的要求而靈活設(shè)計(jì)。擴(kuò)展內(nèi)容：

DIME(雙重獨(dú)立坐標(biāo)地圖編碼，DualIndependentMapEncoding)編碼系統(tǒng)

DIME是美國(guó)人口調(diào)查局在人口調(diào)查的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它通過(guò)有向編碼建立了多邊形、邊界、節(jié)點(diǎn)之間的拓?fù)潢P(guān)系，DIME編碼成為其它拓?fù)渚幋a結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。它采用樹(shù)狀索引以減少數(shù)據(jù)冗余并間接增加鄰域信息，方法是對(duì)所有邊界點(diǎn)進(jìn)行數(shù)字化，將坐標(biāo)對(duì)以順序方式存儲(chǔ)，由點(diǎn)索引與邊界線(xiàn)號(hào)相聯(lián)系，以線(xiàn)索引與各多邊形相聯(lián)系，形成樹(shù)狀索引結(jié)構(gòu)。4．矢柵結(jié)構(gòu)的比較及轉(zhuǎn)換算法柵格結(jié)構(gòu)與矢量結(jié)構(gòu)的比較優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)矢量數(shù)據(jù)1．?dāng)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)緊湊、冗余度低2．有利于網(wǎng)絡(luò)和檢索分析3．圖形顯示質(zhì)量好、精度高1．?dāng)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜2．多邊形疊加分析比較困難柵格數(shù)據(jù)1．?dāng)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單2．便于空間分析和地表模擬3．現(xiàn)勢(shì)性較強(qiáng)1．?dāng)?shù)據(jù)量大2．投影轉(zhuǎn)換比較復(fù)雜4．矢柵結(jié)構(gòu)的比較及轉(zhuǎn)換算法相互轉(zhuǎn)換算法矢量格式向柵格格式的轉(zhuǎn)換內(nèi)部點(diǎn)擴(kuò)散算法復(fù)數(shù)積分算法射線(xiàn)算法和掃描算法邊界代數(shù)算法4．矢柵結(jié)構(gòu)的比較及轉(zhuǎn)換算法射線(xiàn)算法單個(gè)多邊形的轉(zhuǎn)換多個(gè)多邊形的轉(zhuǎn)換

4．矢柵結(jié)構(gòu)的比較及轉(zhuǎn)換算法相互轉(zhuǎn)換算法柵格格式向矢量格式的轉(zhuǎn)換1）多邊形邊界提取：2）邊界線(xiàn)追蹤3）拓?fù)潢P(guān)系生成4）去除多余點(diǎn)及曲線(xiàn)圓滑5．空間索引機(jī)制

空間索引就是指依據(jù)空間對(duì)象的位置和形狀或空間對(duì)象之間的某種空間關(guān)系按一定的順序排列的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中包含空間對(duì)象的概要信息，如對(duì)象的標(biāo)識(shí)、外接矩形及指向空間對(duì)象實(shí)體的指針。索引類(lèi)型

格網(wǎng)型空間索引BSP樹(shù)空間索引

KDB樹(shù)空間索引R樹(shù)和R+樹(shù)CELL樹(shù)

R樹(shù)R+樹(shù)BSP樹(shù)CELL樹(shù)6．空間信息查詢(xún)基于屬性特征查詢(xún) 一般來(lái)說(shuō)，基于屬性信息的查詢(xún)操作主要是在屬性數(shù)據(jù)庫(kù)中完成的。

基于空間關(guān)系和屬性特征的查詢(xún)（SQL）一種空間擴(kuò)展SQL查詢(xún)語(yǔ)言——GeoSQLGeoSQL的實(shí)現(xiàn)過(guò)程第八章空間分析鄔倫北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院遙感與地理信息系統(tǒng)研究所2004年12月1．空間查詢(xún)與量算空間查詢(xún)基于空間關(guān)系查詢(xún)基于空間關(guān)系和屬性特征查詢(xún)地址匹配查詢(xún)空間量算幾何量算:包括線(xiàn)的長(zhǎng)度計(jì)算和面狀地物的面積。形狀量算質(zhì)心量算距離量算歐拉數(shù)各向同性和各向異性的距離表面歐氏距離、曼哈頓距離和一種非歐氏距離2．空間變換基于柵格結(jié)構(gòu)的空間變換可分為三種方式：?jiǎn)吸c(diǎn)變換；鄰域變換；區(qū)域變換。3．再分類(lèi)再分類(lèi)（Reclassification）：根據(jù)不同的需要對(duì)原始數(shù)據(jù)再次進(jìn)行分類(lèi)和提取的過(guò)程。4．緩沖區(qū)分析鄰近度：描述了地理空間中兩個(gè)地物距離相近的程度。緩沖區(qū)：地理空間目標(biāo)的一種影響范圍或服務(wù)范圍。緩沖區(qū)分析：給定一個(gè)空間對(duì)象或集合，確定它們的鄰域，鄰域的大小由鄰域半徑R決定。點(diǎn)、線(xiàn)、多邊形的緩沖區(qū)4．緩沖區(qū)分析緩沖區(qū)計(jì)算的基本問(wèn)題是雙線(xiàn)問(wèn)題。角分線(xiàn)法凸角圓弧法

5．疊加分析疊加分析：將有關(guān)主題層組成的數(shù)據(jù)層面，進(jìn)行疊加產(chǎn)生一個(gè)新數(shù)據(jù)層面的操作，其結(jié)果綜合了原來(lái)兩層或多層要素所具有的屬性。分為以下五類(lèi)視覺(jué)信息疊加點(diǎn)與多邊形疊加線(xiàn)與多邊形疊加多邊形疊加?xùn)鸥駡D層疊加多邊形疊加分析多邊形疊加產(chǎn)生碎屑多邊形多邊形的不同疊加方式6．網(wǎng)絡(luò)分析網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：主要有鏈（Link）和結(jié)點(diǎn)。主要網(wǎng)絡(luò)分析功能路徑分析計(jì)算最短路徑的Dijkstra算法資源分配帶權(quán)的有向圖和鄰接矩陣7．空間插值空間插值：用于將離散點(diǎn)的測(cè)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為連續(xù)的數(shù)據(jù)曲面。

空間內(nèi)插算法空間外推算法空間插值的數(shù)據(jù)源攝影測(cè)量得到的正射航片或衛(wèi)星影象衛(wèi)星或航天飛機(jī)的掃描影象野外測(cè)量采樣數(shù)據(jù)，采樣點(diǎn)隨機(jī)分布或有規(guī)律的線(xiàn)性分布（沿剖面線(xiàn)或沿等高線(xiàn)）數(shù)字化的多邊形圖、等值線(xiàn)圖各種不同的采樣方式7．空間插值空間插值方法整體插值方法邊界內(nèi)插方法

趨勢(shì)面分析

變換函數(shù)插值

局部插值方法最近鄰點(diǎn)法：泰森多邊形方法

移動(dòng)平均插值方法：距離倒數(shù)插值

樣條函數(shù)插值方法

空間自協(xié)方差最佳插值方法：克里金插值

8．空間統(tǒng)計(jì)分類(lèi)分析

分類(lèi)評(píng)價(jià)中常用的數(shù)學(xué)方法

主成分分析（PrincipalComponentAnalysis，PCA）層次分析法系統(tǒng)聚類(lèi)分析判別分析第九章數(shù)字地形模型與地形分析

鄔倫北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院遙感與地理信息系統(tǒng)研究所2004年12月1．概述數(shù)字地形模型（DTM,DigitalTerrainModel）它被用于各種線(xiàn)路選線(xiàn)（鐵路、公路、輸電線(xiàn)）的設(shè)計(jì)以及各種工程的面積、體積、坡度計(jì)算，任意兩點(diǎn)間的通視判斷及任意斷面圖繪制。1．DTM和DEM基本概念數(shù)字地形模型（DTM）：地形表面形態(tài)屬性信息的數(shù)字表達(dá)，是帶有空間位置特征和地形屬性特征的數(shù)字描述。數(shù)字高程模型（DEM）：高程Z關(guān)于平面坐標(biāo)X，Y兩個(gè)自變量的連續(xù)函數(shù)，數(shù)字高程模型（DEM）只是它的一個(gè)有限的離散表示。DEM的表示法數(shù)學(xué)方法

圖形方法

DEM的表示方法2．DEM的主要表示模型2．1規(guī)則格網(wǎng)模型2．2等高線(xiàn)模型2．3不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）模型2．4層次模型等高線(xiàn)等高線(xiàn)和相應(yīng)的自由樹(shù)三角網(wǎng)的一種存儲(chǔ)方式3．DEM模型之間的相互轉(zhuǎn)換

不規(guī)則點(diǎn)集生成TIN3．DEM模型之間的相互轉(zhuǎn)換格網(wǎng)DEM轉(zhuǎn)成TIN保留重要點(diǎn)（VIP）法啟發(fā)丟棄法(DH—DropHeuristic)VIP方法示意DH方法轉(zhuǎn)換格網(wǎng)DEM成TIN3．DEM模型之間的相互轉(zhuǎn)換等高線(xiàn)轉(zhuǎn)成格網(wǎng)DEM使用局部插值算法往往出現(xiàn)問(wèn)題解決方法是使用針對(duì)等高線(xiàn)插值的專(zhuān)用方法等值線(xiàn)插值造成“階梯地形”3．DEM模型之間的相互轉(zhuǎn)換利用格網(wǎng)DEM提取等高線(xiàn)TIN轉(zhuǎn)成格網(wǎng)DEM4．DEM的建立DEM數(shù)據(jù)采集方法地面測(cè)量

現(xiàn)有地圖數(shù)字化

空間傳感器

數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量獲取DEMDEM數(shù)據(jù)質(zhì)量控制漸進(jìn)采樣5．DEM的分析和應(yīng)用格網(wǎng)DEM應(yīng)用地形曲面擬合立體透視圖通視分析流域特征地貌提取與地形自動(dòng)分割

DEM計(jì)算地形屬性5．DEM的分析和應(yīng)用三角網(wǎng)DEM分析應(yīng)用三角網(wǎng)內(nèi)插等高線(xiàn)追蹤利用TIN生成等高線(xiàn)第十一章空間數(shù)據(jù)表現(xiàn)與地圖制圖

鄔倫北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院遙感與地理信息系統(tǒng)研究所2004年12月1．空間分析過(guò)程及其模型空間分析過(guò)程1）明確分析的目的和評(píng)價(jià)準(zhǔn)則；2）準(zhǔn)備分析數(shù)據(jù)；3）進(jìn)行空間分析操作；4）進(jìn)行結(jié)果分析；5）解釋、評(píng)價(jià)結(jié)果（如有必要，返回步驟1）；6）結(jié)果輸出（地圖、表格和文檔）。1．空間分析過(guò)程及其模型空間分析建模概念：通過(guò)作用于原始數(shù)據(jù)和派生數(shù)據(jù)的一組順序的、交互的空間分析操作命令，對(duì)一個(gè)空間決策過(guò)程進(jìn)行的模擬。地圖模型實(shí)例（食草動(dòng)物棲息地質(zhì)量評(píng)價(jià)模型）地圖模型實(shí)現(xiàn)食草動(dòng)物棲息地質(zhì)量評(píng)價(jià)模型表國(guó)家森林公園選址模型步驟操作命令找出所有森林地區(qū)1為林地，0為非林地再分類(lèi)合并森林分類(lèi)圖屬性相同的相鄰多邊形的邊界歸組找出距公路或鐵路0.5公里的地區(qū)緩沖區(qū)分析找出距公路或鐵路1公里的地區(qū)緩沖區(qū)分析找出非城市區(qū)用地

1為非市區(qū)，0為市區(qū)再分類(lèi)找出森林地區(qū)、非市區(qū)、且距公路或鐵路0.5至1公里范圍內(nèi)的地區(qū)拓?fù)浏B加分析合并相同屬性的多邊形歸組木材毀壞量回歸預(yù)測(cè)模型通過(guò)流程圖表現(xiàn)的GIS模型2．空間決策支持模型空間決策過(guò)程的復(fù)雜性空間決策過(guò)程2．空間決策支持模型空間決策分析的理論和方法效用理論決策樹(shù)貝葉斯決策決策樹(shù)示例2．空間決策支持模型空間決策支持系統(tǒng)DSS的組成部分2．空間決策支持模型通用智能空間決策支持系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系2．空間決策支持模型空間決策支持系統(tǒng)的模型管理系統(tǒng)模型管理系統(tǒng)應(yīng)具有下列功能：幫助用戶(hù)選擇與分析有關(guān)的模型；對(duì)多種類(lèi)型的模型進(jìn)行分類(lèi)和維護(hù)以支持各種層次的決策過(guò)程；能將模型子模塊組合復(fù)雜的模型；提供恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)滿(mǎn)足查詢(xún)、分析、顯示；滿(mǎn)足與數(shù)據(jù)庫(kù)的嵌入或數(shù)據(jù)交換；滿(mǎn)足模型與描述性知識(shí)的交流；提供用戶(hù)咨詢(xún)和結(jié)果解釋的友好界面。3．專(zhuān)家系統(tǒng)專(zhuān)家系統(tǒng)的基本組成4．?dāng)?shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)與空間數(shù)據(jù)挖掘數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)（DataWarehouse）數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)體系結(jié)構(gòu)4．?dāng)?shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)與空間數(shù)據(jù)挖掘數(shù)據(jù)挖掘（DataMining）知識(shí)挖掘過(guò)程4．?dāng)?shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)與空間數(shù)據(jù)挖掘空間數(shù)據(jù)挖掘統(tǒng)計(jì)分析方法

基于概括的方法

聚類(lèi)方法

空間關(guān)聯(lián)規(guī)則（SpatialAssociationRule）方法

5．GIS空間分析與空間動(dòng)態(tài)建模GIS與空間動(dòng)態(tài)模型的結(jié)合方式松散結(jié)合交互界面鑲嵌結(jié)合元胞自動(dòng)機(jī) 元胞自動(dòng)機(jī)（CellularAutomata，CA）是定義在一個(gè)具有離散、有限狀態(tài)的元胞組成的元胞空間上的，按照一定局部規(guī)則，在離散的時(shí)間維上演化的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)。

5．GIS空間分析與空間動(dòng)態(tài)建模元胞自動(dòng)機(jī)與GIS集成應(yīng)用中的局限性簡(jiǎn)單性與真實(shí)性的矛盾問(wèn)題

空間劃分問(wèn)題

時(shí)間對(duì)應(yīng)問(wèn)題

轉(zhuǎn)換規(guī)則定義問(wèn)題

與GIS集成的問(wèn)題

6．空間相互作用與位置——分配模型

空間優(yōu)化模式 空間優(yōu)化模式用于解決位置——分配問(wèn)題?？臻g優(yōu)化模式的分類(lèi)靜態(tài)——離散空間優(yōu)化模式的數(shù)學(xué)表達(dá)：線(xiàn)性規(guī)劃空間優(yōu)化模式分類(lèi)第十二章3S集成技術(shù)

鄔倫北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院遙感與地理信息系統(tǒng)研究所2004年12月1．遙感簡(jiǎn)介遙感(RemoteSensing)：通常是指通過(guò)某種傳感器裝置，在不與研究對(duì)象直接接觸的情況下，獲得其特征信息，并對(duì)這些信息進(jìn)行提取、加工、表達(dá)和應(yīng)用的一門(mén)科學(xué)技術(shù)。遙感技術(shù)的基礎(chǔ)，是通過(guò)觀(guān)測(cè)電磁波，從而判讀和分析地表的目標(biāo)以及現(xiàn)象，其中利用了地物的電磁波特性，即“一切物體，由于其種類(lèi)及環(huán)境條件不同，因而具有反射或輻射不同波長(zhǎng)電磁波的特性”。遙感也可以說(shuō)是一種利用物體反射或輻射電磁波的固有特性，通過(guò)觀(guān)測(cè)電磁波，識(shí)別物體以及物體存在環(huán)境條件的技術(shù)。幾種常見(jiàn)地物（水、綠色植被、裸旱地）的電磁波反射曲線(xiàn)1．遙感簡(jiǎn)介遙感器（RemoteSensor）：接收從目標(biāo)反射或輻射電磁波的裝置。遙感平臺(tái)（Platform）：是搭載這些遙感器的移動(dòng)體，包括飛機(jī)、人造衛(wèi)星等，甚至地面觀(guān)測(cè)車(chē)也屬于遙感平臺(tái)。遙感分為被動(dòng)式遙感（PassiveRemoteSensing）和主動(dòng)式遙感（ActiveRemoteSensing）兩種。多光譜掃描儀示意圖[Curran]1．遙感簡(jiǎn)介首先，遙感器不與研究對(duì)象直接接觸，也就是說(shuō)，這里的“遙”并非指“遙遠(yuǎn)”；其次，遙感的目的是為了得到研究對(duì)象的特征信息；最后，通過(guò)傳感器裝置得到的數(shù)據(jù)，在被使用之前，還要經(jīng)過(guò)一個(gè)處理過(guò)程。遙感數(shù)據(jù)過(guò)程1．遙感簡(jiǎn)介：遙感數(shù)據(jù)的處理通常是圖像形式的遙感數(shù)據(jù)的處理，主要包括糾正（包括輻射糾正和幾何糾正）、增強(qiáng)、變換、濾波、分類(lèi)等功能。數(shù)字圖像處理的主要功能1）圖像糾正2）增強(qiáng)3）濾波4）變換5）分類(lèi)圖：遙感圖像幾何畸變的各種情形2．全球定位系統(tǒng)簡(jiǎn)介全球定位系統(tǒng)(GPS,GlobalPositioningSystem)：是一種利用人造地球衛(wèi)星進(jìn)行點(diǎn)位測(cè)量導(dǎo)航的技術(shù)。全稱(chēng)是NAVSTAR(NAVigationSatelliteTimingAndRanging)/GPS。2．1GPS系統(tǒng)介紹GPS系統(tǒng)包括三大部分：空間部分——GPS衛(wèi)星星座地面控制部分——地面監(jiān)控系統(tǒng)用戶(hù)設(shè)備部分——GPS信號(hào)接收機(jī)2．1．1GPS衛(wèi)星及其星座由21顆工作衛(wèi)星和3顆備用衛(wèi)星組成。均勻分布在六個(gè)相互夾角為60度的軌道平面內(nèi)。GPS衛(wèi)星用L波段兩種頻率的無(wú)線(xiàn)電波（1575.42MHz和1227.6MHz）向用戶(hù)發(fā)射導(dǎo)航定位信號(hào)，同時(shí)接收地面發(fā)送的導(dǎo)航電文以及調(diào)度命令。2．1．2地面控制系統(tǒng)：包括位于美國(guó)科羅拉多的主控站以及分布全球的三個(gè)注入站和五個(gè)監(jiān)測(cè)站組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)GPS衛(wèi)星運(yùn)行的監(jiān)控。2．1．3GPS信號(hào)接收機(jī)捕獲GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)，并進(jìn)行處理，根據(jù)信號(hào)到達(dá)接收機(jī)的時(shí)間，確定接收機(jī)到衛(wèi)星的距離。圖：GARMIN手持式GPS接收機(jī)2．2GPS定位基本原理GPS定位基本原理是利用測(cè)距交會(huì)確定點(diǎn)位。圖：測(cè)距交會(huì)定位示意圖2．3GPS誤差和糾正造成GPS定位誤差的因素：由于衛(wèi)星軌道變化以及衛(wèi)星電子鐘不準(zhǔn)確以及定位信號(hào)穿越電離層和地表對(duì)流層時(shí)速度的變化最為嚴(yán)重的誤差則是由于美國(guó)軍方人為降低信號(hào)質(zhì)量造成的，這種誤差可高達(dá)100米。3．GIS與遙感的集成及具體技術(shù)GIS與遙感的集成，可以三個(gè)不同的層次[Ehlers]：分離的數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)文件轉(zhuǎn)換工具在不同系統(tǒng)之間傳輸文件；兩個(gè)軟件模塊具有一致的用戶(hù)界面和同步的顯示；集成的最高目的是實(shí)現(xiàn)單一的、提供了圖像處理功能的GIS軟件系統(tǒng)。GIS作為遙感圖像的應(yīng)用GIS作為圖像處理工具遙感數(shù)據(jù)作為GIS的信息來(lái)源4．GIS與全球定位系統(tǒng)的集成及具體技術(shù)1）定位2）測(cè)量3）監(jiān)控導(dǎo)航圖：GIS與GPS集成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型5．3S集成綜述圖：3S的相互作用與集成5．3S集成綜述三者之間的相互作用形成了“一個(gè)大腦，兩只眼睛”的框架，即RS和GPS向GIS提供或更新區(qū)域信息以及空間定位，GIS進(jìn)行相應(yīng)的空間分析，以從RS和GPS提供的浩如煙海的數(shù)據(jù)中提取有用信息，并進(jìn)行綜合集成，使之成為決策的科學(xué)依據(jù)。GIS、RS和GPS三者集成利用，構(gòu)成為整體的、實(shí)時(shí)的和動(dòng)態(tài)的對(duì)地觀(guān)測(cè)、分析和應(yīng)用的運(yùn)行系統(tǒng)，提高了GIS的應(yīng)用效率。RS、GIS、GPS集成的方式可以在不同的技術(shù)水平上實(shí)現(xiàn)。第十三章網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)鄔倫北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院遙感與地理信息系統(tǒng)研究所2004年12月本章內(nèi)容計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)分布式地理信息系統(tǒng)WebGIS—萬(wàn)維網(wǎng)地理信息系統(tǒng)WebGIS—萬(wàn)維網(wǎng)地理信息系統(tǒng)3.1WebGIS概述什么是WebGIS?為什么需要WebGIS？WebGIS具有什么特點(diǎn)？WebGIS能做什么?WebGIS的應(yīng)用WebGIS的組成什么是WebGIS(定義)？定義1WebGIS是(1)基于Web的GIS，(2)不需要購(gòu)買(mǎi)GIS軟件。WebGIS=GIS+Web–GISSoftware定義2

WebGIS指在Internet/Intranet網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，基于TCP/IP和WWW協(xié)議，以支持標(biāo)準(zhǔn)Htlm的瀏覽器為統(tǒng)一的客戶(hù)端，通過(guò)WebServer向GisServer提出GIS服務(wù)請(qǐng)求的一種技術(shù)。定義3WebGIS是指支持在Internet上發(fā)布地理信息和服務(wù)，而用戶(hù)可以隨時(shí)隨地獲得分布的空間數(shù)據(jù)和服務(wù)的一種技術(shù)，它是Web技術(shù)和GI