第三章空间数据处理资料
第三章空间数据模型第3节矢量数据模型
(xn,yn) (x(1x,ny,1y)n) (x1,y1)
(a) (xn,yn)
(b)
(xn,yn)
A
KI
H
J
BC
G
FE
D
(c)
第三章空间数据模型第3节矢量数据模型
一维矢量具有方向、长度
方向：即有起始结点和终止结点
长度：可以用以下方式表达：
引入欧氏空间的距离概念：
n
长度 [(xi xi1)2 ( yi yi1)2 ]1/2 i2
一．基本概念 二．关系数据模型和关系表 三．矢量数据模型（ Spaghetti Model ） 四．矢量数据模型（拓扑数据模型）
第三章空间数据模型第3节矢量数据模型
一、基本概念
• 现实世界和矢量表达 • 位置和边界被清楚地记录 • 对象可以被识别 • 属性值与对象相联系 • 空间关系可以清晰表达
第三章空间数据模型第3节矢量数据模型
(1) 地理要素被当成单个对象对待
空间边界可以被清晰的编码
(2)对象之间没有关系
要素间的空间拓扑不被记录
第三章空间数据模型第3节矢量数据模型
矢量表达法
• 不同的空间特征具有不同的矢量维数
– 0维矢量-点：即空间中的一个点，没有大小、 方向，二维和三维欧氏空间中为：（x,y),(x,y,z)
– 一维矢量-线：空间中的线划要素或空间对象间 的边界，也称为弧段、链
用的概念，是三维空间中曲面法向矢量的 另外一种描述方法
第三章空间数据模型第3节矢量数据模型
空间曲面
• 矢量实现方法多样 • 常用等值线法、剖面法
第三章空间数据模型第3节矢量数据模型
三维矢量-体
• 指三维空间中的实体
第三章空间数据结构
第三章空间数据结构空间数据结构是计算机科学中的一个重要概念，它是用于存储和组织数据的一种方法。
在现实生活中，我们会遇到各种各样的数据，并且需要对这些数据进行处理和存储。
空间数据结构为我们提供了一种有效的方式，可以帮助我们存储和组织这些数据。
空间数据结构的主要目的是为了解决数据存储和访问的问题。
它将数据分成不同的组块，并为每个组块分配了一个独立的存储空间。
这样一来，我们可以通过索引或者其他方式，来访问和操作这些数据，而不必考虑整个数据集的规模。
常见的空间数据结构包括数组、链表、树等。
这些结构都有自己特定的特点和应用场景。
比如说，数组适用于随机访问，链表适用于插入和删除操作频繁的情况，而树则可以用来表示层次关系。
除了常见的数据结构之外，还有一些特殊的空间数据结构，比如哈希表、堆等。
哈希表是一种根据键值对进行存储和访问的数据结构，它可以实现高效的插入、删除和查找操作。
堆是一种特殊的树形结构，它常用于实现优先队列等需要按优先级进行操作的情况。
空间数据结构在计算机科学和软件工程中有广泛的应用。
它们可以用来处理大规模数据集，提高数据存储和访问的效率，同时也可以用来实现各种算法和数据处理工具。
例如，图像处理、地理信息系统、数据库管理系统等领域都需要用到空间数据结构。
在现实生活中，我们经常会遇到需要处理和存储大量数据的情况。
比如说，地理信息系统需要存储和操作大规模的地理数据，而社交网络需要存储和查询大量用户信息。
在这些情况下，空间数据结构可以帮助我们高效地存储和处理这些数据。
总的来说，空间数据结构是计算机科学中的一个重要概念，它为我们提供了一种有效的方式，来存储和组织各种类型的数据。
通过合理选择和使用空间数据结构，我们可以提高数据存储和访问的效率，实现各种算法和数据处理工具。
因此，学习和理解空间数据结构是非常有必要的。
03第三章 空间数据结构 地理系统教学课件
Wednesday, June 17, 2020
5
§3-1 空间实体及其描述
一. 空间实体
1、定义：
又称地理实体，空间对象，要素，地物等，是GIS处理的对象，最小的 处理单元。
指自然界现象和社会经济事件中不能再分割的单元，它是一个具有概 括性，复杂性，相对意义的概念。
2、理解：
地理实体类别及实体内容的确定是从具体需要出发的，GIS中的空间实 体是一个概括，复杂，相对的概念。
元数据
空间元数据
11
§3-1 空间实体及其描述
3、空间数据类型
1）依据数据来源的不同分为：
A）地图数据 B）地形数据 C）属性数据 D）影象数据
………..
Wednesday, June 17, 2020
12
§3-1 空间实体及其描述
3、空间数据类型
2）依据表示对象的不同分为：
Wednesday, June 17, 2020
2、基本特征
3、数据类型
位置、形状、尺 寸、
空间特征：地理 位置和空间关系
几何数据（空间 数据、图形数据）
关系数据—实体 间的邻接、关联 包含等相互关系
识别码（名称）、 实体的角色、功能、 行为、实体的衍生 信息
时间
属性特征—名称、 等级、类别等
时间特征
属性数据—各种 属性特征和时间
4、数据结构
矢量、栅格、 TIN（专用于地 表或特殊造型）
地理信息系统
Geographic Information System
北京林业大学信息学院
§3-1 空间实体及其描述
▪ 空间实体 ▪ 空间实体的描述 ▪ 实体的空间特征 ▪ 实体的空间关系表达
GIS空间数据处理与分析
栅格单元(i,j)四角点坐标的计算:
X(i1,i2)=(j-1)*DX和J*DX Y(i1,i2)=(i-1)*DY和i*DY I,j:栅格单元行列值; DX,DY:栅格单元边长
⑴:识别内边界,并将内边界端点坐标置零. 判别方法: 判断与栅格单元某条边相邻的另一栅 格单元的值,若值小于零,则该边为内边界. 内边界端点坐标置零: 边界起点和终点坐标置零.
分区数据的方法就称为空间数据的内插。
第五节 空间数据的内插方法
1、点的内插：研究具有连续变化特征现象 的数值内插方法。
步骤： 数据取样；数据处内插；数据记录
第五节 空间数据的内插方法
2、区域的内插
研究根据一组分区的已知数据来推求
同一地区另一组分区未知数据的内插方法。
区域内插方法：
2.1 叠合法：认为源和目标区的数据是均匀 分布的，首先确定两者面积的交集，然后 计算出目标区各个分区的内插值。
1、遥感与GIS数据的融合：
遥感技术的优势 融合必要性 GIS技术的优势 遥感图像与图形的融合 融合方法： 遥感数据与DEM的融合 遥感数据与地图扫描图像的融合第三节 多源 Nhomakorabea间数据的融合
2、不同格式数据的融合
不同格式数据的融合方法主要有：
2.1基于转换器的数据融合：
一种软件的数据格式输出为交换格式，然后用于另
P3
P
0
x
判断点是否在多边形内，从该点向左引水平扫描线，计算此 线段与区域边界相交的次数，若为奇数，该点在多边形内；若为 偶数，在多边形外。利用此原理，直接做一系列水平扫描线，求 出扫描线和区域边界的交点，对每个扫描线交点按X值的大小进 行排序，其两相邻坐标点之间的射线在区域内。
第二节
第三章2-空间数据结构与管理
(X,Y) Polygon (X5,Y5) (X4,Y4)
(X2,Y2)
(X3,Y3)
3、矢量数据获取途径
1) 由外业测量获得 利用测量仪器自动记录测量成果(常称为电子手薄)，然后转到地理数据库。 2) 由栅格数据转换获得 利用栅格数据矢量化技术，把栅格数据转换为矢量数据。 3) 跟踪数字化 用跟踪数字化的方法，把地图变成离散的矢量数据。
4、Hale Waihona Puke 量数据编码⑪点实体数据编码
对于点实体矢量结构中只记录其在特定坐标系下的坐标和属性代码。
⑫线实体矢量数据编码
唯一标识码是系统排列序号； 线标识码可以标识线的类型； 起始点和终止点号可直接用坐标表示；
显示信息是显示时的文本或符号等； 与线相联系的非几何属性可以直接存储于线文件中， 也可单独存储，而由标识码联接查找。
四叉树编码优点
容易而有效地计算多边形的数量特征； 阵列各部分的分辨率是可变的，边界复杂部分四叉树较高即分级 多，分辨率也高，而不需表示许多细节的部分则分级少，分辨率 低，因而既可精确表示图形结构又可减少存贮量； 栅格到四叉树及四叉树到简单栅格结构的转换比其它压缩方法容 易； 多边形中嵌套异类小多边形的表示较方便。
2、栅格数据取值方法
⑪中心归属法：每个栅格单元的值以网格中心 点对应的面域属性值来确定。 ⑫长度占优法：每个栅格单元的值以网格中线 （水平或垂直）的大部分长度所对应的面域 的属性值来确定。 ⑬面积占优法：每个栅格单元的值以在该网格 单元中占据最大面积的属性值来确定。 ⑭重要性法：根据栅格内不同地物的重要性程 度，选取特别重要的空间实体决定对应的栅 格单元值，如稀有金属矿产区，其所在区域 尽管面积很小或不位于中心，也应采取保留 的原则。
GIS地理信息系统空间数据结构
网络模型表示了特殊对象之间的交互，如水或者交通 流。
要素（对象）模型
基于要素的空间模型强调了个体现象， 该现象以独立的方式或者以与其它现象之间的 关系的方式来研究。任何现象，无论大小，都 可以被确定为一个对象（Object），假设它可 以从概念上与其邻域现象相分离。一个实体必 须符合三个条件： 可被识别； 重要（与问题相关）； 可被描述（有特征）。
场模型可以表示为如下的数学公式：
z : s z ( s ) 上式中，z为可度量的函数，s表示空间中的位置，因
此该式表示了从空间域（甚至包括时间坐标）到某个 值域的映射。
空间数据模型与结构—对象模型与场模型比较
对象模型和场模型的比较
现实世界
对象模型 选择实体 它在哪里 数据
场模型 选择一个位置
指图形保持连续状态下变形，但图形关系
不变的性质。
拓扑变换
（橡皮变换）
将橡皮任意拉伸，压缩，但不能扭转或折叠。
非拓扑属性（几何） 两点间距离
拓扑属性（没发生变化的属性） 一个点在一条弧段的端点
一点指向另一点的方向 一条弧是一简单弧段（自身不相交）
弧段长度、区域周长、 一个点在一个区域的边界上
面积 等
一个点在一个区域的内部/外部
(x8,y8), (x17,y17), (x16,y16),
22 (x15,y15),(x14,y14) ,(x13,y13),
21
(x12,y12), (x11,y11),(x10,y10),(x1,y1)
6
20
C
3
5
18
19
4
(x24,y24),(x25,y25),(x26,y26), (x27,y27),(x28,y28),(x29,y29),(x30,y30)
第3章 空间数据模型
＊通过描述小面块的几何形态、相邻关系及面块内属性 特征的变化来建立空间数据的逻辑模型；
＊小面块之间不重叠且能完整铺满整个地理空间； ＊根据面块的形状，镶嵌数据模型可分为 规则镶嵌数据模型 不规则镶嵌数据模型
规则镶嵌数据模型
不规则镶嵌数据模型
TIN和Voronoi多边形数据模型
Voronoi 图又称为Dirichlet ( tessellation) ,其概念由 Dirichlet 于1850 年首先提出; 1907 后俄国数学家 Voronoi 对此作了进一步阐述,并提出高次方程化简; 1911 年荷兰气候学Thiessen为提高大面积气象预报 的准确度,应用Voronoi 图对气象观测站进行了有效 区域划分。因此在二维空间中,Voronoi 图也称为泰 森多边形。
2 作为两个面域之间的一个边界。
3 作为一个面域特征，精确表达河流的堤岸、辫 状河道以及河流上的运河。
4 作为一条曲线以构成表面模型上的沟槽。根据 地表上河流的路径，可以算出其横截面、落差度、 排水流域以及在预测降雨下的洪水爆发可能性。
针对真实的世界，每一个人都在创建他 自己的主观模型。GIS的观点是为真实世 界建立一个通用的模型。
泰森（Thiessen)多边形的特点： 1 组成多边形的边总是与两相邻样点的连线垂直； 2 多边形内的任意位置总是离该多边形内样点的距 离最近，离相邻多边形内样点距离远； 3 每个多边形内包含且仅包含一个样点。
（五）面向对象数据模型
为了有效地描述复杂的事物或现象，需要 在更高层次上综合利用和管理多种数据结构 和数据模型，并用面向对象的方法进行统一 的抽象。
空间逻辑数据模型作为概念模型向 物理模型转换的桥梁，是根据概念模型 确定的空间信息内容，以计算机能理解 和处理的形式，具体地表达空间实体及 其关系。
第三章 空间数据的表达方法
（一）特点： 1.用离散的点或线描述地理现象及特征 2.用拓扑关系描述矢量数据之间关系
3.面向目标的操作
4.数据结构复杂且难以同遥感数据结合
5.难于处理位置关系
空间对象（实体）的地图表达
点：位置：（x，y） 属性：符号 线：位置：（x1,y1),(x2,y2),…,(xn,yn) 1 1 2 2),„,(xn n 属性：符号—形状、颜色、尺寸
7 7 7 7ຫໍສະໝຸດ 7 7 7 77 7 7 7
7 7 7 7
7 7 7 7
7 7 7 7
空间单元人为划定成 大小相等的正方形网 格，有着统一的定位 参照系。每个空间 单元只记录其属性值， 而不记录它的坐标值。
2
2
2 2 1 4 4 4 4 4 4 4
2
2 2 1 4 4 4 4 4 4 4
2
2 2 1 4 4 4 4 4 4 4
2
2 2 1 4 4 4 4 4 4 4
2
2 1 4 4 4 4 4 4 4 4
2
1 4 4 4 4 4 4 4 4 4
1
1 4 4 4 4 4 4 4 4 4
1
7 1 4 4 4 4 4 4 4 4
7
7 7 1 4 4 4 4 4 4 4
7
7 7 7 1 4 4 4 4 4 4
7
7 7 7 7 1 4 4 4 4 4
地理信息系统为什么要研究数据模型
现实世界真实模型
空间数据处理
空间数据查询
空间数据分析
空间数据模型 空间数据复原 空间数据结构
数据库：空间数据物 理结构
空间信息 3.2 空间数据模型 3.3 空间数据结构 3.4 地貌的表达——数字化地形模型
4第三章空间数据模型(第三节2矢量数据处理)
（2）定位不准确产生的数字化错误
——地物位置不准确
——个别点位置不准 确
2.常见数字化错误
1)伪节点 ——伪节点使一条完整的线变成两段。 通常原因： 未能一次录入完毕一条线。
2)悬挂节点
——只与一条线相连接的节点。 悬挂节点主要情形： 多边形不封闭
不及和过头
节点不重合
3)“碎屑”多边形 因多变形重叠边界处理不当产生的零碎多边形。
(二)图形拼接
1.必要性 当对底图进行数字化后，由于图幅比较大或采 用小型数字化仪、扫描时，难以将研究区域的 底图以整幅的形式来完成 。
2.拼接处理方法
点状 ——直接合并图层 线状 ——合并图层
——再粘连
面状 ——合并图层 ——粘连线条 ——拓扑处理
3.边缘不匹配情况的处理 二幅图进行拼接时一般会出现边缘不匹配的情况。
3)“碎屑”多边形 产生原因： ——一般由于重复录入(前后两次录入同一 条线的位置不完全一致)引起。
——用不同比例尺的地图进行数据更新。
4)不正规的多边形
——拓扑错误的多变形。
4)不正规的多边形
原因：
由于输入时点的次序倒置或者位置不准。 后果： 在进行拓扑生成时，同样会产生“碎屑”多边 形。
5)线段锯齿状
3.边缘不匹配情况的处理 第一种方法 ——修改空间数据库中点和矢量的坐标，以维 护数据库的连续性； 第二种方法
——先对准两幅图的一条边缘线，然后再调 整其它线段使其取得连续。
拼接
(三)坐标变换
1.必要性
(1)输入的底图是照片底图，而输出则要按一 定比例的矢量方式 (2) 输入的地图是一种投影，而要求输出的 地图产物是另一种投影
——线实体之间的连接关系
北师大地理信息系统课件03空间数据模型
因此，最好的通用数据模型是不存在的，数据模型优劣取决于 你的需要，使用数据的方式和目的才是决定数据模型优劣的标 准。
地理空间数学基础
胡嘉骢
BNUEP 地 理 信 息 系 统
空间数据模型类型
例子：
河流作为组成网络的一系列要素。每条线段都拥有流量、容量和其他属性 。这时可以使用线性网络模型（几何网络）来分析水文流量或者船务运输 等。
空间事物或现象 选择、综合、简化和抽象
概念世界
数据世界 （计算机）
概念模型 Conceptial Model
最高层
编码、表达、建立空间关系
逻辑数据模型 Logical Data Model
中间层
数据结构对数据进行组织
物理数据模型 Physical Data Model
最底层
信息
11 地理空间数学基础
地理空间数学基础
胡嘉骢
BNUEP 地 理 信 息 系 统
空间数据模型类型
例子： 即使在同一数据模型中，每种空间数据也有不同的表达方式。
地理空间数学基础
胡嘉骢
BNUEP 地 理 信 息 系 统
空间数据概念模型类型
现有GIS中常用的空间数据概念模型主要有三个： 场(Field)模型：强调空间要素的连续性
地图使用者的认识模型
地理空间数学基础
胡嘉骢
BNUEP 地 理 信 息 系 统
维度世界：度 量语言
地理空间世 界：GIS 语言
概念世界：自 然语言
现实世界：基 本语言
地理空间数学基础
对现实世界的抽象
项目世界： 信息团体
点世界：坐标 几何
几何世界：WKT
OpenGIS的九层模 型
要素世界：要 素
第三章 空间数据的处理——内插
r s p r s 0
b
rs
x y
r
s
P为二元函数阶数，通常≥1
趋势面法
趋势面的阶数
p=0,水平面
f ( x, y)
r s p
r s 0 f (x，y)=b0 p=1,倾斜面 f(x,y)=b0+b1x+b2y p=2,二次曲面 f(x,y)=b0+ b1x+b2y +b3x2+b4xy+b5y2 p=3,复杂曲面常用三次 f(x,y)=b0+ b1x+b2y +b3x2+b4xy+b5y2 +b6x3+b7x2y+b8xy2+b9y3
318 b 0 67.270 b 5043 650 29007 23862 1 . 23862 20714 b 2 4445 800 . 377
- 0.163 0.002 0.000 - 0.168 0.000 0.002 67.270 - 10.094 5043.650 0.020 4445.800 0.347
5、空间数据的内插方法
6、图幅数据边沿匹配处理
z b n b x b y
0 1 2
xz b x b x
0 1
2
b2 xy
2 y 2b yx 1b y 0b zy
改成矩阵形势并代入数据
5 377 318
23.210 - 0.163 - 0.168
比 重 法 区 域 内 插 值 实 例 ：
5.0 5.0 5.0 5.0
第3章 空间数据模型
空间数据概念模型
• 网络是由一系列节点和环链组成的，与对象模型 没有本质的区别 • 网络模型可以看成对象模型的一个特例，它是由 点对象和线对象之间的拓扑空间关系构成的 • 空间数据概念模型归结为对象模型（或称要素模 型）和场模型（或称域模型）两类
空间数据概念模型
• 不规则多边形区。将平面区域划分为简单连通的多边形区 域，每个多边形区域的边界由一组点所定义；每个多边形 区域对应一个属性常量值，而忽略区域内部属性的细节变 化 • 不规则三角形区。将平面区域划分为简单连通三角形区域， 三角形的顶点由样点定义，且每个顶点对应一个属性值； 三角形区域内部任意位置的属性值通过线性内插函数得到 • 等值线。用一组等值线C1，C2，…，Cn，将平面区域划 分成若干个区域。每条等值线对应一个属性值，两条等值 线中间区域任意位置的属性是这两条等值线的连续插值
（a） 规则分布的点
（ b ） 不规则分布的 点
（c）规则矩形区
（d） 不规则多边形区
（e） 不规则三角形区
（f） 等值线
空间数据概念模型
• 网络模型
– 网络模型与对象模型类似，都是描述不连续的地理现 象，不同之处在于它需要考虑通过路径相互连接多个 地理现象之间的连通情况 – 网络是由欧式空间R2中的若干点及它们之间相互连接 的线（段）构成
地理空间与空间实体
• 属性特征
– 也称为非空间特征或专题特征，是与空间实体相联系 的、表征空间实体本身性质的数据或数量，如实体的 类型语义定义、量值等 – 类型
• 定性属性，如名称、类型、特性等 • 定量属性，如数量、等级等
黄杏元《地理信息系统概论》(第3版)章节题库-第三章至第四章【圣才出品】
第3章空间数据处理一、名词解释1．栅格数据压缩编码答：栅格数据压缩编码是指在不丢失信息的前提下，缩减数据量以减少存储空间，提高传输、存储和处理效率的一种技术方法。
编码方式有键码、游程长度编码、块码和四叉树编码等。
其类型又有信息无损编码和信息有损编码之分。
2．边界代数算法答：边界代数算法是一种基于积分思想的矢量格式向栅格格式转换算法，它适合于将记录拓扑关系的多边形矢量数据转换为栅格结构。
它不是逐点判断与边界的关系完成转换，而是根据边界的拓扑信息，通过简单的加减代数运算将边界位置信息动态地赋给各栅格点，实现了矢量格式到栅格格式的高速转换，而不需要考虑边界与搜索轨迹之间的关系，因此算法简单、可靠性好，各边界弧段只被搜索一次，避免了重复计算。
3．DIME文件答：DIME文件是美国人口普查局在1980年的人口普查中提出的双重独立地图编码文件。
它含有调查获得的地理统计数据代码及大城市地区的界线的坐标值，提供了关于城市街道、住址范围以及与人口普查局的列表统计数据相关的地理统计代码的纲要图。
在1990年的人口普查中，TIGER取代了DIME文件。
4．空间数据内插答：空间数据内插是通过已知点或分区的数据，推求任意点或分区数据的方法。
在已观测点的区域内估算未观测点的数据的过程称为内插。
一般情况下，空间位置越靠近已观测点的未观测点越有可能获得与实际值相似的数据，而空间位置越远的点则获得与实际值相似的数据的可能性越小。
5．坐标变换答：坐标变换是把一个坐标系下的空间对象转换到另一个坐标系下的过程，是空间实体的位置描述。
其实质是建立两个平面点之间的一一对应关系，包括几何纠正和投影转换，是空间数据处理的基本内容之一。
两个及以上的坐标转换时由极坐标相对参照确定维数空间。
6．仿射变换答：仿射变换是GIS数据处理中使用最多的一种几何纠正方法。
是指在几何中，一个向量空间进行一次线性变换并接上一个平移，变换为另一个向量空间。
它的主要特性为：同时考虑到因地形突变而引起的实际比例尺在x和y方向上的变形，因此纠正后的坐标数据在不同方向上的长度比将发生变化。
第三章 空间数据处理
平面方程为： zp=a0+a1x+a2y 只需要3个数据点即可。
z1=a0+a1x1+a2y1
z2=a0+a1x2+a2y2
z3=a0+a1x3+a2y3
z1 1 z 1 2 z 3 1
x1 x2 x3
y1 a 0 y 2 a 1 y 3 a 2
21 22.5 23 27 28 28.6 29 30.4 31 26 18 17
23 24 24 28 30 29 30 31 32 27 20 18
26.6 24.3
2、双线性多项式内插法
双线性内插多用于已经规则分布的数据内插。
用最邻近的四个已知点构成一个四边形块，并确定一 个双线性函数。
p1 p2
因此最少需要三个同名地点的坐标，列出6 个方程组。求出系数，得到两者的转换方程。
X1’= a0 +a1 x1+a2 y1 Y1’= b0 + b1 x1 + b2 y1 X2’= a0 +a1 x2+a2 y2 Y2’= b0 + b1 x2 + b2 y2 X3’= a0 +a1 x3+a2 y3 Y3’= b0 + b1 x3 + b2 y3 a0, a1, a2, b0 , b1, b2
压缩后由{A1，A2………Am}m个坐标子集组成。 则压缩比为： a=m/n ； a≤1
二、矢量数据压缩
V3 V2 V4
V5
V1
V6
（一）矢量数据压缩基本原理：道格拉斯—佩克算法 （1）用待压缩折线首尾两点连接为直线L。
（2）计算折线上各坐标点到直线的垂直距离。
第三章 空间数据采集与处理练习
一、单选题1、对于离散空间最佳的内插方法是：A．整体内插法 B．局部内插法C．移动拟合法 D．邻近元法2、下列能进行地图数字化的设备是：A.打印机B.手扶跟踪数字化仪C.主机 D.硬盘3、有关数据处理的叙述错误的是：A.数据处理是实现空间数据有序化的必要过程B.数据处理是检验数据质量的关键环节C.数据处理是实现数据共享的关键步骤D.数据处理是对地图数字化前的预处理4、邻近元法是：A.离散空间数据内插的方法B.连续空间内插的方法C.生成DEM的一种方法D.生成DTM的一种方法5、一般用于模拟大范围内变化的内插技术是：A.邻近元法B.整体拟合技术C.局部拟合技术D.移动拟合法6、在地理数据采集中，手工方式主要是用于录入：A.属性数据B.地图数据C.影象数据 D.DTM数据7、要保证GIS中数据的现势性必须实时进行：A.数据编辑B.数据变换C.数据更新 D.数据匹配8、下列属于地图投影变换方法的是：A.正解变换B.平移变换C.空间变换 D.旋转变换9、以信息损失为代价换取空间数据容量的压缩方法是：A.压缩软件B.消冗处理C.特征点筛选法 D.压缩编码技术10、表达现实世界空间变化的三个基本要素是。
A. 空间位置、专题特征、时间B. 空间位置、专题特征、属性C. 空间特点、变化趋势、属性D. 空间特点、变化趋势、时间11、以下哪种不属于数据采集的方式：A. 手工方式B.扫描方式C.投影方式 D.数据通讯方式12、以下不属于地图投影变换方法的是：A. 正解变换B.平移变换C.数值变换 D.反解变换13、以下不属于按照空间数据元数据描述对象分类的是：A. 实体元数据B.属性元数据C.数据层元数据D. 应用层元数据14、以下按照空间数据元数据的作用分类的是：A. 实体元数据B.属性元数据C. 说明元数据D. 分类元数据15、以下不属于遥感数据误差的是：A. 数字化误差B.数据预处理误差C. 数据转换误差D. 人工判读误差二、填空题1、数据处理涉及的内容很广泛，主要取决于和，一般包括数据变换、数据重构、数据提取等内容。
(第三章)空间数据结构
(第三章)空间数据结构空间数据结构1·简介空间数据结构是在计算机科学领域中用于表示和组织空间数据的数据结构。
它们被广泛应用于地理信息系统（GIS）、计算机图形学、计算机视觉等领域。
2·常见的空间数据结构2·1·四叉树四叉树是一种常见的空间数据结构，它将空间划分为四个象限，并将空间中的点或对象存储在树节点中。
它可以支持高效的空间查询和检索操作，特别适用于二维空间数据。
2·2·八叉树八叉树是四叉树的扩展，将空间划分为八个象限。
它在三维空间中更加常用，可以表示立方体或球体中的对象。
八叉树适用于对三维空间进行高效的查询和搜索。
2·3·R树R树是一种多叉树，用于表示和组织高维空间中的对象。
它通过将空间划分为矩形区域来存储和查询对象。
R树广泛应用于空间数据库和地理信息系统中。
2·4·KD树KD树是一种二叉树，用于存储和查询k维空间中的对象。
它通过将空间划分为超平面来快速定位对象。
KD树在计算机视觉领域中广泛使用，特别适用于最近邻搜索和范围搜索。
2·5·网格网格是一种将空间划分为规则网格单元的数据结构。
它是一种简单而高效的空间索引方法，可以快速进行点查询和范围查询。
3·空间查询操作3·1·点查询点查询是通过给定一个点坐标来查找空间数据结构中的对象。
点查询可以通过遍历整个数据结构或使用特定的查询算法来实现。
3·2·范围查询范围查询是通过给定一个矩形区域来查找空间数据结构中与该区域相交的对象。
范围查询可以通过遍历整个数据结构或使用特定的查询算法来实现。
3·3·最近邻查询最近邻查询是通过给定一个点坐标来查找空间数据结构中最接近该点的对象。
最近邻查询可以通过遍历整个数据结构或使用特定的查询算法来实现。
4·附件附件一：四叉树示意图附件二：八叉树示意图附件三：R树示意图附件四：KD树示意图附件五：网格示意图5·法律名词及注释5·1·GIS（地理信息系统）：是一种用于捕获、存储、分析、管理和展示地理空间数据的计算机系统。
地理信息系统概论复习资料
地理信息系统概论【第一章】导论1 、数据：数据是通过数字化并记录下来可以被识别的符号，用以定性或定量地描述事物的特性和状况。
2 、信息：信息是指主体与外部客体之间相互联系的一种形式，是主体与客体之间的一切有用的消息或知识，是表征事物特征的一种普遍形式。
3 、信息的特点：客观性、适用性、传输性、共享性4 、地理数据：指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特征、联系和规律的数字、文字、图像和图形的总称，是各种地理特征和现象间关系的符号化表示。
5 、地理信息的特征：（1）空间特征：分布性，使信息具有空间维。
（2）属性特征：专题性，具有专题属性（属性维）。
（3）时序特征：动态性，使信息随时间动态变化（时间维）。
6 、地理信息系统：地理信息系统是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，该系统设计来支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。
7 、地理信息系统的基本构成：系统硬件、系统软件、空间数据、应用人员、应用模型。
（1）系统硬件：数据输入设备：卫星遥感影像接收机、GPS、扫描仪、数字化仪数据处理设备：大型机、图形工作站、服务器、个人计算机（PC）数据输出设备：绘图仪、打印机、大屏幕（2）系统软件：是整个系统的核心。
GIS 功能软件：分为GIS基础软件平台和GIS应用软件基础支撑软件：包括系统库软件和数据库软件操作系统软件（3）空间数据：地理数据是GIS的操作对象，是GIS所表达的现实世界经过模型抽象的实质性内容。
①空间特征：是指地理现象的空间位置及其相互关系，其数据称为空间数据，分为矢量数据（点、线、面）和栅格数据（平面、曲面），包括方位关系、拓扑关系、相邻关系、相似关系。
②属性特征：表示地理现象的名称、类型和数量等，其数据称为属性数据。
③时间特征：指地理现象随时间而发生的变化，其数据称为时态数据。
8 、地理信息系统的功能：基本功能：数据采集与编辑，数据的存储与管理，数据的处理和变换（数据变换、数据重构、数据抽取），空间分析和统计（叠合分析、缓冲区分析、数字地形分析），产品制作与演示，二次开发和编程应用功能：资源管理、区域规划、国土监测、辅助决策9 、 Roger Tomlinson从1963年开始创建世界上第一个地理信息系统即加拿大信息系统（CGIS），Tomlinson被誉为地理信息系统之父。
第三章空间数据采集与处理练习资料
第三章空间数据采集与处理练习资料一、单选题1、对于离散空间最佳的内插方法是：A．整体内插法 B．局部内插法C．移动拟合法 D．邻近元法2、下列能进行地图数字化的设备是：A.打印机B.手扶跟踪数字化仪C.主机 D.硬盘3、有关数据处理的叙述错误的是：A.数据处理是实现空间数据有序化的必要过程B.数据处理是检验数据质量的关键环节C.数据处理是实现数据共享的关键步骤D.数据处理是对地图数字化前的预处理4、邻近元法是：A.离散空间数据内插的方法B.连续空间内插的方法C.生成DEM的一种方法D.生成DTM的一种方法5、一般用于模拟大范围内变化的内插技术是：A.邻近元法B.整体拟合技术C.局部拟合技术D.移动拟合法6、在地理数据采集中，手工方式主要是用于录入：A.属性数据B.地图数据C.影象数据 D.DTM数据7、要保证GIS中数据的现势性必须实时进行：A.数据编辑B.数据变换C.数据更新 D.数据匹配8、下列属于地图投影变换方法的是：A.正解变换B.平移变换C.空间变换 D.旋转变换9、以信息损失为代价换取空间数据容量的压缩方法是：A.压缩软件B.消冗处理C.特征点筛选法 D.压缩编码技术10、表达现实世界空间变化的三个基本要素是。
A. 空间位置、专题特征、时间B. 空间位置、专题特征、属性C. 空间特点、变化趋势、属性D. 空间特点、变化趋势、时间11、以下哪种不属于数据采集的方式：A. 手工方式B.扫描方式C.投影方式 D.数据通讯方式12、以下不属于地图投影变换方法的是：A. 正解变换B.平移变换C.数值变换 D.反解变换13、以下不属于按照空间数据元数据描述对象分类的是：A. 实体元数据B.属性元数据C.数据层元数据D. 应用层元数据14、以下按照空间数据元数据的作用分类的是：A. 实体元数据B.属性元数据C. 说明元数据D. 分类元数据15、以下不属于遥感数据误差的是：A. 数字化误差B.数据预处理误差C. 数据转换误差D. 人工判读误差二、填空题1、数据处理涉及的内容很广泛，主要取决于和，一般包括数据变换、数据重构、数据提取等内容。
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（一）地图投影的基本原理
地图投影就是依据一定的数学法则，将不可展开的地 表曲面映射到平面上或可展开成平面的曲面上，最终 在地表面点和平面点之间建立一一对应的关系。
•地理坐标为球面坐标，不方便进行距离、方位、面积等参数 的量算。 •地球椭球体为不可展曲面。 •地图为平面，符合视觉心理，并易于进行距离、方位、面积 等量算和各种空间分析。
ａ≠ｂ≠ｒ ６
图03-0 5 通 过变形椭圆 形状 显示变形特 征
（二）地图投影的类型
根据投影面与球面相关位置的分类
正轴
斜轴
横轴
圆 锥
圆 柱
方 位
圆柱
圆锥
方位
主比例尺：在地图上注出的比例尺 计算投影展绘经纬网使用 不能研究地图投影的变形
局部比例尺：大于或小于主比例尺
由于长度变形，比例尺不能处处相等。 只有在无变形点和无变形线上才能保 持投影长度为1
按照[Qx2]=min和[Qy2]=min的条件，可得到两组法方程:
式中: n为控制点个数; x,y 为控制点的数字化坐标 X、Y 为控制点的理论坐标。
通过消元法， 可求得仿射变换的待定参数a0、a1、a2、b0、b1、b2。 经过仿射变换的空间数据，其精度可用点位中误差表示，即
仿射变换是GIS数据处理中使用最多的一种几何纠正 方法。它的主要特性为:同时考虑到x和y方向上的变形， 因此纠正后的坐标数据在不同方向上的长度比将发生 变化。其他方法还有相似变换和二次变换等。
地理坐标（λ,φ）与平面上对应点的平面坐标（x,y）
之间的函数关系：
x f1(,) y f2 (,)
当给定不同的具体条件时，将得到不同类型的 投影方式。
（二）地图投影的类型
地图投影的三钟变形：
长度变形 面积变形 角度变形长度变 形角度变 形
面积变形和 长度变形
按变形性质地图投影分为三类：
第三章 空间数据处理
第三章 空间数据处理
一、空间数据的变换 二、空间数据结构的转换 三、多元空间数据的融合 四、空间数据的压缩与重分类 五、空间数据的内插方法 六、空间拓扑关系的编辑
空间数据的处理是GIS的重要功能之一。空 间数据处理涉及的内容很广泛，主要取决 于原始数据的特点和用户要求，一般包括 数据变换、数据重构、数据提取等内容。
仿射变换举例
例证1：地形图的纠正 一般采用4点纠正法或网格纠正法。4点纠正法通过输入4个
图幅轮廓控制点坐标来实现变换。当4点纠正法不能满足精度 要求时，可选用网格纠正法，以增加采样控制点的个数。
TIC2
TIC3
TIC1
TIC4
例证2：遥感影像图的纠正 遥感影像图的纠正通常选用同遥感影像图比例尺相同的地形
（三）GIS中常用的地图投影 1.高斯-克吕格投影 2.墨卡托投影 3.UTM投影 4.兰勃特投影 5.阿尔伯斯投影
1.高斯-克吕格投影 （横轴等角切椭圆柱投影）
椭圆柱为投影面，使地球椭球体的某一经线与椭圆柱相切， 然后按等角条件，将中央经线两侧各一定范围内的地区投影 到椭圆柱面上，再将其展成平面而得。 由德国数学家、天 文学家高斯（C.F. Gauss，1777—1855）及大地测量学家 克吕格（J. Krüger，1857—1928）共同创建。
数据变换：几何纠正、地图投影转换
数据重构：结构转换、格式转换、类型替换
数据提取：类型提取、窗口提取、空间内插
第一节 空间数据的变换
空间数据的变换即空间数据坐标系的变换。 其实质是建立两个坐标系坐标点之间的一 一对应关系，包括几何纠正和投影转换。
数字化设备与地理空间坐标 数字化图纸发生变形 不同来源数据—地图投影、比例尺
图或正射影像图作变换标准图，在选择好变换方法后，在被纠正 的遥感影像图和标准图上分别采集同名地物点，所选的点在图上 应分布均匀、点位合适，通常选道路交叉点、河流桥梁等固定设 施点，以保证纠正精度。
二、地图投影及其转换
一个特定的地理坐标系是由一个特定的椭球体 和一种特定的地图投影构成。其中： 椭球体是一种对地球形状的数学描述； 地图投影是将球面坐标转换成平面坐标的数学方 法。绝大多数的地图都是遵照一种已知的地理坐 标系来显示坐标数据。
比例变换
变形误差消除
投影类型转换
坐标旋转和平移
第一节 空间数据的坐标转换
一、几何纠正 二、投影变换
一、几何纠正
图形编辑可消除数字化产生的错误，但无法纠正 图纸变形等误差。几何纠正是为了实现对数字化 数据的坐标系转换和图纸变形误差的纠正。
常用的几何纠正方法有仿射变换、相似变换和二 次变换。
使用最多的一 种几何变换。
m1m2:地图横向、纵向比例尺
x,y:数字化仪坐标
Y
X,Y:理论坐标
y
a:数字化仪坐标与理论坐标
P
a
x
的夹角
a0
a
O´
b0
0
X
设x，y为数字化仪坐标，X,Y为理论坐标， m1、m2为横向和纵向的实际比例尺， 两坐标系夹角为α， 数字化仪原点O‘相对于理论坐标系原点平移了a0、b0， 则根据图形变换原理，得出坐标变换公式:
设a1=m1cosα b1=-m1sinα a2=m2sinα b2=m2cosα
式中含有6个参数a0、a1、a2、b0、b1、b2,要实现仿射变换， 需要知道不在同一直线上的3对控制点的数字化坐标及其理论值， 才能求得上述6个待定参数。 但在实际应用中，通常利用4个以上的点来进行几何纠正。下面 按最小二乘法原理来求解待定参数: 设Qx、Qy表不转换坐标与理论坐标之差，则有
通过变形椭圆形状显示变形特征
微分圆长、短半轴的大小，等于该点主方向的 长度比。也就是说，如果一点上主方向的长度 比（极值长度比）已经确定，则微分圆的大小 和形状即可确定。
r
r′
r′
ｂａ
ａ ｂ
ｂａ
ａｂ
实地上的一 a=b=r′< r a=b=r′> r 个 微分圆
１
２
ａ ｂ＝ｒ２
３
４
ａ> ｒ，ｂ＝ｒ ５
地球曲面转换成地图平面，不仅仅存在着比例尺变换 ，而且还存在着投影转换的问题。
地图投影实质
设想地球是透明体，有一点光源S（投影中心），向四周辐射 投影射线，通过球表面射到可展面（投影面）上，得到投影 点，然后再将投影面展开铺平，又将其比例尺缩小到可见程 度，从而制成地图。
建立地球椭球面上经纬线网和平面上相应经纬 线网的数学关系，也就是建立地球椭球面上的点的