GIS原理-地理数据的特性(精)

地图比例尺
点
地理实体的概括类型
线 离散面状 面 连续面状
地理实体的地图和影像 体
表现方式
地理实体的选取和概括
1、地图比例尺对地理数据的影响
地图比例尺表示形式:
数字式、说明式、图解式
我国地图比例尺分级系统:
大比例尺：1：500—1：10万 中比例尺：1：10万—1：100万 小比例尺：〈 1：100万
正轴
斜轴
横轴
圆柱
圆锥
地图投影:投影选择因素
制图区域的地理位置、形状和范围 制图比例尺 地图内容 出版方式
地图投影:GIS中的地图投影
GIS以地图方式显示地理信息。地图是平面,而地理信息 则是在地球椭球上，因此地图投影在GIS中不可缺少。
GIS数据库中地理数据以地理坐标存储时，则以地图为数 据源的空间数据必须通过投影变换转换成地理坐标;而输 出或显示时，则要将地理坐标表示的空间数据通过投影变 换变换成指定投影的平面坐标。
拓扑结构采用原则
应用目的
制图或一般查询,可不要拓扑结构 空间分析，则应建立拓扑关系
属性数据类型
数据类型 名义尺度 等级尺度
间隔尺度 比率尺度
基本运算
例如
类型比较，频数 等级比较，频数，中数
比较数量差异，加，减
土地利用类型，地 名，气候类型
城市人口等级，道 路等级，土地适宜 性等
温度，年代，时间
GIS中，地理数据的显示可根据用户的需要而指定投影方 式，但当所显示的地图与国家基本地图系列的比例尺一致 时，一般采用国家基本系列地图所用的投影。
GIS与地图投影关系
地图投影 （地理基础）
数据获取 数据源地 图投影
数据存储 统一的坐
标基础
数据处理 投影转换
数据应用 空间分析 依据数据 库投影
数据输出 有相应投 影的地图
投 影
建立在平面上的直角坐标系统,用
（x，y）表达地理对象位置
坐标系统—高程系统
A
H´A
任意水准面 HA
大地水准面 铅垂线
hAB
H´B HB
国家高程基准
黄海海面
1952-1979年平 均海水面为0米
水准原点 1985国家高
程基准，
72.2604米
常用大地坐标系
• （1）54年北京坐标系
在东北黑龙江边境上同苏联大地网联测,通过大地坐 标计算，推算出北京点的坐标，北京坐标系是苏联42年 坐标系的延伸，其原点在苏联普尔科沃。
(2)线状要素
• 对于地面上呈线状或带状 的事物如交通线、河流、 境界线、构造线等,在地图 上，均用线状符号来表示。
• 通常用线状符号的形状和 颜色表示质量的差别，用 线状符号的尺寸变化（线 宽的变化）表示数量特征。
(3)面状要素
• 对于不连续分布或连续分布 的面状事物的分布范围和质 量特征,一般可以用面状符 号表示。符号的轮廓线表示 其分布位置和范围，轮廓线 内的颜色、网纹或说明符号 表示其质量特征。
遥感影象对空间信息的描述
地貌信息
断裂带信息
• 遥感影象对空间信息的描述主要是通过不同的颜 色和灰度来表示的。
• 专题信息的提取:需要专业人员解译
3、地理实体的选取和概括
（1）地理实体概括(制图综合)的必要性
➢ 有限的制图空间与无限的地表实体的矛盾 ➢ 突出专题信息的需要 ➢ 比例尺的限制
（2）地理实体概括(制图综合)的方式
面:位置：(x1,y1),(x2,y2),…,(xi,yi),…,(xn,yn) 属性：符号变化 等值线
(1)点状要素
• 点状要素,是指那些 占面积较小，不能 按比例尺表示，又 要定位的事物。
• 通常以点状符号的 形状和颜色表示质 量特征，以符号的 尺寸表示数量特征， 将点状符号定位于 事物所在的相应位 置上。
第2章 地理数据的特性
1、地理数据的概括性 2、地表定位参照系统 3、拓扑特性数据和属性数据 4、遥感影像、野外测量和GPS数据
第1节 地理数据的概括性
需先了解的几个概念: 1、地理实体 2、定位数据 3、属性数据 4、GIS数据来源及其共性 5、地图比例尺 6、空间分辨率
本节内容框架
地理数据 的概括性
扑关系
结点 弧段
A
a, c, e
B
a, d, b
C
d, e, f
D
b, f, c
E
g
表2-4 弧段与面域的拓扑
关系
弧段 左邻面 右邻面
a
P0
P1
b
P2
P1
c
P3
P1
d
P0
P2
e
Байду номын сангаас
P0
P3
f
P3
P2
g
P1
P4
空间拓扑关系表达:关系表
1
c
A2
B
b
e
a
3
D7
6
C
5
4 d
a: 结点号 1: 弧段号 A: 多边形号
• 对于连续分布的面状事物的数 量特征及变化趋势，常常可以 用一组线状符号—等值线表示
• 等温线
• 等降水量线
• 等深线
• 等高线
水田 旱地 菜地 果园 有林地 草地 水浇地
等值线法适合于表示地面或 空间呈连续分布、且逐渐变 化的地理事物。
4、空间对象（实体）的遥感影像表达
遥感传感器平台 传感器
遥感影象表示的专题信息
• （2）80年西安坐标系
78年4月召开“全国天文大地网平差会议”建立80年 西安坐标系，其原点在西安西北的泾阳县永乐镇，简称 西安原点。椭球体参数为75年国际大地测量与地球物理 联合会第16界大会的推荐值。
• （3）WGS84坐标系
在GPS定位中，定位结果属于WGS84坐标系，坐标系 原点位于质心，国际上广泛采用，计算世界范围内地表 点位的地理坐标。
• 通过A点作椭球面的垂 线,称之为过A点的法线。
• 法线与赤道面的交角，
E
叫做A点的纬度ψ。
• 过A点的子午面与通过 英国格林尼治天文台的 子午面所夹的二面角， 叫做A点的经度λ。
N
A 纬线
本
初
子
Q
午
线
赤道
S
地理坐标系统
地球模型:三级近似
地球自然表面
极不规则,无法用数学表面进行描述
水准面所包围的球体
线实体
• 有长度,但无宽度和高度 • 用来描述线状实体，通常在网络分析中使用较多 • 度量实体距离
香港城市道路网分布
面实体
• 具有长和宽的目标 • 通常用来表示自然或人工的封闭多边形 • 一般分为连续面和不连续面
中国土地利用分布图（不连续面）
面实体（续）
不连续变化曲面,如土壤、 森林、草原、土地利用等， 属性变化发生在边界上，面 的内部是同质的。
不规则性、动态性、不唯一性
大地水准面所包围的球体 旋转椭球体
不规则性、相对唯一性
标准数学曲面（赤道半径和离心率） 1954北京:克拉索夫斯基椭球体 1980：1975年国际椭球 1984：WGS84椭球体
任意水准面
地球表面 铅垂线
大地水准面
地球椭球体
地球模型
坐标参考系统—平面系统
直接建立在球体上的地理坐标,用经 度和纬度表达地理对象位置
GIS在以地图形式显示或输出地理数据时,经常使用图解式 比例尺。
比例尺的大小决定了地理数据所表示的地理实体的详略程度; 影响着地理实体量测的精度。
2、地理实体的基本类型及其表示方法 （1）地理实体(空间现象)及其描述
现实世界
空间数据
地图 遥感影像
特征 关系 行为
观察
选择 抽象 综合
测量:位置 编码：属性 建立关系：表达
弧段数字化方向
表中数字前负号为相反方向
弧-面拓扑
结点-弧拓扑
弧 左 右 起终 段 面 面 点点
结点 a
弧 1,3,4
1 A — ca
b
2,3,5
2 A B bc
c
1,2,7
3 C A ba
d
4,5,7
4 — C da
e
6
5 C D dB
面-弧拓扑
6 B D ee
面弧
弧号
7 B — d c 号数
A 3 -1,-2,3
包含
属性数据
名义尺度数据 等级尺度数据 间隔尺度数据 比率尺度数据
空间对象的拓扑空间关系
邻接 相交 相离 包含 重合
基于点集拓扑理论
点—点
拓扑元素:点、线、面 基点本—拓线 扑关系：
点—连面接：线状地理实体间相连的关系 邻接：两面状实体有一共同的边界（相 线同—拓线扑元 素之间的关系） 线—包面含：面与其他元素之间的关系
地图投影:投影方法
地球
投影面
No Image
投影方式分类
地图投影
方位投影
投 影
几何投影 圆锥投影 面
圆柱投影 形
状
构成方式
伪方位投影
非几何投影
伪圆锥投影 为圆柱投影
等积投影
多圆锥投影
变形规律 等角投影
等距离投影
任意投影 等角投影
等距离投影
投影面位置
任意投影 相切投影
相割投影
投影方式:几何投影
方位
B 4 2,-7,5,-6
C 3 -3,-5,4
D 16
GIS中引入拓扑关系的优缺点
• 优点
• 描述点、线、面的空间关系不完全依赖于具体的坐标 位置。
• 空间关系信息丰富、简洁,数据冗余小。 • 方便多边形和多边形的叠合。 • 便于检查数据输入过程中的错误。
• 缺点
• 拓扑关系建立过程比较复杂 • 数据结构本身复杂
当给定不同的具体条件时，将得到不同类型的投影方式
地图投影:投影变形
将不可展的地球椭球面展开成平面,并且不 能有断裂，Me则rca图tor形Pro必jec将tion在某些Mo地llwe方ide被Pr拉oje伸ctio，n 某些地方被压缩，故投影变形是不可避免 的。
长度变形 面积变形 角度变形
我国常用的地图投影
• 1:100万：兰勃特投影（正轴等积割圆锥 投影）
• 大部分分省图、大多数同级比例尺也采用 兰勃特投影
• 1：50万、1：25万、1：10万、1：5万、 1：2.5万、1:1万、1：5000采用高斯— 克吕格投影。
第3节 拓扑特性数据和属性数据
邻接
拓扑特性数据 连接
（空间数据）
面—面
空间拓扑关系表达—关系表
A
e
c
P1
P3
E
f
D
P4 g
C b
P2
d
B
P0
表2-1面域与弧段的拓扑关 表2-3 弧段与结点的拓扑
系
关系
面域 弧段
弧段 结点
P1
a
P2 P3
P4
a, b, c, -g
a
b, d, f
b
c, f, e
c
g
d
e
A,B B,D D,A B,C C,A
f
C,D
g
E,E
表2-2 结点与弧段的拓
（2）地理实体的表示
地理实体（Geographic Object）包括: 点：零维 线：一维 面：二维 体：三维（体） 时间：通常以第四维表达,但目前GIS还很难处理
时间属性。
空间对象的维数与比例尺是相关的 。
点实体
• 有位置,无宽度和长度; • 抽象的点
美国佛罗里达洲地震监测站2002年9月该洲 可能的500个地震位置
2、地图投影
• 为什么要进行投影 • 地图投影实质 • 地图投影变形 • 地图投影方法 • 投影选择所考虑的因素 • 我国常用的地图投影方式
地图投影:为什么要进行投影?
将地球椭球面上的点映射到平面上的方法,称为 地图投影;
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、
连续变化曲面:如地形起伏, 整个曲面在空间上曲率变 化连续。
体实体
• 有长、宽、高的目标 • 通常用来表示人工或自然的三维目标,如建筑、矿
体等三维目标
香港理工大学 校园建筑
3、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) 属性：符号—形状、颜色、尺寸
方位、面积等量算和各种空间分析。
地图投影概念
地球
投影面
光源置于中心 表面投影到平面、圆柱、圆锥面 投影面展平
地图投影实质
建立地球椭球面上经纬线网和平面上相应经纬线网的
数学基础,也就是建立地球椭球面上的点的地理坐标（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 (,)
➢ 简化——数量特征和质量特征简化 ➢ 夸大 ➢ 合并 ➢ 移位
第2节 地表定位参照系统
地理坐标系统——地球椭球体
平面坐标系统——地图投影
方位投影
按使用的 圆锥投影 投影面 圆柱投影
等角投影
按变形性质 等面积投影
等距离投影 任意投影
1、地球形状和地理坐标
• 地理坐标系是以地理极 (北极、南极)为极点。
比较数量差异，加，减， 距离，面积，雨量，
乘，除
人口密度
第4节 GIS数据源
航空相片 卫星影像
制作影像地图
地理数据更新
像元矩阵
数字形式 重复观测 波段融合 费用较低
经纬仪、水准仪、全站仪
野外实测数据和GPS数据 差分GPS
本章思考题
1、名词解释 属性数据 、地图比例尺、地图投影、空间分辨率、
拓扑关系、卫星影像 2、简述地理实体的分类和表示 3 、为什么要进行地图投影,它的实质，我国常用的地图投 影有哪些? 4、地理实体有哪几个方面的拓扑特性？ 5、属性数据分为几类？ 6、GIS数据源有哪些，各自有何特点？