环境信息系统及实验chp3 环境信息系统GIS基础 02讲 空间信息基础

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通过不同的颜色和灰度来描述空间信息。 遥感影像可以获取大量的空间地物的特征
信息
0 1 2 3 4 5 6 … … … … … n-1
0 16 14 10 遥8 感2 影3像对1 地… 理30空2间2 的24 描18述15
x
1 16 16 6 12 8 6 4 … 32 32 40 45 45
2 16 16 14 14 11 15 17 … 24 24 32 34 38
面实体 具有长和宽的目标,有连续面和不连续面; 通常用来表示自然或人工的封闭多边形
中国土地利用分布图(不连续面)
四、地图对地理空间的描述
面实体(续)
不连续变化曲面
不连续变化曲面,如土壤、森林、 土地利用等,属性变化发生在边界 上,面的内部是同质的。
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。
经差 6°或 3°分带,长度变形 < 0.14%
地图投影的选择依据
制图区域的范围、形状和地理位置 制图比例尺 地图的主题和内容 出版方式
1、制图区域的范围、形状和地理位置
制图区域的地理位置决定 投影种类
极地、赤道、中纬
制图区域的形状直接制约 投影选择
中纬度,低纬度
制图区域的范围大小影响 投影选择
地理空间数据组织
第一节 常规的地理空间信息描述法 第二节 空间数据的类型和关系 第三节 元数据
第一节 常规的地理空间信息描述法
一、地理空间信息
1.地理空间指的是地球表层,其基准是陆地表面和大洋表面, 它是人类活动频繁发生的区域,是人地关系最为复杂、紧密的 区域。
2.地理空间(Geographic Space)是指物质、能量、信息的 形式与形态、结构过程、功能关系上的分布方式和格局及其在 时间上的延续。
拓扑邻接:N1/N2 ,N1/N3 ,N1/N4 ;P1/P3 ;P2/P3
拓扑关联:N1/е1、е3 、е6 ;P1/е1、е5 、е6
拓扑包含:P3与P4
е1
P1
N2

е5
P2
N1
P3
е6
N5
N4
е4
P4
е3 е7
е1 P1
N1
P3 е6 N5
е3
е N2
5 N4
P2 е4
P4е7
е2
N3
е2 N3
应选择任意投影(等距)
4、出版方式
单幅图 系列图(同一变形性质) 地图集(同一系统)
四、地图对地理空间的描述
空间实体:指具有形状、属性和时序特征的空 间对象,它是对存在于自然世界中地理实体的 抽象。
空间实体类型:任何地理实体都可以抽象为点 、线、面、体等基本类型,以表示它的位置、 形状、大小、高低等特征。
… … … … … … … 传…感器 … … … … …
… 36 30 28 28 30 30 30 … 16 16 26 24 8
… 34 36 32 24 22 22 22 … 28 24 24 20 6
m-1 36 32 20 20 26 28 26 … 26 22 24 20 22
y
地理信息系统
3 椭球体模型
• 为了测量成果计算的需要,选用一个同大 地体相近的、可以用数学方法来表达的旋 转椭球来代替地球,且这个旋转椭球是由 一个椭圆绕其短轴旋转而成的。它是以大 地水准面为基础的。凡是与局部地区(一个 或几个国家)的大地水准面符合得最好的旋 转椭球,称为参考椭球。
4 数学模型
地球的数学模型,是在解决其它一些大地 测量学问题时提出来的,如类地形面、准大地 水准面、静态水平衡椭球体等。
3.地理空间(Geo-space)一般分为:
绝对空间: 是具有属性描述的空间位置的集合,它由一系列不同位 置的空间坐标组成; 相对空间: 是具有空间属性特征的实体集合,它是由不同实体之间 的空间关系构成。
第一节 常规的地理空间信息描述法 二、地理空间模型描述
为了研究地理现象,有必要建立地球表面的几何模型。根据大 地测量学的研究成果,地球表面几何模型可以分为四类:
• 统计数据、实测数据及各种文字报告 各种地理要素的统计数据、实验和各种观测数据、研 究报告等
三、地理空间数据的类型
1. 类型数据:居民点、交通线、土地类型分布等。 2. 面域数据:多边形中心点、行政区域界限和行政单元 3. 网络数据:道路交叉点、街道和街区等。 4. 样本数据:气象站、航线和野外样方的分布区等。 5. 曲面数据 :高程点、等高线和等值区域。 6. 文本数据:如地名、河流名和区域名称。 7. 符号数据:点状符号、线状符号和面状符号等。
• 时间特征 描述实体随时间的变化,其变化的周期有超短周期的 、短期的、中期的和长期的。
一、地理数据的基本特征
地理空间数据=空间特征数据+属性数据+时态数据 地理空间数据=空间特征数据+属性数据(含时态数据
)
一、地理数据的基本特征 地理数据区别于一般计算机数据
空间位置特征
空间特征数据和属性数据之间的一一对应 关系或链接关系
环境信息系统的GIS基础
南京信息工程大学环境科学与工程学院 李凤英
本部分分为6讲
第1讲 地理信息系统(GIS)导论 第2讲 空间信息基础 第3讲 地理空间数据管理 第4讲 地理空间数据处理 第5讲 空间分析的一般方法 第6讲 地理制图及输出
第2讲 空间信息基础
学习目标
·理解地理空间信息的概念 ·掌握地理空间信息的描述方法 ·理解地理数据分类描述的方法 ·理解和掌握地理空间数据的拓扑关系 重点:旋转椭球体、地理空间坐标、地图投影、地理 空间数据的拓扑关系、元数据;空间数据的类型及其关 系 难 点:地理空间数据的数字化描述方法、拓扑结构
三、地理空间坐标系的建立
1. 地理空间(大地)坐标系 2. 平面直角坐标系 3. 地图投影
1 地理(大地)坐标系
地理(大地)坐标系 地球上任意一点通常用经度和纬度来决 定 。经线和纬线是地球表面上两组正交 (相交为90度)的曲线,这两组正交的 曲线构成的坐标,称为地理坐标系。
优点:对空间位置的确定比较有利。 缺点:它是一种球面坐标,难以进行距离、方向 、面积等参数 的计算。
四、地图对地理空间的描述
以地图为例,来了解空间实体的抽象及表达 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2019年9月该洲可能 的500个地震位置
四、地图对地理空间的描述
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
香港城市道路网分布
四、地图对地理空间的描述
3 16 16 16 16 14 14 8 … 1 6 2遥2 感2传4 感2 器8 平3 6台
4 15 9 4 16 15 17 17 … 14 12 10 12 22
5 13 7 12 15 16 19 18 … 16 14 12 14 18
6 12 10 11 14 13 8 7 … 16 10 8 14 26
地理空间数据=空间特征数据+属性数据(含时态数据 )
地理空间数据=空间特征数据+属性数据+两种数据
二、地理数据的来源
• 地图数据 地图是地理信息的主要载体,同时也是地理信息系统 最重要得信息源
• 遥感数据 各种遥感数据及其制成的图像资料(航片、卫片)包 含着及其丰富的地理内容,尤其是先进的卫星遥感技 术的广泛应用,能为地理信息系统提供源源不断的、 现势性很强的数据
四 空间数据的拓扑关系
拓扑结构 是明确定义空间结构关系的一种数学方 法。 在GIS中,它不但用于空间数据的组织,而 且在空间分析和应用中都有非常重要的意义。
1.地理空间数据的拓扑关系 2.地理空间数据拓扑关系应用价值 3.地理空间数据拓扑关系的表示
1、地理空间数据的拓扑关系
拓扑邻接: 同 元类素之间的拓扑关系。 拓扑关联: 不 同 元类素之间的拓扑关系。 拓扑包含: 同类不同元级素之间的拓扑关系。
3 地图投影
3 地图投影
投影过程示意图
我国常用的地图投影
≤1:100万地图——正轴等角割圆锥投影
1:1万~ 1:50万——高斯克吕格投影
正轴等角割圆锥投影
由德国数学家兰勃特提出,又称兰勃特投影。
原理:将一圆锥面套在地球椭球体外面,将地球表面上的要 素投影到圆锥面上,然后将圆锥面沿着某一母线展平。
1.地球的自然表面 2.大地水准面 3.椭球体模型 4.数学模型
1 地球的自然表面
地球的自然表面模型是地球的自然体,起伏而不规则,呈梨 形形状 。不适合数字建模,难以研究
2 大地水准面
设当一个海水面处于完全静止的平衡状态时,从海平面延伸到所 有大陆下部,且与地球重力方向处处正交的一个连续、闭合的水准面 构成的地表模型。以大地水准面为基准,就可以利用水准测量对地球 自然表面任意一点进行高程测量。由于地球重力的影响,大地水准面 也是一个不规则曲面,但起伏远小于自然表面。
2 平面坐标系
笛卡儿平面直角坐标系 运用地图投影的方法建立地球表面和平面点的函数关系,使地 球表面上任意一个由地理坐标确定的点,在平面上必有一个与 其相对应的点。
F :(,)→(x,y);这里的函数关系F,即为地图投影
X = f1(φ, λ) Y = f2(φ, λ)
Y X
0
3 地图投影
地球椭球体表面是不可展曲面,要将曲面上的客观事物 表示在有限的平面图纸上,必须经过由曲面到平面的转换。
的颜色和灰度来描述空间信息,矢量图or栅格图 ?)
第二节 空间数据的类型和关系
一.空间数据的基本特征 二.空间数据的来源 三.空间数据类型 四.空间数据的拓扑关系
一、地理数据的基本特征
• 空间特征 表示实体的空间位置或现在所处的地理位置。空间特 征又称定位特征或几何特征,一般用坐标数据表示。
• 属性特征 表示实体的特征。如名称、分类、质量特征和数量特 征等。
小结
第一节 常规的地理空间信息描述法
一、地理空间(概念;绝对空间、相对空间) 二、地理空间模型描述(地球的自然表面;大地水
准面;椭球体模型;数学模型) 三、地理空间坐标系的建立(地理空间坐标系;平
面直角坐标系;地图投影) 四、地图对地理空间的描述(空间实体:点;线;面
;体) 五、遥感影像对地理空间的描述(原理;通过不同
省级以下,国家以上
2、制图比例尺
不同比例尺地图对精度要求不同,投影亦不同。
大比例尺地形图,对精度要求高,宜采用变形小 的投影,如分带投影。
中、小比例尺地图范围大,概括程度高,定位精 度低,可有正轴等角、等积、任意投影的多种选 择。
3、地图的主题和内容
主题和内容不同,对投影的要求也不同。 要求方向正确,应选择等角投影 要求面积对比正确,应选择等积投影 教学或一般参考图,要求各方面变形都不大,则
地图投影: 在地球椭球面和平面之间建立点与点之间函 数关系的数学方法,称为地图投影。
地图投影的实质: 就是按照一定的数学法则,将地球椭球 面上的经纬网转换到平面上,使地面点的地理坐标(,) 与地图上相对应的点的平面直角坐标(x,y)或平面极坐标 ( ,)间,建立起一一对应函数关系。
投影通式: x f1(, ) y f2 (, )
变形规律:角度无变形;两条标准纬线上没有任何变形;等 变形线和纬线一致(即同一纬线上变形处处相等);同一经 线上,两标准纬线外侧为正变形,两标准纬线之间为负变形 ;同一纬线上等经差的线段长度相等。两条纬线之间的经线 长度处处相等。
适用于小比例尺地图的绘制。
高斯-克吕格投影(等角横轴切椭圆柱投影)
连续变化曲面
四、地图对地理空间的描述
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
五、遥感影像对地理空间的描述
原理:根据地图的结构、成分、分布等的 不同,其反射光谱特性和发射光谱特性也 各不相同,传感器记录的各种地物在某一 波段的电磁辐射反射能量也各不相同,反 映在遥感影像上,则表现为不同的颜色和 灰度信息
以椭圆柱为投影面,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—1923)共同 创建。
此投影无角度变形,中央经线无长度变形。为保证精 度,采用分带投影方法:
2.地理空间数据拓扑关系应用价值
(1)确定地理实体间的相对空间位置,无需坐标 和距离 (2)利于空间要素查询 (3)重建地理实体
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