《地理信息系统》第三章空间数据的获取-PPT精品文档
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地理信息系统概论-第三章
2024/7/17
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高斯-克吕格投影的特点：
① 中央经线上没有任何变形，满足中央经线投影后保持长度 不变的条件；
② 除中央经线上的长度比为1外，其他任何点上长度比均大 于1；
③ 在同一条纬线上，离中央经线越远，变形越大，最大值位 于投影带的边缘；
④ 在同一条经线上，纬度越低，变形越大，变形最大值位于 赤道上。
局部比例尺： 由于投影中必定存在某种变形，地图仅能在某些点或线上保 持比例尺，其余位置的比例尺都与主比例尺不相同，即大于 或小于主比例尺。这个比例尺被称为局部比例尺。
一般地图上注明的比例尺是主比例尺，而对用于测量长度的
地图要采用一定的方式设法表示出该图的局部比例尺。这就
是在大区域小比例尺地图（小于1:1 000 000）上常见的图解
地形图上公里网横坐标前2位就是带号， 例如：1∶5万地形图上的坐标为（18576000， 293300），其中18即为带号。
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当地中央经线经度的计算
六度带中央经线经度的计算： 当地中央经线经度＝6°×当地带号－3°， 例如：地形图上的横坐标为18576000，其所处的六度带的中 央经线经度为：6°×18－3°＝105°。
2、建立地图投影的目的： 采用某种数学法则，使空间信息在地球表面上的位置和地 图平面位置一一对应起来，以满足地图制图的要求。
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理解地图投影如何改变空间属性的一种简便方法：
观察光穿过地球投射到表面（称为投影曲面）上。 想像一下，地球表面是透明的，其上绘有经纬网。用一 张纸包裹地球。位于地心处的光会将经纬网投影到一张纸上 。现在，可以展开这张纸并将其铺平。纸张上的经纬网形状 与地球上的形状不同。 地图投影使经纬网发生了变形。
ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程PPT-第3章 空间数据的采集与组织解析
当创建一个新的shapefile时，必须定义它将包含的 要素类型、这些要素是否表示路线以及这些要素是否将是 三维的。在shapefile 创建之后，这些性质不能被修改。
图3.1 新建sharpfile菜单操作
图3.2 新建sharpfile要素选择设定操作
在Spatial Reference属性对 话框中，通过Select按钮、Import 按钮或New按钮定义Shapefile的坐 标系统。
第三章 空间数据的采集与组织
主要内容
• • • • 3.1 3.2 3.3 3.4 Shapefile文件的创建 Coverage文件创建 Geodatabase数据库创建 数据编辑
3.1 Shapefile文件的创建
3.1.1 创建新的Shapefile和dBASE表
1.创建新的Shapefile
图3.3 定义sharpfile的坐标系统
2.创建新的dBASE表
在ArcCatalog目录树中，右键单击需要创建dBASE表 的文件夹，单击New，再单击dBASE表，为其输入一个名称， 并按回车键。
3.1.2 添加或删除属性
在ArcCatalog中，可通过添加、删除属性项来修改 Shapefile和dBASE的结构。 在Shapefile Properties对话框中的Fields标签中添 加属性项。 删除属性项，只需选中需删除的属性项，在键盘上按 Delete键，即可。
图3.7 新建Coverage操作
2. 创建新的INFO表
在Define INFO Table对话框中输入新表的名 字 、选择数据类型等。
图3.8 新建INFO表操作
3.2.2 建立拓扑
在ArcCatalog目录树中， 右键单击需要建立拓扑关系 的Coverage，单击 Properties命令，打开 Coverage Properties对话框 （ General选项卡），在 Feature classes中，选择需 要建立拓扑关系的地理要素 类。
图3.1 新建sharpfile菜单操作
图3.2 新建sharpfile要素选择设定操作
在Spatial Reference属性对 话框中，通过Select按钮、Import 按钮或New按钮定义Shapefile的坐 标系统。
第三章 空间数据的采集与组织
主要内容
• • • • 3.1 3.2 3.3 3.4 Shapefile文件的创建 Coverage文件创建 Geodatabase数据库创建 数据编辑
3.1 Shapefile文件的创建
3.1.1 创建新的Shapefile和dBASE表
1.创建新的Shapefile
图3.3 定义sharpfile的坐标系统
2.创建新的dBASE表
在ArcCatalog目录树中，右键单击需要创建dBASE表 的文件夹，单击New，再单击dBASE表，为其输入一个名称， 并按回车键。
3.1.2 添加或删除属性
在ArcCatalog中，可通过添加、删除属性项来修改 Shapefile和dBASE的结构。 在Shapefile Properties对话框中的Fields标签中添 加属性项。 删除属性项，只需选中需删除的属性项，在键盘上按 Delete键，即可。
图3.7 新建Coverage操作
2. 创建新的INFO表
在Define INFO Table对话框中输入新表的名 字 、选择数据类型等。
图3.8 新建INFO表操作
3.2.2 建立拓扑
在ArcCatalog目录树中， 右键单击需要建立拓扑关系 的Coverage，单击 Properties命令，打开 Coverage Properties对话框 （ General选项卡），在 Feature classes中，选择需 要建立拓扑关系的地理要素 类。
地理信息系统算法第三章
椭圆的长半轴： a 椭圆的短半轴： b 椭圆的扁率： a − b α=
a
a、b称为长度元素
扁率反映了椭球体的 扁平程度
椭圆的第一偏心率：
a2 −b2 e′ = b 椭圆的第二偏心率：
e= a2 −b2 a
e和e’反映椭球体的扁平程 和 反映椭球体的扁平程 偏心率越大， 度，偏心率越大，椭球愈 扁
3.4.2 地球椭球体的相关公式
W
W 顾及 a = c 1−e2 和 =V 1−e2，则上式又可写为
c N= V (3-13) (3-
卯酉圈曲率半径
由图看出, 由图看出, (3(3-14) 也就是说，卯酉圈曲率半径恰好等于椭球面和短轴之间的一段法线 的长度，亦即卯酉圈的曲率中心位于椭球的旋转轴上。 N与B有关，是纬度B的函数,且随B的增大而增大，变化规律如下表 有关，是纬度B的函数,且随B
3.4.2 地球椭球体的相关公式
2.地球椭球参数间的相互关系 2.地球椭球参数间的相互关系
由前面式子得：
a2 − b2 e2 = a2
a2 − b2 e'2 = b2
b2 2 1− e = 2 a
a2 1+ e = 2 b
2
并得： 推得：
(1− e2 )(1+ e'2 ) = 1
e2 e2 ' = 1+ e 2 '
e2 '
e2 = 1− e2
同理可得： a = b 1+ e'2 L L = a 1− e2 L b
c = a 1+ e'2 L L = c 1− e2 L a
e' = e 1+ e'2 L L = e' 1− e2 L e
a
a、b称为长度元素
扁率反映了椭球体的 扁平程度
椭圆的第一偏心率：
a2 −b2 e′ = b 椭圆的第二偏心率：
e= a2 −b2 a
e和e’反映椭球体的扁平程 和 反映椭球体的扁平程 偏心率越大， 度，偏心率越大，椭球愈 扁
3.4.2 地球椭球体的相关公式
W
W 顾及 a = c 1−e2 和 =V 1−e2，则上式又可写为
c N= V (3-13) (3-
卯酉圈曲率半径
由图看出, 由图看出, (3(3-14) 也就是说，卯酉圈曲率半径恰好等于椭球面和短轴之间的一段法线 的长度，亦即卯酉圈的曲率中心位于椭球的旋转轴上。 N与B有关，是纬度B的函数,且随B的增大而增大，变化规律如下表 有关，是纬度B的函数,且随B
3.4.2 地球椭球体的相关公式
2.地球椭球参数间的相互关系 2.地球椭球参数间的相互关系
由前面式子得：
a2 − b2 e2 = a2
a2 − b2 e'2 = b2
b2 2 1− e = 2 a
a2 1+ e = 2 b
2
并得： 推得：
(1− e2 )(1+ e'2 ) = 1
e2 e2 ' = 1+ e 2 '
e2 '
e2 = 1− e2
同理可得： a = b 1+ e'2 L L = a 1− e2 L b
c = a 1+ e'2 L L = c 1− e2 L a
e' = e 1+ e'2 L L = e' 1− e2 L e
地理信息技术应用ppt课件ppt课件
心部分。
地理信息技术是实现“数字地球 ”这一概念的关键技术之一。
地理信息技术的组成
01
02
03
04
遥感技术
利用卫星或其他传感器获取地 球表面空间的数据，并进行图
像处理和信息提取。
地理信息系统
对地理数据进行输入、存储、 查询、分析、输出等操作的信
息系统。
全球定位系统
利用卫星定位技术确定地球表 面空间位置的坐标系统。
城市管理
GIS可用于城市交通管理、公共设施布局、城市环境监测等领域，提高城市管理 的效率和精细化程度。
环境监测和保护
环境监测
GIS结合遥感技术可以对大气、水 质、土壤等环境要素进行实时监 测和数据分析，为环境保护提供 科学依据。
生态保护
GIS可以用于生态保护领域，例如 通过分析物种分布和迁徙路径， 制定更为有效的自然保护措施。
空间分析
利用数学模型和计算机技术对 地理数据进行空间分析和预测
。
地理信息技术的应用范围
资源调查与环境监测
利用遥感技术和地理信息系统 进行资源调查和环境监测，如 土地资源调查、环境污染监测
等。
城市规划与管理
利用地理信息技术进行城市规 划和管理，如城市交通规划、 城市土地利用规划等。
灾害预警与应对
利用地理信息技术进行灾害预 警和应对，如地震、洪水等自 然灾害的监测和预警。
地理信息系统的功能
GIS具有地图制作、空间分析、决策支持等功能。
遥感技术的原理
01
02
03
遥感的定义
遥感是指通过传感器远距 离探测目标物体，并获取 其信息的技术。
遥感的分类
根据平台和波段的不同， 遥感技术可分为卫星遥感 、航空遥感、红外遥感等 。
地理信息技术是实现“数字地球 ”这一概念的关键技术之一。
地理信息技术的组成
01
02
03
04
遥感技术
利用卫星或其他传感器获取地 球表面空间的数据，并进行图
像处理和信息提取。
地理信息系统
对地理数据进行输入、存储、 查询、分析、输出等操作的信
息系统。
全球定位系统
利用卫星定位技术确定地球表 面空间位置的坐标系统。
城市管理
GIS可用于城市交通管理、公共设施布局、城市环境监测等领域，提高城市管理 的效率和精细化程度。
环境监测和保护
环境监测
GIS结合遥感技术可以对大气、水 质、土壤等环境要素进行实时监 测和数据分析，为环境保护提供 科学依据。
生态保护
GIS可以用于生态保护领域，例如 通过分析物种分布和迁徙路径， 制定更为有效的自然保护措施。
空间分析
利用数学模型和计算机技术对 地理数据进行空间分析和预测
。
地理信息技术的应用范围
资源调查与环境监测
利用遥感技术和地理信息系统 进行资源调查和环境监测，如 土地资源调查、环境污染监测
等。
城市规划与管理
利用地理信息技术进行城市规 划和管理，如城市交通规划、 城市土地利用规划等。
灾害预警与应对
利用地理信息技术进行灾害预 警和应对，如地震、洪水等自 然灾害的监测和预警。
地理信息系统的功能
GIS具有地图制作、空间分析、决策支持等功能。
遥感技术的原理
01
02
03
遥感的定义
遥感是指通过传感器远距 离探测目标物体，并获取 其信息的技术。
遥感的分类
根据平台和波段的不同， 遥感技术可分为卫星遥感 、航空遥感、红外遥感等 。
地理信息系统 第三章地理空间数据模型
按实体的属性结构
同种属性表为一个层
按专题分层
每个图层对应一个专题，包含某一种 或某一类数据。如地貌层、水系层、道 路层、居民地层等。。
现实世界
获取
地形信息
+
水系信息
+
道路信息
+
植被信息等
存储
空间 数据库
按时间序列分层
即把不同 时间或不同时 期的数据分别 构成各个数据 层
图层i 图层j
点文件i 线文件i
代码有数字、字母、数字和字母混合三类表示形式。
数字型代码
用一个或若干个阿拉伯数字表示对象的代码。特点是结构 简单、使用方便、易于排序，但对对象的特征描述不直观。
字母型代码
用一个或若干个字母表示对象的代码。特点是比同样位数 的数字型代码容量大，还可提供便于识别的信息，易于记 忆，但比同样位数的数字型代码占用更多的计算机空间。
空间数据的分层和分区
地理信息本身具有层次性。分层和分区 是空间数据组织的高级形式，为管理和 使用提供了便利 分层依据地理实体性质 分区依据平面范围
分层
按专题
地貌、水系、植被、交通、居民地等
按时间
不同时间的数据成为不同层，便于对比、处理、表 现。如每年建的住宅用不同的颜色表现
按实体的几何类型
一般按点、线、面、注记
格网型空间索引
将区域用横竖线条划分大小相等和不等 的格网，记录每一个格网所包含的空间 实体。进行空间查询时，首先计算出查 询对象所在格网，然后再在该网格中快 速查询所选空间实体。
一条河流、一个湖泊和一条省界，它们的关键字分别为5，11和 23。河流穿过的栅格为2，34，35，67，68；湖泊覆盖的栅格为 68，69，100，101；省界所通过的栅格为5，37，36，35，67， 99，98，97。
同种属性表为一个层
按专题分层
每个图层对应一个专题，包含某一种 或某一类数据。如地貌层、水系层、道 路层、居民地层等。。
现实世界
获取
地形信息
+
水系信息
+
道路信息
+
植被信息等
存储
空间 数据库
按时间序列分层
即把不同 时间或不同时 期的数据分别 构成各个数据 层
图层i 图层j
点文件i 线文件i
代码有数字、字母、数字和字母混合三类表示形式。
数字型代码
用一个或若干个阿拉伯数字表示对象的代码。特点是结构 简单、使用方便、易于排序，但对对象的特征描述不直观。
字母型代码
用一个或若干个字母表示对象的代码。特点是比同样位数 的数字型代码容量大，还可提供便于识别的信息，易于记 忆，但比同样位数的数字型代码占用更多的计算机空间。
空间数据的分层和分区
地理信息本身具有层次性。分层和分区 是空间数据组织的高级形式，为管理和 使用提供了便利 分层依据地理实体性质 分区依据平面范围
分层
按专题
地貌、水系、植被、交通、居民地等
按时间
不同时间的数据成为不同层，便于对比、处理、表 现。如每年建的住宅用不同的颜色表现
按实体的几何类型
一般按点、线、面、注记
格网型空间索引
将区域用横竖线条划分大小相等和不等 的格网，记录每一个格网所包含的空间 实体。进行空间查询时，首先计算出查 询对象所在格网，然后再在该网格中快 速查询所选空间实体。
一条河流、一个湖泊和一条省界，它们的关键字分别为5，11和 23。河流穿过的栅格为2，34，35，67，68；湖泊覆盖的栅格为 68，69，100，101；省界所通过的栅格为5，37，36，35，67， 99，98，97。
空间数据的获取优秀课件
地理（空间）坐标系，也可称为真实世界的坐标系 ，是用于确定地物在地球上位置的坐标系。
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 。
大比例尺 小比例尺
river 1:500 river 1:24000
city
1:5000
Ê
city 1:250000
8
3、地图按结构分类
l线画地图用矢量数据结构来表示； l影像地图用栅格数据结构来表示。 任何图片或空间数据都可以表达为数字影像，GIS中 的数字影像与其它影像（如医疗影像）的区别是： 在GIS中数字影像具有地址编码，即影像中的像元点 具有准确的投影位置记录，并且一般能够显示几种空 间数据类型及其注记。 影像地图的分辩率指一个像元所覆盖的地表面积。 l数字地形图 把测区按一定比例缩小成立体模型，然后将模型上的 地形地物点用平行投影的方法表示在图纸平面上形成 的地图 。
交互地图是人可以通过一定的途径，例如选择观 察数据的角度、修改显示参数等来改变地图的显示 行为（Butterfield 1996）。在这个过程中，屏幕地 图（如双眼视觉立体地图），与应用人员人脑中相 关地学知识以及直觉等形成的心智图像（虚拟地图） 一直处于相互作用、相互比较、相互修改、逐渐完 善的信息联系和反馈状态。
18
3.3 地图的投影 一、地图投影
由于球面的不可展示性，为了用平面坐标来表 示球面上目标的空间位置，必须进行球面坐标到 平面坐标的转换，这就是地图的投影变换。
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
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 。
大比例尺 小比例尺
river 1:500 river 1:24000
city
1:5000
Ê
city 1:250000
8
3、地图按结构分类
l线画地图用矢量数据结构来表示； l影像地图用栅格数据结构来表示。 任何图片或空间数据都可以表达为数字影像，GIS中 的数字影像与其它影像（如医疗影像）的区别是： 在GIS中数字影像具有地址编码，即影像中的像元点 具有准确的投影位置记录，并且一般能够显示几种空 间数据类型及其注记。 影像地图的分辩率指一个像元所覆盖的地表面积。 l数字地形图 把测区按一定比例缩小成立体模型，然后将模型上的 地形地物点用平行投影的方法表示在图纸平面上形成 的地图 。
交互地图是人可以通过一定的途径，例如选择观 察数据的角度、修改显示参数等来改变地图的显示 行为（Butterfield 1996）。在这个过程中，屏幕地 图（如双眼视觉立体地图），与应用人员人脑中相 关地学知识以及直觉等形成的心智图像（虚拟地图） 一直处于相互作用、相互比较、相互修改、逐渐完 善的信息联系和反馈状态。
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3.3 地图的投影 一、地图投影
由于球面的不可展示性，为了用平面坐标来表 示球面上目标的空间位置，必须进行球面坐标到 平面坐标的转换，这就是地图的投影变换。
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
GIS原理课件3空间数据获取
东华理工大学 吴静
➢ 3）GPS测量
❑ GPS的基本概念 ✓ 全球定位系统（GPS），有美国海军于1973年开 始实施，并于20世纪90年代开始使用 ✓ 由三部分组成：空间部分、控制部分和用户部分 ✓ 空间部分：包括卫星和在佛罗里达州Canaeral海 岬携载卫星升空的德而塔火箭；卫星系统24颗卫 星组成，高度为20183KM，分布在6个轨道面上， 轨道面之间的夹角为60度，并且与赤道面的交角 为55度，以保证可以覆盖极地地区
东华理工大学 吴静
➢ 定量描述
❑包括空间对象的图形、属性两个方面 ❑图形：指空间坐标
✓测量的尺度取决于采样点的取舍和测量坐标的精度 ✓比例尺决定空间数据的密度、坐标精度或影像数据
的分辨率，例如 公路在大比例尺中看成是面状地物、坐标精确 到厘米 在小比例中视为线，坐标精确到分米或米
❑属性：指属性项的量化值，如 ✓土壤的酸碱度、某职工的工资，统计调查数据
东华理工大学 吴静
（1:25万DLG数据-等高线）
东华理工大学 吴静
➢ 3）数字正射影像图（DOG）
❑DOG是利用数字高程模型对扫描处理的数字化 的航空像片/遥感影像，经过象元进行纠正， 再按影像镶嵌，根据图幅范围剪裁生成的影 像数据
❑特点： ✓基于场（栅格）表示的模型 ✓直观而详细记录地表自然现象 ✓数据源丰富 ✓生产效率高
东华理工大学 吴静
东华理工大学 吴静
7）数据内容与相应设备
地图 地面测量数据 航空、遥感
统计资料 数字数据 多媒体
东华理工大学 吴静
坐标几何 扫描仪 数字化仪 摄影测量 数据交换
键盘
编辑处理
空间 数据库
❖1.2 空间数据的特征
➢ 空间特征
❑是GIS所独有的数据类型 ❑在地理坐标框架下，刻画空间对象的位置、形状和
➢ 3）GPS测量
❑ GPS的基本概念 ✓ 全球定位系统（GPS），有美国海军于1973年开 始实施，并于20世纪90年代开始使用 ✓ 由三部分组成：空间部分、控制部分和用户部分 ✓ 空间部分：包括卫星和在佛罗里达州Canaeral海 岬携载卫星升空的德而塔火箭；卫星系统24颗卫 星组成，高度为20183KM，分布在6个轨道面上， 轨道面之间的夹角为60度，并且与赤道面的交角 为55度，以保证可以覆盖极地地区
东华理工大学 吴静
➢ 定量描述
❑包括空间对象的图形、属性两个方面 ❑图形：指空间坐标
✓测量的尺度取决于采样点的取舍和测量坐标的精度 ✓比例尺决定空间数据的密度、坐标精度或影像数据
的分辨率，例如 公路在大比例尺中看成是面状地物、坐标精确 到厘米 在小比例中视为线，坐标精确到分米或米
❑属性：指属性项的量化值，如 ✓土壤的酸碱度、某职工的工资，统计调查数据
东华理工大学 吴静
（1:25万DLG数据-等高线）
东华理工大学 吴静
➢ 3）数字正射影像图（DOG）
❑DOG是利用数字高程模型对扫描处理的数字化 的航空像片/遥感影像，经过象元进行纠正， 再按影像镶嵌，根据图幅范围剪裁生成的影 像数据
❑特点： ✓基于场（栅格）表示的模型 ✓直观而详细记录地表自然现象 ✓数据源丰富 ✓生产效率高
东华理工大学 吴静
东华理工大学 吴静
7）数据内容与相应设备
地图 地面测量数据 航空、遥感
统计资料 数字数据 多媒体
东华理工大学 吴静
坐标几何 扫描仪 数字化仪 摄影测量 数据交换
键盘
编辑处理
空间 数据库
❖1.2 空间数据的特征
➢ 空间特征
❑是GIS所独有的数据类型 ❑在地理坐标框架下，刻画空间对象的位置、形状和
地理信息系统第三章
1．3．2三维空间数据模型
三维矢量模型 体模型
1．3．3分布式空间数据模型
分布式空间数据库管理系统 联邦空间数据库（Federated Spatial Database）
1．3．4 CASE工具 (Computer-Aided Software Engineering)
2．场模型
1．2空间数据模型的类型
在GIS中与空间信息有关的信息模型有三个，即基于对象 （要素）（Feature）的模型、网络（Network）模型以及 场（Field）模型。 选择某一种模型而不选择另外一种模型主要是顾及数据的 测量方式。
1．3 GIS空间数据模型的学术前沿
1．3．1时空数据模型 核心问题是研究如何有效地表达、记录和管理现实世界的 实体及其相互关系随时间不断发生的变化。
е1 P1 е5 P2 е2
N1
е6
N4
P3
N5
е3
N2
е4
N3
P4
е7
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
3.地理空间数据 拓扑关系的表示
N2
е1
P1 е5
N4
е6
P3
N5
е3
结点集合
P2
е2
е4
N3 针
4．4度量空间关系分析
度量空间关系主要是指空间对象之间的距离关系。 这种距离关系可以定量地描述为特定空间中的某种距离， 如A实体距离B实体100m。也可以应用与距离概念相关的术
GIS地理信息系统空间数据结构ppt课件
数据库
独立编码
点: ( x ,y )
线: ( x1 , y1 ) , (x2 , y2 ) , … , ( xn , yn ) 面: ( x1 , y1 ) , (x2 , y2 ) , … , ( x1 , y1 )
标识码 属性码 存储方法
点位字典
空间对象编码; 唯一; 连接空间和属性数据
点: 点号文件 线: 点号串 面: 点号串
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3、拓扑关系的表达 拓扑关系具体可由4个关系表来表示： （1） 面--链关系： 面 构成面的弧段 （2） 链--结点关系： 链 链两端的结点 （3） 结点--链关系： 结点 通过该结点的链\ （4） 链—面关系： 链 左面 右面
4、拓扑关系的意义：
对于数据处理和GIS空间分析具有重要的意义，因为： 1）拓扑关系能清楚地反映实体之间的逻辑结构关系，它比几何关系具有更大的稳 定性，不随地图投影而变化。 2）有助于空间要素的查询，利用拓扑关系可以解决许多实际问题。如某县的邻接 县，--面面相邻问题。又如供水管网系统中某段水管破裂找关闭它的阀门，就需要 查询该线（管道）与哪些点（阀门）关联。 3）根据拓扑关系可重建地理实体。
距离（大地线）（沿地球大圆经过两个城市中心的距离）。
（二）拓扑关系
11
（二）拓扑关系
1、定义 2、种类 3、拓扑关系的表达 4、意义
1、定义： 指图形保持连续状态下变形，但图形关系不变的性质。
将橡皮任意拉伸，压缩，但不能扭转或折叠。
拓扑变换 （橡皮变换）
非拓扑属性（几何） 两点间距离
一点指向另一点的方向
第三章 空间数据结构
§3-1空间实体及其描述 §3-2矢量数据结构 §3-3栅格数据结构
;.
1
地理信息系统-ppt
地理空间数据
定位 拓扑关系
属性
系统开发、管理和使用人员
信息管 理
管理
咨询 数据整理
三 . 地理信息系统的功能简介
基本功能 • 数据采集与编辑 • 数据存储与管理 • 数据处理和变换 • 查询与空间分析 • 产品制作与显示 • 二次开发和编程
应用功能
一、基本功能
1、数据采集与编辑
地理信息系统的数据 通常抽象为不同的专题或 层，如图。数据采集与编 辑功能就是保证各层实体 的地物要素按顺序转化为x 、y坐标及对应的代码输入 到计算机中。
身；除此之外，还有描述地理实体的文字 、数字、地图和影像等符号信息载体；以 及纸质、磁带、光盘等物理介质载体。
磁带：信息物理载体
三、信息系统与地理信息系统
1、信息系统
信息系统（Information System）是具有
采集、处理、管理和分析数据能力的系统，它 能为单一的或有组织的决策过程提供各种有用 信息。
国家重点实验室培育 基地——甘肃省干旱 生境作物学重点实验 室：北纬 N36°05′24.09″ 东经 E103°41′56.49″ 海拔
1527.44米
信息的特征： 客观性 适用性 可传输性 共享性
信息借助数据中 心、交换中心、 信息网络传输、 交换与共享
信息与数据的关系：
（1）信息来源于数据，是数据的 内容和解释。
(2)数据重构。指对数据从一种几何形态转换为另 一种几何形态，包括数据拼接、数据截取、数据 压缩、结构转换等；
(3)数据抽取。指对数据从全集合到子集的条件提 取，包括类型选择、窗口提取、布尔提取和空间 内差等。
4、查询与空间分析 主要方法：
拓扑叠合 缓冲区建立 数字地形分析 空间集合分析
地理信息系统(空间数据结构)
31
第二节 矢量数据结构
3）双重独立式 索引式数据结构采用树状索引以减少数据冗余并 间接增加邻域信息，具体方法是对所有边界点进 行数字化，将坐标对以顺序方式存储，由点索引 与边界线号相联系，以线索引与各多边形相联系， 形成树状索引结构。
32
11
12 13
30 29
14
10
31
28 27
15
1
24 25
AB
8
决定栅格单元代码的方式
优点：混合单元 减少、量算精度 提高、更接近真
实形态
缺点：数据量增 加、数据冗余严
重
9
栅格数据的压缩编码方式：链式编码
北=6
西北=5
东北=7
西=4
东=0
西南=3
东南=1
南=2
12345678 1 AAAARAAA 2 AAARAAAA 3 A A ARAGGA 4 A A ARAGGA 5 A ARAGGGG 6 ARA AGGGA 7 ARA AGGGA 8RAAAAAAA
26
16
23
2
98
17
22
7
21
6
20
3
5
18
19
4
多边形原始数据
B
C
D
E
ab
c f g hj
e f i bc i
线与多边形之间的树状索引
点与线之间的树状索引
33
小结
本次课首先学习了栅格数据的相关知识，对栅 格结构的特点和表示、数据的获取以及提高数 据的经度进行了介绍，然后对栅格数据的四种 压缩编码方式进行学习，最后介绍了矢量数据 结构的基础知识。
(1,1,2,9), (1,3,1,9),(1,4,1,9),(1,5,2,0),(1,7,2,0)图,(2,3,1,9),(2,4,1,0),
第二节 矢量数据结构
3）双重独立式 索引式数据结构采用树状索引以减少数据冗余并 间接增加邻域信息，具体方法是对所有边界点进 行数字化，将坐标对以顺序方式存储，由点索引 与边界线号相联系，以线索引与各多边形相联系， 形成树状索引结构。
32
11
12 13
30 29
14
10
31
28 27
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1
24 25
AB
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决定栅格单元代码的方式
优点：混合单元 减少、量算精度 提高、更接近真
实形态
缺点：数据量增 加、数据冗余严
重
9
栅格数据的压缩编码方式：链式编码
北=6
西北=5
东北=7
西=4
东=0
西南=3
东南=1
南=2
12345678 1 AAAARAAA 2 AAARAAAA 3 A A ARAGGA 4 A A ARAGGA 5 A ARAGGGG 6 ARA AGGGA 7 ARA AGGGA 8RAAAAAAA
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2
98
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22
7
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6
20
3
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多边形原始数据
B
C
D
E
ab
c f g hj
e f i bc i
线与多边形之间的树状索引
点与线之间的树状索引
33
小结
本次课首先学习了栅格数据的相关知识，对栅 格结构的特点和表示、数据的获取以及提高数 据的经度进行了介绍，然后对栅格数据的四种 压缩编码方式进行学习，最后介绍了矢量数据 结构的基础知识。
(1,1,2,9), (1,3,1,9),(1,4,1,9),(1,5,2,0),(1,7,2,0)图,(2,3,1,9),(2,4,1,0),
地理信息系统空间数据库PPT教案
院长编号 1 2
第27页/共54页
3） 教 师 -学 院 （联 系）
教工号 姓名
学历
工资
电话
学院编号
200501 李江
博士
4000
123456 1
第28页/共54页
4） 课 表 -教 师 （联 系）
课程号 教工号
学时数
时间
地点
45012 200501 64
20050 9
教2305
5） 学 生 （ 实 体）
第9页/共54页
空间数据库设计步骤： （1）需求分析：系统分析特定的专业应用需求。
（2）概念设计: 把用户的需求加以解释，并用概念模 型表达出来。概念模型是对现实世界的抽象。主要描 述数据及其之间的语义关系。如实体-联系模型、面向
对象数据模型。
（3）逻辑设计：把概念模型利用数据库管理系统提供 的工具映射为计算机中数据库管理系统所支持的数据
N1N2 N3N2 N1N3 N2N3 N2N5 N3N5 N1N3 N1N4 N3N4 N3N4 N3N5 N4N5
优 点 ：层次分明、结构清晰、易理解。 缺 点 ：冗余度大，不适于表示数据的拓朴关系。
第14页/共54页
•网状数据模型
图数据结构。表达数据关系是多对多 （M： N）。
M
P1
P2
P3
第12页/共54页
2.1 传统的数据模型
层 次 模 型 、 网状 模型和 关系模 型
N2
a5
N5
a1 a2
P1
P2
a7
a3
N3 a6
P4
a8
P3 N1
N4
a4
地块图
第13页/共54页
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电子数据
全站仪、GPS数据 地球物理、地球化学 遥感数据
GIS的数据来源—特点
GIS 空间数据 地图 存储介质、现势性、投影转换
多媒体，辅助 GIS空间分析 和查询
地面测量
Байду номын сангаас
遥感、航空影象和数据 分辨率、变形规律、纠正、解译特征
统计数据
数字数据 格式、精度
主要数据采集方法—各种定位设备
野外测量：大平板、全站仪、GPS、移动测绘系统 特 点：精度高、效率较低 适合范围：小范围GIS数据采集或局部数据更新
3.2.2 空间数据的特征
1)以统一的坐标系统进行空间定位 地理数据必须具有标准坐标系中的参考位置。坐标系统的选择根据 具体应用要求可以选择局部、全国或国际通用坐标系统。但不管如何选 取坐标系统，系统之间应能进行转换。 在我国，依照国际惯例并结合我国的具体实际，一般采用与我国基 本图系列一致的地图投影系统，就是大比例尺时的高斯-克吕格投影（横 轴等角切圆柱投影）和中小比例尺时的Lambert投影（正轴等角割圆锥投 影） 2) 空间数据与非空间数据相结合 空间数据用来描述目标的空间特征，如坐标、周长、面积、曲率等； 而目标的非空间特征则用属性来表示。 3)空间数据间存在复杂的关系 地理数据之间的关系是复杂的。例如，消防工作不仅需要很快找到 失火的地点和消防栓位置，还要知道哪个消防队离火场最近，这就是我 们通常所说的拓扑关系。复杂的关系不可能全部存储，有些要通过计算 获取。 4)地理数据具有时效性 地理数据具有周期性和时间性，过时的信息不具备现势的意义，但 可以作为历史保存。因此，目前在信息系统中经常以时间属性标注数据 特征，而在地理信息系统中增加时间表达维则会增加数据处理的难度。
跟踪数字化输入
(1) (2) (3) (4)
数字化仪简介 数字化过程 数字化方式 数字化精度
手扶跟踪数字化方法
定标器 感应板
数字化仪示意图
底座
(1) 数字化仪简介
数字化仪由电磁感应板（操作平 台）、坐标输入控制器（标示器） 和接口装置组成。目前，市场上数 字化仪的规格按其可处理的图幅面 积来划分，有 A0 、 A1 、 A3 等幅面。 典型的用于制图的数字化仪是 A0 规 格，其幅面为 1.0m×1.5m 。较小的 数字化设备称为数字化板。
主要数据采集方法—数字化设备
数字化设备：数字化仪、扫描仪、摄影测量设备 特 点：范围大，速度快 使 用 范 围：大面积GIS数据采集、资源普查等
数字化仪
扫描仪
数字摄影测量工作站
主要数据采集方法—数据交换
GIS A 内部文件 数据交换文件 GIS A GIS B 外部文件 外部文件 GIS B 内部文件
第三章 空间数据获取
3.1概述
数据采集在GIS中的地位
汽油
数据
以数据为处理线索 硬件∶软件∶数据 = 1∶2 ∶7
GIS数据：内容
数字线化数据
地形测图思想：点、线、面
影象数据
数据源丰富 生产效率高 直观详细记录地表自然现象
数字高程模型 属性数据
是什么，判读和考察 详细描述信息
3.2 空间数据及其特征
3.2.1空间数据 数据处理与解释：P36 空间数据概念：P36
空间特征： GIS独有的数据类型 刻画空间对象的位置、形状和大小等几何特征 表示：绝对描述—坐标（直角坐标、经纬度） 相对描述—空间关系 专题特征 除空间特征、时间特征外的其它特征 时间特征
数据采集流程
评价 计划 调查
编辑 处理
准备 收集
数字化
3.4 地理信息系统数据输入
属性数据的输入 空间数据的输入 空间与属性数据的连接
3.4.1 属性数据输入
(1)与空间数据同时输入
键码法- 根据数字化仪标示器上的键盘,将数字化要素的 特征码输入数字化程序 直接输入法-利用计算机的数字键盘将数字化要素特征码 输入给数字化程序 特征码清单法-在数字化仪右上方设置一块菜单区域,每个 矩形方格为一种要素的菜单选项,当数字化图形时,先在 菜单选项中取点,程序将坐标换算成菜单编号,再编码得 到相应特征码
(2) 数字化过程
根据GIS软件所提供的数字化仪设备驱动程序和数字 化仪的类型，作好数字化仪安装工作，给数字化仪加 电，将准备好的数字化原图固定于数字化桌上，输入 原图的比例尺，定义用户坐标系（原点和坐标轴）， 确定地图投影方式，选择数字化方式，确定数字化范 围，即用标示器将X、Y最小值的点和X、Y最大值的点 数字化。数字化时必须按照不同的专题内容分文件、 分图层有顺序地数字化，幅面较大的图件，可分块数 字化。
空间数据采集的主要任务
数据采集在GIS中的地位 数据采集任务
将现有的地图、外业观测成果、航空像片、遥感 图片数据、文本资料等转换成GIS可以接受的数字 形式。 数据库入库之前进行验证、修改、编辑等处理， 保证数据在内容和逻辑上的一致性。（数据质量 控制） 不同的数据来源要用到不同的设备和方法。 数据的转换装载 数据处理：几何纠正、图幅拼接、拓扑生成等。
(2)属性数据单独输入到文本文件中
3.4.2 空间数据输入
手工键盘输入 跟踪数字化输入 扫描数字化输入 现有数据转换
手工键盘输入
键盘输入就是通过手工在计算机终端上输入数 据。实际上就是将图形元素点、线、面实体的 地理位置数据（各种坐标系中的坐标）通过键 盘输入数据文件或程序中去。实体坐标可以用 地图上的坐标网或将其他格网复盖在材料上量 取，这是最简单又不用任何特殊设备的图形数 据输入法。
以统一的坐标系统进行空间定位;空间数据与非空间数据 相结合;地理数据间存在复杂的关系;地理数据具有时效性
3.3 GIS的数据来源—分类表
第一手数据
平板测量数据 工程测量数据 笔记 航空、遥感相片 人口普查 社会经济调查 各种统计资料
第二手数据 地图 专题地图 统计图表
已建各种数据库 GIS数据
非电子数据
GIS A
数据交换标准
Open GIS
Internet / Intranet
数据内容与相应设备
地图
地面测量数据 航空、遥感 统计资料 数字数据 多媒体
坐标几何
扫描仪
数字化仪 编辑处理 摄影测量 数据交换 键盘 空间 数据库
数据采集方案
随机采样
系统采样
系统随机采样
可变系统采样
蔟聚采样
断面采样
等高线采样