02空间数据基础
交通地理信息系统02_空间数据基础
即欧氏平面
地理实体：分布于地球表面的人文和自然现象的总称 实体必须符合三个条件：
可被识别
重要（与问题有关） 可被描述（有特征）
3．要素模型
嵌入式空间：是指空间对象存在于“空间”之中。空间对象的定义取 决于嵌入式空间的结构。
常用的嵌入式空间类型： 欧式空间（距离、方位） 量度空间（距离） 拓扑空间（拓扑关系） 面向集合的空间（只采用一般的基于集合的关系）
4.地理空间及其表达
2、空间实体的表达（计算机） 矢量表达 在矢量数据结构中，地理实体的形状和位置是由一组坐标对所确定。矢 量数据结构对地理实体的描述类似于地图对地理信息的描述，一般也把 地理实体分为点、线、面、体等四种，每种实体有不同的编码方法。 栅格表达 在栅格数据结构中，整个地理空间被规则地分为一个个小块（通常为 正方形），地理实体的位置是由占据小块的横排与竖列的位置决定，小 块的位置则由其横排竖列的数码决定，每个地理实体的形态是由栅格或 网格中的一组点来构成。这种数据结构和遥感图象的数据相同，因而数
在各向同性与各向异性场中的旅行时间面
强空间正负自相关模式
2. 场模型
栅格数据模型
栅格数据模型是基 于连续铺盖的，它 是用二维铺盖或划 分覆盖整个连续空 间；铺盖可以分为 规则的和不规则的， 后者可当做拓扑多 边形处理
三角形、方格和六角形划分
栅格数据模型
3．要素模型
1. 基本概念
欧氏空间：带坐标的可测量点之间的距离和方向的空间模型 欧氏平面：把空间特性转换成实数的元组特性，而形成的二维模型
点集拓扑学是拓扑描述的数学基础
空间关系数据
主要是指点-点、点-线、点-面、线-线、线-面、面-面之间的相互
空间数据基础设施
国家空间数据基础设施
国家空间数据基础设施是指对地理空间数据有 效地采集、管理、访问、维护、分发利用所必 需的政策、技术、标准，基础数据集和人力资 源的总称 国家空间数据基础设施的含义是在国家层次上 统筹规划和协调地理信息化工作，按照统一的 数据标准和信息技术标准，生产和整合多种空 间分辨率的地理空间数据，将纵横分布的众多 空间数据库连接起来，形成一种类似于公路和 铁路那样的基础设施，使全社会能充分地利用 和共享地理空间数据。
江泽民于1996 年为国家测绘局题词“加强 测绘工作,发展地理信息产业”,《中国21 世 纪议程》明确指出“大力发展信息产业,特 别是加快建设国家基础地理信息系统”。 《中华人民共和国国民经济和社会发展 “九五”计划和2010年远景目标》也明确 要求加快国民经济信息化进程,并要“加强 测绘工作,搞好基础地理信息系统建设”。 按照国家的要求,国家测绘局在“九五”事 业发展规划中已把NSDI 放在优先建设的位 置。
1:25万
全国1:25万地形数据库共分水系、居民地、铁路、公 路、境界、地形、其他要素、辅助要素、坐标网以及 数据质量等十四个数据层。该数据库按地理坐标和高 斯-克吕格投影两种坐标系统分别存储。 全国1:25万地名数据库是一个空间定位型的关系数据 库，其主要内容是1:25万地形图上各类地名信息及与 其相关的信息，如汉语拼音、行政区划、坐标、高程 和图幅信息等。该数据库设计了地名信息、行政区划 信息、图幅信息、图幅与政区关系、地名类别对照、 行政区划与政区代码对照六个表。前四个表为基本信 息表，后两个表为辅助信息表。
空间数据基础设施建设的意义
我国信息化已经进入了全方位、高效益和 深层次的发展阶段,对中国经济和社会发展 的影响越来越深刻。 NSDI建设是国家信息化建设的重要组成部 分,是当今世界发展的趋势。高新技术为空 间数据获取、使用、发布、整合并产生新 的增值产品和服务创造了前所未有的机会 和条件。
数据科学基础课件-第2章 高维空间(High-Dimensional Space)
符号说明
一般按下列约定使用符号
小写字母表示标量变量和函数 粗体小写字母表示向量，如
x表示向量；xi 表示x中的第i维
大写字母表示矩阵
9
主要内容
The Law of Large Numbers The Geometry of High Dimensions Properties of the Unit Ball Generating Points Uniformly at Random from a Ball Gaussians in High Dimension Separating Gaussians Fitting a Single Spherical Gaussian to Data Random Projection and Johnson-Lindenstrauss Lemma
数据科学基础 高维空间(High-Dimensional Space)
1
事物的次要因素与统计规律
客观世界中作用于事物的因素分为基本因素和次 要因素，分别决定事物的必然规律和统计规律
人们所能认识而且能够控制的因素是基本因素， 而大量的次要因素未能为人们所认识或未能被人 们所控制
统计规律是随机事件的整体性规律，是事件系统 所具有的必然性
30
Generating Points Uniformly at Random from a Ball
从单位球的表面均匀随机产生点
均匀随机：随机选取，并且每个点被选取的概率都是 等同的
d = 2,从单位圆的周长上均匀随机பைடு நூலகம்生点
两个维度分别独立地从区间[-1,1]上均匀随机产生，则可 能得到的点在以原点为中心，边长为2的正方形中
also concentrated at its equator
空间数据 数据域 数据集 元数据之间的关系
空间数据数据域数据集元数据之间的关系
空间数据、数据域、数据集和元数据之间存在以下关系：
空间数据是指与空间位置相关的数据，如地理坐标、地图、遥感图像等。
它包含了空间信息和属性信息，可以用于描述和分析地理空间现象。
数据域是指数据的取值范围或有效范围。
对于空间数据，数据域可以包括地理坐标的范围、属性值的范围等。
数据集是指一组相关数据的集合，可以包含多个空间数据对象。
数据集可以按照一定的规则或标准进行组织和管理。
元数据是关于数据的数据，用于描述数据的特征、来源、质量等信息。
对于空间数据，元数据可以包括数据的坐标系、比例尺、数据来源、采集时间等信息。
简单来说，空间数据是数据的一种类型，它具有空间位置信息；数据域定义了数据的取值范围；数据集是相关数据的集合；而元数据则提供了关于数据的描述信息。
这四者相互关联，共同构成了空间数据的完整描述和管理体系。
空间数据管理系统概论复习
《空间数据库管理系统概论》期末复习考试第一章绪论1.空间数据库: 是指在地球表面某一范围内与空间地理有关, 反应某一主题信息旳数据集合, 是一类以空间目旳作为存储对象旳专业数据库, 是GIS旳关键和基础。
2.空间数据: 是指以地球表面空间位置为参照旳自然、社会和人文经济景观数据。
它包括文字、数字、图形、影像、声音、图像等多种体现形式, 如地名地址、数字高程、矢量地图、遥感影像、地理编码数据、多媒体地图等。
3.矢量数据: 是一种用点、线、面等基本空间要素体现人们赖以生存旳自然世界旳数据。
4、栅格数据：是把地理空间中旳事物和现象作为持续旳变量或体来看待, 如大气污染、植被覆盖、土壤类型、地表温度等。
5、空间数据旳特性: 1）空间特性2）非构造化特性3）空间关系特性4）时态特性5）多尺度特性6.空间数据库: 在地球表面某一范围内与空间地理有关, 反应某一主题信息旳数据集合。
7、空间数据库旳特点: 1）数据量大2）空间数据与属性数据旳集3）应用广泛8、空间数据库管理系统: 位于顾客与操作系统之间旳一层数据管理软件。
对空间数据库旳所有操作都是在空间数据库管理系统旳统一管理和控制下进行旳。
9、空间数据库管理系统旳特点: 1）空间数据旳定义和操纵2）空间数据旳组织、存储和管理3）后台旳事务管理和运行管理4）数据库旳建立和维护10、空间数据系统旳一般由四部分构成: 1）空间数据库2）空间数据库管理系统3）数据库管理员4）顾客和应用程序11.既有旳两个空间数据原则简介:（1）简朴要素旳SQL实现规范（SFA SQL）: 第一部分定义旳是几何对象旳不同样体现方式和空间参照系统旳体现方式；这个规范不是针对某个特定平台定义旳, 具有平台独立性。
第二部分定义了第一部分定义旳简朴要素模型在数据库中旳实现, 给出了内模式下几何类型旳定义及有关实现。
（2）SQL多媒体及应用包旳第三部分: 1）空间定义了矢量数据存储于检索旳有关原则；2）静态图像定义了静态图像数据存储于检索旳有关原则。
GIS_3_地理空间与空间数据基础
任意水准面 HA
大地水准面
H´B HB
铅垂线
11
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
12
地理参考系统
Z 笛卡尔坐标
.M
Z X
X
Y
Z
.M
d
q 纬度
a 经度
X
极坐标
Y Y
13
地理空间的距离度量
➢ 距离度量的两种方式
✓ 沿真实的地球表面进行距离量度 ✓ 沿旋转椭球体表面进行距离量度（大圆弧长）
➢特征
✓ 定位明显，属性隐含
✓ 形象直观（点：如独立树、水准点；线：如铁路、 河流；面：如土地类型）
✓ 特别适合于模拟离散（非连续变化）的空间数据
✓ 其模拟空间数据的精度较高，但其精度与坐标点的
数量、质量有直接关系
52
形象直观
定位明显 属性隐含
53
适于模拟 离散数据
54
数据精度 与点的数 量与质量
➢ 旋转椭球体有多种：不同测定者、不同计算年代、
不同测定方法、不同测定地区，对椭球体的描述方法 不同
➢ 我国不同时期采用的椭球体：
✓ 1953年以前：海福特椭球体 ✓ 1953年—1978年：克拉索夫斯基（Krasovsky） ✓ 1978年以后：1975国际椭球体
7
地理空间坐标系的建立
➢ 地理坐标（球面坐标）
技术 数字模拟 投影变换
矢量格式 严密 小 高
复杂、高效 不一致
抽象、昂贵 不易实现 容易实现 不容易
复杂、高费用 不方便 快
栅格格式 简单 大 低
简单、低效 一致
第二章 地球空间与空间数据基础
遥感图像及地图表示
五、地理信息的数字化表述
地理信息的数字化表述，就是使计算机能够识别 地理事物的形状。
Open GIS对地理空间的认识模型
九个抽象层次
尺度世界 （尺度语言）
项目世界 （project）
地理点列世界 （坐标几何）
地理空间世界 （GIS语言）
地理几何 特征世界
概念世界
现实世界
（自然语言） （基本语言）
地理要素 集合世界
地理要素 世界
GIS的三个抽象层次
现实世界 地理实体或者现象
概念世界
2
4
12 24
48
96 192
1
4
16 144 576 2304 9216 36864
1
4
36 144 576 2304 9216
第二节 地理空间坐标系与地图投影
地理空间坐标系的主要目的，是确定空间 实体在地理空间中的位置，最直接的方法是用 地理坐标（经度、纬度）和高程来表示。
地理坐标系——球面坐标系
地图投影
平面直角坐标系 （笛卡尔平面直角坐标系、欧几里德空间系）
一、在椭球面上表示点位置的坐标系统
（一）大地坐标系
大地坐标系是大地测 量中以参考椭球面为 基准面的坐标系。
根据不同的应用，域可以表示二维和三维地理 空间。
三、地图对地理空间的描述
地图上各种内容要素之间的关系，是按照 地图投影建立的数学规则，使地面上各点和地 图平面上的相应点保持一定的函数关系，从而 在地图上准确地表达地表空间各要素的关系和
空间分析中数据基础
7.3 空间量算
1、几何量算 、
（1）长度 长度 （2）面积 2 面积
2、形状量算 、 3、质心量算 、 4、距离量算 、
几何量算对不同的点、线、面地物有不同的含义： 点状地物（0维）：坐标； 线状地物（1维）：长度，曲率，方向； 面状地物（2维）：面积，周长，形状，曲率 2 等； 体状地物（3维）：体积，表面积等。 一般的GIS软件都具有对点、线、面状地物的几 何量算功能，或者是针对矢量数据结构，或者是 针对栅格数据结构的空间数据。
多边形叠加分析
多边形的不同叠加方式
5、栅格图层叠加 、
栅格数据结构空间信息隐含属性信息明显的特 点，可以看作是最典型的数据层面，通过数学 关系建立不同数据层面之间的联系是GIS提供 的典型功能。空间模拟尤其需要通过各种各样 的方程将不同数据层面进行叠加运算，以揭示 某种空间现象或空间过程。例如土壤侵蚀强度 与土壤可蚀性，坡度，降雨侵蚀力等因素有关， 可以根据多年统计的经验方程，把土壤可蚀性、 坡度、降雨侵蚀力作为数据层面输入，通过数 学运算得到土壤侵蚀强度分布图。
空间分析
7.1 空间分析
定义: 是对分析空间数据有关技术的总称, 定义 是对分析空间数据有关技术的总称 其基础是空间数据库,它运用的手段包括 其基础是空间数据库 它运用的手段包括 各种几何的逻辑运算,数理统计分析 数理统计分析,代数 各种几何的逻辑运算 数理统计分析 代数 运算等数学手段. 运算等数学手段 1、基于空间图形的分析运算 、 2、基于非空间属性的运算 、 3、空间和非空间数据的联合运算 、
（广州自来水公司） 广州自来水公司）
公司资讯 产品介绍 解决方案
4 路径分析
1) 最短路径 A 距离最短 B 时间最短 2) 最佳路径
空间数据基础
返回
3、面状实体（多边形）
§3-1空间实体及其描述
是对湖泊、岛屿、地块等一类现象的描述。 在数据库中由一封闭曲线加内点来表示。 面状实体的如下特征：
1）面积范围
2）周长
3）独立性或与其它地物相邻 如中国及其周边国家 4）内岛屿或锯齿状外形： 如岛屿的海岸线封闭所围成的区域。 5）重叠性与非重叠性： 如学校的分区，菜市场的服务范围等 都有可能出现交叉重叠现象，而一个城 市的各个城区一般说来不会出现重叠。
分离：计算距离。
学校
菜场
返回
四、实体间空间关系
（一）空间关系类型
1、 拓扑空间关系：
§3-1空间实体及其描述
北
a
b
2、 顺序空间关系： （方向空间关系） 用上下左右、前后、东南西北等方向性名称来描述空间实体的顺序关系， 算法复杂，至今没有很好的解决方法。 3、 度量空间关系，主要指实体间的距离关系，远近。 1）在地理空间中两点间的距离有两种度量方法。 a、沿真实的地球表面进行,除与两点的地理坐标有关外，还与所通过路径 的地形起伏有关，复杂,引入第二种。 b、沿地球旋转椭球体的距离量算。 2） 距离类别： 欧氏距离（笛卡尔坐标系）、曼哈顿（出租车）距离、时间距离（纬度 差）、大地测量距离（大地线）（沿地球大圆经过两个城市中心的距离）。
（二）空间特征类型
2、线状实体 （三）实体类型组合 3、面状实体 4、体状实体
返回
§3-1空间实体及其描述
1、点状实体
点或节点、点状实体。点：有特定位置，维数为0的物体。 1）实体点：用来代表一个实体。 2）注记点：用于定位注记。 3）内点：用于负载多边形的属性， 存在于多边形内。
4）角点、节点Vertex：
国家空间数据基础设施的标准与规范
GIS标准基础设施和全球空间数据基础设施层次 的一致性，为空间数据一体化铺平了道路，使得 GIS标准不仅能够在空间数据基础设施各层之间 进行横向集成，而且也能够在层之间纵向集成。 这样，全球空间数据基础设施为国家GIS标准的 发展、拓展和实现就起了重要的促进作用，反过 来，标准的成功也决定了空间数据基础设施的可 行性。
国际层中的用户／应用组包括：国际制图协会 (ICA)、国际水文局，以及国际摄影测量与遥感学 会(ISPRS)。由于OGC目前的成员来自不同国家， 它也可以被看作一个国际用户组织。
首先，GIS标准的发展应当超前。标准的发展就像
对一个问题的反应一样通常比较迟，因为它需要较长的发 展时间和至少同样长的时间被批准。批准的时间通常反应 了一致性需求的程度。而标准化的实质性却非常关键。如 果标准化开始的太迟．则标准制定者和用户之间很难达成 统一的决议；如果太早，又会遏制技术的改进甚至使技术 偏离它自己最初的发展轨道。所以有效的标准化要求有预 见性，并应在需求和问题出现之前就着手准备。
第三，GIS标准需要集成。GIS世界认识到
标准应当成为一个标准的集成系统来发挥作用， 而不是一系列独立的标准。目前即将出台的元数 据标准和数据质量标准也将成为其他即将出台的 标准的一部分，以便最终形成一个统一的标准体 系。 从全球范围看，GIS标准的发展正在政府、国家、 区域和全球进行。发展它们的部门也包括了非标 准化组织，比如在用户／应用部门中进行，这样 一些用户应用部门可能在发展标准，而另一些则 支持或等同采用GIS标准。这样为避免重复和不 兼容性，需要进行总体规划、协调作业，以发展 GIS标准，并使之成为空间数据基础设施的结构 体系。
空间数据最基础的两种概念模型
空间数据最基础的两种概念模型空间数据是指在具有空间特征的环境中产生的数据，是地理信息系统（GIS）的重要组成部分。
空间数据的特点在于它们涉及到一定的空间位置信息，这些信息包括地理坐标、空间范围、空间距离等，因此对于空间数据的理解需要从空间概念模型入手。
空间数据的两种基本概念模型分别是几何模型和拓扑模型。
几何模型是指在空间中描述几何要素的概念模型，其中的要素包括点、线、面等。
拓扑模型是在几何模型的基础上，描述要素之间关系的概念模型，其中的要素包括节点（node）、边（edge）和面（面）。
下面从两个方面介绍几何模型和拓扑模型。
一、几何模型1.点（point）点是空间中的基本几何元素，即在二维或三维坐标系统中确定的一个位置。
因此，点具有确定的坐标和位置，如二维坐标系下的(0,0)，(1,1)，(2,1)等点。
2.线（line）线是常见的空间几何要素，它由多个点连接而成，被表示为一连串的坐标对。
线具有长度、起点和终点等特征，如一条直线可以表示为两个点之间的连线。
3.面（polygon）面是指由多条线组成的封闭区域，可以有内部空洞。
面有位置和边缘，如所述的三角形、圆形等面。
二、拓扑模型节点是拓扑模型中的基本概念，表示不同几何要素的交汇点。
节点可以是点、线交点、面的顶点等。
2.边（edge）边是指不同节点之间的连接线，表示两个几何要素之间的邻接关系。
边可以是两点之间的直线，也可以是由多个点组成的折线段等。
3.面（面）面也是拓扑模型中的概念，由边界线所围成的区域。
面具有特定的拓扑关系，如相邻面、面之间的父子关系等。
通过对几何模型和拓扑模型的介绍，可以看出它们是描述空间数据的基本方法，在GIS中都有广泛的应用。
几何模型主要用于描述空间要素的几何特性，如长度、面积等，而拓扑模型则强调要素之间的邻接和父子关系，对于空间分析和拓扑运算等方面具有重要意义。
对于这两种模型的理解，可以帮助我们更好的掌握GIS分析和显示的基础知识。
第二章 地球空间与空间数据基础
1
第二章 地球空间与空间数据基础
2.1 地球空间、地理空间与地理空间描述
1.地球空间
地球空间是指靠近地球的、受太阳辐射变化直接影响的空间区域。
2.地理空间—GIS的主要研究对象
地理空间是地球上大气圈、水圈、生物圈、岩石圈和土壤圈交互作用的区域，主要涉及到 地球空间的表层部分。 地理空间是物质、能量、信息的数量及行为在地理范畴中的广延性存在形式。特指形态、 结构、过程、关系、功能的分布方式和分布格局同时在“暂时”时间的延续（抽象意义上 的静止态），讨论所表达出的“断片图景”。地理空间的研究是地理学的基本核心之一。
9
认知制图，它可以发生在地图的空间行为过程中，也可以发生在地图 使用过程中。
所谓空间行为，是指人们把原先已经知道的(长期记忆)和新近获取的 信息结合起来后的决策过程的结果。地图的空间行为如利用地图进行 定向(导向)、环境觉察和环境记忆等行为。地理信息系统的功能表明， 人的认知制图能力是能够用计算机模拟的，当然这只是一种功能模拟， 模拟结果的正确程度完全取决于模拟模型和输入数据是否客观地、正 确地反映现实系统。
2
第二章 地球空间与空间数据基础
2.1 地球空间、地理空间与地理空间描述 3.地理空间抽象过程 客观世界的现象划分为5类： • 可精密观测的对象（如建筑物边界） • 受采样限制的自然对象（如矿体） • 受定义限制的自然对象（如植被覆盖率大小和范围） • 不规则的人为对象（如行政区、TIN、Voronoi多边形） • 规则的人为对象（栅格、立方体元）
20
第二章 地球空间与空间数据基础
3
第二章 地球空间与空间数据基础
2.1 地球空间、地理空间与地理空间描述 3.地理空间抽象过程 抽象：从具体事物抽出、概括出它们共同的方面、本质属性与 关系等，而将个别的、非本质的方面、属性与关系舍弃，这种 思维过程，称为抽象。 • 为什么要对地理空间抽象？
空间数据的地理基础Part
04 空间数据模型与表达方式
矢量数据模型及表达方式
点、线、面等基本元素
01
矢量数据模型通过点、线、面等基本元素来表达空间实体，每
个元素都具有明确的坐标和属性信息。
几何形状和拓扑关系
02
矢量数据可以表达复杂的几何形状和拓扑关系，如多边形、圆
弧等，同时支持空间查询和分析操作。
数据精度高
03
矢量数据的坐标精度较高，适用于需要精确表达空间位置和形
GIS在空间数据处理中应用
• 空间数据查询与检索：GIS可以快速准确地查询和检索各种空间数据，包括地理位置、属性信息和拓扑关系等。 这对于城市规划、环境监测和灾害评估等领域具有重要意义。
• 空间数据可视化与表达：GIS可以将各种空间数据以图形、图像或三维模型的形式进行可视化表达，使用户能 够更直观地了解和分析空间数据。
空间数据的地理基础part
目 录
• 空间数据概述 • 地理信息系统基础 • 坐标系统与投影变换 • 空间数据模型与表达方式 • 空间数据采集与处理方法 • 空间数据质量评价与误差分析 • 总结与展望
01 空间数据概述
空间数据定义与特点
空间数据定义
空间数据是用来描述地理实体空间分 布、形态、位置以及相互关系等信息 的数据，通常具有定位、定性、时间 和空间关系等特征。
• 空间数据分析与处理：GIS提供了丰富的空间数据分析和处理工具，如缓冲区分析、叠加分析、网络分析和统 计分析等。这些工具可以帮助用户深入挖掘空间数据中的信息和规律，为决策提供支持。
• GIS在决策支持中的应用：GIS技术已经广泛应用于各个领域，如城市规划、交通管理、环境监测、资源管理和 灾害评估等。在这些领域中，GIS可以为决策者提供全面、准确、及时的空间信息和分析结果，帮助决策者做 出更科学、更合理的决策。
§7.2国家空间数据基础设施的标准与规范
到标准应当成为一个标准的集成系统来发挥作用， 而不是一系列独立的标准。目前即将出台的元数 据标准和数据质量标准也将成为其他即将出台的 标准的一部分，以便最终形成一个统一的标准体 系。 从全球范围看，GIS标准的发展正在政府、国 家、区域和全球进行。发展它们的部门也包括了 非标准化组织，比如在用户／应用部门中进行， 这样一些用户应用部门可能在发展标准，而另一 些则支持或等同采用GIS标准。这样为避免重复 和不兼容性，需要进行总体规划、协调作业，以 发展GIS标准，并使之成为空间数据基础设施的 结构体系。
首先，GIS标准的发展应当超前。标准的发展就
像对一个问题的反应一样通常比较迟，因为它需要较长的 发展时间和至少同样长的时间被批准。批准的时间通常反 应了一致性需求的程度。而标准化的实质性却非常关键。 如果标准化开始的太迟．则标准制定者和用户之间很难达 成统一的决议；如果太早，又会遏制技术的改进甚至使技 术偏离它自己最初的发展轨道。所以有效的标准化要求有 预见性，并应在需求和问题出现之前就着手准备。
§7.2国家空间数据基础设施的标准与规范
一、数据标准 数据的标准与规范是数据共享的基础。包括 核心数据及专题数据的标准与规范等，如：大地 测量控制点的水平与垂直坐标标准及名称、要素 识别代码、元数据及位置程度等；正射影像数据 的反射率编码标准、比例尺及投影等几何标准； 高程数据的水平与垂直几何标准、高度与深度标 准等；交道运输数据的分类与名称、要素识别代 码标准等；水文数据的分类、名称、要素识别代 码、海岸线标准等；行政单元界线的分类与标识 代码标准等；地籍数据的各种测量、说明性参考 及地块与地块的测量描述标准等。标准与规范的 制订的目的，是为了统一表达，方便将不同地点、 单位的同类或异类的数据的集成和应用。
国家空间数据基础设施的基本概念
7)地籍
地籍信息特征包括测量角、测量边界和地块 等。地籍信息是许多分析、决策制定和操作应用 的基础。例如厂址选择、土地利用管理、交通规 划。
二、技术内容
设计框架的技术背景，使人们易于使用和贡 献框架数据。已有的属性和图形数据将保持同框 架的联系。参与者可以贡献数据给框架。 框架数据模型和支持技术允许对数据的更新， 而不必担心已存在的投资，允许属性数据加到空 间数据上。为了实现这些，要开发确认单个特征 以及为这些特征分配一个独一无二的标识的方法。 1)空间数据模型 对于正射影像和高程数据，框架将采用栅格 数据模型。观测位置由单元或点阵列表示，单元 值表示属性。对于正射影像，单元包括地面反射 率值；对于高程，它们包括高程或深度值。
根据美国总统于1994年颁发的《协调地学数 据的获取与访问：国家空间数据基础设施》的 12906号执行令，国家空间信息基设施(NSDI)是 指地学空间数据的获取、处理、访问、分发以及 有效利用所需的技术、政策、标准和人力资源。 地学空间数据(GSD)是指标识地球表面的自然或 人工建筑要素及境界的地理位置和特征的信息。 国家信息基础设施(NSDI)的内容框架，按美 国国家公共管理研究院(NAPA)根据1994总统 12906执行会的规定，其内容框架为：“获取、 处理、访问、分发及提取地学信息应用所必需的 技术、政策、标准和人力资源”，具体内容为： 数据、标准、技术、政策及组织等五个部分。
§7.1 国家空间数据基础设施的基本概念
国家空间数据基础设施(National Spatial Data Infrastructure，NSDI)是继国家信息基础设施 (National Information Infrastructure ，NII)的 又一国家级信息基础设施。它是为解决空间数据上 网，即在Internet-Web上运行的技术系统， 由于数 据(Spatial Data)比一般数据要复杂得多、在网上 传输的难度要大得多的难题而进行的单独研究。空 间数据主要是指地学空间数据(Ceo-Spatial Data， GSD)，不仅因为地学空间数据更加复杂，而且它占 总的信息量 的75％～80％，对于推动社会经济发展， 提高自然资源管理以及保护环境都至关重要。但 NSDI这个名词，早在1992年是由国际制图科学委员 会(MSC)首先提出来的。
空间数据分析的基本方法与技巧
空间数据分析的基本方法与技巧空间数据分析是现代科学与技术的重要方法之一，它通过对地理空间相关数据的收集、整理、分析和可视化，帮助我们更好地理解和利用空间信息。
本文将介绍空间数据分析的基本方法与技巧，包括数据收集、数据预处理、空间统计方法和空间可视化等方面。
数据收集是空间数据分析的第一步，它是构建分析模型的基础。
合理的数据收集能够为后续分析提供可信的数据支持。
常见的数据收集渠道包括传感器、卫星遥感、测量调查和地理信息系统等。
例如，通过卫星遥感技术可以获取地球表面的高分辨率影像，用于土地利用、环境监测等研究。
测量调查则可以获取一些实地数据，如道路线路、建筑高度等。
在数据收集过程中，需要注意确保数据的准确性和完整性，以避免对后续分析造成误导。
数据预处理是空间数据分析中不可或缺的环节。
由于数据源的多样性和不确定性，原始数据往往存在一些缺失值、异常值和重复值等问题，需要通过数据预处理进行清洗和修复。
常见的数据预处理方法包括数据清洗、缺失值填补、异常值检测和数据集成等。
数据清洗是指删除或纠正错误的数据，以确保数据的可靠性；缺失值填补则是使用适当的方法补充缺失数据，如均值填补、插值法等；异常值检测可以排除数据中的异常值，以保证分析结果的准确性；数据集成则是将来自不同数据源的数据整合在一起，以获取更全面和多样化的信息。
空间统计方法是空间数据分析的核心内容之一，它通过统计学原理和方法对空间数据进行建模和分析。
常见的空间统计方法包括地理加权回归、空间插值、空间聚类和空间自相关等。
例如，地理加权回归可以在考虑空间相关性的情况下，探索地理空间因素对某一现象的影响；空间插值可以根据有限的采样点，预测和模拟不同区域的未知值；空间聚类可以发现空间数据中的群组模式，揭示区域性差异；空间自相关则可以评估空间数据变量之间的相关程度和空间分布的特征。
空间可视化是将分析结果以可视化形式展示的重要手段，它通过图表、地图和动画等方式，将抽象的数据转化为直观的图像，帮助我们更直观地理解和解释空间模式和空间关系。
基于激光通讯的空间数据传输技术基础
基于激光通讯的空间数据传输技术基础空间数据传输技术已成为现代通信领域的重要组成部分。
激光通讯作为一项重要的空间数据传输技术，具有高速、高带宽和高精度等优点。
本文将从基本原理、系统组成、应用前景三个方面对基于激光通讯的空间数据传输技术进行分析和探讨。
一、基本原理激光通讯是利用激光光束在空气、水、光纤等媒介中传输信息的技术。
其基本原理是利用激光光束作为信息载体，通过调制激光光束的强度、相位和频率等参数来传输数字信息。
激光通讯的传输速度和可靠性取决于激光器的性能、激光光束的稳定性、光探测器的灵敏度和通讯链路的环境等因素。
激光通讯还有一个重要的特点，就是其传输距离较长。
传统的无线通讯技术由于受到大气衰减、地球曲率和信号干扰等因素的影响，难以在长距离范围内实现高速数据传输。
而激光通讯采用的是红外激光光束，其波长跟大气中水蒸气的吸收峰相对独立，能够在长距离范围内实现高速数据传输，从而为高速宽带空间数据传输创造了条件。
二、系统组成激光通讯系统主要由三个部分组成：激光器、光探测器和调制与解调电路。
（1）激光器：激光器是激光通讯系统的核心设备，其主要作用是通过产生激光光束来传输信息。
激光器的性能对激光通讯系统的传输速率、传输距离和数据质量等方面都有着重要的影响。
目前，常用的激光器有二极管激光器、气体激光器和半导体激光器等。
（2）光探测器：光探测器是激光通讯系统中的另一核心部件，主要用于将激光光束转换成电信号以便于处理和分析。
其性能对于激光通讯系统的传输速率、可靠性和精度等都有着重要的影响。
常用的光探测器有光电导探测器、半导体光探测器和光学接收机等。
（3）调制与解调电路：调制与解调电路是激光通讯系统中的另一个重要部件，主要用于将原始数据转换成与激光光束相适应的信号，并将接收到的激光信号转换成原始数据。
常用的调制与解调电路有放大器、滤波器、频率混合器和数字信号处理器等。
三、应用前景激光通讯技术具有高速、高带宽、高精度和长传输距离等优点，在空间数据传输、空间通讯、地球探测和科学研究等领域具有广泛的应用前景。
dx2第二章空间信息基础
点状要素
图2-3 几种点状符号 地面上真正的点状事物很少，一般都占有
一定的面积，只是大小不同。这里所谓的 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。
线状要素
图2-4 几种线状符号 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。当然，对于线状和面状实体的区 分，也和地图的比例尺有很大的关系.
地理信息数字化描述方法
栅格和矢量结构是计算机描述空间实体的两种最基本的方式。
地图的矢量和栅格表示
(x1,y1)
(x2,y2)
(x3,y3)
(x4,y4)
0 0 0 0 0 0 1 0 00 00 3 3 0 0 8 1 0 4 44 00 3 3 3 0 0 1 4 4 44 40 3 3 3 0 1 0 4 4 44 44 3 3 3 0 1 0 4 4 44 40 0 0 0 1 7 0 0 4 44 00 0 0 0 1 5 5 0 0 00 00 7 0 1 5 5 5 5 0 00 00 0 0 1 5 5 5 5 0 00 80 0 1 0 5 5 0 0 0 00 00
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。这是因为地物的结构、 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， 反映在遥感影象上，则表现为不同的颜色和灰 度信息.
第二节 地理信息数字化描述方法
对地理信息进行数字化描述，就是要使计算机能够识别地 理事物的形状，为此，必须精确地指出空间模式如何处理 ，如何显示等。在计算机内描述空间实体有两种形式：显 式描述和隐式描述。例如一条河流，在计算机中的显示表 示，就是栅格中的一系列像元，如图2-8(b)所示，为使计 算机认识这些像元描述的是河流而不是其它物体，这些像 元都给予相同的编码值R或者用相同的颜色、符号、数字、 灰度值来表示。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
41
栅格数据的获取
——间接转换方式
42
栅格单元属性的决定方式 主要类型法
中心点法
43
法
44
比例分成法
45
地图的矢量和栅格表示
(x1,y 1) 0 3 3 3 3 (x3,y3) 0 0 (x2,y 2) (x4,y4) 7 0 0 0 3 3 3 3 0 0 0 0 1 0 0 3 3 3 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 5 5 5 0 8 0 1 1 7 5 5 5 5 0 1 1 0 0 0 5 5 5 0 1 0 4 4 4 0 0 5 5 0 0 4 4 4 4 4 0 0 0 0 0 4 4 4 4 4 0 0 0 0 0 4 4 4 4 4 0 0 0 0 0 0 4 4 4 0 0 0 8 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 0
第2章 地理空间与空间数据基础
地理空间 空间数据模型 空间数据组织与编码 空间质量 空间数据的元数据 思考题 实验
1
2.1 空间数据基础
2.1.1 地理空间
从不同的角度看“空间（Space）”
物理学：三维的外延 天文学：时空连续体系的一部分 地理学：物质、能量、信息的存在形式在形态、结构、
高程系
相对高程 绝对高程 高程系（1956年黄海高程系、1985国家高程基准）
8
地理坐标示意图
9
平面直角坐标
10
高斯—克吕格投影
高斯—克吕格投影 6度和3度分带
11
国家统一坐标
12
地理参考系统
Z
笛卡尔坐标 Z .M
.M
Z X Y
d
q 纬度 X
a 经度
X
极坐标
Y
13
Y
坐标系统—高程系统
三维：空间实体
25
矢量数据模型的表达
零维矢量
一维矢量 二维矢量 三维矢量
26
矢量数据模型的特征
定位明显、属性隐含
形象直观 特别适合于模拟离散（非连续变化）的空间
数据 精度高
矢量数据的获取
利用各种定位仪器设备获取 以硬拷贝数据方式获取
通过间接转换的方式获取
36
栅格数据的获取 通过遥感影像数据获取 规则点采样、不规则点采样及插值 通过扫描仪、摄像机等设备获取 通过矢量数据的转换获取
37
栅格数据的获取
——遥感影像
38
栅格数据的获取
——规则点采样
39
栅格数据的获取
——不规则采样点及插值
40
栅格数据的获取
——利用扫描仪、摄像
机获取
52
标识符对空间特征与属性特征的联系
53
2.3.2 空间数据编码 概念
根据地理要素在数据分类分级中的隶属关系
和属性性质，将其进行数据化的一种方法。
编码
主码：实体元素的类别 子码：实体元素的标识（标识码）、实体元
素的描述（描述码）
54
空间数据编码实例 ——道路
属性 位数 例 类型 x 1 物质组成 路宽 x 1 xx 60 小巷 数量 xx 08 路名 xxxx 3123
33
栅格数据模型的特征
属性明显，定位隐含 在栅格结构中，其精度与分辨率有关 栅格数据的分辨率对数据精度的其他影响 位置的移动 形状的畸变 属性的偏差
34
位置移动
形状的畸变
属性偏差
35
分辨率——总结
随着分辨率的提高，数据的信息损失越小。 随着分辨率的提高，对存贮空间的要求将成 几何级数增加。 随着分辨率的提高，数据处理的时间要求也 越长。 分辨率选择的原则：在考虑数据精度要求的 同时，还必须考虑数据存贮空间与处理时间 的开销（在精度与存贮空间和处理时间之间 权衡）。
欧氏距离
笛卡尔坐标系中的两点距离公式
曼哈顿距离（出租车距离）
两点在南北方向上的距离加上在东西方向上的距离
时间距离
采用时间（从一点到达另一点所需要的时间）度量
词典距离
在词典或其它文本中的距离
16
地球旋转椭球体上不同的距离度量方法
17
2.1.5地理空间的拓扑关系
拓扑（Topology）：
地理坐标（球面坐标） 纬度ψ、经度λ
国家大地坐标系（1954年北京坐标系、1980年西安坐标系、2000
国家大地坐标系）
平面直角坐标
地图投影（球面到平面的转换；变形的必然存在；长度、角度、距
离三种变形） 高斯-克吕格投影（3度分带与6度分带） 国家统一坐标（各带中央经线西移500km为纵轴，赤道为横轴）
栅格和矢量结构是计算机描述空间实体的两 种最基本的方式。
24
2.2.1 矢量数据模型
矢量 0维：点，无大小、文向；用一个坐标对表示，
在二维空间用（x,y）表示，三维空间中用 （x,y,z）表示；
一维：线、弧段、链等，有方向（有起点，有 终点）、有长度；用多个坐村对表示 （x1,y1,z1）、 （x2,y2,z2）、 （x3,y3,z3）、 （x4,y4,z4） 二维：面，以多边形表示
3
地球模型
地球表面 铅垂线
水平面
大地水准面
地球椭球体
4
三轴椭球体
x2 y2 z2 2 2 1 2 a b c
5
旋转椭球体
x y z 2 2 1 2 a a c
2
2
2
6
旋转椭球体
椭球体的三要素：
长半径（赤道半径）a 短半径（极半径）c 扁率f=(a-c)/a
旋转椭球体有多种：不同测定者、不同计算年代、 不同测定方法、不同测定地区，对椭球体的描述方 法不同 我国不同时期采用的椭球体： 1953年以前：海福特椭球体 1953年—1978年：克拉索夫斯基（Krasovsky） 1978年以后：1975国际椭球体
7
2.1.3地理空间坐标系的建立
不容易 复杂、高费用
不易实现
容易 简单、低费用
不方便
快
方便
慢
47
2.2.3 不规则三角网模型
不规则三角网（Triangulated Irregular Network， TIN）模型采用一系列相连接的三角形拟合地表或 其他不规则表面，常用来构造数字地面模型（DTM） 以及数字高程模型（DEM）。
例：1160083123
55
空间数据编码实例
——土地利用规划图的编码 属性 位数 例 规划用地类型 x 1 原用地类型 xxx 121
56
土地利用数据库要素分类与编码方案
土地利用数据库部分要素代码与名称
57
空间数据编码实例
——100万分之一地貌编码
第一级 第二级 第三级 第四级 第五级 第六级
平原 1
低海拔 1 海 成 11 海积冲积 2 海蚀 3
淤泥质1 砂质2 砾质3 生物4
低阶地2 洼地3
低阶地1 平台 2
海积1 台地 2 低海拔 1 高阶地1 海蚀2 平坦的1 起伏的2 平坦的1 起伏的2
23
2.2 空间数据模型
三种常用的空间数据模型
矢量（Vector）：通过记录空间坐标对的方式， 以点、线、面等形式来描述空间目标对象 栅格（Raster）：用规则排列的像元阵列来描述 空间目标对象 TIN：三角形不规则网（Triangulated Irregular Network）。采用不规则的三角形来描述空间对 象
27
定位明显 属性隐含
形象直观
28
适于模拟 离散数据
29
数据精度 与点的数 量与质量 有关
30
2.2.2 栅格数据模型
栅格数据模型的概念 是一种用规则排列的像元阵列来描述空间目 标对象的数据模型，它主要用来描述空间实 体的级别分布特征及其位置。 栅格数据模型的表达
31
栅格
32
栅格
功能上的分布方式和格局及其在时间上的延续。
地理空间的范围：上至大气电离层，下至地幔莫霍面
（即常说的地理圈层）？
绝对地理空间：常用经纬度、平面直角坐标表示
相对地理空间：依赖于与其他实体之间的空间关系
2
2.1.2 地理空间的数学建构
地球的自然表面：复杂、难于表达 物理表面：大地水准面（重力等位 面，由于地球内部质量不均而起伏不 平） 数学表面： 椭球体模型 数学模型
46
矢量数据模型与栅格数据模型的比较
比较内容 数据结构 数据量 图形精度 图形运算 与遥感影像格式 输出表示 数据共享 矢量格式 栅格格式
严密 小 高 复杂、高效 不一致 抽象、昂贵 不易实现
简单 大 低 简单、低效 一致 直观、便宜 容易实现
拓扑与网络分析
叠置与组合 技术 数字模拟 投影变换
容易实现
50
空间数据的组织案例 ——道路分类
道路类型
1：高速公路 2：主干道路 3：居民街道
物质组成
1：水泥 2：柏油 3：碎石
道路宽度 小巷数量 道路名称
51
空间数据的组织——标识符
标识符（Identifier）
用于标识空间要素的唯一代码
作用
1：保证空间要素在数据库中的唯一性 2：保证空间特征属性与属性特征数据的一 一对应关系 3：便于对数据的查找、关联与分析
非拓扑属性：拓扑变换后改变的属性
两点之间的距离、一个点至另一个点的方向 弧段的长度、区域的周长、区域的面积
18
欧式平面上的拓扑与非拓扑属性
19
三个非常重要的拓扑概念
连接性
20
多边形区域定义