空间数据组织

椭 球 体 模 型
地 图 投 影
1.3 我国的坐标系统
1. 高斯平面坐标系
克拉索夫斯基椭球体—高斯投影—高斯坐标系（经纬度）
2.笛卡儿平面坐标系
坐标原点：北京54坐标系、西安80坐标系、今后地心坐标系
3.高程基准
黄海高程基准、85国家高程基准（青岛）
结论： 地理空间中任一点 的位置可以确定 地理空间中实体的几何形态、相互关系可以表述
关于椭球体与投影
大圆 小圆
几何模型
地理坐标经纬网
----椭球体一定
地图投影
地图投影：将地球椭球面上的点投影到平面上的方法。
其实质：建立地球椭球面上的地理坐标 （经纬度）和平面
直角坐标间的函数关系。
投影
地图投影按投影变形的性质可分为： 等角投影、等面积投影、等距离投影 按投影经纬网图形可分为： 方位投影、圆锥投影、圆柱投影 由球面到平面，必然会产生变形，在实际 制图中，要根据不同要求和各种投影的 特点选择合适的投影，减小投影变形。
4、实体间空间关系
（一）空间关系类型
1、 拓扑空间关系： 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）。
现实世界—地理世界—计算机世界 世界万象—点、线、面— BIT 地理抽象 概念模型 模型抽象 逻辑模型
2.1 空间实体表达的概念



概念模型--------地理世界的认识与表达
场模型：事物和现象是连续变化的 要素模型：事物和现象的排列组合

逻辑模型：栅格模型，矢量模型，栅格矢量
一体化数据模型，面向对象数据模型。
圆柱投影（切或割）
切圆锥投影—局部地区
割圆锥投影
（平面）方位投影
几种常见的投影
兰勃特(Lambert)投影是等角正轴切（割）圆锥投影； 墨卡托(Mercator)投影是等角圆柱正轴切投影； 高斯克吕格(Gauss-Kriiger)是等角圆柱横轴切投影； 亚尔勃斯(Albers)是等积正轴切（割）圆锥投影。
北
a
b
返回
2.5 二维矢量数据结构
2.5.1简单矢量数据结构—Spaghetti结构
优点：结构简单、直观、易实现以实体为单 位的运算和显示。 缺点： 1、相邻多边形的公共边界被数字化并存储两次， 造成数据冗余和碎屑多边形—数据不一致，浪费 空间，导致双重边界不能精确匹配。 2、自成体系，缺少多边形的邻接信息，无拓扑 关系，难以进行邻域处理，如消除多边形公共边 界，合并多边形。
GIS与地图投影与坐标系的关系
数据获取 （不同投影的地图） 数据标准化预处理 （按某一参照系数字化）
数据输出 （具有相应投影的地图）
地理基础 (地图投影)
数据存储 （统一的坐标基础）
数据应用 （检索查询、覆盖分析等）
数据处理 （投影转换）
要进行统一定位，就要有统一的基础
其它数据
1.4 我国GIS常用的地图投影配置
等值线----- X，Y，Z ！ 结果满意？--------不满意-------地形修正
流域水雨情特征-----需要水系拓扑
结论：地理信息需要定位编码
1.地理空间数据的定位---如何定位？
1.1 地理空间定位的概念——重点是定位 1.地理空间的范围与组成特点（上下与圈层） 2.地球表面几何模型(四类) 3.地理空间定位框架——平面、高程
2.2 GIS 的数据源

1、地图数据 2、遥感数据 3、DEM数据 4、属性数据 5、已有电子数据 6、元数据 7、统计、调查数据以及派生数据
2.3 空间数据表达的基本内容


1、定位信息
绝对定位—实体在某一坐标系统的位置信息 相对定位—实体相互关系的拓朴信息

2、属性信息—实体特征的名称,等级,数量 3、时间信息
我国常用的地图投影的情况为：
1)、我国基本比例尺地形图(1：100万、1：50万、1：25万、1：10万、1：
5万、1：2.5、1：1万、1：5000),除1：100万外均采用高斯—克吕格投 影为地理基础；
2)、我国1：100万地形图采用了Lambert投影，其分幅原则与国际地理学
会规定的全球统一使用的国际百万分之一地图投影保持一致。 3)、我国大部分省区图以及大多数这一比例尺的地图也多采用Lambert投 影和属于同一投影系统的Albers投影(正轴等面积割圆锥投影)； 4)、Lambert投影中，地球表面上两点间的最短距离(即大圆航线)表现为 近于直线，这有利于地理信息系统中空间分析量度的正确实施。
地理信息系统导论
本讲要点
定位数据的获取、表达与管理 属性数据的获取、表达与管理

目的：构建空间数据库


1.地理数据的定位---如何定位？
球体描述——投影———笛卡儿坐标系（平面，高程）


2. 地理数据的表达方式
概念模型--------地理世界的认识与表达 场模型：事物和现象是连续变化的 要素模型：事物和现象的排列组合 逻辑模型：栅格模型，矢量模型，栅格矢量一体化数据模型，面 向对象数据模型。

2.4 空间实体位置信息表达的基本形式
例：
大 cellsize 小
矢量形式 栅格形式
2.4 空间实体位置信息表达的基本形式
矢数据形式

点 （ point , label ） 线 （line , arc ）

面 （polygon ）
栅格数据形式
矢,栅数据位置关系
1、点状实体类型 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。
二、拓扑关系
1、定义：
1、定义
2、性质
3、拓扑关系的表达
4、意义
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 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 一点指向另一点的方向 弧段长度、区域周长、 面积 等 拓扑属性（没发生变化的属性） 一个点在一条弧段的端点 一条弧是一简单弧段（自身不相交） 一个点在一个区域的边界上 （橡皮变换）
5）包含性：指面状实体包含了哪些线、点或面状实体。
6）区域定义：多边形由一组封闭的线或弧来定义。
（a ）
(b)
(c)
7）层次关系：相同元素之间的等级关系，武汉市有各个区组成。
主要的拓扑关系：拓扑邻接、拓扑关联、拓扑包含。
拓扑分析例：
住宅区与林地或湖泊；行政区之间；子流域之间；机场与鸟 的栖息地。管线与阀门。 高速公路与行政区，灌溉渠与耕地 大片耕地中的林地，池塘；湖中的岛屿；区域中的邮筒；
1.地理空间数据的定位
问题提出：
地理信息属于空间信息，位置的识别与数据相联系，它的这种定位 特征是通过公共的地理基础来体现的。 例1：学籍管理： 年级—学院---专业---班级---序列号
无须定位
例2：水雨情数据管理： 流域---一级子流域--。。。。类型码---序列号，连接表格数据
可以无定位-----等值线？
线段，边界、链、弧段、网络等。
3、面状实体（多边形）
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。
四、拓朴数据结构的实现


1.结点匹配
容差确定 给定任意弧段，搜索结点（弧--结点表） 结点匹配（容差确定） 坐标修正 2.弧段形成（按定义）


p
3.多边形形成（右旋算法）
中心点确定，垂线方程，交点确定，弧段确定 顺时针，结点—弧表，方位角最小，下一弧段。

4.多边形标识码输入及属性记录生成




3.地理数据表达的基本内容
1、定位信息 绝对定位—实体在某一坐标系统的位置信息 相对定位—实体相互关系的拓朴信息 2、属性信息—实体特征的名称,等级,数量 3、时间信息




4.定位数据的具体表达
Spaghetti结构，拓朴数据结构，栅格数据结构，TIN数据结构

5.属性数据的具体表达…..关系模型
3）连通性：与邻接性相类似，指对弧段连接的判别，如用于网络分析中确定路径、
街道是否相通。如水系关系。 连通矩阵： 重叠：-- 连通：1 不连通：0
V1 V1
V2 V3
V2 1
-1
-1 0
V3 … 0
1 --
4）方向性：一条弧段的起点、终点确定了弧段的方向。用于表达现实中的有向 弧段，如城市道路单向，河流的流向等。
2.6 空间数据的采集
一、 几何图形数据的采集
（一）手工数字化 （二）数字化仪数字化 （三）扫描矢量化 地 图 数 字 化
确定数字化路线
地图预处理
地图数字化
1、手工矢量数字化
2、手工栅格数字化