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
NSDI
中国数字地球战略中的国家空间数据基础设施建设【关键字】国家空间数据基础设施(NSDI 中国数字地球数字化测绘国家测绘局 )摘要：本文阐述了中国空间数据基础设施(CNSDI)在中国数字地球发展战略中的地位，介绍了国家测绘局致力于建设CNSDI已采取的措施，提出了发展CNSDI必须考虑解决的几个关键问题。
Construction of the National Spatial Data Infrastructure under China′s DigitalEarth Development StrategyJIN Xiang-wen▲当今世界正进入信息时代，以信息技术为代表的当代新技术革命正使人们以前所未有的能力去获得有关地球和人类社会的巨量信息，并对他们进行有机集成和分析，从而主动面对全球变化的挑战，积极地解决资源、环境、人口、灾害等全球共同关注的问题。
在这个过程中，作为全球信息总资源重要组成部分的“地理空间信息”倍受重视并得到日趋广泛的应用。
同时，如何充分实现信息共享的问题也愈来愈被人们所关注。
相应地，一个新的产业——“地理信息产业”和一个新的基础设施——“空间数据基础设施”(SDI)也在世界各地蓬勃兴起和发展起来了。
一、建设国家空间数据基础设施在中国数字地球发展战略中的地位“数字地球”是信息高速公路和国家空间数据基础设施(NSDI)计划的自然延伸，从其所描述的在智能化网络界面体系和虚拟现实空间下利用巨量地理信息数据对我们所赖以生存的星球作多分辨率和3维数字化整体表达中我们不难看出，“数字地球”是在空间数据基础设施充分发展的前提下实现的。
空间数据基础设施(SDI)是“数字地球”的核心和基础，是发展“数字地球”不可逾越的重要阶段。
中国数字地球战略的首要任务是建设中国的国家空间数据基础设施(CNSDI)。
国家测绘局致力建设的CNSDI由以下几个主要部分组成：一是机构体系，包括领导并组织实施国家空间数据基础设施建设的权威领导机构，从事数据获取和加工的数字化测绘生产基地，专门从事空间数据维护更新和提供服务的单位等；二是基础数据集，包括空间定位控制数据、地形框架数据、航空航天遥感影像数据、土地覆盖数据、地籍测绘数据以及其他与空间位置相关的基本自然人文数据，这是CNSDI建设的框架和核心；三是法规和标准，包括有关信息共享机制的法规和政策、地理信息技术标准等；四是数据交换网络，包括作为网络结点的基础地理信息系统(含软、硬件，空间数据库系统)，由国家测绘局、地方测绘局和中央及地方其他机构组成的四边形数字化空间数据通讯网络。
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。
智慧城市CIM空间数字基础设施方案
。
03
CATALOGUE
CIM空间数字基础设施的建设方案
建设目标与原则
建设目标
构建智慧城市CIM空间数字基础设施 ，实现城市空间信息的全面感知、高 效处理和智能应用。
建设原则
遵循“创新、协调、绿色、开放、共 享”的发展理念，以数据驱动、平台 支撑、应用牵引为原则，推动智慧城 市建设。
建设内容与重点
该智慧交通项目基于CIM空间数字基础设施，实现了对全 市交通状况的实时监测和智能调度，有效缓解了交通拥堵 情况，提高了交通运行效率。
案例三：某市智慧园林项目
总结词
精细化养护、提升园林品质
详细描述
该智慧园林项目利用CIM空间数字基础设施，实现了对 园林植物的精细化养护和管理，有效提升了园林的品质 和景观效果。
01
CATALOGUE
智慧城市CIM空间数字基础设施概述
定义与特点
• 定义：CIM空间数字基础设施（City Information Modeling Spatial Digital Infrastructure）是指以三维地理信息为基础， 集成了城市各种空间数据、信息及知识，为城市规划、建设、 管理、运营等提供全面、客观、精准的城市空间信息服务的数 字化基础设施。
建设步骤与计划
01
建设计划
02
1. 第一阶段：制定建设规划，明确建设目标和任务，组织资源
，实施数据采集和处理工作；
2. 第二阶段：进行数据处理和分析平台的建设，实现城市空间
03
信息的智能化处理与应用；
建设步骤与计划
3. 第三阶段
完善城市空间信息应用服务体系，提升城市治理和服务水平；
4. 第四阶段
06
CATALOGUE
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
空间数学基础与数据格式正确性
部将对提交的规划数据库进行数据完整性、空间数学基础与数据格式正确性、标准符合性、空间拓扑、图数一致性等方面的质量检查，未通过检查的需修改完善后重新报送。
部将发布《市、县、乡（镇）土地利用总体规划数据质量检查细则》，并根据该细则要求开发规划数据库质量检查软件。
各地应利用部统一下发的数据库质量检查软件对拟提交的规划数据库成果进行自检，并保留检查软件自动生成的检查结果记录。
附件：土地利用总体规划数据库成果汇交要求根据市（地）级、县级、乡（镇）土地利用总体规划数据库标准（TD/T1026～1028，以下简称《标准》），结合当前市（地）级、县级、乡（镇）土地利用总体规划数据库建设的实际情况，对各地提交到部的土地利用规划数据库（以下简称规划数据库）成果提出以下要求：一、数据内容和数据格式报部审查或备案的各级规划数据库材料应包括纸质报送公文1份、电子成果数据2份、加盖省级国土资源主管部门公章的纸质资料清单1份。
电子成果数据内容包括数据库成果和数据库说明文档。
其中数据库成果内容按照相适用的规划数据库标准的规定内容报送，包括空间要素、非空间要素和元数据等，具体参见《标准》中的数据库要素与代码表和相关数据库结构定义。
数据库说明文档包括数据库有关情况说明、栅格图-图层对照说明、规划数据库成果报送资料清单、规划数据库质量检查结果记录等文档。
（一）数据库空间要素空间要素包括原始建库格式的矢量数据、标准交换格式的矢量数据和规划栅格图数据。
原始建库格式的矢量数据，各层一般按照“县级以上行政区划代码+图层名称.扩展名”的规则命名，中心城区按照“县级以上行政区划代码+downtown+图层名称.扩展名”的规则命名。
标准交换格式的矢量数据采用VCT格式或Shapefile格式（包括主文件*.shp、索引文件*.shx和dBASE表文件*.dbf）。
VCT格式文件名称一般按照《标准》规定的命名规则命名，中心城区规划的文件名称将命名规则中乡级行政区划代码改为“downtown”。
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。
空间地理信息大数据基础支撑及服务系统建设方案
空间地理信息大数据基础支撑及服务系统建设方案近年来，随着信息技术的迅猛发展和大数据时代的到来，空间地理信息大数据的应用已经越来越广泛。
在城市规划、交通出行、环境保护等领域，空间地理信息大数据已经成为决策和规划的重要依据。
因此，建设一个空间地理信息大数据基础支撑及服务系统是十分必要的。
一、系统框架该空间地理信息大数据基础支撑及服务系统的框架可以分为四个部分：数据采集、数据存储、数据处理和数据服务。
1.数据采集在空间地理信息大数据系统中，数据采集是基础的环节。
可以通过多种方式进行数据采集，包括卫星遥感、无人机遥感、手机定位、传感器等。
通过这些手段采集的数据可以包括地图、影像、位置数据、环境数据等，这些数据将用于后续的存储、处理和服务。
2.数据存储数据存储是空间地理信息大数据系统的核心。
大量的数据需要进行存储和管理，因此需要建立一个高效、可扩展的数据存储系统。
可以使用分布式存储技术和云存储技术，确保数据的安全性和可靠性。
3.数据处理数据处理是将采集到的原始数据进行处理和分析的过程。
在空间地理信息大数据系统中，可以利用机器学习、图像识别、数据挖掘等技术对数据进行处理和分析，以提取出有价值的信息和知识。
同时，还可以通过数据的可视化技术，将处理后的数据呈现给用户。
4.数据服务数据服务是将处理后的数据提供给用户使用的环节。
可以通过构建各种数据服务接口和应用程序接口，将数据展示给用户，并提供丰富的功能。
用户可以通过这些接口和应用程序获取到他们需要的地理信息数据，并进行进一步的分析和应用。
二、系统功能1.数据采集功能：支持多种数据采集方式，包括卫星遥感、无人机遥感、手机定位、传感器等。
2.数据存储功能：建立高效、可扩展的数据存储系统，确保数据的安全性和可靠性。
3.数据处理功能：利用机器学习、图像识别、数据挖掘等技术对数据进行处理和分析，提取有价值的信息和知识。
4.数据服务功能：构建各种数据服务接口和应用程序接口，将数据展示给用户，并提供丰富的功能。
地理信息系统(第二章 空间数据基础)
有
公共边、结点自动生成 多重叠合、网络分析易
3、不规则三角网结构
不规则三角网（TIN):用一组非叠置的三角形来近
似表示地形的矢量数据三角网。
TIN的基本元素
节点（Node):相邻三角形的公共顶点(x,y,z)。 边(Edge):两个三角形的公共边界，是Tin不光滑性的具体 反映。
面(Face):由最近的三个节点所组成的三角形面，是TIN描
地理现象
地理事物在发生、发展和变化中的外部形式和表面特征。
地理空间数据：
用符号化表示地球表层的地理事物和地理现象的记录。
第一节
地球椭球体
地球体：极半径略短，赤道半径略长，北极略突出、南极略扁平，近似于梨
形的椭球体。
大地球体：由穿越陆地、岛屿的全球静止海平面连片形成,与重力方向处处
正交的，连续的封闭曲面称为大地水准面，由该水准面所包含的形体称为大地球体， 它是地球形体的一级逼近。
第四节
地图投影种类
1、几何投影法
正轴 横轴 斜轴
方位
圆柱
圆锥
方位投影
圆柱投影
圆锥投影
高斯-克吕格(Gauss Kruger)投影
属于横轴等角切椭圆柱投影。中央经线无长度变形。
6°或3°分带投影。中央经线与赤道为互相垂直的直线。
我国国家基本比例尺地形图中的大中比例尺地形图均采用该 投影。包括第13－23带共11个投影带。 内置了直角平面坐标系统：中央经线为X轴，赤道为Y轴，中 央经线与赤道交点为坐标原点。坐标纵轴西移500km。
国际主要椭球参数
椭球名称
德兰勃(Delambre) 埃弗瑞斯(Everest) 贝赛尔(Bessel) 克拉克(Clarke) 克拉克(Clarke) 海福特 (Hayford) 克拉索夫斯基 (Krasovski) 1967年大地坐标系 1975年大地坐标系
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。
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。
第2章_地理空间数学基础
X2
其中 X 、 Y 、 Z 为两空间直角坐标系坐标原点的平移参数， X 轴、Y 轴、Z 轴旋转的角度， m 为尺度变化参数。
z 、 y 、 z 分别表示绕
2015-1-19
31
3.投影解析转换
同一地理坐标基准下的坐标变换 如果参与转换空间参考系的投影公式， 1）存在精确解析关系式：直接进行坐标换算； 2）不存在精确解析关系式：采用间接变换，即先将一种投影的平面坐 标换算为球面大地坐标，然后再对球面大地坐标计算出另一种投影下的平 面坐标，从而实现两种投影坐标间的变换。
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青岛观象山水准原点
中华人民共和国大地原点，是1980年国家大地 坐标系起算点。大地原点位于陕西省泾阳县永 乐店北洪流村。
深度基准是指海图图载水深及其相关要素的起算面。通常取当地平均海面
向下一定深度为这样的起算面，即深度基准面。
平均海面
L
深度基准面
Z
海底
2015-1-19
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2.2 空间数据投影
2015-1-19
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不同地理坐标基准下的坐标变换
主要包括： • 地理坐标基准的变换； • 坐标值的变换； 实现整个坐标转换的基本过程为（以WGS 84坐标和1980西安坐标的
转换为例）： a.（B，L）84转换为（X,Y,Z）84，即空间大地坐标到空间直角坐标的转换； b.（X,Y,Z）84转换为（X,Y,Z）80，坐标基准的转换，即参考椭球转换。该
3.兰勃特等角投影(Lambert Conformal Conic)
在双标准纬线下是“正轴等角割圆锥投影”。设想用一个正圆锥割于球
面两标准纬线，应用等角条件将地球面投影到圆锥面上，然后沿一母线展开， 即为兰勃特投影平面。墨卡托(Mercator)投影是它的一个特例。
地理信息系统原理-地球空间与空间数据基础
地理空间认知的思维过程，是地理空间认知的高级阶 段，它提供关于现实世界客观事物的本质特性和空间 关系的知识，在地理空间认知过程中实现着“从现象 到本质”的转化，具有概括性和间接性。
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正确
地理理论体系 实践验证
地理认知图式[鲁学军]
错误
指 导 地理逻辑分析
图解
地理概念 地理意象
地理意向
地理信息 符号加工
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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
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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
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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
概念数据模型
➢地理空间中地理事物与现象的抽象概念集，是地理数据的语义解释； ➢考虑用户需求的共性，用统一的语言描述和综合、集成各用户视图 ； ➢构造概念模型应该遵循的基本原则：
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心象地图，是不呈现在眼前的地理空间环境的一种心 理表征，是在过去对同一地理空间环境多次感知的基 础上形成的。所以，它是间接的和概括的，具有不完 整性、变形性、差异性(当然也有相似性)和动态交互 性。心象地图可以通过实地考察、阅读文字材料、使 用地图等方式来建立。
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地理(地球)空间认知包括感知过程、表象过程、记忆过程和思维过程等 基本过程。地理空间认知的感知过程，是研究地理实体或地图图形(刺 激物)作用于人的视感觉器官产生对地理空间的感觉和知觉的过程。地 理空间认知的表象过程，是研究在知觉基础上产生表象的过程，它是通 过回忆、联想，使在知觉基础上产生的映像再现出来。地理空间认知的 记忆过程，是人的大脑对过去经验中发生过的地理空间环境的反映，分 为感觉记忆、短时记忆、长时记忆、动态记忆和联想记忆。
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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
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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
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§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：
表示线段和弧段上的连接点。
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§3-1空间实体及其描述 2、线状实体
具有相同属性的点的轨迹，线或折线，由一系列的有序坐标表示，并有如下特性： 1）实体长度： 从起点到终点的总长 2）弯曲度： 用于表示像道路拐弯时弯曲的程度。 3）方向性： 如：水流方向，上游—下游， 公路，单、双向之分。 线状实体包括： 线段，边界、链、弧段、网络等。
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4、体、立体状实体
§3-1空间实体及其描述
立体状实体用于描述三维空间中的现象与物体，它具有长度、宽度及高度等 属性，立体状实体一般具有以下一些空间特征： · 体积，如工程开控和填充的土方量。
· 每个二维平面的面积。
· 周长。 · 内岛。 · 含有弧立块或相邻块。
· 断面图与剖面图。
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（三）实体类型组合
图上由于比例尺很小，武汉就是一个点，这个点不能再分割，可以把武汉
定为一个空间实体，而在大比例尺的武汉市地图上，武汉的许多房屋，街 道都要表达出来，所以武汉必须再分割，不能作为一个空间实体，应将房 屋，街道等作为研究的地理实体，由此可见，GIS中的空间实体是一个概括， 复杂，相对的概念。
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§3-1空间实体及其描述
（二）拓扑关系
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§3-1空间实体及其描述
（二）拓扑关系
1、定义 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。 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）
一、矢、栅比较 二、矢栅一体化概念 三、三个约定和细分 格网法 四、一体化结构设计
§2-4 矢栅一体 化数据结构
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§3-1空间实体及其描述
一、地理实体（空间实体）---GIS处理对象
1、定义： 指自然界现象和社会经济事件中不能再分割的单元，它是一个具体有概
括性，复杂性，相对意义的概念。
2、理解： 地理实体类别及实体内容的确定是从具体需要出发的，例如，在全国地
2、空间数据基本特征
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3、空间数据类型
1）依据数据来源 的不同分为： 地图数据 地形数据
2）依据表示对象的不同分为：
属性数据
元数据 影象数据
3、空间数据类型（续）
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§3-1空间实体及其描述 三、实体的空间特征
在地图上实体维数的表示可以改变 点---面 线 （单线河）---面（双线河），通过地图综合。 （一）空间维数：有0，1，2，3 维之分，点、线、面、体。 1、点状实体
§3-1空间实体及其描述
现实世界的各种现象比较复杂，往往由不同的空间单元组合而成，例如根 据某些空间单元或几种空间单元的组合将空间问题表达出来，复杂实体由简 单实体组合表达。 点、线、面两两之间组合表达复杂的空间问题：
如：线—面
面--面
可见，用各要素之间的空间关系，可描述诸多空间问题。空间关系是GIS 数据描述和表达的重要内容，一方面它为GIS数据库的有效建立，空间查询， 空间分析，辅助决策等提供了最基本的关系，另一方面有助于形成标准的SQL 空间查询语言，便于空间特征的存储，提取，查询，更新等。
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§3-1空间实体及其描述
线—面
Hale Waihona Puke 1 、区域包含线：计算区域内线 的密度，某省的水系分布情况。 2 、线通过区域：公路上否通过 某县。 3 、线环绕区域：区域边界，搜 索左右区域名称，中国与哪些国 家接壤。 4、线与区域分离：距离。
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§3-1空间实体及其描述
面 —面
1、 包含：岛,某省的湖泊分布。 2、 相合：重叠，学校服务范围与 菜场服务范围重叠区。 3、 相交：划分子区。 4、 相邻：计算相邻边界性质和长 度，公共连接边界。
识别码（名称） 实体的角色、功 能、行为、实体 的衍生信息
属性特征—名称、 等级、类别等 属性数据—各种 属性特征和时间 时间特征
RDBMS属性表---采用MIS较成熟
时间
测量方法、编码 方法、空间参考 系等
元数据
空间元数据
同物理、化学等学科使用的数据类型相比，空间数据是一种较复杂的数据类型，涉 返回 及到空间特征、属性特征及它们之间关系的描述
二、地理实体的描述——空间数据
1、描述的内容 2、基本特征
以什么形式存储和处理
反映了实体的三个特征
3、数据类型
几何数据（空间 数据、图形数据） 关系数据—实体 间的邻接、关联 包含等相互关系
4、数据结构
矢量、栅格、 TIN（专用于地 表或特殊造型）
位置、形状、尺 寸 、
空间特征：地理 位置和空间关系