(完整版)第4章空间数据表达
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第4章 空间数据表达汇总
地理科学的任务：综合研究地理系统中的生物圈、水 圈、岩石圈三大要素的空间分布规律及其相互之间关 系和相互影响涉及地球表层空间，包括：岩石圈、水 圈、生物圈、大气圈和电离层
GIS目前主要涉及的范围主要为岩石圈和大气圈之间
❖1.2 地理现象
➢ 地理现象的抽象过程
现实世界地圈理、系生统物主圈要、涉大及气地圈球和表电层离空层间，包括：岩石圈、水 GIS目前主要涉及的范围主要为岩石圈和大气圈之间 地图
圈、生物圈、大气圈和电离层
GIS目前主要涉及的范围主要为岩石圈和大气圈之间
自然环境系统
社会经济环境系统
地貌、土壤、气候、土地利用、 水文、生物、海洋……
人口、工业、农业、交通、 建筑、商业、科学、教育、 卫生、金融……
人地关系系统
地理系统的内部构成及其与外部系统的联系
地理系统中的各种要素特征都与地理空间位置有关
➢ 2）一维空间对象的定义
➢ 一维对象即线状空间实体，由一列有序坐标串表 示，有如下特性： 实体长度：从起点到终点的总长 弯曲度：用于表示像道路拐弯时弯曲的程度 方向性：河流方向是从上游到下游，公路则有 单向与双向之分
一维对象可以分为： 线段：两点之间的直线 弦列：相互连接无分支的线段 弧：曲线轨迹，可以用数学函数定义 拓扑连线：两个节点之间的拓扑连接，由结点 的顺序确定其方向
1. 地理系统与地理现象
❖1.1 地理系统 ❖1.2 地理现象
❖1.1 地理系统
➢ 地理系统
地理系统是一个开放的复杂系统 地理系统主要涉及地球表层空间，包括：岩石圈、水
圈、电离生层物圈、大气圈和电离层 GIS目大前气圈主要涉及的范围主要为岩石圈和大气圈之间
生物圈 水圈
GIS涉及的范围
GIS目前主要涉及的范围主要为岩石圈和大气圈之间
❖1.2 地理现象
➢ 地理现象的抽象过程
现实世界地圈理、系生统物主圈要、涉大及气地圈球和表电层离空层间，包括：岩石圈、水 GIS目前主要涉及的范围主要为岩石圈和大气圈之间 地图
圈、生物圈、大气圈和电离层
GIS目前主要涉及的范围主要为岩石圈和大气圈之间
自然环境系统
社会经济环境系统
地貌、土壤、气候、土地利用、 水文、生物、海洋……
人口、工业、农业、交通、 建筑、商业、科学、教育、 卫生、金融……
人地关系系统
地理系统的内部构成及其与外部系统的联系
地理系统中的各种要素特征都与地理空间位置有关
➢ 2）一维空间对象的定义
➢ 一维对象即线状空间实体，由一列有序坐标串表 示，有如下特性： 实体长度：从起点到终点的总长 弯曲度：用于表示像道路拐弯时弯曲的程度 方向性：河流方向是从上游到下游，公路则有 单向与双向之分
一维对象可以分为： 线段：两点之间的直线 弦列：相互连接无分支的线段 弧：曲线轨迹，可以用数学函数定义 拓扑连线：两个节点之间的拓扑连接，由结点 的顺序确定其方向
1. 地理系统与地理现象
❖1.1 地理系统 ❖1.2 地理现象
❖1.1 地理系统
➢ 地理系统
地理系统是一个开放的复杂系统 地理系统主要涉及地球表层空间，包括：岩石圈、水
圈、电离生层物圈、大气圈和电离层 GIS目大前气圈主要涉及的范围主要为岩石圈和大气圈之间
生物圈 水圈
GIS涉及的范围
地理信息系统导论第4章 空间数据的采集和空间数据的处理
程注记等。
6
（2）遥感数据 遥感数据是GIS的重要数据源。遥感数据含有 丰富的资源与环境信息，在GIS支持下，可以与地 质、地球物理、地球化学、地球生物、军事应用等 方面的信息进行信息复合和综合分析。遥感数据是 一种大面积的、动态的、近实时的数据源，遥感技 术是GIS数据更新的重要手段。
7
（3）文本资料 文本资料是指各行业和各部门的有关法律文档 、行业规范、技术标准、条文条例（如边界条约） 等，这些也属于GIS的数据
12
表4.1 用于数据采集目的的GIS数据分类
13
4.2 空间数据采集的主要方法
4.2.1 GIS数据采集在GIS 为了便于管理和应用，在复杂的计算机世界里 的数据必须按照一定的方式进行组织和存储。地理 信息系统的应用的一项重要工作是采集不同来源和 不同类型的数据，并创建空间数据库。在采集地理 实体几何数据的同时，还要调查其属性信息。另外 ，为了保证采集数据的可靠性和完整性，采集的 GIS数据必须经过检验和进一步的编辑、处理才能 进入GIS。在空间数据库中，所有的地图、影像和 空间数据表格都根据不同的空间表达和记录方式进 行地学编码 14
第4章 空间数据的采集和空间数 据的处理
学习指南 本章论述了GIS数据来源、数据采置、形状、 大小及其分布特征诸多方面信息的数据，它具有 GIS的数据源有很多，如地图数据、遥感数据
1
空间数据采集的任务是将现有的地图、外业观 测成果、航空照片、遥感图像、文本资料等转换成 GIS可以处理与接收的数字形式，通常要经过验证 、修改、编辑等处理
4.2.2 GIS数据采集的工作流程 所有GIS项目的数据采集都包括一系列连续的 过程，通常其工作流程包括编制计划、准备、数字 化或数据转换、编辑完善、评估五个阶段（图4.3 ）
第四章空间数据结构
基本概念
• 弧段：构成多边形的线称为弧段，每个弧段可以有许 多中间点。
• 节点：两条以上弧段相交的点称为节点 • 岛：由一条弧段组成的多边形称为岛或洞。 • 简单多边形：多边形图中不含岛的多边形称为简单多
边形。 • 复合多边形：含岛的多边形称为复合多边形，包括为
边界和内边界，岛可以看做复合多边形的内边界。
C1,C5,C4
P3
C6,C7,C8
P4
C5,C7,C10,C2
….
节点 N1 N2 N3 N4 ….
C4
N4 N1
C1 P2 C6
C8
P1 C3
P3 N2 C5 N5
C2
C7
N7
C9 P5 P4
N3
N6
C10
点拓扑
坐标
X1,y1
X2,y2
X3,y3
X4,y4
线
C1,C4,C3 C1,C5,C2 C2,C3,C10 C4,C6,C8
线与多边形之间的树状索引
点与多边形之间的树状索引
树状索引编码消除了相邻多边形边界的数据冗 余和不一致的问题，在简化过于复杂的边界线或合并 相邻多边形时可不必改造索引表，邻域信息和岛状信 息可以通过对多边形文件的线索引处理得到，但是比 较繁琐，因而给相邻函数运算，消除无用边，处理岛 状信息以及检查拓扑关系带来一定的困难，而且两个 编码表都需要以人工方式建立，工作量大且容易出错 。
矢量数据结构
矢量数据结构是对矢量数据模型进行数据的 组织，通过记录坐标的方式尽可能精确地表示点、 线、多边形等地理实体，坐标空间设为连续，允 许任意位置、长度和面积的精确定义。
其精度仅受数字化设备的精度和数值记录字 长的限制。
矢量数据
地理信息系统原理简答题题库汇总
第一章绪论1.什么是地理信息系统（GIS）？它与一般的计算机应用系统有哪些异同点？2.阐述GIS的相关学科及关联技术，并就GIS基础理论的建立和发展问题，发表你的意见和观点。
3. GIS可应用于哪些领域？试论述GIS的应用和发展前景。
4.你对GIS社会化的发展趋势是怎么理解的？第二章GIS的构成与功能1.GIS由哪几个主要部分组成？它的基本功能有哪些？2.与其他地理信息系统相比，地理信息系统的哪些功能是比较独特的？第三章空间数据获取1.空间数据的基本内容有哪些？各种数据有哪些基本特征？2.空间数据共享的方法有哪几种？阐述空间数据共享问题：除技术因素外，主要存在哪些方面的问题？3.空间数据的获取方式有哪些？第四章空间数据的表达1.什么是空间实体？试述空间实体之间的空间关系。
2.什么是矢量数据结构？什么是栅格数据结构？试比较两种数据结构的优缺点。
3.举例说明矢量数据结构中的拓扑关系。
4.试述栅格数据结构的编码方法。
第五章空间数据处理1.谈谈空间数据处理的主要内容有哪些？2.比较点在多边形内的判别方法：射线法和弧长法的优缺点。
3.试述欧拉定理及其作用。
是否欧拉定理满足，图形的空间关系就是正确的？4.在什么情况下需要用矢量到栅格的转换，什么情况下需要用栅格到矢量的转换？第六章空间数据管理1.文件管理系统与数据库管理系统有哪些异同点？2.常用的数据库模型有哪些？试比较其优缺点。
3.试述空间数据的管理模式，并比较其优缺点。
第七章空间查询与空间分析1.什么是空间数据的查询？2.对空间数据的查询有哪些形式和手段？3.栅格数据的叠加与矢量数据的叠加有什么不同？4.什么是缓冲区分析？请举例说明它有什么用途。
5.泰森多边形有什么特点？如何建立？6.常用的网络分析有哪些？对GIS应用有何价值？请举几个例子说明。
7.DEM有哪几种常用的生成方法，它的主要优缺点是什么？8.地形分析有哪些主要内容及其运算模型？第八章空间数据的可视化与地图制图1.地图语言有哪些内容？2.地图输出有哪些方式，各有什么优缺点？你理想中的地图输出方式是什么？3.矢量点、线、面符号是怎样绘制的？4.栅格点、线、面符号是怎样绘制的？第九章GIS的应用1.叙述基于GIS的地学应用模型的建模步骤和方法。
第4章 空间信息的三维表达
第一节 数字地形模型
数字地形模型（Digital Terrain model，即DTM）是各类三维地 表可视地形模型的重要组成部分，它以离散分布的平面来模拟 连续分布的地形。其关键技术是DEM（数字高程模型）的构建与 表达。DEM数据组织目前主要有两大类，即：基于规则格网和基 于不规则三角网。如下图
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实体法构模 So lid 法的实质是N etwo rk 与B lock的混合, 优点是能精 确表达较复杂地质结构和进行体积计算以及储量估算。三维 地学模拟中, 这几种方法在国外已有成功应用, 而国内应用尚 不多见。
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体视化技术 体视化技术, 是在吸收计算机图形学、图像处理和计算 机视觉等相关学科知识的基础上发展起来的一门研究体数据 的交叉学科。近10 年来, 体视化技术从概念、原理、方法到 硬件系统得到了全面发展,逐步形成了一套完整的技术。国外 将体视化技术应用于三维地学模拟的典型代表是L YNX 的三 维CM 技术。 三维地学模拟体视化技术的实质是以三维基元(体素) 来 描述整个物体,它包含物体内外的全部信息。对体数据显示有 两种基本方法: 基于表面重建的显示(Su rface-based Rendering ) 和基于体素的显示(Voxel-based Rendering ) 或直接体视( Direct Volumn Rendering) , 最终将都生成一个显示图像。
x - xa y – ya z- za xb – xa yb - ya zb – za = 0 xc – xa yc - ya zc - za
二 不规则格网建立方法
不规则格网（TIN三角形网）的建立，在国内外有大量文 献对TIN三角形的建立方法进行了研究，其中Delaunay 三角 形格网是其典型，其基本建立原则是： 1、唯一性，即不论从数据的哪个三角形开始扩展，最终 所得三角网的构成都是相同的，保证了成图一致性。 2、空圆性，即在任意一个三角形的外接圆范围内不会有 其他点位于其内并与其通视。 3、最大最小角特性, 即任意两个相邻的三角形组成的凸四 边形的对角线如果可互换且换的话, 那么两个三角形6 个内角 中最小的角度不会变大。该性质说明三角形具有最佳形状特 征。
第四章 空间数据库
4 点-线查询 查询某点实体一定范围内的线实体。步骤
： (1)激活点图层，选择一个点
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(2)SQL查询 激活线图层，输入查询条件
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5 线-线查询
查询与某个线实体相连的其他线实体。步骤：
(1)激活线图层，选择一条线
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本次您浏览到是第十三页，共四十三页。
本次您浏览到是第十四页，共四十三页。
网状模型用连接指令或指针来确定数据间的显 式连接关系，是具有多对多类型的数据组织方 式 。网络模型将数据组织成有向图结构，结构 中结点代表数据记录，连线描述不同结点数据间 的关系。
存在以下问题：1）结构复杂，增加了用户查询 和定位的困难。要求用户熟悉数据的逻辑结构， 知道自身所处的位置。（2）网状数据操作命令 具有过程式性质（3）不直接支持对于层次结构 的表达。
(2)SQL查询
输入查条件
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6 面-线查询 查询经过某个面实体的线实体。步骤：
(1)激活面图层，选择一个面
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(2)SQL查询 激活线图层，输入查询条件
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7 点-面查询
查询某个点实体被包含在哪个面实体内部。 步骤： (1)激活点图层，选择一个点
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点、线、面实体相互关系的9种查询： 1 点-点查询
查询某点实体给定距离范围内的其他点 实体。如200km。步骤： (1)激活点图层，选择一个点
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(2)SQL查询（200km以内的其他点）
第四章 空间数据的处理
矩阵为：
[x*, y*]=[x, y]. con sin -sin con
2.几何纠正
几何纠正是为了实现对数字化数据的坐标系 转换和图纸变形误差的改正。现有的几种商业GIS 软件一般都具有仿射变换、相似变换、二次变换 等几何纠正功能。
仿射变换与相似变换相比较，前者是假设地 图印变形而引起的实际比例尺在x和y方向都不相 同，因此，具有图纸变形的纠正功能。
a0
α
O`
b0
X
坐标变换原理
式中，设 a1 = m1cosα ， b1 = -m1sinα a2 = m2sinα ， b2= m2cosα 则上式可以简化为： X = a 0 + a 1x + a 2y Y = b 0 + b1x + b 2y 上式中含有6个参数a0、a1、a2、b0、b1、b2， 要实现仿射变换，需要知道不在同一直线上的3对控 制点的数字化坐标及其理论值，才能求得上述6个待 定参数。但在实际应用中，通常利用4个以上的点来 进行几何纠正。下面按最小二乘法原理求解待定参 数：
第四节
多元空间数据的融合
GIS技术经过近40年的发展和应用，已经积累 了大量的数据资源。但是，由于地理数据的多语义 性、多时空型、多吃毒性、获取手段的多样性、存 储格式的不同以及数据模型与数据结构的差异等，， 导致多元数据的产生，给数据的继承和信息共享困 难。为了实现空间数据的共享，特别是随因特网的 发展、数字地球的兴起和GIS应用的日益深入，多 元数据的融合已成为GIS设计者和用户的共同要求。
3.4.4 删除公共边界
第三节
空间数据的坐标变换
多种坐标体系并存会给查询、分析带来不 便，尤其是叠加、拼图，这便引出了空间数据 的坐标转换的概念。空间数据坐标转换的实质 时间里两个平面点之间的一一对应的关系，包 括几何纠正和投影转换，它们是空间数据处理 的基本内容之一。
第4章空间统计分析课件
15
2.1 简单的二进制邻接矩阵
123 456 789
车的行走方式
123 456 789 王、后的行走方式
16
17
18
19
20
2.2 基于距离的二进制空间权重矩阵
21
22
空间自相关按功能大致分为两类： 全域型空间自相关（Global Spatia Autocorrelation) 区域型空间自相关（Local Spatia Autocorrelation)
45
人均GDP局部Moran指数表
46
河南地级市人均GDP局部Moran指数
47
48
49
4.2 G统计量
全局G统计量的计算公式为: 对每一个区域单元的统计量为:
50
对统计量的检验与局部Moran指数相似，其检验值为
显著的正值表示在该区域单元周围，高观测值的区域 单元趋于空间集聚，而显著的负值表示低观测值的区 域单元趋于空间集聚。
25
3.1 Moran’s I
设研究区域中存在n个面积单元，第i个 单元上的观测值记为xi,观测变量在n个单 元中的均值记为 ，Moran’s I定义为：
26
-1≤ I ≤1 1表示极强的正空间自相关，-1表示极强的 负空间自相关。
27
对于Moran指数，可以用标准化统计量Z来检 验n个区域是否存在空间自相关关系，Z的计算公 式为：
第4章 空间统计分析
§4.1 空间自相关 Spatial autocorrelation
1
空间统计分析,即空间数据的统计分析,通过 空间位置建立数据间的统计关系。
空间统计学产生的原因： 大多数经典统计学分析要求样本相互独立， 而空间数据间并非完全独立，而是存在依赖性。
2.1 简单的二进制邻接矩阵
123 456 789
车的行走方式
123 456 789 王、后的行走方式
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17
18
19
20
2.2 基于距离的二进制空间权重矩阵
21
22
空间自相关按功能大致分为两类： 全域型空间自相关（Global Spatia Autocorrelation) 区域型空间自相关（Local Spatia Autocorrelation)
45
人均GDP局部Moran指数表
46
河南地级市人均GDP局部Moran指数
47
48
49
4.2 G统计量
全局G统计量的计算公式为: 对每一个区域单元的统计量为:
50
对统计量的检验与局部Moran指数相似，其检验值为
显著的正值表示在该区域单元周围，高观测值的区域 单元趋于空间集聚，而显著的负值表示低观测值的区 域单元趋于空间集聚。
25
3.1 Moran’s I
设研究区域中存在n个面积单元，第i个 单元上的观测值记为xi,观测变量在n个单 元中的均值记为 ，Moran’s I定义为：
26
-1≤ I ≤1 1表示极强的正空间自相关，-1表示极强的 负空间自相关。
27
对于Moran指数，可以用标准化统计量Z来检 验n个区域是否存在空间自相关关系，Z的计算公 式为：
第4章 空间统计分析
§4.1 空间自相关 Spatial autocorrelation
1
空间统计分析,即空间数据的统计分析,通过 空间位置建立数据间的统计关系。
空间统计学产生的原因： 大多数经典统计学分析要求样本相互独立， 而空间数据间并非完全独立，而是存在依赖性。
第四章-空间数据库
1 2 3 4 5
x
26.7 28.4 46.1 31.3 68.4
y
23.5 46.5 42.5 45.6 38.7
地 图
M
Ⅰ
Ⅱ
2 a 1
b Ⅰ d c 4
3
e Ⅱ g
5 f
M
多 形 边
Ⅰ Ⅱ
点
a c b e c f d g
1 2 3 4
x1 x2 x3 x4 x5 x6
y1 y2 y3 y4 t5 y6
学校名称 西北大学
系名 教师数 学生数 研究生 系名 教师数 学生数 研究生 城资系 系名 52 教师数 300 学生数 70 研究生 49 257 71 地质系 化学系
学号 姓名 年级 籍贯 系名 教师数 学生数 002312 系名 张三 教师数 3 学生数广东 研究生
教师号 姓名 年龄 职称 系名 教师数 学生数 66 系名 李四 教师数 30 学生数教授 研究生
数据库技术是20世纪 年代初开始发展起来的一 数据库技术是 世纪60年代初开始发展起来的一 世纪 门数据管理自动化的综合性新技术。 门数据管理自动化的综合性新技术。 一、数据库 数据库： 为了一定的目的 ， 在计算机系统中以特定的 数据库 ： 为了一定的目的， 结构组织、存储和应用的相关联的数据集合。 结构组织、存储和应用的相关联的数据集合。 空间数据库： 即地理信息系统的数据库， 空间数据库 ： 即地理信息系统的数据库 ， 是某区域内 关于一定地理要素特征的数据集合。 关于一定地理要素特征的数据集合。
1、计算机对数据的管理阶段
经过了三个阶段 ： 程序管理阶段 文件管理阶段 数据库管理阶段
（1）程序管理阶段 变量赋值、运算、输出均在一个程序中进行，值变程 序就变。 如：add.c #include “stdio.h” main() { int a,b,c; a=3; b=5; c=a+b; printf(“c=%d\n”,c); } 编译后生成add.exe。
x
26.7 28.4 46.1 31.3 68.4
y
23.5 46.5 42.5 45.6 38.7
地 图
M
Ⅰ
Ⅱ
2 a 1
b Ⅰ d c 4
3
e Ⅱ g
5 f
M
多 形 边
Ⅰ Ⅱ
点
a c b e c f d g
1 2 3 4
x1 x2 x3 x4 x5 x6
y1 y2 y3 y4 t5 y6
学校名称 西北大学
系名 教师数 学生数 研究生 系名 教师数 学生数 研究生 城资系 系名 52 教师数 300 学生数 70 研究生 49 257 71 地质系 化学系
学号 姓名 年级 籍贯 系名 教师数 学生数 002312 系名 张三 教师数 3 学生数广东 研究生
教师号 姓名 年龄 职称 系名 教师数 学生数 66 系名 李四 教师数 30 学生数教授 研究生
数据库技术是20世纪 年代初开始发展起来的一 数据库技术是 世纪60年代初开始发展起来的一 世纪 门数据管理自动化的综合性新技术。 门数据管理自动化的综合性新技术。 一、数据库 数据库： 为了一定的目的 ， 在计算机系统中以特定的 数据库 ： 为了一定的目的， 结构组织、存储和应用的相关联的数据集合。 结构组织、存储和应用的相关联的数据集合。 空间数据库： 即地理信息系统的数据库， 空间数据库 ： 即地理信息系统的数据库 ， 是某区域内 关于一定地理要素特征的数据集合。 关于一定地理要素特征的数据集合。
1、计算机对数据的管理阶段
经过了三个阶段 ： 程序管理阶段 文件管理阶段 数据库管理阶段
（1）程序管理阶段 变量赋值、运算、输出均在一个程序中进行，值变程 序就变。 如：add.c #include “stdio.h” main() { int a,b,c; a=3; b=5; c=a+b; printf(“c=%d\n”,c); } 编译后生成add.exe。
地理信息系统教程(第4章 空间数据处理 2011-05-09)
3、投影变换
假定原图点的坐标为x,y(称为旧坐 标)，新图点的坐标为X，Y(称为新坐 标)，则由旧坐标变换为新坐标的基 本方程式为： 1、解析变换法 2、数值变换法 3、数值解析变换法
§4-3 空间数据格式转换
一、矢量向栅格转换
点：简单的坐标变换 线：线的栅格化 面：线的栅格化 +面填充 （一）线的栅格化 1、DDA法(数字微分分析法) 2、Bresenham算法 （二）面(多边形)的填充方法 1、内部点扩散法（种子扩散法） 2 3、边界代数法
a a a a a a b
a
576654323 … 优点：链码可有效地存贮压缩栅格数据，便于面积、长度、转折方向 和边界、线段凹凸度的计算。 缺点：不易做边界合并，插入操作、编辑较困难（对局部修改将改变 整体结构）。区域空间分析困难，相邻区域边界被重复存储。
第四章空间数据的处理
§4-4 空间数据的压缩处理
§4-3 空间数据格式转换
二、栅格向矢量转换
方法一，实际应用中大多数采用人工矢量化法，如扫描矢量化，该 法工作量大，成为GIS数据输入、更新的瓶颈问题之一。
方法二，程序转化转换（全自动或半自动）
过程为：
遥感影象图 分 类 图 扫描 二值化
栅格分类图
原始线划图
边界 提取 预 处 理
二值化 细化
编 辑
内插
外推
1、局部内插法 利用局部范围内的已知采样 点的数据内插出未知点的数据。
1）线性内插
将内插点周围的3个数据点的数据值带入多项式，即可解算出系数a0、a1、a2 。
2）双线性多项式内插
将内插点周围的4个数据点的数据值带入 多项式，即可解算出系数a0、a1、a2、a3 。 当数据是按正方形格网点布置:
地理信息系统原理与应用4 空间数据获取和处理1.4 第四章 数据的处理和集成
噪声：是指不属于地图内容的斑点污渍和其他模糊不清 的东西形成的像元灰度值。
第四章 空间数据的获取与处理
4.1 空间数据的获取 4.1.2 空间数据的采集
1.图形数据的采集 2.属性数据的采集
对于要输入属性库的属性数据，通过键盘直接键 入或文件、表格、数据库导入。 对于要直接记录到栅格或矢量数据文件中的属性 数据，则必须进行编码输入。
人口普查 社会经济调查 各种统计资料
统计图表
文件 统计数据 实验数据
电子数据 地全球站物仪遥理、感、G数地P据S球数化据学已建G各IS种数数据据库
野外调查的原始记录等
4.1.1 数据源的种类
确定应用哪些类型的数据是由系统的功能确定。
土地的适宜性和承载力的信息系统： 地形、土壤类型、降雨、地下水位、运输条件等。
第四章 空间数据的 获取与处理
复习：
地理信息系统 GIS的组成
GIS是由计算机硬件、软件和不 同方法组成的系统，该系统设计 支持空间数据的采集、管理、处 理、分析、建模和显示，以便解 决复杂的规划和管理问题。
系统管理操作人员
系系 空间 统 统 数据 硬 软
件件
复习：
空间数据特征
空间位置 属性特征 时态特征
<1 m ： 1 1 ~ 2 m： 2 2 ~ 5 m： 3 5 ~ 20 m： 4 20 ~ 50 m：5 >50m： 6
5 ~ 10 m ： 1 10 ~ 20 m： 2 20 ~ 30 m： 3 30 ~ 60 m： 4 60 ~ 120 m： 5 120 ~300 m：6 300 ~500 m：7 >500m： 8
登记部分 分类部分 控制部分
第四章 空间数据的获取与处理
第四章 空间数据的获取与处理
4.1 空间数据的获取 4.1.2 空间数据的采集
1.图形数据的采集 2.属性数据的采集
对于要输入属性库的属性数据，通过键盘直接键 入或文件、表格、数据库导入。 对于要直接记录到栅格或矢量数据文件中的属性 数据，则必须进行编码输入。
人口普查 社会经济调查 各种统计资料
统计图表
文件 统计数据 实验数据
电子数据 地全球站物仪遥理、感、G数地P据S球数化据学已建G各IS种数数据据库
野外调查的原始记录等
4.1.1 数据源的种类
确定应用哪些类型的数据是由系统的功能确定。
土地的适宜性和承载力的信息系统： 地形、土壤类型、降雨、地下水位、运输条件等。
第四章 空间数据的 获取与处理
复习：
地理信息系统 GIS的组成
GIS是由计算机硬件、软件和不 同方法组成的系统，该系统设计 支持空间数据的采集、管理、处 理、分析、建模和显示，以便解 决复杂的规划和管理问题。
系统管理操作人员
系系 空间 统 统 数据 硬 软
件件
复习：
空间数据特征
空间位置 属性特征 时态特征
<1 m ： 1 1 ~ 2 m： 2 2 ~ 5 m： 3 5 ~ 20 m： 4 20 ~ 50 m：5 >50m： 6
5 ~ 10 m ： 1 10 ~ 20 m： 2 20 ~ 30 m： 3 30 ~ 60 m： 4 60 ~ 120 m： 5 120 ~300 m：6 300 ~500 m：7 >500m： 8
登记部分 分类部分 控制部分
第四章 空间数据的获取与处理
第四章 空间统计分析
1 当区域i和j的距离小于d时 wij 其它 0
（二）全局空间自相关
衡量空间自相关的指标有Moran指数I、Geary系数C、 G统计量等，他们都有全局指标和局部指标两种。全 局空间关联指标用于探测某现象在整个研究区域的 空间分布模式,分析其是否有聚集特性存在。 Moran指数I是由 Moran于 1948年提出的 ,反映的是 空间邻接或空间邻近的区域单元属性值的相似程度。 Geary 系数与Moran指数存在负相关关系。 由于 Moran指数不能判断空间数据是高值聚集还是 低值聚集 , Getis和 Ord于 1992提出了全局 G系数。 G系数一般采用距离权 , 要求空间单元的属性值为正。
S0 Wij
i 1 j n n
S1 Wij Wji
i 1 j 1
n
n
2
2
4 n xi x n n 2 S3 Wi. W .i k i 1 2 i 1 n 2 xi x n Wi.为空间相临权重矩阵i 行 W.i为i 列 j 1
第1节 探索性空间统计分析
一、基本原理与方法 （一）空间权重矩阵 （二）全局空间自相关 （三）局部空间自相关 二、应用实例 三、软件实现
一、基本原理与方法
空间自相关(Spatial autocorrelation)是指同一个变量在 不同空间位置上的相关性。目的在于检验空间单元与其 相邻的空间单元的属性间是否具相似性。 如何定义“相邻”？——空间权重矩阵 空间自相关分析可分以下 3个过程: 首先建立空间权重矩阵,以明确研究对象在空间位置上的 相互关系; 其次进行全局空间自相关分析,判断整个区域是否存在空 间自相关现象或集聚现象; 最后进行局部空间自相关分析,找出空间自相关现象存在 的局部区域。
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信息分类实例
空 间 单 元 的 类 型
❖2.2 空间对象定义
➢ 1）零维空间对象的定义
➢ 零维对象即点状空间实体，由一组坐标（x,y,z） 说明其位置
➢ 可以分为： 实体点：用来代表一个实体,如塔、浮标 标识点（注记点）：用于定位地图或插图的文 本信息（注记） 面标识点：用于负载多边形的属性，存在于多 边形内 节点：表示线（或弧）的终点和起点 顶点：表示线段和弧段的内部点
念并有等级之分，如 公路实体有公路等级属性值，可以分为一级、二 级公路
实体要素：实体是点、线、面、体多种要素的复杂 组合，是那些基本的、实际的、不可再分的空间单 元（元素）
➢ 2）空间实体的描述
对空间实体的描述有5种内容，即：
识别码、位置、实体特征、实体的角色、行为 或功能以及实体的空间特性
识别码：用于区别同类而又不同的实体，通常用 对象标识码（OID）来表示，如同为一级公路类型 的不同的公路
地理系统是开放系统 和其他系统有关联、有交往，既有能量物质的 交流，又有信息的交流，例如 地球表层接受太阳光和电磁波、辐射红外线 受天体运动产生的外力作用
地理系统是复杂系统 由成千上万个子系统组成 人、植物、动物、地下矿产、山山水水
地理
➢ 地理系统的两个方面
地球内部系统
地理系统
天体系统
地理系统主要涉及地球表层空间，包括：岩石圈、水
位置：可用坐标描述，也可用其它形式（如邮政 编码）
空间特征：也是位置信息的一种，如维数、类型 及实体的组合
实体的行为和功能：是指在数据采集过程中不 仅要重视实体的静态描述，还要收集那些动态 的变化，如岛屿的侵蚀、水体污染的扩散、建 筑的变形等
实体的衍生信息：如一个实体有许多个名称
实体的维数：分零维、一维、二维、三维、甚 至四维（三维 + 时间）
链：非相交的线段或弧的无分支而有向序列， 可以分为：全链、面链、网链
全链：可以显式定位左右多 边形和始终端节点的链
面链：可以显式定位左右多 边形、但不能定位始终端节 点的链
网链：可以显式定位始终端 节点、但不能定位左右多边 形的链
环：是一个由不相交的链或弦列和（或）弧的 闭合系列，它只表示一个封闭的边界，但不表 示封闭内的面积
➢ 2）一维空间对象的定义
➢ 一维对象即线状空间实体，由一列有序坐标串表 示，有如下特性： 实体长度：从起点到终点的总长 弯曲度：用于表示像道路拐弯时弯曲的程度 方向性：河流方向是从上游到下游，公路则有 单向与双向之分
一维对象可以分为： 线段：两点之间的直线 弦列：相互连接无分支的线段 弧：曲线轨迹，可以用数学函数定义 拓扑连线：两个节点之间的拓扑连接，由结点 的顺序确定其方向
控制点、池塘、活树篱笆 ➢ 空间对象的定义与数据模型和数据结构有关，不同
的系统有所不同
➢ 美国空间数据交换标准（STDS）是目前为止对空间 对象定义最为完整的标准
❖2.1 空间对象描述
➢ 1）空间实体的几个概念
目标：也称空间对象，是空间实体的物理表示 实体类型：即实体的几何类型，有点、线、面、体
之分 实体属性：对实体特征的描述，属性有属性值的概
1. 地理系统与地理现象
❖1.1 地理系统 ❖1.2 地理现象
❖1.1 地理系统
➢ 地理系统
地理系统是一个开放的复杂系统 地理系统主要涉及地球表层空间，包括：岩石圈、水
圈、电离生层物圈、大气圈和电离层 GIS目大前气圈主要涉及的范围主要圈
地理系统、GIS所涉及的地理系统范围
呈线状分布的地理现象 自然：河流、海岸 人工：铁路、公路、地下管线、行政边界
有单线、双线和网状之分；可以用一线状坐标串 或封闭坐标串表示（狭长的水面）
呈面状分布的地理现象 人工：水库、建筑物、机场 自然：土壤、耕地、森林、草原、沙漠、湖泊 呈大范围的连续分布；用封闭坐标串表示
呈体状分布的地理现象 从三维角度观测 自然：云、水体、矿体 人工：高层建筑物、地铁站 特点是向三维方向扩展，但通常处理成二维平面 形式；要正确表示成体的形式，必须采用三维模 型来描述
圈、生物圈、大气圈和电离层
GIS目前主要涉及的范围主要为岩石圈和大气圈之间
自然环境系统
社会经济环境系统
地貌、土壤、气候、土地利用、 水文、生物、海洋……
人口、工业、农业、交通、 建筑、商业、科学、教育、 卫生、金融……
人地关系系统
地理系统的内部构成及其与外部系统的联系
地理系统中的各种要素特征都与地理空间位置有关
2. 空间对象及其定义
➢ 空间实体(Spatial Entity)是地理空间中不可再分 的最小单元，它不仅反映事物和现象的本质内容， 而且反映它们在地理空间中的位置、分布状况以及 它们之间的相互关系
➢ 空间实体具有：属性、空间位置、空间关系和时间 四种特征
➢ 空间对象（Spatial Object）也称空间目标，它是 对空间现象进行抽象得到的结果,是空间实体的物理 表示,如
空间数据
遥感影像
特征 关系 行为
观察
选择 分析 抽象 综合
测量：位置 编码：属性 建立关系：
表达
➢ 描述地理现象的四种几何类型
呈点状分布的地理现象 人工：城镇、乡村居民点、交通枢纽、车站、工 厂、学校
自然：火山口、山峰、地震震中、温泉口
可以用一个点位置来描述；是一个相对概念，当 考虑比例尺较大时，可能表示成面
地理科学的任务：综合研究地理系统中的生物圈、水 圈、岩石圈三大要素的空间分布规律及其相互之间关 系和相互影响涉及地球表层空间，包括：岩石圈、水 圈、生物圈、大气圈和电离层
GIS目前主要涉及的范围主要为岩石圈和大气圈之间
❖1.2 地理现象
➢ 地理现象的抽象过程
现实世界地圈理、系生统物主圈要、涉大及气地圈球和表电层离空层间，包括：岩石圈、水 GIS目前主要涉及的范围主要为岩石圈和大气圈之间 地图
第四章 空间数据 的表达
本章主要介绍 ➢地理现象 ➢空间实体类型 ➢空间数据表达方法（数据结构）
本章内容：
1. 地理系统与地理现象 2. 空间对象及其定义 3. 空间对象关系 4. 空间数据的矢量表达 5. 空间数据的栅格表达 6. 混合数据结构与一体化数据结构 7. 镶嵌数据结构 8. 四叉数数据结构 9. 超图数据结构 本章重点与作业