第三章 空间数据处理2汇总
地理信息系统概论-第三章
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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。
地理信息系统复习要点
地理信息系统复习要点详解所著考过为11级环科期中考试考过（张福平教的）第一章：导论1、解释数据与信息的概念，并说明两者之间的关系。
数据是通过数字化并记录下来可以被识别的符号，用以定性或定量地描述事物的特征和状况。
信息是用数字、文字、符号、语言等介质来表示事件、现象等内容、数量或特征，以便向人们提供关于现实世界新的事实的知识，作为生产、管理和决策的依据。
数据与信息的关系：数据是信息的表达形式，是信息的载体；信息则是数据中蕴含的事物的涵义，是数据的内容。
数据只有通过解释才有意义，才成为信息。
总之，数据是信息的载体，信息是数据的涵义。
2、地理信息的特点空间特征属性特征时序特征3、地理信息系统的定义（考过）地理信息系统是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，对空间相关数据进行采集、存储、管理、分析、模拟和显示以提供对规划、管理、决策和研究所需的信息空间系统。
4、地理信息系统由哪几个主要部分组成？（考过）系统硬件：（一）数据处理设备：a图形工作站b个人计算机c客户机/服务器系统（Client/Server ，简称C/S）;（二）数据输入设备:a图形手扶跟踪数字化仪b大幅面图形扫描仪c数字测量设备；（三）数据输出设备：a绘图仪b计算机显示器系统软件：（一）GIS功能软件1.GIS功能软件的分类GIS 基础软件平台和GIS应用软件2.GIS基础软件平台功能①空间数据输入和编辑②空间数据管理③空间数据处理和分析④空间数据输出⑤图形用户界面⑥系统二次开发功能（二）基础支撑软件：主要包括系统库软件和数据库软件。
（三）操作系统软件5、地理信息系统的功能有哪些？（基本功能与应用功能具体有哪些）（考过）基本功能与应用功能基本功能：数据的采集与编辑、数据的存储与管理、数据的处理与变换、空间分析和统计、产品的制作与演示、二次开方和编程应用功能：资源管理、区域规划、国土监测、辅助决策第二章：地理信息系统的数据结构1、地理空间的实体包括哪些？地理空间的实体包括点（point ）、线（line ）、面（polygon ）、曲面（surface ）、体（volume）等类型。
GIS空间数据处理与分析
栅格单元(i,j)四角点坐标的计算:
X(i1,i2)=(j-1)*DX和J*DX Y(i1,i2)=(i-1)*DY和i*DY I,j:栅格单元行列值; DX,DY:栅格单元边长
⑴:识别内边界,并将内边界端点坐标置零. 判别方法: 判断与栅格单元某条边相邻的另一栅 格单元的值,若值小于零,则该边为内边界. 内边界端点坐标置零: 边界起点和终点坐标置零.
分区数据的方法就称为空间数据的内插。
第五节 空间数据的内插方法
1、点的内插：研究具有连续变化特征现象 的数值内插方法。
步骤： 数据取样；数据处内插；数据记录
第五节 空间数据的内插方法
2、区域的内插
研究根据一组分区的已知数据来推求
同一地区另一组分区未知数据的内插方法。
区域内插方法：
2.1 叠合法：认为源和目标区的数据是均匀 分布的，首先确定两者面积的交集，然后 计算出目标区各个分区的内插值。
1、遥感与GIS数据的融合：
遥感技术的优势 融合必要性 GIS技术的优势 遥感图像与图形的融合 融合方法： 遥感数据与DEM的融合 遥感数据与地图扫描图像的融合第三节 多源 Nhomakorabea间数据的融合
2、不同格式数据的融合
不同格式数据的融合方法主要有：
2.1基于转换器的数据融合：
一种软件的数据格式输出为交换格式，然后用于另
P3
P
0
x
判断点是否在多边形内，从该点向左引水平扫描线，计算此 线段与区域边界相交的次数，若为奇数，该点在多边形内；若为 偶数，在多边形外。利用此原理，直接做一系列水平扫描线，求 出扫描线和区域边界的交点，对每个扫描线交点按X值的大小进 行排序，其两相邻坐标点之间的射线在区域内。
第二节
【GIS】地理信息系统复习资料
第一章绪论1、信息的特点1)信息的客观性2)信息的适用性3)信息的传输性4)信息的共享性2、数据处理：即对数据进行收集、筛选、排序、归并、转换、存储、检索、计算，以及分析、模拟和预测等操作。
3、地理信息的特点:1）空间分布性2）具有多维结构的特征3）时序特征十分明显4、地理数据：是与地理环境要素有关的物质的数量、质量、分布特征、相互联系和变化规律的数字、文字、图像和图形等的总称。
5、地理信息系统：它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。
6、简述GIS的构成。
它的的基本功能有哪些？硬件系统、软件系统、空间数据库、应用模型、用户基本功：数据采集与编辑、数据存储与管理、数据处理与变换、空间分析和统计、产品制作与显示、二次开发和编辑。
第二章地理信息系统的数据结构1、矢量表示法：采用一个没有大小的点（坐标）来表达基本点元素。
2、栅格表示法：采用一个有固定大小的点（面元）来表达基本点元素。
3、空间数据的基本特征。
1)属性特征：描述空间对象的特性，即是什么。
如对象的类别、等级、名称、数量等。
2)空间特征：描述空间对象的地理位置以及相互关系，又称几何特征和拓扑特征，前者用经纬度、坐标表示，后者用拓扑关系表示，如交通学院与电力学院相邻等。
3)时间特征：描述空间对象随时间的变化。
4、拓扑关系的类型1）拓扑邻接：相同拓扑元素之间的关系。
2）拓扑关联：不同拓扑元素之间的关系。
3）拓扑包含：同类但不同级元素之间的关系。
5、空间数据拓扑关系意义1）根据拓扑关系，不需要利用坐标或距离，可以确定一种地理实体相对于另一种地理实体的空间位置关系。
2）有利于空间要素的查询。
3）可以利用拓扑关系数据作为工具，重建地理实体。
6、建立如下图所示的拓扑关系的全显式表达。
（方向自己给定）弧段与结点关系表多边形与弧段关系表结点与弧段关系表弧段与多边形7、栅格数据单元值的确定方法有哪些？①中心点法：②面积占优法：③重要性法：④百分比法：8、如何确定合理的网格尺寸？为了逼近原始数据精度，除了采用这几种取值方法外，还可以采用缩小单个栅格单元的面积，增加栅格单元总数的方法。
GIS地理信息系统空间数据结构
网络模型表示了特殊对象之间的交互，如水或者交通 流。
要素（对象）模型
基于要素的空间模型强调了个体现象， 该现象以独立的方式或者以与其它现象之间的 关系的方式来研究。任何现象，无论大小，都 可以被确定为一个对象（Object），假设它可 以从概念上与其邻域现象相分离。一个实体必 须符合三个条件： 可被识别； 重要（与问题相关）； 可被描述（有特征）。
场模型可以表示为如下的数学公式：
z : s z ( s ) 上式中，z为可度量的函数，s表示空间中的位置，因
此该式表示了从空间域（甚至包括时间坐标）到某个 值域的映射。
空间数据模型与结构—对象模型与场模型比较
对象模型和场模型的比较
现实世界
对象模型 选择实体 它在哪里 数据
场模型 选择一个位置
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
（橡皮变换）
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
拓扑属性（没发生变化的属性） 一个点在一条弧段的端点
一点指向另一点的方向 一条弧是一简单弧段（自身不相交）
弧段长度、区域周长、 一个点在一个区域的边界上
面积 等
一个点在一个区域的内部/外部
(x8,y8), (x17,y17), (x16,y16),
22 (x15,y15),(x14,y14) ,(x13,y13),
21
(x12,y12), (x11,y11),(x10,y10),(x1,y1)
6
20
C
3
5
18
19
4
(x24,y24),(x25,y25),(x26,y26), (x27,y27),(x28,y28),(x29,y29),(x30,y30)
GIS自考习题-单选+多选学生用
GIS自考习题-单选+多选学生用单选题第一章绪论1、地理信息系统形成于20世纪_____？A. 50年代B. 60年代C. 70年代D. 80年代2、地理信息区别与其他信息的显著标志是____?A. 属于属性信息B. 属于共享信息C. 属于社会经济信息D. 属于空间信息3、“3S”技术指的是____?A. GIS、RS、GPSB. GIS、DSS、GPSC. GIS、GPS、OSD. GIS、DSS、RS4、下列属于GIS输入设备的是____?A. 主机B. 绘图机C. 扫描仪D. 显示器5、把GIS分为专题地理信息系统、区域地理信息系统与地理信息系统工具是按____ ?A. 数据容量B. 用户类型C. 内容D. 用途6、从历史发展看，GIS脱胎于____?A. 地图学B. 地理学C. 计算机科学D. 测量学7、世界上第一个地理信息系统是____?A. 美国地理信息系统B. 加拿大地理信息系统C. 日本地理信息系统D. 奥地利地理信息系统8、有关地理系统的论述错误的是____?A. 地理系统是一个多层次的巨系统B. 地理系统是地理信息系统的科学依据C. 地理系统就是统一地图学D. 地理系统是以哲学思维和高度现代化的技术为支撑的科学体系9、GIS进入推广应用阶段是20世纪____?A. 60年代B. 70年代C. 80年代D. 90年代10、GIS的主要工作方式是____?A. 批处理方式B. 人机对话的交互方式C. 模拟方式D. 增量方式11、GIS与机助制图的差异在于____?A. 是地理信息的载体B. 具有存储地理信息的功能C. 具有显示地理信息的功能D. 具有强大的空间分析功能12、有关信息的论述错误的是____?A. 信息具有传输性B. 信息具有共享性C. 信息具有适用性D. 信息具有主观性13、下列哪些属于GIS产品的输出设备____?A. 键盘B. 硬盘C. 主机D. 显示器14、下列GIS软件中哪一个不是ESRI公司的产品____?A. ArcViewB. ArcSEDC. MapXtremeD. MapObject15、地理信息区别与其他信息的显著标志是____?A. 属于属性信息B. 属于共享信息C. 属于社会经济信息D. 属于空间信息16、以下不属于GIS输出设备的是____?A. 绘图仪B. 打印机C. 图形显示终端D. 图形数字化仪第二章地理信息系统的数据结构1、对一幅地图而言，要保持同样的精度，栅格数据量要比矢量数据量____?A. 大B. 小C. 相当D. 无法比较2、有一点实体其矢量坐标为P（9.5，15.6），若网格的宽与高都是2，则P 点栅格化的行列坐标为____?A. P（5，8）B. P（8，5）C. P（4，7）D. P（7，4）3、获取栅格数据的方法有____?A. 手扶跟踪数字化法B. 屏幕鼠标跟踪数字化法C. 扫描数字化法D. 人工读取坐标法4、矢量结构的特点是____?A. 定位明显、属性隐含B. 定位明显、属性明显C. 定位隐含、属性明显D. 定位隐含、属性隐含5、下列栅格结构编码方法中，具有可变分辨率和区域性质的是____?A. 直接栅格编码B. 链码C. 游程编码D. 四叉树编码6、用数字化仪数字化一条折线，合适的操作方式为____?A. 点方式B. 开关流方式C. 连续流方式D. 增量方式7、描述地理实体本身位置、形状和大小等的数据为____?A. 属性数据B. 几何数据C. 关系数据D. 统计数据8、在GIS数据中，把非空间数据称为____?A. 几何数据B. 关系数据C. 属性数据D. 统计数据9、地理数据一般具有三个基本特征是____?A. 空间特征、属性特征和时间特征B. 空间特征、地理特征和时间特征C. 地理特征、属性特征和时间特征D. 空间特征、属性特征和拓扑特征10、存在于空间图形的同类元素之间的拓扑关系是____?A. 拓扑邻接B. 拓扑关联C. 拓扑包含D. 以上三者11、通过记录坐标的方式表示点、线、面地理实体的数据结构是____?A. 矢量结构B. 栅格结构C. 拓扑结构D. 多边形结构12、在栅格数据获取过程中，为减少信息损失提高精度可采取的方法是____?A. 增大栅格单元面积B. 缩小栅格单元面积C. 改变栅格形状D. 减少栅格总数13、对同一幅地图而言，矢量结构与栅格结构相比____?A. 图形精度高B. 图形精度低C. 图形精度相当D. 无法比较14、下列能进行地图数字化的设备是____?A. 打印机B. 手扶跟踪数字化仪C. 主机D. 硬盘15、GIS所包含的数据均与____?A. 地理空间位置相联系B. 非空间属性相联系C. 地理事物的质量特征相联系D. 地理事物的类别相联系16、存在于空间图形的不同类元素之间的拓扑关系属于____?A. 拓扑邻接B. 拓扑包含C. 拓扑关联D. 以上都不是17、栅格结构的特点是____?A. 定位明显，属性隐含B. 定位明显，属性明显C. 定位隐含，属性明显D. 定位隐含，属性隐含18、下列既是获取矢量数据的方法，又是获取栅格数据的方法是____?A. 手扶跟踪数字化法B. 扫描仪法C. 数据结构转换法D. 分类影象输入法19、矢量数据量与表示地物精度之间的关系是____?A. 数据量越大，精度越高B. 数据量越小，精度越高C. 数据量越大，精度越低D. 以上三者都有可能20、栅格结构与矢量结构相比较____?A. 数据结构复杂，冗余度小B. 数据结构复杂，冗余度大C. 数据结构简单，冗余度小D. 数据结构简单，冗余度大21、下列栅格数据编码方法中，接近矢量结构，不具有区域性质的编码方法是____?A. 四插树编码B. 块码C. 游程编码D. 链码22、矢量结构与栅格结构相比____?A. 结构紧凑，冗余度小B. 结构紧凑，冗余度大C. 结构松散，冗余度小D. 结构松散，冗余度大23、在GIS中，明确定义空间结构关系的数学方法称为____?A. 邻接关系B. 关联关系C. 包含关系D. 拓扑关系24、下列给出的方法中，哪种可获取矢量数据____?A. 手扶跟踪数字化法B. 扫描法C. 遥感信息提取D. 手工网格法25、在多边形矢量编码方法中，由点索引与边界线号相联系，以线索引与各多边形相联系的编码方法是____?A. 多边形环路法B. 树状索引编码法C. 拓扑结构编码法D. 四叉树编码法26、____决定了栅格数据的精度。
第三章空间数据处理教材
坐标
(行列)=？
Hale Waihona Puke 栅格尺寸确定 矢量数据转换成栅格数据后，图形的几何精度必然要降 低，所以选择栅格尺寸的大小要尽量满足精度要求，使 之不过多地损失地理信息。为了提高精度，栅格需要细 化，但栅格细化，数据量将以平方指数递增，因此，精 度和数据量是确定栅格大小的最重要的影响因素。
1）按变形的性质
等角投影(Conformal projections) 等积投影(Equal area projections) 等距投影(Equidistant projections)
2）按构成方法分类
几何投影
按投影面的形状
方位投影(Azimuthal Projections) 圆柱投影(Cylindrical Projections) 圆锥投影(Conic Projections)
XUTM=0.9996 * X高斯 YUTM=0.9996 * Y高斯 这个公式的误差在1米范围内，完全可以接受。
兰勃特投影
设有一个圆锥，其轴与地轴一致，套在地球椭球体上，然后将 椭球体面的经纬线网按照等角的条件投影到圆锥面上，再把圆 锥面沿母线切开展平，即得到正轴等角圆锥投影的经纬网图形。 其中纬线投影成为同心圆弧，经线投影成为向一点收敛的直线 束。当圆锥面与椭球体上的一条纬圈相切时，称切圆锥投影， 见图（a）；当圆锥面相割于椭球面两条纬圈时，称割圆锥投 影，见图（b）。
③ 区域的填充 基于弧段数据的栅格化方法 基于多边形数据的栅格化方法
内点填充法 边界代数法 包含检验法
二、由栅格向矢量的转换——矢量化
从栅格单元转换到几何图形的过程称为矢 量化，矢量化过程要保证以下两点： 转换物体正确的外形
地理信息系统概论——知识点总结
地理信息系统概论第一章导论数据与信息的关系：数据：是通过数字化或记录下来可以可以被鉴别的符号，不仅数字是数据，而且文字、符号、图象也是数据，数据本身没有意义；信息：是对数据的解释、运用与解算，数据即使是经过处理以后的数据，只有经过解释才有意义，才成为信息。
数据（data）是信息(information)的表达，而信息是数据的内容。
数据是未经加工的原始材料，地理信息系统的设计和建立，首先是收集数据和处理数据。
就本质而言数据是客观对象的表示，而信息则是数据内涵的意义，只有数据对实体行为产生影响时才成为信息。
信息是用数字、文字、符号、语言等介质来表示事件、事物、现象等的内容、数量或特征，以便向人们（或系统）提供关于现实世界新的事实的知识，作为生产、管理和决策的依据。
数据处理：是指对数据进行收集、筛选、排序、归并、转换、存储、检索、计算，以及分析、模拟和预测等操作。
信息的特点：客观性、适用性、传输性、共享性。
地理信息：是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特征、联系和规律等的数字、文字、图象和图形的总称。
地理信息属于空间信息，它具有空间定位特征、多维结构特征和动态变化特征。
地理信息系统（Geographical Information System）：地理信息系统既是管理和分析空间数据的应用工程技术，又是跨越地球科学、信息科学和空间科学的应用基础学科。
其技术系统是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，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。
GIS的基本构成：GIS一般包括以下5个主要部分：系统硬件、系统软件、空间数据、应用人员和应用模型。
1、系统硬件：（1）GIS主机：包括大型、中型、小型机，工作站∕服务器和微型计算机，其中各种类型的工作站∕服务器成为GIS的主流。
（2）GIS外部设备：包括各种输入（如图形数字化仪、图形扫描仪、解析和数字摄影测量设备等）和输出设备（如各种绘图仪、图形显示终端和打印机）。
地理信息系统概论名词解释总结
l 数字地面模型(DTM)：是定义于二维区域上的一个有限项的向量序列，它以离散分布的平面点来模拟连续分布的地形。
l 数字高程模型(DEM)：当数字地面模型的地面属性为海拔高程时，则该模型即为数字高程模型。
l 数字地形分析(DTA)：是指在数字高程模型上进行地形属性计算和特征提取的数字信息处理技术。DTA技术是各种与地形因素相关空间模拟技术的基础。
l 地理信息：是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特征、联系和规律的数字、文字、图像和图形等的总称；它属于空间信息，具有空间定位特征、多维结构特征和动态变化特征。
l 地理信息科学：与地理信息系统相比，它更加侧重于将地理信息视作为一门科学，而不仅仅是一个技术实现，主要研究在应用计算机技术对地理信息进行处理、存储、提取以及管理和分析过程中提出的一系列基本问题。地理信息科学在对于地理信息技术研究的同时，还指出了支撑地理信息技术发展的基础理论研究的重要性。
l 边界代数算法：边界代数多边形填充法是一种基于积分思想的矢量格式向栅格格式转换算法，它适用于记录拓扑关系的多边形矢量数据转换为栅格结构。它不是逐点判断与边界的关系完成转换，而是根据边界的拓扑信息，通过简单的加减代数运算将边界位置信息动态地赋给各栅格点，实现了矢量格式到栅格格式的高速转换，而不需要考虑边界与搜索轨迹之间的关系，因此算法简单、可靠性好，各边界弧段只被搜索一次，避免了重复计算。
l DIME文件：美国人口普查局在1980年的人口普查中提出了双重独立地图编码文件。它含有调查获得的地理统计数据代码及大城市地区的界线的坐标值，提供了关于城市街道，住址范围以及与人口普查局的列表统计数据相关的地理统计代码大纲要图。在1990年的人口普查中，TIGER取代了DIME文件。
地理信息系统原理第三章 空间数据模型与数据结构3.2
第1行第N列亮度值 波段n 波段1 第2行第1列亮度值 波段n
BSQ结构
BIP结构
BIL结构
星蓝海学习网13
以行为记录单位按行存储 地理数据。属性明显，位 置隐含。 缺点：存在大量冗余，精 度提高有限制。
星蓝海学习网14
0 0 0 0 0 4 4 4 记录1 0 0 0 0 0 4 4 4
星蓝海学习网
• 优点：
• 栅格加密时，数据量不会明显 增加，压缩效率高，最大限度 保留原始栅格结构，
• 编码解码运算简单，且易于检 索、叠加、合并等操作，得到 广泛应用。
• 缺点：
• 不适合于类型连续变化或类型 区域分散的数据。
星蓝海学习网
(2)压缩栅格数据结构
块码（二维游程编码）（行，列，半径，属性值）
弧段ID a b c d e
起始点 5 7 1 13 7
终结点 1 1 13 7 5
… … … 左多边形 Q A Q D D
右多边形 A B B B A
f
13
5
Qห้องสมุดไป่ตู้
D
点号 1 2
…… 25
坐标 （x1，y1） （x2，y2）
…… （x25，y25）
g
25
弧段ID
点号
a
5,4,3,2,1
b
7,8,1
c
1,9,10,11,12,13
• 采用方形区域作为记录单元，每个记录单元包括相邻的若干栅格，数据结构由初始位置(行、 列号)和半径，再加上记录单元代码组成。特点：
• 一个多边形所包含的正方形越大，多边形的边界越简单，块状编码的效率就越好。
• 块状编码对大而简单的多边形更为有效，而对那些碎部较多的复杂多边形效果并不好。
北师大地理信息系统课件03空间数据模型
因此，最好的通用数据模型是不存在的，数据模型优劣取决于 你的需要，使用数据的方式和目的才是决定数据模型优劣的标 准。
地理空间数学基础
胡嘉骢
BNUEP 地 理 信 息 系 统
空间数据模型类型
例子：
河流作为组成网络的一系列要素。每条线段都拥有流量、容量和其他属性 。这时可以使用线性网络模型（几何网络）来分析水文流量或者船务运输 等。
空间事物或现象 选择、综合、简化和抽象
概念世界
数据世界 （计算机）
概念模型 Conceptial Model
最高层
编码、表达、建立空间关系
逻辑数据模型 Logical Data Model
中间层
数据结构对数据进行组织
物理数据模型 Physical Data Model
最底层
信息
11 地理空间数学基础
地理空间数学基础
胡嘉骢
BNUEP 地 理 信 息 系 统
空间数据模型类型
例子： 即使在同一数据模型中，每种空间数据也有不同的表达方式。
地理空间数学基础
胡嘉骢
BNUEP 地 理 信 息 系 统
空间数据概念模型类型
现有GIS中常用的空间数据概念模型主要有三个： 场(Field)模型：强调空间要素的连续性
地图使用者的认识模型
地理空间数学基础
胡嘉骢
BNUEP 地 理 信 息 系 统
维度世界：度 量语言
地理空间世 界：GIS 语言
概念世界：自 然语言
现实世界：基 本语言
地理空间数学基础
对现实世界的抽象
项目世界： 信息团体
点世界：坐标 几何
几何世界：WKT
OpenGIS的九层模 型
要素世界：要 素
第三章空间数据的组织与结构(二)
24 25 8 6
3 4
5
多边形原始数据
多边形 A B
数据项
(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3),(x4,y4),(x5,y5),(x6,y6),(x7,y7),(x8,y8),(x9,y 9),(x1,y1) (x1,y1), (x9,y9), (x8,y8), (x17,y17), (x16,y16), (x15,y15),(x14,y14) ,(x13,y13), (x12,y12), (x11,y11),(x10,y10),(x1,y1)
栅格数据结构是一种影像数据结构，适用于遥 感图像的处理。它与制图物体的空间分布特征 有着简单、直观而严格的对应关系，对于制图 物体空间位置的可探性强，并为应用机器视觉 提供了可能性，对于探测物体之间的位置关系, 栅格数据最为便捷。 多边形数据结构的计算方法中常常采用栅格选 择方案，而且在许多情况下，栅格方案还更有 效。例如，多边形周长、面积、总和、平均值 的计算、从一点出发的半径等在栅格数据结构 中都减化为简单的计数操作。
c
d e f g h i j
16
19 15 15 1 8 16 31
8
5 19 16 15 1 19 31
E
O O D O A D B
B
E D B B B E C
弧段文件
弧段坐标文件
结点号 1 2
坐标 (x1,y1)
连接弧段 a,g
…… …… …… ……
结点文件
…… …… …… ……
……
22 23
24 25 8 6
3 4
5
B
C
D
EaΒιβλιοθήκη bcfg
h j
第3章 空间数据模型
第三节 要素模型
1、欧氏平面上的空间对象类型
图3-8表示了在连续的二维欧氏平面上的一种可能的对象继承等级图。
空间对象
零维对象点
延伸对象
一维对象
二维对象
弧
环
面对象
简单弧
简单环
面域对象
域单位对象
图3-8：连续空间对象类型的继承等级
第三节 要素模型
图3-8：连续空间对象类型的继承等级
第三节 要素模型
第二节 场模型
二、场的特征
1、空间分辨率和属性域 2、连续和分段连续
3、各向同性和各向异性：各种性质是否随方向的变化而变化是空间场的一
个重要特征。如果一个场中的所有性质都与方向无关，则称为各向同性场 (Isotropic Field)。反之与方位有关的场称为各向异性场（Anisotropic Field）。 4、空间自相关：空间自相关是空间场中的数值聚集程度的一种量度,距离近 的事物之间的联系性强于距离远的事物之间的联系性。一个空间场中类似的 数值有聚集的倾向，则空间场表现出很强的正空间自相关；如类似属性值在
第三节 要素模型
第三节 要素模型
第三节 要素模型
第三节 要素模型
第三节 要素模型
第三节 要素模型
“空间对象”具有最高抽象层次，它派生为零维的点对象和延伸对象，延伸
对象又可以派生一维和二维对象类。一维对象的两个子类：弧和环（Loop），如
果没有相交，则称为简单弧（Simple Arc）和简单环（Simple Loop）。二维空 间对象类中连通的面对象称为面域对象，没有“洞”的简单面域对象称为域单位 对象。 2、离散欧氏平面上的空间对象 欧氏空间的平面因连续而不可计算，必须离散化才适合于计算。图3-8中所 有连续类型的离散形式都存在。图3-9表示了部分离散一维对象继承等级关系。
第三章 空间数据模型
分类 空间关系 非空间关系 时间关系 非空间属性 地理空间 空间要素
子类 超类 子部分 超部分
几何坐标
对象模型对空间要素的描述
场模型 • 也称域（field）模型，是把地理空间中的现象看作连续 也称域（ ）模型，是把地理空间中的现象看作连续 的变量或体，如大气污染程度、地表温度、土壤湿度、 变量或体 如大气污染程度、地表温度、土壤湿度、 地形高度以及大面积空气和水域的流速和方向等。 地形高度以及大面积空气和水域的流速和方向等。 • 场可分为二维或三维。二维场是在二维空间 2中任意给 在二维空间R 场可分 二维或三维。 场是在二维空间 定的一个空间位置上，都有一个表现某现象的属性值， 定的一个空间位置上，都有一个表现某现象的属性值， 场是在三维空间R 即A＝f(x，y)。三维场是在三维空间 3中任意给定一个 ＝ ， 。三维场是在三维空间 空间位置上，都对应一个属性值， 空间位置上，都对应一个属性值，即A＝f(x，y，z)。 ＝ ， ， 。
• 由于地理空间事物和现象的复杂性和人们 认识地理空间在观念和方法上的不同， 认识地理空间在观念和方法上的不同，墓 地里信息系统对空间实体的抽象方式也存 在一定的差别，或者说不同的学科或部门 在一定的差别， 可能对地理空间按照各自的认识和思维方 式来构造不同的模型。 式来构造不同的模型。
地理空间认知概念模式（ 地理空间认知概念模式（国际标准化组织地理信息 标准化委员会） 标准化委员会）
机器世界
用数据模型描述现实世界中的事物及其联系。 用数据模型描述现实世界中的事物及其联系。
1) 字段（field）或数据项（data item）： 字段（ ）或数据项（ ）： 标记实体属性的命名单位，是数据库中的最小信息单位。 标记实体属性的命名单位，是数据库中的最小信息单位。 2) 记录（record）：字段值的有序集合。 记录（ ）：字段值的有序集合 ）：字段值的有序集合。 3) 记录型 ： 字段名的有序集合。 字段名的有序集合。 4) 文件 ： 同类记录的集合。对应于实体集。 同类记录的集合。对应于实体集。
黄杏元《地理信息系统概论》(第3版)章节题库-第三章至第四章【圣才出品】
第3章空间数据处理一、名词解释1．栅格数据压缩编码答：栅格数据压缩编码是指在不丢失信息的前提下，缩减数据量以减少存储空间，提高传输、存储和处理效率的一种技术方法。
编码方式有键码、游程长度编码、块码和四叉树编码等。
其类型又有信息无损编码和信息有损编码之分。
2．边界代数算法答：边界代数算法是一种基于积分思想的矢量格式向栅格格式转换算法，它适合于将记录拓扑关系的多边形矢量数据转换为栅格结构。
它不是逐点判断与边界的关系完成转换，而是根据边界的拓扑信息，通过简单的加减代数运算将边界位置信息动态地赋给各栅格点，实现了矢量格式到栅格格式的高速转换，而不需要考虑边界与搜索轨迹之间的关系，因此算法简单、可靠性好，各边界弧段只被搜索一次，避免了重复计算。
3．DIME文件答：DIME文件是美国人口普查局在1980年的人口普查中提出的双重独立地图编码文件。
它含有调查获得的地理统计数据代码及大城市地区的界线的坐标值，提供了关于城市街道、住址范围以及与人口普查局的列表统计数据相关的地理统计代码的纲要图。
在1990年的人口普查中，TIGER取代了DIME文件。
4．空间数据内插答：空间数据内插是通过已知点或分区的数据，推求任意点或分区数据的方法。
在已观测点的区域内估算未观测点的数据的过程称为内插。
一般情况下，空间位置越靠近已观测点的未观测点越有可能获得与实际值相似的数据，而空间位置越远的点则获得与实际值相似的数据的可能性越小。
5．坐标变换答：坐标变换是把一个坐标系下的空间对象转换到另一个坐标系下的过程，是空间实体的位置描述。
其实质是建立两个平面点之间的一一对应关系，包括几何纠正和投影转换，是空间数据处理的基本内容之一。
两个及以上的坐标转换时由极坐标相对参照确定维数空间。
6．仿射变换答：仿射变换是GIS数据处理中使用最多的一种几何纠正方法。
是指在几何中，一个向量空间进行一次线性变换并接上一个平移，变换为另一个向量空间。
它的主要特性为：同时考虑到因地形突变而引起的实际比例尺在x和y方向上的变形，因此纠正后的坐标数据在不同方向上的长度比将发生变化。
第三章 空间数据处理
平面方程为： zp=a0+a1x+a2y 只需要3个数据点即可。
z1=a0+a1x1+a2y1
z2=a0+a1x2+a2y2
z3=a0+a1x3+a2y3
z1 1 z 1 2 z 3 1
x1 x2 x3
y1 a 0 y 2 a 1 y 3 a 2
21 22.5 23 27 28 28.6 29 30.4 31 26 18 17
23 24 24 28 30 29 30 31 32 27 20 18
26.6 24.3
2、双线性多项式内插法
双线性内插多用于已经规则分布的数据内插。
用最邻近的四个已知点构成一个四边形块，并确定一 个双线性函数。
p1 p2
因此最少需要三个同名地点的坐标，列出6 个方程组。求出系数，得到两者的转换方程。
X1’= a0 +a1 x1+a2 y1 Y1’= b0 + b1 x1 + b2 y1 X2’= a0 +a1 x2+a2 y2 Y2’= b0 + b1 x2 + b2 y2 X3’= a0 +a1 x3+a2 y3 Y3’= b0 + b1 x3 + b2 y3 a0, a1, a2, b0 , b1, b2
压缩后由{A1，A2………Am}m个坐标子集组成。 则压缩比为： a=m/n ； a≤1
二、矢量数据压缩
V3 V2 V4
V5
V1
V6
（一）矢量数据压缩基本原理：道格拉斯—佩克算法 （1）用待压缩折线首尾两点连接为直线L。
（2）计算折线上各坐标点到直线的垂直距离。
第三章-空间数据模型
2）邻接性： (同类元素之 间)
多边形之间、结点之间。
邻接矩阵
重叠：-- 邻接：1 不邻接： 0
P1 P2 P3 P4 P1 -- 1 1 1 P2 1 -- 1 0 P3 1 1 -- 0 P4 1 0 0 --
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。
连通矩阵： 重叠：-- 连通：1 不连通：0
V1 V2 V3 …
V1 -- 1 0 V2 1 -- 1 V3 0 1 --
4）拓扑包含：指面状实体包含了哪些线、点或面状实体。
主要的拓扑关系：拓扑邻接、拓扑关联、拓扑包含。
P2
P1
P2
P3 P2
P1 P1
P2
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
2 杨树 x1, y1；x2, y2；…； 林 xn, yn; x1, y1
3 松树 x1, y1；x2, y2；…； 林 xn, yn; x1, y1
空间对象的矢量数据模型
3.4 空间逻辑数据模型
二、栅格数据模型
在栅格数据模型中，点实体是一 个栅格单元（cell）或像元，线实体 由一串彼此相连的像元构成，面实 体则由一系列相邻的像元构成，像 元的大小是一致的。
象）
分类
子类/超类 等效
空间关系 非空间关系 时间关系
地理空间 空间要素
几何坐标
子部分 超部分
非空间属性
(第三章)空间数据结构
(第三章)空间数据结构空间数据结构1·简介空间数据结构是在计算机科学领域中用于表示和组织空间数据的数据结构。
它们被广泛应用于地理信息系统（GIS）、计算机图形学、计算机视觉等领域。
2·常见的空间数据结构2·1·四叉树四叉树是一种常见的空间数据结构，它将空间划分为四个象限，并将空间中的点或对象存储在树节点中。
它可以支持高效的空间查询和检索操作，特别适用于二维空间数据。
2·2·八叉树八叉树是四叉树的扩展，将空间划分为八个象限。
它在三维空间中更加常用，可以表示立方体或球体中的对象。
八叉树适用于对三维空间进行高效的查询和搜索。
2·3·R树R树是一种多叉树，用于表示和组织高维空间中的对象。
它通过将空间划分为矩形区域来存储和查询对象。
R树广泛应用于空间数据库和地理信息系统中。
2·4·KD树KD树是一种二叉树，用于存储和查询k维空间中的对象。
它通过将空间划分为超平面来快速定位对象。
KD树在计算机视觉领域中广泛使用，特别适用于最近邻搜索和范围搜索。
2·5·网格网格是一种将空间划分为规则网格单元的数据结构。
它是一种简单而高效的空间索引方法，可以快速进行点查询和范围查询。
3·空间查询操作3·1·点查询点查询是通过给定一个点坐标来查找空间数据结构中的对象。
点查询可以通过遍历整个数据结构或使用特定的查询算法来实现。
3·2·范围查询范围查询是通过给定一个矩形区域来查找空间数据结构中与该区域相交的对象。
范围查询可以通过遍历整个数据结构或使用特定的查询算法来实现。
3·3·最近邻查询最近邻查询是通过给定一个点坐标来查找空间数据结构中最接近该点的对象。
最近邻查询可以通过遍历整个数据结构或使用特定的查询算法来实现。
4·附件附件一：四叉树示意图附件二：八叉树示意图附件三：R树示意图附件四：KD树示意图附件五：网格示意图5·法律名词及注释5·1·GIS（地理信息系统）：是一种用于捕获、存储、分析、管理和展示地理空间数据的计算机系统。
地理信息系统期末复习(1-3)
地理信息系统期末复习第一章导论第一节地理信息系统的基本概念一、数据与信息data）为便于交流、解释或处理，对信息的可再解释的形式化表示。
理解：泛指表示一个指定的值或条件的数字、符号（或字母）等。
数据是表示信息的，但这种表示要适合传输、分析和处理。
在数字通信中，常把数据当作信息的同义词。
information）关于客体（如事实、事件、事物、过程或思想，包括概念）的知识，在一定场合中具有特定的意义。
二、地理信息与地理信息系统geographic data）直接或间接关联着相对于地球的某个地点的数据。
（geographic information）关于那些直接或间接涉及相对于地球的某个地点的现象的信息。
GIS的操作对象是地理数据或空间数据。
P5-----Who？GIS空间数据（地理信息）的基本特征：空间特征、属性特征、时序或时间特征。
（1、2题的关系）P3------操作对象的特点GIS，7.132）在计算机软硬件支持下，把各种地理信息按照空间分布，以一定的格式输入、存储、检索、更新、显示、制图和综合分析的计算机技术系统。
课后习题1、什么是地理信息系统（GIS）？它与一般计算机应用系统有哪些异同点？(P4)答：在计算机软硬件支持下，把各种地理信息按照空间分布，以一定的格式输入、存储、检索、更新、显示、制图和综合分析的计算机技术系统。
GIS脱胎于地图学，是计算机科学、地理学、测绘遥感学、环境科学、城市科学、空间科学、信息科学和管理科学等众多学科交叉融合而成的新兴学科。
但是，地理信息系统与这学科和系统之间既有联系又有区别：（1）GIS与机助制图系统。
机助制图是地理信息系统的主要技术基础，它涉及GIS中的空间数据采集、表示、处理、可视化甚至空间数据的管理。
地理信息系统和数字制图系统的主要区别在于空间分析方面。
一个功能完善的地理信息系统可以包含数字制图系统的所有功能，此外它还应具有丰富的空间分析功能。
（2）GIS与DBMS(数据库管理系统)。
第三章空间数据采集与处理练习资料
第三章空间数据采集与处理练习资料一、单选题1、对于离散空间最佳的内插方法是：A．整体内插法 B．局部内插法C．移动拟合法 D．邻近元法2、下列能进行地图数字化的设备是：A.打印机B.手扶跟踪数字化仪C.主机 D.硬盘3、有关数据处理的叙述错误的是：A.数据处理是实现空间数据有序化的必要过程B.数据处理是检验数据质量的关键环节C.数据处理是实现数据共享的关键步骤D.数据处理是对地图数字化前的预处理4、邻近元法是：A.离散空间数据内插的方法B.连续空间内插的方法C.生成DEM的一种方法D.生成DTM的一种方法5、一般用于模拟大范围内变化的内插技术是：A.邻近元法B.整体拟合技术C.局部拟合技术D.移动拟合法6、在地理数据采集中，手工方式主要是用于录入：A.属性数据B.地图数据C.影象数据 D.DTM数据7、要保证GIS中数据的现势性必须实时进行：A.数据编辑B.数据变换C.数据更新 D.数据匹配8、下列属于地图投影变换方法的是：A.正解变换B.平移变换C.空间变换 D.旋转变换9、以信息损失为代价换取空间数据容量的压缩方法是：A.压缩软件B.消冗处理C.特征点筛选法 D.压缩编码技术10、表达现实世界空间变化的三个基本要素是。
A. 空间位置、专题特征、时间B. 空间位置、专题特征、属性C. 空间特点、变化趋势、属性D. 空间特点、变化趋势、时间11、以下哪种不属于数据采集的方式：A. 手工方式B.扫描方式C.投影方式 D.数据通讯方式12、以下不属于地图投影变换方法的是：A. 正解变换B.平移变换C.数值变换 D.反解变换13、以下不属于按照空间数据元数据描述对象分类的是：A. 实体元数据B.属性元数据C.数据层元数据D. 应用层元数据14、以下按照空间数据元数据的作用分类的是：A. 实体元数据B.属性元数据C. 说明元数据D. 分类元数据15、以下不属于遥感数据误差的是：A. 数字化误差B.数据预处理误差C. 数据转换误差D. 人工判读误差二、填空题1、数据处理涉及的内容很广泛，主要取决于和，一般包括数据变换、数据重构、数据提取等内容。
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第一节 空间数据坐标变换
一、仿射变换
对于原始图介质存在的几何变形、 扫描输入时图纸未被压紧产生的斜 置、遥感影像本身的几何变形等带 来的误差，可通过几何纠正解决。
图为一幅标准的5万地形图，在 扫描时，图纸摆放倾斜。
仿射变换是几何纠正 常用的方法。
Y
数字化仪
圆锥投影: 以圆锥面作投影面，使圆锥面与球面相切或 相割，将球面上的经纬线投影到圆锥面上，然后将圆锥面展 为平面而成。
第一节 空间数据坐标变换
方位投影
• 方位投影以平面为投影面。 • 特性：从投影中心向各个方向引出的方向线投影后方位不
变。 • 平面与球面相切或相割处无变形，故称标准点或标准线。 • 等变形线是以投影中心为圆心的同心圆。 • 常见方位投影及其特征
将一个椭球体表面展平为一个水平面往往会引起褶皱或破 裂。这个原理说明了地球表面在二维上产生的空间数据的形状、 面积、距离或者方向的变形和扭曲。
地图投影利用数学公式将球面上的椭球体坐标与一个水平 面上的平面坐标联系起来。
不同的投影产生不同类型的变形。一般的投影类型都是被 设计用来减小一两个数据特征的变形程度。一种投影可能保持 特征的面积不变而改变它的形状，另外一种投影可能保持距离 不变而改变面积或者形状等等。
第三章 空间数据处理
主要内容
第一节 空间数据的坐标变换 第二节 空间数据结构的转换 第三节 多源空间数据的融合 第四节 空间数据的压缩与综合 第五节 空间数据的内插方法 第六节 图幅数据边沿匹配处理
第一节 空间数据坐标变换
空间数据坐标变换类型：
几何变换：主要解决数字化原图变形等原因引起的误差，并进行几何配准。 坐标系转换：主要解决G1S中设备坐标同用户坐标的不一致，设备坐标之间的不 一致问题。 投影变换：主要解决地理坐标到平面坐标之间的转换问题。
第一节 空间数据坐标变换
二、什么是地图投影 地球椭球体表面是不可展曲面，要将曲面上的客观事物表
示在有限的平面图纸上，必须经过由曲面到平面的转换。 地图投影： 在地球椭球面和平面之间建立点与点之间函数
关系的数学方法，称为地图投影。
x = f1(j , l )
y = f2(j , l )
地图投影的实质： 是将地球椭球面上的经纬线网按照一定 的数学法则转移到平面上。
X
o
X o
显示器 Y
Y
滚桶绘图仪 X o
第一节 空间数据坐标变换
仿射变换原理
如图所示，设x，y为数字化仪坐标，X，Y 为理论坐标，m1、m2为地图横向和纵向的实 际比例尺，两坐标系夹角为，数字化仪原 点O'相对于理论坐标系原点平移了a0、b0。
设
简化
X = a0 + a1 x + a2 y
Y = b0 + b1 x + b2 y
第一节 空间数据坐标变换
五、地图投影的意义
地图投影是地图数学基础中最为重要的一点，一幅地图如果 没有地图投影或者地图投影不准确，那它就不是完整的地图。
随着GIS不断普及，应用层次多样化、应用人员复杂化，很多 人因为不懂投影，而一筹莫展；而一部分人在似懂非懂中，不管 什么来源的数据，只管数字化建库或者强行右图是一种简单 的可视化方法来理解 地图投影是怎样改变 空间属性值。假设地 球表面是透明的，并 且画有地理格网，在 其中心放一个光源， 将其表面投射到一个 圆柱面上，展开圆柱 面发现水平纸上的格 网的形状与地球上的 差别很大，地图投影 已经扭曲了格网形状。
第一节 空间数据坐标变换
一般采用4点纠正法或网格纠正法。4点纠正法通过输入4个图幅 轮廓控制点坐标来实现变换。当4点纠正法不能满足精度要求时，可 选用网格纠正法，以增加采样控制点的个数。
TIC2
TIC3
TIC1
TIC4
第一节 空间数据坐标变换
例证2：遥感影像图的纠正
遥感影像图的纠正通常选用同遥感影像图比例尺相同的地形图或正 射影像图作变换标准图，在选择好变换方法后，在被纠正的遥感影像 图和标准图上分别采集同名地物点，所选的点在图上应分布均匀、点 位合适，通常选道路交叉点、河流桥梁等固定设施点，以保证纠正精 度。
按地图投影的构成方法分类
（1）几何投影: 将椭球面上的经纬线网投影到几何面上，然后将 几何面展为平面。
方位投影: 以平面作投影面，使平面与球面相切或相割 ，将球面上的经纬线投影到平面上而成。
圆柱投影: 以圆柱面作投影面，使圆柱面与球面相切或 相割，将球面上的经纬线投影到圆柱面上，然后将圆柱面展 为平面而成。
第一节 空间数据坐标变换
上式含有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 标及其理论坐标值，可求得上述的6个待定参数。
按最小二乘法原理来求解待定参数，有关最小二乘法的计算请参照 相关算法。
第一节 空间数据坐标变换
例证1：地形图的纠正
圆柱投影
设想以圆柱面为投影面，使圆柱面与地球表面相切或相割， 将地球表面上的经纬线投影到圆柱面上，再把圆柱面沿一条 母线剪开展为平面而成。
圆柱投影
1、经线投影为平行 直线，平行线间的 距离和经差成正比 。 2、纬线投影成为 一组与经线正交的 平行直线，平行线 间的距离视投影条 件而异。 3、和圆柱 面相切的赤道弧长 或相隔的两条纬线 的弧长为正长无变 形。圆柱投影按变 形性质可分为等角 圆柱投影、等积圆 柱投影和任意圆柱 投影。
关于数据精度只注意数字化和编辑过程中的偶然误差和外围 设备的系统误差，而忽视了地图投影的所产生的变形误差。
其后果是：显示或输出的图形文件发生变形或扭曲，有些变 形在视觉上不易直接观察。这一方面严重影响到地图的精度，属 性数据空间顺序和空间联系分析结果的准确性；另一方面严重的 影响到GPS的应用效果。
第一节 空间数据坐标变换
六、地图投影分类
地图投影的不同类型被设计用于特定的目的。 某一种地图投影可能被用于一个有限的范围内的 大比例尺数据，而另外一种地图投影可能用于整 个世界的小比例尺数据。为小比例尺地图而设计 的地图投影的类型一般都是基于椭球体的地理坐 标系统而不是球体的地理坐标系统。
第一节 空间数据坐标变换