地理信息系统基础与实验教程02空间数据基础共80页文档
《地理信息系统原理与方法(第四版)》教学课件02空间数据结构
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2.1 空间认知模型 2.2 空间数据概念模型 2.3 矢量数据模型 2.4 栅格数据结构 2.5 矢量与栅格数据模型的比较 2.6 MapGIS 空间数据模型概述
2.1 空间认知模型
➢ 空间认知过程概述 ➢ 空间认知三层模型
空间认知过程概述
空间认知是一个信息加工过程。地理世界是非 常复杂的，地理系统表现出来的各种各样的地理现 象代表了现实世界。空间数据表示的基本任务就是 将以图形模拟的空间物体表示成计算机能够接受的 数字形式。这同时也是一个将客观世界的地理现象 转化为抽象表达的数字世界相关信息的过程，这个 过程涉及到三个层面：现实世界、概念世界和数字 世界，过程如下所示：
现实空间世界
外模式
外模式
外模式
空间概念数据模型 逻辑数据模型 物理数据模型
空间认知三层模型
概念数据模型
关于实体和实体间联系的抽象概念集。GIS概念数据模型是考虑用户需求的共性，用统一的语言描述、综 合、集成的用户视图。目前存在的概念数据模型主要有矢量数据模型、栅格数据模型和矢量-栅格一体化 数据模型。
3.3 拓扑数据结构
拓扑关系的基本含义
拓扑关系是指网结构元素结点、弧段、面域之间的空间关系，主要表现为下列三种关系：
➢ 拓扑邻接 拓扑邻接指存在于空间图形的同类元素之间的拓扑关
系。如图（a）所示，结点邻接关系有N1/N4，N1/N2等， 多边形邻接关系有P1/P3，P2/P3等。
➢ 拓扑关联 拓扑关联是指存在于空间图形的不同类元素之间的拓扑关 系。如图（a）所示，结点与弧段关联关系有N1/C1、 N1/C3、N1/C6，N2/C1、N2/C2、N2/C5等，多边形与线段 的关联关系有P1/C1、P1/C5、P1/C6，P2/C2、P2/C4、 P2/C5、P2/C7等。
地理信息系统,基础与实验教程,课后练习答案,老师讲解自己整理
地理信息系统,基础与实验教程,课后练习答案,老师讲解自己整理地理信息系统基础第1章绪论GIS的认识和理解：GIS定义：在计算机硬、软件系统支持下，对空间数据进行采集、操作、储存与管理、分析、输出的技术系统。
简言之：综合处理和分析空间数据的一种技术系统。
GIS的三种理解:GIS---Geographic information system./ science./service.GIS的组成：硬件系统/软件系统/地理数据/GIS人员哪些学科对GIS关系密切:测量学/地图学/地理科学/摄影测量/遥感学/计算机科学/数学GIS可以在哪些领域发挥作用:测绘与地图制图/灾害监测与环境保护/城乡规划/资源管理/国防/农业/商业与经济/城市管理GIS技术怎样应用于抗震救灾之中：依托GIS建立的三维仿真系统在抗震救灾工作中发挥巨大作用。
常用的GIS软件有哪些国外：ArcGIS / MapInfo / GeoMedia.国内：SuperMap GIS/ Map GIS / GeoStar第2章地理空间与空间数据基础矢量数据与栅格数据各有何特点？试比较它们的优缺点：矢量数据：定位明显，属性隐含；形象直观；特别适合模拟离散的空间数据；精度高。
栅格数据：属性明显，定位隐含；像元的大小直接影响空间数据表达的精度以及数据的存储时间和存储空间；像元大小对精度的影响主要表现为位置的移动、形状的畸变以及属性的偏差。
优缺点（失/栅）：数据结构（严密/简单）；数据量（小/大）；图形精度（高/低）；图形运算（复杂/简单）；与遥感影像格式匹配性（不一致/一致）；输出表示（抽象、昂贵/直观、便宜）；数据共享（不易实现/容易实现）；拓扑与网络分析（容易实现/不易实现）；叠加与组合（不容易/容易）；技术（复杂、高费用/简单、低费用）；数字模拟（不方便/方便）；投影变换（快/慢）什么是拓扑？它有什么重要意义？拓扑（Topology）：原意为“形状的研究”。
第二章空间信息基础
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1.3 地图投影
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1.3 地图投影
高斯-克吕格投影无角度变形，中央经线无长度变 形。为保证精度，采用分带投影的方法：
经差 6°或 3°分带，长度变形 < 0.14%
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高斯-克吕格直角坐标
1.3 地图投影
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yA = 245 863.7 m yB = - 168 474.8 m
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水准面
液体受重力而形成的静止表面，称为水准面。水 准面是一个重力等位面。
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水准面的特性
1.水准面上任一点的铅垂线都与水准面相 正交。
2. 是不规则的表面（受地球内部质量分布 不均匀的影响） ，有无穷多个。
3.水准面与铅垂线可作为野外实地采集空 间数据的基准面和基准线。
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1.3 地图投影
SuperMap Deskpro 5 的坐标系
SuperMap GIS 5 桌面产品的投影系统不 仅提供丰富、便捷的投影坐标系，而且提 供不带投影系统的普通平面坐标系（系统缺 省坐标系）和直接使用经纬度的地理坐标系。
投影坐标系：适合于需要在平面坐标系统 中进行显示和操作的地图，也可以对具有 不同投影的多种数据源进行投影系统的相 互转换。
4.同一水准面上的重力位能处处相等。
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大地水准面和大地体
与平静的平均海水面相重合、并延伸穿过 陆地而形成的封闭曲面称为大地水准面。
大地水准面所包裹的球体叫大地体。 大地水准面是不规则曲面，无法准确描述
和计算，也难以在其上处理测量成果。
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石大地理信息系统实习指导02空间数据库的建立
实习二空间数据库的建立一、实习目的：主要掌握用Mapinfo来建立GIS属性数据库二、实习过程：对各个图层分别建立属性库如对乌鲁木齐市郊区图分层进行了数字化，如建立了河流、行政区域、道路等图层对这些图层分别建立属性库，具体属性项为：1、河流图层：河流编码（ID）、河流名称、河流类型、河流长度等2、行政区域图层：行政区域编码(ID)、行政区域名称、行政区域的面积等3、道路图层：道路编码（ID）、道路名称、道路类型、道路长度。
首先要掌握Arcview的table中的操作具体的操作要想利用Mapinfo来建立属性数据库，就必须熟悉掌握Mapinfo对表格的操作。
（一）表管理1、创建新表在上一个实验中已经讲过2、查看或修改表结构（1）首先要确定要查看或修改的表已打开（2）选择[表]—[维护]—[表结构]菜单项目（3）弹出[修改表结构]对话框。
在该对话框中可以看到所有的字段，还可以对这些字段进行各种操作，包括增加、删除、重命名、对字段重新排序、增加或删除索引、使表可地图化或对表撤消地理编码等操作。
3、保存表（1）使用保存表：[文件]—[保存表]（2）把表的副本另存为新表（3）使用另存副本的方法，可以保存为不同的路径和文件名、不同的投影方式以及不同的文件类型4、重命名表[表]—[维护]—[重命名表]4、删除表表]—[维护]—[删除表]，删除表可以从磁盘上永久地将此表删除，删除表的操作可以将单个表的多个文件全部删除5、紧缩表（1）在很多表中，很多记录虽然已经被删除，但是被删除的记录的空间仍然保留着，没有释放出来，这是可以用紧缩表命令。
（2）[表]—[维护]—[紧缩表]（3）[紧缩表格数据]删除已作删除记号的记录，使表更小（4）[紧缩地图数据]本项只紧缩图形信息（5）[紧缩以上两种数据]既紧缩图形数据，又紧缩表格数据。
6、复原表（1）当对表做了并不想永久保存的变化且还没有保存表时，可以复原表的操作将表恢复到前一版本，用上次保存的版本替换内存中的当前选中表。
地理信息系统原理第二章 地球空间与空间数据基础
基于对象（目标）的模型 基于网络的模型 基于域（场）的模型
对象模型
场模型
网络模型
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第二章 地球空间与空间数据基础
对象模型/要素模型
•将研究的整个地理空间看成一个空域，地理现象和空间实体作为独立的对象分布在该空域中, 对象模型强调地理空间中的单个地理现象。 •按照其几何（空间）特征分为点、线、面、体四种基本对象; •对象也可能由其他对象构成复杂对象，并且与其他分离的对象保持特定的关系，如点、线、 面、体之间的拓扑关系; •每个对象对应着一组相关的属性以区分各个不同的对象; •对象模型把地理现象当作空间要素（Feature）或空间实体（Entity）,一个空间要素必须同时 符合三个条件：
y
（0,7）
松树
（0,4）
冷杉
槐树
（0,0）
（3,0） （7,0）
多种林分的森林
x
区域ID 主要林分
区域/边界
FS1
松树 (0,4),(7,4),(7,7),(0,7)
FS2
冷杉 (0,0),(3,0),(3,4),(0,4)
FS3
槐树 (3,0),(7,0),(7,4),(3,4)
按对象模型的林分建模
➢ 既要考虑用户易理解，又要考虑易于物理实现，易于转换成物理数据模型，例如UML建模
➢ 通常所称的空间数据模型其实是空间数据的逻辑模型。
物理数据模型
逻辑数据模型在计算机内部具体的存储形式和操作机制，即在物理磁盘上如何存放和存取， 是系统抽象的最底层。
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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
等； • 地理坐标转换到投影坐标的过程可理解为投影。（投影：将不规则的
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
地理信息空间信息基础ppt课件
（a）
（b）
（c）
图3-8 河流的显示和隐式表示
►栅格数据结构：计算机对地理实体的显式 描述。矢量数据结构：计算机对地理实体 的隐式描述。
►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。
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
定在定，栅，小 格 小块数块的据的位结位置构置则中则由，由其整其横个横排地排竖理竖列空列E 的间的数被数码规码决则决定地定，分，每为每个一个地个地理个理子午实小实体块体的的〔形形通态态常是是为由由正栅栅方格格形或或）网网，格格地中中理的的实一一体组组的点点位来来置构 构是成成由。。占据小Q 块的横排与竖列的位置决
► 地图和遥感影象是空间信息的常见载体， 计算机管理空间信息，建立地理信息系统成为可能。
图2-3为几种点状符号举例。 由以上两例可看出，至少有两种数字化的方法可以表示空间信息：
所以，下面看一看地图和遥感影象描述的 对于如图2-6所示的遥感图象，用矢量和栅格的表示如图3-11所示。
空间信息用数字化的方式〔栅格和矢量〕
► 不考虑地形起伏等因素，则纬度λ、 经度 、地球旋转椭球 体参量a、b与平面直角坐标x、y之间的变换关系如下：
x=acos cos
y＝bcos sin
► 地图投影变换引起了地理空间要素在平面形态上的变化， 包括长度变化、方向变化和面积变化。但是，平面直角坐 标系(x，y)却建立了对地理空间良好的视觉感，并易于进 行距离、方向、面积等空间参数的量算，以及进一步的空 间数据处理和分析。
地理信息系统基础与实验教程02空间数据基础
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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
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。
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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： 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）
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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
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空间数据编码实例
——100万分之一地貌编码 ——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
一位码
×
相对高度
一位码
×
海拔高度
二位码
× ×
成因
一位码
×
次级成因
一位码
×
不确定
一位码
×
不确定
平原 1 台地 2 丘陵 3 小起伏山地 4 中起伏山地 5 大起伏山地 6 极大起伏山地7 极大起伏山地
地理信息系统基础与实验教程空间数据的输入与处理
填充，赋予多边形的属性值。
(x,y)
b
0
c
a
Xm1in
f
O
d
(x1,y1) e
0
0
0
01
0
01 0
10
01
Ymin
1
0
0
Xmax
0
10 10
0
1
X0
000000000000 000000011000 000100111000 000111111100 001111111100 001111111110 000111111111 000000000000
坐标转换
数据裁切
格式转换
处 理
数据拼接
结构转换
数据提取
空间数据的坐标转换
空间数据的坐标转换是空间数据处理的 基本内容之一，其实质是建立两个空间 中点之间的一一对应关系。
坐标转换
几何纠正
地形图的纠正 遥感影像的纠正
Байду номын сангаас
四点纠正法 逐网格纠正法
正解变换
投影变换 反解变换
数值变换
其他方法
3.3 空间数据的处理
1.逐要素输入法
2.计算法 ArcGIS :F只ie对ld 满Ca足lcu某l通a些to过r条公件共的字要段素，输将入外属部性表值格。中的数
3.条件输入法
据连接到属性表中。
4.外部表格连接法 ( Join )
3.2 空间数据的编辑
➢图形编辑 ➢属性数据的编辑 ➢拓扑查错与拓扑编辑
图形编辑
是指纠正数据采集中出现的各种空间位置错误， 主要包括图形位置编辑及图形间关系的编辑。
✓ 外部数据交换模式 ✓ 直接数据访问模式 ✓ 数据互操作模式 ✓ 空间数据共享平台模式
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复习题：
• 1.大地水准面 • 2.地图投影 • 3.地图 • 4. 空间实体 • 5. 在地理信息系统中怎样描述空间实体？ • 6.什么是拓扑关系？建立拓扑关系有何应用
价值？ • 7.什么是元数据？它的作用是什么？
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.
6）， （9，5）， （10，7），
（7，10），（6，9）， （3，
10）可用于表示 一个多边形。
注意第一个坐标和最后一个坐 标相同，因为多边形总是封闭的。
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空间实体在GIS中的矢量表示
• （1）矢量法是用坐标对、坐标串和封闭的 坐标串表示实体点、线、面的位置及其空 间关系的一种数据格式。适宜表达离散的 空间特征，如土地利用、房屋等。
了解！
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（2）作用：
• 帮助数据生产者管理、维护数据； • 提供数据的生产信息； • 帮助用户选择数据； • 提供数据的处理信息等； • 是实现网络环境GIS（特别是WebGIS）数据互操
作的基础。
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2.空间数据元数据的常用形式和分类
• 常用形式：文本文件、HTML、SGML • 分类： （1）根据内容分：科研型、评估型、模型元数据 （2）根据描述对象分：数据层元数据、属性元数据
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• 3、GIS数据的基 本特征
• 空间特征（定位信息+ 拓扑信息）
• 属性特征（专题属性+ 时间属性）
地理 定位数据
数据 非定位数据
x,y 坐 标 拓 扑 关 系 变 量 级 别 数 值 名 称
点 线 面 格 网 网 络 土 壤 1. 土 厚 砂 1.1 细 1.2 中 1.3 粗