地理信息系统复习资料

8、GIS中为什么要进行地图投影？

GIS以地图方式显示地理信息，而地图是平面，地理信息则在地球椭球上，因此地图投影在GIS中不可缺少。

GIS数据库中地理数据以地理坐标存储时，则以地图为数据源的空间数据必须通过投影变换转换成地理坐标；而输出或显示时，则要将地理坐标表示的空间数据通过投影变换变换成指定投影的平面坐标。

GIS中，地理数据的显示可根据用户的需要而指定投影方式，但当所显示的地图与国家基本地图系列的比例尺一致时，一般采用国家基本系列地图所用的投影。

2.1 常规的地理空间信息的描述方法

2.1.1 地图对地理空间的描述

地图是现实世界的模型，它按照一定的比例，一定的投影原则，有选择地将复杂的三维现实世界的某些内容投影到二维平面媒介上，并用符号将这些内容要素表现出来。

空间对象一般按地形维数进行归类划分为：：点：零维；线：一维；面：二维；体：三维时间：通常以第四维表达，但目前GIS还很难处理时间属性。

空间对象的维数与比例尺是相关的

点实体包括：有位置，无宽度和长度；抽象的点；

线实体包括：有长度，但无宽度和高度；用来描述线状实体，通常在网络分析中使用较多；度量实体距离

面实体：

连续变化曲面：如地形起伏，整个曲面在空间上曲率变化连续。

不连续变化曲面，如土壤、森林、草原、土地利用等，属性变化发生在边界上，面的内部是同质的。

2.2 地理信息数字化描述方法

隐式：由一系列定义了起点和终点的线及某种连接关系来描述。——矢量数据结构。

显式：即栅格中的一系列像元。这些像元都给予相应的编码值R或相同的颜色、符号、数字、灰度值来表示。——栅格数据结构。

空间对象的描述要素

编码：区别不同的实体，包括分类码和识别码。分类码表示空间对象的类别，而识别码对每个空间对象进行标识，是唯一的。

位置：坐标形式给出空间对象的空间位置

类型：空间对象所属的实体类型，或由那些实体组成

行为：空间对象所具备的行为和功能

属性：空间对象所对应的非几何信息

说明：实体数据来源、精度等

关系：与其他实体之间的关系

空间对象的编码

编码方法：

层次分类编码

多源分类编码

编码原则

编码的系统性和科学性

编码的一致性

编码的标准化和通用性

编码的简捷性

编码的可扩展性

层次分类编码

分类对象的从属和层次关系

有明确的分类对象类别和严格的隶属关系

多源分类编码

按空间对象不同特性进行分类并进行编码

代码之间没有隶属关系，反映对象特性

具有较大的信息量，有利于空间分析

编码步骤

1、列出全部制图对象

2、根据制图对象分类、分级原则和指标，将制图对象进行分类分级

3、拟定分类代码系统

4、设定代码及格式，设定代码使用的字符和数字、码位长度，码位分配等。

5、建立代码和编码的对照表，这是编码的最后成果。

2.3 地理对象的空间关系

2.3.2 拓扑关系1、定义：

拓扑是研究几何对象在弯曲或拉伸等变换下仍保持不变的性质。

所谓拓扑关系是指明确定义物体之间的空间关系的一种数学方法。

2、拓扑元素：

点：孤立点、线的端点、面的首尾点、链的连接点

线：两结点之间的有序弧段，包括链、弧段和线段

面：若干弧段组成的多边形

4、点、线、面之间的拓扑关系

（1）连通性（弧段与节点的关系）：以弧段——节点结构来确定弧段与弧段之间的连通性。多用于路经分析、最佳路径分析、网络流程分析等。

（2）关联性（节点与弧段的关系）：描述的是与节点相连的弧段。

（3）多边形区域定义（多边形与弧段的关系）：多边形由一组封闭的线来表示。

（4）邻接性（弧段与多边形的关系）：用多边形——弧段结构来确定多边形相互之间的邻接关系。

2.3.3、方向空间关系

1、方向关系描述：方向关系又称为方位关系、延伸关系，它定义了地物对象之间的方位

2、方向关系识别

MBR（Minimum Bounding Rectangle）——空间目标的外切矩形。

为了确定目标之间是否具有某种方向关系，首先可判断目标之间的MBR是否具有该关系，然后再利用点—点关系进一步进行关系判断，确定具体的关系。

2.3.4、度量空间关系分析

1、空间指标量算

定量量测区域空间指标和区域地理景观间的空间关系是地理信息系统特有的能力。

几何指标：位置、长度、面积、体积、形状、方位等。自然地理参数：坡度、坡向、地表福照度、地形起伏度、河网密度、切割程度、通达性等。人文地理指标：集中指标、区位商、差异指数、地理关联指数、吸引范围、交通便利程度、人口密度等。

2、地理空间的距离度量

（1）大地测量距离（2）曼哈顿距离：（3）旅行时间距离（4）词典距离

2.4.1、矢量数据结构

（1）定义：它是指通过记录地理实体坐标的方式精确地表示点、线、面等实体的空间位置和形状，是人们较为习惯的一种表示空间数据的方法。其坐标空间假定为连续空间，不必象栅格数据结构那样进行量化处理。因此矢量数据能更精确地定义位置、长度和大小。

除数学上的精确坐标假设外，矢量数据存储是以隐式关系以最小的存储空间存储复杂的数据。

2.4.2 矢量数据的编码方法

编码方法

无拓扑关系：坐标序列法（实体式）、树状索引编码法(索引式)

有拓扑关系：双重独立式（半显示）、链状双重独立式（全显示）

矢量数据的编码方法

多边形矢量编码，不但要表示位置和属性，更重要的是能表达区域的拓扑特征，如形状、邻域和层次结构等，因此多边形矢量编码比点、线实体的矢量编码要复杂得多，也更为重要。（1）组成地图的每个多边形应有唯一的形状、周长和面积。（2）地理分析要求的数据结构应能够记录每个多边形的邻域关系。（3）专题地图上的多边形并不都是同一等级的多边形，而可能是多边形内嵌套小的多边形。

坐标序列法

优点：结构简单，显示容易

缺点：1、相邻多边形的公共边界要数字化两遍，造成数据冗余存储，可能导致输出的公共边界出现间隙或重叠。2、缺少多边形的邻域信息和图形的拓扑关系。3、岛只能作为一个简单图形，没有建立与外界多边形的联系。