第三章——空间数据处理
第三章空间数据的处理
a.平移 平移是将图形的一部分或者整体移动到笛卡尔坐标系中另外的位
置，其变换公式如下： X’=X+Tx Y’=Y+Ty
X 方向
Y 方向
b. 旋转 实现旋转操作要用到三角函数，假定顺时针旋转角度为α，其公式为： X’=Xcos α +Ysin α Y’=-Xsin α +Ycos α
C. 缩放 缩放操作可以用于输出大小不同的图形，其公式为： X’=XSx Y’=YSy
X F1(x, y) Y F 2(x, y)
➢ 方式：
1.正解变换：通过建立两个投影的解析关系式，直接把一种投影坐标
( x , y ) 变换成另一种投影的坐标 ( X , Y )
2.反解变换：由一种投影的坐标 (x,y)反解出地理坐标（λ,φ) ，然后
再将地理坐标代入另一种投影公式中，求出该投影下的直角坐标（ X,Y)
一、矢量向栅格的转换
➢ 根本任务：将点、线、面的矢量数据，转换成对应的栅格网格。
➢ 按承影面与地表的关系分为
• 切投影 • 割投影
相 切
相 割
（三）地理信息系统常用的地图投影
➢ 高斯-克吕格投影（Gauss-Kruger Projection） 是一种横轴等角切椭圆柱投影，欧美一些国家称为横
轴等角墨卡托投影。它是假设一个椭圆柱面与地球椭球体 面横切于某一条经线上，按照等角条件将中央经线东、西 各3°或1.5°经线范围内的经纬线投影到椭圆柱面上，然后 将椭圆柱面展开成平面即成。
仿射变换举例
➢ 高次变换和二次变换
其中A、B代表二次以上高次项之和。上式是高次曲线方程，符 合上式的变换称为高次变换。式中有12个未知数，所以在进行高次 变换时，需要有6对以上控制点的坐标和理论值，才能求出待定系数。 当不考虑高次变换方程中的A和B时，则变成二次曲线方程，称为二 次变换。二次变换适用于原图有非线性变形的情况，至少需要5对控 制点的坐标及其理论值，才能解算待定系数。
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。
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
第三章 空间数据模型PPT教学课件
通常以坐标来定义。一个点的位置可以二 维或者三维中的坐标的单一集合来描述
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4．基于要素的空间关系分析 4．1拓扑空间关系分析 4．1．1拓扑属性
• 拓扑一词来自于希腊文，意思是“形状的
研究”。拓扑学是几何学的一个分支，它 研究在拓扑变换下能够保持不变的几何属 性——拓扑属性
关系构成。
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1．2空间数据模型的类型
• 在GIS中与空间信息有关的信息模型有三个，即基
于对象（要素）（Feature）的模型、网络 （Network）模型以及场（Field）模型。基于对 象（要素）的模型强调了离散对象，根据它们的 边界线以及组成它们或者与它们相关的其它对象， 可以详细地描述离散对象。网络模型表示了特殊 对象之间的交互，如水或者交通流。场模型表示 了在二维或者三维空间中被看作是连续变化的数 据。
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PPT教学课件
没有“岛”）
• 一个面的连续性（给定面上任意两点，从一点可以
完全在面的内部沿任意路径走向另一点）非拓扑属 性两点之间的距离一个点指向另一个点的方向弧段 的长度一个区域的周长一个区域的面积
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• 非拓扑属性 • 两点之间的距离 • 一个点指向另一个点的方向 • 弧段的长度一个区域的周长 • 一个区域的面积
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2．场模型 2．1．1空间结构特征和属性域
• “空间”经常是指可以进行长度和角度测量
的欧几里德空间。空间结构可以是规则的 或不规则的，但空间结构的分辨率和位置 误差则十分重要，它们应当与空间结构设 计所支持的数据类型和分析相适应。属性 域的数值可以包含以下几种类型：名称、 序数、间隔和比率。属性域的另一个特征 是支持空值，如果值未知或不确定则赋予 空值。
《地理信息系统概论》课程笔记
《地理信息系统概论》课程笔记第一章地理信息系统基本概念1.1 数据与信息数据是原始的、未经处理的素材，它是信息的表现形式。
信息是从数据中提取的有意义的内容，它能够帮助人们做出决策。
在地理信息系统中，数据主要指的是空间数据，而信息则是通过对空间数据进行分析和处理得到的结果。
例如，一个地区的土地利用数据是原始数据，而通过分析这些数据得出的土地利用分布情况就是信息。
1.2 地理信息与地理信息系统地理信息指的是与地球表面位置相关的信息，包括自然地理信息（如地形、气候等）和人文地理信息（如人口、交通等）。
地理信息系统（GIS）是一种专门用于获取、存储、管理、分析和展示地理信息的计算机系统。
GIS能够将空间数据与属性数据结合起来，为用户提供强大的空间分析和决策支持功能。
例如，GIS可以用来分析城市交通拥堵情况，帮助规划交通路线。
1.3 地理信息系统的基本构成GIS由硬件、软件、空间数据、应用人员和应用模型五个基本部分组成。
硬件包括计算机、输入输出设备（如扫描仪、打印机等）；软件包括操作系统、数据库管理系统、GIS软件等；空间数据是GIS的核心，包括地图数据、遥感数据等；应用人员是使用GIS进行空间分析和决策的主体；应用模型则是根据实际问题构建的模型，用于解决具体问题。
例如，一个GIS系统可能包括一台计算机、GIS软件、地图数据和应用模型，用于分析土地利用变化。
1.4 地理信息系统的功能简介GIS的基本功能包括数据采集、数据管理、空间分析、可视化表达和输出等。
数据采集主要是获取空间数据和属性数据，可以通过遥感、野外调查等方式获取；数据管理主要是对数据进行存储、查询、更新和维护，确保数据的准确性和完整性；空间分析主要包括空间查询、空间叠合、空间邻近度分析等，用于解决实际问题；可视化表达主要是将空间数据以图形或图像的形式展示给用户，增强数据的可读性和可理解性；输出则是将分析结果以报表、地图等形式输出，为决策提供支持。
GIS三版总复习答案
第一章绪论1、信息（Information）：是用文字、数字、符号、语言、图像等介质来表示事件、事物、现象等的内容、数量或特征，从而向人们（或系统）提供关于现实世界新的事实和知识，作为生产、建设、经营、管理、分析和决策的依据。
2、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3、数据：数据是通过数字化或直接记录下来的可以被鉴别的符号，用以定性或定量地描述事物的特征和状况。
4、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。
5、数据与信息关系：信息与数据是不可分离的，即信息是数据的内涵，而数据是信息的表达。
也就是说数据是信息的载体。
6、地理信息：是地理数据所蕴含和表达的地理含义。
7、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8、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。
9、地理信息系统：是由计算机硬、软件和不同方法组成的系统，该系统设计来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。
10、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。
11、GIS与其它系统的区别 GIS有别于DBMS（数据库管理系统），GIS具有以某种选定的方式对空间数据进行解释和判断的能力，而不是简单的数据管理，这种能力使用户能得到关于数据的知识，因此，GIS是能对空间数据进行分析的DBMS，GIS必须包含DBMS。
GIS有别于MIS（管理信息系统），GIS要对图形数据和属性数据库共同管理、分析和应用，GIS 的软硬件设备要复杂、系统功能要强；MIS则只有属性数据库的管理，即使存贮了图形，也是以文件形式管理，图形要素不能分解、查询、没有拓扑关系。
第三章-空间数据的处理
二值化
细化
跟踪
分 类 图 扫描 二值化
遥感影象图 栅格分类图 原始线划图
边界 提取 预 处 理
二值化 细化
编 辑
矢 量 跟 踪
数 据 压 缩
拓 扑 化
基于再生栅格数据的矢量化方法
首先对栅格数据按行扫描，找出位于各类型边界的栅格 单元，并将边界内部具有相同值或同质的栅格单元以一 种显著不同的符号进行充值，产生只记录类型边界栅格 值得文件； 其次建立对类型边界栅格单元的追踪算法，寻找同质区 的闭合曲线，同时计算其坐标，并整理成有序（按顺时 针或逆时针方向）的坐标数组； 最后处理相邻类型的公共边界，将按区域单元建立的数 据结构转换为按线段链建立的数据结构，以便实现任意 区域或类型数据的提取、综合、分析和制图输出。
数值变换：根据两种投影在变换区内的若干同名数字化点，
采用插值法，或有限差分法，或最小二乘法，或有限元法， 或待定系数法，从而实现由一种投影的坐标到另一种投影坐 标的变换。
例如，采用二元三次多项式进行变换:
通过选择10个以上的两种投影之间的共同点， 并组成最小二乘法的条件式，进行解算系数。
第二节 空间数据结构的转换
不同格式的融合
数据存储格式和结构不同。 方式： 基于转换器的数据融合 基于数据标准的数据融合 基于公共接口的数据融合 基于直接访问的数据融合
MapInfo向Arcinfo转换
MapInfo中的地图可以有两种格式：Tab格式（表格式）、Mif格式（交换 格式）。 ArcInfo中的地图也支持多种格式：Shape格式、Coverage、E00（交换格 式）.... 由Tab->Shape：使用MapInfo工具中的通用转换器 由Tab->E00：使用MapInfo工具中的ArcLink 由Tab->Coverage：先转换成Shape，然后在ArcInfo中用Shapearc；或则 先转成E00，在Import 由Mif->Shape：使用MapInfo工具中的通用转换器；或则使用ArcToolbox 直接转换 由Mif->E00：在MapInfo中导入成Tab，然后使用MapInfo工具中的 ArcLink 由Mif->Coverage：先用ArcToolbox转换成Shape，然后在ArcInfo中用 Shape arc
p03第三章 空间数据模型-第六-八节2
要素的特点
① 要素具有形状 ② 要素具有空间参考 ③ 要素具有属性 ④ 要素具有子类 ⑤ 要素具有关联 ⑥ 要素属性可以被限制 ⑦ 要素能用规则来验证 ⑧ 要素具有拓扑关系 ⑨ 要素具有复杂的行为
1）要素具有形状
要素的形状是以 Geometry （shape）这么一个特殊字段存储在要素类 表中的。要素可以用以下这些几何类型表达： 点或多点（一组点） 线（一组相连或不相连的线段） 多边形（不相邻或嵌套的环）。环是由一组连接的、闭合的、不 相交的线段组成的
• 属性关联：也可以定义非空间对象的关联，如房屋与 其主人的关系。
6）要素属性可以被限制
• 为加强数据录入的准确性，还可以制定属性域对要素的属性 进行限定。属性域，表现为一个数值范围或合法值的列表， 也可以在要素创建之时为其属性自动分配一个缺省值。可以 在要素类中为不同的子类设置不同的属性域和缺省值。
要素集中可以存储对象（Objects）、要素（features）及关联 类（Relationship class）和拓扑、几何网络。
对象、要素和关联类直接存储在 Geodatabase 中，不需要非得 存放在要素集中。
二、对象类
• 对象类是Geodatabase中的一个表，保存与地理对 象相关联的描述性信息；
7）要素能用规则来验证
• 现实世界中的对象存在或改变都是必须遵循一定规则 的。可以用这样的规则来限制几何网络中元素的制约 规则，或者定义这些元素关联的对应基数。
8）要素可具有拓扑关系
各类型要素之间具有的精确的空间位置关系就叫做拓扑。 例如，宗地 的二级小分块必须是彼此严格毗邻的，不允许有缝隙和重叠。这种二 维关系称为平面拓扑。
第八节、面向对象的空间数据模型介绍
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 空间数据采集与处理练习
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。
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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1.数据量较大，冗余度高，需要 压缩处理； 2.定位精度比矢量低； 3.拓扑关系难以表达；
数据采集采用矢量数据结构，有利于保证空间实体的几何 精度和拓扑特性的描述；空间分析则主要采用栅格数据结，有 利于加快系统数据的运行速度和分析应用的进程。
一、矢量向栅格的转换
由于矢量数据的基本要素是点、线、面，因而只要实现点、线、面的转 换，各种线划图形的变换问题基本上都可以得到解决。
方位投影
(Azimuthal Projection)
4）按投影面和地球的空间逻辑关系分类
（三）GIS常用的地图投影
基本比例尺地 形图（8种） 1:100万
1：50万 1：25万 1：10万 1：2.5万 1：1万 1：5000
投影格式
兰勃特Lambert投影(是一种正 轴等角割圆锥投影)。 高斯--克吕格投影Gauss-Kruger （是一种等角横切椭圆柱投 影，） UTM又称横轴墨卡托投影（是 一种横轴等角割圆柱影，我国 卫星影像常采用）
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。
几何变换和坐标系转换可以通过仿射 变换来完成。
一、几何纠正
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。
设
简化
X = a0 + a1 x + a2 y
Y = b0 + b1 x + b2 y
组合变换：旋转变换×平移变换×比例变换
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，由于误差，需多余观测，所以，用于误差纠正至少需要四 个控制点。
（从一种格式到另一种格式的变换，实
处
现空间数据的统一及多源数据的融合）
理
结构转换 格式变换
类型替换
数据提取
类型提取
（对数据进行某种有条件的提取以适应用 户对数据的特定要求）
窗口提取
空间内插
第1节 空间数据的变换
空间数据变换（空间数据 坐标系）类型：
几何纠正：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。
第三章 空间数据处理
主要内容
第1节 空间数据的变换 第2节 空间数据结构的转换 第3节 多源空间数据的融合 第4节 空间数据的压缩与重分类 第5节 空间数据的内插方法 第6节 空间拓扑关系的编辑
数据变换
几何纠正
（从一种数学状态到另一种数学状态的变 换，以实现空间数据的几何配准）
投影转换
数
数据重构
据
TIC2
TIC3
TIC1
TIC4
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，矢量与栅格数据结构的比较
矢量 数据 结构
优点
1.便于面向实体的数据表达； 2.数据结构紧凑、冗余度低； 3.拓扑结构有利于网络分析、空间 查询等；
缺点
1.数据结构较复杂； 2.软件实现的技术要求比较高； 3.多边形叠合等分析比较困难；
栅格 数据 结构
1.数据结构相对简单； 2.空间分析比较容易实现； 3.有利于与遥感数据的匹配应用和 分析；
精度评价
经过仿射变换的空间数据，其精度可用点位中误差表示，即： Mp x2 y2 n
其中， Δx= X理论值-X计算值；Δy=Y理论值-Y计算值
n 为数字化已知控制点的个数。
例证1：地形图的纠正
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。
1、点的转换 设矢量数据的一坐标点值为(x，y)，转成栅 格数据其行列值为(I，J)。 xmin 、 ymin 是假设坐标系的原点坐标，dy和 dx是栅格单元在x和y方向上的长度值。
I
y
y dy
min
J
x
x min dx
几 仿射变换
何 相似变换
纠
正
二次变换
.
.
.
最常用的方法
Y
数字化仪
X
o
图为一幅标准的5万地形图，在 扫描时，图纸摆放倾斜。
X o
显示器 Y
Y
滚桶绘图仪 X o
仿射变换实质是两坐标系间的旋转变换。
平行线变换后仍为平行线 不同方向上的长度比发生变化。
比例缩放
旋转
扭曲
平移
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。
特点
与我国基本比例尺地 形图所采用的投影格 式相同，便于数据处 理
地图投影的转换方式
当系统使用的数据取自不同地图投影的图幅时，需要将一种投影的 数字化数据转换为所需要投影的坐标数据。
(1)正解变换 直接由一种投影的x、y坐标变换到另一种投影的x、y坐标。 (2)反解变换 由一种投影的坐标反解出地理坐标(x、y→B、L),从而实现由一 种投影的坐标到另一种投影坐标的变换（ B、L →X、Y） 。
其中包括等距离投影(Equidistant Projection)
2）按投影面与地球的相对位置分类 正轴投影：投影面中心轴与地轴相互重合 斜轴投影：投影面中心轴与地轴斜向相交 横轴投影：投影面中心轴与地轴相互垂直
3）按投影面的形状分类
圆锥投影
(Conical Projection)
圆柱投影
(Cylindrical Projection)
二、地图投影及其转换
当系统使用的数据取自不同地图投 影的图幅时，需要将一种投影的数字化 数据转换为所需要投影的坐标数据。
（一）地图投影的基本原理：采用某种 数学方法将地球椭球面上的空间信息表 现到平面地图上。
（二）地图投影的类型
1）按投影变形性质
角度
变
面积
形
长度
✓等角投影(Conformal Projection) ✓等面积投影(Equivalent Projection) ✓任意投影(Conventional Projection)