第二章 地理信息系统的数据结构

大地坐标确定后，空间一点的 大地坐标用大地经度L、大地纬 度B和大地高度H表示。如右图 所示，地面上的点P地的大地子 午面NPS与起始大地子午面所构 成的二面角L，叫点P地的大地经 度。点P地对于椭球的法线P地Kp 与赤道面的夹角B，叫做点P地的 大地纬度。点P地沿法线到椭球 面的距离H叫做大地高，从椭球 面起算，向外为正，向内为负 。
即人们假想，将大地体
地球的数学表面
绕短轴飞速旋转，形成 一个表面光滑的球体，
在测量和制图中就用旋转椭球体来代即替旋大转椭地球球体体，这
个旋转椭球体通常称为地球椭球体，简称椭球体。
它是一个规则的 数学表面，所以人 们视其为地球体的 数学表面，也是对 地球形体的二级逼 近，用于测量计算 的基准面。
椭球体三要素: 长轴 a（赤道半径）、短轴 b（极半径）和椭球的扁率 f
机舱窗口俯视大地 : 地表是一个有些微起伏、极其复杂的表面。
—— 珠穆朗玛峰与太平洋的马里亚纳海沟之间高差近20km。
事实是（天文测量、地球重力测量、卫星大地测量）：
地球不是一个正球体，而是一个极半径略短、赤道半 径略长，北极略突出、南极略扁平，近于梨形的椭球体。
地球南北半径之差仅在几十米范围内，相比地球极半径 与赤道半径之差（20公里）是十分微小的。
Equator
Polar Axis
b
a
Equatorial Axis
f = —aa-—b = —63—781—63377—8-16—3375—67—52.—3
South Pole
—1f = 298.257
对 a，b，f 的具体测定就是近代 大地测量的一项重要工作。
空间参考系统
GIS的研究对象是具有空间内涵的地理数据。地理数 据与其位置的识别联系在一起，它是通过公共的地理基础 ——统一的空间参考系统来实现。
地图投影
将椭球面上各点的大地坐标按照一定的数学法则，变 换为平面上相应点的平面直角坐标，通常称为地图投 影。
x=F1(L,B) 、y=F2(L,B)
式中（L，B）是椭球面上某一点的大地坐标，而 （x,y）是该点投影平面上的直角坐标。
各种不同的投影就是按照一定的条件来确定式中的函 数用什形么式函F1，数F式2的F1。，地F2 球将椭其球投面影是至不平可面展，的都曲会面产，生无变论形。
定向明确。地球椭球的短轴平行于地球质心指向 1968.0地极原点(JYD)的方向，起始大地子午面平 行于我国起始天文子午面，ωx ＝ωy部地区的陕西省泾 阳县永乐镇，简称西安原点；
大地高程以1956年青岛验潮站求出的黄 海平均海水面为基准。
WGS [world geodetic system] 84 ellipsoid:
North Pole
a = 6 378 137m
b = 6 356 752.3m equatorial diameter（赤道直径） = 12 756.3km polar diameter（极径） = 12 713.5km equatorial circumference（周长） = 40 075.1km surface area = 510 064 500km2
地球长半轴= 6378140m
1980年国家大地坐标系
地心引力常数x质量 GM = 3.986005×1014m3/s2
地球重力场二阶带谐数Ｊ２＝1.08263×10–3 地球自转角速度ω＝7.292115×10–5rad/s。
多点定位。在我国按10×10间隔，均匀选取922个点 组成弧度测量方程，按最小解算大地原点起始数据；
地方系统
国家坐标系统
33% 67%
主要是顾及投影变形、作为历史沿续、 为了使用方便和便于资料保密等；
54年北京坐标系
我国1954年完成了北京天文原点的测定工作，建立了1954年北京 坐标系。1954年北京坐标系是原苏联1942年普尔科沃坐标系在我 国的延伸，但略有不同，其要点是： ❖属参心大地坐标系； ❖采用克拉索夫斯基椭球参数（a=6878245m，α = 1：298.3）； ❖多点定位； ❖εx = εy = εz；； ❖大地原点是原苏联的普尔科沃； ❖大地点高程是以1956年青岛验潮站求出的黄海平均海水面为基 准；高程异常是以原苏联1955年大地水准面重新平差结果为水准 起算值，按我国天文水准路线推算出来的； ❖1954年北京坐标系建立后，30多年来用它提供的大地点成果是 局部平差结果（制作了国家系列比例尺地形图）。
广阔的范围。但一般地理空间指的是地由平球面表控层制，网其和高
基准是陆地表面和大洋表面，它是人类程控活制动网频组繁成发。
生的区域，是人地关系最为复杂、紧密的区域。
➢ 地理信息系统中，地理空间（geo-spatial）被定 义为绝对空间和相对空间两种形式。绝对空间是具 有属性描述的空间位置的集合，由一系列不同位置 的空间坐标值组成；相对空间是具有空间属性特征 的实体的集合，是由不同实体之间的空间关系构成。
第二章 地理信息系统的数据结构
第一节 地理空间及其表达 第二节 地理空间数据及其特征 第三节 空间数据结构的类型 第四节 空间数据结构的建立
第一节 地理空间及其表达
包括地理空间定位
地理空间的概念
框架及其所联结的 特征实体，其中地
➢ 地理空间上至大气电离层，下至地幔莫理空霍间面定，位有框着架，
第二章 地理信息系统的数据结构
学习目标：
理解地理空间的概念、空间实体表达 理解和掌握地理空间数据的基本特征、拓扑关系 理解和掌握栅格和矢量数据结构、编码方法及其
优缺点 了解空间数据的分类和编码、矢栅数据的输入与
编辑
重点：地理空间数据的拓扑关系、两种空间数据结
构的特点及其编码方法。 难 点：拓扑结构、栅格数据编码
1980年国家大地坐标系
由于1954年北京坐标系（简称54坐 标系）存在许多缺点和问题，1980年我 国建立了新的大地坐标系（简称80坐标 系），其要点是：
属参心大地坐标系；
采用既含几何参数又含物理参数的 四个椭球基本参数。数值采用1975年国 际大地测量学联合会（IUG）第16届大 会上的推荐值，其结果是：