空间数据基础.ppt

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1第2章地理空间与空间数据基础地理空间空间数据模型空间数据组织与编码空间质量空间数据的元数据思考题实验22.1.1地理空间从不同的角度看“空间（Space）”物理学：

三维的外延天文学：

时空连续体系的一部分地理学：

物质、能量、信息的存在形式在形态、结构、功能上的分布方式和格局及其在时间上的延续。

地理空间的范围：

上至大气电离层，下至地幔莫霍面（即常说的地理圈层）？

绝对地理空间：

常用经纬度、平面直角坐标表示相对地理空间：

依赖于与其他实体之间的空间关系2.1空间数据基础32.1.2地理空间的数学建构地球的自然表面：

复杂、难于表达物理表面：

大地水准面（重力等位面，由于地球内部质量不均而起伏不平）数学表面：

椭球体模型数学模型4地球模型地球表面大地水准面地球椭球体铅垂线水平面5三轴椭球体6旋转椭球体7椭球体的三要素：

长半径（赤道半径）a短半径（极半径）c扁率f=（a-c）/a旋转椭球体有多种：

不同测定者、不同计算年代、不同测定方法、不同测定地区，对椭球体的描述方法不同我国不同时期采用的椭球体：

1953年以前：

海福特椭球体1953年1978年：

克拉索夫斯基（Krasovsky）1978年以后：

1975国际椭球体旋转椭球体8地理坐标（球面坐标）纬度、经度国家大地坐标系（1954年北京坐标系、1980年西安坐标系、2000国家大地坐标系）平面直角坐标地图投影（球面到平面的转换；变形的必然存在；长度、角度、距离三种变形）高斯-克吕格投影（3度分带与6度分带）国家统一坐标（各带中央经线西移500km为纵轴，赤道为横轴）高程系相对高程绝对高程高程系（1956年黄海高程系、1985国家高程基准）2.1.3地理空间坐标系的建立9地理坐标示意图10平面直角坐标11高斯克吕格投影高斯克吕格投影6度和3度分带12国家统一坐标13地理参考系统.MXYZZXY.MZXdqq笛卡尔坐标笛卡尔坐标极坐标极坐标aa经度经度纬度纬度Y14坐标系统高程系统任意水准面大地水准面HAHA铅垂线AHBHBhAB15水准原点1985国家高程基准，72.260米黄海海面1952-1979年平均海水面为0米青岛验潮站示意图16距离度量的两种方式沿真实的地球表面进行距离量度沿旋转椭球体表面进行距离量度（大圆弧长）欧氏距离笛卡尔坐标系中的两点距离公式曼哈顿距离（出租车距离）两点在南北方向上的距离加上在东西方向上的距离时间距离采用时间（从一点到达另一点所需要的时间）度量词典距离在词典或其它文本中的距离2.1.4地理空间的距离度量17地球旋转椭球体上不同的距离度量方法182.1.5地理空间的拓扑关系拓扑（Topology）：

原意为“形状的研究”。

几何学的一个分支学科它研究在拓扑变换下能够保持不变的几何属性，即拓扑属性拓扑变换：

对欧氏平面上的空间进行拉伸、压缩等（不能扭曲或折叠）例如：

橡皮拓扑属性：

拓扑变换后不变的属性一个点在一个弧段的端点、区域边界上、区域内部、区域外部、环的内部等一个弧段是一个简单的弧段、一个面是一个简单的面、一个面的连接性非拓扑属性：

拓扑变换后改变的属性两点之间的距离、一个点至另一个点的方向弧段的长度、区域的周长、区域的面积19欧式平面上的拓扑与非拓扑属性欧式平面上的拓扑与非拓扑属性20三个非常重要的拓扑概念连接性连接性21多边形区域定义多边形区域定义22邻接性邻接性23拓扑关系的意义拓扑关系对GIS的数据处理和空间分析，具有重要的意义通过它，不需要利用坐标与距离，即可确定地理实体之间的空间位置关系。

有利于空间位置的查询。

可以利用拓扑数据作为工具，重建地理实体。

便于检查数据的错误便于空间数据的编辑便于属性数据的输入便于空间分析功能的实现。

24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（TriangulatedIrregularNetwork）。

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。

三种常用的空间数据模型2.2空间数据模型252.2.1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）二维：

面，以多边形表示三维：

三维：

空间实体26矢量数据模型的表达零维矢量一维矢量二维矢量三维矢量27矢量数据模型的特征定位明显、属性隐含形象直观特别适合于模拟离散（非连续变化）的空间数据精度高矢量数据的获取利用各种定位仪器设备获取以硬拷贝数据方式获取通过间接转换的方式获取28定位明显属性隐含形象直观29适于模拟离散数据30数据精度与点的数量与质量有关312.2.2栅格数据模型栅格数据模型的概念是一种用规则排列的像元阵列来描述空间目标对象的数据模型，它主要用来描述空间实体的级别分布特征及其位置。

栅格数据模型的表达32栅格33栅格34栅格数据模型的特征属性明显，定位隐含在栅格结构中，其精度与分辨率有关栅格数据的分辨率对数据精度的其他影响位置的移动形状的畸变属性的偏差35位置移动位置移动形状的畸变形状的畸变属性偏差属性偏差36分辨率总结随着分辨率的提高，数据的信息损失越小。

随着分辨率的提高，对存贮空间的要求将成几何级数增加。

随着分辨率的提高，数据处理的时间要求也越长。

分辨率选择的原则：

在考虑数据精度要求的同时，还必须考虑数据存贮空间与处理时间的开销（在精度与存贮空间和处理时间之间权衡）。

37栅格数据的获取通过遥感影像数据获取规则点采样、不规则点采样及插值通过扫描仪、摄像机等设备获取通过矢量数据的转换获取38栅格数据的获取遥感影像遥感影像39栅格数据的获取规则点采样规则点采样40栅格数据的获取不规则采样点及插值不规则采样点及插值41栅格数据的获取利用扫描仪、摄像利用扫描仪、摄像机获取机获取42栅格数据的获取间接转换方式间接转换方式43栅格单元属性的决定方式主要类型法中心点法44重要性法ABC长度占优法45比例分成法46地图的矢量和栅格表示地图的矢量和栅格表示47矢量数据模型与栅格数据模型的比较比较内容矢量格式栅格格式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、高效简单、低效与遥感影像格式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置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482.2.3不规则三角网模型不规则三角网（TriangulatedIrregularNetwork，TIN）模型采用一系列相连接的三角形拟合地表或其他不规则表面，常用来构造数字地面模型（DTM）以及数字高程模型（DEM）。

TIN的生成方法49等高线与高程点生成的不规则三角模型502.3.1空间数据组织空间数据组织依据地理实体之间的不同特征、相似特征、不同地理实体的组合特征特征进行分类，运用标志符建立空间数据（空间特征和属性特征）之间的联系的过程和方法。

不同特征：

如公路与铁路因建造方式不同可视为不同类型相似特征：

如公路与铁路因都具有运输能力可将其视为一类组合特征：

如机场跑道、停机坪、候机楼等组合成机场2.3.1空间数据组织与编码51空间数据的组织案例道路分类道路类型道路类型1：

高速公路2：

主干道路3：

居民街道物质组成物质组成1：

水泥2：

柏油3：

碎石道路宽度道路宽度小巷数量小巷数量道路名称道路名称52空间数据的组织标识符标识符（Identifier）用于标识空间要素的唯一代码作用1：

保证空间要素在数据库中的唯一性2：

保证空间特征属性与属性特征数据的一一对应关系3：

便于对数据的查找、关联与分析53标识符对空间特征与属性特征的联系542.3.2空间数据编码概念根据地理要素在数据分类分级中的隶属关系和属性性质，将其进行数据化的一种方法。

编码主码：

实体元素的类别子码：

实体元素的标识（标识码）、实体元素的描述（描述码）55空间数据编码实例道路属性属性类型类型物质组成物质组成路宽路宽小巷小巷数量数量路名路名位数xxxxxxxxxx例1160083123例：

116008312356空间数据编码实例土地利用规划图的编码土地利用规划图的编码属性规划用地类型原用地类型位数xxxx例112157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58空间数据编码实例100100万分之一地貌编码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一位码一位码一位码二位码二位码一位码一位码一位码一位码一位码一位码相对高度相对高度海拔高度海拔高度成因成因次级成因次级成因不确定不确定不确定不确定平原平原1台地台地2丘陵丘陵3小起伏山地小起伏山地4中起伏山地中起伏山地5大起伏山地大起伏山地6极大起伏山地极大起伏山地7低海拔低海拔1中海拔中海拔2亚高海拔亚高海拔3高海拔高海拔4极高海拔极高海拔515种种成因成因类型类型随主要成因的随主要成因的变化而变化，变化而变化，但基本上分为但基本上分为抬升抬升/侵蚀、侵蚀、下降下降/堆积两堆积两种种多为形态指标，多为形态指标，但也可以为成但也可以为成因指标，或其因指标，或其他指标。

他指标。

多为形态指标，多为形态指标，但也可以为成因但也可以为成因指标，或其他指指标，或其他指标。

标。

59空间数据编码实例100100万分之一地貌编码万分之一地貌编码基本地貌基本地貌类型型地貌成因地貌成因类型型第一位第一位第二位第二位第三第三四位四位第五位第五位第六位第六位第七位第七位类型型编码类型型命名命名起伏度起伏度海拔海拔成因成因次次级成因成因形形态次一级形态次一级形态物质组成物质组成倾倾斜程度斜程度平原平原1低海拔低海拔1海海成成11海积海积11111100海积平原海积平原海滩海滩11111110海滩海滩淤泥质淤泥质11111111淤泥质海滩淤泥质海滩砂砂质21111112砂质海滩砂质海滩砾质31111123砾质海滩砾质海滩生物生物441111124生物海滩生物海滩低阶地低阶地21111120海积低阶地海积低阶地洼地洼地31111130泻湖洼地泻湖洼地海海积积冲冲积积21111200海积冲积平原海积冲积平原海蚀海蚀31111300海蚀平原海蚀平原低阶地低阶地11111310海蚀低阶地海蚀低阶地平台平台21111320海蚀平台海蚀平台台地台地2低海拔低海拔1海积海积1高阶地高阶地12111110海积高阶地海积高阶地平坦的平坦的12111111平坦的海积高阶地平坦的海积高阶地起伏的起伏的22111112起伏的海积高阶地起伏的海积高阶地海蚀海蚀222111210海蚀高阶地海蚀高阶地平坦的平坦的12111211平坦的海蚀高阶地平坦的海蚀高阶地起伏的起伏的22111212起伏的海蚀高阶地起伏的海蚀高阶地（22）栅格数据结构的编码）栅格数据结构的编码空间数据空间数据AAAAARAAARAAARAARAAAAAAAAAGGAAGGGGGGGAGGGAGGAAAAAARAAAARAAARRAAA143258761234567801234567起点行列号，单位矢量起点行列号，单位矢量R:

（1,5）,3,2,2,3,3,2,3链式编码链式编码游程长度编码游程长度编码逐行编码逐行编码数据结构数据结构:

行号行号,属性属性,重复次数重复次数1,A,4,R,1,A,3块状编码块状编码正方形区域为记录单元正方形区域为记录单元数据结构数据结构:

初始位置初始位置,半径半径,属性属性（1,1,3,A）,（1,4,1,A）,（2,4,1,R）,（3,4,1,R）NESWNWSEGGGGAGGAAGAAA四叉树编码四叉树编码直接栅格编码直接栅格编码11）、直接栅格编码）、直接栅格编码直直接接编编码码就就是是将将栅栅格格数数据据看看作作一一个个数数据据矩矩阵阵，逐逐行行（或