1、1,第2章 地理空間與空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ),地理空間空間數(shù)據(jù)模型空間數(shù)據(jù)組織與編碼空間質(zhì)量空間數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)思考題實(shí)驗(yàn),2,2.1.1 地理空間,從不同的角度看“空間（Space）”物理學(xué)：三維的外延天文學(xué)：時(shí)空連續(xù)體系的一部分地理學(xué)：物質(zhì)、能量、信息的存在形式在形態(tài)、結(jié)構(gòu)、功能上的分布方式和格局及其在時(shí)間上的延續(xù)。地理空間的范圍：上至大氣電離層，下至地幔莫霍面（即常說(shuō)的地理圈層）？絕對(duì)地理空間：常用經(jīng)緯度、平面直角坐標(biāo)表示

2、相對(duì)地理空間：依賴于與其他實(shí)體之間的空間關(guān)系,2.1 空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ),3,2.1.2 地理空間的數(shù)學(xué)建構(gòu),地球的自然表面：復(fù)雜、難于表達(dá)物理表面：大地水準(zhǔn)面（重力等位面，由于地球內(nèi)部質(zhì)量不均而起伏不平）數(shù)學(xué)表面：橢球體模型數(shù)學(xué)模型,4,地球模型,,地球表面,5,三軸橢球體,6,旋轉(zhuǎn)橢球體,7,橢球體的三要素：長(zhǎng)半徑（赤道半徑）a短半徑（極半徑）c扁率f=(a-c)/a旋轉(zhuǎn)橢球體有多種：不同測(cè)定者、不同計(jì)算年代、不同測(cè)定方

3、法、不同測(cè)定地區(qū)，對(duì)橢球體的描述方法不同我國(guó)不同時(shí)期采用的橢球體：1953年以前：海福特橢球體1953年—1978年：克拉索夫斯基（Krasovsky）1978年以后：1975國(guó)際橢球體,旋轉(zhuǎn)橢球體,8,地理坐標(biāo)（球面坐標(biāo)）緯度ψ、經(jīng)度λ國(guó)家大地坐標(biāo)系（1954年北京坐標(biāo)系、1980年西安坐標(biāo)系、2000國(guó)家大地坐標(biāo)系）平面直角坐標(biāo)地圖投影（球面到平面的轉(zhuǎn)換；變形的必然存在；長(zhǎng)度、角度、距離三種變形）高斯-克呂格投影（

4、3度分帶與6度分帶）國(guó)家統(tǒng)一坐標(biāo)（各帶中央經(jīng)線西移500km為縱軸，赤道為橫軸）高程系相對(duì)高程絕對(duì)高程高程系（1956年黃海高程系、1985國(guó)家高程基準(zhǔn)）,2.1.3地理空間坐標(biāo)系的建立,9,地理坐標(biāo)示意圖,10,平面直角坐標(biāo),11,高斯—克呂格投影,高斯—克呂格投影6度和3度分帶,12,國(guó)家統(tǒng)一坐標(biāo),13,地理參考系統(tǒng),,,,.,,,,M,X,Y,Z,Z,X,Y,,,,.,M,Z,X,,d,q,笛卡爾坐標(biāo),極坐標(biāo),,,a,

5、經(jīng)度,緯度,Y,14,坐標(biāo)系統(tǒng)—高程系統(tǒng),,,,,,任意水準(zhǔn)面,大地水準(zhǔn)面,H´A,HA,鉛垂線,A,H´B,HB,hAB,15,青島驗(yàn)潮站示意圖,16,距離度量的兩種方式沿真實(shí)的地球表面進(jìn)行距離量度沿旋轉(zhuǎn)橢球體表面進(jìn)行距離量度（大圓弧長(zhǎng)）歐氏距離笛卡爾坐標(biāo)系中的兩點(diǎn)距離公式曼哈頓距離（出租車距離）兩點(diǎn)在南北方向上的距離加上在東西方向上的距離時(shí)間距離采用時(shí)間（從一點(diǎn)到達(dá)另一點(diǎn)所需要的時(shí)間）度量詞典距

6、離在詞典或其它文本中的距離,2.1.4 地理空間的距離度量,17,地球旋轉(zhuǎn)橢球體上不同的距離度量方法,18,2.1.5地理空間的拓?fù)潢P(guān)系,拓?fù)洌═opology）：原意為“形狀的研究”。幾何學(xué)的一個(gè)分支學(xué)科它研究在拓?fù)渥儞Q下能夠保持不變的幾何屬性，即拓?fù)鋵傩酝負(fù)渥儞Q：對(duì)歐氏平面上的空間進(jìn)行拉伸、壓縮等（不能扭曲或折疊）——例如：橡皮拓?fù)鋵傩裕和負(fù)渥儞Q后不變的屬性一個(gè)點(diǎn)在一個(gè)弧段的端點(diǎn)、區(qū)域邊界上、區(qū)域內(nèi)部、區(qū)域外部、環(huán)的內(nèi)

7、部等一個(gè)弧段是一個(gè)簡(jiǎn)單的弧段、一個(gè)面是一個(gè)簡(jiǎn)單的面、一個(gè)面的連接性非拓?fù)鋵傩裕和負(fù)渥儞Q后改變的屬性兩點(diǎn)之間的距離、一個(gè)點(diǎn)至另一個(gè)點(diǎn)的方向弧段的長(zhǎng)度、區(qū)域的周長(zhǎng)、區(qū)域的面積,19,歐式平面上的拓?fù)渑c非拓?fù)鋵傩?20,三個(gè)非常重要的拓?fù)涓拍?連接性,21,多邊形區(qū)域定義,22,鄰接性,23,拓?fù)潢P(guān)系的意義,拓?fù)潢P(guān)系對(duì)GIS的數(shù)據(jù)處理和空間分析，具有重要的意義通過(guò)它，不需要利用坐標(biāo)與距離，即可確定地理實(shí)體之間的空間位置關(guān)系。有利于

8、空間位置的查詢?？梢岳猛?fù)鋽?shù)據(jù)作為工具，重建地理實(shí)體。便于檢查數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤 便于空間數(shù)據(jù)的編輯便于屬性數(shù)據(jù)的輸入 便于空間分析功能的實(shí)現(xiàn)。,,24,矢量（Vector）：通過(guò)記錄空間坐標(biāo)對(duì)的方式，以點(diǎn)、線、面等形式來(lái)描述空間目標(biāo)對(duì)象柵格（Raster）：用規(guī)則排列的像元陣列來(lái)描述空間目標(biāo)對(duì)象TIN：三角形不規(guī)則網(wǎng)（Triangulated Irregular Network）。采用不規(guī)則的三角形來(lái)描述空間對(duì)象柵格和矢量

9、結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)描述空間實(shí)體的兩種最基本的方式。,三種常用的空間數(shù)據(jù)模型,2.2 空間數(shù)據(jù)模型,25,2.2.1 矢量數(shù)據(jù)模型,矢量0維：點(diǎn)，無(wú)大小、文向；用一個(gè)坐標(biāo)對(duì)表示，在二維空間用（x,y）表示，三維空間中用（x,y,z）表示；一維：線、弧段、鏈等，有方向（有起點(diǎn)，有終點(diǎn)）、有長(zhǎng)度；用多個(gè)坐村對(duì)表示（x1,y1,z1）、 （x2,y2,z2）、 （x3,y3,z3）、 （x4,y4,z4）二維：面，以多邊形表示三維：空間實(shí)體,

10、26,矢量數(shù)據(jù)模型的表達(dá)零維矢量一維矢量二維矢量三維矢量,27,矢量數(shù)據(jù)模型的特征 定位明顯、屬性隱含 形象直觀特別適合于模擬離散（非連續(xù)變化）的空間數(shù)據(jù)精度高 矢量數(shù)據(jù)的獲取 利用各種定位儀器設(shè)備獲取 以硬拷貝數(shù)據(jù)方式獲取 通過(guò)間接轉(zhuǎn)換的方式獲取,28,定位明顯屬性隱含,形象直觀,29,適于模擬離散數(shù)據(jù),30,數(shù)據(jù)精度與點(diǎn)的數(shù)量與質(zhì)量有關(guān),31,2.2.2 柵格數(shù)據(jù)模型,柵格數(shù)據(jù)模型的概念是一種用規(guī)則排列的

11、像元陣列來(lái)描述空間目標(biāo)對(duì)象的數(shù)據(jù)模型，它主要用來(lái)描述空間實(shí)體的級(jí)別分布特征及其位置。 柵格數(shù)據(jù)模型的表達(dá),32,柵格,,33,柵格,34,柵格數(shù)據(jù)模型的特征 屬性明顯，定位隱含 在柵格結(jié)構(gòu)中，其精度與分辨率有關(guān) 柵格數(shù)據(jù)的分辨率對(duì)數(shù)據(jù)精度的其他影響位置的移動(dòng) 形狀的畸變 屬性的偏差,35,位置移動(dòng),形狀的畸變,屬性偏差,36,分辨率——總結(jié),隨著分辨率的提高，數(shù)據(jù)的信息損失越小。隨著分辨率的提高，對(duì)存貯空間的要求將成幾何

12、級(jí)數(shù)增加。隨著分辨率的提高，數(shù)據(jù)處理的時(shí)間要求也越長(zhǎng)。分辨率選擇的原則：在考慮數(shù)據(jù)精度要求的同時(shí)，還必須考慮數(shù)據(jù)存貯空間與處理時(shí)間的開(kāi)銷（在精度與存貯空間和處理時(shí)間之間權(quán)衡）。,37,柵格數(shù)據(jù)的獲取通過(guò)遙感影像數(shù)據(jù)獲取 規(guī)則點(diǎn)采樣、不規(guī)則點(diǎn)采樣及插值 通過(guò)掃描儀、攝像機(jī)等設(shè)備獲取 通過(guò)矢量數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換獲取,38,柵格數(shù)據(jù)的獲取——遙感影像,39,柵格數(shù)據(jù)的獲取——規(guī)則點(diǎn)采樣,40,柵格數(shù)據(jù)的獲取——不規(guī)則采樣點(diǎn)及插值,4

13、1,柵格數(shù)據(jù)的獲取——利用掃描儀、攝像機(jī)獲取,42,柵格數(shù)據(jù)的獲取——間接轉(zhuǎn)換方式,43,柵格單元屬性的決定方式主要類型法中心點(diǎn)法,44,重要性法A>B>C長(zhǎng)度占優(yōu)法,45,比例分成法,46,地圖的矢量和柵格表示,,47,矢量數(shù)據(jù)模型與柵格數(shù)據(jù)模型的比較,,48,2.2.3 不規(guī)則三角網(wǎng)模型,不規(guī)則三角網(wǎng)（Triangulated Irregular Network，TIN）模型采用一系列相連接的三

14、角形擬合地表或其他不規(guī)則表面，常用來(lái)構(gòu)造數(shù)字地面模型（DTM）以及數(shù)字高程模型（DEM）。,TIN的生成方法,49,等高線與高程點(diǎn)生成的不規(guī)則三角模型,50,2.3.1 空間數(shù)據(jù)組織,空間數(shù)據(jù)組織依據(jù)地理實(shí)體之間的不同特征、相似特征、不同地理實(shí)體的組合特征特征進(jìn)行分類，運(yùn)用標(biāo)志符建立空間數(shù)據(jù) （空間特征和屬性特征）之間的聯(lián)系的過(guò)程和方法。不同特征：如公路與鐵路因建造方式不同可視為不同類型相似特征 ：如公路與鐵路因都具有運(yùn)輸能力可將

15、其視為一類組合特征：如機(jī)場(chǎng)跑道、停機(jī)坪、候機(jī)樓等組合成機(jī)場(chǎng),2.3.1 空間數(shù)據(jù)組織與編碼,51,空間數(shù)據(jù)的組織案例——道路分類,道路類型1：高速公路2：主干道路3：居民街道物質(zhì)組成1：水泥2：柏油3：碎石道路寬度小巷數(shù)量道路名稱,52,空間數(shù)據(jù)的組織——標(biāo)識(shí)符,標(biāo)識(shí)符（Identifier）用于標(biāo)識(shí)空間要素的唯一代碼作用1：保證空間要素在數(shù)據(jù)庫(kù)中的唯一性2：保證空間特征屬性與屬性特征數(shù)據(jù)的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系

16、3：便于對(duì)數(shù)據(jù)的查找、關(guān)聯(lián)與分析,53,標(biāo)識(shí)符對(duì)空間特征與屬性特征的聯(lián)系,54,2.3.2 空間數(shù)據(jù)編碼,概念根據(jù)地理要素在數(shù)據(jù)分類分級(jí)中的隸屬關(guān)系和屬性性質(zhì)，將其進(jìn)行數(shù)據(jù)化的一種方法。編碼主碼：實(shí)體元素的類別子碼：實(shí)體元素的標(biāo)識(shí)（標(biāo)識(shí)碼）、實(shí)體元素的描述（描述碼）,55,空間數(shù)據(jù)編碼實(shí)例——道路,例：1160083123,56,空間數(shù)據(jù)編碼實(shí)例——土地利用規(guī)劃圖的編碼,,57,土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)要素分類與編碼方案,土地利用數(shù)據(jù)

17、庫(kù)部分要素代碼與名稱,58,空間數(shù)據(jù)編碼實(shí)例——100萬(wàn)分之一地貌編碼,,59,空間數(shù)據(jù)編碼實(shí)例——100萬(wàn)分之一地貌編碼,,60,2.4.1 空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的概念和內(nèi)容,與數(shù)據(jù)質(zhì)量相關(guān)的幾個(gè)概念,2.4 空間數(shù)據(jù)質(zhì)量,61,空間數(shù)據(jù)質(zhì)量指標(biāo)和內(nèi)容,62,空間數(shù)據(jù)質(zhì)量問(wèn)題的來(lái)源,63,64,邏輯誤差示意圖,65,2.4.4 空間數(shù)據(jù)質(zhì)量控制方法,傳統(tǒng)手工方法 地圖符號(hào)化方法,地圖符號(hào)化質(zhì)量控制方法示意圖,66,元數(shù)據(jù)跟蹤方法 空間

18、分析方法 地理相關(guān)法,地理相關(guān)質(zhì)量控制方法示意圖,,67,2.5.1 元數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù),元數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù) 元數(shù)據(jù)概念空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)概念空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn),空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)的幾個(gè)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn),2.5 空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù),68,2.5.2 空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)的作用,查詢空間信息 組織和管理空間信息，并挖掘空間信息資源 組織和維護(hù)一個(gè)機(jī)構(gòu)對(duì)數(shù)據(jù)的投資 提供數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方面的信息 建立數(shù)據(jù)目錄和數(shù)據(jù)交換中心，實(shí)現(xiàn)信息共享,69,2.5

19、.3 ArcGIS的元數(shù)據(jù),元數(shù)據(jù)樣式表,70,元數(shù)據(jù)的管理與編輯元數(shù)據(jù)的輸入輸出,FGDC編輯器,FGDC編輯器,71,空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)的應(yīng)用,,,72,復(fù)習(xí)思考題,1、談?wù)勀銓?duì)“空間”的理解。2、我國(guó)的大地坐標(biāo)系是如何定義的？3、矢量數(shù)據(jù)與柵格數(shù)據(jù)各有何特點(diǎn)？試比較它們的優(yōu)缺點(diǎn)？4、什么是拓?fù)?？它有什么重要意義？5、試舉例說(shuō)明常用的數(shù)據(jù)編碼方法。6、什么是空間數(shù)據(jù)質(zhì)量？空間數(shù)據(jù)質(zhì)量指標(biāo)主要有哪些？7、怎樣理解“空間數(shù)據(jù)質(zhì)

20、量問(wèn)題不可避免以及空間數(shù)據(jù)質(zhì)量是可以控制的”這一判斷？8、常見(jiàn)的空間數(shù)據(jù)質(zhì)量控制方法有哪些？9、什么是空間數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)？其主要內(nèi)容是什么？空間數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)有何作用？,,73,實(shí)習(xí)二 空間數(shù)據(jù)的表達(dá),目的：初步熟悉空間數(shù)據(jù)的矢量和柵格表達(dá)矢量（點(diǎn)、線、面）柵格實(shí)習(xí)要求：在ArcGIS中，分別將point1、polyline1 、 polygon1按分辨率2、4、8、16、32、64轉(zhuǎn)換成柵格文件；分別將以上生成的柵格文件按

21、缺損值轉(zhuǎn)換成點(diǎn)、線、多邊形的矢量文件；將新生成的矢量文件與分別與point1、polyline1 、 polygon1進(jìn)行比較，分析它們之間的差異，并總其規(guī)律，寫(xiě)一簡(jiǎn)要報(bào)告。,74,實(shí)習(xí)三 ArcGIS基本操作與數(shù)據(jù)表示,ArcGIS的數(shù)據(jù)文件矢量：shapefile、coverage柵格：grid、tif、jpgGeodatabaseArcGIS中的數(shù)據(jù)瀏覽空間數(shù)據(jù)瀏覽屬性數(shù)據(jù)瀏覽,75,實(shí)習(xí)四 柵格像元的不同編碼方法

22、及誤差比較,實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私庵饕愋头?、像元中心法等柵格像元編碼方法及其誤差特征。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：以ArcGIS為基礎(chǔ)，對(duì)土地利用數(shù)據(jù)ld502323進(jìn)行兩種不同的柵格編碼，并比較其在同種編碼方法不同分辨率下、以及同種分辨率不同編碼方法下各類土地的面積誤差。實(shí)驗(yàn)原理：矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成柵格數(shù)據(jù)時(shí)，柵格像元需要進(jìn)行編碼。常用的編碼方法包括主要類型法和像元中心法。實(shí)驗(yàn)方法：采用不同的分辨率，根據(jù)不同的編碼方法，將矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成柵格數(shù)據(jù)，統(tǒng)

23、計(jì)并比較各類數(shù)據(jù)中各種土地的面積，分析誤差特征。,76,實(shí)習(xí)五 ArcGIS中空間數(shù)據(jù)的顯示,實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私釧rcMap中空間數(shù)據(jù)的顯示方法。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：在ArcMap環(huán)境下，充分運(yùn)用各種工具及方法實(shí)現(xiàn)對(duì)空間數(shù)據(jù)的不同顯示。實(shí)驗(yàn)原理：在ArcMap內(nèi)容表中，通過(guò)圖層、圖層組、數(shù)據(jù)框等來(lái)組織地圖，在顯示區(qū)中提供兩種地圖視圖方式，即數(shù)據(jù)視圖和版面視圖。圖層中的要素可以采用不同的符號(hào)來(lái)顯示；通過(guò)控制圖層的比例尺范圍，可以使地圖在不同

24、比例尺時(shí)都能夠做到主次清晰。實(shí)驗(yàn)方法：認(rèn)識(shí)ArcMap界面中各功能區(qū)的不同作用；對(duì)圖層、圖層組、數(shù)據(jù)框進(jìn)行相關(guān)的操作以理解地圖的組織形式和空間數(shù)據(jù)的顯示方法；對(duì)圖層進(jìn)行符號(hào)化和比例尺設(shè)置，以控制空間數(shù)據(jù)的顯示。,77,實(shí)習(xí)六 ArcGIS中空間數(shù)據(jù)的操作,實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私釧rcCatalog中空間數(shù)據(jù)的基本操作。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：在ArcGIS的ArcCatalog環(huán)境下，了解ArcGIS支持的不同格式數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，并掌握不同類型數(shù)據(jù)的

25、操作，熟悉建立目錄連接和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器連接。實(shí)驗(yàn)原理：ArcGIS支持多種不同格式的空間數(shù)據(jù)，并可以根據(jù)需要將這些數(shù)據(jù)與目錄和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器進(jìn)行連接；ArcCatalog主要用來(lái)瀏覽、組織、分發(fā)、記錄各種數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)方法：在ArcGIS的ArcCatalog環(huán)境下對(duì)不同格式數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列操作。,78,實(shí)驗(yàn)七 元數(shù)據(jù)的瀏覽與編輯,實(shí)驗(yàn)?zāi)康模赫莆赵獢?shù)據(jù)的瀏覽與編輯方法。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：在ArcGIS環(huán)境下，瀏覽元數(shù)據(jù)的各項(xiàng)內(nèi)容，采用不同的樣式