地理信息系统讲义.docx

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1、第一章 地理信息系统根本概念第一节 几个根本概念1. 数据Data数据是记录信息的符号，是信息的重要载体，是未加工的原始资料。内涵：数据的表达方式有数字、文字、符号、声音、图形、图像、光、电、磁信号等。数据一般不等同于信息，人或机器只有理解数据方可猎取信息。数据只有经过观看、测量、整理与加工可猎取2. 数据源：能供给某种所需数据的原始媒体称为数据源，目前常用的有：观测数据：从现场猎取的实测数据野外勘测、台站记录、遥测量算分析测定数据：利用物理、化学分析方法测定的数据图形数据：各种地形图、专题地图等统计调查数据：各种统计报表、社会调查表遥感数据：由地面航空或航天遥感获得的数据3.信息Inform

2、ation有狭义与广义定义：狭义信息：信息论中将信息定为“两次不定性程度之差”，即用熵增加值度量事物的认知程度。广义信息：是宏观世界中主体与外部客体之间相互联系的一种方式，是主客体之间一切有用的消息或学问，是事 物运动状态的一种一般反映形式。内涵：信息要求有载体支撑信息需靠介质传递信息量是可度量的信息量多少与人的学问阅历有关信息是可相互转换的4.数据处理由人或机器对数据进展编码、排序、分类、运算、压缩、增涨、变换等过程通称为数据处理。5.系统具有特定功能的相互关联的诸多要素构成的整体称为系统。内涵：系统的根本特征：构造性、关联性。系统的要素可以是子系统、子集合。凡涉及到数据处理功能的系统，一般

3、都离不开计算机系统的支持。系统举例：社会经济系统军事系统地球系统及十三个子系统资源环境信息系统生物系统生命循环系统6.信息系统是指具有数据信息治理、检索、分析、运算、询问决策功能的计算机系统。内涵：组成：硬件、软件、数据、操作员自动化、可视化、智能化是根本特征7. 地理信息地理数据：各种地理要素特征与现象间关系的符号化表示：A.空间位置；B.属性特征简称属性；C.时域特征具体定义：A.描述地物所在的大地经纬度或相对位置关系相邻、相包； B.属性特征又称非空间数据，描述地物特征的定性或定量指标； C.时域特征指地理数据采集或地理现象发生的时刻或时段。地理信息与所争论的地理实体的空间地理分布有关的

4、信息，包括数量、质量、空间分布特征、相互关系及规律等。是表达地 理特征与地理现象之间关系的地理数据的解释。地理信息三大要素空间位置属性特征时间地理信息特征A.空间分布性。首先空间定位同一信息可在多个空间位置上消灭，具有分布式特点，因而其属性也具有层次性。 B.海量数据。由于地理信息三大要素打算地理信息是海量的、巨大的。C.信息载体的多样性。(1) 地理实体、物质能量；(2)符号载体；(3) 物理介质。8.地理信息系统GIS (Geographical information system)是以地理空间数据库为根底，采集、储存、治理、分析地球外表与地理分布的数据。为地理争论与地理决策效劳的 计算

5、机系统。内涵：A.GIS 的治理对象是多种地理实体数据及关系，定位坐标、图形、遥感、属性等。B.GIS 工作内容是区域地理现象与过程。C.GIS 工作目标是简单地理规划、决策及治理问题其次节 GIS 的根本特征与分类地理信息数据录入地理信息数据库与治理系统空间数据处理与分析空间数据与结果的显示和输出问答其具体组成如图：用户界面地理信息系统组成构造如下：关于 GIS 的根本特征：具有采集治理、分析与输出多种地理空间信息的力量，具有空间性与动态性；以地理模型方法为手段，以地理争论与地理决策为目的，具有区域空间分析，多要素与多目标综合分析及动态预 测力量，产生高层次的地理信息；由计算机系统支持进展地

6、理数据治理、地理过程与现象模拟，产生有用信息为人类社会效劳。第三节 GIS 的根本分类分类原则不同，则分类亦不同。1.按用途与目的划分根底信息系统国家高级地理信息数据库资源环境信息系统城市地理信息系统勘察、规划、管线、环境、土地、交通土地信息系统 2.按争论内容分：综合性GIS专题性GIS 3.按争论范围大小划分全球性GIS 区域性GIS 局部性GIS 4.按空间分布特点划分二维GIS，布满二维坐标系真三维GIS，布满整个三维空间21维GIS，三维加高程模型DEM一维结合四维GIS，三维加时间坐标动态GIS第四节 GIS 的进展简史GIS 是上世纪 60 年月进展起来的学科与技术，现今已成为一

7、门涉及到测绘科学、环境科学、计算机技术等跨学科争论的穿插学科。起步：1.1963 年加拿大测量学家 R.F.Tomlinson 首先提出 GIS 术语，并花三年建成世界上第一个GIS15000 的加拿大地理信息系统GIS，用于加拿大土地资源规划与治理。2. 稍后美国哈佛大学拿出较完整的 Symap，由于当时计算机技术水平不高，存储量小、速度慢、误差大，导致当时GIS 极为简洁。早期：3. GIS 一经产生，显著特点是成立众多GIS 机构，如：1966 年美国成立城市与区域信息系统协会URISA，1969 年又成立州信息系统全国协会NASIS。1965 年国际地理联合会IGU 设立地理数据处理委

8、员会CGGDSP1968 年国际摄影测量与遥感学会组建了“DEM 原理及应用”特地工作组，协调全世界相关争论。中期：4. 上世纪 7080 年月，因计算机软、硬件技术的突飞猛进式进展，尤其是大容量硬盘的应用，为GIS 数据录入、存储与检索供给了强有力支持。19701976 年，美国地质调查局建成 50 个信息系统，用于地理、地质、水资源分析；加拿大、西德、瑞典、日本相继进展自己的GIS；美国成立国家地理信息和分析中心NCGIS80 年月中后期GIS 全球性应用争论。A.全球沙漠化B.全球可居住区评价C.厄尔尼诺现象与酸雨D.核集中及核废料全球监测E.全球气候变化F.美国军方全球 1100 万空

9、间数据库DCWG.前苏联全球数字调和模型与数字正射影像现今：5.19902023，由于信息高速大路的开通，GIS 已经产业化、产品化及共性化。主要特点是：GIS 产品投放量，每 23 年增长一倍；GIS 国际学术会议频繁召开，内容格外广泛，涉及理论、关键技术、数据更及应用；国际学术刊物论文日渐承受GIS 为标题诸多学科将GIS 作为进展方向：地理、工程、森林、城乡规划、计算机、测绘、航测与遥感、地图学等很多大学设立GIS 课程，培育GIS 硕士、博士。国际区域争论中心相继建立，美、加、英、澳。我国现状：19701980起步19801985预备19851995进展1996产业化继成立GIS 协会

10、，消灭一批产品。第五节 GIS 与其它系统的联系和区分GIS 与其它学科是相互补充、相互支持进展的关系，而不是相互替代关系，其定义仍属地理空间信息系统范畴。1.数据库及信息系统技术是GIS 数据治理的根本理论与方法；2. 系统工程方法使GIS 设计实现标准化、标准化；3. 决策科学，专家系统指导GIS 建模及运算，解决简单治理与规划问题；4. 地图学是GIS 空间数据组与空间数据操作的根本框架；5. 图像处理技术与计算机图形学是GIS 算法设计的根底。图式：地理学系统工程运 筹 学决策科学专家系统GIS计算机科学第六节 GIS 的应用领域遥感系统遥感技术遥测技术卫星技术1.测绘与地图制图GIS

11、 与RS、GPS 通称 3S 系统，为测绘制图带来了革命性的变化：地图数据猎取与成图流程周期大大缩短；制图精度大大提高；数字地图、网络地图、电子地图形式消灭。2.资源治理土地现状分析与治理土地类型划分与治理方案 土地开发监测3.城乡规划城市总体规划城建用地适应性评价环境质量评价道路交通规划城市地下管网治理4.灾难监测与预报森林火险早期预警地震预警与决策指导农作物虫灾监测5.环境保护区域环境质量评价动植物保护河流、水质污染海洋污染、赤潮等6.国防 3S 系统C4I 系统海湾战斗巡航地形匹配系统战场指挥7.宏观经济决策三峡筑坝区域经济宏观调控人口及资源消费其次章 GIS 的数据源与地图投影第一节

12、数据源图形数据源GIS 的数据源首先回忆上章根本问题：地图测绘遥感统计数据文字报告文件声图音片属性数据源1.地图Map地图最早起源于元古时代人类战斗划分疆土的需要，如成吉思汗制服的幅员横跨欧亚两洲。社会进展需要，地图不仅反映自然地理概况，而且表征区域经济、文化、资源与军事等信息，超过纯地理范畴。由于现代电子计算机进展，消灭电子地图。由电子地图最终过渡到GIS。手扶数字化仪跟踪数字化地图数字化：将地图上的图形数据转换成计算机系统能识别的矢量数据的过程称为地图数字化。方式扫描数字化数字化过程留意事项：(1) 地图的制图介质一般为纸质或聚脂薄膜，存放中易变形，有可能造成误差；(2) 地图数据随时间可

13、能不断更；(3) 不同比例尺、不同类型的地图投影方式可能不同，在地图数字化时应正确设定投影或进展投影转换。2.测绘现代测绘由航天航空、现场综合进展，测绘数据直接成为GIS 数据。3.遥感影像RS 可快速、准确获得大面积综合性地学信息，这类信息具有综合性、宏观性、动态性及多源性等特点，分有：航天遥感广泛应用的是地球轨道卫星，同步轨道卫星，如气象、海洋与陆地卫星主要用于全球性、区域自然环境争论百慕 大三角洲小比例尺。航空遥感用飞机载雷达或航空测量仪器获得的图像数据比例尺大，区分率高，适合于小区域，如城市设计等。地面遥感地面遥感通常进展重点观测、波谱测试、实况调查、机制分析，仪器标定与近景摄影测量等

14、。各类遥感影像都有其自身成像规律、变形规律，应用中应进展校正、纠偏、区分率及解译方面的调整工作。 4.其它数据格式转换通过数据格式，可把其它类型的图形数据转换成空间数据，标准数据格式：.dxf 等。5.统计数据国民社会生活中，各种统计性数据诸如：GDP 指数、人口数量、人均住房面积、人均耕地面积、日照时间、温度、平均文化水平、失学儿童比例等属性数据均为GIS 的数据源。6. 文字报告与立法文件在某些专题性 GIS 中，文字报告及政府立法文件也是重要的属性数据源，尤其在各种规划型GIS 中，此类属性数据地位相当重要。7. 声音与图片声音及图片作为数据在多媒体形成的GIS 中广泛应用，可使GIS

15、更加丰富多彩。地图一般地图专题地图其次节 地图分类 地图是格外重要的GIS 数据源，有必要对地图的类型作重点介绍。1. 一般地图以同等具体程度，综合表示地面根本要素，反映地面根本状况，地面要素分布规律的地图称一般地图，按比例尺分：一般地图地形图可准确反映地物、地貌位置形态、国家根本比例尺地形图为7 种： 11 万，12.5 万，15 万，110 万，125 万，150 万，1100 万地形图比例尺大于或等于 1100 万地理图比例尺小于 1100 万其具有统一内容、式样与规格国家建设部门又习惯上有三种划分方法：大比例尺11 万地形图中大比例尺12.5 万110 万小比例尺125 万地理图 1:

16、100 万的地图，如：1200 万，1250 万，1400 万，1800 万，11000 万高度概括地面要素。2. 专题地图以一般地图作为底图，强调表示某种或几种特地内容的地图为专题地图。分有自然地图专题地图自然地图：社会经济图工程技术图地质图反映制图地区的地质组成及构造特征的地图；地貌图反映各种地貌的外部形态特征、数据指标、成因、年月、进展过程、发育程序以及相互关系与组合的地 图；水文图反映水文要素特征的地图；植物图反映各种植物分布特征、生态、用途、变迁及其他现象关系的地图； 土壤图反映地表土壤的外部特征、类型及其地理分布的地图；地势图以地貌、水系为主要要素，表示区域的地形起伏特征的地图；地

17、球物理图显示各种地球物理现象，如磁差、磁力特别、火山、地震等分布及其规律的地图；气象气候图反映地表气象、气候状况，包括太阳辐射、地面热力平衡、气团、气旋、峰面、气温、降水、气压、 风、云雾、日照、霜、雪、温度、蒸发以及气候区划的地图；动物地理图反映各种动物分布状况的地图，以及其他等等。社会经济图常见的有：人口图反映人口分布、密度、分类、民族分布、人口变迁的地图； 经济图反映肯定时期的经济现象的地图；政区图反映国家领域范围、行政区划状况、行政中心、交通状况的地图；历史图反映历史时期的政治、军事、文化、经济、自然状况及其联系的地图。以及其他等等。工程技术图常见的有：工程勘测设计图是设计人员依据实测

18、大比例尺地形图作底图，经过现场勘测，按工程施工性质在图上设计布置 的图件；土地利用图应用大比例尺地形图，通过土地资源当前利用和生产现状调查，将各类土地的界限填绘在图上，并 用面积百分比表示的土地利用构造图；竣工图又称竣工总平面图，是工业厂区在建厂工程竣工后，移交生产前提交的大比例尺专用图，主要反映建、 构筑物建设竣工的成果，作为工程验收、生产治理、修理、改建、扩建的依据。厂区现状图工业厂区的大比例尺地形图。它反映老建、构筑物的关系和场地地物地貌的状况，既包括了阶段 性的竣工图，还包括未完成或施工中的原有现状，是工业厂区生产治理的根底资料；以及其他等等。第三节 地图投影1. 投影机理地图是在平面

19、图纸或介质上用符号表示地球外表自然状况，由于地球是椭球体，则地外表是曲面，那么制图时要把 曲面展为平面，但实际上这个球面不行开放，由于一经开放就要产生裂开或皱纹，明显不行利用，于是寻求特别开放方法地图投影理论。根本原理：地球外表任一点的位置，地理坐标打算经纬度，将假设干经纬线交点绘在平面上，再 将一样经度的点连线经线，一样纬度的点连成纬线，构成经纬网，将球面上的点按经纬度画到相应的位置处，作图。因此，地图投影就是利用特定的数学方程式将经纬坐标，转换为平面坐标x,y，即把地理坐标转换为平面坐标；地图投影可削减因三维坐标转为二维坐标所产生的扭曲变形。这种地球球面与平面间点与点间函数关系的数学 方法

20、，称为地图投影。2. 投影有关概念坐标系统投影坐标系统随投影方式不同可有不同种类，一般 GIS 平台性软件都向用户事先提交多种预定义的投影系统供选择， 客户也可依需要使用自定义投影系统。投影坐标系统由以下内容组成：投影方式投影参数坐标单位地理坐标系地理坐标系地理坐标系描述地球外表地物位置地物具体的位置由经纬度刻划经纬度度、分、秒的定义是，从地心到地表相应位置的角度大小球形系统中，水平方向表示东西方向纬线；垂直方向表示南北方向经线由经纬线包围地球的网格称地球经纬网地球南北两极之间的中间位置水平轴线称赤道零度纬线；竖直轴零度经线也称本初子午线，一般规定为经过 英国格林威治的经线。本初子午线与赤道相

21、交点作为起点0，0，分地球为 4 个象限，东半球、西半球、南半球、北半球。关于球体与椭球体由于地球呈椭球体，而地表外形又极不规章，不少国家在不同历史时期对地球进展过很屡次测量，每次测量结果均 不全都，结果消灭了大量的椭球体，而没有一个椭球体能准确描述地球的整体外形，所以世界各国与地区都在依据具体 状况选择适宜的地球椭球体，椭球是以椭圆为根底的，所以用长轴赤道半径，短轴极地半径两个半轴表示地球椭球体大小，也习惯用扁率描述地球椭球体。a - b = e ae越大, 地球越扁e越小, 地球越圆一般状况下，当地图比例尺小于1:100 万时，假设地球为球体，由于此种比例尺下，球体与椭球体几乎无法区分，而

22、当地图比例尺大小为1:100 万时，须用椭球体靠近地球。常用的椭球体有A.克拉克 1966 椭球体a=6378206.4m，b=6356583.8m B.中国常用的有：克拉索夫斯基 1940 椭球体a=6378245.0m，e=0.003352330大地参照系地球椭球体仅仅描述了地球的大小及外形，还不能准确描述地物具体位置，为使地物测量具有参照框架，确立地表 经纬网线的原点与方向，引入大地参照系概念，将地球椭球体的球心当原点，地表上地物坐标都是相对于该椭球体球心 的。目前广泛应用的是WGS84，不同的大地参照系适合于不同的国家及地区。3. 地图投影的类型投影目的是尽可能削减变形误差。地图投影会

23、影响两种误差：外形角度变化面积变化等角投影Conformal Mapping 投影后保持外形不变。特点：(1) 地物外形不变(2) 图上两地物之间角度与实地测量全都 (3) 高纬度地区地物面积会放大等面积投影Equivalent Mapping 投影后保持面积不变。特点：(1) 面积保持不变 (2) 外形发生变化任意投影依据投影面积不同依据投影位置不同圆锥投影圆柱投影方位投影正轴投影横轴投影斜轴投影4.常用投影范围等角投影：航海图、风向图、洋流图等面积投影：区域经济图、数字地图、小比例尺一般地图任意投影：常用作数字地图世界地图投影墨卡托投影高尔投影 摩尔威特投影等差分纬线多圆锥投影格灵顿投影桑

24、森投影乌尔马耶夫投影我国投影方案比例尺1:1 万地形图3分带的高斯-克里格投影其最大长度变形为 0.0345%，最大面积变形为 0.069%；1:2.5 万1:50 万地形图6分带的高斯-克里格投影最大长度变形为 0.138%；最大面积变形为 0.276%；1:100 万比例尺地形图等角圆锥投影边缘纬线与中纬变形确定值相等。第三章 GIS 的根本功能与数据组织方法第一节 GIS 的根本功能介绍GIS 的五大功能模块子系统数据输入与转换Input/transformGIS 的输入转换模块是将现有的外部数据转换成计算机兼容的便于 GIS 处理的内部格式的过程；执行此项功能的方式：单独性软件外挂式

25、主操作系统中包含的常用录入方式：数字化仪手扶跟踪数字化仪，主要用于输入有关地图的点、线、面的地理坐标；扫描矢量化，用宽幅扫描仪进展，又分扫描后人工屏幕跟踪数字化及软件自动矢量化两种方式。软件自动矢量化，一般用自动矢量化软件中调出扫描后经过误差校正的图形，再由计算机自动完成矢量化。有专 门性扫描自动矢量化软件武汉Geoscan这类软件一般供给标准DXF 矢量文件输出格式。图形及文本编辑功能子系统 GIS 的图形编辑功能是最常用的功能图形编辑在本项功能中直接实现图形数据与数文本编辑据相连接。与 CAD 比较，GIS 的图形编辑功能始终较弱，北京的Supermap 显著提高了此项功能。空间数据存储与

26、治理功能子系统本项功能实际上是数据库治理子系统的操作DBMS：治理对象地理元素位置空间关系属性数据空间操作内容数据格式的选择与转换数据查询数据库连接空间查询与分析功能子系统空间查询：肯定空间距离或空间范围内要素查询问题是GIS 独有的功能。GIS 的空间查询分析对象： 地理要素属性地理要素空间关系GIS 的空间查询方式对一幅或多幅图件及属性数据进展指标量测及分析运算，用一幅或多幅生图件作为分析结果。空间查询语言SQL 语言的补充与进展数据输出与表达功能子系统将 GIS 原始数据或经重组织转换、查询、分析的数据以多种形式向系统外展现称输出。输出内容：地图、属性表格、统计图、文字输出形式：计算机屏

27、幕、绘图仪、网络传输、硬盘、光盘等其次节 GIS 的空间数据组织方法由于 GIS 的数据涉及到图形、属性方方面面，数据构造具有其他一般数据不具备的特点，必需对数据进展有效组织。1.图形数据分层(1) 图形数据分层的作用对于一张图，可按对象的属性、类型划分为不同的集合，当这些集合在空间叠置在一起时，便显示一张图影像，这 就是图形数据分层；图形数据分层是进展地学图谱分析的最根本方法。图形分层的作用：使图形数据信息按某种规章进展划分，从而使数据含义明晰，易于识别；图形分层可在肯定程度上削减内外存数据交换量，提高系统效率；在某些状况下，图形分层显示效果较好，尤其在图像重叠掩盖时表现明显。图形数据分层有

28、利于明确空间关系，对于识别空间数据的信息机理有帮助。(2) 图形数据分层方法分层依据：图形具体特点，介绍 4 种方法： A.按规律特征分层以属性分层：属性往往反映数据库构造，按属性划分便于检索与治理。以图形对象类型分层，一般将点状对象、线状对象、面状对象分层存放，使图形显示易于掌握。B.按存储特征分层独立存储：各层数据各自存放在独立的文件中，文件内只包含一样的属性数据，便于治理，如：Mapinfo 中，一个 Map 可由多个Layer 组成，而每个Layer 存为一个文件。混合存储：一个文件存放多层数据，系统供给分层、治理的内部机制。(3) 图形数据分层的缺点分层过多，增加用户操作步骤，使用户

29、无法一次猎取全部信息；分层使一些程序处理过程变得简单； 对于某些GIS 分层可能产生操作不便。2.图形数据分幅定义：按空间位置不同，将图形对象划分为不同的集合，这一过程称图形分幅，GIS 均支持一幅地图划分为多幅分幅地图的功能。(1) 图形分幅方法等间隔分幅法为适应纸质地图的特点，对地理要素，图形对象的具体特点不加考虑，仅以地理位置范围对图形进展划分。 小比例尺图：按国家规定的图幅编号规章分幅大比例尺图：按相关治理部门自行确立的规章分幅区域分幅法按行政区划或用户自定义的空间区域对图形进展分幅，其图幅编号一般考虑区域特征。(2) 图形数据分幅优点当地学海量图形数据存储时，通过分幅，将数据分放于适

30、当数量的文件中，可平衡数据文件大小，便于数据的 IO 与信息共享。适当的分幅可提高用户对幅内信息的识别力量，从而提高应用效率。(3) 图形数据分幅的缺点等间隔分幅法人为分割地理要素的完整性，会造成拼幅、空间拓扑关系维护与分析方面的困难；区域分幅使数据在各个文件中分布不均匀；分幅过多虽然有利于IO，但操作过程往往因文件过多而繁杂。第四章 GIS 的数据构造与数据治理第一节 GIS 的空间数据构造1数据构造定义由于地理信息数据包括了空间地理坐标属性描述，时间以及简单的拓扑关系，使得地理信息数据关于计算机存储、 治理与处理方面有别于其它类型非地理信息数据或非空间数据，引出空间数据构造概念。地理信息数

31、据在计算机存储、治理和处理过程中的规律关系或组织形式，称为空间数据构造。2数据模型由于地理信息数据的空间构造简单，在描述处理空间数据过程进展出一整套计算方法：有关描述空间数据特征及处 理过程的算法称为空间数据模型。3数据构造类型GIS 中数据构造有三种类型：基于图形表达的矢量数据构造；基于图像表达的栅格数据构造；矢量栅格混合数据构造。其中前两种是主要类型。说明：矢量与栅格是两类完全不同性质的数据构造：矢量是面对地物的构造，即对每一个具体的目标都直接赋有位置、属性信息及目标之间的拓扑关系说明。但是， 矢量数据当中也存在一些离散点，在空间表达时没有直接建立位置与地物的关系。如多边形中间区域形成的“

32、洞”或“岛”，其间任一点并没有与某地物发生联系。栅格数据是面对位置的构造，即平面空间上任何一点都与某地物相联系。但对于某一具体的目标，并不能直接表 达其全部信息，只能遍历栅格点阵逐一查找，也不能建立完整的拓扑关系。两种类型的数据构造分别用于不同目的，有时为使所设计的系统不同时用于多种目的，将矢量与栅格两种构造设 计成为一体化数据构造，于是消灭矢量栅格混合数据构造。矢量与栅格数据表示方法如以下图所示：其次节 矢量数据构造1. 矢量数据的相关概念矢量：数据上称具有大小和方向的量为向量矢量；弧段：在计算机图形学中，相邻两结点间的弧段长度表示大小，弧段两端点的挨次表示方向，因此，弧段是矢量；矢量数据构

33、造是利用欧氏几何学Euclid中的点、线、面及组合体来表示地理实体空间分布的一种数据组织方 式，以记录用样点的坐标为根底，通过记录点的位置、线的长度、面的面积将点、线、面按肯定关系组合在一起，加上 名称注记及符号修饰，即可获得地图。2. 矢量数据构造特点： A：优点数据构造严密，数据量小；数据精度高，数据存储冗余度低；可最好靠近地理实体空间分布特征，因而能够完整描述拓扑关系；可实现图形数据的恢复、更与综合；图形输出美观。B：缺点数据构造简单；多层数据的空间叠置分析较困难；数学模拟较困难；空间分析技术上较简单。3几个地理实体定义点实体点实体要素是一对单独的x,y坐标；点是在空间上不行再分的地理实

34、体，可以是具体的也可是抽象的；表示点实体除x,y外，还应存储有关描述点实体的类型、符号及其它相关信息。线实体线实体是由线段元素组成的各线性要素，由两对以上坐标定义x , y ll即：(x ,y )，(x ,y )，(x ,y )，(x ,y )112233nn最简洁的线实体只存储起点、终点坐标、属性、显示符号等有关数据；简单线实体由n 对坐标构成，可描述连续而简单曲线，线段元越短，则(x ,y )坐标对越多。nn面实体面实体也称多边形或区域，用坐标对表示： (x ,y )，(x ,y )，(x ,y )1122nn但(x ,y )(x ,y )11nn面实体不仅要表达位置，而且应表达区域的拓扑

35、关系，邻域及层次构造，较点、线实体远为简单。4矢量数据编码有关问题数据在计算机存储单元中存放时，须按构造及位长逐一进展符号安排，这一过程称为编码。矢量数据的编码相对简 单。主要通过记录坐标点的数值来实现，须留意问题如下：参照系在 GIS 中，由于地球是个椭球体，用二维平面直角坐标系表达地理实体，需要进展投影变换，而目前世界上有上百种投影方式，各种方式所使用的地球椭球体参数不一样，为使各种矢量数据的坐标具有可比性，必需将不同的参照系进 行坐标变换。目前的做法：以经纬度坐标作为记录坐标；当比例尺大于或等于1:100 万时，承受高斯克里格投影地形图中的公里网坐标非空间数据编码非空间属性数据一般通过关

36、系型数据库进展治理，而空间属性数据承受文件进展治理，两者连接通过编码来实现。 现代数据库理论倾向于将空间数据和非空间数据在数据库中进展一体化治理。面实体记录编码面实体的边界是封闭环形，直接记录环上点的坐标即可进展编码存储；有时，面实体上常常会有“洞”及“飞地” 情形，此时编码要记录多个环。5. 矢量数据构造的主要类型（1） 简洁数据构造空间数据接根本的空间对象 点、线、多边形 为单元进展单独组织， 不包含拓扑关系数据， 依图：特点：数据按点、线或多边形为单元进展组织，数据编排直观，数字化操作简洁。每个多边形都以闭合线段存储，多边形的公共边界被数字化两次和存储两次，造成数据冗余甚至不全都。点、线

37、和多边形有各自的坐标数据，但没有拓扑数据，相互之间不关联。岛只作为一个单独图形，没有与外界多边形的联系。（2） 拓扑数据构造 关于拓扑构造的定义：在地理信息数据中，凡具有网状构造特征的地理要素图形，都存在结点、弧段及多边形之间的拓扑关系，包括：拓扑邻接指空间图形同类元素的关系。依图结点邻接：N1/N4，N1N2，；多边形邻接：P1P3，P2P3，拓扑关联拓扑关系：空间图形不同元素之间的依上图，结点与弧段的关联关系： N1C1、C3、C6；N2C1、C2、C5；N4C6、C5、C4；多边形与弧段的关联关系： P1C1、C5、C6；P2C2、C5、C4、C7；P3C3、C6、C4拓扑包含空间图形中

38、同类，但不同级元素之间的拓扑关系。又分简洁包含、多层包含及等价包含三种形式，依图所示： 设 ID 表示当前多边形IW 表示等价包含IP 表示ID 为岛IP0或非岛IP0现将前图中的结点、弧段和多边形之间的拓扑构造全部表达出来，形成四个关系如下：拓扑数据构造分有：对偶独立地图编码法DIME多边形转换器POLYVRT地理编码与参照系统拓扑集成TIGER 相关概念：弧段链段构成多边形的线。结点：两条以上弧段相交的点，起始FN、终TN岛：由一条弧段组成的多边形简洁多边形：内部不含岛的多边形单连通区域。复多边形：内部含岛的多边形复连通区域外界、内界岛区多边形左多边形LP，右多边形RP整个数据构造的根本元

39、素如以下图及表：（3） 曲面数据构造在 GIS 中，曲面数据指连续分布自然外表的地理要素。由于连续曲面格外简单，为表达和存储需要，常用不规章三角网来拟合具有连续分布的自然外表，称为 TINTriangulated Irregular Network数据构造，而常用狄洛尼Delaunay 三角网。这里不作重点介绍。6. 矢量数据的猎取方式（1） 利用各种定位仪器实行空间坐标数据GPS，平板测图仪，依此来描述点、线、面地理实体的空间位置。（2） 通过栅格数据转换而来，此法是利用遥感数据动态更GIS 数据库时常用。（3） 通过纸质地图数字化得到。（4） 通过已有的数据进展模型运算得到。第三节 栅格数

40、据构造1. 栅格数据相关概念将空间按肯定规章分割成假设干网格正方形或矩形，在各个网格上给出相应的属性值表达地理实体特征，而网格的位置由网格所在的行列号定义，这种“属性明显，位置隐含”的数据组织形式称为栅格数据。依图所示：栅格单元的大小通常叫数据的区分率Resolution，很明显，栅格单元的边长越大，则精度越低，反之越高，关于栅格点的属性值定义由用户自行确定，一般分两种：实际测量值，如温度，数字高程等代表某种类别的编码关于栅格尺寸大小确实定：设区域最小图斑面积为A，网格边长为H，区域多边形数为i=1,2,n11则： H minA 22i2. 栅数据构造的特点A优点数据构造简洁空间数据的叠置和组

41、合便利便于实现各种空间分析数学模拟便利技术开发费用低B缺点数据量大降低区分率时，信息缺失严峻地图输出不够精巧难以建立网络连接关系投影变换较为费时3栅格数据构造主要类型（1） 栅格矩阵构造栅格矩阵构造指全栅格阵列组织形式，如下图说明，这是一个 44 阶矩阵，假设矩阵中每一个元素如用一个双字节表示，则一个图层全栅格数据存储空间为m行n列2字节，举例：一个面积为 100km2 的区域，网格边长为 1m，每网格属性值用双字节，则全部图层要素所占空间为10000022200 兆字节这是相当大的存储容量，所占空间极大，为节约存储单元，栅格数据构造要解决数据压缩问题。（2） 游程编码构造游程：相邻同值网格的

42、数量。游程编码：将相邻同值的网格合并，并记录合并后网格的值及合并网格长度，其目的是压缩数据所占空间。游程编码构造的建立方法将栅格矩阵的数据序列 x ,x ,x 映射为相应的二元组序列A ，P ，i=1,2,k，且 kn，其中 A 为属性值，P12nii为游程，k 为游程序号，将上图的栅格矩阵转换为二元序列就是：游程编码压缩数据的质量，可用Re来估算数据冗余度其中：Q图层内相邻属性值变化次数的累加和；m图层网格行数； n图层网格列数。1R= 1 -eQm n当 Re5 时，压缩效果明显当压缩比 S =n值越大时，压缩效果越显著。k栅格数据经过压缩处理，得到游程编码数据序列，通常用索引挨次文件方法

43、来组织数据，这里从略。（3） 四叉树数据构造原理：将空间区域依据四个象限进展递归分割2n2n，且n1，直到子象限的数值单调为止，凡数值单调的单元，均作为最终存储单元。这里从略。4. 栅格数据的猎取方式地图扫描：用大幅面扫描仪可快速扫描图像。遥感图像解译：遥感与GIS 集成后，遥感数据动态更GIS 空间数据库，可获得大量的栅格数据进展存储。规章点采样：在测区面积不大，区分率不高状况下，将测区等分网格，记录每个网格数值，即得该区栅格数据， 如：1/20 万化探扫面数据。不规章点采样插值：由于规章采样受条件限制，一般不简洁实现，采样点可以不均匀分布，栅格点中的缺空值可 通过已有观测值的内插计算得到，承受方法有：1. 三角网插值2. 趋势面拟合3. 克里格插值