第2章 地理空间与空间数据基础PPT讲稿.ppt

第第2 2章章 地理空间与地理空间与空间数据基础空间数据基础第1页，共84页，编辑于2022年，星期一1 1 地理空间框架模型地理空间框架模型 1.1 1.1 地理空间的概念地理空间的概念l地理空间包括：地理空间包括：大气圈、水圈、生物圈、大气圈、水圈、生物圈、岩石圈和土壤圈岩石圈和土壤圈。(地球表面附近地球表面附近)第2页，共84页，编辑于2022年，星期一1.2 1.2 地理空间框架模型地理空间框架模型l为了深入研究地理空间，需要建立地球表面为了深入研究地理空间，需要建立地球表面的几何模型，这是进行大地测量的前提。根的几何模型，这是进行大地测量的前提。根据大地测量学的成果，地球表面模型可以分据大地测量学的成果，地球表面模型可以分为四类：为四类：最自然的地球表面最自然的地球表面相对抽象的大地水准面相对抽象的大地水准面椭球体模型椭球体模型 其它数学模型其它数学模型 第3页，共84页，编辑于2022年，星期一地球模型地球模型地球表面大地水准面铅垂线地球椭球体大地水准面与地球椭大地水准面与地球椭球体的最大差距球体的最大差距100100米米左右左右第4页，共84页，编辑于2022年，星期一WDM94WDM94模型描述的地球形状模型描述的地球形状第5页，共84页，编辑于2022年，星期一1.2.1 1.2.1 地球表面地球表面l包括海洋底部、高山高原在内的固体地包括海洋底部、高山高原在内的固体地球表面。球表面。l固体地球表面的形态非常复杂，难固体地球表面的形态非常复杂，难以用一个简洁的数学表达式描述，以用一个简洁的数学表达式描述，所以不适合于数学建模。所以不适合于数学建模。第6页，共84页，编辑于2022年，星期一1.2.2 1.2.2 大地水准面（大地水准面（geoidgeoid）l大地水准面：大地水准面：假设一个当海水处于完全静止的平衡状态时，从海平面延伸假设一个当海水处于完全静止的平衡状态时，从海平面延伸到所有大陆下部，而与地球重力方向处处正交的一个连续、到所有大陆下部，而与地球重力方向处处正交的一个连续、闭合的曲面。闭合的曲面。它是重力等位面，即物体沿该面运动时，重力它是重力等位面，即物体沿该面运动时，重力不做功（如水在这个面上是不会流动的）。大地水准面是海不做功（如水在这个面上是不会流动的）。大地水准面是海拔高程的起算面。拔高程的起算面。l大地水准面不是一个简单的数学曲面，大地水准面不是一个简单的数学曲面，大地大地水准面的形状反映了地球内部物质结构、密水准面的形状反映了地球内部物质结构、密度和分布等信息度和分布等信息。第7页，共84页，编辑于2022年，星期一1.2.3 1.2.3 椭球体模型椭球体模型l椭球体模型椭球体模型以大地水准面为基准建立起以大地水准面为基准建立起来的地球椭球体模型。来的地球椭球体模型。图 2-1 三轴椭球体模型l三轴椭球体在数学上可行，又十分接近大地水准面。三轴椭球体在数学上可行，又十分接近大地水准面。l三轴椭球体定义：三轴椭球体定义：设椭球体短轴上的半径记为设椭球体短轴上的半径记为c c，它表示从极地到地心的距离；椭球体长轴，它表示从极地到地心的距离；椭球体长轴上的半径和中轴上的半径记为上的半径和中轴上的半径记为a a和和b b，它们分别是赤道面上的两个主轴。，它们分别是赤道面上的两个主轴。第8页，共84页，编辑于2022年，星期一1.2.4 1.2.4 其它数学模型其它数学模型l在解决其它一些大地测量学问题时提在解决其它一些大地测量学问题时提出来的，如类地形面（出来的，如类地形面（TelluriodTelluriod）、）、准大地水准面、静态水平衡椭球体准大地水准面、静态水平衡椭球体等。等。第9页，共84页，编辑于2022年，星期一1.3 1.3 地理空间坐标系的建立地理空间坐标系的建立l建立地理空间坐标系，主要的目的是确定地建立地理空间坐标系，主要的目的是确定地面点的位置。面点的位置。l坐标系：坐标系：大地坐标系、空间直角坐标系、平大地坐标系、空间直角坐标系、平面直角坐标系面直角坐标系l大地坐标系大地坐标系是建立在一定的是建立在一定的大地基准大地基准上的用上的用于表达地球表面空间位置及其相对关系的数于表达地球表面空间位置及其相对关系的数学参照系，这里所说的学参照系，这里所说的大地基准大地基准是指能够最是指能够最佳拟合地球形状的地球椭球的参数及椭球定佳拟合地球形状的地球椭球的参数及椭球定位和定向。位和定向。第10页，共84页，编辑于2022年，星期一l椭球定位椭球定位是指确定椭球中心的位置是指确定椭球中心的位置,可分为两可分为两类类:局部定位和地心定位局部定位和地心定位。局部定位局部定位要求在一定范围内椭球面与大地水准面有最佳的符合要求在一定范围内椭球面与大地水准面有最佳的符合,而对椭球的中心位置无特殊要求；而对椭球的中心位置无特殊要求；地心定位地心定位要求在全球范围内椭球面与大地水准面有最佳的符合要求在全球范围内椭球面与大地水准面有最佳的符合,同同时要求椭球中心与地球质心一致或最为接近。时要求椭球中心与地球质心一致或最为接近。l椭球定向椭球定向是指确定椭球旋转轴的方向是指确定椭球旋转轴的方向,不论是局部不论是局部定位还是地心定位定位还是地心定位,都应满足两个平行条件都应满足两个平行条件:椭球短轴平行于地球自转轴椭球短轴平行于地球自转轴;大地起始子午面平行于天文起始子午面大地起始子午面平行于天文起始子午面第11页，共84页，编辑于2022年，星期一l参考椭球参考椭球:具有确定参数具有确定参数(长半径长半径a a和扁率和扁率),),经过局部定位和定向经过局部定位和定向,同某一地区大地同某一地区大地水准面最佳拟合水准面最佳拟合的地球椭球的地球椭球,叫做叫做参考椭球参考椭球。l总地球椭球总地球椭球:除了满足地心定位和双平行条除了满足地心定位和双平行条件外件外,在确定椭球参数时能使它在确定椭球参数时能使它在全球范围在全球范围内与大地体最密合内与大地体最密合的地球椭球的地球椭球,叫做叫做总地球总地球椭球椭球。l参心坐标系参心坐标系:以参考椭球为基准的坐标系；以参考椭球为基准的坐标系；l地心坐标系地心坐标系:以总地球椭球为基准的坐标系。以总地球椭球为基准的坐标系。第12页，共84页，编辑于2022年，星期一l建立参心坐标系，需进行下面几个工作：建立参心坐标系，需进行下面几个工作：选择或求定椭球的几何参数（长短半径）；选择或求定椭球的几何参数（长短半径）；确定椭球中心位置（定位）；确定椭球中心位置（定位）；确定椭球短轴的指向（定向）；确定椭球短轴的指向（定向）；建立大地原点。建立大地原点。l大地坐标（大地坐标（Geodetic CoordinateGeodetic Coordinate）:大地测量中以参考椭球大地测量中以参考椭球面为基准面的坐标。面为基准面的坐标。地面点地面点P P的位置用的位置用大地经度大地经度L L、大地纬度大地纬度B B和和大地高大地高H H表示。表示。当点在参考椭球面上时，仅用大地经度和大地纬度表示。当点在参考椭球面上时，仅用大地经度和大地纬度表示。大地经度大地经度是通过该点的大地子午面与起始大地子午面之间的夹角，是通过该点的大地子午面与起始大地子午面之间的夹角，大地纬大地纬度度是通过该点的法线与赤道面的夹角是通过该点的法线与赤道面的夹角;大地高大地高是地面点沿法线到参考椭球面的距离。是地面点沿法线到参考椭球面的距离。第13页，共84页，编辑于2022年，星期一第14页，共84页，编辑于2022年，星期一我国的大地坐标系我国的大地坐标系l19541954年北京坐标系年北京坐标系a a属参心大地坐标系；属参心大地坐标系；b b采用克拉索夫斯基椭球的两个几何参数；采用克拉索夫斯基椭球的两个几何参数；c.c.大地原点在原苏联的普尔科沃；大地原点在原苏联的普尔科沃；d d采用多点定位法进行椭球定位；采用多点定位法进行椭球定位；e e高程基准为高程基准为 19561956年青岛验潮站求出的黄海平均年青岛验潮站求出的黄海平均海水面；海水面；f f高程异常以原苏联高程异常以原苏联 19551955年大地水准面重新平差年大地水准面重新平差结果为起算数据。按我国天文水准路线推算而得结果为起算数据。按我国天文水准路线推算而得 。第15页，共84页，编辑于2022年，星期一lBJ54BJ54坐标系的缺点：坐标系的缺点：椭球参数有较大误差。与现代精确的椭球参数相比，长半轴约大椭球参数有较大误差。与现代精确的椭球参数相比，长半轴约大109m109m；参考椭球面与我国大地水准面存在着自西向东明显的系统参考椭球面与我国大地水准面存在着自西向东明显的系统性的倾斜，东部地区大地水准面差距最大性的倾斜，东部地区大地水准面差距最大+68m+68m。几何大地测量和物理大地测量应用的参考面不统一。几何大地测量和物理大地测量应用的参考面不统一。定向不明确。椭球短轴的指向既不是国际上较普遍采用定向不明确。椭球短轴的指向既不是国际上较普遍采用的国际协议（习用）原点的国际协议（习用）原点CIOCIO（Conventional International Conventional International OriginOrigin）,也不是我国地极原点；起始大地子午面也不是国际时也不是我国地极原点；起始大地子午面也不是国际时间局间局BIHBIH所定义的格林尼治平均天文台子午面，从而给坐标换所定义的格林尼治平均天文台子午面，从而给坐标换算带来一些不便和误差。算带来一些不便和误差。第16页，共84页，编辑于2022年，星期一l19801980年国家大地坐标系年国家大地坐标系（1 1）大地原点在我国中部，陕西省泾阳县永乐镇；）大地原点在我国中部，陕西省泾阳县永乐镇；（2 2）8080坐标系是参心坐标系，椭球短轴坐标系是参心坐标系，椭球短轴Z Z轴平行于地球质心轴平行于地球质心指向地极原点方向，大地起始子午面平行于格林尼治平均天文台子指向地极原点方向，大地起始子午面平行于格林尼治平均天文台子午面；午面；X X轴在大地起始子午面内与轴在大地起始子午面内与 Z Z轴垂直指向经度轴垂直指向经度 0 0方向；方向；Y Y轴轴与与 Z Z、X X轴成右手坐标系；轴成右手坐标系；（3 3）椭球参数采用）椭球参数采用IUG 1975IUG 1975年大会推荐的参数年大会推荐的参数 长轴：长轴：6378140563781405（m m）；扁率：）；扁率：1 1：298.257298.257（4 4）多点定位；椭球定位时按我国范围内高程异常值平方）多点定位；椭球定位时按我国范围内高程异常值平方和最小为原则求解参数和最小为原则求解参数 （5 5）大地高程以）大地高程以19561956年青岛验潮站求出的黄海平均水面为年青岛验潮站求出的黄海平均水面为基准基准第17页，共84页，编辑于2022年，星期一l20002000国家大地坐标系国家大地坐标系20002000国家大地坐标系是全球地心坐标系在我国的具体国家大地坐标系是全球地心坐标系在我国的具体体现，其原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中体现，其原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心。心。20002000国家大地坐标系与现行国家大地坐标系转换、国家大地坐标系与现行国家大地坐标系转换、衔接的过渡期为衔接的过渡期为8 8至至1010年。年。现有各类测绘成果，在过渡期内可沿用现行国家大地坐标系；现有各类测绘成果，在过渡期内可沿用现行国家大地坐标系；20082008年年7 7月月1 1日后新生产的各类测绘成果应采用日后新生产的各类测绘成果应采用20002000国家国家大地坐标系。大地坐标系。现有地理信息系统，在过渡期内应逐步转换到现有地理信息系统，在过渡期内应逐步转换到20002000国家大国家大地坐标系；地坐标系；20082008年年7 7月月1 1日后新建设的地理信息系统应采日后新建设的地理信息系统应采用用20002000国家大地坐标系。国家大地坐标系。第18页，共84页，编辑于2022年，星期一WGS-84WGS-84世界大地坐标系世界大地坐标系lWGS-84WGS-84坐标系是一个协议地球参考系坐标系是一个协议地球参考系CTSCTS（Conventional Conventional Terrestrial SystemTerrestrial System）,其原点是地球的质心，其原点是地球的质心，Z Z轴指向轴指向BIH1984.0BIH1984.0定义的协议地球极定义的协议地球极CTPCTP（Conventional Terrestrial Conventional Terrestrial PolePole）方向，）方向，X X轴指向轴指向BIH1984.0BIH1984.0零度子午面和零度子午面和CTPCTP赤道的交点，赤道的交点，Y Y轴轴和和Z Z、X X轴构成右手坐标系。轴构成右手坐标系。lWGS-84WGS-84椭球采用国际大地测量与地球物理联合会第椭球采用国际大地测量与地球物理联合会第1717届大会大地测量届大会大地测量常数推荐值。常数推荐值。l自自19871987年年1 1月月1010日之后，日之后，GPSGPS卫星星历均采用卫星星历均采用WGS-84WGS-84坐标系统。因此坐标系统。因此GPSGPS网的测站坐标及测站之间的坐标差均属于网的测站坐标及测站之间的坐标差均属于WGS-84WGS-84系统。为了求得系统。为了求得GPSGPS测测站点在地面坐标系（属于参心坐标系）中的坐标，就必须进行坐站点在地面坐标系（属于参心坐标系）中的坐标，就必须进行坐标系的转换。标系的转换。第19页，共84页，编辑于2022年，星期一高斯投影与平面直角坐标系高斯投影与平面直角坐标系l用大地经度和纬度表示的大地坐标是一种椭球面上的坐标，用大地经度和纬度表示的大地坐标是一种椭球面上的坐标，不能直接应用于测图及工程应用。因此，需要将它们按一不能直接应用于测图及工程应用。因此，需要将它们按一定的数学规则转换为平面直角坐标。定的数学规则转换为平面直角坐标。l地图投影（地图投影（Map ProjectionMap Projection）：）：把地球表面的任意点，利用把地球表面的任意点，利用一定数学法则，转换到地图平面上的理论和方法。一定数学法则，转换到地图平面上的理论和方法。l投影过程将产生投影变形，而且不同的投影方法具有不投影过程将产生投影变形，而且不同的投影方法具有不同性质和大小的投影变形。同性质和大小的投影变形。为了限制投影变形，一般采为了限制投影变形，一般采用分带投影。用分带投影。第20页，共84页，编辑于2022年，星期一第21页，共84页，编辑于2022年，星期一第22页，共84页，编辑于2022年，星期一高斯高斯-克吕格投影（克吕格投影（横轴墨卡托投影横轴墨卡托投影）l假想有一个椭圆柱套在地球椭球的外面，并与假想有一个椭圆柱套在地球椭球的外面，并与某一子午线相切（此子午线叫中央子午线），某一子午线相切（此子午线叫中央子午线），椭圆柱的中心轴通过地球椭球的中心，然后用椭圆柱的中心轴通过地球椭球的中心，然后用等角条件，将中央子午线东西两侧各一定经差等角条件，将中央子午线东西两侧各一定经差范围的地区投影到椭圆柱面上，将柱面展成平范围的地区投影到椭圆柱面上，将柱面展成平面即可。面即可。这种投影在高纬度地面精度较好，在低这种投影在高纬度地面精度较好，在低纬度地区精度较差。纬度地区精度较差。第23页，共84页，编辑于2022年，星期一xyOABxAxByByA500km第24页，共84页，编辑于2022年，星期一1.4 1.4 地理空间的距离度量地理空间的距离度量 l欧几里德距离欧几里德距离l曼哈顿距离曼哈顿距离l时间距离时间距离第25页，共84页，编辑于2022年，星期一2 2 地理空间的表达地理空间的表达 l地理空间的表达是地理数据组织、存储、运算、分析地理空间的表达是地理数据组织、存储、运算、分析的基础。的基础。地理空间中的地理实体、地理现象可以抽象为地理空间中的地理实体、地理现象可以抽象为点、线、面、体四种类型。点、线、面、体四种类型。l地理空间的表达方法可以概括为地理空间的表达方法可以概括为矢量矢量栅格栅格三角形不规则网三角形不规则网等等l以此为基础，可以构造地理空间各种不同的数据模型和以此为基础，可以构造地理空间各种不同的数据模型和数据结构。数据结构。第26页，共84页，编辑于2022年，星期一2.1 2.1 矢量表达法矢量表达法用一系列用一系列有序有序点点的的X X、Y Y（、（、Z Z）坐标）坐标来来精确精确表达表达点、线、点、线、面实体。面实体。第27页，共84页，编辑于2022年，星期一2.1.1 2.1.1 点状要素（点状要素（0 0维矢量）维矢量）l用用0 0维矢量来表达地理空间中的点状要素。维矢量来表达地理空间中的点状要素。l0 0维维矢矢量量在在二二维维欧欧氏氏空空间间中中用用唯唯一一的的实实数数对对（x x，y y）来来表表示示，在在三三维维欧欧氏氏空空间间中中用用唯唯一一的的三三元元组组（x x，y y，z z）来表示。来表示。l一一般般指指那那些些占占面面积积较较小小，不不能能按按比比例例尺尺表表示示，又又要要定定位的事物。位的事物。l有有时时，面面状状事事物物和和点点状状事事物物的的界界限限并并不不严严格格。如如居居民民点点，在在大大、中中比比例例尺尺地地图图上上被被表表示示为为面面状状地地物物，在在小小比比例例尺尺地地图上则被表示为点状地物。图上则被表示为点状地物。第28页，共84页，编辑于2022年，星期一2.1.2 2.1.2 线状要素（一维矢量）线状要素（一维矢量）l一维矢量用来表达线状要素，或者空间对象的边界一维矢量用来表达线状要素，或者空间对象的边界 l在二维欧氏空间中用一组离散化有序实数点对来表示线状在二维欧氏空间中用一组离散化有序实数点对来表示线状要素：要素：（x1x1，y1y1），（），（x2x2，y2y2），），(xn(xn，yn)yn)其中其中n n为大于为大于1 1的整数。的整数。l在三维空间中则表示为：在三维空间中则表示为：（x1x1，y1y1，z1z1），），(x2(x2，y2y2，z2)z2)，（xnxn，ynyn，znzn）其中（其中（x1x1，y1y1）或（）或（x1x1，y1y1，z1z1）是起始点，（）是起始点，（xnxn，ynyn）或（）或（xnxn，ynyn，znzn）是终止点。）是终止点。第29页，共84页，编辑于2022年，星期一l对于地理空间中呈线状或带状的要素，如交对于地理空间中呈线状或带状的要素，如交通线、河流、境界线、构造线等，均用一维通线、河流、境界线、构造线等，均用一维矢量来表示其空间位置。矢量来表示其空间位置。l对于线状和面状实体的区分，也和地图的比对于线状和面状实体的区分，也和地图的比例尺有很大的关系。例尺有很大的关系。如河流，在小比例尺的如河流，在小比例尺的地图上，被表示成线状地物，而在大比例尺地图上，被表示成线状地物，而在大比例尺的地图上，则被表示成面状地物。的地图上，则被表示成面状地物。第30页，共84页，编辑于2022年，星期一2.1.3 2.1.3 面状要素（二维矢量）面状要素（二维矢量）l用二维矢量来表达面状要素。用二维矢量来表达面状要素。l面状要素，在二维欧氏平面上是指由一组闭合弧段所包围的空间区面状要素，在二维欧氏平面上是指由一组闭合弧段所包围的空间区域。域。（x1x1，y1y1），（，（x2x2，y2y2），），(xn(xn，yn)yn)，（x1x1，y1y1）l在三维欧氏空间中表达的二维矢量，就是指空间曲面。在三维欧氏空间中表达的二维矢量，就是指空间曲面。l面状分布的地理要素有连续分布的面状分布的地理要素有连续分布的，如气温、土壤等，如气温、土壤等，有不连续分有不连续分布的布的，如森林、油田、农作物等；，如森林、油田、农作物等；它们所具有的特征也不尽相同，它们所具有的特征也不尽相同，有的是性质上的差别，如不同类型的土壤，有的是数量上的差异，有的是性质上的差别，如不同类型的土壤，有的是数量上的差异，如气温的高低等。如气温的高低等。第31页，共84页，编辑于2022年，星期一2.1.4 2.1.4 体状要素（三维矢量）体状要素（三维矢量）l三维矢量用来表达三维空间中的实体三维矢量用来表达三维空间中的实体体状要素。体状要素。体状要素就是由一组或多体状要素就是由一组或多组闭合曲面所包围的空间对象。组闭合曲面所包围的空间对象。第32页，共84页，编辑于2022年，星期一2.2 2.2 栅格表达法栅格表达法 l栅栅格格表表达达法法是是以以规规则则的的像像元元阵阵列列来来表表示示地地理理实实体体或或现现象的分布。象的分布。l它它将将研研究究区区域域按按一一定定分分辨辨率率作作行行和和列列的的规规则则划划分分，形形成成由由网网格格单单元元组组成成的的矩矩阵阵，每每个个网网格格单单元元称称为为像像素素或或像像元元（CellCell或或PixelPixel）。）。l栅栅格格中中的的每每个个像像元元是是栅栅格格数数据据中中最最基基本本的的信信息息存存储储单单元元，其其坐坐标标位位置置可可以以用用行行号号和和列列号号确确定定，像像元元的的值值表表示示地地理实体或现象的某种属性特征。理实体或现象的某种属性特征。第33页，共84页，编辑于2022年，星期一l点实体：点实体：表示为一个像元；表示为一个像元；l线实体：线实体：表示为在一定方向上连接成串的相邻表示为在一定方向上连接成串的相邻像元的集合；像元的集合；l面实体：面实体：表示为聚集在一起的相邻像元的集合。表示为聚集在一起的相邻像元的集合。第34页，共84页，编辑于2022年，星期一2.3 2.3 三角形不规则网（三角形不规则网（TINTIN）表达法）表达法l对于地理连续面的表达，还可利用三角形不规则网表示对于地理连续面的表达，还可利用三角形不规则网表示（Triangulated irregular NetworkTriangulated irregular Network，TINTIN）。l基于基于TINTIN的连续面模型能够有效地描述河流、峡谷、地的连续面模型能够有效地描述河流、峡谷、地势等势等地形区域特征地形区域特征。lTINTIN的构成：的构成：将地面一系列离散点，按照一定的规则和条件连将地面一系列离散点，按照一定的规则和条件连接成互不交叉的三角网。接成互不交叉的三角网。lThe resulting triangulation satisfies the The resulting triangulation satisfies the Delaunay Delaunay triangletriangle criterion,which ensures that no vertex criterion,which ensures that no vertex lies within the interior of any of the lies within the interior of any of the circumcircles of the triangles in the network.circumcircles of the triangles in the network.第35页，共84页，编辑于2022年，星期一满足要求不满足要求泰森三角网第36页，共84页，编辑于2022年，星期一第37页，共84页，编辑于2022年，星期一2.4 2.4 地理空间表达方式的比较地理空间表达方式的比较1.1.模型的要点模型的要点 2.2.数据源数据源 3.3.空间存贮空间存贮 4.4.要素表达要素表达 5.5.拓扑关系拓扑关系 6.6.地理分析地理分析 7.7.制图输出制图输出 第38页，共84页，编辑于2022年，星期一模型的要点模型的要点 矢量表达矢量表达 栅格表达栅格表达 TINTIN表达表达矢量数据主要用矢量数据主要用来模拟具有精确来模拟具有精确形状和边界的离形状和边界的离散要素散要素栅格数据主要用栅格数据主要用来模拟连续的现来模拟连续的现象和地球的影像象和地球的影像三角网数据主要用来三角网数据主要用来对表示高程或其它状对表示高程或其它状况（如浓度）的表面况（如浓度）的表面进行有效地表达进行有效地表达第39页，共84页，编辑于2022年，星期一数据源数据源 矢量表达矢量表达 栅格表达栅格表达 TINTIN表达表达u从航空、遥感影像中从航空、遥感影像中解译解译u用全站仪、用全站仪、GPS GPS 接收接收机采集机采集u从地图原图中数字化从地图原图中数字化u从栅格数据矢量化从栅格数据矢量化u从三角网中提取等高从三角网中提取等高线线u从野外调查数据中简从野外调查数据中简化而来化而来uCAD CAD 制图中导入制图中导入 u航空航天飞机摄航空航天飞机摄影得来影得来u卫星影像卫星影像u从三角网中转换从三角网中转换而来而来u矢量数据栅格化矢量数据栅格化u扫描蓝图、相片扫描蓝图、相片等等u从航空相片解译而从航空相片解译而来来u从全站仪、从全站仪、GPSGPS接收接收机采集机采集u用高程数据导入点用高程数据导入点u从矢量等高线转换从矢量等高线转换而来而来第40页，共84页，编辑于2022年，星期一空间存贮空间存贮 矢量表达矢量表达 栅格表达栅格表达 TINTIN表达表达l点以点以x,y x,y 坐标来坐标来存贮存贮l线以相联的线以相联的x,y x,y 坐标形成的路径坐标形成的路径来存贮来存贮l多边形用闭合的多边形用闭合的路径来存贮路径来存贮 l坐标原点为栅格坐标原点为栅格的左下角，以像的左下角，以像元的高度和宽度元的高度和宽度为单位，每个像为单位，每个像元用它所在的行元用它所在的行和列的位置来确和列的位置来确定定l存储每个像元的存储每个像元的属性值或灰度属性值或灰度l三角形面中每个三角形面中每个结点有一个结点有一个x,y x,y 坐标值，及相关坐标值，及相关的高程或其它值的高程或其它值第41页，共84页，编辑于2022年，星期一要素表达要素表达 矢量表达矢量表达 栅格表达栅格表达 TINTIN表达表达l点代表小要素。点代表小要素。l线代表长度很长线代表长度很长而宽度很小的要而宽度很小的要素；素；l多边形表示占据多边形表示占据一定面积的要素。一定面积的要素。l点要素以单个像点要素以单个像元来表示；元来表示；l线要素用一系列线要素用一系列具有相同值的相具有相同值的相邻像元来表示；邻像元来表示；l多边形要素则以多边形要素则以具有相同值的像具有相同值的像元构成的一个区元构成的一个区域来表示。域来表示。l点的点的z z 值确定表值确定表面的形状。面的形状。l线定义表面的变线定义表面的变化如山脊或河流。化如山脊或河流。l外部区域外部区域（exclusion exclusion areaarea）定义具有）定义具有相同相同Z Z值的多边值的多边形。形。第42页，共84页，编辑于2022年，星期一拓扑关系拓扑关系 矢量表达矢量表达 栅格表达栅格表达 TINTIN表达表达l连接性表达哪连接性表达哪些线与结点相些线与结点相连。连。l邻接性表达线邻接性表达线的左右多边形的左右多边形分别是哪些。分别是哪些。l还有包含、重还有包含、重叠叠 l相邻象元可能相邻象元可能通过加减行、通过加减行、列的值进行快列的值进行快速定位。速定位。l每一个三角形每一个三角形与它相邻的三与它相邻的三角形相连。角形相连。第43页，共84页，编辑于2022年，星期一地理分析地理分析 矢量表达矢量表达 栅格表达栅格表达 TINTIN表达表达l拓扑地图叠加拓扑地图叠加l缓冲区生成和邻近缓冲区生成和邻近分析分析l多边形融合和叠加多边形融合和叠加l空间和逻辑查询空间和逻辑查询l地址地理编码地址地理编码l网络分析网络分析l空间一致性分析空间一致性分析l表面分析表面分析l散布分析散布分析l最小成本路径分最小成本路径分析析 l高程、坡度、坡向高程、坡度、坡向计算计算l从表面中提取高线从表面中提取高线l体积计算体积计算l垂直剖面分析垂直剖面分析l视场分析视场分析 第44页，共84页，编辑于2022年，星期一制图输出制图输出 矢量表达矢量表达 栅格表达栅格表达 TINTIN表达表达l矢量数据适合于矢量数据适合于绘制要素的精确绘制要素的精确形状和位置。形状和位置。l它不适合于连续它不适合于连续分布的现象。分布的现象。l栅格数据适合栅格数据适合于表现图像和于表现图像和属性值逐渐变属性值逐渐变化的连续要素。化的连续要素。l通常情况下，通常情况下，它不适合于绘它不适合于绘制点和线要素。制点和线要素。l三角网数据适合三角网数据适合于形象地表达表于形象地表达表面。这种数据可面。这种数据可以用不同的颜色以用不同的颜色来表示不同的高来表示不同的高程、坡度或坡向程、坡度或坡向或生成三维透视或生成三维透视图。图。第45页，共84页，编辑于2022年，星期一2.5 2.5 地理空间表达方式的选择地理空间表达方式的选择在选择一种地理空间表达方式时要考虑很多问题。在选择一种地理空间表达方式时要考虑很多问题。要素或位置关注的焦点是什么？要素或位置关注的焦点是什么？什么数据可以容易地获得？什么数据可以容易地获得？对于定位要素，要求的精度是多少？对于定位要素，要求的精度是多少？需要什么类型的要素？需要什么类型的要素？你想要的拓扑关系是什么类型的？你想要的拓扑关系是什么类型的？所要求的分析是什么类型的？所要求的分析是什么类型的？要求生成什么类型的地图？要求生成什么类型的地图？第46页，共84页，编辑于2022年，星期一要素或位置关注的焦点是什么？要素或位置关注的焦点是什么？l如果是模拟具有属性和行为的单个对象，矢量数据表达如果是模拟具有属性和行为的单个对象，矢量数据表达方式是最好的。方式是最好的。l如果是模拟用属性值来刻画的连续对象或现象，我们可如果是模拟用属性值来刻画的连续对象或现象，我们可以选择栅格或三角网数据表达方式。以选择栅格或三角网数据表达方式。栅格数据模拟在规则格网中具有统一取样属性栅格数据模拟在规则格网中具有统一取样属性的区域。的区域。三角网数据模拟具有不同密度的采样点和值的三角网数据模拟具有不同密度的采样点和值的区域。区域。第47页，共84页，编辑于2022年，星期一什么数据可以容易地获得？什么数据可以容易地获得？lGIS GIS 设计的最初步骤就是调查已经获得的所有地理数据。设计的最初步骤就是调查已经获得的所有地理数据。当发现最合适的数据时，我们要判断这个数据是否足够当发现最合适的数据时，我们要判断这个数据是否足够或是否需要以其他手段生成新的数据。或是否需要以其他手段生成新的数据。l有时，我们可能要将已有的数据从一种表达方式转换有时，我们可能要将已有的数据从一种表达方式转换为另一种表达方式。例如，电力传输线的最好来源可为另一种表达方式。例如，电力传输线的最好来源可能是栅格格式的扫描地图。为了进行电力分析或环境能是栅格格式的扫描地图。为了进行电力分析或环境研究，可能发现要将它从栅格格式转换为矢量格式。研究，可能发现要将它从栅格格式转换为矢量格式。我们将通过数据采集的其它手段估计这种栅格转矢量我们将通过数据采集的其它手段估计这种栅格转矢量的成本或质量。的成本或质量。第48页，共84页，编辑于2022年，星期一对于定位要素，要求的精度是多少？对于定位要素，要求的精度是多少？l如果要求很精确地定位要素，就应该选择矢如果要求很精确地定位要素，就应该选择矢量数据表达方式。用矢量数据，要素的识别量数据表达方式。用矢量数据，要素的识别和选择将非常容易，并且坐标值也被精确地和选择将非常容易，并且坐标值也被精确地存贮。存贮。l栅格数据中确定要素的位置受像元尺寸的限栅格数据中确定要素的位置受像元尺寸的限制。在三角网数据中，只有点和断线的位置制。在三角网数据中，只有点和断线的位置能较好的定义。在栅格和三角网数据中，要能较好的定义。在栅格和三角网数据中，要素的位置和形状通常是不精确的。素的位置和形状通常是不精确的。第49页，共84页，编辑于2022年，星期一需要什么类型的要素？需要什么类型的要素？l如果模拟的是有属性值的大型要素，而这些值是多样化的、随时如果模拟的是有属性值的大型要素，而这些值是多样化的、随时间变化的或是具有不明显边界的，那么栅格数据表达方式通常是间变化的或是具有不明显边界的，那么栅格数据表达方式通常是最合适的。如模拟随时间变化的火灾情况或地下水污染物扩散情最合适的。如模拟随时间变化的火灾情况或地下水污染物扩散情况。况。l如果模拟的是那些描述地球表面形状的要素，如山峰、山脊线或河流时，如果模拟的是那些描述地球表面形状的要素，如山峰、山脊线或河流时，通常三角网数据表达方式最合适。通常三角网数据表达方式最合适。l许多自然要素用矢量数据表达更好，例如水系。如果将河流作许多自然要素用矢量数据表达更好，例如水系。如果将河流作为一张地图的背景层来显示或模拟为广义运输分析一部分的河为一张地图的背景层来显示或模拟为广义运输分析一部分的河流航运情况，很可能就会选用矢量数据表达方式。流航运情况，很可能就会选用矢量数据表达方式。l如果模拟的是人造要素，通常用矢量数据表达方式最好。人造要素如果模拟的是人造要素，通常用矢量数据表达方式最好。人造要素具有可以用直线或圆弧来表现的明确的形状。同时，这些人造要素具有可以用直线或圆弧来表现的明确的形状。同时，这些人造要素通常可以定位到勘探级别的精度。通常可以定位到勘探级别的精度。第50页，共84页，编辑于2022年，星期一你想要的拓扑关系是什么类型的？你想要的拓扑关系是什么类型的？l一些对象没有拓扑关系并且在地理区域中可以任意放置。一些对象没有拓扑关系并且在地理区域中可以任意放置。l很多对象存贮在很多对象存贮在GIS GIS 中的目的是作为地图显示的背景层，因中的目的是作为地图显示的背景层，因此并不需要将它们用拓扑格式来存贮。如果在此并不需要将它们用拓扑格式来存贮。如果在GIS GIS 中，公路中，公路是一个背景层，它们很可能只是简单要素。如果公路是运输是一个背景层，它们很可能只是简单要素。如果公路是运输系统分析的一部分，那么它们就要用拓扑要素来存贮了。系统分析的一部分，那么它们就要用拓扑要素来存贮了。lGIS GIS 可以含有网络要素或拓扑要素，它们通常出现在矢量数可以含有网络要素或拓扑要素，它们通常出现在矢量数据表达方式中。网络表达公路、河流或其它设施。拓扑要素据表达方式中。网络表达公路、河流或其它设施。拓扑要素表现的是面积的集合，落在该面积内的每一个点都可以用一表现的是面积的集合，落在该面积内的每一个点都可以用一个多边形来覆盖。个多边形来覆盖。第51页，共84页，编辑于2022年，星期一所要求的分析是什么类型的？所要求的分析是什么类型的？l如果要对表面进行分析，三角网数据表达方如果要对表面进行分析，三角网数据表达方式将支持更多的分析功能。然而，栅格数据式将支持更多的分析功能。然而，栅格数据表达方式也能执行某些表面模拟功能。表达方式也能执行某些表面模拟功能。l三角网数据表达方式支持体积计算，某一区三角网数据表达方式支持体积计算，某一区域从空间中的某一点来看是可见的，并且对域从空间中的某一点来看是可见的，并且对于表面上的任意一点来说具有确定的高程、于表面上的任意一点来说具有确定的高程、坡度、坡向；同时可以生成沿某条线（如公坡度、坡向；同时可以生成沿某条线（如公路或通用设施）的垂直剖面。路或通用设施）的垂直剖面。第52页，共84页，编辑于2022年，星期一l如果分析的是某个不确定要素随时间的散布情况，如如果分析的是某个不确定要素随时间的散布情况，如烟雾污染，那么就应该选择栅格数据表达方式。栅格烟雾污染，那么就应该选择栅格数据表达方式。栅格数据表达方式也支持要素邻近度分析，最小成本路径数据表达方式也支持要素邻近度分析，最小成本路径分析以及适宜性分析的栅格快速叠加等。分析以及适宜性分析的栅格快速叠加等。l如果要进行商业网点或某项服务设施的选址、研