第2章地球空间与空间数据基础课件

1、一、数字地球的概念第二章 地球空间与空间数据基础2.1从数字地球到数字城市 原文：数字地球是指一个以地理坐标（经纬网）为依据的、具有多分辨率的 、海量数据的和多维显示的虚拟系统。1998.1.31 数字地球是指以地球为对象，以地理坐标为依据、具有多分辨率、海量数据和多种数据的融合，并可用多媒体和虚拟技术进行多维的（立体的和动态的）表达、具有空间化、数字化、网络化、智能化、和可视化特征的技术系统。形象地说，数字地球是指整个地球经数字化之后用计算机网络系统来管理的技术系统。 一、数字地球的概念第二章 地球空间与空间数据基础2.1从核心思想是用数字化的手段统一地处理地球问题和最大限度地利用信息资源。

2、核心思想是用数字化的手段统一地处理地球问题和最大限度地利用信二、数字地球的核心技术与系统框架 数字地球是以遥感技术、遥测技术、数据库、地理信息系统技术、高速计算机网络技术以及虚拟技术为核心的信息技术系统。核心技术 ：计算科学（Computational Science） 海量存储（Mass Storage） 卫星图象（Satellite Image） 宽带网络（Broadband Networks） 互操作（Interoperability） 元数据（ Metadata ） 二、数字地球的核心技术与系统框架 数字地球是以遥数字地球技术系统的框架 认知科学地球科学信息科学基础科学计算科学海量数据

3、存储与处理高速网络互操作仿真与模拟Metadata关键技术数字地球实现层全球区域（城市）地区层国家应用层政治、外交国际专业应用城市与区域科研与教育数字地球技术系统的框架 认知科学地球科学信息科学基础科学计算数字地球的技术体系 （1）标准规范：主要包括开放地理数据互操作标准；空间数据交换标准；Metadata标准等。（2）数据快速获取：主要包括多分辨率遥感技术、遥测技术、全球定位系统和其他技术。（3）海量存储：包括先进的存储介质、分布式数据库等。（4）空间数据交换网络：主要包括数据交换中心、数据仓库和数字图书馆等。（5）应用模型：包括各种专业模型、数学物理模型、仿真及虚拟现实模型等。（6）用户：

4、包括国家、地方政府、企业、公用事业、学术研究、教育和社会大众。数字地球的技术体系 （1）标准规范：主要包括开放地理数据互操数字中国 数字中国是指数字化的中国，或信息化的中国，即以整个中国作为对象的数字地球技术系统实践，或虚拟中国。 国家信息基础设施 国家空间数据基础设施建设，即地学信息高速公路建设。中国数字地球试验基地建设 数字中国 数字中国是指数字化的中国，或信息化的中国，即数字城市 综合运用地理信息系统、遥感、遥测、网络、多媒体及虚拟仿真等技术，对城市基础设施、功能机制进行自动采集、动态监测、管理和辅助决策服务的技术系统 。 即：在城市规划、建设与运营管理以及城市生产和生活中，充分利用数字

5、化信息处理技术和网络通讯技术，将城市的各种资料和环境信息加以整合和充分利用，为调控、监管、预测城市提供现代化手段，为城市规划、建设、管理及生活娱乐服务。 数字城市 综合运用地理信息系统、遥感、遥测、第2章地球空间与空间数据基础课件2-2地理现象与地理空间的数据表达 一、地理空间现象与地理系统地理系统主要涉及地球表层空间，简称地理空间。地理空间是行星地球上大气圈、水圈、生物圈、岩石圈和土壤圈交互作用的区域，地球上的许多自然和生物现象，最复杂的物理过程，化学过程、生物和生化过程大都发生在地理空间中。 2-2地理现象与地理空间的数据表达 一、地理空间现象与地理地球表面模型水准面地球表面大地水准面铅垂

6、线地球椭球体数学模型，是在解决其它一些大地测量学问题时提出来的，如类地形面、准大地水准面、静态水平衡椭球体等。地球表面模型水准面地球表面大地水准面铅垂线地球椭球体数学模型 地球椭球体表面是一个规则的数学表面。椭球体的大小，通常用两个半径：长半径a和短半径b，或由一个半径和扁率来决定。扁率表示椭球的扁平程度。扁率的计算公式为：=（a-b）/a。这些地球椭球体的基本元素a、b、等，第2章地球空间与空间数据基础课件二、地理空间认知模型地理空间 地理信息系统中的空间概念常用“地理空间”（Geo-spatial）来表达。通常，地理空间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

7、集合，它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集合，它由不同实体之间的空间关系构成。 地理空间实体除了空间位置特征之外，另外三个基本特征是属性特征、时间特征和空间关系。 二、地理空间认知模型地理空间第2章地球空间与空间数据基础课件尺度世界：量测后项目世界：信息团体地理空间世界GIS语言概念世界：自然语言现实世界：基本语言要素集合世界要素集合要素世界：要素几何世界：几何特征点世界：坐标几何Open GIS九个抽象层次地理空间认识模型尺度世界：量测后项目世界：信息团体地理空间世界GIS语言概念认知物理数据模型逻辑数据模型空间概念数据模型抽象模型化现实空间世界设计实现认知

8、物理数据模型逻辑数据模型空间概念数据模型抽象模型化现实空根据GIS数据组织和处理方式,地理空间的三种认知模型：1、基于对象的模型 整个地理空间看成一个空域，地理实体和现象作为独立的对象分布在该空域中。按照其空间特征分为点、线、面三种基本对象 及拓扑关系。每个对象都有自己的属性。2、基于网络的模型 在地理空间中，通过无数“通道”互相连接的一组地理空间位置 ，也可以看成基于对象的模型，它是由点对象和线对象之间的拓扑空间关系构成的。3、基于域（场）的模型 把地理空间中的事物作为连续的变量或体来看待。二、地理空间认知模型根据GIS数据组织和处理方式,地理空间的三种认知模型：二、地 基于域的模型和基于对

9、象的模型各有长处，应该恰当地综合应用这两种方法来建模： 区域降雨现象特性变化的描述 包含两个属性采集数据点位置（对象）和平均降雨量（域）的空间认知模型。二、地理空间认知模型 基于域的模型和基于对象的模型各有长处，应该恰当二三、地图对地理空间的描述三、地图对地理空间的描述三、地图对地理空间的描述 地图是现实世界的模型。它按照一定的比例、一定的投影原则，有选择地将复杂的三维现实世界的某些内容投影到二维平面媒介上，并用符号将这些内容要素表现出来。地图上各种内容要素之间的关系，是按照地图投影建立的数学规则，使地表各点和地图平面上的相应各点保持一定的函数关系，从而在地图上准确地表达地表空间各要素的关系和

10、分布规律，反映它们之间的方向、距离和面积。三、地图对地理空间的描述 地图是现实世界的模型。地理空间实体的地图表达点：位置：（x，y） 属性：符号线：位置： (x1,y1),(x2,y2),(xn,yn) 属性：符号形状、颜色、尺寸面：位置：(x1,y1),(x2,y2),(xi,yi),(xn,yn) 属性：符号变化 等值线 地理空间实体的地图表达点：位置：（x，y）线：位置： (x1地理空间实体的地图表达地理空间实体的地图表达四、遥感影象对地理空间的表述四、遥感影象对地理空间的表述五、地理信息的数字化表述栅格（显式）和矢量结构（隐式）五、地理信息的数字化表述栅格（显式）和矢量结构（隐式）地图

11、的矢量和栅格表示 地图的矢量和栅格表示 2-3 地理空间坐标系与地图投影1、大地坐标系大地坐标系是大地测量中以参考椭球面为基准面的坐标系。地面点P的位置采用大地经度L、大地纬度B和大地高程H表示。大地坐标系是以椭球赤道为基圈，以首子午线经过英国格林威治天文台的子午线为主圈的。因此，大地经度L 是参考椭球面上某点所经过的子午面与起始子午面之间的夹角。由首子午面起向东、向西量度，分别称为“东经”（为正）和“西经”（为负），取值均为0180。同一子午面上各点的大地经度相同。大地纬度B是参考椭球面上某点法线与赤道面的夹角。由赤道面起向南北两极量度，取值为090，向北称为“北纬”（为正），向南称为“南纬

12、”（为负）。同一纬线圈上各点的大地纬度相同。如果空间点不在参考椭球面上，则需计算它的高程，为此需将该点投影到椭球面上。点P沿法线投影到椭球面上，则点沿法线上的距离称为大地高H，从椭球面量起向外为正，向内为负。 一、在椭球面上表示点位置的坐标系统2-3 地理空间坐标系与地图投影1、大地坐标系一、在椭球面2-3 地理空间坐标系与地图投影1、大地坐标系地理坐标系是以地理极(北极、南极)为极点。通过P点作椭球面的垂线，称之为过P点的法线。 法线与赤道面的交角，叫做A点的纬度。 过P点的子午面与通过英国格林尼治天文台的子午面所夹的二面角，叫做P点的经度。 一、在椭球面上表示点位置的坐标系统2-3 地理空

13、间坐标系与地图投影1、大地坐标系一、在椭球面2-3 地理空间坐标系与地图投影高程系统一、在椭球面上表示点位置的坐标系统H（大地高）=H正（正常高）+（高程异常） 2-3 地理空间坐标系与地图投影高程系统一、在椭球面上表示2、地心坐标系 目前各国所采用的大地坐标系都是区域性的，属于参考坐标系。WGS-84：坐标系的原点O为地球的质心，Z轴指向BIH1984.O定义的协议地球级（CTP）方向，X轴指向BIH1984.O的零度子午面和CTP赤道的的交点，Y轴和Z、X轴构成右手坐标系。2、地心坐标系 目前各国所采用的大地坐标系都是区域二、椭球的定位 将具有确定元素的椭球与地球的相关位置确定下来，从而确

14、定测量计算基准面的具体位置和大地测量起算的具体数据。椭球定位一般是通过大地原点的天文观测来实现的，包括确定地原点的天文经度、天文纬度和原点至某一方向的天文方位角。 海福特 、克拉索夫斯基 、16届国际大地测量与地球物理协会公布的地球椭球体系，称为GRS 我国的坐标系统：平面坐标系统与高程系统二、椭球的定位 将具有确定元素的椭球与地球的相关三、地图投影地图投影：为什么要进行投影将地球椭球面上的点映射到平面上的方法，称为地图投影地理坐标为球面坐标，不方便进行距离、方位、面积等参数的量算地球椭球体为不可展曲面地图为平面，符合视觉心理，并易于进行距离、方位、面积等量算和各种空间分析三、地图投影地图投影

15、：为什么要进行投影将地球椭球面上的点映射坐标参考系统平面系统直接建立在球体上的地理坐标，用经度和纬度表达地理对象位置建立在平面上的直角坐标系统，用（x，y）表达地理对象位置投影坐标参考系统平面系统直接建立在球体上的地理坐标，用经度和纬1）概念 地图投影就是指建立地球表面上的点与投影平面上点之间的一一对应关系的方法。1）概念 地图投影就是指建立地球表面上的点与投影平面上2）投影实质2）投影实质 建立地球椭球面上经纬线网和平面上相应经纬线网的数学基础，也就是建立地球椭球面上的点的地理坐标（，）与平面上对应点的平面坐标（x，y）之间的函数关系： 当给定不同的具体条件时，将得到不同类型的投影方式。 2

16、）投影实质 建立地球椭球面上经纬线网和平面上相应经纬线网3）地图投影的变形长度变形面积变形角度变形3）地图投影的变形长度变形4）地图投影的分类（1）按变形性质等角投影等积投影任意投影（2）根据投影面与球面的相关位置分类4）地图投影的分类（1）按变形性质等角投影（2）根据投影面与正轴切圆锥投影 正轴割圆锥投影横轴切圆锥投影 横轴割圆锥投影横轴切圆柱投影 横方位投影正轴割圆柱投影 斜轴切圆柱投影斜轴切圆锥投影 正轴切圆柱投影正方位投影 斜方位投影正轴切圆锥投影 正轴割圆锥投影横轴切圆锥投影4）地图投影的分类根据投影所依据的方法分类透视几何投影；它是根据透视原理，按视点（投影中心）、物点（地面上的被

17、投影点）和像点（投影面上的点）之间的几何关系建立投影方程，如透视方位投影、空间透视投影等。几何解析投影；它的特点是首先根据经纬线形状确定投影方程的基本形式，之后根据给定的某种条件解析地推求出特定投影的具体方程，如圆锥投影、圆柱投影、伪圆锥投影等。解析投影；它事先不人为地确定经纬线的形状，投影后的经纬线形状与投影方程的形式完全依据给出的条件逐步推求得到，如高斯克吕格投影、变比例尺投影等。4）地图投影的分类根据投影所依据的方法分类地图投影：投影选择因素制图区域的地理位置、形状和范围制图比例尺地图内容出版方式地图投影：投影选择因素制图区域的地理位置、形状和范围对于世界地图，常用的主要是正圆柱、伪圆柱

18、和多圆锥投影。在世界地图中常用墨卡托投影绘制世界航线图、世界交通图与世界时区图；我国出版的世界地图多采用等差分纬线多圆锥投影，选用这个投影，对于表现中国形状以及与四邻的对比关系较好，但投影的边缘地区变形较大。对于半球地图，东、西半球图常选用横轴方位投影；南、北半球图常选用正轴方位投影；水、陆半球图一般选用斜轴方位投影。对于其他的中、小范围的投影选择，须考虑到它的轮廓形状和地理位置，最好是使等变形线与制图区域的轮廓形状基本一致，以便减少图上变形。因此，圆形地区一般适于采用方位投影，在两极附近则采用正轴方位投影，以赤道为中心的地区采用横轴方位投影，在中纬度地区采用斜轴方位投影。在东西延伸的中纬度地

19、区，一般多采用正轴圆锥投影，如中国与美国。在赤道两侧东西延伸的地区，则宜采用正轴圆柱投影，如印度尼西亚。在南北方向延伸的地区，一般采用横轴圆柱投影和多圆锥投影，如智利与阿根廷 对于世界地图，常用的主要是正圆柱、伪圆柱和多圆锥投影。在世界四、地理信息系统中常用的地图投影 GIS以地图方式显示地理信息，而地图是平面，地理信息则在地球椭球上，因此地图投影在GIS中不可缺少。GIS数据库中地理数据以地理坐标存储时，则以地图为数据源的空间数据必须通过投影变换转换成地理坐标；而输出或显示时，则要将地理坐标表示的空间数据通过投影变换变换成指定投影的平面坐标。GIS中，地理数据的显示可根据用户的需要而指定投影

20、方式，但当所显示的地图与国家基本地图系列的比例尺一致时，一般采用国家基本系列地图所用的投影。四、地理信息系统中常用的地图投影 GIS以地图方式显示地理信（一）国外地理信息系统中地图投影的配置 比例尺大于、等于1：50万时采用UTM投影（通用横轴墨卡托投影），小于1：50万时采用Lambert投影（兰勃特正轴圆锥投影）。 所配置的投影系统应与相应比例尺的国家基本图投影系统一致；系统一般最多只采用两种投影系统，一种服务于大比例尺的数据处理与输入输出，一种服务于中小比例尺；所用投影以等角投影居多；所用投影应能与网格坐标系统相适应，即所用的网格系统在投影带中应保持一致。（一）国外地理信息系统中地图投影

21、的配置 比例尺大（二）我国GIS中常用的地图投影配置与计算1：100万：兰勃投影（正轴等积割圆锥投影）大部分分省图、大多数同级比例尺也采用兰勃投影1：50万、1：25万、1：10万、1：5万、1：2.5万、1:1万、1：5000采用高斯克吕格投影。（二）我国GIS中常用的地图投影配置与计算1：100万：兰勃（一）高斯克吕格投影 是一种横轴等角切椭圆柱投影。特点：投影的中央经线和地球赤道投影相互垂直且为投影的对称轴线；为等角投影，即角度没有变形；中央经线上没有长度变形，其余经线长度比均大于1，距中央经线愈远长度变形和面积变形愈大。 （按经差分带）（一）高斯克吕格投影 是一种横轴等角切椭圆柱投影。

22、特点 高斯克吕格投影的变形特征是：在同一条经线上，长度变形随纬度的降低而增大，在赤道处为最大；在同一条纬线上，长度变形随经差的增加而增大，且增大速度较快。在6度带范围内，长度最大变形不超过0.14% 高斯克吕格投影的变形特征是：在同一条经线上第2章地球空间与空间数据基础课件（二）正轴圆锥投影（Lambert ） 圆锥投影从几何上讲，可以设想是取用一圆锥面，套在地球（椭球）体上，并将地球表面上的要素投影到圆锥面上，然后将圆锥面沿某一母线（正轴情况下为一经线）展开，便得到了该投影。 在正轴圆锥投影中，经线都表现为交于一点的直线束，纬线表现为同心圆的圆弧，圆心即直线束的交点。（二）正轴圆锥投影（La

23、mbert ） 圆锥投五、地图的分幅和编号地形图分幅结果分析 地形图标准分幅是按固定的纬差与经差并从赤道与东经180逐次铺开分幅的。 地形图图廓线是经线与纬线构成，高斯-克吕格投影下图廓线不构成规则矩形。 在相同比例尺条件下，不同纬度带的地形图面积不等。五、地图的分幅和编号地形图分幅结果分析1：100万地图的编号列数：由赤道起向南北两极每隔纬差4为一列，直到南北88（南北纬88至南北两极地区，采用极方位投影单独成图），将南北半球各划分为22列，分别用拉丁字母A、B、C、DV表示。行数：从经度180 起向东每隔6 为一行，绕地球一周共有60行，分别以数字1、2、3、460表示。由于南北两半球的经

24、度相同，规定在南半球的图号前加一个S，北半球的图号前不加任何符号。一般来讲，把列数的字母写在前，行数的数字写在后，中间用一条短线连接。例如北京所在的一幅百万分之一地图的编号为J-50。1：100万地图的编号第2章地球空间与空间数据基础课件1：50万、1：20万、1：10万地形图的编号 一幅1：100万地图划分四幅1：50万地图，分别用甲、乙、丙、丁表示，其编号是在1：100万地形图的编号后加上它本身的序号，如J-50-乙。一幅1：100万地图划36幅1：20万地图，分别用带括号的数字（1）（36）表示，其编号是在1：100万地形图的编号后加上它本身的序号，如J-50-（28）。一幅1：100万

25、地图划分144幅1：10万地图，分别用数字1144表示，其编号是在1：100万地形图的编号后加上它本身的序号，如J-50-32。1：50万、1：20万、1：10万地形图的编号 一幅1：10第2章地球空间与空间数据基础课件 1：5万、1：2.5万、1：1万地形图的编号 以1：10万地形图的编号为基础，将一幅1：10万地图划分四幅1：5万地图，分别用甲、乙、丙、丁表示，其编号是在1：10万地形图的编号后加上它本身的序号，如J-50-32-甲。再将一幅1：5万地图划分四幅1：2.5万地形图，分别用1、2、3、4表示，其编号是在1：5万地形图的编号后加上它本身的序号，如J-50-32-甲-1。1：1万

26、地形图的编号，是以一幅1：10万地形图划分为64幅1：1万地形图，分别以带括号的（1）（64）表示，其编号是在1：10万图号后加上1：1万地图的序号，如J-50-32-（10）。一幅1：1万地形图划分为4幅1：5000地形图，分别用小写拉丁字母a、b、c、d表示，其编号是在1：1万图号后加上它本身的序号，如J-50-32-（10）-a。 1：5万、1：2.5万、1：1万地形图的编号 以1：10万地形图坐标系位置有关问题坐标系设置原则 按高斯-克吕格投影下的6带（1：50万1：2.5万比例尺）或3带（1：1万以下比例尺）的中央子午线为x轴，北向为正向，赤道为y轴，东向为正向构成直角坐标系。坐标系

27、技术处理 将X轴向西移动500公里，以保证每个条带内Y坐标值都为正地理经纬度与X、Y坐标变换。按投影带不同通常分为6度带和3度带。点在高斯平面直角坐标系中的坐标值，理论上中央子午线的投影是X轴，赤道的投影是Y轴，其交点是坐标原点。点的X坐标是点至赤道的距离；点的Y坐标是点至中央子午线的距离，设为y；y有正有负。为了避免Y坐标出现负值，把原点向西平移500公里。为了区分不同投影带中的点，在点的Y坐标值上加带号N，所以点的横坐标通用值为 y=N*1000000+500000+y。地形图坐标系位置有关问题公里网（又称方里网） 在投影面上从坐标系原点开始，一公里见方设置网格，由此设置可见： 公里网格线

28、总是平行或垂直于中央子午线或赤道，但通常并不平行于图廓。 公里网格线实际地面对应区域并不是方形，有误差，不过较小。 公里网设置依赖于投影6或3条带。 公里网格用作坐标校正。图件“三北” 中央子午线（X轴）指北向。 过本幅图件中心点的子午线方向。 磁力线指北向。公里网（又称方里网）第2章地球空间与空间数据基础课件2.4空间数据特征和类型一、GIS空间数据的基本特征地理信息系统中以“空间实体”作为描述、反映空间对象的单体。所谓“实体”（entity）是指自然界、自然现象和社会经济事件中不能再分割的单元。“实体”是一个概括性的、复杂的、具有相对意义的概念或术语。 实体的特征可分为空间特征、也称几何特

29、性、非空间特征也称属性特征，以及时间（态）特征。实体标识符位置空间特征特征属性功能属性学校铁路钻孔蓄水池名字编码号标识号名字坐标某车站坐标空间坐标地面坐标与另一实体的间距连接两个城市深度容积学生数运输量孔径水质教育运营中目的水位变化2.4空间数据特征和类型一、GIS空间数据的基本特征地空间对象（实体）类型空间对象一般按地形维数进行归类划分点或节点：零维线或折线：一维面或多边形：二维体：三维时间：通常以第四维表达，但目前GIS还很难处理时间属性。空间对象（实体）类型空间对象一般按地形维数进行归类划分点实体 有位置，无宽度和长度； 抽象的点美国佛罗里达洲地震监测站2002年9月该洲可能的500个地

30、震位置点实体 有位置，无宽度和长度；美国佛罗里达洲地震监测站200线实体 有长度，但无宽度和高度 用来描述线状实体，通常在网络分析中使用较多 度量实体距离香港城市道路网分布线实体 有长度，但无宽度和高度香港城市道路网分布面实体 具有长和宽的目标 通常用来表示自然或人工的封闭多边形 一般分为连续面和不连续面中国土地利用分布图（不连续面）面实体 具有长和宽的目标中国土地利用分布图（不连续面）空间对象：面（续）连续变化曲面：如地形起伏，整个曲面在空间上曲率变化连续。不连续变化曲面，如土壤、森林、草原、土地利用等，属性变化发生在边界上，面的内部是同质的。空间对象：面（续）连续变化曲面：如地形起伏，整个

31、曲面在空间上空间对象：体有长、宽、高的目标通常用来表示人工或自然的三维目标，如建筑、矿体等三维目标香港理工大学校园建筑空间对象：体有长、宽、高的目标香港理工大学校园建筑（1）空间实体的三大特征空间特征属性特征时间（态） 特征（1）空间实体的三大特征空间特征（） GIS实体数据的特点以统一的坐标系统进行空间定位。空间数据与非空间数据是相互结合的整体。图形数据与图象数据形式，或者说矢量数据方式与栅格数据方式是并存或叠合的。实体数据间存在着复杂的关系。实体数据具有时效性，即周期性和时间性， （） GIS实体数据的特点以统一的坐标系统进行空间定位。二、空间数据的类型及其抽象类型 几何图形数据影象数据属

32、性数据地形数据规则、知识二、空间数据的类型及其抽象类型 抽象点线面抽象三、空间数据的拓扑关系邻接相交重合相离包含点点点线点面线面面面线线三、空间数据的拓扑关系邻接相交重合相离包含点点点线点面空间对象的空间关系表达描述空间对象之间的空间相互作用关系方法 绝对关系: 坐标、角度、方位、距离等； 相对关系：相邻、包含、关联等 相对关系类型拓扑空间关系：描述空间对象的相邻、包含等顺序空间关系：描述空间对象在空间上的排列次序，如前后、左右、东、西、南、北等。度量空间关系：描述空间对象之间的距离等。地图、遥感影象上的空间关系是通过图形识别的，在GIS中的空间关系则必须显式的进行定义和表达。空间关系的描述多

33、种多样，目前尚未有具体的标准和固定的格式，但基本原理一致。不同的GIS可能采用不同的方法进行描述空间对象的空间关系表达描述空间对象之间的空间相互作用关系空间对象的拓扑空间关系 基于点集拓扑理论 拓扑元素： 点：孤立点、线的端点、面的首尾点、链的连接点 线：两结点之间的有序弧段，包括链、弧段和线段 面：若干弧段组成的多边形 基本拓扑关系 关联：不同拓扑元素之间的关系 邻接：相同拓扑元素之间的关系 包含：面与其他元素之间的关系 拓扑关系是指图形在保持连续状态下的变形、但图形关系不变的性质。 空间对象的拓扑空间关系 基于点集拓扑理论起点终点中间点弧段1弧段3弧段2弧段4点:面:弧:起点终点中间点弧段

34、1弧段3弧段2弧段4点:面:弧:邻接相交重合相离包含点点点线点面线面面面线线邻接相交重合相离包含点点点线点面线面面面线线N1N2N3N4N5L1L2L3L4L5L6L7P1P2P3P4 关联：不同拓扑元素之间的关系 邻接：相同拓扑元素之间的关系 包含：面与其他元素之间的关系N1N2N3N4N5L1L2L3L4L5L6L7P1P2P3N1N2N3N4N5L1L2L3L4L5L6L7P1P2P3P4面域与弧段的拓扑关系面域弧段P1L1，L2，L3，-L7P2L2，L4，L6P3L3，L6，L5P4L7弧段与结点的拓扑关系弧段结点L1N1，N2L2N2，N4L3N4，N1L4N2，N3L5N3，N1

35、L6N3，N4L7N5，N5结点与弧段的拓扑关系结点弧段N1L1，L3，L5N2L1，L4，L2N3L4，L5，L6N4L2，L6，L3N5L7弧段与面域的拓扑关系弧段左邻面右邻面L1P0P1L2P2P1L3P3P1L4P0P2L5P0P3L6P3P2L7P1P4N1N2N3N4N5L1L2L3L4L5L6L7P1P2P3第2章地球空间与空间数据基础课件第2章地球空间与空间数据基础课件拓扑关系对数据处理和空间分析具有重要的意义 清楚地反映实体之间的逻辑结构关系，它比几何坐标关系有更大的稳定性，不随地图投影而变化。有利于空间要素的查询，例如，某条铁路通过哪些地区，某县与哪些县邻接。又如分析某河流

36、能为哪些地区的居民提供水源，某湖泊周围的土地类型及对生物、栖息环境作出评价等。可以根据拓扑关系重建地理实体。例如根据弧段构建多边形，实现道路的选取，进行最佳路径的选择等。拓扑关系对数据处理和空间分析具有重要的意义 清楚地反映实体之四、空间数据的不确定性空间位置的不确定性：指GIS中某一被描述物体与其地面上真实物体位置上的差别；属性不确定性：是指某一物体在GIS中被描述的属性与其真实的属性之差别；时域不确定性：是指在描述地理现象时，时间描述上的差错；逻辑上的不一致性：指数据结构内部的不一致性，尤其是指拓扑逻辑上的不一致性；数据的不完整性：指对于给定的目标，GIS没有尽可能完全地表达该物体。 四、

37、空间数据的不确定性空间位置的不确定性：指GIS中某一被描 空间数据的获取或采集、加工、存储、分析、处理和表现（显示）展开的。空间数据源的类型及其采集手段、方法，数据的空间尺度范围、分辨率，以及各种类型数据的变换，加工等都直接影响到地理信息系统应用的成效、成本和潜力。 2.5 空间数据获取与变换 空间数据的获取或采集、加工、存储、分析、处理数据在GIS中的地位以数据为处理线索硬件软件数据 = 12 7汽油数据数据在GIS中的地位以数据为处理线索汽油数据数据采集任务将现有的地图、外业观测成果、航空像片、遥感图片数据、文本资料等转换成GIS可以接受的数字形式。数据库入库之前进行验证、修改、编辑等处理

38、，保证数据在内容和逻辑上的一致性。不同的数据来源要用到不同的设备和方法。数据的转换装载数据处理：几何纠正、图幅拼接、拓扑生成等数据采集任务将现有的地图、外业观测成果、航空像片、遥感图片数一、主要空间数据源及其获取图形图像数据：地图 工程图规划图照片航空与遥感影像等文字数据：调查报告文件统计数据实验数据野外调查的原始记录等图形图像数据文字数据第一手数据第二手数据非电子数据电子数据全站仪、GPS数据地球物理、地球化学遥感数据地图专题地图统计图表平板测量数据工程测量数据笔记航空、遥感相片人口普查社会经济调查各种统计资料已建各种数据库GIS数据一、主要空间数据源及其获取图形图像数据：图形图像数据文字数

39、据GIS的数据来源特点统计数据地图存储介质、现势性、投影转换遥感、航空影象和数据分辨率、变形规律、纠正、解译特征地面测量数字数据格式、精度多媒体，辅助GIS空间分析和查询GIS空间数据GIS的数据来源特点统计数据地图遥感、航空影象和数据地面测数据获取方法 地面及地下测量 全球定位系统测量 摄影测量 遥感技术地图数字化 属性和统计数据获取 地图地面测量数据统计资料航空、遥感文字数据多媒体坐标几何数字化仪扫描仪摄影测量系统键盘空间数据库编辑处理数据交换数据获取方法 地面及地下测量 全球定位系统测量 摄影测量 遥二、空间尺度的概念和表达方式定义 是指研究者选择观察（测）世界的窗口 选择尺度时必须考虑

40、 观察现象或研究问题的具体情况。通常很难有一种确定的方法可以简便地选择一种理想的窗口（尺度），也不太可能以一种窗口（尺度）就能全面而充实地研究复杂的地理空间现象和过程，或者各种社会现象。 在不同的学科、不同的研究领域会涉及到不同的形式和类型的尺度问题，还会有不同的表述方式和含义。例如，在测绘学、地图制图学和地理学中通常把尺度表述为比例尺，在数学、机械学、电子学、光学、通讯工程等学科中又往往把尺度表述为某种测量工具 二、空间尺度的概念和表达方式定义 是指研究者选择观察（测）地理或观测尺度 是指研究的区域大小或空间范围。认识或观察地理空间观察及其变化时一般需要更大的范围，即大尺度（地理尺度）研究覆盖范围较大区域，如一个国家、亚太地区，而研究城市分布及其扩展可用中尺度或小尺度。空间分辨率 是指能详细区分空间两点的最小单元尺寸或间距，如遥感影象中的像素大小，生态环境研究中的采样间隔等。当专指地表面时则可称为地面分辨率。由于数据库存储能力的限制，大尺度研究常采用较低的空间分辨率，而小尺度（范围）研究则常采用较高的空间分辨率。操作尺度 是指对空间实体、现象的数据进行处理操作时应采用的最佳尺度，不同操作尺度影响处理结果的可靠程度或准确度。比例尺 是制图中的一个最基本的概念，指图上的距离与实地相应距离的比值。 二、空间尺度的概念和表达方式地理或观测尺度 是指研究的区域大小或