GIS02系列.ppt

1、第二章 空间数据采集与处理,第一节 数据源,1.地图（Map） 地图最早起源于元古时代人类战争划分疆土的需要，如成吉思汗征服的版图横跨欧亚两洲。 社会发展需要，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发展，出现电子地图。 由电子地图最终过渡到GIS。 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。,数字化过程注意事项： (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) 地图数据随时间可能不断更新； (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

2、化时应正确设定投影或进行投影转换。,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、区域自然环境研究（百慕大三角洲）小比例尺。,2.测绘 现代测绘由航天航空、现场综合进行，测绘数据直接成为GIS数据。,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，分辨率高，适合于小区域，如城市设计等。 地面遥感 地面遥感通常进行重点观测、波谱测试、实况调查、机制分析，仪器标定与近景摄影测量等。 各类遥感影像都有其自身成像规律、变形规律，应用中应

3、进行校正、纠偏、分辨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更加丰富多彩。,第二节 地图分类 地图是非常重要的GIS数

4、据源，有必要对地图的类型作重点介绍。,1.普通地图 以同等详细程度，综合表示地面基本要素，反映地面基本状况，地面要素分布规律的地图称普通地图，按比例尺分：,地形图可精确反映地物、地貌位置形态、国家基本比例尺地形图为（7种）： 11万，12.5万，15万，110万， 125万，150万，1100万,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：,地理图 1:100万的地图，如： 1200万，1250万，1400万，1800万，11000万 高度概括地面要素。,2.专题地图 以普通地图作为底图，强调表示某种或几种专门内容的地图为专题地图。分有,自然地图： 地质图反映制图地区的地质组

5、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、年代、发展过程、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； 地球物理图显示各种地球物理现象，如磁差、磁力异常、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、气候情况，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

6、物分布情况的地图，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； 经济图反映一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，将各类土地的界线填绘在图上，并用面积百分比表示的土地利用结构图；,竣工图又称竣工总平面图，是工业厂区在

7、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、生产管理、维修、改建、扩建的依据。 厂区现状图工业厂区的大比例尺地形图。它反映新老建、构筑物的关系和场地地物地貌的情况，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，是工业厂区生产管理的基础资料；以及其他等等。,第三节 地图投影,地图是在平面图纸或介质上用符号表示地球表面自然状况，由于地球是椭球体，则地球表面是曲面，那么制图时要把曲面展为平面，但实际上这个球面不可展开，因为一经展开就要产生破裂或皱纹，显然不可利用，于是寻求特殊展开方法地图投影理论。基本原理：地球表面上任一点位置的地理坐标决

8、定经纬度，将若干经纬线交点绘在平面上，再将相同经度的点连成经线，相同纬度的点连成纬线，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。,1.投影机理,因此，地图投影就是利用特定的数学函数将经纬坐标（,）转换为平面坐标（x,y），即把地理坐标转换为平面坐标。地图投影可减少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之间点与点的函数关系的数学表示方法，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，客户也可根据需要使用自定义的投影系统。 投影坐标系统由下列内容组成： 投影方式

9、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表面地物位置 地物具体的位置由经纬度（度、分、秒）刻划 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的水平轴线称为赤道零度纬线；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交点作为原点（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，而地表形状又极不规则，不少国家在不同历史时期对地球进行过无数次测量，每次测量结果均不一致，结果出现了大量的椭球体，而没有一个椭球体能准

10、确描述地球的整体形状，所以世界各国与地区都在根据具体情况选择合适的地球椭球体，椭球是以椭圆为基础的，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的大小，也可以用扁率e来描述。,一般情况下，当地图比例尺小于1:100万时，假设地球为球体，因为此种比例尺下，球体与椭球体几乎无法分辨，而当地图比例尺大小为1:100万时，须用椭球体逼近地球。 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）,地球椭球体仅仅描述了地球的大小及形状，还不能

11、准确描述地物的具体位置，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，引入大地坐标系概念，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（世界大地坐标系），不同的大地坐标系适合于不同的国家与地区。,大地坐标系,3.地图投影的类型 投影目的是尽可能减少变形误差。地图投影会影响两种误差： 形状（角度）变化 面积变化 等角投影（Conformal Mapping） 投影后保持形状不变。 特点：(1) 地物形状不变 (2) 图上两地物之间角度与实地测量一致 (3) 高纬度地区地物面积会放大,等面积投影（Equivalent Mapping） 投影

12、后保持面积不变。 特点： (1) 面积保持不变 (2) 形状发生变化 任意投影 投影后长度、角度、面积均可能变化。,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、 小比例尺普通地图 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%； 比例尺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%

13、； 1:100万比例尺地形图 等角圆锥投影 （边缘纬线与中纬变形绝对值相等）。,课后作业,查阅有关高斯-克里格投影的资料，掌握其基本原理和方法。,由于GIS的数据涉及到图形、属性方方面面，数据结构具有其他普通数据不具备的特点，必须对数据进行有效组织。 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，便显示一张图的影像，这就是图形数据分层；图形数据分层是进行地学图谱分析的最基本方法。,第四节 空间数据组织方法,(2) 图形数据分层的方法 分层依据：图形的具体特点 4种方法： A.按逻辑特征分层 以属性分层：属性往往反映

14、数据库结构，按属性划分便于检索与管理。 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，使图形显示易于控制。,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，文件内只包含相同的属性数据，便于管理，如MapInfo中，一个Map可由多个Layer组成，而每个Layer为一个文件。 混合存储：一个文件存放多层数据，系统提供分层管理的内部机制。,(3)图形数据分层的优点： 使图形数据信息按某种规则进行划分，从而使数据含义明晰，易于识别。 图形分层可在一定程度上减少内外存数据交换量，提高系统效率。 在某些情况下，图形分层显示效果较好，尤其在图像重叠覆盖时表现明显。 图形数

15、据分层有利于明确空间关系，对于识别空间数据的信息机理很有帮助。,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，这一过程称为图形数据分幅，GIS均支持一幅地图划分为多幅地图的功能。,（4）图形数据分层的缺点 分层过多，增加用户操作步骤，使用户无法一次获取全部信息； 分层使一些程序处理过程变得复杂； 对于某些GIS软件，分层可能产生操作不便。,(1) 图形数据分幅的方法 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行划分。 小比例尺图：按国家规定的图幅编号规则分幅 大比例尺图：按相关管理部门确立的规则分幅 区域分幅法 按

16、行政区划或用户自定义的空间区域对图形进行分幅，其图幅编号一般考虑区域特征。,(2) 图形数据分幅的优点 当地学海量图形数据存储时，通过分幅，将数据分放于适当数量的文件中，可平衡数据文件大小，便于数据的读写与信息共享。 适当的分幅可提高用户对幅内信息的识别能力，从而提高应用效率。,(3) 图形数据分幅的缺点 等间隔分幅法人为地分割了地理要素的完整性，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文件中分布不均； 分幅过多虽然有利于文件读写，但操作过程往往因文件过多而繁杂。,属性是对某一地理目标的特征、数量及质量的描述指标，是空间实体的特征性数据； 属性数据包括名称、等级、数量

17、代码等多种形式； 属性数据可直接记录在矢量或栅格数据文件中，有时也可单独存放在数据库中作为属性文件，通过关键码与图形数据相联系。,第五节 属性数据的编码,编码的系统性与科学性：在逻辑上应满足所涉及学科的科学分类方法及属性本身的自然系统性。 编码的一致性：指对象的专业名词、术语定义必须严格一致，对代码所定义的同一专业名词、术语必须是唯一的。 编码的标准化和通用性：代码标准化，如我国政区代码标准为GB226080；所谓标准化是指拟定统一的代码内容、码位长度、码位分配和码位格式。,（1）编码原则,编码的简捷性：使每一种编码以最小的数据量来负载最大的信息量。 编码的可扩展性：对未来内容更新应留有余地。 （2）编码内容 登记部分：用来标识属性数据的序号。 分类部分：用来标识属性的地理特性。 控制部分：用来通过一定的查错算法，检查编码录入及传输中的错误。,一般方法： 列出全部对象清单。 制定对象分类、分级原则。 拟定分类代码系统。 设立代码及其格式：字符、数字、码位长度、码位分配等。 建立代码和编码的对照表。,A层次分类编码