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第三章GIS的数据及其输入第一节数据源指建立地理信息系统数据库所需要的和所能用的各种类型数据的来源。地图遥感数据其它:实测(如GPS)、统计、数字地形数据、多种文字资料等电子第一手：原始（实测）数据非电子第二手：地图等地图普通地图：以同等详细程度表示各种自然和社会现象，主要内容有水系、地貌、土质、植被、居民地、交通线、境界线和经济文化等要素。它又可按内容的概括程度进一步划分为地形图和地理图。专题地图：突出表示某一种或几种主题要素或现象的地图。与地图有关的概念：地图要素空间关系地图特征（技术）：比例尺、分辨力（最小制图单位）、地图精度、地图范围、地图投影、经纬度遥感资料概念遥感(RemoteSensing)，遥远的感知。广义上说,泛指从远处探测、感知物体或事物的技术。即不直接接触物体本身，从远处通过仪器(传感器)探测和接收来自目标物体的信息(如电场、磁场、电磁波、地震波等信息)，经过信息的传输及其处理分析，识别物体的属性及其分布等特征的技术。地面、航空、航天三种特点1．几何特性----感测范围大，具有综合、宏观的特点。2.光谱特性----信息量大，具有手段多，技术先进的特点。3．时相特性----获取信息快，更新周期短，具有动态监测特点。此外，遥感还具有用途广，效益高的特点其它数据全球定位系统数据全世界已建成两套定位系统。一套是美国的，另一套是俄罗斯的。美国的定位系统称全球定位系统(GlobalPositioningSystem，缩写GPS)，其全称是导航卫星授时和测距全球定位系统(NavigationSatelliteTimingandRangingGlobalPositioningSystem，缩写Navstar/GPS)。它由24颗卫星组成，分布在轨道高度为20200km的6个等间隔的轨道面上。卫星运行周期为11小时58分钟，这样可以确保任何时间在全球任何地方都可以看到5至11颗卫星。俄罗斯的全球导航定位系统（GLONASS）。它与美国的GPS具有不少相似之处，但也有不同之处。该系统也由24颗卫星组成，但它们分布在轨道高度为19100km的三个轨道面上，运行周期为11小时15分钟，这样可以确保在任何时间全球的任何地点都可以看到5至10颗卫星。GLONASS卫星与GPS不同的是，每颗卫星频率都不一样，但所有卫星拥有相同的码。第二节地理（空间）数据的特征及其表示地理数据是指以空间位置为基本框架的数据，它向人们提供有关地理实体或地理系统的特征含义。地理数据：空间位置、空间关系和属性三个相互联系的方面。地理要素的数据表示：即空间信息、属性信息和时间信息的表示。空间特征：指空间位置或现在所处的地理位置，一般以地理坐标数据表示。地理要素的基本空间形态：点、线、面。属性特征：非几何属性。表示实际现象或特征，如变量、分类、数量特征和名称等。属性数据一般是经过抽象的概念以及通过分类、命名、量算、统计得到的。任何一个地理实体至少拥有一个属性，而GIS的分析、检索和表示也主要是通过属性的操作运算实现的。对属性数据进行有效地存储和处理的办法是，给予每个属性数据赋予一个公共识别符并使其与空间实体连接起来。时间特征：指具有地理数据空间信息和属性信息的现象或物体都有随时间变化的特征。研究这些时间特征，可以掌握地理信息的动态变化规律。空间数据的表示：空间数据模型属性：编码表示编码原则：管理效率高、适用性强、便于共享和扩展、标准化空间位置：（X，Y）表示点：（X，Y）线：一组有序的（X，Y）坐标面（多边形）：一组线段GIS空间数据模型矢量数据模型栅格数据模型矢量数据模型地理空间实体可以抽象为点、线、面三种基本地形要素来表示它的位置、形状、大小、高低等。矢量数据模型：通过记录坐标的方式尽可能精确地把各种地理实体表示出来。具体地说，是用一系列有序的X、Y坐标作为位置标识符，精确地表现点、线、面的位置。每个物体的位置都可由一对X、Y坐标或若干对X、Y坐标来确定。坐标空间设为连续，允许任意位置、长度、面积的精确定义。此外，这种模型表示空间物体的相互关系，利用的是拓扑结构。点、线、面的矢量表示点：又称为元素或像元，是一个数据点，具有一对（x，y）坐标和至少一个属性，逻辑上不能再分。只记录特定坐标系下的坐标和属性代码。线：是由一个（x，y）坐标对序列表示的具有相同属性的点的轨迹。线的形状决定坐标对序列的排列顺序，线上每个点有不多于二个邻点。其特点是线上各点有相同的公共属性并至少存在一个属性。理论上，一条线是由无数多个点组成的，但在实践中，用存贮无数多个点的办法来表示一条线对于计算机来讲是不允许的。解决的办法是把一条线切割成若干条直线片段进行存贮。面：以（x，y）坐标对的集合表示具有相同属性的点的轨迹。一个面，与一条线相类似，所不同的是：面的起始点坐标对与终止点坐标对完全相同，即面的起始点和终止点是同一个点。面的形状不受各点坐标对排列顺序的影响。凡是面的内部点可以有多于三个的邻点，面内每个点应至少具有一个相同属性。空间关系指地理空间实体对象之间的空间相互关系。三大类：拓扑空间关系（TopologicalSpatialRelations)描述空间实体之间的相邻、包含、相交等空间关系。顺序空间关系（OrderSpatialRelationship)描述空间实体之间在空间上的排列次序，如实体之间的前后、左右和东、南、西、北等方位关系。度量空间关系（MetricSpatialRelationship)描述空间实体之间的距离等关系。拓扑空间关系面——面空间关系：分离、相邻、重合、覆盖、包含、相交面——点空间关系：分离、包含、相邻面——线空间关系：分离、相邻、重合线——线空间关系：分离、邻接、相交线——点空间关系：分离、重合点——点空间关系：分离、重合空间关系的拓扑表示几个概念：弧段、结点、弧段方向、左右多边形(arc、node、polygon)多边形区域定义（Areadefinition):多个弧段首尾相连构成了多边形的内部域。多边形与弧段的拓扑关系（polygon-arctopology)表现了多边形区域定义，即多边形可用一组封闭的弧段定义，而不用列出封闭弧段上的所有点的坐标。优点：每条弧段只需列出一次坐标，减少存储空间，简洁。leftright结点（node）弧段（arc）弧段方向多边形（polygon）连接性(Connectivity)弧段在结点出的相互连接关系（连通性）。弧段与结点的拓扑关系（Arc-nodetopology）表现了连接性。即可以用在每个结点上汇集的弧段的列表来表示。邻接性（Contiguity）：确定多边形之间的邻接关系。弧段的左与右的拓扑关系（Left-righttopology）表现了邻接性，即可通过弧段的左、右多边形确定其邻接性。空间数据的拓扑关系的意义对于GIS的数据处理和空间分析具有重要意义：•根据拓扑关系，不需要利用坐标或距离，可以确定一种地理实体与另一地理实体的空间位置关系；•利用拓扑数据，有利于空间要素的查询；•可以利用拓扑数据重建地理实体非拓扑关系的数据•AutoCAD的DXF文件以分开的图层来表示，允许不同的线符号、颜色、文字表示图层。不支持拓扑关系•ArcView、ARCGIS的shapefile•MapInfo的TAB文件•GeoMedia优点：能比拓扑数据更快速地显示缺点：无法进行某些空间分析，如最佳路径选择等；不能自动进行多边形闭合等查错、编辑•GIS除了用简单的点、线、面模型来表示地理数据外，还有一些建立在简单的线、面上的复杂模型，如TIN、REGION、动态分段（区段、ROUTE路径、事件）、GEODATABASE等面向对象的数据模型用对象组织地理数据对象：一组性质，且能根据要求完成操作。不同于点、线、面的几何对象原则：联合、聚合、综合、例示、特化，封装性和多态性ArcGIS8开始，GEODATABASE点、线、面几何特征来表示基于矢量的空间要素；几何学特征存在GEOMETRY字段里提供四种通用的验证规则：属性域、关系规则、连通性规则和用户自定义规则，以保证数据的准确与完整。栅格数据模型栅格模型是存贮空间数据的最简单办法，它是将地面划分成均匀的网格，每个网格作为一个象元，象元的位置由所在行号和列号所确定，象元所含有的代码即表示其属性类型。任何以面状分布的对象（如地形起伏、土壤类型、环境污染等等）都可以用栅格数据逼近。逼近的精度取决于单元栅格的尺寸大小。单元栅格也称为象元(Pixel或Cell)，它以行和列作为位置标识符，空间数据就是以它来组织得。象元是记录信息的基本单元，每个象元只能赋给一个值(Value)。点、线、面的栅格表示点：一个点仅为一个象元的位置。象元的位置用行号和列号确定。一个象元仅可赋给一个数值。点的名称并不在象元内明确记录。线：一条线是用若干个象元表示的。这些象元连成一线，且具有相同的数值。面：一个面也是用若干个象元表示的。这些象元连成一片，具有相同的数值。栅格模型特点•存贮多少个点、多少条线、多少个面，对于栅格模型，就存贮的数据量而言，不存在什么本质的差异。矢量、栅格数据模型比较栅格模型矢量模型优点：优点：1简单的数据结构1数据结构精度高2容易叠加且效率很高2易于表达拓扑关系3与遥感图象兼容3投影变换效率高4能有效表现空间多变数据4压缩的数据结构5易于自我编程5有效地进行网络分析6多种属性共用相同网格缺点：缺点：1所需计算机存贮空间大1复杂的数据结构2周长、面积和形状有误差2难于做图象叠加操作3难于网络分析3难以表达空间多变数据4投影变换效率低4与遥感图象不兼容5象元大，信息丢失6出图精度较差，欠美观矢量—栅格数据的相互转换在GIS中，矢量和栅格两种数据模型是最基本的。因此，相互转换是必然的。–矢量数据向栅格数据的转换–栅格数据向矢量数据的转换矢量数据向栅格数据的转换有多种算法，如：边界代数算法内部点扩散算法射线算法扫描算法栅格数据向矢量数据的转换是将具有相同属性代码的栅格象元集合表示为以边界弧段以及边界的拓扑信息所确定的多边形区域。地理信息系统的数据输入•数据--信息系统的原料，信息系统的基础。•数据要依赖于数据输入才能进入信息系统。•数据输入是运行信息系统的起始步骤。地图资料的预处理属性数据的预处理遥感图象处理数据预处理•包括检查、修改、清绘、坐标格网调整、制图综合等。•图形预处理是为简化数字化工作而按设计要求进行的图层要素整理与删选过程地图资料预处理属性数据的预处理•定性数据的定量化:定性描述的属性有诸如岩石的基性程度、土壤结构性状、土地利用合理程度和路面质量等等。这些定性数据为了便于分析，常常需要进行定量化处理•定量数据的归一化处理:GIS所用的数据种类繁多，量纲、单位各不相同。有时为了统计、比较、分析，需要进行数据的归一化处理，即把有量纲的数据化成无量纲的数据，如百分数或系数等等遥感图象处理•图象校正:指从具有畸变的图象中消除畸变的处理过程。它可分为辐射量校正和几何校正•图象变换:作用是进行图象增强和特征提取。•图象分类:是以区别图象中所含有的多个目标物为目的，对每个象元或比较匀质的象元组给出对应其特征的名称。它可分为监督分类和非监督分类•是对数据资料进行有效管理的重要依据•编码的主要目的：–节省计算机内存空间–便于用户理解使用•地理属性必须编码数据的分类编码•数据分类编码的方法----多种多样，如层次分类编码法、顺序分类编码法等等。•编码表示方法----即格式，通常有英文字母、数字或字母数字组合等分类编码的方法编码原则•计算机可接受的数值或字符形式；•管理效率高，具有较高的计算机录入、检校、存贮效率，具有较高的查找速度和查全率；•适用性好，符合专业化、标准化和系统化的要求，既要完整清晰地表示属性内容，又具有最小冗余，并与专业分类保持一致；•便于数据共享和扩展，可以满足设备和数据更新的要求空间数据和属性数据输入输入设备地图输入与坐标转换其他空间数据的输入属性数据的输入地图的手扶数字化仪输入地图的扫描屏幕跟踪数字化输入地图输入地图扫描屏幕跟踪数字化输入•地图扫描，