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第二章GIS的空间信息基础张玉红第一节常规的地理空间信息描述1、地球空间模型描述（1）地球的自然表面，起伏不规则。难以简单数学描述。（2）大地水准面:静止的平均海水面穿过大陆和岛屿形成的处处与重力方向正交闭合曲面。由于重力等影响，也是一个不规则曲面。大地水准面椭球面地球表面（3）模型:以大地水准面为基准建立的地球椭球体模型。我国大地坐标系采用的地球椭球体模型为1975年国际大地测量协会推荐的国际椭球。（4）数学模型:为解决其它大地测量问题提出的。2、地理空间坐标系的建立（1）地理坐标系（GCS）（2）投影坐标系统转换三维地球表面到二维地图平面的数学处理方法称之为地图投影.地图投影是为特定的制图目的服务的。有以下投影类型：A、等角投影（正形投影，正射投影）保持局部形状相似，但不能保证面积相等。但面积较大时，也不能保证形状不变。B、等面积不变，但角度、形状、和比例会发生变形。C、等距离投影，既不等积，也不等角。长度、角度、面积、比例均有变形。但面积变形小于等角，形状变形小于等积。投影方法：A、圆锥投影（正轴、斜轴、横轴；相切、相割）B、圆柱投影（正轴、斜轴、横轴；相切、相割）C、平面（方位）投影（正轴、斜轴、横轴；相切、相割）地图投影的选择主要指中小比例尺地图投影，基本比例尺地图投影类型有国家相关部门规定。考虑因素：A、范围；B、形状；C、地理位置；D、用途；E、出版方式。（3）地理坐标的转换通常是指两个地理坐标系统之间的转换。分为地理坐标之间的直接转换或经由大地坐标之间的间接转换。3、地图对地理空间实体的描述空间实体指具有形状、属性和时序特征的空间对象或地理实体，包括点、线、面、体，他们构成地球圈层间复杂的地理综合体，也是地理信息系统表示和建库的主要对象。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。通过点、线、面、符号和注记进行。点状要素几种点状符号线状要素几种线状符号面状要素水田旱地水浇地果园有林地草地菜地地图对面状要素的描述4、遥感影像对地理空间的描述（a）地貌信息（b）断裂带信息遥感影象表示的专题信息第二节地理信息数字化的描述方法计算机是不能直接识别和处理各种以图形形式表达的地理空间实体要使计算机能识别和处理它们，首先要对空间实体进行描述。河流的显示和隐式表示含有点、线、面三种要素的地图668.35672.390123456……………n-101614108231…3022241815x11616612864…3232404545216161414111517…242432343831616161614148…16222428364159416151717…141210122251371215161918…16141214186121011141387…161081426……………………………………36302828303030…161626248…34363224222222…282424206m-136322020262826…2622242022y空间实体在GIS中的矢量表示注：（3，3）可用于表示一个点的位置。（1，7），（3，5），（5，5），（5，3），（6，1），可用于表示一条线。（3，10），（3，8），（4，6），（9，5），（10，7），（7，10），（6，9），（3，10）可用于表示一个多边形。注意第一个坐标和最后一个坐标相同，因为多边形总是封闭的。.（1）矢量法是用坐标对、坐标串和封闭的坐标串表示实体点、线、面的位置及其空间关系的一种数据格式。适宜表达离散的空间特征，如土地利用、房屋等。掌握！（2）栅格法（扫描数据或图像）通过一系列栅格单元表达连续分布的地理现象，如温度分布、土壤湿度、污染分布等。掌握！遥感图象中信息的矢量和栅格表示00000001000000000000000100003040000000010200304000000001020300400000000012030040000000001330040000000001230004000000000130000400000000312000040000000031200004000000000020000400000000002000400000000000200040000000000000000000000000000000000000000000000000555555559999999999555555555599999999555555555999999955555555599999995555555559999999555555555999999955555555559999995555555559999999555555555999999965555555599999996555555555599999665555555559999966555555555599996655555555555999666555555555555566655555555559990123456……………n-101614108231…3022241815x11616612864…3232404545216161414111517…242432343831616161614148…16222428364159416151717…141210122251371215161918…16141214186121011141387…161081426……………………………………36302828303030…161626248…34363224222222…282424206m-136322020262826…2622242022y遥感数字图象1.GIS的空间数据地图数据影像数据地形数据属性数据元数据第三节地理空间数据及特征2.GIS的空间数据类型类型数据例如考古地点、道路线和土壤类型的分布等；面域数据例如随机多边形的中心点，行政区域界线和行政单元等；网络数量例如道路交点、街道和街区等；样本数量例如气象站、航线和野外样方的分布区等；曲面数据例如高程点、等高线和等值区域；文本数据例如地名、河流名称和区域名称；符号数据例如点状符号、线状符号和面状符号等。3、GIS数据的基本特征空间特征（定位信息+拓扑信息）属性特征（专题属性+时间属性）地理数据定位数据非定位数据x,y坐标拓扑关系点线面格网网络土壤1.土厚砂变量级别数值名称细中粗1.11.21.3地理数据=空间数据（空间+属性）4、空间数据的拓扑关系邻接关系：空间图形中同类元素之间的拓扑关系。关联关系：空间图形中不同元素之间的拓扑关系。包含关系：空间图形中同类但不同级元素之间的拓扑关系。掌握！面域与弧段的拓扑关系面域弧段P1a,b,c,-gP2b,d,fP3c,f,eP4g弧段与结点的拓扑关系弧段结点aA,BbB,DcD,AdB,CeC,AfC,DgE,E弧段与面域的拓扑关系弧段左邻面右邻面aP0P1bP2P1cP3P1dP0P2eP0P3fP3P2gP1abcdefgACBDEP4P0P1P2P3空间数据的拓扑关系，对数据处理和空间分析具有重要的意义，因为：(1)根据拓扑关系，可以确定一种空间实体相对于另一种空间实体的位置关系。(2)利用拓扑关系有利于空间要素的查询。(3)可以根据拓扑关系重建地理实体。第四节空间数据的元数据1.元数据概念与作用（1）概念。描述数据的数据。说明数据的内容、质量、现状、生产者、格式等信息。了解！（2）作用：帮助数据生产者管理、维护数据；提供数据的生产信息；帮助用户选择数据；提供数据的处理信息等；是实现网络环境GIS（特别是WebGIS）数据互操作的基础。2.空间数据元数据的常用形式和分类常用形式：文本文件、HTML、SGML分类：（1）根据内容分：科研型、评估型、模型元数据（2）根据描述对象分：数据层元数据、属性元数据、实体元数据（3）根据元数据在系统中的作用分：系统级别元数据、应用层元数据（4）根据元数据的作用：说明元数据、控制元数据3.空间数据元数据的作用（1）帮助用户获取数据（2）空间数据质量控制（3）在数据集成中的应用（4）数据存贮和功能实现复习题：1.大地水准面2.地图投影3.地图4.空间实体5.在地理信息系统中怎样描述空间实体？6.什么是拓扑关系？建立拓扑关系有何应用价值？7.什么是元数据？它的作用是什么？