地理信息系统第五章
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武汉大学GIS地理信息系统第5部分PPT课件
31
4.2.1 数据库的基础理论
数据管理的发展历程 数据库的系统结构 数据库管理系统 数据模型
32
一 数据管理的发展历程
程序管理阶段（数据和程序一同存在) 文件管理阶段（数据和程序相独立) 数据库管理阶段（逻辑独立/物理独立) 数据仓库阶段（面向主题组织)
33
二 数据库的系统结构
用户A1
用户A2
R 树索引结构
6. CELL树索引
空间数据索引——目标索引
基本思想：
借鉴BSP树和R树的机制，采用凸多边形代替 矩形作为划分区域的基本单元；
子空间不允许重叠 。
29
空间数据索引——目标索引
CELL树索引示例
30
4.2 空间数据库
数据库的基本理论
空间数据库的基本概念 空间数据库的管理模式 时间维的表示
1
程序工作区
9 10
系统缓冲区
8
7
6
存储设备
DBMS
5
操作系统
40
应用程序对应 的外模式
2
3
模式
4
内模式
四 数据库数据模型
层次模型――层次型数据库 网络模型――网络型数据库 关系模型――关系型数据库 面向对象模型――面向对象数据库
41
1. 层次模型
空间图形的层次数据模型表示
42
层次模型的缺陷
1）很难描述复杂的地理实体之间的联系，描 述多对多的关系时导致物理存储上的冗余 ；
55
空间数据库的管理模式
二 扩展结构管理模式
GIS
属性数据
空间数据
标准RDBMS
56
基本思想
扩展结构管理模式
采用同一DBMS存储空间数据和属性数据
4.2.1 数据库的基础理论
数据管理的发展历程 数据库的系统结构 数据库管理系统 数据模型
32
一 数据管理的发展历程
程序管理阶段（数据和程序一同存在) 文件管理阶段（数据和程序相独立) 数据库管理阶段（逻辑独立/物理独立) 数据仓库阶段（面向主题组织)
33
二 数据库的系统结构
用户A1
用户A2
R 树索引结构
6. CELL树索引
空间数据索引——目标索引
基本思想：
借鉴BSP树和R树的机制，采用凸多边形代替 矩形作为划分区域的基本单元；
子空间不允许重叠 。
29
空间数据索引——目标索引
CELL树索引示例
30
4.2 空间数据库
数据库的基本理论
空间数据库的基本概念 空间数据库的管理模式 时间维的表示
1
程序工作区
9 10
系统缓冲区
8
7
6
存储设备
DBMS
5
操作系统
40
应用程序对应 的外模式
2
3
模式
4
内模式
四 数据库数据模型
层次模型――层次型数据库 网络模型――网络型数据库 关系模型――关系型数据库 面向对象模型――面向对象数据库
41
1. 层次模型
空间图形的层次数据模型表示
42
层次模型的缺陷
1）很难描述复杂的地理实体之间的联系，描 述多对多的关系时导致物理存储上的冗余 ；
55
空间数据库的管理模式
二 扩展结构管理模式
GIS
属性数据
空间数据
标准RDBMS
56
基本思想
扩展结构管理模式
采用同一DBMS存储空间数据和属性数据
5地理信息系统的数据模型与空间数据库
29
关系模型
属性 实体 E1 E2
…
A1
V11 V12
…
A2
V21 V22
…
A3
V31 V32
…
…
… …
An
Vn1 Vn2
…
E3
V13
V23
V33
…
Em
V1m
V2m
V3m
…
…
Vn3
Vnm
30
关系1：边界关系 多边形 边号 (P) Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅱ Ⅱ 边 号 (E) a b e b c d 边 长 (L) 30 40 30 40 25 28
为“一对一联系”，记为“1:1”。例如省—省会。
一对多联系 如果实体集E1中每个实体与实体集E2中任意个（零 个或多个）实体有联系，而E2中每个实体至多和E1 中一个实体有联系，那么称E1和E2的联系为“一对
多联系”，记为“1:N”。例如省和湖泊。
17
多对多联系 如果实体集E1中每个实体与实体集E2中任意个（ 零个或多个）实体有联系，反之亦然，那么称E1 和E2的联系为“多对多联系”，记为“M:N”。 例如地块—弧段。 关系数据库很难表达多对多联系，这时候必需进 行分解。
24
1) 层次模型
层次层次模型所表达的基本联系是一对多的关 系，它把数据按其自然的层次关系组织起来，以反 应数据之间的隶属关系。 层次模型的优点是模型层次分明、结构清晰， 较容易实现。尽管每个记录只有一个双亲，当从子 女查找双亲，只有唯一的结果，但查找比较麻烦， 需要大量的索引文件，而且某种属性值可能要重复 多次，导致数据冗余度增加，当对层次模型进行修 改时，只有当新记录有上属记录时才能插入。删除 一个记录其所有下属记录也同时被删除。
关系模型
属性 实体 E1 E2
…
A1
V11 V12
…
A2
V21 V22
…
A3
V31 V32
…
…
… …
An
Vn1 Vn2
…
E3
V13
V23
V33
…
Em
V1m
V2m
V3m
…
…
Vn3
Vnm
30
关系1：边界关系 多边形 边号 (P) Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅱ Ⅱ 边 号 (E) a b e b c d 边 长 (L) 30 40 30 40 25 28
为“一对一联系”，记为“1:1”。例如省—省会。
一对多联系 如果实体集E1中每个实体与实体集E2中任意个（零 个或多个）实体有联系，而E2中每个实体至多和E1 中一个实体有联系，那么称E1和E2的联系为“一对
多联系”，记为“1:N”。例如省和湖泊。
17
多对多联系 如果实体集E1中每个实体与实体集E2中任意个（ 零个或多个）实体有联系，反之亦然，那么称E1 和E2的联系为“多对多联系”，记为“M:N”。 例如地块—弧段。 关系数据库很难表达多对多联系，这时候必需进 行分解。
24
1) 层次模型
层次层次模型所表达的基本联系是一对多的关 系，它把数据按其自然的层次关系组织起来，以反 应数据之间的隶属关系。 层次模型的优点是模型层次分明、结构清晰， 较容易实现。尽管每个记录只有一个双亲，当从子 女查找双亲，只有唯一的结果，但查找比较麻烦， 需要大量的索引文件，而且某种属性值可能要重复 多次，导致数据冗余度增加，当对层次模型进行修 改时，只有当新记录有上属记录时才能插入。删除 一个记录其所有下属记录也同时被删除。
地理信息系统(第二版)-第五章
空间索引的常用类型 1. 格网索引 2. BSP树索引 3. KDB树索引 4. 四叉树索引 5. R树索引和R+树索引 6. CELL树索引
格网索引 是将覆盖整个研究匙域的范围按照一定的规则 划分成大小相等的格网，然后记录每个格网内所包
含的空间实体。在检索空间实体时，将每个格网按
Morton码戒称Peano码迚行编码，建立Peano码不
数 字 影 像
•计算机技术 •数字图像处理 •影像匹配 •模式识别 •DPW
数字测量摄影 系统
自动建立 立体模型
数字线划地图 数字高程模型 数字影像地图 数 据 库
自动量测
和解译
自动记录
遥感图像处理
遥感影像数据指的是卫星遥感影像，其信息 获取的方式是通过接受目标物所发射戒发射的电 磁波得到地物信息。 地面物体接收太阳辐射，由于地表各类地物 对其发射的特性各丌相同，搭载在卫星上的传感 器捕捉幵记录地物的信息，再将数据传辒回地面， 经过一系列的处理，得到满足GIS需求的数据。
遥感影像数据基本处理流程： 1. 观测数据的辒入 2. 再生、校正处理 3. 变换处理 4. 分类处理 5. 处理结果的辒出
遥感数据的获取
遥感传感器平台
传感器
遥感（Remote Sensing)：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 远处通过各种传感器探测和接收来自目标物体 的信息，经过信息的传输及其处理分析，来识 别物体的属性及其分布等特征的综合技术。
属性数据的获取
• • • • 现场与题调查采集样本资料 将局部样本资料和遥感信息对照 社会调查不统计 已有资料
图形数据的采集
野外数据采集
野外数据采集是GIS数据采集的一个基础手段。 对于大比例尺的城市地理信息系统而言，野外数据 采集更是主要手段。 a、平板测量 b、全野外数字测图 c、空间定位测量
地理信息系统第5章
地 理 信 息 系 统 原 理
第三节 空间临近度分析
地 理 信 息 系 统 原 理
一 空间缓冲区分析
空间缓冲区分析（spatial buffer analysis): 对点、
线、面对象实体，自动建立其周围一定范围的环状区， 用以识别这些实体对周围对象的辐射范围或影响度。
地 理 信 息 系 统 原 理
地 理 信 息 系 统 原 理
4. 地表粗糙度计算 用对顶点连线L1与L2 中点的高差D来衡量。 D越大，说明4个顶点 的起伏变化越大。
地 理 信 息 系 统 原 理
5. 高程及变异分析
该单元的平均高程：
该单元的相对高程：
标准差及高程变异：
地 理 信 息 系 统 原 理
6、谷脊特征分析
地 理 信 息 系 统 原 理
7、日照强度的分析
地 理 信 息 系 统 原 理
二、地学剖面的绘制与分析
对于DEM＝{Zij},只要给定剖面线的起点（i1，j1）和终 点（i2，j2），即可求得剖面线与网格交点的平面位置 和高程，进而作出剖面图。
因剖面线的角度 不同，分别求的 是剖面线与横线 的交点（斜率<1 时）和与纵线的 交点（斜率>1 时） 。
常用来描述某种资源或物质在空间上的运动。 如：城市道路系统，地下管线系统，流域的水 网等。
• 网络分析的用途:
（1）最佳路径选择：公交运营线路选择；紧急 救助线路选择； （2）网络流量分析、负荷估计：供电网，供热 网 （3）资源配置：消防站分布，医疗机构配置
地 理 信 息 系 统 原 理
• 一、网络图论的基本概念 • 1、图：抽象表达事物及其特定关系的数学形 式。 • G＝（V(G), E(G)） • 其中：V＝{Vi}={V1,V2,…Vn},称为顶点； • G＝{ei}={(Vi，Vj)}，称为边。
《地理信息系统概论》课程笔记
《地理信息系统概论》课程笔记第一章地理信息系统基本概念1.1 数据与信息数据是原始的、未经处理的素材，它是信息的表现形式。
信息是从数据中提取的有意义的内容，它能够帮助人们做出决策。
在地理信息系统中，数据主要指的是空间数据，而信息则是通过对空间数据进行分析和处理得到的结果。
例如，一个地区的土地利用数据是原始数据，而通过分析这些数据得出的土地利用分布情况就是信息。
1.2 地理信息与地理信息系统地理信息指的是与地球表面位置相关的信息，包括自然地理信息（如地形、气候等）和人文地理信息（如人口、交通等）。
地理信息系统（GIS）是一种专门用于获取、存储、管理、分析和展示地理信息的计算机系统。
GIS能够将空间数据与属性数据结合起来，为用户提供强大的空间分析和决策支持功能。
例如，GIS可以用来分析城市交通拥堵情况，帮助规划交通路线。
1.3 地理信息系统的基本构成GIS由硬件、软件、空间数据、应用人员和应用模型五个基本部分组成。
硬件包括计算机、输入输出设备（如扫描仪、打印机等）；软件包括操作系统、数据库管理系统、GIS软件等；空间数据是GIS的核心，包括地图数据、遥感数据等；应用人员是使用GIS进行空间分析和决策的主体；应用模型则是根据实际问题构建的模型，用于解决具体问题。
例如，一个GIS系统可能包括一台计算机、GIS软件、地图数据和应用模型，用于分析土地利用变化。
1.4 地理信息系统的功能简介GIS的基本功能包括数据采集、数据管理、空间分析、可视化表达和输出等。
数据采集主要是获取空间数据和属性数据，可以通过遥感、野外调查等方式获取；数据管理主要是对数据进行存储、查询、更新和维护，确保数据的准确性和完整性；空间分析主要包括空间查询、空间叠合、空间邻近度分析等，用于解决实际问题；可视化表达主要是将空间数据以图形或图像的形式展示给用户，增强数据的可读性和可理解性；输出则是将分析结果以报表、地图等形式输出，为决策提供支持。
地理信息系统原理第五章 空间分析与建模5.2
（1）每个区域单元的LISA，是描述该区域单元周围 显著的相似值区域单元之间空间集聚程度的指标；
（2）所有区域单元LISA的总和与全局的空间联系指 标成比例。
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LISA包括局部Moran指数（local Moran index） 和局部Geary指数（local Geary index），下面重 点介绍和讨论局部Moran指数。
i
j
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✓对统计量的检验与局部Moran指数相似，其检验值为
Z
Gi ) VAR(Gi )
✓显著的正值表示在该区域单元周围，高观测值的区域单元趋 于空间集聚，而显著的负值表示低观测值的区域单元趋于空 间集聚，与Moran指数只能发现相似值(正关联)或非相似性 观测值(负关联)的空间集聚模式相比，具有能够探测出区域 单元属于高值集聚还是低值集聚的空间分布模式。
为什么要用空间统计分析？
✓空间统计分析，其核心就是认识与地理位置相关的数据间的空间 依赖、空间关联或空间自相关，通过空间位置建立数据间的统计 关系。
✓空间统计分析的任务，就是运用有关统计方法，建立空间统计模 型，从凌乱的数据中挖掘空间自相关与空间变异规律。
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为什么要用空间统计分析？
空间数据分析与传统统计分析主要有两大差异：
Tobler， W. R. (1970). "A computer movie simulating urban growth in the Detroit region". Economic Geography， 46(2): 234-240.
Waldo Tobler（born in 1930） receiving a plaque for his contributions to geography. On the event of his November 2000 birthday.
（2）所有区域单元LISA的总和与全局的空间联系指 标成比例。
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LISA包括局部Moran指数（local Moran index） 和局部Geary指数（local Geary index），下面重 点介绍和讨论局部Moran指数。
i
j
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✓对统计量的检验与局部Moran指数相似，其检验值为
Z
Gi ) VAR(Gi )
✓显著的正值表示在该区域单元周围，高观测值的区域单元趋 于空间集聚，而显著的负值表示低观测值的区域单元趋于空 间集聚，与Moran指数只能发现相似值(正关联)或非相似性 观测值(负关联)的空间集聚模式相比，具有能够探测出区域 单元属于高值集聚还是低值集聚的空间分布模式。
为什么要用空间统计分析？
✓空间统计分析，其核心就是认识与地理位置相关的数据间的空间 依赖、空间关联或空间自相关，通过空间位置建立数据间的统计 关系。
✓空间统计分析的任务，就是运用有关统计方法，建立空间统计模 型，从凌乱的数据中挖掘空间自相关与空间变异规律。
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为什么要用空间统计分析？
空间数据分析与传统统计分析主要有两大差异：
Tobler， W. R. (1970). "A computer movie simulating urban growth in the Detroit region". Economic Geography， 46(2): 234-240.
Waldo Tobler（born in 1930） receiving a plaque for his contributions to geography. On the event of his November 2000 birthday.
第五章地理信息系统-空间数据模型分析
4.基于要素的空间分析 4.1空间关系的基本概念
(5）线——面关系 线面相邻：线是面的部分或全部边界； 线面相交：一条线部分或全部穿过一个面 线面相离：线与面相互隔离 线面包含：一条线完全落入一个面里 线面不存在重合关系 6）面—面关系 面面相邻：两个面至少有段共同的边界； 面面相交：一个面与另一个面部分相交 面面相离：两个面完全不相交 面面包含：一面完全被另外一个面包含 面面重合：两个面的边界完全相同
4.基于要素的空间分析 4.1空间关系的基本概念
4.基于要素的空间分析 4.1空间关系的基本概念
(1)点——点关系 相合：两个点坐标重合 分离：两个点不在同一个位置； 点与点不存在邻接、相交和包含关系 (2)点——线关系 点线相邻：一个点恰好落线的端点； 点线相交：点在线上 点线相离：点为在线上 点线包含：等同于点线相交 点线不存在重合
在边数从3到N的规则覆盖（Regular Tesselations）中， 方格、三角形和六角形是空间数据处理中最常用的。三 角形是最基本的不可再分的单元，根据角度和边长的不 同，可以取不同的形状，方格、三角形和六角形可完整 地铺满一个平面 。
1. 场模型 1.2栅格数据模型
三角形
四边形
基于栅格的空间 模型把空间看作 像元（Pixel） 的划分 （Tessellatio n），每个像元 都与分类或者标 识所包含的现象 的一个记录有关。
2. 要素模型 2.1欧氏空间和欧氏空间中的三类地物要素
(一)点对象
点是有特定的位置，维数为零的物体 。
(二)线对象
线对象是GIS中非常常用的维度为1的空间组分，表示对象和它们边界 的空间属性，由一系列坐标表示，并有实体长度和方向性特征。
(三)面对象
面状实体也称为多边形，是对湖泊、岛屿、地块等一类现象的描述。 通常在数据库中由一封闭曲线加内点来表示，并有面积范围、周长等 特征。
地理信息系统 GIS 第五章 GIS空间分析技术
✓质心量算 ✓几何量算 ✓形状量算
1、质心量测
✓质心是描述地理对象空间分布的一个重要指标。例如要 得到一个全国的人口分布等值线图，而人口数据只能到 县级，所以必须在每个县域里定义一个点作为质心，代 表该县的数值，然后进行插值计算全国人口等值线。 ✓质心通常定义为一个多边形或面的几何中心。当多边形 比较简单，如矩形，计算很容易。但当多边形形状复杂 时，计算也更加复杂。 ✓在某些情况下，质心描述的是分布中心，而不是绝对几 何中心。同样以全国人口为例，当某个县绝大部分人口 明显集中于一侧时，可以把质心放在分布中心上，这种 质心称为平均中心或重心。
式中，i为折线或多边形的顶点数，含义为依次求出组 成折线或多边形的所有线段长度，然后累加求和。
2 几何量算
➢多边形面积计算及其应用：辛普森（Simposion）面 积计算公式
在GIS中，梯形法是求面积的主要方法之一。其基 本思想是：按照多边形的顶点顺序依次求出多边形所 有边与X轴或Y轴组成的梯形面积，然后求其代数和
三、空间查询
✓ 例如：查询三峡地区长江流域人口大于50万的市或 县
Select*From县或市Where
县或市人口>50万
and Cross （河流名称=“长江”）
3、形状量测
• 如果认为一个标准的圆目标既非紧凑型也非膨胀型 的，对一个多边形则可定义其形状系数r为
r
P
2 A
• 其中，P为目标物周长， • A为目标物面积。 • 如果 • r〈1，目标物为紧凑型； • r =1, 目标物为一标准圆； • r 〉1，目标物为膨胀型。
三、空间查询
• 空间查询是GIS的一个重要功能，一般定义为作 用在GIS数据上的函数，它返回满足条件的内容。
• 查询是用户与系统交流的途径。
1、质心量测
✓质心是描述地理对象空间分布的一个重要指标。例如要 得到一个全国的人口分布等值线图，而人口数据只能到 县级，所以必须在每个县域里定义一个点作为质心，代 表该县的数值，然后进行插值计算全国人口等值线。 ✓质心通常定义为一个多边形或面的几何中心。当多边形 比较简单，如矩形，计算很容易。但当多边形形状复杂 时，计算也更加复杂。 ✓在某些情况下，质心描述的是分布中心，而不是绝对几 何中心。同样以全国人口为例，当某个县绝大部分人口 明显集中于一侧时，可以把质心放在分布中心上，这种 质心称为平均中心或重心。
式中，i为折线或多边形的顶点数，含义为依次求出组 成折线或多边形的所有线段长度，然后累加求和。
2 几何量算
➢多边形面积计算及其应用：辛普森（Simposion）面 积计算公式
在GIS中，梯形法是求面积的主要方法之一。其基 本思想是：按照多边形的顶点顺序依次求出多边形所 有边与X轴或Y轴组成的梯形面积，然后求其代数和
三、空间查询
✓ 例如：查询三峡地区长江流域人口大于50万的市或 县
Select*From县或市Where
县或市人口>50万
and Cross （河流名称=“长江”）
3、形状量测
• 如果认为一个标准的圆目标既非紧凑型也非膨胀型 的，对一个多边形则可定义其形状系数r为
r
P
2 A
• 其中，P为目标物周长， • A为目标物面积。 • 如果 • r〈1，目标物为紧凑型； • r =1, 目标物为一标准圆； • r 〉1，目标物为膨胀型。
三、空间查询
• 空间查询是GIS的一个重要功能，一般定义为作 用在GIS数据上的函数，它返回满足条件的内容。
• 查询是用户与系统交流的途径。
第五章地理信息
根据《城市活断层探测区基础地理数据规范》，结合每个城 市数据源的不同情况，数据整合的技术流程主要包括数据预处理、 数据格式转换、坐标系统检查、图层调整与属性结构定义、代码 转换、要素识别与属性添加、图形要素处理、图层合并等过程
16
17
数据整合处理技术流程
18
4、数据整合技术流程
以北京1：1万数据为例，其原始数据的分层、要素处理方式
典 型 城 市 的 1： 1万 基 础 地 理 数 据
14
3、坐标系统的转换
根据《城市活断层探测区基础地理数据规 范》，各类数据必须转换到统一的坐标系统。原 始数据为定位参考系为1980西安坐标系，高程 基准为1985国家高程基准。成果数据要求为 WGS1984坐标系，高程基准为1985国家高程 基准。坐标系统的转换可以在数据整合并质量检 核后，统一进行转换。
《基础地理信息要素分类与代码 》进行代码转换，对属性不全或
属性有误要素，进行补充修改（如：道路分级、居民地分级等）
5）数据分层调整，按照所遵循的数据规范进行要素分层的调
整。
6）数据接边和检查：检查数据接边（图幅之间或者作业区之
间）情况，包括图形和属性的接边，对不符合要求的进行修改。
数据检查包括对空间参考系、位置精度、属性精度、接边精度、
22
5.2.4、参考答案
1）数据预处理: 根据收集的资料在原始数据打印图上进行数
据预处理，如标注道路名称、道路编号、居民地级别等内容。
2）格式转换：将原始数据进行格式转换，转换为数据处理软
件所支持的格式，以便进行数据处理，包括图形要素的处理、要
素属性处理和代码转换。
3）图形要素处理：按照项目所遵循的《xxxx基础地理数据规
的乌鲁木齐、银川、昆明、太原、北京、宁波等6个典型城市的基
16
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数据整合处理技术流程
18
4、数据整合技术流程
以北京1：1万数据为例，其原始数据的分层、要素处理方式
典 型 城 市 的 1： 1万 基 础 地 理 数 据
14
3、坐标系统的转换
根据《城市活断层探测区基础地理数据规 范》，各类数据必须转换到统一的坐标系统。原 始数据为定位参考系为1980西安坐标系，高程 基准为1985国家高程基准。成果数据要求为 WGS1984坐标系，高程基准为1985国家高程 基准。坐标系统的转换可以在数据整合并质量检 核后，统一进行转换。
《基础地理信息要素分类与代码 》进行代码转换，对属性不全或
属性有误要素，进行补充修改（如：道路分级、居民地分级等）
5）数据分层调整，按照所遵循的数据规范进行要素分层的调
整。
6）数据接边和检查：检查数据接边（图幅之间或者作业区之
间）情况，包括图形和属性的接边，对不符合要求的进行修改。
数据检查包括对空间参考系、位置精度、属性精度、接边精度、
22
5.2.4、参考答案
1）数据预处理: 根据收集的资料在原始数据打印图上进行数
据预处理，如标注道路名称、道路编号、居民地级别等内容。
2）格式转换：将原始数据进行格式转换，转换为数据处理软
件所支持的格式，以便进行数据处理，包括图形要素的处理、要
素属性处理和代码转换。
3）图形要素处理：按照项目所遵循的《xxxx基础地理数据规
的乌鲁木齐、银川、昆明、太原、北京、宁波等6个典型城市的基
《地理信息系统》第五章空间数据处理
在城市发展、气候变化、 人口迁移等领域有广泛应 用，为政策制定和规划提 供决策支持。
05
空间数据处理应用案例
城市规划与设计
城市规划方案评估
通过空间数据处理，对城市规划 方案进行环境影响评估，确保规 划方案符合可持续发展要求。
城市交通规划
利用空间数据处理技术，分析城 市交通流量、路网结构等信息， 优化城市交通布局和道路设计。
异常值处理
识别并处理异常值，如缺失、 异常大或异常小的数据。
格式转换
将不同格式的数据统一转换为 GIS可识别的格式，如 Shapefile、GeoJSON等。
坐标系转换
将数据从一种坐标系转换到另 一种坐标系，以适应不同的地
理环境和应用需求。
数据转换
投影转换
将地理数据从一种投影方式转换为另 一种投影方式，如从地理坐标系转换 为墨卡托投影。
将不同时间点的数据进行融合，以获得时 间序列数据或动态数据。
空间数据融合
特征提取与融合
将不同空间范围或不同分辨率的数据进行 融合，以提高空间数据的覆盖范围和精度 。
从多源数据中提取共同特征并进行融合， 以实现特征匹配和识别。
数据压缩与编码
数据压缩
通过算法减少数据的大小，以节省存储空间 和提高传输效率。
编码参数设置
根据实际情况调整编码参数，以获得最佳的 压缩效果和精度。
编码方式选择
根据数据的性质和应用需求选择合适的编码 方式，如矢量编码、栅格编码等。
解压缩与解码
对压缩后的数据进行解压缩和解码，以恢复 原始数据。
03
空间数据基本处理
地图数字化
地图数字化是将纸质或实物地 图转换为数字格式的过程，便 于计算机处理和地理信息系统
05
空间数据处理应用案例
城市规划与设计
城市规划方案评估
通过空间数据处理，对城市规划 方案进行环境影响评估，确保规 划方案符合可持续发展要求。
城市交通规划
利用空间数据处理技术，分析城 市交通流量、路网结构等信息， 优化城市交通布局和道路设计。
异常值处理
识别并处理异常值，如缺失、 异常大或异常小的数据。
格式转换
将不同格式的数据统一转换为 GIS可识别的格式，如 Shapefile、GeoJSON等。
坐标系转换
将数据从一种坐标系转换到另 一种坐标系，以适应不同的地
理环境和应用需求。
数据转换
投影转换
将地理数据从一种投影方式转换为另 一种投影方式，如从地理坐标系转换 为墨卡托投影。
将不同时间点的数据进行融合，以获得时 间序列数据或动态数据。
空间数据融合
特征提取与融合
将不同空间范围或不同分辨率的数据进行 融合，以提高空间数据的覆盖范围和精度 。
从多源数据中提取共同特征并进行融合， 以实现特征匹配和识别。
数据压缩与编码
数据压缩
通过算法减少数据的大小，以节省存储空间 和提高传输效率。
编码参数设置
根据实际情况调整编码参数，以获得最佳的 压缩效果和精度。
编码方式选择
根据数据的性质和应用需求选择合适的编码 方式，如矢量编码、栅格编码等。
解压缩与解码
对压缩后的数据进行解压缩和解码，以恢复 原始数据。
03
空间数据基本处理
地图数字化
地图数字化是将纸质或实物地 图转换为数字格式的过程，便 于计算机处理和地理信息系统
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5
名 称 布样袋 布样袋 纸样袋 地质记录本
土壤测量记录本
规 格 大 中
数 量 单 位 50 个 1000 个 2000 个 6 本
6 本
备 注
6 7 8 9
坐标纸 记号笔 墨水 样筛
75×50cm
40目
1 9 1 1
卷 支 盒 套
黑色
4、实测数据
线号 41440 41440 41440 41440 41440 41440 41440 41440 41440 41440 41440 点号 1020 1040 1060 1080 1100 1120 1140 1160 1180 1200 1220 实际X 4081020 4081040 4081060 4081080 4081100 4081120 4081140 4081160 4081180 4081200 4081220 实际Y 441440 441440 441440 441440 441440 441440 441440 441440 441440 441440 441440 H 3724 3720 3716 3712 3707 3704 3700 3695 3693 3688 3685
1. 手工方式
通过手工在计算机 终端上输入数据， 主要是键盘输入。
主要用于属性数据 的输入。
2. 手扶跟踪化数字方式
3. 扫描方式
4. 影像处理和信息提取方式 5. 数据通讯方式
二、图形数据采集
1. 手工方式
2. 手扶跟踪化数字方式
3. 扫描方式
手扶跟踪数字化仪 是一种图形数字化 设备，是目前常用 的地图数字化方式
4、数字地形模型（DTM）： （ Digital Terrain Model）地形 表面形态属性信息的数字表达， 是带有空间位置特征和地形属性 特征的数字描述。 常用于各种线路选线（铁路、公 路、输电线）的设计以及各种工
5、数字栅格地图（DRG）： （Digital Raster Graphic）根据现有纸质、胶片 等地形图经扫描和几何纠正及色彩校正 后，形成在内容、几何精度和色彩上与 地形图保持一致的栅格数据集。是纸制 地形图的栅格形式的数字化产品。
二、图像校正 1、校正的原因 2、图像校正的原理： 3、地形图校正 4、遥感影像的校正：
二、图像校正
图像：通过扫描得到的地形图和遥感影像图。 1、校正的原因： 1）、图像介质存放过程中发生变形； 2）、图像扫描过程中产生变形及分幅扫描； 3）、图像采用的投影方式的不同导致变形；
二、图像校正
2、图像校正的原理： 建立校正图像与标准地形图理论值之间 的变换关系。 常见的变换函数： 仿射变换；双线性变换； 平方变换；双平方变换； 立方变换；四阶多项式变换。
生成矢量数据。
4. 影像处理和信息提取方式
5. 数据通讯方式
数字化仪
数字化仪示意图
定标器
底座
感应 板
数字化仪的工作方式—操作方式
1．点方式 每次定标器的键被按下，感应板发送一对 坐标数据到计算机。 2．开关流方式 在定标器上，每按下一次键，即将一 组坐标数据发送到计算机。当用数字化来输入一条连 续曲线是很有效。 3．连续流方式 不论定标器的键是否按下，数字化仪 每个一定的时间就向计算机发送坐标数据，即是不可 控的。 4．增量方式 当定标器在感应板上移动某个距离，数 字化仪就发送一对绝对坐标数据。
• 反映自然条件的专题地图有；地质图、土壤图、气候图、植被图、 太阳能分布图、风能分布图、洋流图、潮汐图等；
• 反映经济状况的专题图：交通图、工业图、农业图、商业图、贸 易图、水利图、电力图、渔业图、林业图、牧业图等。
2、自然资源数据
遥感影像图
3、调查统计数据
生产物资、材料计划
顺 序 1 2 3 4
数值变换
通过建立两个投影 的解析关系式，直 接把一种投影坐标 ( x , y ) 变换成 另一种投影的坐标 ( X , Y )
四、地图投影转换
当系统使用的数据来自不同地图投影的图幅 时，需要将一种投影的数字化数据转换为所需 要投影的坐标数据。
正解变换
地图投影变换
反解变换
数值变换
由一种投影的坐标 (x,y)反解出地理坐 标（λ,φ) ，然后 再将地理坐标代入 另一种投影公式中， 求出该投影下的直 角坐标（X,Y)
2、数字正射影像图（DOM）：（ Digital Orthophoto Map）：是对航空 （或航天）相片进行数字微分纠正和镶 嵌，按一定图幅范围裁剪生成的数字正 射影像集。它同时具有地图几何精度和 影像特征的图像。
3、数字高程模型 （DEM）： （Digital Elevation Model）：是 以高程表达地面起伏形态的数字 集合。是一定范围内规则格网点 的平面坐标（X，Y）及其高程 （Z）的数据集 。是高程Z关于 平面坐标X，Y两个自变量的连 续函数，数字高程模型（DEM） 只是它的一个有限的离散表示。
林家勇
2012.4.06
第一章 第二章
地理信息系统概论 空间信息基础
第三章
第四章 第五章 第六章 第七章
空间数据结构
空间数据库 空间数据采集与处理 空间分析原理与方法 地理信息系统产品输出
第五章 空间数据采集与处理
学习目标：
· GIS的数据源种类 · 空间数据和属性数据采集的常用方法 · 空间数据与属性数据的编码方法 · 数据质量的概念及数据质量控制
折线和曲线的误差
曲线的误差分布（误差带模型）
折线误差的分布（误差带模型）
一、误差的检查与编辑
2、常见误差的检查方法
• 1）、叠合比较法； • 2）、目视检查法； • 3）、逻辑检查法；
一、误差的检查与编辑
3、常见误差的处理、编辑方法 • 1 ）、空间数据的不完整性（位 置误差），主要利用 GIS 软件图 形编辑功能处理； • 2 ）、空间数据比例尺的不准确 及变形，常用比例变换处理。
小 型 扫 描 仪
工程扫描仪
扫描仪数字化方法
二值化
地 图 扫 描 数 据 处 理
细化
矢量化
冗余去除
断线修复
要素提取 符号识别 属性赋值
二、图形数据采集
1. 手工方式 2. 手扶跟踪化数字方式 3. 扫描方式 4. 影像处理和信息提取方式 5. 数据通讯方式
从遥感影像上直接 提取专题信息。
二、图形数据采集
5、法律文档数据
6、文字报告
三、“5D”概念
1、DLG：数字线划图 2、DOM：数字正射影像图 3、DEM：数字高程模型
4、DTM：数字地形模型 5、DRG：数字栅格地图
1、数字线划图（DLG）：（Digital Line Graphic）： 是与现有线划基本一 致的各地图要素的矢量 数据集，且保 存各要素间的空间关系和相关的属性信 息 .是在现有地形图上基础地理要素分 层存储的矢量数据集。
1. 手工方式 2. 手扶跟踪化数字方式 3. 扫描方式
4. 影像处理和信息提取方式
5. 数据通讯方式
联网方式下，信息系统内 部各子系统之间以及与其 它信息系统之间实现信息 交流和信息共享的主要方 式。
第三节 空间数据的编辑与处理
一、误差的检查与编辑 二、图像校正 三、数据格式的转换 四、地图投影转换 五、图像解译 六、图幅拼接
第二节 空间数据采集
一、属性数据采集 二、图形数据采集
一、属性数据采集
1. 编码的目的 2. 编码的原则 3. 编码的内容 4. 编码的方法
将各种属性数据变为计算 机可以接受的数字或字符 形式，便于GIS存贮和管 理。
5.属性数据的采集方法
一、属性数据采集
1. 编码的目的 2. 编码的原则 3. 编码的内容 4. 编码的方法 5.属性数据的采集方法
P′(x′，y′)
x
P（x，y）
θ
0
x = x′ =x• cos θ -y •sin θ
y = y′ =x•sinθ+y • cos θ
x
比例变换（图形缩放）
通过对其P（x，y）坐标分别乘以各 自的比例因子S x和S y来改变它们到坐 标原点的距离。
x′=x· Sx y′=y· Sy
平移、比例变换
重点：空间数据质量的概念，数据质量评价
第五章 空间数据采集与处理
第一节 数据源种类
第二节
第三节 第四节
空间数据采集
空间数据的编辑与处理 空间数据质量及其精度分析
第一节 数据源种类
一、数据来源 二、数据的种类 三、“5D”概念
第一节 数据源种类
一、数据来源
• 数据来源可以大致分为原始数据或处理 加工后的数据，又可将数据源分为非电 子数据和电子数据两类。
栅格数 据结构 中不同 编码之 间的转 换 矢量数 据结构 中不同 编码之 间的转 换
数据结 构之间 的转换
不同数据结构 之间的转换
主要是栅格和 矢量二者之间
四、地图投影转换
当系统使用的数据来自不同地图投影的图幅 时，需要将一种投影的数字化数据转换为所需 要投影的坐标数据。
正解变换
地图投影变换
反解变换
பைடு நூலகம்
b、制定对象分类、分级原则 和指标； c、拟定分类代码系统； d、设定代码及其格式； e、建立代码和编码对象的对 照表。
5.属性数据的采集方法
一、属性数据采集
1. 编码的目的 2. 编码的原则 3. 编码的内容 4. 编码的方法
a、键盘直接输入；
b、通过编码输入；
5.属性数据的采集方法
二、图形数据采集
二、图像校正
3、地形图的校正： 1）、基本坐标变换 2）、四点校正法； 3）、逐网格校正法；
• 3、地形图校正——1）、基本坐标变换
X 方向
Y 方向
名 称 布样袋 布样袋 纸样袋 地质记录本
土壤测量记录本
规 格 大 中
数 量 单 位 50 个 1000 个 2000 个 6 本
6 本
备 注
6 7 8 9
坐标纸 记号笔 墨水 样筛
75×50cm
40目
1 9 1 1
卷 支 盒 套
黑色
4、实测数据
线号 41440 41440 41440 41440 41440 41440 41440 41440 41440 41440 41440 点号 1020 1040 1060 1080 1100 1120 1140 1160 1180 1200 1220 实际X 4081020 4081040 4081060 4081080 4081100 4081120 4081140 4081160 4081180 4081200 4081220 实际Y 441440 441440 441440 441440 441440 441440 441440 441440 441440 441440 441440 H 3724 3720 3716 3712 3707 3704 3700 3695 3693 3688 3685
1. 手工方式
通过手工在计算机 终端上输入数据， 主要是键盘输入。
主要用于属性数据 的输入。
2. 手扶跟踪化数字方式
3. 扫描方式
4. 影像处理和信息提取方式 5. 数据通讯方式
二、图形数据采集
1. 手工方式
2. 手扶跟踪化数字方式
3. 扫描方式
手扶跟踪数字化仪 是一种图形数字化 设备，是目前常用 的地图数字化方式
4、数字地形模型（DTM）： （ Digital Terrain Model）地形 表面形态属性信息的数字表达， 是带有空间位置特征和地形属性 特征的数字描述。 常用于各种线路选线（铁路、公 路、输电线）的设计以及各种工
5、数字栅格地图（DRG）： （Digital Raster Graphic）根据现有纸质、胶片 等地形图经扫描和几何纠正及色彩校正 后，形成在内容、几何精度和色彩上与 地形图保持一致的栅格数据集。是纸制 地形图的栅格形式的数字化产品。
二、图像校正 1、校正的原因 2、图像校正的原理： 3、地形图校正 4、遥感影像的校正：
二、图像校正
图像：通过扫描得到的地形图和遥感影像图。 1、校正的原因： 1）、图像介质存放过程中发生变形； 2）、图像扫描过程中产生变形及分幅扫描； 3）、图像采用的投影方式的不同导致变形；
二、图像校正
2、图像校正的原理： 建立校正图像与标准地形图理论值之间 的变换关系。 常见的变换函数： 仿射变换；双线性变换； 平方变换；双平方变换； 立方变换；四阶多项式变换。
生成矢量数据。
4. 影像处理和信息提取方式
5. 数据通讯方式
数字化仪
数字化仪示意图
定标器
底座
感应 板
数字化仪的工作方式—操作方式
1．点方式 每次定标器的键被按下，感应板发送一对 坐标数据到计算机。 2．开关流方式 在定标器上，每按下一次键，即将一 组坐标数据发送到计算机。当用数字化来输入一条连 续曲线是很有效。 3．连续流方式 不论定标器的键是否按下，数字化仪 每个一定的时间就向计算机发送坐标数据，即是不可 控的。 4．增量方式 当定标器在感应板上移动某个距离，数 字化仪就发送一对绝对坐标数据。
• 反映自然条件的专题地图有；地质图、土壤图、气候图、植被图、 太阳能分布图、风能分布图、洋流图、潮汐图等；
• 反映经济状况的专题图：交通图、工业图、农业图、商业图、贸 易图、水利图、电力图、渔业图、林业图、牧业图等。
2、自然资源数据
遥感影像图
3、调查统计数据
生产物资、材料计划
顺 序 1 2 3 4
数值变换
通过建立两个投影 的解析关系式，直 接把一种投影坐标 ( x , y ) 变换成 另一种投影的坐标 ( X , Y )
四、地图投影转换
当系统使用的数据来自不同地图投影的图幅 时，需要将一种投影的数字化数据转换为所需 要投影的坐标数据。
正解变换
地图投影变换
反解变换
数值变换
由一种投影的坐标 (x,y)反解出地理坐 标（λ,φ) ，然后 再将地理坐标代入 另一种投影公式中， 求出该投影下的直 角坐标（X,Y)
2、数字正射影像图（DOM）：（ Digital Orthophoto Map）：是对航空 （或航天）相片进行数字微分纠正和镶 嵌，按一定图幅范围裁剪生成的数字正 射影像集。它同时具有地图几何精度和 影像特征的图像。
3、数字高程模型 （DEM）： （Digital Elevation Model）：是 以高程表达地面起伏形态的数字 集合。是一定范围内规则格网点 的平面坐标（X，Y）及其高程 （Z）的数据集 。是高程Z关于 平面坐标X，Y两个自变量的连 续函数，数字高程模型（DEM） 只是它的一个有限的离散表示。
林家勇
2012.4.06
第一章 第二章
地理信息系统概论 空间信息基础
第三章
第四章 第五章 第六章 第七章
空间数据结构
空间数据库 空间数据采集与处理 空间分析原理与方法 地理信息系统产品输出
第五章 空间数据采集与处理
学习目标：
· GIS的数据源种类 · 空间数据和属性数据采集的常用方法 · 空间数据与属性数据的编码方法 · 数据质量的概念及数据质量控制
折线和曲线的误差
曲线的误差分布（误差带模型）
折线误差的分布（误差带模型）
一、误差的检查与编辑
2、常见误差的检查方法
• 1）、叠合比较法； • 2）、目视检查法； • 3）、逻辑检查法；
一、误差的检查与编辑
3、常见误差的处理、编辑方法 • 1 ）、空间数据的不完整性（位 置误差），主要利用 GIS 软件图 形编辑功能处理； • 2 ）、空间数据比例尺的不准确 及变形，常用比例变换处理。
小 型 扫 描 仪
工程扫描仪
扫描仪数字化方法
二值化
地 图 扫 描 数 据 处 理
细化
矢量化
冗余去除
断线修复
要素提取 符号识别 属性赋值
二、图形数据采集
1. 手工方式 2. 手扶跟踪化数字方式 3. 扫描方式 4. 影像处理和信息提取方式 5. 数据通讯方式
从遥感影像上直接 提取专题信息。
二、图形数据采集
5、法律文档数据
6、文字报告
三、“5D”概念
1、DLG：数字线划图 2、DOM：数字正射影像图 3、DEM：数字高程模型
4、DTM：数字地形模型 5、DRG：数字栅格地图
1、数字线划图（DLG）：（Digital Line Graphic）： 是与现有线划基本一 致的各地图要素的矢量 数据集，且保 存各要素间的空间关系和相关的属性信 息 .是在现有地形图上基础地理要素分 层存储的矢量数据集。
1. 手工方式 2. 手扶跟踪化数字方式 3. 扫描方式
4. 影像处理和信息提取方式
5. 数据通讯方式
联网方式下，信息系统内 部各子系统之间以及与其 它信息系统之间实现信息 交流和信息共享的主要方 式。
第三节 空间数据的编辑与处理
一、误差的检查与编辑 二、图像校正 三、数据格式的转换 四、地图投影转换 五、图像解译 六、图幅拼接
第二节 空间数据采集
一、属性数据采集 二、图形数据采集
一、属性数据采集
1. 编码的目的 2. 编码的原则 3. 编码的内容 4. 编码的方法
将各种属性数据变为计算 机可以接受的数字或字符 形式，便于GIS存贮和管 理。
5.属性数据的采集方法
一、属性数据采集
1. 编码的目的 2. 编码的原则 3. 编码的内容 4. 编码的方法 5.属性数据的采集方法
P′(x′，y′)
x
P（x，y）
θ
0
x = x′ =x• cos θ -y •sin θ
y = y′ =x•sinθ+y • cos θ
x
比例变换（图形缩放）
通过对其P（x，y）坐标分别乘以各 自的比例因子S x和S y来改变它们到坐 标原点的距离。
x′=x· Sx y′=y· Sy
平移、比例变换
重点：空间数据质量的概念，数据质量评价
第五章 空间数据采集与处理
第一节 数据源种类
第二节
第三节 第四节
空间数据采集
空间数据的编辑与处理 空间数据质量及其精度分析
第一节 数据源种类
一、数据来源 二、数据的种类 三、“5D”概念
第一节 数据源种类
一、数据来源
• 数据来源可以大致分为原始数据或处理 加工后的数据，又可将数据源分为非电 子数据和电子数据两类。
栅格数 据结构 中不同 编码之 间的转 换 矢量数 据结构 中不同 编码之 间的转 换
数据结 构之间 的转换
不同数据结构 之间的转换
主要是栅格和 矢量二者之间
四、地图投影转换
当系统使用的数据来自不同地图投影的图幅 时，需要将一种投影的数字化数据转换为所需 要投影的坐标数据。
正解变换
地图投影变换
反解变换
பைடு நூலகம்
b、制定对象分类、分级原则 和指标； c、拟定分类代码系统； d、设定代码及其格式； e、建立代码和编码对象的对 照表。
5.属性数据的采集方法
一、属性数据采集
1. 编码的目的 2. 编码的原则 3. 编码的内容 4. 编码的方法
a、键盘直接输入；
b、通过编码输入；
5.属性数据的采集方法
二、图形数据采集
二、图像校正
3、地形图的校正： 1）、基本坐标变换 2）、四点校正法； 3）、逐网格校正法；
• 3、地形图校正——1）、基本坐标变换
X 方向
Y 方向