地理信息系统中的数据共35页
地理信息系统的数据结构
地理信息系统的数据结构在当今数字化的时代，地理信息系统（GIS）已经成为了处理和分析地理空间数据的重要工具。
而地理信息系统能够高效运行和发挥作用，离不开其背后强大的数据结构支持。
首先，我们来了解一下什么是地理信息系统的数据结构。
简单来说，数据结构就是数据的组织方式，它决定了数据如何存储、管理和访问。
对于地理信息系统而言，由于其处理的数据具有空间特性，比如位置、形状、大小等，因此数据结构的设计就显得尤为关键。
在地理信息系统中，常见的数据结构有矢量数据结构和栅格数据结构。
矢量数据结构就像是在纸上用线条勾勒出地理对象的轮廓。
它通过点、线、面等几何元素来精确地表示地理实体的位置和形状。
比如，一条河流可以用一系列的点连接成线来表示，一个湖泊可以用一个封闭的多边形来表示。
这种数据结构的优点是精度高、数据量小，并且能够方便地进行几何操作和拓扑分析。
比如，我们可以很容易地计算两个多边形的交集、并集等。
栅格数据结构则像是把地理空间划分成一个个均匀的小格子，然后给每个格子赋予一个值来表示相应的地理信息。
比如，在表示土地利用类型时，每个格子可以表示为森林、农田、城市等。
栅格数据结构的优点是处理简单、易于与遥感影像等数据结合，但其精度相对较低，数据量较大。
除了这两种主要的数据结构，还有一种叫做拓扑数据结构。
拓扑关系是指地理对象之间的空间关系，比如相邻、包含、连接等。
通过建立拓扑数据结构，可以更有效地进行空间查询和分析，比如判断一个点是否在一个多边形内，查找相邻的多边形等。
在实际应用中，选择合适的数据结构取决于具体的需求和数据特点。
如果需要高精度的地理数据表示和复杂的几何分析，矢量数据结构可能更合适；如果需要快速处理大面积的地理数据，并且对精度要求不是特别高，栅格数据结构可能更有优势。
另外，还有一种叫做不规则三角网（TIN）的数据结构。
它是通过将一系列不规则分布的点连接成三角形来逼近地理表面。
TIN 数据结构能够很好地表示地形等连续变化的地理现象，并且在计算坡度、坡向等方面具有优势。
第五讲GIS数据管理
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遥感图象的空间分辩率
名义分辩率=图象某行对应于地面的实际距离/ 该行的象元素
雷达是一种自身发射电磁能又回收这种能量的 主动式系统，它又分为真实孔径雷达和合成孔 径雷达。
雷达图象有两种分辩率：一种是由其发送信号 脉冲持续的时间和信号传播方向与地面的夹角 决定的，称为距离分辩率。另一种分辩率是由 雷达波束的宽度和地物离飞行底线的距离决定 的，而波束宽度又与雷达波长成正比，与天线 的长度成反比，这种分辩率被称为方位分辩率。
（CCD单元将光信号转换为模拟电信号）
模数转换器
（A/D转换器将模拟电信号变为数字电信号） 64
扫描仪的主要性能指标
光学分辨率 最大分辨率 辐射分辨率（色彩位数） 扫描幅面 接口方式
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光学分辨率
是指扫描仪的光学系统可以采集的实 际信息量，也就是扫描仪的感光元 件——CCD的分辨率。
第五讲 地理信息系统的数据
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地理信息系统的数据
地理信息系统的一个重要部分就是数据。 数据类型:在开发一个特定的GIS时，要根据应
用需求确定对各类数据的要求。 数据获取:随着GIS产业化的深入发展，越来越
多的数据资料被不同数据生产部门数字化 数据质量:数据质量是指数据适用于不同应用的
能力。
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图上，所以地图上要用符号。符号又分为两类：抽象符号或象形 符号。 地图综合分为两部分；图形综合和制图内容综合。 1）图形综合 对点状、线状、面状符号的综合需要不同的方法。 2）内容综合 内容综合有两个方面：取舍和分类。
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TIGER文件
建立TIGER系统原是为了达到以下目的： 1）建立并维护一个覆盖美国所有领土的数字地理数据
第二章 地理信息系统的数据结构ppt课件
第一节 地理空间及其表达 介绍地理空间概念和空间实体的表达 第二节 地理空间数据及其特征 包括GIS的空间数据，空间数据的基本特征，空间数据的拓扑关系 第三节 空间数据结构的类型 矢量数据结构，栅格数据结构，矢量与栅格一体化数据结构，矢量与栅格数 据结构的比较 第四节 空间数据结构的建立 空间数据的建立过程及方法
任何地理实体都可以抽象为点、线、面、体等基本类型，以表示 它的位置、形状、大小、高低等特征。
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第一节 地理空间及其表达
以地图为例，来了解空间实体的抽象及表达 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
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的500个地震位置
第一节 地理空间及其表达
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
c2
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国际主要椭球参数
椭球名称
德兰勃(Delambre) 埃弗瑞斯(Everest)
贝赛尔(Bessel) 克拉克(Clarke) 克拉克(Clarke)
海福特 (Hayford) 克拉索夫斯基 (Krasovski)
1967年大地坐标系
1975年大地坐标系
1980年大地坐标系
年代 1800 1830 1841 1866 1880 1910
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地理空间（Geo-spatial）一般分为： 绝对空间： 是具有属性描述的空间位置的集合，它由一系列不同位 置的空间坐标组成； 相对空间： 是具有空间属性特征的实体集合，它是由不同实体之间 的空间关系构成。
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第一节 地理空间及其表达
1、 地球空间模型 为了研究地理现象，有必要建立地球表面的几何模型。根
地理信息系统数据结构PPT课件
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个地震位置
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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
中国土地利用分布图
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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
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高斯—克吕格投影（Gauss-Kruger Projection） ---投影分带
高斯投影在我国系列比例尺地形图中的应用
我国1:1万至1:50万的地形图全部采用高斯－克吕格 投影。 1:2.5万至1:50万的地形图，采用6°分带方案，全球 共分为60个投影带；我国位于东经72°到136°间，共 含11个投影带； 1:1万比例尺图采用3°分带方案。
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一、地球空间参考
• 地理空间坐标系统分类 • 球面坐标系统（地理坐标系） • 平面坐标系统（投影坐标系统）
投影
地理坐标系：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
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建立在平面上的直角坐标系 统，用（x，y）表达地理对
象位置
二、 空间数据投影
• 第二章 第一节 地理空间数学基础 地理信息系统数据结构
• 一、地球空间参考 • 二、空间数据投影 • 三、空间坐标转换 • 四、空间尺度 • 五、地理格网 • 第二节 地理空间与空间数据表达 • 第三节 栅格数据结构 • 第四节 矢量数据结构
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第一节 地理空间数学基础 地理空间的数学基础是GIS空间位置数据定位、量算、转换和参与空间分析的基准。
地理信息系统数据结构
数据融合
01
将不同来源、不同格式的地理数据进行融合，形成统一的数 据集。
02
数据融合可以提高数据的完整性和准确性，便于分析和应用。
03
数据融合的方法包括数据清洗、坐标转换、格式转换等。
05 地理信息系统数据质量
数据精度
空间精度
地理信息系统数据的空间精度是指数据所表示的地理要素的位置准确性，通常 用地图比例尺来表示。比例尺越大，表示的地理要素位置越详细，精度越高。
自然资源管理
GIS可用于自然资源管理，如森 林资源监测、水资源管理、野 生动物保护等。
灾害应急响应
GIS能够快速获取和处理灾害相 关信息，为灾害应急响应提供 决策支持。
商业与市场分析
GIS在商业和市场分析中也有广 泛应用，如市场区域划分、物 流路线规划等。
02 地理信息系统数据类型
矢量数据
定义
矢量数据是地理信息系统中的一种重要数据类型，它由一系列离散 的点、线、面组成，表示地理实体的空间位置和相互关系。
GIS通过地图、图表、表格等多种形式展示地理信息，帮助用户更好地理解空间 关系和动态变化。
地理信息系统的组成
数据输入与处理
数据存储与管理
地理信息系统需要将各种来源的数据进行 整合、清洗和转换，以便进行后续的分析 和可视化。
GIS需要一个高效的数据存储和管理系统， 以便存储大量的空间数据和属性数据，并 提供快速的数据检索和更新功能。
特点
矢量数据具有数据精度高、信息丰富、易于编辑和更新等优点，能 够精确地表示复杂的地理要素和空间关系。
应用场景
矢量数据广泛应用于地图制作、土地规划、资源管理、城市设计等领 域。
栅格数据
定义
栅格数据是一种以网格单元为基 本单位表示地理信息的数据类型，
GIS地理信息系统资料全
地理信息：表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特征、联系和规律的数字、文字、图像和图形等的总称。
具有区域性、多为结构特性和动态变化的特性。
地理数据：各种地理特征和现象间关系的符号化表示，包括空间位置，属性特征及时态。
地理信息的特性：区域性、多维结构特性、动态变化特性。
地理信息系统的概念：1、一门学科，是描述、存储、分析和输出空间信息的理论和方法的一门新兴的交叉学科。
2、一个技术系统，一地理空间数据库为基础，采用地理模型分析方法，适时提供多种空间的和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。
GIS的特征：1、具有采集、管理、分析和输出多种地理信息的能力，具有空间性和动态性。
2、由计算机系统支持进行空间地理数据管理，并由计算机程序模拟常规的专门的地理分析法，作用于空间数据，产生有用的信息，完成人类难以完成的任务。
3、能够快速，精确，综合的对复杂的地理信息系统进行空间定位和过程动态分析。
GIS的类型：1.根据研究围：全球性信息系统和区域性信息系统。
2、根据研究围：专题信息系统和综合信息系统。
3、根据使用的数据类型：矢量信息系统、栅格信息系统和混合信息系统。
GIS工具或GIS外壳：是一组具有图形图像数字化，存储管理、查询检索、分析运算和多种输出等，地理信息系统基本功能的软件包。
GIS的基本组成：系统硬件、系统软件、空间数据、应用人员和应用模型。
GIS的基本功能：数据采集、数据存储、查询、分析、显示、输出。
GIS应用的四个层次：事物处理系统、管理信息系统、决策支持系统、专家系统GIS与地理学的关系：1、地理学的理论学习方法为GIS提供了有缘空间分析的理论与方法，成为地理信息系统的理论依据。
2、GIS的发展为地理问题的解决提供了全新的技术手段，并使地理学研究的数学得到充分发挥。
GIS与地图学的关系：1、从历史看，GIS是脱胎于地图，并成为地图信息的又一种新的载体模式。
它具有分析、存储、显示和传输功能。
地理信息系统的数据结构(精)
地理信息系统的空间数据结构
内部数据结构基本上可分为两大类：即矢量结构和栅格结构。两类结构 都可用来描述地理实体的点、线、面三种基本类型
矢量数据结构
栅格数据结构
• 实际应用中，每个网格通常会有不同的几种属性值，由于只能取一种，这就有不 同的取值方法。
（1）中心点法。即用处于栅格中心点的地物类或现象特性决定栅格的值。有时也称为网格交点归属法。 （2）面积占优法，就是以占栅格最大的地物类或现象特征决定栅格单元的值。 （3）长度最占优法。当覆盖的网格过中心部位时，横线占据该格中的大部分长度的属性值定为栅格单元的值。 （4）重要性法。根据栅格内不同地物的重要性，选取最重要的地物类型决定相应的栅格单元的值。如重要性
CELL树
• R树和R+在插入、删除和空间 搜索效率两方面难于兼顾
• 在空间划分时不再采用矩形作 为划分的基本单位，而是采用 凸多边形来作为划分的基本单 位，具体划分方法与BSP树有 类似之处，子空间不再相互覆 盖。CELL树的磁盘访问次数比 R树和R+树少，由于磁盘访问 次数是影响空间索引性能的关 键指标，故CELL树是比较优秀 的空间索引方法
地质图系列 土地利用图系列
植被图系列 土地能力图系列 自然资源图系列
常用的地图投影
比例尺
1 ：2.5万 1 ：5万 1 ：12.5万 1 ：25万 1 ：50万 1 ：100万
1 ：5万 1 ：25万 1 ：50万 1 ：100万
1 ：5万 1 ：12.5万 1 ：25万 1 ：50万
1 ：12.5万 1 ：25万 1 ：50万
2． 中央子午线投影后长度不变。赤道投影后其长 度距中央子午线愈远变形愈大；
3． 中央子午线东西两侧的点﹑线的投影以中央子 午线为对称轴而对称。直线的投影也是距中央子 午线愈远而长度变形愈大；
第四章 地理信息系统数据采集与处理ppt
上式是一个正交变换，其更一般的形式为：
(X',Y')a c d bY XT Tx y
上式为二维的仿射变换。
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二、数据格式转换
（一）数据格式转换的原因
▪ 利用数字化仪、扫描仪等方法输入的数据往 往先存入临时数据文件，经过适当转换后才 进入正式的数据库中。
▪ 从外部数据文件获得的数据在数据结构、数 据组织、数据表达上和用户自己的信息系统 往往不一致，需要进行转换。
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（二）空间数据转换的内容
▪ 空间定位信息，即实体的坐标； ▪ 空间拓扑关系； ▪ 属性信息。
一般情况下，空间定位信息能够完整地进行转 换；拓扑关系在转换过程中经常丢失，若数据模型 基本一致，拓扑关系信息在转换过程中丢失后，可 以在数据转换后的系统中进行重构而得以恢复；属 性数据在大部分GIS软件中都能够进行转换。
▪ 变换公式为：
X ' X Tx Y ' Y Ty
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（二）缩放
▪ 缩放操作可以用于输出大小不同的图形。 ▪ 变换公式为： X ' XS x
Y ' YS y
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（三）旋转
▪ 设顺时针旋转角度为θ，则变换公式为：
X' XcosYsin Y' XsinYcos
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▪ 综合考虑图形的平移、旋转、缩放，则坐标 变换公式为：
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方法特点
▪ 各个GIS系统不必公开内部数据格式，只需公开 转换技术；
▪ 制定转换标准的难度非常大； ▪ 在一定程度上克服了空间数据的外部数据交换
模式缺乏对空间对象统一的描述方法的缺点。