第二章：土地信息的技术基础及数据结构

●过本幅图件中心点的子午线方向。
●磁力线指北向。
§2、空间实体及其描述
一、地理实体（空间实体）---GIS处理对象 1、定义：
指自然界现象和社会经济事件中不能再分割的单元， 它是一个具有概括性，复杂性，相对意义的概念。
2、理解：
地理实体类别及实体内容的确定是从具体需要出发 的，例如，在全国地图上由于比例尺很小，武汉就是一个 点，这个点不能再分割，可以把武汉定为一个空间实体， 而在大比例尺的武汉市地图上，武汉的许多房屋，街道都 要表达出来，所以武汉必须再分割，不能作为一个空间实 体，应将房屋，街道等作为研究的地理实体，由此可见， GIS中的空间实体是一个概括，复杂，相对的概念。
1）点状实体 点或节点、点状实体。点：有特定位臵，维数为0的物体。
A、实体点：用来代表一个实体。
B、注记点：用于定位注记。 C、内点：用于负载多边形的属性， 存在于多边形内。
D、角点、节点Vertex： 表示线段和弧段上的连接点。
2）线状实体
具有相同属性的点的轨迹，线或折线，由一系列的有序坐标表示， 并有如下特性： A、实体长度： 从起点到终点的总长 B、弯曲度： 用于表示像道路拐弯时弯曲的程度。
地图投影是对不可展面进行的二次投影 ，不可避免地带来 误差，误差分为：
●面积误差，这里面积是指一个地物在地球模型上的表面积。
●方位误差，这是指地图上两点的矢量方向与实际的方向之
差。 ●两点距离误差。 ——关于地图投影的几点结论： ●实现等角、等面积、等距离同时做到的投影不存在。
●投影方式有多种多样，一个国家或地区依据自己所处在的 经纬度、幅员大小以及图件用途选择投影方式。
——地图投影基本类型 ●从投影面类型划分为：圆锥、圆柱、平面（方位投影）
●从投影面与地球位臵关系划分为：正轴、横轴、斜轴
切、割
正轴切圆锥投影
正轴割圆锥投影
横轴切圆锥投影
横轴切圆锥投影
斜轴切圆锥投影
正轴切圆柱投影
正轴割圆柱投影
斜轴切圆柱投影
横轴切圆柱投影
横方位投影
正方位投影
斜方位投影
——地图投影引发的误差
S
P’
● 在特殊情况下投影中心S点允许在无穷远处c’ C
E
2.中心投影
摄影照相机就是中心投影。 ——中心投影有两个问题：
●地面起伏引起投影误差； ●投影面P与地面E不平行，
——投影面是平面、投影中心S在有限远处的投影称作中心投影。
也引起投影误差。
——正射投影
● 定义：投影面平行于地面、投影线垂直于地面（S于无穷远
如岛屿的海岸线封闭所围成的区域。 E、重叠性与非重叠性： 如学校的分区，菜市场的服务范围 等都有可能出现交叉重叠现象，而 一个城市的各个城区一般说来不会 出现重叠。
4）体、立体状实体 立体状实体用于描述三维空间中的现象与物体，它具 有长度、宽度及高度等属性，立体状实体一般具有以下一 些空间特征： · 体积，如工程开控和填充的土方量。
二、投影（Projection）
1 ．定义
空间任意点A与一固定点S的连线AS（包括其延长线） 被某面P所截，直线AS与该截面P的交点a叫做空间点A在 截面P上的投影。截面P称作投影面，交点a称作投影点， 直线AS称作投影线，S点称作投影中心。
a b c 说明： ● ● 投影面P不一定是平面 点A与投影面P不必须是在S的两侧 B A P
2、地理空间坐标系的建立 建立地理空间坐标系的目的就是为了确定地面点的位臵。 1）地理坐标 即用经纬度来表达地面点位臵的方法。 经度：过地面任一点的子午面与首子午面的夹角。 用λ表示。 纬度：过地面任一点的法线与赤道面的夹角。用φ 表示。 2）平面直角坐标 用投影的方法建立地球表面与平面上点的函数关系。 如果不考虑地形的起伏，则λ、φ、 a、b与平面坐 标(x,y)的转换关系为： x=acos φcos λ y=bcos φsin λ
再将1：5万图件分为2╳2幅，即按纬差5´，经差7´30´´分幅， 形成1：2.5万图件。
再 将 1 ： 2.5 万 图 件 分 为 2╳2 幅 ， 即 按 纬 差 2´30´´ ， 经 差 3´45´´分幅，形成1：1万图件。 注意1：1万标准纸介图件尺寸与1：2.5万、1：5万、1：10万 图件是不相等的。 1：1万以下更大比例尺的地形图还有1：5千、1：2千、1：1 千、1：500，分法类同。 3）地形图分幅结果分析 ●地形图标准分幅是按固定的纬差与经差并从赤道与东经 180°逐次铺开分幅的。 ●地形图图廓线是经线与纬线构成，高斯-克吕格投影下图廓 线不构成规则矩形。
识别码（名称） 实体的角色、功 能、行为、实体 的衍生信息
属性特征—名称、 等级、类别等 属性数据—各种 属性特征和时间 时间特征
RDBMS属性表---采用MIS较成熟
时间
测量方法、编码 方法、空间参考 系等
元数据
空间元数据
同物理、化学等学科使用的数据类型相比，空间数据是一种较复杂的数据类型，涉 及到空间特征、属性特征及它们之间关系的描述
3）地理经纬度与X、Y坐标变换。 正解变换： x=fx(L,B) y=fy(L,B) 反解变换： L=FL(x,y)
B=FB(x,y)
4）公里网（又称方里网） 在投影面上从坐标系原点开始，一公里见方设臵网格，由此设 臵可见： ●公里网格线总是平行或垂直于中央子午线或赤道，但通常 并不平行于图廓。 ●公里网格线实际地面对应区域并不是方形，有误差，不过 较小。 ●公里网设臵依赖于投影6°或3°条带。 ●公里网格用作坐标校正。 5）图件“三北” ●中央子午线（X轴）指北向。
●在相同比例尺条件下，不同纬度带的地形图面积不等。
3．地形图坐标系位臵有关问题
1）坐标系设臵原则
按高斯-克吕格投影下的6°带（1：50万—1：2.5万比例尺） 或3° 带（1：1万以下比例尺）的中央子午线为x轴，北向为正向， 赤道为y轴，东向为正向构成直角坐标系。 2）坐标系技术处理
将X轴向西移动500公里，以保证每个条带内Y坐标值都为正
经线呈辐射状，为纵向直线 纬线近似于弧形，与经线正交
一幅图可覆盖大片中纬度地区，可整幅覆盖我国境内领土
2．地形图分幅
1）地形图分幅原则
地形图分幅是按国际统一标准进行编号，其原则是能够无遗 漏而又不重复地有规律覆盖除南北极以外地球每个地区。
为此只有按精度与纬度来“切割”地表，分别投影成图。
2）分幅方法 以1：100万作为基础分幅，纵向从赤道起向南北极扩散，每纬 差4° 为1行，扩散22行，横向从东经180° 逆时针每6° 经差为1列， 横排60列覆盖全球绝大部分地区（除南北极88°— 90°以外） 将每幅1：100万图件分为2╳2幅，即按纬差2°经差3°分幅，形 成1：50万图件。 再将1：50万图件分为2╳2幅，即按纬差1° 经差1.5°(1°30´) 分幅，形成1：25万图件。 再将1：25万图件分为3╳3幅，即按纬差20´，经差30´分幅， 形成1：10万图件。 注意此时标准纸介图件尺寸与1：50万、1：100万图件是不相 等的。 再将1：10万图件分为2╳2幅，即按纬差10´，经差15´分幅， 形成1：5万图件。
●高斯—克吕格投影特点：
中央子午线为垂直直线，在该线上投影无误差，其余经线投影 皆为曲线，左右呈对称。
赤道为水平直线，其余纬线投影皆为曲线，上下对称。
偏离中央子午线越远，投影误差越大，距离误差、面积误差是 正误差，随纬度的升高在相同偏离中央子午线经差情况下误差呈减 小的趋势。距离最大误差达+0.14%，面积最大达+0.27%。
一、图形表示 二、获取方式 三、数据组织 四、编码
§3、矢量数据结构 一、图形表示 §4、栅格数据结构 二、数据组织 三、栅格结构的建立 四、栅格数据编码 五、四叉树编码 一、概述 二、八叉树结构
一、矢栅比较 二、矢栅一体化概念 三、三个约定和细分格网法 四、一体化结构设计
§5、矢栅一体化数据结构
§6、三维数据结构
2、空间数据基本特征
3、空间数据类型
1）依据数据 来源的不同 分为：
2）依据表示对象的不同分为：
地图数据
地形数据 属性数据 元数据 影象数据
三、实体的空间特征
在地图上实体维数的表示可以改变 点---面 河）---面（双线河），通过地图综合。 1、空间维数： 有0，1，2，3 维之分，点、线、面、体。 2、空间特征类型 1）点状实体 2）线状实体 3）面状实体 4）体状实体 线（单线
2）正轴割圆锥投影 ●适用于1：100万（包括1：100万）以上地形图
正轴割圆锥投影示意图
●误差情况： 圆锥与地球相交处为北纬25° 与北纬47° ，距离误差随 地点纬度不同而不同，在成图范围内北部最大达+4%，南部达 3%，中部为-1.8%，面积变形相对误差相比距离相对误差要大 一倍。
●正轴割圆锥投影特点
C、方向性：
如：水流方向，上游—下游，公路， 单、双向之分。 线状实体包括：
线段，边界、链、弧段、网络等。
3）面状实体（多边形）
是对湖泊、岛屿、地块等一类现象的描述。
在数据库中由一封闭曲线加内点来表示。
面状实体的如下特征：
A、面积范围 B、周长
C、独立性或与其它地物相邻 如中国及其周边国家
D、内岛屿或锯齿状外形：
二、地理实体的描述 1、空间数据
1、描述的内容
以什么形式存储和处理 反映了实体的三个特征
2、基本特征
3、数据类型
几何数据（空间 数据、图形数据） 关系数据—实体 间的邻接、关联 包含等相互关系
4、数据结构
矢量、栅格、 TIN（专用于地 表或特殊造间特征：地理 位置和空间关系
●在比例尺1：10万以下大比例尺图件中，各种投影带来的 误差可以忽略。
三、地形图（Topographic Map）