第2章地理空间现象的计算机表达.
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2GIS数据结构
• 块式编码的数据结构由初始位置（行列 号）、半径和属性代码组成。
如（1，2，2，4） 表示1行2列，半 径为2，属性为4。 从上表可知，图 3-13栅格数据可 用22个1单位方 块，6个4单位方 块及2个9单位方 块来描述。
5.四叉树编码
• 四叉树分割的基本思想:首先把一幅栅格地 图(2nx2n,n>1)等分成4等分，逐块检查其 栅格值，若每个子区中所有栅格都含有相 同值，则该子区不再往下分割，否则，将 该区域再分割成4个子区域，如此递归地 分割，直到每个子块都含有相同的灰度或 属性值为止。这样的数据组织称为自上往 下四叉树。四叉树也可自下而上的建立。 这时，从底层开始对每个数据的值进行检 测，对具有相同灰度或属性的四等分的子 区进行合并，如此递归向上合并。
3 ¡ ¡
表2：线段－多边形关系表
线段 左区码 右区码
1 (1)
(2)
2 (1)
(3)
……
…
1 (2)
7 9(4) 8
2 (3) (1)
5 4
6 (5)
3
表3：线段－结点关系表
线段 首结点 尾结点
①
1
③
①
1
2
①
②
……
…
⑤7
2
表4：多边形－线段关系表
多边形 线段
(1) 1,2,3
③
(2) 1,4,7,9
2、地图上各要素的表示
1）空间特征的表示
地理要素的空 间分布特点
点状 线状 面状
点状符号 地图符 线状符号 号分类 面状符号
2）属性特征的表示
地图符号不仅通过其定位性反映地理要 素的空间特性，而且通过符号的形状、结 构、颜色、尺寸来表示各要素的不同属性。
如（1，2，2，4） 表示1行2列，半 径为2，属性为4。 从上表可知，图 3-13栅格数据可 用22个1单位方 块，6个4单位方 块及2个9单位方 块来描述。
5.四叉树编码
• 四叉树分割的基本思想:首先把一幅栅格地 图(2nx2n,n>1)等分成4等分，逐块检查其 栅格值，若每个子区中所有栅格都含有相 同值，则该子区不再往下分割，否则，将 该区域再分割成4个子区域，如此递归地 分割，直到每个子块都含有相同的灰度或 属性值为止。这样的数据组织称为自上往 下四叉树。四叉树也可自下而上的建立。 这时，从底层开始对每个数据的值进行检 测，对具有相同灰度或属性的四等分的子 区进行合并，如此递归向上合并。
3 ¡ ¡
表2：线段－多边形关系表
线段 左区码 右区码
1 (1)
(2)
2 (1)
(3)
……
…
1 (2)
7 9(4) 8
2 (3) (1)
5 4
6 (5)
3
表3：线段－结点关系表
线段 首结点 尾结点
①
1
③
①
1
2
①
②
……
…
⑤7
2
表4：多边形－线段关系表
多边形 线段
(1) 1,2,3
③
(2) 1,4,7,9
2、地图上各要素的表示
1）空间特征的表示
地理要素的空 间分布特点
点状 线状 面状
点状符号 地图符 线状符号 号分类 面状符号
2）属性特征的表示
地图符号不仅通过其定位性反映地理要 素的空间特性，而且通过符号的形状、结 构、颜色、尺寸来表示各要素的不同属性。
地理空间现象的计算机表达
属性特征
描述空间对象的特性，即是什么， 如实体特征的名称，等级和数量等。
空间对象的拓扑空间关系
拓扑的概念： 明确定义空间结构关系的一种数学方法。
拓扑元素： 点：孤立点、线的端点、面的首尾点、链的连接点 线：两结点之间的有序弧段，包括链、弧段和线段 面：若干弧段组成的多边形
拓扑关系： 邻接：相同拓扑元素之间的关系 关联：不同拓扑元素之间的关系 包含：不同级的元素之间的关系
椅子的属性——一系 列矢量——连接关系
47
一、矢量数据结构
概念： 矢量结构是通过记录坐标的方式来表示点、线、面等地理
实体。 特点：
定位明显、属性隐含 能最好地逼近地理实体的空间分布特征 数据精度高 数据存储冗余度低 便于进行地理实体的网络分析 对多层空间数据的叠合分析比较困难 获取方法： 手工数字化法； 手扶跟踪数字化法； 数据结构转换法。
右多 边形
P1 P2 P3 P2
е1
P1
N2
е5
P2
N1
P3
е6
N5
е3
N4
е4
P4 е7
е2
N3
坐
左多
标
边形
串
P0
s1
P0
s2
P0
s3
P3
s4
多边 形名
P0 P1 P2 P3
指 顺时针第一弧段
e1 e2 e3
针 逆时针第一弧段
e5 e4
属性
t0 t1 t2 t3
多边形集合
е1
P1
N2
е5
P2
N1
空间数据库技术
李瑞改
回顾：
GIS接口 数据模型
描述空间对象的特性，即是什么， 如实体特征的名称，等级和数量等。
空间对象的拓扑空间关系
拓扑的概念： 明确定义空间结构关系的一种数学方法。
拓扑元素： 点：孤立点、线的端点、面的首尾点、链的连接点 线：两结点之间的有序弧段，包括链、弧段和线段 面：若干弧段组成的多边形
拓扑关系： 邻接：相同拓扑元素之间的关系 关联：不同拓扑元素之间的关系 包含：不同级的元素之间的关系
椅子的属性——一系 列矢量——连接关系
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一、矢量数据结构
概念： 矢量结构是通过记录坐标的方式来表示点、线、面等地理
实体。 特点：
定位明显、属性隐含 能最好地逼近地理实体的空间分布特征 数据精度高 数据存储冗余度低 便于进行地理实体的网络分析 对多层空间数据的叠合分析比较困难 获取方法： 手工数字化法； 手扶跟踪数字化法； 数据结构转换法。
右多 边形
P1 P2 P3 P2
е1
P1
N2
е5
P2
N1
P3
е6
N5
е3
N4
е4
P4 е7
е2
N3
坐
左多
标
边形
串
P0
s1
P0
s2
P0
s3
P3
s4
多边 形名
P0 P1 P2 P3
指 顺时针第一弧段
e1 e2 e3
针 逆时针第一弧段
e5 e4
属性
t0 t1 t2 t3
多边形集合
е1
P1
N2
е5
P2
N1
空间数据库技术
李瑞改
回顾：
GIS接口 数据模型
第2讲-空间数据组织与计算机表达
1、数值计算领域的地理空间数据组织
地理信息科学的数据建模，主要是对非数值计算领域而言的。事 实上，同一般数据一样，地理空间数据的组织和处理，在数值计算 和非数值计算领域中也有明显不同。在地球科学中的一些领域，人 们抽象出用方程表达的数学模型，设计解方程的计算机算法，编出 程序，求得结果，从而得知物理量怎样因空间位置而异，怎样随时 间而变化：
3维矢量：指三维空间中的实体，也就是由一组或多组闭合曲面所 包围的空间对象。
2、空间关系
空间关系是指地理空间实体对象之间的空间相互作用关系。空间关 系通常分为三大类：拓扑空间关系、顺序空间关系和度量空间关系
（1）拓扑空间关系 (Topological spatial relations)：用来描述空 间实体之间的相邻、包含和相交等空间关系 拓扑空间关系在地理信息系统和空间数据库的研究与应用中具有十 分重要的意义。拓扑空间关系的形式化描述是建立在点集拓扑理论 基础上的。这里我们详细介绍各种空间目标的拓扑空间关系，包括 面-面、面-点、面-线、线-线、线-点、点-点等多种形式上的空间关 系，而每一种形式的空间关系又包含更多的子形式。
●弧段方向性：
基于结点一弧段一多边形(node-arc-polgyon)的拓扑分析，描述了 空间实体之间的连接性和邻接性。但是，它对于两种不同的空间配 置仍有可能给出相同的拓扑关系描述，组合图理论解决了这一空间 配置的二意性组织问题。
为解决组合图问题，定义由结点和弧段形成的组合图边界网络遵守 如下规则：弧段具有方向性，若沿着弧段运动时，由弧段组成的多 边形对象总是位于弧段的右边，弧段的这一运动方向就是弧段的正 方向；当弧段运动至某个结点时，以结点为轴按反时针方向旋转， 选取尚未走过的弧段正方向离开结点的几个弧段中的第一个弧段； 由上规则跟踪完所有弧段为止。
地理空间的表达数据模型
第 3 章 空间数据模型
10
3.1.3 空间数据
1）空间数据的基本特征
第 3 章 空间数据模型 空间数据的基本特性（ Jack Dangermond，1984）
11
3.1.3 空间数据
2）空间数据的类型
（1）几何图形数据 （2）遥感影像
（3）地形数据
（4）属性数据
（5）元数据
第 3 章 空间数据模型
如何表达一个点，有两种方法： 矢量表示法：采用没有大小的点来表达基本点元素； 栅格表示法：采用有固定大小的点（像元）来表达基本点元素。
道 路
湖泊
河 流
居民地
第 3 章 空间数据模型
8
3.1.3 空间数据
GIS空间数据代表着现实世界（Geospace）的空间实体在信息世界中 的映射，它反映的特征包含空间实体向我们传递的基本信息。
香港城市道路网分布
面(polygon)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 • 一般分为连续面和不连续面
数据描述方式：(x1,y1) (x2,y2) (x3,y3) (x4,y4)… (x1,y1)
中国土地利用分布图（不连续面）
3.2.2 网络模型
网络（Network）是由欧式空间R2中的 若干点及它们之间相互连接的线段构成， 如：道路网、水系网、管网等。 网络由一系列节点（Node）和弧段 （Arc）所组成，在本质上，网络模型 可看作是对象模型的一个特例，由点对 象和线对象之间的拓扑关系构成，它更 侧重于对象间的连通性。 水系网
规则分布的点
不规则分布的点
规则矩形区
不规则多边形区
第 3 章 空间数据模型 不规则三角形区
等值线
10
3.1.3 空间数据
1）空间数据的基本特征
第 3 章 空间数据模型 空间数据的基本特性（ Jack Dangermond，1984）
11
3.1.3 空间数据
2）空间数据的类型
（1）几何图形数据 （2）遥感影像
（3）地形数据
（4）属性数据
（5）元数据
第 3 章 空间数据模型
如何表达一个点，有两种方法： 矢量表示法：采用没有大小的点来表达基本点元素； 栅格表示法：采用有固定大小的点（像元）来表达基本点元素。
道 路
湖泊
河 流
居民地
第 3 章 空间数据模型
8
3.1.3 空间数据
GIS空间数据代表着现实世界（Geospace）的空间实体在信息世界中 的映射，它反映的特征包含空间实体向我们传递的基本信息。
香港城市道路网分布
面(polygon)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 • 一般分为连续面和不连续面
数据描述方式：(x1,y1) (x2,y2) (x3,y3) (x4,y4)… (x1,y1)
中国土地利用分布图（不连续面）
3.2.2 网络模型
网络（Network）是由欧式空间R2中的 若干点及它们之间相互连接的线段构成， 如：道路网、水系网、管网等。 网络由一系列节点（Node）和弧段 （Arc）所组成，在本质上，网络模型 可看作是对象模型的一个特例，由点对 象和线对象之间的拓扑关系构成，它更 侧重于对象间的连通性。 水系网
规则分布的点
不规则分布的点
规则矩形区
不规则多边形区
第 3 章 空间数据模型 不规则三角形区
等值线
第二章 GIS空间数据结构1
二、矢量数据的特点
三、矢量数据结构的类型
1、简单数据结构 空间数据按照以基本的空间对象(点、线或多边形)为单元 进行单独组织，不含有拓扑关系数据，最典型的是面条 (Spaghetti)结构。
主要特点：
(1)数据按点、线或多边形为单元进行组织，数 据编排直观，数字化操作简单。 (2)每个多边形都以闭合线段存储，多边形的公 共边界被数字化两次和存储两次，造成数据 冗余和不一致。 (3)点、线和多边形有各自的坐标数据，但没有 拓扑数据，互相之间不关联。 (4)岛只作为一个单个图形，没有与外界多边形 的联系。
4、坐标系转换
x＝f1（L，B） y＝f2（L，B）
5、高程
指空间参考的高于或低于某基准平面的 垂直位置，主要用来提供地形信息。我国现 规定的高程基准面为“1985国家高程基准”， 比原“黄海平均海平面”高29mm。我国高程 的起算面是黄海平均海水面。1956年在青岛 设立了水准原点，称此为1956年黄海高程系。 1987年国家测绘局公布：中国的高程基准面 启用《1985国家高程基准》取代国务院1959 年批准启用的《黄海平均海水面》。《1985 国家高程基准》比《黄海平均海水面》上升 29毫米。
优、缺点
优点——文件结构简单，易于实现以多边形为单位的运 算和显示。 缺点—— (1)邻接多边形的公共边被数字化和存储两次(如图 2—19a中的7、8、9三个点)，由此会产生数据冗余和 边界不重合(由于数字化误差等因素造成)。 (2) 每个多边形自成体系，缺少有关邻域关系的信 息，难以进行邻域处理。如合并同类时要消除公共边。 (3) 不能解决“洞”或“岛”之类的多边形嵌套问 题，岛只作为单个的图形建造，没有与外包多边形的 联系。 （4）不易检查多边形边界的拓扑关系是否正确，如 无法判断有无不完整的多边形。
第二章 地球空间与空间数据基础
同时相、波段、比例尺和精度的空间信息，航空 遥感可快速获取小范围地区的空间信息。 遥感影像对空间信息的描述主要通过不同的颜色 和灰度来表示。 利用遥感影像可获取多层面的信息，对遥感影像 的提取可通过图像处理和解译来实现。
遥感图像及地图表示
五、地理信息的数字化表述
地理信息的数字化表述，就是使计算机能够识别 地理事物的形状。
Open GIS对地理空间的认识模型
九个抽象层次
尺度世界 （尺度语言）
项目世界 （project）
地理点列世界 （坐标几何）
地理空间世界 （GIS语言）
地理几何 特征世界
概念世界
现实世界
（自然语言） （基本语言）
地理要素 集合世界
地理要素 世界
GIS的三个抽象层次
现实世界 地理实体或者现象
概念世界
2
4
12 24
48
96 192
1
4
16 144 576 2304 9216 36864
1
4
36 144 576 2304 9216
第二节 地理空间坐标系与地图投影
地理空间坐标系的主要目的，是确定空间 实体在地理空间中的位置，最直接的方法是用 地理坐标（经度、纬度）和高程来表示。
地理坐标系——球面坐标系
地图投影
平面直角坐标系 （笛卡尔平面直角坐标系、欧几里德空间系）
一、在椭球面上表示点位置的坐标系统
（一）大地坐标系
大地坐标系是大地测 量中以参考椭球面为 基准面的坐标系。
根据不同的应用，域可以表示二维和三维地理 空间。
三、地图对地理空间的描述
地图上各种内容要素之间的关系，是按照 地图投影建立的数学规则，使地面上各点和地 图平面上的相应点保持一定的函数关系，从而 在地图上准确地表达地表空间各要素的关系和
遥感图像及地图表示
五、地理信息的数字化表述
地理信息的数字化表述，就是使计算机能够识别 地理事物的形状。
Open GIS对地理空间的认识模型
九个抽象层次
尺度世界 （尺度语言）
项目世界 （project）
地理点列世界 （坐标几何）
地理空间世界 （GIS语言）
地理几何 特征世界
概念世界
现实世界
（自然语言） （基本语言）
地理要素 集合世界
地理要素 世界
GIS的三个抽象层次
现实世界 地理实体或者现象
概念世界
2
4
12 24
48
96 192
1
4
16 144 576 2304 9216 36864
1
4
36 144 576 2304 9216
第二节 地理空间坐标系与地图投影
地理空间坐标系的主要目的，是确定空间 实体在地理空间中的位置，最直接的方法是用 地理坐标（经度、纬度）和高程来表示。
地理坐标系——球面坐标系
地图投影
平面直角坐标系 （笛卡尔平面直角坐标系、欧几里德空间系）
一、在椭球面上表示点位置的坐标系统
（一）大地坐标系
大地坐标系是大地测 量中以参考椭球面为 基准面的坐标系。
根据不同的应用，域可以表示二维和三维地理 空间。
三、地图对地理空间的描述
地图上各种内容要素之间的关系，是按照 地图投影建立的数学规则，使地面上各点和地 图平面上的相应点保持一定的函数关系，从而 在地图上准确地表达地表空间各要素的关系和
第2章 GIS的空间数据结构
矢量数据表达——拓扑数据结构
3、拓扑包含 ： 拓扑包含是指空间图形的 同类 ， 但 不同级 的 、 拓扑包含：拓扑包含是指空间图形的同类 同类， 不同级的 元素之间的拓扑关系。 元素之间的拓扑关系。
b
（a）简单包含 ）
（b)多层包含 多层包含
（c)等价包含 等价包含
图 (a)中多边形 中包含多边形P2，图（b）中多边形P3包 中多边形P1中包含多边形 ， ）中多边形 包 中多边形 中包含多边形 含在多边形P2中 而多边形P2， 又都包含在多边形 又都包含在多边形P1中 含在多边形 中，而多边形 ，P3又都包含在多边形 中。 都包含在多边形P1中 多边形P2， 图 （c）多边形 ，P3都包含在多边形 中，多边形 ，P3 ）多边形P2， 都包含在多边形 20 对P1而言是等价包含 . 而言是等价包含
3
第二章 GIS的空间数据结构 GIS的空间数据结构
第1节 地理实体及其表达 第2节 矢量数据结构 第3节 栅格数据结构 第4节 矢量与栅格数据结构的比较 第5节 矢-栅一体化数据结构和三维数据结构
4
第1 节
地理实体及其表达
一、地理实体
1. 地理实体与地理目标
地理实体：指一种在现实世界中不能再划分为同类现象的现象。 地理目标：实体在地理数据库中的表示
11
第2 节
空间数据结构
二、矢量数据结构
(二)矢量数据获取方式
通过外业测量获得，利用测量仪器（全站仪、GPS、常规测量等） 记录测量结果，然后转到地理数据库中 跟踪数字化，用跟踪数字化的方式把地图变成离散的矢量数据 间接获取 栅格数据转换 空间分析（叠置、缓冲等操作产生的新的矢量数据）
12
第2 节
特征（ 2. 地理实体特征（空间特征、属性特征、时间特征） 地理实体特征 空间特征、属性特征、时间特征） 3. 地理实体的类型（点、线、面、体） 地理实体的类型 类型（ 4. 地理目标的类型（0、1、2、3维） 地理目标的类型 、 、 、 维 的类型（
地形可视化-第2章
DTM常用的数据结构主要分为：规则网格
结构和不规则三角网结构。
§2.3 数字地形模型的数据结构
一、规则网格结构
规则网格，通常是正方形，也可以是矩形、三角
形等规则网格。以正方形格网（Grid）为主。
规则网格将区域空间切分为规则的格网单元，每
个格网单元对应一个数值。数学上可以表示为一 个矩阵，在计算机实现中则是一个二维数组。每 个格网单元或数组的一个元素，对应一个高程值。
部分，它是对地球表面地形地貌的一种离散的数字表达。
数字高程模型DEM是表示区域D上的三维向量有限序列，用函数的
形式描述为：
Vi ( Xi, Yi, Zi)(i 1,2,3,...,n)
Xi，Yi---平面坐标 Zi----------(Xi，Yi)对应的高程
(1-2-3)
§2.1 数字地形模型
§2.1 数字地形模型
数字地形模型
测绘学从地形测绘的角度来研究数字地面模型，一般仅把基本地形 图中的地形要素，特别是高程信息，作为数字地面模型的内容。 测绘学家心目中的数字地面模型是新一代的地形图，地貌和地物不 再用直观的等高线和图例符号在纸上表达，而是通过储存在磁性介 质中的大量密集的(一般是规则的)地面点的空间坐标和地形属性编 码，以数字的形式描述。正因为如此，很多测绘学学家把 “Terrain”一词理解为地形，称DTM为数字地形模型。 其他非测绘应用的课题，通常都根据各自的具体褐要，将某些非地 形的特性信息与地形信息结合在一起，构成数字地面模型。
§2.2 数字地形模型的应用范畴
2、DEM的派生产品
平面等高线图 立体等高线固
等坡度图
晕渲图 通视图 纵、横断面团 三维立体透视图 三维立体彩色图 景观图
结构和不规则三角网结构。
§2.3 数字地形模型的数据结构
一、规则网格结构
规则网格，通常是正方形，也可以是矩形、三角
形等规则网格。以正方形格网（Grid）为主。
规则网格将区域空间切分为规则的格网单元，每
个格网单元对应一个数值。数学上可以表示为一 个矩阵，在计算机实现中则是一个二维数组。每 个格网单元或数组的一个元素，对应一个高程值。
部分，它是对地球表面地形地貌的一种离散的数字表达。
数字高程模型DEM是表示区域D上的三维向量有限序列，用函数的
形式描述为：
Vi ( Xi, Yi, Zi)(i 1,2,3,...,n)
Xi，Yi---平面坐标 Zi----------(Xi，Yi)对应的高程
(1-2-3)
§2.1 数字地形模型
§2.1 数字地形模型
数字地形模型
测绘学从地形测绘的角度来研究数字地面模型，一般仅把基本地形 图中的地形要素，特别是高程信息，作为数字地面模型的内容。 测绘学家心目中的数字地面模型是新一代的地形图，地貌和地物不 再用直观的等高线和图例符号在纸上表达，而是通过储存在磁性介 质中的大量密集的(一般是规则的)地面点的空间坐标和地形属性编 码，以数字的形式描述。正因为如此，很多测绘学学家把 “Terrain”一词理解为地形，称DTM为数字地形模型。 其他非测绘应用的课题，通常都根据各自的具体褐要，将某些非地 形的特性信息与地形信息结合在一起，构成数字地面模型。
§2.2 数字地形模型的应用范畴
2、DEM的派生产品
平面等高线图 立体等高线固
等坡度图
晕渲图 通视图 纵、横断面团 三维立体透视图 三维立体彩色图 景观图
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17
第二节 地理空间实体
一、空间实体（spatial entity）含义 空间实体——指具有确定的位置和形态特征 并具有地 理意义的地理空间物体。是地理信息系 统 中不可再分的最小单元现象 属性是空间实体已定义的特征 空间实体：是指现实世界中地理实体 的最小抽 象单位, 主要包括点、线和面三种类型. 空间检索的目的是对给定的空间坐标 ,能够以尽 快的速度搜索到坐标范围内的空间对象, 进而 对空间对象进行拓扑关系 的分析处理。
10
我国的大地坐标系
1954北京坐标系 大地原点在原苏联的普尔科沃 采用克拉索夫斯基椭球 高程基准为 1956年青岛验潮站求出的黄海平均海水面 54坐标系统普遍低于我国的大地水准面，平均误差为 29米左右。 1980年国家大地坐标系 选用1975年国际大地测量协会推荐的国际椭球 赤道半径=6 378 140.000 000 000 0 m 极半径=6 356 755.288 157 528 7 m 地球扁率=1/298.257 国家原点设在陕西省泾阳县 高程基准：1985国家高程基 WGS84坐标系统（地心坐标系） 美国国防部在1984年建立了世界大地测量坐标系 统 （World Geodetic System，WGS-84），目前GPS定位 11 所得出的结果都属于WGS-84坐标系统。
16
地形图分幅编号
1:100万地形图的分幅和编号是国际上统 一规定的，从赤道起向两极纬差每4 °为 1列，将南北半球分别分成22列依次以字 母A、B、C、D、…V表示；由经度 180°起，从西向东，每经差6 °为一行， 将全球分成60行，依次用数字1、2、3、 4、…60表示，采用“横列号–行号”编 号表示。列在前行在后，用“–”连接。
7
地图投影：投影实质
地球
投影面
8
地图投影
我国的基本比例尺地形图(1:5千，1:1万，1:2.5 万，1:5万，1:10万，1:25万，1:50万，1:100万) 中： 大于等于50万的均采用高斯-克吕格投影 (Gauss-Kruger)，这是一个等角横切椭圆柱 投影，又叫横轴墨卡托投影(Transverse Mercator)； 小于50万的地形图采用等角正轴割园锥投影， 又叫兰勃特投影(Lambert Conformal Conic)； 海上小于50万的地形图多用等角正轴圆柱投 影，又叫墨卡托投影(Mercator)。
3
特征 关系 行为
观察
第一节 地理空间及其表达
地理空间是指物质、能量、信息的
形式与形态、结构过程、功能关系上
的分布方式和格局及其在时间上的延
续。
建立在地理空间坐标系基础上
地理坐标（经度、纬度）是描述地理空
间信息最直接的方法。
4
地理空间坐标系
地理坐标系是以地理极 (北极、南极)为极点。 通过P点作椭球面的垂线， 称之为过P点的法线。 法线与赤道面的交角， 叫做P点的纬度α （Latitude） 。 过P点的子午面与通过英 国格林尼治天文台的子 午面所夹的二面角，叫 做P点的经度λ （Longitude）。
5
地图坐标系
地图坐标系由大地基准面和地图投影确 定。 大地基准面是利用特定椭球体对特定地 区地球表面的逼近，因此每个国家或地 区均有各自的大地基准面，我们通常称 谓的北京54坐标系、西安80坐标系实际 上指的是我国的两个大地基准面。
6
国家高程基准
56年黄海高程基准系以青岛验潮站1950—1956 年验潮资料算得的平均海面为零的高程系统。 原点设在青岛市观象山。该原点以“1956年黄 海高程系”计算的高程为72．289米。 85国家高程基准是指以青岛水准原点和青岛验 潮站1952年到1979年的验潮数据确定的黄海平 均海水面所定义的高程基准，其水准点起算高 程为72.260米。
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高斯-克吕格投影
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高斯投影分带
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22带投影参数
地图投影名称：Transverse Mercator 单位：meters 椭球体：Krasovsky_1940 中央经线变形比：1.0 中央经线：129.0 投影起始纬度：0.0 东偏移量：22500000 北偏移量：0
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地图坐标系
我国参照前苏联从1953年起采用克拉索夫斯基 (Krassovsky)椭球体建立了我国的北京54坐标 系。 1978年采用国际大地测量协会推荐的IAG 75地 球椭球体建立了我国新的大地坐标系--西安80 坐标系。 目前GPS定位所得出的结果都属于WGS84坐标 系统，WGS84基准面采用WGS84椭球体，它 是一地心坐标系，即以地心作为椭球体中心的 坐标系。
高斯-克吕格投影
由德国数学家、物理学家、天文学家高 斯于19 世纪20 年代拟定，后经德国大地 测量学家克吕格于1912 年对投影公式加 以补充，故称为吕格投影
高斯- 克吕格投影是按分带方法各自进行投影，故各带 坐标成独立系统。 以中央经线投影为纵轴(x), 赤道投影为横轴(y),两轴交 点即为各带的坐标原点。 纵坐标以赤道为零起算，赤道以北为正，以南为负。 我国位于北半球，纵坐标均为正值。横坐标如以中央 经线为零起算，中央经线以东为正，以西为负，横坐 标出现负值，使用不便，故规定将坐标纵轴西移500公 里当作起始轴，凡是带内的横坐标值均加 500公里。 由于高斯-克吕格投影每一个投影带的坐标都是对本带 坐标原点的相对值，所以各带的坐标完全相同，为了 区别某一坐标系统属于哪一带，在横轴坐标前加上带 号，如(4231898m,21655933m)，其中21即为带号。
空间数据库技术
李瑞改
1
第二章
地理空间现象的计算机表达
地理空间及其表达 地理空间 空间实体 空间实体的描述 空间实体的表达方式 空间数据结构的类型 矢量结构 栅格结构 TIN数据模型
2
地理现象的表达
地图 现实世界 空间数据 遥感影像 选择 抽象 综合 测量：位置 编码：属性 建立关系： 表达
第二节 地理空间实体
一、空间实体（spatial entity）含义 空间实体——指具有确定的位置和形态特征 并具有地 理意义的地理空间物体。是地理信息系 统 中不可再分的最小单元现象 属性是空间实体已定义的特征 空间实体：是指现实世界中地理实体 的最小抽 象单位, 主要包括点、线和面三种类型. 空间检索的目的是对给定的空间坐标 ,能够以尽 快的速度搜索到坐标范围内的空间对象, 进而 对空间对象进行拓扑关系 的分析处理。
10
我国的大地坐标系
1954北京坐标系 大地原点在原苏联的普尔科沃 采用克拉索夫斯基椭球 高程基准为 1956年青岛验潮站求出的黄海平均海水面 54坐标系统普遍低于我国的大地水准面，平均误差为 29米左右。 1980年国家大地坐标系 选用1975年国际大地测量协会推荐的国际椭球 赤道半径=6 378 140.000 000 000 0 m 极半径=6 356 755.288 157 528 7 m 地球扁率=1/298.257 国家原点设在陕西省泾阳县 高程基准：1985国家高程基 WGS84坐标系统（地心坐标系） 美国国防部在1984年建立了世界大地测量坐标系 统 （World Geodetic System，WGS-84），目前GPS定位 11 所得出的结果都属于WGS-84坐标系统。
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地形图分幅编号
1:100万地形图的分幅和编号是国际上统 一规定的，从赤道起向两极纬差每4 °为 1列，将南北半球分别分成22列依次以字 母A、B、C、D、…V表示；由经度 180°起，从西向东，每经差6 °为一行， 将全球分成60行，依次用数字1、2、3、 4、…60表示，采用“横列号–行号”编 号表示。列在前行在后，用“–”连接。
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地图投影：投影实质
地球
投影面
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地图投影
我国的基本比例尺地形图(1:5千，1:1万，1:2.5 万，1:5万，1:10万，1:25万，1:50万，1:100万) 中： 大于等于50万的均采用高斯-克吕格投影 (Gauss-Kruger)，这是一个等角横切椭圆柱 投影，又叫横轴墨卡托投影(Transverse Mercator)； 小于50万的地形图采用等角正轴割园锥投影， 又叫兰勃特投影(Lambert Conformal Conic)； 海上小于50万的地形图多用等角正轴圆柱投 影，又叫墨卡托投影(Mercator)。
3
特征 关系 行为
观察
第一节 地理空间及其表达
地理空间是指物质、能量、信息的
形式与形态、结构过程、功能关系上
的分布方式和格局及其在时间上的延
续。
建立在地理空间坐标系基础上
地理坐标（经度、纬度）是描述地理空
间信息最直接的方法。
4
地理空间坐标系
地理坐标系是以地理极 (北极、南极)为极点。 通过P点作椭球面的垂线， 称之为过P点的法线。 法线与赤道面的交角， 叫做P点的纬度α （Latitude） 。 过P点的子午面与通过英 国格林尼治天文台的子 午面所夹的二面角，叫 做P点的经度λ （Longitude）。
5
地图坐标系
地图坐标系由大地基准面和地图投影确 定。 大地基准面是利用特定椭球体对特定地 区地球表面的逼近，因此每个国家或地 区均有各自的大地基准面，我们通常称 谓的北京54坐标系、西安80坐标系实际 上指的是我国的两个大地基准面。
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国家高程基准
56年黄海高程基准系以青岛验潮站1950—1956 年验潮资料算得的平均海面为零的高程系统。 原点设在青岛市观象山。该原点以“1956年黄 海高程系”计算的高程为72．289米。 85国家高程基准是指以青岛水准原点和青岛验 潮站1952年到1979年的验潮数据确定的黄海平 均海水面所定义的高程基准，其水准点起算高 程为72.260米。
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高斯-克吕格投影
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高斯投影分带
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22带投影参数
地图投影名称：Transverse Mercator 单位：meters 椭球体：Krasovsky_1940 中央经线变形比：1.0 中央经线：129.0 投影起始纬度：0.0 东偏移量：22500000 北偏移量：0
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地图坐标系
我国参照前苏联从1953年起采用克拉索夫斯基 (Krassovsky)椭球体建立了我国的北京54坐标 系。 1978年采用国际大地测量协会推荐的IAG 75地 球椭球体建立了我国新的大地坐标系--西安80 坐标系。 目前GPS定位所得出的结果都属于WGS84坐标 系统，WGS84基准面采用WGS84椭球体，它 是一地心坐标系，即以地心作为椭球体中心的 坐标系。
高斯-克吕格投影
由德国数学家、物理学家、天文学家高 斯于19 世纪20 年代拟定，后经德国大地 测量学家克吕格于1912 年对投影公式加 以补充，故称为吕格投影
高斯- 克吕格投影是按分带方法各自进行投影，故各带 坐标成独立系统。 以中央经线投影为纵轴(x), 赤道投影为横轴(y),两轴交 点即为各带的坐标原点。 纵坐标以赤道为零起算，赤道以北为正，以南为负。 我国位于北半球，纵坐标均为正值。横坐标如以中央 经线为零起算，中央经线以东为正，以西为负，横坐 标出现负值，使用不便，故规定将坐标纵轴西移500公 里当作起始轴，凡是带内的横坐标值均加 500公里。 由于高斯-克吕格投影每一个投影带的坐标都是对本带 坐标原点的相对值，所以各带的坐标完全相同，为了 区别某一坐标系统属于哪一带，在横轴坐标前加上带 号，如(4231898m,21655933m)，其中21即为带号。
空间数据库技术
李瑞改
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第二章
地理空间现象的计算机表达
地理空间及其表达 地理空间 空间实体 空间实体的描述 空间实体的表达方式 空间数据结构的类型 矢量结构 栅格结构 TIN数据模型
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地理现象的表达
地图 现实世界 空间数据 遥感影像 选择 抽象 综合 测量：位置 编码：属性 建立关系： 表达