第二章空间信息基础

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第二章 地理空间数学基础

第二章 地理空间数学基础

2、投影的实质
建立地球椭球面上的点的地理坐标(L,B)与平面上对
应点的平面坐标(x,y)之间的函数关系:
x f1 ( L, B) y f 2 ( L, B)
地球椭球面 B,L x, y 地图平面
地图投影
二、地图投影的变形
1、投影变形的性质 观察地球体经纬线的
长度、面积和角度特征。
地图投影的变形具体表现: 长度(距离)变形 角度(形状)变形 面积变形
其优点:
①椭球体参数精度高; ②定位采用的椭球体面与我国大地水准面符合得好; ③大地网精度高;
④坐标统一,精度优良,可以直接满足1:5000甚至更大
比例尺测图的需要。
三角测量
导 线 测 量
支导线
国家平面控制网
O
国家平面控制网含三角点、导线点 共154348个,构成1954北京坐标 系、1980西安坐标系两套系统。
3、我国常用的地图投影
①我国1:100万地形图采用兰勃特Lambert投影(正轴等
角割圆锥) ;
②我国大部分省区图以及大多数这一比例尺的地图也多采用 Lambert投影和属于同一投影系统的Albers投影(正轴等积 割圆锥投影); ③我国基本比例尺地形图除1:100万外均采用高斯—克吕 格投影为地理基础;
用来代替大地体的椭球体称地球椭球体。
b a a
x2 y2 z2 2 2 1 2 a a b
椭球体三要素:长轴a(赤道半径)、短轴b(极半径)和椭球扁率f。
3、地球体的数学表面——地球椭球体
地球椭球体参数:
• 长半径: a(赤道半径)
b a
• 短半径: b(极半径)
• 扁率: f=(a-b)/a • 第一偏心率: e2=(a2- b2)/ a2 • 第二偏心率: e’2=(a2- b2)/ b2

地理信息系统复习资料 (1)

地理信息系统复习资料 (1)

地理信息系统复习资料第一章绪论1.1、信息:是用文字、数字、符号、语言、图像等介质来表示事件、事物、现象等的内容、数量或特征,从而向人们(或系统)提供关于现实世界新的事实和知识,是生产、建设、经营、管理、分析和决策的依据。

信息具有客观性、适用性、可传输性和共享性等特征。

信息来源于数据。

数据是客观对象的表示,而信息则是数据内涵的意义,是数据的内容和解释。

数据只有对实体行为产生影响时才成为信息,信息是数据的内涵,而数据是信息的载体。

1.2、地理信息系统:是在计算机硬、软件系统支持下,对整个或部分地球表层(包括大气层)空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。

1.3、GIS-T:是收集、存储、管理、综合分析和处理空间信息和交通信息的计算机软硬件系统,它是GIS在交通领域的延伸,是GIS与多种交通信息分析和处理技术的集成,是为研究交通系统中的问题而开发的GIS。

1.4 GIS特点:(1)、GIS的物理外壳计算机的技术系统,它又有若干个相互关联的子系统构成,如数据采集子系统、数据管理子系统、数据处理和分析子系统、图像处理子系统、数据产品输出子系统等;(2)GIS操作对象是空间数据,即点、线、面、体这类三维要素的地理实体(3)GIS的技术优势在于它的数据综合,模拟与分析评价能力,可以得到常规方法,普通信息系统难以得到的重要信息,实现地理空间过程演化的模拟和预测;(4)它与测绘和地理学有着密切的关系。

1.5GIS与其他信息系统有什么区别?通常意义上的信息系统存储结构都是数据信息,结构为表单,查询、排序、删增操作比较简单,GIS的存储结构是地物空间信息,以图形为对象的(甚至是三维形体),将图形变为几何信息、拓扑信息、坐标数值、投影信息的组合体,用复杂的表单结构来存储,因此GIS系统的操作是以图形为界面,比普通信息系统复杂得多。

空间数据的最根本的特点是每一个数据都按统一的地理坐标进行编码,实现对其定位、定性和定量地描述。

第2章 地理空间数学基础

第2章 地理空间数学基础

通常情况: 通常所说的高程是以平均海面为起算基准 面,所以高程也称为标高或者海拔高。 高程基准: 高程基准是推算国家统一高程控制网中所 有水准高程的起算依据,包括一个水准基 面和 一个永久性水准原点。 水准基面: 大地水准面,也是重力等位面,平均海 面。
相关概念: 地面点到大地水准面的高程,称为绝对高程。如图所示, P0P0‘为大地水准面,地面点A和B到P0P0’的垂直距离 HA和HB为A、B两点的绝对高程。地面点到任一水准面 的高程,称为相对高程。如图中,A、B两点至任一水准 面P1P1‘的垂直距离HA’和HB‘为A、B两点的相对高程。 地面点之间的高程差值,称为高差。
• 按坐标单位划分:
– 角度单位坐标系统
天文坐标系(大地体) 大地坐标系(参考椭球)
– 线性单位坐标系统
空间直角坐标系(参心、地心)
(1)天文地理坐标系 模型:大地体 坐标原点:地心(地球质量中心) 天文纬度:测站垂线方向与地球平均赤道 面的交角,以φ表示。 • 天文经度:首天文子午面与测站天文子午 面的夹角,以λ表示。 • • • •
实质:
建立地图平面上点的坐标(x, y)与地球椭球面上对应点的坐标 (,)之间的函数关系。准确表示地物的地理位臵。一般通式为:
x f1 ( , ) y f 2 ( , )
• 对于较小区域范围,可以视地表为平面,认为投影没有变 形。 • 对于较大区域范围,由于地球椭球体表面是曲面,而地图 通常是要绘制在平面图纸上,因此制图时首先要把曲面展 为平面,然而球面是个不可展的曲面,即把它直接展为平 面时,不可能不发生破裂或褶皱。若用这种具有破裂或褶 皱的平面绘制地图,显然是不实际的,所以必须采用特殊 的方法将曲面展开,使其成为没有破裂或褶皱的平面。那 么图形必将在某些地方被拉伸,某些地方被压缩,因此投 影变形是不可避免的。

第二章 地球空间与空间数据基础

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

第二章 地理空间数学基础(1)分解

第二章 地理空间数学基础(1)分解
二.坐标系统
(1)天文经纬度:
天文经度: 经过观测点子午面与本初子午面的 两面角(时差角) 天文纬度(赤纬): 观测点的铅垂线方向与赤道平面间的 夹角。 本 初 子 午 线 子 午 线 φ
λ
赤道
天文纬度
2.1 地球空间参考
二.坐标系统
(2)大地经纬度
大地经度: 参考椭球面上,观测点的大地子 午面与本初子午面的两面角。 东经为正,西经为负 大地纬度: 参考椭球面上,观测点的法 线与赤道平面间的夹角
第二章 地理空间数学基础
主讲:刘瑞娟
2.1 地球空间参考
一.地球体的基本特征
1. 地球体的量度 对地球体认识及量度的过程 天圆地方说 亚里士多德 首次提出地球是球形的 埃拉托色及 首次估测了地球的大小 我国张遂 最早对地球实测 现代 天文大地测量、地球重力测量、卫星大地测量
2.1 地球空间参考
2.1 地球空间参考
一.地球体的基本特征
3. 地球体的数学表面
地球体的数学表面:地球椭球体的表面可用数学模型定 义和表述,即地球数学表面。
它是对地球形体的二级
逼近,用于测量计算的基 准面。
§1 地球体与地面参照系统
一.地球体的基本特征
3. 地球体的数学表面
椭球体三要素: 长轴 a(赤道半径)、短轴 b(极半径)和椭球的扁率 f
青 水 岛 准 观 原 象 点 山一.地 Nhomakorabea体的基本特征
地球体形状 地球是一个极半径略短、赤道半径略长,北极略突出、 南极略扁平,近于梨形的椭球体。
2.1 地球空间参考
一.地球体的基本特征
2. 地球体的物理表面
重力等位面:和重力方向线相垂直的,形成无数个曲面 ,每个曲面上重力位相等。把重力位相等的面称为,即 水准面,也是地球的物理表面 大地体:由大地水准面包裹的球体,称为大地体。 3.地球体的数学表面 地球椭球体:将大地体绕短轴(地轴)飞速旋转,形成 一个表面光滑的球体,即旋转椭球体,或称地球椭球体 。

「空间信息系统期末复习」

「空间信息系统期末复习」

作业参考答案第一章(教材第1章概论和第2章从现实世界到数字世界)一、名词解释1.数据数据是指那些未经加工的事实或是着重对一种特定现象的客观描述,也就是人们为了反映客观世界而记录下来的可以鉴别的符号,它是客观事物的性质、属性、位置,以及相互关系的抽象表示,是构成信息和知识的原始材料。

2.信息英文信息(information)一词的含义是情报、资料、消息、报道、知识的意思,所以长期以来人们就把信息看做是消息的同义语,简单地把信息定义为能够带来新内容、新知识的消息。

3.空间数据(信息)空间数据(地理空间数据)指以地球表面空间位置为参照的自然、社会、人文、经济数据,可以是图形、图像、文字表格和数字等。

它所表达的信息就是空间信息,反映了空间实体的位置以及与该实体相关联的各种附加属性的性质、关系、变化趋势和传播特性等的总和。

二、问答题(或填空题)1.信息有哪些重要性质?(1)普遍性;(2)无限性;(3)相对性;(4)传递性;(5)变换性;(6)有序性;(7)动态性;(8)无损耗性。

2.什么是空间数据?它有什么特征?空间数据(地理空间数据)指以地球表面空间位置为参照的自然、社会、人文、经济数据,可以是图形、图像、文字表格和数字等。

它所表达的信息就是空间信息,反映了空间实体的位置以及与该实体相关联的各种附加属性的性质、关系、变化趋势和传播特性等的总和。

其基本特征可从空间性、时间性、非语义性3个方面进行描述。

3.空间数据的来源是多种多样的,但是大部分的空间数据主要来源于哪8个方面?(1)地图数字化;(2)实测数据;(3)试验数据;(4)遥感与GPS数据;(5)理论推测与估算数据;(6)历史数据;(7)统计普查数据;(8)集成数据。

4.现实世界向数字世界转换过程中使用了哪些模型?(1)场模型;(2)要素模型;(3)层次模型。

第二章(教材第3章空间数据的地理基础)一、名词解释1.大地水准面(大地水准面:与静止的平均海水面重合并延伸到大陆内部的包围整个地球的封闭的重力位水准面。

第二章信息论

第二章信息论

无记忆信源 X的各时刻取值相互独立。
有记忆信源 X的各时刻取值互相有关联。
补充解释 信源和信宿
信源亦称信息源,它能够形成和发送一组有待于传输
给接收端的消息或消息序列。
信宿即信息接受者,它能够接收信息并使信息再现从
而达到通信的目的。
说明:
信源和信宿是多方面的,既可以是人,也可以是 物
信源和信宿是相对的 信源发出的信息对于信宿来说是不确定的
第二节 信息论基础知识
一、通信系统模型 1、通信系统模型
申农认为通信应该是信息在系统中识别、 传输、变换、存储、处理、显示的过程。因此 通信系统必须是一个发送与接收,输入与输出 两者相互联系的不可分割的统一体。
通信系统模型
通信的基本问题是在彼时彼地精确地或近似地再现此时此 地发出的消息。 各种通信系统,一般可概括为下图所示的统计模型:
信源
信源编码器 信道编码器
等效信源 等效信宿
信宿
信源译码器 信道译码器
等效干扰 信道





这个模型包括以下五个部分: 1.信源 信源是产生消息的源。
2. 编码器 编码器是将消息变成适合于 信道传送的信号的设备。
信源编码器,提高传输效率
编码器
信道编码器,提高传输可靠性
3. 信道 信道是信息传输和存储的媒介。
维纳从控制和通信的角度研究了信息问题,以自动 控制的观点解决了信号被噪声干扰时的处理问题,建立 了“维纳滤波理论”,从而扩大了信息论的研究范围。
申农信息论
申农使信息论成为了一门独立的学科,主要解决 了信息编码问题和如何提高通信的效率和可靠性。
《通信中的数学理论》和《在噪声中的通信》集 中了申农的研究成果,系统的论述了信息理论,奠定 了现代信息论的基础。

地理信息系统框架新

地理信息系统框架新

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е1 P1
N2
N1
е6N4ຫໍສະໝຸດ P3N5е3
е5 P2 е2 е4
P4
е7
N3
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(4)拓扑(Topology)关系的种类 在GIS中,为了真实地反映地理实体,不仅要包括 实体的位臵、形状、大小和属性、还必须反映实体之间 的相互关系。
①邻接关系:空间图形中同类元素之间的拓扑关系。 例如多边形之间的邻接关系,P2/P3,P1/P2,又如结点 之间的邻接关系A与D,C与D等。(如图) ②关联关系:空间图形中不同元素之间的拓扑关系。 例如结点与弧段的关联关系A与e、a、c;多边形与弧段 的关联关系P2与e、c、f。 (如图) ③包含关系:空间图形中同类但不同级元素之间的 拓扑关系。例如多边形P1中包含有多边形P4。(如图)
(6)文本数据:例如地名、河流名和区域名称;
(7)符号数据:例如点状符号、线状符号和面状符号等。
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3.空间数据的拓扑关系
(1)拓扑(Topology) “拓扑”一词来源于希腊文,其原意是“形 状的研究”。 (2)拓扑关系 是一种对空间结构关系进行明确定 义的数学方法。 是指图形在保持连续状态下变形,但图形关 系不变的性质(拓扑属性)。 (3)拓扑结构 是明确定义空间结构关系的一种 数学方法。 在GIS中,它不但用于空间数据的组 织,而且在空间分析和应用中都有非常重要的意 义。
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1.空间数据的基本特征
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(1)空间特征 表示现象(空间实体)的空间位臵或现在所处的地 理位臵。空间特征又称定位特征或几何特征,一般
用坐标数据表示,例如笛卡尔坐标系等等。
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第 二 章
地 理 信 息 系 统 概 述
第8页
第 二 章
地 理 信 息 系 统 概 述
第9页
第 第三节空间数据的类型和关系

章 一、空间数据的基本特征:空间特征、属性 特征和时间特征
地 二空间数据的类型
理 信
1、几何上是点、线和面三类
息 2、按表示内容分为:类型数据、面域数据、
系 网络数据、样本数据、曲面数据、文本数
e、提供有关信息,以便用户处理和转换有用的数据
地 3、元数据的常用形式和类型

a、元数据也是一种数据,在形式上与其他数据没有区别, 它可以以数据存在的任何一种形式存在。
信 元数据的传统形式是填写了数据源和数据生产工艺过程

的文件卷宗,也可以是用户手 册。用户手册提供的简 洁的元数据容易阅读,并且可以联机查询。
系 b、提供有关数据生产单位数据存储、数据分类、数据内容、

数据质量、数据交换网络(clearing house)及数据销售等方 面的信息,便于用户查询检索地理空间数据;
概 c、提供通过网络对数据进行查询检索的方法或途径,以及

与数据交换和传输有关的辅助信息;
第12页

二 d、帮助用户了解数据,以便就数据是否能满足其需求作出 章 正确的判断;
理 信

还包括数据拓扑关系等。这类元数据的任务是帮助 科研工作者高效获取所需数据。 2)评估型元数据 主要服务于数据利用的评价,内容
息 包括数据最初收集情况、收集数据所用的仪器、数

据获取的方法和依据、数据处理过程和算法、数据 质量控制、采样方法、数据精度、数据的可信度、
统 数据潜在应用领域等。



二 二、地理空间坐标系的建立

目的是确定地面点的位置
地 地理坐标系是以地理极 理 (北极、南极)为极点。
信 息
通过A点作椭球面的垂 线,称之为过A点的法 线。
系 法线与赤道面的交角,
统 叫做A点的纬度ψ。

过A点的子午面与通过 英国格林尼治天文台的
述 子午面所夹的二面角,
叫做A点的经度λ。





第4页



2线状要素:对于地面上呈线状或带状的事物如交通 线、河流、境界线、构造线等,在地图上均用线
地 状符号来表示,通常用线状符号的形状和颜色表
理 示质量的差别,用线状符号的尺寸变化表示数量
信 特征。
息 系
3面状要素:对于地面上呈面状分布的地理事物,用 面状符号来表示。
统 4遥感影像对地理空间的描述


第5页
第 第二节 地理信息数字化描述方法


对地理信息进行数字化描述,就是要使计算机能够 识别地理事物的形状,从而必须精确地指出空间
地 模式如何处理、如何显示等。
理 在计算机内描述空间实体有两种形式:显式和隐式 信 描述。分别对应栅格数据结构和矢量数据结构。
息 隐式表示:由一系列定义了始点和终点的线及某
第11页
第 第四节元数据
二 一、元数据概念与分类 章 1概念:“meta”是一希腊语词根,意思是“改变”,

“Metadata”一词的原意是关于数据变化的描述。到目前 为止,科学界仍没有关于元数据的确切公认的定义。但一

般都认为元数据就是 “关于数据的数据”。
信 息
2元数据的作用:
a、帮助数据生产单位有效地管理和维护空间数据,建立数 据文档
系 b、更主要的形式是与元数据内容标准相一致的数字形式。
统 概
数字形式的元数据可以用多种方法建立、存储和使用: c、最基本的方法是文本文件。文本。

第13页

二 4、元数据的分类

按内容分: 1)科研型元数据 其主要目标是帮助用户获取各种来源

的数据及其相关信息,它不仅包括诸如数据源名称、 作者、主体内容等传统的、图书管理式的元数据,
第15页
第 二空间数据元数据的概念和标准
二 1概念: 空间数据元数据指对于空间数据的描述

或说明的数据。 空间数据(Geospatial data)用于确定具有自然特征
系 种连接关系来描述,线的始点和终点坐标定义为
统 概
一条表示椅子形式的矢量,线之间的指示字,告 诉计算机怎样把这些矢量连接在一起形成椅子。

第6页


章 矢量表示法:如果采用一个没有大小的点
(坐标)来表达基本点元素时,称为矢量
地 表示法。
理 信 息
栅格表示法:如果采用一个有固定大小的点 (面元)来表达基本点元素时,称为栅格 表示法。
3)模型元数据 用于描述数据模型的元数据与描述数 据的元数据在结构上大致相同,其内容包括:模型
述 名称、模型类型、建模过程、模型参数、边界条件、
作者、引用模型描述、建模使用软件、模型输出等。
第14页
第 二 章 按元数据描述对象分类:
a数据层元数据:指描述数据库中每个数据的元数据,
地 内容包括:日期邮戳、位置戳、量纲等 理 b 属性元数据 信 c实体元数据 息 根据元数据在系统中的作用分类:系统级别元数据 系 (指用于实现文件系统特征或管理文件系统中数 统 据的信息);应用层元数据(指有助于用户查找、 概 平谷、访问和管理数据等与数据用户有关的信息) 述

第二章 空间信息基础

章 本章重点:
地 1. 数字化描述方法
理 2. 空间数据的类型
信 息
3. 空间数据的基本特征
系 4. 元数据的概念
统 5. 元数据的应用


第1页
第 第一节常规的地理空间信息描述方法


一、地球空间模型描述
地球模型


水准面
铅垂

线
地球表面 大地水准面





地球椭球体
第2页
第3页

二 三、地图对地理空间的描述
章 在地图学上,把地理空间的实体分为点、线、面三种要素,
分别用点状、线状、面状符号来表示。
地 1、点状要素:指那些占面积较小,不能按比例尺表示,又要
理 信
定位的事物,对点状要素的质量和数量特征,用点状符号 表示,通常用点状符号的形状和颜色表示质量特征,以符 号的尺寸表示数量特征。
统 据、符号数据


第10页
第 二 章 三、空间数据的拓扑关系
指实体之间的相互关系,指邻接关系、关联关系和
地 包含关系 理 邻接关系:空间图形中同类元素之间的拓扑关系 信 关联关系:空间图形中不要元素之间的拓扑关系 息 包含关系:空间图形中同类但不同级元素之间的拓 系 扑关系 统 点、线、面三种类型数据之间存在的空间关系有: 概 点与点之间;点与线关系;点面关系;线线关系; 述 线面关系;面面关系
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