第二章 空间数据组织
第二章 空间数据模型
2.2栅格数据模型-离散化的方法 栅格数据模型规则的格网(常用三角形,方格,六角形) 规则的格网(常用三角形,方格,六角形)，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。 不规则的格网，可当做拓扑多边形处理，如按街 不规则的格网 区划分,社会经济分区等。 。
空间数据模型
本章描述的是整个GIS理论中最为核心的内容。 理论中最为核心的内容。 本章描述的是整个 理论中最为核心的内容 为了能够利用信息系统工具来描述现实世界， 为了能够利用信息系统工具来描述现实世界，并 解决其中的问题，必须对现实世界进行建模。 解决其中的问题，必须对现实世界进行建模。对 于地理信息系统而言，其结果就是空间数据模型。 于地理信息系统而言，其结果就是空间数据模型。 空间数据模型可以分为三种： 空间数据模型可以分为三种： 场模型：用于描述空间中连续分布的现象； 场模型：用于描述空间中连续分布的现象； 要素模型：用于描述各种空间地物； 要素模型：用于描述各种空间地物； 网络模型：可以模拟现实世界中的各种网络； 网络模型：可以模拟现实世界中的各种网络；
(一)空间结构特征和属性域 一 空间结构特征和属性域 空间” “空间”经常是指可以进行长度和角度 测量的欧几里德空间。 测量的欧几里德空间。空间结构可以是规 则的或不规则的。 则的或不规则的。 属性域的数值可以包含以下几种类型： 属性域的数值可以包含以下几种类型： 名称、序数、间隔和比率。 名称、序数、间隔和比率。属性域的另一 个特征是支持空值， 个特征是支持空值，如果值未知或不确定 则赋予空值。 则赋予空值。
2011-4-6
25
2.2栅格数据模型 2.2栅格数据模型
栅格模型把空间看作像 元的划分， 元的划分，每个像元都 记录了所在位置的某种 现象，用像元值表示。 现象，用像元值表示。 该值可以表示一个确定 的现象，也可以是一种 模糊的现象。但一个像 元应该只赋一个单一的 值。
《测绘学概论》课程笔记
《测绘学概论》课程笔记第一章：测绘学总论1.1 测绘学的基本概念测绘学是一门研究地球形状、大小、重力场、表面形态及其空间位置的科学。
它的主要任务是对地球表面进行测量，获取地球表面的空间信息，并对其进行处理、分析和应用。
测绘学的研究对象包括地球的形状、大小、重力场、表面形态等自然属性，以及人类活动产生的各种地理现象和空间信息。
1.2 测绘学的研究内容测绘学的研究内容主要包括以下几个方面：（1）大地测量学：研究地球的形状、大小和重力场，建立地球的数学模型，为各种测量提供基准。
（2）摄影测量学：利用航空或卫星摄影技术，获取地球表面的空间信息，并通过图像处理技术对其进行解析和应用。
（3）全球卫星导航定位技术：利用卫星导航系统，如GPS、GLONASS、北斗等，进行地球表面空间位置的测量和定位。
（4）遥感科学与技术：利用遥感技术，如卫星遥感、航空遥感等，获取地球表面和大气的物理、化学和生物信息，并进行处理和应用。
（5）地理信息系统：利用计算机技术，对地理空间信息进行采集、存储、管理、分析和可视化，为地理研究和决策提供支持。
1.3 测绘学的现代发展随着科技的发展，测绘学进入了一个新的发展阶段。
现代测绘技术主要包括卫星大地测量、数字摄影测量、激光扫描、遥感技术、地理信息系统等。
这些技术的发展，使得测绘工作更加高效、精确和全面，为地球科学、资源调查、环境保护、城市规划等领域提供了强大的支持。
1.4 测绘学的科学地位和作用测绘学在科学体系中占有重要地位，它是地球科学的基础学科之一，为其他学科提供了重要的数据支持。
同时，测绘学在国民经济和国防建设中发挥着重要作用，如土地管理、城市规划、环境监测、资源调查、灾害预警等，都离不开测绘学的支持。
第二章：大地测量学2.1 概述大地测量学是测绘学的一个重要分支，主要研究地球的形状、大小、重力场及其变化，建立地球的数学模型，为各种测量提供基准。
大地测量学具有广泛的应用，如地球科学研究、资源调查、环境保护、城市规划等。
空间数据管理系统概论复习
《空间数据库管理系统概论》期末复习考试第一章绪论1.空间数据库: 是指在地球表面某一范围内与空间地理有关, 反应某一主题信息旳数据集合, 是一类以空间目旳作为存储对象旳专业数据库, 是GIS旳关键和基础。
2.空间数据: 是指以地球表面空间位置为参照旳自然、社会和人文经济景观数据。
它包括文字、数字、图形、影像、声音、图像等多种体现形式, 如地名地址、数字高程、矢量地图、遥感影像、地理编码数据、多媒体地图等。
3.矢量数据: 是一种用点、线、面等基本空间要素体现人们赖以生存旳自然世界旳数据。
4、栅格数据：是把地理空间中旳事物和现象作为持续旳变量或体来看待, 如大气污染、植被覆盖、土壤类型、地表温度等。
5、空间数据旳特性: 1）空间特性2）非构造化特性3）空间关系特性4）时态特性5）多尺度特性6.空间数据库: 在地球表面某一范围内与空间地理有关, 反应某一主题信息旳数据集合。
7、空间数据库旳特点: 1）数据量大2）空间数据与属性数据旳集3）应用广泛8、空间数据库管理系统: 位于顾客与操作系统之间旳一层数据管理软件。
对空间数据库旳所有操作都是在空间数据库管理系统旳统一管理和控制下进行旳。
9、空间数据库管理系统旳特点: 1）空间数据旳定义和操纵2）空间数据旳组织、存储和管理3）后台旳事务管理和运行管理4）数据库旳建立和维护10、空间数据系统旳一般由四部分构成: 1）空间数据库2）空间数据库管理系统3）数据库管理员4）顾客和应用程序11.既有旳两个空间数据原则简介:（1）简朴要素旳SQL实现规范（SFA SQL）: 第一部分定义旳是几何对象旳不同样体现方式和空间参照系统旳体现方式；这个规范不是针对某个特定平台定义旳, 具有平台独立性。
第二部分定义了第一部分定义旳简朴要素模型在数据库中旳实现, 给出了内模式下几何类型旳定义及有关实现。
（2）SQL多媒体及应用包旳第三部分: 1）空间定义了矢量数据存储于检索旳有关原则；2）静态图像定义了静态图像数据存储于检索旳有关原则。
地理信息系统教程课后参考答案
“地理信息系统教程”习题及参考答案第一章绪论1.什么是数据和信息？它们有何联系和区别？定义：数据是指某一目标定性、定量描述的原始资料，包括数字、文字、符号、图形、图像以及它们能够转换成的数据等形式。
信息是向人们或机器提供关于现实世界新的事实的知识，是数据、消息中所包含的意义。
联系和区别：信息与数据是不可分离的。
信息由与物理介质有关的数据表达，数据中所包含的意义就是信息。
信息是对数据解释、运用与解算，数据即使是经过处理以后的数据，只有经过解释才有意义，才成为信息；就本质而言，数据是客观对象的表示，而信息则是数据内涵的意义，只有数据对实体行为产生影响时才成为信息。
数据是记录下来的某种可以识别的符号，具有多种多样的形式，也可以加以转换，但其中包含的信息内容不会改变。
即不随载体的物理设备形式的改变而改变。
信息可以离开信息系统而独立存在，也可以离开信息系统的各个组成和阶段而独立存在；而数据的格式往往与计算机系统有关，并随载荷它的物理设备的形式而改变。
数据是原始事实，而信息是数据处理的结果。
不同知识、经验的人，对于同一数据的理解，可得到不同信息。
2.什么是地理信息系统（GIS）?与地图数据库有什么异同?与地理信息的关系是什么? GIS定义：GIS是一个发展的概念。
不同领域、不同专业对GIS的理解不同，目前没有完全统一的被普遍接受的定义。
定义①：是对地理环境有关问题进行分析和研究的一门学科，它将地理环境的各种要素，包括它们的空间位置形状及分布特征和与之有关的社会、经济等专题信息以及这些信息之间的联系等进行获取、组织、存储、检索、分析，并在管理、规划与决策中应用。
定义②：是在计算机软硬件支持下，以采集、存储、管理、检索、分析和描述空间物体的定位分布及与之相关的属性数据，并回答用户问题为主要任务的计算机系统。
定义③：是为了获取、存储、检索、分析和显示空间定位数据而建立的计算机化的数据库管理系统。
定义④：地理信息系统是一种决策支持系统。
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。
GIS_3_地理空间与空间数据基础
任意水准面 HA
大地水准面
H´B HB
铅垂线
11
黄海海面
1952-1979年平 均海水面为0米
水准原点 1985国家高
程基准， 72.2604米
12
地理参考系统
Z 笛卡尔坐标
.M
Z X
X
Y
Z
.M
d
q 纬度
a 经度
X
极坐标
Y Y
13
地理空间的距离度量
➢ 距离度量的两种方式
✓ 沿真实的地球表面进行距离量度 ✓ 沿旋转椭球体表面进行距离量度（大圆弧长）
➢特征
✓ 定位明显，属性隐含
✓ 形象直观（点：如独立树、水准点；线：如铁路、 河流；面：如土地类型）
✓ 特别适合于模拟离散（非连续变化）的空间数据
✓ 其模拟空间数据的精度较高，但其精度与坐标点的
数量、质量有直接关系
52
形象直观
定位明显 属性隐含
53
适于模拟 离散数据
54
数据精度 与点的数 量与质量
➢ 旋转椭球体有多种：不同测定者、不同计算年代、
不同测定方法、不同测定地区，对椭球体的描述方法 不同
➢ 我国不同时期采用的椭球体：
✓ 1953年以前：海福特椭球体 ✓ 1953年—1978年：克拉索夫斯基（Krasovsky） ✓ 1978年以后：1975国际椭球体
7
地理空间坐标系的建立
➢ 地理坐标（球面坐标）
技术 数字模拟 投影变换
矢量格式 严密 小 高
复杂、高效 不一致
抽象、昂贵 不易实现 容易实现 不容易
复杂、高费用 不方便 快
栅格格式 简单 大 低
简单、低效 一致
第二章 地球空间与空间数据基础
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 空间数据与属性数据的集成
第 二 章 空 间 数 据 与 属 性 数 据 集 成
§2-1 数据模型与空间数据/属性 数据的集成 面向对象的数据模型：
（二）四种核心技术 1、分类 分类是把一组具有相同属性结构和操作方法的对象归纳或映射为一 个公共类的过程。
2、概括
将相同特征和操作的类再抽象为一个更高层次、更具一般性的超类 的过程。子类是超类一个特例。（继承机制） 3、联合 把一组属于同一类的对象组合起来，形成一 个更高级的集合对象 4、聚集 把一组不同类型的对象组合起来，形成一个 更高级的复合对象
第 二 章 空 间 数 据 与 属 性 数 据 集 成
§2-1 数据模型与空间数据/属性 数据的集成
矢栅一体化三维数据模型中,只需存储目标 体元一种栅格数据,目标的位置、形状和拓扑关 系等信息都可以得到描述,且目标层次简单、清
晰,实现了栅格与矢量的面向目标的一体化表示。
第 二 章 空 间 数 据 与 属 性 数 据 集 成
§2-1 数据模型与空间数据/属性 数据的集成
二、典型的GIS数据模型
超图数据模型
超图数据模型是建立在超图和集合论基础上的拓扑数据模型，也 称为超关系模型。其基本数据单元有：类、对象元素、类属性、对象 元素属性、类关系、对象关系
特征数据模型
特征的概念和基于特征的建模方法是相对于空间数据的图层 （Layer）组织方法而提出的新方法，更适合于人们对现实地理系统
§2-1 数据模型与空间数据/属性 数据的集成
二、典型的GIS数据模型
地学关系模型：
描述和表达点、线、面空间目标及其相互间的拓扑关系， 并通过用户识别码ID与属性数据连接起来，从而确定空间数 据库的信息内容。 最典型代表就是ESRI公司的混合数据模型，也叫拓扑关 系模型
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中国大地控制网
----在全国范围内选取若干具有控 制意义的点,并且精确测定其平面 位置和高程.而这些控制点所构成 的平面控制网和高程控制网即组成 大地控制网.
平面控制网
陕西省泾阳县永乐镇北 洪流村—— “1980年国家 大地坐标系” 中大地坐
线性四叉树的十进制编码（MD码）
线性四叉树的二维游程编码
第七节 栅格和矢量数据结构比较
第八节 矢量与栅格一体化数据结构
END
第三节 空间关系
定义：指几何上空间对象之间的相互关系 类型：
度量空间关系 顺序空间关系 拓扑空间关系
度量空间关系
度量空间关系：指空间对象之间的距离关系 类型：
欧氏距离 曼哈顿距离（The Manhattan distance、The city-block distance、The taxi-cab distance）：Dist=|x1-x2|+|y1-y2| 时间距离 经济距离 风险距离 社会距离 认知距离 生态距离
顺序空间关系
顺序空间关系：描述空间实体之间在空间上的
排列次序
类型：
上下顺序关系 前后顺序关系 基于东南西北地理方向的顺序空间关系
拓扑空间关系
拓扑特征：在拓扑变换（任意伸缩或变形，但不扭 结或折叠）下能够保持不变的几何属性
类型： 连接性（connectivity）：指曲线或弧段在结点处的相 互连接关系 包含性（inclusion） 邻接性（contiguity）：指共有公共边的两个区域的邻 接关系
第二节 空间数据的特点
二、空间数据类型 1. 类型数据：居民点、交通线、土地类型分布等。 2. 面域数据：多边形中心点、行政区域界限和行
政单元 3. 网络数据：道路交叉点、街道和街区等。 4. 样本数据：气象站、航线和野外样方的分布区
等。 5. 曲面数据 ：高程点、等高线和等值区域。 6. 号、线状符号和面状符号等。
曲面数据结构
第六节 栅格数据结构
定义：指将空间分割成有规则的网格，在 各个网格上给出相应的属性值来表示地 理实体的一种数据组织形式
一、基本空间对象的栅格表达
点 线 面
二、栅格单元大小的确定 三、栅格单元的空间关系表达
栅格单元的空间关系表达
第六节 栅格数据结构（续）
四、栅格单元的位置坐标的确定 五、栅格单元的属性确定 六、栅格数据结构及其编码
拓扑空间关系的意义：
1. 确定一种地理实体相对于另一种地理实体的空间位置关系 2. 空间要素的查询 3. 重建地理实体
拓扑关系一个例子
第四节 数据结构（略）
第五节 矢量数据结构
定义 一、简单数据结构（面条结构） 二、拓扑数据结构
DIME POLYVRT TIGER
三、曲面数据结构
Delaunay三角网
1980年-至今：1980年国家大地坐标系(1980西安坐标系) （采用1975年国际大地测量协会推荐的参考椭球,坐标原 点位于陕西泾阳县) ：
ICA-75椭球参数: a = 6 378 140m ; b = 6 356 755m；f = 1/298.257
WGS84 地心坐标系，WGS84椭球体
高程
高程--由高程基准面计算的地面点高度.
直绝高对度,高也称程“:地海面高拔点高程所至程基确大”准定地，水的面简准多的称面年位“(即高平置平程均,实均”海海际; 水平上面面是)而的根确垂据定验的潮.站 相对高程:地面点至任一水准面的垂直高度.
*中国高程起算面----黄海平均海水面
1956年在青岛观象山设立了水准原点（其高程以青岛验 潮站1950-1956年的观测记录所确定的黄海平均海水面为零点 而测算出来的，为72.289m），并且据此建立了1956年黄海高 程系;
第二章 空间数据组织
第一节 地理空间和空间实体的表达
一、空间与地理空间
二、GIS中的地理空间
地理实体 地理空间定位框架
地球形状
大地水准面 地球椭球体 地球自然表面
地理实体空间点位
中国大地坐标系统
1980年以前：1954年北京坐标系； (参考椭球采用克拉索夫斯基椭球参数,坐标原点俄罗斯的西伯
利亚)；
3）三角形最大程度地保持了均衡、避免 狭长形三角形的出现（最大最小角规 则）。如果将三角网中的每个三角形 的最小角进行升序排列，则Delaunay 三角网的排列得到的数值最大，从这 个意义上讲，Delaunay三角网是“最 接近于规则化”的三角网（邬伦等 2001）。
性质2）和3）保证了Delaunay三角网是 最接近等角或等边的三角网（武晓波 等 2000）。
标的起算点
国家测绘局
(1)平面控制网 :按统一规范,由精确测定地理坐标的地面点组成.
高程控制网
青 岛 观 象 山
国家测绘局
(2)高程控制网 : 按统一规范,由精确测定高程的地面点组成.
第一节 地理空间和空间实体的表达
三、空间实体的表达
点、线、面、曲面、体 如果采用一个没有大小的点（坐标）来表达基本
点元素时，称为矢量表示方法 如果采用一个有固定大小的点（面元）来表达基
本点元素时，称为栅格表示方法
第二节 空间数据的特点
一、空间数据特点 定义：
空间数据是用来描述空间实体的位置、形状、 大小及其分布特征等信息的数据 特点： 空间性（表示实体的空间位置或现在所处的地 理位置。空间特征又称定位特征或几何特征， 一般用坐标数据表示） 专题性（属性）（表示实体的特征。如名称、 分类、质量特征和数量特征等。） 时间性（描述实体随时间的变化，其变化的周 期有超短周期的、短期的、中期的和长期的）
1.直接栅格数据编码 2.费尔曼链码 3.游程编码 4.四叉树编码
栅格单元的属性确定
直接栅格数据编码
费尔曼链码
游程编码
四叉树编码
① 常规四叉树 ② 线性四叉树 ③ 线性四叉树的四进制编码（MQ码） ④ 线性四叉树的十进制编码（MD码） ⑤ 线性四叉树的二维游程编码
常规四叉树
线性四叉树
线性四叉树的四进制编码（MQ码）
Delaunay三角网是Voronoi图的对偶图， 将Voronoi图中各多边形单元的内点 （或称为发生点）连接后得到一个布 满整个区域而又互不重叠的三角网结 构。
与其它三角网相比，Delaunay三角网具 有如下性质：
1）三角网外围边界构建的多边形为点集 的凸壳；
2）任意三角形的外接圆内不包含其它点 （这个性质是Delaunay三角网的定义 也称为空外接圆规则）；