第二章 空间信息基础
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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
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
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12 24
48
96 192
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4
16 144 576 2304 9216 36864
1
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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
有限空间作业基础知识
第二章 有限空间基本知识
§1. 有限空间的定义、分类和特点
§2. 有限空间作业的定义、危害和特点
第二章 有限空间基本知识
§1. 有限空间的定义、分类和特点
定义——有限空间是指封闭或部分封闭，进出口
较为狭窄有限，未被设计为固定工作场所，自然通 风不良，易造成有毒有害、易燃易爆物质积聚或氧 含量不足的空间。
缺氧环境（Oxygen Deficient Atmosphere）
指空气中氧的体积百分比低于19.5％。
富氧环境（Oxygen Enriched Atmosphere）
指空气中氧的体积百分比高于23.5％。
紧急情况（emergency）
由于任何内外原因，对核准进入有限空间的劳动者健康或生 命有可能产生危险的情形，包括控制或检测设备发生故障。
8.0%
45.5% 6.0% ----------------------------------------------
第一章 概述 进入（entry）
指人体通过一个入口进入有限空间，包括在该空间中工作或 身体任何一部分通过入口。
隔离（isolation）
通过封闭、截断等措施，完全阻止有害物质和能源（水、电、 气）进入有限空间。
§2. 有限空间作业的定义、危害和特点
第二章 有限空间基本知识
§2. 有限空间作业的定义、危害和特点 定义——指作业人员进入有限空间实施的作业活
动。在污水池、排水管道、集水井、电缆井、地窖、 沼气池、化粪池、酒槽池、发酵池等可能存在中毒、 窒息、爆炸的有限空间内从事施工或者维修、排障、 保养、清理等的作业统称为有限空间作业。
地下仓库、地下工程、暗沟、隧道、涵洞、地坑、废 井、地窖、污水池（井）、沼气池、化粪池、下水道 等。
「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。
空间信息技术在城市规划中的应用
空间信息技术在城市规划中的应用第一章空间信息技术的概述随着科技的不断发展，空间信息技术被越来越多地应用到城市规划中。
空间信息技术是指利用计算机、通信、卫星遥感、地理信息系统等信息技术来获取、处理、存储、分析和传输地球空间信息的一种技术。
第二章空间信息技术在城市规划中的应用2.1 基础设施建设规划空间信息技术可以为城市基础设施建设规划提供精准的数据支持和分析。
例如，通过卫星遥感技术，可以获取城市上空的高精度影像数据，进而对城市中的各类基础设施建设进行科学规划，提升城市的整体水平。
2.2 空间布局规划其次，空间信息技术在城市空间布局规划中也有着重要的应用。
例如，采用地理信息系统，可以对城市内各个地区的环境、交通、人口等数据进行全方位地记录和分析，从而制定具体的城市发展规划。
2.3 交通规划空间信息技术对于城市交通规划也非常重要。
交通规划涉及到城市内交通设施的规划和建设，包括道路、桥梁、隧道等，这些都需要精准的地形数据。
空间信息技术可以通过遥感技术，获取城市的地形和土地分布状况，能够有效的为城市交通规划提供基础数据支持。
2.4 环境保护规划在城市规划中，环境保护规划是不可或缺的一个环节。
通过空间信息技术，可以对城市内的环境数据进行收集和分析，包括空气质量、噪音、水质等方面。
这样可以为城市环境的治理和规划提供基础数据。
2.5 城市更新规划空间信息技术在城市更新规划中也有重要的应用。
城市更新涉及到改造和更新城市内的旧建筑、老工业区等。
通过空间信息技术，可以对城市内的建筑、道路、绿化等进行全方位数据收集和分析，帮助城市规划人员制定更为科学的城市更新规划。
第三章空间信息技术在城市规划中的挑战和解决方案3.1 数据质量城市规划需要大量的数据支持，而这些数据质量直接影响到规划的科学性和准确性。
因此，空间信息技术在城市规划中面临着数据质量问题。
解决方案包括完善数据采集流程、优化数据处理流程等。
3.2 数据安全随着城市规划数据越来越大，数据安全问题也变得越来越重要。
第二章 空间分析
11
第一节 空间
（三）空间的测度
2、密度（Density）——指单位面积地 表空间上某种事物的数量。经常遇到的 有人口密度、建筑密度、经济密度等。
由于事物在地表空间上的分布有可能呈 现集聚的特征，也有可能表现为分散性， 单纯的密度概念不能反映空间分布的这 一差异。因此，又可引入集聚度这一概 念，反映地理现象在空间上分布的集中 或离散程度。地理事物之间的空间距离 小，集聚度高，反之，则集聚度低。
美国地理学家普莱德（ A Pred）在1984年发表“地方是随历史而定的过 程”一文，认为“人与地是不可分的，一个地方的人的经历、思想、经验 及人们赋予该地的意义和价值，总是在不停地变为该地的一部分，它们的 产生是地域的宏观及微观因素互动的结果，特别是地方情况对外界大环境 反映的结果。”
15
第二节 地方
以世界最高峰珠穆朗玛的命名为例虽然中国人早在280多年前就已经将世界最高峰的名字珠穆朗玛标在了地图上但时至今日西方人仍在延续英国殖民者100多年前犯下的错误将藏族人民心目中的女神之峰称作埃三地名珠穆朗玛峰藏语意为?圣母?25第二节地方根据已故北京大学地理学和地名学专家林超的研究珠穆朗玛峰的满文和汉语名称早在1719年和1721年就先后出现在了不同版本的康熙皇帝的皇但英国人认为是他们的印度测量局在19世纪中期发现了世界最高峰并理所当然地为这座山峰命名
关于“空间”这一概念的一般意义的讨论已经有很久的历史。从词源学的意 义上说，罗马语（espace, spazio, espacio）和英语（space）中的“空 间”都可以追溯到拉丁语的spatium，它是指两个事物之间的距离或间隔。
自中世纪晚期开始，在自然哲学和自然科学中，空间一词具有了更为抽象的 含义（意指一个包容一切的无限维度）。这一概念在16世纪哲学家布鲁诺的 著作中已经出现：“空间是一个连续的、三维的自然之量，物体的量值被包 含其中，它在本质上有着相对于所有物体和一切存在的优先性。
第一节 空间
（三）空间的测度
2、密度（Density）——指单位面积地 表空间上某种事物的数量。经常遇到的 有人口密度、建筑密度、经济密度等。
由于事物在地表空间上的分布有可能呈 现集聚的特征，也有可能表现为分散性， 单纯的密度概念不能反映空间分布的这 一差异。因此，又可引入集聚度这一概 念，反映地理现象在空间上分布的集中 或离散程度。地理事物之间的空间距离 小，集聚度高，反之，则集聚度低。
美国地理学家普莱德（ A Pred）在1984年发表“地方是随历史而定的过 程”一文，认为“人与地是不可分的，一个地方的人的经历、思想、经验 及人们赋予该地的意义和价值，总是在不停地变为该地的一部分，它们的 产生是地域的宏观及微观因素互动的结果，特别是地方情况对外界大环境 反映的结果。”
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第二节 地方
以世界最高峰珠穆朗玛的命名为例虽然中国人早在280多年前就已经将世界最高峰的名字珠穆朗玛标在了地图上但时至今日西方人仍在延续英国殖民者100多年前犯下的错误将藏族人民心目中的女神之峰称作埃三地名珠穆朗玛峰藏语意为?圣母?25第二节地方根据已故北京大学地理学和地名学专家林超的研究珠穆朗玛峰的满文和汉语名称早在1719年和1721年就先后出现在了不同版本的康熙皇帝的皇但英国人认为是他们的印度测量局在19世纪中期发现了世界最高峰并理所当然地为这座山峰命名
关于“空间”这一概念的一般意义的讨论已经有很久的历史。从词源学的意 义上说，罗马语（espace, spazio, espacio）和英语（space）中的“空 间”都可以追溯到拉丁语的spatium，它是指两个事物之间的距离或间隔。
自中世纪晚期开始，在自然哲学和自然科学中，空间一词具有了更为抽象的 含义（意指一个包容一切的无限维度）。这一概念在16世纪哲学家布鲁诺的 著作中已经出现：“空间是一个连续的、三维的自然之量，物体的量值被包 含其中，它在本质上有着相对于所有物体和一切存在的优先性。
地理信息系统框架新
唐山师范学院资管系
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。
唐山师范学院资管系
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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。
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
1
第二章 地球空间与空间数据基础
2.1 地球空间、地理空间与地理空间描述
1.地球空间
地球空间是指靠近地球的、受太阳辐射变化直接影响的空间区域。
2.地理空间—GIS的主要研究对象
地理空间是地球上大气圈、水圈、生物圈、岩石圈和土壤圈交互作用的区域，主要涉及到 地球空间的表层部分。 地理空间是物质、能量、信息的数量及行为在地理范畴中的广延性存在形式。特指形态、 结构、过程、关系、功能的分布方式和分布格局同时在“暂时”时间的延续（抽象意义上 的静止态），讨论所表达出的“断片图景”。地理空间的研究是地理学的基本核心之一。
9
认知制图，它可以发生在地图的空间行为过程中，也可以发生在地图 使用过程中。
所谓空间行为，是指人们把原先已经知道的(长期记忆)和新近获取的 信息结合起来后的决策过程的结果。地图的空间行为如利用地图进行 定向(导向)、环境觉察和环境记忆等行为。地理信息系统的功能表明， 人的认知制图能力是能够用计算机模拟的，当然这只是一种功能模拟， 模拟结果的正确程度完全取决于模拟模型和输入数据是否客观地、正 确地反映现实系统。
2
第二章 地球空间与空间数据基础
2.1 地球空间、地理空间与地理空间描述 3.地理空间抽象过程 客观世界的现象划分为5类： • 可精密观测的对象（如建筑物边界） • 受采样限制的自然对象（如矿体） • 受定义限制的自然对象（如植被覆盖率大小和范围） • 不规则的人为对象（如行政区、TIN、Voronoi多边形） • 规则的人为对象（栅格、立方体元）
20
第二章 地球空间与空间数据基础
3
第二章 地球空间与空间数据基础
2.1 地球空间、地理空间与地理空间描述 3.地理空间抽象过程 抽象：从具体事物抽出、概括出它们共同的方面、本质属性与 关系等，而将个别的、非本质的方面、属性与关系舍弃，这种 思维过程，称为抽象。 • 为什么要对地理空间抽象？
1
第二章 地球空间与空间数据基础
2.1 地球空间、地理空间与地理空间描述
1.地球空间
地球空间是指靠近地球的、受太阳辐射变化直接影响的空间区域。
2.地理空间—GIS的主要研究对象
地理空间是地球上大气圈、水圈、生物圈、岩石圈和土壤圈交互作用的区域，主要涉及到 地球空间的表层部分。 地理空间是物质、能量、信息的数量及行为在地理范畴中的广延性存在形式。特指形态、 结构、过程、关系、功能的分布方式和分布格局同时在“暂时”时间的延续（抽象意义上 的静止态），讨论所表达出的“断片图景”。地理空间的研究是地理学的基本核心之一。
9
认知制图，它可以发生在地图的空间行为过程中，也可以发生在地图 使用过程中。
所谓空间行为，是指人们把原先已经知道的(长期记忆)和新近获取的 信息结合起来后的决策过程的结果。地图的空间行为如利用地图进行 定向(导向)、环境觉察和环境记忆等行为。地理信息系统的功能表明， 人的认知制图能力是能够用计算机模拟的，当然这只是一种功能模拟， 模拟结果的正确程度完全取决于模拟模型和输入数据是否客观地、正 确地反映现实系统。
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第二章 地球空间与空间数据基础
2.1 地球空间、地理空间与地理空间描述 3.地理空间抽象过程 客观世界的现象划分为5类： • 可精密观测的对象（如建筑物边界） • 受采样限制的自然对象（如矿体） • 受定义限制的自然对象（如植被覆盖率大小和范围） • 不规则的人为对象（如行政区、TIN、Voronoi多边形） • 规则的人为对象（栅格、立方体元）
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第二章 地球空间与空间数据基础
3
第二章 地球空间与空间数据基础
2.1 地球空间、地理空间与地理空间描述 3.地理空间抽象过程 抽象：从具体事物抽出、概括出它们共同的方面、本质属性与 关系等，而将个别的、非本质的方面、属性与关系舍弃，这种 思维过程，称为抽象。 • 为什么要对地理空间抽象？
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地球椭球体为不可展曲面
地图为平面，符合视觉心理，并易于进行距离、方位、面 积等量算和各种空间分析.
地图投影：投影实质
建立地球椭球面上经纬线网和平面上相应经纬线网的数学基础，也 就是建立地球椭球面上的点的地理坐标（λ，φ）与平面上对应点的 平面坐标（x，y）之间的函数关系：
x f1 ( , ) y f 2 ( , )
邻接 点—点 点—线 点—面 线—线 线—面 面—面
相交
相离
包含
重合
拓扑邻接：N1/N2 ,N1/N3 ,N1/N4 ;P1/P3 ;P2/P3 拓扑关联：N1/е1、е3 、е6 ；P1/е1、е5 、е6 拓扑包含：P3与P4
е1 P1 е5
N1
е6
N4
P3
N5
е3 е7
N2
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。
A P0 e P3 f C b P2 d B D c E a P4 g P1
地图投影：GIS中地图投影
GIS 以地图方式显示地理信息，而地图是平面，地理信息则在 地球椭球上，因此地图投影在GIS中不可缺少。 GIS 数据库中地理数据以地理坐标存储时，则以地图为数据源 的空间数据必须通过投影变换转换成地理坐标；而输出或显示 时，则要将地理坐标表示的空间数据通过投影变换变换成指定 投影的平面坐标。
GIS 中，地理数据的显示可根据用户的需要而指定投影方式， 但当所显示的地图与国家基本地图系列的比例尺一致时，一般 采用国家基本系列地图所用的投影.
地图投影：我国常用地图投影
1:100万：兰勃投影（正轴等积割圆锥投影）
大部分省图、大多数同级比例尺也采用兰勃投影
1：50万、1：25万、1：10万、1：5万、1：2.5万、1:1万、1： 5000采用高斯—克吕格投影.
1、地球空间模型描述
地球表面的几何模型分为四类 : 第一类：地球的自然表面 它是一个起伏不平，十分不规则的表面，包括海洋底部、高山高 原在内的固体地球表面。 第二类：大地水准面 即大地水准面,假设当海水处于完全静止的平衡状态时，从海平面 延伸到所有大陆下部，而与地球重力方向处处正交的一个连续、闭 合的水准面，这就是大地水准面。 第三类：地球椭球体模型 (a b) / b 就是以大地水准面为基准建立起来的地球椭球体模型。 第四类：数学模型 是在解决其它一些大地测量学问题时提出来的，如类地形面、准 大地水准面、静态水平衡椭球体等。
遥感影像对空间信息的描述
（a）地貌信息
（b）断裂带信息
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，为此，必须精确地指出空间模式如何处理，如何显 示等。在计算机内描述空间实体有两种形式：显式描述和隐式 描述。例如一条河流，在计算机中的显示表示，就是栅格中的 一系列像元，如图2-8(b)所示，为使计算机认识这些像元描述 的是河流而不是其它物体，这些像元都给予相同的编码值R或 者用相同的颜色、符号、数字、灰度值来表示。
当给定不同的具体条件时，将得到不同类型的投影方式。 将不可展的地球椭球面展开成平面，并且不能有断裂，则图形必将 在某些地方被拉伸，某些地方被压缩，故投影变形是不可避免的。
长度变形 面积变形 角度变形
地图投影：投影分类
变形分类：
等角投影：投影前后角度不变 等面积投影：投影前后面积不变； 任意投影：角度、面积、长度均变形
（3）可以利用拓扑数据重建地理事体。 如建立封闭多边形，实 现道路的选取，进行最佳路径的计算等。
拓扑关系的种类
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。 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。
水准面
铅垂线
地球表面 大地水准面
地球椭球体
2、地理空间坐标系的建立
建立地理空间坐标系 ，主
要的目的是确定地面点的位置。 也就是求出地面点对大地水准 面的关系，它包括地面点在大 地水准面上的平面位置和地面 点到大地水准面的高度。确定 地面点的位置，最直截了当的 方法就是用地理坐标（纬度、
E
本 初 子 午 线
栅格和矢量结构是计算机描述空间实体的两种最基本的方式。
栅格法：由一系列 x ， y 坐标定位的像元，每个像元独立编码， 并载有属性。 矢量法：三种主要地理实体的点、线、面中，点类似于像元， 但不占有面积，其余两种均由一系列内部相关联的坐标形成， 一定的面或线则与一定的属性连接。
(x1,y1) 0 3 3 3 3 (x3,y3) 0 0 (x2,y2) (x4,y4) 7 0 0 0 3 3 3 3 0 0 0 0 1 0 0 3 3 3 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 5 5 5 0 8 0 1 1 7 5 5 5 5 0 1 1 0 0 0 5 5 5 0 1 0 4 4 4 0 0 5 5 0 0 4 4 4 4 4 0 0 0 0 0 4 4 4 4 4 0 0 0 0 0 4 4 4 4 4 0 0 0 0 0 0 4 4 4 0 0 0 8 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 0
A P0 e P3 f C b P2 d B D c E a P4 g P1
空间数 据的拓 扑关系
拓扑关系的重要意义：
在地理信息系统中，空间数据的拓扑关系，对地理信息系统的数 据处理和空间分析具有重要的意义，主要表现在如下三个方面：
（1）根据拓扑关系可以确定地理实体间的相对空间位置，而无需 利用坐标和距离。因为拓扑数据已经清楚地反映地理实体之间的 逻辑结构关系，而这种拓扑关系比几何数据有更大的稳定性，它 不随地图投影的变化而变化。 （2）利用拓扑关系有利于空间要素的查询。如某区域内有哪些文 物景点，某河流能为哪些行政区的居民提供水源，铁路沿线有哪 些车站等，都需要利用拓扑关系数据。
P2
е2
е4
N3
P4
欧拉公式：
欧拉公式在GIS中有着重 要的意义，主要用来检查 空间拓扑关系的正确性， 能发现点、线、面不匹配 的情况和多余、遗漏的图 形元素。
c+a=n+b
n: 结点数 a: 弧段数 b: 多边形数 c: 常数，为多边形地图特征。 若b包含边界里面和外面的多边形，则c=2， 若b仅包含边界内部多边形，则c=1
河流的隐式表示是由一系列定义了始点和终点的线及某种连接 关系来描述，线的始点和终点坐标定义为一条表示河流及其河 心洲形状的矢量（如图2-8（c））。
计算机对地理实体的显式描述也称栅格数据结构，计算机对地 理实体的隐式描述也称矢量数据结构。栅格和矢量结构是计算 机描述空间实体的两种最基本的方式。
4、遥感影像对地理空间的描述
遥感传感器平台
传感器
遥感影像对空间信息的描述主要是通过不同的颜色和灰
度来表示的。这是因为地物的结构、成分、分布等的不同，
其反射光谱特性和发射光谱特性也各不相同，传感器记录的
各种地物在某一波段的电磁辐射反射能量也各不相同，反映
在遥感影像上，则表现为不同的颜色和灰度信息。
第二章 空间信息基础
第一节 常规的地理空间信息描述法 第二节 地理信息数字化描述方法 第三节 空间数据的类型和关系 第四节 元数据
教学目标
► 掌握常规的地理空间信息描述法的相关概念
►
► ►
掌握地理信息数字化描述方法
掌握空间数据的类型和关系 了解元数据（Metadata）
第一节 常规的地理空间信息描述法
3、地图对地理世界的描述
地图是现实世界的模型，它按照一定的比例、一定的投影原则有 选择地将复杂的三维现实世界的某些内容投影到二维平面媒介上， 并用符号将这些内容要素表现出来。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。 点状要素: 是指那些占面积较小，不按比例尺表示，又要定位的 事物。
NA纬线来自 赤道Q
经度）来表示。
S
地理坐标是一种球面坐标系，难以进行距离、方向、面积等 参数的计算。为此，最好把地面上的点表示在平面上，采用平面 直角坐标系。
地图投影：为什么要进行投影？
将地球椭球面上的点映射到平面上的方法，称为地图投影
地理坐标为球面坐标，不方便进行距离、方位、面积等参 数的量算
遥感影像产品除了遥感图像之外，还有遥感数字图像
第三节 空间数据的类型和关系
1、空间数据的基本特征
地理数据一般具有三个基 本特征
1.空间特征 2.属性特征 3.时间特征
空间特征又称定位特征或几何特征。数据的空间性是指这些数据 反映现象的空间位置及空间位置关系。通常以坐标数据形式来表 示空间位置，如地理坐标、平面直角坐标等，坐标系的选择随具 体应用要求而定，但不同的坐标定位系统之间应能进行转换. 数据的属性是指描述实体的特征，如实体的名称、类别、质量特 征和数量特征等。属性数据本身属于非空间数据，但它是空间数 据中的重要数据成分，它同空间数据相结合，才能表达空间实体 的全貌。 空间数据的时间性是指空间数据的空间特征和属性特征随时间而 变化。它们可以同时随时间变化，也可以分别独立随时间变化。 实体随时间的变化具有周期性，其变化的周期有超短周期的、短 期的、中期的和长期的。必须指出，随时间流逝留下的过时数据 是重要的历史资料。 空间特征是地理信息区别于其它信息的最重要的特征之一，地理信息 的定位特征与时间过程相结合，大大提高了地理信息的应用价值。
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，均用线状符号来表示。当然， 对于线状和面状实体的区分，也和地 图的比例尺有很大的关系。
地图为平面，符合视觉心理，并易于进行距离、方位、面 积等量算和各种空间分析.
地图投影：投影实质
建立地球椭球面上经纬线网和平面上相应经纬线网的数学基础，也 就是建立地球椭球面上的点的地理坐标（λ，φ）与平面上对应点的 平面坐标（x，y）之间的函数关系：
x f1 ( , ) y f 2 ( , )
邻接 点—点 点—线 点—面 线—线 线—面 面—面
相交
相离
包含
重合
拓扑邻接：N1/N2 ,N1/N3 ,N1/N4 ;P1/P3 ;P2/P3 拓扑关联：N1/е1、е3 、е6 ；P1/е1、е5 、е6 拓扑包含：P3与P4
е1 P1 е5
N1
е6
N4
P3
N5
е3 е7
N2
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。
A P0 e P3 f C b P2 d B D c E a P4 g P1
地图投影：GIS中地图投影
GIS 以地图方式显示地理信息，而地图是平面，地理信息则在 地球椭球上，因此地图投影在GIS中不可缺少。 GIS 数据库中地理数据以地理坐标存储时，则以地图为数据源 的空间数据必须通过投影变换转换成地理坐标；而输出或显示 时，则要将地理坐标表示的空间数据通过投影变换变换成指定 投影的平面坐标。
GIS 中，地理数据的显示可根据用户的需要而指定投影方式， 但当所显示的地图与国家基本地图系列的比例尺一致时，一般 采用国家基本系列地图所用的投影.
地图投影：我国常用地图投影
1:100万：兰勃投影（正轴等积割圆锥投影）
大部分省图、大多数同级比例尺也采用兰勃投影
1：50万、1：25万、1：10万、1：5万、1：2.5万、1:1万、1： 5000采用高斯—克吕格投影.
1、地球空间模型描述
地球表面的几何模型分为四类 : 第一类：地球的自然表面 它是一个起伏不平，十分不规则的表面，包括海洋底部、高山高 原在内的固体地球表面。 第二类：大地水准面 即大地水准面,假设当海水处于完全静止的平衡状态时，从海平面 延伸到所有大陆下部，而与地球重力方向处处正交的一个连续、闭 合的水准面，这就是大地水准面。 第三类：地球椭球体模型 (a b) / b 就是以大地水准面为基准建立起来的地球椭球体模型。 第四类：数学模型 是在解决其它一些大地测量学问题时提出来的，如类地形面、准 大地水准面、静态水平衡椭球体等。
遥感影像对空间信息的描述
（a）地貌信息
（b）断裂带信息
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，为此，必须精确地指出空间模式如何处理，如何显 示等。在计算机内描述空间实体有两种形式：显式描述和隐式 描述。例如一条河流，在计算机中的显示表示，就是栅格中的 一系列像元，如图2-8(b)所示，为使计算机认识这些像元描述 的是河流而不是其它物体，这些像元都给予相同的编码值R或 者用相同的颜色、符号、数字、灰度值来表示。
当给定不同的具体条件时，将得到不同类型的投影方式。 将不可展的地球椭球面展开成平面，并且不能有断裂，则图形必将 在某些地方被拉伸，某些地方被压缩，故投影变形是不可避免的。
长度变形 面积变形 角度变形
地图投影：投影分类
变形分类：
等角投影：投影前后角度不变 等面积投影：投影前后面积不变； 任意投影：角度、面积、长度均变形
（3）可以利用拓扑数据重建地理事体。 如建立封闭多边形，实 现道路的选取，进行最佳路径的计算等。
拓扑关系的种类
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。 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。
水准面
铅垂线
地球表面 大地水准面
地球椭球体
2、地理空间坐标系的建立
建立地理空间坐标系 ，主
要的目的是确定地面点的位置。 也就是求出地面点对大地水准 面的关系，它包括地面点在大 地水准面上的平面位置和地面 点到大地水准面的高度。确定 地面点的位置，最直截了当的 方法就是用地理坐标（纬度、
E
本 初 子 午 线
栅格和矢量结构是计算机描述空间实体的两种最基本的方式。
栅格法：由一系列 x ， y 坐标定位的像元，每个像元独立编码， 并载有属性。 矢量法：三种主要地理实体的点、线、面中，点类似于像元， 但不占有面积，其余两种均由一系列内部相关联的坐标形成， 一定的面或线则与一定的属性连接。
(x1,y1) 0 3 3 3 3 (x3,y3) 0 0 (x2,y2) (x4,y4) 7 0 0 0 3 3 3 3 0 0 0 0 1 0 0 3 3 3 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 5 5 5 0 8 0 1 1 7 5 5 5 5 0 1 1 0 0 0 5 5 5 0 1 0 4 4 4 0 0 5 5 0 0 4 4 4 4 4 0 0 0 0 0 4 4 4 4 4 0 0 0 0 0 4 4 4 4 4 0 0 0 0 0 0 4 4 4 0 0 0 8 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 0
A P0 e P3 f C b P2 d B D c E a P4 g P1
空间数 据的拓 扑关系
拓扑关系的重要意义：
在地理信息系统中，空间数据的拓扑关系，对地理信息系统的数 据处理和空间分析具有重要的意义，主要表现在如下三个方面：
（1）根据拓扑关系可以确定地理实体间的相对空间位置，而无需 利用坐标和距离。因为拓扑数据已经清楚地反映地理实体之间的 逻辑结构关系，而这种拓扑关系比几何数据有更大的稳定性，它 不随地图投影的变化而变化。 （2）利用拓扑关系有利于空间要素的查询。如某区域内有哪些文 物景点，某河流能为哪些行政区的居民提供水源，铁路沿线有哪 些车站等，都需要利用拓扑关系数据。
P2
е2
е4
N3
P4
欧拉公式：
欧拉公式在GIS中有着重 要的意义，主要用来检查 空间拓扑关系的正确性， 能发现点、线、面不匹配 的情况和多余、遗漏的图 形元素。
c+a=n+b
n: 结点数 a: 弧段数 b: 多边形数 c: 常数，为多边形地图特征。 若b包含边界里面和外面的多边形，则c=2， 若b仅包含边界内部多边形，则c=1
河流的隐式表示是由一系列定义了始点和终点的线及某种连接 关系来描述，线的始点和终点坐标定义为一条表示河流及其河 心洲形状的矢量（如图2-8（c））。
计算机对地理实体的显式描述也称栅格数据结构，计算机对地 理实体的隐式描述也称矢量数据结构。栅格和矢量结构是计算 机描述空间实体的两种最基本的方式。
4、遥感影像对地理空间的描述
遥感传感器平台
传感器
遥感影像对空间信息的描述主要是通过不同的颜色和灰
度来表示的。这是因为地物的结构、成分、分布等的不同，
其反射光谱特性和发射光谱特性也各不相同，传感器记录的
各种地物在某一波段的电磁辐射反射能量也各不相同，反映
在遥感影像上，则表现为不同的颜色和灰度信息。
第二章 空间信息基础
第一节 常规的地理空间信息描述法 第二节 地理信息数字化描述方法 第三节 空间数据的类型和关系 第四节 元数据
教学目标
► 掌握常规的地理空间信息描述法的相关概念
►
► ►
掌握地理信息数字化描述方法
掌握空间数据的类型和关系 了解元数据（Metadata）
第一节 常规的地理空间信息描述法
3、地图对地理世界的描述
地图是现实世界的模型，它按照一定的比例、一定的投影原则有 选择地将复杂的三维现实世界的某些内容投影到二维平面媒介上， 并用符号将这些内容要素表现出来。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。 点状要素: 是指那些占面积较小，不按比例尺表示，又要定位的 事物。
NA纬线来自 赤道Q
经度）来表示。
S
地理坐标是一种球面坐标系，难以进行距离、方向、面积等 参数的计算。为此，最好把地面上的点表示在平面上，采用平面 直角坐标系。
地图投影：为什么要进行投影？
将地球椭球面上的点映射到平面上的方法，称为地图投影
地理坐标为球面坐标，不方便进行距离、方位、面积等参 数的量算
遥感影像产品除了遥感图像之外，还有遥感数字图像
第三节 空间数据的类型和关系
1、空间数据的基本特征
地理数据一般具有三个基 本特征
1.空间特征 2.属性特征 3.时间特征
空间特征又称定位特征或几何特征。数据的空间性是指这些数据 反映现象的空间位置及空间位置关系。通常以坐标数据形式来表 示空间位置，如地理坐标、平面直角坐标等，坐标系的选择随具 体应用要求而定，但不同的坐标定位系统之间应能进行转换. 数据的属性是指描述实体的特征，如实体的名称、类别、质量特 征和数量特征等。属性数据本身属于非空间数据，但它是空间数 据中的重要数据成分，它同空间数据相结合，才能表达空间实体 的全貌。 空间数据的时间性是指空间数据的空间特征和属性特征随时间而 变化。它们可以同时随时间变化，也可以分别独立随时间变化。 实体随时间的变化具有周期性，其变化的周期有超短周期的、短 期的、中期的和长期的。必须指出，随时间流逝留下的过时数据 是重要的历史资料。 空间特征是地理信息区别于其它信息的最重要的特征之一，地理信息 的定位特征与时间过程相结合，大大提高了地理信息的应用价值。
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，均用线状符号来表示。当然， 对于线状和面状实体的区分，也和地 图的比例尺有很大的关系。