地理信息系统第三章
地理信息系统概论-第三章
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高斯-克吕格投影的特点：
① 中央经线上没有任何变形，满足中央经线投影后保持长度 不变的条件；
② 除中央经线上的长度比为1外，其他任何点上长度比均大 于1；
③ 在同一条纬线上，离中央经线越远，变形越大，最大值位 于投影带的边缘；
④ 在同一条经线上，纬度越低，变形越大，变形最大值位于 赤道上。
局部比例尺： 由于投影中必定存在某种变形，地图仅能在某些点或线上保 持比例尺，其余位置的比例尺都与主比例尺不相同，即大于 或小于主比例尺。这个比例尺被称为局部比例尺。
一般地图上注明的比例尺是主比例尺，而对用于测量长度的
地图要采用一定的方式设法表示出该图的局部比例尺。这就
是在大区域小比例尺地图（小于1:1 000 000）上常见的图解
地形图上公里网横坐标前2位就是带号， 例如：1∶5万地形图上的坐标为（18576000， 293300），其中18即为带号。
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当地中央经线经度的计算
六度带中央经线经度的计算： 当地中央经线经度＝6°×当地带号－3°， 例如：地形图上的横坐标为18576000，其所处的六度带的中 央经线经度为：6°×18－3°＝105°。
2、建立地图投影的目的： 采用某种数学法则，使空间信息在地球表面上的位置和地 图平面位置一一对应起来，以满足地图制图的要求。
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理解地图投影如何改变空间属性的一种简便方法：
观察光穿过地球投射到表面（称为投影曲面）上。 想像一下，地球表面是透明的，其上绘有经纬网。用一 张纸包裹地球。位于地心处的光会将经纬网投影到一张纸上 。现在，可以展开这张纸并将其铺平。纸张上的经纬网形状 与地球上的形状不同。 地图投影使经纬网发生了变形。
地理信息系统下的空间分析——第三章_空间分析的理论问题
4、顺序关系描述 顺序关系中的一类重要关系是方向关系，如东、西、 南、北等。 （1）方向关系的定量描述 方向关系的定量描述主要是使用方位角来进行
（2）方向关系的定性描述 方向关系的定性描述主要有投影法(projection)和锥形 法(cone)。 1）投影法：是将空间目标投影到特定的坐标轴上，通 过各目标投影间的关系去描述与定义方向关系。其中的投 影可以是正射投影，也可以是斜率投影。 2）锥形法：是将空间目标及其周围的区域分成带有方 向性的几个区域，通过各目标本身及方向区域之间的交的 结果来描述空间关系。
7）西南关系
South_West(Pi，Qj)=X(Pi)＜X(Qj) And Y(Pi)＜Y(Qj) 示意图如下：
8）东南关系
South_East(Pi，Qj)=X(Pi)＞X(Qj) And Y(Pi)＜Y(Qj) 示意图如下：
以上8种关系通过点的投影可以精确判断。对于任意两点， 上述8种关系必有一种满足。 这些关系具有传递性。 另外，一些关系可进行相互转换，如North_East(Pi，Qj)和 South_West(Qj，Pi)。
课堂练习： 请大家分别算 出8种面面关系 的4元组矩阵
8种面/面关系
………………….
三种点/线拓扑关系。 课堂练习：请大家分别算出3 种点线关系的4元组矩阵。
两种点/点拓扑关系。
课堂练习：请大家分别算出2种点 点关系的4元组矩阵。
三种点/面拓扑关系，请 写出4元组矩阵。
2、空间关系描述结果的评价： 完备性是指空间关系描述结果能包含目标间所有可能的定 性关系； 严密性是要求所推出的一组关系是实际存在的或正确的； 唯一性要求所有关系是互斥的； 通用性指描述方法应能处理各种形状的目标和各类关系。
地理信息系统第三章
2、西安80坐标系
采用IUGG-75地球椭球参数，大地原点选在陕西省 永乐镇，椭球面与我国境内的大地水准面达到了 最佳密合。
3、WGS-84坐标系
采用WGS-84地球椭球参数，地心为坐标原点。
３.２.2 地图投影
一、地图投影的实质 建立地球椭球面上的点与投影平面上点的一一对应 关系。
3.5 空间数据的分层
空间数据可按某种属性特征形成一个数据层，通常称 为图层.
按专题分层 每个图层对应一个专题，包含某一种或某一类数据。
如地貌层、水系层、道路层、居民地层等。
3.5 空间数据的分层
1、空间数据分层的目的 便于空间数据的管理、查询、显示、分析等。
1）空间数据分为若干数据层后，对所有空间数据的管 理就简化为对各数据层的管理，而一个数据层的数据 结构往往比较单一，数据量也相对较小，管理起来就 相对简单；
的 “开始编辑”命令，进入编辑状态。 4、利用“编辑器”的功能完成地图要素的分层提取，
打开图层的属性表，输入要素的相关属性 5、在编辑过程中，点击“编辑器”中的“保存编辑”
可以随时保存修改的结果，点“停止编辑”完成 编辑。
创建新图层（要素类）
ArcCatalog中可以创建矢量数据集(shape文件和地 理数据库geodatabase = “要素类”) 1、点：Point 2、线：Line 3、多边形：Polygon
x=f1(λ, φ) y=f2(λ, φ)
二、地图投影的变形
（1）类型 长度变形 地图上的经纬线长度并非都是按照同一比例缩小的。 角度变形
面积变形 地图上经纬线网格面积不是按照同一比例缩小的。
三、地图投影的分类
第三章 地理信息系统及其应用
二、GIS数据的组织管理
数据是GIS的“血液”，没有数据的 GIS是没有生命力的。在GIS中，数据 既有空间位置及图形信息，也有与之相 对应的属性信息。 GIS数据的特点就是数据源多、数据量 大；同时系统对数据的要求也高。 所以数据是GIS中最重要的部分。
GIS的空间数据表示
数据结构：数据记录的编码格式及数据间 的关系的描述。不同类型的数据，只有按 照一定的数据结构进行组织，并将它映射 到计算机存储器中去，才能进行存储、检 索、处理和分析。 地理空间数据的数据结构有两种： 1、栅格（Raster）数据结构 2、矢量（ Vector）数据结构。
空间数据组织与编码
（2）空间数据的编码 矢量结构的编码方式：实体式、索引式、 双重独立式和链状双重独立式等。 栅格结构的编码方式：直接栅格编码。
数据编码表
道路计数 道路类型 物质构成 宽度（m） 小巷数量 1 1 水泥 60 4 2 2 柏油 48 4 3 4 柏油 32 2 道路名 前进路 光明路 红杉路
在地理信息系统中，对空间实体的数据描述分为 空间特征和属性特征，属性特征是对于空间特征 的描述，属性值可以包括数字值和非数值两种， 例如描述道路实体的属性特征包括： 道路类型： 1＝高速公路 2＝主干道 3＝居民街道 5＝其他 路面物质构成：1＝水泥 2＝柏油 3＝碎石 道路宽度： M米 小巷数量： N个 道路名字： 每条路的名字
GIS的组成
一个典型的地理信息系统应包括三个基 本部分： 1、计算机系统（硬件，软件）； 2、地理数据库系统； 3、应用人员与组织机构 。
地理信息系统组成示意图
地理信息系统第三章
1．3．2三维空间数据模型
三维矢量模型 体模型
1．3．3分布式空间数据模型
分布式空间数据库管理系统 联邦空间数据库（Federated Spatial Database）
1．3．4 CASE工具 (Computer-Aided Software Engineering)
2．场模型
1．2空间数据模型的类型
在GIS中与空间信息有关的信息模型有三个，即基于对象 （要素）（Feature）的模型、网络（Network）模型以及 场（Field）模型。 选择某一种模型而不选择另外一种模型主要是顾及数据的 测量方式。
1．3 GIS空间数据模型的学术前沿
1．3．1时空数据模型 核心问题是研究如何有效地表达、记录和管理现实世界的 实体及其相互关系随时间不断发生的变化。
е1 P1 е5 P2 е2
N1
е6
N4
P3
N5
е3
N2
е4
N3
P4
е7
2.地理空间数据拓扑关系应用价值
（1）确定地理实体间的相对空间位置，无需坐标 和距离 （2）利于空间要素查询 （3）重建地理实体
3.地理空间数据 拓扑关系的表示
N2
е1
P1 е5
N4
е6
P3
N5
е3
结点集合
P2
е2
е4
N3 针
4．4度量空间关系分析
度量空间关系主要是指空间对象之间的距离关系。 这种距离关系可以定量地描述为特定空间中的某种距离， 如A实体距离B实体100m。也可以应用与距离概念相关的术
地理信息系统原理第九版第三章课后答案
地理信息系统原理第九版第三章课后答案第3章GIS的地理数学基础1、什么是地图投影，它与GIS的关系如何？答：将地球面上的点投影到平面上，而使其误差最小的各种投影方法称为地图投影。
其实质就是建立地球椭球面上的点的坐标（φ，λ）与平面上对应的坐标（x,y）之间的函数关系。
地图投影对GIS有较大的影响，其影响是渗透在地理信息系统建设的各个方面的，如数据输入，其数据包括地图投影数据；数据处理，需要对投影进行变换；数据应用中的检索、空间分析依据数据库投影数据；输出应有相应投影的地图。
2、地图投影的变形包括哪些？答：地图投影的变形，通常可分为长度、面积和角度三种变形，其中长度变形是其它变形的基础。
3、地图投影的分类方法有几种？它们是如何进行分类的？答：地图投影的分类方法很多，总的来说，基本上可以依外在的特征和内在的性质进行分类。
（1）根据地图投影的变形(内蕴的特征)分类根据地图投影中可能引入的变形的性质，可以分为等角、等面积和任意(其中包括等距离)投影。
（2）根据投影面与地球表面的相关位置分类根据投影面与地球表面的相对位置将投影区分为正轴投影(极点在两地极上，或投影面的中心线与地轴一致)、横轴投影(极点在赤道上，或投影面的中心线与地轴垂直)及斜轴投影(极点既不在两地极上又不在赤道上，或投影面的中心线与地轴斜交)。
4、我国地理信息系统中为什么要采用高斯-克吕格投影和正轴等角圆锥投影？答：是因为：（1）我国基本比例尺地形图(1∶5千，1∶1万，1∶2.5万，1∶5万，1∶10万，1∶25万，1∶50万和1∶100万)中大于等于1∶50万的图均采用高斯—克吕格投影为地理数学基础；（2）我国1∶100万地形图采用正轴等角割圆锥投影，其分幅与国际百万分之一所采用的分幅一致；（3）我国大部分省区图多采用正轴等角割圆锥投影和属于同一投影系统的正轴等面积割圆锥投影；（4）正轴等角圆锥投影中，地球表面上两点间的最短距离(即大圆航线)表现为近于直线，这有利于地理信息系统中空间分析和信息量度的正确实施。
第3章地理信息系统的数据结构和空间数据库
第3章地理信息系统的数据结构和空间数据库地理信息系统（GIS）的数据结构是指用于存储、管理和分析地理空间数据的组织方式和模型。
GIS系统的数据结构可以分为两种类型：栅格数据结构和矢量数据结构。
此外，GIS系统还需要一个空间数据库来管理和存储数据。
栅格数据结构是将地理空间数据按照网格或像素的形式进行表示和存储的。
在栅格数据结构中，地理空间被划分为规则的方格或像元，每个像元上都有一个数值来表示特定的属性或特征。
栅格数据结构适用于连续的、均匀分布的数据，如卫星图像和遥感数据。
栅格数据结构的优点是可以进行方便的数值计算和分析，但其缺点是空间精度有限，无法捕捉到细小的地理特征。
矢量数据结构则是通过节点、线和面等几何要素来表示地理空间数据的。
矢量数据结构可以更准确地描述地理特征的形状、位置和属性等信息。
矢量数据结构适用于离散的、不规则分布的数据，如河流、道路和建筑物等。
矢量数据结构的优点是能够捕捉到地理特征的细节，但其缺点是对于复杂的地理现象，数据量较大且分析计算较为复杂。
为了存储和管理这些地理空间数据，GIS系统需要一个空间数据库。
空间数据库是一种专门用于存储和管理地理空间数据的数据库系统。
空间数据库使用了一些地理索引和查询技术，使得用户能够方便地对地理空间数据进行检索和分析。
空间数据库可以高效地存储和管理大量的地理空间数据，并能支持一些空间分析操作，如缓冲区分析、叠置分析等。
总的来说，地理信息系统的数据结构决定了地理空间数据的表示方式和存储结构，而空间数据库则是用来管理和存储这些地理空间数据的。
栅格数据结构适用于连续、均匀分布的数据，而矢量数据结构适用于离散、不规则分布的数据。
空间数据库则是为了方便地存储、管理和分析地理空间数据而设计的。
地理信息系统教学大纲
地理信息系统教学大纲
第一章：地理信息系统概述
本章主要介绍地理信息系统的概念、发展历史、基本原理以及在各个领域中的应用情况。
学生可以通过本章的学习，了解地理信息系统在现代社会中的重要性和作用，为后续学习做好准备。
第二章：地理信息系统的基本原理
本章主要介绍地理信息系统的数据模型、数据采集、数据处理和数据输出等基本原理。
学生将深入了解地理信息系统是如何收集、存储、管理和分析地理数据的，掌握地理信息系统的基本操作方法。
第三章：地理信息系统的应用领域
本章将详细介绍地理信息系统在自然资源管理、城市规划、环境监测、农业生产等领域中的具体应用案例。
学生将通过案例学习，了解地理信息系统如何帮助解决实际问题，培养应用地理信息系统解决问题的能力。
第四章：地理信息系统软件操作
本章将介绍主流地理信息系统软件的操作方法，包括ArcGIS、QGIS等软件的基本功能和操作界面。
学生将通过实际操作，掌握地理信息系统软件的使用技巧，为今后的实际应用打下基础。
第五章：地理信息系统案例研究
本章将介绍一些国内外知名的地理信息系统应用案例，例如地理信息系统在灾害防控、城市规划、精准农业等方面的成功案例。
学生将通过案例学习，深入了解地理信息系统的实际应用，拓展视野，提升综合能力。
总结
通过以上学习内容，学生可以系统地掌握地理信息系统的基本原理、操作方法和应用技巧，了解地理信息系统在各个领域中的实际应用情况，为日后的实践工作和进一步深造打下坚实基础。
希望学生在学习过程中勤奋钻研，不断提高自身能力，将所学知识运用到实际工作中，不断探索和创新，为推动地理信息系统领域的发展做出贡献。
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一、空间实体的特征
空间实体具有4个基本特征：空间位置特征、属性特征、时间特征和空间关系。
1、空间位置特征
表示空间实体在一定的坐标系中的空间位置或几何定位,空间位置特征也称为几何特征
2、属性特征
属性特征也称为非空间特征或专题特征，是与空间实体相联系的、表征空间实体本身性质的数据或数量。
如实体的类型语义定义、量值等。
属性通常分为定性和定量两种，定性属性包括名称、类型、特性等；定量属性包括数量、等级等。
3、时间特征
时间特征是指空间实体随着时间变化而变化的特性。
空间实体的空间位置和属性相对于时间来说，可能会存在空间位置和属性同时变化的情况，如旧城区改造中，房屋密集区拆迁新建商业中心；也存在空间位置和属性独立变化的情况，但属性发生变化，如土地使用权转让，或者属性不变而空间位置发生变化，河流的改道。
4、空间关系特征
在地理空间中，空间实体一般都不是独立存在的，而是相互之间存在着密切的联系。
这种相互联系的特性就是空间关系。
空间关系包括拓扑关系、顺序关系和度量关系等。
二、空间数据模型及种类
空间数据模型可以归纳为概念模型、逻辑数据模型和物理数据模型3个层次。
概念模型包括：场模型，用于描述空间中连续分布的现象；对象模型，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。
常用的空间逻辑数据模型有矢量数据模型、栅格数据模型和面向对象模型等。
物理数据模型是概念数据模型在计算机内部具体的存储形式和操作机制，即在物理磁盘上如何存放和存取，是系统抽象的最底层。
三、空间数据类型
地理信息中的数据来源和数据类型很多，概括起来主要有一下5种：
（1）几何图形数据：来源于各种类型的地图和实测几何数据。
几何图形数据不仅反应空间实体的地理位置，还要反应是实体间的空间关系。
（2）影像数据：主要来源于卫星遥感、航空遥感和摄影测量等。
（3）属性数据：来源于实测数据、文字报告，和地图中的各类符号说明，以及从遥感影像数据通过翻译得到的信息等。
（4）地形数据：来源于地形图等高线的数字化，已建立的网格状的数据化的高程模型（DTM）或其他形式表示的地形表面（如TIN）等。
（5）元数据：对空间数据进行推理、分析和总结得到的关于数据的数据，如数据来源、数据权属、数据产生的时间、数据精度、数据分辨率、元数据比例尺、地理空间参考基准、数据空间转换方法等。
（在具有智能化的GIS中还应有规则和知识数据。
）
四、理解空间拓扑关系
拓扑空间关系：用来描述实体间的相邻，联通包含相间的关系
地图网上的拓扑关系是指图形在保持连续状态的变形（缩放旋转拉伸）但图形关系不变的性质。
地图网各种图形的形状、大小会随图形变化而变化。
但是图形要素的相邻关系、关联关系、包含关系、联通关系保持不变。
俗称拓扑关系是绘在橡皮上的图形关系。
五、矢量数据和栅格数据的关系
矢量数据模型起源于“Spaghetti”模型，这是一种产生于计算机地图制图的数据模型适合于用对象模型抽象的地理空间对象。
矢量数据模型中，点实体用一对空间坐标表示二维空间中对应为（x,y)
栅格数据模型比较适宜于用于场景模型抽象表达空间对象，采用面域或空域的枚举来直接描述空间实体。
栅格可以用数字矩阵来表示地理空间坐标隐含在矩阵的行列上。
(在矢量数据模型中，空间实体现象是由点、线和面等原型实体及其集合来表示。
观察的尺度或者概括的程度影响着使用原型的种类。
栅格的空间分辨率是指一个像元在地面所代表的实际面积大小。
对于一个面积为100km2的区域，以10m的分辨率来表示则需要有10000×10000个栅格，即1亿个像元。
面状实体的边界采用矢量数据模型描述，而其内部采用栅格数据模型表达；
线状实体一般采用矢量数据模型表达，同时将线所经过位置以栅格单元进行充填；
点实体则同时描述其空间坐标以及栅格单元位置，这样则将矢量数据模型和栅格数据模型的特点有机地结合在一起。
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