空间信息技术基础（韦娟）课件 第1-3章 绪论、空间数据结构和空间数据库-空间数据的采集与处理

空间信息技术基础第一章绪论第一节空间信息技术的研究内容第二节地理信息系统的构成第三节地理信息系统的功能与应用第四节空间信息技术理论及相关学科第五节空间信息技术的发展概况

空间信息技术是20世纪60年代兴起的一门新兴技术，主要包括遥感（RemoteSensing,RS）、地理信息系统（GeographicalinformationSystem,

GIS）和全球定位系统（GlobalNavigationSatelliteSystem,

GNSS）的理论与技术，同时结合计算机技术和通信技术，进行空间数据的采集、分析、存储、管理、显示和应用等，及时而又准确地向地学工作者、各级管理和生产部门提供有关区域综合、方案优选、战略决策等方面可靠的地理或空间信息。

为了说明空间信息技术如何服务于区域规划等领域，先看一个为郊游公园选址提供辅助决策的例子。第一节空间信息技术的研究内容

郊游公园具体位置的选择需要满足一定的要求：

1）依山傍水，地形有一定起伏，必须靠近天然的小河流；

2）交通方便，但周围环境较安静，公园距公路的距离最远不得超过1.25km，最近不得小于0.25km；

3）空气新鲜，有一定的植被覆盖率；

4）其他条件。

类似公园选址这样的空间决策问题涉及各方面影响因素，需要将大量的多种空间信息进行综合的分析、利用。

过去，使用人工操作方式，工作量大，问题复杂，当条件发生变化时，工作需重新开始。

现在，将空间信息技术作为辅助决策支持工具，工作将变得轻松许多。

第一节空间信息技术的研究内容首先从现实世界中采集、获取与上述要求有关的地形信息、水系信息、道路信息和植被信息等各类信息;

其次，以一定的结构存储起来，即建立空间数据库;

第三，提供各类空间数据处理和综合分析手段，当用户针对此问题提供一套条件，系统将返回一套方案，一个问题，考虑问题的角度不同，往往会有多个可选方案，当用户更改条件，系统将快速返回与之对应的另一套方案。

最后方案的确定还涉及到许多非量化的复杂因素，需要规划专家的智能选择。

所以说，空间信息技术是解决空间问题的有效的辅助决策支持工具。目前，还不能完全代替最终决策者。第一节空间信息技术的研究内容

从公园选址辅助决策的例子可知，认识空间信息系统首先会接触到数据与信息这两个名词。

数据与信息两者在词义上的差别：数据是信息的表达，信息则是数据的内容；数据是客观对象的表示，只有当数据对实体行为产生影响时才成为信息；信息是当代社会发展的一项重要任务。第一节空间信息技术的研究内容狭义信息论将信息定义人们获得信息前后对事物认识的差别。广义信息论将信息定义信息是指主体(人、生物和机器)与外部客体

(环境、其他人、生物和机器)之间相互联系的一种形式。是主体和客体之间一切有用的消息和知识，是表征事物特征的一种普遍形式。教材定义信息是用文字、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，作为生产、建设、经营、管理、分析和决策的依据。信息的特点信息的客观性，与客观事物紧密相联系的；信息的适用性，信息对决策是十分重要；信息的传输性，信息可以在信息发送者和接受者之间传输，既包括系统把有用信息送至终端设备(包括远程终端)，和以一定形式提供给有关用户，也包括信息在系统内各子系统之间的传输和交换；信息的共享性，信息与实物不同，它可以传输给多个用户，为多个用户共享，而其本身并无损失。信息的这些特点，使信息成为当代社会发展的一项重要资源。

数据（Data)

通过数字化或直接记录下来的可以被鉴别的符号，是用以载荷信息的物理符号，在计算机化的地理信息系统中，数据的格式往往和具体的计算机系统有关，随载荷它的物理设备的形式而改变。

数据只有对实体行为产生影响时才成为信息。例如：“1”和“0”，当用来表示某一种实体在某个地域内存在与否时，它就提供了有(1表示)无(0表示)的信息。地理信息系统的建立，首先是收集数据，然后对数据进行处理，即对数据进行运算、排序、转换、分类、增强等，其目的就是把数据转换成便于观察、分析、传输或进一步处理的形式，得到数据中包含的信息；把数据加工成对正确管理和决策有用的数据；把数据编辑后存储起来，以供不断使用。

对同一数据每个人的解释可能不同，因而获得信息量的多少与人的知识水平和经验有关。信息与数据是不可分离的，即信息是数据的内涵，而数据是信息的表达。也就是说数据是信息的载体。

信息=数据+说明数据是信息的载体数据的特点地理信息

地理信息是有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征和一切有用的知识，它是对表达地理特征与地理现象之间关系的地理数据的解释。

或者定义为：表征地理系统诸要素的数量、质量、分布特征、相互联系和变化规律的数字、文字、图像和图形等的总称。从另一个角度来说，一切与空间位置有关的信息都叫做地理信息。它脱胎于地图，它们都是地理信息的载体，具有存储、分析与显示地理信息的功能。地理信息属于空间信息，它具有空间定位特征、多维结构特征和动态变化特征。

第一节空间信息技术的研究内容地理信息的特点空间分布性

属于空间信息，其位置的识别是与数据联系在一起的，这是地理信息区别于其它类型信息的最显著的标志。具有多维结构的特征即在二维空间的基础上实现多专题的第三维结构，而各个专题型实体型之间的联系是通过属性码进行的，这就为地理系统各圈层之间的综合研究提供了可能。时序特征十分明显可以按照时间尺度将地理信息划分为超短期的(如台风、地震)、短期的(如江河洪水、秋季低温)、中期的(如土地利用、作物估产)、长期的(如城市化、水土流失)、超长期的(如地壳变动、气候变化)等。这对地理事物的预测、预报，从而为科学决策提供依据很重要。具有丰富的信息

GIS数据库中不仅包含丰富的地理信息，还包含与地理信息有关的其它信息，如人口分布、环境污染、区域经济情况、交通情况等等。纽约市曾经对其数据库进行了调查，发现有80%以上的信息为地理信息或与地理信息有关。

地理信息系统GIS是跨越地球科学、信息科学和空间科学的应用基础学科，它研究关于地理空间信息处理和分析过程中提出一系列基本问题，如空间对象表达与建模、空间关系及推理机制、空间信息的控制基准、空间信息的认知与分析、GIS系统设计与评价GIS应用模型与可视化、空间信息的政策与标准等.GIS的操作对象是空间数据，空间数据的主要特点是按统一的地理坐标编码，并实现对其定位、定性、定量和拓扑关系的描述,由此而形成GIS的技术优势是有效的地理实体表达、独特的时空分析能力、强大的图形创造手段和可靠的科学预测与辅助决策功能等.GIS的科学定义：地理信息系统既是管理和分析空间数据的应用工程技术，又是跨越地球科学、信息科学和空间科学的应用基础学科。其技术系统由计算机硬件、软件和相关的方法过程所组成，用以支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。地理信息系统用户界面系统和数据库管理产品生成产品输出空间数据处理空间数据分析数据输入数据库建立WhatisNOTGISGPS–GlobalPositioningSystem

Astaticmap–paperordigital–Mapsareoftena“product”ofaGIS–AwaytovisualizetheanalysisAsoftwarepackage北美、欧洲：GeographicalInformationSystem加拿大：Geomatigue中国：ResourceandEnvironmentalInformationSystem技术内涵：Geo-relationalInformationSystem信息科学：SpatialInformationSystem应用类型：

NaturalResourcesInformationSystemLandInformationSystemTransportationGeographicalInformationSystem地学应用：GeoScience专业杂志：GeographicalInformationScience(英国)Geo-InformationSystem（德国）地理信息系统的特点具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力；以地理研究和地理决策为目的，以地理模型方法为手段，具有空间分析、多要素综合分析和动态预测的能力；并能产生高层次的地理信息；

具有公共的地理定位基础，所有的地理要素，要按经纬度或者特有的坐标系统进行严格的空间定位，才能使具有时序性、多维性、区域性特征的空间要素进行复合和分解，将隐含其中的信息变为显示表达，形成空间和时间上连续分布的综合信息基础，支持空间问题的处理与决策；地理信息系统的特点由计算机系统支持进行空间地理数据管理，并由计算机程序模拟常规的或专门的地理分析方法，作用于空间数据，产生有用信息，完成人类难以完成的任务；地理信息系统从外部来看，它表现为计算机软硬件系统；而其内涵确是由计算机程序和地理数据组织而成的地理空间信息模型，是一个逻辑缩小的、高度信息化的地理系统。信息的流动及信息流动的结果，完全由计算机程序的运行和数据的交换来仿真。

地理信息系统根据其研究范围来分：全球性信息系统：主要以全球综合研究和全面信息服务为目标。如数字地球。区域性信息系统：主要以区域综合研究和全面信息服务为目标。如国家级、地区级、市级或县级等。地理信息系统按其内容分为三大类：专题地理信息系统：是具有有限目标和专业特点的地理信息系统。为特定的专门的目的服务，如水资源管理信息系统、矿产资源信息系统、农作物估产信息系统、草场资源管理信息系统、水土流失信息系统、环境管理信息系统等。综合地理信息系统：主要以综合研究和全面信息服务为目标，比如资源与环境GIS，规划与管理GIS

。根据使用数据模型可分为:矢量信息系统栅格信息系统混合型信息系统地理信息系统工具(GIS—Tools）：是一组具有图形图像数字化、存储管理、查询检索、分析运算和多种输出等地理信息系统基本功能的软件包，如ArcGIS、MapInfo等。GIS与其他系统之间的区别

GIS空间数据和属性数据的联合体GIS与其他系统的区别

GIS有别于DBMS（数据库管理系统），GIS具有以某种选定的方式对空间数据进行解释和判断的能力，而不是简单的数据管理，这种能力使用户能得到关于数据的知识，因此，GIS是能对空间数据进行分析的DBMS，GIS必须包含DBMS。GIS有别于MIS（管理信息系统），GIS要对图形数据和属性数据库共同管理、分析和应用，GIS的软硬件设备要复杂、系统功能要强；MIS则只有属性数据库的管理，即使存贮了图形，也是以文件形式管理，图形要素不能分解、查询、没有拓扑关系。管理地图和地理信息的MIS不一定就是GIS，MIS在概念上更接近DBMS。GIS有别于地图数据库，地图数据库仅仅是将数字地图有组织地存放起来，不注重分析和查询，不可能去综合图形数据和属性数据进行深层次的空间分析，提供辅助决策的信息，它只是GIS的一个数据源。GIS有别于CAD系统，二者虽然都有参考系统，都能描述图形，但CAD系统只处理规则的几何图形，属性库功能弱，更缺乏分析和判断能力。GIS与其他IS之间的关系（信息系统分类）信息系统（IS)非空间信息系统空间信息系统（SIS）如厂矿企业管理、财务等MIS非地理信息系统CAD/CAM地理信息系统（GIS）专题GIS综合信息系统地籍信息系统城市管线信息系统城市规划与管理IS区域资源与环境IS……

……

系统软件

系统硬件空间数据GIS用户第二节GIS的基本构成第二节GIS的基本构成系统硬件

由主机、外设和网络组成，用于存储、处理、传输和显示空间数据。系统软件

由系统管理软件、数据库软件和基础GIS软件组成，用于执行GIS功能的数据采集、存储、管理、处理、分析、建模和输出等操作。空间数据库

由数据库实体和数据库管理系统组成，用于空间数据的存储、管理、查询、检索和更新等。应用模型

由数学模型、经验模型和混合模型组成，用于解决某项实际应用问题，获取经济效益和社会效益。用户界面

由菜单式、命令式或表格式的图形用户界面所组成，是用以实现人机对话的工具。地理信息系统的组成可综合表示为硬件系统软件系统应用模型GIS用户GUI空间数据DBMS完整的GIS主要由四个部分构成，即计算机硬件系统、计算机软件系统、地理空间数据和系统管理操作人员，其核心部分是计算机软硬系统，空间数据库反映了GIS的地理内容，而管理人员和用户则决定系统的工作方式和信息表示方式。计算机硬件系统

计算机硬件是计算机系统中的实际物理装置的总称，可以是电子的、电的、磁的、机械的、光的元件或装置，是GIS的物理外壳，系统的规模、精度、速度、功能、形式、使用方法甚至软件都与硬件有极大的关系，受硬件指标的支持或制约．GIS硬件系统的主要任务是存储、处理、传输和显示地理信息或空间数据。GIS硬件配置一般包括四个部分：

1、计算机主机；硬件系统的核心，包括从主机服务器到桌面工作站，用作数据的处理、管理与计算；

2、数据输入设备：数字化仪、图像扫描仪、手写笔、光笔、键盘、通讯端口等；

3、数据存贮设备：光盘刻录机、磁带机、光盘塔、活动硬盘、磁盘阵列等；4、数据输出设备：笔式绘图仪、喷墨绘图仪（打印机）、激光打印机等。外部设备计算机硬件系统

输入设备专用设备常规设备GPS全数字摄影测量工作站解析和数字摄影测量仪器遥感与遥感图象处理系统全站仪扫描仪数字化仪键盘、鼠标处理设备工作站服务器硬盘阵列存储设备活动硬盘光盘机磁带机输出设备绘图仪终端打印机计算机软件系统GIS软件是系统的核心，用于执行GIS功能的各种操作，包括数据输入、处理、数据库管理、空间分析和图形用户界面等。按照其功能分为：GIS专业软件：一般指具有丰富功能的通用GIS软件，它包含了处理地理信息的各种高级功能，可作为其它应用系统的平台。其代表产品有ARCINFO、Mapinfo、MapGIS、GeoStar、SurperMap等数据库软件系统管理软件GIS专业软件核心模块：数据输入和编辑：支持手扶跟踪数字化、图形扫描及矢量化，以及对图形和属性数据提供修改和更新等编辑操作；空间数据管理：能对大型的、分布式的、多用户数据库进行有效的存储、检索和管理；数据处理和分析：能转换各种标准的矢量格式和栅格格式数据，完成地图投影转换，支持各类空间分析功能等；数据输出：提供地图制作、报表生成、符号生成、汉字生成和图像显示等；用户界面：提供生产图形用户界面工具，使用户不用编程就能制作友好和美观的图形用户界面；系统二次开发能力：利用提供的应用开发语言，可编写各种复杂的GIS应用系统。数据库软件、系统管理软件

数据库软件：除了在GIS专业软件中用于支持复杂空间数据的管理软件以外，还包括服务于以非空间属性数据为主的数据库系统，这类软件有Oracle、SQLServer等。这些也是GIS软件的重要组成部分，而且由于这类数据库软件具有快速检索、满足多用户并发和数据保障等功能，目前已实现在现成的关系型商业数据库中存储GIS的空间数据，例如SDE就是最好的解决方案。系统管理软件：主要指计算机操作系统（MS-DOS，LInux，WindowsNT等）。关系到GIS软件和开发语言使用的有效性，因此也是GIS软硬件环境的重要组成部分。计算机软件系统操作系统（系统调用、设备运行、网络等）系统库（编程语言、数学库等）标准软件（图形、数据库等）GIS基本功能软件GIS应用软件用户界面GIS专业软件数据库软件系统管理软件GIS空间数据GIS的操作对象是空间数据，要完整地描述空间实体或现象的状态，一般需要同时有空间数据和属性数据。如果要描述空间实体的变化，则还需记录空间实体或现象在某一个时间的状态。所以，一般认为空间数据具有三个基本特征：

1、空间特征表示现象的空间位置或现在所处的地理位置。空间特征又称为几何特征或定位特征，一般以坐标数据表示。

2、属性特征表示现象的特征，例如变量、分类、数量特征和名称等等。

3、时间特征指现象或物体随时间的变化。位置数据和属性数据相对于时间来说，常常呈相互独立的变化，即在不同的时间，空间位置不变，但是属性类型可能已经发生变化，或者相反。因此，空间数据的管理是十分复杂的。有效的空间数据管理要求位置数据和非位置数据互相作为单独的变量存放，并分别采用不同的软件来处理这两类数据。这种数据组织方法，对于随时间而变化的数据，具有更大的灵活性。地理空间数据

栅格结构矢量结构定位拓扑关系属性空间数据由于GIS数据库存储空间包含空间数据和属性数据，他们之间具有密切的联系，因此如何实现两者之间的连接、查询和管理？解决方案扩展式：借助索引数据的辅助关系实施空间索引操作。开放式:利用专门开发的DBMS来统一管理空间数据和属性数据。系统开发、管理和使用人员GIS咨询管理信息管理数据整理用户：

GIS服务的对象，分为一般用户和从事建立、维护、管理和更新的高级用户系统的应用模式（单机式）系统的应用模式（局域网模式）输出用户组1输入……GIS中央数据库与网管Intranet用户组n系统的应用模式（广域网模式）输入GIS中央数据库（服务器）图像处理系统局域网用户组输出多媒体系统用户用户主干网Internet应用模型GIS应用模型的构建和选择也是系统应用成败至关重要的因素，虽然GIS为解决各种现实问题提供了有效的基本工具，但对于某一专门应用目的的解决，必须构建专门的应用模型，如：土地利用适宜性模型，公园选址模型，洪水预测模型，人口扩散模型，森林增长模型，水土流失模型，最优化模型，影响模型等。

构建GIS模型的步骤：明确用GIS求解问题的基本流程；根据模型的研究对象和应用目的，确定模型的类别、相关的变量、参数和算法，构建模型逻辑结构框图；确定GIS空间操作项目和空间分析方法；模型运行结果验证、修改和输出。遥感技术遥感传感器平台传感器遥感技术的基础，是通过观测电磁波，从而判读和分析地表的目标以及现象，其中利用了地物的电磁波特性，即“一切物体，由于其种类及环境条件不同，因而具有反射或辐射不同波长电磁波的特性”，所以遥感也可以说是一种利用物体反射或辐射电磁波的固有特性，通过观测电磁波，识别物体以及物体存在环境条件的技术。全球卫星导航系统全球卫星导航系统主要包括中国的北斗卫星导航系统（BDS）、美国的全球定位系统（GPS）、俄罗斯的卫星导航系统（GLONASS）和欧盟的伽利略卫星导航系统（GALILEO）。其中GPS是世界上第一个建立并用于导航定位的全球系统，GLONASS经历快速复苏后已成为全球第二大卫星导航系统，二者正处现代化的更新进程中；GALILEO是第一个完全民用的卫星导航系统；BDS是中国自主建设运行的全球卫星导航系统，为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务。GIS能作什么？缓冲区分析叠加分析

空间查询

网络分析

地形分析。。。数据采集与输入

数据编辑与处理数据存储与管理空间查询与分析数据显示与输出

第三节GIS的功能与应用数据采集与输入现实世界文字报告、遥感图象等数字化仪扫描仪解析测图仪键盘等编辑、接边、分层、图形与属性连接、加注记等空间数据库第三节GIS的功能与应用数据编辑与处理数据存储与管理空间查询空间数据库西安电子科技大学在哪里？空间查询属性查询608路公交经过哪些站？火车站-西安软件园第三节GIS的功能与应用叠加分析空间数据库

为某工厂选址，首先找出地价<1万元/m2;且地形起伏较小的区域?地价<1万元/m2坡度小于3度的地形信息空间检索满足两条件的区域+第三节GIS的功能与应用缓冲区分析空间数据库道路的噪音影响范围?街道中心线空间检索城市环境评价第三节GIS的功能与应用空间数据库哪条路最近,如何乘车?道路信息空间检索网络分析第三节GIS的功能与应用地形分析空间数据库航道淤积,挖槽方案比较?地形信息空间检索第三节GIS的功能与应用数据显示与输出空间数据库各种需求?各种信息空间检索第三节GIS的功能与应用GIS主要应用领域

资源管理

区域和城乡规划

灾害监测和预防环境评估作战指挥交通运输宏观决策商业金融、通讯邮电、日常生活等各领域第三节GIS的功能与应用GIS的应用就是人们应用GIS对地球表层人文经济和自然资源及环境等多种信息进行管理和分析，以掌握城乡和区域的自然环境和经济地理要素的空间分布、空间结构、空间联系和空间过程的演变规律，使它成为国家宏观决策和区域多目标开发的依据，从而为区域经济发展服务。资源管理

资源清查是GIS的最基本的职能包括:1）土地资源的清查、管理；

2）森林资源的清查、管理；

3）矿产资源的清查、管理；

4）土地利用规划；

5）野生动物的保护

……

第三节GIS的功能与应用区域和城乡规划GIS在区域和城乡规划中的应用包括：

1）城镇总体规划；

2）公共设施配置；

3）道路交通规划；

4）城市环境动态监测；

5）城市环境选质量评价；

6）城市建设用地适宜性评价；……

第三节GIS的功能与应用灾害监测GIS方法和多时相的遥感数据，用于:森林火灾的预测预报;洪水灾情监测和淹没损失估算;确定泄洪区内人员撤退、财产转移和救灾物资供应的最佳路线;为救灾抢险和防洪决策提供及时准确的信息。第三节GIS的功能与应用环境评估

第三节GIS的功能与应用

斯诺博士分析了这张分布图，马上明白了霍乱病源之所在－－死者住家都集中于饮用“布洛多斯托”井水的地方及周围。1854年8月到9月英国伦敦霍乱流行时，当局始终找不到发病的原因，后来医生约翰·斯诺(JohnSnow)说：“我们画一张图吧”。他在绘有霍乱流行地区所有道路、房屋、饮用水机井等内容的1：6500比例尺地图上，标出了每个霍乱病死者的住家位置，得到了霍乱病死者居住分布图。根据斯诺博士的分析和请示，当局于9月8日摘下了这个水井的泵，禁止使用该水泵吸水，从这天以后，新的霍乱病患者就再也没有出现了。在这个例子中，患者的居住地与饮用水井之间的空间位置关系提示了霍乱病的发病根源。第三节GIS的功能与应用作战指挥第三节GIS的功能与应用交通运输第三节GIS的功能与应用宏观决策GIS利用地理数据库，通过一系列决策模型的构建和比较分析，可为国家宏观决策提供依据。第三节GIS的功能与应用第四节空间信息技术理论及相关学科空间信息技术基于地理信息系统技术、遥感技术、全球卫星导航定位技术、计算机技术、信息科学技术等来解决与地球空间信息有关的数据获取、存储、传输、管理、分析和应用等方面的问题。通过一系列空间操作和分析，为地球科学、环境科学和工程设计，乃至国民经济的发展，城市建设及企业经营提供对规划管理和决策有用的信息。是实现数字地球和智慧地球战略目标的重要技术支撑。

第四节空间信息技术理论及相关学科各国政府设立相应的组织机构来引导GIS理论研究，如美国国家自然科学基金委员会（NSF）支持成立了国家地理信息与分析中心（NCGIA）等，研究重点包括空间关系、空间数据模型、空间认知、空间推理、地理信息机理和地理信息不确定性等；李德仁院士在《空间信息系统的集成与实现》一书中，扼要叙述了地球空间信息学的七大理论问题：地球空间信息学的基准；地球空间信息标准；地球空间信息的时空变化理论；地球空间信息的认知；地球空间信息的不确定性；地球空间信息的解译与反馈；地球空间信息的表达与可视化。第五节空间信息技术的发展概况空间信息技术的产生

现代科学方法

系统论、信息论、控制论

现代高新技术

计算机技术、空间技术和自动化技术现代科学方法和现代高新技术的形成与应用为GIS的产生提供了先决条件，也预示信息时代的到来。第五节空间信息技术的发展概况1GIS网络化2开放式GIS3时态GIS4三维GIS5虚拟GIS6多媒体GIS7五S技术的结合8GIS中的应用模型随着计算机和信息技术的发展，GIS迅速地变化着，呈现以下主要发展态势：第五节空间信息技术的发展概况1GIS网络化建立万维网GIS服务器及实现相关技术成为研究GIS的热门技术。万维网地理信息系统(WebGIS)或互联网地理信息系统(InternetGIS)是当前地理信息系统发展的一个重要方向。2开放式GIS（OpenGIS）

在计算机和通信环境下，根据行业标准和接口(Interface)所建立起来的地理信息系统。是为了使不同的地理信息系统软件之间具有良好的互操作性，以及在异构分布数据库中实现信息共享的途径。特点：互操作性、可扩展性、技术公开性、可移植性兼容性、可实现性、协同性等特点。第五节空间信息技术的发展概况3时态GIS

时间和空间不可分割地联系在一起，跟踪和分析空间信息随时间的变化，应当是GIS的一个合理目标。这样的GIS就被称为时态GIS(TemporalGIS)。记录历史数据有时候是非常重要的。

在GIS中也要经常查询历史，最明显的例子就是宗地，一块宗地可能经过许多次的买卖或变化。在土地纠纷中，人们需要详细的历史记录作为法律依据。GIS在环境应用中，也经常需要用到多时态的信息对环境进行综合评价。4三维GIS

在许多地学研究中，人们所要研究的对象是充满整个3D空间的，如大气污染，洋流，地质模型等，必须用一个(X，Y，Z)的3D坐标来描述。在3DGIS中，研究对象是通过空间X，Y，Z轴进行定义，描述的是真3D的对象。第五节空间信息技术的发展概况5虚拟GIS

虚拟GIS就是GIS与虚拟环境技术的结合。虚拟环境(VirtualEnvironment)也称虚拟现实(VirtualReality)技术是当代信息技术高速发展，各种技术综合集成的产物，是一种最有效地模拟人在自然环境中视、听、动等行为的高级人机交互技术。两个基本特征：即“临境感”(immersive)和“交互性”(interactive)。6多媒体GIS

多媒体技术(Multi-Media)是一种集声、像、图、文、通讯等为一体，并以最直观的方式表达和感知信息，以形象化的、可触摸(触屏)的甚至声控对话的人机界面操纵信息处理的技术。应用多媒体技术必将对GIS的系统结构，系统功能及应用模式的设计产生极大的影响，使得GIS的表现形式更丰富，更灵活，更友好。第五节空间信息技术的发展概况7五S技术的结合五S技术指的是全球定位系统(GPS)、数字摄影测量系统(DPS)、遥感技术(RS)、地理信息系统(GIS)和专家系统(ES)。五S技术的结合与集成充分体现了学科发展从细分走向综合的规律。8GIS中的应用模型GIS中的应用模型大多为数学模型，而当前面向不同专业的数学模型正在进一步分化，单纯的统计分析模型已不再是GIS应用模型的主流。为此，应进一步加强专业知识与数学，计算机技术的联系，提高专业研究支持的力度。第五节空间信息技术的发展概况第二章空间数据结构和空间数据库

第一节空间信息基础第二节空间数据结构类型第三节空间数据模型一、地理空间（GeographicSpace）的定义

指物质、能量、信息的存在形式在形态、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，包括地球上大气圈、水圈、生物圈、岩石圈和土壤圈交互作用的区域。地理空间具体被描述为：1）绝对空间，具有属性描述的空间位置的集合，一系列坐标值组成。

2）相对空间，是具有空间属性特征的实体的集合，由不同实体之间的

空间关系组成。第一节空间信息基础1.1空间信息基础理论二、地理空间的数学建构---如何建立地球表面的几何模型包括海洋底部、高山、高原在内的固体地球表面，难以用一个简洁的数学式描述。

1、最自然的面2、相对抽象的面，即大地水准面假设一个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。与重力方向垂直的大地水准面不可能是一个十分规则的表面，且不能用简单的数学公式来表达，大地水准面不能作为测量成果的计算面。第一节空间信息基础二、地理空间的数学建构(续)

为了测量成果计算的需要，选用一个同大地体相近的、可以用数学方法来表达的旋转椭球来代替地球---三轴椭球体。3、椭球体模型ab

c第一节空间信息基础地球模型水准面大地水准面铅垂线地球椭球体假设一个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。第一节空间信息基础三、地理参照系1、经纬度坐标系（地理坐标）

对空间定位有利，但难以进行距离、方向、面积量算。2、笛卡儿平面坐标系

便于量算和进一步的空间数据处理和分析。3、高程系统描述空间点在垂直高度上的特性--高程——由高程基准面起算的地面点的高度。4、大地坐标系第一节空间信息基础1、地理空间坐标系（经纬度坐标系）地理坐标系是以地理极(北极、南极)为极点。通过A点作椭球面的垂线，称之为过A点的法线。

纬度:泛指球坐标系的纵坐标,特指地理纬度—地面上一点的法线与地球赤道面的夹角.latitude

法线与赤道面的交角，叫做A点的纬度a。经度:泛指球坐标系的横坐标,特指地理经度—地面上点所在子午面和本初子午面的夹角.Longitude

过A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A点的经度λ。第一节空间信息基础赤道:环绕地球表面与地球南北两极距离相等的圆周线.Equator第一节空间信息基础坐标参考系统—平面系统直接建立在球体上的地理坐标，用经度和纬度表达地理对象位置建立在平面上的直角坐标系统，用（x，y）表达地理对象位置投影2、笛卡儿平面坐标系

便于量算和进一步的空间数据处理和分析。地理坐标为球面坐标，不方便进行距离、方位、面积等参数的量算第一节空间信息基础3、坐标系统—高程系统任意水准面大地水准面H´AHA铅垂线AH´BHBhAB3、高程系统描述空间点在垂直高度上的特性--高程——由高程基准面起算的地面点的高度。第一节空间信息基础水准原点1985国家高程基准，72.2604米黄海海面1952-1979年平均海水面为0米第一节空间信息基础4大地坐标系

大地测量中表示地面点的位置常用大地坐标系

不同的国家或地区根据本地区的地表情况按椭球面与本地区域大地水准面最吻合的原则建立起自己的大地系统，供本国或本地区使用。

受观测资料的局限，定义的椭球参数不尽相同，在参考椭球的基础上建立起局部大地系统。

我国目前使用的大地坐标系统主要是1954年北京坐标系（简称BJ-54系）和1980年国家大地坐标系。第一节空间信息基础（1）1954年北京坐标系-BJ-54建国初期，为了迅速开展我国的测绘事业，鉴于当时的实际情况，在东北黑龙江边境上同苏联大地网联测，通过大地坐标计算，推算出北京点的坐标。具体地，将我国一等锁与原苏联远东一等锁相连接，然后以连接处呼玛、吉拉宁、东宁基线网扩大边端点的原苏联1942年普尔科沃坐标系的坐标为起算数据，平差我国东北及东部区一等锁，这样推算过来的坐标系就定名为1954年北京坐标系：a．属参心大地坐标系；b．采用克拉索夫斯基椭球的两个几何参数；c.大地原点在原苏联的普尔科沃；d．采用多点定位法进行椭球定位；e．高程基准为1956年青岛验潮站求出的黄海平均海水面；f．高程以原苏联1955年大地水准面重新平差结果为起算数据。按我国天文水准路线推算而得。4大地坐标系第一节空间信息基础（2）1980年西安坐标系-C801978年4月召开“全国天文大地网平差会议”建立1980年西安坐标系。椭球体参数为1975年国际大地测量与地球物理联合会第16界大会的推荐值。C80是为了进行全国天文大地网整体平差而建立的。根据椭球定位的基本原理，在建立C80坐标系时有以下先决条件：（1）大地原点在我国中部，具体地点是陕西省泾阳县永乐镇；（2）C80坐标系是参心坐标系，椭球短轴Z轴平行于地球质心指向地极原点方向，大地起始子午面平行于格林尼治平均天文台子午面；X轴在大地起始子午面内与Z轴垂直指向经度0方向；Y轴与Z、X轴成右手坐标系；（3）椭球参数采用IUG1975年大会推荐的参数因而可得C80椭球两个最常用的几何参数为：长轴：6378140±5（m）；扁率：1：298.257椭球定位时按我国范围内高程异常值平方和最小为原则求解参数。（4）多点定位；（5）大地高程以1956年青岛验潮站求出的黄海平均水面为基准。4大地坐标系第一节空间信息基础（3）WGS84坐标系

GPS卫星星历是以WGS84坐标为根据而建立的.该坐标系由美国国防部研制，自1987年1月10日开始起用。4大地坐标系第一节空间信息基础坐标原点为地球质心，Z轴指向BIH（国际时间服务机构）1984.0定义的协议地球极（CTP)方向，X轴指向BIH1984.0的零子午面和CTP赤道的交点，Y轴与Z轴、X轴垂直构成右手坐标系，称为1984年世界大地坐标系统。四、地图投影为什么要进行投影？地图投影实质投影变形投影方法投影选择所考虑的因素我国常用的投影方法第一节空间信息基础1、为什么进行地图投影将地球椭球面上的点映射到平面上的方法，称为地图投影根据地理坐标系，地面上任一点的位置可由该点的纬度和经度来确定。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，最好把地面上的点表示在平面上，采用平面坐标系（笛卡儿平面直角坐标）要用平面坐标表示地面上任何一点的位置，首先要把曲面展开为平面，地球椭球体为不可展曲面，也就是说曲面上的各点不能直接表示在平面上，因此必须运用地图投影的方法，建立地球表面和平面上点的函数关系，使地球表面上任一个由地理坐标(经度，纬度)确定的点，在平面上必有一个与它相对应的点地图为平面，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第一节空间信息基础

对于较小区域范围，可以视地表为平面，这样就可以认为投影没有变形。

对于大区域范围，甚至是半球、全球，这种投影方法就不太适合了。

考虑另外的投影方法，如，可以假设地球按比例尺缩小成一个透明的地球仪那样的球体，在其球心、球面或球外安放一个发光点，将地球仪上经纬线(连同控制点及地形、地物图形)投影到球外的一个平面上，即成为地图。

2、地图投影：投影实质第一节空间信息基础2、地图投影：投影实质

实际上这种直观的透视投影方法亦有很大的局限性，例如，只能对一局部地区进行投影，且变形有时较大，同时往往不能将全球投影下来，多数情况下不可能用这种几何作图的方法来实现。

科学的投影方法是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：

当给定不同的具体条件时，将得到不同类型的投影方式。第一节空间信息基础3、地图投影：投影变形

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第一节空间信息基础4、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、长度均变形投影面：横圆柱投影：投影面为横圆柱圆锥投影：投影面为圆锥方位投影：投影面为平面投影面位置：正轴投影：投影面中心轴与地轴相互重合斜轴投影：投影面中心轴与地轴斜向相交横轴投影：投影面中心轴与地轴相互垂直相切投影：投影面与椭球体相切相割投影：投影面与椭球体相割第一节空间信息基础5、地图投影：投影选择因素制图区域的地理位置、形状和范围制图比例尺地图内容出版方式6、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。第一节空间信息基础7、地图投影：地图比例尺地图比例尺反映了制图区域和地图的比例关系纸质地图：内容、概括程度、数据精度等比例尺的含义：制图区域较小，采用各方面变形都较小的地图投影，图上各处的比例是一致的，故此时比例尺的含义是图上长度与相应地面长度的比例；

制图区域较大时，地图投影比较复杂，地图上长度因地点和方向的不同而有所变化，这种地图比例尺一般是指在地图投影时，对地球半径缩小的比率，称为主比例尺。地图经过投影后，体现在图上只有个别点线没有长度变形，也就是说，只有在这些长度没有变形的点或线上，才可用地图上注明的比例尺我国地图比例尺分级系统第一节空间信息基础我国地图比例尺分级系统：大比例尺：1：5000—1：10万（1：5000，1：1万，1：2.5万，1：5万，1：10万）

中比例尺：1：25万—1：50万小比例尺：〈1：100万

第一节空间信息基础无级比例尺：以一个大比例尺空间数据为基础数据源,对一定区域内空间对象的信息量随比例尺变化自动增减,从而使得空间数据的压缩和复现与比例尺自适应的一种信息处理技术.7、地图投影：地图比例尺第一节空间信息基础五、GIS的地理基础各种GIS的数据源、服务目的和各自特征可以不同，但均有自身统一的地理基础。

地理基础是地理信息数据表示格式与规范的重要组成部分统一的地图投影系统统一的地理格网坐标系统（地理参照系）统一的地理编码系统1、地理基础的内容3、统一的地图投影系统的意义1）为地理信息的输入、输出及匹配处理提供一个统一的定位框架2）使各种来源的地理信息和数据能够具有共同的地理基础2、投影与坐标系：

每一种投影都与一个坐标系统相联系。投影关系着如何将图形物体显示于平面上，坐标系统显示出地形地物所在的相对位置。第一节空间信息基础1、GIS与地图投影关系地图投影（地理基础）数据获取数据源地图投影数据存储统一的坐标基础数据处理投影转换数据应用空间分析依据数据库投影数据输出有相应投影的地图六、地理信息系统中地图投影设计与配置

第一节空间信息基础2、GIS中地图投影设计与配置（1）各国GIS所采用的投影系统与该国的基本地图系列所用的投影系统一致（2）各比例尺的GIS中的投影系统与其相应比例尺的主要信息源地图所用的投影一致。（3）各地区的GIS中投影系统与其所在区域适用的投影系统一致。（4）各种GIS一般以一种或两种（至多三种）投影系统为其投影坐标系统，以保证地理定位框架的统一。六、地理信息系统中地图投影设计与配置

第一节空间信息基础3、GIS中地图投影配置一般原则：（1）所配置的投影系统应与相应比例尺的国家基本图投影系统一致。（2）系统一般只考虑至多采用两种投影系统，一种应用于大比例尺的数据处理与输出、输入，另一种服务于小比例尺。（3）所用投影以等角投影为宜。（4）所用投影应能与网格坐标系统相适应，即所采用的网格系统在投影带中应保持完整。第一节空间信息基础六、地理信息系统中地图投影设计与配置

七、我国GIS中地图投影的应用

1)、我国基本比例尺地形图(1：100万到1：5000),除1：100万外均采用高斯—克吕格投影为地理基础；2)、我国1：100万地形图采用了Lambert投影，其分幅原则与国际地理学会规定的

全球统一使用的国际百万分之一地图投影保持一致。3)、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(正轴等面积割圆锥投影)；4)、Lambert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。

第一节空间信息基础八、地理实体（空间实体）---GIS处理对象1、定义：指自然界现象和社会经济事件中不能再分割的单元，它是一个具体有概括性，复杂性，相对意义的概念。2、理解：地理实体类别及实体内容的确定是从具体需要出发的，GIS中的空间实体是一个概括，复杂，相对的概念。抽象是人们观察和分析复杂事物和现象的常用手段之一。将地理系统中复杂的地理现象进行抽象得到的地理对象称为地理实体或空间实体、空间目标，简称实体(Entity)。实体是现实世界中客观存在的，并可相互区别的事物。实体可以指个体，也可以指总体，即个体的集合。

第一节空间信息基础1.2地理实体的描述和存储在地理信息系统中，根据具体要求需要描述实体各个侧面如名称、位置、形状和获取这些信息的方法、时间和质量等，记录实体的这些描述内容的空间数据具有三个基本特征：空间特征、属性特征和时间特征;

根据反映实体特征的不同，空间数据可分为不同的类型：几何数据、关系数据、属性数据和元数据，而不同类型的空间数据在计算机中是以不同的空间数据结构存储的。第一节空间信息基础1、空间实体的描述通常需要从如下方面对地理实体进行描述：1)编码：用于区别不同的实体，有时同一个实体在不同的时间具有不同的编码，如上行和下行的火车。编码通常包括分类码和识别码。分类码标识实体所属的类别，识别码对每个实体进行标识，是唯一的，用于区别不同的实体。2)位置：通常用坐标值的形式(或其它方式)给出实体的空间位置。3)类型：指明该地理实体属于哪一种实体类型，或由哪些实体类型组成。4)行为：指明该地理实体可以具有哪些行为和功能。5)属性：指明该地理实体所对应的非空间信息，如道路的宽度、路面质量、车流量、交通规则等。6)说明：用于说明实体数据的来源、质量等相关的信息。7)关系：与其它实体的关系信息。1.2地理实体的描述和存储第一节空间信息基础地理实体的描述——空间数据1、描述的内容

3、数据类型

4、数据结构

几何数据（空间数据、图形数据）关系数据—实体间的邻接、关联包含等相互关系属性数据—各种属性特征和时间元数据

矢量、栅格、TIN（专用于地表或特殊造型）

空间元数据位置、形状、尺寸、识别码（名称）实体的角色、功能、行为、实体的衍生信息时间测量方法、编码方法、空间参考系等空间特征：地理位置和空间关系属性特征—名称、等级、类别等时间特征2、基本特征

地理数据的特征属性特征：描述空间对象的特性，即是什么，如对象的类别、等级、名称、数量等。1.2地理实体的描述和存储第一节空间信息基础空间特征：描述空间对象的地理位置以及相互关系，又称几何特征和拓扑特征，前者用经纬度、坐标表示，后者如F楼与E楼相邻等。时间特征：空间对象随着时间演变而引起的空间和属性特征的变化

一般来说，空间特征数据包括地理实体或现象的定位数据和拓扑数据；属性数据包括地理实体或现象的专题属性（名称、分类、数量等）数据和时间数据，而空间特征数据和属性特征数据统称为空间数据或地理数据。因此空间数据的特征可概括为空间特征和属性特征。地理数据的特征1.2地理实体的描述和存储第一节空间信息基础属性数据：描述空间对象属性特征的数据，又称非几何数据，如类型、名称、性质等，一般通过代码给予表达几何数据(定位数据)：描述空间对象空间特征的数据，也称位置数据、定位数据，一般用经纬度、坐标表达关系数据（拓扑特征数据）：描述空间对象的空间关系的数据，如邻接、包含、关联等，一般通过拓扑关系表达。2空间数据的类型1.2地理实体的描述和存储第一节空间信息基础3.空间数据的分类按数据来源按数据结构按数据特征按几何特征按数据发布形式地图数据影像数据文本数据矢量数据栅格数据空间数据非空间属性数据点线面、曲面体数字线画图数字栅格画图数字高程模型数字正射影像图1.2地理实体的描述和存储第一节空间信息基础依据数据来源的不同，地理数据的类型：地图数据：来源于各种类型的普通地图和专题地图。影像数据：来源于卫星遥感和航空遥感。地形数据：来源于地形等高线图的数字化，已建立的数字高程模型（DEM）和其它实测的地形数据。属性数据：描述空间对象属性特征的数据，又称非几何数据，如类型、名称、性质等，一般通过代码给予表达元数据1.2地理实体的描述和存储第一节空间信息基础元数据“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。一般都认为元数据就是“关于数据的数据”。

对数据集中各数据项、数据来源、数据所有者及数据生产历史等的说明对数据质量的描述，如数据精度、数据的逻辑一致性、数据完整性、分辨率、源数据的比例尺等对数据处理信息的说明，如量纲的转换等数据转换方法的描述对数据库的更新、集成方法等的说明

元数据的内容元数据的主要作用

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帮助用户了解数据，以便就数据是否能满足其需求作出正确的判断提供有关信息，以便用户处理和转换有用的数据。

表示地理现象的空间数据从几何上可以抽象为点、线、面三类，对点、线、面数据，按其表示内容又可以分为七种不同的类型，表示的内容如下：

1、类型数据例如考古地点、道路线和土壤类型的分布等；

2、面域数据例如随机多边形的中心点，行政区域界线和行政单元等；

3、网络数量例如道路交点、街道和街区等；

4、样本数量例如气象站、航线和野外样方的分布区等；

5、曲面数据例如高程点、等高线和等值区域；

6、文本数据例如地名、河流名称和区域名称；

7、符号数据例如点状符号、线状符号和面状符号等。由此得出，对于点实体，它有可能是点状地物、面状地物的中心点、线状地物的交点、定位点、注记、点状符号等；对于线实体和面实体也可按照上面的七种类型得出其描述内容，这些内容是点、线、面三种实体编码的主要内容1.3实体的空间特征点：位置：（x，y）属性：符号线：位置：(x1,y1),(x2,y2),…,(xn,yn)

属性：符号—形状、颜色、尺寸面：位置：(x1,y1),(x2,y2),…,(xi,yi),…,(x1,y1)

属性：符号变化等值线

1、空间对象（实体）的地图表达第一节空间信息基础2、空间维数和特征类型空间对象一般按地形维数进行归类划分点：零维线：一维面：二维体：三维时间：通常以第四维表达，但目前GIS还很难处理时间属性。1.3实体的空间特征第一节空间信息基础点实体

有位置，无宽度和长度；抽象的点1.3实体的空间特征第一节空间信息基础线实体

有长度，但无宽度和高度用来描述线状实体，通常在网络分析中使用较多度量实体距离1.3实体的空间特征第一节空间信息基础面实体

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中国土地利用分布图（不连续面）1.3实体的空间特征第一节空间信息基础面实体（续）连续变化曲面：如地形起伏，整个曲面在空间上曲率变化连续。不连续变化曲面，如土壤、森林、草原、土地利用等，属性变化发生在边界上，面的内部是同质的。1.3实体的空间特征第一节空间信息基础空间对象：体有长、宽、高的目标通常用来表示人工或自然的三维目标，如建筑、矿体等三维目标西安电子科技大学大学校园建筑1.3实体的空间特征第一节空间信息基础线—面1、区域包含线：计算区域内线的密度。2、线通过区域：公路是否通过某县。3、线环绕区域：区域边界，搜索左右区域名称。

4、线与区域分离：距离。

3、实体类型组合

现实世界的各种现象比较复杂，往往由不同的空间单元组合而成，复杂实体由简单实体组合表达。点、线、面两两之间组合表达复杂的空间问题：如：线—面

面--面

1.3实体的空间特征第一节空间信息基础面—面1、

包含：岛,某省的湖泊分布。

2、

相合：重叠，学校服务范围与菜场服务范围重叠区。

3、

相交：划分子区。4、

相邻：计算相邻边界性质和长度，公共连接边界。5、分离：计算距离。

学校菜场1.3实体的空间特征第一节空间信息基础不同空间类型组合表达复杂空间问题

1.3实体的空间特征第一节空间信息基础1.4、空间关系描述空间对象之间的空间相互作用关系方法

绝对关系:坐标、角度、方位、距离等；相对关系：相邻、包含、关联等相对关系类型拓扑空间关系：描述空间对象的相邻、包含等顺序空间关系：描述空间对象在空间上的排列次序，如前后、左右、东、西、南、北等。度量空间关系：描述空间对象之间的距离等。地图、遥感影象上的空间关系是通过图形识别的，在GIS中的空间关系则必须显式的进行定义和表达。空间关系的描述多种多样，目前尚未有具体的标准和固定的格式，但基本原理一致。不同的GIS可能采用不同的方法进行描述空间关系是GIS数据描述和表达的重要内容：一方面它为GIS数据库的有效建立，空间查询，空间分析，辅助决策等提供了最基本的关系；另一方面有助于形成标准的SQL空间查询语言，便于空间特征的存储，提取，查询，更新等。

第一节空间信息基础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。可以假设图形绘在一张高质量的橡皮平面上，将橡皮任意拉伸和压缩，但不能扭转或折叠，这时原来图形的有些属性保留，有些属性发生改变，前者称为拓扑属性，后者称为非拓扑属性或几何属性。这种变换称为拓扑变换或橡皮变换。拓扑关系定义空间对象的拓扑空间关系拓扑关系是指网结构元素结点、弧段、面域之间的空间关系，主要表现为下列三种关系：拓扑邻接关系、拓扑关联关系、拓扑包含关系。拓扑邻接指存在于空间图形的同类元素之间的拓扑关系。拓扑关联指存在于空间图形的不同类元素之间的拓扑关系。拓扑包含指存在于空间图形的同类但不同级的元素之间的拓扑关系空间对象的拓扑空间关系空间对象的拓扑空间关系拓扑元素点：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

基本拓扑关系关联：不同拓扑元素之间的关系邻接：相同拓扑元素之间的关系包含：面与其他元素之间的关系层次：相同拓扑元素之间的层次关系方向性：一条弧段的起点、终点确定了弧段的方向。用于表达现实中的有向弧段，如城市道路单向，河流的流向等。

连通性：指对弧段连接的判别，如用于网络分析中确定路径、

街道是否相通。

点、线、面之间的拓扑关系终点起点中间点弧段1弧段3弧段2弧段4点:面:弧:邻接相交重合相离包含点—点点—线点—面线—面面—面线—线1）关联性不同类要素之间）结点与弧段：如V9与L5,L6,L3多边形与弧段：P2与L3,L5,L22）邻接性

(同类元素之间)多边形之间、结点之间。邻接矩阵

重叠：--邻接：1不邻接：0P1P2P3P4P1--111P21--10P311--0P4100--弧段号起结点终结点左多边形右多边形C1N1N2P2P1C2N3N2P1P4C3N1N3P1ØC4N1N4ØP2C5N2N5P2P4C6N4N5P3P2C7N5N6P3P4C8N4N6ØP3C9N7N7P4P5C10N3N6P4ØC4N4C8C6P3C7N6C10N3C3N1P1C2N2C1P2C5N5P4P5C9N7拓扑数据举例空间拓扑关系表达—关系表表1面域与弧段的拓扑关系面域 弧段 P1 a,b,c,-gP2 b,d,f P3 c,f,e P4 g 表2结点与弧段的拓扑关系结点 弧段 A a,c,e B a,d,b C d,e,f D b,f,c E g 表3弧段与结点的拓扑关系弧段 结点 a A,B b B,D c D,A d B,C e C,A f C,D g E,E

表4弧段与面域的拓扑关系弧段左邻面右邻面a P0 P1b P2 P1c P3 P1d P0 P2e P0 P3f P3 P2g P1

拓扑关系的意义1）拓扑关系能清楚地反映实体之间的逻辑结构关系。2）有助于空间要素的查询，利用拓扑关系可以解决许多实际问题。3）根据拓扑关系可重建地理实体。1.4、空间关系第一节空间信息基础

数据结构即指数据组织的形式，是适合于计算机存储、管理和处理的数据逻辑结构。对空间数据则是地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描述。在地理系统中描述地理要素和地理现象的空间数据，主要包括空间位置、拓朴关系和属性三个方面的内容。

第二节空间数据结构的类型空间数据结构栅格数据结构(显式表示)矢量数据结构(隐式表示)栅格数据结构-显式描述显式表示：就是栅格中的一系列像元(点)，为使计算机认识这些像元描述的是某一物体而不是其它物体。注：“c”不一定用c的形式，而可以用颜色、符号、数字、灰度值来显示。则得到椅子的简单数据结构为：

椅子的属性——符号／颜色——像元x矢量数据结构-隐式表示

隐式表示：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。

隐式表示的数据为：

椅子的属性——一系列矢量——连接关系

栅格数据结构栅格数据结构指将空间分割成各个规则的网格单元，然后在各个格网单元内赋以空间对象相应的属性值的一种数据组织方式；栅格数据结构分为栅格矩阵结构、游程编码结构、四叉树数据结构、八叉树数据结构和十六叉树数据结构。第二节空间数据结构的类型栅格数据结构

栅格数据:栅格数据结构实际就是像元阵列，每个像元由行列确定它的位置。由于栅格结构是按一定的规则排列的，所表示的实体位置很容易隐含在网络文件的存储结构中，且行列坐标可以很容易地转为其它坐标系下的坐标。在网络文件中每个代码本身明确地代表了实体的属性或属性的编码。

栅格数据结构就是像元阵列，每个像元的行列号确定位置，用像元值表示空间对象的类型、等级等特征。每个栅格单元只能存在一个值。（a）三角形（b）菱形（c)六边形点线面对于栅格数据结构点：为一个像元线：在一定方向上连接成串的相邻像元集合。面：聚集在一起的相邻像元集合。栅格数据结构：坐标系与描述参数Y：列X：行西南角格网坐标（XWS，YWS）格网分辨率

栅格单元的尺寸1）原则：应能有效地逼近空间对象的分布特征，又减少数据的冗余度。格网太大，忽略较小图斑，信息丢失。

2）方法：用保证最小多边形的精度标准来确定尺寸经验公式：

h为栅格单元边长

Ai为区域所有多边形的面积。

栅格数据单元值确定CAB百分比法面积占优重要性中心点法A连续分布地理要素C具有特殊意义的较小地物A分类较细、地物斑块较小AB为了逼近原始数据精度，除了采用这几种取值方法外，还可以采用缩小单个栅格单元的面积，增加栅格单元总数的方法栅格矩阵（RasterMatrix)

Raster数据是二维表面上地理