《GIS空间信息基础》PPT课件.ppt

第二章 GIS的空间信息基础,地理科学学院 张玉红 2010.8,第一节 常规的地理空间信息描述,1、地球空间模型描述 （1）地球的自然表面，起伏不规则。难以简单数学描述。,（2）大地水准面:静止的平均海水面穿过大陆和岛屿形成的处处与重力方向正交闭合曲面。由于重力等影响，也是一个不规则曲面。,大地水准面,椭球面,地球表面,（3）模型:以大地水准面为基准建立的地球椭球体模型。,我国大地坐标系采用的地球椭球体模型为1975年国际大地测量协会推荐的国际椭球。,（4） 数学模型:为解决其它大地测量问题提出的。,2、地理空间坐标系的建立,（1）地理坐 标系（GCS）,（2）投影坐标系统(Projection),转换三维地球表面到二维地图平面的数学处理方法称之为地图投影.,地图投影是为特定的制图目的服务的。有以下投影类型：,A、等角投影（正形投影，正射投影） 保持局部形状相似，但不能保证面积相等。但面积较大时，也不能保证形状不变。 B、等面积不变，但角度、形状、和比例会发生变形。 C、等距离投影，既不等积，也不等角。长度、角度、面积、比例均有变形。但面积变形小于等角，形状变形小于等积。,投影方法：,A、圆锥投影（正轴、斜轴、横轴；相切、相割）,B、圆柱投影（正轴、斜轴、横轴；相切、相割）,C、平面（方位）投影（正轴、斜轴、 横轴；相切、相割）,地图投影的选择,主要指中小比例尺地图投影，基本比例尺地图投影类型有国家相关部门规定。 考虑因素： A、范围；B、形状；C、地理位置；D、用途；E、出版方式。,地理信息系统常用的地图投影,高斯-克吕格(Gauss-Kruger)投影 墨卡托（Mercator）投影 通用横轴墨卡托(UTM)投影 兰伯特（Lambert）投影 阿尔伯斯（Albers）投影,高斯-克吕格投影及其在地形图中的应用,几何名称：等角横切椭圆柱投影,高斯-克吕格投影及其在地形图中的应用,投影条件：,1、中央经线和赤道投影为平面直角坐标系的坐标轴。,2、投影后无角度变形。,3、中央经线投影后保持长度不变。,变形规律：,在同一纬线上，长度比随经差增大而增大；在 同一经线上，长度比随纬度减小而增大。,高斯-克吕格投影用于地形图的有关规定,一、分带规定,高斯-克吕格投影用于地形图的有关规定,一、分带规定,6度带：1：25000 1：500000系列比例尺地形图,3度带：1：10000 及大于1：10000比例尺地形图,高斯-克吕格投影用于地形图的有关规定,二、坐标规定,1、将各带的坐标纵 轴西移500公里。 Y=y+500000m,2、加上投影带号。 Y通=n*1000000+Y,等角正圆柱投影（墨卡托投影）,特性：地球面上的等角航线投影为直线。,等角航线在地球面上是一条以极点为渐近点的螺旋曲线。,等角正圆柱投影（墨卡托投影）,3、地图对地理空间实体的描述,空间实体 指具有形状、属性和时序特征的空间对象或地理实体，包括点、线、面、体，他们构成地球圈层间复杂的地理综合体，也是地理信息系统表示和建库的主要对象。,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。,通过点、线、面、符号和注记进行。,点状要素,几种点状符号,线状要素,几种线状符号,面状要素,地图对面状要素的描述,4、遥感影像对地理空间的描述,美国NOAA卫星数据,美国陆地卫星TM数据,法国SPOT数据,美国IKONOS 4米分辨率多光谱数据,美国IKONOS 1米分辨率数据,美国DigitalGlobel公司 0.61米分辨率数据,第二节 地理信息数字化的描述方法,计算机是不能直接识别和处理各种以图形形式表达的地理空间实体。 要使计算机能识别和处理它们，首先要对空间实体进行描述。,河流的显示和隐式表示,含有点、线、面三种要素的地图,空间实体在GIS中的矢量表示,注： （3，3）可用于表示一个点的位置。 （1，7）， （3，5）， （5，5）， （5，3）， （6，1），可用于表示一条线。 （3，10）， （3，8）， （4，6）， （9，5）， （10，7）， （7，10），（6，9）， （3，10）可用于表示 一个多边形。 注意第一个坐标和最后一个坐标相同，因为多边形总是封闭的。,.,（1）矢量法是用坐标对、坐标串和封闭的坐标串表示实体点、线、面的位置及其空间关系的一种数据格式。适宜表达离散的空间特征，如土地利用、房屋等。,（2）栅格法（扫描数据或图像）通过一系列栅格单元表达连续分布的地理现象，如温度分布、土壤湿度、污染分布等。,1. GIS的空间数据 地图数据 影像数据 地形数据 属性数据 元数据,第三节 地理空间数据及特征,2. GIS的空间数据类型,类型数据 例如考古地点、道路线和土壤类型的分布等； 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； 网络数量 例如道路交点、街道和街区等； 样本数量 例如气象站、航线和野外样方的分布区等； 曲面数据 例如高程点、等高线和等值区域； 文本数据 例如地名、河流名称和区域名称； 符号数据 例如点状符号、线状符号和面状符号等。,空间特征（定位信息+拓扑信息） 属性特征（专题属性+时间属性）,3、GIS数据的基本特征,地理数据=空间数据（空间+属性）,4、空间数据的拓扑关系 邻接关系：空间图形中同类元素之间的拓扑关系。 关联关系：空间图形中不同元素之间的拓扑关系。 包含关系：空间图形中同类但不同级元素之间的拓扑关系。,拓扑邻接,拓扑关联,拓扑包含,面域与弧段的拓扑关系,弧段与结点的拓扑关系,弧段与面域的拓扑关系,在地图上仅用距离和方向参数描述图上目标之间的关系是不圆满的。 因为图上两点间的距离或方向（在实地上是一定的）会随地图投影不同而发生变化。因此仅用距离和方向参数还不可能确切地表示它们之间的空间关系。 拓扑学是研究图形在保持连续状态下变形时的那些不变的性质，也称“橡皮板几何学”。 在拓扑空间中对距离或方向参数不予考虑。拓扑关系是指网结构元素结点、弧段、面域之间的空间关系。,空间数据的拓扑关系，对数据处理和空间分析具有重要的意义，因为： (1)根据拓扑关系，可以确定一种空间实体相对于另一种空间实体的位置关系。 (2)利用拓扑关系有利于空间要素的查询。 (3)可以根据拓扑关系重建地理实体。,第四节 空间数据的元数据,1.元数据概念与作用 （1）概念。描述数据的数据。说明数据的内容、质量、现状、生产者、格式等信息。,了解！,（2）作用： 帮助数据生产者管理、维护数据； 提供数据的生产信息； 帮助用户选择数据； 提供数据的处理信息等； 是实现网络环境GIS（特别是WebGIS）数据互操作的基础。,2.空间数据元数据的常用形式和分类 常用形式：文本文件、HTML、SGML 分类： （1）根据内容分：科研型、评估型、模型元数据 （2）根据描述对象分：数据层元数据、属性元数据、实体元数据 （3）根据元数据在系统中的作用分：系统级别元数据、应用层元数据 （4）根据元数据的作用：说明元数据、控制元数据,3.空间