第四章 UGIS的技术与方法

1、第四章第四章 地理信息系统数据库的组织地理信息系统数据库的组织组织地理信息系统组织地理信息系统:（1）确定收集数据；）确定收集数据；（2）数据预处理；）数据预处理；（3）按区域框架和图层结构将收集的数据）按区域框架和图层结构将收集的数据输入计算机；输入计算机；（4）数据处理；）数据处理；（5）空间数据库的管理；）空间数据库的管理；（6）空间查询、分析等；）空间查询、分析等；（7）结果输出。）结果输出。汽油汽油数据数据以数据为处理线索以数据为处理线索 硬件硬件软件软件数据数据 = 12 7= 12 7空间区域框架及图层结构空间区域框架及图层结构空间数据的录入及处理空间数据的录入及处理空间数据管理

2、空间数据管理4.1 地图投影和坐标系统地图投影和坐标系统一、与地图投影有关的地球几何学中一、与地图投影有关的地球几何学中的几个概念的几个概念1. 大圈：大圈：l地球表面与通过地球中心的一个平面相地球表面与通过地球中心的一个平面相交被称为大圈。大圈上的一段弧是该弧交被称为大圈。大圈上的一段弧是该弧两端点之间的最短距离。两端点之间的最短距离。2. 子午线圈（经圈）和平行圈（纬圈）子午线圈（经圈）和平行圈（纬圈）l通过地球南北极点的大圈称为子午线圈通过地球南北极点的大圈称为子午线圈（经圈）（经圈）l与子午线正交的环为平行圈（纬圈）与子午线正交的环为平行圈（纬圈）3. 大地地理坐标系统大地地理坐标系统

3、l用经纬度来确定地球上点的坐标位置的用经纬度来确定地球上点的坐标位置的坐标系坐标系二、正射投影二、正射投影 概念：概念： 把地球表面上的细部投影把地球表面上的细部投影到与投影中心正切的面上到与投影中心正切的面上 特点：特点： 随着距投影中心的距离增随着距投影中心的距离增加，比例尺变小，位移增加，比例尺变小，位移增大。只适用于小面积。大。只适用于小面积。三、圆锥投影与百万分之一地图投影三、圆锥投影与百万分之一地图投影l1、圆锥投影：、圆锥投影：l 以圆锥面为投影面，圆锥轴与地轴以圆锥面为投影面，圆锥轴与地轴重合，圆锥面与某一纬线相切或相割。重合，圆锥面与某一纬线相切或相割。按着某种条件及数学法则

4、将地球上的经按着某种条件及数学法则将地球上的经纬线投影到圆锥面然后按圆锥某一条母纬线投影到圆锥面然后按圆锥某一条母线切展平即获得园锥投影，可分切圆锥线切展平即获得园锥投影，可分切圆锥投影和割圆锥投影投影和割圆锥投影2 2、百万分之一地图投影：、百万分之一地图投影：采用改良的多圆锥投影和等角圆锥投影采用改良的多圆锥投影和等角圆锥投影改良的园锥投影改良的园锥投影：为减少变形，令许多圆锥：为减少变形，令许多圆锥与地球相切并规定按与地球相切并规定按“经经6 6纬纬4”4”分幅，每幅分幅，每幅单独投影。单独投影。四、高斯四、高斯-克吕格投影及直角平面坐标系克吕格投影及直角平面坐标系 1、高斯、高斯-克吕

5、格投影克吕格投影 为等角横切圆柱投影。我国比例尺大于为等角横切圆柱投影。我国比例尺大于150万的万的地形图均用此投影。该投影先把地球按经度地形图均用此投影。该投影先把地球按经度6度分度分带，由西向东共划带，由西向东共划60个投影带个投影带 2、直角平面坐标系、直角平面坐标系 （高斯坐标）（高斯坐标）1、每一带中央子午线的投影线为该带的平面直角坐标系、每一带中央子午线的投影线为该带的平面直角坐标系的纵轴（的纵轴（X轴），赤道的投影为横轴（轴），赤道的投影为横轴（Y轴），交点轴），交点为坐标原点。为坐标原点。2、为了避免横轴坐标出现负值，纵轴西移动、为了避免横轴坐标出现负值，纵轴西移动500km，

6、所，所以原坐标原点的坐标为以原坐标原点的坐标为(0，500km)。 3、为了避免不同带之间地点出现相同的高斯平面直角坐、为了避免不同带之间地点出现相同的高斯平面直角坐标，高斯平面直角坐标系规定在横坐标标，高斯平面直角坐标系规定在横坐标Y值前标以投值前标以投影带的编号（影带的编号（n）。）。 3、大地坐标与高斯平面直角坐标的转换、大地坐标与高斯平面直角坐标的转换正转换：大地坐标正转换：大地坐标 平面直角坐标平面直角坐标42234422495.cossin24cossin2tinpNLpNLSX4252233185cos1201cos6costintinNPLtinNpLNPLYS其中，其中，S

7、赤道到测点纬度赤道到测点纬度 的经线长的经线长 cossin0039. 0sin6973. 0sin9238.133sin7799.320058611.111134753S ，4.2 空间区域框架与图层结构空间区域框架与图层结构一、空间区域框架一、空间区域框架空间区域框架：空间区域框架：就是按区域储存和表达空间信息就是按区域储存和表达空间信息的一套规则。的一套规则。1、分为：自然区域框架，行政区域框架，自然、分为：自然区域框架，行政区域框架，自然-行政综合区域框架，和地理网格区域框架。行政综合区域框架，和地理网格区域框架。2、地形图都是以地理网格区域框架作为储存和、地形图都是以地理网格区域框架

8、作为储存和表达空间数据的基础。一般的专题图或以所研表达空间数据的基础。一般的专题图或以所研究的自然区域，或行政区域，或以自然究的自然区域，或行政区域，或以自然-行政行政综合区域框架为基础。综合区域框架为基础。 3、地形图区域框架的划分（国际分幅法规）、地形图区域框架的划分（国际分幅法规）（1）国际标准图幅以）国际标准图幅以1100万的地图为基础划分万的地图为基础划分纬差纬差4度，从赤道向南北各自分成度，从赤道向南北各自分成22带，用带，用A，B，C，V表示带名；表示带名； 经差经差6度，从东经度，从东经180度起，由西向东分成度起，由西向东分成60带，用带，用1，2，3，60，表示带名；，表示

9、带名； 纵横交错形成地理网格，纵横交错形成地理网格， 每个网格作为每个网格作为1100万万 地图的空间区域框架，地图的空间区域框架， 用横、纵带名双编码表用横、纵带名双编码表 示，如示，如L52（北纬（北纬4448， 东经东经126132） 比例尺比例尺纬度间隔纬度间隔 经度间隔经度间隔1100万万4度度6度度150万万2度度3度度125万万1度度1度度30分分120万万40分分1度度110万万20分分30分分15万万10分分15秒秒12.5万万5分分7分分30秒秒11万万2分分30秒秒3分分45秒秒15千千1分分15秒秒1分分52.5秒秒 各种比例尺的地形图各种比例尺的地形图的地理区域框架是

10、一致的，的地理区域框架是一致的，具有包容性。具有包容性。 只要两种地图具有相只要两种地图具有相同的投影方式，大比例尺同的投影方式，大比例尺地形图可定位在小比例尺地形图可定位在小比例尺地形图上地形图上图层概念：图层概念：计算机内二维阵列中的每个单元仅能容计算机内二维阵列中的每个单元仅能容纳一个数值，为表达不同的地图数据，必须被分离纳一个数值，为表达不同的地图数据，必须被分离成不同的二维阵列来储存，每个储存层及储存的数成不同的二维阵列来储存，每个储存层及储存的数据被称为图层据被称为图层 。 图层结构：图层结构：不同的图层组织在一起形成了图层结构。不同的图层组织在一起形成了图层结构。 土壤土壤地貌地

11、貌森林森林建筑物建筑物XZY空间数据分层方法：空间数据分层方法： 1 1）专题分层）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。每个图层对应一个专题，包含某一种或某一类数据。 2 2）时间序列分层）时间序列分层 即把不同时间或不同时期的数据作为一个数据层。即把不同时间或不同时期的数据作为一个数据层。 3 3）地面垂直高度分层）地面垂直高度分层 把不同高度的数据作为一个数据层。把不同高度的数据作为一个数据层。 Z Z便于空间数据的管理、查询、显示、分析等。便于空间数据的管理、查询、显示、分析等。 1 1）管理简单）管理简单 2 2）可加快查询速度）可加快查询速度 3 3）增加了图形显

12、示的灵活性）增加了图形显示的灵活性 4 4）对）对不同数据层进行叠加，可进行各种目的的不同数据层进行叠加，可进行各种目的的空间分析空间分析 4.3 空间数据库的总体结构空间数据库的总体结构一、数据库概述一、数据库概述1、数据库概念：、数据库概念： 一个数据库就是有关事物及其它们彼此之间一个数据库就是有关事物及其它们彼此之间关系的信息集合，这些信息的集合是按一定的数关系的信息集合，这些信息的集合是按一定的数据模型和逻辑结构被储存一个或多个适合于计算据模型和逻辑结构被储存一个或多个适合于计算机的数据文件之中。机的数据文件之中。 2、计算机对数据的管理经历的三个发展阶段：、计算机对数据的管理经历的三

13、个发展阶段：1）程序管理阶段：）程序管理阶段：2）文件管理方式：顺序、随机、索引、倒排）文件管理方式：顺序、随机、索引、倒排文件等文件等3）数据库管理系统：层次模型、网状模型和）数据库管理系统：层次模型、网状模型和关系模型等关系模型等1）程序管理：）程序管理：10 Read x, y, z20 a=x+y 100 data 3, 7, 8, 3, 4, 102 ）文件管理：）文件管理：顺序文件顺序文件:按记录进入文件的先后顺序存放。按记录进入文件的先后顺序存放。优点：结构简单，连续存取速度快优点：结构简单，连续存取速度快缺点：不便于插入、删除和修改等操作缺点：不便于插入、删除和修改等操作随机文

14、件：随机文件：采用关键字变地址方法组织文件。采用关键字变地址方法组织文件。优点：文件随机存放，插入删除方便，优点：文件随机存放，插入删除方便， 查找速度快，节省空间。查找速度快，节省空间。索引文件：索引文件：带有索引表的文件，在索引带有索引表的文件，在索引表中存放记录的关键字和记录在文件中表中存放记录的关键字和记录在文件中的位置。的位置。索引区：存放索引表索引区：存放索引表数据区：存放主文件数据区：存放主文件查询：先查索引表，再按索引表所指地查询：先查索引表，再按索引表所指地址查记录。址查记录。在在GIS中，空间数据量大，使用索引文中，空间数据量大，使用索引文件可以提高系统运行速度。件可以提高

15、系统运行速度。弧段号弧段号左多边形号左多边形号 右多边形号右多边形号弧段坐标数据弧段坐标数据1.数据文件数据文件弧索引表弧索引表弧段号弧段号物理地址物理地址1.80.倒排文件：倒排文件：在多关键字文件中，建立一系列在多关键字文件中，建立一系列次关键字索引表。这种次关键字的索引表称次关键字索引表。这种次关键字的索引表称作倒排文件。作倒排文件。 次关键字索引表中每个索引项应包含次次关键字索引表中每个索引项应包含次关键字及具有同一次关键字的多个记录的主关键字及具有同一次关键字的多个记录的主关键字或物理记录号。关键字或物理记录号。优点：优点：对复杂的多关键字查询时，可在倒排对复杂的多关键字查询时，可在

16、倒排表中先完成查询的表中先完成查询的“交交”、“并并”等逻辑运等逻辑运算，然后将得到的结果再对主文件中记录进算，然后将得到的结果再对主文件中记录进行存取。即把对记录的操作转换成地址集合行存取。即把对记录的操作转换成地址集合的运算，提高了查询的速度。的运算，提高了查询的速度。地块号地块号地貌类型地貌类型坡度坡度坡向坡向利用现状利用现状1缓坡缓坡510 半阴半阴林地林地2垣面垣面15 阳阳牧地牧地4沟道沟道15 阴阴牧地牧地8垣面垣面3 阳阳农地农地9宽梁顶宽梁顶3 阳阳农地农地10缓坡缓坡5 15 半阳半阳林地林地土地资源文件土地资源文件在土地资源数据文件中，地块号为关键字，在土地资源数据文件中

17、，地块号为关键字，地貌类型、坡度、坡向、利用现状为次关地貌类型、坡度、坡向、利用现状为次关键字。对次关键字分别建立倒排表。键字。对次关键字分别建立倒排表。次关键次关键字字地块号地块号陡坡陡坡3，7垣面垣面2，8沟道沟道4宽顶梁宽顶梁9缓坡缓坡1，5，6，10次关键次关键字字地块号地块号阴阴5，7半阳半阳4，6，10半阴半阴1阳阳2，3，8，9次关键次关键字字地块号地块号农地农地2，8，9林地林地1，4，5，6，10牧地牧地3，7地貌类型倒排表地貌类型倒排表坡向倒排表坡向倒排表利用现状倒排表利用现状倒排表现在要查询土地资源数据库中，利用现状为现在要查询土地资源数据库中，利用现状为林地林地，地貌类

18、型为，地貌类型为缓坡缓坡、坡向为、坡向为半阳半阳的地块。的地块。方法：查询倒排文件并进行逻辑运算。方法：查询倒排文件并进行逻辑运算。（1）查利用现状倒排表得林地的地块号为：）查利用现状倒排表得林地的地块号为： 1，4，6，10；（2）查地貌类型倒排表得缓坡的地块号：）查地貌类型倒排表得缓坡的地块号： 1，5，6，10；（3）查坡向倒排表得半阳的地块号：）查坡向倒排表得半阳的地块号： 4，6，10；（4）对（）对（1），（），（2），（），（3）所得结果求交得：）所得结果求交得： 6，10。 符合条件的地块为符合条件的地块为6号和号和10号地块。号地块。层次数据库模型层次数据库模型 它的特点是将

19、数据组织成一对多关系的它的特点是将数据组织成一对多关系的结构。结构。 层次结构采用关键字来访问其中每一层层次结构采用关键字来访问其中每一层次的每一部分。次的每一部分。 层次数据库结构特别适用于文献目录、层次数据库结构特别适用于文献目录、土壤分类、部门机构等分级数据的组土壤分类、部门机构等分级数据的组织。织。 3）数据库管理）数据库管理123456abcdefgMMabcdefg1223344134355664c层次数据库模型层次数据库模型优点：优点：0存取方便且速度快存取方便且速度快0结构清晰，容易理解结构清晰，容易理解0数据修改和数据库扩展容易实现数据修改和数据库扩展容易实现0检索关键属性十

20、分方便检索关键属性十分方便缺陷：缺陷：0结构呆板，缺乏灵活性结构呆板，缺乏灵活性0同一属性数据要存储多次，数据冗余大（如公共边）同一属性数据要存储多次，数据冗余大（如公共边）0不适合于拓扑空间数据的组织不适合于拓扑空间数据的组织网络数据库模型网络数据库模型网络模型用连接指令或指针来确定数据间的网络模型用连接指令或指针来确定数据间的显式连接关系，采用图数据结构，具有图数显式连接关系，采用图数据结构，具有图数据结构的一系列特点。表达的数据关系是多据结构的一系列特点。表达的数据关系是多对多，且数据之间具有显式的连接关系，但对多，且数据之间具有显式的连接关系，但没有层次关系没有层次关系 。123456

21、abcdefgMM MI III IIabcdefg123456网络数据库模型网络数据库模型优点：优点：能明确而方便地表示数据间的复杂关系能明确而方便地表示数据间的复杂关系数据冗余小数据冗余小缺陷：缺陷：网状结构的复杂，增加了用户查询和定网状结构的复杂，增加了用户查询和定位的困难。位的困难。 需要存储数据间联系的指针，使得数据需要存储数据间联系的指针，使得数据量增大量增大数据的修改不方便（指针必须修改）数据的修改不方便（指针必须修改） 关系数据库模型是以记录组或数据表的形关系数据库模型是以记录组或数据表的形式组织数据，以便于利用各种地理实体与式组织数据，以便于利用各种地理实体与属性之间的关系进

22、行存储和变换，不分层属性之间的关系进行存储和变换，不分层也无指针，是建立空间数据和属性数据之也无指针，是建立空间数据和属性数据之间关系的一种非常有效的数据组织方法。间关系的一种非常有效的数据组织方法。点关系数据库模型关系数据库模型M M地地图图 a ac cb be ec cf fg gd d多多边边形形a a1 12 2g gb b2 25 5f f4 46 63 3e e3 35 56 6d d4 41 1c c3 34 4线线1x1y12x2y23x3y34x4y45x5t56x6y6123456abcdefgM点点关系数据库模型关系数据库模型优点：优点：l结构特别灵活，满足所有布尔逻辑

23、运结构特别灵活，满足所有布尔逻辑运算和数学运算规则形成的查询要求算和数学运算规则形成的查询要求l能搜索、组合和比较不同类型的数据能搜索、组合和比较不同类型的数据l增加和删除数据非常方便增加和删除数据非常方便缺陷：缺陷：l数据库大时，查找满足特定关系的数数据库大时，查找满足特定关系的数据费时据费时 l对空间关系无法满足对空间关系无法满足标准标准DBMSDBMS存储空间数据的局限性存储空间数据的局限性l空间数据记录是变长的（如点数的可变性），而空间数据记录是变长的（如点数的可变性），而一般的数据库都只允许把记录的长度设定为固定一般的数据库都只允许把记录的长度设定为固定l在存储和维护空间数据拓扑关系

24、方面存在着严重在存储和维护空间数据拓扑关系方面存在着严重缺陷缺陷l一般都难以实现对空间数据的关联、连通、包含、一般都难以实现对空间数据的关联、连通、包含、叠加等基本操作叠加等基本操作l不能支持复杂的图形功能不能支持复杂的图形功能l单个地理实体的表达需要多个文件、多条记录，单个地理实体的表达需要多个文件、多条记录，一般的一般的DBMS也难以支持也难以支持l难以保证具有高度内部联系的难以保证具有高度内部联系的GIS数据记录需要数据记录需要的复杂的安全维护的复杂的安全维护数据库与传统文件系统的差别数据库与传统文件系统的差别:（1）数据独立于应用程序而集中管理，）数据独立于应用程序而集中管理，实现了数

25、据共享，减少了冗余，提高了效实现了数据共享，减少了冗余，提高了效益；益；（2）在数据间建立了联系，从而使数据）在数据间建立了联系，从而使数据库能反映出现实世界中信息的联系。库能反映出现实世界中信息的联系。数据库的主要特征（与传统文件管理相比）：数据库的主要特征（与传统文件管理相比）：（1）数据集中控制；）数据集中控制；（2）数据冗余度小；）数据冗余度小；（3）数据独立；）数据独立；（4）复杂的数据模型；）复杂的数据模型；（5）数据保护。）数据保护。二、二、GIS空间数据库空间数据库1、GIS空间数据库特点空间数据库特点1）复杂性）复杂性A.数据类型复杂：空间数据和属性数据紧密相连数据类型复杂：

26、空间数据和属性数据紧密相连B.数据结构复杂：包括矢量和栅格两种结构数据结构复杂：包括矢量和栅格两种结构C.数据之间关系复杂：空间数据与属性数据既相数据之间关系复杂：空间数据与属性数据既相互独立又密切联系互独立又密切联系2）多样性）多样性查询与检索同时涉及空间与属性数据，经常引查询与检索同时涉及空间与属性数据，经常引入算法与模型。入算法与模型。3）数据量大）数据量大空间数据量大，记录长度多变，需用合理的算法，空间数据量大，记录长度多变，需用合理的算法，数据结构及编码方式数据结构及编码方式2、GIS空间数据库组织与管理空间数据库组织与管理混合式结构混合式结构 一体化结构一体化结构（1）地图数据（空

27、间数据）地图数据（空间数据）采用文件处理方式，应用程序知道每个数据采用文件处理方式，应用程序知道每个数据文件的数据结构。文件的数据结构。空间数据管理模块包括以下功能：空间数据管理模块包括以下功能：a.地图数据输入：地图数据输入：地图数字化、坐标变换、地图数字化、坐标变换、空间数据编辑、拓扑变换、注记等空间数据编辑、拓扑变换、注记等b.空间数据管理和维护：空间数据管理和维护：图库管理、数据格图库管理、数据格式变换、数据编码变换、地图投影变换、式变换、数据编码变换、地图投影变换、地形数据管理、空间数据组合与分解等地形数据管理、空间数据组合与分解等c.标准查询标准查询 等等（2）属性数据）属性数据采

28、用数据库管理方式（采用数据库管理方式（DBMS），如），如dbase，Foxbase，Oracle等。等。（3）图形数据与属性数据的连接）图形数据与属性数据的连接根据属性表中的唯一公共标识来连接根据属性表中的唯一公共标识来连接图形文件图形文件属性文件属性文件标识符标识符（5）混合式空间数据库和一体化空间数据）混合式空间数据库和一体化空间数据库功能结构举例（以库功能结构举例（以Arcview为例）为例）1）以）以Arcview为例，理解混合式空间数据结构为例，理解混合式空间数据结构A.文件类型文件类型矢量数据矢量数据.shp栅格数据栅格数据.grd 置于同一目录下置于同一目录下属性数据属性数据.

29、dbfB.文件管理文件管理Windows 管理：复制管理：复制 删除删除 移移动等动等Arcview系统内部管理：坐标变换，系统内部管理：坐标变换，矢量与栅格数据转换，属性标的连矢量与栅格数据转换，属性标的连接，新专题生成等接，新专题生成等属性数据管理：用属性数据管理：用tables模块管理模块管理2）ArcGIS 中的中的SDE集成方式体现了使用一集成方式体现了使用一体化的空间数据库的结构。体化的空间数据库的结构。SDE扩展了传统的关系数据库只存储和管理扩展了传统的关系数据库只存储和管理属性数据的模式，允许把空间数据加入到关属性数据的模式，允许把空间数据加入到关系数据库，提供地理要素的空间位

30、置几何形系数据库，提供地理要素的空间位置几何形状等信息。状等信息。Arcview中，每生成一矢量或栅格专题，会自中，每生成一矢量或栅格专题，会自动产生一个属性表，可以对属性表进行编辑、动产生一个属性表，可以对属性表进行编辑、连接等操作。连接等操作。4.4 空间数据的数字化空间数据的数字化GIS空间数据库的主要数据源：空间数据库的主要数据源：地图类：数字化；地图类：数字化；图像类：遥感成图，然后数字化；图像类：遥感成图，然后数字化； 扫描后进行图像处理、判读扫描后进行图像处理、判读 ；文件类：调查报告、文件、统计数据、文件类：调查报告、文件、统计数据、 实验数据、野外调查的原始记录等实验数据、野

31、外调查的原始记录等地图地面测量数据统计资料航空、遥感文字数据多媒体坐标几何数字化仪扫描仪摄影测量系统键盘空间数据库编辑处理数据交换一、地图数字化处理过程的框架一、地图数字化处理过程的框架 1.地图数字化过程的总体框架地图数字化过程的总体框架 2、系统分析过程、系统分析过程 系统分析过程是根据任务的具体情况出发，全面地分系统分析过程是根据任务的具体情况出发，全面地分析目标、经费、时间、现有条件等之间的关系，平衡析目标、经费、时间、现有条件等之间的关系，平衡目标和约束条件之间的矛盾，制定出地图数字化过程目标和约束条件之间的矛盾，制定出地图数字化过程的方案，和对各个技术环节的具体要求。的方案，和对各

32、个技术环节的具体要求。 3、地图文件预处理、地图文件预处理和和编修过程编修过程1）收集的空间数据不同：地图、航片或遥感图像等）收集的空间数据不同：地图、航片或遥感图像等2）成像年代、投影类型、比例尺及精度可能不一致）成像年代、投影类型、比例尺及精度可能不一致3）属性分类及度量单位也不会完全一致）属性分类及度量单位也不会完全一致 所以要进行预处理。所以要进行预处理。 地图文件预处理和编修过程地图文件预处理和编修过程4、地图数字化过程地图数字化过程矢量数据：矢量数据： 1）数字化仪数字化）数字化仪数字化 2）屏幕数字化：先扫描然后数字化）屏幕数字化：先扫描然后数字化栅格数据：栅格数据： 1）用手工

33、方法）用手工方法 2）在）在GIS平台上由矢量转栅格。平台上由矢量转栅格。 5、数字化结果的检查与编辑、数字化结果的检查与编辑二、专题图的编篡方法二、专题图的编篡方法l建立建立GIS数据库时，可能会遇到缺少某些数据库时，可能会遇到缺少某些专题图，或所收集的专题图在编图时间、专题图，或所收集的专题图在编图时间、比例尺、投影方式、精度等方面不相同，比例尺、投影方式、精度等方面不相同，需要编篡。需要编篡。l四种方法：直接转绘法；遥感成图法；四种方法：直接转绘法；遥感成图法；利用航片修订现存专题图法；野外调查、利用航片修订现存专题图法；野外调查、测量成图法。测量成图法。直接转绘法直接转绘法1.比例尺不

34、同：先归正比例尺，再转绘。用方比例尺不同：先归正比例尺，再转绘。用方格纯手工或用转绘仪或光学缩放仪等方法。格纯手工或用转绘仪或光学缩放仪等方法。2.比例尺相同：直接转绘比例尺相同：直接转绘3.区域框架不同：修正位置和边界，把基本图区域框架不同：修正位置和边界，把基本图和工作图配准和工作图配准4.线性综合：边界与线性特征的取舍补充，与线性综合：边界与线性特征的取舍补充，与相邻图幅是否一致，属性编码是否一致相邻图幅是否一致，属性编码是否一致 利用遥感或航片成图法：利用遥感或航片成图法：1、判读：根据图象判定地物，不同程度上进行地、判读：根据图象判定地物，不同程度上进行地物的分类和区划物的分类和区划

35、2、成图：把图象判读区划结果定位到基本图上。、成图：把图象判读区划结果定位到基本图上。 野外调查测量成图方法：野外调查测量成图方法：使用遥感图像进行区划判读，确定空间位置，通过使用遥感图像进行区划判读，确定空间位置，通过 野外调查获得各区划类型的属性数据。野外调查获得各区划类型的属性数据。三、专题地图一体化预处理过程三、专题地图一体化预处理过程 一体化预处理过程就是把这些专题地图定一体化预处理过程就是把这些专题地图定位在所选定的区域框架上，并统一各区划位在所选定的区域框架上，并统一各区划边界及分类单位。在数字化之前进行称为边界及分类单位。在数字化之前进行称为预处理，在数字化之后进行称为后处理。

36、预处理，在数字化之后进行称为后处理。 1、统一专题图的区域框架，制作一体化底图。、统一专题图的区域框架，制作一体化底图。2、统一区划边界线。、统一区划边界线。3、统一属性数据的分类系统。、统一属性数据的分类系统。四、地图数据的数字化方式四、地图数据的数字化方式1、数字化仪的输入方式、数字化仪的输入方式数字化仪由数字化平板和鼠标控制器组成，数字化仪由数字化平板和鼠标控制器组成，GIS早期较多用。受精度限制，现在少用早期较多用。受精度限制，现在少用2、扫描仪数字化输入方式、扫描仪数字化输入方式 先用扫描仪对地图或文件扫描，然后用计先用扫描仪对地图或文件扫描，然后用计算机软件处理，提取点、线、面等。

37、算机软件处理，提取点、线、面等。分自动矢量化和交互式矢量化。分自动矢量化和交互式矢量化。3、计算机屏幕数字化方式、计算机屏幕数字化方式 把航片、卫星图象，地图扫描成数字化位把航片、卫星图象，地图扫描成数字化位图数据。图数据。GIS 系统工具把这些数据作为一系统工具把这些数据作为一个图象专题加载到个图象专题加载到GIS系统内。在系统内。在GIS 功功能模块支持下，把这些专题显示在屏幕上，能模块支持下，把这些专题显示在屏幕上，以这些图象为底图，进行目视轮廓判读、以这些图象为底图，进行目视轮廓判读、地物与边界的识别等，然后利用地物与边界的识别等，然后利用GIS的绘的绘图功能，绘出点、线、面等不同地图

38、要素图功能，绘出点、线、面等不同地图要素的专题图数据。的专题图数据。 4、遥感数据源输入、遥感数据源输入GIS方式方式 遥感数据分为航片和卫片。经过图像处理软件的遥感数据分为航片和卫片。经过图像处理软件的处理和分析，卫片可直接加载到处理和分析，卫片可直接加载到GIS中中5、CAD数据、栅格数据手工输入和文本等空间数据、栅格数据手工输入和文本等空间数据输入方式数据输入方式 CAD绘图与图形编辑功能强大，成为很好的数字绘图与图形编辑功能强大，成为很好的数字化软件化软件五、空间数据质量五、空间数据质量误差来源：误差来源：数据收集、数据录入、数据存数据收集、数据录入、数据存储、数据处理、数据输出、数据

39、应用。储、数据处理、数据输出、数据应用。质量控制：质量控制：准确度、精度、不确定性、相准确度、精度、不确定性、相容性、一致性、完整性、可得性、现势性。容性、一致性、完整性、可得性、现势性。n准确度：与真值的接近程度；准确度：与真值的接近程度； n精度：对象表达的详细程度精度：对象表达的详细程度 n不确定性：不能精确描述的对象不确定性：不能精确描述的对象 n相容性：两个来源数据在同一应用中的难易相容性：两个来源数据在同一应用中的难易程度程度 n一致性：同类现象表达的一致性一致性：同类现象表达的一致性 n完整性：数据的完整性完整性：数据的完整性 n可得性：数据获取的容易程度可得性：数据获取的容易程

40、度 n现势性：数据反映对象目前的程度现势性：数据反映对象目前的程度 4.5 空间数据管理空间数据管理三个坐标系之间的转换：三个坐标系之间的转换：数字化仪坐标系数字化仪坐标系图幅坐标系图幅坐标系屏幕坐标系屏幕坐标系变换表现为三方面：变换表现为三方面：平移，旋转，缩放平移，旋转，缩放一、地图数据的坐标变换与图象的地理编码一、地图数据的坐标变换与图象的地理编码1、数字化仪与图幅坐标系之间的变换、数字化仪与图幅坐标系之间的变换 （平移和旋转）（平移和旋转）AyyAxxxsin)(cos)(001AxxAyyysin)(cos)(001其中：其中：x1，y1地图上一点在图幅坐标系中的坐标；地图上一点在图

41、幅坐标系中的坐标；x，y该点在数字化仪坐标系中的坐标；该点在数字化仪坐标系中的坐标；x0，y0 图幅坐标系中的原点在数字化仪坐标系中的坐标值；图幅坐标系中的原点在数字化仪坐标系中的坐标值；A 图幅坐标系的坐标轴与数字化仪坐标系的坐标轴逆时针的图幅坐标系的坐标轴与数字化仪坐标系的坐标轴逆时针的夹角。夹角。X0 XYY0PY1X1A AAAyyAxxxsin)(cos)(001AxxAyyysin)(cos)(001如何求如何求X0，Y0与与A的值的值在数字化仪上先测得图幅四个角点在数字化仪上先测得图幅四个角点P1、P2、P3、P4的的x和和y坐标坐标 )()(14pxpxx)()(14pypyy

42、22)()(yxLLyA/sinLxA/cosX (p1)与与Y (p1) 的值即为的值即为X0Y0的值的值P2P1 X P3P4YP2P1 X P3P4YAAyxAyyyAAyxxxsintancos/costan11101102、屏幕与图幅的坐标变换、屏幕与图幅的坐标变换xxxMSK/yyyMSK/比例变换因子：比例变换因子：yxKK ,)()(14pxpxMx)()(21pypyMy)()(23wxwxSx)()(12wywySy其中其中：X与与Y方向上屏幕窗口与图幅比例变换因子方向上屏幕窗口与图幅比例变换因子p py y2 21 1y y1 1x x2 22 24 4p2 2p3 33

43、 3p4 4p1 1x x1 1其中：其中：x1与与y1是图幅内任意是图幅内任意点的图幅坐标点的图幅坐标x2与与y2是该点在屏幕是该点在屏幕上的屏幕坐标上的屏幕坐标)(212wxKxxx)()(1122wyKywyyy变换公式：变换公式：p py y2 21 1y y1 1x x2 22 24 4p2 2p3 33 3p4 4p1 1x x1 1二、空间数据格式变换二、空间数据格式变换栅格数据格式栅格数据格式 矢量数据格式矢量数据格式 （一）两种数据格式变换的基础（一）两种数据格式变换的基础1、矢量数据格式、矢量数据格式 ：空间位置是用它们在某一参照坐：空间位置是用它们在某一参照坐标系中的坐标

44、来表达。标系中的坐标来表达。 点：单个的坐标点：单个的坐标 线：一组坐标值线：一组坐标值 面：封闭的边界线面：封闭的边界线2、栅格数据格式：表达空间位置数据的基本单位是、栅格数据格式：表达空间位置数据的基本单位是栅格单元（像素）栅格单元（像素）3、将一个网格系统覆盖在笛卡儿坐标系统、将一个网格系统覆盖在笛卡儿坐标系统上，可生成一个网格坐标系统。向量地图上上，可生成一个网格坐标系统。向量地图上线和面的边界可以用网格线近似表达。精度线和面的边界可以用网格线近似表达。精度取决于网格密度。取决于网格密度。4、栅格坐标系统左上角为坐标原点，矢量、栅格坐标系统左上角为坐标原点，矢量坐标系统左下角为坐标原点

45、。两坐标系之间坐标系统左下角为坐标原点。两坐标系之间存在着相互转换的关系。存在着相互转换的关系。（二）由栅格数据转换成拓扑向量数据的算法（二）由栅格数据转换成拓扑向量数据的算法分析（多边形）分析（多边形）设给定网格数据是一个设给定网格数据是一个NN矩阵矩阵间隔：矩阵中同一行内相互邻接间隔：矩阵中同一行内相互邻接 ，且具有，且具有 相同专题属性值的元素构成一个间相同专题属性值的元素构成一个间 隔段。隔段。区域：分布在不同行，但相互邻接的间隔组区域：分布在不同行，但相互邻接的间隔组 成一个区域。成一个区域。518437529508268439643（1）对网格型数据所描述的区域赋给一个标志值）对网

46、格型数据所描述的区域赋给一个标志值 A.对第一行的每一个间隔段按先后顺序给定一个对第一行的每一个间隔段按先后顺序给定一个标志值标志值 B.从第二行开始到最后一行，如果某一间隔的第从第二行开始到最后一行，如果某一间隔的第一个元素的专题属性值等于上一行相邻的间隔一个元素的专题属性值等于上一行相邻的间隔段的专题属性值，则该间隔的标志值采用上一段的专题属性值，则该间隔的标志值采用上一行与其相邻间隔的标志值，否则赋给一个新的行与其相邻间隔的标志值，否则赋给一个新的标志值。如果在一间隔内第一个元素以外的其标志值。如果在一间隔内第一个元素以外的其它元素与上一行相邻接的元素有着相同的专题它元素与上一行相邻接的

47、元素有着相同的专题属性值，而这两个元素所在的间隔段的标志值属性值，而这两个元素所在的间隔段的标志值又不相同，则这两个间隔段要建立一个关系又不相同，则这两个间隔段要建立一个关系 。1113242533678333333259999101113101412121212151617171717181815192021192222202023232121192425252626262626272720202028293030272727292919C.在所有的间隔都赋给了一个间隔值后，则获得一个包含相邻在所有的间隔都赋给了一个间隔值后，则获得一个包含相邻间隔之间的关系表和关系子图。每个子图把属于同一区

48、域的间间隔之间的关系表和关系子图。每个子图把属于同一区域的间隔段连结在一起。每个区域取值为间隔段的最小标志值。这样隔段连结在一起。每个区域取值为间隔段的最小标志值。这样同一区域的所有间隔段都被赋给了一个相同的唯一标志值。为同一区域的所有间隔段都被赋给了一个相同的唯一标志值。为去掉断号现象，按从小到大的次序重新对区域标志编号。去掉断号现象，按从小到大的次序重新对区域标志编号。4 66 97 108 1011 1212 1313 1514 1616 1919 2018 2224 2528 304 6 97 8 1011 12 13 1514 16 19 2018 2224 2528 3011132

49、425334773333332544447111171411111111111417171717181811141421141818141423232121142424242626262626272714141428292828272727292914D.专题属性值转变成标志值后，形成二者的专题属性值转变成标志值后，形成二者的关系表，进行空间处理分析时应用。关系表，进行空间处理分析时应用。提取每个区域间隔段时，每个间隔段用提取每个区域间隔段时，每个间隔段用R-L 码进行编码（行列编码），编码值与区域标码进行编码（行列编码），编码值与区域标志值储存在一起志值储存在一起 。（2）区域和邻域关系表）

50、区域和邻域关系表每个区域的邻域用开每个区域的邻域用开“窗口窗口”方法获方法获得（得（22）。如果两个或三个元素的区）。如果两个或三个元素的区域标志值在域标志值在“窗口窗口”中不同，则表明这中不同，则表明这些标志值所代表的区域具有邻域关系。些标志值所代表的区域具有邻域关系。 XXX1147810区域区域邻域邻域1242134632567412675362347.区域与邻域关系表区域与邻域关系表（3）提取边界线，并用链码编码）提取边界线，并用链码编码 为提取边界线及结点，开设为提取边界线及结点，开设22的窗口进行游动搜的窗口进行游动搜索。窗口内结点及边界结果如图索。窗口内结点及边界结果如图 a c

51、 b c a b c a a b a c a b c c a a b c a b b a a c b a b c a c6种边界结构种边界结构 8种结点结构种结点结构a ab ba aa ba ba b a b b b b a b b a a b a探测结点并编码之后，从第一个结点开始提探测结点并编码之后，从第一个结点开始提取隐含的边界线。每个结点提取取隐含的边界线。每个结点提取3条以上的隐条以上的隐含的边界线。一条链只能提取一次。含的边界线。一条链只能提取一次。 每条链的首尾结点坐标以及该链的左右区域每条链的首尾结点坐标以及该链的左右区域的标志值均被存储在同一个拓扑文件之中，的标志值均被存储

52、在同一个拓扑文件之中，而把组成隐含边界线的链编码存储在另一文而把组成隐含边界线的链编码存储在另一文件中。在每个链的拓扑记录中有一个指针指件中。在每个链的拓扑记录中有一个指针指向链编码文件中该链首结点的物理地址。向链编码文件中该链首结点的物理地址。对提取的边界线进行平滑处理对提取的边界线进行平滑处理 。（三）由拓扑向量数据结构向网格数据结（三）由拓扑向量数据结构向网格数据结构变换构变换要点：要点：确定栅格元素的大小，即分辨率。如地形起伏确定栅格元素的大小，即分辨率。如地形起伏大应用高分辨率大应用高分辨率了解矢量数据和栅格数据的坐标。如矢量数据了解矢量数据和栅格数据的坐标。如矢量数据的坐标是直角坐

53、标系，原点在图的左下方，栅的坐标是直角坐标系，原点在图的左下方，栅格数据坐标是行列坐标，原点在图左上方，转格数据坐标是行列坐标，原点在图左上方，转换时，一般使直角资本换时，一般使直角资本x,y轴与栅格数据行列平轴与栅格数据行列平行行xminxmaxymaxyminxminxmaxymaxymin(0,0)JIxy转换公式：转换公式：X=(Xmax-Xmin) / JY=(ymax-ymin) / I其中：其中：xmax xmin ymax ymin 表示矢量坐标中表示矢量坐标中x,y的的最大值，最小值。最大值，最小值。I,J表示栅格的行数和列数表示栅格的行数和列数xy表示每个栅格单元的边长表示

54、每个栅格单元的边长基本要素的转换基本要素的转换（1）点的转换）点的转换行行 i=1+Integer（ymax-y）/y列列 j=1+Integer（x-xmin）/xInteger-取整取整i,j-行，列值行，列值 （2）线的转换）线的转换线的转换实质是完成相邻两点间直线的转换。线的转换实质是完成相邻两点间直线的转换。设直线设直线AB端点坐标为端点坐标为A（x1，y1），），B（x2，y2）则需把则需把A，B两点矢量坐标转换成栅格数据，两点矢量坐标转换成栅格数据，同时求出直线同时求出直线AB经过的中间栅格数据。经过的中间栅格数据。1 利用点转换法，将利用点转换法，将A，B转换成栅格数据，求出行

55、转换成栅格数据，求出行列值列值2 由上述行列值求出直线所在行列范围由上述行列值求出直线所在行列范围3 确定直线经过的中间栅格点确定直线经过的中间栅格点 B i (x,y) A 求出直线经过的起始行号为求出直线经过的起始行号为i1，终止行号为，终止行号为im，则中间行号为，则中间行号为i2,i3im-1现在要发球相应行号相交于直线的列号现在要发球相应行号相交于直线的列号1）求相应）求相应i行中心处同直线相交的行中心处同直线相交的y值值y=ymax-y(i-1/2)2）用直线方程求）用直线方程求y值对应的值对应的x值值X=(x2-x1)(y-y1)/(y2-y1)+x13）由）由x,y值求相应值求

56、相应i行的列值行的列值jJ=1+Integer(x-xmin)/x如此不断求直线经过的各行的列值，完成转换如此不断求直线经过的各行的列值，完成转换已知某矢量坐标系，坐标原点为已知某矢量坐标系，坐标原点为O O（0 0，0 0），），X X坐标的最大值为坐标的最大值为150150，Y Y坐标的最大值为坐标的最大值为300300，其中有两点其中有两点P1P1和和P2P2，坐标分别为，坐标分别为P1P1（5151，100100）、）、P2P2（5353，103103）试将）试将P1P1、P2P2所连成的所连成的直线转为栅格坐标，栅格坐标系的分辨率为直线转为栅格坐标，栅格坐标系的分辨率为300300行

57、行150150列列 。 P1P2P1点的行列值：点的行列值：i=1+Integer(300-100)/1=201 j=1+Integer(51-0)/1=52P2点的行列值：点的行列值：i=1+Integer(300-103)/1=198 j=1+Integer(53-0)/1=54直线经过的行范围：直线经过的行范围：198-201 P1P2199行中心处同直线相交的行中心处同直线相交的y值：值：y=300-199*1+1/2=101.5该行该行y值对应的值对应的x值：值：x=(53-51)(101.5-100)/(103-100)+51=52x坐标对应的栅格列值为：坐标对应的栅格列值为：j=

58、1+Integer(52-0)/1=53 P1P2200行中心处同直线相交的行中心处同直线相交的y值：值：y=300-200*1+1/2=100.5该行该行y值对应的值对应的x值：值：x=(53-51)(100.5-100)/(103-100)+51=51.3x坐标对应的栅格列值为：坐标对应的栅格列值为：j=1+Integer(51.3-0)/1=52P1、P2所连成的直线的栅格坐标为所连成的直线的栅格坐标为（201，52），（），（200，52），（），（199，53），），（198，54）（3）区域填充）区域填充 区域矢量数据转成栅格数据是通过矢量边界轮廓的区域矢量数据转成栅格数据是通过矢

59、量边界轮廓的转换实现的。矢量边界线段转成栅格数据后，还要转换实现的。矢量边界线段转成栅格数据后，还要进行面域的填充。进行面域的填充。1）射线法）射线法判断疑问点判断疑问点p(x,y)是否在多边形内，从点向左引水平是否在多边形内，从点向左引水平扫描线（射线）与区域边界相交次数为扫描线（射线）与区域边界相交次数为c，若，若c为奇为奇数，在多边形内，数，在多边形内，c为偶数，则在多边形外。为偶数，则在多边形外。作一系列水平扫描线，求出扫描线和区域边界交点，作一系列水平扫描线，求出扫描线和区域边界交点，将交点按将交点按x值大小排序，其相邻坐标点之间的射线在值大小排序，其相邻坐标点之间的射线在区域内。区

60、域内。产生奇异性产生奇异性I1OXYX3X1X2X1X2X3X4X2X1I2I3OXYPP1奇异性：射线遇到极值点出现判断失误。奇异性：射线遇到极值点出现判断失误。a.采用邻点分析法区分出极值点。对极值点看作采用邻点分析法区分出极值点。对极值点看作2个同值交点，对非极值点看作一个斜交点，从而个同值交点，对非极值点看作一个斜交点，从而解决奇异性。解决奇异性。判断极值点：极值点为两直线交点，若两直线在判断极值点：极值点为两直线交点，若两直线在扫描线的同一侧，则为极值点，否则为非极值点。扫描线的同一侧，则为极值点，否则为非极值点。P1P2P3P4b.简化方法：它对组成多边形的每条直线的高端点简化方法