《地理信息系统原理》本科全册配套完整教学课件

地理信息系统原理本科全册配套完整教学课件

地理信息系统原理课程特点与基本要求课程特点GIS是一门典型的交叉性学科GIS是一门实践性很强的学科（学科和技术的统一体）

GIS是一门迅速发展中的学科

基本要求

(1)了解地理信息系统的基本原理

理解概念框架，GIS组成和基本功能，掌握GIS的数据处理流程（采集、编辑、组织、管理、分析、输出）；(2)掌握地理信息系统的基本技术和方法掌握常用GIS软件的操作，为GIS的开发应用打下理论基础；(3)初步具有应用GIS技术开展地学研究的能力课堂教学内容第1章导论

§1.1地理信息系统的产生

§1.2地理信息系统的基本概念

§1.3地理信息系统的特点与分类

§1.4地理信息系统的基本构成

§1.5地理信息系统的功能简介

§1.6地理信息系统的发展趋势

第2章

地理信息系统的数据结构

§2.1地理空间及其表达

§2.2地理空间数据及其特征

§2.3空间数据结构的类型

§2.4空间数据结构的建立

第3章

空间数据的处理

§3.1空间数据的坐标变换

§3.2空间数据结构的转换

§3.3多源空间数据的融合

§3.4空间数据的压缩与综合

§3.5空间数据的内插方法

§3.6图幅数据边沿匹配处理第4章

地理信息系统空间数据库

§4.1空间数据库概述

§4.2空间数据库概念模型设计：传统的数据模型

§4.3空间数据库概念模型设计：语义数据模型和 面向对象数据模型

§4.4空间数据库逻辑模型设计和物理设计

§4.5GIS空间时态数据库第5章空间分析的原理与方法

§5.1数字地面模型分析

§5.2空间叠合分析

§5.3空间缓冲区分析

§5.4空间网络分析

§5.5空间统计分析

§5.6空间数据的集合分析和查询第6章地理信息系统的应用模型

§6.1GIS应用模型概述

§6.2适宜性分析模型

§6.3发展预测模型

§6.4位址选择模型

§6.5交通规划模型

§6.6地学模拟模型

§6.7专家系统概述第7章地理信息系统的设计与评价

§7.1GIS设计概述

§7.2地理信息系统的设计

§7.3地理信息的标准化

§7.4地理信息系统的评价第8章地理信息系统产品的输出设计

§8.1地理信息系统产品的输出形式

§8.2地理信息系统图形输出系统设计

§8.3地理信息系统的可视化与虚拟现实编号实验项目名称实验类型实验学时要求1空间要素的输入与编辑验证性2必开2属性表的编辑、维护、连接验证性2必开3栅格数据及其专题图生成验证性2必开4多边形叠合验证性2必开5最佳路径和最近设施分析验证性2必开6复杂地形中的选址综合性4必开7地图布局、输出验证性2必开实验（16学时）龚健雅.地理信息系统基础.北京：科学出版社，2001陈述彭等.地理信息系统导论.北京：科学出版社，2000郭达志等.地理信息系统基础与应用.北京：煤炭工业出版社，1997张超等.地理信息系统实习教程.北京：高等教育出版社，2000吴信才等.地理信息系统原理与方法.北京：电子工业出版社，2002参考书目主要网站///////第一章导论学习目标：

·理解GIS的相关概念，说明GIS和相关学科的关系

·掌握GIS的特点、类型与构成

·了解GIS的基本功能和用途

·了解GIS的发展概况重点：GIS的基本概念、构成及功用地理信息系统导论第一节地理信息系统的产生第二节地理信息系统的基本概念第三节地理信息系统的特点和分类第四节地理信息系统的基本构成第五节地理信息系统的功能简介第六节地理信息系统的研究内容第七节地理信息系统的发展趋势首先，引用几段话：第一节地理信息系统的产生/v_show/id_XNTA3NDI1NzAw.html江泽民同志指出：“当今世界，以信息技术为主要标志的科技进步日新月异”。“科学技术的进一步发展，特别是信息技术和生命科学的不断突破，将对世界政治、经济、文化生活产生更加深刻的影响”。“要进行一次以信息技术和生物工程为标志的科技革命”。/gongbao/content/2014/content_2600054.htm徐冠华同志指出：

“当代科技发展主要的趋势，是以信息技术革命为中心的当代科技革命正在全球蓬勃兴起，它标志着人类工业社会向信息社会跨越”。“各学科、各技术领域相互渗透、交叉和融合”。“学科分支已经从上个世纪初600多门，发展到现在6000多门”。例1全国第二次土壤普查经过6万多农技人员，历时16年完成；例2浙江省土地利用现状调查，经过5000多专业人员和10万乡、村干部，耗资5000

多万元，历时12年完成（人头费用均不计）。例3餐饮业管理信息系统；企业管理信息系统再看几个例子：结论：

没有现势性的资源环境数据就很难作出正确的合理利用规划。我们的实践已经证明：如果运用遥感与信息技术，人力、物力和财力都只要1/10，甚至<1/10，而且能获取现势性资料。

信息革命的影响，要求地理学要顺应时代的要求，跟上时代的步伐，地理学要高度现代化。计算机技术、自动化技术等的发展为GIS的形成奠定了坚实的基础。计算机制图技术的发展对GIS的产生起了有力的促进作用；地理信息系统脱胎于地图，它们都是地理信息的载体，具有存贮、分析和显示地理信息的功能。海量资源信息，客观上需要GIS为之服务。

地理信息系统产生：由于社会的进步，人类开始觉悟到对于自然资源的利用，不能是简单的掠夺，而应当合理的管理利用，并且把开发和保护相结合。对自然资源应采取科学的管理，进行定量分析和预测，从而为宏观科学决策提供依据，这些为GIS的产生提供了应用基础。基于以上社会经济与技术发展的历史背景和原因，地理信息系统于60年代中期开始形成并逐渐发展起来。数据与信息地理信息与地图地理系统与地理信息系统基本概念信息的特点数据与信息的区别第二节地理信息系统的基本概念数据与信息地理信息与地图地理系统与地理信息系统数据是客观事物的属性、数量、位置及其相互关系等的抽象表示，随载荷它的物理设备的形式而改变。信息是向人们或机器提供关于现实世界各种事实的知识，是数据、消息中所包含的意义。它不随载体的物理形式的改变而改变。数据与信息地理信息与地图地理系统与地理信息系统(1)信息的客观性(2)信息的适用性(3)信息的传输性(4)信息的共享性信息的特点：以一定的形式或格式在用户间传输客观性适用性

传输性共享性正确和精确性信息能提供并发应用经处理分析有价值数据与信息地理信息与地图地理系统与地理信息系统信息与数据是不可分离的，数据是信息的表达，信息是数据的内涵。数据本身并没有意义数据只有对实体行为产生影响时才成为信息数据与信息的关系基本概念地理信息的特征地图与地理信息的关系数据与信息地理信息与地图地理系统与地理信息系统地理信息是指表示地理环境诸要素的数量、质量、分布特征及其相互联系和变化规律的数字、文字、图象和图形等的总称。地图是将地理环境诸要素按照一定的数学法则，运用符号系统并经过制图综合缩绘于平面上的图形，以传递各种自然和社会现象的数量与质量的空间分布和联系以及随时间的发展变化。数据与信息地理信息与地图地理系统与地理信息系统基本概念(1)属于空间信息(2)具有多维结构的特征(3)时序特征十分明显数据与信息地理信息与地图地理系统与地理信息系统地理信息的特征空间性专题性（属性）动态性（时间性）信息与坐标位置联系在一起，使信息具有空间维（二维、三维）随时间而动态变化（时间维）地理信息具有专题属性（属性维）分布性

地理信息分布在不同区域具有分布性（网络）1.地图是地理信息载体2.地图是地理信息的传统数据源3.地图是GIS的查询与分析结果的表示方法数据与信息地理信息与地图地理系统与地理信息系统地图与地理信息的关系基本概念地理信息系统的特征（见第三节）地理系统与地理信息系统的关系数据与信息地理信息与地图地理系统与地理信息系统

地理系统是一个多层次的巨系统，它具有多层次的结构和泛目标的功能，需要多学科的知识结构和多种形式技术体系的支持。地理系统是认识地理圈的事物、现象和发生发展过程，理解物质迁移与能量转换内外循环的规律，认识地理规律、掌握地理信息，以调控资源与环境为目的的逻辑思维过程。

数据与信息地理信息与地图地理系统与地理信息系统基本概念

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。

地理信息系统中“地理”的概念并非指地理学，而是广义地指地理坐标参照系统中的坐标数据、属性数据以及以此为基础而演义出来的知识。

数据与信息地理信息与地图地理系统与地理信息系统基本概念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组成信息系统的四大要素信息系统的三个管理层次硬件数据（知识）软件用户操作层（底层）战术层（中间层）战略层（上层）操作员决定方向的战略决策者高中层的管理人员信息系统

空间信息系统

GIS

地理信息系统（GeographicInformationSystem）GPS

全球定位系统（GlobalpositioningSystem）RS

遥感（RemoteSensing）EOS

地球观测系统

（EarthObservationSystem)DPS

数据摄影测量系统（DataPhotogrammetricSystem)DE

数字地球（DigitalEarth）3S5S数据与信息地理信息与地图地理系统与地理信息系统地理系统与地理信息系统的关系

1.地理系统是地理信息系统的科学依据

2.地理信息系统是研究地理系统的科学技术保证。地理信息系统的分类第三节GIS的特点和分类地理信息系统的特点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。

2.具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力一、地理信息系统的特点3.系统以分析模型驱动，具有极强的空间综合分析和动态预测能力，并能产生高层次的地理信息 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。

4.以地理研究和地理决策为目的，是一个人机交互式的空间决策支持系统

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。二、地理信息系统的分类1.从研究内容看GIS分类：专题地理信息系统（SubjectGIS）：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。区域地理信息系统（RegionalGIS）：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。地理信息系统工具(GIS—Tools）：它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。2、从提供的性能角度看GIS分类1）空间管理型GIS大众型

2）空间分析型GIS传统型3）空间决策型GIS决策型3、从系统开发角度看GIS的分类1）最终用户用GIS

2）专业人士用GIS3）软件开发者/系统集成者用GIS4、从系统结构角度看GIS的分类1）单机GIS2）网络GIS5、从数据结构角度看GIS的分类1）矢量数据结构GIS

2）栅格数据结构GIS3）混合型数据结构GIS与其它系统的区别

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与其它系统的区别

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在信息系统中的位置信息系统非空间信息系统专题地理信息系统地理信息系统非地理信息系统管理信息系统综合地理信息系统CAD/CAM空间信息系统地籍GIS交通GIS资源与环境GIS规划与管理GIS数据模型矢量GIS栅格GIS矢-栅GIS研究范围全球GIS区域GIS研究内容第四节GIS的基本构成数据输入数据存储信息输入系统操作系统支持地理分析硬件系统地理数据软件系统输入设备存储设备输出设备计算机系统软件GIS软件应用分析程序地理数据库用户GIS基本构成的结构图硬件系统软件系统应用模型GIS用户GUI空间数据DBMS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一、GIS的硬件系统由主机、外设和网络组成，用于存储。处理。传输和显示空间数据。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软件基础软件系统软件GIS二、GIS软件系统由系统管理软件、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、分析、建模和输出等操作。栅格结构矢量结构定位拓扑关系属性三、空间数据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。五、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。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

水土流失模型基本功能数据采集与编辑；数据存储与管理；数据处理和变换；空间分析和统计；产品制作与显示；二次开发和编程。应用功能资源管理；区域规划；国土监测；辅助决策；定位服务。WhereverSpatialDataAnalysisisNeeded

EmergencyServices–Fire&Police

Environmental–Monitoring&Modeling

Business–SiteLocation,DeliverySystems

Industry–Transportation,Communication,Mining,Pipelines,Healthcare

Government–Local,State,Federal,Military

Education–Research,TeachingTool,Administration城市土地利用信息系统电信资源管理铁路地理信息系统公安警用地理信息系统属性查询查询专题图作战指挥地图切换医疗机构信息查询一、研究内容GIS基本理论技术系统应用方法第六节地理信息系统的研究内容概念、定义、内涵构成、特点、功能和任务理论体系发展历史及发展趋势GIS基本理论技术系统应用方法硬件配置数据结构与表示输入输出系统地理数据管理用户界面GIS工具软件研制GIS基本理论技术系统应用方法应用系统设计数据采集与校验专题分析模型3S结合地学专家系统主要GIS软件考古学人文地理学公共管理社会学流行病学健康护理规划森林学土壤科学地貌学环境科学地质学生态学水文学气象学公共信息查询矿产开发设施维护产业/商业市场旅游业资产管理计算机科学制图学可视化符号学测量遥感照相测量法数学数据库计算机图形学统计学地理统计学人工智能认知科学社会－经济测量地形测量环境测量二相关学科GIS数学空间科学和RS地理学及测量学

软件工程及项目管理数据库技术计算机图形学人工智能数据结构网络技术计算机科学

从IT技术看GIS的技术基础

计算机硬件技术GIS操作系统空间数据库技术计算机图形技术遥感图象处理技术网络技术数据组织管理技术标准规程1.起步阶段（60年代），注重空间数据的地学处理。

1963年，加拿大测量学家R.T.Tomlinson首先提出GIS

这一术语，建立加拿大地理信息系统（CGIS）；

1969年，ESRI（环境系统研究所）建立；

1969年，Integraph公司建立。

2.发展阶段（70年代），注重空间地理信息的管理，受到政府部门、商业公司和大学的普遍重视。

1978年，ERDAS成立。一、地理信息系统的发展概况第七节GIS发展趋势3.推广应用阶段（80年代），注重空间决策支持分析。

1981年，ESRIARC/INFOGIS发布；

1985年，GPS成为可运行系统；

1986年，MapInfo建立；

1986年，SPOT卫星首次发射；

1987年，地理信息系统的国际杂志出版；

1988年，美国人口调查局第一次公开发布TIGER；

1988年，GISWorld首次发行；

1989年，Ingegraph发布MGE；4.用户时代（90年代后）,注重GIS社会应用与服务，

GIS技术迅猛发展。控件式GIS成为GISTools的发展方向;WebGIS蓬勃发展;

三维GIS崭露头角。5.国外主流GIS软件

ARC/INFO（ArcView、ArcObject、ArcIMS）

GENAMAPMGE（ModularGISEnvironment）（GeoMedia）

MapInfo（MapinfoProserver、MapX、MapXtreme、

SpatialWare）

ERDAS二、我国GIS的发展

1.准备阶段（70年代）

2.试验阶段（80年代）

3.全面发展阶段（90年代）

4.国产主流GIS软件

GeoStarMapGISSuperMapCityStar(1)GIS与遥感和全球定位系统进一步结合，构成地理学日趋完善的技术体系；(2)

空间数据结构与数据管理的研究更加深入；(3)

GIS应用模型开发日趋加强；(4)

GIS智能化；(5)

GIS网络化；(6)

三维GIS的研究不断深入；(7)

宏观与微观应用进一步加强，并形成新的产业。三、地理信息系统的发展趋势第二章地理信息系统的数据结构

佛山科学技术学院课程学习目标

·理解地理空间的概念

·掌握空间数据的描述方法

·理解和掌握空间数据的拓扑关系

·掌握栅格和矢量数据结构及其编码方法重点：空间数据的拓扑关系、两种空间数据结构的特点及其编码方法。2.1地理空间及其表达

2.2地理空间数据及其特征2.3空间数据结构的类型2.4空间数据结构的建立

地理空间（GeographicSpace）是指物质、能量、信息在形式与形态、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。地理空间的概念2.1地理空间及其表达（1）点状分布特征 如城镇、企事业单位、基地、气象站、山峰、火山口等。（2）线状分布特征

河流、海岸线、铁路、公路、地下管线，行政边界等。（3）面状分布特征 如土壤、森林、草原、沙漠、湖泊等，通常称多边形。（4）体状分布特征 如高层建筑、云体、山体、矿体等。

总之，空间现象十分复杂，为此将其抽象到空间对象（目标）来表达空间实体。空间物体的几何类型

点实体

有位置，无宽度和长度；抽象的点美国佛罗里达洲地震监测站2002年9月该洲可能的500个地震位置线实体

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香港城市道路网分布面实体

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）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。连续变化曲面，如地形起伏，整个曲面在空间上曲率变化是连续的。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、矿体等三维目标香港理工大学校园建筑空间实体的表达矢量表示法：采用一个没有大小的点（坐标）来表达基本点元素。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——连接关系栅格表示法：采用一个有固定大小的点（面元）来表达基本点元素。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空间对象（实体）的地图表达点：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

空间对象（实体）的遥感影像表达遥感传感器平台传感器空间对象的描述要素

编码：区别不同的实体，包括分类码和识别码。分类码表识空间对象的类别，而识别码对每个空间对象进行标识，是唯一的。位置：坐标形式给出空间对象的空间位置类型：空间对象所属的实体类型，或有那些实体组成行为：空间对象所具备的行为和功能属性：空间对象所对应的非几何信息说明：实体数据来源、精度等关系：与其他实体之间的关系

空间实体

数据结构

图形数据编码

数据组织结果

属性数据

存入计算机

空间数据的编码数据编码的过程

分析求解问题确定专业分类分级体系各种标准支持选择数据结构及编码方案组织数据获取数据存入计算机空间对象的层次分类编码

分类对象的从属和层次关系有明确的分类对象类别和严格的隶属关系高压711电线架715管线:7地下电力线与电缆72电力线71地下检修井74管线73低压712电杆713电塔714不依比例7142依比例7141空间对象的多源分类编码河流特性分类与编码通航情况通航：1不通航：2常年河：1时令河：2消失河：3<1km：1<2km：2<5km：3<10km：4>10km：5流水季节河流宽度河流长度河流深度5~10m：110~20m：220~30m：330~60m：460~120m：5120~300m：6300~500m：7>500m：8<1m：11~2m：22~5m：35~20m：420~50m：5>50m：6

按空间对象不同特性进行分类并进编码代码之间没有隶属关系，反映对象特性具有较大的信息量，有利于空间分析GIS空间数据来源地图数据

：

地图是地理信息的主要载体，同时也是地理信息系统最重要的信息源

遥感数据：

各种遥感数据及其制成的图像资料（航片、卫片）包含着及其丰富的地理内容地形数据：等高线图的数字化，数字高程模型及实测地形数据属性数据：

各种地理要素的统计数据、实验和各种观测数据、研究报告等

元数据：

数据来源、数据权属、数据产生时间、数据精度、数据分辨率、源数据比例尺、数据转换方法等2.2地理空间数据及其特征元数据

“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”。定义：地理的数据和信息资源的描述性信息。它通过对地理空间数据的内容、质量、条件和其他特征进行描述与说明，以便人们有效地定位、评价、比较、获取和使用与地理相关的数据。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(clearinghouse)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。

元数据的内容

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

元数据的标准空间数据元数据的标准的建立是空间数据标准化的前提和保证。目前空间数据元数据已有一些区域性和部门性的标准。目前几个空间数据元数据的标准为：

元数据标准名建立元数据标准的机构CSDGM地球空间数据元数据内容标准FGDC美国联邦空间数据委员会GDDD数据库描述方法MEGRIN欧洲地图事务组织CGSB空间数据库描述CSC加拿大标准委员会CEN地学信息数据描述元数CEN/TC287DIF目录交换格式NASAISO地理信息ISO/TC211其中美国联邦空间数据委员会的元数据影响最大空间数据类型按表示对象的不同分：1.类型数据：居民点、交通线、土地类型分布等。2.面域数据：多边形中心点、行政区域界限和行政单元3.网络数据：道路交叉点、街道和街区等。4.样本数据：气象站、航线和野外样方的分布区等。5.曲面数据：高程点、等高线和等值区域。6.文本数据：如地名、河流名和区域名称。7.符号数据：点状符号、线状符号和面状符号等。

按表达基本信息的不同分：1.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2.几何数据：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3.关系数据：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。空间数据的基本特征空间特征

表示实体的空间位置或现在所处的地理位置。空间特征又称定位特征或几何特征，一般用坐标数据表示。属性特征

表示实体的特征。如名称、分类、质量特征和数量特征等。时间特征

描述实体随时间的变化，其变化的周期有超短周期的、短期的、中期的和长期的。空间数据的拓扑关系1、描述地理要素空间性的信息几何信息（理论基础是几何学geometry)

用空间坐标的位置、方向、角度、距离、面积等信息描述物体的几何形状和数量特征；拓扑信息（理论基础是拓扑学topology)

用几何关系的相连、相邻、包含等信息描述物体元素之间的关系；2、拓扑学中空间元素拓扑学是几何学的一个分支，其基本元素：结点（NODE）：弧段的交点。岛结点是特殊结点。弧段（ARC）：相邻两结点之间的坐标链。岛边界弧段是特殊弧段。多边形（polygon）（图斑或面）有限弧段组成的封闭区。拓扑结构

：

是明确定义空间结构关系的一种数学方法。关系的性质可分为：相邻、相连、相交、相离、相重、包含等。从拓扑角度看，几何形状不同的事物其拓扑关系可能相同

点之间拓扑关系（邻接性）的描述面之间拓扑关系（邻接性）的描述3、空间数据的拓扑关系

1）拓扑的关联性

表示不同类型元素（结点、弧段、多边形）之间的关系

多边形弧段号弧段号起点终点结点弧段

p1a1a5a6a1N2N1N1a1a3a5P2a2a4a6a2N2N3N2a1a2a6P3a3a4a5a3N3N1N3a2a3a4p4a7a4N3N4N4a4a5a6a5N1N4N5a7a6N4N2a7N5N5P1P2P3P4a1a2a3a4a5a6a7N1N2N3N4N52）拓扑的邻接性和连通性

表示同类型元素（结点、弧段、多边形）之间的关系多边形之间的邻接性；弧段之间的邻接性；结点之间的连通性p1p2p3p4a1a2a3a4a5a6a7N1N2N3N4N5

P1\110a1\110110N1\1110p21\11a21\11010N21\110p311\0a311\1100N311\10p4010\a4011\110N4111\0a51011\10N50000\a611011\0a7000000\多边形邻接矩阵弧段邻接矩阵结点连通矩阵P1P2P3P4a1a2a3a4a5a6a7N1N2N3N4N53）拓扑的包含性

表示同不同级元素之间的拓扑关系

面包含点面包含线线包含点面的简单包含面的多层包含面的等价包含P1P2P1P2P3P1P2P3

4）拓扑关系表

关联性相邻（连）性相离性相交性包含性重合性点与点线与线面与面点与线点与面线与面4、小结拓扑关系：拓扑关系是指图形保持连续状态下变形，但图形关系不变的性质。常用的拓扑关系有拓扑邻接、拓扑关联、拓扑包含。

拓扑邻接：元素之间的拓扑关系。拓扑关联：元素之间的拓扑关系。拓扑包含：元素之间的拓扑关系。不同类同类同类不同级N1е1е2е5е6е4е7е3P1P3P2P4N4N3N5N2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空间数据的计算机表示1）GIS数据分层表示（P47)2）空间数据拓扑关系的表示结点集合结点名指针第一个离开弧段

第一个到达弧段坐标N1e3e1x1，y1N2e1e2x2，y2N3e2e3x3，y3е1е2е5е6е4е7е3P1P3P2P4N4N3N5N2N1顺时针第一弧段

逆时针第一弧段指针属性P1e1t1P2e2e5t2多边形名P3e3e4t3е1е2е5е6е4е7е3P1P3P2P4N4N3N5N2多边形集合P4e7t4N1弧段名e1N2N1P1P0e6e2s1e2N3N2e5P2P0e4e3s2e3N1N3e6e4P3P0e1s3e4N4N3e5e3P2P3e2e6s4

始结点终结点离开始结点的下一条弧段到达终结点的下一条弧段右多边形左多边形右多边形顺时针下一条弧段左多边形逆时针下一条弧段坐标串е1е2е5е6е4е7е3P1P3P2P4N4N3N5N2弧段集合N1XYijx1y1x2y2xiyixnyn2.3空间数据结构的类型

矢量结构

栅格结构

矢量数据结构

矢量结构是通过记录坐标的方式来表示点、线、面等地理实体。获取方法：

(1)手工数字化法；

(2)手扶跟踪数字化法；

(3)数据结构转换法。矢量数据结构特点用离散的点描述空间对象与特征定位明显，属性隐含用拓扑关系描述空间对象之间的关系面向目标操作，精度高，数据冗余度小与遥感等图象数据难以结合输出图形质量好，精度高栅格数据结构

栅格结构是以规则的阵列来表示空间地物或现象分布的数据组织，组织中的每个数据表示地理要素的非几何属性特征。

获取方法：

(1)手工网格法；

(2)扫描数字化法；

(3)分类影像输入法；

(4)数据结构转换法。8888888888888888888888888888888888888888888881111111111111122222222222322

离散的量化栅格值表示空间对象

定位隐含,属性明显数据结构简单,易于遥感数据结合,但数据量大几何和属性偏差面向位置的数据结构,难以建立空间对象之间的关系栅格数据结构特点abc345abcac距离:7/4(5)面积:7(6)几何偏差属性偏差如以像元边线计算则为7，以像元为单位则为4。三角形的面积为6个平方单位，而右图中则为7个平方单位，这种误差随像元的增大而增加。

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A.OBC中心点法重要性法长度占优法面积占优法栅格结构数据中混合像元的处理方案一方案二：缩小栅格单元的面积栅格数据组织栅格数据文件像元1X坐标Y坐标层2属性值层1属性值…层n属性值…像元2像元n栅格数据文件层1像元1层2…X,Y,属性值像元2X,Y,属性值……像元nX,Y,属性值层n栅格数据文件层1多边形1层2…属性值像元1坐标…多边形N像元n坐标层n矢量与栅格一体化结构矢量与栅格一体化的基本概念：在数字化线状实体时，除记录原始取样点外，还记录所通过的栅格；每个面状地物除记录它的多边形边界外，还记录中间包含的栅格。即保持了矢量特性，又具有栅格的性质，将矢量与栅格统一起来。

矢量结构与栅格结构的比较

优点缺点

1）数据结构紧凑1）数据结构复杂矢量数据2）便于网络分析2）不利于叠加分析

3）图形显示质量好精度高3）不易同RS结合

4）便于面向对象的数据表示4）硬软件技术要求高

1）数据结构简单1）数据量大栅格数据2）便于空间分析和系统模拟2）投影转换复杂

3）易同RS结合3）图形质量差

4）输出快、成本低4）现象识别效果差标识码属性码空间对象编码唯一连接空间和属性数据数据库独立编码点:(x,y)线:(x1,y1),(x2,y2),…,(xn,yn)面:(x1,y1

),(x2,y2

),…,(x1,y1

)点位字典点:点号文件线:点号串面:点号串点号XY1112223344………n5566存储方法矢量数据结构编码矢量数据结构编码的基本内容

点：空间的一个坐标点线：多个点组成的弧段面：多个弧段组成的封闭多边形点实体编码比例朝向线指针线交汇编比例朝向字体文句x,y坐标其它非几何属性建立和显示数据库联系的属性简单点——符号文本点——字符结点——符号唯一标识类别或系列号点类型简单点文本点结点线实体编码唯一标识码线标识码起始点终止点坐标对序列显示信息非几何属性多边形矢量编码多边形环路法树状索引编码法拓扑结构编码法由多边形边界的x,y坐标队集合及说明信息组成对所有边界点数字化，将坐标对以顺序方式存储，由点索引与边界线号相联系，以线索引与各多边形相联系形成完整的拓扑结构多边形环路法ⅠⅡⅢⅣⅤ123456789101112131415P1P2P3P1x1，y1；x2，y2；x3，y3；

x4，y4；x5，y5；x6，y6；x1，y1P2x6，y6;

x7，y7；x8，y8；

x9，y9；x10，y10；

x11，y11；x5，y5；x6，y6P3x12，y12；x13，y13；x14，y14；x15，y15；x12，y12树状索引法ⅠⅡⅢⅣ123456789101112131415P1P2P3ⅠⅡP1P3P2ⅡⅢⅣ12345656567891012131415ⅠⅡⅢⅣⅠⅡⅢⅣ123456789101112131415P1P2P3点文件点号坐标

1x1，y1

2x2，y2

15x15，y15……树状索引法ⅠⅡⅢⅣ123456789101112131415P1P2P312345656567891012131415ⅠⅡⅢⅣ线号起点终点点号

Ⅰ656,1,2,3,4,5Ⅱ56

5,6

Ⅲ

6

56,7,8,9,10,11,5

Ⅳ121212,15,14,13树状索引法ⅠⅡⅢⅣ123456789101112131415P1P2P3多边形文件多边形号边界线号

1Ⅰ，Ⅱ2Ⅱ，Ⅲ

3ⅣⅠⅡP1P3P2ⅡⅢⅣ树状索引法拓扑结构编码法唯一标识多边形标识外包多边形指针邻接多边形指针边界链接范围较好的解决了空间关系查询等问题，但增加了算法的复杂度矢量数据结构的属性数据表达属性特征类型类别特征：是什么说明信息：同类目标的不同特征属性特征表达类别特征：类型编码说明信息：属性数据结构和表格属性表的内容取决于用户图形数据和属性数据的连接通过目标识别符或内部记录号实现。属性数据的编码——编码原则

系统性和科学性：满足所涉及学科的科学分类方法，能反映出同一类型中不同的级别特点。一致性：对代码所定义的同一专业名词、术语必须是唯一的。标准化和通用性：有国家或行业标准的要按标准进行，没有标准的必须考虑在有可能的条件下实现标准化。简捷性：在满足国家标准的前提下、每一种编码应该是以最小的数据量载负最大的信息量。可扩展性：编码的设置应留有扩展的余地，避免新对象的出现而使原编码系统失效、造成编码错乱现象。

属性数据的编码——编码内容

登记部分：用来标识属性数据的序号，可以是简单的连续编号，也可划分不同层次进行顺序编码；分类部分：用来标识属性的地理特征，可采用多位代码反映多种特征；控制部分：用来通过一定的查错算法，检查在编码、录入和传输中的错误，在属性数据量较大情况下具有重要意义。

属性数据的编码——编码方法

层次分类编码法：是按照分类对象的从属和层次关系为排列顺序的一种代码，它的优点是能明确表示出分类对象的类别，代码结构有严格的隶属关系。耕地71园地

72林地

73牧草地74居民点及公矿用地

75交通用地75水域

76未利用地

77土地利用类型7有林地

731灌木地

732疏林地733迹地

735针叶树疏林地7331阔叶树疏林地7332未成林林地734属性数据的编码——编码方法多源分类编码法：对于一个特定的分类目标，根据诸多不同的分类依据分别进行编码，各位数字代码之间并没有隶属关系。标

志

编

号

分类

ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨ123

平原河过渡河山地河

123

常年河时令河消失河

12

通航河不通航河

123456

树状河平行河筛状河辐射河扇形河迷宫河

1234567

主〔要河〕流∶一级支

流∶二级

三级

四级

五级

六级

七级

12345

河长：一组——1公里以下

二组——2公里以下

三组——5公里以下

四组——10公里以下

五组——10公里以上

12345678

河宽：一组——5～10米

二组——10～20米

三组——20～30米

四组——30～60米

五组——60～120米

六组——120～300米

七组——300～500米

八组——500米以上

1234567

河流间的最短距离50米

50～100米100～200米200～400米400～500米500～1000米1000～2000米

12345弯曲度：2.5公里弯曲

深度

宽度

>40>50>50>40>50>75>25>50>75>25>50>100<25>75>150栅格数据结构的编码AAAAARAAARAAARAARAAAAAAAAAGGAAGGGGGGGAGGGAGGAAAAAARAAAARAAARRAAA143258761234567801234567起点行列号，单位矢量R:(1,5),3,2,2,3,3,2,3链式编码游程长度编码逐行编码数据结构:行号,属性,重复次数1,A,4,R,1,A,3块状编码正方形区域为记录单元数据结构:初始位置,半径,属性(1,1,3,A),(1,4,1,A),(2,4,1,R),(3,4,1,R)…NESWNWSEGGGGAGGAAGAAA四叉树编码1、直接栅格编码

直接编码就是将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行（或逐列）逐个记录代码，可以每行从左到右逐像元记录，也可奇数行从左到右而偶数行由右向左记录，为了特定的目的还可采用其他特殊的顺序。

02255555222225550000033322223355002333550033335300033333000033330，2，2，5，5，5，5，5；2，2，2，2，2，5，5，5；2，2，2，2，3，3，5，5；0，0，2，3，3，3，5，5；0，0，3，3，3，3，5，3；0，0，0，3，3，3，3，3；0，0，0，0，3，3，3，3；0，0，0，0，0，3，3，3。由起点位置和一系列在基本方向的单位矢量给出每个后续点相对其前继点的可能的8个基本方向之一表示。8个基本方向自0°开始按顺时针方向代码分别为0，1，2，3，4，5，6，7。单位矢量的长度默认为一个栅格单元。2、链码76543012001076701100链码编码：

2，2，2，1，2，0，2，3765430120500006000500060000006000500060000550600000500600050000600000000链码编码示例3、游程长度编码(1)只在各行（或列）数据的代码发生变化时依次记录该代码以及相同代码重复的个数；0225555522222555000003332222335500233355003333530003333300003333沿行方向进行编码：(0，1），（2，2），（5，5）；（2，5），（5，3）；（2，4），（3，2），（5，2）；（0，2），（2，1），（3，3），（5，2）；（0，2），（3，4），（5，1），（3，1）；（0，3），（3，5）；（0，4），（3，4）；（0，5），（3，3）。(2)逐个记录各行（或列）代码发生变化的位置和相应代码。0225555522222555000003332222335500233355003333530003333300003333沿列方向进行编码：(1，0），（2，2），（4，0）；（1，2），（4，0）；（1，2），（5，3），（6，0）；（1，5），（2，2），（4，3），（7，0）；（1，5），（2，2），（3，3