地理信息系统课件GIS原理 复习

2024/11/121第一章绪论教师：杨勇华中农业大学资源与环境学院2023最新整理收集do

something22024/11/12如何理解（1）GIS的物理外壳是计算机化的技术系统（2）GIS的对象是地理实体（3）GIS的技术优势在于它的混合数据结构和有效的数据集成、地理空间分析能力、空间定位搜索和复杂的查询功能、图形创造和可视化表达手段，以及地理过程的演化模拟和空间决策支持功能等（4）GIS是与多门学科有密切关系32024/11/12

数学运算研究

统计学地理统计学认知科学计算机科学测量遥感摄影测量学制图学可视化符号学信息存储数据库模式识别计算几何计算机图形学人工智能旅游业航运市场资产管理产业/商业矿产开发设施维护公共信息查询公共管理考古学人文地理学社会科学健康护理规划流行病学环境科学地貌学土壤科学森林学地质学生态学水文学气象学地形测量环境测量社会、经济测量社区服务地理学62024/11/12主要GIS软件72024/11/12GIS的功能1、数据采集与编辑2、数据存储与管理3、数据处理和变换4、空间分析和统计5、产品制作与显示6、二次开发和编程82024/11/12GIS应用流程文件图表数据获取

原始数据存储检索空间查询空间分析数据编辑投影变换数据输出

制图、表格

交互展示

结构化数据空间数据库92024/11/12GIS应用功能二、GIS主要应用领域

资源管理区域和城乡规划灾害监测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102024/11/12一、地理实体（空间实体）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。112024/11/12理解地理实体抽象：地理现象抽象成地理实体抽象的程度与研究区域的大小、规模不同而有所不同，也和研究尺度相关。122024/11/12空间数据的基本特征132024/11/12三、实体的空间特征点状实体线状实体面状实体体状实体142024/11/12什么是空间数据结构描述地理实体的数据的组织方法，称为内部数据结构。空间数据结构是指适合于计算机系统存储、管理和处理的地学图形的逻辑结构，是地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描述。它是对数据的一种理解和解释，不说明数据结构的数据是毫无用处的，不仅用户无法理解，计算机程序也不能正确处理。对同一组数据，按不同的数据结构去处理，得到的可能是截然不同的内容。（矢量，栅格）空间数据结构是GIS沟通信息的桥梁，只有充分理解GIS所采用的特定数据结构，才能正确地使用系统。(数据输出，操作)152024/11/122.1栅格数据结构

栅格结构用密集正方形（或三角形，多边形）将地理区域划分为网格阵列。位置由行，列号定义，属性为栅格单元的值。点：由单个栅格表达。线：由沿线走向有相同属性取值的一组相邻栅格表达。面：由沿线走向有相同属性取值的一片栅格表达。

栅格数据表示的是二维表面上的地理数据的离散化数值。在栅格数据中，地表被分割为相互邻接、规则排列的地块，每个地块与一个象元相对应。因此，栅格数据的比例尺就是栅格(象元)的大小与地表相应单元的大小之比，当象元所表示的面积较大时，对长度、面积等的量测有较大影响。每个象元的属性是地表相应区域内地理数据的近似值，因而有可能产生属性方面的偏差。22122332333233323332333162024/11/12栅格数据层22222aaaaa22土壤植被组织方法空间数据库172024/11/12栅格数据的建立1、

手工获取，专题图上划分均匀网格，逐个决定其网格代码。2、扫描仪扫描专题图的图像数据{行、列、颜色（灰度）}，定义颜色与属性对应表，用相应属性代替相应颜色，得到（行、列、属性）再进行栅格编码、存贮，即得该专题图的栅格数据。3、

由矢量数据转换而来。4、

遥感影像数据，对地面景象的辐射和反射能量的扫描抽样，并按不同的光谱段量化后，以数字形式记录下来的象素值序列。5、

格网DEM数据，当属性值为地面高程，则为格网DEM，通过DEM内插得到。（一）建立途径（二）栅格系统的确定(三)栅格代码的确定182024/11/12栅格数据的建立（一）建立途径（二）栅格系统的确定(三)栅格代码的确定1、

栅格坐标系的确定表示具有空间分布特征的地理要素，不论采用什么编码系统，什么数据结构(矢、栅)都应在统一的坐标系统下，而坐标系的确定实质是坐标系原点和坐标轴的确定。由于栅格编码一般用于区域性GIS，原点的选择常具有局部性质，但为了便于区域的拼接，栅格系统的起始坐标应与国家基本比例尺地形图公里网的交点相一致，并分别采用公里网的纵横坐标轴作为栅格系统的坐标轴。22122332333233323332192024/11/12栅格数据的建立2、

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。一般讲实体特征愈复杂，栅格尺寸越小，分辨率愈高，然而栅格数据量愈大（按分辨率的平方指数增加）计算机成本就越高，处理速度越慢。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。（一）建立途径（二）栅格系统的确定(三)栅格代码的确定202024/11/12栅格结构精度偏差212024/11/12栅格数据取值方法222024/11/12栅格数据存储的压缩编码直接栅格编码：将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行记录代码数据。1）每行都从左到右记录；AAAAABBBAABBAABB2）奇数行从左到右，偶数行从右到左；特点：最直观、最基本的网格存贮结构，没有进行任何压缩数据处理。AAAAABBBAABBAABB栅格数据量大，格网数多，由于地理数据往往有较强的相关性，即相邻象元的值往往是相同的。因此该文件存在大量的数据冗余。当栅格越小，表示的空间精度越高时，这种冗余越严重，因此，对栅格数据进行压缩编码非常重要。所以，出现了各种栅格数据压缩方法。数据压缩是将数据表示成更紧凑的格式以减少存储空间的一项技术。数据压缩要求：不失真，变换简单，压缩、解压迅速可靠232024/11/12栅格数据存储的压缩编码1、链式编码、Freeman链码、边界链码返回1）首先定义一个3x3窗口，中间栅格的走向有8种可能，并将这8种可能0~7进行编码。2）记下地物属性码和起点行、列后，进行追踪，得到矢量链.将栅格数据（线状地物面域边界）表示为矢量链的记录链式编码表aaaaaaab属性码起点行起点列链码a14556656b37576654323…

优点：链码可有效地存贮压缩栅格数据，便于面积、长度、转折方向和边界、线段凹凸度的计算。

缺点：不易做边界合并，插入操作、编辑较困难（对局部修改将改变整体结构）。区域空间分析困难，相邻区域边界被重复存储。

242024/11/12栅格数据存储的压缩编码2、行程编码将原图表示的数据矩阵变为数据对方法一：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。3334444433334444133344421133322211113222111122221111122211111222第一行：（3，3）（4，5）第二行：（3，4）（4，4）第三行：（1，1）（3，3）（4，3）（2，1）第四行：（1，2）（3，3）（2，3）第五行：（1，4）（3，1）（2，3）……252024/11/12栅格数据存储的压缩编码特点：

对于游程长度编码，区域越大，数据的相关性越强，则压缩越大，适用于类型区域面积较大的专题图，而不适合于类型连续变化或类别区域分散的分类图（压缩比与图的复杂程度成反比）。

这种编码在栅格加密时，数据量不会明显增加，压缩率高，并最大限度地保留原始栅格结构，编码解码运算简单，且易于检索，叠加，合并等操作，这种编码应用广泛。2、行程编码262024/11/12栅格数据存储的压缩编码3、块式编码采用方形区域作为记录单元，每个记录单元包括相邻的若干栅格。数据对组成：（初始行、列，半径，属性值）特点：具有可变分辨率，即当属性变化小时图块大，对于大块图斑记录单元大，分辨率低，压缩比高。小块图斑记录单元小，分辨率高，压缩比低所以，与行程编码类似，随图形复杂程度的提高而降低分辩率。依次扫描，编过的不重复。如：（1,1,1,0),(1,2,2,4),(1,4,1,7),(1,5,1,7)…12345678104477777244444777344448877400488877500888878600088888700008888800000888272024/11/12块式编码示例0225555522222555000003332222335500233355003333530003333300003333（1，1，1，0），（1，2，2，2），（1，4，1，5），（1，5，1，5），（1，6，2，5），（1，8，1，5）；（2，1，1，2），（2，4，1，2），（2，5，1，2），（2，8，1，5）；（3，3，1，2），（3，4，1，2），（3，5，2，3），（3，7，2，5）；（4，1，2，0），（4，3，1，2），（4，4，1，3）；（5，3，1，3），（5，4，2，3），（5，6，1，3），（5，7，1，5），（5，8，1，3）；（6，1，3，0），（6，6，3，3）；（7，4，1，0），（7，5，1，3）；（8，4，1，0），（8，5，1，0）。282024/11/12栅格数据存储的压缩编码返回1、

基本思想：将2n×2n象元组成的图像(不足的用背景补上)

按四个象限进行递归分割，并判断属性是否单一，单一：不分。不单一：递归分割。最后得到一颗四分叉的倒向树。2、

四叉树的树形表示：用一倒立树表示这种分割和分割结果。根：整个区域高：深度、分几级，几次分割叶：不能再分割的块树叉：还需分割的块每个树叉均有4个分叉，叫四叉树。四叉树：一种可变分率的非均匀网格系统。是最有效的栅格数据压缩编码方法之一AAAAABBBAABBAABB0123292024/11/12栅格数据存储的压缩编码3、

编码方法1）常规四叉树

记录这棵树的叶结点外，中间结点，结点之间的联系用指针联系，每个结点需要6个变量：父结点指针、四个子结点的指针和本结点的属性值。指针不仅增加了数据的存储量，还增加了操作的复杂性：如层次数（分割次数）由从父结点移到根结点的次数来确定，结点所代表的图像块的位置需要从根节点开始逐步推算下来。所以，常规四叉树并不广泛用于存储数据，其价值在于建立索引文件，进行数据检索。302024/11/12四叉树编码示例0225555522222555000003332222335500233355003333530003333300003333①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩1112131415161718192021222324252627282930313233363738393435400000333033333530022232222022225255533355西南东南西北东北312024/11/122.2矢量数据结构矢量数据结构是通过记录坐标的方式，尽可能精确地表示点、线、面等地理实体。其坐标空间假定为连续空间，允许任意位置、长度和面积的精确定义，事实上，其精度仅受数字化设备的精度和数值记录字长的限制，在一般情况下，比栅格数据结构精度高得多。322024/11/12矢量数据结构编码的基本内容矢量数据结构通过记录空间对象的坐标及空间关系来表达空间对象的位置。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；332024/11/12拓扑关系

拓扑关系是明确定义空间结构关系的一种数学方法；在GIS中，用于空间数据的组织、分析和应用。在GIS中，为了真实反映地物，不仅包括实体的大小、形状及属性，而且要反映出实体之间的相互关系。例如：自然与行政的分区，各种空间类型的分布及交通网等，都存在结点、弧段和多边形之间的拓扑关系。342024/11/122.2矢量数据结构拓扑关系：指网结构元素节点、弧段、面域之间的空间关系（1）拓扑邻接：存在于空间图形的同类元素之间的拓扑关系结点邻接关系N1/N4，N1/N2，…；多边形邻接关系P1/P3，P2/P3，…

352024/11/122.2矢量数据结构（2）拓扑关联：指存在于空间图形的不同元素之间的拓扑关系结点与弧段的关联关系N1/C1、C3、C6；多边形与弧段的关联关系P1/C1、C5、C6。362024/11/122.2矢量数据结构（3）拓扑包含：面与其他拓扑元素之间的关系。如果点、线、面在该面内，则称被该面包含。P1包含P2,P3和P4372024/11/122.2矢量数据结构（4）拓扑连通：拓扑元素之间的通达关系，如点连通，面的连通。（5）层次关系：相同拓扑元素之间的等级关系。欧拉公式：

L+2=A+P382024/11/12拓扑关系的表示面—链关系：链—结点关系：结点—链关系：

链—面关系：面构成面的链链链两端点的结点结点通过该结点的链链左面右面392024/11/122.2矢量数据结构3、几种矢量数据结构（1）实体式数据结构（面条结构）402024/11/122.2矢量数据结构3、几种矢量数据结构（2）树状索引编码法该法采用树状索引以减少数据冗余并间接增加邻域信息，方法是对所有边界点进行数字化，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，形成树状索引结构。412024/11/12树状索引编码法422024/11/12树状索引编码法432024/11/122.2矢量数据结构（3）双重独立地图编码简称DIME结构（DualIndependentMapEncoding）。它是由美国人口调查局建立起来的为人口调查目的而设计的一种拓扑编码方法，是一种把几何量度信息（直角坐标）与拓扑逻辑信息结合起来的系统。

DIME文件的基本元素是连接两个端点（结点）的一条线段（街段）、线段始结点和终结点标识符、伴有这两个结点的坐标及线段两侧的区域代码（左区号和右区号）。根据结点标识符和结点坐标建立结点坐标文件。根据结点、线段、多边形间的拓扑关系建立拓扑结构文件。在这种结构中，线段通常被认为是直线型的，复杂的曲线由一系列逼近曲线的直线段来表示。结点与结点或者面域与面域之间为邻接关系，而结点与线段或面域与线段之间为关联关系。442024/11/12双重独立地图编码拓扑结构文件节点坐标文件452024/11/12462024/11/122.2矢量数据结构4、链状双重独立式数据结构链状双重独立式数据结构是DIME数据结构的一种改进。在DIME中，一条边只能用直线两端点的序号及相邻的面域来表示，而在链状数据结构中，将若干直线段合为一个弧段（或链段），每个弧段可以有许多中间点。472024/11/12链状双重独立式数据结构

在链状双重独立数据结构中，主要有四个文件：多边形文件、弧段文件、弧段坐标文件、结点文件。

多边形文件主要由多边形记录组成，包括多边形号、组成多边形的弧段号以及周长、面积、中心点坐标及有关“洞”的信息等，多边形文件也可以通过软件自动检索各有关弧段生成，并同时计算出多边形的周长和面积以及中心点的坐标，当多边形中含有“洞”时则此“洞”的面积为负，并在总面积中减去，其组成的弧段号前也冠以负号；

弧段文件主要有弧记录组成，存储弧段的起止结点号和弧段左右多边形号；

482024/11/12链状双重独立式数据结构

弧段坐标文件由一系列点的位置坐标组成，一般从数字化过程获取，数字化的顺序确定了这条链段的方向。结点文件由结点记录组成，存储每个结点的结点号、结点坐标及与该结点连接的弧段。

结点文件一般通过软件自动生成，因为在数字化的过程中，由于数字化操作的误差，各弧段在同一结点处的坐标不可能完全一致，需要进行匹配处理。当其偏差在允许范围内时，可取同名结点的坐标平均值。如果偏差过大，则弧段需要重新数字化。492024/11/12502024/11/12512024/11/12522024/11/1231（x31，y31）

532024/11/12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。542024/11/12矢量数据结构的属性数据表达点状对象目标标识目标标识地物编码坐标关联的线目标精度控制点等级测量单位测量年限线状对象目标标识目标标识地物编码坐标串起点、终点、左面、右面路面材料等级修建时间宽度管养单位…………面状对象目标标识目标标识地物编码边界目标号建筑日期所有者建筑面积建筑单位结构……空间对象地物编码地物名称制图颜色几何类型制图符号编码属性表明地物类型特征与制图属性552024/11/122.4矢量数据结构与栅格数据结构2024/11/1256第三章空间数据采集和质量控制教师：杨勇华中农业大学资源与环境学院572024/11/12概述现实世界文字报告、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数据源?如何采集?质量如何?582024/11/12GIS的数据来源统计数据地图存储介质、现势性、投影转换地面测量数字数据格式、精度多媒体，辅助GIS空间分析和查询GIS空间数据遥感、航空影象和数据分辨率、变形规律、纠正、解译特征592024/11/12空间数据采集的任务空间数据采集的任务是将现有的地图、外业观测成果、航空像片、遥感图像、文本资料等转换称GIS可以处理与接收的数字形式，通常要经过验证、修改、编辑等处理不同数据输入需要用不同的设备602024/11/12空间数据的输入方法：键盘输入手扶跟踪数字化输入扫描数字化仪输入其他类型的自动数字化仪器地图数字化612024/11/12空间数据与非空间属性数据的连接属性数据采集1、键盘，人机对话方式2、程序批量输入。a1a2001002001002程序空间数据库属性和几何数据的连接1、可手工输入2、由系统自动生成(如用顺序号代表标识符)标识码属性数据几何数据622024/11/12地理目标数据的分层

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（Coverage）。空间数据分层方法：1）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。2）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。3）地面垂直高度分层把不同时间或不同时期的数据作为一个数据层。

Z632024/11/12

分类是将具有共同的属性或特征的事物或现象归并在一起，而把不同属性或特征的事物或现象分开的过程。分类是人类思维所固有的一种活动，是认识事物的一种方法。分类的基本原则是：科学性、系统性、可扩性、实用性、兼容性、稳定性、不受比例尺限制、灵活性分类基本方法：线分类法、面分类法把数据输入到计算机之前，必须先按使用要求进行分类。如国家资源和环境信息系统数据规范在“专业数据分类和数据项目建议总表”中，将数据分为社会环境、自然环境和资源与能源三大类共14小项，并规定了每项数据的内容及基本数据来源。其中关于资源与能源类的划分为：

分类编码的原则642024/11/12

地貌类型土地资源土地利用类型

‥‥‥资源与能源气候和水热资源生物资源

‥‥‥652024/11/12比如土地利用现状调查和农村地籍调查中土地类型划分如下：土地类型土地类型土地类型土地类型名称代码名称代码名称代码名称代码耕地1园地2居民点及工矿用地5交通用地6灌溉水田11果园21城镇51铁路61望天田12桑园22农村居民点52公路62水浇地13茶园23独立工矿用地53农村道路63旱地14橡胶园24盐田54民用机场64菜地15其它园地25特殊用地55港口码头65662024/11/12分类码和标识码672024/11/12GIS数据质量空间数据质量是指空间数据可靠性和精度，通常用空间数据误差来度量。在某些情况下，由于多种原因，计算机分析结果甚至会比手工分析的误差更大。这是除软件、硬件的质量，计算方法上的问题，以及分类、编码、输入、操作上的明显疏忽以外，数据本身的质量也是重要的原因。GIS主要功能之一是综合不同来源，不同分辨率和不同时间的数据，利用不同比例尺和数据模型进行操作分析，这种不同来源数据的综合和比例尺的改变使GIS数据误差问题变得极为复杂。

682024/11/12数据质量问题微观方面

定位精度属性精度逻辑一致性分辨率宏观方面

完整性时间性地域性数据档案692024/11/12研究空间数据质量的目的和意义定义：GIS数据质量是指GIS中空间数据的可靠性，通常用空间数据的误差来度量。研究目的：建立一套空间数据分析何处理的体系，包括误差源的确定、误差的鉴别何度量方法、误差传播的模型、控制何削弱误差的方法等，使未来的GIS在提供产品的同时，提供产品的质量指标，即建立GIS产品的合格证制度。GIS数据质量的研究分为两大问题：正演问题和反演问题。702024/11/12空间元数据元数据（Metadata），是关于数据的数据（DataAboutData），是关于数据和信息资源的描述性信息。空间元数据（SpatialMetadata），是关于地理空间数据和相关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、位置和其他特征进行描述与说明，帮助和促进人们有效地定位、评价、比较、获取和使用地理相关数据。由于网络的发展，元数据已经由一种数据描述与索引的方法扩展到包括数据发现、数据转换、数据管理和数据使用的整个网络信息过程中不可缺少强有力的工具和方法之一。2024/11/1271第四章GIS数据处理教师：杨勇华中农业大学资源与环境学院722024/11/124.1数据编辑又叫数字化编辑，指对地图资料数字化后的数据进行编辑加工，主要目的是在改正数据差错的同时，相应地改正数字化资料的图形。GIS的图形编辑系统图形编辑属性编辑窗口显示及操作交互过程是GIS编辑的特色732024/11/124.1数据编辑一、窗口操作窗口是沟通用户与GIS数据之间的桥梁，窗口操作是交互式图形编辑系统的重要工具，一般包括全图显示、移动窗口显示、放大、缩小等。

开窗显示就是按用户制定的空间范围，进行图形子集合的选取，这个制定范围称为“窗口”。有正开窗和负开窗之分。742024/11/124.1数据编辑一、窗口操作两个技术：裁剪技术和二维视见变换技术752024/11/124.1数据编辑二维视见变换：三种坐标系：（1）世界坐标系

用户坐标系原始（2）规格化数据库坐标数据库中的统一坐标系（3）设备坐标系

物理设备显示时的坐标系（屏幕的像素）762024/11/124.1数据编辑二、图形数据编辑图形数据编辑是十分重要而且经常的步骤：将数据装入内存显示与检查定位与修改Undo保存结果地图数据可能被处理的程度是衡量一个数据结构价值的重要标志772024/11/124.1数据编辑图形编辑是一交互处理过程，GIS具备的图形编辑功能的要求是：1）具有友好的人机界面，即操作灵活、易于理解、响应迅速等；2）具有对几何数据和属性编码的修改功能，如点、线、面的增加、删除、修改等；3）具有分层显示和窗口操作功能，便于用户的使用。782024/11/124.1数据编辑三、属性数据编辑删除、修改、拷贝，增加属性数据与图形数据相连792024/11/124.3空间数据的压缩与光滑一、数据压缩1、间隔取点法每隔K个点或每隔一定距离取一点，保留首末点，方法简单，但不一定能恰当地保留方向上曲率显著变化的点。2、垂距法按垂距的限差选取符合或超过限差的点。每次顺序取曲线上的三个点，计算中间点与其它两点连线的垂线距离d，并与限差D比较。若d＜D，则中间点去掉；若d≥D，则中间点保留。然后顺序取下三个点继续处理，直到这条线结束。802024/11/124.3空间数据的压缩与光滑一、数据压缩3、合并法舍去夹角较大的节点，保留夹角较小的节点Pj-2PjPj+2aj812024/11/124.3空间数据的压缩与光滑一、数据压缩4、Douglas—Peucker822024/11/124.3空间数据的压缩与光滑一、数据光滑

是假象曲线为一组离散点，寻找形式较简单、性能良好的曲线解析式。插值方式：曲线通过给定的离散点。拉格朗日插值，三次样条曲线逼近方式：曲线尽量逼近给定离散点。如贝塞尔和B样条曲线。832024/11/124.4图形变换（几何变换）二维几何变换：平移、比例和旋转平移：842024/11/124.4图形变换（几何变换）比例变换：852024/11/124.4图形变换（几何变换）旋转变换：862024/11/124.4图形变换（几何变换）齐次坐标系：采用齐次坐标系可将三种变换能利用组真乘法任意组合平移比例旋转872024/11/124.5矢栅转换一、矢量数据转换成栅格数据1、点的转换

点的转换实质上是将点的矢量坐标转换成栅格数据中行列值i和j，从而得到点所在栅格元素的位置。其中：

Integer表示对运算值取整。x，y为所求点在矢量坐标下坐标值。△x，△y分别为每个栅格单元对应边长。ymax，xmin表示矢量数据的y最大值及x最小值。i，j为所求点所在栅格坐标中行与列值。公式(5-5-1)882024/11/124.5矢栅转换一、矢量数据转换成栅格数据2、线的转换由于曲线可用折线来表示的，也就是当折线上取点足够多时，所画的折线在视觉上成为曲线。因此，线的变换实质上是完成相邻两点之间直线的转换。若已知一直线AB其两端点坐标分别为A(x1，y1)和B(x2，y2)，则其转换过程不仅包括坐标点A，B分别从点矢量数据转换成栅格数据，还包括求出直线AB所经过的中间栅格数据。其过程如下：

892024/11/124.5矢栅转换一、矢量数据转换成栅格数据2、线的转换1．利用上述点转换法，将点A(x1，y1)，B(x2，y2)分别转换成栅格数据，求出相应的栅格的行列值。2．由上述行列值求出直线所在行列值的范围，若行差大于列差，则。3．确定直线经过的中间栅格点。若从直线两端点转换中，求出该直线经过的起始行号为i1，终止行号im，其中间点行号必定为i2，i3……im-1。现在的问题是求出相应行号相交于直线的列号，其步骤如下：902024/11/124.5矢栅转换一、矢量数据转换成栅格数据2、面的转换面边界使用线的栅格化方法，在转换同时还需要解决面域数据(多边形数据)的填充。可使用种子填充和扫描线填充算法

2024/11/1291空间数据管理教师：杨勇华中农业大学资源与环境学院922024/11/12前言

空间数据库是地理信息系统在计算机物理存储介质上存储和应用的相关的地理空间数据的总合。932024/11/121数据库的概念数据库的英文DATABASE，其意义为数据基地，即统一存贮和集中管理数据的基地。

这有些类似资料库，实际上资料库的许多特征都可以从数据库中找到。在资料库中，各类资料都有严格的分类系统和编码表，并存放在规定的资料架上，为管理和查找资料提供了极大的方便。当资料的数据形式存放于计算机时，它已经失去直观性，更需要建立严密的分类和编码系统，实现数据的标准化和规范化。

942024/11/121数据库的概念注意理解与数据库有关的几个概念：1.数据库是存贮在计算机内的有结构的数据集合.

2.数据库管理系统是一个软件，用以维护数据库，接受并完成用户对数据库的一切操作。

3.数据库系统是指由硬件设备、软件系统、专业领域的数据体和管理人员构成的一个运行系统。

952024/11/122数据模型一、层次模型二、网络模型三、关系模型四、面向对象模型传统的数据模型962024/11/12层次模型972024/11/12网络模型982024/11/12关系模型992024/11/12面向对象模型面向对象的定义是指无论怎样复杂的事例都可以准确地由一个对象表示。每个对象都是包含了数据集和操作集的实体，即是说，面向对象的模型具有封装性的特点。

1面向对象模型

2GIS中的面向对象模型1002024/11/12面向对象模型1面向对象模型的几个重要概念

对象与封装性（encapsulation）

分类（classification）

概括（generalization）

联合（association）

聚集（aggregation）1012024/11/12面向对象的核心工具继承：单重继承，多重继承传播：用于描述复合对象或集合对象对成员对象的依赖性并获得成员对象属性的过程1022024/11/12空间地物的几何数据模型空间地物复杂地物简单地物面域弧段节点面状地物线状地物点状地物2024/11/12103空间分析教师：杨勇华中农业大学资源与环境学院1042024/11/12引言所谓空间分析，就是运用一组数字模型，对空间数据库中的数据进行运算和操作，从而得到新的空间和属性数据，以帮助解决现实世界中的实际问题。通常，GIS提供一系列空间分析工具，用户可以将它们组合成一个操作系列，从已有模型来求得一个新模型，这个新模型就有可能展现出数据集内部或数据集之间新的或未曾明确的关系，从而深化我们对现实世界的理解。1052024/11/121.空间数据查询查询属于数据库的范畴，一般定义为作用在库体上的函数，它返回满足条件的内容。是用户与数据库交流的途径。扩展关系数据库的查询语言可视化空间查询超文本查询自然语言查询图元间关系检索1062024/11/12图元间关系检索

面一面检索

例如，与某个多边形相邻的多边形是哪些？面一线检索

例如，某个多边形的边界是哪些线（弧段）？线一面检索

例如，某弧段的左右区域分别是什么？线一线检索

例如，与某条河流相连的支流有哪些？线一点检索

例如，某条道路上有哪些桥梁？点一线检索

例如，某个结点由哪些线（弧段）相交而成？1072024/11/12查询结果的显示地图（专题图），显示的环境参数：显示方式图形表示绘图比例尺显示窗口相关的空间要素查询内容的检查1082024/11/123叠置分析叠置分析是将同一地区的两组或两组以上的要素（地图）进行叠置，产生新的特征（新的空间图形或空间位置上的新属性的过程）的分析方法。地图的叠置就是将两幅或多幅地图重叠在一起，产生新数据层和新数据层上的属性（即提取感兴趣的数据）。

1092024/11/12叠置分析的主要内容1.多边形与多边形分析：合并、相交、相减、判别2.线对多边形分析：相交、判别3.点对多边形分析：相交、判别4.多边形对点分析：相减、相交5.点对线分析：点与线的距离1102024/11/124缓冲分析缓冲区是地理空间目标的一种影响范围或服务范围，具体指在点、线、面实体的周围，自动建立的一定宽度的多边形。数学表达为：

其中,R为缓冲宽度，或缓冲半径。作用：缓冲区分析是GIS的基本空间操作功能之一，一般应用于求地理实体的影响范围，即邻近度问题。如道路噪声影响范围就是沿道路建一定宽度的缓冲区，车流量决定缓冲区半径。如某地区有危险品仓库，要分析一旦仓库爆炸所涉及的范围，这就需要进行点缓冲区分析等等。1112024/11/125网络分析1122024/11/125.1网络数据模型及其基本概念网络网络数据模型网线节点附属元素特殊的附属元素与中心相联系的数据与站点相关的数据2024/11/12113空间信息可视化教师：杨勇华中农业大学资源与环境学院1142024/11/12目录空间信息与可视化地图语言与符号空间数据可视化电子地图动态地图虚拟现实技术1152024/11/121空间信息与可视化空间信息：地理空间信息，其基本特征：属性特征：质量和数量时间特征：地理空间的时间变化性空间特征：几何、拓扑多媒体特征：地理信息的全面表现1162024/11/121空间信息与可视化可视化：是将符号或数据转化为直观的图形、图像的技术，它的过程是一种转换1172024/11/121空间信息与可视化空间信息的可视化：是指运用地图学、计算机图形学和图像处理技术，将地学信息输入、处理、查询、分析以及预测的数据及结果采用图形符号、图形、图像，并结合图表、文字、表格、视频等可视化形式显示，并进行交互处理的理论、方法和技术，是科学计算可视化在地学领域的特定发展。1182024/11/12

空间信息可视化的形式1、地图：硬拷贝：纸质或其它介质地图软拷贝：屏幕上的电子地图1192024/11/12空间信息可视化的形式2、多媒体地学信息表现空间信息所使用的文本、表格、声音、图像、图形、动画、音频、视频各种形式逻辑地联接并集成为一个整体概念。1202024/11/12空间信息可视化的形式3、三维仿真地图

1212024/11/12空间信息可视化的形式4、虚拟现实：它是由计算机和其它设备组成的高级人机交互系统，以视觉为主，结合听、触、嗅甚至味觉来感知的环境，并与之交互作用。1222024/11/122.地图语言与符号库地图是地学信息的图形符号模型，是其空间、时间、质量和数量的统一表达。2.1地图语言：符号+注记+色彩+整饰1232024/11/123.空间数据可视化过程1242024/11/12电子地图1、概念：1）电子地图，又称“屏幕地图”、“瞬时地图”。2）电子地图集。1252024/11/12动态地图1、概念：动态地图是能集中、形象地表示空间信息的时空变化状态和过程的电子地图。它产生和发展是时空GIS的发展的必要基础和前提。2、特征和作用：可以直观而又逼真地显示地理实体运动变化的规律和特点。

动态模拟：事物变迁过程再现运动模拟：地理实体运行状态测定和调正实时跟踪：运动物体的于东轨迹1262024/11/12动态地图3、表示方法1）利用传统的地图符号和颜色等表示方法2）采用定义了动态视觉变量的动态符号来表示3）采用连续快照方法作多幅或一组地图4）地图动画1272024/11/12虚拟现实技术1、概念：虚拟现实（VirtualReality）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，是当代信息技术高速发展和集成的产物。2024/11/12128数字高程模型教师：杨勇华中农业大学资源与环境学院1292024/11/121概述数据高模型（DigitalElevationModel），简称DEM，是以数字的形式按一定结构组织在一起，表示实际地形特征空间分布的数字模型，也是地形形状大小和起伏的数字描述。最基本的DEM是由一系列地面点x，y位置及其相联系的高程Z所组成，用数学函数式的表达是：Z=f(x，y)，(x，y)∈DEM所在的区域。1302024/11/121312024/11/121概述DEM也可以用来模拟其他二维表面上连续变化的特征，比如说地面景观的属性，地面温度、降水、地球磁力、重力、土地利用、土壤类型等其它地面特性信息，此时的DEM也称为数字地形模型(DigitalTerrainModels)，简称DTM。关于DTM和DEM的含义，无论在国外或国内文献中都存在着不同的理解，DTM包含着地面起伏和属性两个含义，所以DEM和DTM是有区别的。1322024/11/12格网状数据把DEM覆盖区划分成为规则格网，每个网格大小和形状都相同，用相应矩阵元素的行列号来实现网格点的二维地理空间定位，第三维为特性值，可以是高程和属性。对于规则网来说，仅用z的矩阵数据来描述地理场，其对应的平面坐标位置数据蕴含在向量序列关系之中

DEM={zij}

（其中i=1，2，3，…m-1；j=1，2，3，…n-1）

格网DEM数据不仅数据量小而且便于管理和检索，更适合于分析处理。1332024/11/12离散数据

由于受观测手段的限制，无法得到所有地理位置上观测场值，一般也不可能按规则网获取数据，离散数据DEM的平面二维地理空间定位由不规则分布的离散样点平面坐标实现，第三维仍为高程和属性特性值。每个离散数据的记录必须使用三项数据，分别记录其坐标值x，y和特性值z1342024/11/123DEM数据格网化将离散DEM数据经插值计算转换为格网DEM数据的过程称为DEM数据网格化，也就是说，需要用离散的观测点值去估算未知的格网点的值1352024/11/123.3空间插值方法移动平均法距离平方倒数加权法趋势面拟合技术样条函数插值法克立金法插值1362024/11/124DEM表示方法1372024