1、第一章 绪论n教师：杨勇n华中农业大学 资源与环境学院2022-10-261如何理解如何理解n（1）GIS的物理外壳是计算机化的技术系统n（2）GIS的对象是地理实体n（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n（4）GIS是与多门学科有密切关系2022-10-262 数学数学运算研究运算研究 统计学统计学地理统计学地理统计学认知科学认知科学计算机科学计算机科学测量测量遥感遥感摄影测量学摄影测量学制图学制图学可视化可视化符号学符号学信息存储信息存储数据库数据库模
2、式识别模式识别计算几何计算几何计算机图形学计算机图形学人工智能人工智能旅游业旅游业航运航运市场市场资产管理资产管理产业产业/商业商业矿产开发矿产开发设施维护设施维护公共信息查询公共信息查询公共管理公共管理考古学考古学人文地理学人文地理学社会科学社会科学健康护理规划健康护理规划流行病学流行病学环境科学环境科学地貌学地貌学土壤科学土壤科学森林学森林学地质学地质学生态学生态学水文学水文学气象学气象学地形测量地形测量环境测量环境测量社会、经济社会、经济测量测量社区服务社区服务地理学地理学2022-10-263主要主要GIS软件软件2022-10-266GIS的功能的功能n1、数据采集与编辑n2、数据存
3、储与管理n3、数据处理和变换n4、空间分析和统计n5、产品制作与显示n6、二次开发和编程2022-10-267GIS应用流程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2022-10-268GIS应用功能应用功能二、GIS 主要 应用领域 资源管理资源管理区域和城乡区域和城乡规划规划灾害监测灾害监测 环境评估环境评估 作战指挥作战指挥 交通运输交通运输 宏观决策宏观决策 商业金融、通讯商业金融、通讯邮电、日常生活邮电、日常生活等各领域等各领域2022-10-269一、地理实体（空间实体）一、地理实体（空间实体）定
4、义定义：指自然界现象和社会经济事件中不能再分指自然界现象和社会经济事件中不能再分割的单元割的单元，它是一个具体有，它是一个具体有概括性，复杂概括性，复杂性，相对意义性，相对意义的概念。的概念。2022-10-2610理解地理实体理解地理实体n抽象抽象：地理现象 抽象成 地理实体n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。2022-10-2611空间数据的基本特征空间数据的基本特征2022-10-2612三、实体的空间特征n点状实体n线状实体n面状实体n体状实体2022-10-2613什么是空间数据结构什么是空间数据结构n描述地理实体的数据的组织方法，称为内部数据结构。空
5、间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。n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。n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）n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)2022-10-26142.1 栅格数据结构栅格数据结构 栅格结构用密集正方形（或三角形，多边形）栅格结构用密集正方形（或三角形，多边形）将地理区域将地理区域划分划分为
6、网格阵列。为网格阵列。位置由行，列号定义，属性为栅格单元的值。位置由行，列号定义，属性为栅格单元的值。点点：由：由单个栅格单个栅格表达。表达。线线：由沿线走向有相同属性取值的：由沿线走向有相同属性取值的一组相邻栅格一组相邻栅格表达。表达。面面：由沿线走向有相同属性取值的：由沿线走向有相同属性取值的一片栅格一片栅格表达。表达。栅格数据表示的是二维表面上的地理数据的离散化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，栅排列的地块，每个地块与一个象元相对应。因此，栅格
7、数据的格数据的比例尺比例尺就是就是栅格栅格(象元象元)的大小与地表相应单的大小与地表相应单元的大小之比元的大小之比，当象元所表示的面积较大时，对长度、，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，因而有可能产生应区域内地理数据的近似值，因而有可能产生属性方属性方面的偏差面的偏差。221223323332333233323332022-10-2615栅格数据层栅格数据层2 222 2aaaaa2 2土壤土壤植被植被组织方法组织方法空间数据库空间数据库2022-10-2616栅格数据的建立栅
8、格数据的建立1、手工获取手工获取，专题图上划分均匀网格，专题图上划分均匀网格，逐个决定其网格代码。逐个决定其网格代码。2、扫描仪扫描扫描仪扫描专题图的图像数据专题图的图像数据行、行、列、颜色（灰度）列、颜色（灰度），定义颜色与属性，定义颜色与属性对应表，用相应属性代替相应颜色，得对应表，用相应属性代替相应颜色，得到（行、列、属性）再进行栅格编码、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。存贮，即得该专题图的栅格数据。3、由矢量数据转换而来由矢量数据转换而来。4、遥感影像数据，遥感影像数据，对地面景象的辐射对地面景象的辐射和反射能量的扫描抽样，并按不同的光和反射能量的扫描抽
9、样，并按不同的光谱段量化后，以数字形式记录下来的象谱段量化后，以数字形式记录下来的象素值序列。素值序列。5、格网格网DEM数据数据，当属性值为地面高，当属性值为地面高程，则为格网程，则为格网DEM，通过，通过DEM内插得内插得到。到。（一）建立途径（一）建立途径（二）栅格系统的确定（二）栅格系统的确定(三三)栅格代码的确定栅格代码的确定2022-10-2617栅格数据的建立栅格数据的建立（一）建立途径（一）建立途径（二）栅格系统的确定（二）栅格系统的确定(三三)栅格代码的确定栅格代码的确定1 1、栅格坐标系的确定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，什么表示具有
10、空间分布特征的地理要素，不论采用什么编码系统，什么数据结构数据结构(矢、栅矢、栅)都应在统一的坐标系统下，而坐标系的确定实质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。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由于栅格编码一般用于区域性GISGIS，原点的选择常具有局部性，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例尺地形图公里网的交点相一致，并分别采用，并分别采用公里网的纵横坐标轴公里网的纵横坐标轴作为栅格系统的坐标轴作为栅格系统的
11、坐标轴。221223323332333233322022-10-2618栅格数据的建立栅格数据的建立2 2、栅格单元的尺寸栅格单元的尺寸1）原则）原则：应能：应能有效地逼近空间对象的分有效地逼近空间对象的分布特征，又减少数据的冗余度布特征，又减少数据的冗余度。格网太大，忽略较小图斑，信息丢失。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，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）计算机成本就分辨率的平方指数增加）计算机成本就越高，处理速度越慢。越高，处理速度越慢。2）方法）方法：用保证最
12、小多边形的精度标准：用保证最小多边形的精度标准来确定尺寸经验公式：来确定尺寸经验公式：h h为栅格单元边长为栅格单元边长 Ai Ai为区域所有多边形的面积。为区域所有多边形的面积。（一）建立途径（一）建立途径（二）栅格系统的确定（二）栅格系统的确定(三三)栅格代码的确定栅格代码的确定2022-10-2619栅格结构精度偏差栅格结构精度偏差2022-10-2620栅格数据取值方法栅格数据取值方法2022-10-2621栅格数据存储的压缩编码栅格数据存储的压缩编码直接栅格编码直接栅格编码：将栅格数据看作一个数据矩阵，将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行记录代码数据。逐行记录代码数据。1）每行都从左到右
13、记录；）每行都从左到右记录；AAAAABBBAABBAABB2）奇数行从左到右，偶数行从右到左；）奇数行从左到右，偶数行从右到左；特点特点：最直观、最基本的网格存贮结构，没有进行任最直观、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。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
14、缩编码非常重空间精度越高时，这种冗余越严重，因此，对栅格数据进行压缩编码非常重要。要。所以，出现了各种栅格数据压缩方法。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。数据压缩要求数据压缩要求：不失真，变换简单，压缩、解压迅速可靠：不失真，变换简单，压缩、解压迅速可靠2022-10-2622栅格数据存储的压缩编码栅格数据存储的压缩编码1、链式编码、链式编码、Freeman 链码、边界链码链码、边界链码返回返回1）首先定义一个）首先定义一个3x3窗口，中间栅格的走向有窗口，中间栅格的走向有8种
15、可能，并将这种可能，并将这8种可能种可能07进行编码。进行编码。2）记下地物属性码和起点行、列后，进行追）记下地物属性码和起点行、列后，进行追踪，得到矢量链踪，得到矢量链.将栅格数据（线状地物面域边界）表示为将栅格数据（线状地物面域边界）表示为矢量链矢量链的记录的记录链式编码表链式编码表aaaaaaab属性码起点行起点列链码链码a14556656b37576654323 优点优点：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：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。边界、线段凹凸度的计算。缺点缺点：不易做边界合并，插入操作、编辑较困难（对局部
16、修改将改变整：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。体结构）。区域空间分析困难，相邻区域边界被重复存储。2022-10-2623栅格数据存储的压缩编码栅格数据存储的压缩编码2、行程编码、行程编码将原图表示的数据矩阵变为将原图表示的数据矩阵变为数据对数据对方法一：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：（
17、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）2022-10-2624栅格数据存储的压缩编码栅格数据存储的压缩编码特点：特点：对于游程长度编码，区域越大，数据的相关性越强，则对于游程长度编码，区域越大，数据的相关性越强，则压缩越大，压缩越大，适用于类型区域面积较大的专题图适用于类型区域面积较大的专题图，而不适合，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）。复杂程度成反比）。这种编码在这种编码在栅格加密时，数据量不会明显增加栅格加密时，数据量不会明
18、显增加，压缩率压缩率高，并最大限度地保留原始栅格结构，编码解码运算简单，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，合并等操作且易于检索，叠加，合并等操作，这种编码应用广泛。，这种编码应用广泛。2、行程编码、行程编码2022-10-2625栅格数据存储的压缩编码栅格数据存储的压缩编码3、块式编码、块式编码采用采用方形区域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。数据对组成数据对组成：（初始行、列，半径，属性值）：（初始行、列，半径，属性值）特点特点：具有具有可变分辨率可变分辨率，即当属性变化小时图块大，即当属性变
19、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。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。而降低分辩率。依次扫描，编过的不重复。依次扫描，编过的不重复。如：如：（1,1,1,0),(1,2,2,4),(1,4,1,7),(1,5,1,7)1,1,1,0),(1,2,2,4),(1,4,1,7),(1,5,1,7)1 2 3 4 5 6 7 8 1 0 4 4 7 7 7 7 72 4 4 4 4 4 7 7 7
20、3 4 4 4 4 8 8 7 7 4 0 0 4 8 8 8 7 75 0 0 8 8 8 8 7 86 0 0 0 8 8 8 8 87 0 0 0 0 8 8 8 88 0 0 0 0 0 8 8 82022-10-2626块式编码示例块式编码示例0 2 2 5 5 5 5 52 2 2 2 2 5 5 50 0 0 0 0 3 3 32 2 2 2 3 3 5 50 0 2 3 3 3 5 50 0 3 3 3 3 5 30 0 0 3 3 3 3 30 0 0 0 3 3 3 3（1 1，1 1，1 1，0 0），（），（1 1，2 2，2 2，2 2），），（1 1，4 4，1 1
21、，5 5），（），（1 1，5 5，1 1，5 5），），（1 1，6 6，2 2，5 5），（），（1 1，8 8，1 1，5 5）；）；（2 2，1 1，1 1，2 2），（），（2 2，4 4，1 1，2 2），），（2 2，5 5，1 1，2 2），（），（2 2，8 8，1 1，5 5）；）；（3 3，3 3，1 1，2 2），（），（3 3，4 4，1 1，2 2），），（3 3，5 5，2 2，3 3），（），（3 3，7 7，2 2，5 5）；）；（4 4，1 1，2 2，0 0），（），（4 4，3 3，1 1，2 2），），（4 4，4 4，1 1，3 3）；（）；（5 5
22、，3 3，1 1，3 3），），（5 5，4 4，2 2，3 3），（），（5 5，6 6，1 1，3 3），），（5 5，7 7，1 1，5 5），（），（5 5，8 8，1 1，3 3）；）；（6 6，1 1，3 3，0 0），（），（6 6，6 6，3 3，3 3）；）；（7 7，4 4，1 1，0 0），（），（7 7，5 5，1 1，3 3）；）；（8 8，4 4，1 1，0 0），（），（8 8，5 5，1 1，0 0）。）。2022-10-2627栅格数据存储的压缩编码栅格数据存储的压缩编码返回返回1、基本思想基本思想：将将2 2n n2 2n n象元组成的图像象元组成的图像(不
23、足的用背景补上不足的用背景补上)按四个象限进行递归分割，按四个象限进行递归分割，并判断属性是否单一，并判断属性是否单一，单一：不分。单一：不分。不单一：递归分割。不单一：递归分割。最后得到一颗四分叉的倒向树。最后得到一颗四分叉的倒向树。2 2、四叉树的树形表示四叉树的树形表示：用一倒立树表示这种分割和分割结果。用一倒立树表示这种分割和分割结果。根根：整个区域：整个区域高高：深度、分几级，几次分割：深度、分几级，几次分割叶叶：不能再分割的块：不能再分割的块树叉树叉：还需分割的块：还需分割的块 每个树叉均有每个树叉均有4 4个分叉，叫四叉树。个分叉，叫四叉树。四叉树四叉树：一种一种可变分率可变分率
24、的的非均匀网格非均匀网格系统。系统。是最有效的栅格数据压缩编码方法之一是最有效的栅格数据压缩编码方法之一 AAABAAAA01232022-10-2628栅格数据存储的压缩编码栅格数据存储的压缩编码3、编码方法1 1）常规四叉树）常规四叉树 记录这棵树的叶结点外，中记录这棵树的叶结点外，中间结点，结点之间的联系用指间结点，结点之间的联系用指针联系，针联系，每个结点需要每个结点需要6 6个变量：个变量：父结点指针、四个子结点的指父结点指针、四个子结点的指针和本结点的属性值针和本结点的属性值。指针不仅指针不仅增加了数据的存储量增加了数据的存储量，还增加了操作的，还增加了操作的复杂性复杂性：如层次数
25、（分割次数）由：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，逐步推算下来。所以，常规四叉树并不广泛用于存储数据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，其价值在于建立索引文件，进行数据检索。件，进行数据检索。2022-10-2629四叉树编码示例四叉树编码示例0 2 2 5 5 5 5 52 2 2 2 2 5 5 50 0 0 0 0 3 3 32 2 2 2 3 3 5 50 0 2 3 3 3 5 50 0 3 3 3 3 5 30 0
26、 0 3 3 3 3 30 0 0 0 3 3 3 3 1112131415161718192021222324252627282930313233363738393435400 0 00 3 3 3 0 3 3 33 3 5 3 0 0 2 2 2 3 2 2 2 2 0 22 2 2 5 2 5 5 53 33 5 5西南东南西北东北 2022-10-26302.2 矢量数据结构矢量数据结构n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
27、下，比栅格数据结构精度高得多。2022-10-2631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。q点：空间的一个坐标点；q线：多个点组成的弧段；q面：多个弧段组成的封闭多边形；2022-10-2632拓扑关系拓扑关系 拓扑关系是明确定义空间结构关系的拓扑关系是明确定义空间结构关系的一种数学方法；在一种数学方法；在GISGIS中，用于空间数据的中，用于空间数据的组织、分析和应用。组织、分析和应用。在在GISGIS中，为了真实反映地物，不仅包中，为了真实反映地物，不仅包括实体的大小、形状及属性，而且要反映括实体的大小、形状及属性，而且要反映出实体之
28、间的相互关系。出实体之间的相互关系。例如：自然与行政的分区，各种空间例如：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。段和多边形之间的拓扑关系。2022-10-26332.2 矢量数据结构矢量数据结构n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结点邻接关系N1/N4，N1/N2，；多边形邻接关系多边形邻接关系P1/P3，P2/P3，2022-10-26342.2 矢量数据结构矢量数据结构n（2）拓扑关联：n 指存在于空间图形的不同元素之间的
29、拓扑关系 结点与弧段的关联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多边形与弧段的关联关系P1/C1、C5、C6。2022-10-26352.2 矢量数据结构矢量数据结构n（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包含包含P2,P3和和P42022-10-26362.2 矢量数据结构矢量数据结构n（4）拓扑连通：拓扑元素之间的通达关系，如点连通，面的连通。n（5）层次关系：相同拓扑元素之间的等级关系。n欧拉公式：L+2=A+P2022-10-2637拓扑关系的表示拓扑关系的表示n面链关系：n链结点关系：n结点链关系：n链
30、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2022-10-26382.2 矢量数据结构矢量数据结构n3、几种矢量数据结构n（1）实体式数据结构（面条结构）2022-10-26392.2 矢量数据结构矢量数据结构n3、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。2022-10-2640树状索引编码法树状索引编码法2022-10-2641树状索引编码法树状索引编码法2022-10-26422.2 矢量数据结构矢
31、量数据结构（3）双重独立地图编码n简称DIME结构（Dual Independent Map Encoding）。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（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）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结点坐标文件。根据结点、线段、多边形间的拓扑
32、关系建立拓扑结构文件拓扑结构文件。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邻接关系，而结点与线段或面域与线段之间为关联关系。关联关系。2022-10-2643双重独立地图编码双重独立地图编码拓扑结构文件节点坐标文件2022-10-26442022-10-26452.2 矢量数据结构矢量数据结构n4、链状双重独立式数据结构n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。
33、2022-10-2646链状双重独立式数据结构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：多边多边形文件、弧段文件、弧段坐标文件、结点文件形文件、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、包括多边形号、组成多边形的弧段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；
34、2022-10-2647链状双重独立式数据结构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。2022-10-2648123456789101112131415161718192021222324252627282930312022-1
35、0-2649123456789101112131415161718192021222324252627282930312022-10-2650123456789101112131415161718192021222324252627282930312022-10-265112345678910111213141516171819202122232425262728293031 31 （x31，y31）2022-10-2652矢量数据结构的属性数据表达n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n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n属性表的内容取决于
36、用户n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。2022-10-2653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2022-10-26542.4 矢量数据结构与栅格数据结构矢量数据结构与栅格数据结构2022-10-2655第三章 空间数据采集和质量控制n教师：杨勇n华
37、中农业大学 资源与环境学院2022-10-2656概述概述现实世界现实世界文字报告、文字报告、遥感图象遥感图象等等数字化仪数字化仪扫描仪扫描仪解析测图仪解析测图仪键盘键盘 等等编辑、接边、分层、图形与编辑、接边、分层、图形与属性连接、加注记等属性连接、加注记等空间数据库空间数据库数据源数据源?如何采集如何采集?质量如何质量如何?2022-10-2657GIS的数据来源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2022-10-2658空间数据采集的任务空间数据采集的任
38、务n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n不同数据输入需要用不同的设备2022-10-2659空间数据的输入空间数据的输入方法：n键盘输入n手扶跟踪数字化输入n扫描数字化仪输入n其他类型的自动数字化仪器地地图图数数字字化化2022-10-2660空间数据与非空间属性数据的连接空间数据与非空间属性数据的连接属性数据采集1 1、键盘、键盘，人机对话方式，人机对话方式2 2、程序批量输入、程序批量输入。a1a2001002001002程序程序空间空间数据库数据库属性和几何数据的连接1 1、
39、可手工输入、可手工输入2 2、由系统自动生成、由系统自动生成(如用顺序号代表标识符如用顺序号代表标识符)标识码标识码属性数据属性数据几何数据几何数据2022-10-2661地理目标数据的分层地理目标数据的分层 空 间 数 据 可空 间 数 据 可 按 某 种 属 性 特 征按 某 种 属 性 特 征 形 成 一 个形 成 一 个 数 据 层数 据 层，通 常 称 为，通 常 称 为 图 层图 层（CoverageCoverage）。）。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。如地貌层、水系每个图层对应一个专题，包含某一种或某
40、一类数据。如地貌层、水系层、道路层、居民地层等。层、道路层、居民地层等。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时间或不同时期的数据作为一个数据层。把不同时间或不同时期的数据作为一个数据层。Z Z2022-10-2662 分类是将分类是将具有共同具有共同的属性或特征的事物或现象的属性或特征的事物或现象归并在一起归并在一起，而把，而把不同不同属属性或特征的事物或现象性或特征的事物或现象分开分开的过程。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。分类是
41、人类思维所固有的一种活动，是认识事物的一种方法。分类的分类的基本原则基本原则是：是：科学性、系统性、可扩性、实用性、兼容性、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信息系统数据规范在“专业数据分类和数据项目建议总表专业数据分类和数据项目建议总表”中，将数据分为中，将数据分为社会环境、自然环境和资源与能源三大类共社会环境、自然
42、环境和资源与能源三大类共14小项，并规定了每项数据的小项，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：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2022-10-2663 地貌类型地貌类型 土地资源土地资源 土地利用类型土地利用类型 资源与能源资源与能源 气候和水热资源气候和水热资源 生物资源生物资源 2022-10-2664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土地类型土地类型土地类型土地类型名称名称 代代码码 名称名称 代代码码 名称名称 代代码码 名称名称 代代码码 耕地耕地1园地园地2居民点及工
43、矿用地居民点及工矿用地5交通用地交通用地 6灌溉水田灌溉水田 11果园果园21城镇城镇 51铁路铁路61望天田望天田 12桑园桑园22农村居民点农村居民点52公路公路62水浇地水浇地 13茶园茶园23独立工矿用地独立工矿用地 53农村道路农村道路63旱地旱地 14橡胶园橡胶园24盐田盐田54民用机场民用机场64菜地菜地 15其它园地其它园地25特殊用地特殊用地55港口码头港口码头652022-10-2665分类码和标识码2022-10-2666GIS数据质量数据质量n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
44、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。2022-10-2667数据质量问题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2022-10-2668研究空间数据质量的目的和意义研究空间数据质量的目的和意义n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误差来度量。n研究
45、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。nGIS数据质量的研究分为两大问题：正演问题和反演问题。2022-10-2669空间元数据空间元数据n元数据（元数据（Metadata），是关于数据的数据（），是关于数据的数据（Data About Data），是关于数据和信息资源的描述性），是关于数据和信息资源的描述性信息。空间元数据（信息。空间元数据（Spatial Metadata），是关），是关于地理空间数据和相关信息资源的描述性信息。
46、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有效地定位、评价、比较、获取和使用地理相关数据。数据。n 由于网络的发展，元数据已经由一种数据描述由于网络的发展，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、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缺少强有力的工具
47、和方法之一。2022-10-2670第四章 GIS数据处理n教师：杨勇n华中农业大学 资源与环境学院2022-10-26714.1 数据编辑数据编辑n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。nGIS的图形编辑系统图形编辑图形编辑属性编辑属性编辑窗口显示及操作窗口显示及操作交互过程是交互过程是GISGIS编辑的特色编辑的特色2022-10-26724.1 数据编辑数据编辑n一、窗口操作n 窗口是沟通用户与GIS数据之间的桥梁，窗口窗口操作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。n
48、 开窗显示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。2022-10-26734.1 数据编辑数据编辑n一、窗口操作n两个技术：裁剪技术和二维视见变换技术裁剪技术和二维视见变换技术2022-10-26744.1 数据编辑数据编辑n二维视见变换：n三种坐标系：n（1）世界坐标系n 用户坐标系 原始n（2）规格化数据库坐标n 数据库中的统一坐标系n（3）设备坐标系n 物理设备显示时的坐标系（屏幕的像素）2022-10-26754.1 数据编辑数据编辑n二、图形数据编辑n图形数据编辑是十分重要而且经常的n步骤：将数据装入将数据装入内存内存显
49、示与检查显示与检查定位与修改定位与修改Undo保存结果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2022-10-26764.1 数据编辑数据编辑n图形编辑是一图形编辑是一交互处理过程交互处理过程，GIS具备的具备的图形编辑功能图形编辑功能的的要求要求是：是：n1）具有）具有友好的人机界面友好的人机界面，即操作灵活、易，即操作灵活、易于理解、响应迅速等；于理解、响应迅速等；n2）具有对几何数据和属性编码的）具有对几何数据和属性编码的修改功能修改功能，如点、线、面的增加、删除、修改等；如点、线、面的增加、删除、修改等；n
50、3）具有）具有分层显示分层显示和和窗口操作窗口操作功能，便于用功能，便于用户的使用。户的使用。2022-10-26774.1 数据编辑数据编辑n三、属性数据编辑n删除、修改、拷贝，增加n属性数据与图形数据相连2022-10-26784.3 空间数据的压缩与光滑空间数据的压缩与光滑n一、数据压缩n1、间隔取点法n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。n2、垂距法n按垂距的限差选取符合或超过限差的点。每次顺序取曲线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上的三个点，计算中间点与其它两点连线的垂线距离d d，并与限差并与
