GIS的地理基础省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第2章 GIS地理基础2.1地球空间认知及表示地球空间认知及表示2.2地球形状与地球空间模型地球形状与地球空间模型2.3空间参考基础坐标系空间参考基础坐标系2.4地球时间系统地球时间系统地理基础是地理信息数据表示格式与规范主要组成部分。地理基础是地理信息数据表示格式与规范主要组成部分。第1页2.1地球空间认知及表示n n人类认识地球能够说经历了三次大飞跃，第一次人类认识地球能够说经历了三次大飞跃，第一次人类认识地球能够说经历了三次大飞跃，第一次人类认识地球能够说经历了三次大飞跃，第一次“地理地理地理地理大发觉大发觉大发觉大发觉”对地球是球体认识，第二次对地球是球体认识，第二次对地球是球体认识，第二次对地球是球体认识，第二次“哥白尼日心说哥白尼日心说哥白尼日心说哥白尼日心说”对地球绕日运动认识，第三次对地球绕日运动认识，第三次对地球绕日运动认识，第三次对地球绕日运动认识，第三次“数字地球数字地球数字地球数字地球”认识，则有认识，则有认识，则有认识，则有利于人类监控地球，人们对地球科学认知走过了艰难历利于人类监控地球，人们对地球科学认知走过了艰难历利于人类监控地球，人们对地球科学认知走过了艰难历利于人类监控地球，人们对地球科学认知走过了艰难历程。程。程。程。n n地球在宇宙中运动，受近地天体影响，尤其是受太阳影地球在宇宙中运动，受近地天体影响，尤其是受太阳影地球在宇宙中运动，受近地天体影响，尤其是受太阳影地球在宇宙中运动，受近地天体影响，尤其是受太阳影响。从日地关系来看，地球空间包含被太阳风包围着、响。从日地关系来看，地球空间包含被太阳风包围着、响。从日地关系来看，地球空间包含被太阳风包围着、响。从日地关系来看，地球空间包含被太阳风包围着、受地球磁场控制空间区域，也是各种应用卫星、空间站受地球磁场控制空间区域，也是各种应用卫星、空间站受地球磁场控制空间区域，也是各种应用卫星、空间站受地球磁场控制空间区域，也是各种应用卫星、空间站和载人飞船运行主要空间区域，是地球最主要宇宙环境和载人飞船运行主要空间区域，是地球最主要宇宙环境和载人飞船运行主要空间区域，是地球最主要宇宙环境和载人飞船运行主要空间区域，是地球最主要宇宙环境（见图（见图（见图（见图2.12.1）。）。）。）。n n地理学主要研究地球表层环境特点及演变规律。人们用地理学主要研究地球表层环境特点及演变规律。人们用地理学主要研究地球表层环境特点及演变规律。人们用地理学主要研究地球表层环境特点及演变规律。人们用“空间实体空间实体空间实体空间实体”来概括表示对表层（现实世界）有意义环来概括表示对表层（现实世界）有意义环来概括表示对表层（现实世界）有意义环来概括表示对表层（现实世界）有意义环境，空间实体是对现实世界有意义东西统称。对于空间境，空间实体是对现实世界有意义东西统称。对于空间境，空间实体是对现实世界有意义东西统称。对于空间境，空间实体是对现实世界有意义东西统称。对于空间实体来说，它是有形状，可用维度表示。实体来说，它是有形状，可用维度表示。实体来说，它是有形状，可用维度表示。实体来说，它是有形状，可用维度表示。n n人们对地球空间认识可概括成图人们对地球空间认识可概括成图人们对地球空间认识可概括成图人们对地球空间认识可概括成图2.22.2。第2页图图2.1 日地关系及最主要宇宙环境日地关系及最主要宇宙环境第3页图图2.2 地球空间认知地球空间认知第4页2.1.1地理实体和地理数据1.地理实体和地理数据概念n nGIS研究对象是地理实体。即指地球表层自然现象和社会经济要素中不能再分割单单元元。n n地理实体类别及实体内容确实定是从详细需要出发，含有很强尺度特征。n nGIS中地理实体是一个概括、复杂、相正确概念。如：面状实体在小百分比尺表示时可能成为点状实体。点状实体在大百分比尺可视化里可能就成为面状实体。第5页n n地理数据用于描述空间要素空间位置，或离散或连续。离散要素是指观察值是不连续，形成份离要素，离散要素是指观察值是不连续，形成份离要素，并可单个识别，包含点要素（如井）、线要素并可单个识别，包含点要素（如井）、线要素（如道路）和面要素（如土地利用类型）等；（如道路）和面要素（如土地利用类型）等；连续要素指观察值是连续要素（如降水量和等连续要素指观察值是连续要素（如降水量和等高线分布等）。高线分布等）。n n依据空间特征，地理实体也可分为离散型和连续型两种；也可深入简化、抽象分为点、线、面、体等实体类型。第6页2.2.地理数据与地理实体关系地理数据与地理实体关系地理数据与地理实体关系地理数据与地理实体关系n n全部地理数据都是地理实体概括，反应地理实体在地表分全部地理数据都是地理实体概括，反应地理实体在地表分布定位数据都是依据一定地表定位参考系统。布定位数据都是依据一定地表定位参考系统。n n地理数据是各种地理特征和现象间关系符号化表示，是一地理数据是各种地理特征和现象间关系符号化表示，是一个较复杂数据类型，包括到空间特征、属性特征及它们之个较复杂数据类型，包括到空间特征、属性特征及它们之间关系描述，人们常把地理数据称为空间数据。但地理实间关系描述，人们常把地理数据称为空间数据。但地理实体以什么形式存放和处理反应了实体空间、属性和时间三体以什么形式存放和处理反应了实体空间、属性和时间三个特征个特征,也是地理空间分析三大基本要素。也是地理空间分析三大基本要素。n n空间特征包含地理位置和空间关系，定位数据描述地物所空间特征包含地理位置和空间关系，定位数据描述地物所在位置，这种位置既能够依据大地参考系定义，如大地经在位置，这种位置既能够依据大地参考系定义，如大地经纬度坐标，也能够定义为地物间相对位置关系，如空间上纬度坐标，也能够定义为地物间相对位置关系，如空间上距离、邻接、重合、包含等；距离、邻接、重合、包含等；n n属性特征又称为非空间特征，是属于一定地物、描述其特属性特征又称为非空间特征，是属于一定地物、描述其特征定性或定量指标（包含名称、等级、类别等），即描述征定性或定量指标（包含名称、等级、类别等），即描述了信息非空间组成部分，包含语义与统计数据等；了信息非空间组成部分，包含语义与统计数据等；n n时间特征是指地理数据采集或地理现象发生时刻或时段，时间特征是指地理数据采集或地理现象发生时刻或时段，反应时序改变等，时间数据对环境模拟分析非常主要。反应时序改变等，时间数据对环境模拟分析非常主要。第7页3.3.地理数据与百分比尺地理数据与百分比尺地理数据与百分比尺地理数据与百分比尺n n用地理数据表示现实世界经历了一定对地理实体用地理数据表示现实世界经历了一定对地理实体概括和综合过程，地图概括、地图百分比尺概念概括和综合过程，地图概括、地图百分比尺概念都反应了这个特征。都反应了这个特征。n n地理数据是有选择地表示那些反应客观世界主要地理数据是有选择地表示那些反应客观世界主要地理实体及其主要特征，其表示地理实体数量和地理实体及其主要特征，其表示地理实体数量和特征详略程度主要受地图百分比尺和影像空间分特征详略程度主要受地图百分比尺和影像空间分辨率影响，如图辨率影响，如图2.42.4所表示。所表示。第8页n n在在GISGIS中，地理数据对地理实体概括描述程度主中，地理数据对地理实体概括描述程度主要以地图百分比尺表示。地图百分比尺定义为地要以地图百分比尺表示。地图百分比尺定义为地图上一条直线段长度与其在地面上对应水平投影图上一条直线段长度与其在地面上对应水平投影长度之比。地图百分比尺主要有三种形式：数字长度之比。地图百分比尺主要有三种形式：数字式、说明式和图解式。式、说明式和图解式。GISGIS在地图形式显示或输在地图形式显示或输出地理数据时，经常使用图解式百分比尺。这是出地理数据时，经常使用图解式百分比尺。这是因为伴随显示在计算机屏幕上地图放大或缩小，因为伴随显示在计算机屏幕上地图放大或缩小，图解百分比尺对应地按百分比拉长或缩短。图解百分比尺对应地按百分比拉长或缩短。n n百分比尺大小决定地图表示地理实体内容详略，百分比尺大小决定地图表示地理实体内容详略，对地理数据所表示地理实体详略程度有影响。但对地理数据所表示地理实体详略程度有影响。但GISGIS表示地理实体主要与数据库中数据量多少相表示地理实体主要与数据库中数据量多少相关；关；GISGIS中地理数据精度及其所表示地理实体详中地理数据精度及其所表示地理实体详略程度，主要取决于原始地图或影像资料百分比略程度，主要取决于原始地图或影像资料百分比尺。尺。第9页4 4.地理数据分类与编码地理数据分类与编码地理数据分类与编码地理数据分类与编码 地理数据或信息种类繁多、内容丰富，只有将地理数据或信息种类繁多、内容丰富，只有将地理数据或信息种类繁多、内容丰富，只有将地理数据或信息种类繁多、内容丰富，只有将“现实世界现实世界现实世界现实世界”按一定规律进行分类和编码，才能使其在按一定规律进行分类和编码，才能使其在按一定规律进行分类和编码，才能使其在按一定规律进行分类和编码，才能使其在“信息世界信息世界信息世界信息世界”中有序地存放、检索，以满足各种应用分析需求。中有序地存放、检索，以满足各种应用分析需求。中有序地存放、检索，以满足各种应用分析需求。中有序地存放、检索，以满足各种应用分析需求。（1 1）属性数据编码）属性数据编码）属性数据编码）属性数据编码n n在属性数据中，有一部分是与几何数据表示亲密相关。比在属性数据中，有一部分是与几何数据表示亲密相关。比在属性数据中，有一部分是与几何数据表示亲密相关。比在属性数据中，有一部分是与几何数据表示亲密相关。比如，道路等级、类型等，决定着道路符号形状、色彩、尺如，道路等级、类型等，决定着道路符号形状、色彩、尺如，道路等级、类型等，决定着道路符号形状、色彩、尺如，道路等级、类型等，决定着道路符号形状、色彩、尺寸等。在寸等。在寸等。在寸等。在GISGIS中，通常把这部分属性数据用编码形式表示，中，通常把这部分属性数据用编码形式表示，中，通常把这部分属性数据用编码形式表示，中，通常把这部分属性数据用编码形式表示，并与几何数据一起管理。并与几何数据一起管理。并与几何数据一起管理。并与几何数据一起管理。n n编码是指确定属性数据代码方法和过程。代码是一个或一编码是指确定属性数据代码方法和过程。代码是一个或一编码是指确定属性数据代码方法和过程。代码是一个或一编码是指确定属性数据代码方法和过程。代码是一个或一组有序易于被计算机或人识别与处理符号，是计算机判别组有序易于被计算机或人识别与处理符号，是计算机判别组有序易于被计算机或人识别与处理符号，是计算机判别组有序易于被计算机或人识别与处理符号，是计算机判别和查找信息主要依据和伎俩。编码直接产物就是代码，而和查找信息主要依据和伎俩。编码直接产物就是代码，而和查找信息主要依据和伎俩。编码直接产物就是代码，而和查找信息主要依据和伎俩。编码直接产物就是代码，而分类分级则是编码基础。分类分级则是编码基础。分类分级则是编码基础。分类分级则是编码基础。第10页（2）分类编码标准n n分类是将含有共同属性或特征事物或现象归并在一起，而把不一样属性或特征事物或现象分开过程。n n分类是人类思维所固有一个活动，也是认识事物一个方法。n n分类基本标准是：科学性、系统性、可扩性、实用性、兼容性、稳定性、不受百分比尺限制及灵活性等。第11页（3 3）分类码和标识码）分类码和标识码n n分类码是直接利用信息分类结果制订分类代码，分类码是直接利用信息分类结果制订分类代码，用于标识不一样类别信息数据。分类码普通由数用于标识不一样类别信息数据。分类码普通由数字、或字符、或数字字符混合组成。字、或字符、或数字字符混合组成。n n标识码是间接利用信息分类结果，在分类基础上，标识码是间接利用信息分类结果，在分类基础上，对某一类数据中各个实体进行标识，方便能按实对某一类数据中各个实体进行标识，方便能按实体进行存放和逐一进行查询检索。标识码通常由体进行存放和逐一进行查询检索。标识码通常由定位分区和各要素实体代码两个码段组成定位分区和各要素实体代码两个码段组成 。分类码标识码第12页2.1.22.1.2地理实体类型及空间关系地理实体类型及空间关系地理实体类型及空间关系地理实体类型及空间关系1.1.地理实体空间基本类型及表示方法地理实体空间基本类型及表示方法地理实体空间基本类型及表示方法地理实体空间基本类型及表示方法n n按空间分布特征，地理实体类型可划分为点、线、面、体。按空间分布特征，地理实体类型可划分为点、线、面、体。按空间分布特征，地理实体类型可划分为点、线、面、体。按空间分布特征，地理实体类型可划分为点、线、面、体。对应地实体维数就有对应地实体维数就有对应地实体维数就有对应地实体维数就有0 0、1 1、2 2、3 3 维之分。维之分。维之分。维之分。n n地理数据依据点、线、面和体划分来描述地理实体空间分地理数据依据点、线、面和体划分来描述地理实体空间分地理数据依据点、线、面和体划分来描述地理实体空间分地理数据依据点、线、面和体划分来描述地理实体空间分布及其专题特征。布及其专题特征。布及其专题特征。布及其专题特征。n n地理实体基本类型及表示方法地理实体基本类型及表示方法地理实体基本类型及表示方法地理实体基本类型及表示方法 点状：包含实体点、注记点、内点、角点、节点等。点有特定位点状：包含实体点、注记点、内点、角点、节点等。点有特定位点状：包含实体点、注记点、内点、角点、节点等。点有特定位点状：包含实体点、注记点、内点、角点、节点等。点有特定位置，不能按百分比尺表示置，不能按百分比尺表示置，不能按百分比尺表示置，不能按百分比尺表示 线状线状线状线状 ：包含线段，边界、链、弧段、网络等呈线状或带状延伸分：包含线段，边界、链、弧段、网络等呈线状或带状延伸分：包含线段，边界、链、弧段、网络等呈线状或带状延伸分：包含线段，边界、链、弧段、网络等呈线状或带状延伸分布，在地图上它们以线状符号表示，在布，在地图上它们以线状符号表示，在布，在地图上它们以线状符号表示，在布，在地图上它们以线状符号表示，在GISGIS中，看成含有相同属中，看成含有相同属中，看成含有相同属中，看成含有相同属性点轨迹、线或折线，由一系列有序集坐标表示，并有实体长度、性点轨迹、线或折线，由一系列有序集坐标表示，并有实体长度、性点轨迹、线或折线，由一系列有序集坐标表示，并有实体长度、性点轨迹、线或折线，由一系列有序集坐标表示，并有实体长度、弯曲度、方向性等特征弯曲度、方向性等特征弯曲度、方向性等特征弯曲度、方向性等特征 。面状或体状：即多边形或多面体。呈面状分布，且其分布面积和面状或体状：即多边形或多面体。呈面状分布，且其分布面积和面状或体状：即多边形或多面体。呈面状分布，且其分布面积和面状或体状：即多边形或多面体。呈面状分布，且其分布面积和实际形状轮廓能按百分比表示。以面状符号表示。有离散型面状实际形状轮廓能按百分比表示。以面状符号表示。有离散型面状实际形状轮廓能按百分比表示。以面状符号表示。有离散型面状实际形状轮廓能按百分比表示。以面状符号表示。有离散型面状连续型面状实体在空间上每一点呈连续区域分布，实体和连续型连续型面状实体在空间上每一点呈连续区域分布，实体和连续型连续型面状实体在空间上每一点呈连续区域分布，实体和连续型连续型面状实体在空间上每一点呈连续区域分布，实体和连续型面状实体。离散型面状实体呈不连续区域分布，连续型面状实体面状实体。离散型面状实体呈不连续区域分布，连续型面状实体面状实体。离散型面状实体呈不连续区域分布，连续型面状实体面状实体。离散型面状实体呈不连续区域分布，连续型面状实体在空间上每一点呈连续区域分布。在空间上每一点呈连续区域分布。在空间上每一点呈连续区域分布。在空间上每一点呈连续区域分布。见教材表见教材表见教材表见教材表2.12.1第13页注意：注意：n n现实世界各种现象是比较复杂，往往由不一样空现实世界各种现象是比较复杂，往往由不一样空间单元组合而成。所以，复杂实体可由简单实体间单元组合而成。所以，复杂实体可由简单实体组合来表示。用点、线、面两两之间组合可表示组合来表示。用点、线、面两两之间组合可表示复杂空间问题。复杂空间问题。n n在地图上，经过地图概括或百分比尺改变，实体在地图上，经过地图概括或百分比尺改变，实体维数表示能够改变，如：维数表示能够改变，如：“面（大百分比尺居民面（大百分比尺居民点）变到点（小百分比尺居民点）点）变到点（小百分比尺居民点）”或或“面（双面（双线河）变到线（单线河）线河）变到线（单线河）”。一样，在。一样，在GISGIS中，中，实体维数表示也是依据百分比尺改变，见图实体维数表示也是依据百分比尺改变，见图2.52.5所所表示。表示。第14页第15页2.2.地理实体空间关系地理实体空间关系地理实体空间关系地理实体空间关系 拓扑关系、距离关系、方向关系拓扑关系、距离关系、方向关系拓扑关系、距离关系、方向关系拓扑关系、距离关系、方向关系 拓扑（拓扑（拓扑（拓扑（TopologyTopology）一词起源于希腊文，拓扑学）一词起源于希腊文，拓扑学）一词起源于希腊文，拓扑学）一词起源于希腊文，拓扑学是几何学一个分支，研究在拓扑变换下能够保持是几何学一个分支，研究在拓扑变换下能够保持是几何学一个分支，研究在拓扑变换下能够保持是几何学一个分支，研究在拓扑变换下能够保持图形关系不变几何属性，即图形关系不变几何属性，即图形关系不变几何属性，即图形关系不变几何属性，即“拓扑属性拓扑属性拓扑属性拓扑属性”，指是，指是，指是，指是一个点在一个弧段端点，或一个点在一个区域边一个点在一个弧段端点，或一个点在一个区域边一个点在一个弧段端点，或一个点在一个区域边一个点在一个弧段端点，或一个点在一个区域边界上；而界上；而界上；而界上；而“非拓扑属性非拓扑属性非拓扑属性非拓扑属性”指两点之间距离，弧段指两点之间距离，弧段指两点之间距离，弧段指两点之间距离，弧段长度，区域周长、面积等。拓扑结构应包含：唯长度，区域周长、面积等。拓扑结构应包含：唯长度，区域周长、面积等。拓扑结构应包含：唯长度，区域周长、面积等。拓扑结构应包含：唯一标识，多边形标识，外包多边形指针，邻接多一标识，多边形标识，外包多边形指针，邻接多一标识，多边形标识，外包多边形指针，邻接多一标识，多边形标识，外包多边形指针，邻接多边形指针，边界链接，范围界定（最大和最小边形指针，边界链接，范围界定（最大和最小边形指针，边界链接，范围界定（最大和最小边形指针，边界链接，范围界定（最大和最小x x、y y坐标值）。坐标值）。坐标值）。坐标值）。第16页（1 1）拓扑关系定义）拓扑关系定义 指满足拓扑几何学原理空间数据点指满足拓扑几何学原理空间数据点间相互关系。即用结点、圆弧和多间相互关系。即用结点、圆弧和多边形所表示实体之间邻接、关联和边形所表示实体之间邻接、关联和包含等关系。或指虽图形保持连续包含等关系。或指虽图形保持连续状态下变形，但图形关系不变性质状态下变形，但图形关系不变性质（如将橡皮任意拉伸，压缩，但不（如将橡皮任意拉伸，压缩，但不能扭转或折叠）。能扭转或折叠）。（2 2）拓扑关系种类）拓扑关系种类 依系统元素之间关系可分为关联性、依系统元素之间关系可分为关联性、邻接性、连通性、包含性等。邻接性、连通性、包含性等。n n 关联性关联性关联性关联性：指不一样类要素之间，：指不一样类要素之间，如图如图2.62.6中结点（中结点（9 9）与弧段（）与弧段（5 5、6 6、3 3）关联，多边形（）关联，多边形（2 2）与弧段）与弧段（3 3、5 5、2 2）关联。）关联。第17页n n 邻接性邻接性邻接性邻接性：指同类元素之间，如多边形之间或结点邻接：指同类元素之间，如多边形之间或结点邻接矩阵表示如图矩阵表示如图2.72.7所表示。其中所表示。其中“1”“1”表示邻接，表示邻接，“0”“0”表表示不邻接。示不邻接。n n 连通性连通性连通性连通性：是衡量网络复杂性程度，惯用：是衡量网络复杂性程度，惯用 指数和指数和 指数指数计算它。其中，计算它。其中，指数等于给定空间网络体节点连线数与指数等于给定空间网络体节点连线数与可能存在全部连线数之比；可能存在全部连线数之比；指数用于衡量环路，节点被指数用于衡量环路，节点被交替路径连接程度称为交替路径连接程度称为 指数指数,等于当前存在环路数与可能等于当前存在环路数与可能存在最大环路数之比。连通性惯用于网络分析中确定路径存在最大环路数之比。连通性惯用于网络分析中确定路径或分析街道是否相通等。连通矩阵如图或分析街道是否相通等。连通矩阵如图2.82.8所表示，其中所表示，其中“1”“1”表示连通，表示连通，“0”“0”表示不连通。表示不连通。n n 包含性包含性包含性包含性：指面状实体包含了哪些线（弧）、点或面状：指面状实体包含了哪些线（弧）、点或面状实体。实体。图图2.7邻接性表示邻接性表示 图图2.8 连通性表示连通性表示第18页（3 3）拓扑关系表示）拓扑关系表示n nGISGIS领域当前对于拓扑关系表示普遍采取领域当前对于拓扑关系表示普遍采取Egenhofer9Egenhofer9交叉模型。交叉模型。n n模型首先对线、面几何目标依据其拓扑功效划分模型首先对线、面几何目标依据其拓扑功效划分三个部位：边界三个部位：边界 Y Y、内部、内部YoYo、外部、外部Y Y ，然后经，然后经过这些部位二元逻辑交运算，依据结果过这些部位二元逻辑交运算，依据结果0/1(0/1(无交无交/有交有交)组合值确定拓扑关系种类，然后寻求对应组合值确定拓扑关系种类，然后寻求对应自然语言描述。自然语言描述。n n 因为两实体比较三个部位组合产生因为两实体比较三个部位组合产生33=933=9种组种组合，所以称合，所以称“9“9交叉模型交叉模型”，通常采取，通常采取3333矩阵来矩阵来表示。如图表示。如图2.92.9所表示。所表示。第19页图图图图2.9 2.9 面、线目标拓扑部位表示（其中：边界面、线目标拓扑部位表示（其中：边界面、线目标拓扑部位表示（其中：边界面、线目标拓扑部位表示（其中：边界 Y Y、内部、内部、内部、内部YoYo、外部、外部、外部、外部Y Y）第20页 经过分析弃除矩阵中无意义经过分析弃除矩阵中无意义0/10/1组合，最终得到线与面组合，最终得到线与面目标拓扑关系有目标拓扑关系有1919种，面与面目标拓扑关系有种，面与面目标拓扑关系有8 8种，分别种，分别如图如图2.102.10和图和图2.112.11所表示。所表示。图图2.10 线与面目标线与面目标19种拓扑关系表示种拓扑关系表示第21页图图2.11 面与面目标面与面目标8种拓扑关系表示种拓扑关系表示 第22页（4）拓扑数据结构存放n n空间数据拓扑关系如图空间数据拓扑关系如图2.122.12所表示。所表示。n n结构存放表示如表结构存放表示如表2.22.2（a a）（）（d d）所表示。其中表）所表示。其中表2.22.2（a a）是结点与弧段拓扑关系。）是结点与弧段拓扑关系。图图2.12 空间数据拓扑关系空间数据拓扑关系第23页（5 5）拓扑关系对）拓扑关系对GISGIS空间分析意义空间分析意义 拓扑关系对于数据处理和拓扑关系对于数据处理和GISGIS空间分析含有主要空间分析含有主要意义。表现为：意义。表现为：n n第一，拓扑关系能清楚地反应实体之间逻辑结构第一，拓扑关系能清楚地反应实体之间逻辑结构关系，它比几何关系含有更大稳定性，不随地图关系，它比几何关系含有更大稳定性，不随地图投影而改变；投影而改变；n n第二，拓扑有利于空间要素查询，利用拓扑关系第二，拓扑有利于空间要素查询，利用拓扑关系能够处理许多实际问题（如区域邻接和相邻问题能够处理许多实际问题（如区域邻接和相邻问题分析）；分析）；n n第三，依据拓扑关系可重建地理实体，这对于虚第三，依据拓扑关系可重建地理实体，这对于虚拟拟GISGIS发展很有利。发展很有利。第24页2.1.32.1.3地理数据、地理实体与图层地理数据、地理实体与图层地理数据、地理实体与图层地理数据、地理实体与图层n n在在GISGIS中，地理数据是以图层（中，地理数据是以图层（Map Layer Map Layer 或或CoverageCoverage）为单位进行组织和存放。）为单位进行组织和存放。n n一幅图层表示一个类型地理实体，它包含了以一定栅格或一幅图层表示一个类型地理实体，它包含了以一定栅格或矢量数据结构组织相关同一地域、同一类型地理实体定位矢量数据结构组织相关同一地域、同一类型地理实体定位和属性数据，这些数据相互关联，存放在一起形成一个独和属性数据，这些数据相互关联，存放在一起形成一个独立数据集（立数据集（DatasetDataset）。）。n n因为一幅图层反应某一特定主题，所以，它又称为专题数因为一幅图层反应某一特定主题，所以，它又称为专题数据层（据层（Thematic Data LayerThematic Data Layer）。）。n n图层表示法就是以图层为结构表示和存放综合反应某一地图层表示法就是以图层为结构表示和存放综合反应某一地域自然、人文现象地理分布特征和过程地理数据，这种方域自然、人文现象地理分布特征和过程地理数据，这种方法实际上源自传统专题地图表示法。专题地图主要用于反法实际上源自传统专题地图表示法。专题地图主要用于反应某一主题地理现象分布特征，一个地域自然和人文地理应某一主题地理现象分布特征，一个地域自然和人文地理综合特征是经过使用一系列专题地图来表示。存放在综合特征是经过使用一系列专题地图来表示。存放在GISGIS中每一幅图层可看作是一幅反应单一主题现象专题地图，中每一幅图层可看作是一幅反应单一主题现象专题地图，不过，一个图层只能用于描述单一地理实体（点、线或面）不过，一个图层只能用于描述单一地理实体（点、线或面）。第25页n n1地理数据或实体分层基本标准和方法n n n n（1）在划分图层时遵照基本标准有：n n 不一样图形对象类型存放在不一样图层；n n基础地理数据作为单独图层；n n 依系统对各种数据处理方式不一样而分层存放。n n（2）实施方法：。n n专题分层：每图层对应一个专题，包含某一个或某一类数据或实体。如地貌层、水系层、道路层、居民地层等。n n时间序列分层：把不一样时间或不一样时期数据作为一个数据层。如和 年福州林地数据就可存放两个图层中。n n几何特征分层：把点、线、面不一样几何特征数据分成不一样层，如高程点只有位置，没有长度与面积；如道路、水系等，抽象成线，由点串组成，有长度属性；面状水库湖泊等，不但有位置，而且还有面积、周长等属性。第26页2 2、地理数据或实体分层目标、地理数据或实体分层目标、地理数据或实体分层目标、地理数据或实体分层目标 地理数据分层后便于空间数据管理、查询、显地理数据分层后便于空间数据管理、查询、显地理数据分层后便于空间数据管理、查询、显地理数据分层后便于空间数据管理、查询、显示和分析等。主要目标为：示和分析等。主要目标为：示和分析等。主要目标为：示和分析等。主要目标为：（1 1）空间数据分为若干数据层后，对全部空间数）空间数据分为若干数据层后，对全部空间数）空间数据分为若干数据层后，对全部空间数）空间数据分为若干数据层后，对全部空间数据管理就简化为对各数据层管理，而一个数据层据管理就简化为对各数据层管理，而一个数据层据管理就简化为对各数据层管理，而一个数据层据管理就简化为对各数据层管理，而一个数据层数据结构往往比较单一，数据量也相对较小，管数据结构往往比较单一，数据量也相对较小，管数据结构往往比较单一，数据量也相对较小，管数据结构往往比较单一，数据量也相对较小，管理起来就相对简单。理起来就相对简单。理起来就相对简单。理起来就相对简单。（2 2）对分层空间数据进行查询时，不需要对全部）对分层空间数据进行查询时，不需要对全部）对分层空间数据进行查询时，不需要对全部）对分层空间数据进行查询时，不需要对全部空间数据进行查询，只需要对某一层空间数据进空间数据进行查询，只需要对某一层空间数据进空间数据进行查询，只需要对某一层空间数据进空间数据进行查询，只需要对某一层空间数据进行查询即可，因而可加紧查询速度。行查询即可，因而可加紧查询速度。行查询即可，因而可加紧查询速度。行查询即可，因而可加紧查询速度。（3 3）分层后空间数据，因为便于任意选择需要显）分层后空间数据，因为便于任意选择需要显）分层后空间数据，因为便于任意选择需要显）分层后空间数据，因为便于任意选择需要显示图层，因而增加了图形显示灵活性。示图层，因而增加了图形显示灵活性。示图层，因而增加了图形显示灵活性。示图层，因而增加了图形显示灵活性。（4 4）对不一样数据层进行叠加，可进行各种目标）对不一样数据层进行叠加，可进行各种目标）对不一样数据层进行叠加，可进行各种目标）对不一样数据层进行叠加，可进行各种目标空间分析，尤其有利于地图叠加分析。空间分析，尤其有利于地图叠加分析。空间分析，尤其有利于地图叠加分析。空间分析，尤其有利于地图叠加分析。第27页3 3处理数据时应注意问题处理数据时应注意问题处理数据时应注意问题处理数据时应注意问题 在使用在使用在使用在使用GISGIS采集和处理地理数据、地理实体和图层之采集和处理地理数据、地理实体和图层之采集和处理地理数据、地理实体和图层之采集和处理地理数据、地理实体和图层之间关系时，应注意以下几个问题。间关系时，应注意以下几个问题。间关系时，应注意以下几个问题。间关系时，应注意以下几个问题。n n一些空间数据库管理系统要求把点、线、面实体分别组一些空间数据库管理系统要求把点、线、面实体分别组一些空间数据库管理系统要求把点、线、面实体分别组一些空间数据库管理系统要求把点、线、面实体分别组织、存放在不一样图层中，如早期版本织、存放在不一样图层中，如早期版本织、存放在不一样图层中，如早期版本织、存放在不一样图层中，如早期版本Arc/InfoArc/Info对对对对CoverageCoverage存放，点与面目标不能存放在一起。存放，点与面目标不能存放在一起。存放，点与面目标不能存放在一起。存放，点与面目标不能存放在一起。n n因为不一样属性描述，所定义属性表是不一样，所以，因为不一样属性描述，所定义属性表是不一样，所以，因为不一样属性描述，所定义属性表是不一样，所以，因为不一样属性描述，所定义属性表是不一样，所以，同一个几何类型但功效不一样地理实体应分别组织、存同一个几何类型但功效不一样地理实体应分别组织、存同一个几何类型但功效不一样地理实体应分别组织、存同一个几何类型但功效不一样地理实体应分别组织、存放在不一样图层中。放在不一样图层中。放在不一样图层中。放在不一样图层中。n n反应同一地理实体但含有不一样百分比尺或不一样资料反应同一地理实体但含有不一样百分比尺或不一样资料反应同一地理实体但含有不一样百分比尺或不一样资料反应同一地理实体但含有不一样百分比尺或不一样资料起源地理数据应分别组织、存放在不一样图层中。起源地理数据应分别组织、存放在不一样图层中。起源地理数据应分别组织、存放在不一样图层中。起源地理数据应分别组织、存放在不一样图层中。n n对起源于不一样部门或需要经常更新地理数据应分别组对起源于不一样部门或需要经常更新地理数据应分别组对起源于不一样部门或需要经常更新地理数据应分别组对起源于不一样部门或需要经常更新地理数据应分别组织、存放在不一样图层中。织、存放在不一样图层中。织、存放在不一样图层中。织、存放在不一样图层中。n n当研究区域范围较广时，因为地理数据量大，应注意合当研究区域范围较广时，因为地理数据量大，应注意合当研究区域范围较广时，因为地理数据量大，应注意合当研究区域范围较广时，因为地理数据量大，应注意合理分幅，然后再将各分幅数据分别存放，构建所需图层。理分幅，然后再将各分幅数据分别存放，构建所需图层。理分幅，然后再将各分幅数据分别存放，构建所需图层。理分幅，然后再将各分幅数据分别存放，构建所需图层。第28页2.2地球形状与地球空间模型2.2.1 地球形状地球形状 地球在宇宙中是不停地运动着。长久以来，地球在宇宙中是不停地运动着。长久以来，人们对地球形状认识常描述为球体、或椭人们对地球形状认识常描述为球体、或椭球体、或不规则椭球体、或含有高低起伏球体、或不规则椭球体、或含有高低起伏扁球体。终究怎样表示描述地球形状，则扁球体。终究怎样表示描述地球形状，则与人们对了解地球所要求精度相关。与人们对了解地球所要求精度相关。第29页第30页n n地球自然地面实际呈高低起伏。最高处为珠穆朗地球自然地面实际呈高低起伏。最高处为珠穆朗玛峰顶，海拔玛峰顶，海拔8844884443m43m，最低马里亚纳海沟底，最低马里亚纳海沟底，海拔海拔-11034m-11034m，但二者相差约，但二者相差约20km20km，若与地，若与地球赤道半径球赤道半径6378.140km6378.140km和极半径和极半径6356.755km6356.755km相比，或与地球平均半径相比，或与地球平均半径6378.14km6378.14km对比，悬殊对比，悬殊较大。若用相同百分比尺缩小来反应地球，则难较大。若用相同百分比尺缩小来反应地球，则难以表示地表以表示地表20km20km差异。人们常把地球视为差异。人们常把地球视为“圆圆球体球体”，如地球模型之一，如地球模型之一“地球仪地球仪”，所以在研，所以在研究地球形状时，主要视精度需求而定。究地球形状时，主要视精度需求而定。n n人们或用规则椭球体来模拟地球，或用规则球体人们或用规则椭球体来模拟地球，或用规则球体来模拟地球，或用大地水准面来模拟真实地面来模拟地球，或用大地水准面来模拟真实地面（如图（如图2.142.14所表示）。换一句话说，对现实世界所表示）。换一句话说，对现实世界数据表示能够采取地球空间模型。数据表示能够采取地球空间模型。n n地图和地图和GISGIS其实都是地球模型，地图以图形符号其实都是地球模型，地图以图形符号来记载和表示地理数据；来记载和表示地理数据；GISGIS以数字形式来记载以数字形式来记载和表示地理数据。和表示地理数据。第31页2.2.2 2.2.2 地球空间模型地球空间模型地球空间模型地球空间模型 怎样描述地球形状？这是地图和怎样描述地球形状？这是地图和GISGIS要处理主要要处理主要问题之一。普通可用地球空间模型表示，常见地问题之一。普通可用地球空间模型表示，常见地球空间模型有以下几个。球空间模型有以下几个。（1 1）地球自然表面）地球自然表面）地球自然表面）地球自然表面：是一个高低起伏、不规则表：是一个高低起伏、不规则表面，包含海陆表面。面，包含海陆表面。（2 2）地球大地水准面）地球大地水准面）地球大地水准面）地球大地水准面：假设当海水处于完全静止：假设当海水处于完全静止平衡状态时，从海平面延伸到全部大陆下部，而平衡状态时，从海平面延伸到全部大陆下部，而与地球重力方向处处正交一个连续、闭合水准面，与地球重力方向处处正交一个连续、闭合水准面，也就是地球引力场等势面，称为大地水准面。如也就是地球引力场等势面，称为大地水准面。如图图2.142.14所表示。所表示。第32页（3 3）地球椭球体模型）地球椭球体模型）地球椭球体模型）地球椭球体模型：以大地水准面为基准建立起来地球：以大地水准面为基准建立起来地球椭球体模型（见图椭球体模型（见图2.152.15），表面是个规则数学表面，椭），表面是个规则数学表面，椭球体大小通惯用两个半径球体大小通惯用两个半径长半径长半径a a（也叫赤道半径）（也叫赤道半径）和短半径和短半径b b（也叫极半径），或由一个半径和扁率（也叫极半径），或由一个半径和扁率u u或偏或偏心心率率e e来决定。其中：来决定。其中：n n扁率：扁率：第一偏心率：第一偏心率：第二偏心率：第二偏心率：图图2.15地球椭球体模型地球椭球体模型第33页n n对于旋转椭球体描述，因为计算年代不一样，所对于