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2019/7/3,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,1,第二章 空間信息基礎(chǔ),2019/7/3,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,2,GIS的地學(xué)基礎(chǔ),地球模型 坐標(biāo)參考系統(tǒng) 地圖投影 地圖比例尺 地理數(shù)據(jù)特征 地圖對(duì)地理現(xiàn)象表達(dá) 遙感影像對(duì)地理現(xiàn)象表達(dá),2019/7/3,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,3,地球模型,地球表面,大地水準(zhǔn)面,2019/7/3,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,4,地理空間坐標(biāo)系,地理坐標(biāo)系是以地理極(北極、南極)為極點(diǎn)。 通過(guò)A點(diǎn)作橢球面的垂線,稱(chēng)之為過(guò)A點(diǎn)的法線。 法線與赤道面的交角,叫做A點(diǎn)的緯度。 過(guò)A點(diǎn)的子午面與通過(guò)英國(guó)格林尼治天文臺(tái)的子午面所夾的二面角,叫做A點(diǎn)的經(jīng)度。,2019/7/3,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,5,坐標(biāo)參考系統(tǒng)平面系統(tǒng),直接建立在球體上的地理坐標(biāo),用經(jīng)度和緯度表達(dá)地理對(duì)象位置,建立在平面上的直角坐標(biāo)系統(tǒng),用(x,y)表達(dá)地理對(duì)象位置,投影,2019/7/3,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,6,坐標(biāo)系統(tǒng)高程系統(tǒng),2019/7/3,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,7,2019/7/3,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,8,地圖投影,為什么要進(jìn)行投影? 地圖投影實(shí)質(zhì) 投影變形 投影方法 投影選擇所考慮的因素 我國(guó)常用的投影方法,2019/7/3,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,9,地圖投影:為什么要進(jìn)行投影,將地球橢球面上的點(diǎn)映射到平面上的方法,稱(chēng)為地圖投影 地理坐標(biāo)為球面坐標(biāo),不方便進(jìn)行距離、方位、面積等參數(shù)的量算 地球橢球體為不可展曲面 地圖為平面,符合視覺(jué)心理,并易于進(jìn)行距離、方位、面積等量算和各種空間分析,2019/7/3,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,10,地圖投影:投影實(shí)質(zhì),2019/7/3,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,11,地圖投影:投影實(shí)質(zhì),建立地球橢球面上經(jīng)緯線網(wǎng)和平面上相應(yīng)經(jīng)緯線網(wǎng)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ),也就是建立地球橢球面上的點(diǎn)的地理坐標(biāo)(,)與平面上對(duì)應(yīng)點(diǎn)的平面坐標(biāo)(x,y)之間的函數(shù)關(guān)系: 當(dāng)給定不同的具體條件時(shí),將得到不同類(lèi)型的投影方式。,2019/7/3,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,12,地圖投影:投影變形,將不可展的地球橢球面展開(kāi)成平面,并且不能有斷裂,則圖形必將在某些地方被拉伸,某些地方被壓縮,故投影變形是不可避免的。 長(zhǎng)度變形 面積變形 角度變形,2019/7/3,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,13,地圖投影:投影分類(lèi),變形分類(lèi): 等角投影:投影前后角度不變 等面積投影:投影前后面積不變; 任意投影:角度、面積、長(zhǎng)度均變形 投影面: 橫圓柱投影:投影面為橫圓柱 圓錐投影:投影面為圓錐 方位投影:投影面為平面 投影面位置: 正軸投影:投影面中心軸與地軸相互重合 斜軸投影:投影面中心軸與地軸斜向相交 橫軸投影:投影面中心軸與地軸相互垂直 相切投影:投影面與橢球體相切 相割投影:投影面與橢球體相割,2019/7/3,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,14,地圖投影:投影選擇因素,制圖區(qū)域的地理位置、形狀和范圍 制圖比例尺 地圖內(nèi)容 出版方式,2019/7/3,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,15,地圖投影:GIS中地圖投影,GIS以地圖方式顯示地理信息,而地圖是平面,地理信息則在地球橢球上,因此地圖投影在GIS中不可缺少。 GIS數(shù)據(jù)庫(kù)中地理數(shù)據(jù)以地理坐標(biāo)存儲(chǔ)時(shí),則以地圖為數(shù)據(jù)源的空間數(shù)據(jù)必須通過(guò)投影變換轉(zhuǎn)換成地理坐標(biāo);而輸出或顯示時(shí),則要將地理坐標(biāo)表示的空間數(shù)據(jù)通過(guò)投影變換變換成指定投影的平面坐標(biāo)。 GIS中,地理數(shù)據(jù)的顯示可根據(jù)用戶的需要而指定投影方式,但當(dāng)所顯示的地圖與國(guó)家基本地圖系列的比例尺一致時(shí),一般采用國(guó)家基本系列地圖所用的投影。,2019/7/3,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,16,地圖投影:我國(guó)常用地圖投影,1:100萬(wàn):蘭勃投影(正軸等積割圓錐投影) 大部分分省圖、大多數(shù)同級(jí)比例尺也采用蘭勃投影 1:50萬(wàn)、1:25萬(wàn)、1:10萬(wàn)、1:5萬(wàn)、1:2.5萬(wàn)、1:1萬(wàn)、1:5000采用高斯克呂格投影。,2019/7/3,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,17,地圖比例尺,地圖比例尺反映了制圖區(qū)域和地圖的比例關(guān)系 紙質(zhì)地圖:內(nèi)容、概括程度、數(shù)據(jù)精度等 GIS:數(shù)據(jù)精度 比例尺的含義: 制圖區(qū)域較小,采用各方面變形都較小的地圖投影,圖上各處的比例是一致的,故此時(shí)比例尺的含義是圖上長(zhǎng)度與相應(yīng)地面長(zhǎng)度的比例; 制圖區(qū)域較大時(shí),地圖投影比較復(fù)雜,地圖上長(zhǎng)度因地點(diǎn)和方向的不同而有所變化,這種地圖比例尺一般是指在地圖投影時(shí),對(duì)地球半徑縮小的比率, 稱(chēng)為主比例尺。地圖經(jīng)過(guò)投影后,體現(xiàn)在圖上只有個(gè)別點(diǎn)線沒(méi)有長(zhǎng)度變形,也就是說(shuō),只有在這些長(zhǎng)度沒(méi)有變形的點(diǎn)或線上,才可用地圖上注明的比例尺 我國(guó)地圖比例尺分級(jí)系統(tǒng): 大比例尺:1:5001:10萬(wàn) 中比例尺:1:10萬(wàn)1:100萬(wàn) 小比例尺:1:100萬(wàn) 無(wú)級(jí)比例尺概念,2019/7/3,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,18,空間對(duì)象(實(shí)體)的地圖表達(dá),點(diǎn):位置:(x,y) 屬性:符號(hào),線:位置: (x1,y1),(x2,y2),(xn,yn) 屬性:符號(hào)形狀、顏色、尺寸,面:位置:(x1,y1),(x2,y2),(xi,yi),(xn,yn) 屬性:符號(hào)變化 等值線,2019/7/3,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,19,空間對(duì)象(實(shí)體)的遙感影像表達(dá),遙感傳感器平臺(tái),傳感器,2019/7/3,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,20,空間現(xiàn)象及其描述,特征 關(guān)系 行為,觀察,選擇 抽象 綜合,測(cè)量:位置 編碼:屬性 建立關(guān)系: 表達(dá),2019/7/3,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,21,空間對(duì)象(實(shí)體)類(lèi)型,空間對(duì)象一般按地形維數(shù)進(jìn)行歸類(lèi)劃分 點(diǎn):零維 線:一維 面:二維 體:三維 時(shí)間:通常以第四維表達(dá),但目前GIS還很難處理時(shí)間屬性。 空間對(duì)象的維數(shù)與比例尺是相關(guān)的,2019/7/3,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,22,點(diǎn)實(shí)體,有位置,無(wú)寬度和長(zhǎng)度; 抽象的點(diǎn),美國(guó)佛羅里達(dá)洲地震監(jiān)測(cè)站2002年9月該洲可能的500個(gè)地震位置,2019/7/3,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,23,線實(shí)體,有長(zhǎng)度,但無(wú)寬度和高度 用來(lái)描述線狀實(shí)體,通常在網(wǎng)絡(luò)分析中使用較多 度量實(shí)體距離,香港城市道路網(wǎng)分布,2019/7/3,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,24,面實(shí)體,具有長(zhǎng)和寬的目標(biāo) 通常用來(lái)表示自然或人工的封閉多邊形 一般分為連續(xù)面和不連續(xù)面,中國(guó)土地利用分布圖(不連續(xù)面),2019/7/3,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,25,空間對(duì)象:面(續(xù)),連續(xù)變化曲面:如地形起伏,整個(gè)曲面在空間上曲率變化連續(xù)。,不連續(xù)變化曲面,如土壤、森林、草原、土地利用等,屬性變化發(fā)生在邊界上,面的內(nèi)部是同質(zhì)的。,2019/7/3,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,26,空間對(duì)象:體,有長(zhǎng)、寬、高的目標(biāo) 通常用來(lái)表示人工或自然的三維目標(biāo),如建筑、礦體等三維目標(biāo),香港理工大學(xué)校園建筑,2019/7/3,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,27,地理信息數(shù)字化描述方法,柵格和矢量結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)描述空間實(shí)體的兩種最基本的方式。,2019/7/3,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,28,地圖的矢量和柵格表示,2019/7/3,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,29,空間對(duì)象的描述要素,編碼:區(qū)別不同的實(shí)體,包括分類(lèi)碼和識(shí)別碼。分類(lèi) 碼 表識(shí)空間對(duì)象的類(lèi)別,而識(shí)別碼對(duì)每個(gè)空間對(duì)象進(jìn)行表識(shí),是唯一的。 位置:坐標(biāo)形式給出空間對(duì)象的空間位置 類(lèi)型:空間對(duì)象所屬的實(shí)體類(lèi)型,或有那些實(shí)體組成 行為:空間對(duì)象所具備的行為和功能 屬性:空間對(duì)象所對(duì)應(yīng)的非幾何信息 說(shuō)明:實(shí)體數(shù)據(jù)來(lái)源、精度等 關(guān)系:與其他實(shí)體之間的關(guān)系,2019/7/3,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,30,空間對(duì)象的編碼,為什么要進(jìn)行編碼? 編碼對(duì)象:屬性數(shù)據(jù) 編碼方法: 層次分類(lèi)編碼 多源分類(lèi)編碼 編碼標(biāo)準(zhǔn)化,2019/7/3,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,31,空間對(duì)象的層次分類(lèi)編碼,分類(lèi)對(duì)象的從屬和層次關(guān)系 有明確的分類(lèi)對(duì)象類(lèi)別和嚴(yán)格的隸屬關(guān)系,高壓711,2019/7/3,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,32,空間對(duì)象的多源分類(lèi)編碼,按空間對(duì)象不同特性進(jìn)行分類(lèi)并進(jìn)編碼 代碼之間沒(méi)有隸屬關(guān)系,反映對(duì)象特性 具有較大的信息量,有利于空間分析,2019/7/3,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,33,空間對(duì)象的空間關(guān)系表達(dá),描述空間對(duì)象之間的空間相互作用關(guān)系 方法 絕對(duì)關(guān)系: 坐標(biāo)、角度、方位、距離等; 相對(duì)關(guān)系:相鄰、包含、關(guān)聯(lián)等 相對(duì)關(guān)系類(lèi)型 拓?fù)淇臻g關(guān)系:描述空間對(duì)象的相鄰、包含等 順序空間關(guān)系:描述空間對(duì)象在空間上的排列次序,如前后、左右、東、西、南、北等。 度量空間關(guān)系:描述空間對(duì)象之間的距離等。 地圖、遙感影象上的空間關(guān)系是通過(guò)圖形識(shí)別的,在GIS中的空間關(guān)系則必須顯式的進(jìn)行定義和表達(dá)。 空間關(guān)系的描述多種多樣,目前尚未有具體的標(biāo)準(zhǔn)和固定的格式,但基本原理一致。不同的GIS可能采用不同的方法進(jìn)行描述,2019/7/3,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,34,空間對(duì)象的拓?fù)淇臻g關(guān)系,基于點(diǎn)集拓?fù)淅碚?拓?fù)湓兀?點(diǎn):孤立點(diǎn)、線的端點(diǎn)、面的首尾點(diǎn)、鏈的連接點(diǎn) 線:兩結(jié)點(diǎn)之間的有序弧段,包括鏈、弧段和線段 面:若干弧段組成的多邊形 基本拓?fù)潢P(guān)系 關(guān)聯(lián):不同拓?fù)湓刂g的關(guān)系 鄰接:相同拓?fù)湓刂g的關(guān)系 包含:面與其他元素之間的關(guān)系 層次:相同拓?fù)湓刂g的層次關(guān)系 拓?fù)湓亓恐g的關(guān)系:歐拉公式 點(diǎn)、線、面之間的拓?fù)潢P(guān)系,2019/7/3,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,35,起點(diǎn),終點(diǎn),中間點(diǎn),弧段1,弧段3,弧段2,弧段4,點(diǎn):,面:,弧:,2019/7/3,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,36,2019/7/3,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,37,2019/7/3,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,38,空間拓?fù)潢P(guān)系表達(dá)關(guān)系表,表2-1面域與弧段的拓?fù)潢P(guān)系 面 域 弧 段 P1 a, b, c, -g P2 b, d, f P3 c, f, e P4 g,表2-2 結(jié)點(diǎn)與弧段的拓?fù)潢P(guān)系 結(jié) 點(diǎn) 弧 段 A a, c, e B a, d, b C d, e, f D b, f, c E g,表2-3 弧段與結(jié)點(diǎn)的拓?fù)潢P(guān)系 弧 段 結(jié) 點(diǎn) a A , B b B , D c D , A d B , C e C , A f C , D g E , E,表2-4 弧段與面域的拓?fù)潢P(guān)系 弧段 左鄰面 右鄰面 a P0 P1 b P2 P1 c P3 P1 d P0 P2 e P0 P3 f P3 P2 g P1,2019/7/3,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,39,空間對(duì)象:自相關(guān)特征,空間對(duì)象在屬性上存在相關(guān)性,兩空間對(duì)象越 接近,其值也越接近,反之亦然。 相關(guān)類(lèi)型 負(fù)相關(guān):位置越接近,屬性值相差越遠(yuǎn) 正相關(guān):位置越接近,特征也越接近 不相關(guān):屬性與空間位置無(wú)關(guān)。,2019/7/3,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,40,(A)高度空間負(fù)向相關(guān);(B)無(wú)規(guī)律分布;(C)空間獨(dú)立; (D)空間聚類(lèi)現(xiàn)象;(E)高度正向相關(guān),2019/7/3,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,41,地理數(shù)據(jù)的特征,屬性特征:描述空間對(duì)象的特性,即是什么,如對(duì)象的類(lèi)別、等級(jí)、名稱(chēng)、數(shù)量等。 空間特征:描述空間對(duì)象的地理位置以及相互關(guān)系,又稱(chēng)幾何特征和拓?fù)涮卣?,前者用?jīng)緯度、坐標(biāo)表示,后者如交通學(xué)院與電力學(xué)院相鄰等。 時(shí)間特征:描述空間對(duì)象隨時(shí)間的變化,2019/7/3,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,42,地理數(shù)據(jù)的類(lèi)型,屬性數(shù)據(jù):描述空間對(duì)象屬性特征的數(shù)據(jù),又稱(chēng)非幾何數(shù)據(jù),如類(lèi)型、名稱(chēng)、性質(zhì)等,一般通過(guò)代碼給予表達(dá) 幾何數(shù)據(jù):描述空間對(duì)象空間特征的數(shù)據(jù),也稱(chēng)位置數(shù)據(jù)、定位數(shù)據(jù),一般用經(jīng)緯度、坐標(biāo)表達(dá) 關(guān)系數(shù)據(jù):描述空間對(duì)象的空間關(guān)系的數(shù)據(jù),如鄰接、包含、關(guān)聯(lián)等,一般通過(guò)拓?fù)潢P(guān)系表達(dá)。,2019/7/3,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,43,元數(shù)據(jù),“meta”是一希臘語(yǔ)詞根,意思是“改變”,“Metadata”一詞的原意是關(guān)于數(shù)據(jù)變化的描述。 一般都認(rèn)為元數(shù)據(jù)就是 “關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)”。,2019/7/3,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,44,元數(shù)據(jù)的主要作用,幫助數(shù)據(jù)生產(chǎn)單位有效地管理和維護(hù)空間數(shù)據(jù),建立數(shù)據(jù)文檔 提供有關(guān)數(shù)據(jù)生產(chǎn)單位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分類(lèi)、數(shù)據(jù)內(nèi)容、數(shù)據(jù)質(zhì)量、數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)(clearing house)及數(shù)據(jù)銷(xiāo)售等方面的信息,便于用戶查詢檢索地理空間數(shù)據(jù) 提供通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢檢索的方法或途徑,以及與數(shù)據(jù)交換和傳輸有關(guān)的輔助信息 幫助用戶了解數(shù)據(jù),以便就數(shù)據(jù)是否能滿足其需求作出正確的判斷 提供有關(guān)信息,以便用戶處理和轉(zhuǎn)換有用的數(shù)據(jù)。,2019/7/3,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,45,元數(shù)據(jù)的內(nèi)容,對(duì)數(shù)據(jù)集中各數(shù)據(jù)項(xiàng)、數(shù)據(jù)來(lái)源、數(shù)據(jù)所有者及數(shù)據(jù)生產(chǎn)歷史等的說(shuō)明 對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量的描述,如數(shù)據(jù)精度、數(shù)據(jù)的邏輯一致性、數(shù)據(jù)完整性、分辨率
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