地理信息系統(tǒng)筆記

第一章緒論

§1-1GIS概念

一、信息與數(shù)據(jù)

1、信息

1）定義：

信息是現(xiàn)實(shí)世界在人們頭腦中的反映。它以文字、數(shù)據(jù)、

符號(hào)、聲音、圖象等形式記錄下來，進(jìn)行傳遞和處理,為人們

的生產(chǎn)，建設(shè)，管理等提供依據(jù)。

2）信息的特性：

A、客觀性：任何信息都是與客觀事實(shí)相聯(lián)系的，這是信息

的正確性和精確度的保證。

B、適用性：?jiǎn)栴}不同，影響因素不同，需要的信息種類是

不同的。信息系統(tǒng)將地理空間的巨大數(shù)據(jù)流收集，組織和管理

起來，經(jīng)過處理、轉(zhuǎn)換和分析變?yōu)閷?duì)生產(chǎn)、管理和決策具有重

要意義的有用信息，這是由建立信息系統(tǒng)的明確目的性所決定

的。

如股市信息，對(duì)于不會(huì)炒股的人來說，毫無用處，而股民

們會(huì)根據(jù)它進(jìn)行股票的購(gòu)進(jìn)或拋出，以達(dá)到股票增值的目的。

C、傳輸性：信息可在信息發(fā)送者和接受者之間進(jìn)行傳輸信

息的傳輸網(wǎng)絡(luò)，被形象地稱為“信息高速公路”。

D、共享性：信息與實(shí)物不同，信息可傳輸給多個(gè)用戶，為

用戶共享，而其本身并無損失，這為信息的并發(fā)應(yīng)用提供可能

性。

2、數(shù)據(jù)

指輸入到計(jì)算機(jī)并能被計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理的數(shù)字、文字、'符

號(hào)、聲音、圖象等符號(hào)。

數(shù)據(jù)是對(duì)客觀現(xiàn)象的表示，數(shù)據(jù)本身并沒有意義。數(shù)據(jù)的

格式往往和具體的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有關(guān)，隨載荷它的物理設(shè)備的形

式而改變。

3、兩者關(guān)系

（有人認(rèn)為，輸入的都叫數(shù)據(jù)，輸出的都叫信息，其實(shí)不

然）。

數(shù)據(jù)是信息的表達(dá)、載體，信息是數(shù)據(jù)的內(nèi)涵，是形與質(zhì)

的關(guān)系。

只有數(shù)據(jù)對(duì)實(shí)體行為產(chǎn)生影響才成為信息，數(shù)據(jù)只有經(jīng)過

解釋才有意義，成為信息。

例如“1、”“0”獨(dú)立的1、0均無意義。

當(dāng)它表示某實(shí)體在某個(gè)地域內(nèi)存在與否，它就提供了“有”

“無”信息，當(dāng)用它來標(biāo)識(shí)某種實(shí)體的類別時(shí)，它就提供了特

征碼信息。

二、地理信息與地學(xué)信息

1、地理信息

1）定義：指與研究對(duì)象的空間地理分布有關(guān)的信息。它

表示地理系統(tǒng)諸要素的數(shù)量、質(zhì)量、分布特征，相互聯(lián)系和變

化規(guī)律的圖、文、聲、像等的總稱。

2）特點(diǎn)：

A、地域性：（是地理信息區(qū)別于其它類型信息的最顯著標(biāo)

志）。

地理信息屬于空間信息，位置的識(shí)別與數(shù)據(jù)相聯(lián)系，它

的這種定位特征是通過公共的地理基礎(chǔ)來體現(xiàn)的。

B、多維結(jié)構(gòu)：

指在同一位置上可有多種專題的信息結(jié)構(gòu)。如某一位置

上的地理信息包括（例圖）

C、時(shí)序特征：

時(shí)空的動(dòng)態(tài)變化引起地理信息的屬性數(shù)據(jù)或空間數(shù)據(jù)的

變化。因此，一實(shí)時(shí)的GIS系統(tǒng)要求能及時(shí)采集和更新地理

信息，使得地理信息具有現(xiàn)勢(shì)性。以免過時(shí)的信息造成決策的

失誤或因?yàn)槿鄙倏煽康膭?dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，不能對(duì)變化中的地理事件或

現(xiàn)象作出合理的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)和科學(xué)論證。例如98年龍王廟特大

洪水險(xiǎn)情正是武漢勘測(cè)設(shè)計(jì)院利用先進(jìn)的搖感、GPS技術(shù)測(cè)

得實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)為抗洪決策提供可靠依據(jù)。顯然,如果用過時(shí)數(shù)據(jù),

這將造成多大的損失，這就是地理信息的時(shí)序特征。

2、地學(xué)信息

與人類居住的地球有關(guān)的信息都是地學(xué)信息。

3、兩者信息源不同

地理信息的信息源是地球表面的巖石圈、水圈、大氣圈和

人類活動(dòng)等；

地學(xué)信息所表示的信息范圍更廣泛，不僅來自地表，還包

括地下、大氣層甚至宇宙空間。它是人們深入認(rèn)識(shí)地球系統(tǒng)、

適度開發(fā)資源、保護(hù)環(huán)境的前提和保證。

四、信息系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)

1、信息系統(tǒng)（InformationSystem,IS）

1）系統(tǒng)：

由相互作用和相互依賴的若干組成部分結(jié)合而成，能完成

特定功能的有機(jī)整體。

2）信息系統(tǒng)：

能對(duì)數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、加工和再現(xiàn)，并能回答

用戶一系列問題的系統(tǒng)。具有采集、管理、分析和表達(dá)數(shù)據(jù)的

能力。

3）類型：從適用于不同管理層次角度出發(fā)、信息系統(tǒng)分為

下列不同類型。

事務(wù)處理系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)：主要支持操作層人員的

日常事務(wù)處理，圖書管理，借還書。

決策支持系統(tǒng)：從MIS中獲取信息，進(jìn)行推測(cè)，以輔助

決策。

人工智能、專家系統(tǒng)：用計(jì)算機(jī)模仿人類思維過程進(jìn)行推

理，在醫(yī)學(xué)上應(yīng)用較成功。

為有效地對(duì)信息流進(jìn)行控制，組織、管理、充分利用，就

需要建立某種信息系統(tǒng)，那么對(duì)地理信息進(jìn)行管理、利用就需

要建立地理信息系統(tǒng)。

2、地理信息系統(tǒng)(GeographicInformationSystem,GIS)

1)定義：不同領(lǐng)域、不同專業(yè)對(duì)GIS的理解不同，目前沒

有完全統(tǒng)一的被普遍接受的

A、GIS是對(duì)地理環(huán)境有關(guān)問題進(jìn)行分析和研究的一門學(xué)

科，它將地理環(huán)境的各種要素，包括它們的空間位置形狀及分

布特征和與之有關(guān)的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)等專題信息以及這些信息之間

的聯(lián)系等進(jìn)行獲取、組織、存儲(chǔ)、檢索、分析，并在管理、規(guī)

劃與決策中應(yīng)用。

B、為了獲取、存儲(chǔ)、檢索、分析和顯示空間定位數(shù)據(jù)而

建立的計(jì)算機(jī)化的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。一美國(guó)國(guó)家地理信息與分

析中心

C、是在計(jì)算機(jī)軟硬件支持下，以采集、存儲(chǔ)、管理、檢

索、分析和描述空間物體的定位分布及與之相關(guān)的屬性數(shù)據(jù)，

并回答用戶問題為主要任務(wù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

D、GIS是一種獲取、存儲(chǔ)、檢索、操作、分析和顯示地球

空間數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。-英國(guó)教育部

2）理解

aGIS是一計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，既然是系統(tǒng)，就要具有系統(tǒng)的基

本功能，數(shù)據(jù)采集、管理、分析和表達(dá)，所以每個(gè)GIS系統(tǒng)

都是由若干具有一定功能的模塊組成。

bGIS的處理對(duì)象是有關(guān)的地理分布數(shù)據(jù)，也就是空間數(shù)

據(jù)，為了能對(duì)這些空間數(shù)據(jù)進(jìn)行定位，定性和定量的描述，決

定了GIS要對(duì)空間數(shù)據(jù)按統(tǒng)一地理坐標(biāo)進(jìn)行編碼，這是GIS

與

其他信息系統(tǒng)不同的根本所在。

3、GIS與其它IS之間的關(guān)系和區(qū)別

1）GIS與其它IS之間的關(guān)系（信息系統(tǒng)分類）

2）GIS與其它IS的區(qū)別

A、GIS與一般MIS：

GIS離不開數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)。數(shù)據(jù)庫(kù)中的一些基本技術(shù)，如數(shù)

據(jù)模型、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)檢索等都是GIS廣泛使用的核心技

術(shù)。

GIS對(duì)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)共同管理、分析和應(yīng)用，而一

般MIS（數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)）側(cè)重于非圖形數(shù)據(jù)（屬性數(shù)據(jù)）的優(yōu)化

存儲(chǔ)與查詢，即使存儲(chǔ)了圖形，也是以文件的形式存儲(chǔ)，不能

對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、檢索、分析，沒有拓?fù)潢P(guān)系，其圖形顯

示功能也很有限。

如電話查號(hào)臺(tái)是一個(gè)一般MIS,只能回答用戶詢問的電話

號(hào)碼，而通信信息系統(tǒng)除了可查詢電話號(hào)碼外，還提供用戶的

地理分布、空間密度、最近的郵局等空間關(guān)系信息。

B、GIS與CAD/CAM

GIS與CADGIS與CAD不同點(diǎn)

共同點(diǎn)

都有空間坐標(biāo)CAD研究對(duì)GIS處理

系統(tǒng)；象為人造對(duì)象一的數(shù)據(jù)大多來

都能將目標(biāo)和規(guī)則幾何圖形及自于現(xiàn)實(shí)世界,

參考系聯(lián)系起來；組合；較之人造對(duì)象

都能描述圖形圖形功能特別更復(fù)雜，數(shù)據(jù)量

數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系；是三維圖形功能更大;數(shù)據(jù)采集

都能處理屬性強(qiáng)，屬性庫(kù)功能相的方式多樣化;

和空間數(shù)據(jù)對(duì)較弱；

CAD中的拓GIS的屬性

撲關(guān)系較為簡(jiǎn)單;庫(kù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功

能強(qiáng)大；

一般采用幾何強(qiáng)調(diào)對(duì)空間

坐標(biāo)系。數(shù)據(jù)的分析，圖

形屬性交互使

用頻繁；

GIS采用地

理坐標(biāo)系。

GIS與CAM

GIS與CGIS與CAM不同

AM共同點(diǎn)點(diǎn)

都有地圖輸CAM側(cè)重于數(shù)CAM是GI

出、空間查詢、據(jù)查詢、分類及自動(dòng)S的重要組成

分析和檢索功符號(hào)化，具有地圖輔部分；

能助設(shè)計(jì)和產(chǎn)生高質(zhì)量綜合圖形和

矢量地圖的輸出機(jī)屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行

制；深層次的空間

它強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)顯示分析，提供輔助

而不是數(shù)據(jù)分析，地決策信息。

理數(shù)據(jù)往往缺乏拓?fù)?/p>

關(guān)系；

它與數(shù)據(jù)庫(kù)的聯(lián)

系通常是一些簡(jiǎn)單的

查詢。

§1-2GIS發(fā)展

GIS起源于人口普查，土地調(diào)查和自動(dòng)制圖，I960年，加

拿大測(cè)量學(xué)家R.F.Tomlinson提出了把地圖變成數(shù)字形式的

地圖，1963年，又提出GIS這一本術(shù)語(yǔ)，并建立了第一個(gè)GI

S_加拿大GIS,隨后GIS以燎原之勢(shì)在全世界迅速發(fā)展起來。

一、國(guó)際GIS的發(fā)展?fàn)顩r

1、60年代，探索時(shí)期（GIS思想和技術(shù)方法的探索）人們

關(guān)注什么是GIS,GIS能干什么。

2、70年代，鞏固時(shí)期，（這時(shí)由于計(jì)算機(jī)技術(shù)及其在自然

資源和環(huán)境數(shù)據(jù)處理的應(yīng)用，促進(jìn)GIS迅速發(fā)展）。這期間,

發(fā)展研究的重點(diǎn)是空間數(shù)據(jù)處理的算法，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫(kù)管

理這三個(gè)方面。

3、80年代，實(shí)破階段，也是GIS普遍發(fā)展和推廣應(yīng)用階

段，人們把GIS與RS解決全球性問題，如全球沙漠化，全球

可居住地評(píng)價(jià)，核擴(kuò)散問題等。

4、90年代，全面應(yīng)用，產(chǎn)業(yè)化階段，對(duì)GIS進(jìn)一步研究,

研究的內(nèi)容集中在：空間信息分析的新模式和新方法，空間關(guān)

系和數(shù)據(jù)模型，人工智能引入等。

二、我國(guó)GIS發(fā)展

我國(guó)GIS起步較晚，但發(fā)展較快，分為以下幾個(gè)階段：

1、70年代，準(zhǔn)備階段:

一些知名人士GIS先驅(qū)看到GIS的廣闊前景和GIS的重要

性，進(jìn)行極積呼吁，為GIS在我國(guó)的發(fā)展奠定了與論準(zhǔn)備基

礎(chǔ)并做了一些可行性實(shí)驗(yàn)。

2、80年代，試驗(yàn)起步階段：

這期間，我國(guó)在GIS理論探索，規(guī)范探討，軟件開發(fā)，系

統(tǒng)建立等方面取得了突破和進(jìn)展，進(jìn)行了一些典型，試驗(yàn)專題

試驗(yàn)軟件開發(fā)工作。

3、90年代，我國(guó)GIS發(fā)展階段：

我國(guó)改革開放以來，沿海，治江經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)的發(fā)展土地的

有償使用和外資的引進(jìn)，急需GIS為之服務(wù)，這也推動(dòng)GIS

在我國(guó)的全面發(fā)展。

4、96年以來，是我國(guó)GIS產(chǎn)業(yè)化階段。

近幾年來，我國(guó)經(jīng)濟(jì)信息化的基礎(chǔ)設(shè)施和重大信息工程已

納入國(guó)家計(jì)劃，一批國(guó)家級(jí)和地方級(jí)的GIS相繼建立并投入

運(yùn)行，一批專業(yè)遙感基地已建立，并進(jìn)入了產(chǎn)業(yè)化運(yùn)行，一批

綜合運(yùn)用“3S”技術(shù)的重點(diǎn)項(xiàng)目已實(shí)施，并在自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)和圖

土資源調(diào)查中發(fā)揮效益，一批高等院校開設(shè)了與GIS相關(guān)的

新專業(yè)，培養(yǎng)了一大批從事GIS研究與開發(fā)的高層次人才，

具有我國(guó)自主版權(quán)的GIS基礎(chǔ)軟件的研制逐步進(jìn)入了產(chǎn)業(yè)化

軌道，等等這些都標(biāo)志我國(guó)GIS產(chǎn)業(yè)已進(jìn)入新的發(fā)展階段。

§1-3GIS構(gòu)成

一、GIS組成

從計(jì)算機(jī)的角度看，GIS是由軟件、硬件、數(shù)據(jù)和用戶組

成。

用戶（GIS服務(wù)的對(duì)象，分為一般用戶和從事建立、維護(hù)、

管理和更新的高級(jí)用戶）

軟件（支持?jǐn)?shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、加工、回答用戶問題的計(jì)算

機(jī)程序系統(tǒng)）

硬件（各種設(shè)備-物質(zhì)基礎(chǔ)）

數(shù)據(jù)（系統(tǒng)分析與處理的對(duì)象、構(gòu)成系統(tǒng)的應(yīng)用基礎(chǔ)）

由于計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展和地理信息的時(shí)序特征，硬件壽命3

-5年，軟件（5-15年），數(shù)據(jù)（1-2年，5-70年不等）GIS需

要不斷維護(hù)、更新，所以用戶要不斷進(jìn)行知識(shí)更新。

二、硬件配置

前面說過，GIS作為技術(shù)系統(tǒng)必須具備數(shù)據(jù)的采集、管理、

分析、表達(dá)和顯示功能，一定功能必須由一定的軟件、硬件實(shí)

現(xiàn)，所以GIS的硬件配置為：

輸入數(shù)字化、解析測(cè)圖儀、掃描儀遙感處理設(shè)

備等

存貯

處理計(jì)算機(jī)硬盤光盤等存儲(chǔ)設(shè)備

輸出打印機(jī)繪圖儀顯示終端等

網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)適配器、傳輸介質(zhì)、調(diào)制解調(diào)器等

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

隨著網(wǎng)絡(luò)普及，信息共享成為時(shí)代要求，GIS要有網(wǎng)絡(luò)功

能

三、軟件配置

1、GIS軟件層次

有了計(jì)算機(jī)硬件之后，首先需要OS,DOS,WINDOWS,UNII

X等。裸機(jī)，沒裝任何OS的機(jī)子，是不能工作的。

GIS應(yīng)用軟件在GIS軟件層次的外層，外層以內(nèi)層軟件為

基礎(chǔ)，共同完成用戶指定的任務(wù)。

2、GIS基礎(chǔ)軟件主要模塊

空間數(shù)據(jù)輸入與轉(zhuǎn)換

圖形及屬性編輯

空間數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

制圖與輸出

空間查詢與空間分析

§1-4GIS功能和應(yīng)用

一、GIS功能

空間查詢

疊加分析

緩沖區(qū)分析

網(wǎng)絡(luò)分析

地形分析

數(shù)據(jù)顯示與輸出

二、GIS主要應(yīng)用領(lǐng)域

資源管理

區(qū)域和城鄉(xiāng)規(guī)劃

災(zāi)害監(jiān)測(cè)

環(huán)境評(píng)估

作戰(zhàn)指揮

交通運(yùn)輸

宏觀決策

§1-5GIS相關(guān)學(xué)科

二、GIS學(xué)科樹

第二章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

§2-1空間實(shí)體及其描述

一、地理實(shí)體（空間實(shí)體）--GIS處理對(duì)象

1、定義：

指自然界現(xiàn)象和社會(huì)經(jīng)濟(jì)事件中不能再分割的單元，它

是一個(gè)具體有概括性，復(fù)雜性，相對(duì)意義的概念。

2、理解:

地理實(shí)體類別及實(shí)體內(nèi)容的確定是從具體需要出發(fā)的，

例如，在全國(guó)地圖上由于比例尺很小，武漢就是一個(gè)點(diǎn)，這個(gè)

點(diǎn)不能再分割，可以把武漢定為一個(gè)空間實(shí)體，而在大比例尺

的武漢市地圖上，武漢的許多房屋，街道都要表達(dá)出來，所以

武漢必須再分割，不能作為一個(gè)空間實(shí)體，應(yīng)將房屋，街道等

作為研究的地理實(shí)體，由此可見，GIS中的空間實(shí)體是一個(gè)概

括，復(fù)雜，相對(duì)的概念。

二、地理實(shí)體的描述——空間數(shù)據(jù)

1、描述的內(nèi)容

空間特征：地理位置和空間關(guān)系

屬性特征一名稱、等級(jí)、類別等

時(shí)間特征

2、空間數(shù)據(jù)基本特征

3、空間數(shù)據(jù)類型

1）依據(jù)數(shù)據(jù)來源的不同分為：

地圖數(shù)據(jù)

地形數(shù)據(jù)

屬性數(shù)據(jù)

元數(shù)據(jù)

影象數(shù)據(jù)

三、實(shí)體的空間特征

（一）空間維數(shù)：有0,1,2,3維之分，點(diǎn)、線、面、體。

（二）空間特征類型

1、點(diǎn)狀實(shí)體

點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)、點(diǎn)狀實(shí)體。點(diǎn)：有特定位置，維數(shù)為。的物體。

1）實(shí)體點(diǎn)：用來代表一個(gè)實(shí)體。

2）注記點(diǎn)：用于定位注記。

3）內(nèi)點(diǎn)：用于負(fù)載多邊形的屬性，存在于多邊形內(nèi)。

4）角點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)Vertex：

表示線段和弧段上的連接點(diǎn)。

2、線狀實(shí)體

具有相同屬性的點(diǎn)的軌跡，線或折線，由一系列的有序坐

標(biāo)表示，并有如下特性：

1）實(shí)體長(zhǎng)度：

從起點(diǎn)到終點(diǎn)的總長(zhǎng)

2）彎曲度:

用于表示像道路拐彎時(shí)彎曲的程度。

3）方向性：

如：水流方向，上游一下游，

公路，單、雙向之分。

線狀實(shí)體包括：

線段，邊界、鏈、弧段、網(wǎng)絡(luò)等。

3、面狀實(shí)體（多邊形）

是對(duì)湖泊、島嶼、地塊等一類現(xiàn)象的描述。

面狀實(shí)體的如下特征：

1）面積范圍2）周長(zhǎng)

3）獨(dú)立性或與其它地物相鄰

如中國(guó)及其周邊國(guó)家

4）內(nèi)島嶼或鋸齒狀外形：

如島嶼的海岸線封閉所圍成的區(qū)域。

5）重疊性與非重疊性：

如學(xué)校的分區(qū)，菜市場(chǎng)的服務(wù)范圍等都有可能出現(xiàn)交叉重

疊現(xiàn)象，而一個(gè)城市的各個(gè)城區(qū)一般說來不會(huì)出現(xiàn)重疊。

4、體、立體狀實(shí)體

立體狀實(shí)體用于描述三維空間中的現(xiàn)象與物體，它具有長(zhǎng)

度、寬度及高度等屬性，立體狀實(shí)體一般具有以下一些空間特

征：

?體積，如工程開控和填充的土方量。

.每個(gè)二維平面的面積。

.周長(zhǎng)。

.內(nèi)島。

.含有弧立塊或相鄰塊。

斷面圖與剖面圖。

（三）實(shí)體類型組合

現(xiàn)實(shí)世界的各種現(xiàn)象比較復(fù)雜，往往由不同的空間單元組

合而成，例如根據(jù)某些空間單元或幾種空間單元的組合將空間

問題表達(dá)出來，復(fù)雜實(shí)體由簡(jiǎn)單實(shí)體組合表達(dá)。

點(diǎn)、線、面兩兩之間組合表達(dá)復(fù)雜的空間問題：

如：線一面面一面

可見，用各要素之間的空間關(guān)系，可描述諸多空間問題。

空間關(guān)系是GIS數(shù)據(jù)描述和表達(dá)的重要內(nèi)容，一方面它為GI

S數(shù)據(jù)庫(kù)的有效建立，空間查詢，空間分析，輔助決策等提供

了最基本的關(guān)系，另一方面有助于形成標(biāo)準(zhǔn)的SQL空間查詢

語(yǔ)言，便于空間特征的存儲(chǔ)，提取，查詢，更新等。

線一面

1、區(qū)域包含線：計(jì)算區(qū)域內(nèi)線的密度，某省的水系分布情

況。

2、線通過區(qū)域：公路上否通過某縣。

3、線環(huán)繞區(qū)域：區(qū)域邊界，搜索左右區(qū)域名稱，中國(guó)與哪

些國(guó)家接壤。

4、線與區(qū)域分離：距離。

面一面

1、包含：島，某省的湖泊分布。

2、相合：重疊，學(xué)校服務(wù)范圍與菜場(chǎng)服務(wù)范圍重疊區(qū)。

3、相交：劃分子區(qū)。

4、相鄰：計(jì)算相鄰邊界性質(zhì)和長(zhǎng)度，公共連接邊界。

分離：計(jì)算距離。

四、實(shí)體間空間關(guān)系

（一）空間關(guān)系類型

1、拓?fù)淇臻g關(guān)系：

2、順序空間關(guān)系：（方向空間關(guān)系）

用上下左右、前后、東南西北等方向性名稱來描述空間實(shí)

體的順序關(guān)系，算法復(fù)雜，至今沒有很好的解決方法。

3、度量空間關(guān)系，主要指實(shí)體間的距離關(guān)系，遠(yuǎn)近。

1）在地理空間中兩點(diǎn)間的距離有兩種度量方法。

a、沿真實(shí)的地球表面進(jìn)行，除與兩點(diǎn)的地理坐標(biāo)有關(guān)外，還

與所通過路徑的地形起伏有關(guān)，復(fù)雜,引入第二種。

b、沿地球旋轉(zhuǎn)橢球體的距離量算。

2）距離類別：

歐氏距離（笛卡爾坐標(biāo)系）、曼哈頓（出租車）距離、時(shí)

間距離（緯度差）、大地測(cè)量距離（大地線）（沿地球大圓經(jīng)

過兩個(gè)城市中心的距離）。

（二）拓?fù)潢P(guān)系

1、定義2、種類3、拓?fù)潢P(guān)系的表達(dá)4、意義

1、定義：

指圖形保持連續(xù)狀態(tài)下變形，但圖形關(guān)系不變的性質(zhì)。

將橡皮任意拉伸，壓縮，但不能扭轉(zhuǎn)或折疊。

非拓?fù)鋵傩酝負(fù)鋵傩裕]發(fā)生變化

（幾何）的屬性）

兩點(diǎn)間距離一個(gè)點(diǎn)在一條弧段的

端點(diǎn)

一點(diǎn)指向另一條弧是一簡(jiǎn)單弧段

一點(diǎn)的方向（自身不相交）

弧段長(zhǎng)度、一個(gè)點(diǎn)在一個(gè)區(qū)域的

區(qū)域周長(zhǎng)、面邊界上

積等一個(gè)點(diǎn)在一個(gè)區(qū)域的

內(nèi)部/外部

一個(gè)點(diǎn)在一個(gè)環(huán)的內(nèi)/

外部

一個(gè)面是一個(gè)簡(jiǎn)單面

一個(gè)面的連通性面內(nèi)

任兩點(diǎn)從一點(diǎn)

可在面的內(nèi)部走向另

-1點(diǎn)

八、、

2、種類

1）關(guān)聯(lián)性：（不同類要素之間）結(jié)點(diǎn)與弧段：如V9與L

5,L6,L3

多邊形與弧段：P2與L3,L5,L2

2）鄰接性：（同類元素之間）

多邊形之間、結(jié)點(diǎn)之間。

鄰接矩陣

重疊：一鄰接：1不鄰接：0

3）連通性：與鄰接性相類似，指對(duì)弧段連接的判別，如用

于網(wǎng)絡(luò)分析中確定路徑、街道是否相通。

4）方向性

一條弧段的起點(diǎn)、終點(diǎn)確定了弧段的方向。用于表達(dá)現(xiàn)實(shí)

中的有向弧段，如城市道路單向，河流的流向等。

5）包含性：指面狀實(shí)體包含了哪些線、點(diǎn)或面狀實(shí)體。

6）區(qū)域定義：多邊形由一組封閉的線來定義。

7）層次關(guān)系：相同元素之間的等級(jí)關(guān)系，武漢市有各個(gè)區(qū)

組成。

主要的拓?fù)潢P(guān)系：拓?fù)溧徑印⑼負(fù)潢P(guān)聯(lián)、拓?fù)浒?/p>

3、拓?fù)潢P(guān)系的表達(dá)

拓?fù)潢P(guān)系具體可由4個(gè)關(guān)系表來表示：

（1）面-鏈關(guān)系：面構(gòu)成面的弧段

（2）鏈―結(jié)點(diǎn)關(guān)系：鏈鏈兩端的結(jié)點(diǎn)

（3）結(jié)點(diǎn)-鏈關(guān)系：結(jié)點(diǎn)通過該結(jié)點(diǎn)的鏈'

（4）鏈一面關(guān)系：鏈左

面右面

4、拓?fù)潢P(guān)系的意義：

對(duì)于數(shù)據(jù)處理和GIS空間分析具有重要的意義，因?yàn)椋?/p>

1）拓?fù)潢P(guān)系能清楚地反映實(shí)體之間的邏輯結(jié)構(gòu)關(guān)系，它比

幾何關(guān)系具有更大的穩(wěn)定性，不隨地圖投影而變化。

2）有助于空間要素的查詢，利用拓?fù)潢P(guān)系可以解決許多實(shí)

際問題。如某縣的鄰接縣，-面面相鄰問題。又如供水管網(wǎng)系

統(tǒng)中某段水管破裂找關(guān)閉它的閥門，就需要查詢?cè)摼€（管道）

與哪些點(diǎn)（閥門）關(guān)聯(lián)。

3）根據(jù)拓?fù)潢P(guān)系可重建地理實(shí)體。

§2-3柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

一、圖形表示

柵格結(jié)構(gòu)用密集正方形（或三角形，多邊形）將地理區(qū)域

劃分為網(wǎng)格陣列。

位置由行，列號(hào)定義，屬性為柵格單元的值。

點(diǎn)：由單個(gè)柵格表達(dá)。

線：由沿線走向有相同屬性取值的一組相鄰柵格表達(dá)。

面：由沿線走向有相同屬性取值的一片柵格表達(dá)。

柵格數(shù)據(jù)表示的是二維表面上的地理數(shù)據(jù)的離散化數(shù)

值。在柵格數(shù)據(jù)中，地表被分割為相互鄰接、規(guī)則排列的地塊,

每個(gè)地塊與一個(gè)象元相對(duì)應(yīng)。因此，柵格數(shù)據(jù)的比例尺就是柵

格（象元）的大小與地表相應(yīng)單元的大小之比，當(dāng)象元所表示的

面積較大時(shí)，對(duì)長(zhǎng)度、面積等的量測(cè)有較大影響。每個(gè)象元的

屬性是地表相應(yīng)區(qū)域內(nèi)地理數(shù)據(jù)的近似值，因而有可能產(chǎn)生屬

性方面的偏差。

二、柵格數(shù)據(jù)組織

——針對(duì)一個(gè)柵格單元對(duì)應(yīng)多個(gè)屬性值的多層?xùn)鸥裎募?/p>

組織方法

方法a：以象元為記錄序列，不同層上同一象元位置上的各

屬性值表示為一個(gè)列數(shù)組。N層中只記錄一層的象元位置，節(jié)

約大量存儲(chǔ)空間，柵格個(gè)數(shù)很多。

方法b：每層每個(gè)象元的位置、屬性一一記錄，結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單,

但浪費(fèi)存儲(chǔ)

方法c：以層為基礎(chǔ)，每層內(nèi)以多邊形為序記錄多邊形的屬

性值和多邊形內(nèi)各象元的坐標(biāo)。節(jié)約用于存儲(chǔ)屬性的空間。將

同一屬性的制圖單元的n個(gè)象元的屬性只記錄一次，便于地圖

分析和制圖處理。

三、柵格結(jié)構(gòu)的建立

（一）建立途徑

1、手工獲取，專題圖上劃分均勻網(wǎng)格，逐個(gè)決定其網(wǎng)格

代碼。

2、掃描儀掃描專題圖的圖像數(shù)據(jù)｛行、歹！J、顏色（灰度））,

定義顏色與屬性對(duì)應(yīng)表，用相應(yīng)屬性代替相應(yīng)顏色，得到（行、

列、屬性）再進(jìn)行柵格編碼、存貯，即得該專題圖的柵格數(shù)據(jù)。

3、由矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換而來。

4、遙感影像數(shù)據(jù)，對(duì)地面景象的輻射和反射能量的掃描

抽樣，并按不同的光譜段量化后，以數(shù)字形式記錄下來的象素

值序列。

5、格網(wǎng)DEM數(shù)據(jù)，當(dāng)屬性值為地面高程，則為格網(wǎng)DE

M,通過DEM內(nèi)插得到。

二）柵格系統(tǒng)的確定

1、柵格坐標(biāo)系的確定

表示具有空間分布特征的地理要素，不論采用什么編碼系

統(tǒng)，什么數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（矢、柵）都應(yīng)在統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)下，而坐標(biāo)

系的確定實(shí)質(zhì)是坐標(biāo)系原點(diǎn)和坐標(biāo)軸的確定。

由于柵格編碼一般用于區(qū)域性GIS,原點(diǎn)的選擇常具

有局部性質(zhì)，但為了便于區(qū)域的拼接，柵格系統(tǒng)的起始坐標(biāo)應(yīng)

與國(guó)家基本比例尺地形圖公里網(wǎng)的交點(diǎn)相一致，并分別采用公

里網(wǎng)的縱橫坐標(biāo)軸作為柵格系統(tǒng)的坐標(biāo)軸。

2、柵格單元的尺寸

1）原則：應(yīng)能有效地逼近空間對(duì)象的分布特征，又減少數(shù)

據(jù)的冗余度。

格網(wǎng)太大，忽略較小圖斑，信息丟失。

一般講實(shí)體特征愈復(fù)雜，柵格尺寸越小，分辨率愈高，然

而柵格數(shù)據(jù)量愈大（按分辨率的平方指數(shù)增加）計(jì)算機(jī)成本就

越高，處理速度越慢。

2）方法：用保證最小多邊形的精度標(biāo)準(zhǔn)來確定尺寸經(jīng)驗(yàn)公

式：

h為柵格單元邊長(zhǎng)

Ai為區(qū)域所有多邊形的面積。

（三）柵格代碼（屬性值）的確定

當(dāng)一個(gè)柵格單元內(nèi)有多個(gè)可選屬性值時(shí)，按一定方法來確

定柵格屬性值。

1、中心點(diǎn)法：取位于柵格中心的屬性值為該柵格的屬性值。

2、面積占優(yōu)法：柵格單元屬性值為面積最大者，常用于分

類較細(xì)，地理類別圖斑較小時(shí)。

3、重要性法：定義屬性類型的重要級(jí)別，取重要的屬性

值為柵格屬性值，常用于有重要意義而面積較小的要素，特別

是點(diǎn)、線地理要素。

4、長(zhǎng)度占優(yōu)法——每個(gè)柵格單元的值由該柵格中線段最長(zhǎng)

的實(shí)體的屬性來確定。

四、柵格數(shù)據(jù)編碼方法

1、直接?xùn)鸥窬幋a：

將柵格數(shù)據(jù)看作一個(gè)數(shù)據(jù)矩陣，逐行記錄代碼數(shù)據(jù)。

1）每行者B從左至U右記錄；AAAAABBBAABBAABB

2）奇數(shù)行從左到右，偶數(shù)行從右到左；

特點(diǎn)：最直觀、最基本的網(wǎng)格存貯結(jié)構(gòu)，沒有進(jìn)行任何壓

縮數(shù)據(jù)處理。

柵格數(shù)據(jù)量大，格網(wǎng)數(shù)多，由于地理數(shù)據(jù)往往有較強(qiáng)的相

關(guān)性，即相鄰象元的值往往是相同的。所以，出現(xiàn)了各種柵格

數(shù)據(jù)壓縮方法。

數(shù)據(jù)壓縮是將數(shù)據(jù)表示成更緊湊的格式以減少存儲(chǔ)空間的

一項(xiàng)技術(shù)。分為：

無損壓縮：在編碼過程中信息沒有丟失，經(jīng)過解碼可恢復(fù)

原有的信息一信息保持編碼。

有損壓縮：為最大限度壓縮數(shù)據(jù)，在編碼中損失一些認(rèn)為

不太重要的信息，解碼后，這部分信息無法恢復(fù)。-信息不保

持編碼。

2、行程編碼（變長(zhǎng)編碼）：

將原圖表示的數(shù)據(jù)矩陣變?yōu)閿?shù)據(jù)對(duì)：

1）屬性碼，長(zhǎng)度，行號(hào)（可不要）

長(zhǎng)度：連續(xù)相同碼值的柵格個(gè)數(shù)。

2）屬性碼，點(diǎn)位

特點(diǎn)：

對(duì)于游程長(zhǎng)度編碼，區(qū)域越大，數(shù)據(jù)的相關(guān)性越強(qiáng)，則壓

縮越大，適用于類型區(qū)域面積較大的專題圖，而不適合于類型

連續(xù)變化或類別區(qū)域分散的分類圖（壓縮比與圖的復(fù)雜程度成

反比）。

這種編碼在柵格加密時(shí)，數(shù)據(jù)量不會(huì)明顯增加，壓縮率高,

并最大限度地保留原始柵格結(jié)構(gòu)，編碼解碼運(yùn)算簡(jiǎn)單，且易于

檢索，疊加，合并等操作，這種編碼應(yīng)用廣泛。

3、塊碼--游程編碼向二維擴(kuò)展

采用方形區(qū)域作為記錄單元，每個(gè)記錄單元包括相鄰的若

干柵格。

數(shù)據(jù)對(duì)組成：（初始行、歹U,半徑，屬性值）

特點(diǎn)：

具有可變分辨率，即當(dāng)屬性變化小時(shí)圖塊大，對(duì)于大塊圖

斑記錄單元大，分辨率低，壓縮比高。

小塊圖斑記錄單元小，分辨率高，壓縮比低

所以，與行程編碼類似，隨圖形復(fù)雜程度的提高而降低分

辯率。

4、鏈?zhǔn)骄幋a、Freeman鏈碼、邊界鏈碼

將柵格數(shù)據(jù)（線狀地物面域邊界）表示為矢量鏈的記錄

1）首先定義一個(gè)3x3窗口，中間柵格的走向有8種可能，

并將這8種可能。?7進(jìn)行編碼。

2）記下地物屬性碼和起點(diǎn)行、列后，進(jìn)行追蹤，得到矢量

鏈.

鏈?zhǔn)骄幋a表

屬起起鏈碼

性碼點(diǎn)行點(diǎn)列

a145566

56

b375766

54323…

優(yōu)點(diǎn)：鏈碼可有效地存貯壓縮柵格數(shù)據(jù)，便于面積、長(zhǎng)度、

轉(zhuǎn)折方向和邊界、線段凹凸度的計(jì)算。

缺點(diǎn)：不易做邊界合并，插入操作、編輯較困難（對(duì)局部

修改將改變整體結(jié)構(gòu)）。區(qū)域空間分析困難，相鄰區(qū)域邊界被

重復(fù)存儲(chǔ)。

5、四叉樹編碼

五、四叉樹編碼

（一）四叉樹概述：

一種可變分率的非均勻網(wǎng)格系統(tǒng)。是最有效的柵格數(shù)據(jù)

壓縮編碼方法之一

1、基本思想：

將2nx2n象元組成的圖像（不足的用背景補(bǔ)上）按四個(gè)象限

進(jìn)行遞歸分割，

并判斷屬性是否單一，單一：不分。

不單一：遞歸分割。

最后得到一顆四分叉的倒向樹。

2、四叉樹的樹形表示：

用一倒立樹表示這種分割和分割結(jié)果。

根：整個(gè)區(qū)域

高：深度、分幾級(jí)，幾次分割

葉：不能再分割的塊

樹叉：還需分割的塊

每個(gè)樹叉均有4個(gè)分叉，叫四叉樹。

3、編碼方法

1）常規(guī)四叉樹

記錄這棵樹的葉結(jié)點(diǎn)外，中間結(jié)點(diǎn)，結(jié)點(diǎn)之間的聯(lián)系用指

針聯(lián)系，

每個(gè)結(jié)點(diǎn)需要6個(gè)變量：

父結(jié)點(diǎn)指針、四個(gè)子結(jié)點(diǎn)的指針和本結(jié)點(diǎn)的屬性值。

指針不僅增加了數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)量，還增加了操作的復(fù)雜性：

如層次數(shù)（分割次數(shù)）由從父結(jié)點(diǎn)移到根結(jié)點(diǎn)的次數(shù)來確定，

結(jié)點(diǎn)所代表的圖像塊的位置需要從根節(jié)點(diǎn)開始逐步推算下來。

所以，常規(guī)四叉樹并不廣泛用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，其價(jià)值在于建立索

引文件，進(jìn)行數(shù)據(jù)檢索。

2）線性四叉樹

記錄葉結(jié)點(diǎn)的位置，深度（幾次分割）和屬性。

地址碼（定位碼、Morton碼）四進(jìn)制、十進(jìn)制

優(yōu)點(diǎn)：

.存貯量小，只對(duì)葉結(jié)點(diǎn)編碼，節(jié)省了大量中間結(jié)點(diǎn)的存

儲(chǔ)，地址碼隱含著結(jié)點(diǎn)的分割路徑和分割次數(shù)。

.線性四叉樹可直接尋址，通過其坐標(biāo)值直接計(jì)算其Mort

on碼，而不用建立四叉樹。

.定位碼容易存儲(chǔ)和執(zhí)行實(shí)現(xiàn)集合相加等組合操作。

（二）四進(jìn)制的Morton碼

1、方法1：

四叉樹從上而下（形成）（從整體開始）

由葉結(jié)點(diǎn)找Morton碼。

A、分割一次，增加一位數(shù)字，大分割在前，小分割在后。

所以，碼的位數(shù)表示分割的次數(shù)。

B、每一個(gè)位均是不大于3的四進(jìn)制數(shù)，表達(dá)位置。

由Morton找出四叉樹葉結(jié)點(diǎn)的具體位置。

2、方法2：四叉樹自下而上合并的方法

1）計(jì)算每個(gè)柵格對(duì)應(yīng)的MQ

MQ=2*Ib+Jb

I,J化為二進(jìn)制Ib,Jb看最大的I,J,不足在前補(bǔ)零。

其始行列號(hào)從0計(jì)。

2）按碼的升序排成線性表，放在連續(xù)的內(nèi)存塊中。

3）依次檢查每四個(gè)相鄰的MQ對(duì)應(yīng)的屬性值,相同合并（不

同碼位去掉），不同則存盤，直到?jīng)]有能夠合并的子塊為止。

（三）十進(jìn)制的Morton碼---MD

四進(jìn)制Morton碼直觀上切合四叉樹分割，但許多語(yǔ)言不支

持四進(jìn)制變量，需用十進(jìn)制表示Morton碼.

1、一種按位操作的方法:

如行為2、列為3的柵格的MD

步驟：

(1)行、列號(hào)為二進(jìn)制Ib=10Jb=11

(2)1行J列交叉

1101=13

(3)再化為十進(jìn)制.

實(shí)質(zhì)上是按左上、右上、左下、右下的順序，從零開始對(duì)

每個(gè)柵格進(jìn)行自然編碼。

2、把一幅2nx2n的圖像壓縮成線性四叉樹的過程

1°＞按Morton碼把圖象讀入一維數(shù)組。

2。、相鄰的四個(gè)象元比較，一致的合并，只記錄第一個(gè)象

元的Morton碼。循環(huán)比較所形成的大塊，相同的再合并，直

到不能合并為止。

3。、進(jìn)一步用游程長(zhǎng)度編碼壓縮。壓縮時(shí)只記錄第一個(gè)象

元的Morton碼。

右圖的壓縮處理過程為：(書上)(次題2005年考了，原

題沒變)

1°＞按Morton碼讀入一維數(shù)組。

Morton碼：012345678910111213

1415

象元值：AAABABBBAAAABB

BB

2。、四相鄰象元合并，只記錄第一個(gè)象元的Morton碼。

01234567812

AAABAABBAB

3。、由于不能進(jìn)一步合并，則用游程長(zhǎng)度編碼壓縮。

0346812

ABABAB

（四）四叉樹優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

1）對(duì)于團(tuán)塊圖像，四叉樹表示法占用空間比網(wǎng)絡(luò)法要少得

多，四叉樹表示法基本上是一種非冗余表示法。

2）四叉樹具有可變率或多重分辯率的特點(diǎn)使得它有很好的

應(yīng)用前景，適用于處理凝聚性或呈塊狀分布的空間數(shù)據(jù)，特別

適用于處理分布不均勻的塊狀空間數(shù)據(jù)，但不適用于連續(xù)表面

（如地形）或線狀地物。

此外，目前應(yīng)用四叉樹還存下列問題：

1）矢/柵正反變換還不理想。

2）建立四叉樹耗費(fèi)機(jī)時(shí)很多。

3）四叉樹雖可修改，但很費(fèi)事（具體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中會(huì)提到）

4）四叉樹未能直接表示物體間的拓?fù)潢P(guān)系。

5）與非樹表示法比較，四叉樹表示法的缺點(diǎn)在于轉(zhuǎn)換的不

穩(wěn)定性或叫滑動(dòng)變異

例如，兩個(gè)圖像的差異僅由于平移，就會(huì)構(gòu)成極為不同的

四叉樹，因而很難根據(jù)四叉樹來判斷這兩個(gè)圖像是否全同，故

不利于做形狀分析和模式識(shí)別

6）一個(gè)物體的圖像在構(gòu)成四叉樹時(shí)會(huì)被分割到若干個(gè)象

限中，使它失去了內(nèi)在的相關(guān)性。

§2-2矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

二、矢量數(shù)據(jù)的獲取方式

1）由外業(yè)測(cè)量獲得

可利用測(cè)量?jī)x器自動(dòng)記錄測(cè)量成果（常稱為電子手薄），然

后轉(zhuǎn)到地理數(shù)據(jù)庫(kù)中。

2）由柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換獲得

利用柵格數(shù)據(jù)矢量化技術(shù)，把柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為矢量數(shù)據(jù)。

3）跟蹤數(shù)字化

用跟蹤數(shù)字化的方法，把地圖變成離散的矢量數(shù)據(jù)。

三、矢量數(shù)據(jù)組織

矢量數(shù)據(jù)表示時(shí)應(yīng)考慮以下問題：

.矢量數(shù)據(jù)自身的存貯和處理。

.與屬性數(shù)據(jù)的聯(lián)系。

.矢量數(shù)據(jù)之間的空間關(guān)系（拓?fù)潢P(guān)系）。

四、矢量數(shù)據(jù)編碼方式

（一）實(shí)體式

（spaghetti）-面條模型:以實(shí)體為單位記錄其坐標(biāo)

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、直觀、易實(shí)現(xiàn)以實(shí)體為單位的運(yùn)算和顯

0

缺點(diǎn)：1、相鄰多邊形的公共邊界被數(shù)字化并存儲(chǔ)兩次，

造成數(shù)據(jù)冗余和碎屑多邊形一數(shù)據(jù)不一致，浪費(fèi)空間，導(dǎo)致雙

重邊界不能精確匹配。

2、自成體系，缺少多邊形的鄰接信息，無拓?fù)潢P(guān)系，難以

進(jìn)行鄰域處理，如消除多邊形公共邊界，合并多邊形。

3、島作為一個(gè)單個(gè)圖形，沒有與外界多邊形聯(lián)系。不易檢

查拓?fù)溴e(cuò)誤。

所以，這種結(jié)構(gòu)只用于簡(jiǎn)單的制圖系統(tǒng)中，顯示圖形。

（二）索引式（樹狀）

對(duì)所有點(diǎn)的坐標(biāo)按順序建坐標(biāo)文件，再建點(diǎn)與邊（線）、

線與多邊形的索引文件。

與實(shí)體式相比：

優(yōu)點(diǎn)：用建索引的方法消除多邊形數(shù)據(jù)的冗余和不一致，

鄰接信息、島信息可在多邊形文件中通過是否公共弧段號(hào)的方

式查詢。

缺點(diǎn)：表達(dá)拓?fù)潢P(guān)系較繁瑣，給相鄰運(yùn)算、消除無用邊、

處理島信息、檢索拓?fù)潢P(guān)系等帶來困難，以人工方式建立編碼

表，工作量大，易出錯(cuò)。

三）雙重獨(dú)立式編碼

簡(jiǎn)稱DIME（DualIndependentMapEncoding）,是美國(guó)人口

統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)采用的一種編碼方式，是一種拓?fù)渚幋a結(jié)構(gòu)。

四）鏈狀雙重獨(dú)立式編碼-拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

1、弧段坐標(biāo)文件

弧坐標(biāo)系列

段號(hào)（串）

Ax2,y2,X10,

ylO…

2、弧段文件：鏈一面，鏈一結(jié)點(diǎn)關(guān)系

弧左右起終

段號(hào)多邊多邊點(diǎn)點(diǎn)

形形

APlP225

3、面文件

面號(hào)弧段

號(hào)

PlA,B,-

C

4、點(diǎn)拓?fù)湮募航Y(jié)點(diǎn)一鏈關(guān)系

點(diǎn)號(hào)弧段

號(hào)

2A,B,

D

在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，多邊形（面）的邊界被分割成一系列的線

（弧、鏈、邊）和點(diǎn)（結(jié)點(diǎn)）等拓?fù)湟?，點(diǎn)、線、面之間的

拓?fù)潢P(guān)系在屬性表中定義，多邊形邊界不重復(fù)。

鏈狀雙重獨(dú)立式編碼特點(diǎn)

拓?fù)潢P(guān)系明確，也能表達(dá)島信息，而且以弧段為記錄單位,

滿足實(shí)際應(yīng)用需要。因?yàn)橐话銛?shù)字化一條街道時(shí)，必然有許多

中間點(diǎn)，但我們?cè)谧隹臻g分析是卻沒有必要以這些中間點(diǎn)所組

成的折線為研究對(duì)象，而應(yīng)以整條弧段（某條街道）為研究對(duì)

象.

被一些成熟的商品化軟件采用，如ARC/INFO軟件。

例：ARC文件：二進(jìn)制文件：弧段號(hào)點(diǎn)數(shù)坐標(biāo)串

在GIS數(shù)據(jù)輸入中，建拓?fù)涫侵附o圖形數(shù)據(jù)（點(diǎn)、線、面）

增加拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如ARC/INFO中，在ARCEDIT中輸入圖形后,

需用BUILD建圖形拓?fù)洌唧w生成許多文件，如AAT,PA

T等.

INFO：屬性表

如AAT（ArcAttributeTable）

弧USLPRPFROMTO_其它

段號(hào)ERIDOLYOLYNODENODE屬性:（名

稱）

用戶標(biāo)識(shí)碼，表明地物類型

當(dāng)圖形數(shù)據(jù)修改、刪除、增加點(diǎn)、線、面要素后，其拓?fù)?/p>

關(guān)系也發(fā)生改變，所以，需重新建拓?fù)洹?/p>

2）由柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換獲得

利用柵格數(shù)據(jù)矢量化技術(shù)，把柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為矢量數(shù)據(jù)。

3）跟蹤數(shù)字化

用跟蹤數(shù)字化的方法，把地圖變成離散的矢量數(shù)據(jù)。

三、矢量數(shù)據(jù)組織

矢量數(shù)據(jù)表示時(shí)應(yīng)考慮以下問題：

.矢量數(shù)據(jù)自身的存貯和處理。

.與屬性數(shù)據(jù)的聯(lián)系。

.矢量數(shù)據(jù)之間的空間關(guān)系（拓?fù)潢P(guān)系）。

四、矢量數(shù)據(jù)編碼方式

（一）實(shí)體式

（spaghetti）-面條模型:以實(shí)體為單位記錄其坐標(biāo)

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、直觀、易實(shí)現(xiàn)以實(shí)體為單位的運(yùn)算和顯

示。

缺點(diǎn)：1、相鄰多邊形的公共邊界被數(shù)字化并存儲(chǔ)兩次，

造成數(shù)據(jù)冗余和碎屑多邊形一數(shù)據(jù)不一致，浪費(fèi)空間，導(dǎo)致雙

重邊界不能精確匹配。

2、自成體系，缺少多邊形的鄰接信息，無拓?fù)潢P(guān)系，難以

進(jìn)行鄰域處理，如消除多邊形公共邊界，合并多邊形。

3、島作為一個(gè)單個(gè)圖形，沒有與外界多邊形聯(lián)系。不易檢

查拓?fù)溴e(cuò)誤。

所以，這種結(jié)構(gòu)只用于簡(jiǎn)單的制圖系統(tǒng)中，顯示圖形。

（二）索引式（樹狀）

對(duì)所有點(diǎn)的坐標(biāo)按順序建坐標(biāo)文件，再建點(diǎn)與邊（線）、

線與多邊形的索引文件。

與實(shí)體式相比：

優(yōu)點(diǎn)：用建索引的方法消除多邊形數(shù)據(jù)的冗余和不一致，

鄰接信息、島信息可在多邊形文件中通過是否公共弧段號(hào)的方

式查詢。

缺點(diǎn)：表達(dá)拓?fù)潢P(guān)系較繁瑣，給相鄰運(yùn)算、消除無用邊、

處理島信息、檢索拓?fù)潢P(guān)系等帶來困難，以人工方式建立編碼

表，工作量大，易出錯(cuò)。

三）雙重獨(dú)立式編碼

簡(jiǎn)稱DIME（DualIndependentMapEncoding）,是美國(guó)人口

統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)采用的一種編碼方式，是一種拓?fù)渚幋a結(jié)構(gòu)。

四）鏈狀雙重獨(dú)立式編碼--拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

1、弧段坐標(biāo)文件

弧坐標(biāo)系列

段號(hào)（串）

Ax2,y2,X10,

ylO…

2、弧段文件：鏈一面，鏈一結(jié)點(diǎn)關(guān)系

弧左右起終

段號(hào)多邊多邊點(diǎn)點(diǎn)

形形

APlP225

3、面文件

面號(hào)弧段

號(hào)

PlA,Br

C

4、點(diǎn)拓?fù)湮募航Y(jié)點(diǎn)一鏈關(guān)系

占號(hào)

八、、V弧段

號(hào)

2A,B,

D

在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，多邊形（面）的邊界被分割成一系列的線

（弧、鏈、邊）和點(diǎn)（結(jié)點(diǎn)）等拓?fù)湟兀c(diǎn)、線、面之間的

拓?fù)潢P(guān)系在屬性表中定義，多邊形邊界不重復(fù)。

鏈狀雙重獨(dú)立式編碼特點(diǎn)

拓?fù)潢P(guān)系明確，也能表達(dá)島信息，而且以弧段為記錄單位,

滿足實(shí)際應(yīng)用需要。因?yàn)橐话銛?shù)字化一條街道時(shí)，必然有許多

中間點(diǎn)，但我們?cè)谧隹臻g分析是卻沒有必要以這些中間點(diǎn)所組

成的折線為研究對(duì)象，而應(yīng)以整條弧段（某條街道）為研究對(duì)

象.

被一些成熟的商品化軟件采用，如ARC/INFO軟件。

例：ARC文件：二進(jìn)制文件：弧段號(hào)點(diǎn)數(shù)坐標(biāo)串

在GIS數(shù)據(jù)輸入中，建拓?fù)涫侵附o圖形數(shù)據(jù)（點(diǎn)、線、面）

增加拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),如ARC/INFO中，在ARCEDIT中輸入圖形后,

需用BUILD建圖形拓?fù)洌唧w生成許多文件，如AAT,PA

T等.

INFO：屬性表

如AAT(ArcAttributeTable)

弧USLPRPFROMTO_其它

段號(hào)ERIDOLYOLYNODENODE屬性:（名

稱）

用戶標(biāo)識(shí)碼，表明地物類型

當(dāng)圖形數(shù)據(jù)修改、刪除、增加點(diǎn)、線、面要素后，其拓?fù)?/p>

關(guān)系也發(fā)生改變，所以，需重新建拓?fù)洹?/p>

§2-4矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

一、矢、柵優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)

矢1、便于面向現(xiàn)象（土11、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，

量壤類，土地利用單元等）各自定義，不便于數(shù)據(jù)

標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，數(shù)據(jù)

2、結(jié)構(gòu)緊湊，冗余交換困難。

度低，便于描述線或邊2、多邊形疊置分

界。析困難，沒有柵格有

3、利于網(wǎng)絡(luò)、效，表達(dá)空間變化性能

檢索分析，提供有效的力差。

拓?fù)渚幋a，對(duì)需要拓?fù)?、不能像數(shù)字圖

信息的操作更有效。像那樣做增強(qiáng)處

4、圖形顯示質(zhì)理4、軟硬件技術(shù)要

量好，精度高。求高，顯示與繪圖成本

較高。

柵1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易1、現(xiàn)象識(shí)別效果

格數(shù)據(jù)交換。不如矢量方法，難以表

2、疊置分析和地達(dá)拓?fù)洹?/p>

理（能有效表達(dá)空可變2、圖形數(shù)據(jù)量大，

性）現(xiàn)象模擬較易。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不嚴(yán)密不緊

3、利于與感遙數(shù)湊，需用壓縮技術(shù)解決

據(jù)的匹配應(yīng)用和分析，該問題。

便于圖像處理。3、投影轉(zhuǎn)換困難。

4、輸出快速，成

本低廉。44、圖形質(zhì)量轉(zhuǎn)低，

圖形輸出不美觀，線條

有鋸齒，需用增加?xùn)鸥?/p>

數(shù)量來克服，但會(huì)增加

數(shù)據(jù)文件。

矢量、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的選擇

在GIS建立過程中，應(yīng)根據(jù)應(yīng)用目的和應(yīng)用特點(diǎn)、可能獲

得的數(shù)據(jù)精度以及地理信息系統(tǒng)軟件和硬件配置情況,選擇合

適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

柵格結(jié)構(gòu):大范圍小比例尺的自然資源、環(huán)境、農(nóng)林業(yè)等區(qū)

域問題的研究。

矢量結(jié)構(gòu)：城市分區(qū)或詳細(xì)規(guī)劃、土地管理、公用事業(yè)管

理等方面的應(yīng)用。

二、矢柵一體化概念

將矢量面對(duì)目標(biāo)的方法和柵格元子充填的方法結(jié)合起來，

具體采用填滿線狀目標(biāo)路徑和充填面狀目標(biāo)空間的方法作為

一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。

線狀地物：除記錄原始取樣點(diǎn)外，還記錄路徑所通過的柵

格。

面狀地物：除記錄它的多邊形周邊以外，還包括中間的面

域柵格。

一方面，它保留了矢量的全部性質(zhì)，以目標(biāo)為單元直接聚

集所有的位置信息，并能建立拓?fù)潢P(guān)系；

另一方面，它建立了柵格與地物的關(guān)系，即路徑上的任一

點(diǎn)都直接與目標(biāo)建立了聯(lián)系。

從原理上說，這是一種以矢量的方式來組織柵格數(shù)據(jù)的數(shù)

據(jù)結(jié)構(gòu)。

三、三個(gè)約定和細(xì)分格網(wǎng)法

為便于組織數(shù)據(jù)，首先作如下約定：

a.地面上的點(diǎn)狀地物是地球表面上的點(diǎn)，它僅有空間位置,

沒有形狀和面積，在計(jì)算機(jī)內(nèi)部?jī)H有一個(gè)位置數(shù)據(jù)。

b.地面上的線狀地物是地球表面的空間曲線，它有形狀但

沒有面積，它在平面上的投影是一連續(xù)不間斷的直線或曲線，

在計(jì)算機(jī)內(nèi)部需要用一組元子填滿整個(gè)路徑。

C.地面上的面狀地物是地球表面的空間曲面，并具有形狀

和面積，它在平面上的投影是由邊界包圍的緊致空間和一組填

滿路徑的元子表達(dá)的邊界組成。

為提高柵格表示精度，采用細(xì)分格網(wǎng)法：

將一對(duì)X,Y坐標(biāo)用兩個(gè)Morton碼代替：

前一Ml表示該點(diǎn)（采樣點(diǎn)或附加的交叉點(diǎn)）所在基本格

網(wǎng)的地址碼，后者M(jìn)2表示該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的細(xì)分格網(wǎng)的Morton碼,

既顧全整體定位，又保證精度。

四、一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

線性四叉樹（Morton）是基本數(shù)據(jù)格式，三個(gè)約定設(shè)計(jì)點(diǎn)、線、

面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本依據(jù)，細(xì)分格網(wǎng)法保證足夠精度。

1、點(diǎn)狀地物和結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

約定1,點(diǎn)僅有位置、沒有形狀和面積，只要將點(diǎn)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)

化為地址碼Ml和M2，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單靈活，便于點(diǎn)的插入和刪除,

還能處理一個(gè)柵格內(nèi)包含多個(gè)點(diǎn)狀目標(biāo)的情況。

2、線狀地物的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

約定（2）,線狀地物有形狀但沒有面積，沒有面積意味著

只要用一串?dāng)?shù)據(jù)表達(dá)每個(gè)線狀地物的路徑即可，將該線狀地物

經(jīng)過的所有柵格的地址全部記錄下來。仿照矢量數(shù)據(jù)組織的鏈

狀雙重獨(dú)立式編碼，以弧段為記錄單位。

弧段的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

3、面狀地物的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

3）面文件

這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是面向地物的，具有矢量的特點(diǎn)。通過面狀

地物的標(biāo)識(shí)號(hào)可以找到它的邊界弧段并順著指針提取所有的

中間面塊。同時(shí)它又具有柵格的全部特性，二維行程本身就是

面向位置的結(jié)構(gòu)，帶指針的二維行程碼中的Morton碼表達(dá)了

位置的相互關(guān)系，前后M碼之差隱含了該子塊的大小。給出

任意一點(diǎn)的位置都可順著指針找到面狀地物的標(biāo)識(shí)號(hào)確定是

哪一個(gè)地物。

4、復(fù)雜地物的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

由幾個(gè)或幾種點(diǎn)、線、面狀簡(jiǎn)單地物組成的地物稱為復(fù)雜

地物。例如將一條公路上的中心線、交通燈、立交橋等組合為

一個(gè)復(fù)雜地物，用一個(gè)標(biāo)識(shí)號(hào)表示。復(fù)雜地物的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如表

7所示。

§2-5三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

一、概述

目前GIS主要還停留在處理地球表面的數(shù)據(jù)，若數(shù)據(jù)是地

表以下或以上，則先將它投影到地表，再進(jìn)行處理，其實(shí)質(zhì)是

以二維的形式來模擬、處理任何數(shù)據(jù)，在有些領(lǐng)域可行，但涉

及到三維問題的處理時(shí)，往往力不從心。

二維V=f(x,y),在不同的層V的含義不同，當(dāng)V表示的

是高程時(shí)，就是DEM。由于地形三維視圖的原因，人們常把

DEM誤認(rèn)為是三維模型。但從本質(zhì)上講，DEM是二維的，因

為它只能表示地表的信息，不能對(duì)地表內(nèi)部進(jìn)行有效的表示。

目前，人們常把DEM稱為2.5維的數(shù)據(jù)模型。

真三維模型V=f(x,y,z),z是一自變量，不受x,y的影響。

三維GIS的要求與二維GIS相似，但在數(shù)據(jù)采集，系統(tǒng)維護(hù)

和界面設(shè)計(jì)等方面比二維GIS復(fù)雜得多，如三維數(shù)據(jù)的組織

與重建，三維變換、查詢、運(yùn)算、分析、維護(hù)等方面。下面主

要介紹三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。同樣，三維結(jié)構(gòu)存在柵格和矢量?jī)煞N形

式。

柵格：將地理實(shí)體的三維空間分成細(xì)小單元一體元。普遍

用八叉樹

矢量：x,y,z,抽象為點(diǎn)、線、面、體，面構(gòu)成體。方法多

種，常用三維邊界表示法。

二、八叉樹結(jié)構(gòu)

1、思想：

四叉樹在三維空間的推廣。

將要表示的形體V放在一個(gè)充分大的正方體C內(nèi)，C的

邊長(zhǎng)為2n,不斷用兩個(gè)與XOY、XOZ的平面均分C為8個(gè)

子體，并判斷屬性單一性。

當(dāng)子體部分為V—灰結(jié)點(diǎn)需再1分為8。

子體中無V--白結(jié)點(diǎn)停止分割，葉結(jié)點(diǎn)。

子體全為V一黑結(jié)點(diǎn)

2、存貯結(jié)構(gòu)

1）規(guī)則八叉樹

與常規(guī)四叉樹類似，用10項(xiàng)字段來記錄每個(gè)結(jié)點(diǎn)（8

個(gè)子結(jié)點(diǎn)指針，1個(gè)父結(jié)點(diǎn)指針，1個(gè)結(jié)點(diǎn)屬性）。最普遍的

形式，方式自然，易掌握。但指針占總存儲(chǔ)量的94%,空間

使用率低。

2）線性八叉樹一Motorn碼

用某一預(yù)先確定的次序?qū)瞬鏄滢D(zhuǎn)換成一個(gè)線性表，表

中的每個(gè)元素與一個(gè)結(jié)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。每個(gè)結(jié)點(diǎn)用固定的字節(jié)描

述，其中某些位專門用來說明它是否為葉結(jié)點(diǎn)。

特點(diǎn)：節(jié)省存貯空間，便于某些運(yùn)算，但喪失一定的靈活

性,不便于其它遍歷方式對(duì)樹的結(jié)點(diǎn)進(jìn)行存取,應(yīng)用效果不佳。

3）一對(duì)八式的八叉樹

每個(gè)結(jié)點(diǎn)均1分為8,并標(biāo)記為0,1,2,3,4,5,6,7o

隱含地假定了這些子結(jié)點(diǎn)記錄存放的次序--便于檢索

浪費(fèi)存儲(chǔ)，除非完全八叉樹，即所有葉結(jié)點(diǎn)均在同一層次

出現(xiàn)，上層均為非葉結(jié)點(diǎn)。

三、三維邊界表示法

1、頂點(diǎn)表：用來表示多面體各頂點(diǎn)的坐標(biāo)

2、邊表：指出構(gòu)成多面體某邊的兩個(gè)頂點(diǎn)；

3、面表：給出圍成多面體某個(gè)面的各條邊。

可避免重復(fù)表示某些點(diǎn)、邊、面，節(jié)約存儲(chǔ)，便于圖形顯

示，如公共邊不重復(fù)。

4、當(dāng)有若干個(gè)多面體時(shí)，還必須有一個(gè)對(duì)象表。

5、擴(kuò)充后的邊表

為表達(dá)拓?fù)溥€可將其它一些有關(guān)的內(nèi)容結(jié)合到所使用的表

中，如將邊所屬的多邊形信息結(jié)合進(jìn)邊表中以后的形式：

6、拓?fù)錂z查

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)后，必須檢查數(shù)據(jù)的一致性、完全性，即進(jìn)行拓

撲檢查。具體可檢查下列幾項(xiàng)：

(1)頂點(diǎn)表中的每個(gè)頂點(diǎn)至少是兩條邊的端點(diǎn)；

(2)每條邊至少是一個(gè)多邊形的邊；

(3)每個(gè)多邊形是封閉的；

(4)每個(gè)多邊形至少有一條邊是和另一個(gè)多邊形共用的；

(2):3、物理設(shè)計(jì)

是指有效地將空間數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯結(jié)構(gòu)在物理存儲(chǔ)器上實(shí)現(xiàn),確

定數(shù)據(jù)在介質(zhì)上的物理存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，其結(jié)果是導(dǎo)出地理數(shù)據(jù)庫(kù)的

存儲(chǔ)模式(內(nèi)模式)。

主要內(nèi)容包括確定記錄存儲(chǔ)格式，選擇文件存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，決定存

取路徑，分配存儲(chǔ)空間。

物理設(shè)計(jì)的好壞將對(duì)地理數(shù)據(jù)庫(kù)的性能影響很大，一個(gè)好的物

理存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)必須滿足兩個(gè)條件：

一是地理數(shù)據(jù)占有較小的存儲(chǔ)空間；

二是對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作具有盡可能高的處理速度。

在完成物理設(shè)計(jì)后，要進(jìn)行性能分析和測(cè)試。

物理設(shè)計(jì)在很大程度上與選用的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)有關(guān)。設(shè)計(jì)中

應(yīng)根據(jù)需要，選用系統(tǒng)所提供的功能。

三、數(shù)據(jù)層設(shè)計(jì)

GIS的數(shù)據(jù)可以按照空間數(shù)據(jù)的邏輯關(guān)系或?qū)I(yè)屬性分為各

種邏輯數(shù)據(jù)層或?qū)I(yè)數(shù)據(jù)層，原理上類似于圖片的疊置。

例如，地形圖數(shù)據(jù)可分為地貌、水系、道路、植被、控制點(diǎn)、

居民地等諸層分別存貯o將各層疊加起來就合成了地形圖的數(shù)

據(jù)。在進(jìn)行空間分析、數(shù)據(jù)處理、圖形顯示時(shí)，往往只需要若

干相應(yīng)圖層的數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)層的設(shè)計(jì)一般是按照數(shù)據(jù)的專業(yè)內(nèi)容和類型進(jìn)行的。

數(shù)據(jù)的專業(yè)內(nèi)容的類型通常是數(shù)據(jù)分層的主要依據(jù)，同時(shí)也要

考慮數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。如需考慮兩類物體共享邊界（道路與行

政邊界重合、河流與地塊邊界的重合）等，這些數(shù)據(jù)間的關(guān)系

在數(shù)據(jù)分層設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)體現(xiàn)出來。

不同類型的數(shù)據(jù)由于其應(yīng)用功能相同，在分析和應(yīng)用時(shí)往往

會(huì)同時(shí)用到，因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)反映出這樣的需求，即可將這些

數(shù)據(jù)作為一層。（如道路、加油站、停車場(chǎng)一交通層）

最后得出各層數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式,各層數(shù)據(jù)的屬性內(nèi)容和屬性

表之間的關(guān)系等。

四、數(shù)據(jù)字典設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)字典用于描述數(shù)據(jù)庫(kù)的整體結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)內(nèi)容和定義等。-

個(gè)好的數(shù)據(jù)字典可以說是一個(gè)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，它可使數(shù)據(jù)庫(kù)

的開發(fā)者依此來實(shí)施數(shù)據(jù)庫(kù)的建立、維護(hù)和更新。

數(shù)據(jù)字典的內(nèi)容包括：

數(shù)據(jù)庫(kù)的總體組織結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫(kù)總體設(shè)計(jì)的框架、

各數(shù)據(jù)層詳細(xì)內(nèi)容的定義及結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)命名的定義

元數(shù)據(jù)（有關(guān)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，是對(duì)一個(gè)數(shù)據(jù)集的內(nèi)容、質(zhì)量條

件及操作過程等的描述）等內(nèi)容。

一、空間數(shù)據(jù)庫(kù)的建立

1、建立空間數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)

利用DBMS提供的數(shù)據(jù)描述語(yǔ)言描述邏輯設(shè)計(jì)和物理設(shè)

計(jì)的結(jié)果，得到概念模式和外模式，編寫功能軟件，經(jīng)編譯、

運(yùn)行后形成目標(biāo)模式，建立起實(shí)際的空間數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)。

2、數(shù)據(jù)裝入

一般由編寫的數(shù)據(jù)裝入程序或DBMS提供的應(yīng)用程序來

完成。在裝入數(shù)據(jù)之前要做許多準(zhǔn)備工作,如對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、

分類、編碼及格式轉(zhuǎn)換（如專題數(shù)據(jù)庫(kù)裝入數(shù)據(jù)時(shí)，采用多關(guān)

系異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)的模式轉(zhuǎn)換、查詢轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換）等。

裝入的數(shù)據(jù)要確保其準(zhǔn)確性和一致性。

3、調(diào)試運(yùn)行

裝入數(shù)據(jù)后，要對(duì)地理數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)際應(yīng)用程序進(jìn)行運(yùn)行,

執(zhí)行各功能模塊的操作，對(duì)地理數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的功能和性能進(jìn)行

全面測(cè)試，

二、空間數(shù)據(jù)庫(kù)的維護(hù)

1、空間數(shù)據(jù)庫(kù)的重組織

指在不改變空間數(shù)據(jù)庫(kù)原來的邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)的前提

下，改變數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)位置，將數(shù)據(jù)予以重新組織和存放。

2、空間數(shù)據(jù)庫(kù)的重構(gòu)造

指局部改變空間數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)庫(kù)重構(gòu)

通過改寫其概念模式（邏輯模式）的內(nèi)模式（存儲(chǔ)模式）進(jìn)行。

3、空間數(shù)據(jù)庫(kù)的完整性、安全性控制

完整性是指數(shù)據(jù)的正確性、有效性和一致性，主要由后映

象日志來完成,它是一個(gè)備份程序，當(dāng)發(fā)生系統(tǒng)或介質(zhì)故障時(shí),

利用它對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行恢復(fù)。

安全性指對(duì)數(shù)據(jù)的保護(hù)，主要通過權(quán)限授予、審計(jì)跟蹤,

以及數(shù)據(jù)的卸出和裝入來實(shí)現(xiàn)。

第四章空間數(shù)據(jù)的采集和質(zhì)量控制

§4-1概述

一、GIS的數(shù)據(jù)源：

地圖數(shù)據(jù)，遙感數(shù)據(jù)，文本數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，多媒體數(shù)據(jù)，已有系統(tǒng)的數(shù)據(jù)

二、空間數(shù)據(jù)采集的任務(wù)

將現(xiàn)有的上述類型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成GIS可以處理與接收的數(shù)字形

式，通常要經(jīng)過驗(yàn)證、修改、編輯等處理。

三、研究GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的目的和意義

GIS的數(shù)據(jù)質(zhì)量是指GIS中空間數(shù)據(jù)（幾何數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)）的

可靠性，通常用空間

數(shù)據(jù)的誤差來度量。

誤差是指數(shù)據(jù)與真值的偏離。

研究GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量對(duì)于評(píng)定GIS的算法、減少GIS設(shè)計(jì)與開

發(fā)的盲目性都具有重要意

義。精度越高，代價(jià)越大。GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量對(duì)保證GIS產(chǎn)品的可

靠性有重要意義。

§4-2空間數(shù)據(jù)的地理參照系和控制基礎(chǔ)

指物質(zhì)、能量、信息的存在形式在形態(tài)、結(jié)構(gòu)過程、功能關(guān)系

上的分布方式和格局及其在時(shí)間上的延續(xù)，具體包括地球上大

氣圈、水圈、生物圈、巖石圈和土壤圈交互作用的區(qū)域。

地理空間具體被描述為：

1）絕對(duì)空間，具有屬性描述的空間位置的集合，一系列坐標(biāo)

值組成。

2）相對(duì)空間，是具有空間屬性特征的實(shí)體的集合，由不同實(shí)

體之間的空間關(guān)系組成。

二、地理空間的數(shù)學(xué)建構(gòu)一如何建立地球表面的兒何模型

1、最自然的面:

包括海洋底部、高山、高原在內(nèi)的固體地球表面，起伏不定，

難以用一個(gè)簡(jiǎn)潔的數(shù)學(xué)式描述。

2、相對(duì)抽象的面，即大地水準(zhǔn)面

地球表面72%被海水覆蓋，假設(shè)一個(gè)當(dāng)海水處于完全靜止的

平衡狀態(tài)時(shí)從海平面延伸到所有大陸下部，而與地球重力方向

處處正交的一個(gè)連續(xù)、閉合的水準(zhǔn)面。

可用水準(zhǔn)儀完成地球自然表面上任一點(diǎn)的高程測(cè)量。但地球的

重力方向處處不同，處處與重力方向垂直的大地水準(zhǔn)面顯然不

可能是一個(gè)十分規(guī)則的表面，且不能用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)公式來表

達(dá)，因此，大地水準(zhǔn)面不能作為測(cè)量成果的計(jì)算面。

3、橢球體模型

為了測(cè)量成果計(jì)算的需要，選用一個(gè)同大地體相近的、可以用

數(shù)學(xué)方法來表達(dá)的旋轉(zhuǎn)橢球來代替地球一三軸橢球體。

三、地理參照系

1、經(jīng)緯度坐標(biāo)系（地理坐標(biāo)）

對(duì)空間定位有利，但難以進(jìn)行距離、方向、面積量算。

2、笛卡兒平面坐標(biāo)系

便于量算和進(jìn)一步的空間數(shù)據(jù)處理和分析。

3、高程系統(tǒng)

描述空間點(diǎn)在垂直高度上的特性-高程——由高程基準(zhǔn)面起

算的地面點(diǎn)的高度。

四、GIS的地理基礎(chǔ)-控制基礎(chǔ)

各種GIS的數(shù)據(jù)源、服務(wù)目的和各自特征可以不同，但均有

自身統(tǒng)一的地理基礎(chǔ)。

1、地理基礎(chǔ)的內(nèi)容

地理基礎(chǔ)是地理信息數(shù)據(jù)表示格式與規(guī)范的重要組成部分

2、投影與坐標(biāo)系：

每一種投影都與一個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)相聯(lián)系。坐標(biāo)系統(tǒng)是一套說明某

一物體地理坐標(biāo)的參數(shù)，參數(shù)之一為投影。投影關(guān)系著如何將

圖形物體顯示于平面上，而坐標(biāo)系統(tǒng)則顯示出地形地物所在的

相對(duì)位置。

3、統(tǒng)一的地圖投影系統(tǒng)的意義：

為地理信息系統(tǒng)選擇和設(shè)計(jì)一種或幾種適用的地圖投影系

統(tǒng)和網(wǎng)格坐標(biāo)系統(tǒng)，為各種地理信息的輸入、輸出及匹配處理

提供一個(gè)統(tǒng)一的定位框架，使各種來源的地

（上二）

四