《土地信息技术基础》PPT课件

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1、2 土地信息技术基础内容提要：内容提要： 2.1 土地信息分类与编码土地信息分类与编码 2.2 土地信息的空间参考体系土地信息的空间参考体系 2.3 地理空间及其表达地理空间及其表达 2.4 地理空间数据及特征地理空间数据及特征 2.5空间数据结构的类型空间数据结构的类型1 1土地信息系统LIS2.1 土地信息分类与编码土地信息分类与编码土地信息分类：将土地信息系统化，以便于管理、应用和信息共享2.1.1 信息分类的基础2.1.2 土地利用信息分类2.1.3 土地信息编码2土地信息系统LIS2.1.1信息分类的基础信息分类的基础分类过粗：可能会影响将来分析的深度。 分类过细：增大工作量, 计算

2、机负荷加重; 有时在技术上也难以做到。（1）分类原则分类原则科学性原则。按照土地信息特征进行科学分类,采用层级分类法,形成树形结构。系统性原则。土地信息分类从最高一级到最低一级应该排列成一个有机的整体。稳定性原则。土地信息分类应以我国使用多年的基础信息和土地利用信息的常规分类为基础, 能在较长时间里不发生重大变更。完整性和可扩展性原则。能容纳各专业领域现有的和将来可能产生的所有信息,代码结构和具体编码时应留有适当的余地和给出扩充办法。3土地信息系统LIS易用性原则。分类名称尽量沿用专业习惯名称, 代码尽可能简短和便于记忆。灵活性原则。现有系统分类和编码可灵活转换成标准的分类和代码。不受比例尺限

3、制原则。分类和代码应当包容各种比例尺数据库所涉及的全部要素。与有关国家规范和标准协调一致原则。凡已经颁布实施的相关国家标准可以直接引用, 与有关行业标准和地方标准求得最大限度地协调一致。考虑数据来源原则。土地利用数据一级分类应该能够从卫星遥感影像识别, 便于卫星遥感监测土地资源。4土地信息系统LIS（2）分类体系）分类体系 作为土地信息编码基础的分类体系，主要是由分类与作为土地信息编码基础的分类体系，主要是由分类与分级方法形成的。分级方法形成的。分类的基本方法；分类的基本方法；分级的概念、原则及基本方法分级的概念、原则及基本方法;分类与分级的关系。分类与分级的关系。5土地信息系统LIS分类的基

4、本方法分类的基本方法分类的基本方法分类的基本方法：uu线分类法线分类法线分类法线分类法：又称又称层级分类法层级分类法。是将初始的分类对象按选。是将初始的分类对象按选定的定的若干个属性或特征若干个属性或特征依次分成若干个层级目录，并编排依次分成若干个层级目录，并编排成一个有层次的分类体系。对土地信息的分类一般是采用成一个有层次的分类体系。对土地信息的分类一般是采用线分类法线分类法。6土地信息系统LISuu面面面面分分分分类类类类法法法法：将将给给定定的的分分类类对对象象按按选选定定的的若若干干个个属属性性或或特特征征分分成成互互不不相相依依、互互不不相相干干的的若若干干方方面面，每每个个面面中中

5、又又分分成成许许多多彼彼此此独独立立的的若若干干个个类类目目，由由类类目目组组合合形形成成类类的的一一种种分分类方法。类方法。7土地信息系统LIS分级分级分级分级：是对事物或现象的数量或特征进行等级的是对事物或现象的数量或特征进行等级的划分，主要包括确定划分，主要包括确定分级数分级数和和分级界限分级界限。uu确定确定确定确定分级数分级数分级数分级数的基本原则的基本原则的基本原则的基本原则, , 包括包括包括包括: : 分级数应符合数值估计精度的要求。分级数多分级数应符合数值估计精度的要求。分级数多, 数值估数值估计的计的精度就高精度就高;分级数应顾及可视化的效果分级数应顾及可视化的效果;分级数

6、应符合数据的分布特征。分级数应符合数据的分布特征。uu确定确定确定确定分级界线分级界线分级界线分级界线的基本原则的基本原则的基本原则的基本原则, , 包括包括包括包括: : 使级内差异尽可能的小使级内差异尽可能的小, 各级之间的差异尽可能的大各级之间的差异尽可能的大; 在任何一个等级内部都必须有数据在任何一个等级内部都必须有数据, 任何数据都必须落任何数据都必须落在某一个等级内在某一个等级内; 尽可能采用有规则变化的分级界线。尽可能采用有规则变化的分级界线。8土地信息系统LISuu分级的分级的分级的分级的基本方法：基本方法：基本方法：基本方法：在分级时大多采用数学方法，如在分级时大多采用数学方

7、法，如数列数列分级分级、最优分割等级最优分割等级等。等。分类体系中的分级方法所依据的指标，一般以土地特征的分类体系中的分级方法所依据的指标，一般以土地特征的数量指标数量指标或或质量指标质量指标为主。为主。 分类与分级的关系分类与分级的关系分类与分级的关系分类与分级的关系:分类把研究对象划分为若干个类组，分级则是对同一类分类把研究对象划分为若干个类组，分级则是对同一类组对象再按某一方面量的差别进行分级；组对象再按某一方面量的差别进行分级；分类描述地物间的分类关系、隶属关系，而土地分级描分类描述地物间的分类关系、隶属关系，而土地分级描述地物间的等级关系。述地物间的等级关系。9土地信息系统LIS适宜

8、程度适宜较适宜中等适宜临界适宜不适宜赋分值54321灌溉条件有保证基本保证尚能保证较困难无水源土层厚度（厘米）100100-6060-4040-2020土壤质地中壤、重壤轻壤、轻粘土沙壤、粉砂壤砂土、砂壤砂土、重粘土土壤pH值6.5-7.06.0-6.5或7.0-7.55.5-6.0或7.5-8.05.0-5.5或8.0-8.58.5或5.0土壤养分（%）3.5-3.03.0-2.02.0-1.01.0-0.60.6对外交通条件优越较好一般差很差10土地信息系统LIS2.1.2土地利用信息分类土地利用信息分类从从土地利用土地利用角度对土地角度对土地信息分类信息分类：&一一般般以以土土地地利利用

9、用的的类类型型、土土地地利利用用的的性性质质和和土土地地经经营营的特点的特点为依据来设计分类系统；比如：为依据来设计分类系统；比如： 城市城市: 主要是考虑高密度的土地利用和配置, 并侧重于经济要素和人文要素； 农村农村: 则主要是研究大量的自然资源信息及利用问题。&因此, 原国家土地管理局制订两套土地利用信息分类体系, 即 :“土地利用现状调查技术规程” 和 “城镇地籍调查规程“11土地信息系统LIS从信息系统开发应用角度对土地信息分类：从信息系统开发应用角度对土地信息分类：z基础地理信息基础地理信息 指空间参考坐标系、地形地貌、水系、植被和线状指空间参考坐标系、地形地貌、水系、植被和线状道

10、路等基础信息道路等基础信息 z专题图形信息专题图形信息 指在建立土地信息系统时将涉及到的有关土地方面指在建立土地信息系统时将涉及到的有关土地方面的信息图层：的信息图层：地籍地籍、规划、估价等、规划、估价等z专题属性信息专题属性信息 包括反映特定地块最基本属性的信息：面积、权包括反映特定地块最基本属性的信息：面积、权属、地类等属、地类等z土地相关属性信息土地相关属性信息 与土地相关的其他属性信息包括与土地相关的其他属性信息包括：人口、古迹、：人口、古迹、植被、水文、气候、交通运输等植被、水文、气候、交通运输等12土地信息系统LISu概念区分：概念区分：编编码码：是是将将经经过过分分类类的的信信息

11、息用用适适当当的的数数码码(字字符符串串或或数数值值)来来表表示示，也也称称代代码码化化。编编码码的的类类型型是是指指代代码码符符号号的的表表示示形形式式，有有数数字字型型、字字母母型型、数数字字和和字字母混合型三类。母混合型三类。代码：代码：是一个或一组有序的易于被计算机或人识别是一个或一组有序的易于被计算机或人识别与处理的符号，是计算机的符号，是计算机鉴别和与处理的符号，是计算机的符号，是计算机鉴别和查找信息的主要依据和手段。查找信息的主要依据和手段。编码的直接产物就是代码，而分类分级则是编码编码的直接产物就是代码，而分类分级则是编码的基础。的基础。2.1.3土地信息编码土地信息编码13土

12、地信息系统LISuLIS中中属属性性信信息息代代码码种种类类(分分类类码码和和标标识识码码):分分类类码码：根根据据土土地地信信息息分分类类体体系系设设计计出出来来的的用用于于识识别别不不同同类类别别的的数数据据，根根据据它它可可以以从从数数据据中中查查找找出出所所需类别的全部数据。需类别的全部数据。14土地信息系统LIS标识码：标识码：在分类码的基础上，对每类数据设计出在分类码的基础上，对每类数据设计出全部或主要实体的标识码，用以对某一类数据中全部或主要实体的标识码，用以对某一类数据中的某个实体进行个别查询检索，从而弥补分类码的某个实体进行个别查询检索，从而弥补分类码不能进行个体分离的缺陷。

13、不能进行个体分离的缺陷。标识码标识码标识码标识码是联系几何信息和属性信息的关键字。是联系几何信息和属性信息的关键字。是联系几何信息和属性信息的关键字。是联系几何信息和属性信息的关键字。15土地信息系统LIS16土地信息系统LISu属性信息编码方法举例：属性信息编码方法举例：如如县县级级农农用用地地分分等等单单元元编编号号：这这是是一一种种标标识识码码，单单元元编编号号用用12位位数数字字表表示示：省省级级行行政政代代码码（2位位）+地地级级市市行行政政代代码码（2位位）+县县级级行行政政代代码码（2位位）+单单元元流流水水编编号号（6位位）。行行政政代代码码按按中中华华人人民民共共和和国国行行

14、政政区区划划代代码码（GB2260-91）执执行行。单元流水编号不足单元流水编号不足6位前面补位前面补0。 17土地信息系统LISu空间信息的编码方式：空间信息的编码方式：用空间坐标来表示地理要素的位置用空间坐标来表示地理要素的位置-空间坐标码空间坐标码在在空空间间要要素素间间建建立立起起联联系系，反反映映空空间间位位置置上上的的相相互互关系关系-拓扑结构、四叉树结构拓扑结构、四叉树结构对对空空间间要要素素人人为为的的给给定定一一些些编编码码或或字字符符串串-空空间间位置附加属性码位置附加属性码比比较较：空空间间坐坐标标码码有有定定位位精精确确、图图形形显显示示直直观观的的优优点点，拓拓扑扑结

15、结构构、四四叉叉树树结结构构能能建建立立空空间间要要素素之之间间空空间间位位置置上上的的相相互互联联系系，空空间间位位置置附附加加属属性性码码便便于于人人的的识识别别、记记忆忆。因因此此，一一个个实实用用的的土土地地信信息息系系统统往往往往是是同同时时使使用上述三类编码，以相互取长补短。用上述三类编码，以相互取长补短。18土地信息系统LIS思考：地球空间中空间实体的位置如何表达？思考：地球空间中空间实体的位置如何表达？2.2 土地信息的空间参考系土地信息的空间参考系l依坐标绝对定位依坐标绝对定位l依空间实体间的空间关系依空间实体间的空间关系 土地数据输入必须在统一的（或转换为统一的）土地空间参

16、考框架下才能保证描述同一目标的不同来源的土地信息相互正确地对照。19土地信息系统LIS2.2.1地球空间模型描述地球空间模型描述 根据大地测量学的研究成果，地球表面根据大地测量学的研究成果，地球表面几何模型可以分为四类：几何模型可以分为四类：v地球的自然表面地球的自然表面v相对抽象的面相对抽象的面,即即大地水准面大地水准面v地球椭球体地球椭球体v其他数学模型其他数学模型20土地信息系统LIS地地球球的的自自然然表表面面：它是一个起伏不平，十分不规则的表面，包括海洋底部、高山、高原等在内的固体地球表面非常复杂，难以用数学表达式描述，不适合建模，各种几何量算也十分的困难。21土地信息系统LIS相相

17、对对抽抽象象的的面面，即即大大地地水水准准面面：假设当海水处于完全静止的平衡状态时，从海平面延伸到所有大陆下部，而与地球重力方向处正交的一个连续、闭合的水准面。尽管大地水准面比起实际的固体地球表面要平滑得多，但实际上，由于海水温度的变化，盛行风的存在，可以导致海平面高达百米以上的起伏变化，这使得大地水准面十分复杂而不能在其上进行运算。 22土地信息系统LISab地地球球椭椭球球体体：以大地水准面为基础建立的。虽然大地水准面十分复杂，但从整体来看，起伏是微小的，很接近与绕自转轴旋转的椭球体，所以在测量和制图中就用旋转椭球来代替大地球体，这个旋转球体通常称地地球球椭椭球球体体。地球椭球体是建立土地

18、信息空间参考系的基础基础。椭球体元素：椭球体元素：长半径(a)短半径(b)扁率(),计算公式如下： =(a-b)/b 一个国家或地区在建立大地参考系时，为使地球椭球面更切合本国或本地区的自然地球表面，往往需要选择合适的椭球参数、确定一个大地原点的起始数据，并进行椭球的定位和定向。23土地信息系统LIS 我国参照前苏联从1953年起采用克拉索夫斯基椭球体克拉索夫斯基椭球体(Krassovsky)(Krassovsky)建立了我国的北京北京5454坐标系统坐标系统。到20世纪80年代初，我国已基本完成了天文大地测量，经计算表明，54坐标系统普遍低于我国的大地水准面，平均误差为29米左右。1978年

19、采用国际大地测量协会推荐的19751975地球椭球体地球椭球体建立了我国新的大地坐标系统西安西安8080坐坐标系统标系统。我国大地测量就是依这两种坐标系统进行的。由于两种坐标系统地球椭球参数、定位和定向的变化，必然引起地形图的图廓线、公里线以及地形地物相关位置的改变。因此，建立土地信息系统时，若同时使用根据两种坐标系统测制的地形图的情况下，必然会涉及54坐标向80坐标转换的问题。24土地信息系统LIS 美国国防部在1984年建立了世界大地测量坐标系统世界大地测量坐标系统（WorldGeodeticSystem），简称WGS-84WGS-84坐标系统坐标系统，是目前国际上统一采用的大地坐标系。W

20、GS-84坐标系统所使用的地球椭球体，称为WGS-84椭球体。 目前GPSGPS定位定位所得出的结果都属于WGS-84坐标系统。而在工程中使用的大多是国家坐标系，因此要建立WGS-84和国家坐标系之间的转换模型，目前已有坐标转换模型可求得WGS-84和国家坐标系之间的转换参数，进而得到国家坐标系成果。25土地信息系统LIS图图2-1 地球的自然表面、大地水准面地球的自然表面、大地水准面面和地球椭球体之间的关系面和地球椭球体之间的关系 26土地信息系统LIS其其他他数数学学模模型型：为为了了解解决决特特定定的的大大地地测测量量问问题题而而提提出出的的。如如类类地地形形面面(Tel1uriod)

21、、准准大大地地水准面、静态水平衡椭球体等。水准面、静态水平衡椭球体等。27土地信息系统LIS2.2.2土地信息的空间参考系土地信息的空间参考系空间参考系：空间参考系：主要指主要指大地参考系大地参考系，是指用数学方法，是指用数学方法来定义地面实体在通用坐标系中的绝对位置和大小。来定义地面实体在通用坐标系中的绝对位置和大小。大地参考系的基础是大地参考系的基础是地球椭球体地球椭球体。常用的大地参考常用的大地参考系系有：有：l地理坐标系地理坐标系l空间大地直角坐标系空间大地直角坐标系l平面直角坐标系平面直角坐标系同一坐标系统下坐标有多种不同的表现形式，同一坐标系统下坐标有多种不同的表现形式，一种形式实

22、际上就是一种坐标系。一种形式实际上就是一种坐标系。 28土地信息系统LISl地理坐标系：以地理坐标系：以经纬经纬和和纬度纬度表示地面点位置表示地面点位置的球面坐标系。的球面坐标系。u地理坐标系地理坐标系 地理坐标根据参考基准不同可分为：地理坐标根据参考基准不同可分为：大地经大地经纬度纬度、天文经纬度天文经纬度。29土地信息系统LIS图图2-2 大地经纬度的起算基准大地经纬度的起算基准NSE 赤道纬线大地子午面WP PB BL L始起O O 大地经纬度以大地经纬度以参考椭球面参考椭球面和和法线法线作为基准面和作为基准面和基准线；天文经纬度是以基准线；天文经纬度是以水准面水准面和和铅垂线铅垂线为基

23、准为基准面和基准线。面和基准线。30土地信息系统LIS大地经度：大地经度：观测点大地子午面与起始大地子午面之间观测点大地子午面与起始大地子午面之间的两面角，的两面角，大地纬度：大地纬度：观测点椭球垂直线（法线）与观测点椭球垂直线（法线）与赤道面之间的夹角；赤道面之间的夹角； 天天文文经经度度：观观测测点点子子午午面面与与起起始始天天文文子子午午面面之之间间的的两两面面角角，天天文文纬纬度度：观观测测点点铅铅垂垂线线（重重力力线线）与与赤赤道道面面之间的夹角；之间的夹角；经经度度向向东东量量度度为为东东经经(正正)，向向西西量量度度为为西西经经(负负) ，其其值值各各为为0180；纬纬度度向向北

24、北量量度度为为北北纬纬(正正) ，向向南南量量度为度为南纬南纬(负负) ，其值各为，其值各为090。比如，比如，我国地处东半球，又处于北半球，所以我国地我国地处东半球，又处于北半球，所以我国地域内各点的地理坐标都是东经和北纬。如北京某地点域内各点的地理坐标都是东经和北纬。如北京某地点的地理坐标为东经的地理坐标为东经11628，北纬，北纬3954。31土地信息系统LISu空间大地直角坐标系空间大地直角坐标系l以椭球中心以椭球中心O为笛卡尔坐标系原点，为笛卡尔坐标系原点，OZ轴与轴与椭球的旋转轴一致，椭球的旋转轴一致，OX轴位于起始子午面和轴位于起始子午面和赤道面的交线赤道面的交线上，在赤道方上，

25、在赤道方向上与向上与X轴正交轴正交的方向为的方向为Y轴，轴，OXYZ构成构成右右手坐标系手坐标系。图图2-3 空间大地直角坐标系空间大地直角坐标系32土地信息系统LIS 运用地图投影的方法，建立地球表面运用地图投影的方法，建立地球表面和平面上点的函数关系，使地球表面上和平面上点的函数关系，使地球表面上任意一个由地理坐标确定的点，在平面任意一个由地理坐标确定的点，在平面上必有一个与其相对应的点，平面上任上必有一个与其相对应的点，平面上任一点的位置可以用一点的位置可以用极坐标极坐标或或直角坐标直角坐标表表示。我国目前采用示。我国目前采用高斯高斯-克吕格投影克吕格投影来建来建立地球表面和平面上点的函

26、数关系。立地球表面和平面上点的函数关系。u平面直角坐标系平面直角坐标系oXY33土地信息系统LIS 空间点的高程是以大地水准面为基准建立的，大地空间点的高程是以大地水准面为基准建立的，大地水准面又由地球重力场决定。由于地球重力场的复杂水准面又由地球重力场决定。由于地球重力场的复杂性，大地水准面不能惟一确定，各国或地区均是选择性，大地水准面不能惟一确定，各国或地区均是选择一个平均水平面来代替它，以建立高程基准。一个平均水平面来代替它，以建立高程基准。 我国有我国有1956年黄海高程系年黄海高程系和和1985年国家高程基准年国家高程基准。转换关系为转换关系为：H85=H56-0.029 ，式中式中

27、 : H85、H56一一一一新旧高程基准原点的正常高程新旧高程基准原点的正常高程。 在建立在建立LIS时，若采用不同高程基准的地形图或工程时，若采用不同高程基准的地形图或工程图做基础数据时，应将高程基准全部统一到图做基础数据时，应将高程基准全部统一到1985年国年国家高程基准。家高程基准。u高程参考系统高程参考系统34土地信息系统LISu GISGIS中常用的坐标系是与地图测绘密切相关中常用的坐标系是与地图测绘密切相关的的地理坐标系和平面直角坐标系。35土地信息系统LIS1、空间实体及类型、空间实体及类型空间实体：空间实体： 指具有形状、属性和时序特征的空间对象，它是对存在于自然世界中地理实体

28、的抽象。空间实体类型空间实体类型 任何地理实体都可以抽象为点、线、面、体等基本类型，以表示它的位置、形状、大小、高低等特征。一、空间实体及一、空间实体及表达表达2.3 地理空间及其表达36以地图为例，来了解空间实体的抽象及表达以地图为例，来了解空间实体的抽象及表达点实体点实体2.3 地理空间及其表达v有位置，无宽度和长度；v抽象的点美国佛罗里达洲地震监测站2002年9月该洲可能的500个地震位置37线实体线实体2.3 地理空间及其表达v有长度，但无宽度和高度；v用来描述线状实体，通常在网络分析中使用较多香港城市道路网分布香港城市道路网分布38面实体面实体2.3 地理空间及其表达v具有长和宽的目

29、标，有连续面和不连续面；v通常用来表示自然或人工的封闭多边形中国土地利用分布图（不连续面）39面实体（续）面实体（续）2.3 地理空间及其表达不连续变化曲面，如土壤、森林、土地利用等，属性变化发生在边界上，面的内部是同质的。连续变化曲面，如地形起伏，整个曲面在空间上曲率变化连续。不连续变化曲面连续变化曲面40体体2.3 地理空间及其表达v有长、宽、高的目标；v通常用来表示人工或自然的三维目标，如建筑、矿体等三维目标41u矢量表达矢量表达 在矢量数据结构中，地理实体的形状和位置是由一组坐标对所确定。矢量数据结构对地理实体的描述类似于地图对地理信息的描述，一般也把地理实体分为点、线、面、体等四种，

30、每种实体有不同的编码方法。 u栅格表达栅格表达 在栅格数据结构中，整个地理空间被规则地分为一个个小块（通常为正方形），地理实体的位置是由占据小块的横排与竖列的位置决定，小块的位置则由其横排竖列的数码决定，每个地理实体的形态是由栅格或网格中的一组点来构成。这种数据结构和遥感图象的数据相同，因而数字遥感图象就是栅格数据结构。2、空间实体的表达（空间实体的表达（计算机计算机）2.3 地理空间及其表达42（1）空间实体的矢量表达）空间实体的矢量表达矢量维数实体类型空间表达描述代表地物零维点实数对（x ，y）一个数据点，具有一对(x，y)坐标和至少一个属性，逻辑上不能再分。水井、污染源等。一维线：弧、链

31、一组离散化的实数点对具有相同属性的点的轨迹，由坐标对序列表示，坐标对的顺序与线的形状有关，线上每个点有不多于二个的邻点。道路、公共设施网等。二维面：多边形一组闭合弧段所包围的空间区域所有具有相同属性点的轨迹，以(x，y)坐标队的集合表示，坐标队的排列顺序不影响面的形态、其内部点可以有多于三个的邻点，面内点具有相同属性。土壤、植被、岩石分类区、行政区划等。三维体由一组或多组闭合曲面所包围的空间对象地形，温度2.3 地理空间及其表达43矢量表达法示意（矢量表达法示意（点、线、面点、线、面）2.3 地理空间及其表达点：位置（x，y） 属性：符号线：位置(x1 ，y1 ), (x2 ，y2 ) ， ，

32、 (xn ， yn ) 属性：符号，形状、颜色、尺寸面：位置(x1 ， y1 ), (x2 ，y2 ) ， ， (xn ， yn ) 属性：符号变化，等值线44矢量表达法示意（矢量表达法示意（ 体：体：TIN ）把一表面表示成一系列相连接的三角形，这些三角形在一组结点(Nodes)之中，按照一定规则连接相邻结点形成的边(Edges)组成的。结点可以位于任何地方,但是结点布置得好坏,直接影响到连续面模型的精度，好的结点应位于表面形状发生显著变化的地方。三角形不规则网的表达2.3 地理空间及其表达45TINTIN表达示意表达示意2.3 地理空间及其表达46（2 2）栅格表达法）栅格表达法点：具有一

33、定数值的删格单元线：表现为按线特征相连接的一组单元面：表现为按二维形状特征相连接的一组单元+(a) 点的栅格表达(b) 线的栅格表达(c) 面的栅格表达栅格表示法的精度：依赖于每个栅格单元所实际代表的地面区域的大小，栅格代表的区域越小，精度越高。每个栅格单元的数值实际上代表的中心值。2.3 地理空间及其表达47矢量表达和栅格表达矢量表达和栅格表达2.3 地理空间及其表达湖泊河道居民地流路48下面以一幅交通图为例，来了解空间数据都有哪些特征?一、空间数据基本特征一、空间数据基本特征2.4 地理空间数据及特征v定位信息：定位信息：C1、C2、C3三条道路在不同的空间位置。v关联关系：关联关系：主干

34、道与次干道在结点N2处相联接，主干道的结点N1和N2相邻接，结点N2分别与三条路段C1、C2和C3相关联等，这些统称为拓扑关系拓扑关系；C3在C6的左边，称为方位关系方位关系；道路有一定的长度，称为度量关系度量关系。v属性信息：属性信息：道路分别具有不同的等级v时间特征：时间特征：随着时间的推移，道路还将发生变化。 492.4 地理空间数据及特征指地理实体的空间位置及相互关系：空间位置特征：实体在一定的坐标参考系中的空间位置，通常用地理坐标系、平面直角坐标系来表示。空间关系特征：实体之间存在的一些具有空间特性的关系。如：拓扑关系、方位关系、度量关系空空间间数数据据特特征征空间特征时间特征指实体

35、随时间而发生的相关变化。表示地理实体的名称、类型和数量等。属性特征502.4 地理空间数据及特征空空间间特特征征是是指指空空间间对对象象的的位位置置及及与与相相邻邻对对象象的空间关系或拓扑关系；的空间关系或拓扑关系；空间特征示意：空间特征示意：空间对象的位置及相邻对象的空间关系51二、空间实体的空间关系二、空间实体的空间关系2.4 地理空间数据及特征1 1、空间实体关系研究的意义、空间实体关系研究的意义铁路小镇铁路过小镇吗？线点河流小路小路穿过河流吗？线线河流小路河流在区域吗？线面522.4 地理空间数据及特征铁路区域有铁路吗？面线区域有邮局吗？面点 邮局 区域相临吗？面面因此，实体之间的关系

36、包括点、线、面等之间组合。因此，实体之间的关系包括点、线、面等之间组合。53面-面空间关系的形式化表达2 2、空间实体关系的形式化表示、空间实体关系的形式化表示2.4 地理空间数据及特征面-线空间关系的形式化表达54面-点空间关系的形式化表达线-点空间关系的形式化表达2.4 地理空间数据及特征在空间实体组合关系研究中，可以使用在空间实体组合关系研究中，可以使用“九交模型九交模型”来表示。来表示。55三、空间实体的三、空间实体的拓扑关系拓扑关系2.4 地理空间数据及特征1 1、拓扑概念、拓扑概念 拓扑学拓扑学是几何学的一个分支，它研究在拓扑变换下能够保持不变的几何属性拓扑属性。 拓扑学为空间关系

37、的研究提供了数学方法，它研究的不是几何体的面积、周长、边长，而是将几何体抽象成点、线、面等元素，再研究其间的关系。562.4 地理空间数据及特征拓扑变换示意拓扑变换示意 拓扑属性：拓扑属性： 在右图中，点、线和多边形之间的连接、相邻、包含等关系，无论图形如何变化，都不会改变，即不受投影关系、比例尺而变化。非拓扑属性：非拓扑属性： 随着图形的变化，线的长度、面积等将发生变化。57结点（Node）：弧段的交点，N1 N4弧段（Arc）：相邻两结点之间的坐标链， C1 C7多边形（Polygon）：由弧段组成的封闭区。 P1 P42.4 地理空间数据及特征2 2、拓扑学中的基本元素、拓扑学中的基本元

38、素3 3、基本元素之间可能的、基本元素之间可能的6 6种关系：种关系： 点 点 线 线 点 线 线 面 点 面 面 面 关系的性质为:关联、相邻、包含、相交、相离、相重等关系。P1P2P3P4N1N2N3N4C1C2C3C4C5C658 拓扑关系是研究空间实体关系的数学方法，它主要包括拓扑邻接、拓扑关联及拓扑包含。2.4 地理空间数据及特征4 4、空间实体的三种拓扑关系、空间实体的三种拓扑关系59 如图所示，P2多边形和P3多边形分别在弧段C4的左边和右边，因此，多边形P2和多边形P3具有邻接性。2.4 地理空间数据及特征P1P2P3P4N1N2N3N4C1C2C3C4C5C6C7弧段左多边形

39、右多边形C5P3P1C4P3P2C6P2P1.多边形邻接(1) (1) 拓扑邻接性拓扑邻接性 指存在于空间图形的同类元素之间的拓扑关系，如结点与结点之间的邻接关系，多边形与多边形的邻接关系。60结点与弧段的关联性第二节第二节 地理空间数据及特征地理空间数据及特征 （2 2）拓扑关联性）拓扑关联性 指存在于空间图形的不同类元素之间的拓扑关系，如结点与弧段，多边形与弧段等。结点弧段N1C C1 1，C C3, 3, C C6 6N2C C1 1，C C2, 2, C C3 3N3C C2 2，C C3, 3, C C4 4.多边形与弧段关联性多边形弧段P1C C1 1，C C5, 5, C C6

40、6P2C C4 4，C C3, 3, C C6 6P3C C2 2，C C5, 5, C C4 4 .P1P2P3P4N1N2N3N4C1C2C3C4C5C6C761 (3)(3)拓扑包含性拓扑包含性 指存在于空间图形的同类，但不同级的元素之间的拓扑关系，如多边形的岛。2.4 地理空间数据及特征P1P2P3P4N1N2N3N4C1C2C3C4C5C6C7 包含关系分简单包含，多层包含和等价包含三种形式。例如：多边形P3简单包含P462（1 1）根据拓扑关系，不需要利用坐标或距离，可以确定一种地理实体根据拓扑关系，不需要利用坐标或距离，可以确定一种地理实体相对于另一种地理实体的空间位置关系。相对

41、于另一种地理实体的空间位置关系。 因为拓扑数据已经清楚地反映出地理实体之间的逻辑结构关系，而且这种拓扑数据较之几何数据有更大的稳定性，即它不随地图投影而变化。（2 2）利用拓扑数据有利于空间要素的查询。利用拓扑数据有利于空间要素的查询。 例如应答像某区域与哪些区域邻接；某条河流能为哪些政区的居民提供水源；与某一湖泊邻接的土地利用类型有哪些；特别是野生生物学家可能想确定一块与湖泊相邻的土地覆盖区，用于对生物栖息环境作出评价等等，都需要利用拓扑数据。（3 3）可以利用拓扑数据作为工具，重建地理实体。可以利用拓扑数据作为工具，重建地理实体。 例如建立封闭多边形、实现道路的选取、进行最佳路径的计算等。

42、2.4 地理空间数据及特征3 3、拓扑空间关系研究意义、拓扑空间关系研究意义63小结：空间数据的拓扑关系在GIS中，凡具有网状结构特征的地理要素，都存在节点、弧段和多边形之间的拓扑关系。拓扑定义拓扑定义： 指指图形保持连续状态下变形图形保持连续状态下变形，但图形关系不变的性，但图形关系不变的性质。质。 将橡皮任意拉伸，压缩，但不能扭转或折叠。将橡皮任意拉伸，压缩，但不能扭转或折叠。 拓扑变换拓扑变换（橡皮变换）（橡皮变换）64 拓扑变换拓扑变换（橡皮变换）（橡皮变换） 非拓扑属性（几何）非拓扑属性（几何）非拓扑属性（几何）非拓扑属性（几何）拓扑属性（没发生变化的属性）拓扑属性（没发生变化的属性

43、）拓扑属性（没发生变化的属性）拓扑属性（没发生变化的属性）两点间距离两点间距离两点间距离两点间距离一点指向另一点的方一点指向另一点的方一点指向另一点的方一点指向另一点的方向向向向弧段长度、区域周长、弧段长度、区域周长、弧段长度、区域周长、弧段长度、区域周长、面积面积面积面积 等等等等一个点在一条弧段的端点一个点在一条弧段的端点一个点在一条弧段的端点一个点在一条弧段的端点 一条弧是一简单弧段（自身不相交）一条弧是一简单弧段（自身不相交）一条弧是一简单弧段（自身不相交）一条弧是一简单弧段（自身不相交） 一个点在一个区域的边界上一个点在一个区域的边界上一个点在一个区域的边界上一个点在一个区域的边界上

44、一个点在一个区域的内部一个点在一个区域的内部一个点在一个区域的内部一个点在一个区域的内部/ /外部外部外部外部一个点在一个环的内一个点在一个环的内一个点在一个环的内一个点在一个环的内/ /外部外部外部外部一个面是一个简单面一个面是一个简单面一个面是一个简单面一个面是一个简单面一个面的连通性一个面的连通性一个面的连通性一个面的连通性 面内任两点从一点面内任两点从一点面内任两点从一点面内任两点从一点可在面的内部走向另一点可在面的内部走向另一点可在面的内部走向另一点可在面的内部走向另一点65矢量结构栅格结构。2.5 空间数据结构的类型66vv矢量结构矢量结构用点、线、面表现地理实体，其空间位置由用点

45、、线、面表现地理实体，其空间位置由所在的坐标参考系中的坐标定义。所在的坐标参考系中的坐标定义。三类地物：点面线67栅格结构栅格结构空间被规则地划分为栅格（通常为正方形）空间被规则地划分为栅格（通常为正方形）；地理实体的位置用它们占据的栅格行、；地理实体的位置用它们占据的栅格行、列号来定义；栅格的值代表该位置的属性列号来定义；栅格的值代表该位置的属性值；栅格的大小代表空间分解能力。值；栅格的大小代表空间分解能力。68692.5 空间数据结构的类型（一）矢量数据结构（一）矢量数据结构矢量矢量数据数据结构的结构的含义含义： 矢量数据结构是一种常见的图形数据结构，它用一系列有序的x、y坐标对表示地理实

46、体的空间位置。矢量数据结构的类型矢量数据结构的类型： 按其是否明确表示各地理实体的空间相互关系可分为无简单数据结构简单数据结构和拓扑拓扑数据结构数据结构两大类。702.5 空间数据结构的类型1 1、简单数据结构、简单数据结构 简单数据结构实质上是面向实体实体的一种数据组装和编码方法。在简单数据结构简单数据结构中，空间数据以基本的空间对象（点、线或多边形）为单元进行单独组织，不含有拓扑关系数据，最典型的是面条（spaghetti）数据结构。无拓扑数据结构的概念示意71点表（ Spaghetti ）2.5 空间数据结构的类型A 点实体结构：点实体结构：唯一的标识码ID号空间位置(X，Y）非空间属性

47、(A1，A2，An)线表（ Spaghetti ）B 线实体结构：线实体结构：唯一的标识码ID号中间点数非空间属性72与线表非常相似，但它的最后一个结点坐标值与第一个结点坐标值相同。如左表中，第1号多边形的(x1，y1) (x5，y5)。对于多边形中的“岛”，处理方法是在每个多边形头记录中增加一条“岛”的属性来表示优先级，低优先级的多边形先绘置先充填，高优先级的多边形后绘置，这样岛多边形就覆盖了原先的多边形。多边形表（ Spaghetti ）2.5 空间数据结构的类型C C多边形实体结构多边形实体结构73简单简单数据数据结构的主要特点结构的主要特点2.5 空间数据结构的类型（1 1）数据按点、

48、线或多边行为单元进行组织，数据编排直观，数字化操作简单。（2 2）每个多边形都以闭合线段存储，多边形的公共边界被数字化两次和存储两次，造成数据冗余和不一致。（3 3）点、线和多边形有各自的坐标数据，但没有拓扑数据，互相之间不关联。（4 4）岛只作为一个单个图形，没有与外界多边形的联系。实例图742.5 空间数据结构的类型矢量结构图形基本元素多边形：P1,P2p42 2、拓扑数据结构、拓扑数据结构结点：N1,N2N6弧段：C1,C2C10岛：P5在拓扑数据结构中图形的基本元素包括：752.5 空间数据结构的类型拓扑数据结构描述拓扑数据结构描述在拓扑数据结构中，点是相互独立的，点连成线，线构成面。

49、v每条线开始于起始结点，止于终止结点，并与左右多边形相邻接；v多边形是由弧段连接而成的。由一条弧段组成的多边形称为岛。不包含岛的多边形称为简单多边形，表示单连通区域。含岛的多边形称为复合多边形，表示复连通区域。76弧段号 起结点 终结点左多边形右多边形C1C2C3C4C5C6C7C8C9C10N1N3N1N1N2N4N5N4N7N3N2N2N3N4N5N5N6N6N7N6P2P1P1P2P3P3P4P4P1P4P2P4P2P4P3P5表2 弧段拓扑文件2.5 空间数据结构的类型结点号坐标N1N2N3N4N5N6N7C1 , C3 , C4C1 , C2 , C5C2 , C3 , C10C4

50、, C6 , C8C4 , C7 , C5C7 , C8 , C10C9表3 结点拓扑文件多边形号 弧段号P1C1,C2,C3P2C1,C5,C6,C4p3C6,C7,C8p4C2,C5,C7,C10p5C9表1 多边形拓扑文件文文件件结结构构 123456789101211131416171518192021222324252627282930313277结点文件：结点文件：唯一标识码，关联的弧段码，坐标点（坐标点（x,yx,y）；弧段文件：弧段文件：唯一标识码，起始结点，终止结点，左多边形，右多边形，指向中间点坐标的指针；多边形文件：多边形文件：唯一标识码，组成多边形的弧段号弧段坐标：弧段

51、坐标：唯一弧段标识码，组成弧段的坐标串；2.5 空间数据结构的类型拓扑数据结构的数据文件一般拓扑数据结构的数据文件一般包含四个文件78优点：优点：一个多边形与另一个多边形之间没有空间坐标的重复，这样就消除了重复线；拓扑信息与空间坐标分别存储，有利于包含、连接、相邻等查询操作。缺点：缺点：拓扑表在一开始时就要创建，需要时间；一些简单的操作，如图形显示等比较慢，因为图形显示需要的是空间坐标而非拓扑结构。2.5 空间数据结构的类型拓扑数据结构特点拓扑数据结构特点79矢量数据结构：特点l用离散的点描述空间对象与特征，定位明显，属性隐含l用拓扑关系描述空间对象之间的关系l面向目标操作，精度高，数据冗余度

52、小l输出图形质量好，精度高l与遥感等图象数据难以结合80栅格数据结构含义栅格数据结构含义 栅格数据结构将空间分割成有规则的网格，在各个网格上给出相应的属性值来表示地理实体。（二）栅格数据结构（二）栅格数据结构2.5 空间数据结构的类型栅格结构中空间实体的表示栅格结构中空间实体的表示点：由一个单元网格表示，其数值与近邻网格值明显不同。线段：由一串有序的相互连接的单元网格表示，各个网格的值比较一致，但与邻域的值差异较大。多边形：由聚集在一起的相互连接的单元网格组成，区域内部的网格值相同或差异较小，但与邻域网格的值差异较大。8182土地信息系统LIS栅格数据模型 83栅格数据的特点：用离散的量化栅格

53、值表示空间实体；属性明确，位置隐含；栅格边长栅格边长决定了栅格数据的精度；数据结构简单，易与遥感结合；多层数据叠合操作简单；图形质量低且数据量巨大；难以建立地物间的拓扑关系，网络分析比较困难。84(a)中a点与c点之间的距离是5个单位，但在 (b)中，ac之间的距离可能是7，也可能是4，取决于算法。如以像元边线计算则为7，以像元为单金大会则为4。同样， (a)中三角形的面积为6个平方单位，而 (b)中则为7个平方单位，这种误差随像元的增大而增加。 85 1 H = (min Ai )1/2 2栅格数据的精度栅格数据的精度 在栅格数据结构中，网格通常是正方形，有时也采用矩形、等边三角形和六边形等

54、，网格边长决定了栅格数据的精度。合理的格网尺寸：合理的格网尺寸： 为研究区最小图班的1/2长。*2.5 空间数据结构的类型86土地信息系统LIS栅格数据获取方式目读法从扫描仪获取数据；从摄象机获取数据；从遥感获取数据；从矢量数据转换为栅格数据。87土地信息系统LIS栅格取值原则 栅格是均质（只能取一个值）、最小的单元；但实际上，一个栅格可能对应与实体中几个不同的属性。88vv中心点法：中心点法：用处于栅格中心处的地物类型或现象特性决定栅格代码 （C）；vv面积占优法：面积占优法：以占矩形区域面积最大的地物类型或现象特性决定栅格单元的代码 （B）vv长度占优法：长度占优法：通过栅格中心画一横线，

55、用横线所占最长部分的属性作为本栅格元素的代码（C）；vv重要性法：重要性法：根据栅格内不同地物的重要性，选取最重要的地物类型决定相应的栅格单元代码 89栅格数据层在栅格数据结构中，栅格是最小单位，每个格每个格网只能取值一次网只能取值一次。同一研究区域，需要表达多种地理要素属性多种地理要素属性时，需要把每一种属性放在单一平面格网上，用多个栅格平面表示该区域的多种地理属性。90矢量、栅格数据结构的比较矢量数据优点优点：表示地理数据的精度较高表示地理数据的精度较高严密的数据结构，数据量小严密的数据结构，数据量小完整的描述空间关系完整的描述空间关系图形输出精确美观图形输出精确美观图形数据和属性数据的恢

56、复、更新、图形数据和属性数据的恢复、更新、综合都能实现综合都能实现面向目标，不仅能表达属性，而且面向目标，不仅能表达属性，而且能方便的记录每个目标的具体属性能方便的记录每个目标的具体属性信息信息缺点：缺点：数据结构复杂数据结构复杂矢量叠置较为复杂矢量叠置较为复杂数学模拟比较困难数学模拟比较困难技术复杂，特别是软硬件技术复杂，特别是软硬件栅格数据优点优点：数据结构简单数据结构简单空间数据的叠置和组合方便空间数据的叠置和组合方便各类空间分析很易于进行各类空间分析很易于进行数学模拟方便数学模拟方便缺点：缺点：图形数据量大图形数据量大用大像元减少数据量时，精度和信用大像元减少数据量时，精度和信息量受损息量受损地图输出不美观地图输出不美观难以建立网络连接关系难以建立网络连接关系投影变换比较费时投影变换比较费时91