第二章第二章 空间信息基础空间信息基础F常规的地理空间信息描述法F地理信息数字化描述法F空间数据的类型和关系F元数据 §§1 1 常规的地理空间信息描述法常规的地理空间信息描述法q地球模型q坐标系统q地图投影q地图比例尺q空间实体的地图表达 1.1 1.1 地球模型地球模型地球表面水准面大地水准面旋转椭球面 （1）地球的自然表面 —— 为了了解地球的形状，让我们由远及近地观察一下地球的自然表面 浩瀚宇宙之中: 地球是一个表面光滑、蓝色美丽的正球体 机舱窗口俯视大地机舱窗口俯视大地 : : 地表是一个有些微起伏、极其复杂的表面—— 珠穆朗玛峰与太平洋的马里亚纳海沟之间高差近20km 事实是： 地球不是一个正球体，而是一个极半径略短、赤道半径略长，北极略突出、南极略扁平，近于梨形的椭球体 梨形其实是夸张的，南北半球的极半径之差仅有几十梨形其实是夸张的，南北半球的极半径之差仅有几十米，与地表的起伏程度，或极半径与赤道半径之差的米，与地表的起伏程度，或极半径与赤道半径之差的20Km左右相比，十分微小左右相比，十分微小 （（2）大地水准面（地球的物理表面））大地水准面（地球的物理表面）当海洋静止时，自由水面与地表面上各点的重力方向（铅垂线）成正交，这个面叫水准面。
在众多的水准面中，有一个与静止的平均海水面相重合，并假想其穿过大陆、岛屿形成一个闭合曲面，这就是大地水准面它实际是一个起伏不平的重力等位面——地球物理表面它所包围的形体称为大地体 大地水准面的意义1. 大地体是对对地球形体的一级逼近：对地球形状的很好近似，其面上高出与面下缺少的相当2. 起伏波动在制图学中可忽略： 对大地测量和地球物理学有研究价值，但在制图业务中，均把地球当作正球体3. 重力等位面： 可使用仪器测得海拔高程（某点到大地水准面的高度） （3） 地球椭球体模型（数学表面） 在测量和制图中就用旋转椭球体来代替大地球体，这个旋转椭球体通常称为 地球椭球体，简称 椭球体 它是一个规则的数学表面，所以人们视其为 地球体的数学表面，也是对地球形体的二级逼近，用于测量计算的基准面 椭球体 三要素: 长轴 a（赤道半径）、短轴 b（极半径）和椭球的扁率 fEquatorial AxisPolar AxisNorth PoleSouth PoleEquatorabWGS [world geodetic system] 84 ellipsoid:a = 6 378 137mb = 6 356 752.3mequatorial diameter = 12 756.3kmpolar diameter = 12 713.5kmequatorial circumference = 40 075.1kmsurface area = 510 064 500km2 a - b 6378137 - 6356752.3f = —— = —————————— a 6378137 1— = 298.257 f对 a，b，f 的具体测定就是近代大地测量的一项重要工作。
由于国际上在推求年代、方法及测定的地区不同，故地球椭球体的元素值有很多种 中国1952年前采用海福特（Hayford）椭球体 ； 1953—1980年采用克拉索夫斯基椭球体（坐标原点是前苏联玻尔可夫天文台）； 自1980年开始采用 GRS 1975（国际大地测量与地球物理学联合会 IUGG 1975 推荐）新参考椭球体系，并确定陕西泾阳县永乐镇北洪流村为“1980西安坐标系”大地坐标的起算点陕西省泾阳县永乐镇北洪流村为 “1980西安西安坐标系坐标系” 大地坐标的起算点——大地原点大地原点 对地球形状 a，b，f 测定后，还必须确定大地水准面与椭球体面的相对关系，进而将观测成果换算到椭球体面上在地表适当位置选一点P，假设椭球体和大地体相切于P′，切点P′位于P点的铅垂线上，过椭球体面上P′的法线与该点对于大地水准面的铅垂线相重合，椭球体的形状和大小与大地球体很接近， 从而确定椭球体与大地球体的相互 关系即确定与局部地区大地水准 面符合最好的一个地球椭球体 —— 参考椭球体，这项工作就是参考椭 球体定位。
通过数学方法将地球椭球体摆到与大地水准面最贴近的位置上，并求出两者各点间的偏差，从数学上给出对地球形状的三级逼近4）数学模型 1.2 1.2 坐标系统坐标系统F要确定一个点的空间位置，实际上可以通过确定这个点在某基准面上的投影及该点沿基准线到该基准面的距离来进行 F测量外业工作采用的测量外业工作采用的 基准面：基准面： 基准线：基准线：F测量内业计算采用的测量内业计算采用的 基准面：基准面： 基准线：基准线：大地水准面 与基准面垂直的重力线（铅垂线）旋转椭球面与基准面垂直的法线 （1）地球坐标系与大地定位 地球表面上地球表面上的定位及精度问的定位及精度问题，是与人类的题，是与人类的生产活动、科学生产活动、科学研究及军事国防研究及军事国防等密切相关的重等密切相关的重大问题具体而大问题具体而言，就是言，就是球面坐标系统的建立 F坐标系包含两方面的内容：坐标系包含两方面的内容： ——一是在把大地水准面上的测量成果化算到椭球体一是在把大地水准面上的测量成果化算到椭球体面上的计算工作中，所采用的椭球的大小；面上的计算工作中，所采用的椭球的大小； ——二是椭球体与大地水准面的相关位置不同，对同二是椭球体与大地水准面的相关位置不同，对同一点的地理坐标所计算的结果将有不同的值。
因此，一点的地理坐标所计算的结果将有不同的值因此，选定了一个一定大小的椭球体，并确定了它与大地水选定了一个一定大小的椭球体，并确定了它与大地水准面的相关位置，就确定了一个坐标系准面的相关位置，就确定了一个坐标系 F北极、南极F赤道平面、赤道F纬圈F子午圈F纬度F经度 地球除了绕太阳公转外，还绕着自己地球除了绕太阳公转外，还绕着自己的轴线旋转，地球自转轴线与地球椭球体的的轴线旋转，地球自转轴线与地球椭球体的短轴相重合，并与地面相交于两点，这两点短轴相重合，并与地面相交于两点，这两点就是地球的两极，北极和南极就是地球的两极，北极和南极 垂直于地轴，并通过地心的平面叫赤垂直于地轴，并通过地心的平面叫赤道平面，赤道平面与地球表面相交的大圆圈道平面，赤道平面与地球表面相交的大圆圈（交线）叫赤道交线）叫赤道 平行于赤道的各个圆圈叫纬圈（纬线）平行于赤道的各个圆圈叫纬圈（纬线）（（Parallel），显然赤道是最大的一个纬圈显然赤道是最大的一个纬圈 通过地轴垂直于赤道面的平面叫做经通过地轴垂直于赤道面的平面叫做经面或子午圈（面或子午圈（Meridian），所有的子午圈），所有的子午圈长度彼此都相等。
长度彼此都相等 设椭球面上有一点设椭球面上有一点P，通过，通过P点作椭球点作椭球面的垂线，称之为过面的垂线，称之为过P点的法线法线与赤点的法线法线与赤道面的交角，叫做道面的交角，叫做P点的地理纬度（简称纬点的地理纬度（简称纬度），通常以字母度），通常以字母φ表示 过过P点的子午面与通过英国格林点的子午面与通过英国格林尼治天文台的子午面所夹的二面角，尼治天文台的子午面所夹的二面角，叫做叫做P点的地理经度（简称经度），点的地理经度（简称经度），通常用字母通常用字母λ表示 （2）地理坐标系 ———— 用经纬度表示地面点位的球面坐标用经纬度表示地面点位的球面坐标 对地球椭球体而言，其围绕旋转的轴称为地轴，南对地球椭球体而言，其围绕旋转的轴称为地轴，南北端分别为北端分别为南北极南北极；过地心与地轴垂直的平面与椭球面；过地心与地轴垂直的平面与椭球面的交线是一个圆，为的交线是一个圆，为赤道赤道；过英国格林尼治天文台旧址；过英国格林尼治天文台旧址和地轴平面与椭球面的交线称为和地轴平面与椭球面的交线称为本初子午线本初子午线。
以地球的以地球的北极北极、、南极南极、、赤道赤道和和本初子午线本初子午线等作为基等作为基本要素，构成本要素，构成地球椭球面的地理坐标系统地球椭球面的地理坐标系统 在大地测量学中，对于地理坐标系统中的经纬度有在大地测量学中，对于地理坐标系统中的经纬度有以下三种描述：以下三种描述：① ① 天文经纬度天文经纬度 ② ② 大地经纬度大地经纬度 ③ ③ 地心经纬度地心经纬度 ①① 天文经纬度：表示地面点在大地水准面大地水准面上的位置，用天文经度和天文纬度表示天文经线经过参考椭球体的天文经线经过参考椭球体的重心重心，一般不与地轴共面，由于重力场不均匀分布，天文，一般不与地轴共面，由于重力场不均匀分布，天文经纬网为不规则曲线经纬网为不规则曲线 天文经度天文经度：观测点天顶子午面与格林尼治天顶子午面间的：观测点天顶子午面与格林尼治天顶子午面间的两面角，或视为一个天体在两面角，或视为一个天体在 上述两地的时角差在地球上述两地的时角差在地球 上定义为本初子午面与观测上定义为本初子午面与观测 点之间的两面角。
点之间的两面角 天文纬度天文纬度：： 在地球上定义为在地球上定义为 铅垂线与赤道平面间的夹角铅垂线与赤道平面间的夹角 ②② 大地经纬度：基于参考椭球体的几何中心来定义，表示地面点在参考椭球面参考椭球面上的位置，用大地经度l 、大地纬度 和大地高 h 表示 大地经度l ：指参考椭球面上某点的大地子午面与本初子午面间的两面角东经为正，西经为负 大地纬度 ：指参考椭球面上某点的垂直线（法线）与赤道平面的夹角北纬为正，南纬为负 ③③ 地心经纬度：即以地球椭球体质量中心为基点，地心经度同大地经度l ，地心纬度是指参考椭球面参考椭球面上某点和椭球中心连线与赤道面之间的夹角y 在大地测量学中，常以天文经纬度定义地理坐标 在地图学中，以大地经纬度定义地理坐标 在地理学研究及地图学的小比例尺制图中，通常将椭球体当成正球体看，采用地心经纬度 （（3）平面坐标系）平面坐标系 椭球面上的点通过地图投影的方法投影到（地图）椭球面上的点通过地图投影的方法投影到（地图）平面上时，通常采用平面坐标系：平面上时，通常采用平面坐标系：F平面直角坐标系平面直角坐标系：用直角坐标原理确定点位。
在测量中：用直角坐标原理确定点位在测量中所使用的直角坐标系与数学中的有所不同，即所使用的直角坐标系与数学中的有所不同，即X轴、轴、Y轴互换位置，便于角度按顺时针方向计量轴互换位置，便于角度按顺时针方向计量F极坐标系极坐标系：用某点到极点的距离和方向（矢量角）表示：用某点到极点的距离和方向（矢量角）表示点位，主要用于地图投影理论研究点位，主要用于地图投影理论研究 在实际测绘中，多采用平面直角坐标系建立地图的在实际测绘中，多采用平面直角坐标系建立地图的数学基础数学基础 直接建立在椭球面上的大地地理坐标，用经度和纬度表达地理对象位置建立在平面上的直角坐标系统，用（x，y）表达地理对象位置地图投影 为什么要进行投影？为什么要进行投影？ll地理坐标为球面坐标，不方便进行距离、方地理坐标为球面坐标，不方便进行距离、方位、面积等参数的量算位、面积等参数的量算ll地图为平面，符合视觉心理，并易于进行距地图为平面，符合视觉心理，并易于进行距离、方位、面积等量算和各种空间分析离、方位、面积等量算和各种空间分析 为什么要进行投影？为什么要进行投影？ll从几何意义上说，地球椭球面是一个不可展从几何意义上说，地球椭球面是一个不可展曲面，不可能用物理的方法展成平面，因此，曲面，不可能用物理的方法展成平面，因此，在地图制图时首先要考虑把曲面转化为平面。
在地图制图时首先要考虑把曲面转化为平面这样势必使曲面产生破裂、褶皱、拉伸或断这样势必使曲面产生破裂、褶皱、拉伸或断裂等无规律变形，因此不适合绘制科学、准裂等无规律变形，因此不适合绘制科学、准确的地图，因此必须采用特殊的方法实现球确的地图，因此必须采用特殊的方法实现球面到平面的科学转化面到平面的科学转化 1.3 1.3 地图投影地图投影0定义0投影变形0投影分类0GIS中的地图投影0我国常用的投影方法 地图投影的概念地图投影的概念F按照一定的数学法则，将地球椭球面上的经纬网转换按照一定的数学法则，将地球椭球面上的经纬网转换到平面上，使地面点位的地理坐标（到平面上，使地面点位的地理坐标（φ，，λ）与地图上）与地图上相对应的点位的平面直角坐标（相对应的点位的平面直角坐标（x，，y）或平面极坐标）或平面极坐标（（δ，，ρ）间，建立一一对应的函数关系即：）间，建立一一对应的函数关系即： x＝＝f1（（ φ，，λ ）） y＝＝f2（（ φ，，λ ））当给定不同的具体条件时，将得到不同类型的投影方式 投影变形F地球椭球体为不可展曲面将不可展的地球椭球面展开成平面，并且不能有断裂和重叠，则图形必将在某些地方被拉伸，某些地方被压缩，故投影变形是不可避免的。
把地图上和地球把地图上和地球仪上的经纬线网进行仪上的经纬线网进行比较，可以发现变形比较，可以发现变形 表现在表现在长度长度、、面积面积和和角度角度三三个方面 a b c 正轴等角圆柱投影 伪圆柱投影 多圆锥投影F角度角度 图图b、、c只有中央经线和各纬线相交成直角，其余经只有中央经线和各纬线相交成直角，其余经纬线互不正交，而在地球仪上经线和纬线处处都呈直角纬线互不正交，而在地球仪上经线和纬线处处都呈直角相交，相交，表明地图上有角度变形表明地图上有角度变形 F面积面积 地球仪地球仪上经纬网格的面积具有以下上经纬网格的面积具有以下特点特点：在同一：在同一经度带内，纬度越高，网格面积越小经度带内，纬度越高，网格面积越小。
地图地图上根据投影不同而不同：图上根据投影不同而不同：图b、、c同一纬度带同一纬度带内，经差相同的网格面积不等内，经差相同的网格面积不等 结论：结论：由于地图上经纬线网格面积与地球仪上的由于地图上经纬线网格面积与地球仪上的球面网格面积的特点不同，在地图上经纬线网格面积球面网格面积的特点不同，在地图上经纬线网格面积并不是按照同一比例缩小的，面积比例随经度的变化并不是按照同一比例缩小的，面积比例随经度的变化而变化，而变化，表明地图上具有面积变形表明地图上具有面积变形，且面积变形的情，且面积变形的情况因投影而异，在同一投影上，面积变形又因地点的况因投影而异，在同一投影上，面积变形又因地点的不同而异不同而异 F长度长度 地球仪上经纬线的长度具有以下特点：地球仪上经纬线的长度具有以下特点：纬线长度不等，纬线长度不等，赤道最长，纬度越高纬线越短，极地为零；同一纬线经差赤道最长，纬度越高纬线越短，极地为零；同一纬线经差相同的纬线弧长相等；所有经线长度相等，同一经线上，相同的纬线弧长相等；所有经线长度相等，同一经线上，纬差相同的经线弧长相等。
纬差相同的经线弧长相等 图图a各纬线长度相等，并不是按照同一比例缩小的各纬线长度相等，并不是按照同一比例缩小的 图图c同一纬线上经差相同的纬线弧长不等，从中央向两同一纬线上经差相同的纬线弧长不等，从中央向两边逐渐缩小各条经线长度不等，中央的一条最短，向两边逐渐缩小各条经线长度不等，中央的一条最短，向两边逐渐增大边逐渐增大 结论：结论：地图上的经纬线长度并非都是按照同一比例缩地图上的经纬线长度并非都是按照同一比例缩小的，小的，表明地图上具有长度变形表明地图上具有长度变形，且长度变形因投影而异，，且长度变形因投影而异，在同一投影上，长度变形又因地点不同而异在同一投影上，长度变形又因地点不同而异 因此，总结因此，总结投影变形投影变形的概念：的概念： 地图投影变形地图投影变形指的是球面转换成平指的是球面转换成平面后，地图上所产生的长度、角度和面面后，地图上所产生的长度、角度和面积的变形积的变形 投影分类FF变形分类：变形分类： 等角（正形）投影：投影前后角度不变等角（正形）投影：投影前后角度不变 等面积投影：投影前后面积不变；等面积投影：投影前后面积不变； 任意投影：角度、面积、长度均变形任意投影：角度、面积、长度均变形FF投影面：投影面： 椭圆柱投影：投影面为椭圆柱椭圆柱投影：投影面为椭圆柱 圆锥投影：投影面为圆锥圆锥投影：投影面为圆锥 方位投影：投影面为平面方位投影：投影面为平面FF投影面位置：投影面位置： 正轴投影：投影面中心轴与地轴相互重合正轴投影：投影面中心轴与地轴相互重合 斜轴投影：投影面中心轴与地轴斜向相交斜轴投影：投影面中心轴与地轴斜向相交 横轴投影：投影面中心轴与地轴相互垂直横轴投影：投影面中心轴与地轴相互垂直 相切投影：投影面与椭球体相切相切投影：投影面与椭球体相切 相割投影：投影面与椭球体相割相割投影：投影面与椭球体相割 GIS中的地图投影FGIS主要以地图方式显示地理信息，而地图是平面，地理信息则在地球椭球上，因此地图投影在GIS中不可缺少。
FGIS数据库中地理数据以地理坐标存储时，则以地图为数据源的空间数据必须通过投影变换转换成地理坐标；而输出或显示时，则要将地理坐标表示的空间数据通过投影变换变换成指定投影的平面坐标FGIS中地理数据的显示可根据用户的需要而指定投影方式，但当所显示的地图与国家基本地图系列的比例尺一致时，一般采用国家基本系列地图所用的投影 我国常用地图投影F1:100万：兰勃投影（正轴等积割圆锥投影）F大部分分省图、大多数同级比例尺也采用兰勃投影F1:50万、1:25万、1:10万、1:5万、1:2.5万、1:1万、1:5000采用高斯—克吕格投影 以椭圆柱为投影面，使地球椭球体的某一经线与椭圆柱相切，然后按等角条件，将中央经线两侧各一定范围内的地区投影到椭圆柱面上，再将其展成平面而得由德国数学家、天文学家高斯及大地测量学家克吕格共同创建高斯-克吕格投影——等角横轴切椭圆柱投影 高斯-克吕格投影无角度变形无角度变形，，中央经线无长度变中央经线无长度变形形为保证精度，采用分带投影的方法： 经差 6°或 3°分带，长度变形 < 0.14% 高斯高斯高斯高斯- -克吕格直角坐标克吕格直角坐标克吕格直角坐标克吕格直角坐标yA = 245 863.7 myB = - 168 474.8 myA通 = 20 745 863.7 myB通 = 20 331 525.2 m 通用横轴墨卡托投影通用横轴墨卡托投影 —— UTM(Universal UTM(Universal Transverse Mercator) Transverse Mercator) 投影投影(1)(1)F以横轴椭圆柱面割地球于南纬80度、北纬84度两条等高圈，按等角条件，将中央经线两侧各一定范围内的地区投影到椭圆柱面上，再将其展成平面而得。
F此投影无角度变形，中央经线长度比为0.9996，距中央经线约±180km处的两条割线上无变形长度变形 < 0.04%F该投影将地球划分为60个投影带，每带经差为6度；从180度经线开始向东将这些投影带编号，从1编至60(北京处于第50带)UTM南半球投影除了将纵轴西移500公里外，横轴还南移10000公里F也可采用3°分带 通用横轴墨卡托投影通用横轴墨卡托投影 —— UTM(Universal UTM(Universal Transverse Mercator) Transverse Mercator) 投影投影(2)(2) 1.4 地图比例尺地图比例尺F地图比例尺的含义地图比例尺的含义F在传统的地图上所标明的缩小比率，都是指长度缩小在传统的地图上所标明的缩小比率，都是指长度缩小的比率F地图比例尺地图比例尺：地图上一直线段长度与地面相应直线水：地图上一直线段长度与地面相应直线水平平投影长度投影长度之比可表达为（之比可表达为（d为图上距离，为图上距离，D为实地为实地距离）距离）F由于地图投影的原因会导致地图上各处缩小比例的不由于地图投影的原因会导致地图上各处缩小比例的不一致性，故地图投影时应考虑地图比例尺的影响。
一致性，故地图投影时应考虑地图比例尺的影响F屏幕地图比例尺主要表明地图数据的精度屏幕地图比例尺主要表明地图数据的精度 地图比例尺的表示F数字式比例尺数字式比例尺 如如 1:10 000 1:10 000、、1:25 0001:25 000、、1:50 0001:50 000等，也可以写成等，也可以写成1/100001/10000、、1/250001/25000、、1/500001/50000等最好使用前者，简洁明等最好使用前者，简洁明了F文字式比例尺：文字式比例尺：图上距离与实地距离间关系的描述图上距离与实地距离间关系的描述 ————一万分之一、五万分之一、百万分之一一万分之一、五万分之一、百万分之一 ————图上图上1 1厘米等于实地厘米等于实地1 1千米千米 F图解式比例尺图解式比例尺 ————直线比例尺：直线比例尺：以直线线以直线线段形式标明图上线段长度所段形式标明图上线段长度所对应的地面距离投影变形对应的地面距离投影变形较小，可直接量测较小，可直接量测 ————斜分比例尺：斜分比例尺：微分比例微分比例尺，根据相似三角形原理制尺，根据相似三角形原理制成。
可以量取比例尺基本长成可以量取比例尺基本长度单位的百分之一，量测精度单位的百分之一，量测精度达到三位数（度达到三位数（10-3）） ————复式比例尺：复式比例尺：投影比例投影比例尺，根据地图主比例尺和地尺，根据地图主比例尺和地图投影长度变形规律设计图投影长度变形规律设计 F特殊比例尺特殊比例尺 ——变比例尺：变比例尺：制图主区分散且间隔距离较远，为了制图主区分散且间隔距离较远，为了突出主区和节省图面，将主区以外部分的距离按适当突出主区和节省图面，将主区以外部分的距离按适当比例相应压缩，主区不变或保密或政治上的目的，比例相应压缩，主区不变或保密或政治上的目的，人为改变比例尺人为改变比例尺 ——无级别比例尺：无级别比例尺：随数字制图出现的新形式比例尺，随数字制图出现的新形式比例尺，没有具体的表现形式数字地图没必要按照比例尺系没有具体的表现形式数字地图没必要按照比例尺系统搜集地图数据，可以任意缩放统搜集地图数据，可以任意缩放 比例尺的作用F比例尺决定着地图图形的大小比例尺决定着地图图形的大小 同一地区，比例尺越大，地图图形越大，反之，则小同一地区，比例尺越大，地图图形越大，反之，则小。
F比例尺反映地图的量测精度比例尺反映地图的量测精度 相同视力误差，比例尺越大，地图的量测精度越高相同视力误差，比例尺越大，地图的量测精度越高F比例尺决定着地图内容的详细程度比例尺决定着地图内容的详细程度 同一区域或同类型的地图，内容要素表示的详细程度和同一区域或同类型的地图，内容要素表示的详细程度和图形符号的大小取决于地图比例尺越大越详细，符号图形符号的大小取决于地图比例尺越大越详细，符号尺寸也大反之，地图内容越简单，符号越小尺寸也大反之，地图内容越简单，符号越小 1.5 1.5 空间实体的地图表达空间实体的地图表达F空间实体类型F点实体F线实体F面实体F体实体F空间实体的地图表达 比例尺比例尺：地图图形相对于地：地图图形相对于地面实体的缩小程度面实体的缩小程度地图投影地图投影：地球表面与地图：地球表面与地图平面之间的数学关系平面之间的数学关系坐标系统坐标系统：地图投影时采用：地图投影时采用的坐标系统的坐标系统拓扑比例关系拓扑比例关系：空间位置及：空间位置及比例关系比例关系包括包括图形符号图形符号、、文字注记文字注记、、数字数字等形式通过符号准等形式通过符号准确表达这些自然和社会经确表达这些自然和社会经济现象，把它们的地理位济现象，把它们的地理位置和范围、质量和数量特置和范围、质量和数量特征，时空分布规律与相互征，时空分布规律与相互关系，用概括与抽象的符关系，用概括与抽象的符号表示。
号表示载体载体包括：纸质地图、实包括：纸质地图、实体模型，屏幕影像、声像体模型，屏幕影像、声像地图，触觉地图，数字模地图，触觉地图，数字模型、数学模型型、数学模型地图的基本特性 ⑴ 地图必须遵循一定的数学法则数学法则 ⑵ 地图必须经过科学概括科学概括 ⑶ 地图具有完整的符号系统符号系统 ⑷ 地图是地理信息地理信息的的载体载体地图是在大量的地理信息地图是在大量的地理信息中，选取某些缩小的、需中，选取某些缩小的、需要的信息加以处理，经过要的信息加以处理，经过思维与加工形成的这种思维与加工形成的这种经过分类、简化、夸张和经过分类、简化、夸张和符号化，从地理信息形成符号化，从地理信息形成地图信息的过程就是地图地图信息的过程就是地图概括 地图是遵循一定的地图是遵循一定的数学法则数学法则，将客，将客体（一般指地球，也包括其他星体）上的体（一般指地球，也包括其他星体）上的地理信息地理信息，通过，通过科学的概括科学的概括，并运用，并运用符号符号系统系统表示在一定表示在一定载体载体上的图形，以传递它上的图形，以传递它们的们的数量和质量数量和质量在时间和空间上的在时间和空间上的分布规分布规律律和和发展变化发展变化。
—— 地图的定义 1.5.1 1.5.1 空间实体类型空间实体类型空间对象一般按地形维数按地形维数进行归类划分0点：零维0线：一维0面：二维0体：三维0空间对象的维数与比例尺相关 1.5.2 1.5.2 点实体点实体• 有位置，无宽度、长度和高度；有位置，无宽度、长度和高度；• 抽象的点抽象的点美国佛罗里达洲地震监测站美国佛罗里达洲地震监测站2002年年9月月该洲可能的该洲可能的500个地震位置个地震位置 Ø点状符号：点状符号：表达空间上一个点位的符号具有定位特征，为不依比例符号0维 1.5.3 1.5.3 线实体线实体• • 有长度，但无宽度和高度有长度，但无宽度和高度香港城市道路网分布香港城市道路网分布 Ø线状符号：线状符号：表达空间上沿某个方向延伸的线状或带状现象的符号具有定位特征，为半依比例符号1维 1.5.4 1.5.4 面实体面实体• 具有长和宽、但无高度的目标• 通常用来表示自然或人工的封闭多边形• 一般分为连续面和不连续面中国土地利用分布图（不连续面）中国土地利用分布图（不连续面） 面实体（续）面实体（续）连续变化曲面：如地形连续变化曲面：如地形起伏，整个曲面在空间起伏，整个曲面在空间上曲率变化连续。
上曲率变化连续不连续变化曲面，如土不连续变化曲面，如土壤、森林、草原、土地壤、森林、草原、土地利用等，属性变化发生利用等，属性变化发生在边界上，面的内部是在边界上，面的内部是同质的 Ø面状符号：面状符号：表达空间上具有连续二维分布的现象的符号具有定位特征，为依比例符号2维 1.5.5 1.5.5 体实体体实体•有长、宽、高的目标•通常用来表示人工或自然的三维目标，如建筑、矿体等三维目标香港理工大学校园建筑 Ø体积符号：体积符号：表达空间上具有三维特征的现象的符号具有定位特征，与比例尺相关3维 1.5.6 1.5.6 1.5.6 1.5.6 空间实体的地图表达空间实体的地图表达空间实体的地图表达空间实体的地图表达点：位置：（点：位置：（点：位置：（点：位置：（x x，，，，y y）））） 属性：符号属性：符号属性：符号属性：符号线：位置：线：位置：线：位置：线：位置： ( (x x1 1, ,y y1 1),(),(x x2 2, ,y y2 2), ),…………, , , ,( (x xn n, ,y yn n) ) 属性：符号属性：符号属性：符号属性：符号——形状、颜色、尺寸形状、颜色、尺寸形状、颜色、尺寸形状、颜色、尺寸面：面：面：面：位置：位置：位置：位置：( (x x1 1, ,y y1 1),(),(x x2 2, ,y y2 2), ),…………,( ,(x xi i, ,y yi i), ),…………,(,(,(,(x xn n,y ,yn n) ) ) )属性：符号变化属性：符号变化属性：符号变化属性：符号变化 等值线等值线等值线等值线 1.6 1.6 空间实体的遥感影像表达空间实体的遥感影像表达遥感传感器平台传感器 遥感的定义遥感的定义F广广义义定定义义：：遥远的感知，泛指一切无接触的远距离探测，包括对电磁场、力场、机械波（声波、地震波）等的探测。
自然现象中的遥感：蝙蝠、响尾蛇、人眼人耳… F狭狭义义定定义义：：是应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术 遥感的特点遥感的特点F大大面面积积同同步步观观测测F时时效效性性强强F数数据据的的综综合合性性与与可可比比性性F经经济济性性F局局限限性性 地图学——地图的基本概念 地图和地图和RS影像相比具有许多优越性影像相比具有许多优越性 ①① 经过太大的缩放经过太大的缩放 ②② 地面上形体较小但较重要的物体地面上形体较小但较重要的物体 ③③ 地物的性质地物的性质 ④④ 地面上一些受遮挡的地物地面上一些受遮挡的地物 ⑤⑤ 人文要素人文要素 §§2 2 地理信息数字化描述方法地理信息数字化描述方法F地图地图是地理实体的传统载体，具有存储、分析与显示地理信息的功能，因其直观、综合的特点，曾经是地理实体的主要载曾经是地理实体的主要载体，体，但随着人们对地理信息需求量的增加及对其需求质量和速度的提高，再加之计算机技术的发展，使得用计算机管理空间信息，建立地理信息系统成为可能。
F栅格和矢量结构栅格和矢量结构是计算机描述空间实体的两种最基本的方式 矢量结构矢量结构矢量结构矢量结构 （隐性描述）（隐性描述）（隐性描述）（隐性描述）F点状地物的位置用其所在位置的一对坐标一对坐标表示F线状地物的位置用一组有一组有序的坐标对序的坐标对来表示F面状地物的位置用组成面组成面状地物边界的闭合矢量线状地物边界的闭合矢量线段段来表示F其属性值都要用其它的数据项来表示 栅格结构（显性描述）栅格结构（显性描述）F由一系列（x,y）坐标定位的像元，每个像元独立编码，并载有属性 §3 空间数据的类型和关系F空间数据的基本特征F空间数据的类型F空间数据的拓扑关系 3.1 3.1 空间数据的特征空间数据的特征F空间特征：空间特征：描述空间对象的地理位置以及相互关系F属性特征：属性特征：描述空间对象的特性，即是什么，如对象的类别、等级、名称、数量等F时间特征：时间特征：描述空间对象随时间的变化F参见P26图2-13 3.2 3.2 空间数据的类型空间数据的类型F点、线、面数据，按其表示内容可以分为七种不同的类型（参见P27及图2-14）：–类型数据–面域数据–网络数据–样本数据–曲面数据–文本数据–符号数据 3.3 3.3 空间对象的拓扑关系空间对象的拓扑关系F拓扑元素F基本拓扑关系F空间拓扑关系表达—关系表F拓扑关系的作用F点、线、面之间的空间关系 3.3.1 3.3.1 拓扑元素拓扑元素F结点：结点：两条或多条弧段（链）的拓扑连接点、或一条弧段（链）的端点。
F弧段（链弧段（链):):结点之间的拓扑关联，是一个无分支而有方向的序列两端以结点为界，而这两个结点不一定相异F多边形：多边形：在二维平面中由封闭弧段包围的区域 3.3.2 3.3.2 基本拓扑关系基本拓扑关系F邻接：邻接：同类拓扑元素之间的拓扑关系；F关联：关联：不同类拓扑元素之间的拓扑关系；F包含：包含：同类但不同级元素之间的拓扑关系 3.3.3 空间拓扑关系表达空间拓扑关系表达—关系表关系表表表2-12-1多边形与弧段的拓扑关系多边形与弧段的拓扑关系多边形多边形弧弧 段段PP11a, b, c, -ga, b, c, -gPP22b, d, fb, d, fPP33c, f, ec, f, ePP44gg表表2-2 2-2 结点与弧段的拓扑关系结点与弧段的拓扑关系结结 点点弧弧 段段AAa, c, ea, c, eBBa, d, ba, d, bCCd, e, fd, e, fDDb, f, cb, f, cEEg g 表表2-3 2-3 弧段与结点的拓扑关系弧段与结点的拓扑关系弧弧 段段结结 点点aaA , BA , BbbB , DB , DccD , AD , AddB , CB , CeeC , AC , AffC , DC , DggE , EE , E表表2-4 2-4 弧段与多边形的拓扑关系弧段与多边形的拓扑关系弧段弧段 左多边形左多边形 右多边形右多边形aaPP00PP11bbPP22PP11ccPP33PP11ddPP00PP22eePP00PP33ffPP33PP22ggPP11 3.3.4 3.3.4 拓扑关系的作用拓扑关系的作用F根据拓扑关系，不需要利用坐标或距离，就可以确定某空间实体相对于另一空间实体的位置关系。
F利用拓扑关系便于空间要素的查询F可以根据拓扑关系重建地理实体关于其算法可参见：《地理信息系统概论》（修订版）、黄杏元等、2001年12月、高等教育出版社P39-41 点点、、线线、、面面之之间间的的空空间间关关系系3.3.53.3.5 §§4 4 元数据元数据 F对空间数据的有效生产和利用，要求空间数据的规范化和标准化，以利于数据的交换、更新、检索、数据库集成以及数据的二次开发利用等F “meta”是一希腊语词根，意思是“改变”，“Metadata”一词的原意是关于数据变化的描述 F一般都认为元数据就是“关于数据的数据” 元数据的主要作用元数据的主要作用 (P31)(P31)F帮助数据生产单位有效地管理和维护空间数据，建立数据文档； F提供有关数据生产单位数据存储、数据分类、数据内容、数据质量、数据交换网络(clearing house)及数据销售等方面的信息，便于用户查询检索地理空间数据； F提供通过网络对数据进行查询检索的方法或途径，以及与数据交换和传输有关的辅助信息； F帮助用户了解数据，以便就数据是否能满足其需求作出正确的判断；F提供有关信息，以便用户处理和转换有用的数据。
元数据的目的元数据的目的F促进数据集的高效利用（根本目的）F为计算机辅助软件工程（CASE）服务 元数据的内容元数据的内容 F对数据集中各数据项、数据来源、数据所有者及数据生产历史等的说明； F对数据质量的描述，如数据精度、数据的逻辑一致性、数据完整性、分辨率、源数据的比例尺等； F对数据处理信息的说明，如量纲的转换等； F数据转换方法的描述；F对数据库的更新、集成方法等的说明 元数据的性质元数据的性质 F元数据是关于数据的描述性数据信息，应尽可能多的 数据集自身的特征规律，以便于用户对数据集的准确、高效与充分地开发与利用 元数据的形式元数据的形式 F传统形式 文件卷宗、用户手册、数字形式F新型形式 超文本文件 元数据的分类元数据的分类 F按内容分类按内容分类（科研型元数据、评估型元数据、模型元数据）F按元数据描述对象分类按元数据描述对象分类（数据层元数据、属性元数据、实体元数据）F根据元数据在系统中的作用分类根据元数据在系统中的作用分类（系统级别元数据、应用层元数据）F根据元数据的作用分类根据元数据的作用分类（说明元数据、控制元数据） 空间数据元数据的概念空间数据元数据的概念 F对于空间数据的描述或说明F类型、对象、实体类型、点、线…… 空间数据元数据的标准空间数据元数据的标准 F其建立是一项复杂的工作，是空间数据标准化的前提和保证，只有建立起规范的空间数据元数据才能有效利用空间数据。
空间数据元数据的几个现有标准空间数据元数据的几个现有标准 元数据标准名称元数据标准名称建立标准的组织建立标准的组织 CSDGM地球空间数据元数据内容标准FGDC，美国联邦空间数据委员会 GDDD数据集描述方法MEGRIN，欧洲地图事务组织 CGSB空间数据集描述CSC，加拿大标准委员会 CEN地学信息一数据描述一元数据CEN／TC287 DIF目录交换格式NASA ISO地理信息ISO／TC211 空间数据元数据的获取阶段空间数据元数据的获取阶段 获取的几个阶段获取的几个阶段F数据收集前数据收集前——根据要建设的数据库内容设计F数据收集中数据收集中——随数据的形成同步产生F数据收集后数据收集后——收集完数据后根据需要产生 空间数据元数据的获取方法空间数据元数据的获取方法 F键盘输入键盘输入——工作量大易出错F关联表关联表——通过公共项（字段）从已有数据中获取F测量法测量法——实际量测、使用广泛出错较少F计算法计算法——通过其他数据计算F推理法推理法——根据数据特征获取元数据数据收集前数据收集前数据收集中数据收集中数据收集后数据收集后 空间数据元数据的应用空间数据元数据的应用 F帮助用户获取数据F空间数据质量控制F在数据集成中的应用F数据存储和功能实现 思考与练习（1）FGIS中为什么要考虑地图投影？F空间数据的基本特征有哪些？F地理信息的数字化描述方式有哪些？它们各自是怎样来描述地理信息的？ 思考与练习（2）F利用关系表来表达右利用关系表来表达右图的空间拓扑关系。
图的空间拓扑关系F举实例说明三种基本举实例说明三种基本拓扑关系拓扑关系F什么是元数据？元数什么是元数据？元数据的主要作用是什么？据的主要作用是什么？元数据包括哪些内容？元数据包括哪些内容？ebc41325ABC76Dad da: 结点号A: 多边形号1: 弧段号弧段数字化方向 。