第二章空间信息基础ppt课件

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1、第二章第二章第二章第二章 空间信息根底空间信息根底空间信息根底空间信息根底GIS的地学根底的地学根底qq地球模型qq坐标参考系统qq地图投影qq地图比例尺qq地理数据特征qq地图对地理景象表达qq遥感影像对地理景象表达地球模型地球外表水准面大地水准面铅垂线地球椭球体地理空间坐标系地理空间坐标系uu地理坐标系是以地理地理坐标系是以地理极极( (北极、南极北极、南极) )为极为极点。点。uu经过经过A A点作椭球面的点作椭球面的垂线,称之为过垂线,称之为过A A点点的法线。的法线。 uu法线与赤道面的交角,法线与赤道面的交角,叫做叫做A A点的纬度点的纬度 。 uu过过A A点的子午面与经点的子午

2、面与经过英国格林尼治天文过英国格林尼治天文台的子午面所夹的二台的子午面所夹的二面角,叫做面角,叫做A A点的经点的经度度 。 坐标参考系统平面系统直接建立在球体上的地理坐标,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表达地理对象位置投影坐标系统高程系统恣意水准面大地水准面HAHA铅垂线AHBHBhAB水准原点1985国家高程基准,72.2604米黄海海面1952-1979年平均海水面为0米地图投影地图投影00为什么要进展投影?00地图投影本质00投影变形00投影方法00投影选择所思索的要素00我国常用的投影方法地图投影:为什么要进展投影l ll将地球椭球面上的点映射到平面

3、上的方法,将地球椭球面上的点映射到平面上的方法,称为地图投影称为地图投影l ll地理坐标为球面坐标,不方便进展间隔、地理坐标为球面坐标,不方便进展间隔、方位、面积等参数的量算方位、面积等参数的量算l ll地球椭球体为不可展曲面地球椭球体为不可展曲面l ll地图为平面,符合视觉心思,并易于进展地图为平面,符合视觉心思,并易于进展间隔、方位、面积等量算和各种空间分析间隔、方位、面积等量算和各种空间分析地图投影:投影本质地图投影:投影本质 建立地球椭球面上经纬线网和平面上相应经建立地球椭球面上经纬线网和平面上相应经纬线网的数学根底,也就是建立地球椭球面上纬线网的数学根底,也就是建立地球椭球面上的点的

4、地理坐标的点的地理坐标 , 与平面上对应点的平与平面上对应点的平面坐标面坐标x x,y y之间的函数关系:之间的函数关系: 当给定不同的详细条件时,将得到不同类型当给定不同的详细条件时,将得到不同类型的投影方式。的投影方式。 地图投影:投影变形将不可展的地球椭球面展开成平面,并且不能有断裂,那么图形必将在某些地方被拉伸,某些地方被紧缩,故投影变形是不可防止的。长度变形面积变形角度变形地图投影:投影分类uuu变形分类:变形分类:变形分类:uuu 等角投影:投影前后角度不变等角投影:投影前后角度不变等角投影:投影前后角度不变uuu 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;等面积

5、投影:投影前后面积不变;uuu 恣意投影:角度、面积、长度均变形恣意投影:角度、面积、长度均变形恣意投影:角度、面积、长度均变形uuu投影面:投影面:投影面:uuu 横圆柱投影:投影面为横圆柱横圆柱投影:投影面为横圆柱横圆柱投影:投影面为横圆柱uuu 圆锥投影:投影面为圆锥圆锥投影:投影面为圆锥圆锥投影:投影面为圆锥uuu 方位投影:投影面为平面方位投影:投影面为平面方位投影:投影面为平面uuu投影面位置:投影面位置:投影面位置:uuu 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正轴投影:投影面中心轴与地轴相互重合uuu 斜轴投影:投影面中心轴与地轴斜向相交斜轴投

6、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uuu 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横轴投影:投影面中心轴与地轴相互垂直uuu uuu 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切投影:投影面与椭球体相切uuu 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相割投影:投影面与椭球体相割地图投影:投影选择要素uu制图区域的地理位置、外形和范围uu制图比例尺uu地图内容uu出版方式地图投影:GIS中地图投影uuGISGIS以地图方式显示地理信息,而地图是平面,地以地图方式显示地理信息,而地图是平面,地理信息那么

7、在地球椭球上,因此地图投影在理信息那么在地球椭球上,因此地图投影在GISGIS中中不可短少。不可短少。uuGISGIS数据库中地理数据以地理坐标存储时,那么以数据库中地理数据以地理坐标存储时,那么以地图为数据源的空间数据必需经过投影变换转换地图为数据源的空间数据必需经过投影变换转换成地理坐标;而输出或显示时,那么要将地理坐成地理坐标;而输出或显示时,那么要将地理坐标表示的空间数据经过投影变换变换成指定投影标表示的空间数据经过投影变换变换成指定投影的平面坐标。的平面坐标。uuGISGIS中,地理数据的显示可根据用户的需求而指定中,地理数据的显示可根据用户的需求而指定投影方式,但当所显示的地图与国

8、家根本地图系投影方式,但当所显示的地图与国家根本地图系列的比例尺一致时,普通采用国家根本系列地图列的比例尺一致时,普通采用国家根本系列地图所用的投影。所用的投影。地图投影:我国常用地图投影uu1:100万:兰勃投影正轴等积割圆锥投影uu大部分分省图、大多数同级比例尺也采用兰勃投影uu1:50万、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。地图比例尺uuu地图比例尺反映了制图区域和地图的比例关系地图比例尺反映了制图区域和地图的比例关系地图比例尺反映了制图区域和地图的比例关系uuu纸质地图:内容、概括程度、数据精度等纸质地图:内容、概括程度、数据精度等

9、纸质地图:内容、概括程度、数据精度等uuu GIS GIS GIS:数据精度:数据精度:数据精度uuu比例尺的含义:比例尺的含义:比例尺的含义:uuu 制图区域较小,采用各方面变形都较小的地图投影,图上各处的制图区域较小,采用各方面变形都较小的地图投影,图上各处的制图区域较小,采用各方面变形都较小的地图投影,图上各处的比例是一致的,故此时比例尺的含义是图上长度与相应地面长度的比比例是一致的,故此时比例尺的含义是图上长度与相应地面长度的比比例是一致的,故此时比例尺的含义是图上长度与相应地面长度的比例;例;例;uuu 制图区域较大时,地图投影比较复杂,地图上长度因地点和方向制图区域较大时,地图投影

10、比较复杂,地图上长度因地点和方向制图区域较大时,地图投影比较复杂,地图上长度因地点和方向的不同而有所变化,这种地图比例尺普通是指在地图投影时,对地球的不同而有所变化,这种地图比例尺普通是指在地图投影时,对地球的不同而有所变化,这种地图比例尺普通是指在地图投影时,对地球半径减少的比率,半径减少的比率,半径减少的比率, 称为主比例尺。地图经过投影后,表达在图上只需称为主比例尺。地图经过投影后,表达在图上只需称为主比例尺。地图经过投影后,表达在图上只需个别点线没有长度变形,也就是说,只需在这些长度没有变形的点或个别点线没有长度变形,也就是说,只需在这些长度没有变形的点或个别点线没有长度变形,也就是说

11、,只需在这些长度没有变形的点或线上,才可用地图上注明的比例尺线上,才可用地图上注明的比例尺线上,才可用地图上注明的比例尺uuu我国地图比例尺分级系统:我国地图比例尺分级系统:我国地图比例尺分级系统:uuu 大比例尺:大比例尺:大比例尺:1 11:500150015001:101010万万万uuu 中比例尺:中比例尺:中比例尺:1 11:101010万万万111:100100100万万万uuu 小比例尺:小比例尺:小比例尺:1 11:100100100万万万uuu无级比例尺概念无级比例尺概念无级比例尺概念空间对象实体的地图表达空间对象实体的地图表达空间对象实体的地图表达空间对象实体的地图表达点:

12、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: (x1,y1),(x2,y2),(xn,yn)(x1,y1),(x2,y2),(xn,yn) 属性:符号属性:符号属性:符号属性:符号外形、颜色、尺寸外形、颜色、尺寸外形、颜色、尺寸外形、颜色、尺寸面:位置:面:位置:面:位置:面:位置:(x1,y1),(x2,y2),(xi,yi),(xn,yn)(x1,y1),(x2,y2),(xi,yi),(xn,yn) 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 空间对象实体的遥感

13、影像表达遥感传感器平台传感器空间景象及其描画空间景象及其描画现实世界空间数据地图遥感影像特征关系行为察看选择笼统综合丈量:位置编码:属性建立关系:表达 空间对象实体类型空间对象普通按地形维数进展归类划分点:零维线:一维面:二维体:三维时间:通常以第四维表达,但目前GIS还很难处置时间属性。空间对象的维数与比例尺是相关的点实体 有位置,无宽度和长度; 笼统的点美国佛罗里达洲地震监测站2019年9月该洲能够的500个地震位置线实体 有长度,但无宽度和高度有长度,但无宽度和高度 用来描画线状实体,通常在网络分析中运用较多用来描画线状实体,通常在网络分析中运用较多 度量实体间隔度量实体间隔香港城市道路

14、网分布香港城市道路网分布面实体 具有长和宽的目的 通常用来表示自然或人工的封锁多边形 普通分为延续面和不延续面中国土地利用分布图不延续面中国土地利用分布图不延续面空间对象:面续延续变化曲面:如地形起延续变化曲面:如地形起伏,整个曲面在空间上曲伏,整个曲面在空间上曲率变化延续。率变化延续。不延续变化曲面,如土壤、不延续变化曲面,如土壤、森林、草原、土地利用等,森林、草原、土地利用等,属性变化发生在边境上,面属性变化发生在边境上,面的内部是同质的。的内部是同质的。空间对象:体有长、宽、高的目的通常用来表示人工或自然的三维目的,如建筑、矿体等三维目的香港理工大学校园建筑地理信息数字化描画方法 uu栅

15、格和矢量构造是计算机描画空间实体的两种最根本的方式。栅格和矢量构造是计算机描画空间实体的两种最根本的方式。 地图的矢量和栅格表示地图的矢量和栅格表示 空间对象的描画要素00编码:区别不同的实体,包括分类码和识别码。分类编码:区别不同的实体,包括分类码和识别码。分类编码:区别不同的实体,包括分类码和识别码。分类编码:区别不同的实体,包括分类码和识别码。分类 码码码码 表识空间对象的类别,而识别码对每个空间对象进表识空间对象的类别,而识别码对每个空间对象进表识空间对象的类别,而识别码对每个空间对象进表识空间对象的类别,而识别码对每个空间对象进展表识,是独一的。展表识,是独一的。展表识,是独一的。展

16、表识,是独一的。00位置:坐标方式给出空间对象的空间位置位置:坐标方式给出空间对象的空间位置位置:坐标方式给出空间对象的空间位置位置:坐标方式给出空间对象的空间位置00类型:空间对象所属的实体类型,或有那些实体组成类型:空间对象所属的实体类型,或有那些实体组成类型:空间对象所属的实体类型,或有那些实体组成类型:空间对象所属的实体类型,或有那些实体组成00行为:空间对象所具备的行为和功能行为:空间对象所具备的行为和功能行为:空间对象所具备的行为和功能行为:空间对象所具备的行为和功能00属性:空间对象所对应的非几何信息属性:空间对象所对应的非几何信息属性:空间对象所对应的非几何信息属性:空间对象所

17、对应的非几何信息00阐明:实体数据来源、精度等阐明:实体数据来源、精度等阐明:实体数据来源、精度等阐明:实体数据来源、精度等00关系:与其他实体之间的关系关系:与其他实体之间的关系关系:与其他实体之间的关系关系:与其他实体之间的关系空间对象的编码uu为什么要进展编码?uu编码对象:属性数据uu编码方法:uu 层次分类编码uu 多源分类编码uu编码规范化空间对象的层次分类编码uuu分类对象的从属和层次关系分类对象的从属和层次关系分类对象的从属和层次关系uuu有明确的分类对象类别和严厉的隶属关系有明确的分类对象类别和严厉的隶属关系有明确的分类对象类别和严厉的隶属关系空间对象的多源分类编码uuu按空

18、间对象不同特性进展分类并进编码按空间对象不同特性进展分类并进编码按空间对象不同特性进展分类并进编码uuu代码之间没有隶属关系,反映对象特性代码之间没有隶属关系,反映对象特性代码之间没有隶属关系,反映对象特性uuu具有较大的信息量,有利于空间分析具有较大的信息量,有利于空间分析具有较大的信息量,有利于空间分析河流特性分类与编码通航情况通航: 1不通航:2年年河:1时令河:2消逝河:3 1 km: 1 2 km: 2 5 km: 3 10 km:5流水季节河流宽度河流长度河流深度 5 10 m : 110 20 m: 220 30 m: 330 60 m: 460 120 m: 5120 300

19、m:6300 500 m:7500m: 8 50m: 6空间对象的空间关系表达000描画空间对象之间的空间相互作用关系描画空间对象之间的空间相互作用关系描画空间对象之间的空间相互作用关系描画空间对象之间的空间相互作用关系描画空间对象之间的空间相互作用关系描画空间对象之间的空间相互作用关系000方法方法方法方法方法方法000 绝对关系绝对关系绝对关系绝对关系绝对关系绝对关系: : : 坐标、角度、方位、间隔等;坐标、角度、方位、间隔等;坐标、角度、方位、间隔等;坐标、角度、方位、间隔等;坐标、角度、方位、间隔等;坐标、角度、方位、间隔等;000 相对关系:相邻、包含、关联等相对关系:相邻、包含、

20、关联等相对关系:相邻、包含、关联等相对关系:相邻、包含、关联等相对关系:相邻、包含、关联等相对关系:相邻、包含、关联等000 相对关系类型相对关系类型相对关系类型相对关系类型相对关系类型相对关系类型000拓扑空间关系:描画空间对象的相邻、包含等拓扑空间关系:描画空间对象的相邻、包含等拓扑空间关系:描画空间对象的相邻、包含等拓扑空间关系:描画空间对象的相邻、包含等拓扑空间关系:描画空间对象的相邻、包含等拓扑空间关系:描画空间对象的相邻、包含等000顺序空间关系:描画空间对象在空间上的陈列次序,如前后、左右、顺序空间关系:描画空间对象在空间上的陈列次序,如前后、左右、顺序空间关系:描画空间对象在空

21、间上的陈列次序,如前后、左右、顺序空间关系:描画空间对象在空间上的陈列次序,如前后、左右、顺序空间关系:描画空间对象在空间上的陈列次序,如前后、左右、顺序空间关系:描画空间对象在空间上的陈列次序,如前后、左右、东、西、南、北等。东、西、南、北等。东、西、南、北等。东、西、南、北等。东、西、南、北等。东、西、南、北等。000度量空间关系:描画空间对象之间的间隔等。度量空间关系:描画空间对象之间的间隔等。度量空间关系:描画空间对象之间的间隔等。度量空间关系:描画空间对象之间的间隔等。度量空间关系:描画空间对象之间的间隔等。度量空间关系:描画空间对象之间的间隔等。000地图、遥感影象上的空间关系是经

22、过图形识别的,在地图、遥感影象上的空间关系是经过图形识别的,在地图、遥感影象上的空间关系是经过图形识别的,在地图、遥感影象上的空间关系是经过图形识别的,在地图、遥感影象上的空间关系是经过图形识别的,在地图、遥感影象上的空间关系是经过图形识别的,在GISGISGIS中的空间关中的空间关中的空间关中的空间关中的空间关中的空间关系那么必需显式的进展定义和表达。系那么必需显式的进展定义和表达。系那么必需显式的进展定义和表达。系那么必需显式的进展定义和表达。系那么必需显式的进展定义和表达。系那么必需显式的进展定义和表达。000空间关系的描画多种多样,目前尚未有详细的规范和固定的格式,空间关系的描画多种多

23、样,目前尚未有详细的规范和固定的格式,空间关系的描画多种多样,目前尚未有详细的规范和固定的格式,空间关系的描画多种多样,目前尚未有详细的规范和固定的格式,空间关系的描画多种多样,目前尚未有详细的规范和固定的格式,空间关系的描画多种多样,目前尚未有详细的规范和固定的格式,但根本原理一致。不同的但根本原理一致。不同的但根本原理一致。不同的但根本原理一致。不同的但根本原理一致。不同的但根本原理一致。不同的GISGISGIS能够采用不同的方法进展描画能够采用不同的方法进展描画能够采用不同的方法进展描画能够采用不同的方法进展描画能够采用不同的方法进展描画能够采用不同的方法进展描画空间对象的拓扑空间关系0

24、0 基于点集拓扑实际基于点集拓扑实际00 拓扑元素:拓扑元素:00 点:孤立点、线的端点、面的首尾点、链的衔接点:孤立点、线的端点、面的首尾点、链的衔接点点00 线:两结点之间的有序弧段,包括链、弧段和线线:两结点之间的有序弧段,包括链、弧段和线段段00 面:假设干弧段组成的多边形面:假设干弧段组成的多边形00 根本拓扑关系根本拓扑关系00 关联:不同拓扑元素之间的关系关联:不同拓扑元素之间的关系00 邻接:一样拓扑元素之间的关系邻接:一样拓扑元素之间的关系00 包含:面与其他元素之间的关系包含:面与其他元素之间的关系00 层次:一样拓扑元素之间的层次关系层次:一样拓扑元素之间的层次关系00

25、拓扑元素量之间的关系:欧拉公式拓扑元素量之间的关系:欧拉公式00 点、线、面之间的拓扑关系点、线、面之间的拓扑关系起点终点中间点弧段1弧段3弧段2弧段4点:面:弧:邻接相交重合相离包含点点点线点面线面面面线线欧拉公式:欧拉公式:欧拉公式在欧拉公式在GIS中有着中有着重要的意义,重要的意义,主要用来检主要用来检查空间拓扑查空间拓扑关系的正确关系的正确性,能发现性,能发现点、线、面点、线、面不匹配的情不匹配的情况和多余、况和多余、脱漏的图形脱漏的图形元素。元素。c + a = n + bn: 结点数a: 弧段数b: 多边形数c: 常数,为多边形地图特征。假设b包含边境里面和外面的多边形,那么c=2

26、,假设b仅包含边境内部多边形,那么c=1n = 4, a = 4b = 1, c = 1n = 6, a = 5b = 2, c = 1,p=2图形数n = 4, a = 5b = 2, c = 1n = 10, a = 12b = 3, c = 1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面域与弧段的拓扑关系面域与弧段的拓扑关系面面 域域弧弧 段段P1P1a, b, c, -ga, b, c, -gP2P2b, d, fb, d, fP3P3c, f, ec, f, eP4P4gg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,

27、 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 弧段与面域的拓扑关系弧段与面域的拓扑关系弧段弧段 左邻面左邻面 右邻面右邻面aaP0P0P1P1bbP2P2P1P1ccP3P3P1P1ddP0P0P2P2eeP0P0P3P3ffP3P3P2P2ggP1P

28、1空间对象:自相关特征0空间对象在属性上存在相关性,两空间对象越空间对象在属性上存在相关性,两空间对象越 接近,其值也越接近,反之亦然。接近,其值也越接近,反之亦然。0相关类型相关类型0 负相关:位置越接近,属性值相差越远负相关:位置越接近,属性值相差越远0 正相关:位置越接近,特征也越接近正相关:位置越接近,特征也越接近0 不相关:属性与空间位置无关。不相关:属性与空间位置无关。A高度空间负向相关;B无规律分布;C空间独立; D空间聚类景象;E高度正向相关地理数据的特征uu属性特征:描画空间对象的特性,即是什么,如对象的类别、等级、称号、数量等。uu空间特征:描画空间对象的地理位置以及相互关

29、系,又称几何特征和拓扑特征,前者用经纬度、坐标表示,后者如交通学院与电力学院相邻等。uu时间特征:描画空间对象随时间的变化地理数据的类型地理数据的类型uu属性数据:描画空间对象属性特征的数据,属性数据:描画空间对象属性特征的数据,又称非几何数据,如类型、称号、性质等,又称非几何数据,如类型、称号、性质等,普统统过代码给予表达普统统过代码给予表达uu几何数据:描画空间对象空间特征的数据,几何数据:描画空间对象空间特征的数据,也称位置数据、定位数据,普通用经纬度、也称位置数据、定位数据,普通用经纬度、坐标表达坐标表达uu关系数据:描画空间对象的空间关系的数关系数据:描画空间对象的空间关系的数据,如

30、邻接、包含、关联等,普统统过拓据,如邻接、包含、关联等,普统统过拓扑关系表达。扑关系表达。元数据 uu“meta是一希腊语词根,意思是“改动,“Metadata一词的原意是关于数据变化的描画。 uu普通都以为元数据就是 “关于数据的数据。 元数据的主要作用 uu协助数据消费单位有效地管理和维护空间数据,协助数据消费单位有效地管理和维护空间数据,建立数据文档建立数据文档 uu提供有关数据消费单位数据存储、数据分类、数提供有关数据消费单位数据存储、数据分类、数据内容、数据质量、数据交换网络据内容、数据质量、数据交换网络(clearing (clearing house)house)及数据销售等方面

31、的信息,便于用户查询检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索地理空间数据 uu提供经过网络对数据进展查询检索的方法或途径,提供经过网络对数据进展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以及与数据交换和传输有关的辅助信息 uu协助用户了解数据,以便就数据能否能满足其需协助用户了解数据,以便就数据能否能满足其需求作出正确的判别求作出正确的判别 uu提供有关信息,以便用户处置和转换有用的数据。提供有关信息,以便用户处置和转换有用的数据。 元数据的内容元数据的内容 uu对数据集中各数据项、数据来源、数据一切者及数据消费历史等的阐明 uu对数据质量的描画,如数据精度、数据

32、的逻辑一致性、数据完好性、分辨率、源数据的比例尺等 uu对数据处置信息的阐明,如量纲的转换等 uu数据转换方法的描画 uu对数据库的更新、集成方法等的阐明 空间数据元数据的规范空间数据元数据的规范 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 CSDGM地球空间数据元数据地球空间数据元数据内容标准内容标准FGDCFGDC,美国联邦空间数据,美国联邦空间数据委员会委员会 GDDD GDDD数据集描述方法数据集描述方法MEGRINMEGRIN,欧洲地图事务,欧洲地图事务组织组织 CGSB CGSB空间数据集描述空间数据集描述CSCCSC,加拿大标准委员会,加拿大标准委员会

33、CEN CEN地学信息一数据描述一元地学信息一数据描述一元数据数据CENCENTC287TC287 DIF DIF目录交换格式目录交换格式NASANASA ISO ISO地理信息地理信息ISOISOTC211TC211思索与练习uu说说地理空间模型是怎样建立的?uuGIS中为什么要思索地图投影?uu地理空间实体的三要素是什么?它们之间的关系是怎样的?uu空间数据的根本特征有哪些?地理信息的数字化描画方法有哪些?uu利用关系表来表达右图利用关系表来表达右图的空间拓扑关系。的空间拓扑关系。uu什么是元数据?为什么什么是元数据?为什么要运用元数据?要运用元数据?ebc41325ABC76Dad da: 结点号A: 多边形号1: 弧段号弧段数字化方向

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