第2章 地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

2.1 復(fù)習(xí)筆記

一、地理空間及其表達(dá)

1.地理空間的概念

地理空間一般指上至大氣電離層，下至地殼與地帽交界的莫霍面之間的空間區(qū)域。其間是自然地理過(guò)程和生命及人類(lèi)活動(dòng)最活躍的場(chǎng)所。要在地理空間中準(zhǔn)確測(cè)定位置需要采用一種空間定位框架來(lái)實(shí)現(xiàn)。地理空間定位框架就是大地測(cè)量控制系統(tǒng)，大地測(cè)量控制系統(tǒng)由平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)組成。

(1)平面控制網(wǎng)

平面控制網(wǎng)用以確定物體在地球上的平面位置，通常是地理經(jīng)緯度坐標(biāo)。確定經(jīng)緯度首先需要精確地了解地球表面的形狀。地球表面形狀的近似表示方式如下:

①大地水準(zhǔn)面

大地水準(zhǔn)面是假設(shè)靜止的平均海水面穿過(guò)大陸、島嶼形成包圍整個(gè)地球的一個(gè)閉合曲面。

②旋轉(zhuǎn)橢球體

旋轉(zhuǎn)橢球體是一個(gè)可以用數(shù)學(xué)公式描述的規(guī)則的幾何表面，可以作為平面坐標(biāo)的基準(zhǔn)。

(2)高程控制網(wǎng)

高程是指空間某點(diǎn)高于或低于基準(zhǔn)面的垂直距離，主要用來(lái)提供地形信息。高程基準(zhǔn)面即大地水準(zhǔn)面，是一個(gè)延伸到全球的靜止海水面。我國(guó)現(xiàn)在規(guī)定的高程基準(zhǔn)面為“1985國(guó)家高程基準(zhǔn)”。

(3)我國(guó)現(xiàn)有三種大地坐標(biāo)系

①1954 年北京坐標(biāo)系(局部平差):

②1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系(整體平差);

③地心坐標(biāo)系，即以地球的質(zhì)心作為坐標(biāo)原點(diǎn)的坐標(biāo)系。

2.空間實(shí)體的表達(dá)

(1)地理空間的實(shí)體的類(lèi)型

地理空間的實(shí)體包括點(diǎn)、線、面、曲面和體等多種類(lèi)型。

(2)空間實(shí)體的數(shù)據(jù)表達(dá)方法

①矢量表示法

如果采用一個(gè)沒(méi)有大小的點(diǎn)(坐標(biāo))來(lái)表達(dá)基本點(diǎn)元素時(shí)，稱(chēng)為矢量表示法。

②柵格表示法

如果采用一個(gè)有固定大小的點(diǎn)(面元)來(lái)表達(dá)基本元素時(shí)，稱(chēng)為柵格表示法。

二、地理空間數(shù)據(jù)及其特征

1.GIS 空間數(shù)據(jù)的分類(lèi)

(1)按照數(shù)據(jù)來(lái)源分類(lèi)

①地圖數(shù)據(jù)

地圖數(shù)據(jù)來(lái)源干各種類(lèi)型的普通地圖和專(zhuān)題地圖。這些地圖的內(nèi)容豐富，圖上空間實(shí)體間的空間關(guān)系直觀，實(shí)體的類(lèi)別或?qū)傩郧逦?，?shí)測(cè)地形圖還具有很高的定位精度。

②影像數(shù)據(jù)

影像數(shù)據(jù)主要來(lái)源于衛(wèi)星遙感和航空遙感，包括多平臺(tái)、多層面、多種傳感器、多時(shí)相、多光譜、多角度和多種分辨率的遙感影像數(shù)據(jù)。

③文本數(shù)據(jù)

文本數(shù)據(jù)來(lái)源于各類(lèi)調(diào)查報(bào)告、實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、文獻(xiàn)資料、解譯信息等。

（2）按照數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分類(lèi)

①矢量數(shù)據(jù)

矢量數(shù)據(jù)是用歐氏空間的點(diǎn)、線、面等幾何元素來(lái)表達(dá)空間實(shí)體的幾何特征的數(shù)據(jù)。

②柵格數(shù)據(jù)

柵格數(shù)據(jù)是將空間分割成有規(guī)則的網(wǎng)格，在各個(gè)網(wǎng)格上給出相應(yīng)的屬性值來(lái)表示空間實(shí)體的一種數(shù)據(jù)組織形

式。

（3）按照數(shù)據(jù)特征分類(lèi)

①空間定位數(shù)據(jù)

空間定位數(shù)據(jù)是表達(dá)空間實(shí)體在地球上位置的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

②非空間屬性數(shù)據(jù)

非空間屬性數(shù)據(jù)是有關(guān)空間實(shí)體自身的名稱(chēng)、種類(lèi)、質(zhì)量、數(shù)量等特征的數(shù)據(jù)。

(4)按照數(shù)據(jù)幾何特征分類(lèi)

①點(diǎn)

點(diǎn)是對(duì)0維的空間實(shí)體的抽象數(shù)據(jù)，如測(cè)量用的三角點(diǎn)、電視塔等。

②線

線是對(duì)1維線性的空間實(shí)體的抽象數(shù)據(jù)，如河流、道路等。

③面

面是對(duì)2維平面的空間實(shí)體的抽象數(shù)據(jù)，如湖泊、行政區(qū)等。

④曲面

曲面是對(duì)在面上連續(xù)分布的空間實(shí)體的抽象數(shù)據(jù)，常被稱(chēng)為25維數(shù)據(jù)，如地形、氣溫等。

⑤體

體是對(duì)3維的空間實(shí)體的抽象數(shù)據(jù)，如地質(zhì)構(gòu)造、礦產(chǎn)等。

(2)?按照數(shù)據(jù)發(fā)布形式分類(lèi)

①數(shù)字線畫(huà)圖(DLG)數(shù)據(jù)

DLG 數(shù)據(jù)是現(xiàn)有地形圖要素的矢量數(shù)據(jù)，保存各要素間的空間關(guān)系和相關(guān)的屬性信息，全面地描述地表目

標(biāo)。

②數(shù)字柵格圖(DRG)數(shù)據(jù)

DRG數(shù)據(jù)是現(xiàn)有紙質(zhì)地圖經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后得到的柵格數(shù)據(jù)文件。③數(shù)字高程模型(DEM)數(shù)據(jù)

DEM 數(shù)據(jù)是以數(shù)字形式表達(dá)的地形起伏數(shù)據(jù)。④數(shù)字正射影像(DOM)數(shù)據(jù)

DOM數(shù)據(jù)是對(duì)遙感數(shù)字影像，經(jīng)逐像元進(jìn)行投影差改正、鑲嵌，按國(guó)家基本比例尺地形圖圖幅范圍剪裁生成的數(shù)字正射投影影像數(shù)據(jù)。

2.空間數(shù)據(jù)的基本特征

(1)空間特征

空間特征是指地理現(xiàn)象和過(guò)程所在的位置、形狀和大小等幾何特征，以及與相鄰地理現(xiàn)象和過(guò)程的空間關(guān)系，包括方位關(guān)系、拓?fù)潢P(guān)系、相鄰關(guān)系、相似關(guān)系等?？臻g位置可以通過(guò)坐標(biāo)數(shù)據(jù)來(lái)描述，稱(chēng)為定位特征或定位數(shù)據(jù)，空間關(guān)系稱(chēng)為拓?fù)涮卣骰蛲負(fù)鋽?shù)據(jù)。

(2)屬性特征

屬性特征是指地理現(xiàn)象和過(guò)程所具有的專(zhuān)屬性質(zhì)，通常包括名稱(chēng)、數(shù)量、質(zhì)量、性質(zhì)等，稱(chēng)為屬性數(shù)據(jù)。

(3)時(shí)間特征

時(shí)間特征是指一定區(qū)域內(nèi)的地理現(xiàn)象和過(guò)程隨著時(shí)間的變化情況。

3.空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系

(1)拓?fù)潢P(guān)系的概念

拓?fù)潢P(guān)系是指滿足拓?fù)鋷缀螌W(xué)原理的各空間數(shù)據(jù)間的相互關(guān)系，即用結(jié)點(diǎn)、弧段和多邊形所表示的實(shí)體之間的鄰接關(guān)聯(lián)和包含等關(guān)系。

(2)拓?fù)潢P(guān)系的類(lèi)型

①拓?fù)溧徑?/p>

指存在于空間圖形的相同類(lèi)型元素之間的拓?fù)潢P(guān)系。

②拓?fù)潢P(guān)聯(lián)

指存在于不同類(lèi)型空間元素之間的拓?fù)潢P(guān)系。

③拓?fù)浒?/p>

指存在于空間圖形的相同類(lèi)型但不同等級(jí)的元素之間的拓?fù)潢P(guān)系。

(3)空間拓?fù)潢P(guān)系的意義

①根據(jù)拓?fù)潢P(guān)系，不需要利用坐標(biāo)或者計(jì)算距離，就可以確定一種地理實(shí)體相對(duì)于另一種地理實(shí)體的空間位置關(guān)系

②利用拓?fù)鋽?shù)據(jù)有利于空間要素的查詢。

③可以利用拓?fù)鋽?shù)據(jù)作為工具，重建地理實(shí)體。

4.間數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)表示

空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是指對(duì)具有空間特征、屬性特征和時(shí)態(tài)特征的空間數(shù)據(jù)，組織和建立起它們之間的聯(lián)系，以便計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)和操作。

5.空間數(shù)據(jù)表示的基本方法

(1)空間分幅

即將整個(gè)地理空間劃分為許多子空間，再選擇要表達(dá)的子空間。

(2)屬性分層

即將要表達(dá)的空間數(shù)據(jù)抽象成不同類(lèi)型屬性的數(shù)據(jù)層來(lái)表示。

(3)時(shí)間分段

將有時(shí)間特征的地理數(shù)據(jù)按其變化規(guī)律劃分為不同的時(shí)間段數(shù)據(jù)，再逐一表示。

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