一、数字地球的概念一、数字地球的概念第二章第二章 地球空间与空间数据基础地球空间与空间数据基础2.1从数字地球到数字城市从数字地球到数字城市 原文原文：数字地球是指一个以地理坐标（经纬网）为：数字地球是指一个以地理坐标（经纬网）为依据的、具有多分辨率的依据的、具有多分辨率的 、海量数据的和多维显示的虚、海量数据的和多维显示的虚拟系统。拟系统。1998.1.31 数字地球是指以地球为对象，以地理坐标为依据、数字地球是指以地球为对象，以地理坐标为依据、具有多分辨率、海量数据和多种数据的融合，并可用多具有多分辨率、海量数据和多种数据的融合，并可用多媒体和虚拟技术进行多维的（立体的和动态的）表达、媒体和虚拟技术进行多维的（立体的和动态的）表达、具有空间化、数字化、网络化、智能化、和可视化特征具有空间化、数字化、网络化、智能化、和可视化特征的技术系统。形象地说，的技术系统。形象地说，数字地球是指整个地球经数字数字地球是指整个地球经数字化之后用计算机网络系统来管理的技术系统化之后用计算机网络系统来管理的技术系统。 核心思想核心思想是用数字化的手段统一地处理地球问题和最大限是用数字化的手段统一地处理地球问题和最大限度地利用信息资源。度地利用信息资源。二、数字地球的核心技术与系统框架二、数字地球的核心技术与系统框架 数字地球是以遥感技术、遥测技术、数据库、地数字地球是以遥感技术、遥测技术、数据库、地理信息系统技术、高速计算机网络技术以及虚拟技术理信息系统技术、高速计算机网络技术以及虚拟技术为核心的信息技术系统为核心的信息技术系统。核心技术核心技术 ：u计算科学（计算科学（Computational Science） u海量存储（海量存储（Mass Storage） u卫星图象（卫星图象（Satellite Image） u宽带网络（宽带网络（Broadband Networks） u互操作（互操作（Interoperability） u元数据（元数据（ Metadata ） 数字地球技术系统的框架数字地球技术系统的框架 认知科学认知科学地球科学地球科学信息科学信息科学基础科学基础科学计算科学计算科学海量数据存储与处理海量数据存储与处理高速网络高速网络互操作互操作仿真与模拟仿真与模拟Metadata关键关键技术技术数字数字地球地球实现实现层层全球全球区域（城市）区域（城市）地区层地区层国家国家应用层应用层政治、外交国际政治、外交国际专业应用专业应用城市与区域城市与区域科研与教育科研与教育数字地球的技术体系数字地球的技术体系 （1 1）标准规范：主要包括开放地理数据互操作标准；空间）标准规范：主要包括开放地理数据互操作标准；空间）标准规范：主要包括开放地理数据互操作标准；空间）标准规范：主要包括开放地理数据互操作标准；空间数据交换标准；数据交换标准；数据交换标准；数据交换标准；MetadataMetadata标准等。标准等。标准等。标准等。（2 2）数据快速获取：主要包括多分辨率遥感技术、遥测技）数据快速获取：主要包括多分辨率遥感技术、遥测技）数据快速获取：主要包括多分辨率遥感技术、遥测技）数据快速获取：主要包括多分辨率遥感技术、遥测技术、全球定位系统和其他技术。术、全球定位系统和其他技术。术、全球定位系统和其他技术。术、全球定位系统和其他技术。（3 3）海量存储：包括先进的存储介质、分布式数据库等。）海量存储：包括先进的存储介质、分布式数据库等。）海量存储：包括先进的存储介质、分布式数据库等。）海量存储：包括先进的存储介质、分布式数据库等。（4 4）空间数据交换网络：主要包括数据交换中心、数据仓）空间数据交换网络：主要包括数据交换中心、数据仓）空间数据交换网络：主要包括数据交换中心、数据仓）空间数据交换网络：主要包括数据交换中心、数据仓库和数字图书馆等。库和数字图书馆等。库和数字图书馆等。库和数字图书馆等。（5 5）应用模型：包括各种专业模型、数学物理模型、仿真）应用模型：包括各种专业模型、数学物理模型、仿真）应用模型：包括各种专业模型、数学物理模型、仿真）应用模型：包括各种专业模型、数学物理模型、仿真及虚拟现实模型等。及虚拟现实模型等。及虚拟现实模型等。及虚拟现实模型等。（6 6）用户：包括国家、地方政府、企业、公用事业、学术）用户：包括国家、地方政府、企业、公用事业、学术）用户：包括国家、地方政府、企业、公用事业、学术）用户：包括国家、地方政府、企业、公用事业、学术研究、教育和社会大众。研究、教育和社会大众。研究、教育和社会大众。研究、教育和社会大众。数字中国数字中国 数字中国是指数字化的中国，或信息化的中国，数字中国是指数字化的中国，或信息化的中国，即以整个中国作为对象的数字地球技术系统实践，或即以整个中国作为对象的数字地球技术系统实践，或虚拟中国。虚拟中国。 n国家信息基础设施国家信息基础设施 n国家空间数据基础设施建设，即地学信息高速公路国家空间数据基础设施建设，即地学信息高速公路建设。建设。n中国数字地球试验基地建设中国数字地球试验基地建设 数字城市数字城市 综合运用地理信息系统、遥感、遥测、网络、综合运用地理信息系统、遥感、遥测、网络、多媒体及虚拟仿真等技术，对城市基础设施、功能机多媒体及虚拟仿真等技术，对城市基础设施、功能机制进行自动采集、动态监测、管理和辅助决策服务的制进行自动采集、动态监测、管理和辅助决策服务的技术系统技术系统 。 即：在城市规划、建设与运营管理以及城市生即：在城市规划、建设与运营管理以及城市生产和生活中，充分利用数字化信息处理技术和网络通产和生活中，充分利用数字化信息处理技术和网络通讯技术，将城市的各种资料和环境信息加以整合和充讯技术，将城市的各种资料和环境信息加以整合和充分利用，为调控、监管、预测城市提供现代化手段，分利用，为调控、监管、预测城市提供现代化手段，为城市规划、建设、管理及生活娱乐服务。为城市规划、建设、管理及生活娱乐服务。 2-22-2地理现象与地理空间的数据表达地理现象与地理空间的数据表达地理现象与地理空间的数据表达地理现象与地理空间的数据表达 一、地理空间现象与地理系统一、地理空间现象与地理系统地理系统地理系统主要涉及地球主要涉及地球表层空间，简称地理空表层空间，简称地理空间。间。地理空间地理空间是行星地是行星地球上大气圈、水圈、生球上大气圈、水圈、生物圈、岩石圈和土壤圈物圈、岩石圈和土壤圈交互作用的区域，地球交互作用的区域，地球上的许多自然和生物现上的许多自然和生物现象，最复杂的物理过程，象，最复杂的物理过程，化学过程、生物和生化化学过程、生物和生化过程大都发生在地理空过程大都发生在地理空间中。间中。 地球表面模型地球表面模型水准面水准面地球表面地球表面大地水准面大地水准面铅垂线铅垂线地球椭球体地球椭球体数学模型数学模型，是在解决其它一些大地测量学，是在解决其它一些大地测量学问题时提出来的，如类地形面、准大地水问题时提出来的，如类地形面、准大地水准面、静态水平衡椭球体等。准面、静态水平衡椭球体等。 地球椭球体表面是一个规则的数学表面。椭球地球椭球体表面是一个规则的数学表面。椭球体的大小，通常用两个半径：长半径体的大小，通常用两个半径：长半径a和短半径和短半径b，或由一个半径和扁率来决定。扁率或由一个半径和扁率来决定。扁率表示椭球的扁平表示椭球的扁平程度。扁率的计算公式为：程度。扁率的计算公式为：=（a-b）/a。这些地球。这些地球椭球体的基本元素椭球体的基本元素a、b、等，等，二、地理空间认知模型二、地理空间认知模型地理空间地理空间 地理信息系统中的空间概念常用地理信息系统中的空间概念常用“地理空间地理空间”（Geo-spatial）来表达。通常，）来表达。通常，地理空间地理空间被定义被定义为绝对空间和相对空间两种形式。绝对空间是具有为绝对空间和相对空间两种形式。绝对空间是具有属性描述的空间位置的集合，它由一系列不同位置属性描述的空间位置的集合，它由一系列不同位置的空间坐标值组成；相对空间是具有空间属性特征的空间坐标值组成；相对空间是具有空间属性特征的实体集合，它由不同实体之间的空间关系构成。的实体集合，它由不同实体之间的空间关系构成。 地理空间实体除了空间位置特征之外，另外三地理空间实体除了空间位置特征之外，另外三个基本特征是属性特征、时间特征和空间关系。个基本特征是属性特征、时间特征和空间关系。 尺度世界：尺度世界：量测后量测后项目世界：项目世界：信息团体信息团体地理空间世界地理空间世界GISGIS 语言语言概念世界：概念世界：自然语言自然语言现实世界：现实世界：基本语言基本语言要素集合世界要素集合世界要素集合要素集合要素世界：要素世界：要素要素几何世界：几何世界：几何特征几何特征点世界：坐标点世界：坐标几何几何Open GIS九个抽象层次九个抽象层次地理空间认识模型地理空间认识模型认知认知物理数据模型物理数据模型逻辑数据模型逻辑数据模型空间概念数据模型空间概念数据模型抽象抽象模型化模型化现实空间世界现实空间世界设计设计实现实现根据根据根据根据GISGIS数据组织和处理方式数据组织和处理方式数据组织和处理方式数据组织和处理方式, ,地理空间的三种认知模型：地理空间的三种认知模型：地理空间的三种认知模型：地理空间的三种认知模型：1、基于对象的模型、基于对象的模型 整个地理空间看成一个空域，地理实体和现象作为独立整个地理空间看成一个空域，地理实体和现象作为独立的对象分布在该空域中。按照其空间特征分为点、线、面三种的对象分布在该空域中。按照其空间特征分为点、线、面三种基本对象基本对象 及拓扑关系。每个对象都有自己的属性。及拓扑关系。每个对象都有自己的属性。2、基于网络的模型、基于网络的模型 在地理空间中，通过无数在地理空间中，通过无数“通道通道”互相连接的一组地理空间互相连接的一组地理空间位置位置 ，也可以看成基于对象的模型，它是由点对象和线对象之，也可以看成基于对象的模型，它是由点对象和线对象之间的拓扑空间关系构成的。间的拓扑空间关系构成的。3、基于域（场）的模型、基于域（场）的模型 把地理空间中的事物作为连续的变量或体来看待把地理空间中的事物作为连续的变量或体来看待。二、地理空间认知模型二、地理空间认知模型 基于域的模型和基于对象的模型各有长处，应该恰当基于域的模型和基于对象的模型各有长处，应该恰当基于域的模型和基于对象的模型各有长处，应该恰当基于域的模型和基于对象的模型各有长处，应该恰当地综合应用这两种方法来建模：地综合应用这两种方法来建模：地综合应用这两种方法来建模：地综合应用这两种方法来建模： 区域降雨现象特性变化的描述区域降雨现象特性变化的描述 包含两个属性包含两个属性采集采集数据点位置（对象）数据点位置（对象）和和平均平均降雨量（域）降雨量（域）的空间认知模型。的空间认知模型。二、地理空间认知模型二、地理空间认知模型三、地图对地理空间的描述三、地图对地理空间的描述三、地图对地理空间的描述三、地图对地理空间的描述 地图是现实世界的模型。它按照一定的比例、地图是现实世界的模型。它按照一定的比例、一定的投影原则，有选择地将复杂的三维现实世一定的投影原则，有选择地将复杂的三维现实世界的某些内容投影到二维平面媒介上，并用符号界的某些内容投影到二维平面媒介上，并用符号将这些内容要素表现出来。将这些内容要素表现出来。地图上各种内容要素地图上各种内容要素之间的关系，是按照地图投影建立的数学规则，之间的关系，是按照地图投影建立的数学规则，使地表各点和地图平面上的相应各点保持一定的使地表各点和地图平面上的相应各点保持一定的函数关系，从而在地图上准确地表达地表空间各函数关系，从而在地图上准确地表达地表空间各要素的关系和分布规律，反映它们之间的方向、要素的关系和分布规律，反映它们之间的方向、距离和面积。距离和面积。地理空间实体的地图表达地理空间实体的地图表达地理空间实体的地图表达地理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：位置：面：位置：面：位置：面：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 地理空间实体的地图表达地理空间实体的地图表达地理空间实体的地图表达地理空间实体的地图表达四、遥感影象对地理空间的表述四、遥感影象对地理空间的表述五、地理信息的数字化表述五、地理信息的数字化表述栅格（栅格（栅格（栅格（显式显式显式显式）和矢量结构（）和矢量结构（）和矢量结构（）和矢量结构（隐式隐式隐式隐式）地图的矢量和栅格表示地图的矢量和栅格表示地图的矢量和栅格表示地图的矢量和栅格表示 2-3 2-3 地理空间坐标系与地图投影地理空间坐标系与地图投影地理空间坐标系与地图投影地理空间坐标系与地图投影1 1、大地坐标系、大地坐标系、大地坐标系、大地坐标系l大地坐标系是大地测量中以参考椭球面为基准面的坐标系。地面点大地坐标系是大地测量中以参考椭球面为基准面的坐标系。地面点P的位的位置采用大地经度置采用大地经度L、大地纬度、大地纬度B和大地高程和大地高程H表示。大地坐标系是以椭球赤道表示。大地坐标系是以椭球赤道为基圈，以首子午线为基圈，以首子午线经过英国格林威治天文台的子午线为主圈的。因此，经过英国格林威治天文台的子午线为主圈的。因此，大地经度大地经度L 是参考椭球面上某点所经过的子午面与起始子午面之间的夹角。是参考椭球面上某点所经过的子午面与起始子午面之间的夹角。由首子午面起向东、向西量度，分别称为由首子午面起向东、向西量度，分别称为“东经东经”（为正）和（为正）和“西经西经”（为（为负），取值均为负），取值均为0180。同一子午面上各点的大地经度相同。同一子午面上各点的大地经度相同。l大地纬度大地纬度B是参考椭球面上某点法线与赤道面的夹角。由赤道面起向南北是参考椭球面上某点法线与赤道面的夹角。由赤道面起向南北两极量度，取值为两极量度，取值为090，向北称为，向北称为“北纬北纬”（为正），向南称为（为正），向南称为“南纬南纬”（为负）。同一纬线圈上各点的大地纬度相同。（为负）。同一纬线圈上各点的大地纬度相同。l如果空间点不在参考椭球面上，则需计算它的高程，为此需将该点投影到如果空间点不在参考椭球面上，则需计算它的高程，为此需将该点投影到椭球面上。点椭球面上。点P沿法线投影到椭球面上，则点沿法线上的距离称为大地高沿法线投影到椭球面上，则点沿法线上的距离称为大地高H，从椭球面量起向外为正，向内为负。，从椭球面量起向外为正，向内为负。 一、在椭球面上表示点位置的坐标系统一、在椭球面上表示点位置的坐标系统2-3 2-3 地理空间坐标系与地图投影地理空间坐标系与地图投影地理空间坐标系与地图投影地理空间坐标系与地图投影1 1、大地坐标系、大地坐标系、大地坐标系、大地坐标系u地理坐标系是以地理极地理坐标系是以地理极(北北极、南极极、南极)为极点。为极点。u通过通过P点作椭球面的垂线，点作椭球面的垂线，称之为过称之为过P点的法线。点的法线。 u法线与赤道面的交角，叫做法线与赤道面的交角，叫做A点的纬度点的纬度。 u过过P点的子午面与通过英国点的子午面与通过英国格林尼治天文台的子午面所夹格林尼治天文台的子午面所夹的二面角，叫做的二面角，叫做P点的经度点的经度。 一、在椭球面上表示点位置的坐标系统一、在椭球面上表示点位置的坐标系统2-3 2-3 地理空间坐标系与地图投影地理空间坐标系与地图投影地理空间坐标系与地图投影地理空间坐标系与地图投影高高高高程程程程系系系系统统统统一、在椭球面上表示点位置的坐标系统一、在椭球面上表示点位置的坐标系统H（大地高）（大地高）=H正（正常高）正（正常高）+（高程异常）（高程异常） 2 2、地心坐标系、地心坐标系、地心坐标系、地心坐标系 目前各国所采用的大地坐标系都是区域性的，目前各国所采用的大地坐标系都是区域性的，属于参考坐标系。属于参考坐标系。WGS-84：坐标系的原点坐标系的原点O为地球的质心，为地球的质心，Z轴指向轴指向BIH1984.O定义的协议地球级（定义的协议地球级（CTP）方向，）方向，X轴指向轴指向BIH1984.O的零度子午面和的零度子午面和CTP赤道赤道的的交点，的的交点，Y轴和轴和Z、X轴构成右手坐标系。轴构成右手坐标系。二、椭球的定位二、椭球的定位 将具有确定元素的椭球与地球的相关位置确将具有确定元素的椭球与地球的相关位置确定下来，从而确定测量计算基准面的具体位置和定下来，从而确定测量计算基准面的具体位置和大地测量起算的具体数据。椭球定位一般是通过大地测量起算的具体数据。椭球定位一般是通过大地原点的天文观测来实现的，包括确定地原点大地原点的天文观测来实现的，包括确定地原点的天文经度、天文纬度和原点至某一方向的天文的天文经度、天文纬度和原点至某一方向的天文方位角。方位角。 海福特海福特 、克拉索夫斯基、克拉索夫斯基 、16届国际大地测量与地届国际大地测量与地球物理协会公布的地球椭球体系，称为球物理协会公布的地球椭球体系，称为GRS 我国的坐标系统：平面坐标系统与高程系统我国的坐标系统：平面坐标系统与高程系统三、地图投影三、地图投影地图投影：为什么要进行投影地图投影：为什么要进行投影ll将地球椭球面上的点映射到平面上的方法，称为地图投影将地球椭球面上的点映射到平面上的方法，称为地图投影将地球椭球面上的点映射到平面上的方法，称为地图投影将地球椭球面上的点映射到平面上的方法，称为地图投影ll地理坐标为球面坐标，不方便进行距离、方位、面积等参地理坐标为球面坐标，不方便进行距离、方位、面积等参地理坐标为球面坐标，不方便进行距离、方位、面积等参地理坐标为球面坐标，不方便进行距离、方位、面积等参数的量算数的量算数的量算数的量算ll地球椭球体为不可展曲面地球椭球体为不可展曲面地球椭球体为不可展曲面地球椭球体为不可展曲面ll地图为平面，符合视觉心理，并易于进行距离、方位、面地图为平面，符合视觉心理，并易于进行距离、方位、面地图为平面，符合视觉心理，并易于进行距离、方位、面地图为平面，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积等量算和各种空间分析积等量算和各种空间分析积等量算和各种空间分析坐标参考系统坐标参考系统平面系平面系统统直接建立在球体上的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1）概念）概念 地图投影就是指建立地球表面上的点与投影平面地图投影就是指建立地球表面上的点与投影平面上点之间的一一对应关系的方法。上点之间的一一对应关系的方法。2）投影实质）投影实质 建立地球椭球面上经纬线网和平面上相应经纬线网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基础，也就是建立地球椭球面上的点的地理坐的数学基础，也就是建立地球椭球面上的点的地理坐标（标（，）与平面上对应点的平面坐标（）与平面上对应点的平面坐标（x，y）之间）之间的函数关系：的函数关系： 当给定不同的具体条件时，将得到不同类型的投影当给定不同的具体条件时，将得到不同类型的投影方式。方式。 2）投影实质）投影实质3）地图投影的变形）地图投影的变形长度变形长度变形面积变形面积变形角度变形角度变形4）地图投影的分类）地图投影的分类（1）按变形性质）按变形性质等角投影等角投影等积投影等积投影任意投影任意投影（2）根据投影面与）根据投影面与球面的相关位置球面的相关位置分类分类正轴切圆锥投影 正轴割圆锥投影横轴切圆锥投影 横轴割圆锥投影横轴切圆柱投影 横方位投影正轴割圆柱投影 斜轴切圆柱投影斜轴切圆锥投影 正轴切圆柱投影正方位投影 斜方位投影4）地图投影的分类）地图投影的分类根据投影所依据的方法分类根据投影所依据的方法分类l透视透视几何投影；它是根据透视原理，按视点（投影中心）几何投影；它是根据透视原理，按视点（投影中心）、物点（地面上的被投影点）和像点（投影面上的点）之间、物点（地面上的被投影点）和像点（投影面上的点）之间的几何关系建立投影方程，如透视方位投影、空间透视投影的几何关系建立投影方程，如透视方位投影、空间透视投影等。等。l几何几何解析投影；它的特点是首先根据经纬线形状确定解析投影；它的特点是首先根据经纬线形状确定投影方程的基本形式，之后根据给定的某种条件解析地推投影方程的基本形式，之后根据给定的某种条件解析地推求出特定投影的具体方程，如圆锥投影、圆柱投影、伪圆求出特定投影的具体方程，如圆锥投影、圆柱投影、伪圆锥投影等。锥投影等。l解析投影；它事先不人为地确定经纬线的形状，投影后解析投影；它事先不人为地确定经纬线的形状，投影后的经纬线形状与投影方程的形式完全依据给出的条件逐步的经纬线形状与投影方程的形式完全依据给出的条件逐步推求得到，如高斯推求得到，如高斯克吕格投影、变比例尺投影等。克吕格投影、变比例尺投影等。地图投影：投影选择因素地图投影：投影选择因素l制图区域的地理位置、形状和范围制图区域的地理位置、形状和范围l制图比例尺制图比例尺l地图内容地图内容l出版方式出版方式l对于世界地图，常用的主要是正圆柱、伪圆柱和多圆锥投影。在世对于世界地图，常用的主要是正圆柱、伪圆柱和多圆锥投影。在世界地图中常用墨卡托投影绘制世界航线图、世界交通图与世界时区界地图中常用墨卡托投影绘制世界航线图、世界交通图与世界时区图；图；l我国出版的世界地图多采用等差分纬线多圆锥投影，选用这个投影，我国出版的世界地图多采用等差分纬线多圆锥投影，选用这个投影，对于表现中国形状以及与四邻的对比关系较好，但投影的边缘地区对于表现中国形状以及与四邻的对比关系较好，但投影的边缘地区变形较大。变形较大。l对于半球地图，东、西半球图常选用横轴方位投影；南、北半球图对于半球地图，东、西半球图常选用横轴方位投影；南、北半球图常选用正轴方位投影；水、陆半球图一般选用斜轴方位投影。常选用正轴方位投影；水、陆半球图一般选用斜轴方位投影。l对于其他的中、小范围的投影选择，须考虑到它的轮廓形状和地理对于其他的中、小范围的投影选择，须考虑到它的轮廓形状和地理位置，最好是使等变形线与制图区域的轮廓形状基本一致，以便减位置，最好是使等变形线与制图区域的轮廓形状基本一致，以便减少图上变形。因此，圆形地区一般适于采用方位投影，在两极附近少图上变形。因此，圆形地区一般适于采用方位投影，在两极附近则采用正轴方位投影，以赤道为中心的地区采用横轴方位投影，在则采用正轴方位投影，以赤道为中心的地区采用横轴方位投影，在中纬度地区采用斜轴方位投影。在东西延伸的中纬度地区，一般多中纬度地区采用斜轴方位投影。在东西延伸的中纬度地区，一般多采用正轴圆锥投影，如中国与美国。在赤道两侧东西延伸的地区，采用正轴圆锥投影，如中国与美国。在赤道两侧东西延伸的地区，则宜采用正轴圆柱投影，如印度尼西亚。在南北方向延伸的地区，则宜采用正轴圆柱投影，如印度尼西亚。在南北方向延伸的地区，一般采用横轴圆柱投影和多圆锥投影，如智利与阿根廷一般采用横轴圆柱投影和多圆锥投影，如智利与阿根廷 四、地理信息系统中常用的地图投影四、地理信息系统中常用的地图投影 lGIS以地图方式显示地理信息，而地图是平面，地理信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，因此地图投影在息则在地球椭球上，因此地图投影在GIS中不可缺少。中不可缺少。lGIS数据库中地理数据以地理坐标存储时，则以地图为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；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。过投影变换变换成指定投影的平面坐标。lGIS中，地理数据的显示可根据用户的需要而指定投影中，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。尺一致时，一般采用国家基本系列地图所用的投影。（一）（一）国外地理信息系统中地图投影的配置国外地理信息系统中地图投影的配置 比例尺大于、等于比例尺大于、等于1：50万时采用万时采用UTM投影（通用横轴投影（通用横轴墨卡托投影），小于墨卡托投影），小于1：50万时采用万时采用Lambert投影（兰勃特投影（兰勃特正轴圆锥投影）。正轴圆锥投影）。 所配置的投影系统应与相应比例尺的国家基本图投影系统所配置的投影系统应与相应比例尺的国家基本图投影系统一致；一致；系统一般最多只采用两种投影系统，一种服务于大比例尺系统一般最多只采用两种投影系统，一种服务于大比例尺的数据处理与输入输出，一种服务于中小比例尺；的数据处理与输入输出，一种服务于中小比例尺；所用投影以等角投影居多；所用投影以等角投影居多；所所用用投投影影应应能能与与网网格格坐坐标标系系统统相相适适应应，即即所所用用的的网网格格系系统统在投影带中应保持一致。在投影带中应保持一致。（二）（二）我国我国GIS中常用的地图投影配置与计算中常用的地图投影配置与计算l1：100万：兰勃投影（正轴等积割圆锥投影）万：兰勃投影（正轴等积割圆锥投影）l大部分分省图、大多数同级比例尺也采用兰勃投大部分分省图、大多数同级比例尺也采用兰勃投影影l1：50万、万、1：25万、万、1：10万、万、1：5万、万、1：2.5万、万、1:1万、万、1：5000采用高斯采用高斯克克吕吕格投影。格投影。（一）高斯（一）高斯克吕格投影克吕格投影 是一种横轴等角切椭圆柱投影。特点：投影的中央经线和地是一种横轴等角切椭圆柱投影。特点：投影的中央经线和地球赤道投影相互垂直且为投影的对称轴线；为等角投影，即球赤道投影相互垂直且为投影的对称轴线；为等角投影，即角度没有变形；中央经线上没有长度变形，其余经线长度比角度没有变形；中央经线上没有长度变形，其余经线长度比均大于均大于1，距中央经线愈远长度变形和面积变形愈大。，距中央经线愈远长度变形和面积变形愈大。 （按（按经差分带）经差分带） 高斯高斯克吕格投影的变形特征是：在同一条经线上，克吕格投影的变形特征是：在同一条经线上，长度变形随纬度的降低而增大，在赤道处为最大；在同长度变形随纬度的降低而增大，在赤道处为最大；在同一条纬线上，长度变形随经差的增加而增大，且增大速一条纬线上，长度变形随经差的增加而增大，且增大速度较快。在度较快。在6度带范围内，长度最大变形不超过度带范围内，长度最大变形不超过0.14% （二）正轴圆锥投影（二）正轴圆锥投影（Lambert ） 圆锥投影从几何上讲，可以设想是取用一圆锥面，圆锥投影从几何上讲，可以设想是取用一圆锥面，套在地球（椭球）体上，并将地球表面上的要素投影到套在地球（椭球）体上，并将地球表面上的要素投影到圆锥面上，然后将圆锥面沿某一母线（正轴情况下为一圆锥面上，然后将圆锥面沿某一母线（正轴情况下为一经线）展开，便得到了该投影。经线）展开，便得到了该投影。 在正轴圆锥投影中，经线都表现为交于一点的直线束在正轴圆锥投影中，经线都表现为交于一点的直线束，纬线表现为同心圆的圆弧，圆心即直线束的交点。，纬线表现为同心圆的圆弧，圆心即直线束的交点。五、地图的分幅和编号五、地图的分幅和编号地形图分幅结果分析地形图分幅结果分析 地形图标准分幅是按固定的纬差与经差并从赤地形图标准分幅是按固定的纬差与经差并从赤道与东经道与东经180逐次铺开分幅的。逐次铺开分幅的。 地形图图廓线是经线与纬线构成，高斯地形图图廓线是经线与纬线构成，高斯-克吕格克吕格投影下图廓线不构成规则矩形。投影下图廓线不构成规则矩形。 在相同比例尺条件下，不同纬度带的地形图面在相同比例尺条件下，不同纬度带的地形图面积不等。积不等。1：100万地图的编号万地图的编号列数：由赤道起向南北两极每隔纬差列数：由赤道起向南北两极每隔纬差4为一列，直到南北为一列，直到南北88（南北（南北纬纬88至南北两极地区，采用极方位投影单独成图），将南北半球至南北两极地区，采用极方位投影单独成图），将南北半球各划分为各划分为22列，分别用拉丁字母列，分别用拉丁字母A、B、C、DV表示。表示。行数：从经度行数：从经度180 起向东每隔起向东每隔6 为一行，绕地球一周共有为一行，绕地球一周共有60行，分行，分别以数字别以数字1、2、3、460表示。表示。由于南北两半球的经度相同，规定在南半球的图号前加一个由于南北两半球的经度相同，规定在南半球的图号前加一个S，北半，北半球的图号前不加任何符号。一般来讲，把列数的字母写在前，行球的图号前不加任何符号。一般来讲，把列数的字母写在前，行数的数字写在后，中间用一条短线连接。例如北京所在的一幅百数的数字写在后，中间用一条短线连接。例如北京所在的一幅百万分之一地图的编号为万分之一地图的编号为J-50。1：50万、万、1：20万、万、1：10万地形图的编号万地形图的编号 l一幅一幅1：100万地图划分四幅万地图划分四幅1：50万地图，分别用万地图，分别用甲、乙、丙、丁表示，其编号是在甲、乙、丙、丁表示，其编号是在1：100万地形万地形图的编号后加上它本身的序号，如图的编号后加上它本身的序号，如J-50-乙。乙。l一幅一幅1：100万地图划万地图划36幅幅1：20万地图，分别用带万地图，分别用带括号的数字（括号的数字（1）（36）表示，其编号是在）表示，其编号是在1：100万地形图的编号后加上它本身的序号，如万地形图的编号后加上它本身的序号，如J-50-（28）。）。l一幅一幅1：100万地图划分万地图划分144幅幅1：10万地图，分别万地图，分别用数字用数字1144表示，其编号是在表示，其编号是在1：100万地形图万地形图的编号后加上它本身的序号，如的编号后加上它本身的序号，如J-50-32。 1：5万、万、1：2.5万、万、1：1万地形图的编号万地形图的编号 l以以1：10万地形图的编号为基础，将一幅万地形图的编号为基础，将一幅1：10万地图划分万地图划分四幅四幅1：5万地图，分别用甲、乙、丙、丁表示，其编号是万地图，分别用甲、乙、丙、丁表示，其编号是在在1：10万地形图的编号后加上它本身的序号，如万地形图的编号后加上它本身的序号，如J-50-32-甲。再将一幅甲。再将一幅1：5万地图划分四幅万地图划分四幅1：2.5万地形图，分别万地形图，分别用用1、2、3、4表示，其编号是在表示，其编号是在1：5万地形图的编号后加万地形图的编号后加上它本身的序号，如上它本身的序号，如J-50-32-甲甲-1。l1：1万地形图的编号，是以一幅万地形图的编号，是以一幅1：10万地形图划分为万地形图划分为64幅幅1：1万地形图，分别以带括号的（万地形图，分别以带括号的（1）（64）表示，）表示，其编号是在其编号是在1：10万图号后加上万图号后加上1：1万地图的序号，如万地图的序号，如J-50-32-（10）。）。l一幅一幅1：1万地形图划分为万地形图划分为4幅幅1：5000地形图，分别用小写地形图，分别用小写拉丁字母拉丁字母a、b、c、d表示，其编号是在表示，其编号是在1：1万图号后加上万图号后加上它本身的序号，如它本身的序号，如J-50-32-（10）-a。地形图坐标系位置有关问题地形图坐标系位置有关问题坐标系设置原则 按高斯-克吕格投影下的6带（1：50万1：2.5万比例尺）或3带（1：1万以下比例尺）的中央子午线为x轴，北向为正向，赤道为y轴，东向为正向构成直角坐标系。坐标系技术处理 将X轴向西移动500公里，以保证每个条带内Y坐标值都为正地理经纬度与X、Y坐标变换。按按投投影影带带不不同同通通常常分分为为6度度带带和和3度度带带。点点在在高高斯斯平平面面直直角角坐坐标标系系中中的的坐坐标标值值，理理论论上上中中央央子子午午线线的的投投影影是是X轴轴，赤赤道道的的投投影影是是Y轴轴，其其交交点点是是坐坐标标原原点点。点点的的X坐坐标标是是点点至至赤赤道道的的距距离离；点点的的Y坐坐标标是是点点至至中中央央子子午午线线的的距距离离，设设为为y；y有有正正有有负负。为为了了避避免免Y坐坐标标出出现现负负值值，把把原原点点向向西西平平移移500公公里里。为为了了区区分分不不同同投投影影带带中中的的点点，在在点点的的Y坐坐标标值值上上加加带带号号N，所所以以点点的的横横坐坐标标通用值为通用值为 y=N*1000000+500000+y。公里网（又称方里网） 在投影面上从坐标系原点开始，一公里见方设置网格，由此设置可见： 公里网格线总是平行或垂直于中央子午线或赤道，但通常并不平行于图廓。 公里网格线实际地面对应区域并不是方形，有误差，不过较小。 公里网设置依赖于投影6或3条带。 公里网格用作坐标校正。图件“三北” 中央子午线（X轴）指北向。 过本幅图件中心点的子午线方向。 磁力线指北向。2.4空间数据特征和类型空间数据特征和类型一、一、GIS空间数据的基本特征空间数据的基本特征地理信息系统中以地理信息系统中以“空间实体空间实体”作为描述、反映空间对象的单体。所作为描述、反映空间对象的单体。所谓谓“实体实体”（entity）是指自然界、自然现象和社会经济事件中不能再分）是指自然界、自然现象和社会经济事件中不能再分割的单元。割的单元。“实体实体”是一个概括性的、复杂的、具有相对意义的概念或术是一个概括性的、复杂的、具有相对意义的概念或术语。语。 实体的特征可分为实体的特征可分为空间特征空间特征、也称几何特性、非空间特征也称、也称几何特性、非空间特征也称属属性特征性特征，以及，以及时间（态）特征时间（态）特征。实实体体标识标识符符位置位置空空间间特征特征特征属性特征属性功能属性功能属性学校学校铁铁路路钻钻孔孔蓄水池蓄水池名字名字编码编码号号标识标识号号名字名字坐坐标标某某车车站坐站坐标标空空间间坐坐标标地面坐地面坐标标与另一与另一实实体的体的间间距距连连接两个城市接两个城市深度深度容容积积学生数学生数运运输输量量孔径孔径水水质质教育教育运运营营中中目的目的水位水位变变化化空间对象（实体）类型空间对象（实体）类型空间对象一般按地形维数进行归类划分空间对象一般按地形维数进行归类划分0点或节点：零维点或节点：零维0线或折线：一维线或折线：一维0面或多边形：二维面或多边形：二维0体：三维体：三维0时间：通常以第四维表达，但目前时间：通常以第四维表达，但目前GIS还还很难处理时间属性。很难处理时间属性。点实体点实体 有位置，无宽度和长度；有位置，无宽度和长度； 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月该洲月该洲可能的可能的500个地震位置个地震位置线实体线实体 有长度，但无宽度和高度有长度，但无宽度和高度有长度，但无宽度和高度有长度，但无宽度和高度 用来描述线状实体，通常在网络分析中使用较多用来描述线状实体，通常在网络分析中使用较多用来描述线状实体，通常在网络分析中使用较多用来描述线状实体，通常在网络分析中使用较多 度量实体距离度量实体距离度量实体距离度量实体距离香港城市道路网分布香港城市道路网分布香港城市道路网分布香港城市道路网分布面实体面实体 具有长和宽的目标具有长和宽的目标 通常用来表示自然或人工的封闭多边形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）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）空间对象：面（续）空间对象：面（续）连续变化曲面：如地形起连续变化曲面：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连续。率变化连续。不连续变化曲面，如土壤、不连续变化曲面，如土壤、森林、草原、土地利用等，森林、草原、土地利用等，属性变化发生在边界上，面属性变化发生在边界上，面的内部是同质的。的内部是同质的。空间对象：体空间对象：体有长、宽、高的目标有长、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、矿体等三维目标体等三维目标香港理工大学香港理工大学校园建筑校园建筑（1）空间实体的三大特征）空间实体的三大特征l空间特征空间特征l属性特征属性特征l时间（态）时间（态） 特征特征（）（） GIS实体数据的特点实体数据的特点l以统一的坐标系统进行空间定位。以统一的坐标系统进行空间定位。l空间数据与非空间数据是相互结合的整体。空间数据与非空间数据是相互结合的整体。l图形数据与图象数据形式，或者说矢量数据方图形数据与图象数据形式，或者说矢量数据方式与栅格数据方式是并存或叠合的。式与栅格数据方式是并存或叠合的。l实体数据间存在着复杂的关系。实体数据间存在着复杂的关系。l实体数据具有时效性，即周期性和时间性，实体数据具有时效性，即周期性和时间性， 二、空间数据的类型及其抽象二、空间数据的类型及其抽象类型类型 l几何图形数据几何图形数据l影象数据影象数据l属性数据属性数据l地形数据地形数据l规则、知识规则、知识抽象抽象n点点n线线n面面三、空间数据的拓扑关系三、空间数据的拓扑关系三、空间数据的拓扑关系三、空间数据的拓扑关系邻接相交重合相离包含点点点线点面线面面面线线空间对象的空间关系表达空间对象的空间关系表达00描述空间对象之间的空间相互作用关系描述空间对象之间的空间相互作用关系描述空间对象之间的空间相互作用关系描述空间对象之间的空间相互作用关系00方法方法方法方法qq 绝对关系绝对关系绝对关系绝对关系: : 坐标、角度、方位、距离等；坐标、角度、方位、距离等；坐标、角度、方位、距离等；坐标、角度、方位、距离等；qq 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00 相对关系类型相对关系类型相对关系类型相对关系类型qq拓扑空间关系：描述空间对象的相邻、包含等拓扑空间关系：描述空间对象的相邻、包含等拓扑空间关系：描述空间对象的相邻、包含等拓扑空间关系：描述空间对象的相邻、包含等qq顺序空间关系：描述空间对象在空间上的排列次序，如前后、左右、顺序空间关系：描述空间对象在空间上的排列次序，如前后、左右、顺序空间关系：描述空间对象在空间上的排列次序，如前后、左右、顺序空间关系：描述空间对象在空间上的排列次序，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。qq度量空间关系：描述空间对象之间的距离等。度量空间关系：描述空间对象之间的距离等。度量空间关系：描述空间对象之间的距离等。度量空间关系：描述空间对象之间的距离等。00地图、遥感影象上的空间关系是通过图形识别的，在地图、遥感影象上的空间关系是通过图形识别的，在地图、遥感影象上的空间关系是通过图形识别的，在地图、遥感影象上的空间关系是通过图形识别的，在GISGIS中的空间关系中的空间关系中的空间关系中的空间关系则必须显式的进行定义和表达。则必须显式的进行定义和表达。则必须显式的进行定义和表达。则必须显式的进行定义和表达。00空间关系的描述多种多样，目前尚未有具体的标准和固定的格式，但基空间关系的描述多种多样，目前尚未有具体的标准和固定的格式，但基空间关系的描述多种多样，目前尚未有具体的标准和固定的格式，但基空间关系的描述多种多样，目前尚未有具体的标准和固定的格式，但基本原理一致。不同的本原理一致。不同的本原理一致。不同的本原理一致。不同的GISGIS可能采用不同的方法进行描述可能采用不同的方法进行描述可能采用不同的方法进行描述可能采用不同的方法进行描述空间对象的空间对象的拓扑空间关系拓扑空间关系0 基于点集拓扑理论基于点集拓扑理论0 拓扑元素：拓扑元素：q 点：孤立点、线的端点、面的首尾点、链的连接点点：孤立点、线的端点、面的首尾点、链的连接点q 线：两结点之间的有序弧段，包括链、弧段和线段线：两结点之间的有序弧段，包括链、弧段和线段q 面：若干弧段组成的多边形面：若干弧段组成的多边形0 基本拓扑关系基本拓扑关系q 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q 邻接：相同拓扑元素之间的关系邻接：相同拓扑元素之间的关系q 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 拓扑关系是指图形在保持连续状态下的变形、但图拓扑关系是指图形在保持连续状态下的变形、但图形关系不变的性质。形关系不变的性质。 起点起点终点终点中间点中间点弧段弧段1弧段弧段3弧段弧段2弧段弧段4点点:面面:弧弧:邻接邻接相交相交重合重合相离相离包含包含点点点点点点线线点点面面线线面面面面面面线线线线N1N2N3N4N5L1L2L3L4L5L6L7P1P2P3P4l 关联：不同拓扑元素之关联：不同拓扑元素之间的关系间的关系l 邻接：相同拓扑元素之邻接：相同拓扑元素之间的关系间的关系l 包含：面与其他元素之包含：面与其他元素之间的关系间的关系N1N2N3N4N5L1L2L3L4L5L6L7P1P2P3P4面域与弧段的拓扑关系面域与弧段的拓扑关系面域面域弧段弧段P1L1，L2，L3，-L7P2L2，L4，L6P3L3，L6，L5P4L7弧段与弧段与结结点的拓扑关系点的拓扑关系弧段弧段结结点点L1N1，N2L2N2，N4L3N4，N1L4N2，N3L5N3，N1L6N3，N4L7N5，N5结结点与弧段的拓扑关系点与弧段的拓扑关系结结点点弧段弧段N1L1，L3，L5N2L1，L4，L2N3L4，L5，L6N4L2，L6，L3N5L7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左邻邻面面右右邻邻面面L1P0P1L2P2P1L3P3P1L4P0P2L5P0P3L6P3P2L7P1P4拓扑关系对数据处理和空间分析具有重要的意义拓扑关系对数据处理和空间分析具有重要的意义 l清楚地反映实体之间的逻辑结构关系，它比几何坐清楚地反映实体之间的逻辑结构关系，它比几何坐标关系有更大的稳定性，不随地图投影而变化。标关系有更大的稳定性，不随地图投影而变化。l有利于空间要素的查询，例如，某条铁路通过哪些有利于空间要素的查询，例如，某条铁路通过哪些地区，某县与哪些县邻接。又如分析某河流能为哪地区，某县与哪些县邻接。又如分析某河流能为哪些地区的居民提供水源，某湖泊周围的土地类型及些地区的居民提供水源，某湖泊周围的土地类型及对生物、栖息环境作出评价等。对生物、栖息环境作出评价等。l可以根据拓扑关系重建地理实体。例如根据弧段构可以根据拓扑关系重建地理实体。例如根据弧段构建多边形，实现道路的选取，进行最佳路径的选择建多边形，实现道路的选取，进行最佳路径的选择等。等。四、空间数据的不确定性四、空间数据的不确定性空间位置的不确定性：指空间位置的不确定性：指GIS中某一被描述物体与其地中某一被描述物体与其地面上真实物体位置上的差别；面上真实物体位置上的差别；属性不确定性：是指某一物体在属性不确定性：是指某一物体在GIS中被描述的属性与中被描述的属性与其真实的属性之差别；其真实的属性之差别；时域不确定性：是指在描述地理现象时，时间描述上时域不确定性：是指在描述地理现象时，时间描述上的差错；的差错；逻辑上的不一致性：指数据结构内部的不一致性，尤逻辑上的不一致性：指数据结构内部的不一致性，尤其是指拓扑逻辑上的不一致性；其是指拓扑逻辑上的不一致性；数据的不完整性：指对于给定的目标，数据的不完整性：指对于给定的目标，GIS没有尽可能没有尽可能完全地表达该物体。完全地表达该物体。 空间数据的获取或采集、加工、存储、分析、空间数据的获取或采集、加工、存储、分析、处理和表现（显示）展开的。空间数据源的类型处理和表现（显示）展开的。空间数据源的类型及其采集手段、方法，数据的空间尺度范围、分及其采集手段、方法，数据的空间尺度范围、分辨率，以及各种类型数据的变换，加工等都直接辨率，以及各种类型数据的变换，加工等都直接影响到地理信息系统应用的成效、成本和潜力。影响到地理信息系统应用的成效、成本和潜力。 2.5 空间数据获取与变换空间数据获取与变换数据在数据在GIS中的地位中的地位以数据为处理线索以数据为处理线索硬件硬件软件软件 数据数据 = 1 2 7汽油数据数据采集任务数据采集任务将现有的地图、外业观测成果、航空像片、遥感将现有的地图、外业观测成果、航空像片、遥感图片数据、文本资料等转换成图片数据、文本资料等转换成GIS可以接受的数字可以接受的数字形式。形式。数据库入库之前进行验证、修改、编辑等处理，数据库入库之前进行验证、修改、编辑等处理，保证数据在内容和逻辑上的一致性。保证数据在内容和逻辑上的一致性。不同的数据来源要用到不同的设备和方法。不同的数据来源要用到不同的设备和方法。数据的转换装载数据的转换装载数据处理：几何纠正、图幅拼接、拓扑生成等数据处理：几何纠正、图幅拼接、拓扑生成等一、主要空间数据源及其获取一、主要空间数据源及其获取图形图像数据：图形图像数据：ll地图地图地图地图 ll工程图工程图工程图工程图ll规划图规划图规划图规划图ll照片照片照片照片ll航空与遥感影像等航空与遥感影像等航空与遥感影像等航空与遥感影像等文字数据：文字数据：ll调查报告调查报告调查报告调查报告ll文件文件文件文件ll统计数据统计数据统计数据统计数据ll实验数据实验数据实验数据实验数据ll野外调查的原始记录等野外调查的原始记录等野外调查的原始记录等野外调查的原始记录等图形图像数据图形图像数据文字数据文字数据第一手数据第一手数据第二手数据第二手数据非电子数据非电子数据电子数据电子数据全站仪、全站仪、GPSGPS数据数据地球物理、地球化学地球物理、地球化学遥感数据遥感数据地图地图专题地图专题地图统计图表统计图表平板测量数据平板测量数据工程测量数据工程测量数据笔记笔记航空、遥感相片航空、遥感相片人口普查人口普查社会经济调查社会经济调查各种统计资料各种统计资料已建各种数据库已建各种数据库GISGIS数据数据GIS的数据来源的数据来源特点特点统计数据地图存储介质、现势性、投影转换遥感、航空影象和数据分辨率、变形规律、纠正、解译特征地面测量数字数据格式、精度多媒体，辅助GIS空间分析和查询GIS空间数据数据获取方法数据获取方法 地面及地下测量地面及地下测量地面及地下测量地面及地下测量 全球定位系统测量全球定位系统测量全球定位系统测量全球定位系统测量 摄影测量摄影测量摄影测量摄影测量 遥感技术遥感技术遥感技术遥感技术地图数字化地图数字化地图数字化地图数字化 属性和统计数据获取属性和统计数据获取属性和统计数据获取属性和统计数据获取 地图地图地面测量数据地面测量数据统计资料统计资料航空、遥感航空、遥感文字数据文字数据多媒体多媒体坐标几何坐标几何数字化仪数字化仪扫描仪扫描仪摄影测量系统摄影测量系统键盘键盘空间空间数据库数据库编辑处理编辑处理数据交换数据交换二、空间尺度的概念和表达方式二、空间尺度的概念和表达方式定义定义 是指研究者选择观察（测）世界的窗口是指研究者选择观察（测）世界的窗口 选择尺度时必须考虑选择尺度时必须考虑 观察现象或研究问题的具体情况。通常很难有一种确定的观察现象或研究问题的具体情况。通常很难有一种确定的方法可以简便地选择一种理想的窗口（尺度），也不太可能以方法可以简便地选择一种理想的窗口（尺度），也不太可能以一种窗口（尺度）就能全面而充实地研究复杂的地理空间现象一种窗口（尺度）就能全面而充实地研究复杂的地理空间现象和过程，或者各种社会现象。和过程，或者各种社会现象。 在不同的学科、不同的研究领域会涉及到不同的形式和类在不同的学科、不同的研究领域会涉及到不同的形式和类型的尺度问题，还会有不同的表述方式和含义。例如，在测绘型的尺度问题，还会有不同的表述方式和含义。例如，在测绘学、地图制图学和地理学中通常把尺度表述为比例尺，在数学、学、地图制图学和地理学中通常把尺度表述为比例尺，在数学、机械学、电子学、光学、通讯工程等学科中又往往把尺度表述机械学、电子学、光学、通讯工程等学科中又往往把尺度表述为某种测量工具为某种测量工具 l地理或观测尺度地理或观测尺度 是指研究的区域大小或空间范围。认识或观察是指研究的区域大小或空间范围。认识或观察地理空间观察及其变化时一般需要更大的范围，即大尺度（地理地理空间观察及其变化时一般需要更大的范围，即大尺度（地理尺度）研究覆盖范围较大区域，如一个国家、亚太地区，而研究尺度）研究覆盖范围较大区域，如一个国家、亚太地区，而研究城市分布及其扩展可用中尺度或小尺度。城市分布及其扩展可用中尺度或小尺度。l空间分辨率空间分辨率 是指能详细区分空间两点的最小单元尺寸或间距，是指能详细区分空间两点的最小单元尺寸或间距，如遥感影象中的像素大小，生态环境研究中的采样间隔等。当专如遥感影象中的像素大小，生态环境研究中的采样间隔等。当专指地表面时则可称为地面分辨率。由于数据库存储能力的限制，指地表面时则可称为地面分辨率。由于数据库存储能力的限制，大尺度研究常采用较低的空间分辨率，而小尺度（范围）研究则大尺度研究常采用较低的空间分辨率，而小尺度（范围）研究则常采用较高的空间分辨率。常采用较高的空间分辨率。l操作尺度操作尺度 是指对空间实体、现象的数据进行处理操作时应采用是指对空间实体、现象的数据进行处理操作时应采用的最佳尺度，不同操作尺度影响处理结果的可靠程度或准确度。的最佳尺度，不同操作尺度影响处理结果的可靠程度或准确度。l比例尺比例尺 是制图中的一个最基本的概念，指图上的距离与实地相是制图中的一个最基本的概念，指图上的距离与实地相应距离的比值。应距离的比值。 二、空间尺度的概念和表达方式二、空间尺度的概念和表达方式二、空间数据的尺度二、空间数据的尺度各种数据测量尺度以及其制图表现各种数据测量尺度以及其制图表现 三、空间数据变换三、空间数据变换 不同不同GIS系统的数据结构和数据模型不完全相同、系统的数据结构和数据模型不完全相同、甚至完全不相同，因此，在空间数据转换过程中保甚至完全不相同，因此，在空间数据转换过程中保证空间定位信息，空间拓扑关系和特征属性数据，证空间定位信息，空间拓扑关系和特征属性数据，三个方面的数据内容不丢失，或者基本不丢失是十三个方面的数据内容不丢失，或者基本不丢失是十分必要的。分必要的。 l l“meta”是一希腊语词根，意思是是一希腊语词根，意思是“改变改变”，“Metadata”一词的原意是关于数据变化的描述。一词的原意是关于数据变化的描述。 l l一般都认为元数据就是一般都认为元数据就是 “关于数据的数据关于数据的数据”。目的目的 使用元数据的目的就是促进数据集的高效利使用元数据的目的就是促进数据集的高效利用，并为计算机辅助软件工程（用，并为计算机辅助软件工程（CASE）服务）服务。 2.6 空间数据的元数据空间数据的元数据元数据的作用元数据的作用l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，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，并保证即使其主要工作人员退休或调离时，也不会失去对数据并保证即使其主要工作人员退休或调离时，也不会失去对数据情况的了解；情况的了解；l提供有关数据生产单位数据存储、数据分类、数据内容、数据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（质量、数据交换网络（clearing house）及数据销售等方面的）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；信息，便于用户查询检索地理空间数据；l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；交换和传输有关的辅助信息；l帮助用户了解数据，以便就数据是否能满足其需求作为正确的帮助用户了解数据，以便就数据是否能满足其需求作为正确的判断；判断；l提供有关信息，以便用户处理和转换有用的数据。提供有关信息，以便用户处理和转换有用的数据。 元数据的内容元数据的内容l对数据库的描述；对数据库的描述；l对数据库中各数据项、数据来源、数据所有者及数对数据库中各数据项、数据来源、数据所有者及数据生产历史等的说明；据生产历史等的说明；l对数据质量的描述，如数据精度、数据的逻辑一致对数据质量的描述，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；性、数据完整性、分辨率、源数据的比例尺等；l对数据处理信息的说明，如量纲的转换等；对数据处理信息的说明，如量纲的转换等；l对数据转换方法的描述；对数据转换方法的描述；l对数据库的更新、集成方法等的说明。对数据库的更新、集成方法等的说明。 空间数据元数据的概念空间数据元数据的概念 空间数据：空间数据： 是用于确定具有自然特征或者人工建筑特征的地是用于确定具有自然特征或者人工建筑特征的地理实体的地理位置、属性及其边界的信息；理实体的地理位置、属性及其边界的信息； 空间数据元数据：空间数据元数据： 指对于这些空间数据的描述或说明指对于这些空间数据的描述或说明 类型、对象、点、线、线段空间数据元数据的标准空间数据元数据的标准空间数据元数据的标准空间数据元数据的标准 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地球空间数据元数据内容标准准FGDC，美国联邦空间数据委员，美国联邦空间数据委员会会 GDDD数据集描述方法数据集描述方法MEGRIN，欧洲地图事务组织，欧洲地图事务组织 CGSB空间数据集描述空间数据集描述CSC，加拿大标准委员会，加拿大标准委员会 CEN地学信息一数据描述一元数据地学信息一数据描述一元数据CENTC287 DIF目录交换格式目录交换格式NASA ISO地理信息地理信息ISOTC211GIS中使用元数据的原因中使用元数据的原因l完整性（完整性（completeness）l可扩展性（可扩展性（extensibility）l特殊化（特殊化（specialization）l安全性（安全性（safety）l查错功能（查错功能（debugging）l浏览功能（浏览功能（browsing）l程序生成（程序生成（program generation） 空间元数据的应用空间元数据的应用帮助用户获取数据帮助用户获取数据空间数据质量控制空间数据质量控制在数据集成中的应用在数据集成中的应用数据存储和功能实现数据存储和功能实现ebc41325ABC76Dad da: 结点号结点号A: 多边形号多边形号1: 弧段号弧段号弧段数字化方向弧段数字化方向