第一節(jié)地理空間及其表達(dá)第二節(jié)地理空間數(shù)據(jù)及其特征第三節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型第四節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的建立第二章

地理空間表達(dá)GIS的研究對(duì)象是具有空間內(nèi)涵的地理數(shù)據(jù)。地理數(shù)據(jù)與其位置的識(shí)別聯(lián)系在一起，它是通過公共的地理基礎(chǔ)——統(tǒng)一的空間參考系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。地理空間

大氣電離層到莫霍面之間的生命活動(dòng)最活躍的區(qū)域，包括空間定位框架（大地測(cè)量控制，由平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)組成）及其所聯(lián)結(jié)的特征實(shí)體

第一節(jié)地理空間及其表達(dá)

一個(gè)要素要進(jìn)行定位，必須嵌入到一個(gè)空間參照系中，因?yàn)镚IS所描述是位于地球表面的信息，所以根據(jù)地球橢球體建立的地理坐標(biāo)（經(jīng)緯網(wǎng)）可以作為所有要素的參照系統(tǒng)。因?yàn)榈厍蚴且粋€(gè)不規(guī)則的球體，為了能夠?qū)⑵浔砻娴膬?nèi)容顯示在平面的顯示器或紙面上，必須進(jìn)行坐標(biāo)變換。內(nèi)容回顧MapProjection-thetransformationofacurvedearthtoaflatmap地球模型地球表面水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面鉛垂線地球橢球體地球橢球的基本元素常用符號(hào)a，b，α，e和e'表示符號(hào)的名稱和公式為：長(zhǎng)半軸=a；短半軸=b；扁率α=(a-b)/a；已知其中兩個(gè)元素（包含a或b）,就可以推算其他三個(gè)元素。地理模型地球橢球體GRACE重力場(chǎng)GRACE衛(wèi)星獲取的地球重力場(chǎng)PeruChileTrenchPuertoRicoTrench

Himalaya/TibetanPlateauSouthwestIndianRidge地球的大小關(guān)于地球橢球體的大小，由于采用不同的資料推算，橢球體的元素值是不同的?，F(xiàn)將世界各國(guó)常用的地球橢球體的數(shù)據(jù)列表如下：

表：各種地球橢球體模型橢球體名稱年代長(zhǎng)半軸（米）短半軸（米）扁率白塞爾(Bessel)1841637739763560791：299.15克拉克(Clarke)1880637824963565151：293.5克拉克(Clarke)1866637820663565841：295.0海福特(Hayford)1910637838863569121：297克拉索夫斯基1940637824563568631：298.3I．U．G．G1975637814063567751：298.257埃維爾斯特(Everest)1830637727663560751：300.8地球橢球體基本要素6378140高程 地面點(diǎn)到大地水準(zhǔn)面的高程，稱為絕對(duì)高程。如圖所示，P0P0'為大地水準(zhǔn)面，地面點(diǎn)A和B到P0P0'的垂直距離HA和HB為A、B兩點(diǎn)的絕對(duì)高程。地面點(diǎn)到任一水準(zhǔn)面的高程，稱為相對(duì)高程。如圖2中，A、B兩點(diǎn)至任一水準(zhǔn)面P1P1'的垂直距離HA'和HB'為A、B兩點(diǎn)的相對(duì)高程。地球橢球體基本要素任意水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面H′AHA鉛垂線AH′BHBhAB地球橢球體基本要素—高程我國(guó)的大地坐標(biāo)系1949年以后，我國(guó)采用了兩種不同的大地坐標(biāo)系，即1954年北京坐標(biāo)系和80國(guó)家大地坐標(biāo)系，它們均屬參心大地坐標(biāo)系。不同的參考橢球確定不同的參心坐標(biāo)系。相同的地球橢球元素，但定位和定向不同， 也將構(gòu)成不同的參心坐標(biāo)系。把地面大地網(wǎng)歸算到地球橢球面上，確定它同大地的相關(guān)關(guān)系位置，這就是所謂橢球的定位和定向問題。坐標(biāo)參考系統(tǒng)54坐標(biāo)系我國(guó)1954年完成了北京天文原點(diǎn)的測(cè)定工作，建立了1954年北京坐標(biāo)系。1954年北京坐標(biāo)系是原蘇聯(lián)1942年普爾科沃坐標(biāo)系在我國(guó)的延伸，但略有不同，其要點(diǎn)是：屬參心大地坐標(biāo)系；采用克拉索夫斯基橢球參數(shù)（6878245m，f=1：298.3）；大地原點(diǎn)是原蘇聯(lián)的普爾科沃；大地點(diǎn)高程是以1954年青島驗(yàn)潮站求出的黃海平均海水面為基準(zhǔn)；高程異常是以原蘇聯(lián)1955年大地水準(zhǔn)面重新平差結(jié)果為水準(zhǔn)起算值，按我國(guó)天文水準(zhǔn)路線推算出來的；1954年北京坐標(biāo)系建立后，30多年來用它提供的大地點(diǎn)成果是局部平差結(jié)果。坐標(biāo)參考系統(tǒng)80坐標(biāo)系

由于1954年北京坐標(biāo)系（簡(jiǎn)稱54坐標(biāo)系）存在許多缺點(diǎn)和問題，1980年我國(guó)建立了新的大地坐標(biāo)系（簡(jiǎn)稱80坐標(biāo)系），其要點(diǎn)是：屬參心大地坐標(biāo)系；采用既含幾何參數(shù)又含物理參數(shù)的四個(gè)橢球基本參數(shù)。數(shù)值采用1975年國(guó)際大地測(cè)量學(xué)聯(lián)合會(huì)（IUG）第16屆大會(huì)上的推薦值，其結(jié)果是：地球長(zhǎng)半軸=6378140.0000000000m

地球短半軸=6356755.2881575287m大地原點(diǎn)定在我國(guó)中部地區(qū)的陜西省涇陽(yáng)縣永樂鎮(zhèn)，簡(jiǎn)稱西安原點(diǎn)；大地高程以1956年青島驗(yàn)潮站求出的黃海平均海水面為基準(zhǔn)。坐標(biāo)參考系統(tǒng)

：緯度，經(jīng)度，任一點(diǎn)位置的確定平面坐標(biāo)系：平面極坐標(biāo)系，平面直角坐標(biāo)系

大地坐標(biāo)確定后，空間一點(diǎn)的大地坐標(biāo)用大地經(jīng)度L、大地緯度B和大地高度H表示。如圖所示，地面上的點(diǎn)P地的大地子午面NPS與起始大地子午面所構(gòu)成的二面角L，叫點(diǎn)P地的大地經(jīng)度，由起始子午面起算，向東為正，向西為負(fù)。點(diǎn)P地對(duì)于橢球的法線P地Kp與赤道面的夾角B，叫做點(diǎn)P地的大地緯度，由赤道面起算，向北為正，向南為負(fù)。點(diǎn)P地沿法線到橢球面的距離H叫做大地高，從橢球面起算，向外為正，向內(nèi)為負(fù)。地理坐標(biāo)系坐標(biāo)參考系統(tǒng)水準(zhǔn)原點(diǎn)1985國(guó)家高程基準(zhǔn)，72.2604米黃海海面1952-1979年平均海水面為0米第二節(jié)地理空間數(shù)據(jù)及其特征2.1空間數(shù)據(jù)類型2.2空間數(shù)據(jù)的基本特征2.3空間數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)表示2.1空間數(shù)據(jù)類型一、GIS空間數(shù)據(jù)的來源地圖數(shù)據(jù)影像數(shù)據(jù)文本數(shù)據(jù)

二、按數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)三、按幾何特征（1）點(diǎn)狀分布特征 如城鎮(zhèn)、企事業(yè)單位、基地、氣象站、山峰（2）線狀分布特征

河流、海岸線、鐵路、公路、地下管線，行政邊界（3）面狀分布特征 如土壤、森林、草原、沙漠、湖泊（4）體狀分布特征 如高層建筑、云體、山體、礦體等。點(diǎn)實(shí)體

有位置，無寬度和長(zhǎng)度；抽象的點(diǎn)美國(guó)佛羅里達(dá)洲地震監(jiān)測(cè)站2002年9月該洲可能的500個(gè)地震位置線實(shí)體

有長(zhǎng)度，但無寬度和高度；用來描述線狀實(shí)體，通常在網(wǎng)絡(luò)分析中使用較多度量實(shí)體距離香港城市道路網(wǎng)分布面實(shí)體

具有長(zhǎng)和寬的目標(biāo)通常用來表示自然或人工的封閉多邊形一般分為連續(xù)面和不連續(xù)面中國(guó)土地利用分布圖不連續(xù)變化曲面，如土壤、森林、草原、土地利用等，屬性變化發(fā)生在邊界上，面的內(nèi)部是同質(zhì)的。連續(xù)變化曲面，如地形起伏，整個(gè)曲面在空間上曲率變化是連續(xù)的?？臻g對(duì)象：體有長(zhǎng)、寬、高的目標(biāo)通常用來表示人工或自然的三維目標(biāo)，如建筑、礦體等三維目標(biāo)香港理工大學(xué)校園建筑空間數(shù)據(jù)非空間屬性數(shù)據(jù)四、按空間特征五、按數(shù)據(jù)發(fā)布形式數(shù)字線畫圖數(shù)據(jù)（DLG）數(shù)字柵格圖數(shù)據(jù)（DRG）數(shù)字高潮模型數(shù)據(jù)（DEM）數(shù)字正射影像（DOM）2.2空間數(shù)據(jù)的基本特征空間特征屬性特征時(shí)間特征2.3空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系1、描述地理要素空間性的信息幾何信息（理論基礎(chǔ)是幾何學(xué)geometry)

用空間坐標(biāo)的位置、方向、角度、距離、面積等信息描述物體的幾何形狀和數(shù)量特征；拓?fù)湫畔ⅲɡ碚摶A(chǔ)是拓?fù)鋵W(xué)topology)

用幾何關(guān)系的相連、相鄰、包含等信息描述物體元素之間的關(guān)系；2、拓?fù)鋵W(xué)中空間元素拓?fù)鋵W(xué)是幾何學(xué)的一個(gè)分支，其基本元素：結(jié)點(diǎn)（NODE）：弧段的交點(diǎn)。島結(jié)點(diǎn)是特殊結(jié)點(diǎn)。弧段（ARC）：相鄰兩結(jié)點(diǎn)之間的坐標(biāo)鏈。島邊界弧段是特殊弧段。多邊形（polygon）（圖斑或面）有限弧段組成的封閉區(qū)。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：是明確定義空間結(jié)構(gòu)關(guān)系的一種數(shù)學(xué)方法。關(guān)系的性質(zhì)可分為：相鄰、相連、相交、相離、相重、包含等。從拓?fù)浣嵌瓤?，幾何形狀不同的事物其拓?fù)潢P(guān)系可能相同

點(diǎn)之間拓?fù)潢P(guān)系（鄰接性）的描述面之間拓?fù)潢P(guān)系（鄰接性）的描述3、空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系

1）拓?fù)涞年P(guān)聯(lián)性

表示不同類型元素（結(jié)點(diǎn)、弧段、多邊形）之間的關(guān)系

多邊形弧段號(hào)弧段號(hào)起點(diǎn)終點(diǎn)結(jié)點(diǎn)弧段

p1a1a5a6a1N2N1N1a1a3a5P2a2a4a6a2N2N3N2a1a2a6P3a3a4a5a3N3N1N3a2a3a4p4a7a4N3N4N4a4a5a6a5N1N4N5a7a6N4N2a7N5N5P1P2P3P4a1a2a3a4a5a6a7N1N2N3N4N52）拓?fù)涞泥徑有院瓦B通性

表示同類型元素（結(jié)點(diǎn)、弧段、多邊形）之間的關(guān)系多邊形之間的鄰接性；弧段之間的鄰接性；

結(jié)點(diǎn)之間的連通性p1p2p3p4a1a2a3a4a5a6a7N1N2N3N4N5

P1\110a1\110110N1\1110p21\11a21\11010N21\110p311\0a311\1100N311\10p4010\a4011\110N4111\0a51011\10N50000\a611011\0a7000000\多邊形鄰接矩陣弧段鄰接矩陣結(jié)點(diǎn)連通矩陣P1P2P3P4a1a2a3a4a5a6a7N1N2N3N4N53）拓?fù)涞陌?/p>

表示同不同級(jí)元素之間的拓?fù)潢P(guān)系

面包含點(diǎn)面包含線線包含點(diǎn)面的簡(jiǎn)單包含