NEW第二章地理空间与空间数据基础1-2.ppt

陈植华 第二章 地理空间与空间数据基础 主要内容 地理空间基础 GIS空间数据 空间数据结构 地貌的表达 2.1地理空间基础 地理空间的定义 地理空间的数据建构 地理空间坐标系的建立 地理空间距离的度量 空间实体的表达 2.1.1地理空间含义与表达 地理信息系统中的空间概念常用“地理空间”来表达。地理空间涉及的范围上至大气电离层、下至地幔莫霍面； 地理空间是大气圈、水圈、生物圈、岩石圈和土壤圈交互作用的区域； 尽管地理空间中的空间对象复杂多变，但通过抽象和归类，其表达形式可简化成：点point、线line、面area / arc ； 表现地理空间的数据模型主要有:矢量模型；栅格模型；TIN模型； 2.1.2地理空间的数学建构 地球表面的几何模型分为四类 地球的自然表面 大地水准面 椭球体模型 数学模型 地球自然表面 是最自然的面，包括海洋底部、高山高原在内的固体地球表面。难以用一个简洁的数学表达式描述出来，所以不适合于数学建模。 陆地：29.2% 海洋：70.8% 最高：8846.27m，最低：-11022m 地球半径：平均6371km 大地体与大地水准面 水准面：重力位相同时，受重力作用的海水分子呈静止状态而形成的重力等位面。 大地水准面：通过平均海水面的水准面即海水静止时的水准面。是测绘工作的基准面。 大地体：静止海水面向陆地延伸形成的封闭曲面所包围的地球实体。代表了地球的形状和大小 铅垂线：重力的作用线，是测量工作的基准线 大地水准面和大地体 2.1.3地理空间坐标系的建立 地面点的空间位置须由三个参数来确定，即该点在大地水准面上的投影位置（两个参数）和该点的高程。 地理坐标系（纬度λ、经度ψ） 平面坐标系（笛卡儿平面直角坐标） 暂且不考虑地形起伏等因素，则纬度λ、经度ψ、地球旋转椭球体参量a、b与平面直角坐标x、y之间的变换关系如下： x=acosψcosλ y=bcosψsinλ GIS中地图投影 GIS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。 GIS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。 GIS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。 地图投影的概念与实质： 概念：按照一定数学法则，将地球椭球面经纬线网相应投影到平面上的方法。——即建立平面上的点和地球表面上的点之间的函数关系，把地球椭球面上各点地理坐标变换为平面上相应点的平面直角坐标。 投影按变形性质分类： 等角投影、等面积投影、任意投影； 等积投影、等角投影、等距投影 高斯——克吕格投影（横轴椭圆柱等角投影）————大于等于1：50万地形图使用 想象有一椭圆柱面横套在地球椭球体外面，并与某一条子午线（称中央子午线或轴子午线）相切，椭圆柱的中心轴通过椭球体中心，然后用一定的投影方法将中央子午线两侧各一定经差范围内的地区投影到椭圆柱面上，再将此柱面展开即成为投影面。 坐标网格（Coordinate ） 1、平面直角坐标网（方里网） 在高斯投影中，以中央经线为X轴，赤道为Y轴，两轴的交点为坐标原点。 2、地理坐标网（经纬网）——按规定的经差和纬差(如1:10万的经差和纬差都是1′)绘出的经纬网格。 2.1.4 地理空间距离的度量 真实的地球表面之间的距离 沿地球椭球体的距离量算 欧几里德距离 曼哈顿距离 时间距离 欧几里德距离 2.1.5 空间实体的表达 矢量表达法 栅格表达法 不规则三角网的表达方法 (TIN) 矢量表达法 矢量表达法主要表现空间实体的形状特征 0 维矢量 — 点 0维矢量为空间中的一个点（point）。点在二维、三维欧氏空间中分别用(x,y)和(x,y,z)来表示。在数学上，点没有大小、方向。 点包括如下几类实体： ·实体点（Entity point）：代表一个实体。如建筑物和公共设施。 ·注记点（Text point）:用于定位注记。 ·标记点（Label point）:存在于多边形内，用于标识多边形的属性。 ·结点（Node）:表示弧段的起点和终点。 ·角点(Vertex)或中间点:表示线段或弧段的内部点。 点实体 一维矢量 (Line, Arc, Net ) 一维矢量表示空间中的线段要素，它包括线段、边界、弧段、网络等。在二维、三维欧氏空间中用有序的坐标对表示： 一维矢量自身的空间关系主要有如下几种 (1)坐标序列中的首点和末点统称为结点(n