GIS复习【II】

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目录

3、地理空间信息描述
4、地理信息数字化描述方法
5、空间数据的类型和关系

————————————————————正文—————————————————————-

3、地理空间信息描述

1、地球空间模型

  1. 地球的自然表面

    地球是一个近似球体，自然表面是一个极其复杂的不规则曲面。

  2. 水准面

    假设当海水处于完全静止的平衡状态时，从海平面延伸到所有大陆下部，而与地球重力方向处处正交的一个连续、闭合的曲面

    • 海水有潮汐，时高时低，所以水准面有无数个。
    • 水准面的特性是处处与铅垂线相垂直。
    • 不能用数学公式表达

  1. 大地体

    被大地水准面所包围的形体

  2. 大地水准面：通过平均海水面的一个水准面

  3. 地球椭球体

    起伏是微小的，且形状接近一个扁率极小的椭圆绕短轴旋转所形成的规则椭球体

    说明：

    • 视为球体：在制作小比例尺地图时（小于1:500万），因缩小程度很大，可以把地球视为球体，忽略地球扁率。计算更简单，半径约为6371千米。

    • 视为椭球体：制作大比例尺地图时（大于1:100万），为保证精度，必须将地球视为椭球体。

  4. 参考椭球体

    在某一局部，与大地水准面符合得最好的一个地球椭球体

  5. 基准面

    • 地心基准面：使用地球的质心作为原点，使用最广泛的是 WGS 1984
    • 区域基准面：特定区域内与地球表面吻合，大地原点是参考椭球与大地水准面相切的点，例如Beijing54、Xian80

  6. 总结

练习题2.1
相对同一地理位置，不同的大地基准面，它们的经纬度坐标一样吗？
地球椭球体与大地基准面之间的关系是一对一还是一对多？

答：相对同一地理位置，不同的大地基准面，它们的经纬度坐标是有差异的。
椭球体与大地基准面之间的关系是一对多的关系。
因为基准面是在椭球体的基础上建立的，但椭球体不能代表基准面，同样的椭球体能定义不同的基准面。

2、地理空间坐标系

  1. 球面坐标系统

    • 天文地理坐标系
    • 大地地理坐标系

    意义：GIS中的空间数据是地球表层的数据，即使把地球表面看成是一个椭球面，球面坐标也难以计算距离、方向、面积等参数，需将球面坐标转换成平面坐标，形成平面直角坐标

  2. 大地地理坐标系
    大地测量中以参考椭球面为基准面建立起来的坐标系。

    • 地心大地坐标系
    • 参心大地坐标系

  3. 平面直角坐标系统

3、地图投影

  1. 定义（什么是）
    将地球椭球面上的点映射到平面上的方法

  2. 过程（怎么进行）

    投影的实质：经纬度坐标 —> 笛卡儿平面直角坐标系

  3. 分类（有哪些）

    • 投影面形状
      • 方位
      • 圆锥
      • 圆柱
    • 投影面位置
      • 正轴
      • 斜轴
      • 横轴
    • 投影变形
      • 长度
      • 面积
      • 角度
      • 等距投影：沿某一特定方向上的距离不变。
      • 等角投影：投影前后角度不变。
      • 等积投影：投影前后面积不变。

  4. 选择（哪个合适）

    • 各国家的地理信息系统投影—-与该国基本地图系列所用的投影系统一致
    • 各比例尺GIS投影—-与相应比例尺的主要信息源地图所用的投影一致
    • 各地区GIS投影—-与所在区域适用的投影一致
    • 所用投影以等角投影为宜（形状不失真）
    • 各种地理信息系统一般以一种或两种（至多三种）投影系统为其投影坐标系统，以保证地理定位框架的统一

  5. 常用投影

    1. 高斯—克吕格投影（横轴等角切椭圆柱投影）：
      1：50万、 1：25万、1：10万、1：5万、1：2.5万、1：1万、1：5000
    2. 兰勃特Lambert投影（正轴等角割圆锥投影）
      1：100万

4、地图对地理空间的描述

  1. 空间对象

    点：有位置，无宽度和长度；抽象的点
    线：有长度，但无宽度和高度；用来描述线状实体
    面：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；一般分为连续面和不连续面
    连续面：等值线表示。可以根据等值线的疏密，判断制图对象的变化趋势和分布特征
    不连续面：用面状符号表示，符号的轮廓线表示其分布位置和范围，轮廓线内的颜色、网纹、或说明符号表示其质量特征。

2.地图的分类

  • 内容：普通、专题

  • 比例尺

    • 大：> 1:10万
    • 中：1:100万 < && <1:10万
    • 小：< 1:100万

5、遥感影像对地理空间的描述

  • 卫星遥感可以覆盖全球的每一个角落，航空遥感可以快速获取小范围的详细资料。
  • 遥感影像对空间信息的描述主要是通过不同的颜色和灰度来表示的。
  • 地物的结构、成分、分布等不同，其反射光谱特性和放射光谱特性也各不相同，传感器记录的个种地物在某一波段的电磁辐射发射能量也各不相同，在遥感影像上表现为不同的颜色和灰度信息。

综上，通过遥感影像可以获取大量的空间地物的特征信息。

4、地理信息数字化描述方法

对地理信息进行数字化描述，就是要使计算机能够识别地理事物的形状。

  • 计算机显式描述空间实体（栅格数据结构）

    河流：栅格中的一系列像元。这些像元都给予相同的编码值或者用相同的颜色、符号、数字、灰度值来表示。

    PS：每一个地理实体的形态都是由栅格中的一组像元来构成。

  • 计算机隐式描述空间实体（矢量数据结构）

    河流：定义了始点和终点的线及某种连接关系来描述

    PS：地理实体的形状和位置由一组坐标对所确定。

5、空间数据的类型和关系

  1. 空间数据的分类

    • 空间数据按数据结构分类：
      矢量数据、栅格数据等
    • 按属性分为：
      空间定位数据、非空间属性数据
    • 按几何特征分为：
      点、线、面、体

  2. 空间数据的基本特征

    • 空间：空间对象的位置及与相邻对象的空间关系或拓扑关系
    • 属性：空间对象的专题属性
    • 时间：空间对象随着时间变化引起的空间、属性的变化

  3. 空间数据的拓扑关系

    1. 拓扑性质：图形保持连续状态下变形，但图形关系不变
      拓扑变换：任意拉伸，压缩，但不能扭转或折叠

    2. 拓扑元素

      • 点：孤立点、线的端点、面的首尾点、链的连接点。
      • 线：两结点之间的有序弧段，包括链、弧段和线段。
      • 面：若干弧段组成的闭合多边形。

    3. 关系分类

      • 拓扑邻接：同类元素之间的拓扑关系
      • 拓扑关联：不同类元素之间的拓扑关系
      • 拓扑包含：空间中不同类或同类但不同级元素之间的拓扑关系（一般只谈面状要素的包含关系）
      • 拓扑连通：空间图形中弧段之间的拓扑关系。

    4. 拓扑关系表

                               ![](https://img-blog.csdnimg.cn/20190420092802745.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0RhbkJvX0M=,size_16,color_FFFFFF,t_70)


      点、线、面三种要素之间的拓扑关系

    5. 拓扑关系的意义

      • 可以确定一种地理实体相对于另一种地理实体的空间位置关系，这种空间关系不随地图投影而变化；
      • 有利于空间要素的查询
      • 作为工具，重建地理实体。

练习题2.1

  1. 如何为地理实体建立可用于确定特定位置的坐标系？

答：

  1. 如何建立地球表面的几何模型？基于地球表面模型，怎么逐步建立坐标系？为什么要进行地图投影？

答：地球表面是曲面，地图是平面的，他们之间需要映射。这种映射就是投影

  1. 地理空间实体的三要素有什么？他们之间的拓扑关系是怎么样的？

答：点、线、面。关系：邻接、关联、包含、连通

  1. 空间数据的基本特征？地理信息的数字化描述方法是什么？

答：空间特征、属性特征、时间特性。显性描述（栅格）和隐性描述（矢量）

  1. 什么是拓扑性质；拓扑变形包括什么?

答：性质：图形保持连续状态下变形，但图形关系不变。变形：任意拉伸，压缩，但不能扭转或折叠

  1. 拓扑邻接、拓扑关联；

答：拓扑邻接：同类元素之间的拓扑关系。拓扑关联：不同类元素之间的拓扑关系

  1. 空间实体抽象三个层次。

答：空间概念数据模型、空间逻辑数据模型、物理数据模型