空间参照、拓扑关系、数据输入与矢量化

地理信息系统08规划许文腾目录一、空间参照二、拓扑关系三、数据采集、输入及维护一、空间参照1.基于坐标的空间参照2.其他空间参照方法1.基于坐标的空间参照1954北京坐标系→1980系西安坐标系→WGS84坐标系→CGCS20002.其他空间参照方法地名地址邮政编码行政区划人口普查小区规划分区交通分区房地产登记城区公共设施日常管理单元社会经济信息参考中的若干问题空间单元的稳定性不同专业的空间单元一致性空间单元对资料汇总、估算、预测带来的不确定性二、拓扑关系1.定义2.地理空间数据的拓扑关系3.地理空间数据拓扑关系应用价值4.地理空间数据拓扑关系的表示5.拓扑关系的存储1.定义关于空间数据的拓扑关系拓扑结构是明确定义空间数据结构关系的一种数学方法，在地理信息系统中不但用于空间数据的编辑和组织，在空间数据的分析与应用中都具有重要意义。拓扑变量与不变量拓扑（Topology）一词来自于希腊文，意为“形状的研究”。研究在拓扑变换下能够保持不变的几何属性—拓扑属性。2.地理空间数据的拓扑关系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：同类不同级元素之间的拓扑关系。拓扑连通:空间图形中弧段之间的拓扑关系。拓扑邻接：N1/N2,N1/N3,N1/N4;P1/P3;P2/P3拓扑关联：N1/е1、е3、е6；P1/е1、е5、е6拓扑包含：P3与P4拓扑连通：е5、е6N1е1е2е5е6е4е7е3P1P3P2P4N4N3N5N2相邻相交重合相离包含点—点点—线点—面线—面面—面线—线3.地理空间数据拓扑关系应用价值（1）确定地理实体间的相对空间位置，无需坐标和距离（2）利于空间要素查询（3）重建地理实体4.地理空间数据拓扑关系的表示面域与弧段的拓扑关系面域弧段P1a,b,c,-gP2b,d,fP3c,f,eP4g结点与弧段的拓扑关系结点弧段Aa,c,eBa,d,bCd,e,fDb,f,cEg弧段与结点的拓扑关系弧段结点aA,BbB,DcD,AdB,CeC,AfC,DgE,E弧段与面域的拓扑关系弧段左邻面右邻面bP2P1cP3P1dP0P2eP0P3fP3P2gP1abcdefgACBDEP4P1P2P3拓扑关系描述—九交模型□A的内部和B的内部的交，记作□A的内部和B的边界的交，记作□A的内部和B的外部的交，记作□A的边界和B的内部的交，记作□A的边界和B的边界的交，记作□A的边界和B的外部的交，记作□A的外部和B的内部的交，记作□A的外部和B的边界的交，记作□A的外部和B的外部的交，记作拓扑关系描述—面\面拓扑关系DisjointMeetOverlapContainEqualCoveredByInsideCover111100100111111111100100111100010001111011001111001001100110111111110100面与面间有效的拓扑关系共有8个拓扑关系描述——线\面拓扑关系LR11LR12LR13LR22LR31LR32LR33LR42LR44LR46LR62LR64LR66LR71LR72LR73LR74LR75LR76111100100101110100111110100100111100111101100101111100111111100100110101100100111100110111100111101100101111100111111111101101101111101111111101101101111111101111101111111线与面间有效的拓扑关系共有19个拓扑关系描述—线\线拓扑关系LL1LL2LL3LL4LL5LL6LL7LL8LL9LL10LL11LL12LL13LL14LL15LL16LL17LL18LL19LL20LL21111100100111100101101100110111100110100100111101100111111100111111001100111001001111001101101001110111001110101001111111001111111101100111101101101101110111101110101101111111101111101010100线与线间有效的拓扑关系共有33个，这里只给出了21个九交模型的缺点九交模型中的外部太大。对于一个面积有限的空间目标而言，它的外部是无限的。这导致任意两个目标的外部的交总是非空。ABABBA111100100111100100111100100C九交模型的缺点外部的无限性，导致目标的外部与边界和内部是线性相关的，使得外部在九交模型中的作用不是很明显。只能描述简单目标（不带洞而单一的实体）间的拓扑关系，而不能描述复杂目标（带洞或由几个分离目标组成的目标）间的拓扑关系。5.拓扑关系的存储空间数据的拓扑关系比较复杂，通过分析知道，在这些拓扑关系中有些关系要存储，有些关系不必要存储，而是在应用时，通过实时操作运算求解出来。但通过操作运算求解拓扑关系所要计算工作量较大。三、数据采集、输入及维护1.数据的采集、输入2.空间数据的坐标转换3.空间数据结构的转换1.数据的采集、输入数据模型采集、输入的途径空间数据野外测量，摄影测量，遥感，纸质地图数字化，已有资料利用属性数据遥感判读，实地调查，社会经济调查与统计，已有资料利用1.数据的采集、输入（1）野外实地测量（2）航空摄影测量（3）遥感（4）激光雷达（5）纸介质地图的输入与矢量化（6）属性数据的采集、输入（1）野外实地测量传统设备测量—卷尺、经纬仪、水准仪、平板仪光电设备测量—光电测距仪、经纬仪、水准仪、全站仪卫星定位测量—GPS、GLONASS坐标几何输入法（2）航空摄影测量外业阶段利用飞机对地拍摄相片（相片也称影像图）外业已大量采用数字成像，但是胶片摄影因图像的分辨率较高，仍有一定的实用价值。如果是数字成像，后续工作直接用计算机处理，如果是胶片成像，需扫描后再计算机处理。（2）航空摄影测量内业阶段主要是在相片（影像图）中采集点位、几何校正、要素分类，获得矢量地理要素。处理设备：光学—机械模拟测图、机械—电子解析测图、数字解析测图三个阶段，模拟测图已极少适用，机械解析测图也被基于计算机的数字解析测图替代。航测和野外实测的比较优点缺点航测大面积、大范围、成片测量比野外实测效率高受飞机调度、气象等条件的制约，全过程复杂，灵活性差，精度相对低野外实测小范围测量，过程简单，针对性强，时效性好，精度高，适合局部测量、小范围地形、地物信息更新人和仪器必须到达现场，野外作业量大（3）遥感遥感的一般原理不同地物对不同电磁波具有不同的反射、发射、吸收能力，被称为地物的光谱（或波谱）特征。利用自然界的电磁波、或人工发射电磁波、或地物自身的电磁波，将波谱及其几何位置记录下来，间接地判读、解译地表物体的物理、化学、生物特征，实现非接触、远距离的对地观测，称为遥感（remotesensing）。（3）遥感对地观测获得遥感影像如何适应应用的需要，可从空间、光谱、时间三方面考虑：空间。需考虑空间分辨率、空间覆盖范围。光谱。光谱也有分辨率和覆盖范围的区别。时相。遥感卫星的常用运行方式有对地同步轨道、地球轨道两种。遥感的典型用途规划、设计、管理用的背景图，靠肉眼判断背景图上的现状、历史地物、景观。地形测绘。工程地质勘察。土地使用调查。建筑物调查。绿化、植被、景观调查。其他环境调查。遥感的局限性遥感作为城市规划、管理的信息源也有局限性：图像判读、解译后得到的往往是对地物的大致估计，或间接判断，和实际情况会有出入。在很多情况下计算机自动判读、解译的能力有限，需要人的经验干预，由此带来工作周期长、因人而异，相互不一致等问题。城市规划、管理中需要地物的社会属性，遥感只能从物理特征、几何特征间接判断，还需实地调查补充、核实。遥感信息的获取、解译过程比较复杂，往往需要多种专业人员配合才能使应用深入。航天遥感受云层的遮挡，航空遥感受空中交通管制、气象等因素的制约，会影响到信息获取的及时性。（4）激光雷达发射激光、接收回波，可以测量发射器和反射物体之间的距离，这种设备或探测距离技术称激光雷达、激光扫描（lightdetectionandranging,LiDAR），可看成是常规遥感的延伸。激光雷达的优势可精确测量地形高程，降低传统地形测量的成本，提高精度；可穿透植被冠层，获得地质断层、滑坡信息，发现常规野外调查或普通遥感很难察觉的地质灾害隐患；可测量复杂建筑物的外形，建立三维模型，数字化场景，比传统摄影的效率高；可观察植被的厚度、密度，为生态调查、景观规划服务等。5.纸介质地图的输入与矢量化输入数字化仪手扶输入自动扫描输入矢量化全自动批处理全人工跟踪输入人机交互式半自动输入（5）属性数据的采集、输入信息来源现场观测、调查，遥感影像解译：土地使用、建筑质量、交通量、水污染、空气质量、气温、降雨量等某些专门信息社会调查、统计：年龄、性别、家庭结构、职业、迁移、受教育程度、住房条件等人口相关信息以及其他社会经济信息（如各类产业、文化、教育、医疗卫生、社会福利等）数据输入主要靠键盘，偶尔使用扫描后光学字符识别（optionalcharacterrecognition,OCR）、语音识别方法输入。空间单位社会经济调查信息一般靠空间单位才能定位，用得最普遍的是多边形，从大到小，分层次划分，不遗漏、不重复，有明确的编码。2.空间数据的坐标转换几何纠正几何纠正是指对数字化原图数据进行的坐标系转换和图纸变形误差的改正，以实现与理论值的一一对应关系；几何纠正的方法包括仿射变换、相似变换、二次变换和高次变换等。2.空间数据的坐标转换仿射变换举例2.空间数据的坐标转换投影转换投影转换是指当系统使用来自不同地图投影的图形数据时，需要将该投影的数据转换为所需要投影的坐标数据；投影转换的方法包括正解变换、反解变换和数值变换等。2.空间数据的坐标转换地图投影转换等面积伪圆锥投影2.空间数据的坐标转换斜轴等面积方位投影3.空间数据结构的转换由矢量向栅格的转换当数据采集采用矢量数据，而空间分析采用栅格数据时，需要将矢量数据转换为栅格数据；由矢量数据向栅格数据的转换方法，根据原数据文件的不同，可以分别应用：基于弧段数据的栅格化方法；基于多边形数据的栅格化方法。由栅格向矢量的转换当由栅格数据分析的结果通过矢量绘图机输出，或者将栅格数据加入矢量数据库时，都需要将栅格数据转换为矢量数据；由栅格数据向矢量数据的转换，根据图像数据文件和再生栅格数据文件的不同，可以分别采用：基于图像