GIS地理信息系统地学基础省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

GIS地理信息系统地理信息系统Geographical Information System第1页地理空间及其表示地理空间大地测量控制系统大地测量控制点平面控制网高程控制网10/10/2第2页四大圈层 地球展现出圈层结构，能够划分出内部圈层与外部圈层。内部内部圈层圈层包含地壳、地幔、地核。外部圈层外部圈层包含岩石圈、大气圈、水圈、生物圈。岩岩石圈石圈指地球表层由固体岩石组成圈层；大气圈大气圈指围绕地球由气体组成圈层；水圈水圈指地球表层由各种形式存在水组成圈层；生物圈生物圈指地球表层全部活着有机体组成圈层。第3页10/10/4第4页地理空间及其表示地理空间大地测量控制系统大地测量控制点平面控制网高程控制网10/10/5第5页GIS地学基础地球模型坐标参考系统地图投影地图百分比尺地理数据特征地图对地理现象表示遥感影像对地理现象表示10/10/6第6页地球模型10/10/7地球表面水准面大地水准面铅垂线地球椭球体第7页10/10/8第8页地球模型：三级近似10/10/9地球自然表面极不规则，无法用数学表面进行描述水准面所包围球体大地水准面所包围球体旋转椭球体不规则性、动态性、不唯一性不规则性、相对唯一性标准数学曲面1952：海福特椭球1953：克拉索夫斯基椭球1978：1975年国际椭球第9页地理空间坐标系地理坐标系是以地理极(北极、南极)为极点。经过A点作椭球面垂线，称之为过A点法线。法线与赤道面交角，叫做A点纬度。过A点子午面与经过英国格林尼治天文台子午面所夹二面角，叫做A点经度。10/10/10第10页定位坐标系：平面系统10/10/11直接建立在球体上地理坐标，用经度和纬度表示地理对象位置建立在平面上直角坐标系统，用（x，y）表示地理对象位置投影第11页坐标系统高程系统10/10/12任意水准面大地水准面HAHA铅垂线AHBHBhAB第12页坐标系统高程系统10/10/13任意水准面大地水准面HAHA铅垂线AHBHBhAB水准原点1985国家高程基准，72.2604米黄海海面1952-1979年平均海水面为0米第13页地图投影为何要进行投影地图投影实质地图投影变形地图投影方法投影选择所考虑原因我国惯用地图投影方式10/10/14第14页地图投影:为何要进行投影?q将地球椭球面上点映射到平面上 方法，称为地图投影q地理坐标为球面坐标，不方便进行距离、方位、面积等参数量算q地球椭球体为不可展曲面q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10/10/15第15页地图投影概念10/10/16投影面地球第16页地图投影实质 建立地球椭球面上经纬线网和平面上对应经纬线网数学基础，也就是建立地球椭球面上点地理坐标（，）与平面上对应点平面坐标（x，y）之间函数关系：当给定不一样详细条件时，将得到不一样类型投影方式10/10/17第17页地图投影:投影变形q将不可展地球椭球面展开成平面，而且不能有断裂，则图形必将在一些地方被拉伸，一些地方被压缩，故投影变形是不可防止。10/10/18Mercator ProjectionMollweide Projection第18页地图投影:投影方法10/10/19投影面地球第19页投影方式10/10/20地图投影变形规律组成方式几何投影非几何投影方位投影圆柱投影圆锥投影等积投影等角投影任意投影第20页投影方式：几何投影10/10/21正 轴斜 轴横 轴方位圆柱圆锥第21页地图投影：投影分类变形分类：变形分类：等角投影：投影前后角度不变等角投影：投影前后角度不变 等面积投影：投影前后面积不变；等面积投影：投影前后面积不变；任意投影：角度、面积、长度均变形任意投影：角度、面积、长度均变形投影面：投影面：横圆柱投影：投影面为横圆柱横圆柱投影：投影面为横圆柱 圆锥投影：投影面为圆锥圆锥投影：投影面为圆锥 方位投影：投影面为平面方位投影：投影面为平面投影面位置：投影面位置：正轴投影：投影面中心轴与地轴相互重合正轴投影：投影面中心轴与地轴相互重合 斜轴投影：投影面中心轴与地轴斜向相交斜轴投影：投影面中心轴与地轴斜向相交 横轴投影：投影面中心轴与地轴相互垂直横轴投影：投影面中心轴与地轴相互垂直 相切投影：投影面与椭球体相切相切投影：投影面与椭球体相切 相割投影：投影面与椭球体相割相割投影：投影面与椭球体相割10/10/22第22页地图投影:投影选择原因q制图区域地理位置、形状和范围q制图百分比尺q地图内容q出版方式10/10/23第23页地图投影:GIS中地图投影qGIS以地图方式显示地理信息。地图是平面，而地理信息则是在地球椭球上，所以地图投影在GIS中不可缺乏。qGIS数据库中地理数据以地理坐标存放时，则以地图为数据源空间数据必须经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空间数据经过投影变换变换成指定投影平面坐标。qGIS中，地理数据显示可依据用户需要而指定投影方式，但当所显示地图与国家基当地图系列百分比尺一致时，普通采取国家基本系列地图所用投影。10/10/24第24页我国惯用地图投影1：100万：兰勃投影（正轴等积割圆锥投影）大部分分省图、大多数同级百分比尺也采取兰勃投影1：50万、1：25万、1：10万、1：5万、1：2.5万、1:1万、1：5000采取高斯克吕格投影。10/10/25第25页地图百分比尺地图百分比尺反应了制图区域和地图百分比关系纸质地图：内容、概括程度、数据精度等 百分比尺含义：制图区域较小，采取各方面变形都较小地图投影，图上各处百分比是一致，故此时百分比尺含义是图上长度与对应地面长度百分比；制图区域较大时，地图投影比较复杂，地图上长度因地点和方向不一样而有所改变，这种地图百分比尺普通是指在地图投影时，对地球半径缩小比率，称为主百分比尺。地图经过投影后，表达在图上只有个别点线没有长度变形，也就是说，只有在这些长度没有变形点或线上，才可用地图上注明百分比尺10/10/26第26页地图百分比尺（续）我国地图百分比尺分级系统：大百分比尺：1：5001：10万 中百分比尺：1：10万1：100万 小百分比尺：1：100万无级百分比尺概念10/10/27第27页空间对象（实体）地图表示空间对象（实体）地图表示10/10/28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：(x1,y1),(x2,y2),(xn,yn)(x1,y1),(x2,y2),(xn,yn)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：(x1,y1),(x2,y2),(xi,yi),(xn,yn)(x1,y1),(x2,y2),(xi,yi),(xn,yn)属性：符号改变属性：符号改变属性：符号改变属性：符号改变 等值线等值线等值线等值线 第28页空间对象（实体）遥感影像表示10/10/29遥感传感器平台传感器第29页空间现象及其表示10/10/30现实世界空间数据地图遥感影像特征关系行为观察选择抽象综合测量：位置编码：属性建立关系：表示 第30页空间对象类型q空间对象普通按地形维数进行归类划分q点：零维q线：一维q面：二维q体：三维q时间：通常以第四维表示，但当前GIS还极难处理时间属性。10/10/31Cont.第31页点10/10/32美国佛罗里达洲地震监测站9月该洲可能500个地震位置 有位置，无宽度和长度；抽象点第32页线10/10/33香港城市道路网分布 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 度量实体距离度量实体距离第33页面10/10/34 含有长和宽目标 通惯用来表示自然或人工封闭多边形 普通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）第34页空间对象：面（续）10/10/35连续改变曲面：如地形起伏，整连续改变曲面：如地形起伏，整连续改变曲面：如地形起伏，整连续改变曲面：如地形起伏，整个曲面在空间上曲率改变连续。个曲面在空间上曲率改变连续。个曲面在空间上曲率改变连续。个曲面在空间上曲率改变连续。不连续改变曲面，如土壤、森林、不连续改变曲面，如土壤、森林、不连续改变曲面，如土壤、森林、不连续改变曲面，如土壤、森林、草原、土地利用等，属性改变发草原、土地利用等，属性改变发草原、土地利用等，属性改变发草原、土地利用等，属性改变发生在边界上，面内部是同质。生在边界上，面内部是同质。生在边界上，面内部是同质。生在边界上，面内部是同质。第35页体10/10/36有长、宽、高目标通惯用来表示人工或自然三维目标，如建筑、矿体等三维目标香港理工大学校园建筑第36页地理信息数字化描述方法 栅格和矢量结构是计算机描述空间实体两种最基本方式。10/10/37第37页地图矢量和栅格表示地图矢量和栅格表示 10/10/38第38页空间对象描述编码：区分不一样实体，包含分类码和识别码。分类码表识空间对象类别，而识别码对每个空间对象进行表识，是唯一。位置：坐标形式给出空间对象空间位置类型：空间对象所属实体类型，或有那些实体组成行为：空间对象所具备行为和功效属性：空间对象所对应非几何信息说明：实体数据起源、精度等关系：与其它实体之间关系10/10/39第39页空间对象编码属性数据含义编码过程：分类、分级、编码分类定义：含有共同属性或特征事物或现象归并在一起标准：科学性、系统性、可扩性、实用性、兼容性方法：线分类、面分类10/10/40第40页空间对象编码（续）分级定义：对事物或现象数量或特征进行等级划分，包含确定分级数和分级线。标准：符合数值预计精度要求顾及可视化要求符合数据分布特征上述条件下，尽可能少分级数方法：数列分级、最优分割分级、统一标准分级等。10/10/41第41页空间对象编码（续）编码：指定属性数据代码方法和过程功效：判别、分类、排序编码标准：唯一性、合理性、可扩性、简单性、适 用性、规范性。类型：数字、字母、数字字母混合型10/10/42第42页空间数据编码（续）GIS中代码类型分类码识别码编码方案层次分类编码多源分类编码10/10/43第43页空间数据编码（续）：例国家标准行政区划代码（GB-2260-91）地形要素分类编码10/10/44省自治区直辖市省直辖市地域州、盟县旗市辖市 一级代码，一位数字三级代码，三位数字二级代码，二位数字四级代码，三位数字第44页层次分类编码分类对象隶属和层次关系有明确分类对象类别和严格隶属关系10/10/45第45页多源分类编码10/10/46n按空间对象不一样特征进行分类并进编码n代码之间没有隶属关系，反应对象特征n含有较大信息量，有利于空间分析河流特征分类与编码通航情况通航：1不通航：2常年河：1时令河：2消失河：3 1 km：1 2 km：2 5 km：3 10 km：5流水季节河流宽度河流长度河流深度 5 10 m：110 20 m：220 30 m：330 60 m：460 120 m：5120 300 m：6300 500 m：7500m：8 50m：6第46页空间对象关系表示q描述空间对象之间空间相互作用关系q方法l 绝对关系:坐标、角度、方位、距离等；l 相对关系：相邻、包含、关联等q 相对关系类型l拓扑空间关系：描述空间对象相邻、包含等l次序空间关系：描述空间对象在空间上排列次序，如前后、左右、东、西、南、北等。l度量空间关系：描述空间对象之间距离等。10/10/47第47页空间对象关系表示q地图、遥感影象上空间关系是经过图形识别，在GIS中空间关系则必须显式进行定义和表示。q空间关系描述各种多样，当前还未有详细标准和固定格式，但基本原理一致。不一样GIS可能采取不一样方法进行描述10/10/48第48页空间对象拓扑空间关系q 基于点集拓扑理论q 拓扑元素：点、线、面q 基本拓扑关系：l 关联：不一样拓扑元素之间关系l 邻接：相同拓扑元素之间关系l 包含：面与其它元素之间关系l 层次：相同拓扑元素之间层次关系10/10/49弧段4起点终点中间点弧段1弧段3弧段2点:面:弧:邻接相交重合相离包含点点点线点面线面面面线线第49页GIS中引入拓扑关系优缺点优点描述点、线、面空间关系不完全依赖于详细坐标位置。空间关系信息丰富、简练，数据冗余小。方便多边形和多边形叠合。便于检验数据输入过程中错误。缺点拓扑关系建立过程比较复杂数据结构本身复杂10/10/50第50页拓扑结构采取标准应用目 制图或一般查询，可不要拓扑结构 空间分析，则应建立拓扑关系 服务对象和系统数据结构 面状目标：面-弧、弧-面 网络目标：点-弧、弧-点10/10/51第51页空间拓扑关系表示：关系表10/10/52ebc41325ABC76Dada:结点号A:多边形号1:弧段号弧段数字化方向表中数字前负号为相反方向弧-面拓扑弧段左面右面起点终点1Aca2BAbc3CAba4Cda5CDdB6BDee7Bdc面-弧拓扑面号弧数弧号A3-1,-2,3B42,-7,5,0,-6C3-3,-5,4D16结点-弧拓扑结点弧a1,3,4b2,3,5c1,2,7d4,5,7e6第52页空间对象:自相关特征10/10/53n n空间对象在属性上存在相关性，两空间对象越 靠近，其值也越靠近，反之亦然。n n相关类型 负相关：位置越靠近，属性值相差负相关：位置越靠近，属性值相差越远越远 正相关：位置越靠近，特征也越靠正相关：位置越靠近，特征也越靠近近 不相关：属性与空间位置无关。不相关：属性与空间位置无关。第53页10/10/54n n（A A）高度空间负向相关；（）高度空间负向相关；（B B）无规律分布；）无规律分布；（C C）空间独立；）空间独立；（D D）空间聚类现）空间聚类现象；（象；（E E）高度正向相关）高度正向相关第54页地理数据特征属性特征：描述空间对象特征，即是什么，如对象类别、等级、名称、数量等。空间特征：描述空间对象地理位置以及相互关系，又称几何特征和拓扑特征，前者用经纬度、坐标表示，后者如交通学院与电力学院相邻等。时间特征：描述空间对象随时间改变10/10/55第55页地理数据类型属性数据属性数据：描述空间对象属性特征数据，又称非几何数据，如类型、名称、性质等，普通经过代码给予表示几何数据几何数据：描述空间对象空间特征数据，也称位置数据、定位数据，普通用经纬度、坐标表示关系数据关系数据：描述空间对象空间关系数据，如邻接、包含、关联等，普通经过拓扑关系表示。10/10/56第56页作业什么是拓扑关系？在GIS中引入拓扑关系有什么有优点和缺点？简述空间数据基本特征。简述地图和遥感是怎样表示地理对象。10/10/57第57页10/10/58第58页