《資源環(huán)境信息技術(shù)》PPT課件

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1、資源環(huán)境信息技術(shù),嚴(yán)泰來、張瑋、朱德海、趙明,第一章 緒論,1、資源環(huán)境信息技術(shù)內(nèi)容、研究范圍 資源環(huán)境信息技術(shù)是指農(nóng)業(yè)宏觀資源環(huán)境信息 的采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)管理、信息傳播以及 輔助管理決策的整套技術(shù)。 主要內(nèi)容,遙感技術(shù): 大面積宏觀地學(xué)信息快速獲取的技術(shù)。 全球定位系統(tǒng)： 快速便攜采集點(diǎn)位數(shù)據(jù)的技術(shù)。 地理信息系統(tǒng)： 存貯、管理、分析地學(xué)空間信息數(shù)據(jù)的 技術(shù)。 信息傳播技術(shù)：通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將圖形、圖像、聲音、 文字表格等信息媒體傳播的技術(shù)。,涉及到的信息技術(shù)有： 數(shù)據(jù)（倉）庫技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、大地測繪技術(shù)、圖像處理技術(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)等等。由此說明：資源環(huán)境

2、信息技術(shù)是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的技術(shù)領(lǐng)域，但計(jì)算機(jī)技術(shù)并不等于信息技術(shù)。計(jì)算機(jī)技術(shù)與信息表達(dá)對(duì)象的結(jié)合 才是信息技術(shù)。, 資源環(huán)境信息技術(shù)特點(diǎn),綜合性：高新技術(shù)集成 基礎(chǔ)性：80%以上的國民經(jīng)濟(jì)的信息都與資源環(huán)境信息 技術(shù)有關(guān) 廣泛性：事關(guān)“三農(nóng)”問題的解決，為廣大農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者、 農(nóng)業(yè)管理者、農(nóng)業(yè)科學(xué)工作者所需求的技術(shù)。,2、資源環(huán)境信息技術(shù)對(duì)于發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)的重大意義 資源環(huán)境問題構(gòu)成人類生存的巨大威脅。利 用現(xiàn)代信息技術(shù)強(qiáng)化資源環(huán)境管理是國民經(jīng) 濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的根本保障。這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展 是一個(gè)國家實(shí)力的體現(xiàn)。 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要資源環(huán)境信息技術(shù)。產(chǎn)前、產(chǎn) 中、產(chǎn)后都需要信息技術(shù)來指引，“沒有技

3、 術(shù)的生產(chǎn)是愚蠢的生產(chǎn)，而沒有信息的生 產(chǎn)則是盲目的生產(chǎn)?！?資源環(huán)境信息技術(shù)事關(guān)人們的衣食住行。,3、國內(nèi)外資源環(huán)境信息技術(shù)的發(fā)展歷程與現(xiàn)狀, 信息技術(shù)是生產(chǎn)力發(fā)展的必然產(chǎn)物,信息是物質(zhì)世界各種事物存在 的表征。具有客觀性、共用性、時(shí)效性。 信息的重要性并非今天人們才認(rèn)識(shí)，信息技術(shù)直到 20世紀(jì) 40 年代以后才獨(dú)立成為一門技術(shù)領(lǐng)域是生產(chǎn)力發(fā)展的必然結(jié)果。信息技術(shù)的發(fā)展需要社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展的驅(qū)動(dòng)，同時(shí)也需要以相關(guān)基礎(chǔ)科學(xué)與技術(shù)為條件。 信息技術(shù)極大地從廣度與深度上開闊了人們對(duì)自然界的認(rèn)識(shí)。資源環(huán)境信息技術(shù)使人們更加深刻地認(rèn)識(shí)了地球 這一我們?nèi)祟惞餐娴目臻g。 在空間范圍上，可以將數(shù)萬

4、平方公里的地學(xué)圖形圖像信息容納在一臺(tái)計(jì)算機(jī)以內(nèi)。,在時(shí)間維上，人們可以在瞬間將數(shù)千公里外的音像信息傳輸?shù)窖矍啊? 在現(xiàn)代信息技術(shù)支持下，可以將巨大的時(shí)空范圍事物變化的過程可視化地表現(xiàn)在計(jì)算機(jī)屏幕上。, 資源環(huán)境信息技術(shù)發(fā)展歷程,20 世紀(jì) 60 年代，遙感技術(shù)開始出現(xiàn)，資源環(huán)境信息技術(shù)開始形成。 70 年代，地理信息系統(tǒng)概念提出，加拿大建設(shè)世界上第一套 CGIS 系統(tǒng)。 80 年代，全球定位系統(tǒng)投入使用，資源環(huán)境信息技術(shù)形成一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)體系，技術(shù)集成度提高。 90 年代，資源環(huán)境信息與信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)化。美國就業(yè)人口中 52% 從事直接信息產(chǎn)業(yè)。,,1998 年美國提出 “數(shù)字地球” 概念，世

5、界各國響應(yīng)，數(shù)字農(nóng)業(yè)（精確農(nóng)業(yè)）、數(shù)字國土、數(shù)字北京等概念紛紛提出，國家級(jí)信息工程紛紛上馬。,第二章 資源環(huán)境信息數(shù)據(jù)表達(dá),1、空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù) 資源環(huán)境信息是宏觀廣域空間信息。它以空間數(shù)據(jù)為信息表達(dá)的基本框架，而以屬性數(shù)據(jù)為空間特性表達(dá)的內(nèi)容。,空間數(shù)據(jù)：指空間的位置，表達(dá)空間位置有多種參照系，有天文坐標(biāo)參照系、地理經(jīng)緯度參照系、大地直角坐標(biāo)系等等，它通過二維或三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)表達(dá)空間位置。,平面圖件（地圖）是空間數(shù)據(jù)的基本載體。圖件分有紙介圖件，電子圖件。,空間地物可分為點(diǎn)狀、線狀、面狀地物三大類。這三種地類在地圖上稱作地圖三要素。三種地類存在著多種空間關(guān)聯(lián)。 空間數(shù)據(jù)有兩種表達(dá)格式：矢量格

6、式與網(wǎng)格格式。,矢量格式網(wǎng)格格式,網(wǎng)格格式圖件特點(diǎn)： ）一個(gè)網(wǎng)格格式表示某種屬性的一個(gè)均值，用代碼表達(dá)。網(wǎng)格是不可分割的數(shù)據(jù)單位，位置由行列號(hào)表示（，），，為整數(shù)。 ）一個(gè)地物是具有相同或接近相同屬性值的集合。 ）面狀地物的邊界可以是網(wǎng)格的格線，也可以是相鄰網(wǎng)格串聯(lián)在一起的集合。 ）網(wǎng)格格式可以表現(xiàn)圖像，也可以表達(dá)圖形。在表達(dá)圖像時(shí)，各個(gè)網(wǎng)格可以有自己不同的顏色編碼，在表達(dá)圖形時(shí)，邊界網(wǎng)格賦于獨(dú)立的屬性。,矢量格式圖件特點(diǎn)： ）矢量格式數(shù)據(jù)只能表達(dá)圖形，圖形是圖像的一種抽象。 ）矢量格式下的線狀地物或面狀地物只具有某種屬性的一個(gè)特定值，即認(rèn)為一個(gè)線狀地物上或面狀地物（圖斑）內(nèi)是屬性均值的。 ）

7、矢量格式下的空間數(shù)據(jù)用坐標(biāo)，表示，，可以是小數(shù)。,屬性數(shù)據(jù)：它是指對(duì)于特定的空間位置或空間地物的某種屬性的數(shù)值或代碼，比如降雨量、土壤類型、土地權(quán)屬等。,屬性數(shù)據(jù)的特點(diǎn)： ）每一屬性數(shù)據(jù)都與一個(gè)空間位置或空間地物相聯(lián)系，即對(duì)于特定的屬性類別，每一空間地物或空間位置都有一屬性值，兩個(gè)不同的空間地物有可能具有相同的屬性值。,）每一類別屬性數(shù)據(jù)都有固定的閾值范圍。比如土壤值一定在之間，降雨量一定在 之間。 ）一幅圖件通常只表達(dá)一類屬性值的分布，比如土壤類型分布圖，圖中每一圖斑表示的都是一種土類，當(dāng)然允許有多種屬性值，比如該類土壤的值，土質(zhì)狀況等。 ）屬性數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)依賴有相同的識(shí)別碼相聯(lián)系。 ）屬

8、性數(shù)據(jù)一般都用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫存貯。,（）模型,模型是將空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)按圖層方式分門別類地存貯并加以統(tǒng)一管理的數(shù)據(jù)存貯模型。比如，資源環(huán)境信息經(jīng)常使用到的圖層數(shù)據(jù)有：土壤類型分布圖、年均降雨量分布圖、等高線圖、行政區(qū)劃圖、水系圖等等。這些圖件全部數(shù)字化，而且：,）比例尺需要相同； ）投影方式需要相同； ）覆蓋地域嚴(yán)格一致。,這樣以便于做圖形疊加分析。 在實(shí)際工作中，對(duì)有些圖，將紙介圖件數(shù)據(jù)分解還要過細(xì)，將圖中點(diǎn)狀地物、線狀地物、面狀地物分別各作為一個(gè)圖層處理。,、代碼與編碼,定義 將系統(tǒng)內(nèi)各種數(shù)據(jù)、文字符號(hào)、文件等以數(shù)字符號(hào)或指定字母符號(hào)的組合標(biāo)識(shí)出來，成為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以接收的形式，這種標(biāo)識(shí)稱

9、作代碼。用戶制定代碼的過程稱作編碼。,代碼的特點(diǎn)與編碼的原則,唯一性，一個(gè)代碼只能指定一個(gè)事物。 一致性，在系統(tǒng)自始至終一個(gè)代碼只指固定的一件事物。 通用性，一些代碼有國際標(biāo)準(zhǔn)，如碼，有些有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如土地分類代碼，城鎮(zhèn)地籍?dāng)?shù)據(jù)文件名稱代碼，在實(shí)際工作中，制定本系統(tǒng)特定代碼中必須要與這些國標(biāo)相一致。 前瞻性，編碼碼位要留有余量，避免代碼容納不下表達(dá)事物的數(shù)目。比如年份要用位，月份用位，日用位。,代碼結(jié)構(gòu) 代碼一般分為若干碼段，碼段有相對(duì)獨(dú)立性，表示一個(gè)獨(dú)立的意思，有固定的碼位（字節(jié)數(shù)）。,比如行政村通常設(shè)位代碼 前位表示鄉(xiāng)，作為一個(gè)碼段，后位表示村。碼段這樣設(shè)置表示村與鄉(xiāng)的管轄從屬關(guān)系。對(duì)于代

10、碼結(jié)構(gòu)需注意：,一個(gè)代碼可以有多個(gè)碼段，實(shí)用時(shí)還允許拆卸或增加，比如在鄉(xiāng)前再加縣代碼段。 在多碼段的代碼中，代碼的唯一性是指整個(gè)代碼的唯一性，不排除兩個(gè)代碼的對(duì)應(yīng)碼段相同，比如不同鄉(xiāng)有可能兩個(gè)村的碼段代碼相同。 代碼一旦制定，絕對(duì)不允許在碼段間碼位“借用”，比如將鄉(xiāng)碼段的一位碼位“借給”村碼段使用。如果這樣，將發(fā)生混亂。代碼的設(shè)制是一件相當(dāng)細(xì)致謹(jǐn)慎的工作。,編碼過程,數(shù)據(jù)整理、分類 分析數(shù)據(jù)類別間關(guān)系，有并列關(guān)系，有從屬關(guān)系 估計(jì)數(shù)據(jù)數(shù)目，決定碼位字節(jié)數(shù)量 調(diào)查相關(guān)行業(yè)編碼標(biāo)準(zhǔn),3、航攝投影, 投影一般定義 空間任一點(diǎn) A 與一固定點(diǎn) S 的連線（包括其延長線）被某面 P 所截，其

11、交點(diǎn) a 叫做空間點(diǎn) A 在截面上的投影。 注意： 截面 P 并不一定是平面 點(diǎn)位 A 與投影點(diǎn) a 不必須是在投影面 P 的兩側(cè)。,在特殊情況下，固定點(diǎn) S 也可能在無窮遠(yuǎn) 處，此時(shí) AS // BS // CS,,,,,,S,p,c b a,,,,,,,,,,,A,B,C, 中心投影,定義 投影面是平面的投影叫做中 心投影 照相機(jī)攝影是中心投影的實(shí)例。S 是鏡頭，投影面（遠(yuǎn)離實(shí)物一側(cè)）是膠片，影相為負(fù)片。 攝影中心投影中的幾個(gè)術(shù)語定義： 1）固定點(diǎn) S 稱作投影中心,2）過投影中心垂直于投影面 P 的 直線稱作主光軸 3）主光軸垂直于地面的投影稱作垂直中心投影 4）投影中心 S 到投影

12、面（膠片）的距離稱作焦距 f ，S 到投影面的垂足稱作像中心點(diǎn),比例尺 ab f 1 AB H m,,,,=,=,一般圖件比例尺為 1 : 50 萬; 1 : 25 萬; 1 : 10 萬; 1 : 5 萬 , 1 : 500 依次比例尺由小變大,中心投影兩個(gè)誤差來源 1) 高低地面起伏引起投影誤差,,,,,,,,,,,a0,a,S,f,H,A,A0,投影誤差：r = 注意；1）誤差與航高 H 成反比；在衛(wèi)星遙感中 H 達(dá)數(shù)百公里，相對(duì)于地面相對(duì)高差h 大,h r,H,,出許多，誤差可忽略不計(jì)。 2）投影誤差呈徑向分布，距離像中心點(diǎn)越遠(yuǎn)，即 r 越大，則誤差越大

13、。,A,投影面與地面不平行,,,,,,,S,,,,,,,,,,,,,S,P0,P,,,,,,,,,,,,,,說明： 1） 為輻射角，即在投影面上點(diǎn)位輻射線與主橫線的夾角； 為投影面與水平面的夾角；r為輻射距；f 為焦距。,2）在投影面上坐標(biāo)設(shè)置與地面起伏誤差分析的坐標(biāo)設(shè)置有所不同，坐標(biāo)原點(diǎn)設(shè)置在等角點(diǎn)上，即過傾斜投影面上的像中心的垂線與過水平投影面像中心的垂線構(gòu)成的角平分線與傾斜投影面的交點(diǎn)作傾斜投影面的坐標(biāo)原點(diǎn)；過原點(diǎn)在傾斜投影面的橫向直線（垂直于紙面見圖）設(shè)為 X 坐標(biāo)軸，縱向設(shè)為 Y 坐標(biāo)軸，并以 X 軸作為傾斜投影面的旋轉(zhuǎn)軸。一切誤差分析都以這樣的設(shè)置為基礎(chǔ)，進(jìn)行計(jì)算的。,,,,,x,

14、y,a,b,c,d,o,,,,,,,3）這樣看來，傾斜投影面上的像中心點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)并不在一個(gè)點(diǎn)上，因而這里的輻射距r與地面起伏投影誤差輻射距 r 并不相等，但是不難證明兩者相差不大，在傾斜角不超過 3 情況下，由于坐標(biāo)原點(diǎn)設(shè)置引起的誤差可以忽略。,討論： 1）投影面傾斜角一般不大于 3 ，sin 是正值，而取值卻從 0 到 360 變化，使輻射距覆蓋整個(gè)影像，因而使誤差可正可負(fù)。具體分析如下： 當(dāng) 0 180，則誤差 為負(fù)值，即向內(nèi)收縮； 當(dāng) 180 360，則誤差 為正值，即向外擴(kuò)張；,2）投影面與地面不平行引起的投影誤差與鏡頭焦距成反比，與輻射距平方成正比； 3）此種投影誤差與航高

15、無關(guān)，因而無論在航空攝影或衛(wèi)星遙感中都必須要加以注意糾正的。, 正射投影,定義：將投影中心 S 點(diǎn)置于無窮遠(yuǎn)處的中心投影稱作正射投影。 實(shí)際正射投影的定義：二次投影，首先投影到一個(gè)假想投影面上，比例尺為 1：1 ，然后在做二次中心投影。,正射投影討論： 1） 正射投影不存在投影誤差是一種理想的投影 2） 如果地面平坦，攝相條件理想，即鏡頭平面平行于水平面，則此時(shí)的攝相中心投影即為正射投影。,4、大地投影, 地球模型 地球可以模擬為旋轉(zhuǎn)橢球體。其長半軸為 6,378,140 m ，短半軸為 6,356,755. 3 m 普通測量中可將地球看作為球體，其半徑為 6371000 m。,

16、大地投影,基本思想，將地球看為透明，將光源（即 S 點(diǎn)）置于地球心，光線（投影線）穿過地球球面上各個(gè)點(diǎn)，投影到地球外假想的可展曲面上，如圓錐面、圓柱面或直接就是平面，然后將可展曲面展開，并用理想中心投影的方法將其縮小，即制成不同比例尺地圖。,大地投影制圖的種類 1）以投影面劃分為：圓錐投影、圓柱投影、方位投影（投影面是平面） 2）以投影面與地球的關(guān)系劃分為：正切，橫切，斜切，正割，橫割，斜割等 說明各國投影制圖種類選擇取決于該國地理的具體位置以及幅員大小，形狀特點(diǎn)等，以制圖投影誤差最小為原則。,大地投影誤差討論 1）誤差的類別： 距離誤差，即圖上兩點(diǎn)距離與實(shí)地兩點(diǎn)距離的差別。 方位

17、誤差，即圖上兩點(diǎn)的指向與實(shí)地兩點(diǎn)指向的差別。 面積誤差，即圖上圖斑量測的面積與實(shí)地量測面積的差別。,2）不同投影下的誤差分析 任何地圖總存在兩種或三種誤差，不存在任何誤差的圖件是沒有的， 地圖投影為某種特殊需要，采取復(fù)雜的數(shù)學(xué)變換，往往是以犧牲某種誤差增大為代價(jià)，而換取減弱甚至消除某一種誤差，如等積投影，等角投影變換。 在制圖比例尺大于 1：10 萬情況下，可以不考慮投影方式帶來的誤差差異。,5中國地圖常用的兩種投影, 正割圓錐投影 技術(shù)特點(diǎn)：覆蓋面積大，距離誤差有正有負(fù)、方位誤差較小，面積誤差很?。挥袃蓷l緯線與投影面相交，兩緯線之間距離誤差為負(fù)，而兩緯線之外誤差為正。經(jīng)線為輻

18、射狀的直線。中央經(jīng)線指向垂直方向，兩邊經(jīng)線對(duì)稱，緯線為高次曲線，兩條正割緯線上無誤差。,我國地形圖實(shí)施情況 兩條割線處于北緯 25 與北緯 47，綜合考慮到了我國幅員陸上部分北達(dá)北緯 53（漠河），南至18（海南島）的廣闊地區(qū)，這是將各種誤差相對(duì)較小的優(yōu)化結(jié)果。 比例尺 適于制作 1：50萬以上小比例尺制作行政區(qū)劃圖、地形圖。, 橫切橢圓柱投影（又稱高斯克呂格投影）,x,y,技術(shù)特點(diǎn) 1）有一條經(jīng)線與投影面相切，這條線稱為中央子午線，在這條經(jīng)線上沒有誤差 2）投影誤差以中央子午線兩側(cè)為對(duì)稱，越遠(yuǎn)離中央子午線則誤差越大。越遠(yuǎn)離赤道誤差越小。 3）為減少誤差，采取按經(jīng)線分割條帶，國際上

19、按中央子午線兩側(cè)1.5（3帶分割），3（6帶分割）分作投影帶。 4）條帶分割后誤差最大處在赤道上的條帶邊緣，對(duì)于 6帶，長度最大誤差達(dá)+0.14%，面積變形最大達(dá)+0.27% 。,實(shí)施情況 1）在我國1：50萬（包含1：50萬）以下比例尺制作地圖用此投影 2）比例尺不同，因而對(duì)每分割條帶又作進(jìn)一步切割成圖件，切割按經(jīng)緯度進(jìn)行，即每幅圖件的圖廓線都是經(jīng)緯線。圖件比例尺不同，每幅圖件經(jīng)差、緯差跨度不同。,1：50萬圖件按經(jīng)差 3、緯差 2 分割 1：25萬圖件按經(jīng)差1.5、緯差 1 分割 1：10萬圖件按經(jīng)差30、緯差20分割 以此逐層次比例尺擴(kuò)大，經(jīng)緯差減少以保證圖件

20、實(shí)際圖件尺寸大小基本相同。,3）理論上，在一個(gè)條帶中，每幅圖件圖廓的形狀都不同，基本上呈梯形，但梯形兩側(cè)的邊線傾斜角度不同。,6數(shù)字地形圖, 坐標(biāo)系設(shè)置 以每個(gè) 3 條帶的中央子午線為 y 軸，以赤道為 x 軸，建立直角坐標(biāo)。,考慮到在每條帶中，中央子午線西側(cè)的 x 值含有負(fù)值，為避免負(fù)值，又將 y 軸向西平移動(dòng)500公里，構(gòu)成通用坐標(biāo)系。, 圖廓四角點(diǎn) 每幅標(biāo)準(zhǔn)地形圖圖廓四角點(diǎn)都標(biāo)注經(jīng)度緯度，縱向邊線兩頂點(diǎn)經(jīng)度相同，橫向邊線兩頂點(diǎn)緯度相同。 注意：縱向邊線兩頂點(diǎn)的 x 坐標(biāo)并不相同，同樣橫向邊線兩頂點(diǎn)的 y 坐標(biāo)也并不相同。, 經(jīng)緯度與 x、y 坐標(biāo)系之間的變換 由地理參照系經(jīng)緯度值（

21、L，B）向 X、Y 坐標(biāo)值的變換稱作正解變換，而反之，由（X，Y）向（L，B）變換稱作反解變換。 正反解變換都是非常復(fù)雜的非線性變換 隨投影方式的不同，變換也不相同。, 公里網(wǎng)（方里網(wǎng)） 在每條帶的直角坐標(biāo)系中，從坐標(biāo)原點(diǎn)開始，橫向與縱向每一公里畫出一條縱線與橫線，構(gòu)成的網(wǎng)格稱作公里網(wǎng)，公里網(wǎng)格線的交點(diǎn)坐標(biāo)都是公里的整數(shù)倍。 各 3 帶或 6 帶中的公里網(wǎng)格線互不平行。 公里網(wǎng)的設(shè)置起誤差控制作用, 北向 每幅地形圖的正上方向并不指嚴(yán)格意義的北向，即并不嚴(yán)格地指向地軸的北極點(diǎn)，只是與中央子午線平行。,7圖件的矢量格式表達(dá), 圖形三要素 點(diǎn)點(diǎn)狀地物，在計(jì)算機(jī)地理信息系統(tǒng)（GIS）中

22、用（x , y）表示，其標(biāo)識(shí)碼（ID碼）定義其標(biāo)識(shí)管理代號(hào)，并附有各種屬性，如地物種類（樹、井位、村鎮(zhèn)），面積以及其它特征。,線線狀地物，系統(tǒng)中用坐標(biāo)鏈表示 注意：相鄰鏈節(jié)點(diǎn)用直線連接，鏈節(jié)長度不一定相等，其長度取決于原曲線的曲率半徑。 面面狀地物，是一個(gè)封閉的區(qū)域，在圖件上又稱作圖斑。面由一個(gè)坐標(biāo)鏈或多個(gè)坐標(biāo)鏈組成其邊界。 注意：面包括帶有“島”的封閉區(qū)域。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

23、,,,,,,,,,,,,,,,,,207,208,205,201,206,213,211,212,232,,A,B,C,D,E,F,G,H,I,, 矢量格式圖件的基本概念,坐標(biāo)鏈（coordinate chain） 有方向的折線，或鏈接在一起的矢量集合，在計(jì)算機(jī)中存貯為有一定順序的X、Y坐標(biāo)數(shù)據(jù) 結(jié)點(diǎn)（node） 三個(gè)或三個(gè)以上坐標(biāo)鏈相交匯的點(diǎn) 弧段（arc） 相鄰兩結(jié)點(diǎn)之間的坐標(biāo)鏈。通常一個(gè)弧段以兩個(gè)結(jié)點(diǎn)作為其端點(diǎn)，但島弧段是由首尾相接的弧段組成，是一種特殊的弧段，稱之為島弧段。 多邊形（Polygon） 由弧段組成的封閉區(qū)域。多邊形又稱為圖斑，部分圖斑內(nèi)部有島（內(nèi)邊界），這種有島的多邊形稱

24、為多連通域，無島多邊形稱為單連通域。 拓?fù)潢P(guān)系（Topological relationship） 這里指結(jié)點(diǎn)、弧段、多邊形之間的空間位置關(guān)系。即表達(dá)一個(gè)結(jié)點(diǎn)由哪些弧段在此交匯；弧段前進(jìn)方向的左右多邊形是什么；一個(gè)多邊形由哪些弧段組成，進(jìn)一步哪幾條弧段是外邊界，哪幾條弧段是內(nèi)邊界。這些拓?fù)潢P(guān)系用代碼表示出來。注意每一個(gè)結(jié)點(diǎn)、弧段以及多邊形都有ID碼。,坐標(biāo)鏈、多邊形的包絡(luò)矩形（Range） 指坐標(biāo)鏈或多邊形的外接矩形，其4個(gè)坐標(biāo)特征值為： Xmin = MIN (x1,x2,xn)； Xmax = MAX (x1,x2,xn)； Ymin = MIN (y1,y2,yn

25、)； Ymax = MAX (y1,y2,yn)；, 矢量格式下的圖形復(fù)雜性分析,結(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)弧段 弧段關(guān)聯(lián)圖斑，且線狀地物本身有寬度，但在中比例尺圖件上只是一條線，常常因比例尺過小的原因，這條線的位置無法表明該線是否為中軸線，只有在屬性數(shù)據(jù)中加注明線的左側(cè)寬度，右側(cè)寬度。,一個(gè)結(jié)點(diǎn)位置變化或一個(gè)弧段位置變化要引起至少兩個(gè)甚至三個(gè)或更多相關(guān)圖斑面積的變化. 空間圖形數(shù)據(jù)的復(fù)雜性決定著數(shù)據(jù)存貯格式的慎密嚴(yán)謹(jǐn)，也需要相應(yīng)計(jì)算機(jī)軟件功能的支持。, 矢量格式下空間數(shù)據(jù)的組織方法 一般來講，不同軟件其空間數(shù)據(jù)組織方法都不相同，這就是軟件間數(shù)據(jù)不相兼容的原因。數(shù)據(jù)組織方法大致可分為兩類：,具有

26、全拓?fù)潢P(guān)系的數(shù)據(jù)組織方法，如 ARC / INFO、MAPGIS 等 GIS 軟件其方法要點(diǎn)是：,1）以弧段為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)組織單位，將點(diǎn)坐標(biāo)組織在弧段內(nèi)，當(dāng)然點(diǎn)狀地物坐標(biāo)數(shù)據(jù)除外；弧段設(shè)有代碼（內(nèi)碼），并有查找全部所屬點(diǎn)的索引； 2）對(duì)于每個(gè)結(jié)點(diǎn)在數(shù)據(jù)庫中要給出在此相交匯的弧段；,3）對(duì)于每個(gè)弧段在數(shù)據(jù)庫中要給出其左右圖斑 ID 代碼； 4）每個(gè)圖斑都有 ID 代碼，并要給出其組成弧段的代碼，在這些弧段中區(qū)分內(nèi)外邊界，對(duì)于內(nèi)邊界還要進(jìn)一步給出內(nèi)邊界弧段組成獨(dú)立封閉區(qū)域的注示數(shù)據(jù)。 5）具有嚴(yán)密高效的數(shù)據(jù)索引方式，其中要利用到包絡(luò)矩形的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)索引圖形編輯的數(shù)據(jù)一致性。,無全拓?fù)潢P(guān)系的數(shù)據(jù)組織方法

27、，如 Oracle-spatical、Mapinfo 等軟件，方法要點(diǎn)是：,1）采用面向?qū)ο蟮姆椒?，分別按點(diǎn)、線、面作為對(duì)象組織數(shù)據(jù)； 2）由于兩個(gè)相鄰的面有公共邊，因而此數(shù)據(jù)組織方法必須具有強(qiáng)有力的空間分析功能，能夠在必要時(shí)將對(duì)應(yīng)相鄰面邊界快速查詢出來，以保證在圖形編輯時(shí)數(shù)據(jù)的一致性。 3）采用四叉樹方法實(shí)行分塊索引機(jī)制。,兩種數(shù)據(jù)組織方法優(yōu)缺點(diǎn)分析 1）全拓?fù)潢P(guān)系數(shù)據(jù)組織方法數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，數(shù)據(jù)檢索速度快，數(shù)據(jù)容余小，便于復(fù)雜情況下的空間分析； 2）無全拓?fù)潢P(guān)系數(shù)據(jù)組織方法數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)較簡單，面向?qū)ο蟮乃枷胴瀼剌^徹底，使面向?qū)ο蟮母呒?jí)計(jì)算機(jī)語言功能發(fā)揮充分，便于數(shù)據(jù)管理； 3）全拓?fù)潢P(guān)系數(shù)據(jù)

28、組織需要數(shù)據(jù)表格文件多，數(shù)據(jù)表格之間關(guān)系復(fù)雜，影響數(shù)據(jù)庫的穩(wěn)定性，而無全拓?fù)潢P(guān)系數(shù)據(jù)組織方法穩(wěn)定性較好，錯(cuò)誤數(shù)據(jù)容易恢復(fù)； 4）全拓?fù)潢P(guān)系數(shù)據(jù)組織方法數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)緊湊，而無拓?fù)潢P(guān)系數(shù)據(jù)組織方法數(shù)據(jù)容余量大，每個(gè)弧段坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)要重復(fù)存貯兩次以上。,當(dāng)前矢量格式下空間數(shù)據(jù)組織方法發(fā)展趨勢 1）關(guān)系型數(shù)據(jù)表達(dá)，這種數(shù)據(jù)格式便于管理，能與大型數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)管理語言SQL相兼容，實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)一體化在一個(gè)數(shù)據(jù)庫下管理； 2）全拓?fù)鋽?shù)據(jù)表達(dá)是為了適應(yīng)愈來愈復(fù)雜的時(shí)間、空間分析的實(shí)際要求。,8、圖件的網(wǎng)格格式表達(dá), 圖件網(wǎng)格格式表達(dá)的基本思想,網(wǎng)格格式下數(shù)據(jù)組織 每個(gè)網(wǎng)格在數(shù)據(jù)庫中都有（i ，

29、j）編號(hào)，這個(gè)編號(hào)既表示了空間位置，也可以成為其 ID 代碼，對(duì)應(yīng)于每一網(wǎng)格編號(hào)，可以有其多種屬性值。因而，在網(wǎng)格格式下，沒有任何拓?fù)潢P(guān)系表達(dá)的問題 ，在數(shù)據(jù)表達(dá)上，格式十分簡單。,在網(wǎng)格格式下，圖斑邊界有兩種表達(dá)方式： 1）圖斑邊界占有網(wǎng)格，賦以特殊的屬性，這種表達(dá)方式通常是在由矢量格式轉(zhuǎn)來成為網(wǎng)格格式情況下采用。 2）圖斑邊界不占有網(wǎng)格，以網(wǎng)格線作為邊界線，此時(shí)邊界線就真正沒有寬度了。這種表達(dá)方式通常是在系統(tǒng)內(nèi)部自動(dòng)生成的圖件情況下采用，比如由點(diǎn)狀數(shù)據(jù)自動(dòng)生成面狀數(shù)據(jù)最終生成的圖件就采用這種方式。, 網(wǎng)格格式下的數(shù)據(jù)壓縮 網(wǎng)格格式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單，可以表達(dá)地理圖件、遙感圖像等數(shù)據(jù)，適用于多

30、種空間分析數(shù)據(jù)處理的場合，但其基本問題在于數(shù)據(jù)壓縮。,數(shù)據(jù)壓縮的兩種類型 1）無損數(shù)據(jù)壓縮，即數(shù)據(jù)壓縮后還可以完全恢復(fù)到壓縮前的原樣，信息不受任何損失，這種壓縮通常壓縮比不大。這種類型的數(shù)據(jù)壓縮使用在地理信息系統(tǒng)中。,2）有損數(shù)據(jù)壓縮，即系統(tǒng)將次要的、無礙大局的信息數(shù)據(jù)壓縮掉，以求壓縮比提高，這種壓縮方法在實(shí)施后無法將數(shù)據(jù)再恢復(fù)到原樣。有損數(shù)據(jù)壓縮有多種壓縮方法，通常使用在圖像處理、網(wǎng)絡(luò)圖像傳輸、多媒體圖像數(shù)據(jù)存貯等多種場合中。,無損數(shù)據(jù)壓縮主要思路 1）游程碼（Running Code）分析網(wǎng)格格式數(shù)據(jù)可以看到，在同一橫行，連續(xù)幾個(gè)相鄰的網(wǎng)格可能屬性碼相同，此時(shí)就可以將這幾個(gè)網(wǎng)格合并表示其屬

31、性； （A1，P1）（A2，P2）（An，Pn） 其中A1為左起第一個(gè)連續(xù)相同屬性網(wǎng)格的屬性編碼值， P1為這連續(xù)相同屬性網(wǎng)格最遠(yuǎn)達(dá)到的位置，以下A2 ， A3 An、 P2 ， P3 Pn 意義相同。當(dāng)然如果某個(gè)網(wǎng)格獨(dú)立具有某屬性，那么Pi 則表示該網(wǎng)格的位置。以上所述連續(xù)相同屬性合并表示一個(gè)網(wǎng)格集合稱作一個(gè)游程，顯然網(wǎng)格格式圖件中每個(gè)橫行的游程數(shù)是隨機(jī)的，因而在數(shù)據(jù)表格上可以這樣設(shè)計(jì)：,游程碼數(shù)據(jù)表,,,,游程序號(hào) 屬性編碼 游程列號(hào)（i ）,1 2 3 4 5 6 7 8 9 30,,,,5 0 1 2 0 10 0 3 0 5,,,,2 4 7 8 10 2 3 4 10 10

32、,,,,游程索引表,,,,網(wǎng)格行號(hào)（i ） 逐行游程累計(jì)數(shù),1 2 3 6,,,,,,,5 9 14 30,,,,,,,,,,注意：游程碼數(shù)據(jù)表每一行表示一個(gè)游程； 而游程索引表每一行表示網(wǎng)格圖件的一個(gè)行。 這種兩個(gè)表格表示一個(gè)隨機(jī)數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)的方法值得借鑒。 當(dāng)然也可以用列來設(shè)置游程。 無論行游程還是列游程都只是在一維上實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)壓縮，而在另一維并未實(shí)現(xiàn)壓縮。,2）四叉樹數(shù)據(jù)壓縮 四叉樹的基本思想?yún)^(qū)域二維壓縮, MD碼.實(shí)現(xiàn)四叉樹數(shù)據(jù)壓縮的基礎(chǔ),上圖特點(diǎn)： 1）Jf(j)=2If(j) 2）MD(i,j)=If+Jf 3）MD是自左上角向右下方以“田”字（4網(wǎng)格）格為最 基

33、本單位逐次鋪開的,,計(jì)算If的遞推公式,計(jì)算Jf 。用計(jì)算If相同的方法，得到：,此說明 二進(jìn)制“ i ”作為偶次項(xiàng)，二進(jìn)制“ j ”作為奇次項(xiàng)交叉組合，轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制即為MD(i,j) ，反之亦然。,,,MD碼意義 1）用一維正整數(shù)碼MD（i,j）替代二維坐標(biāo)系數(shù)值i,j，每（i,j）格點(diǎn)唯一對(duì)應(yīng)MD一個(gè)值。 2）MD與（i,j）相互轉(zhuǎn)換方便 3）MD是與四叉樹思想完全吻合，為四叉樹數(shù)據(jù)壓縮奠定基礎(chǔ)。 二階MD碼意義 一幅圖先分為1616個(gè)子區(qū)，每區(qū)按MD1編碼作為第1階，，然后，每個(gè)小區(qū)中又分為256256個(gè)網(wǎng)格，，每個(gè)網(wǎng)格按MD2編碼作為第2階，記為： （MD1，MD2） 二階MD碼不

34、但減少了碼位長度，增強(qiáng)了計(jì)算機(jī)程序的可操作性，而且將一階MD碼作為索引，加快了運(yùn)行速度。, MD碼支持下的數(shù)據(jù)壓縮,,MD碼支持下的四叉樹數(shù)據(jù)壓縮 線性四叉數(shù)碼（Linear Quad TreeLQT） 二維行程碼（2 Dimension Running Encode2DRE） MD碼數(shù)據(jù)壓縮小結(jié)： MD碼數(shù)據(jù)壓縮是二維無損數(shù)據(jù)壓縮 MD碼數(shù)據(jù)壓縮效率與圖形復(fù)雜程度相關(guān),9、網(wǎng)格格式與矢量格式比較分析,網(wǎng)格格式與矢量格式是資源環(huán)境信息空間數(shù)據(jù)兩種基本表達(dá)格式，比較兩種格式優(yōu)劣勢可歸結(jié)以下幾點(diǎn)： 1）網(wǎng)格格式的特點(diǎn)可表述為“只見樹木，不見森林”，而矢量格式為“只見森林，不見樹木”； 2）網(wǎng)格

35、格式數(shù)據(jù)表達(dá)簡單，但數(shù)據(jù)存貯量大，易于做圖形疊加分析；而矢量格式數(shù)據(jù)表達(dá)復(fù)雜，層次多，但數(shù)據(jù)冗余小，易于做除圖形疊加以外的多種空間分析，比如計(jì)算圖斑周長、面積、緩沖區(qū)分析等； 3）網(wǎng)格格式通常受到計(jì)算機(jī)存貯量的限制，數(shù)據(jù)表達(dá)精確度不夠高，但由于格式簡單，易于標(biāo)準(zhǔn)化，各軟件數(shù)據(jù)易于轉(zhuǎn)換；而矢量格式數(shù)據(jù)表達(dá)精度高，但不易標(biāo)準(zhǔn)化，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換困難； 4）目前計(jì)算機(jī)機(jī)助制圖已經(jīng)基本上基于網(wǎng)格格式，矢量格式數(shù)據(jù)要加以轉(zhuǎn)換變?yōu)榫W(wǎng)格格式再行機(jī)助制圖；,5）目前電子圖件數(shù)據(jù)格式以矢量格式為主，地理信息系統(tǒng)中數(shù)據(jù)存貯也是以矢量格式為主，而將來發(fā)展趨勢要以網(wǎng)格格式為主。,總之，網(wǎng)格格式與矢量格式各有優(yōu)勢，且優(yōu)勢互補(bǔ)，數(shù)據(jù)格式相互轉(zhuǎn)換在地理信息系統(tǒng)中是必備的功能。,