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1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。土地信息系统复习-第一章LIS概述*信息：是用文字、数字、符号、语言、图像等介质来表示事件、事物、现象等的内容、数量或特征，从而向人们（或系统）提供关于现实世界新的事实和知识，作为生产、建设、经营、管理、分析和决策的依据。*数据：通过数字化或直接记录下来的可以被鉴别的符号，是用以载荷信息的物理符号，在计算机化的地理信息系统中，数据的格式往往和具体的计算机系统有关，随载荷它的物理设备的形式而改变。*信息的特征：客观性、实用性、可传输性、共享性。*信息的特点：（1）信息的客观性,与客观事物紧密相联系的；（2
2、）信息的适用性，信息对决策是十分重要；（3）信息的传输性。信息可以在信息发送者和接受者之间传输，既包括系统把有用信息送至终端设备(包括远程终端)，和以一定形式提供给有关用户，也包括信息在系统内各子系统之间的传输和交换。（4）信息的共享性。信息与实物不同，它可以传输给多个户，为多个用户共享，而其本身并无损失。*信息与数据的关系：数据是信息的载体（表达），而信息则是数据的内涵（内容）地理信息:是有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征和一切有用的知识，它是对表达地理特征与地理现象之间关系的地理数据的解释。或者定义为：表征地理系统诸要素的数量、质量、分布特征、相互联系和变化规律的数字、文字、图像和图
3、形等的总称。地理信息的特点:空间分布性、具有多维结构的特征、时序特征十分明显、具有丰富的信息*土地信息是指表征土地系统诸要素的数量、质量、分布特征、相互联系和变化规律的数字、文字、图像和图形等的总称。*土地信息的特征（除具有信息的一般特征）：还具有（1）区域分布性；（2）数据量大；（3）信息载体的多样性；（4）土地信息的动态特征。GIS地理信息系统（GIS,GeographicInformationSystem）是在计算机硬、软件系统支持下，对现实世界（资源与环境）的研究和变迁的各类空间数据及描述这些空间数据特性的属性进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统，它作为集计算机科学、
4、地理学、测绘遥感学、环境科学、城市科学、空间科学、信息科学和管理科学为一体的新兴边缘学科而迅速地兴起和发展起来。*LIS土地信息系统是以土地空间数据库为基础,在计算机软硬件的支持下,对土地相关数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和显示，并采用空间模型分析方法，适时提供多种空间和动态的土地信息并应用和传播土地信息，为决策服务而建立起来的计算机技术系统。土地信息系统特征（1）具有采集、管理、分析和输出多种土地空间信息的能力;（2）以土地研究和土地决策为目的,以模型方法为手段,具有空间分析、多要素综合分析和动态预测的能力,并能产生高层次的土地信息;（3）由计算机系统支持进行土地数据管理,并由计算机程
5、序模拟常规的或专门的土地分析方法,作用于空间数据,产生有用信息;*土地信息系统按内容分类1.专题土地信息系统2.土地信息系统工具*土地信息系统服务领域1.地籍管理：土地管理的基础。2.土地定级估价：土地市场3.土地利用动态监测：土地土地利用现状进行监测、制图、统计、分析与管理。4.耕地保护：根据土地利用现状、农用土地的质量以及当地经济发展预测,对农用土地进行分类,划分基本农田保护区。5.土地利用规划：6.建设用地管理：根据土地利用规划以及国家有关政策、法规、法令,征收集体所有的土地7.土地监察：调解土地纠纷,监察土地政策的执行情况。8.土地整理*土地信息系统的构成:硬件；软件；数据；人*土地信
6、息系统功能1.数据采集、检验与编辑2.数据操作3.数据的存储与组织4.查询、统计、计算5.空间分析6、显示（产品输出）土地信息系统与相关学科的关系l 土地科学：作为LIS的分析理论基础,它反映了LIS所需要处理的内容和体系,并为LIS提供了空间分析的方法l 测量和遥感:不但为LIS提供快速、可靠、多时相的获取多种信息源的手段,而且它们的许多理论和方法可直接用于空间数据的变换和处理;l 地图学：为LIS图形数据的表达以及可视化提供了方法。l 专家系统：为LIS的数据处理中运用专业领域知识提供框架。计算机图形学：l 计算机图形学所处理的图形数据是不带属性的纯几何图形,是土地空间数据和几何抽象。因此
7、,计算机图形学只能完成LIS底层的图形操作,它是LIS算法设计的基础。l 而LIS除了能对图形信息数据进行显示和处理以外,还能完成数据的土地模型分析以及许多具有土地意义的数据处理。LIS与CAD和CAMl CAD（ComputerAidedDesign,）是使用计算机技术来辅助设计人员进行设计,以提高设计的自动化程度,节省人力和时间的一种计算机系统l CAM（ComputerAidedManufactory）是使用计算机技术进行几何图形的编辑和绘制的计算机系统。l CAD和CAM的使用使众多行业和部门中的设计人员从制图板上的手工劳动中解放出来,因而受到广大设计人员、制图人员的青睐。共同点：它们
8、均可以处理非图形的属性数据;它们也都可以对空间数据建立空间相关关系,对所描述对象的拓扑结构进行处理等主要区别:(1)CAD、CAM不考虑地理坐标系和坐标变换。(2)LIS的数据量要比CAD和CAM的数据量多得多,数据结构、数据类型亦更为复杂:数据间联系紧密,这是因为LIS涉及的区域广泛、精度要求高、变化复杂、要素众多、相互关联,单一结构难以完整描述。(3)CAD、CAM不具备LIS的空间查询和分析功能。数据库管理系统(DBMS)l 数据库管理系统(DBMS)是操作和管理数据库的计算机系统。它提供可以被多个应用程序和用户调用的软件系统,具有对数据库的建立、更新、查询和维护功能。l 从技术的角度分
9、析,LIS的基本任务之一就是对土地空间数据进行管理。因此,LIS在数据管理上借鉴了数据库管理的理论和方法l 属性数据可采用通用数据库管理系统或在其上开发的软件系统进行管理在对LIS空间数据的管理上,数据库管理系统(DBMS)尚存在两个明显的不足:(1)缺乏空间实体定义能力。目前流行的数据库结构,如网状结构、层次结构和关系结构,都难以对地理空间数据结构进行全面、灵活、高效地描述。(2)缺乏空间关系查询能力。目前通用的DBMS的查询主要是针对实体的查询,而LIS中则不仅要求对实体的查询,还要求对(实体之间)空间关系进行查询,如关于方位、距离、包容、相邻、相交和空间覆盖关系等。因此,通用DBMS尚难
10、以实现对土地数据空间查询和空间分析。国外发展历程60年代：起步阶段1956年，奥地利测绘部门建立地籍数据库（LIS），1963年，加拿大测量学家R.F.Tomsion首先提出GIS概念，并建立加拿大GIS（CGIS）是世界上第一个GIS，用于资源管理和规划。特点：硬件水平低，存贮量小，读取速度慢，可实现手扶跟踪数字化地图，地图拓扑编辑，分幅数据拼接。同时成立许多与GIS有关的组织、协会，传播GIS70年代：发展阶段（1）发达国家建立许多专业性质的LIS和GIS，如70-76年，美国地质局即建成50多个信息系统，作为地理，地质和水资源领域空间信息的工具。（2）加拿大、德国、日本、瑞典等国也发展自
11、己的GIS（3）约有三百多个系统投入使用特点：（1）计算机发展到第三代，内存容量大磁盘出现，输入、输出设备比较齐全，为地理数据的录入，存贮检索、输出提供了强有力的手段。（2）可以通过屏幕直接监视数字化的操作，图形、图象卡的发展，增强了人机对话和高质量图形的显示。80年代：普及阶段GIS普及推广阶段，微机性能价格比，网络建立，GIS软件发展，使GIS推广并投入正常运转，到89年，市场报价软件70多个，如ARC/INFO，GENAMAP，MAPINFO，SICAD，SYSTEM9等。特点：（1）计算机进入第四代，微机出现并以很高的增长率普及。（2）GIS两个发展方向（a）解决全球问题，即高度综合范
12、围广、地域大。（b）小型功能专一，如农田管理、农场规划等，在微机上运行。（3）市场商品GIS90年代：特点：（1）微机获得很大发展，微机价格以每年30%速率下降，功能节节上升，内存、磁盘、主频均有很大提高。（2）Windows95出现，界面、内存管理,编程环境均有新改进。（3）GIS成为开发平台，允许用户进行二次开发（4）大型数据库推出，GIS数据库向关系型数据库靠近，易于与当前数据库连接。90年代后期：internet网络；高分辨率遥感卫星（1米，2.5米）；差分GPS技术（厘米级）*3S（GIS,RS,GPS)技术，*数字地球（DigitalEarth）概念（1998年戈尔）的提出：即多分
13、辨率的真实地球三维表示的数据集。包括数字化、网络化、智能化和可视化的地球技术系统。发展特点：1、国家制定法律规范市场：美国、德国、俄罗斯等国在80年代末90年代初颁布了信息法，加大对系统软件和信息产品的管理力度，推动社会信息化健康发展。2、信息社会化：不要求统一软件，优胜劣汰，鼓励竞争，美国、德国均在各洲应用不同的平台。3、国家组织制定统一的技术标准：美国空间数据标准制定用了10年时间，这是一项耗时但必需做的重要工作，否则社会将无法形成信息产业。国内发展历程中国：70年代准备阶段（1）计算机制图技术：72年研究制图自动化，1977年产生第一张由计算机出的第一张全要素图（2）遥感技术：74年引入
14、美国卫星资料并开展卫星图象处理和分析工作。80年代：试验阶段（1）典型实验：1981年在渡口一二滩的遥感和地理信息系统的典型实验。（2）专题试验：如在AEC/INFO基础上中科院建立的黄土高原流失信息系统等。（3）通用软件设计，如中科院的MCGIS系统等。90年代：应用普及阶段1、多领域GIS建立(1)95、7、1上海市、国务院9202项目（2）厦门城市规划系统（3）1/25地形图,国家测绘局2、发展国产GIS:96年开始，国家科委组织有关人员测评我国GIS软件,MAPGIS,CITYSTAR,GEOSTARl 2000年:我国主要GIS软件销售和技术服务产值为2.5亿元,带动产业达13亿元l
15、 2003年,我国主要国产GIS软件已经打破出口零的界限,国内市场占有份额上升到30%左右.土地：1986年，国家土地管理局成立1992年2月，中国土地学会土地信息与遥感分会在山西太原召开土地管理计算机应用研讨会1995年统计，全国土管部门在LIS方面的投资达5亿元1995年5月，国家局科技司组织全国LIS成果演示会。有40多项成果参加演示。1999年，国土资源大调查，数字国土工程99年启动洛阳、厦门等，正在筹建的城市；青岛、福州、武汉、烟台、佛山、大庆等。第五节土地信息系统发展趋势LIS任务：采用先进技术管理土地l 技术层面：与计算机信息技术、遥感技术、地理信息系统技术、管理信息系统技术密切
16、相关,l 管理层面：与土地管理的理论与实践的发展密切相关从当前发展形势分析,在技术与应用两方面,发展趋势可以归结为:1.遥感技术、全球定位技术与土地信息系统技术更加融合2.时空LIS3.LIS应用模型（二次开发）4.Internet与LIS的结合（WebGIS）:OpenGIS;组件GIS5.LIS与专家系统的结合1.遥感技术、全球定位技术与土地信息系统技术更加融合(1)随着国民经济的发展,在土地利用问题上的矛盾会更加突出。严格执行土地用途管制是土地在月管理的重要内容，土地利用动态监测是执行土地用途管制必不可少的技术途径。(2)以遥感为主要数据源,以全球定位系统给遥感数据做精确定位与几何校正,
17、结合土地信息系统空间分析的强大功能,整合成为一个土地利用监测分析信息系统。2.时空LIS土地信息除具有空间特性外,还具有明显的时序特征。近几年提出的空间一时态数据模型也仅能处理空间二维和时间一维,不能完全表示和分析不断变化的三维世界,因而需要开发时空LIS。实现时空复合操作,将空间分析问题进一步拓展为时空分析范畴,已成为新一代LIS的重要研究课题。时空LIS主要研究时空模型以及时空数据的表示、存储、操作、查询和时空分析。3.LIS应用模型（二次开发）LIS强大的生命力在于与各种实际应用的结合。然而,通用LIS的数据管理、查询和空间分析功能对于大多数的应用问题是远远不够的,这些领域都有自己独特的
18、专用模型。因而根据某种应用目标或任务要求,建立LIS应用模型,是LIS解决实际问题的能力、效率及产生社会经济效益的关键所在,因此日益受到重视。4.Internet与LIS的结合（WebGIS）近年来,Internet技术的迅速发展与普及应用为LIS发展提供了新的机遇,它改变了地理信息的获取、传输、发布、共享、应用和可视化等过程和方式,Internet已成为LIS新的操作平台。Internet与LIS的结合即InternetLIS。利用Internet在web上发布空间数据,为用户提供空间数据浏览、查询、制作专题图和分析的功能,已经成为LIS发展的必然趋势。InternetLIS又有下列两个研究
19、热点:组件式LIS,即将已有的巨型LIS分解为若干可相互操作的自我管理、相互独立的组件。这些组件与平台和操作系统无关,LIS应用的开发者可以利用这些组件快速地组装LIS应用软件。l 组件式LIS特点：1. 优化资源配置；2,提高效率；3.方便用户二次开发。OpenLIS,即开放式地理信息系统,是为了使不同的LIS软件之间具有良好的互操作性以及在异构数据库中实现信息共享的途径。l 由于InternetLIS用于发布分布式土地信息和处理与分析工具,使得InternetLIS必须使用已有的多种数据源和各种土地信息分析处理功能,即InternetLIS面临地理信息的互操作性问题。因此,从数据的观点看,
20、OpenLIS是未来InternetLIS技术发展的必然趋势。5.LIS与专家系统的结合l 研究利用计算机模拟人类专家的推理思维过程。系统根据知识库中的知识,对输入的原始事实进行复杂推理,并作出判断和决策,从而起到人类专家的作用。l LIS经过近40年的发展应用,还主要停留在空间数据库的建立与管理、空间实体查询、空间叠置分析、缓冲区分析以及成果输出上,由于缺乏知识处理和进行启发式推理的能力,其决策支持功能仍很弱,还无法解决多层次、多因素、非线性变化的复杂地学问题。解决这类问题是一项具有一定创造性的过程,需要大量的人为经验和专家知识。因此,将LIS和专家系统相结合,发展智能LIS或专家LIS是解
21、决复杂地学问题的重要途径。作业与思考(1)什么是GIS/LIS？它具有什么特点？(2)GIS/LIS与其它信息系统有什么区别？(3)简述GIS/LIS的构成。(4)简述GIS的发展。(5)举例说明GIS可应用的行业。第二章空间信息基础地球表面几何模型可以分为四类：第一类是地球的自然表面；第二类是相对抽象的面，即大地水准面；第三类是模型，就是以大地水准面为基准建立起来的地球椭球体模型；第四类是数学模型。*在地图学上，把地理空间的实体分为点、线、面三种要素，分别用点状、线状、面状符号来表示。点状要素、线状要素、面状要素为什么要进行投影：（1）按数学法则将地球椭球面上的点映射到平面上的方法，称为地图
22、投影（2）地理坐标为球面坐标，不方便进行距离、方位、面积等参数的量算（3）地球椭球体为不可展曲面（4）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地图投影：投影实质建立地球椭球面上经纬线网和平面上相应经纬线网的数学基础，也就是建立地球椭球面上的点的地理坐标（，）与平面上对应点的平面坐标（x，y）之间的函数关系：当给定不同的具体条件时，将得到不同类型的投影方式。投影变形：长度变形、面积变形、角度变形投影分类（1）变形分类：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；任意投影：角度、面积、长度均变形（2）投影面：横圆柱投影：投影面为横圆柱；圆锥投影：投影面
23、为圆锥；方位投影：投影面为平面（3）投影面位置：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；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；相割投影：投影面与椭球体相割投影选择因素：制图区域的地理位置、形状和范围；制图比例尺；地图内容；出版方式我国常用地图投影n 1：100万：兰勃特投影（正轴等积割圆锥投影）n 大部分分省图、大多数同级比例尺也采用兰勃投影n 1：50万、1：25万、1：10万、1：5万、1：2.5万、1:1万、1：5000采用高斯克吕格投影。地图比例尺n 地图比例尺反映了制图区域和地图的比例关系n 纸质地图：内容、概括程度、
24、数据精度等GIS：数据精度n 比例尺的含义：制图区域较小，采用各方面变形都较小的地图投影，图上各处的比例是一致的，故此时比例尺的含义是图上长度与相应地面长度的比例；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的不同而有所变化，这种地图比例尺一般是指在地图投影时，对地球半径缩小的比率，称为主比例尺。地图经过投影后，体现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的点或线上，才可用地图上注明的比例尺n 我国地图比例尺分级系统：大比例尺：1：5001：10万中比例尺：1：10万1：100万小比例尺：1：100万无级比例尺概念空间对象（实体）的地图表达点：位置：（x，y
25、）线：位置：(x1,y1),(x2,y2),(xn,yn)属性：符号形状、颜色、尺寸面：位置：(x1,y1),(x2,y2),(xi,yi),(xn,yn),(x1,y1)属性：符号变化等值线空间对象（实体）类型空间对象一般按地形维数进行归类划分：点：零维；线：一维；面：二维；体：三维；时间：通常以第四维表达，但目前GIS还很难处理时间属性。空间对象的维数与比例尺是相关的点实体：有位置，无宽度和长度；抽象的点线实体：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；度量实体距离面实体：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空间对象：体：
26、有长、宽、高的目标；通常用来表示人工或自然的三维目标，如建筑、矿体等三维目标栅格和矢量结构是计算机描述空间实体的两种最基本的方式。编码：区别不同的实体，包括分类码和识别码。分类码表识空间对象的类别，而识别码对每个空间对象进行表识，是唯一的。空间对象的编码n 为什么要进行编码？n 编码对象：属性数据n *编码方法：层次分类编码、多源分类编码n 编码标准化空间对象的层次分类编码：分类对象的从属和层次关系；有明确的分类对象类别和严格的隶属关系空间对象的多源分类编码：（1）按空间对象不同特性进行分类并进编码（2）代码之间没有隶属关系，反映对象特性（3）具有较大的信息量，有利于空间分析*空间对象的拓扑空
27、间关系基于点集拓扑理论拓扑元素：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：若干弧段组成的多边形基本拓扑关系（1）关联：不同拓扑元素之间的关系（2）邻接：相同拓扑元素之间的关系（3）包含：面与其他元素之间的关系（4）层次：相同拓扑元素之间的层次关系（5）拓扑元素量之间的关系：欧拉公式（6）点、线、面之间的拓扑关系欧拉公式：欧拉公式：欧拉公式在GIS中有着重要的意义，主要用来检查空间拓扑关系的正确性，能发现点、线、面不匹配的情况和多余、遗漏的图形元素。c+a=n+bn:结点数a:弧段数b:多边形数c:常数，为多边形地图特征。若b包含边界里面和外
28、面的多边形，则c=2，若b仅包含边界内部多边形，则c=1n=4，a=4b=1，c=1n=6，a=5b=2，c=1，p=2（图形数）n=4，a=5b=2，c=1n=10，a=12b=3，c=1空间拓扑关系表达关系表表2-1面域与弧段的拓扑关系面域弧段P1a,b,c,-gP2b,d,fP3c,f,eP4g表2-2结点与弧段的拓扑关系结点弧段Aa,c,eBa,d,bCd,e,fDb,f,cEg表2-3弧段与结点的拓扑关系弧段结点aA,BbB,DcD,AdB,CeC,AfC,DgE,E表2-4弧段与面域的拓扑关系弧段左邻面右邻面aP0P1bP2P1cP3P1dP0P2eP0P3fP3P2gP1P4空间
29、对象:自相关特征：空间对象在属性上存在相关性，两空间对象越接近，其值也越接近，反之亦然。相关类型：负相关：位置越接近，属性值相差越远；正相关：位置越接近，特征也越接近；不相关：属性与空间位置无关。地理数据的特征n 属性特征：描述空间对象的特性，即是什么，如对象的类别、等级、名称、数量等。n 空间特征：描述空间对象的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。n 时间特征：描述空间对象随时间的变化地理数据的类型n 属性数据：描述空间对象属性特征的数据，又称非几何数据，如类型、名称、性质等，一般通过代码给予表达n 几何数据：描述空间对象空间
30、特征的数据，也称位置数据、定位数据，一般用经纬度、坐标表达n 关系数据：描述空间对象的空间关系的数据，如邻接、包含、关联等，一般通过拓扑关系表达。元数据的主要作用n 帮助数据生产单位有效地管理和维护空间数据，建立数据文档n 提供有关数据生产单位数据存储、数据分类、数据内容、数据质量、数据交换网络(clearinghouse)及数据销售等方面的信息，便于用户查询检索地理空间数据n 提供通过网络对数据进行查询检索的方法或途径，以及与数据交换和传输有关的辅助信息n 帮助用户了解数据，以便就数据是否能满足其需求作出正确的判断n 提供有关信息，以便用户处理和转换有用的数据。元数据的内容n 对数据集中各数
31、据项、数据来源、数据所有者及数据生产历史等的说明n 对数据质量的描述，如数据精度、数据的逻辑一致性、数据完整性、分辨率、源数据的比例尺等n 对数据处理信息的说明，如量纲的转换等n 数据转换方法的描述n 对数据库的更新、集成方法等的说明*元数据就是“关于数据的数据”。利用关系表来表达右图的空间拓扑关系。ebc41325ABC76Dada:结点号A:多边形号1:弧段号弧段数字化方向第三章空间数据结构数据结构即指数据组织的形式，是适合于计算机存储、管理和处理的数据逻辑结构。对空间数据则是地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描述。在地理系统中描述地理要素和地理现象的空间数据，主要包括空间位置、拓朴关
32、系和属性三个方面的内容。空间数据结构：栅格（raster）and矢量（vector）。栅格数据模型是典型的基于域的模型。矢量数据模型是典型的基于对象的空间数据模型。栅格数据:栅格数据结构实际就是像元阵列，每个像元由行列确定它的位置。由于栅格结构是按一定的规则排列的，所表示的实体位置很容易隐含在网络文件的存储结构中，且行列坐标可以很容易地转为其它坐标系下的坐标。在网络文件中每个代码本身明确地代表了实体的属性或属性的编码。栅格数据结构就是像元阵列，每个像元的行列号确定位置，用像元值表示空间对象的类型、等级等特征。每个栅格单元只能存在一个值。*栅格数据结构点线面如何表达：点：为一个像元、线：在一定方
33、向上连接成串的相邻像元集合、面：聚集在一起的相邻像元集合。栅格数据取值方法中心归属法：每个栅格单元的值以网格中心点对应的面域属性值确定。（连续分布的地理要素）面积占优法：每个栅格单元的值以在该网格单元中占据最大面积的属性（分类较细、地物斑块较小）百分比法：根据矩形区域内各地理要素所占面积的百分比数确定栅格单元的代码参与，如可记面积最大的两类BA，也可根据B类和A类所占面积百分比数在代码中加入数字。重要性法：根据栅格内不同地物的重要性程度，选取特别重要的空间实体决定对应的栅格单元值.（具有特殊意义的较小地物）*栅格数据存储编码;直接编码、链式编码、行程编码、块式编码、四叉树编码1.直接栅格编码直
34、接栅格编码是最简单最直观而又非常重要的一种栅格结构编码方法，通常称这种编码为图像文件或栅格文件。直接编码就是将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行（或逐列）逐个记录代码.链式编码(ChainCodes又称为弗里曼链码(Freeman)或边界链码。基本方向可定义为：东0，东南l，南二2，西南3，西4，西北5，北6，东北7等八个基本方向。如果对于图3-5所示的线状地物确定其起始点为像元(1，5)，则其链式编码为：图3-5链式编码示意图：（1，5），3，2，2，3，3，2，3。u 对于图3-5所示的面状地物，假设其原起始点定为像元（5，8），则该多边形边界按顺时针方向的链式编码为：u （5，8），3，2，
35、4，4，6，6，7，6，0，2，1u 链式编码的前两个数字表示起点的行、列数，从第三个数字开始的每个数字表示单位矢量的方向，八个方向以07的整数代表。*链式编码的优缺点链式编码对线状和多边形的表示具有很强的数据压缩能力，且具有一定的运算功能，面积和周长计算等，探测边界急弯和凹进部分等都比较容易，类似矢量数据结构，比较适于存储图形数据。缺点是对叠置运算如组合、相交等则很难实施，对局部修改将改变整体结构，效率较低，而且由于链码以每个区域为单位存储边界，相邻区域的边界则被重复存储而产生冗余。游程长度编码(RunLengthCodes)对于一幅栅格图像，常常有行(或列)方向上相邻的若干点具有相同的属性
36、代码，因而可采取某种方法压缩那些重复的记录内容。其编码方案是，只在各行(或列)数据的代码发生变化时依次记录该代码以及相同代码重复的个数，从而实现数据的压缩。(9,4),(0,4),(9,3),(0,5),(0,1)(9,2),(0,1),(7,2),(0,2),(0,4),(7,2),(0,2),(0,4),(7,4),(0,4),(7,4),(0,4),(7,4),(0,4),(7,4)*游程长度的优缺点u 压缩比的大小是与图的复杂程度成反比的，在变化多的部分，游程数就多，变化少的部分游程数就少，图件越简单，压缩效率就越高。u 游程长度编码在栅格加密时，数据量没有明显增加，压缩效率较高，且易
37、于检索，叠加合并等操作，运算简单，适用于机器存贮容量小，数据需大量压缩，而又要避免复杂的编码解码运算增加处理和操作时间的情况。块式编码(BlockCodes块码是游程长度编码扩展到二维的情况，采用方形区域作为记录单元，每个记录单元包括相邻的若干栅格，数据结构由初始位置(行、列号)和半径，再加上记录单元的代码组成。根据块状编码的原则，可以用12个单位正方形，5个4单位的正方形和2个16单位的正方形就能完整表示(1,1,2,9),(1,3,1,9),(1,4,1,9),(1,5,2,0),(1,7,2,0),(2,3,1,9),(2,4,1,0),(3,1,1,0),(3,2,1,9),(3,3,
38、1,9),(3,4,1,0),(3,5,2,7),(3,7,2,0),(4,4,1,0),(4,2,1,0),(4,3,1,0),(4,4,1,0),(5,1,4,0),(5,5,4,7)*块状编码的优缺点u 一个多边形所包含的正方形越大，多边形的边界越简单，块状编码的效率就越好。块状编码对大而简单的多边形更为有效，而对那些碎部较多的复杂多边形效果并不好。块状编码在合并、插入、检查延伸性、计算面积等操作时有明显的优越性。然而对某些运算不适应，必须在转换成简单数据形式才能顺利进行。四叉树编码(Quadtrees(1)四叉树分割：将图像区域按大小相同的象限4等分，每个象限又可根据一定规则判断是否继
39、续等分为次一层的4个象限。子象限只含一种属性代码，则停止继续分割。图像区域的栅格阵列应为2n2n(2)四叉树结构：把2n2n象元组成的阵列当作树的根节点，树的高度为n，每个节点分别代表南西（SW）、南东（SE）、北西（NW）、北东（NE）。四个分支中要么是树叶、树叉。树叶代表一种代码。树叉继续再分。四叉树编码(QuadtreeEncoding)四又树结构的基本思想是将一幅栅格地图或图像等分为四部分。逐块检查其格网属性值(或灰度)。如果某个子区的所有格网值都具有相同的值。则这个子区就不再继续分割，否则还要把这个子区再分割成四个子区。这样依次地分割，直到每个子块都只含有相同的属性值或灰度为止。*四
40、叉树编码的优缺点四叉树编码法有许多有趣的优点：容易而有效地计算多边形的数量特征；阵列各部分的分辨率是可变的，边界复杂部分四叉树较高即分级多，分辨率也高，而不需表示许多细节的部分则分级少，分辨率低，因而既可精确表示图形结构又可减少存贮量；栅格到四叉树及四叉树到简单栅格结构的转换比其它压缩方法容易；多边形中嵌套异类小多边形的表示较方便。四叉树编码的缺点：四叉树编码的最大缺点是转换的不定性，用同一形状和大小的多边形可能得出多种不同的四叉树结构，故不利于形状分析和模式识别。但因它允许多边形中嵌套多边形即所谓“洞”这种结构存在，使越来越多的地理信息系统工作者都对四叉树结构很感兴趣。栅格数据结构特点：离散
41、的量化栅格值表示空间对象、位置隐含,属性明显、数据结构简单,易于遥感数据结合,但数据量大、几何和属性偏差、面向位置的数据结构,难以建立空间对象之间的关系矢量数据结构是通过记录坐标的方式，尽可能地将点、线、面地理实体表现得精确无误。其坐标空间假定为连续空间，不必象栅格数据结构那样进行量化处理。因此矢量数据能更精确地定义位置、长度和大小。除数学上的精确坐标假设外，矢量数据存储是以隐式关系以最小的存储空间存储复杂的数据。矢量数据结构编码的基本内容矢量数据结构通过记录空间对象的坐标及空间关系来表达空间对象的位置。点：空间的一个坐标点；线：多个点组成的弧段；面：多个弧段组成的封闭多边形；1.拓扑关系拓扑
42、所研究的是几何图形的一些性质，它们在图形被弯曲、拉大、缩小或任意的变形下保持不变，只要在变形过程中不使原来不同的点重合为同一个点，又不产生新点。换句话说，这种变换的条件是：在原来图形的点与变换了图形的点之间存在着一一对应的关系，并且邻近的点还是邻近的点。这样的变换叫做拓扑变换。拓扑空间关系是指拓扑变换下的拓扑不变量，拓扑关系是指网结构元素结点、弧段、面域之间的空间关系，主要表现为下列三种关系：拓扑邻接关系（Adjacency）、拓扑关联关系（Incidence）、拓扑包含关系（Enclosure）。矢量数据结构1.面条数据结构（spaghetti）2.索引式数据结构3.DIME数据结构4.链状
43、双重独立式*两种数据结构的比较与转换矢量数据优点：（1）表示地理数据的精度较高（2）严密的数据结构，数据量小（3）完整的描述空间关系（4）图形输出精确美观（5）图形数据和属性数据的恢复、更新、综合都能实现（6）面向目标，不仅能表达属性，而且能方便的记录每个目标的具体属性信息缺点：（1）数据结构复杂（2）矢量叠置较为复杂（3）数学模拟比较困难（4）技术复杂，特别是软硬件栅格数据优点：（1）数据结构简单（2）空间数据的叠置和组合方便（3）各类空间分析很易于进行（4）数学模拟方便缺点：（1）图形数据量大（2）用大像元减少数据量时，精度和信息量受损（3）地图输出不美观（4）难以建立网络连接关系（5）投
44、影变换比较费时矢量数据向栅格数据转换u 许多数据如行政边界、交通干线、土地利用类型、土壤类型等都是用矢量数字化的方法输人计算机或以矢量的方式存在计算机中，表现为点、线、多边形数据。然而，矢量数据直接用于多种数据的复合分析等处理将比较复杂，特别是不同数据要在位置上一一配准，寻找交点并进行分析。相比之下利用栅格数据模式进行处理则容易得多。加之土地覆盖和土地利用等数据常常从遥感图象中获得，这些数据都是栅格数据，因此矢量数据与它们的叠置复合分析更需要把其从矢量数据的形式转变为栅格数据的形式。u 多边形的矢量向栅格的转换称为多边形填写充,就是在矢量表示的多边形内部的所有各点上赋于正确的多边形编号,形成栅
45、格阵列.u 常用的多边形填充法有内部点扩散法、复数积分法、射线算法、扫描算法等，这些算法一般速度较慢，效率不高。u 目前大多数GIS软件都采用了边界代数法，其速度较快，占用计算机资源少，是一个比较优秀的多边形填充算法。栅格数据向矢量数据转换u 栅格向矢量转换处理的目的，是为了将栅格数据分析的结果，通过矢量绘图装置输出，或者为了数据压缩的需要，将大量的面状栅格数据转换为由少量数据表示的多边形边界，但是主要目的是为了能将自动扫描仪获取的栅格数据加入矢量形式的数据库。转换处理时，基于图象数据文件和再生栅格数据文件的不同，分别采用不同的算法。*通常栅格格式向矢量格式的转换包括以下4个步骤：（1）提取多
46、边形边界：将栅格图像二值化或以特殊值表示边界点和节点。(2)边界线追踪：对每个边界弧段由一个节点向另一个节点搜索，通常对每个已知边界点需沿除进入方向的其它7个方向搜索下一个边界点，直到连成边界弧段。(3)拓扑关系生成：对于矢量表示的边界弧段，判断其与原图上各多边形的空间关系，形成完整的拓扑结构，并建立与属性数据的联系。(4)去除多余点及曲线圆滑，以除掉由于栅格数据引起的锯齿效果：由于搜索是逐个栅格进行的，必须去除由此造成的多余点记录以减少冗余。搜索结果曲线由于栅格精度的限制可能不够圆滑，需要采用一定的插补算法进行光滑处理。常用的算法有线性叠代法、分段三次多项式插值法、正轴抛物线平均加权法、斜轴
47、抛物线平均加权法、样条函数插值法等。第四章空间数据库地理信息系统中的数据库就是一种专门化的数据库，由于这类数据库具有明显的空间特征，所以有人把它称为空间数据库。定义：数据库就是为了一定的目的，在计算机系统中以特定的结构组织、存储、管理和应用的相关联的数据集合。计算机对数据的管理经过了三个阶段：程序管理阶段、文件管理阶段、数据库管理阶段数据库中的数据组织一般可以分为四级：数据项、记录、文件和数据库。1、数据项：是可以定义数据的最小单位，也叫元素、基本项、字段等。2、记录：由若干相关联的数据项组成。3、文件：文件是一给定类型的(逻辑)记录的全部具体值的集合。4、数据库：是比文件更大的数据组织。数据库是具有特定联系的数据的集合，也可以看成是具有特定联系的多种类型的记录的集合。数据库的内部构造是文件的集合，这些文件之间存在某种联