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1、资源环境信息技术资源环境信息技术严泰来、张玮、朱德海、赵明严泰来、张玮、朱德海、赵明第一章第一章 绪论绪论1、资源环境信息技术内容、研究范围、资源环境信息技术内容、研究范围资源环境信息技术是指农业宏观资源环境信息资源环境信息技术是指农业宏观资源环境信息的采集、数据处理、数据管理、信息传播以及的采集、数据处理、数据管理、信息传播以及辅助管理决策的整套技术。辅助管理决策的整套技术。主要内容主要内容遥感技术遥感技术:大面积宏观地学信息快速获取的技术。大面积宏观地学信息快速获取的技术。全球定位系统：全球定位系统：快速便携采集点位数据的技术。快速便携采集点位数据的技术。地理信息系统：地理信息系统：存贮、
2、管理、分析地学空间信息数据的存贮、管理、分析地学空间信息数据的技术。技术。信息传播技术：通过计算机网络将图形、图像、声音、信息传播技术：通过计算机网络将图形、图像、声音、文字表格等信息媒体传播的技术。文字表格等信息媒体传播的技术。涉及到的信息技术有：涉及到的信息技术有：数据（仓）库技术、计算机图形学、大地测绘技术、数据（仓）库技术、计算机图形学、大地测绘技术、图像处理技术、专家系统技术等等。由此说明：资源环境图像处理技术、专家系统技术等等。由此说明：资源环境信息技术是以计算机技术为核心的技术领域，但计算机技信息技术是以计算机技术为核心的技术领域，但计算机技术并不等于信息技术。计算机技术与信息表
3、达对象的结合术并不等于信息技术。计算机技术与信息表达对象的结合才是信息技术。才是信息技术。资源环境信息技术特点资源环境信息技术特点综合性：高新技术集成综合性：高新技术集成基础性：基础性：80%以上的国民经济的信息都与资源环境信息以上的国民经济的信息都与资源环境信息技术有关技术有关广泛性：事关广泛性：事关“三农三农”问题的解决，为广大农业生产者、问题的解决，为广大农业生产者、农业管理者、农业科学工作者所需求的技术。农业管理者、农业科学工作者所需求的技术。2、资源环境信息技术对于发展国民经济的重大意义、资源环境信息技术对于发展国民经济的重大意义资源环境问题构成人类生存的巨大威胁。利资源环境问题构成
4、人类生存的巨大威胁。利用现代信息技术强化资源环境管理是国民经用现代信息技术强化资源环境管理是国民经济可持续发展的根本保障。这项技术的发展济可持续发展的根本保障。这项技术的发展是一个国家实力的体现。是一个国家实力的体现。农业生产需要资源环境信息技术。产前、产农业生产需要资源环境信息技术。产前、产中、产后都需要信息技术来指引，中、产后都需要信息技术来指引，“没有技没有技术的生产是愚蠢的生产，而没有信息的生术的生产是愚蠢的生产，而没有信息的生产则是盲目的生产。产则是盲目的生产。”资源环境信息技术事关人们的衣食住行。资源环境信息技术事关人们的衣食住行。3、国内外资源环境信息技术的发展历程与现状、国内外
5、资源环境信息技术的发展历程与现状信息技术是生产力发展的必然产物信息技术是生产力发展的必然产物信息是物质世界各种事物存在信息是物质世界各种事物存在的表征。具有客观性、共用的表征。具有客观性、共用性、时效性。性、时效性。信息的重要性并非今天人们才认识，信息技术直到信息的重要性并非今天人们才认识，信息技术直到20世纪世纪40年代以后才独立成为一门技术领域是生产力发展的必然结年代以后才独立成为一门技术领域是生产力发展的必然结果。信息技术的发展需要社会生产力发展的驱动，同时也需果。信息技术的发展需要社会生产力发展的驱动，同时也需要以相关基础科学与技术为条件。要以相关基础科学与技术为条件。信息技术极大地从
6、广度与深度上开阔了人们对自然界的认信息技术极大地从广度与深度上开阔了人们对自然界的认识。资源环境信息技术使人们更加深刻地认识了地球识。资源环境信息技术使人们更加深刻地认识了地球这一我们人类共同生存的空间。这一我们人类共同生存的空间。在空间范围上，可以将数万平方公里的地学图形图像信在空间范围上，可以将数万平方公里的地学图形图像信息容纳在一台计算机以内。息容纳在一台计算机以内。在时间维上，人们可以在瞬间将数千公里外的音像信息在时间维上，人们可以在瞬间将数千公里外的音像信息传输到眼前。传输到眼前。在现代信息技术支持下，可以将巨大的时空范围事物变在现代信息技术支持下，可以将巨大的时空范围事物变化的过程
7、可视化地表现在计算机屏幕上。化的过程可视化地表现在计算机屏幕上。资源环境信息技术发展历程资源环境信息技术发展历程20世纪世纪60年代，遥感技术开始出现，资源环境信息技年代，遥感技术开始出现，资源环境信息技术开始形成。术开始形成。70年代，地理信息系统概念提出，加拿大建设世界上第年代，地理信息系统概念提出，加拿大建设世界上第一套一套CGIS系统。系统。80年代，全球定位系统投入使用，资源环境信息技术形年代，全球定位系统投入使用，资源环境信息技术形成一个独立的技术体系，技术集成度提高。成一个独立的技术体系，技术集成度提高。90年代，资源环境信息与信息技术产业化。美国就业人年代，资源环境信息与信息技
8、术产业化。美国就业人口中口中52%从事直接信息产业。从事直接信息产业。1998年美国提出年美国提出“数字地球数字地球”概念，世界各国响应，数概念，世界各国响应，数字农业（精确农业）、数字国土、数字北京字农业（精确农业）、数字国土、数字北京等概念纷纷等概念纷纷提出，国家级信息工程纷纷上马。提出，国家级信息工程纷纷上马。第二章第二章 资源环境信息数据表达资源环境信息数据表达1、空间数据与属性数据、空间数据与属性数据资源环境信息是宏观广域空间信息。它以空间数据为资源环境信息是宏观广域空间信息。它以空间数据为信息表达的基本框架，而以属性数据为空间特性表达的内容。信息表达的基本框架，而以属性数据为空间特
9、性表达的内容。空间数据：指空间的位置，表达空间位置有多种参空间数据：指空间的位置，表达空间位置有多种参照系，有天文坐标参照系、地理经纬度参照系、大照系，有天文坐标参照系、地理经纬度参照系、大地直地直角坐标系等等，它通过二维或三维坐标数据表角坐标系等等，它通过二维或三维坐标数据表达空间位置。达空间位置。平面图件（地图）是空间数据的基本载体。图件分有纸平面图件（地图）是空间数据的基本载体。图件分有纸介图件，电子图件。介图件，电子图件。空间地物可分为点状、线状、面状地物三大类。这三种空间地物可分为点状、线状、面状地物三大类。这三种地类在地图上称作地图三要素。三种地类存在着多种空间地类在地图上称作地图
10、三要素。三种地类存在着多种空间关联。关联。空间数据有两种表达格式：矢量格式与网格格式。空间数据有两种表达格式：矢量格式与网格格式。矢量格式网格格式矢量格式网格格式网格格式图件特点：网格格式图件特点：）一个网格格式表示某种属性的一个均值，用代码表一个网格格式表示某种属性的一个均值，用代码表达。网格是不可分割的数据单位，位置由行列号表示达。网格是不可分割的数据单位，位置由行列号表示（，（，），），为整数。为整数。）一个地物是具有相同或接近相同属性值的集合。一个地物是具有相同或接近相同属性值的集合。）面状地物的边界可以是网格的格线，也可以是相邻面状地物的边界可以是网格的格线，也可以是相邻网格串联在一
11、起的集合。网格串联在一起的集合。）网格格式可以表现图像，也可以表达图形。在表达网格格式可以表现图像，也可以表达图形。在表达图像时，各个网格可以有自己不同的颜色编码，在表达图图像时，各个网格可以有自己不同的颜色编码，在表达图形时，边界网格赋于独立的属性。形时，边界网格赋于独立的属性。矢量格式图件特点：矢量格式图件特点：）矢量格式数据只能表达图形，图形是图像的一种抽象。矢量格式数据只能表达图形，图形是图像的一种抽象。）矢量格式下的线状地物或面状地物只具有某种属性的矢量格式下的线状地物或面状地物只具有某种属性的一个特定值，即认为一个线状地物上或面状地物（图斑）内是一个特定值，即认为一个线状地物上或面
12、状地物（图斑）内是属性均值的。属性均值的。）矢量格式下的空间数据用坐标，表示，可矢量格式下的空间数据用坐标，表示，可以是小数。以是小数。属性数据：它是指对于特定的空间位置或空间地物的属性数据：它是指对于特定的空间位置或空间地物的某种属性的数值或代码，比如降雨量、土壤类型、土某种属性的数值或代码，比如降雨量、土壤类型、土地权属等。地权属等。属性数据的特点：属性数据的特点：）每一属性数据都与一个空间位置或空间地物相联系，每一属性数据都与一个空间位置或空间地物相联系，即对于特定的属性类别，每一空间地物或空间位置都有一属性即对于特定的属性类别，每一空间地物或空间位置都有一属性值，两个不同的空间地物有可
13、能具有相同的属性值。值，两个不同的空间地物有可能具有相同的属性值。）每一类别属性数据都有固定的阈值范围。比如土壤每一类别属性数据都有固定的阈值范围。比如土壤值值一定在一定在之间，降雨量一定在之间，降雨量一定在之间。之间。）一幅图件通常只表达一类属性值的分布，比如土壤类型分一幅图件通常只表达一类属性值的分布，比如土壤类型分布图，图中每一图斑表示的都是一种土类，当然允许有多种属布图，图中每一图斑表示的都是一种土类，当然允许有多种属性值，比如该类土壤的性值，比如该类土壤的值，土质状况等。值，土质状况等。）属性数据与空间数据依赖有相同的属性数据与空间数据依赖有相同的识别码相联系。识别码相联系。）属性数
14、据一般都用关系型数据库存贮。属性数据一般都用关系型数据库存贮。（）（）模型模型模型是将空间数据与属性数据按图层方式分门别模型是将空间数据与属性数据按图层方式分门别类地存贮并加以统一管理的数据存贮模型。比如，资源环境类地存贮并加以统一管理的数据存贮模型。比如，资源环境信息经常使用到的图层数据有：土壤类型分布图、年均降雨信息经常使用到的图层数据有：土壤类型分布图、年均降雨量分布图、等高线图、行政区划图、水系图等等。这些图件量分布图、等高线图、行政区划图、水系图等等。这些图件全部数字化，而且：全部数字化，而且：）比例尺需要相同；比例尺需要相同；）投影方式需要相同；投影方式需要相同；）覆盖地域严格一致
15、。覆盖地域严格一致。这样以便于做图形叠加分析。这样以便于做图形叠加分析。在实际工作中，对有些图，将纸介图件数据分解还要过在实际工作中，对有些图，将纸介图件数据分解还要过细，将图中点状地物、线状地物、面状地物分别各作为一个细，将图中点状地物、线状地物、面状地物分别各作为一个图层处理。图层处理。、代码与编码、代码与编码定义定义将系统内各种数据、文字符号、文件等以数字符号或将系统内各种数据、文字符号、文件等以数字符号或指定字母符号的组合标识出来，成为计算机系统可以接收指定字母符号的组合标识出来，成为计算机系统可以接收的形式，这种标识称作代码。用户制定代码的过程称作编的形式，这种标识称作代码。用户制定
16、代码的过程称作编码。码。代码的特点与编码的原则代码的特点与编码的原则唯一性，一个代码只能指定一个事物。唯一性，一个代码只能指定一个事物。一致性，在系统自始至终一个代码只指固定的一件事物。一致性，在系统自始至终一个代码只指固定的一件事物。通用性，一些代码有国际标准，如通用性，一些代码有国际标准，如码，有些有码，有些有行业标准，如土地分类代码，城镇地籍数据文件名称代码，行业标准，如土地分类代码，城镇地籍数据文件名称代码，在实际工作中，制定本系统特定代码中必须要与这些国标相在实际工作中，制定本系统特定代码中必须要与这些国标相一致。一致。前瞻性，编码码位要留有余量，避免代码容纳不下表达前瞻性，编码码位
17、要留有余量，避免代码容纳不下表达事物的数目。比如年份要用位，月份用位，日用位。事物的数目。比如年份要用位，月份用位，日用位。代码结构代码结构代码一般分为若干码段，码段有相对独立性，表示一个独代码一般分为若干码段，码段有相对独立性，表示一个独立的意思，有固定的码位（字节数）。立的意思，有固定的码位（字节数）。比如行政村通常设位代码比如行政村通常设位代码前位表示乡，作为一个码段，后位表示村。码段这样前位表示乡，作为一个码段，后位表示村。码段这样设置表示村与乡的管辖从属关系。对于代码结构需注意：设置表示村与乡的管辖从属关系。对于代码结构需注意：一个代码可以有多个码段，实用时还允许拆卸或增加，一个代码
18、可以有多个码段，实用时还允许拆卸或增加，比如在乡前再加县代码段。比如在乡前再加县代码段。在多码段的代码中，代码的唯一性是指整个代码的唯一在多码段的代码中，代码的唯一性是指整个代码的唯一性，不排除两个代码的对应码段相同，比如不同乡有可能两性，不排除两个代码的对应码段相同，比如不同乡有可能两个村的码段代码相同。个村的码段代码相同。代码一旦制定，绝对不允许在码段间码位代码一旦制定，绝对不允许在码段间码位“借用借用”，比如将乡码段的一位码位比如将乡码段的一位码位“借给借给”村码段使用。如果这村码段使用。如果这样，将发生混乱。代码的设制是一件相当细致谨慎的工作。样，将发生混乱。代码的设制是一件相当细致谨
19、慎的工作。编码过程编码过程数据整理、分类数据整理、分类分析数据类别间关系，有并列关系，有从属关系分析数据类别间关系，有并列关系，有从属关系估计数据数目，决定码位字节数量估计数据数目，决定码位字节数量调查相关行业编码标准调查相关行业编码标准3、航摄投影、航摄投影投影一般定义投影一般定义空间任一点空间任一点A与一固定点与一固定点S的连线（包括其延长线）的连线（包括其延长线）被某面被某面P所截，其交点所截，其交点a叫做空间点叫做空间点A在截面上的投影。在截面上的投影。注意：注意：截面截面P并不一定是平面并不一定是平面点位点位A与投影点与投影点a不必须是在投影面不必须是在投影面P的两侧。的两侧。在在特
20、殊情况下，固定点特殊情况下，固定点S也可能在无穷远也可能在无穷远处，此时处，此时AS/BS/CSSpc b a ABC中心投影中心投影定义定义投影面是平面的投影叫做中投影面是平面的投影叫做中心投影心投影照相机摄影是中心投影的实例。照相机摄影是中心投影的实例。S是镜头，投影面（远离实物一侧）是是镜头，投影面（远离实物一侧）是胶片，影相为负片。胶片，影相为负片。摄影中心投影中的几个术语定义：摄影中心投影中的几个术语定义：1）固定点）固定点S称作投影中心称作投影中心2）过投影中心垂直于投影面）过投影中心垂直于投影面P的的直线称作主光轴直线称作主光轴3）主光轴垂直于地面的投影称作垂直中心投影）主光轴垂
21、直于地面的投影称作垂直中心投影4）投影中心）投影中心S到投影面（胶片）的距离称作焦距到投影面（胶片）的距离称作焦距f，S到投到投影面的垂足称作像中心点影面的垂足称作像中心点比例尺比例尺abf1ABHm=一般图件比例尺为一般图件比例尺为1:50万万;1:25万万;1:10万万;1:5万万,1:500依次比例尺由小变大依次比例尺由小变大中心投影两个误差来源中心投影两个误差来源1)高低地面起伏引起投影误差高低地面起伏引起投影误差a0aSfHAA0投影误差：投影误差：r=注意；注意；1）误差与航高）误差与航高H成反成反比；在卫星遥感中比；在卫星遥感中H达数百公达数百公里，相对于地面相对高差里，相对于地
22、面相对高差h大大hrH出许多，误差可忽略不计。出许多，误差可忽略不计。2）投影误差呈径向分布，距离像中心点越远，即）投影误差呈径向分布，距离像中心点越远，即r越大，则越大，则误差越大。误差越大。A投影面与地面不平行投影面与地面不平行SSP0P说明：说明：1）为辐射角，即在投为辐射角，即在投影面上点位辐射线与主横影面上点位辐射线与主横线的夹角；线的夹角；为投影面与为投影面与水平面的夹角；水平面的夹角；r为辐射为辐射距；距；f为焦距。为焦距。2）在投影面上坐标设置与地面起伏误差分析的坐标设置有）在投影面上坐标设置与地面起伏误差分析的坐标设置有所不同，坐标原点设置在等角点上，即过倾斜投影面上的像所不
23、同，坐标原点设置在等角点上，即过倾斜投影面上的像中心的垂线与过水平投影面像中心的垂线构成的角平分线与中心的垂线与过水平投影面像中心的垂线构成的角平分线与倾斜投影面的交点作倾斜投影面的坐标原点；过原点在倾斜倾斜投影面的交点作倾斜投影面的坐标原点；过原点在倾斜投影面的横向直线（垂直于纸面投影面的横向直线（垂直于纸面见图）设为见图）设为X坐标轴，坐标轴，纵向设为纵向设为Y坐标轴，并以坐标轴，并以X轴作为倾斜投影面的旋转轴。轴作为倾斜投影面的旋转轴。一切误差分析都以这样的设置为基础，进行计算的。一切误差分析都以这样的设置为基础，进行计算的。xyabcdo3）这样看来，倾斜投影面上）这样看来，倾斜投影面
24、上的像中心点与坐标原点并不在的像中心点与坐标原点并不在一个点上，因而这里的辐射距一个点上，因而这里的辐射距r与地面起伏投影误差辐射距与地面起伏投影误差辐射距r并不相等，但是不难证明两并不相等，但是不难证明两者相差不大，在倾斜角不超过者相差不大，在倾斜角不超过3情况下，由于坐标原点设置情况下，由于坐标原点设置引起的误差可以忽略。引起的误差可以忽略。讨论：讨论：1）投影面倾斜角）投影面倾斜角一般不大于一般不大于3，sin是正值，而是正值，而取值却取值却从从0到到360变化，使辐射距覆盖整个影像，因而使误差变化，使辐射距覆盖整个影像，因而使误差可可正可负。具体分析如下：正可负。具体分析如下：当当01
25、80，则误差，则误差为负值，即向内收缩；为负值，即向内收缩；当当180360，则误差，则误差为正值，即向外扩张；为正值，即向外扩张；2）投影面与地面不平行引起的投影误差与镜头焦距成反比，）投影面与地面不平行引起的投影误差与镜头焦距成反比，与辐射距平方成正比；与辐射距平方成正比；3）此种投影误差与航高无关，因而无论在航空摄影或卫星）此种投影误差与航高无关，因而无论在航空摄影或卫星遥感中都必须要加以注意纠正的。遥感中都必须要加以注意纠正的。正射投影正射投影定义：将投影中心定义：将投影中心S点置于点置于无穷远处的中心投影称作正射无穷远处的中心投影称作正射投影。投影。实际正射投影的定义：二次实际正射投
26、影的定义：二次投影，首先投影到一个假想投投影，首先投影到一个假想投影面上，比例尺为影面上，比例尺为1：1，然后，然后在做二次中心投影。在做二次中心投影。正射投影讨论：正射投影讨论：1）正射投影不存在投影误差是一种理想的投影正射投影不存在投影误差是一种理想的投影2）如如果果地地面面平平坦坦，摄摄相相条条件件理理想想，即即镜镜头头平平面面平平行行于于水水平面，则此时的摄相中心投影即为正射投影。平面，则此时的摄相中心投影即为正射投影。4、大地投影、大地投影地球模型地球模型地球可以模拟为旋转椭球体。其长半轴为地球可以模拟为旋转椭球体。其长半轴为6,378,140m，短，短半轴为半轴为6,356,755
27、.3m普通测量中可将地球看作为球体，其半径为普通测量中可将地球看作为球体，其半径为6371000m。大地投影大地投影基本思想，将地球看为透明，将光源（即基本思想，将地球看为透明，将光源（即S点）置于地球心，点）置于地球心，光线（投影线）穿过地球球面上各个点，投影到地球外假想的光线（投影线）穿过地球球面上各个点，投影到地球外假想的可展曲面上，如圆锥面、圆柱面或直接就是平面，然后将可展可展曲面上，如圆锥面、圆柱面或直接就是平面，然后将可展曲面展开，并用理想中心投影的方法将其缩小，即制成不同比曲面展开，并用理想中心投影的方法将其缩小，即制成不同比例尺地图。例尺地图。大地投影制图的种类大地投影制图的种
28、类1）以投影面划分为：圆锥投影、圆柱投影、方位投影（投）以投影面划分为：圆锥投影、圆柱投影、方位投影（投影面是平面）影面是平面）2）以投影面与地球的关系划分为：正切，横切，斜切，正）以投影面与地球的关系划分为：正切，横切，斜切，正割，横割，斜割等割，横割，斜割等说明各国投影制图种类选择取决于该国地理的具体位置说明各国投影制图种类选择取决于该国地理的具体位置以及幅员大小，形状特点等，以制图投影误差最小为原则。以及幅员大小，形状特点等，以制图投影误差最小为原则。大地投影误差讨论大地投影误差讨论1）误差的类别：）误差的类别：距离误差，即图上两点距离与实地两点距离的差别。距离误差，即图上两点距离与实地
29、两点距离的差别。方位误差，即图上两点的指向与实地两点指向的差别。方位误差，即图上两点的指向与实地两点指向的差别。面积误差，即图上图斑量测的面积与实地量测面积的差别。面积误差，即图上图斑量测的面积与实地量测面积的差别。2）不同投影下的误差分析）不同投影下的误差分析任何地图总存在两种或三种误差，不存在任何误差的图件任何地图总存在两种或三种误差，不存在任何误差的图件是没有的，是没有的，地图投影为某种特殊需要，采取复杂的数学变换，往往是地图投影为某种特殊需要，采取复杂的数学变换，往往是以牺牲某种误差增大为代价，而换取减弱甚至消除某一种误差，以牺牲某种误差增大为代价，而换取减弱甚至消除某一种误差，如等积
30、投影，等角投影变换。如等积投影，等角投影变换。在制图比例尺大于在制图比例尺大于1：10万情况下，可以不考虑投影方式万情况下，可以不考虑投影方式带来的误差差异。带来的误差差异。5中国地图常用的两种投影中国地图常用的两种投影正割圆锥投影正割圆锥投影技技术术特特点点：覆覆盖盖面面积积大大，距距离离误误差差有有正正有有负负、方方位位误误差差较较小小，面面积积误误差差很很小小；有有两两条条纬纬线线与与投投影影面面相相交交，两两纬纬线线之之间间距距离离误误差差为为负负，而而两两纬纬线线之之外外误误差差为为正正。经经线线为为辐辐射射状状的的直直线线。中中央央经经线线指指向向垂垂直直方方向向，两两边边经经线线
31、对对称称，纬纬线线为为高高次次曲曲线，两条正割纬线上无误差。线，两条正割纬线上无误差。我国地形图实施情况我国地形图实施情况两两条条割割线线处处于于北北纬纬25与与北北纬纬47，综综合合考考虑虑到到了了我我国国幅幅员员陆陆上上部部分分北北达达北北纬纬53（漠漠河河），南南至至18（海海南南岛岛）的的广广阔阔地地区，这是将各种误差相对较小的优化结果。区，这是将各种误差相对较小的优化结果。比例尺比例尺适于制作适于制作1：50万以上小比例尺制作行政区划图、地形图。万以上小比例尺制作行政区划图、地形图。横切椭圆柱投影（又称高斯横切椭圆柱投影（又称高斯克吕格投影）克吕格投影）xy技术特点技术特点1）有有一
32、一条条经经线线与与投投影影面面相相切切，这这条条线线称称为为中中央央子子午午线线，在这条经线上没有误差在这条经线上没有误差2）投投影影误误差差以以中中央央子子午午线线两两侧侧为为对对称称，越越远远离离中中央央子子午午线则误差越大。越远离赤道误差越小。线则误差越大。越远离赤道误差越小。3）为为减减少少误误差差，采采取取按按经经线线分分割割条条带带，国国际际上上按按中中央央子子午线两侧午线两侧（3带分割），带分割），3（6带分割）分作投影带。带分割）分作投影带。4）条条带带分分割割后后误误差差最最大大处处在在赤赤道道上上的的条条带带边边缘缘，对对于于6带，长度最大误差达带，长度最大误差达+0.14
33、%，面积变形最大达，面积变形最大达+0.27%。实施情况实施情况1）在在我我国国1：50万万（包包含含1：50万万）以以下下比比例例尺尺制制作作地地图图用用此投影此投影2）比比例例尺尺不不同同，因因而而对对每每分分割割条条带带又又作作进进一一步步切切割割成成图图件件，切切割割按按经经纬纬度度进进行行，即即每每幅幅图图件件的的图图廓廓线线都都是是经经纬纬线线。图图件件比比例尺不同，每幅图件经差、纬差跨度不同。例尺不同，每幅图件经差、纬差跨度不同。1：50万图件按经差万图件按经差3、纬差、纬差2分割分割1：25万图件按经差、纬差万图件按经差、纬差1分割分割1：10万图件按经差万图件按经差30、纬差
34、、纬差20分割分割以以此此逐逐层层次次比比例例尺尺扩扩大大，经经纬纬差差减减少少以以保保证证图图件件实实际际图图件尺寸大小基本相同。件尺寸大小基本相同。3）理理论论上上，在在一一个个条条带带中中，每每幅幅图图件件图图廓廓的的形形状状都都不不同同，基本上呈梯形，但梯形两侧的边线倾斜角度不同。基本上呈梯形，但梯形两侧的边线倾斜角度不同。6数字地形图数字地形图坐标系设置坐标系设置以以每每个个3条条带带的的中中央央子子午午线线为为y轴轴，以以赤赤道道为为x轴轴，建建立立直角坐标。直角坐标。考考虑虑到到在在每每条条带带中中，中中央央子子午午线线西西侧侧的的x值值含含有有负负值值，为为避免负值，又将避免负
35、值，又将y轴向西平移动轴向西平移动500公里，构成通用坐标系。公里，构成通用坐标系。图廓四角点图廓四角点每每幅幅标标准准地地形形图图图图廓廓四四角角点点都都标标注注经经度度纬纬度度，纵纵向向边边线线两两顶点经度相同，横向边线两顶点纬度相同。顶点经度相同，横向边线两顶点纬度相同。注注意意：纵纵向向边边线线两两顶顶点点的的x坐坐标标并并不不相相同同，同同样样横横向向边边线线两顶点的两顶点的y坐标也并不相同。坐标也并不相同。经纬度与经纬度与x、y坐标系之间的变换坐标系之间的变换由由地地理理参参照照系系经经纬纬度度值值（L，B）向向X、Y坐坐标标值值的的变变换换称称作作正正解解变变换换，而而反反之之，
36、由由（X，Y）向向（L，B）变变换换称称作作反反解解变换。变换。正反解变换都是非常复杂的非线性变换正反解变换都是非常复杂的非线性变换随投影方式的不同，变换也不相同。随投影方式的不同，变换也不相同。公里网（方里网）公里网（方里网）在在每每条条带带的的直直角角坐坐标标系系中中，从从坐坐标标原原点点开开始始，横横向向与与纵纵向向每每一一公公里里画画出出一一条条纵纵线线与与横横线线，构构成成的的网网格格称称作作公公里里网网，公公里网格线的交点坐标都是公里的整数倍。里网格线的交点坐标都是公里的整数倍。各各3带或带或6带中的公里网格线互不平行。带中的公里网格线互不平行。公里网的设置起误差控制作用公里网的设
37、置起误差控制作用北向北向每每幅幅地地形形图图的的正正上上方方向向并并不不指指严严格格意意义义的的北北向向，即即并并不不严严格地指向地轴的北极点，只是与中央子午线平行。格地指向地轴的北极点，只是与中央子午线平行。7图件的矢量格式表达图件的矢量格式表达图形三要素图形三要素点点点点状状地地物物，在在计计算算机机地地理理信信息息系系统统（GIS）中中用用（x,y）表表示示，其其标标识识码码（ID码码）定定义义其其标标识识管管理理代代号号，并并附附有有各各种种属性，如地物种类（树、井位、村镇属性，如地物种类（树、井位、村镇），面积以及其它特征。），面积以及其它特征。线线线状地物，系统中用坐标链表示线状地
38、物，系统中用坐标链表示注注意意：相相邻邻链链节节点点用用直直线线连连接接，链链节节长长度度不不一一定定相相等等，其其长度取决于原曲线的曲率半径。长度取决于原曲线的曲率半径。面面面面状状地地物物，是是一一个个封封闭闭的的区区域域，在在图图件件上上又又称称作作图图斑。面由一个坐标链或多个坐标链组成其边界。斑。面由一个坐标链或多个坐标链组成其边界。注意：面包括带有注意：面包括带有“岛岛”的封闭区域。的封闭区域。207208205201206213211212232ABCDEFGHI矢量格式图件的基本概念矢量格式图件的基本概念坐坐标标链链（coordinatechain）有有方方向向的的折折线线，或或
39、链链接接在在一一起的矢量集合，在计算机中存贮为有一定顺序的起的矢量集合，在计算机中存贮为有一定顺序的X、Y坐标数据坐标数据结点（结点（node）三个或三个以上坐标链相交汇的点三个或三个以上坐标链相交汇的点弧弧段段（arc）相相邻邻两两结结点点之之间间的的坐坐标标链链。通通常常一一个个弧弧段段以以两两个个结结点点作作为为其其端端点点，但但岛岛弧弧段段是是由由首首尾尾相相接接的的弧弧段段组组成成，是是一种特殊的弧段，称之为岛弧段。一种特殊的弧段，称之为岛弧段。多多边边形形（Polygon）由由弧弧段段组组成成的的封封闭闭区区域域。多多边边形形又又称称为为图图斑斑，部部分分图图斑斑内内部部有有岛岛（
40、内内边边界界），这这种种有有岛岛的的多多边边形形称称为多连通域，无岛多边形称为单连通域。为多连通域，无岛多边形称为单连通域。拓拓扑扑关关系系（Topologicalrelationship）这这里里指指结结点点、弧弧段段、多多边边形形之之间间的的空空间间位位置置关关系系。即即表表达达一一个个结结点点由由哪哪些些弧弧段段在在此此交交汇汇；弧弧段段前前进进方方向向的的左左右右多多边边形形是是什什么么；一一个个多多边边形形由由哪哪些些弧弧段段组组成成，进进一一步步哪哪几几条条弧弧段段是是外外边边界界，哪哪几几条条弧弧段段是是内内边边界界。这这些些拓拓扑扑关关系系用用代代码码表表示示出出来来。注注意意
41、每每一一个个结结点点、弧弧段段以以及及多多边形都有边形都有ID码。码。坐坐标标链链、多多边边形形的的包包络络矩矩形形（Range）指指坐坐标标链链或或多多边边形的外接矩形，其形的外接矩形，其4个坐标特征值为：个坐标特征值为：Xmin=MIN(x1,x2,xn)；Xmax=MAX(x1,x2,xn)；Ymin=MIN(y1,y2,yn)；Ymax=MAX(y1,y2,yn)；矢量格式下的图形复杂性分析矢量格式下的图形复杂性分析结点关联弧段结点关联弧段弧弧段段关关联联图图斑斑，且且线线状状地地物物本本身身有有宽宽度度，但但在在中中比比例例尺尺图图件件上上只只是是一一条条线线，常常常常因因比比例例尺
42、尺过过小小的的原原因因，这这条条线线的的位位置置无无法法表表明明该该线线是是否否为为中中轴轴线线，只只有有在在属属性性数数据据中中加加注注明明线线的的左侧宽度，右侧宽度。左侧宽度，右侧宽度。一一个个结结点点位位置置变变化化或或一一个个弧弧段段位位置置变变化化要要引引起起至至少少两两个个甚甚至三个或更多相关图斑面积的变化至三个或更多相关图斑面积的变化.空空间间图图形形数数据据的的复复杂杂性性决决定定着着数数据据存存贮贮格格式式的的慎慎密密严严谨，也需要相应计算机软件功能的支持。谨，也需要相应计算机软件功能的支持。矢量格式下空间数据的组织方法矢量格式下空间数据的组织方法一般来讲，不同软件其空间数据
43、组织方法都不相同，这就是一般来讲，不同软件其空间数据组织方法都不相同，这就是软件间数据不相兼容的原因。数据组织方法大致可分为两类：软件间数据不相兼容的原因。数据组织方法大致可分为两类：具有全拓扑关系的数据组织方法，如具有全拓扑关系的数据组织方法，如 ARC/INFOARC/INFO、MAPGIS MAPGIS 等等 GIS GIS 软件其方法要点是：软件其方法要点是：1 1）以弧段为基础数据组织单位，将点坐标组织在弧段内，）以弧段为基础数据组织单位，将点坐标组织在弧段内，当然点状地物坐标数据除外；弧段设有代码（内码），并有当然点状地物坐标数据除外；弧段设有代码（内码），并有查找全部所属点的索引
44、；查找全部所属点的索引；2 2）对于每个结点在数据库中要给出在此相交汇的弧段；）对于每个结点在数据库中要给出在此相交汇的弧段；3 3）对于每个弧段在数据库中要给出其左右图斑）对于每个弧段在数据库中要给出其左右图斑 ID ID 代码；代码；4）每个图斑都有）每个图斑都有ID代码，并要给出其组成弧段的代码，代码，并要给出其组成弧段的代码，在这些弧段中区分内外边界，对于内边界还要进一步给出在这些弧段中区分内外边界，对于内边界还要进一步给出内边界弧段组成独立封闭区域的注示数据。内边界弧段组成独立封闭区域的注示数据。5）具有严密高效的数据索引方式，其中要利用到包络矩）具有严密高效的数据索引方式，其中要利
45、用到包络矩形的数据。数据索引图形编辑的数据一致性。形的数据。数据索引图形编辑的数据一致性。无全无全拓扑关系的数据组织方法，如拓扑关系的数据组织方法，如Oracle-spatical、Mapinfo等软件，方法要点是：等软件，方法要点是：1）采用面向对象的方法，分别按点、线、面作为对象组）采用面向对象的方法，分别按点、线、面作为对象组织数据；织数据；2）由于两个相邻的面有公共边，因而此数据组织方法必）由于两个相邻的面有公共边，因而此数据组织方法必须具有强有力的空间分析功能，能够在必要时将对应相邻须具有强有力的空间分析功能，能够在必要时将对应相邻面边界快速查询出来，以保证在图形编辑时数据的一致性。
46、面边界快速查询出来，以保证在图形编辑时数据的一致性。3）采用四叉树方法实行分块索引机制。）采用四叉树方法实行分块索引机制。两种数据组织方法优缺点分析两种数据组织方法优缺点分析1）全拓扑关系数据组织方法数据结构较复杂，数据检索）全拓扑关系数据组织方法数据结构较复杂，数据检索速度快，数据容余小，便于复杂情况下的空间分析；速度快，数据容余小，便于复杂情况下的空间分析；2）无全拓扑关系数据组织方法数据结构较简单，面向对象）无全拓扑关系数据组织方法数据结构较简单，面向对象的思想贯彻较彻底，使面向对象的高级计算机语言功能发挥的思想贯彻较彻底，使面向对象的高级计算机语言功能发挥充分，便于数据管理；充分，便于
47、数据管理；3）全拓扑关系数据组织需要数据表格文件多，数据表格之）全拓扑关系数据组织需要数据表格文件多，数据表格之间关系复杂，影响数据库的稳定性，而无全拓扑关系数据组间关系复杂，影响数据库的稳定性，而无全拓扑关系数据组织方法稳定性较好，错误数据容易恢复；织方法稳定性较好，错误数据容易恢复；4）全拓扑关系数据组织方法数据结构紧凑，而无拓扑关系）全拓扑关系数据组织方法数据结构紧凑，而无拓扑关系数据组织方法数据容余量大，每个弧段坐标点数据要重复存数据组织方法数据容余量大，每个弧段坐标点数据要重复存贮两次以上。贮两次以上。当前矢量格式下空间数据组织方法发展趋势当前矢量格式下空间数据组织方法发展趋势1）关
48、系型数据表达，这种数据格式便于管理，能与大型数关系型数据表达，这种数据格式便于管理，能与大型数据库标准化数据管理语言据库标准化数据管理语言SQL相兼容，实现空间数据与属性相兼容，实现空间数据与属性数据一体化在一个数据库下管理；数据一体化在一个数据库下管理；2）全拓扑数据表达是为了适应愈来愈复杂的时间、空间分）全拓扑数据表达是为了适应愈来愈复杂的时间、空间分析的实际要求。析的实际要求。8、图件的网格格式表达、图件的网格格式表达图件网格格式表达的基本思想图件网格格式表达的基本思想网格格式下数据组织网格格式下数据组织每个网格在数据库中都有（每个网格在数据库中都有（i，j）编号，这个编号既表编号，这个
49、编号既表示了空间位置，也可以成为其示了空间位置，也可以成为其ID代码，对应于每一网格编代码，对应于每一网格编号，可以有其多种属性值。因而，在网格格式下，没有任号，可以有其多种属性值。因而，在网格格式下，没有任何拓扑关系表达的问题何拓扑关系表达的问题，在数据表达上，格式十分简单。，在数据表达上，格式十分简单。在网格格式下，图斑边界有两种表达方式：在网格格式下，图斑边界有两种表达方式：1）图斑边界占有网格，赋以特殊的属性，这种表达方式通图斑边界占有网格，赋以特殊的属性，这种表达方式通常是在由矢量格式转来成为网格格式情况下采用。常是在由矢量格式转来成为网格格式情况下采用。2）图斑边界不占有网格，以网
50、格线作为边界线，此时边界）图斑边界不占有网格，以网格线作为边界线，此时边界线就真正没有宽度了。这种表达方式通常是在系统内部自动线就真正没有宽度了。这种表达方式通常是在系统内部自动生成的图件情况下采用，比如由点状数据自动生成面状数据生成的图件情况下采用，比如由点状数据自动生成面状数据最终生成的图件就采用这种方式。最终生成的图件就采用这种方式。网格格式下的数据压缩网格格式下的数据压缩网格格式数据结构简单，可以表达地理图件、遥感图像等网格格式数据结构简单，可以表达地理图件、遥感图像等数据，适用于多种空间分析数据处理的场合，但其基本问题在数据，适用于多种空间分析数据处理的场合，但其基本问题在于数据压缩