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gis原理地理空间的表达1

2013-02-04 08:10阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/2386583190

第一章 地理空间的表达
地理信息系统中的空间概念常用'地理空间'来表达。地理空间上至大气电离层、下至地幔莫霍面。一般说来，地理空间被定义为绝对空间和相对空间两种形式。绝对空间是具有属性描述的空间位置的集合，它由一系列的空间坐标值组成。相对空间是具有空间属性特征的实体的集合，它是由不同实体之间的空间关系构成。地理空间的表达是地理数据组织、存储、运算、分析的理论基础。
尽管地理空间中的空间对象复杂多变，但通过抽象和归类，其表达方法主要有如下几种类型。
2．1．1矢量表达法
　　矢量表达法主要表现了空间实体的形状特征。
 (1) 0维矢量
 　　0维矢量为空间中的一个点（point）。点在二维、三维欧氏空

间中分别用(x,y)和(x,y,z)来表示。在数学上，点没有大小、方向。
 点包括如下几类实体：
 　　·实体点（Entity point）：代表一个实体。如钻孔点、高程点、建筑物和公共设施。
 　　·注记点（Text point）:用于定位注记。
 　　·内点（Label point）:存在于多边形内，用于标识多边形的属性。
 　　·结点（Node）:表示弧段的起点和终点。
 　　·角点(Vertex)或中间点:表示线段或弧段的内部点。
 (2) 一维矢量
 　　一维矢量表示空间中的线划要素，它包括线段、边界、弧段、
 网络等。在二维（见（2-1）式）、三维（见（2-2）式）欧氏空间中用有序的坐标对表示：
　　结合具体的应用，一维矢量自身的空间关系主要有如下几种(这里只介绍二维欧氏空间，三维欧氏空间相似)：
 　　(1)坐标序列中的首点 和末点 统称为结点，且分别为首结点和末结点。位于首尾结点间的点 为拐点或中间点或角点（见图2-1(a)）；
 　　(2)首尾结点可以重合，即弧段首尾相接。相应的数学表达式
 为(图2-2(b))：
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 　　(3)弧段不能与自身相交。如果相交，需以交点为界把弧段分为
 几个一维矢量（见图2-1(c)）。在图2-1(c)中，弧段数为3，而不

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是1。三个弧段分别为AK,KBCDEFGHK,KIJ。
 此外，一维矢量有折线和曲线之分。
 一维矢量具有如下特征：
 　　·长度：从起点到终点的总长。
 　　·弯曲度：表示像道路拐弯时弯曲的程度。
 　　·方向性：开始于首结点，结束于末结点。如河流中的水流方向，高速公路允许的车流方向等等。
 (3)二维矢量
 　　二维矢量表示空间的一个面状要素，在二维欧氏平面上是指由一组闭合弧段所包围的空间区域。所以，二维矢量又称多边形，是对岛、湖泊、地块、储量块段、行政区域等现象的描述（见图2-2(a)、(b)）。在三维欧氏空间中二维矢量为空间曲面。目前通过二维矢量对空间曲面的表达主要有等高线和剖面法两种（图2-2(c)、(d)）。前者通过设置等间距，把具有相同高程值的点连接起来形成等高线（一维矢量），这些等高线就可完成对空间曲面的描述。后者是按一
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定的间距和剖面方向切割空间曲面，切割而成的多组剖面就完成了对空间曲面的描述。
 二维矢量的主要参数如下：
 ·面积：指封闭多边形的面积。对于三维欧式空间中的空间曲面而言，还包括其在水平面上的投影面积。
 ·周长：如果形成多边形的弧段为折线，那么，周长为各折线段长度之和；多边形由曲线组成，则计算方法较为复杂，如积分法。
·凹凸性：用于二维矢量的形态描述。凸多边形是指多边形内所有边之间的夹角小于180 。反之，则为凹多边形。
 ·走向、倾角和倾向：在描述地形、地层的特征要素时常使用这些参数。
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图2-3 三维矢量示意图
 (4)三维矢量
 　　三维矢量用于表达三维空间中的现象和物体，是由一组或多组空间曲面所包围的空间对象，它具有体积、长度、宽度、高度、空间曲面的面积、空间曲面的周长等属性（见图2-3）。
2．1．2栅格表达法
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图2-4 栅格表达法示意图
　　栅格表达法主要描述空间实体的级别分布特征及其位置。
 栅格类似于矩阵。在栅格表达中，对空间实体的最小表达单位为一个单元或象素(Cell或Pixel)，依行列构成的单元矩阵叫栅格(Grid),每个单元通过一定的数值表达方式（如颜色、灰度级）表达诸如环境污染程度、植被覆盖类型等空间地理现象（图2-4）。
 　　除了航空、航天技术获取的影象资料可以直接通过栅格加以表达外，通过矢量到栅格的转换算法，栅格表达法同样可以表达0维、一维、二维等矢量图形或地理现象。此时、0维矢量就是表现为具有一定数值的栅格单元，一维矢量就表现为按线性特征相连接的一组相邻单元，二维矢量则表现为按二维形状特征连续分布的一组单元。
　　栅格表示法的精度与分辨率有关。在图2-5(a)、(b)、(c)中，栅格的分辨率分别为7*5，15*11，24*13。分辨率的大小与下面两个问题有关：
 　　·记录和存储栅格数据的硬件设备的性能。近几十年的发展证明，随着技术的进步，硬件设备的分辨率肯定会越来越高，能够满足实际应用的需求。
 　　·与实际应用需求有关。对于那些研究程度较低或者无需精确研究的地理现象而言，栅格表达法的分辨率可以相对较低，反之，分辨率高。实际上，分辨率越高，其影象就越能表达地理空间现象的细微特征。
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图2-5 栅格表达法分辨率示意图
第四节 面向对象的表达方法
2．1．4 面向对象的表达方法
　　实际上，矢量表达方法中的点、线、面也是对象（Object），但它们是简单对象。面向对象（Object-Oriented，简称OO）的表达方法是近年来发展起来的一种新的程序设计方法。00方法的基本含义就是无论多么复杂的空间实体，都可以用一个对象来准确表示，而无需把复杂对象分解为单一的对象实体（如点、线、面、体），然后利用矢量表达方法加以表示。结合程序设计方法，通过分类、概括、联合、聚集四种数据处理技术就可以实现OO的各种表达方法。
 　　(1)分类（classification）：把一组具有相同结构的实体归纳成类（Class）,而这些实体就属于这个类的对象。例如，对于地图，无论是等高线，还是等值线，我们都可以把它们定义为等值线类。
 　　(2)概括(generalization)：把一组具有部分相同结构和操作方法的类归纳成为一个更高层次、更具一般性的类。前者成为子类，后者称为超类。例如，无论是何种建筑物，都可以形成以结构类型、高度、层数等参数的基础的超类。
 　　(3)联合(association)：把一组类似的对象集合起来，形成一个更高级别的集合对象(set-object)。集合中的每个对象称为它的成员对象（member-object）,成员和集合对象间的关系是member-of的关系。例如，无论是线状地物，还是面状地物，都可以看成是弧段类的有序集合。
　　(4)聚集(aggregation)：与联合相似，但它是把一组不同类型的对象组合起来，形成一个更高级的复合对象（composed-object）,每个不同类型的对象是该复合对象的一部分，成为组件对象（component-object）。组件对象和复合对象间的关系是part-of。例如，与某一城市有关的空间实体类型包罗万象，从建筑物、道路、河流到污水、煤气、通讯管网工程，但可以把它们聚集成为一个复杂对象。
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