1、 第二類是相對抽象的面，即大地水準面。以大地水準面為基準，可以方便地用水準儀完成地球自然表面上任意一點高程的測量。盡管大地水準面比起實際的固體地球表面要平滑得多，但實際上，由于海水溫度的變化，盛行風的存在，可以導致海平面高達百米以上的起伏變化。第1頁/共26頁第三類是模型，就是以大地水準面為基準建立起來的地球橢球體模型。大地水準面接近與繞自轉軸旋轉的橢球體。所以在測量和制圖中就用旋轉橢球來代替大地球體。這個旋轉球體通常稱地球橢球體。地球橢球體表面是一個規則的數學表面。橢球體的大小通常用兩個半徑長半徑a和短半徑b，或由一個半徑和扁率來決定。扁率表示橢球的扁平程度。扁率f的計算公式如下：f=(a-

2、b)/aa、b、f稱為地球橢球體的基本元素。第2頁/共26頁圖3-1 地球表面、大地水準面和地球橢球體之間的關系第3頁/共26頁第四類是數學模型，是在解決其它一些大地測量學問題時提出來的，如類地形面(Tel1uriod)、準大地水準面、靜態水平衡橢球體等。 第4頁/共26頁 2、地理空間坐標系的建立 NSQ 赤道緯線本初子午線EA第5頁/共26頁根據地理坐標系，地面上任一點的位置可由該點的緯度和經度來確定。地理坐標是一種球面坐標，難以進行距離、方向、面積等參數的計算。需要把地面上的點表示在平面上，采用平面坐標系（笛卡兒平面直角坐標）。曲面上的各點不能直接表示在平面上，因此必須運用地圖投影的方法

3、，建立地球表面和平面上點的函數關系，使地球表面上任一個由地理坐標確定的點，在平面上必有一個與它相對應的點。第6頁/共26頁不考慮地形起伏等因素，則緯度、經度 、地球旋轉橢球體參量a、b與平面直角坐標x、y之間的變換關系如下：地圖投影變換引起了地理空間要素在平面形態上的變化，包括長度變化、方向變化和面積變化。但是，平面直角坐標系(x，y)卻建立了對地理空間良好的視覺感，并易于進行距離、方向、面積等空間參數的量算，以及進一步的空間數據處理和分析。地理信息系統中的地理空間，通常就是指經過投影變換后放在笛卡兒坐標系中的地球表層特征空間。三維地理信息系統中所涉及的地理空間，則是在上述笛卡兒平面直角坐標系

4、上加上第三維z，代表地面相對于該旋轉橢球體表面的高程。x=acoscosybcossin第7頁/共26頁3、地圖對地理空間的描述地圖是現實世界的模型，它按照一定的比例、一定的投影原則有選擇地將復雜的三維現實世界的某些內容投影到二維平面媒介上，并用符號將這些內容要素表現出來。第8頁/共26頁地理空間的實體分為點、線、面三種要素（1）點狀要素點狀要素，是指那些占面積較小，不能按比例尺表示，又要定位的事物。因此，面狀事物和點狀事物的界限并不嚴格。如居民點，在大、中比例尺地圖上被表示為面狀地物，在小比例尺地圖上則被表示為點狀地物。通常以點狀符號的形狀和顏色表示質量特征，以符號的尺寸表示數量特征，將點狀

5、符號定位于事物所在的相應位置上。圖2-3為幾種點狀符號舉例。圖2-3 幾種點狀符號第9頁/共26頁圖2-4 幾種線狀符號第10頁/共26頁（3）面狀要素面狀分布的地理事物分布狀況有連續分布的，如氣溫、土壤等，有不連續分布的，如森林、油田、農作物等；所具有的特征也不盡相同，有的是性質上的差別，如不同類型的土壤，有的是數量上的差異，如氣溫的高低等。因此，表示它們的方法也不相同。圖2-5 地圖對面狀要素的描述對于不連續分布或連續分布的面狀事物的分布范圍和質量特征，一般可以用面狀符號表示。符號的輪廓線表示其分布位置和范圍，輪廓線內的顏色、網紋或說明符號表示其質量特征。具體方法有范圍法、質底法。例如土地

6、利用圖中，描述的是一種連續分布的面狀事物，在地圖上通常用地類界與底色、說明符號以及注記等配合表示地表的土地利用情況（見上圖）。水 田旱 地水 澆 地果 園有 林 地草 地菜 地第11頁/共26頁對于連續分布的面狀事物的數量特征及變化趨勢，常常可以用一組線狀符號等值線表示，如等溫線、等降水量線、等深線、等高線等，等值線的符號一般是細實線加數字注記。等值線的數值間隔一般是常數，這樣，就可以根據等值線的疏密，判斷制圖對象的變化趨勢或分布特征。通過地圖符號形狀、大小、顏色的變化及地圖注記對這些符號的說明、解釋不僅能表示實體的空間位置、形狀、質量和數量特征，而且還可以表示各實體之間的相互聯系，如相鄰、包

7、含、連接等。地圖是地理實體的傳統載體，但隨著人們對地理信息需求量的增加及對其需求質量和速度的提高，再加之計算機技術的發展，使得用計算機管理空間信息，建立地理信息系統成為可能。第12頁/共26頁4、遙感影象對地理空間的描述遙感影象對空間信息的描述主要是通過不同的顏色和灰度來表示的。 這是因為地物的結構、成分、分布等的不同，其反射光譜特性和發射光譜特性也各不相同，傳感器記錄的各種地物在某一波段的電磁輻射反射能量也各不相同，反映在遙感影象上，則表現為不同的顏色和灰度信息。所以說，通過遙感影象可以獲取大量的空間地物的特征信息。 通過如右圖所示的遙感圖象，明顯地可以獲得這個區域的地貌特征和斷裂帶的信息。

8、第13頁/共26頁還要說明的是，利用遙感影象通常可以獲得多層面的信息，對遙感信息的提取一般需要具有專業知識的人員通過遙感解譯才能完成。（a）地貌信息 （b）斷裂帶信息圖2-7 遙感影象表示的專題信息第14頁/共26頁第二節 地理信息數字化描述方法 1 傳統的手段（地圖和遙感影象）描述地理信息存的問題：地圖的生產周期太長，不能滿足目前科研、生產與管理工作需要及時得到有關地表變化信息的要求。遙感影象因為存在著變形，須首先對其進行糾正。另外，遙感影象因為其成像方式的不同，不同的影象有不同的影象特征，必須解譯才能變成人們所習慣的地圖方式，工作量大。第15頁/共26頁2 對地理信息系統進行數字化描述要使

9、計算機能夠識別地理事物的形狀，必須精確地指出空間模式如何處理，如何顯示等。在計算機內描述空間實體有兩種形式：顯式描述和隱式描述。第16頁/共26頁例如一條河流，在計算機中的顯示表示，就是柵格中的一系列像元，如下圖所示，為使計算機認識這些像元描述的是河流而不是其它物體，這些像元都給予相同的編碼值R或者用相同的顏色、符號、數字、灰度值來表示第17頁/共26頁 河流的隱式表示是由一系列定義了始點和終點的線及某種連接關系來描述，線的始點和終點坐標定義為一條表示河流及其河心洲形狀的矢量（如圖3-8（c）。 （a） （b） （c）圖3-8 河流的顯示和隱式表示第18頁/共26頁柵格數據結構：計算機對地理實

10、體的顯式描述。矢量數據結構：計算機對地理實體的隱式描述。在柵格數據結構中，整個地理空間被規則地分為一個個小塊（通常為正方形），地理實體的位置是由占據小塊的橫排與豎列的位置決定，小塊的位置則由其橫排豎列的數碼決定，每個地理實體的形態是由柵格或網格中的一組點來構成。這種數據結構和遙感圖象的數據相同，因而數字遙感圖象就是柵格數據結構。第19頁/共26頁在矢量數據結構中，地理實體的形狀和位置是由一組坐標對所確定。矢量數據結構對地理實體的描述類似于地圖對地理信息的描述，一般也把地理實體分為點、線、面三種，每種實體有不同的編碼方法，具體的內容在第三章有專門的介紹。地圖和遙感影象是空間信息的常見載體，所以，

11、下面看一看地圖和遙感影象描述的空間信息用數字化的方式（柵格和矢量）如何表示：第20頁/共26頁有一個如圖3-9所示的地圖，圖中有點狀地物高程點、煙囪，線狀地物鐵路，面狀地物居民點、林地、菜地等，用矢量和柵格數據結構的表示如圖3-10所示。在矢量數據結構中，點狀地物用點狀地物所在位置的一對坐標表示其位置，其屬性值（是高程點還是煙囪，高程點的值是多少）則用其它的數據項來表示。線狀地物則用一組有序的坐標對來表示，第21頁/共26頁668.35672.39圖3-9 含有點、線、面三種要素的地圖第22頁/共26頁(a) 地圖的矢量表示 （b）地圖的柵格表示圖 3-10 地圖的矢量和柵格表示(x ,y )

12、11(x ,y )22(x ,y )33(x ,y )44000000100000330081044400333001444440333010444444333010444440000170044400000150000007015555000000015555000800105500000005第23頁/共26頁對于如圖2-6所示的遙感圖象，用矢量和柵格的表示如圖3-11所示。通過遙感影象提取的不同專題信息需用不同的文件分別存儲和表示。5 5 5 5 5 5 9 9 9 9 9 9 9 9 9 95 5 5 5 5 5 5 9 9 9 9 9 9 9 9 95 5 5 5 5 5 5 5 9

13、 9 9 9 9 9 9 95 5 5 5 5 5 5 5 9 9 9 9 9 9 9 95 5 5 5 5 5 5 5 9 9 9 9 9 9 9 95 5 5 5 5 5 5 5 9 9 9 9 9 9 9 9 5 5 5 5 5 5 5 5 9 9 9 9 9 9 9 95 5 5 5 5 5 5 5 9 9 9 9 9 9 9 95 5 5 5 5 5 5 5 9 9 9 9 9 9 9 96 5 5 5 5 5 5 5 9 9 9 9 9 9 9 96 5 5 5 5 5 5 5 5 9 9 9 9 9 9 96 6 5 5 5 5 5 5 5 5 9 9 9 9 9 96 6 5

14、5 5 5 5 5 5 5 9 9 9 9 9 96 6 5 5 5 5 5 5 5 5 5 9 9 9 9 96 6 6 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 9 9 96 6 6 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 9 9 90 00 00 00 10 00 00 00 00 00 00 00 10 00 03 04 00 00 00 00 10 20 03 04 00 00 00 00 10 20 30 04 00 00 00 00 01 20 30 04 00 00 00 00 013 30 04 00 00 00 00 01 23 00 04 00 00 00 00 01 300 00 40 00 00 00 03 12 00 00 40 00 00 00 03 12 00 00 40 00 00 00 00 02 00 00 40 00 00 00 00 02 00 04 00 00 00 00 00 02 00 04 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00