地理空间数据的介绍

1. 地理空间数据的介绍

地理空间数据，英文名称：Geospatial data，定义：面向主题的、集成的、动态更新的、持久的空间数据集合。所属学科：地理学（一级学科）；地理信息系统（二级学科）空间数据：是数据的一种特殊类型。它是指凡是带有空间坐标的数据。地理空间数据：是空间数据的一种特殊类型。它是指带有地理坐标的数据，包括资源、环境、经济和社会等领域的一切带有地理坐标的数据，是地理实体的空间特征和属性特征的数字描述。

2. 地理空间数据的来源

GIS是世界上独一无二的一种数据库――空间数据库（Geodatabase）。它是一个“用于地理的信息系统”。从根本上说，GIS是基于一种使用地理术语来描述世界的结构化数据库。 这里我们来回顾一些在空间数据库中重要的基本原理。 · 地理表现形式 作为GIS空间数据库设计工作的一部分，用户要指定要素该如何合理的表现。例如，地块通常用多边形来表达，街道在地图中是中心线（centerline）的形式，水井表现为点等等。这些要素会组成要素类，每个要素类都有共同的地理表现形式。 每个GIS数据集都提供了对世界某一方面的空间表达，包括： · 基于矢量的要素（点、线和多边形）的有序集合 诸如数字高程模型和影像的栅格数据集 网络 地形和其它地表 测量数据集 其他类型数据，诸如地址、地名和制图信息 描述性的属性 除了地理表现形式以外，地理数据集还包括传统的描述地理对象的属性表。许多表和空间对象之间可以通过它们所共有的字段（也常称为“关键字”）相互关联。就像它们在传统数据库应用中一样，这些以表的形式存在的信息集和信息关系在GIS数据模型中扮演着非常关键的角色。 空间关系：拓扑和网络 空间关系，比如拓扑和网络，也是一个GIS数据库的重要部分。使用拓扑是为了管理要素间的共同边界、定义和维护数据的一致性法则，以及支持拓扑查询和漫游（比如，确定要素的邻接性和连接性）。拓扑也用于支持复杂的编辑，和从非结构化的几何图形来构建要素（例如，用线来构建多边形）。 地理要素共享几何形状。可以使用节点、边、面的关系来描述要素的几何形状 在这个网络示例中，街道要素代表连接它们的端点（称为“连接”）的边。 转向模型可用于控制从一边到另一边的通行能力 · 专题图层与数据集 GIS将空间数据组织成一系列的专题图层和表格。由于GIS中的空间数据集具有地理参考，因此它们具有现实世界的位置信息并互相叠加。 GIS集成了多种类型的空间数据 在一个GIS中，同类型的地理对象集合被组织成图层，例如地块、水井、建筑物、正射影像以及基于栅格的数字高程模型（DEM）。明确定义的地理数据集对于一个实用的地理信息系统是相当重要的，同时专题信息集合使用层来组织，这样的思想也是GIS数据集一个关键的思想。 数据集可以用于表达： 原始量测值（例如卫星影像） 经过解译的信息 l 通过空间分析和建模处理而得来的数据 通过层之间共同的地理位置，我们可以很容易地得到多个层之间的空间关系。 GIS使用普通的对象类来管理这些简单的图层，同时凭借一套功能丰富的工具获取数据层之间的关键联系。 GIS会使用通常是来自不同组织机构，并且具有各种表现方式的大量数据集。因此对于GIS数据集很重要的是： · 使用简单并易于理解 · 易于同其他的地理数据集结合使用 · 能够被有效地编辑与校验 · 能够形成具有内容详实，使用和目标描述明确的清晰文档 任何的GIS数据库或者用基于文件的数据组织方式都遵循这些共同的原则与概念。每个GIS都需要有一个机制依据这些原则来描述地理数据，并且通过一套综合的工具来使用和管理此信息。

3. 什么是地理信息系统的空间数据采集与处理

空间数据的采集可以通过：实地调查，测量，现有地图，航空影像，遥感影像图片以及过去的资料获取。
处理手段主要有：误差修正（设定容许值，连接接点，重建拓扑关系）边界匹配，数据格式的转换，投影变化，坐标变换，图像纠正，图象解译，精度评价。这些是主要流程

4. 地理空间数据的来源

GIS是世界上独一无二的一种数据库――空间数据库（Geodatabase）。它是一个“用于地理的信息系统”。从根本上说，GIS是基于一种使用地理术语来描述世界的结构化数据库。 

这里我们来回顾一些在空间数据库中重要的基本原理。 

· 地理表现形式 

作为GIS空间数据库设计工作的一部分，用户要指定要素该如何合理的表现。例如，地块通常用多边形来表达，街道在地图中是中心线（centerline）的形式，水井表现为点等等。这些要素会组成要素类，每个要素类都有共同的地理表现形式。 

每个GIS数据集都提供了对世界某一方面的空间表达，包括： 

· 基于矢量的要素（点、线和多边形）的有序集合 

诸如数字高程模型和影像的栅格数据集 

网络 

地形和其它地表 

测量数据集 

其他类型数据，诸如地址、地名和制图信息 

描述性的属性 
除了地理表现形式以外，地理数据集还包括传统的描述地理对象的属性表。许多表和空间对象之间可以通过它们所共有的字段（也常称为“关键字”）相互关联。就像它们在传统数据库应用中一样，这些以表的形式存在的信息集和信息关系在GIS数据模型中扮演着非常关键的角色。 

空间关系：拓扑和网络 
空间关系，比如拓扑和网络，也是一个GIS数据库的重要部分。使用拓扑是为了管理要素间的共同边界、定义和维护数据的一致性法则，以及支持拓扑查询和漫游（比如，确定要素的邻接性和连接性）。拓扑也用于支持复杂的编辑，和从非结构化的几何图形来构建要素（例如，用线来构建多边形）。 

地理要素共享几何形状。可以使用节点、边、面的关系来描述要素的几何形状 

在这个网络示例中，街道要素代表连接它们的端点（称为“连接”）的边。 
转向模型可用于控制从一边到另一边的通行能力 

· 专题图层与数据集 

GIS将空间数据组织成一系列的专题图层和表格。由于GIS中的空间数据集具有地理参考，因此它们具有现实世界的位置信息并互相叠加。 

GIS集成了多种类型的空间数据 
在一个GIS中，同类型的地理对象集合被组织成图层，例如地块、水井、建筑物、正射影像以及基于栅格的数字高程模型（DEM）。明确定义的地理数据集对于一个实用的地理信息系统是相当重要的，同时专题信息集合使用层来组织，这样的思想也是GIS数据集一个关键的思想。 

数据集可以用于表达： 

原始量测值（例如卫星影像） 
经过解译的信息 l 通过空间分析和建模处理而得来的数据 
通过层之间共同的地理位置，我们可以很容易地得到多个层之间的空间关系。 

GIS使用普通的对象类来管理这些简单的图层，同时凭借一套功能丰富的工具获取数据层之间的关键联系。 

GIS会使用通常是来自不同组织机构，并且具有各种表现方式的大量数据集。因此对于GIS数据集很重要的是： 

· 使用简单并易于理解 
· 易于同其他的地理数据集结合使用 
· 能够被有效地编辑与校验 
· 能够形成具有内容详实，使用和目标描述明确的清晰文档 
任何的GIS数据库或者用基于文件的数据组织方式都遵循这些共同的原则与概念。每个GIS都需要有一个机制依据这些原则来描述地理数据，并且通过一套综合的工具来使用和管理此信息。

5. 地理信息系统功能的数据处理与存储管理

对数据的存储管理是建立地理信息系统数据库的关键步骤，涉及对空间数据和属性数据的组织。 GIS中的数据分为栅格数据（X、Y）和矢量数据（经、纬度）两大类，如何在计算机中有效存储和管理这两类数据是GIS的基本问题。栅格模型、矢量模型或栅格/矢量混合模型是常用的空间数据组织方法。空间数据结构的选择在一定程度上决定了系统所能执行的数据与分析功能。在地理数据组织与管理中，最为关键的是如何将空间数据与属性数据融合为一体。大多数GIS中采用了分层技术，即根据地图的某些特征，把它分成若干层（如道路层、水系层、公共设施层等），整张地图是所有层叠加的结果。在与用户的交互过程中只处理涉及的层，而不是整幅地图，因而能够对用户的要求做出快速反应。GIS的主要功能之一是管理大量的专业地图，按专题分类将各部门所需的地图合理地组织为空间数据库。几十乃至上百张图按地图网格拼装为一个图层，而每张图层上包括的对象在取舍上有严格的分类标准。按专业含义由粗到细划分为层次状专题分类，每一图层上的空间对象归属于某一专题类，因此常称为专题图层。这些图层与各行业的更为专业的图层相叠置（透明叠放在一起），并进行空间关系分析，可以得出有用的决策信息。数据库技术是数据存储和管理的支撑技术。在GIS中，数据库具有数据量大、空间数据和属性数据联系紧密，以及空间数据之间具有显著的拓扑结构等特点，因此GIS数据库管理功能，除了与属性数据有关的DBMS功能之外，还需要具备对空间数据的管理。对空间数据的管理主要包括：空间数据库的定义、数据访问和提取、空间检索、数据更新和维护等。

6. 地理信息系统功能的空间查询与分析

对地理空间的查询与分析功能，是GIS得以广泛应用的重要原因之一。通过GIS提供的空间数据查询与分析功能，用户可以从已知的地理数据中得出隐含的重要结论，这对于许多应用领域（例如商业选址、抢险救灾等）是至关重要的。 空间查询是地理信息系统以及许多其他自动化地理数据处理系统应具备的最基本的分析功能，即可把满足一定条件的空间对象查出，并将其按空间位置绘出，同时列出它们的相关属性等。空间查询是支持综合图形与文字的多种查询的主要方法，它支持由图查图、由图查文和由文查图，并给出新图和有关数据。GIS通常使用空间数据引擎存储和查询空间数据库。空间数据引擎在用户和异构空间数据库的数据之间提供一个开放的接口，它是一种处于应用程序和数据管理系统之间的中间件技术，空间数据引擎是开放且基于标准的，这些规范和标准包括OGC的Sample Feature SQL Specification、IOS/IEC的SQL3以及SQL多媒体与应用程序包（SQL/MM）等。市场上主要的空间数据引擎产品都是与上述规范高度兼容的。 空间模型分析是在地理信息系统支持下，分析和解决现实世界中与空间相关的问题，它是地理信息系统应用深化的重要标志。空间分析是地理信息系统的核心功能，也是地理信息系统与其他计算机系统的根本区别，它以空间数据和属性数据为基础，回答真实地理客观世界的有关问题。地理信息系统的空间分析可分为：拓扑分析、方位分析、度量分析、混合分析、栅格分析和地形分析等。