中 国 地 质 大 学
资 源 信 息 系 统
第五章 地矿空间信息子
系统设计与应用
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目 录
第二节 地矿空间数据编辑、处理与空间分析2
第一节 地矿空间信息子系统的结构与功能31
第三节 地矿空间数据库的应用设计与应用3
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第三节 空间数据编辑、处理与空间分析
?一、资源空间数据的编辑
?二、资源空间数据的类型转换
?三、空间数据的提取和空间分析
?四、空间数据格式的转换标准
本节提要
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引言
?空间信息子系统具备一系列功能强劲的应用
软件，其中包括空间数据编辑、提取、转换、
处理与空间分析。
?这些应用软件使得地矿勘查与开发人员能够
以一种全新的、综合的方法，来解决与地质
体或矿产资源的形成、演化、预测、评价及
其合理利用等方面的各种空间信息分析问题，
在实践中产生了巨大的效益。
?找矿在某种意义上成了找数据、找信息！
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GIS的功能 — 基本功能实现
文件图表 数据获取 原始数据
存储检索
空间查询
空间分析
数据编辑
投影变换
数据输出
制图、表格
交互展示
结构化数据
空间
数据库
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资源空间数据的编辑
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数据的价值
汽油 数据
以数据为处理线索
硬件 ∶ 软件 ∶ 数据 = 1∶ 2 ∶ 7
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一、地矿资源空间数据的编辑
?空间数据编辑是对各种来源的空间数据进行规范
和纠错，或者根据特定的专题处理要求将数据重
新组织和格式化的过程。
?无论用何种方法获取的原始数据，都可能存在着
? 采集过程引入错误
? 与使用格式不相适应
? 比例尺和投影不统一
? 图幅之间不匹配
? 数据冗余等问题
?必须通过对原始数据的提取、转换等处理，来使
存储的数据净化并符合规范化标准。
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常见数据输入错误
?图纸移动
?图纸变形
?制图误差
?数字化误差
?各种误差将影响到 GIS数据处理的各个环节
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制图误差
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图幅接边误差
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数字化误差
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1.数据采集过程引入错误的去除
?错误：空间点位和线段的丢失或重复、线段过长
或过短、区域中心识别码的遗漏，以及结点代码
和区域属性码不符合拓扑一致性要求
?查错方式：
? 目视检查，用以检查一些显著的错误，例如线段的丢失、
线段过长
? 机器检查，检查数据拓扑一致性的逻辑检验、将弧段连
接成多边形，以及进行数据容差的检查
? 图形检查 检查数字化结果与原图的吻合程度
1)数据编辑的查错方式与过程
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多工序编辑检查地矿资源空间数据的过程
是
多工序编辑检查
数字化数据输入
将数字化数据绘成图形
目视检查
将数字文件
重新绘成图
进行错误
的改正
返回数字
化
机器检查 图形检查
将数字文件
重新绘成图
将数字文件
重新绘成图
进行错
误的改正
进行错
误改正
转入
数据
库编
辑或
最终
检查
错误 错误 错误
可以改
正
可以改
正
可以改
正
否否
否 否 否
否
是是
是是
是
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2)拓扑关系建立与校正
?拓扑关系是空间实体之间的几何关系。建立拓扑
关系是 GIS与一般制图系统的主要区别之一。
?但在进行数据采集时，为了避免造成多边形共用
边的重复输入与拼合不准，我们并不单独输入描
述这个矿体的多边形，一般只将节点与弧段数字
化输入，然后建立拓扑关系，进而生成线状或面
状地物。
?交互式生成多边形拓扑结构
?全自动生成拓扑结构，
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3)图形编辑与纠错
?图形编辑包括图形参数编辑与图形几何数据编
辑。
?图形参数用于表征图形元素。如一条代表断层
的曲线，它的参数包括描述断层性质的线型和
线色、描述断层级别的线宽、描述断层赋存状
态的层号、属性代码；再如一个表示地层的多
边形，它的参数有表征地层岩性、时代等的填
充方式、填充图案类型、填充颜色、层号、属
性代码等。
?几何数据编辑，即空间位置的编辑
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5)属性数据编辑
?将一个地质体的属性数据连接到相应的几
何目标上，建立属性描述数据与几何图形
的联系，并使用图形编辑系统中属性数据
的编辑功能，编辑相应的属性数据。
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2.图幅数据的变换和匹配
?当使用数字化仪和扫描仪对地矿图件进行图数转换
时，由于数字化仪桌面坐标系与地矿图件直角坐标
系不一致，或者图纸变形等原因，所获得的数字化
坐标 (x,y)不可能与地图的真实坐标 (x,y)一致。
?有时，不同来源的地矿图件的地图投影及地理坐标
还可能有差异，地图比例尺之间、地图比例尺与数
字化仪的长度单位之间也可能不一致。
?为了获得与地图直角坐标一致的数据，也为了使不
同地图的投影坐标取得统一，必须对图幅内的图形
坐标数据进行变换，包括数字化坐标数据比例尺的
变换、变形误差的消除、投影类型的转换，以及坐
标的旋转和平移。
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(a) (b)
(c) (d)
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1)数字化坐标的变换
?设 XOY为地质图件直
角坐标系,XO’Y为数
字化仪坐标系，两坐
标系之间的坐标轴夹
角为 α,O’相对于 XOY
坐标系原点的平移距
离为 A0,B0，地质图
实际比例尺为 m，则
根据图形学原理，可
推导出变换公式
Y
y
X
x
Ao
o
Bo
o
a
O’
O
图 5-23 坐标变换原理
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2)地图投影的变换
?当系统使用的地矿资源空间数据取
自不同地图投影的图幅时，需要将
一种投影的数字化数据变换为所需
要投影的坐标数据，以便实现不同
比例尺地图的合成，以及跨分度带
的地图的拼接。
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地图投影
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投影变换
投影 A
（ x,y）
投影 B
（ X,Y）
正解变换：解析函数关系
X=f (x,y), Y=g( x,y )
反解变换：经纬度
B=f (x,y),L=g( x,y )
X=F(B,L),Y=G( B,L)
数值变换：数学方法
??
?
??
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
?
?
??
?
y
x
ba
ba
Y
X
nn ?
???
?11
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投影变换
墨卡特投影 摩尔魏特投影
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3)图形的缩放与旋转变换
?在进行图形分析和编辑时，为了观察和修
改的方便，人们常常需要将图形平移、放
大、缩小，甚至旋转到某一个新的角度。
?在 GIS中，图形的平移、放大、缩小和旋
转，是通过空间数据的拓扑运算来实现的。
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坐标变换
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橡皮板变换
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4)图幅数据边缘匹配
?为了将图幅的数据连接在一起，组成连续
统一的图幅数据，以便加入大型数据库或输
出拼接后的地矿图形，必须消除相邻图幅的
边缘部分由于种种原因造成的误差，包括同
一地质体的线段或弧的坐标数据不衔接、坐
标系统不一致和编码方法不一致，等等。
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边界匹配
?不同图幅的连
接
?自动、手工
数
字
化
边
界
调
整
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图幅的边沿匹配示意
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3.图形整饰 (制作图版 )
?为了制作正规的成果图，必须对图面进行整饰。生
成标准图廓、经纬线或方里网，制作拼图表、比例
尺、指北针以及图例、图注等。
?地矿资源图件的线型、符号种类繁多，需要加以规
范化、标准化。但为了补充实际应用的需要，地矿
资源空间信息子系统通常都提供自定义功能，让用
户根据需要制作一些特殊的图形符号、特殊线型、
填充花纹和调色板。
?用户可以用鼠标直接描绘，也可以通过组合原有的
符号来形成新符号，然后存入符号库中，供图件整
饰时使用。
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二、地矿资源空间数据类型的转换
?1.矢量数据的栅格化
?1.栅格数据的矢量化
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矢量到栅格转换
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栅格 -矢量转换过程
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空间数据提取 是指借助各种检索手
段将存储在空间数据库中的数据搜索出来，
并以屏幕显示、转存或打印形式加以表达
的一种操作。
空间分析 则是指对所提取的空间数据进行
拓扑运算、属性分析以及拓扑与属性联合
分析，具体地说，包括 地形分析 (DTM和
DEM)、空间特征的几何分析、网络分析、
叠置分析、缓冲区分析等。
三、空间数据的提取和空间分析
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空间数据的提取操作贯穿于 数据分
析, 数据处理和应用的全过程, 是资源
空间数据库管理系统的一种经常而重要
的工作形式 。
1.空间数据的提取 (查询 )
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空间数据提取包括 基本提取, 空间检索 和
布尔处理 等三种方式 。
基本提取 是指按照一般属性或常规窗口找
出所需空间数据的操作，而空间检索专指
按照范围限定条件找出所需空间数据的操
作。
1)空间数据的提取方式
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空间检索 需要先产生专门的查询窗，
然后与同一图幅的图形数据文件或多
幅图形的数据文件进行叠置，检索出
所需要的点、线、面等空间信息。
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空间检索的主要内容 包括：
①相邻分析检索,指采用相邻分析的技术方法，检索出
与某一已知空间实体有邻接关系的空间实体；
②相关分析检索,指凡是与查询窗有关的点、线、面状
空间实体都检索出来，而不论它们是整个地或局部地落
在这个窗内；
③叠置分析检索,指利用多边形叠置分析技术，来检索
落在窗口界线范围内的空间实体，而对落在窗口外的部
分则剪裁掉；
④边沿匹配检索,指应用边沿匹配处理技术，在多幅地
图的数据文件之间建立跨越图幅边界的多边形，并提取
与查询窗关联的图幅数据，再将这些数据自动地组织进
连续的窗口内。
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数据的查询检索 （据 Jack Dangermond,1984）
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布尔处理 是指根据用户规定的布尔标准或条件表达式
所进行的限定性的多重属性的查询和数量统计。
例如, 检索图斑面积大于 0.25平方公里的所有金矿分
布区,, 这是属于双重属性的布尔数据提取处理。
多数 GIS都提供如 SQL语言的信息查询提取方法。但要
在常用的数据库查询语言的基础上支持资源空间信息
查询提取，例如提取穿过一个矿床的断层、某断层两
侧 2公里内的所有矿点等，还需进行必要的扩充或重
新设计。
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图 3-17数据的布尔处理 （据 Jack Dangermond,1984）
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空间目标之间的拓扑关系有两种, 一种是
几何元素的节点, 弧段和面块之间的关联
关系, 用来描述几何元素之间的拓扑数据
结构；另一种是 GIS中资源实体之间的空
间拓扑关系, 一般通过关联关系和位置关
系来隐含表达, 并通过专门途径进行提取 。
2)拓扑空间的提取
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① 面与面关系,例如检索与某个面状资源
实体相邻的所有资源体 (图 3-18a）；
图 3-18a 拓扑关系查询
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② 线与线关系,例如检索所有与某一主
断层关联的次级断层 (图 3-18b)；
图 3-18b 拓扑关系查询
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③ 点与点关系,例如检索到某
矿点的距离小于 2公里的所有点
状资源体 (图 3-18c)；
图 3-18c 拓扑关系查询
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④ 线与面关系,例如检索某断层所
经过的所有矿床 (图 3-18d)，或检
索某矿区内所有断层 (图 3-18e)；
图 3-18d,e 拓扑关系查询
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⑤ 点与线关系,例如检索某
河流上的桥梁 (图 3-18f)；
图 3-18f 拓扑关系查询
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⑥ 点与面关系,例如检索某含矿地
层所有的矿床分布点 (图 3-18g)。
图 3-18g 拓扑关系查询
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GIS中的资源属性数据与空间数据都是
分层 存放的。
例如，矿产地质图的信息分为成矿有利
地层、含矿岩体、断层构造线、矿化点
等多个层次。如果我们要提取与成矿有
关的断层构造线，只需要检索断层构造
线这一层数据即可。
3)分层检索提取
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系统允许进行资源实体的图形和
属性的 双向交叉提取 。用户可以用光
标点屏幕上的图形，提取它的相关资
源属性数据；也可用光标指数据表格
中的数据项，在屏幕上显示该数据项
所关联的资源实体图形。
4)定位检索提取
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可在屏幕上指定一个矩形或任意
多边形，提取落在该区域内的所
有资源实体以及与它们相关的属
性。也可提取距离某个点、线、
面一定范围内的所有资源实体及
其相关属性。
5)区域检索提取
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可用数据项与运算符组成的条件表达
式检索资源实体与属性 。 这些运算符
号可以是 +,-,×, ≥, ≤, >,=、
<等 。 例如, 给定条件 （ 面积 >100）
&&（ 地层代号 ==“Pt2”）, 我们可以
检索出满足面积大于 100,而且地层
代号为 Pt2的所有相应资源实体 。
6)条件检索提取
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空间信息子系统拥有 强大的空间分析功能,
为资源勘查和开发人员提供了多种分析问
题和解决问题的有效手段。在实际操作中，
空间运算、查询和分析往往是同时进行的,
相互之间没有严格的区别。
2.空间分析
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空间分析是 GIS区别与其他信息系统的标志，是 GIS技术的一个
主要发展方向：管理型向分析决策型转变。
?1）定义：空间分析是基于地理
对象的位置和形态特征的空间数
据分析技术，其目的在于提取和
传输空间信息。
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?空间分析的主要内容
?空间位置,借助于空间坐标系传递空间对象的定
位信息，是空间对象表述的研究基础，即投影与
转换理论。
?空间分布,同类空间对象的群体定位信息，包括
分布、趋势、对比等内容。
?空间形态,空间对象的几何形态
?空间距离,空间物体的接近程度
?空间关系,空间对象的相关关系，包括拓扑、方
位、相似、相关等。
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?基本空间分析技术
?空间查询与量算
?空间变换
?再分类
?缓冲区分析
?叠置分析
?网络分析
?空间插值
?空间统计分析
?数字高程模型与数字地形分析
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2）空间查询与空间量算
?什么是空间查询
?空间查询是空间分析基础，任何空间分析都
开始于空间查询。
?回答用户的简单问题
?不改变空间数据库数据
?不产生新的空间实体和数据
?空间查询技术由简单到复杂
?几何量算：空间对象的几何特征描述
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空间查询：方式、内容与结果
方 式 内 容 结 果
几何查询
属性查询
临近空间对象
与属性
高亮度显示
拓扑查询
SQL查询
空间对象分布
空间关系
空间对象与属性
属性列表
统计地图
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几何查询：点
鼠标选
取此点 查询结果
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几何查询：线
查询线
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几何查询：面
鼠标选
取此面
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属性查询：属性对应的空间位置分布
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属性查询,SQL查询
条件：面积大于 2000平方公里且每平方公里人口大于 100的地区
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空间查询：扩展 SQL查询
图形与属性的联合查询。
条件：长江三峡地区长江流域人口大于 70万的县、市地区
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空间查询：空间关系查询
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3）空间量算
?几何量算
?形状量算
?距离量算
?质心量算
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空间量算：几何量算
?含义：
?点,0维，坐标
?线,1维，长度、曲率、方向
?面,2维，面积、周长等
?体,3维，表面积、体积等
?线长度计算
?矢量：两点之间的直线距离，复合线段累加求和
?栅格：网格数目累加
?面积计算
?矢量：几何交叉求积（坐标法）
?栅格：相同属性值的格网数目与格网面积的乘积
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空间量算：质心量算
?定义,目标的半径位置或保持均匀的平衡点，一般为
多边形的几何中心或质心。
?计算公式：
i为离散目标,w为权重,x,y为目标坐标
?应用
?跟踪某些地理分布的变化，如人口变迁、土地类型变
化等。
?简化复杂目标的模型建立等
?
?
?
? ??
i
ii
G
i
ii
G
w
yw
Y
w
xw
X
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空间量算：距离量算
?含义：
?距离描述了空间对象之间的接近程度。
?地理空间上的距离所描述的对象一定发生在地理
空间上。
?距离的定义与度量空间和空间匀质性是相关的，
不同的度量空间和介质空间，距离定义不同
?不同的距离有不同的特性，距离的定义是由应用
决定的，可根据需要重新定义距离。
?在非匀质空间，距离定义不仅仅是表达是上的变
化，而且还具有研究区域上的变化，这时的距离
计算一般在多边形范围内按一定算法进行。
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n 维匀质空间广义距离公式
qn
l
qij x ljx liqd
/1
1
)()( ??
?
?
???
? ?? ?
?
jijiij yyxxd ????
? ? 6.0/16.06.0 )()( jijiij xxxxd ????
22 )()( jijiij yyxxd ????
j(xj,yj)i(xi,yi)
i
j
i
j
距
离
计
算
公
式 n 维非匀质空间距离计算
q=0.6,非殴氏距离
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空间量算：形状量算
基本考虑：空间完整性、多边形形状特征
圆
U=1APU ?2?
U>1
膨胀型
U<1
紧缩型
形状特征描述参数
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4）栅格数据空间分析
?栅格数据由于其自身数据结构的特点，在数
据处理与分析中通常使用线性代数的二维数字
矩阵分析法作为数据分析的数学基础。因此，
具有自动分析处理较为简单，而且分析处理模
式化很强的特征。
?一般来说，栅格数据的分析处理方法可以概
括为聚类聚合分析、多层面复合叠置分析、窗
口分析及追踪分析等几种基本的分析模型类型。
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（ 1）栅格数据的聚类分析
（ a） 栅格数据系统样图 (b) 提取要素, 2”的聚类结果
栅格数据的聚类是根据设定的聚类条件对原有数据系统进
有选择的信息提取而建立新的栅格数据系统的方法。
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（ 2）聚合分析（地图综合）
栅格数据的聚合分析是指根据空间分辨力和分类表，进行数据类
型的合并或转换以实现空间地域的兼并。
空间聚合的结果往往将较复杂的类别转换为较简单的类别，并且
常以较小比例尺的图形输出。当从地点、地区到大区域的制图综合
变换时常需要使用这种分析处理方法。对于图 1，如给定聚合的标
准为 1,2类合并为 b,3,4类合并为 a，则聚合后形成的栅格数据系
统如图 2所示,如给定聚合的标准为 2,3类合并为 c,1,4类合并为 d，
则聚合后形成的栅格数据系统如图 3所示。
叠加分类模型
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1 1 1
1 1 1
1 1 1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2 2
22
3
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1 1 1
1 1
1 1 1
3
A B C
D=A +B+C E=| A-B| F=D -E
本质是矩阵运算
成矿因素运算复合分析示意图
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应用：许多资源勘查的原始资料，
例如化探资料、矿化露头资料等
等，都是离散数据，容易转换成
栅格数据，因而便于栅格方式的
叠置分析。
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5）矢量数据空间分析
?缓冲区分析
?叠置分析
?网络分析
?地形,DEM分析
?多元回归分析
?趋势面分析等
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缓冲区分析 是根据应用目的，在空间数据库的
基础上自动建立有关点、线、面实体周围一定
范围的多边形缓冲区，用于表达某种因素的影
响范围。
点、线、面缓冲区分析
（ 1）缓冲区分析
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例如，在断层或构造线两侧划出缓冲区，分析
该缓冲区范围内所存在的矿点类型及其分布密
度，可以判断在离断层或构造线多远的距离内
成矿可能性最大；在边坡有滑塌危险矿坑，需
要根据观测结果划出一定的缓冲区，作为警戒
的指示。缓冲区分析涉及不同地理特征的空间
接近度或临近性问题，也涉及所形成的新多边
形数据层的存贮和管理问题。
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在进行成矿和成藏预测时，常常需要综合多种
空间信息和属性信息，要求空间信息子系统具
有把不同数据层的相关信息叠合起来，形成新
数据层的能力。
叠置分析 以叠加运算为基础，将同地区、同比
例尺的两组或多组资源体多边形要素的数据文
件进行叠加，然后根据两组多边形边界的交点
建立具有多重属性的新多边形，或者对新多边
形范围内的属性特征进行统计分析。
2)叠置分析
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叠
置
分
析
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?矢量数据的叠置分析实际上是一种空间关
系的 拓扑叠置分析 。 叠置可以是
?多边形对多边形的叠置
?线对多边形的叠置
?点对多边形的叠置
?多边形对点的叠置
?点对线的叠置
?不同数据层的矢量数据叠置之后, 必然产
生一些新的实体和新的拓扑关系 。 这些新的
实体和新的拓扑关系都可以通过叠加运算来
求得, 因此, 具有完整拓扑关系的矢量数据
层叠加后, 所得的结果也必然具有完整的拓
扑关系 。
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拓扑叠置还能够把不同数据层的同一实
体的属性合并到一起，实现特征属性在
空间上的连接。
矢量数据的叠置有主动层与被动层之分，
地位不同，叠置的结果也不同。例如，
点对多边形的叠置与多边形对点的叠置，
结果有显著的差别，不能混淆。
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多边形与多边形合成叠置的结果, 将产主
许多新的多边形, 并且使每个多边形内具有
两种以上的属性 。
例如，将一个描述 地域边界 的多边形数据
层叠置到一个描述 地层 的多边形数据层上，
可以得到用于显示 区域地层分布 的新的多边
形要素层；
将一个描述某种 物探异常 的多边形数据层
叠置到一个描述某种 化探异常 的多边形数据
层上，可以得到用于显示 区域成矿条件 的新
的多边形要素层。
A.多边形与多边形叠置
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多边形与多边形的叠置可以有 合并 (UNION)、
相交 (INTERSECT)、相减（ SUBSTRACTION）、
判别 (IDENTITY)等方式 。
它们的区别在于输出数据层中的要素不同：
合并 保留两个输入数据层中所有多边形；
相交 则保留公共区域；
相减 从一个数据层中剔除另一个数据层中的全部
区域；
判别 是将一个层作为模板，而将另一个输入层叠
置在它上面，落在模板层边界范围内的要素被保
留，落在模板层边界范围以外的要素将被剪切掉。
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线对多边形叠置的结果将生成一个新的线数
据层 。 新线数据层中的弧段将具有它们所在的
多边形的属性 。
例如, 断层 以线的形式存放在一个数据层中, 将它
与 地层多边形 数据层叠置后, 其结果能够用来决定
每条断层落在不同地层中的长度 。
线对多边形叠置的运算有 相交, 相减, 判别
等方式, 叠加运算结果分别是穿过多边形的要
素部分, 多边形以外的线要素, 被多边形切断
的所有线要素 (包括两个交点 )。
B.线对多边形叠置
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点对多边形叠置实质是计算多边形对点的包含
关系, 叠置结果将生成一个新的点数据层 。 该
新数据层内有一串带有附加属性的点要素, 即
点所在的多边形的属性被连接到点的属性中 。
例如, 露头地质点 的位置以点要素的形式存放在
一个数据层中, 地层分区 以多边形要素的形式存放
在另一个数据层中, 进行点对多边形叠置的结果便
可以确定露头地质点在各地层分区内的分布 。
点对多边形的叠加运算也可以有 相交, 相减,
判别等方式, 运算结果分别是落在多边形内的
点要素, 多边形以外的点要素, 所有点要素 。
C.点对多边形叠置
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多边形对点查加的结果是生成新
的多边形数据层, 但只保留那些
有点落在上面的多边形, 这种叠
置不作属性连接, 结果多边形的
属性和原始多边形相同 。
D.多边形对点叠置
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点对线叠置的结果生成新的点数据层，
保留所有的点要素。叠置时系统将自
动找到距离某点最近的线并计算出点
线间的距离，然后将线号和点线距离
记录到该点的属性中。
E.点对线叠置
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?地形起伏的空间连续变化可以用 数字高
程模型 (DEM） 来表达。在资源空间信息子
系统中，这种模型可以方便地用于地形的
定量化分析。
?空间信息子系统还提供建立 数字地形模
型 (DTM)的功能，可用于 生成三维景观、
分析地形特征、制做剖面图、计算工程方
量以及计算地表汇流面积等等。
3)地形分析
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?数字高程模型主要有 格网 DEM,不规则三角网 TIN
以及由两者混合组成的 DEM三种形式 。
?格网 DEM数据简单，容易管理，但格网高程是原始
采样点的派生值，内插过程将要损失高程的精度，
仅适合中小比例尺的 DEM的建立。
?TIN直接利用原始高程取样点重建表面，它能充分
利用地貌特征点、线，较好地表达复杂的自然资源
的地形特定，但 TIN存储量大，不便于大规模规范化
管理，同时难以与 GIS中的图形矢量数据或栅格数据
以及资源遥感影像数据进行联合分析和应用。
(1)数字高程模型的建立
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图 与正射航空影象合成后的三维图形
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纹理映射模型
按高程分层设色模型三维格网模型
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常用的地形分析包括如下几种：
,等高线分析
资源专业人员传统上观测资源体地形的主
要表示方法是采用等高线图，从等高线图
上能获知资源体地形的起伏程度，区域内
各部分的高程等等。等高线图可以从格网
DEM中获取，也可以在 TIN中生成。
(2)地形分析
利用 DEM 绘制等高线
26 24 23 24 28 35 32
34 38 35 34 40 43 32
31 43 48 47 52 41 30
26 36 47 59 44 35 27
31 43 48 37 30 22
27 37 43 34 23 16
111928253111 23
17
24
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,坡度坡向分析
建立了数字高程模型后，很容
易在格网内或三角形内计算资
源体坡度和坡向，派生出坡度
和坡向图供地形分析用。
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ARC/VIEW提取地面坡度图示例 ARC/VIEW提取地面坡向图示例
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,断面图分析
断面主要用于资源生产中的工程设计和
工程量算，资源人员可以在断面图上观
察某资源体剖面地形的起伏和计算剖面
面积。
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,地形表面面积和挖填方体积计算
以每个格网或每个三角形为基本单元，
根据资源体地形的起伏计算每个单元
的斜面面积，进而求的整个资源体数
字高程模型的表面面积。用户还可以
根据两个不同时期的数字高程模型计
算挖填方的体积和范围。
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?网络分析是根据网络拓扑关系 (线性实体之间，
线性实体与结点之间，结点与结点之间的联接、连
通关系 )，利用网络元素的空间数据和属性数据，
对网络的性能、特征进行各种分析和计算。
?网络分析模型通常用来研究工程施工中物资和能
量的流动、分配等，以 选择最佳路径、规划物资的
合理调运，确定工程中各项设施布局和服务范围。
?资源勘查中，可以分析金属成矿物质和油气的 运
聚路径,成矿流体活化的 集散度 及其在构造网络中
的 流量分配,还可以用来研究不同成矿模式所形成
的矿田、矿床和矿体的 布局 等。
4)网络分析
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在空间信息子系统中, 网络 专指由若干
线性实体通过交汇点联结而成的一类数据
实体 。
网络数据模型是真实世界中网络系统
(例如交通网、通迅网、地下管网、地表
水系、地壳断裂网络、地下矿液和油气输
导网络等 )的抽象表示。
(1)网络数据模型
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构成网络系统的最基本元素有两种,
即线性实体 (网线或链,link)及其联接
交汇点 (结点,node） 。
网线构成网络的骨架, 是系统中物质,
能量和信息传输的通道, 可以代表公路,
铁路, 航线, 水管, 煤气管, 河流, 断
层, 矿液或油气运移通道等等；
结点既是网线的端点, 又是网线的交
汇点, 可以表示交叉路口, 中转站, 河
流汇合点, 断层交汇点等等 。
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此外, 根据需要, 网络还可以设定若
干附属元素, 例如在路径分析中用来表
示途经资源装卸地点的站点 (stop),在
资源分配中用来表示资源发散或汇聚地
点的中心 (center）, 以及对资源传输
或通讯联络起阻断作用的障碍 (barrier)
等等 。 网络附属元素的分类和设定的不
同, 体现了空间信息系统的网络数据模
型的差异 。
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为了满足网络分析的需要, 网络系统
的网线和结点除自身的常规属性外, 通
常还要附带一些特殊的属性数据 。 例如,
用于路径分析和资源分配的网线数据,
应包含正反两个方向上的阻碍强度 (如
流动时间, 耗费等 )和资源需求量 (如学
生人数, 水流量, 成矿流体和油气运移
量等 ） ；与此相应, 该网络的结点数据
也应当包含资源需求量等 。
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在资源勘查与开发过程中, 经常使用的网络
分析功能包括：
路径分析
连通分析
资源分配
流分析
选址
(2)常用的网络分析
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?路径分析的核心是对最佳路径和最短
路径的求解。
?最佳路径 求解就是在指定网络中的两
结点间寻找一条阻碍强度最小的路径。
最佳路径的确定取决于网线和结点转角
的阻碍强度。
A.路径分析
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城市两点间最佳路径的选择示意图
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如果要寻找的是 最快的路径,阻碍
强度应当预先设定为通过网线或在结
点处转弯所花费的时间；如果要寻找
的是 费用最小的路径,阻碍强度应当
预先设定为费用；
如果要寻找的是 最短的路径,则网
线的阻碍强度都应当预先设定为网线
的长度。当网线在顺逆两个方向上的
阻碍强度都是该网线的长度，而结点
无转角数据或转角数据都是零时，最
佳路径就成为最短的路径。
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?有时候需要利用路径分析来求解最
佳游历方案，其中包括网线游历和结
点游历。
?网线游历方案求解,就是给定一个
网线集合和一个结点，分析由指定结
点出发至少经过每条网线一次而回到
起始结点的最佳路径，例如确定警察
巡查他所担任巡逻的各个街道的最佳
线路。
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?结点游历方案求解,则是给定一个
起始结点、一个终止结点和若干中间
结点，确定由起点出发遍历全部中间
结点而达终点的最佳路径。旅游公司
可以利用求解结果来确定最佳旅游路
线；而旅游者也可以利用求解结果来
确定遍访目标景点的最佳路径。
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?在分析金属成矿或油气成藏条件时, 常常需要弄
清从某一结点或网线出发能到达的全部结点或网线 。
?例如, 在分析油气二次运移时, 通常需要知道,
把所有砂体, 不整合面和成藏期活动的断层, 裂隙
带考虑在内, 烃类流体能否从源岩附近出发运送每
个圈闭 。 某些圈闭与排烃的源岩如果不在一个连通
分量之内, 那里就不可能有油气的聚集 。 这一类问
题称为连通分量求解 。
B.连通分析
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?另一类连通分析问题是最少费用连通方案的求
解问题, 例如, 公路部门拟修建足够数量的公路,
使某个县的几个乡镇直接或间接地相互连结, 如
何使费用最少呢？ 如果把每一条可能修建的公路
作为网线, 把相应的预算费用作为网线的耗费,
上述问题就转化为求一个网线集合, 使全部结点
连通且总耗费最少 。
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?资源分配是指为网络中的网线和结点
寻找最近 (按阻碍强度的大小确定 )的中
心 (资源发散或汇集地 )的分析方法 。
?例如, 为城市中和农村的每一个社区,
每一个村庄确定供水 (灌溉 )的水厂 (水
库 )和供电的变电站, 并模拟资源是如
何在中心 (水厂, 水库, 变电站等 )和它
周围的网线 (水管, 水渠, 线路等 ）,
结点 (社区, 村庄等 )间流动的；
C.资源分配
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?为每一个矿体或油气藏寻找矿质或油
气的来源，并模拟成矿流体和油气如何
在中心 (配矿构造或分异区 )和它周围的
网线 (断裂、通道等）、结点 (断层交叉
点、断层与输导层交叉处等 )间流动。
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?资源分配是沿最佳路径进行的。其要
领是：根据中心容量以及网线和结点的
需求，将网线和结点按最佳路径分配给
中心；当网络元素被依次分配给某个中
心后，该中心拥有的资源量就依网络元
素的需求而缩减，直至中心的资源耗尽。
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?所谓流, 是指将资源由一个地点运送
到另一个地点 。
?流分析的问题主要是按照某种最优化
标准 (时间最少, 费用最低, 路程最短
或运送量最大等 )设计运送方案 。
D.流分析
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?在进行流分析时，要根据最优化准则下的不
同扩充网络模型，把中心分为代表资源运送目
标点的 收货中心 和代表资源运送起始点的 发货
中心 。
?其中，发货中心的容量代表待运送资源量，
收货中心的容量代表所需要的资源量。与此同
时，网线的属性数据也要相应扩充，如果最优
化准则是运送量最大，就要补充定义网线的传
输能力；如果目标是使费用最低，则要为网线
补充定义传输单价 (在该网线上运送一个单位的
资源所需的费用 )。
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选址分析也是基于最佳路径和最短路径的一种求
解方法 。 在一般的城乡建设规划领域中, 选址功
能主要用于确定某一指定区域内的服务性设施位
置, 例如市郊商店区, 消防站, 工厂, 飞机场,
仓库等；而在资源勘查与开发领域, 除了确定服
务性设施位置之外, 还可用于确定某一矿区内优
先开发的矿体, 以及设计工业广场和矿井的最佳
位置 。
E.选址
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四、空间数据格式的转换标准
一般的 GIS数据格式是不公开的，
且不易为人工阅读。为了方便而高效地
实现空间数据间的传输和交换，必须有
一种统一的标准格式。但是，由于在以
GIS为核心的资源空间信息子系统内，
数据极为复杂且使用目的不同，同时更
由于提供源数据的各种系统、手段以及
人们的传统习惯乃至文化背景的差异，
这种统一的空间数据转换标准至今还没
有出现。
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这里仅介绍一些目前较为流行和公认的
转换标准，它形成基于这样的原则：
,充分考虑实际的或潜在的问题，为通
用的及重复性使用建立保障，在约定的
背景中达到最佳的次序, （ Arnold和
Dnce,1990）。总的来讲，当前的空间
数据转换标准 可分为 两大类,即 矢量标
准和栅格标准,这一点与前面介绍的矢
量数据及栅格数据相一致。
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1.矢量数据标准转换格式
1)NTF(National Traslation Format)格式
NTF即英国国家转换格式。 NTF已被 AGT(英
国地理学会 )挑选作为用于空间数据交换的
优选格式。许多人对 NTF感兴趣似乎来自于
这样一个事实，即该格式是英国测量局为
其所有数字产品选择的传送格式。 NTF近来
从版本 1.1(英国测量局,1989)到版本
2.0(美国标准研究所,1992)作了一次重大
的修订，使数据模型支持的范围扩大了。
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2)DXF格式
DXF(图形交换格式 )由 Autodesk公司
开发，用于其计算机辅助设计 (CAD)
软件包 AutoCAD。由于它在 CAD领域
内无所不及的影响，已被其它领域广
泛采用。
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DXF用于转换完全的图形信息和几何元
素 。 DXF包含所有的用于描述数据的线
型及颜色的定义、不同的文本类型、
通过数据分层描述的要素编码信息，
以及许多用于 Autocad的系统变量的定
义 (Autodesk,1992)。 DXF的缺陷是没
有描述拓扑关系 。
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2.栅格数据标准转换格式
在栅格数据中，仅存在一种可能的数据模
型，即由仅通过其几何位置表达其相互关
联的元素阵列组成。每一个元素可以附带
一值，该值可被用于解译和推断元素间的
关联。已经出现的常规标准有, 特征图像
文件格式, （ TIFF）,Postscript,,计
算机图形元文件, (CGM)和, 等弧秒栅格产
品标准, (ASRP)。
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1)TIFF格式
TIFF(特征图像文件格式 )是用于常规
目标空间数据的最为重要的栅格数据
转换标准,为 Aldus公司,Microsoft公
司和其它商业公司所共同开发。其第
一个正式版本于 1986年推出，后经几
次修改和扩充形成当前的版本 6.0。
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The end
THANKS
资 源 信 息 系 统
第五章 地矿空间信息子
系统设计与应用
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目 录
第二节 地矿空间数据编辑、处理与空间分析2
第一节 地矿空间信息子系统的结构与功能31
第三节 地矿空间数据库的应用设计与应用3
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第三节 空间数据编辑、处理与空间分析
?一、资源空间数据的编辑
?二、资源空间数据的类型转换
?三、空间数据的提取和空间分析
?四、空间数据格式的转换标准
本节提要
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引言
?空间信息子系统具备一系列功能强劲的应用
软件，其中包括空间数据编辑、提取、转换、
处理与空间分析。
?这些应用软件使得地矿勘查与开发人员能够
以一种全新的、综合的方法，来解决与地质
体或矿产资源的形成、演化、预测、评价及
其合理利用等方面的各种空间信息分析问题，
在实践中产生了巨大的效益。
?找矿在某种意义上成了找数据、找信息！
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GIS的功能 — 基本功能实现
文件图表 数据获取 原始数据
存储检索
空间查询
空间分析
数据编辑
投影变换
数据输出
制图、表格
交互展示
结构化数据
空间
数据库
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资源空间数据的编辑
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数据的价值
汽油 数据
以数据为处理线索
硬件 ∶ 软件 ∶ 数据 = 1∶ 2 ∶ 7
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一、地矿资源空间数据的编辑
?空间数据编辑是对各种来源的空间数据进行规范
和纠错，或者根据特定的专题处理要求将数据重
新组织和格式化的过程。
?无论用何种方法获取的原始数据，都可能存在着
? 采集过程引入错误
? 与使用格式不相适应
? 比例尺和投影不统一
? 图幅之间不匹配
? 数据冗余等问题
?必须通过对原始数据的提取、转换等处理，来使
存储的数据净化并符合规范化标准。
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常见数据输入错误
?图纸移动
?图纸变形
?制图误差
?数字化误差
?各种误差将影响到 GIS数据处理的各个环节
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制图误差
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图幅接边误差
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数字化误差
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1.数据采集过程引入错误的去除
?错误：空间点位和线段的丢失或重复、线段过长
或过短、区域中心识别码的遗漏，以及结点代码
和区域属性码不符合拓扑一致性要求
?查错方式：
? 目视检查，用以检查一些显著的错误，例如线段的丢失、
线段过长
? 机器检查，检查数据拓扑一致性的逻辑检验、将弧段连
接成多边形，以及进行数据容差的检查
? 图形检查 检查数字化结果与原图的吻合程度
1)数据编辑的查错方式与过程
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多工序编辑检查地矿资源空间数据的过程
是
多工序编辑检查
数字化数据输入
将数字化数据绘成图形
目视检查
将数字文件
重新绘成图
进行错误
的改正
返回数字
化
机器检查 图形检查
将数字文件
重新绘成图
将数字文件
重新绘成图
进行错
误的改正
进行错
误改正
转入
数据
库编
辑或
最终
检查
错误 错误 错误
可以改
正
可以改
正
可以改
正
否否
否 否 否
否
是是
是是
是
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2)拓扑关系建立与校正
?拓扑关系是空间实体之间的几何关系。建立拓扑
关系是 GIS与一般制图系统的主要区别之一。
?但在进行数据采集时，为了避免造成多边形共用
边的重复输入与拼合不准，我们并不单独输入描
述这个矿体的多边形，一般只将节点与弧段数字
化输入，然后建立拓扑关系，进而生成线状或面
状地物。
?交互式生成多边形拓扑结构
?全自动生成拓扑结构，
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3)图形编辑与纠错
?图形编辑包括图形参数编辑与图形几何数据编
辑。
?图形参数用于表征图形元素。如一条代表断层
的曲线，它的参数包括描述断层性质的线型和
线色、描述断层级别的线宽、描述断层赋存状
态的层号、属性代码；再如一个表示地层的多
边形，它的参数有表征地层岩性、时代等的填
充方式、填充图案类型、填充颜色、层号、属
性代码等。
?几何数据编辑，即空间位置的编辑
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5)属性数据编辑
?将一个地质体的属性数据连接到相应的几
何目标上，建立属性描述数据与几何图形
的联系，并使用图形编辑系统中属性数据
的编辑功能，编辑相应的属性数据。
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2.图幅数据的变换和匹配
?当使用数字化仪和扫描仪对地矿图件进行图数转换
时，由于数字化仪桌面坐标系与地矿图件直角坐标
系不一致，或者图纸变形等原因，所获得的数字化
坐标 (x,y)不可能与地图的真实坐标 (x,y)一致。
?有时，不同来源的地矿图件的地图投影及地理坐标
还可能有差异，地图比例尺之间、地图比例尺与数
字化仪的长度单位之间也可能不一致。
?为了获得与地图直角坐标一致的数据，也为了使不
同地图的投影坐标取得统一，必须对图幅内的图形
坐标数据进行变换，包括数字化坐标数据比例尺的
变换、变形误差的消除、投影类型的转换，以及坐
标的旋转和平移。
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(a) (b)
(c) (d)
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1)数字化坐标的变换
?设 XOY为地质图件直
角坐标系,XO’Y为数
字化仪坐标系，两坐
标系之间的坐标轴夹
角为 α,O’相对于 XOY
坐标系原点的平移距
离为 A0,B0，地质图
实际比例尺为 m，则
根据图形学原理，可
推导出变换公式
Y
y
X
x
Ao
o
Bo
o
a
O’
O
图 5-23 坐标变换原理
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2)地图投影的变换
?当系统使用的地矿资源空间数据取
自不同地图投影的图幅时，需要将
一种投影的数字化数据变换为所需
要投影的坐标数据，以便实现不同
比例尺地图的合成，以及跨分度带
的地图的拼接。
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地图投影
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投影变换
投影 A
（ x,y）
投影 B
（ X,Y）
正解变换：解析函数关系
X=f (x,y), Y=g( x,y )
反解变换：经纬度
B=f (x,y),L=g( x,y )
X=F(B,L),Y=G( B,L)
数值变换：数学方法
??
?
??
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
?
?
??
?
y
x
ba
ba
Y
X
nn ?
???
?11
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投影变换
墨卡特投影 摩尔魏特投影
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3)图形的缩放与旋转变换
?在进行图形分析和编辑时，为了观察和修
改的方便，人们常常需要将图形平移、放
大、缩小，甚至旋转到某一个新的角度。
?在 GIS中，图形的平移、放大、缩小和旋
转，是通过空间数据的拓扑运算来实现的。
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坐标变换
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橡皮板变换
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4)图幅数据边缘匹配
?为了将图幅的数据连接在一起，组成连续
统一的图幅数据，以便加入大型数据库或输
出拼接后的地矿图形，必须消除相邻图幅的
边缘部分由于种种原因造成的误差，包括同
一地质体的线段或弧的坐标数据不衔接、坐
标系统不一致和编码方法不一致，等等。
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边界匹配
?不同图幅的连
接
?自动、手工
数
字
化
边
界
调
整
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图幅的边沿匹配示意
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3.图形整饰 (制作图版 )
?为了制作正规的成果图，必须对图面进行整饰。生
成标准图廓、经纬线或方里网，制作拼图表、比例
尺、指北针以及图例、图注等。
?地矿资源图件的线型、符号种类繁多，需要加以规
范化、标准化。但为了补充实际应用的需要，地矿
资源空间信息子系统通常都提供自定义功能，让用
户根据需要制作一些特殊的图形符号、特殊线型、
填充花纹和调色板。
?用户可以用鼠标直接描绘，也可以通过组合原有的
符号来形成新符号，然后存入符号库中，供图件整
饰时使用。
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二、地矿资源空间数据类型的转换
?1.矢量数据的栅格化
?1.栅格数据的矢量化
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矢量到栅格转换
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栅格 -矢量转换过程
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空间数据提取 是指借助各种检索手
段将存储在空间数据库中的数据搜索出来，
并以屏幕显示、转存或打印形式加以表达
的一种操作。
空间分析 则是指对所提取的空间数据进行
拓扑运算、属性分析以及拓扑与属性联合
分析，具体地说，包括 地形分析 (DTM和
DEM)、空间特征的几何分析、网络分析、
叠置分析、缓冲区分析等。
三、空间数据的提取和空间分析
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空间数据的提取操作贯穿于 数据分
析, 数据处理和应用的全过程, 是资源
空间数据库管理系统的一种经常而重要
的工作形式 。
1.空间数据的提取 (查询 )
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空间数据提取包括 基本提取, 空间检索 和
布尔处理 等三种方式 。
基本提取 是指按照一般属性或常规窗口找
出所需空间数据的操作，而空间检索专指
按照范围限定条件找出所需空间数据的操
作。
1)空间数据的提取方式
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空间检索 需要先产生专门的查询窗，
然后与同一图幅的图形数据文件或多
幅图形的数据文件进行叠置，检索出
所需要的点、线、面等空间信息。
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空间检索的主要内容 包括：
①相邻分析检索,指采用相邻分析的技术方法，检索出
与某一已知空间实体有邻接关系的空间实体；
②相关分析检索,指凡是与查询窗有关的点、线、面状
空间实体都检索出来，而不论它们是整个地或局部地落
在这个窗内；
③叠置分析检索,指利用多边形叠置分析技术，来检索
落在窗口界线范围内的空间实体，而对落在窗口外的部
分则剪裁掉；
④边沿匹配检索,指应用边沿匹配处理技术，在多幅地
图的数据文件之间建立跨越图幅边界的多边形，并提取
与查询窗关联的图幅数据，再将这些数据自动地组织进
连续的窗口内。
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数据的查询检索 （据 Jack Dangermond,1984）
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布尔处理 是指根据用户规定的布尔标准或条件表达式
所进行的限定性的多重属性的查询和数量统计。
例如, 检索图斑面积大于 0.25平方公里的所有金矿分
布区,, 这是属于双重属性的布尔数据提取处理。
多数 GIS都提供如 SQL语言的信息查询提取方法。但要
在常用的数据库查询语言的基础上支持资源空间信息
查询提取，例如提取穿过一个矿床的断层、某断层两
侧 2公里内的所有矿点等，还需进行必要的扩充或重
新设计。
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图 3-17数据的布尔处理 （据 Jack Dangermond,1984）
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空间目标之间的拓扑关系有两种, 一种是
几何元素的节点, 弧段和面块之间的关联
关系, 用来描述几何元素之间的拓扑数据
结构；另一种是 GIS中资源实体之间的空
间拓扑关系, 一般通过关联关系和位置关
系来隐含表达, 并通过专门途径进行提取 。
2)拓扑空间的提取
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① 面与面关系,例如检索与某个面状资源
实体相邻的所有资源体 (图 3-18a）；
图 3-18a 拓扑关系查询
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② 线与线关系,例如检索所有与某一主
断层关联的次级断层 (图 3-18b)；
图 3-18b 拓扑关系查询
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③ 点与点关系,例如检索到某
矿点的距离小于 2公里的所有点
状资源体 (图 3-18c)；
图 3-18c 拓扑关系查询
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④ 线与面关系,例如检索某断层所
经过的所有矿床 (图 3-18d)，或检
索某矿区内所有断层 (图 3-18e)；
图 3-18d,e 拓扑关系查询
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⑤ 点与线关系,例如检索某
河流上的桥梁 (图 3-18f)；
图 3-18f 拓扑关系查询
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⑥ 点与面关系,例如检索某含矿地
层所有的矿床分布点 (图 3-18g)。
图 3-18g 拓扑关系查询
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GIS中的资源属性数据与空间数据都是
分层 存放的。
例如，矿产地质图的信息分为成矿有利
地层、含矿岩体、断层构造线、矿化点
等多个层次。如果我们要提取与成矿有
关的断层构造线，只需要检索断层构造
线这一层数据即可。
3)分层检索提取
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系统允许进行资源实体的图形和
属性的 双向交叉提取 。用户可以用光
标点屏幕上的图形，提取它的相关资
源属性数据；也可用光标指数据表格
中的数据项，在屏幕上显示该数据项
所关联的资源实体图形。
4)定位检索提取
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可在屏幕上指定一个矩形或任意
多边形，提取落在该区域内的所
有资源实体以及与它们相关的属
性。也可提取距离某个点、线、
面一定范围内的所有资源实体及
其相关属性。
5)区域检索提取
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可用数据项与运算符组成的条件表达
式检索资源实体与属性 。 这些运算符
号可以是 +,-,×, ≥, ≤, >,=、
<等 。 例如, 给定条件 （ 面积 >100）
&&（ 地层代号 ==“Pt2”）, 我们可以
检索出满足面积大于 100,而且地层
代号为 Pt2的所有相应资源实体 。
6)条件检索提取
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空间信息子系统拥有 强大的空间分析功能,
为资源勘查和开发人员提供了多种分析问
题和解决问题的有效手段。在实际操作中，
空间运算、查询和分析往往是同时进行的,
相互之间没有严格的区别。
2.空间分析
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空间分析是 GIS区别与其他信息系统的标志，是 GIS技术的一个
主要发展方向：管理型向分析决策型转变。
?1）定义：空间分析是基于地理
对象的位置和形态特征的空间数
据分析技术，其目的在于提取和
传输空间信息。
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?空间分析的主要内容
?空间位置,借助于空间坐标系传递空间对象的定
位信息，是空间对象表述的研究基础，即投影与
转换理论。
?空间分布,同类空间对象的群体定位信息，包括
分布、趋势、对比等内容。
?空间形态,空间对象的几何形态
?空间距离,空间物体的接近程度
?空间关系,空间对象的相关关系，包括拓扑、方
位、相似、相关等。
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?基本空间分析技术
?空间查询与量算
?空间变换
?再分类
?缓冲区分析
?叠置分析
?网络分析
?空间插值
?空间统计分析
?数字高程模型与数字地形分析
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2）空间查询与空间量算
?什么是空间查询
?空间查询是空间分析基础，任何空间分析都
开始于空间查询。
?回答用户的简单问题
?不改变空间数据库数据
?不产生新的空间实体和数据
?空间查询技术由简单到复杂
?几何量算：空间对象的几何特征描述
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空间查询：方式、内容与结果
方 式 内 容 结 果
几何查询
属性查询
临近空间对象
与属性
高亮度显示
拓扑查询
SQL查询
空间对象分布
空间关系
空间对象与属性
属性列表
统计地图
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几何查询：点
鼠标选
取此点 查询结果
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几何查询：线
查询线
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几何查询：面
鼠标选
取此面
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属性查询：属性对应的空间位置分布
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属性查询,SQL查询
条件：面积大于 2000平方公里且每平方公里人口大于 100的地区
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空间查询：扩展 SQL查询
图形与属性的联合查询。
条件：长江三峡地区长江流域人口大于 70万的县、市地区
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空间查询：空间关系查询
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3）空间量算
?几何量算
?形状量算
?距离量算
?质心量算
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空间量算：几何量算
?含义：
?点,0维，坐标
?线,1维，长度、曲率、方向
?面,2维，面积、周长等
?体,3维，表面积、体积等
?线长度计算
?矢量：两点之间的直线距离，复合线段累加求和
?栅格：网格数目累加
?面积计算
?矢量：几何交叉求积（坐标法）
?栅格：相同属性值的格网数目与格网面积的乘积
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空间量算：质心量算
?定义,目标的半径位置或保持均匀的平衡点，一般为
多边形的几何中心或质心。
?计算公式：
i为离散目标,w为权重,x,y为目标坐标
?应用
?跟踪某些地理分布的变化，如人口变迁、土地类型变
化等。
?简化复杂目标的模型建立等
?
?
?
? ??
i
ii
G
i
ii
G
w
yw
Y
w
xw
X
资源信息系统China University of Geosciences
空间量算：距离量算
?含义：
?距离描述了空间对象之间的接近程度。
?地理空间上的距离所描述的对象一定发生在地理
空间上。
?距离的定义与度量空间和空间匀质性是相关的，
不同的度量空间和介质空间，距离定义不同
?不同的距离有不同的特性，距离的定义是由应用
决定的，可根据需要重新定义距离。
?在非匀质空间，距离定义不仅仅是表达是上的变
化，而且还具有研究区域上的变化，这时的距离
计算一般在多边形范围内按一定算法进行。
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n 维匀质空间广义距离公式
qn
l
qij x ljx liqd
/1
1
)()( ??
?
?
???
? ?? ?
?
jijiij yyxxd ????
? ? 6.0/16.06.0 )()( jijiij xxxxd ????
22 )()( jijiij yyxxd ????
j(xj,yj)i(xi,yi)
i
j
i
j
距
离
计
算
公
式 n 维非匀质空间距离计算
q=0.6,非殴氏距离
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空间量算：形状量算
基本考虑：空间完整性、多边形形状特征
圆
U=1APU ?2?
U>1
膨胀型
U<1
紧缩型
形状特征描述参数
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4）栅格数据空间分析
?栅格数据由于其自身数据结构的特点，在数
据处理与分析中通常使用线性代数的二维数字
矩阵分析法作为数据分析的数学基础。因此，
具有自动分析处理较为简单，而且分析处理模
式化很强的特征。
?一般来说，栅格数据的分析处理方法可以概
括为聚类聚合分析、多层面复合叠置分析、窗
口分析及追踪分析等几种基本的分析模型类型。
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（ 1）栅格数据的聚类分析
（ a） 栅格数据系统样图 (b) 提取要素, 2”的聚类结果
栅格数据的聚类是根据设定的聚类条件对原有数据系统进
有选择的信息提取而建立新的栅格数据系统的方法。
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（ 2）聚合分析（地图综合）
栅格数据的聚合分析是指根据空间分辨力和分类表，进行数据类
型的合并或转换以实现空间地域的兼并。
空间聚合的结果往往将较复杂的类别转换为较简单的类别，并且
常以较小比例尺的图形输出。当从地点、地区到大区域的制图综合
变换时常需要使用这种分析处理方法。对于图 1，如给定聚合的标
准为 1,2类合并为 b,3,4类合并为 a，则聚合后形成的栅格数据系
统如图 2所示,如给定聚合的标准为 2,3类合并为 c,1,4类合并为 d，
则聚合后形成的栅格数据系统如图 3所示。
叠加分类模型
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1 1 1
1 1 1
1 1 1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2 2
22
3
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1 1 1
1 1
1 1 1
3
A B C
D=A +B+C E=| A-B| F=D -E
本质是矩阵运算
成矿因素运算复合分析示意图
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应用：许多资源勘查的原始资料，
例如化探资料、矿化露头资料等
等，都是离散数据，容易转换成
栅格数据，因而便于栅格方式的
叠置分析。
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5）矢量数据空间分析
?缓冲区分析
?叠置分析
?网络分析
?地形,DEM分析
?多元回归分析
?趋势面分析等
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缓冲区分析 是根据应用目的，在空间数据库的
基础上自动建立有关点、线、面实体周围一定
范围的多边形缓冲区，用于表达某种因素的影
响范围。
点、线、面缓冲区分析
（ 1）缓冲区分析
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例如，在断层或构造线两侧划出缓冲区，分析
该缓冲区范围内所存在的矿点类型及其分布密
度，可以判断在离断层或构造线多远的距离内
成矿可能性最大；在边坡有滑塌危险矿坑，需
要根据观测结果划出一定的缓冲区，作为警戒
的指示。缓冲区分析涉及不同地理特征的空间
接近度或临近性问题，也涉及所形成的新多边
形数据层的存贮和管理问题。
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在进行成矿和成藏预测时，常常需要综合多种
空间信息和属性信息，要求空间信息子系统具
有把不同数据层的相关信息叠合起来，形成新
数据层的能力。
叠置分析 以叠加运算为基础，将同地区、同比
例尺的两组或多组资源体多边形要素的数据文
件进行叠加，然后根据两组多边形边界的交点
建立具有多重属性的新多边形，或者对新多边
形范围内的属性特征进行统计分析。
2)叠置分析
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叠
置
分
析
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?矢量数据的叠置分析实际上是一种空间关
系的 拓扑叠置分析 。 叠置可以是
?多边形对多边形的叠置
?线对多边形的叠置
?点对多边形的叠置
?多边形对点的叠置
?点对线的叠置
?不同数据层的矢量数据叠置之后, 必然产
生一些新的实体和新的拓扑关系 。 这些新的
实体和新的拓扑关系都可以通过叠加运算来
求得, 因此, 具有完整拓扑关系的矢量数据
层叠加后, 所得的结果也必然具有完整的拓
扑关系 。
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拓扑叠置还能够把不同数据层的同一实
体的属性合并到一起，实现特征属性在
空间上的连接。
矢量数据的叠置有主动层与被动层之分，
地位不同，叠置的结果也不同。例如，
点对多边形的叠置与多边形对点的叠置，
结果有显著的差别，不能混淆。
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多边形与多边形合成叠置的结果, 将产主
许多新的多边形, 并且使每个多边形内具有
两种以上的属性 。
例如，将一个描述 地域边界 的多边形数据
层叠置到一个描述 地层 的多边形数据层上，
可以得到用于显示 区域地层分布 的新的多边
形要素层；
将一个描述某种 物探异常 的多边形数据层
叠置到一个描述某种 化探异常 的多边形数据
层上，可以得到用于显示 区域成矿条件 的新
的多边形要素层。
A.多边形与多边形叠置
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多边形与多边形的叠置可以有 合并 (UNION)、
相交 (INTERSECT)、相减（ SUBSTRACTION）、
判别 (IDENTITY)等方式 。
它们的区别在于输出数据层中的要素不同：
合并 保留两个输入数据层中所有多边形；
相交 则保留公共区域；
相减 从一个数据层中剔除另一个数据层中的全部
区域；
判别 是将一个层作为模板，而将另一个输入层叠
置在它上面，落在模板层边界范围内的要素被保
留，落在模板层边界范围以外的要素将被剪切掉。
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线对多边形叠置的结果将生成一个新的线数
据层 。 新线数据层中的弧段将具有它们所在的
多边形的属性 。
例如, 断层 以线的形式存放在一个数据层中, 将它
与 地层多边形 数据层叠置后, 其结果能够用来决定
每条断层落在不同地层中的长度 。
线对多边形叠置的运算有 相交, 相减, 判别
等方式, 叠加运算结果分别是穿过多边形的要
素部分, 多边形以外的线要素, 被多边形切断
的所有线要素 (包括两个交点 )。
B.线对多边形叠置
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点对多边形叠置实质是计算多边形对点的包含
关系, 叠置结果将生成一个新的点数据层 。 该
新数据层内有一串带有附加属性的点要素, 即
点所在的多边形的属性被连接到点的属性中 。
例如, 露头地质点 的位置以点要素的形式存放在
一个数据层中, 地层分区 以多边形要素的形式存放
在另一个数据层中, 进行点对多边形叠置的结果便
可以确定露头地质点在各地层分区内的分布 。
点对多边形的叠加运算也可以有 相交, 相减,
判别等方式, 运算结果分别是落在多边形内的
点要素, 多边形以外的点要素, 所有点要素 。
C.点对多边形叠置
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多边形对点查加的结果是生成新
的多边形数据层, 但只保留那些
有点落在上面的多边形, 这种叠
置不作属性连接, 结果多边形的
属性和原始多边形相同 。
D.多边形对点叠置
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点对线叠置的结果生成新的点数据层，
保留所有的点要素。叠置时系统将自
动找到距离某点最近的线并计算出点
线间的距离，然后将线号和点线距离
记录到该点的属性中。
E.点对线叠置
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?地形起伏的空间连续变化可以用 数字高
程模型 (DEM） 来表达。在资源空间信息子
系统中，这种模型可以方便地用于地形的
定量化分析。
?空间信息子系统还提供建立 数字地形模
型 (DTM)的功能，可用于 生成三维景观、
分析地形特征、制做剖面图、计算工程方
量以及计算地表汇流面积等等。
3)地形分析
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?数字高程模型主要有 格网 DEM,不规则三角网 TIN
以及由两者混合组成的 DEM三种形式 。
?格网 DEM数据简单，容易管理，但格网高程是原始
采样点的派生值，内插过程将要损失高程的精度，
仅适合中小比例尺的 DEM的建立。
?TIN直接利用原始高程取样点重建表面，它能充分
利用地貌特征点、线，较好地表达复杂的自然资源
的地形特定，但 TIN存储量大，不便于大规模规范化
管理，同时难以与 GIS中的图形矢量数据或栅格数据
以及资源遥感影像数据进行联合分析和应用。
(1)数字高程模型的建立
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图 与正射航空影象合成后的三维图形
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纹理映射模型
按高程分层设色模型三维格网模型
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常用的地形分析包括如下几种：
,等高线分析
资源专业人员传统上观测资源体地形的主
要表示方法是采用等高线图，从等高线图
上能获知资源体地形的起伏程度，区域内
各部分的高程等等。等高线图可以从格网
DEM中获取，也可以在 TIN中生成。
(2)地形分析
利用 DEM 绘制等高线
26 24 23 24 28 35 32
34 38 35 34 40 43 32
31 43 48 47 52 41 30
26 36 47 59 44 35 27
31 43 48 37 30 22
27 37 43 34 23 16
111928253111 23
17
24
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,坡度坡向分析
建立了数字高程模型后，很容
易在格网内或三角形内计算资
源体坡度和坡向，派生出坡度
和坡向图供地形分析用。
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ARC/VIEW提取地面坡度图示例 ARC/VIEW提取地面坡向图示例
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,断面图分析
断面主要用于资源生产中的工程设计和
工程量算，资源人员可以在断面图上观
察某资源体剖面地形的起伏和计算剖面
面积。
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,地形表面面积和挖填方体积计算
以每个格网或每个三角形为基本单元，
根据资源体地形的起伏计算每个单元
的斜面面积，进而求的整个资源体数
字高程模型的表面面积。用户还可以
根据两个不同时期的数字高程模型计
算挖填方的体积和范围。
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?网络分析是根据网络拓扑关系 (线性实体之间，
线性实体与结点之间，结点与结点之间的联接、连
通关系 )，利用网络元素的空间数据和属性数据，
对网络的性能、特征进行各种分析和计算。
?网络分析模型通常用来研究工程施工中物资和能
量的流动、分配等，以 选择最佳路径、规划物资的
合理调运，确定工程中各项设施布局和服务范围。
?资源勘查中，可以分析金属成矿物质和油气的 运
聚路径,成矿流体活化的 集散度 及其在构造网络中
的 流量分配,还可以用来研究不同成矿模式所形成
的矿田、矿床和矿体的 布局 等。
4)网络分析
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在空间信息子系统中, 网络 专指由若干
线性实体通过交汇点联结而成的一类数据
实体 。
网络数据模型是真实世界中网络系统
(例如交通网、通迅网、地下管网、地表
水系、地壳断裂网络、地下矿液和油气输
导网络等 )的抽象表示。
(1)网络数据模型
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构成网络系统的最基本元素有两种,
即线性实体 (网线或链,link)及其联接
交汇点 (结点,node） 。
网线构成网络的骨架, 是系统中物质,
能量和信息传输的通道, 可以代表公路,
铁路, 航线, 水管, 煤气管, 河流, 断
层, 矿液或油气运移通道等等；
结点既是网线的端点, 又是网线的交
汇点, 可以表示交叉路口, 中转站, 河
流汇合点, 断层交汇点等等 。
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此外, 根据需要, 网络还可以设定若
干附属元素, 例如在路径分析中用来表
示途经资源装卸地点的站点 (stop),在
资源分配中用来表示资源发散或汇聚地
点的中心 (center）, 以及对资源传输
或通讯联络起阻断作用的障碍 (barrier)
等等 。 网络附属元素的分类和设定的不
同, 体现了空间信息系统的网络数据模
型的差异 。
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为了满足网络分析的需要, 网络系统
的网线和结点除自身的常规属性外, 通
常还要附带一些特殊的属性数据 。 例如,
用于路径分析和资源分配的网线数据,
应包含正反两个方向上的阻碍强度 (如
流动时间, 耗费等 )和资源需求量 (如学
生人数, 水流量, 成矿流体和油气运移
量等 ） ；与此相应, 该网络的结点数据
也应当包含资源需求量等 。
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在资源勘查与开发过程中, 经常使用的网络
分析功能包括：
路径分析
连通分析
资源分配
流分析
选址
(2)常用的网络分析
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?路径分析的核心是对最佳路径和最短
路径的求解。
?最佳路径 求解就是在指定网络中的两
结点间寻找一条阻碍强度最小的路径。
最佳路径的确定取决于网线和结点转角
的阻碍强度。
A.路径分析
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城市两点间最佳路径的选择示意图
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如果要寻找的是 最快的路径,阻碍
强度应当预先设定为通过网线或在结
点处转弯所花费的时间；如果要寻找
的是 费用最小的路径,阻碍强度应当
预先设定为费用；
如果要寻找的是 最短的路径,则网
线的阻碍强度都应当预先设定为网线
的长度。当网线在顺逆两个方向上的
阻碍强度都是该网线的长度，而结点
无转角数据或转角数据都是零时，最
佳路径就成为最短的路径。
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?有时候需要利用路径分析来求解最
佳游历方案，其中包括网线游历和结
点游历。
?网线游历方案求解,就是给定一个
网线集合和一个结点，分析由指定结
点出发至少经过每条网线一次而回到
起始结点的最佳路径，例如确定警察
巡查他所担任巡逻的各个街道的最佳
线路。
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?结点游历方案求解,则是给定一个
起始结点、一个终止结点和若干中间
结点，确定由起点出发遍历全部中间
结点而达终点的最佳路径。旅游公司
可以利用求解结果来确定最佳旅游路
线；而旅游者也可以利用求解结果来
确定遍访目标景点的最佳路径。
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?在分析金属成矿或油气成藏条件时, 常常需要弄
清从某一结点或网线出发能到达的全部结点或网线 。
?例如, 在分析油气二次运移时, 通常需要知道,
把所有砂体, 不整合面和成藏期活动的断层, 裂隙
带考虑在内, 烃类流体能否从源岩附近出发运送每
个圈闭 。 某些圈闭与排烃的源岩如果不在一个连通
分量之内, 那里就不可能有油气的聚集 。 这一类问
题称为连通分量求解 。
B.连通分析
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?另一类连通分析问题是最少费用连通方案的求
解问题, 例如, 公路部门拟修建足够数量的公路,
使某个县的几个乡镇直接或间接地相互连结, 如
何使费用最少呢？ 如果把每一条可能修建的公路
作为网线, 把相应的预算费用作为网线的耗费,
上述问题就转化为求一个网线集合, 使全部结点
连通且总耗费最少 。
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?资源分配是指为网络中的网线和结点
寻找最近 (按阻碍强度的大小确定 )的中
心 (资源发散或汇集地 )的分析方法 。
?例如, 为城市中和农村的每一个社区,
每一个村庄确定供水 (灌溉 )的水厂 (水
库 )和供电的变电站, 并模拟资源是如
何在中心 (水厂, 水库, 变电站等 )和它
周围的网线 (水管, 水渠, 线路等 ）,
结点 (社区, 村庄等 )间流动的；
C.资源分配
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?为每一个矿体或油气藏寻找矿质或油
气的来源，并模拟成矿流体和油气如何
在中心 (配矿构造或分异区 )和它周围的
网线 (断裂、通道等）、结点 (断层交叉
点、断层与输导层交叉处等 )间流动。
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?资源分配是沿最佳路径进行的。其要
领是：根据中心容量以及网线和结点的
需求，将网线和结点按最佳路径分配给
中心；当网络元素被依次分配给某个中
心后，该中心拥有的资源量就依网络元
素的需求而缩减，直至中心的资源耗尽。
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?所谓流, 是指将资源由一个地点运送
到另一个地点 。
?流分析的问题主要是按照某种最优化
标准 (时间最少, 费用最低, 路程最短
或运送量最大等 )设计运送方案 。
D.流分析
资源信息系统China University of Geosciences
?在进行流分析时，要根据最优化准则下的不
同扩充网络模型，把中心分为代表资源运送目
标点的 收货中心 和代表资源运送起始点的 发货
中心 。
?其中，发货中心的容量代表待运送资源量，
收货中心的容量代表所需要的资源量。与此同
时，网线的属性数据也要相应扩充，如果最优
化准则是运送量最大，就要补充定义网线的传
输能力；如果目标是使费用最低，则要为网线
补充定义传输单价 (在该网线上运送一个单位的
资源所需的费用 )。
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选址分析也是基于最佳路径和最短路径的一种求
解方法 。 在一般的城乡建设规划领域中, 选址功
能主要用于确定某一指定区域内的服务性设施位
置, 例如市郊商店区, 消防站, 工厂, 飞机场,
仓库等；而在资源勘查与开发领域, 除了确定服
务性设施位置之外, 还可用于确定某一矿区内优
先开发的矿体, 以及设计工业广场和矿井的最佳
位置 。
E.选址
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四、空间数据格式的转换标准
一般的 GIS数据格式是不公开的，
且不易为人工阅读。为了方便而高效地
实现空间数据间的传输和交换，必须有
一种统一的标准格式。但是，由于在以
GIS为核心的资源空间信息子系统内，
数据极为复杂且使用目的不同，同时更
由于提供源数据的各种系统、手段以及
人们的传统习惯乃至文化背景的差异，
这种统一的空间数据转换标准至今还没
有出现。
资源信息系统China University of Geosciences
这里仅介绍一些目前较为流行和公认的
转换标准，它形成基于这样的原则：
,充分考虑实际的或潜在的问题，为通
用的及重复性使用建立保障，在约定的
背景中达到最佳的次序, （ Arnold和
Dnce,1990）。总的来讲，当前的空间
数据转换标准 可分为 两大类,即 矢量标
准和栅格标准,这一点与前面介绍的矢
量数据及栅格数据相一致。
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1.矢量数据标准转换格式
1)NTF(National Traslation Format)格式
NTF即英国国家转换格式。 NTF已被 AGT(英
国地理学会 )挑选作为用于空间数据交换的
优选格式。许多人对 NTF感兴趣似乎来自于
这样一个事实，即该格式是英国测量局为
其所有数字产品选择的传送格式。 NTF近来
从版本 1.1(英国测量局,1989)到版本
2.0(美国标准研究所,1992)作了一次重大
的修订，使数据模型支持的范围扩大了。
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2)DXF格式
DXF(图形交换格式 )由 Autodesk公司
开发，用于其计算机辅助设计 (CAD)
软件包 AutoCAD。由于它在 CAD领域
内无所不及的影响，已被其它领域广
泛采用。
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DXF用于转换完全的图形信息和几何元
素 。 DXF包含所有的用于描述数据的线
型及颜色的定义、不同的文本类型、
通过数据分层描述的要素编码信息，
以及许多用于 Autocad的系统变量的定
义 (Autodesk,1992)。 DXF的缺陷是没
有描述拓扑关系 。
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2.栅格数据标准转换格式
在栅格数据中，仅存在一种可能的数据模
型，即由仅通过其几何位置表达其相互关
联的元素阵列组成。每一个元素可以附带
一值，该值可被用于解译和推断元素间的
关联。已经出现的常规标准有, 特征图像
文件格式, （ TIFF）,Postscript,,计
算机图形元文件, (CGM)和, 等弧秒栅格产
品标准, (ASRP)。
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1)TIFF格式
TIFF(特征图像文件格式 )是用于常规
目标空间数据的最为重要的栅格数据
转换标准,为 Aldus公司,Microsoft公
司和其它商业公司所共同开发。其第
一个正式版本于 1986年推出，后经几
次修改和扩充形成当前的版本 6.0。
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The end
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