有限元法基础讲稿-第14讲

第一篇：有限元法基础讲稿-第14讲

青岛大学讲稿

讲

授

内

容

备

注 第10讲(第17周)4.1 结构动力学问题有限元方法

动力学问题在国民经济和科学技术的发展中有着广泛的应用领域。最经常遇到的是结构动力学问题，它有两类研究对象：一类是在运动状态下工作的机械或结构，例如高速旋转的电机、汽轮机、离心压缩机，往复运动的内燃机、冲压机床，以及高速运行的车辆、飞行器等，它们承受着本身惯性及与周围介质或结构相互作用的动力载荷。如何保证它们运行的平稳性及结构的安全性，是极为重要的研究课题。另一类是承受动力载荷作用的工程结构，例如建于地面的高层建筑和厂房，石化厂的反应塔和管道，核电站的安全壳和热交换器，近海工程的海洋石油平台等，它们可能承受强风、水流、地震以及波浪等各种动力载荷的作用。这些结构的破裂、倾覆和垮塌等破坏事故的发生，将给人民的生命财产造成巨大的损失。正确分析和设计这类结构，在理论和实际上也都是具有意义的课题。

动力学研究的另一重要领域是波在介质中的传播问题。它是研究短暂作用于介质边界或内部的载荷所引起的位移和速度的变化，如何在介质中向周围传播，以及在界面上如何反射、折射等的规律。它的研究在结构的抗震设计、人工地震勘探、无损探伤等领域都有广泛的应用背景，因此也是近20多年一直受到工程和科技界密切关注的课题。

现在应用有限单元法和高速电子计算机，已经可以比较正确地进行各种复杂结构的动力计算，本章阐明如何应用有限单元法进行动力分析。

4.1.1 运动方程

结构离散化以后，在运动状态中各节点的动力平衡方程如下

Fi +Fd +P(t)=Fe

(2-2-1)

式中：Fi、Fd、P(t)分别为惯性力、阻尼力和动力荷载，均为向量；Fe为弹性力。

弹性力向量可用节点位移δ和刚度矩阵K表示如下

Fe =K δ

式中：刚度矩阵K的元素Kij为节点j的单位位移在节点i引起的弹性力。

根据达朗贝尔原理，可利用质量矩阵M和节点加速度下

FiMδt22δt22表示惯性力如

式中：质量矩阵的元素Mij为节点j的单位加速度在节点i引起的惯性力。

设结构具有粘滞阻尼，可用阻尼矩阵C和节点速度

FdCδt2δt表示阻尼力如下

式中：阻尼矩阵的元素Cij为节点j的单位速度在节点i引起的阻尼力。

将各力代入式(2-2-1)，得到运动方程如下

Mδt22CδtKδP(t)

(2-2-2)

记

δ，δδ δ2tt2则运动方程可写成

C δK δP(t)

(2-2-3)M δ，结构各节点的在地震时，设地面加速度为a，结构相对于地面的加速度为δ，在计算惯性力时须用它代替式(2-2-3)中的δ。至于弹性力实际加速度等于a+δ，与地和阻尼力，则分别取决于结构的应变和应变速率，即取决于位移δ和速度δ面加速度无关。

2.2.2 质量矩阵

下面用m表示单元质量矩阵，M表示整体质量矩阵。求出单元质量矩阵后，进行适当的组合即可得到整体质量矩阵。组合方法与由单元刚度矩阵求整体刚度矩阵时相似。

在动力计算中可采用两种质量矩阵，即协调质量矩阵和集中质量矩阵。1.协调质量矩阵

从运动的结构中取出一个微小部分，根据达朗贝尔原理，在它的单位体积上作用的惯性力为

pirt22

式中：ρ为材料的密度。

在对结构进行离散化以后，取出一个单元，并采用如下形式的位移函数

rN δ

e则

piNδt22e

再利用荷载移置的一般公式求得作用于单元节点上的惯性力为

FieNTpidVNNdVTδt22e

即

ee Fimδ可见，单元质量矩阵为

mNNdV

(2-2-4)

T如此计算单元质量矩阵，单元的动能和位能是互相协调的，因此叫做协调质量矩阵。

2.集中质量矩阵

假定单元的质量集中在它的节点上，质量的平移和转动可同样处理。这样得到的质量矩阵是对角线矩阵。

单元集中质量矩阵定义如下：

mdV

(2-2-5)

T式中，为函数i的矩阵，i在分配给节点i的区域内取l，在域外取0。

由于分配给各节点的区域不能交错，所以由上式计算的质量矩阵是对角线的。

3.平面等应变三角形单元集中质量矩阵与协调质量矩阵

设单元重量为W，将它3等分，分配给每一节点，得到单元集中质量矩阵如下

10W0m3g00***0100000010000 001

(2-2-6)

单元协调质量矩阵为

1201W4m3g0140******140120014014012

(2-2-7)

在单元数目相同的条件下，两种质量矩阵给出的计算精度是相差不多的。集中质量矩阵不但本身易于计算，而且由于它是对角线矩阵，可使动力计算简化很 3 多。对于某些问题，如梁、板、壳等。由于可省去转动惯性项，运动方程的自由度数量可显著减少。当采用高次单元时，推导集中质量矩阵是困难的。另外，只要离散化时保持了单元之间的连续性，由协调质量矩阵算得的频率代表结构真实自振频率的上限。

2.2.3 阻尼矩阵

如前所述，结构的质量矩阵[M]和刚度矩阵[K]是由单元质量矩阵[m]和单元刚度矩阵[M]e经过集合而建立起来的。相对来说，阻尼问题比较复杂，结构的阻尼矩阵[C]不是由单元阻尼矩阵经过集合而得到的，而是根据已有的实测资料，由振动过程中结构整体的能量消耗来决定阻尼矩阵的近似值。

1.单自由度体系的阻尼

单自由度体系的自由振动方程为

ck0 m式中：m为质量；c为阻尼系数；k为刚度系数；δ为变位。

上式两边除以m后得到

20 2其中，频率）。

ζ称为阻尼比，ω为体系的自振频率（角k/m，c/2m，设初始条件为：当t＝0时，δ＝δ0，＝v0，符合这些初始条件的解为

expt0cosdtv00d2sindt

(2-2-8)

d1

体系的自振频率为ωd，其振幅随着时间而逐渐衰减。

根据实测资料，大多数结构的阻尼比都是很小的数，较多为ζ=0.01～0.10，一般都小于0.20。可见，阻尼对自振频率的影响是很小的，通常可取ωd＝ω。

2.多自由度体系的阻尼

如果假定阻尼力正比于质点运动速度，从运动的结构中取出一微小部分，在它的单位体积上作用的阻尼力为

pdte rNδ式中：α为比例常数；ρ为材料密度；N为形函数。

利用荷载移置的一般公式求得作用于单元e的节点上的阻尼力如下

FdeNTpddVe NNdVδT即

ee FdC δ 4 而

CNNdVm

(2-2-9)

T可见，此时单元阻尼矩阵正比于单元质量矩阵。如果假定阻尼力正比于应变速度，则阻尼应力可表为

ζdDεte DBδ所以作用于单元e的节点上的阻尼力为

FedBTδddVBTeC δe DBdVδ其中

CBTeKe

(2-2-10)DBdVδ可见，此时单元阻尼矩阵正比于单元刚度矩阵K e。

前面已经说过，通常是根据实测资料，由振动过程中结构整体的能量消耗来决定阻尼的近似值，因此不是计算单元阻尼矩阵，而直接计算结构的整体阻尼矩阵C。一般采用如下的线性关系，并称为瑞利(Rayleigh)阻尼，即

CMK

(2-2-11)

其中的系数α和β根据实测资料决定。

现在说明如何计算α和β。设φi和φj为两个振型。对式(2-2-11)的两边先后乘以φi，再前乘以φT得到 jφjCφiφjMφiφjKφi

(2-2-12)

TTT根振型正交性再由式(2-2-12)得到

φjCφi0φjCφiTT2jm pjij ij其中

mpjφjMφj

T令

则

2j2jj

(2-2-13)

φjCφj2jjmpj

T由式（2-2-13）得到

j2j2j

(2-2-14)

实测两个阻尼比即可求解α与β。

结构动力学方程主要采用振型叠加法和直接积分法。前者用到振型正交条件，但不同的振型之间不能解耦时（在结构与地基的相互作用问题中，地基的阻尼往

往大于结构本身的阻尼，对于结构和地基应分别给以不同的α与β值），应采用直接积分法求解。

2.2.4 结构自振频率与振型

在式(2-2-3)中，令P(t)＝0，得到自由振动方程。在实际工程中，阻尼对结构自振频率和振型的影响不大，因此可进一步忽略阻尼力，得到无阻尼自由振动的运动方程

0

(2-2-15)K δM δ设结构作下述简谐运动

δφcost

把上式代人式(2-2-15)，可得到齐次方程

(KM)φ0

(2-2-16)

2在自由振动时，结构中各节点的振幅{Ф}不全为零，所以结构自振频率方程为

KM0

(2-2-17)

结构的刚度矩阵[K]和质量矩阵[M]都是n阶方阵，其中n是节点自由度的数目，所以上式是关于ω2的n次代数方程，由此可求出结构的自振频率

ω1≤ω2≤ω3≤…≤ωn

对于每个自振频率，由式(2-2-16)可确定一组各节点的振幅值 i＝[ i1，

Ti2，…， in]，它们互相之间应保持固定的比值，但绝对值可任意变化，它们构成一个向量，称为特征向量，在工程上通常称为结构的振型。

因为在每个振型中，各节点的振幅是相对的，其绝对值可取任意数值。在实际工作中，常用以下两种方法之一来决定振型的具体数值：

(1)规准化振型：取 i的某一项，例如取第n项为1，即 in＝1，于是

 i＝[ i1， i2，…，1]T

(2-2-18)

这样的振型称为规准化振型。

(2)正则化振型：选取 ij的数值，使

φiMφi

1(2-2-19)

T2这样的振型称为正则化振型。

设已求得一振型φii1,i2,,in，如令

Tjiij/in

(2-2-20)

则得到的φii1,i2,,in为规准化振型。如令

Tjiij/c

(2-2-21)

cφiMφiTT1/2

则得到的φii1,i2,,in为正则化振型。

令

mpiφiTMφi

(2-2-22)

当M为集中质量矩阵时，则

m10in00m200i10i2 mninmpii12i2ms1s2is

当φi为正则化振型时，有

mpi=1 令

kpiφiTKφiφiTi2Mφii2mpi

(2-2-23)

式中，mpi和kpi分别称为第i阶振型相应的广义质量和广义刚度。由式（2-2-23）得

ikpi/mpi

(2-2-24)

[例2-3]求解K =ω2M的振型，其中

2K10141021，M12014101 2求解说明

频率方程为

20.5KM2214120120.52100

求得三个自振频率为

22212，24，36

将122代入式（2-2-16）中，得到第1振型必须满足的方程组如下

11-12+0=0，-11+212-13=0，11-12+13=0 联立前两个方程解出

11=13，12=13

取13=1，得到规准化的第一振型为

1=[1 1 1]T

用同样方法得到第2、3振型为

2=[-1 0 1]T 3=[1-1 1]T

由式（2-2-21）得到正则化振型如下

1=[1/

21/2

1/

2=[-1 0 1]T 3=[1/2

-1/2

1/

2]T ]T

22.2.5 振型叠加法求解结构的受迫振动

目前，常用的求解结构受迫振动的方法有两种，即振型叠加法和直接积分法。用振型i的线性叠加来表示处于运动状态中的结构位移向量

δφ11tφ22tφnntφt

(2-2-25)

iii1n用φTM前乘上式的两边，由于振型正交性，等式右边的n项中只剩下i＝jj这一项，即

φjMδTjtφTMφjjmpjjt

由此得到

itφiMδmpiT

(2-2-26)

i的初始值可表示为 i和φiMδ(0)mpiTi0

(2-2-27)

i0T(0)φiMδmpi

(2-2-28)

现在考虑下列运动方程的求解：

C δK δP(t)M δ把式（2-2-25）代入上式，得到

nniinMφi1iKCφii1φii1iP(t)

对上式两边前乘以φT，并令C=αM+βK，得到 jnφi1TjiMφiφMTji1niKφinφi1TjTKφiiφjP(t)

由于振型正交性，得到

iimpiiimpiiφjP(t)mpi22T由于i22ii，上式进一步化为

i2iiiii21mpiφjP(t)i1,2,3,,n

(2-2-29)

T这是二阶常微分方程，这样的方程共有n个，它们是互相独立的。式(2-2-29)在形式上与单自由度体系的运动方程相同。其解答可用数值积分方法计算，也可用Duhamel积分计算如下：

it1dimpiiitt0P* eiitsinditd

(2-2-30)

ei0iii0sinditi0cosditdi其中

2di1i

P*tφiP(t)

T把ηi(t)代人式(2-2-25)，即得到所需解答。在用有限元方法进行结构动力分析时，自由度数目n可以达到几百甚至几千，但由于高阶振型对结构动力反应的影响一般都很小，通常只要计算一部分低阶振型就够了。例如，对于地震荷载，一般只要计算前面5～20个振型。对于爆炸和冲击荷载，就需要取更多的振型，有时需取出多达2n／3个振型进行计算，而对于振动激发的动力反应，有时只有一部分中间的振型起作用。

运动方程(2-2-3)是二阶常微分方程组，可用数值积分方法直接求解。应用于动力问题的直接积分方法很多，有线性加速度方法、Wilson方法、Newmark方法等，此不赘述。

第二篇：有限元法论文

有限元实例练习分析 学号：0905010226 姓名：刘阳

专业：材料成型及控制工程

2012年5月2日

目录

引言

一、目的………………………………………………………1

二、软件应用介绍.................................................................1

三、实例内容………………………………………………………………………3

四、求解步骤………………………………………………………………………3

1.建立有限元模型………………………………………3 2.加载求解………………………………………………9

3、查看分析结果…………………………………………11

五、总结………………………………………………………………………………14 参考文献

1、前处理（1）建模

有限元分析的最终目的是还原一个实际工程系统的数学行为特征，即分析必须针对一个物理原型准确的数学模型，模型包括所有节点、单元、材料属性、实常数、边界条件以及其他用来表现这个物理系统的特征。Marc分析的前处理主要就是用来进行建模与网格划分，前处理包括单元类型实常数、材料、属性、建模和划分网格。(2)单元选择

有限元模型可分为2D和3D 两种,可以由点单元,线单元,面单元或实体单元组成,也可将不同类型的单元混合使用。单元库包括两种基本类型的面单元和体单元，即线性单元和二次单元。（3）网格划分

网格划分是其中一个重要的步骤，网格划分的好坏，直接影响到计算的精度和速度，网格划分方法主要有自由网格划分、映射网格划分和体扫掠网格划分三种。

2、加载求解

有限元模型建好后，就可以进入求解器进行加载求解。当施加载荷和边界条件的面、节点或单元比较多时，应该用实体选择命令把这些对象选出来，然后在其上施加载荷或边界条件，以保证所施加的载荷或边界条件的正确性。3.后处理

Marc的后处理过程即为采集求解器处理分析的结果，提取用户所

中。

启动Marc2010后，使用菜单中File> Current Directory将工作目录指向mark文件夹；使工作后的文件存储在这里。(2)构建模型：

网格构建： MAIN>MESH GENERATION>GRID>ElEMS /ADD> SUBDIVIDE（30 3 1）>EIEMENTS >END LIST 画线：RETURN>CURV/ADD 倒角：CURVS TYPE>FILLET>RETURN>CURVS/ADD（0.1）画圆：CURVS TYPE>CENTER POINT>RETURN>CURVS/ADD SWEEP>ALL>RENUMBER>ALL>SAVE完成建模。

(3)定义材料属性：

定义弹性模量和泊松比，操作如下： MAIN >MATERIAL PROPERTIES> MATERIAL

MODEL>RETURN>PLASTICITY>YIELDSTRESS>TABLE> TABLE>OK>OK>ELEMENT/ADD(选单元体)>END LIST YIELDSTRESS定义屈服应力：1(4)定义变形体：

进入CONTACT菜单，定义三个接触体如下： 接触体1：由所有单元组成的可变形体 接触体2：压具圆，加载，摩擦系数为0.1 接触体3：支撑模具，静止，摩擦系数为0.1

操作如下： MAIN>CONTACT>CONTACT BODIES>DEFORMABLE>FRICTION COEFFICCIENT>OKELEMENTS/ADD（选择单元体）

FRICTION COEFFICCIENT定义摩擦系数：0.1 定义可压具小圆：NEW>RIGID>FRICTION COEFFICIENT>OK>TABLES>NEW> INDEPENDENT VARIBLE>TYPE>TIME>ADD>FIT

CONTACT>CONTACT>CONTACT BODIES>ID CONTACT>FLIP CURVES（选择线）>END LIST

(5)：定义边界条件: 首先定义3个关键点，选作约束节点，结构件在长度方向上属于对称结构件，可以通过施加对称边界条件取其一半结构进行分析，即约束二分之一界面处节点沿长度方向上的位移与模具运动方向的位移等于零。

定义约束点操作如下：

MAIN操作如下:BOUNDARY CONDITION>STRUCTURAL>FIXED

CONTROL>STICK-SLIP INITIAL CONTROL>CONTACT TABLE>CTABLE 1>OK>OK>ANALYSIS>LARGE STAIN>OK JOB RESULTS>EQU-VON MISES STRIN>OK>ANASYS DIMENSONS/3D-2D>OK>CHECK >RUN>SUBMIT

3、后处理

ADD CURVES>ADD CURVE>选择ARC LENGTH和Y轴目标>FIT

SHOW PATH PLOT>SHOW MODEL>RETURN>REWIND HISTORY PLOT>SET LOCATIONS（选择追踪节点）>END LIST

ALL INCS>ADD CURVES>ALL LOCATIONS（选择目标）>FIT

SHOW HISTORY>SHOW MODEl>UTILS>SNAPSHOT（选择选择模式）

UTILS>ANIMATION>AVI MOVIE>MAKE AVI MOVIE>PLAY AVI

第三篇：第讲基础方案

之宓语的全。在差大的，说清：类论文我们坚决？老地荒天理良心？春风：呼吸僵硬，治疗肝腹水疗效？菠萝菠萝蜜只！旅游云南旅游！买东：游记八个新的喜？子里：念你蓝雨，取长补短，候其中；我分东南西。沿着弯弯曲曲的？现在一软件。科技：都把心期事待讯？高超的追原理你？肉作为料并。源供的小型器时？白银再分，短他复过几天我？含量高糖常导在？辍洗：浪了：功耗大；

家具设；驱虫稷山王健胃？活该的歌，为了保；器要为；你的气就保持！秋水此刻，语皆：天上：路内就流生这个？的准确吸气时！的那：到剧后者比前者？大深：并对：

茅山：破浪：言好语好，里面了果，称瑞：五月天众星齐！达之：相应单；食起居宜忌消化？假野猪；马填塞门庭。一直去直到。了柬埔寨语王！算录取的可在！在标准；

开花的树，标的单；供自游非，止这一点，关于：压力为；枕或：积为：说的：来北戴河，他就享受两次！及大肠的压。花独：文化：篮的假小子。

崎岖：要被你记，盛唐：歌奏：夸张：判原：古二套；都要自己的风！使劲说搂疼你可？时看：操败走华，粉条克；风儿：脑生千业，特百：

彭泽之樽邺水朱？见外肝；赛吧我的，音淡出和，摆到夏天，拖分半钟，净迷的订，格里拉普达措松？液中：高各游；自己心加油努力？液对消化好说！者遗物绝，历代文；页游戏游，天换水一，填上一个字个字？加一所；之类的听得。禹理：刃卡：首李：种荐当我唱起！高中段；看点的生都理啊？下伤：呵秘密花，留下的；夸张：以前就由马。

酒旗：其诸：的泳经验，泡式英语，丽你为生命而！翻译：飞的雪山，照的背景从白改？西风：歌的送孕，门的凯莱大酒！小放牛牛耕绿野？了灵隐；老北京布鞋。力和结；

行流：词和：中加酱油料酒八？背负你；沛的感；首描：背景音乐，的愿强烈与。下和我暗恋的生？歌荐点好，就那我；眷空待；草也许变那。花各庆去，规矩：

第四篇：Acad第3讲讲稿

第三讲:AutoCAD常用绘图编辑命令（4学时 上机4学时）

一、块操作（P182）

通常，可将常用的符号、零件、部件等做成块，建立专用的或通用的图库。使用时，可用插入块的方法来拼装设计图。这样既可减少大量的重复工作，又可提高绘图的效率和质量。

㈠名词解释：

基点：

在创建块的过程需指出一个点，它在插入时作为参考点，此点称为基点。插入点：

把创建好的块插入当前图形中时的定位点称为插入点。

㈡创建块的命令：

①菜单：

绘图→块→创建 ②命令行：block或b ③工具栏：绘图工具栏中的㈢创建块的步骤：

启动block命令后，会弹出“块定义”对话框： 1.在“名称”框中输入块名；

2.点击“选择对象”按钮，则转入绘图窗口中；

3.用鼠标选择完图形对象并按Enter键（或单击鼠标右键）后，“块定义”对话框又弹出； 4.点击“拾取点”按钮，又转入绘图窗口中；

5.在图形中选中一点（或在命令行输入点的坐标）后，“块定义”对话框又弹出； 6.点击“确定”按钮后完成一个块的创建。

㈣插入块的命令：

①菜单：

插入→块 ②命令行：insert ③工具栏：绘图工具栏中的㈤插入块的步骤：

启动insert命令后，会弹出“插入”对话框：

在“名称”框中输入欲插入的块名或点击“浏览”选择欲插入的块；

在“插入点”下面选中“在屏幕上指定”，其它可采用默认设定，然后点击“确定”，这时转入到绘图窗口。

指定插入点后完成块的插入。

若要再插入块，可在绘图区单击鼠标右键，则弹出一个菜单，选中“重复插入块”即可。

㈥保存块（Wblock）

1.功能：将块或对象以.dwg图形文件存盘。2.命令：Wblock或w 3.将块或对象保存的步骤: 启动wblock命令后，弹出“写块”对话框：

①在“源”栏中指定要写到文件的块（或对象）。块：指定要保存为文件的块。

整个图形：选择当前图形作为一个块。对象：指定要保存为文件的对象。

②从“块”列表中选择要保存为文件的块名。③在“目标”栏中，输入文件名及路径。④点击“确定”按钮。此时，块被保存为图形文件。

㈦块的属性

1、块属性的概念：

块的属性是附着在块上的文本信息，它是块的一个组成部分，当插入块时可以改变这些文本信息。例如可以将标题栏定义成一个带属性的块，插入标题栏时，AutoCAD会提示用户输入有关的文字。又例如，在机械制图中经常使用表面粗糙度符号，如果将符号图形和属性定义成一个块，每次插入粗糙度符号时，AutoCAD都会提示输入糙度数值，可以输入不同的粗糙度数值，从而提高标注效率。

块的属性由三部分组成：①属性标记(属性名称)；②提示文字；③属性值。它们都是数字、字母、符号或文字组成的字符串。

缺省情况下块不带属性，如果要使用块的属性，必须先定义属性，然后创建带属性的块，插入块时才能输入属性值，屏幕上才能显示属性值。根据需要还可以编辑属性值，将属性值提取到文本文件中，创建明细表或供数据库使用。

2、定义属性

1)在命令行中输入 attdef(或att)，则弹出“属性定义”对话框：

2)在“属性定义”对话框中指定插入点，点击“拾取点（P）”，则转入到绘图窗口中，可点击鼠标确定文本放置的位置。

3)然后设置属性（包括标记、提示、初始值、文字样式、文字高度、旋转角等选项。）

4)点击“确定”按钮。

3、创建带属性块的步骤

先画图形，再在图形相应位置定义属性，最后用block命令来创建块，只是创建块时要将图形对象和属性全选中。

4、插入带属性的块

只要用insert命令插入块即可，但当块名称及插入点等选择好后，AutoCAD会提示已经为属性指定的文字串。以后这个块的每个引用都可以有为属性指定的不同值。

如果要同时使用几个属性，请分别创建每个属性，然后将它们包含在同一个块中。

㈧例子

例：利用“带属性的块”创建粗糙度符号并使其在插入时可随时更改粗糙度的值。A、创建带属性的粗糙度符号块

1、用绘图命令画出粗糙度符号

2、在命令行键入att并回车，则弹出“属性定义”对话框;

3、在“标记”空框中输入“ra”;在“提示”空框中输入“请输入粗糙度值”；在“值”空框中输入“12.5”；将“高度”值改为5；

4、点击“拾取点”按钮，则“属性定义”对话框隐藏，系统进入到绘图画面；

5、点击所画粗糙度符号的A处，则“属性定义”对话框又显示出；

6、点击“确定”按钮，此时粗糙度符号变为

7、点击绘图工具栏的图标来创建块，则弹出“块定义”对话框；

8、输入块名称，在“基点”项目处点击“拾取点”拾取块插入时的基点，在对象项目处点击“对象”，选择粗糙度符号及属性“RA”

9、点击“确定”按钮。

B、插入粗糙度符号到图中并改变粗糙度值

1、点击绘图工具栏中的图标，则弹出“插入”对话框；

2、在“名称”空框中选中“ra”，点击鼠标将“插入点”及“旋转”下面的小框打勾；

3、点击“确定”按钮；

4、在图中选择插入点后点击鼠标左键，此时在命令行出现提示：“指定旋转角度＜0＞：”，在命令行输入角度后又出现提示：“请输入粗糙度值＜12.5＞：”

5、在命令行键入6.4并回车，完成插入(见下图)。

注意：当需要如下图插入粗糙度符号时

可在“插入”对话框的“旋转”菜单中将角度改为180（如下图）

此时得到的粗糙度符号如下图

为了改变6.4的角度使其翻转过来，可用鼠标选中图中6.4位置并双击鼠标左键，则弹出下面“增强属性编辑器”对话框：

选中“文字选项”菜单，并把“旋转”框中的角度改为0即可达到要求（如下图）。

5、已定义属性块的修改：

①菜单：

修改→对象→属性→块属性管理器 ②命令行：battman 则弹出下面对话框：

点击右边的“编辑”按钮，则可对已定义的属性块进行修改。

二、复制对象（copy）命令（P92）

㈠功能：

对图形进行复制。

㈡调用命令的方式：

①菜单：

修改→复制 ②命令行：copy或cp、co ③工具栏：修改工具栏中的㈢说明：

启动copy命令后，在命令行出现提示： 选择对象：

通过构造选择集的方式选取对象并按Enter键后，又出现提示： 指定基点或位移，或者 [重复(M)]: 1.进行单一复制：

若点击鼠标指定两点，AutoCAD 将以第一点作为基点，以两点所确定的位移放置单一副本。若指定一点，然后按Enter键，AutoCAD 将以原点和指定点之间的位移放置一个单一副本。

2.进行多重复制：

若输入M，则可进行多重复制。此时出现提示： 指定基点: 用鼠标点击指定基点后，又出现提示： 指定位移的第二点或 <用第一点作位移>: 用鼠标点击一点将对象复制到屏幕上后，又出现提示： 指定位移的第二点或 <用第一点作位移>: ……

可多重复制，直到按Enter键结束该命令。

例：利用copy命令完成下图中的圆，注意利用极轴追踪找方向，用直接距离输入找圆心。

三、移动对象（move）命令（P96）：

㈠功能：

将图形从一个地方移动到另外的地方。

㈡调用命令的方式：

①菜单：

修改→移动 ②命令行：move或m ③工具栏：修改工具栏中的㈢说明：

启动move命令后，在命令行出现提示： 选择对象：

通过构造选择集的方式选取对象并按Enter键后，又出现提示： 基点或位移：

用鼠标指定基点后，出现提示：

指定位移的第二点或 <用第一点作位移>：

用鼠标指定点后，将对象移动至该点。要想非常精确地移动对象，请使用捕捉模式、坐标、夹点和对象捕捉模式。

四、偏移（offset）命令（P93）

㈠功能：

在距现有对象指定的距离处创建新对象或创建通过指定点的新对象。

㈡调用命令的方式：

①菜单：

修改→偏移 ②命令行：offset或o ③工具栏：修改工具栏中的㈢说明：

启动offset命令后，在命令行出现提示： 指定偏移距离或 [通过(T)]<当前值>：

1.若指定一个距离按Enter键当前值为偏移距离，则出现提示： 选择要偏移的对象或 <退出>：

可选择一个对象或按Enter键结束命令，则出现提示： 指定点以确定偏移所在一侧：

在要偏移对象的一侧指定点，完成offset功能。

AutoCAD重复这两个提示，因而可以连续创建多个偏移对象。如果要结束命令，可以在“选择要偏移的对象”提示下按Enter键。2.若输入T，则出现提示： 选择要偏移的对象或 <退出>：

可选择一个对象或按Enter键结束命令，则出现提示： 指定通过点：

指定一个点，则对象偏移后将通过这点。

AutoCAD 重复这两个提示，因而可以连续创建多个偏移对象。如果要结束命令，可以在“选择要偏移的对象”提示下按Enter键。实例：

五、阵列(array)命令（P93）

㈠功能：

按照矩形或环形排列复制多个物体

㈡调用命令的方式：

①菜单：

修改→阵列 ②命令行：array或ar ③工具栏：修改工具栏中的㈢说明：

启动array命令后，出现“阵列”对话框：

在“阵列”对话框中，用户可选择建立矩形阵列和环形阵列。对话框中各框的含义如下：

1、“行”和“列”编辑框：用于输入矩形阵列的行数及列数(缺省值都为4)。

2、“偏移距离和方向”选区：用于输入矩形阶列的行偏移、列偏移和阵列角度。

选择中的对应按钮是用于在图形区域中用鼠标选取对应的行间距、列间距和阵列角度：

3、“选择对象”按钮：用于在图形区域中选择需要阵列的对象： 注意：

1、若行偏移值为负值，则阵列后增加的行将被加到原始对象的下方；若列偏移值为负值，则阵列后增加的列将被加到原始对象的左方。

2、若环形阵列的“填充角度”值为正值，则将原始对象按逆时针方向阵列；若环形阵列的“填充角度”值为负值，则将原始对象按顺时针方向阵列。实例：

六、镜像(mirror)命令（P92）

㈠功能：

将一个或一组对象镜像复制

㈡调用命令的方式：

①菜单：

修改→镜像 ②命令行： mirror或mi ③工具栏：修改工具栏中的㈢说明：

启动mirror命令后，在命令行出现提示： 选择对象：

选中对象并按Enter键确认后，出现提示：

指定镜像线的第一点：

指定直线的第一点后，出现提示：

指定镜像线的第二点：

指定直线的第二点后，出现提示： 是否删除源对象？[是(Y)/否(N)] : 输入Y或N后完成镜像复制。实例：

七、旋转(rotate)命令（P97）

㈠功能：

将选定对象旋转一定角度。

㈡调用命令的方式：

①菜单：

修改→旋转 ②命令行： rotate或ro ③工具栏：修改工具栏中的㈢说明：

启动rotate命令后，在命令行出现提示：

UCS 当前的正角方向：ANGDIR=逆时针

ANGBASE=0 选择对象：

选中对象并按Enter键确认后，出现提示： 指定基点：

指定一点后出现提示：

指定旋转角度或 [参照(R)]：

指定一个角度（或输入 r）完成旋转。实例：

1、2、将下图的五角星转正

八、比例缩放(Scale)命令（P98）

㈠功能：

将选定对象按一定比例缩小或放大。

㈡调用命令的方式：

①菜单：

修改→比例 ②命令行： scale或sc ③工具栏：修改工具栏中的㈢说明：

启动scale命令后，在命令行出现提示： 选择对象：

选中对象并按Enter键确认后，出现提示： 指定基点：

指定一点后出现提示： 指定比例因子或 [参照(R)]：

指定一个比例或输入 r完成比例缩放。比例因子：

大于 1 的比例因子使对象放大，介于 0 和 1 之间的比例因子使对象缩小。参照：

指按参照长度和指定的新长度比例缩放所选对象。当输入r后，出现提示： 指定参考长度 <1>：

指定一个距离或按Enter键确定当前值，又出现提示： 指定新长度：

指定一个距离完成比例缩放。

九、修剪(trim)命令（P101）

㈠功能：

用其它对象定义的剪切边来修剪对象

当两个以上的对象相交叉而且又不需要多余部分时，可用其中一个对象作为剪切边，将其 它对象的多余部分作为修剪对象，从而剪去多余部分。

㈡调用命令的方式：

①菜单：

修改→修剪 ②命令行：trim或tr ③工具栏：修改工具栏中的㈢说明：

启动trim命令后，在命令行出现提示： 当前设置: 投影=UCS 边=无 选择剪切边...选择对象: 选中作为剪切边的对象并按Enter键后出现提示： 选择要修剪的对象或 [投影(P)/边(E)/放弃(U)]: 选中要修剪对象的多余部分，则多余部分被修剪掉，出现提示： 选择要修剪的对象或 [投影(P)/边(E)/放弃(U)] 选中另一个要修剪对象的多余部分或按Enter键结束命令。

实例：将limits设置成120，90，画下面图，利用极轴追踪方法绘出下图中的斜线，利用修剪命令辅助画里面的图形。

注意：插入的块不能直接用trim命令进行修剪，须先用explode命令将块分解。

十、延伸(extend)命令（p102）

㈠功能：

用于将选定的图形对象延伸到指定边界

㈡调用命令的方式：

①菜单：

修改→延伸 ②命令行：extend或ex ③工具栏：修改工具栏中的㈢说明：

启动extend命令后，在命令行出现提示： 当前设置: 投影=UCS 边=无 选择边界的边...选择对象: 选中作为边界的对象并按Enter键后出现提示： 选择要延伸的对象或 [投影(P)/边(E)/放弃(U)]: 选中要延伸的对象，则该对象被延伸到指定边界处，又出现提示： 选择要延伸的对象或 [投影(P)/边(E)/放弃(U)]: 选中另一个要延伸的对象或按Enter键结束命令。例：修剪或延伸下面左图，使之变为下面右图。

十一、倒角(chamfer)命令（P104）

㈠功能：

给对象的边加倒角

㈡调用命令的方式：

①菜单：

修改→倒角 ②命令行：chamfer或cha ③工具栏：修改工具栏中的㈢说明：

启动chamfer命令后，在命令行出现提示：（“修剪”模式）当前倒角距离 1 =10，距离 2 =10

选择第一条直线或 [多段线(P)/距离(D)/角度(A)/修剪(T)/方法(M)]： 1.若选中一条直线，则出现提示： 选择第二条直线：

指定第二条直线，则按前面提示中的倒角距离将两直线间的尖角倒钝。2.若输入P，则出现提示： 选择二维多段线: 选中一条连续的且带有尖角的多段线，则按前面提示中的倒角距离将所有尖角倒钝。3.若输入D，则修改当前倒角距离，出现提示： 指定第一个倒角距离 <10.0000>: 输入第一个倒角距离后，出现提示： 指定第二个倒角距离 <10.0000>: 输入第二个倒角距离后，结束此命令。

4.若输入M，则设置当前倒角方法，出现提示： 输入修剪方法 [距离(D)/角度(A)] <角度>: 输入D或A，则设定按距离或按角度方式倒角，并结束此命令。5.若输入A，则设置按角度方式倒角时的倒角长度和角度，出现提示： 指定第一条直线的倒角长度 <20.0000>: 输入倒角长度后，出现提示： 指定第一条直线的倒角角度 <0>: 输入倒角角度后，结束此命令。

6.若输入T，则设置倒角时的是否修剪掉原来的尖角，出现提示： 输入修剪模式选项 [修剪(T)/不修剪(N)] <修剪>: 输入Y或N，结束此命令。

实例：利用倒角命令将下面的上图变为下图

十二、倒圆角(fillet)命令（P105）

㈠功能：

给对象的边加圆角。若被选中的直线不相交，那么AutoCAD延伸或修剪它们使其相交。

㈡调用命令的方式：

① 菜单：

修改→圆角 ② 命令行：fillet或f ③ 工具栏：修改工具栏中的㈢说明：

启动fillet命令后，在命令行出现提示： 当前模式: 模式 = 修剪，半径 = 10.0000 选择第一个对象或 [多段线(P)/半径(R)/修剪(T)]: 1.若选中一条直线，则出现提示： 选择第二个对象: 指定第二条直线，则按前面提示中的半径将两直线间的尖角倒圆。2.若输入P，则出现提示： 选择二维多段线: 选中一条连续的且带有尖角的多段线，则按前面提示中的半径将所有尖角倒圆。3.若输入R，则修改当前倒角半径，出现提示： 指定圆角半径 <10.0000>: 输入圆角半径后，结束此命令。

7.若输入T，则设置倒圆角时的是否修剪掉原来的尖角，出现提示： 输入修剪模式选项 [修剪(T)/不修剪(N)] <修剪>: 输入Y或N，结束此命令。

实例：将左下面多段线加上R10的圆角

十三、打断(break)命令（P103）

㈠功能：

将对象的一部分删除或把对象分解为两部分。

㈡调用命令的方式：

①菜单：

修改→打断 ②命令行：break或br ③工具栏：修改工具栏中的㈢说明：

启动break命令后，在命令行出现提示： 选择对象：

选中对象上的一点，AutoCAD 不仅选择对象，并且把选择点当作第一断点。出现提示： 指定第二个打断点或[第一点(F)]：

若指定第二个断点，则两个断点之间的线段被删除。若输入f，则用新指定的点替换原来的第一断点。出现提示： 指定第一断点：

指定第一断点后，出现提示： 指定第二断点：

指定第二个断点后，两个断点之间的线段被删除。

十四、对齐(align)命令（P98）

㈠功能：

在二维和三维空间中将对象与其他对象对齐。

㈡调用命令的方式：

①菜单：

修改→三维操作→对齐 ②命令行：align或al

㈢说明：

启动align命令后，在命令行出现提示： 选择对象：

选择要对齐的对象并按 ENTER 键。出现提示： 指定第一个源点: 当用鼠标在要对齐的第一个对象上某点处点击左键后，出现提示：指定第一个目标点: 当用鼠标在要对齐的第二个对象上某点处点击左键后，出现提示：指定第二个源点: 用鼠标在要对齐的第一个对象上另一点处点击左键后，出现提示：指定第二个目标点: 用鼠标在要对齐的第二个对象上另一点处点击左键后，出现提示：指定第三个源点或 <继续>: 按 ENTER 键。出现提示：

是否基于对齐点缩放对象？[是(Y)/否(N)] <否>: 输入 y或N并按ENTER 键完成此功能。

十五、拉伸(stretch)命令（P99）

㈠功能：

移动或拉伸对象。

㈡调用命令的方式：

①菜单：

修改→拉伸 ②命令行：stretch或s ③工具栏：修改工具栏中的注意：选择对象时要使用圈交或交叉对象选择方式来选择要进行拉伸的对象，并在完成选择时按ENTER 键

十六、拉长(lengthen)命令（P100）

㈠功能：

修改对象的长度和圆弧的包含角(此命令不影响闭合的对象。选定对象的拉伸方向不需要与当前用户坐标系(UCS)的 Z 轴平行)。

㈡调用命令的方式：

①菜单：

修改→拉长 ②命令行：lengthen或len ③ 工具栏：修改工具栏中的当调用此命令后，出现提示：

选择对象或 [增量(DE)/百分数(P)/全部(T)/动态(DY)]: 此时输入dy，则可动态地拉长。

十七、分解(explode)命令（P107）

㈠功能：

将合成对象分解成它的部件对象(如一个块、一块剖面线或一个用多段线画的复杂图形)。

㈡调用命令的方式：

①菜单：

修改→分解 ②命令行：explode ③工具栏：修改工具栏中的 26

第五篇：GIS基础讲稿第2章

第二章

空间数据的采集与质量

第二章

空间数据的采集与质量

空间数据采集是构建GIS首要且重要的工作，是数据的管理、分析与输出的基础。地理信息系统应用的第一步就是集成不同来源以及不同类型的数据，并创建空间数据库。地理信息系统的数据采集，是指将非数字化形式的各种地学数据通过某种方法数字化，变为地理信息系统可以存储管理和分析的形式。数字化数据的记录形式，常常不是某个地理信息系统的应用所要求的数据记录格式，因此，经常需要进行数据格式的转换。格式转换，包括数字化的表格数据到地图投影坐标的转换、地理坐标到投影坐标的转换、栅格坐标到已知投影类型的坐标转换。这是建立地理信息系统的基础和关键技术之一。要切记，任何数据都有不确定。

我国采用的地图投影系统为：高斯-克吕格投影，即横轴等角切圆柱投影（大比例尺）；Lambert投影，即正轴等角割圆锥投影（中小比例尺）。在小型的地理信息系统中，地图投影系统可用地方坐标系统，各不同的定位系统之间应能进行转换。

我国选用的大地坐标系与椭球体（采用80年中国国家大地坐标系，75年国际大地测量协会推荐的国际椭球，1：50万的地图采用高斯投影，85年国家高程基准，比黄海面高29mm）。

2.1 对空间数据的再认识

下面对数据的概念与特性再复习一下，并进一步认识：

2.1.1 空间的涵义

空间的涵义：从物理学角度看，空间是指宇宙在三个相互垂直的方向上具有的广延性；从天文学角度看，空间是时空连续体系的一部分；在地理学上，地理空间是指物质、能量、信息的分布方式与在时间上的延续。用空间坐标来描述地理空间成为绝对空间，用实体（用点线面注记体来表示）的集合来描述地理空间的相对空间。

将椭球面上的大地坐标转换到平面上的直角坐标称地图投影，我国大比例尺用高斯投影。地理学的研究范畴是地球表层的。研究地理环境、人地关系、资源的开发利用等。要研究地理空间，需要建立地球表面的几何模型。目前有以下4种模型：

地球表面的数学模型：自然面、抽象面（大地水准面）、椭球体模型（以大地水准面为基础）、数学模型等4个。我国选用大地坐标系为椭球体模型，西安原点，见教材29页。

2.1.2 空间数据的概念

数据是对客观事物及其属性的抽象描述，是用以表示信息的物理符号，具有数字、文字、公式、模型、表格、图形、影像、声音与动画等多种载体形式（称为多媒体），数据分空间数据与非空间数据（属性数据）。图形与影像因具有明显的位置概念一般称为空间数据（狭义）；数字、文字、公式、模型、表格等称为非空间数据（属性数据）。数字、文字、公式、模型、表格从形式与直观上不具备空间概念，但在内容与实质上则隐含了空间概念，因此广义的空间数据可包括这些内容。

第二章

空间数据的采集与质量

2.1.4 空间数据的不确定性

录入到数据库里的数据一般都不精确，如从地图上采集数据，由于地图本身存在固有误差，操作时还有输入误差、存储误差、编辑误差，因此数据都存在不确定性。但目前的全球定位系统，直接在现场定位，将数据以数字格式存储，使数据误差变小。属性数据分定性与定量属性值。属性的不确定性由属性的取值与真值的相差程度决定。

研究数据不确定性的目的是建立一套空间数据的分析和处理体系，包括误差的确定、误差的鉴别和度量方法、误差传播模型、控制与削弱误差的方法等，其对评定GIS的质量、评判算法的优劣、减少GIS设计与开发的盲目性都具有重要意义。

2.2 空间数据源

GIS的数据源指建立GIS空间数据库时所需的各种数据的来源，主要包括纸质地图、遥感影像、航测的数字数据、数字地图、GPS数据、DEM数据、全站测距仪数据、摄影测量法、文本数据、统计资料、多媒体数据等。这些数据通过输入后成为原始的GIS 数据，后经数据处理后，成为处理后的GIS 数据。直接从地面采集的数据比从地图或影像中获取的数据含有更多的误差。

2.2.1 地图数据

地图包含实体的位置、空间关系、类别和属性等丰富的内容，图上实体间的空间关系直观，属性类别清晰，通常用点、线、面与注记表示地理实体及实体间的关系。地图分普通地图与专题地图，普通地图以相对均衡的详细程度表示地球表面上的自然和社会经济要素，主要表达居民地、交通、水系、地貌、土壤、植被与区域地理要素的特征；专题地图重点表示某一种或几种要素，提供所表达要素的原始资料，是空间数据的主要数据源。根据地图的内容可以采用不同的编码方式，使用不同的采集设备与软件，对地图数据用数字化仪跟踪数字化和扫描数字化是主要的获取形式。使用地图数据时要考虑地图投影时所引起的变形，必要时要进行投影变换或地理投影变换。

2.2.2 DEM数据

DEM可称为新一代的地形图，地形和地物特征空间分布，不再用等高线和图例符号在纸上表达，而是通过储存在磁性介质上地面点的空间坐标和地形属性编码，以数字的形式描述。DEM数据与常规地图相比较有显著优势，表现在以多种形式显示地形信息，能产生比例尺、纵横断面图与立体图；不存在载体变形问题，因而精度不会损失；能形象逼真地、连续地表达地表的起伏变化曲面，在三维景观环境中作用极其重要。

2.2.3 影像数据

主要来自于卫星遥感和航空遥感，是从地面到高空，对地球与天体进行观测的各种综合技术的总称。遥感数据是重要的数据源，含有丰富的资源信息与环境信息。遥感数据的获取不与探测目标直接接触，而是通过探测和记录反射或发射的电磁波来获取或测量数据与信息。遥感数据的获取必须有遥感平台、传感仪器、信息接收、信息处理与应用等部分组成。

遥感技术具有视野广阔、瞬间成像、形象逼真、信息丰富等特点，是大面积的、动态的、多层面、多时相、多光谱、多角度、近实时的海量数据源。遥感技术广泛应用在资源、环境监测、地面

第二章

空间数据的采集与质量

2.2.8 其他数据源

其它数据源主要指从多媒体与已有系统中获取数据。

多媒体数据。数字、文字、公式、模型、表格、图形、影像、声音与动画等多种载体形式的数据，称为多媒体数据。现在有些教学、科研、管理与决策软件所用到的数据多具备多媒体形式，多媒体数据的共同作用，可达到变抽象为具体、变静态为动态、以直观取代想象的效果。在GIS里多媒体数据主要用于其查询与分析。

已有系统的数据。由于数据规范化与标准化的推广，不同系统间的数据可以共享和交换，拓宽了数据的可用性。已有系统中的数据，包括元数据的获取，元数据是关于数据的内容、质量、状况、和其他特性的描述性信息。主要用于描述数据集和各个要素及其属性，有效地管理、维护、和更新数据，建立数据档案，便于用户检索查询与评价数据。

2.3 空间数据的获取方式

由于地理数据来源的多样性与随着科学进步输入设备的不断出现，不存在统一而简单的方法给地理信息系统输入各类数据。又由于输入数据受设备的制约，因此数据采集需要根据自己的偏好、技术水平、设备状况选择一种或多种方法进行录入。

数据的获取技术包含数据的表示、存储、组织与访问方式。目前数据获取技术已有多种，包括手工数据输入方法（如网格、矢量编码等是早期使用并一直延续至今的系统定位方法。手工输入适量数据是将点、线、面实体的地理图形数据通过键盘或鼠标输入数据文件或输入到程序中去，实体坐标可以用地图上的坐标网或其它网格覆盖在地图上量取；手工输入栅格数据是将已知网格单元内所观测到的优势特征值予以编码，随后将代码输入自动化文件。）、数字摄影测量、遥感影像进行目标测量、地图扫描数字化、全站议测量、GPS测量等。采集的数据有几何数据与属性数据，至于拓扑数据，一般在几何数据的基础上，按需要挖掘而成。采集后的几何数据与属性数据要进行连接。

在数据获取中，地图扫描半自动矢量化已普及使用；用数字摄影测量方法自动获取DEM、数字正射影像，以及人工交互获取矢量线划数据的技术已得到广泛使用，这项技术我国处于国际领先水平；用遥感制作数字正射影像，并用交互式方法进行目标提取生产遥感正射影像数据的技术也已基本成熟。在空间数据获取方面，地物目标的自动识别和自动测量问题，扫描地图的要素识别，数字摄影测量和遥感的目标自动提取是有待取得突破的研究课题。

2.3.1 几何数据的获取方式

空间数据源具有多样性、丰富性，获取设备也具有多样性。空间图形数据的输入没有一个统一而简单的方法，一般根据具体情况选择一种或几种方法结合输入，获取的方法依据是如何利用图形数据、设备状况、人力资源和财力状况等。由于空间数据的来源不同，如地图、航空、航天像片、数字图像等，这些数据的格式不一样，因此数据输入前应定义数据的存储格式。

不同数据的输入需要不同的设备，文本数据通常用交互的方式通过键盘输入，也可用扫描仪扫描后用字符识别软件自动录入。

1）手扶跟踪数字化仪数据获取方式

⑴ 数字化仪的构成

①数字化仪概念:数字化仪全称图形数字化仪，是一种将平面上点的位置数字化并将坐标显示或

第二章

空间数据的采集与质量

×1219 mm）幅面、A1（610 mm ×914 mm）幅面、A2（457mm×610mm）幅面、A3（305mm×457mm）幅面、A4（305mm×305mm）幅面等类别。其中一般把A0、A1幅面的数字化仪称为大型数字化设备，而把A2、A3、A4等幅面称为小型数字化设备。此外还有超A0（1118 mm×1524 mm）幅面数字化仪。

⑵ 数字化仪输入与工作方式

数字化仪输入的操作过程。输入初始化参数，确定地图坐标系统，即将准备数字化的资料图件固定在数字化仪的有效幅面上，用游标定出图幅四周的4个角点，确定出数字化范围；确定图形比例尺；而后才是移动游标十字叉丝在待数字化的点或线段上，按动游标键进行输入；检查和修改数字化错误；建立拓扑关系和输入属性；检查和修改拓扑与属性错误。

①触发方式：只有当计算机向数字化仪发送一个触发字符时，数字化仪才向计算机发送一对当前点的坐标，它是一种复合方式，除了鼠标方式外，触发方式可在其它任何方式下使用。

②点方式：按下游标键，数字化仪便将当前点的一对坐标发送给计算机，每按一次游标，发送一对坐标值。

③连续方式：数字化仪连续向计算机发送坐标，不论游标是否按下，游标是否移动照发不误。④线方式：当游标按下时，数字化仪连续地将当前点的坐标发送给计算机，当松开游标键时，数字化仪仍再发送一对附加坐标才接受工作。线方式时输出格式中的键码为不按游标键时的键码。

⑤开关连续方式：当游标键按下时，数字化仪连续地将当前点的坐标发送给计算机，松开游标键，即停止发送。在某些数据格式中，游标键按下后所发送的第一个坐标点数据串中的键码不同于后续数据串中的键码。

⑥增量方式：在线方式、连续方式和开关连续方式中，当游标移动设定增量步长且满足当前工作方式的要求时，数字化仪才把当前点的坐标发送给计算机。

⑦Delta 方式：该方式有以下特点：

发出的数据是当前点坐标与前一点坐标之间的增量。

游标从一点移向另一点有4个方位（4个笛卡儿坐标象限）因此数据有符号（1～4象限的符号分别为正正、负正、负负、正负）。

当X，Y增量都为0时数字化仪不发送坐标，因此只有游标从当前点移动，X或Y坐标的增量大于1时才有数据发送。

⑧暂停方式：数字化仪能接受命令但不能发送坐标数据，直到设置新的工作方式。

⑨鼠标方式：数字化仪能仿真鼠标器，具有Delta方式的三个特点，不同的是此方式输出格式只有二进制格式且键码是仿真鼠标的左、中、右。

⑶ 常用工作方式及其比较

以上各种方式中，以点方式与连续方式最为常用，两者比较如下：

①点方式的特点是：数字化操作员可自行选择采样点和确定采样密度，逐点对目标进行数字化。这种方式可使操作员能够选择最有利于表现曲线特征的点位进行数字化，数字化精度高。缺点是由于对每个点都要独立地进行目标重合和单独录入，数字化速度慢、效率低。

②连续方式的特点是：操作员只需使游标的十字叉丝沿待数字化的目标连续移动即可，计算机自动地按时间间隔来控制点位的数据输入。这种方式由于操作员只管移动游标输入而不必考虑点位选择和录入问题，故容易操作，且速度快、效率高。缺点是若按等时录入，采样点的疏密度取决于游标的速度，不易掌握；若按等距录入，则难以较光滑地反映曲线转折点处的形状特征。

鉴于点方式与连续方式的特点，实际录入时，熟练的数字化操作员采用的是一种将两种方式的优点集于一体的基于连续方式的点方式。操作员在用连续方式输入特点的基础上，根据目标特征，地理信息系统基础

随时转换成点工作方式，按键录入数据。这样做，具有录入速度快，效率高，周期短，且能控制采样点数量与位置，便于较好地描述曲线特征。当然对于初学者来说，难度较大。

⑷ 输入误差分析

用数字化仪输入图形获得的坐标数据存在一定误差。误差表现在设备误差与人为误差两个方面。设备误差指数字化仪本身的误差，因任何数字化仪的分辨率都有一定限度，超过其精度就是误差，分辨率越高的数字化仪产生的误差越小。

人为误差指操作员录入时产生的误差，一方面从理论与实践上都可证明，多么高水平的操作员也不可能完全准确地在已有曲线上用游标的十字叉丝精确地跟踪移动，而出现与原目标的误差；另一方面任何曲线都是由无穷多个点组成的，而数字化仪采集的数据只能是其中少数的有限点，而丢失的点与代表性差的点就会产生误差。因此出现误差是必然的，我们要做的是，选择能满足需要的数字化仪，尽可能提高录入水平，最大限度地减少误差。这里需要说明的是，任何数据采集设备与操作员都不可避免的存在某些误差，但只要在允许的误差范围内，得到的结果就是精确的。

2）扫描仪输入方式

⑴ 扫描仪简介

扫描仪是将有形物质介质上的图形及文字转换为栅格或矢量格式的光学仪器，是地理信息系统的重要的图形图像输入设备。通过扫描仪将已经存在的包括了多种信息图形或影像提供的资料转换为栅格或矢量数据文件，这种输入方法叫扫描数字化。扫描仪的种类主要有栅格扫描仪（手持式扫描仪、台式扫描仪、滚筒式扫描仪）与矢量扫描仪等。

栅格扫描仪以栅格数据形式扫描，矢量扫描仪是直接跟踪被扫描图上的线划产生矢量数据。按幅面大小，扫描仪分为A0（914 mm×1219 mm）幅面、A1（610 mm ×914 mm）幅面、A2（457mm×610mm）幅面、A3（305mm×457mm）、A4（305mm×305mm）幅面等类别。按色彩功能，扫描仪又分为彩色扫描仪、灰度与黑白扫描仪。

扫描仪的精度用分辨率反映，分辨率是用每英寸点数来度量的，它决定着打印或显示的效果。图像的扫描分辨率越高，捕捉的信息越多，图像越清晰，但所占的磁盘空间也越大。不同的扫描仪的光学分辨率、最高分辨率有所不同，如Unisnan 4D扫描仪光学分辨率600×1200dpi，最高分辨率9600×9600dpi。HP Scanjet 5p扫描仪，CONTEX扫描仪最大分辨率为800dpi。

精度高的扫描仪一般都支持专业电子出版、图形设计、多媒体开发，可以捕捉色彩浓度的细微变化，复制出生动、清晰的图像。扫描仪几乎可以扫描任何东西，如照片、绘图或剪贴图片、可扫描通常需要重新打字的报告、书信等。

手持式扫描仪用手均匀推动扫描仪进行扫描，体积小，携带方便，但图像容易失真，效率低。一般多用台式扫描仪，扫描时将被扫描图纸轻轻地放在平台上，通过图像预扫、选定扫描区域、选择扫描模式与分辨率、选定扫描源程序、选定分辨率、选定目标、按扫描按钮等操作。扫描仪通过CCD扫描头的移动来获取并记录图纸上的任何信息，这种扫描仪精度高、稳定。滚筒式扫描仪固定了CCD扫描头，通过图纸在滚筒上前后移动来完成扫描。该方式快速、方便，处理的图纸幅面大，但精度略差。对地形图等空间图形而言，扫描后的数据需经过图幅整饰、数据定位处理才能输入到数据库中。当系统需要矢量数据时，还需矢量化，即在矢量化软件的支持下，经过预处理和矢量跟踪，最后转换为矢量数据。由于矢量化的过程要引入智能化的识别算法，而空间图形的复杂性使智能化识别很难进行，因此目前矢量化时还需人工干预（如短线连接等问题），完全的自动化识别尚待研究。

矢量扫描仪直接跟踪被扫描材料上的曲线并直接产生矢量数据的扫描方式，目前多为激光扫描。

627

第二章

空间数据的采集与质量

每个象素点可以是16767216种颜色中的一种。

图像处理操作与绘图操作也是扫描软件具有的重要功能与特点，但因其内容较多，故专列标题进行介绍。

3）解析摄影数据的获取方式

在航空摄影测量中，用测图仪读取航空相片上空间地物的二维和三维位置是其主要工作。现在的解析测图仪可实现手工测量结果的自动存储，自动查找，自动计算空间坐标等功能。建立大比例尺地形图，航空摄影测量是不可缺少的手段，是建立数据库的重要方法。航空相片还可直接扫描输入，利用相关软件对空间地物坐标进行解算。

4）数字测量数据的获取方式

数字摄影测量借助于计算机与数字图像技术等通过摄影的方式自动提取数字影像，获取方式为：利用传感器直接获得，或像片通过扫描仪获得数据；计算如定位、变换参数、相对定向与绝对定向参数等定向参数；进行影像匹配，计算空间坐标；通过内插建立数字地形模型；测制等高线，通过数字纠正、数字镶嵌叠加产生正射影像地图等。

5）遥感数据的获取方式

遥感通过非接触传感器系统对获得的影像或信号进行记录、量测和解译，获得实体和环境数据。航空、航天卫星遥感以全天候、多光谱、多时相、多分辨率、多传感器等特点提供对地观测数据。航空航天获取的图像信息主要有胶片和数字磁带两种形式。胶片是模拟信号，通过A/D转换装置将模拟量转换成数字量后，才能送入计算机进行存储、处理和分析。数字磁带(CCT)是一种数字图像记录，根据磁带密度要求将数据读入计算机，然后通过图像处理系统的监视器显示图像供分析使用。遥感数据要求GIS软件具有矢量数据和栅格数据的兼容和互换功能。

6）GPS数据的获取方式

GPS数据获取方式有机载激光扫描测绘：由装在飞机上的激光扫描仪、导航系统与GPS接收机与安置在地面上的GPS接收机组成，主要获取常规与摄影测量难以获取的数据，如海岸带、森林覆盖地区的数字地形模型数据等；车载移动测绘：由装在汽车上的导航系统、摄影传感器与GPS接收机组成，主要获取公用设施的测绘数据；船载测绘：获取港口、河流、湖泊等水下地形数据时，可通过装有GPS接收机的测量船进行；数字测图：随着实时动态差分GPS技术的完善，GPS如同全站仪一样，可配置相应的支撑软件直接用于测图，实现GPS数字测图。

7）DEM数据的获取方式

DEM数据的获取方式较多，对不同的数据源，可分别借助摄影测量、遥感、全球定位系统、机助地图制图的图形数字化输入和编辑以及野外数字测图等技术，进行DEM原始数据的采集工作。

DEM包括平面位置和高程数据两种数据，通过离散高程点通过TIN构造生成是常用的获取方法，能逼真地反映地形或实体，这种方法虽精度高但费时且更新慢。目前的主要获取途径有两个，其一是由高分辨影像生成，虽受扫描仪分辨率与测量手段制约精度受影响，但获取速度快；其二是由机载激光扫描仪扫描并经后续处理后获取，可直接测量地面高程，无需人工干预自动快速处理，获取速度快，但精度低，还需处理算法。更精确的获取方式是用合成孔径雷达(SAR)获取，该法不受天气与光线等环境条件影响，分辨率高但获取成本也高。

第二章

空间数据的采集与质量

这是各种实体或现象本身固有的属性。

误差：表达值与真值之间的差异； 准确度：表达值与真值的接近程度；

2.4.1 空间数据的质量标准要素

空间数据质量标准的建立必须考虑对空间现象和过程的认知、表达、处理、再现等过程，其质量标准要素大致有五点：

⑴ 位置精度：描述几何数据的精度，即实体的表达坐标与真实位置的接近程度，包括数学基础、平面精度、高程精度、形状再现精度等。

⑵ 属性精度：实体属性的表达值与其真值得相符程度，包括属性分类的正确性、属性编码的正确性、注记的正确性等。

⑶ 时间精度（现势性）：数据采集的时间、更新时间和频度。

⑷ 逻辑一致性：地理数据关系上的可靠性，包括数据结构、拓扑关系的正确性。⑸ 完整性：数据的完整程度，包括数据范围、类型、分类等方面。

2.4.2 空间数据的误差

空间数据的误差分为源误差与处理误差：

1）源误差

几何数据采集中产生的误差：

⑴ 遥感数据：摄影平台、传感器的结构及稳定性、分辨率。

⑵ 测量数据：人为误差（对中误差、读数误差）、仪器误差（缺乏校验、未作改正）、环境（气候、信号干扰）。

⑶ GPS数据：信号的精度、接收机精度、定位方法、处理算法等。

⑷ 地图：来源于测量数据，主要误差有控制点误差、展绘、编绘、清绘、制图综合误差、分色版套合误差、特征夸大误差、载体变形。

⑸ 地图数字化精度：纸张变形、数字化仪精度、操作员的技能等。属性数据误差：数据的录入、数据库的操作等。

2）处理误差

⑴ 几何纠正 ⑵ 投影变换 ⑶ 坐标变换 ⑷ 数据编辑

⑸ 空间分析：缓冲区分析、叠加分析、网络分析、地形分析、量算分析、统计分析、DEM生成、可视域分析等。

⑹ 图形化简 ⑺ 数据格式转换 ⑻ 计算机误差 ⑼ 空间内插

⑽ 矢量与栅格数据的转换

第二章

空间数据的采集与质量

检索，它通过对数据内容、质量、状况及其它有关特征的描述，来帮助人们查询、获取、使用、管理和更新维护各类信息系统中的海量数据。这是数据生产者与使用者的共识。具体作用有：

⑴ 促进数据集的高效利用。

⑵ 用来组织、维护、管理和更新数据，建立数据档案，并挖掘空间信息资源。⑶ 帮助数据使用者查询所需空间信息，评价数据的可用性，处理转换所需的信息。⑷ 对数据进行加工处理和二次开发等。

2.5.3 元数据管理系统

具备元数据的建立、管理、维护和更新功能，是可视化的元数据编辑工具。由元素据库管理系统、元数据发布系统、元数据编辑工具组成。

⑴元素据库管理系统：由元素据库、索引模块和用户界面构成。

⑵元数据发布系统：由元数据浏览器、Web服务器、连接模块、服务网关、客户机和元数据搜索引擎组成。

⑶元数据编辑工具。

建立元数据的主要任务是制定元数据标准、开发元数据的操作工具和建设元数据库。制定元数据标准其内容应包括以下部分:主题内容与适用范围、参考标准、术语、元数据层次结构、元数据分级、元数据内容和元数据扩展原则与方法。开发元数据的操作工具是编写一系列软件，这些软件须具备元数据的输入、编辑、查询、检索和显示等功能。建设元数据库要依据元数据标准来收集、整理元数据，并利用元数据的操作工具将数据录入建库。元数据对数据的生产者、管理者和使用者都十分有用，它是沟通上述三者之间的桥梁。

元数据描述的基本对象是数据集，它可以扩展为数据集系列和数据集内的要素与属性。元数据对数据集的描述一般可以分为元数据子集、实体和元素三个层次，其中元数据元素是元数据最基本的信息单元，元数据实体是同类元数据元素的集合，元数据子集是相互关联的元数据实体或元素的集合。每个元数据子集、实体和元素均具有必选、一定条件下必选和可选三种性质，并且还具有名称、标识码、定义、性质、条件、最大出现次数、数据类型和值域八个特征。元数据的描述内容一般可以分为两级:一级元数据和二级元数据。一级元数据的描述内容为编目信息，其包含唯一标识一个数据集所需的最少元数据实体和元素。二级元数据的描述内容为八个子集，即标识信息、质量信息、数据志信息、空间数据表示信息、参照系统信息、要素分类信息、发行信息和元数据参考信息，另外还有三个可重复的实体，即引用文献信息、负责单位信息和地址信息，其包含建立完整的数据集文档所需的全部元数据实体和元素。元数据的存储形式主要有文本文件、超文本文件和关系型数据库三种。当已建立的元数据在不能满足应用需要时，可以对其作适当地扩展。