GIS课程(第二章空间数据结构)aa.ppt

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1、地理信息系统原理GIS第二章第二章 空间数据结构空间数据结构2-12-1空间实体及空间实体及其描述其描述 2-3栅格数据结构栅格数据结构2-22-2矢量数据矢量数据结结构构 2-4 2-4 矢栅一体矢栅一体化数据结构化数据结构 二、二、地理实体的描述地理实体的描述四、四、实体间空间关系实体间空间关系一、一、地理实体地理实体三、三、实体的空间特征实体的空间特征一、图形表示一、图形表示 二、二、数据组织数据组织四四、栅格、栅格数据数据编码编码 三、栅格结构的建立三、栅格结构的建立五、四叉树编码五、四叉树编码 2-5 2-5 三维数据三维数据结构结构 二、八叉树结构二、八叉树结构一、一、概述概述三、

2、三维边界表示法三、三维边界表示法地理信息系统原理GIS2-22-2矢量数据矢量数据结结构构 一、图形表示一、图形表示 二、获取方式二、获取方式三、组织三、组织 四、编码方式四、编码方式 返回返回地理信息系统原理GIS2-4 2-4 矢栅一体矢栅一体化数据结构化数据结构 二、矢栅一体化概念二、矢栅一体化概念 一、矢、栅比较一、矢、栅比较 四、一体化四、一体化结结构构设计设计 三、三、三个三个约约定和定和细细分分格网法格网法 返回返回地理信息系统原理GIS2-12-1空间实体及其描述空间实体及其描述 第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构一、地理实体（空间实体）一、地理实体（空间实体）-G

3、ISGIS处理对象处理对象 1、定义、定义：指指自自然然界界现现象象和和社社会会经经济济事事件件中中不不能能再再分分割割的的单单元元，它它是是一一个个具具体体有有概概括括性，复杂性，相对意义性，复杂性，相对意义的概念。的概念。2 2、理解、理解：地地理理实实体体类类别别及及实实体体内内容容的的确确定定是是从从具具体体需需要要出出发发的的，例例如如，在在全全国国地地图图上上由由于于比比例例尺尺很很小小，武武汉汉就就是是一一个个点点，这这个个点点不不能能再再分分割割，可可以以把把武武汉汉定定为为一一个个空空间间实实体体，而而在在大大比比例例尺尺的的武武汉汉市市地地图图上上，武武汉汉的的许许多多房房

4、屋屋，街街道道都都要要表表达达出出来来，所所以以武武汉汉必必须须再再分分割割，不不能能作作为为一一个个空空间间实实体体，应应将将房房屋屋，街街道道等等作作为为研研究究的的地地理理实实体体，由由此此可可见见，GISGIS中中的的空空间间实实体体是是一一个个概概括括，复杂，相对的概念。复杂，相对的概念。返回返回地理信息系统原理GIS二、地理实体的描述二、地理实体的描述空间数据空间数据 2-12-1空间实体及其描述空间实体及其描述 第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构1 1、描述的内容、描述的内容 反映了实体的三个特征反映了实体的三个特征 3 3、数据类型数据类型 4 4、数据结构、数据结

5、构以什么形式存储和处理以什么形式存储和处理几何数据（空间几何数据（空间数据、图形数据）数据、图形数据）关系数据关系数据实体实体间的邻接、关联间的邻接、关联包含等相互关系包含等相互关系 属性数据属性数据各种各种属性特征和时间属性特征和时间元数据元数据 矢量、栅格、矢量、栅格、TINTIN（专用于地专用于地表或特殊造型）表或特殊造型）RDBMSRDBMS属性表属性表-采用采用MISMIS较成熟较成熟 同物理、化学等学科使用的数据类型相比，空间数据是一种较复杂的数据类型，涉同物理、化学等学科使用的数据类型相比，空间数据是一种较复杂的数据类型，涉及到空间特征、属性特征及它们之间关系的描述及到空间特征、

6、属性特征及它们之间关系的描述空间元数据空间元数据返回返回位置、形状、尺位置、形状、尺寸寸 、识别码（名称）识别码（名称）实体的角色、功实体的角色、功能、行为、实体能、行为、实体的衍生信息的衍生信息时间时间测量方法、编码测量方法、编码方法、空间参考方法、空间参考系等系等 空间特征：地理空间特征：地理位置和空间关系位置和空间关系属性特征属性特征名称、名称、等级、类别等等级、类别等时间特征时间特征2 2、基本特征基本特征 地理信息系统原理GIS2、空间数据基本特征、空间数据基本特征返回返回地理信息系统原理GIS3、空间数据类型、空间数据类型1）依据数据来源）依据数据来源的不同分为的不同分为：地图数据

7、地图数据地形数据地形数据属性数据属性数据元数据元数据影象数据影象数据2）依据表示对象的不同分为）依据表示对象的不同分为：地理信息系统原理GIS3、空间数据类型（续）、空间数据类型（续）返回返回地理信息系统原理GIS三、实体的空间特征三、实体的空间特征 2-12-1空间实体及其描述空间实体及其描述 第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构（一）空间维数：（一）空间维数：有有0 0，1 1，2 2，3 3 维之分，点、线、面、体。维之分，点、线、面、体。（二）空间特征类型（二）空间特征类型（三）实体类型组合（三）实体类型组合返回返回在地图上实体维数的表示可以改变在地图上实体维数的表示可以改变

8、 点点-面面 线线（单线河）（单线河）-面（双线河），通过地图综合。面（双线河），通过地图综合。1 1、点状实体、点状实体2 2、线状实体、线状实体3 3、面状实体、面状实体4 4、体状实体、体状实体地理信息系统原理GIS1 1、点状实体、点状实体2-12-1空间实体及其描述空间实体及其描述 第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构点或节点、点状实体。点：有特定位置，维数为点或节点、点状实体。点：有特定位置，维数为0 0的物体。的物体。4 4）角点、节点）角点、节点VertexVertex：表示线段和弧段上的连接点。表示线段和弧段上的连接点。1）实体点）实体点：用来代表一个实体。：用来代

9、表一个实体。2）注记点）注记点：用于定位注记。：用于定位注记。3）内点：）内点：用于负载多边形的属性，用于负载多边形的属性，存在于多边形内。存在于多边形内。返回返回地理信息系统原理GIS2 2、线状实体、线状实体1）实体长度）实体长度：从起点到终点的总长从起点到终点的总长2）弯曲度）弯曲度：用于表示像道路拐弯时弯曲的程度。用于表示像道路拐弯时弯曲的程度。3）方向性）方向性：如：水流方向，上游如：水流方向，上游下游，下游，公路，单、双向之分。公路，单、双向之分。2-12-1空间实体及其描述空间实体及其描述 第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构具有相同属性的点的轨迹，线或折线，由一系列的

10、有序坐标表示，并有如下具有相同属性的点的轨迹，线或折线，由一系列的有序坐标表示，并有如下特性特性：线状实体包括线状实体包括：线段，边界、链、弧段、网络等。线段，边界、链、弧段、网络等。返回返回地理信息系统原理GIS3 3、面状实体（多边形）、面状实体（多边形）2-12-1空间实体及其描述空间实体及其描述 第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构面状实体的如下面状实体的如下特征特征：1 1）面积范围面积范围 2 2）周长周长3 3）独立性或与其它地物相邻独立性或与其它地物相邻如中国及其周边国家如中国及其周边国家4 4）内岛屿或锯齿状外形内岛屿或锯齿状外形：如岛屿的海岸线封闭所围成的区域。如

11、岛屿的海岸线封闭所围成的区域。5 5）重叠性与非重叠性）重叠性与非重叠性：如学校的分区，菜市场的服务范围等如学校的分区，菜市场的服务范围等都有可能出现交叉重叠现象，而一个城都有可能出现交叉重叠现象，而一个城市的各个城区一般说来不会出现重叠。市的各个城区一般说来不会出现重叠。是对湖泊、岛屿、地块等一类现象的描述。是对湖泊、岛屿、地块等一类现象的描述。在数据库中由在数据库中由一封闭曲线加内点一封闭曲线加内点来表示。来表示。返回返回地理信息系统原理GIS4、体、立体状实体、体、立体状实体2-12-1空间实体及其描述空间实体及其描述 第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构返回返回 立立体体状状

12、实实体体用用于于描描述述三三维维空空间间中中的的现现象象与与物物体体，它它具具有有长长度度、宽宽度度及及高高度度等等属性，立体状实体一般具有以下一些空间属性，立体状实体一般具有以下一些空间特征特征：体积，如工程开控和填充的土方量。体积，如工程开控和填充的土方量。每个二维平面的面积。每个二维平面的面积。周长。周长。内岛。内岛。含有弧立块或相邻块。含有弧立块或相邻块。断面图与剖面图。断面图与剖面图。地理信息系统原理GIS（三）实体类型组合（三）实体类型组合2-12-1空间实体及其描述空间实体及其描述 第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构返回返回 现实世界的各种现象比较复杂，往往由不同的空

13、间单元组合而成，例如根现实世界的各种现象比较复杂，往往由不同的空间单元组合而成，例如根据某些空间单元或几种空间单元的组合将空间问题表达出来，复杂实体由简据某些空间单元或几种空间单元的组合将空间问题表达出来，复杂实体由简单实体组合表达。单实体组合表达。点、线、面两两之间组合表达复杂的空间问题：点、线、面两两之间组合表达复杂的空间问题：如：如：线线面面 面面-面面 可见，用各要素之间的空间关系，可描述诸多空间问题。可见，用各要素之间的空间关系，可描述诸多空间问题。空间关系是空间关系是GIS数据描述和表达的重要内容数据描述和表达的重要内容，一方面它为，一方面它为GIS数据库的有效建立，空间查询，数据

14、库的有效建立，空间查询，空间分析，辅助决策等提供了最基本的关系，另一方面有助于形成标准的空间分析，辅助决策等提供了最基本的关系，另一方面有助于形成标准的SQL空间查询语言，便于空间特征的存储，提取，查询，更新等。空间查询语言，便于空间特征的存储，提取，查询，更新等。地理信息系统原理GIS线线面面2-12-1空间实体及其描述空间实体及其描述 第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构返回返回1、区区域域包包含含线线：计计算算区区域域内内线线的密度，某省的水系分布情况。的密度，某省的水系分布情况。2、线线通通过过区区域域：公公路路上上否否通通过过某县。某县。3、线线环环绕绕区区域域：区区域域边

15、边界界，搜搜索索左左右右区区域域名名称称，中中国国与与哪哪些些国国家接壤。家接壤。4、线与区域分离：距离。、线与区域分离：距离。地理信息系统原理GIS面面面面2-12-1空间实体及其描述空间实体及其描述 第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构1、包含包含：岛：岛,某省的湖泊分布。某省的湖泊分布。2、相相合合：重重叠叠，学学校校服服务务范范围围与与菜场服务范围重叠区。菜场服务范围重叠区。3、相交相交：划分子区。：划分子区。4、相相邻邻：计计算算相相邻邻边边界界性性质质和和长长度，公共连接边界。度，公共连接边界。分离分离：计算距离。：计算距离。返回返回学校学校菜场菜场地理信息系统原理GIS

16、四、四、实体间空间关系实体间空间关系2-12-1空间实体及其描述空间实体及其描述 第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构返回返回（一）空间关系类型（一）空间关系类型（二）拓扑关系（二）拓扑关系1 1、拓扑空间关系拓扑空间关系：2 2、顺序空间关系顺序空间关系：（方向空间关系方向空间关系）用上下左右、前后、东南西北等方向性名称来描述空间实体的顺序关系，用上下左右、前后、东南西北等方向性名称来描述空间实体的顺序关系，算法复杂，至今没有很好的解决方法。算法复杂，至今没有很好的解决方法。3 3、度量空间关系度量空间关系，主要指实体间的距离关系，远近。，主要指实体间的距离关系，远近。1 1）在地

17、理空间中两点间的距离有在地理空间中两点间的距离有两种度量方法两种度量方法。a a、沿真实的地球表面进行沿真实的地球表面进行,除与两点的地理坐标有关外，还与所通过路径的除与两点的地理坐标有关外，还与所通过路径的地形起伏有关，复杂地形起伏有关，复杂,引入第二种。引入第二种。b b、沿地球旋转椭球体的距离量算。沿地球旋转椭球体的距离量算。2 2）距离类别距离类别：欧氏距离（笛卡尔坐标系）、曼哈顿（出租车）距离、时间距离（纬度差）、欧氏距离（笛卡尔坐标系）、曼哈顿（出租车）距离、时间距离（纬度差）、大地测量距离（大地线）（沿地球大圆经过两个城市中心的距离）。大地测量距离（大地线）（沿地球大圆经过两个城

18、市中心的距离）。北北ab地理信息系统原理GIS（二）拓扑关系（二）拓扑关系2-12-1空间实体及其描述空间实体及其描述 第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构返回返回1、定义、定义：指指图形保持连续状态下变形图形保持连续状态下变形，但图形关系不变的性质。，但图形关系不变的性质。将橡皮任意拉伸，压缩，但不能扭转或折叠。将橡皮任意拉伸，压缩，但不能扭转或折叠。拓扑变换拓扑变换（橡皮变换）（橡皮变换）非拓扑属性非拓扑属性（几何）（几何）拓扑属性（拓扑属性（没发生变化的属性）没发生变化的属性）两点间距离两点间距离一点指向另一点的方向一点指向另一点的方向弧段长度、区域周长、弧段长度、区域周长、面

19、积面积等等一个点在一条弧段的端点一个点在一条弧段的端点一条弧是一简单弧段（自身不相交）一条弧是一简单弧段（自身不相交）一个点在一个区域的边界上一个点在一个区域的边界上一个点在一个区域的内部一个点在一个区域的内部/外部外部一个点在一个环的内一个点在一个环的内/外部外部一个面是一个简单面一个面是一个简单面一个面的连通性一个面的连通性 面内任两点从一点面内任两点从一点可在面的内部走向另一点可在面的内部走向另一点1、定义、定义2、种类、种类3、拓扑关系的表达、拓扑关系的表达4、意义、意义地理信息系统原理GIS2 2、种类、种类 2-12-1空间实体及其描述空间实体及其描述 第二章第二章 GIS GIS

20、 数据结构数据结构1）关关联联性性：（不不同同类类要要素素之之间间）结点与弧段：如结点与弧段：如V9与与L5,L6,L3多边形与弧段：多边形与弧段：P2与与L3,L5,L22）邻接性邻接性：(同类同类元素之间元素之间)多边形之间、结点之间。多边形之间、结点之间。邻接矩阵邻接矩阵重叠：重叠：-邻接：邻接：1不邻接：不邻接：0P1P2P3P4P1-111P21-10P311-0P4100-地理信息系统原理GIS3）连通性：连通性：与邻接性相类似，指对与邻接性相类似，指对弧段连接弧段连接的判别，如用于网络分析中确定路径、的判别，如用于网络分析中确定路径、街道是否相通。街道是否相通。2-12-1空间实

21、体及其描述空间实体及其描述 第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构连通矩阵连通矩阵：重叠：重叠：-连通：连通：1不连通：不连通：0V1V2V3V1-10V21-1V301-地理信息系统原理GIS4）方向性）方向性2-12-1空间实体及其描述空间实体及其描述 第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构一条弧段的起点、终点确定了弧段的方向。用于表达现实中的有向弧段，如城市一条弧段的起点、终点确定了弧段的方向。用于表达现实中的有向弧段，如城市道路单向，河流的流向等。道路单向，河流的流向等。5）包含性）包含性：指面状实体包含了哪些线、点或面状实体。：指面状实体包含了哪些线、点或面状实体。6

22、）区域定义）区域定义：多边形由一组封闭的线来定义。：多边形由一组封闭的线来定义。7）层次关系）层次关系：相同元素之间的等级关系，武汉市有各个区组成。：相同元素之间的等级关系，武汉市有各个区组成。主要的主要的拓扑关系：拓扑关系：拓扑邻接、拓扑关联、拓扑包含拓扑邻接、拓扑关联、拓扑包含。地理信息系统原理GIS拓扑关系具体可由拓扑关系具体可由4个关系表来表示：个关系表来表示：（1）面面-链关系：链关系：面面构成面的弧段构成面的弧段（2）链链-结点关系：结点关系：链链链两端的结点链两端的结点（3）结点结点-链关系：链关系：结点结点通过该结点的链通过该结点的链（4）链链面关系：面关系：链链左面左面右面右

23、面3、拓扑关系的表达、拓扑关系的表达对于数据处理和对于数据处理和GIS空间分析具有重要的意义，因为：空间分析具有重要的意义，因为：1）拓扑关系能）拓扑关系能清楚地反映清楚地反映实体之间的实体之间的逻辑结构关系逻辑结构关系，它比几何关系具有更大的稳定，它比几何关系具有更大的稳定性，不随地图投影而变化。性，不随地图投影而变化。2）有助于空间要素的查询有助于空间要素的查询，利用拓扑关系可以解决许多实际问题。，利用拓扑关系可以解决许多实际问题。如某县的邻接县，如某县的邻接县，-面面相邻问题。又如供水管网系统中某段水管破裂找关闭它的阀门，就需要查询面面相邻问题。又如供水管网系统中某段水管破裂找关闭它的阀门，就需要查询该线（管道）与哪些点（阀门）关联。该线（管道）与哪些点（阀门）关联。3）根据拓扑关系可）根据拓扑关系可重建地理实体重建地理实体。2-12-1空间实体及其描述空间实体及其描述 第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构返回返回4、拓扑关系的意义、拓扑关系的意义：