地理信息系统第二章PPT讲稿.ppt

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1、地理信息系统第二章第1页，共48页，编辑于2022年，星期六第二章第二章 地理信息系数据结构地理信息系数据结构第一节第一节 地理空间及其表达地理空间及其表达第二节第二节 地理空间数据及其特征地理空间数据及其特征第三节第三节 空间数据结构的类型空间数据结构的类型第四节第四节 空间数据结构的建立空间数据结构的建立第2页，共48页，编辑于2022年，星期六第一节第一节 地理空间及其表达地理空间及其表达 一、地理空间的概念一、地理空间的概念一、地理空间的概念一、地理空间的概念GISGIS中中的的概概念念常常用用“地地理理空空间间”(geo-spatial)(geo-spatial)来来表表述述，一一般

2、般包括地理空间定位框架及其所连接的特征实体。包括地理空间定位框架及其所连接的特征实体。目目前前，我我国国采采用用的的大大地地坐坐标标系系为为19801980年年中中国国国国家家大大地地坐坐标标系系，其其大大地地原原点点，设设在在我我国国中中部部陕陕西西省省泾泾阳阳县县永永乐乐镇镇，简简称称西西安安原原点点。现现在在规规定定的的高高程程起起算算基基准准面面为为19851985国国家家高程基准。高程基准。第3页，共48页，编辑于2022年，星期六第一节第一节 地理空间及其表达地理空间及其表达 地图投影地图投影：将椭球面上各点的大地坐标，按照一定将椭球面上各点的大地坐标，按照一定的数学法则，变换为平

3、面上相应点的平面直角坐标。的数学法则，变换为平面上相应点的平面直角坐标。地理信息系统中特征实体的位置，通常就是指经地理信息系统中特征实体的位置，通常就是指经过投影变换后平面上的直角坐标。过投影变换后平面上的直角坐标。大地坐标系高斯投影高斯坐标系大地坐标系高斯投影高斯坐标系第4页，共48页，编辑于2022年，星期六第一节第一节 地理空间及其表达地理空间及其表达二、空间实体的表达二、空间实体的表达现实世界地理世界计算机世界 世界万象点、线、面bit 地理抽象模型抽象指：如何表达复杂的地理空间中实体的特征，以便计算机管指：如何表达复杂的地理空间中实体的特征，以便计算机管理。理。第5页，共48页，编辑

4、于2022年，星期六第一节第一节 地理空间及其表达地理空间及其表达 对现实世界的各类空间对象的表达有两种方法，分对现实世界的各类空间对象的表达有两种方法，分别称为别称为矢量表示法（矢量数据模型）和栅格表示法（栅格数矢量表示法（矢量数据模型）和栅格表示法（栅格数据模型）据模型）湖泊河道居民地第6页，共48页，编辑于2022年，星期六第二节第二节 地理空间数据及其特征地理空间数据及其特征一、一、GISGIS的空间数据的空间数据GISGIS中的数据来源：中的数据来源：地图数据地图数据：各种普通地图和专题地图：各种普通地图和专题地图影像数据影像数据：卫星遥感和航空遥感：卫星遥感和航空遥感地形数据地形数

5、据：等高线图的数字化、数字高程模型：等高线图的数字化、数字高程模型属性数据属性数据：各类调查报告、文献资料、解译信息等：各类调查报告、文献资料、解译信息等元数据元数据：有关数据的数据：有关数据的数据第7页，共48页，编辑于2022年，星期六第二节第二节 地理空间数据及其特征地理空间数据及其特征二、空间数据基本特征二、空间数据基本特征空间数据（地理数据）：空间数据（地理数据）：空间特征数据空间特征数据：包括定位数据和拓扑数据：包括定位数据和拓扑数据属性特征数据属性特征数据：包括专题属性数据和时间数据：包括专题属性数据和时间数据空间对象的三大基本特征：空间对象的三大基本特征：空间、属性和时间特征空

6、间、属性和时间特征时间特征时间特征是指空间对象随着时间演变而引起的空间和属性是指空间对象随着时间演变而引起的空间和属性特征的变化。特征的变化。第8页，共48页，编辑于2022年，星期六第二节第二节 地理空间数据及其特征地理空间数据及其特征 空间特征是指空间对象的位置及与相空间特征是指空间对象的位置及与相邻对象的空间关系或拓扑关系：邻对象的空间关系或拓扑关系：第9页，共48页，编辑于2022年，星期六第二节第二节 地理空间数据及其特征地理空间数据及其特征空间数据的拓扑关系包括：空间数据的拓扑关系包括：拓扑邻接拓扑邻接：存在于空间图像的同类元素之间的拓扑关系。：存在于空间图像的同类元素之间的拓扑关

7、系。拓扑关联拓扑关联：存在于空间图形的不同元素之间的拓扑关系：存在于空间图形的不同元素之间的拓扑关系拓扑包含拓扑包含：存在于空间图形的同类，但不同级的元素之间：存在于空间图形的同类，但不同级的元素之间 的的拓扑关系。包含关系分为简单包含、多层包含和等价包含。拓扑关系。包含关系分为简单包含、多层包含和等价包含。第10页，共48页，编辑于2022年，星期六第二节第二节 地理空间数据及其特征地理空间数据及其特征属性特征是指空间对象的专题属性属性特征是指空间对象的专题属性第11页，共48页，编辑于2022年，星期六第三节第三节 空间数据结构的类型空间数据结构的类型 一、矢量数据结构：基于矢量模型的数据

8、结构一、矢量数据结构：基于矢量模型的数据结构 包括：包括：简单数据结构简单数据结构：不含有拓扑关系数据：不含有拓扑关系数据 拓扑数据结构拓扑数据结构：包含拓扑关系数据：包含拓扑关系数据 曲面数据结构曲面数据结构：表达一些具有联系分布现象的覆盖表面（地形、：表达一些具有联系分布现象的覆盖表面（地形、降水、温度等等）时所用的一种数据结构。降水、温度等等）时所用的一种数据结构。矢量数据矢量数据就是代表地图图形的各离散点平面坐标（就是代表地图图形的各离散点平面坐标（x x，y y）的有）的有序集合。序集合。第12页，共48页，编辑于2022年，星期六第三节第三节 空间数据结构的类型空间数据结构的类型矢

9、量表示矢量表示第13页，共48页，编辑于2022年，星期六第三节第三节 空间数据结构的类型空间数据结构的类型 简单数据结构简单数据结构：坐标表是与每一个基本的空间对象（点、：坐标表是与每一个基本的空间对象（点、线或多边形）相联系的。线或多边形）相联系的。I D#xyA1Am1x1 y1a11.a1m.nxnynan1.anm点表点表x,y:x,y:位置坐标；位置坐标；A1Am:A1Am:专题属性；专题属性；第14页，共48页，编辑于2022年，星期六第三节第三节 空间数据结构的类型空间数据结构的类型线表：线表：1 4 2 7 (第一线段头文件）第一线段头文件）x1 y1 x2 y2 （第一线段

10、中间点坐标）（第一线段中间点坐标）x3 y3 x4 y4 2 2 4 7 (第二线段头文件）第二线段头文件）x1 y1 x2 y2 （第二线段中间点坐标）（第二线段中间点坐标）3 15 2 8 （第三线段头文件）（第三线段头文件）.第15页，共48页，编辑于2022年，星期六第三节第三节 空间数据结构的类型空间数据结构的类型多边形表多边形表 1 4 58 7 (第一多边形头文件）第一多边形头文件）x1 y1 x2 y2 （第一多边形中间点坐标）（第一多边形中间点坐标）x3 y3 x4 y4 2 3 12 7 (第二多边形头文件）第二多边形头文件）x1 y1 x2 y2 （第二多边形中间点坐标）

11、（第二多边形中间点坐标）x3 y3 3 30 26 8 （第三多边形头文件）（第三多边形头文件）.(x1x1，y1y1)=(x4,y4x4,y4)；(x1x1，y1y1)=(x3,y3x3,y3)；第16页，共48页，编辑于2022年，星期六第三节第三节 空间数据结构的类型空间数据结构的类型在拓扑数据结构中：在拓扑数据结构中：点点：空间的一个坐标点：空间的一个坐标点线线：多个点组成的矢量弧段，有方向：多个点组成的矢量弧段，有方向环环：一条或多条链组成一个环：一条或多条链组成一个环面面：由一个外环和零个或多个内环组成的多边形：由一个外环和零个或多个内环组成的多边形点相互独立；点连成线；线构成面点

12、相互独立；点连成线；线构成面中间点中间点：构成弧段的点：构成弧段的点结点结点：两条以上的弧段相交的点：两条以上的弧段相交的点弧段弧段：两个结点之间的曲线段：两个结点之间的曲线段岛岛：由一条弧段组成的多边形：由一条弧段组成的多边形简单多边形简单多边形：不含岛的多边形：不含岛的多边形复合多边形复合多边形：含岛区的多边形：含岛区的多边形拓扑数据结构拓扑数据结构第17页，共48页，编辑于2022年，星期六第三节第三节 空间数据结构的类型空间数据结构的类型拓扑数据举例拓扑数据举例C4N4C8C6P3P3C7N6C10N3C3N1P1P1C2N2C1P2P2C5N5P4P4P5P5C9N7第18页，共48

13、页，编辑于2022年，星期六第三节第三节 空间数据结构的类型空间数据结构的类型弧段号弧段号弧段号弧段号起结点起结点起结点起结点终结点终结点终结点终结点左多边形左多边形左多边形左多边形右多边形右多边形右多边形右多边形C C1 1N N1 1N N2 2P P2 2P P1 1C C2 2N N3 3N N2 2P P1 1P P4 4C C3 3N N1 1N N3 3P P1 1 C C4 4N N1 1N N4 4 P P2 2C C5 5N N2 2N N5 5P P2 2P P4 4C C6 6N N4 4N N5 5P P3 3P P2 2C C7 7N N5 5N N6 6P P3

14、3P P4 4C C8 8N N4 4N N6 6 P P3 3C C9 9N N7 7N N7 7P P4 4P P5 5C C1010N N3 3N N6 6P P4 4 第19页，共48页，编辑于2022年，星期六第三节第三节 空间数据结构的类型空间数据结构的类型曲面数据结构曲面数据结构曲面曲面是指连续分布现象的覆盖表面，具有这种覆盖表面是指连续分布现象的覆盖表面，具有这种覆盖表面的要素有地形、温度、降水等，常采用的要素有地形、温度、降水等，常采用不规则三角网不规则三角网来拟来拟合这种覆盖表面，称合这种覆盖表面，称TINTIN数据结构。数据结构。表面上不规则分布的点可以连接成三角形网，三

15、角表面上不规则分布的点可以连接成三角形网，三角形的顶点就是原先的不规则点。形的顶点就是原先的不规则点。第20页，共48页，编辑于2022年，星期六曲面数据结构曲面数据结构 空间数据结构的类型空间数据结构的类型第21页，共48页，编辑于2022年，星期六第三节第三节 空间数据结构的类型空间数据结构的类型结点结点XY1x1y12x2y23x3y34x4y45x5y56x6y6三角形三角形结点结点相邻三角形相邻三角形P12,1,60,P2,P5P26,1,5P1,0,P3P36,5,4P2,0,P4P43,6,4P5,P3,0,P52,6,30,P1,P4结点坐标结点坐标三角形拓朴三角形拓朴：第22

16、页，共48页，编辑于2022年，星期六第三节第三节 空间数据结构的类型空间数据结构的类型二、栅格数据结构二、栅格数据结构栅格数据结构栅格数据结构指将空间分割成各个规则的网格单元，指将空间分割成各个规则的网格单元，然后在各个格网单元内赋以空间对象相应的属性值然后在各个格网单元内赋以空间对象相应的属性值的一种数据组织方式。的一种数据组织方式。栅格数据结构分为栅格数据结构分为栅格矩阵结构、游程编码结构、四叉栅格矩阵结构、游程编码结构、四叉树数据结构树数据结构、八叉树数据结构和十六叉树数据结构。、八叉树数据结构和十六叉树数据结构。第23页，共48页，编辑于2022年，星期六第三节第三节 空间数据结构的

17、类型空间数据结构的类型栅格结构栅格结构第24页，共48页，编辑于2022年，星期六第三节第三节 空间数据结构的类型空间数据结构的类型 在栅格数据结构中，物体的空间位置就用其在在栅格数据结构中，物体的空间位置就用其在笛卡尔平面网格中的笛卡尔平面网格中的行号和列号行号和列号坐标表示；物体的坐标表示；物体的属性用属性用象元的取值象元的取值表示；每个象元在一个网格中只能表示；每个象元在一个网格中只能取值一次，同一象元要表示多重属性的事物就要用多取值一次，同一象元要表示多重属性的事物就要用多个笛卡尔平面网格，每个笛卡尔平面网格表示一种属个笛卡尔平面网格，每个笛卡尔平面网格表示一种属性或同一属性的不同特征

18、，这种平面称为性或同一属性的不同特征，这种平面称为层层。第25页，共48页，编辑于2022年，星期六第三节第三节 空间数据结构的类型空间数据结构的类型第26页，共48页，编辑于2022年，星期六第三节第三节 空间数据结构的类型空间数据结构的类型栅格数据取值方法栅格数据取值方法中心归属法中心归属法：每个栅格单元的值以网格中心点对应的面域属：每个栅格单元的值以网格中心点对应的面域属性值来确定。性值来确定。长度占优法长度占优法：每个栅格单元的值以网格中线（水平或垂直）的：每个栅格单元的值以网格中线（水平或垂直）的大部分长度所对应的面域的属性值来确定。大部分长度所对应的面域的属性值来确定。面积占优法面

19、积占优法：每个栅格单元的值以在该网格单元中占据最大：每个栅格单元的值以在该网格单元中占据最大面积的属性值面积的属性值重要性法重要性法：根据栅格内不同地物的重要性程度，选取特别重要的：根据栅格内不同地物的重要性程度，选取特别重要的空间实体决定对应的栅格单元值，如稀有金属矿产区，其所在区域空间实体决定对应的栅格单元值，如稀有金属矿产区，其所在区域尽管面积很小或不位于中心，也应采取保留的原则尽管面积很小或不位于中心，也应采取保留的原则第27页，共48页，编辑于2022年，星期六第三节第三节 空间数据结构的类型空间数据结构的类型栅格矩阵结构栅格矩阵结构完全栅格结构是一种全栅格矩阵的空间数据组织形式，完

20、全栅格结构是一种全栅格矩阵的空间数据组织形式，对矩阵的对矩阵的每个元素每个元素都需要进行存储。随着空间分辨率都需要进行存储。随着空间分辨率的提高，栅格数据的压缩是栅格数据结构要解决的重的提高，栅格数据的压缩是栅格数据结构要解决的重要任务之一。要任务之一。第28页，共48页，编辑于2022年，星期六第三节第三节 空间数据结构的类型空间数据结构的类型游程编码结构游程编码结构 游程游程指相邻同值格网的数量，游程用一对数字表达，指相邻同值格网的数量，游程用一对数字表达，其实质是把栅格矩阵中行序列映射成整数对元素序列。其实质是把栅格矩阵中行序列映射成整数对元素序列。在在游程长度编码游程长度编码中，第一个

21、值表示栅格元素属性值，第二个中，第一个值表示栅格元素属性值，第二个值表示游程的连续长度；在值表示游程的连续长度；在游程终止编码游程终止编码中，第一个值表示栅中，第一个值表示栅格元素属性值，第二个值表示游程终止点列号。格元素属性值，第二个值表示游程终止点列号。第29页，共48页，编辑于2022年，星期六第三节第三节 空间数据结构的类型空间数据结构的类型第30页，共48页，编辑于2022年，星期六第三节第三节 空间数据结构的类型空间数据结构的类型四叉树数据结构四叉树数据结构原理原理：将空间区域按照四个向限进行递归分割，直到将空间区域按照四个向限进行递归分割，直到子向限的子向限的数值单调数值单调为止

22、。凡数值呈单调的单元，不论单元大小，均作为为止。凡数值呈单调的单元，不论单元大小，均作为最后的存储单元。最后的存储单元。根结点根结点代表整个区域，每个结点有代表整个区域，每个结点有4 4个子个子结点。结点。第31页，共48页，编辑于2022年，星期六第三节第三节 空间数据结构的类型空间数据结构的类型四叉树扫描顺序四叉树扫描顺序第32页，共48页，编辑于2022年，星期六第三节第三节 空间数据结构的类型空间数据结构的类型第33页，共48页，编辑于2022年，星期六四叉树四叉树编码编码:线性四叉树编码线性四叉树编码:存储存储:地址地址,深度深度,结点值结点值;基于深度和层次码的线性四叉树编码基于深

23、度和层次码的线性四叉树编码 基于四进制的线性四叉树编码基于四进制的线性四叉树编码第34页，共48页，编辑于2022年，星期六 空间数据结构的类型空间数据结构的类型第35页，共48页，编辑于2022年，星期六常规四叉树编码常规四叉树编码:存储存储:每个结点的每个结点的4 4个子结点指针个子结点指针,一一个父结点指针个父结点指针,一个结点值一个结点值;第36页，共48页，编辑于2022年，星期六链式编码结构链式编码结构 空间数据结构的类型空间数据结构的类型第37页，共48页，编辑于2022年，星期六第三节第三节 空间数据结构的类型空间数据结构的类型三、矢量与栅格一体化数据结构三、矢量与栅格一体化数

24、据结构(自学自学)矢量与栅格一体化的基本概念矢量与栅格一体化的基本概念矢量与栅格一体化数据结构的设计矢量与栅格一体化数据结构的设计第38页，共48页，编辑于2022年，星期六第三节第三节 空间数据结构的类型空间数据结构的类型第39页，共48页，编辑于2022年，星期六第三节第三节 空间数据结构的类型空间数据结构的类型优点优点缺点缺点矢量矢量数据数据结构结构1.1.便于面向现象便于面向现象(土壤类、土地利用单元等土壤类、土地利用单元等)；2.2.数据结构紧凑、冗余度低；数据结构紧凑、冗余度低；3.3.有利于网络分析；有利于网络分析；4.4.图形显示质量好、精度高。图形显示质量好、精度高。1.1.

25、数据结构复杂；数据结构复杂；2.2.软件与硬件的技术要求比较高；软件与硬件的技术要求比较高；3.3.多边形叠合等分析比较困难；多边形叠合等分析比较困难；4.4.显示与绘图成本比较高。显示与绘图成本比较高。栅格栅格数据数据结构结构1.1.数据结构简单；数据结构简单；2.2.空间分析和地理现象的模拟均比较容易；空间分析和地理现象的模拟均比较容易；3.3.有利于与遥感数据的匹配应用和分析；有利于与遥感数据的匹配应用和分析；4.4.输出方法快速，成本比较低廉。输出方法快速，成本比较低廉。1.1.图形数据量大；图形数据量大；2.2.投影转换比较困难；投影转换比较困难；3.3.栅格地图的图形质量相对较低；

26、栅格地图的图形质量相对较低；4.4.现象识别的效果不如矢量方法。现象识别的效果不如矢量方法。四、矢量与栅格数据结构的比较四、矢量与栅格数据结构的比较第40页，共48页，编辑于2022年，星期六第四节第四节 空间数据结构的建立空间数据结构的建立现现代代地地理理信信息息系系统统数数据据模模式式:数数据据与与功功能能间间有有密密切切联联系系，在在确确定定数数据据内内容容时时，首首先先必必须明确系统的功能；须明确系统的功能；对对开开发发的的GISGIS系系统统的的功功能能，须须通通过过用用户户需需求求调调查查来来确确定定，因因此此，在在开开发发GISGIS系系统统之之前前，首先要进行系统分析首先要进行

27、系统分析。一、系统功能与数据间的一、系统功能与数据间的关系关系:第41页，共48页，编辑于2022年，星期六第四节第四节 空间数据结构的建立空间数据结构的建立系统功能与数据间的关系系统功能与数据间的关系(据据Jack Dangermond等等)第42页，共48页，编辑于2022年，星期六二、空间数据二、空间数据分类和编码分类和编码 空间数据的分类，是指根据系统功能及国家规范空间数据的分类，是指根据系统功能及国家规范和标准，将具有不同属性或特征的要素区别开来的过和标准，将具有不同属性或特征的要素区别开来的过程，以便从逻辑上将空间数据组织为不同的信息层程，以便从逻辑上将空间数据组织为不同的信息层(

28、见下图见下图)。第四节第四节 空间数据结构的建立空间数据结构的建立第43页，共48页，编辑于2022年，星期六国土基础信息国土基础信息数据分类与代数据分类与代码举例：码举例：第44页，共48页，编辑于2022年，星期六第四节第四节 空间数据结构的建立空间数据结构的建立矢矢量量数数据据的的输输入入，是是指指将将分分类类和和编编码码的的空空间间对对象象图图形形转转换换为为一一系系列列x x、y y坐坐标标，然然后后按按照照确确定定的的数数据据结结构构加入到线段或标示点的计算机数据文件中去；加入到线段或标示点的计算机数据文件中去；空空间间数数据据编编辑辑的的目目的的是是为为了了消消除除数数字字化化过

29、过程程中中引引入入的的各各类错误和对数据进行拓扑关系检查类错误和对数据进行拓扑关系检查等而进行的操作。等而进行的操作。三、矢量数据的输入与编辑三、矢量数据的输入与编辑第45页，共48页，编辑于2022年，星期六第四节第四节 空间数据结构的建立空间数据结构的建立 栅栅格格数数据据编编辑辑的的目目的的同同样样是是为为了了消消除除数数字字化化过过程程中中引引入入的的各各类类错错误误，根根据据栅栅格格数数据据结结构构的的特特点点，其其编编辑辑的的内内容容还还包括数据压缩和数据组织方式的变换等包括数据压缩和数据组织方式的变换等,如下图。如下图。栅格数据的输入方法包括透明格网采集输入、扫描栅格数据的输入方

30、法包括透明格网采集输入、扫描数字化输入及其它数据传输或转换输入等；数字化输入及其它数据传输或转换输入等；四、栅格数据的输入与编辑四、栅格数据的输入与编辑第46页，共48页，编辑于2022年，星期六第四节第四节 空间数据结构的建立空间数据结构的建立第47页，共48页，编辑于2022年，星期六作业：1、对下图进行自下向上的四叉树编码，并写出红色标示结点、对下图进行自下向上的四叉树编码，并写出红色标示结点的的M码。码。2、已知直线两端点坐标为、已知直线两端点坐标为A（21.5，13.4）和）和B（88.7，67.5），），将该线段由矢量数据转换为栅格数据，将该线段由矢量数据转换为栅格数据，写出计算过程写出计算过程（栅格分（栅格分辨率要求辨率要求10m10m）。）。第48页，共48页，编辑于2022年，星期六