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1、,第二章 空间数据结构（表达）,返回,2-1空间实体及其描述,GIS 数据结构,一、地理实体（空间实体）-GIS处理对象,1、定义： 指自然界现象和社会经济事件中不能再分割的单元，它是一个具体有概括性，复杂性，相对意义的概念。 2、理解： 地理实体类别及实体内容的确定是从具体需要出发的，例如，在全国地图上由于比例尺很小，武汉就是一个点，这个点不能再分割，可以把武汉定为一个空间实体，而在大比例尺的武汉市地图上，武汉的许多房屋，街道都要表达出来，所以武汉必须再分割，不能作为一个空间实体，应将房屋，街道等作为研究的地理实体，由此可见，GIS中的空间实体是一个概括，复杂，相对的概念。,返回,二、地理实
2、体的描述空间数据,2-1空间实体及其描述,GIS 数据结构,1、描述的内容,反映了实体的三个特征,3、数据类型,4、数据结构,以什么形式存储和处理,几何数据（空间数据、图形数据） 关系数据实体间的邻接、关联包含等相互关系 属性数据各种属性特征和时间 元数据,矢量、栅格、TIN（专用于地表或特殊造型） RDBMS属性表-采用MIS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，涉及到空间特征、属性特征及它们之间关系的描述,空间元数据,返回,位置、形状、尺寸 、 识别码（名称）实体的角色、功能、行为、实体的衍生信息 时间 测量方法、编码方法、空间参考系等,空间特征：地
3、理位置和空间关系 属性特征名称、等级、类别等 时间特征,2、基本特征,2、空间数据基本特征,返回,3、空间数据类型,1）依据数据来源的不同分为： 地图数据 地形数据 属性数据 元数据 影象数据,2）依据表示对象的不同分为：,3、空间数据类型（续）,返回,三、实体的空间特征,2-1空间实体及其描述,第二章 GIS 数据结构,（一）空间维数：有0，1，2，3 维之分，点、线、面、体。,（二）空间特征类型,（三）实体类型组合,返回,在地图上实体维数的表示可以改变 点-面 线（单线河）-面（双线河），通过地图综合。,1、点状实体,2、线状实体,3、面状实体,4、体状实体,1、点状实体,2-1空间实体及
4、其描述,第二章 GIS 数据结构,点或节点、点状实体。点：有特定位置，维数为0的物体。,4）角点、节点Vertex： 表示线段和弧段上的连接点。,1）实体点：用来代表一个实体。,2）注记点：用于定位注记。,3）内点：用于负载多边形的属性，存在于多边形内。,返回,2、线状实体,1）实体长度： 从起点到终点的总长 2）弯曲度： 用于表示像道路拐弯时弯曲的程度。 3）方向性： 如：水流方向，上游下游， 公路，单、双向之分。,2-1空间实体及其描述,第二章 GIS 数据结构,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：,线状实体包括： 线段，边界、链、弧段、网络等。,返回,
5、3、面状实体（多边形）,2-1空间实体及其描述,第二章 GIS 数据结构,面状实体的如下特征： 1）面积范围 2）周长 3）独立性或与其它地物相邻 如中国及其周边国家 4）内岛屿或锯齿状外形： 如岛屿的海岸线封闭所围成的区域。 5）重叠性与非重叠性： 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。 在数据库中由一封闭曲线加内点来表示。,返回,4、体、立体状实体,2-1空间实体及其描述,第二章 GIS 数据结构,返回,立体状实体用于描述三维空间中的现象与物体，它具有长度、宽度及高度等属性，立体状实体一般
6、具有以下一些空间特征： 体积，如工程开控和填充的土方量。 每个二维平面的面积。 周长。 内岛。 含有弧立块或相邻块。 断面图与剖面图。,（三）实体类型组合,2-1空间实体及其描述,第二章 GIS 数据结构,返回,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： 如：线面 面-面,可见，用各要素之间的空间关系，可描述诸多空间问题。空间关系是GIS数据描述和表达的重要内容，一方面它为GIS数据库的有效建立，空间查询，空间分析，辅助决策等提供了最基本的关系，另
7、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。,线面,2-1空间实体及其描述,第二章 GIS 数据结构,返回,1、区域包含线：计算区域内线的密度，某省的水系分布情况。 2、线通过区域：公路上否通过某县。 3、线环绕区域：区域边界，搜索左右区域名称，中国与哪些国家接壤。 4、线与区域分离：距离。,面面,2-1空间实体及其描述,第二章 GIS 数据结构,1、 包含：岛,某省的湖泊分布。 2、 相合：重叠，学校服务范围与菜场服务范围重叠区。 3、 相交：划分子区。 4、 相邻：计算相邻边界性质和长度，公共连接边界。 分离：计算距离。,返回,四、实体间空间关系,2-
8、1空间实体及其描述,第二章 GIS 数据结构,返回,（一）空间关系类型,（二）拓扑关系,1、 拓扑空间关系： 2、 顺序空间关系： （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，算法复杂，至今没有很好的解决方法。 3、 度量空间关系，主要指实体间的距离关系，远近。 1）在地理空间中两点间的距离有两种度量方法。 a、沿真实的地球表面进行,除与两点的地理坐标有关外，还与所通过路径的地形起伏有关，复杂,引入第二种。 b、沿地球旋转椭球体的距离量算。 2） 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）、大地测量距离（大地线）（沿地球
9、大圆经过两个城市中心的距离）。,（二）拓扑关系,2-1空间实体及其描述,第二章 GIS 数据结构,返回,1、定义： 指图形保持连续状态下变形，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。,1、定义 2、种类 3、拓扑关系的表达 4、意义,2、种类,2-1空间实体及其描述,第二章 GIS 数据结构,1）关联性： （不同类要素之间）结点与弧段：如V9与L5,L6,L3 多边形与弧段：P2与L3,L5,L2 2）邻接性： (同类元素之间) 多边形之间、结点之间。 邻接矩阵 重叠：- 邻接：1 不邻接：0,3）连通性：与邻接性相类似，指对弧段连接的判别，如用于网络分析中确定路径、
10、街道是否相通。,2-1空间实体及其描述,第二章 GIS 数据结构,连通矩阵： 重叠：- 连通：1 不连通：0,4）方向性,2-1空间实体及其描述,第二章 GIS 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，如城市道路单向，河流的流向等。 5）包含性：指面状实体包含了哪些线、点或面状实体。 6）区域定义：多边形由一组封闭的线来定义。 7）层次关系：相同元素之间的等级关系，武汉市有各个区组成。 主要的拓扑关系：拓扑邻接、拓扑关联、拓扑包含。,拓扑关系具体可由4个关系表来表示： （1） 面-链关系： 面 构成面的弧段 （2） 链-结点关系： 链 链两端的结点 （3） 结
11、点-链关系： 结点 通过该结点的链 （4） 链面关系： 链 左面 右面,3、拓扑关系的表达,对于数据处理和GIS空间分析具有重要的意义，因为： 1）拓扑关系能清楚地反映实体之间的逻辑结构关系，它比几何关系具有更大的稳定性，不随地图投影而变化。 2）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。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，就需要查询该线（管道）与哪些点（阀门）关联。 3）根据拓扑关系可重建地理实体。,2-1空间实体及其描述,第二章 GIS 数据结构,返回,4、拓扑关系的意义：,五、空间实体的表达空间数据模型,在GIS中与空间信息有关的信
12、息模型有三个，即基于对象（要素）（Feature）的模型、场（Field）模型以及网络（Network）模型。 基于对象（要素）的模型强调了离散对象，根据它们的边界线以及组成它们或者与它们相关的其它对象，可以详细地描述离散对象。 场模型表示了在二维或者三维空间中被看作是连续变化的数据。 网络模型表示了特殊对象之间的交互，如水或者交通流。,2-1空间实体及其描述,第二章 GIS 数据结构,要素（对象）模型,基于要素的空间模型强调了个体现象，该现象以独立的方式或者以与其它现象之间的关系的方式来研究。任何现象，无论大小，都可以被确定为一个对象（Object），假设它可以从概念上与其邻域现象相分离。一
13、个实体必须符合三个条件： 可被识别； 重要（与问题相关）； 可被描述（有特征）。,2-1空间实体及其描述,第二章 GIS 数据结构,场模型 （把空间现象作为连续变量看待）,对于模拟具有一定空间内连续分布特点的现象来说，基于场的观点是合适的。根据应用的不同，场可以表现为二维或三维。一个二维场就是在二维空间中任何已知的地点上，都有一个表现这一现象的值；而一个三维场就是在三维空间中对于任何位置来说都有一个值。一些现象，诸如空气污染物在空间中本质上讲是三维的，但是许多情况下可以由一个二维场来表示。 场模型可以表示为如下的数学公式： z : s z ( s ) 上式中，z为可度量的函数，s表示空间中的位
14、置，因此该式表示了从空间域（甚至包括时间坐标）到某个值域的映射。,2-1空间实体及其描述,第二章 GIS 数据结构,空间数据模型与结构对象模型与场模型比较,对象模型和场模型的比较,现实世界,选择实体,它在哪里,数据,选择一个位置,那里怎么样,对象模型,场模型,两种模型相互之间并不排斥，各有特点，各有应用长处。通常需要有机地综合应用这两种方法来建模。,2-1空间实体及其描述,第二章 GIS 数据结构,2-2 矢量数据结构,第二章 GIS 数据结构,一、图形表示,返回,摘自 张超,二、矢量数据的获取方式,2-2 矢量数据结构,第二章 GIS 数据结构,1) 由外业测量获得 可利用测量仪器自动记录测
15、量成果(常称为电子手薄)，然后转到地理数据库中。 2)由栅格数据转换获得 利用栅格数据矢量化技术，把栅格数据转换为矢量数据。 3)跟踪数字化 用跟踪数字化的方法，把地图变成离散的矢量数据。,返回,三、矢量数据组织,2-2 矢量数据结构,第二章 GIS 数据结构,矢量数据表示时应考虑以下问题： 矢量数据自身的存贮和处理。 与属性数据的联系。 矢量数据之间的空间关系(拓扑关系)。,矢量数据在计算机中的组织,标识码,属性码,空间对象编码; 唯一; 连接空间和属性数据,数据库,独立编码,点: ( x ,y ) 线: ( x1 , y1 ) , (x2 , y2 ) , , ( xn , yn ) 面:
16、 ( x1 , y1 ) , (x2 , y2 ) , , ( x1 , y1 ),点位字典,点: 点号文件,线: 点号串,面: 点号串,存储方法,2-2 矢量数据结构,第二章 GIS 数据结构,以点为例：,2-2 矢量数据结构,第二章 GIS 数据结构,坐标 识别符 若是简单点要素如独立树、电线竿、三角点，符号、 有关属性中包括 比例尺、方向 若是注记点，记录有关字符的大小、方向、字体、排列等 若是结点Vertex：符号：指针、与线相交的角度。 其它属性 : 三角点设立年代、材料等,线（符号、方向）、面（符号）都有相应的相关属性，在此，看看矢量结构中关于几何位置坐标的编码方式,返回,四、矢量数
