《地理信息系统框架新讲解》由会员分享，可在线阅读，更多相关《地理信息系统框架新讲解（288页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二章 空间信息基础 唐山师范学院资管系 李 诚 第三节 空间数据类型和关系 1.空间数据的基本特征 2.空间数据的类型 3.空间数据的拓扑关系 唐山师范学院资管系 （1）地理信息系统是是指在计算机硬件、软件系 统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气 层）空间中的有关地理分布数据进行采集、存 储、管理、运算、分析、显示和描述的技术系 统。简而言之，地理信息系统是综合处理和分 析地理空间数据的一种技术系统。 （2）空间数据是地理信息系统的操作对象。 （3）空间数据的主要来源：地图数据、遥感数据 、统计数据、实测数据及各种文字报告 唐山师范学院资管系 1.空间数据的基本特征 唐山师范学院资管系
2、唐山师范学院资管系 （1）空间特征 表示现象（空间实体）的空间位置或现在所处的 地理位置。空间特征又称定位特征或几何特征，一 般用坐标数据表示，例如笛卡尔坐标系等等。 （2）属性特征 表示现象（实体）的特征。例如变量、分类、数 量特征和名称等等。 （3）时间特征 描述现象或物体随时间的变化。其变化的周期有 超短周期的、短期的、中期的和长期的。例如人口 数的逐年变化 目前的GIS还较少考虑到空间数据的时间特征， 只考虑其属性特征与空间特征的结合。 空间数据具有的其他特征 （1）海量特征 各种空间数据汇集，导致空间数据急剧膨胀，呈现海量的 特征。 （2）异质数据 各种数据呈现不同的类型，不同的来源
3、，不同的表达方式 （比例尺，坐标系统等），年代等不一致。 （3）多维数据 不仅仅表现在数据的空间三维或时间维方面，也表现在其 他方面，如不同的测量方法，遥感数据的不同波段等。 （4）动态数据 不同时相的空间数据反映地理事物或现象的发展变化过程 。 唐山师范学院资管系 唐山师范学院资管系 2.空间数据的类型 （1）类型数据：例如居民点、交通线、土壤类型分布等； （2）面域数据：例如多边形中心点、行政区域界限和行政 单元等； （3）网络数据：例如道路交叉点、街道和街区等； （4）样本数据：例如气象站、航线和野外样方分布区等； （5）曲面数据：例如高程点、等高线和等值区域； （6）文本数据：例如地名
4、、河流名和区域名称； （7）符号数据：例如点状符号、线状符号和面状符号等。 根据划分角度不同，可将空间数据划分为不同的类型。 空间数据从几何上可以抽象为点、线、面数据，对于 点、线、面数据，按其内容又可分为七种类型，如下： 唐山师范学院资管系 3.空间数据的拓扑关系 （1）拓扑（Topology） “拓扑”一词来源于希腊文，其原意是“形 状的研究”。 （2）拓扑关系 是一种对空间结构关系进行明确 定义的数学方法。 是指图形在保持连续状态下变形，但图形关 系不变的性质（拓扑属性）。 （3）拓扑结构 是明确定义空间结构关系的一种 数学方法。 在GIS中，它不但用于空间数据的 组织，而且在空间分析和
5、应用中都有非常重要 的意义。 唐山师范学院资管系 3 N1 1 2 5 6 4 7 P1 P3 P2 P4 N4 N3 N5 N2 唐山师范学院资管系 唐山师范学院资管系 （4）拓扑（Topology）关系的种类 在GIS中，为了真实地反映地理实体，不仅要包括 实体的位置、形状、大小和属性、还必须反映实体之 间的相互关系。 邻接关系：空间图形中同类元素之间的拓扑关系 。例如多边形之间的邻接关系，P2/P3，P1/P2，又如 结点之间的邻接关系A与D，C与D等。（如图） 关联关系：空间图形中不同元素之间的拓扑关系 。例如结点与弧段的关联关系A与e、a、c；多边形与 弧段的关联关系P2与e、c、f
6、。 （如图） 包含关系：空间图形中同类但不同级元素之间的 拓扑关系。例如多边形P1中包含有多边形P4。（如图 ） 唐山师范学院资管系 上图中结点、弧段、面相互之间所有的拓扑 关系如表1-4 唐山师范学院资管系 表1面域与弧段的拓扑关系 面 域 弧 段 P1 a, b, c, -g P2 b, d, f P3 c, f, e P4 g 表2 结点与弧段的拓扑关系 结 点 弧 段 A a, c, e B a, d, b C d, e, f D b, f, c E g 唐山师范学院资管系 表2-3 弧段与结点的拓扑关 系 弧 段结 点 a A , B b B , D c D , A d B , C
7、e C , A f C , D g E , E 表2-4 弧段与面域的拓扑关系 弧 段左 邻 面右 邻 面 a P0 P1 b P2 P1 c P3 P1 d P0 P2 e P0 P3 f P3 P2 g P1 （5）点、线、面空间数据的空间关系 点点关系（分离） 点和点之间的关系主要有两点（通过某条线）是否 相连，两点之间的距离是多少？如城市中某两个点之间 可否有通路，距离是多少？这是在实际生活中常见的点 和点之间的空间关系问题。 点线关系（分离、重合） 点和线的关系主要表现在点和线的关联关系上。如 点是否位于线上，点和线之间的距离等等。 点面关系（分离、包含、相邻） 点和面的关系主要表现
8、在空间包含关系上。如某个 村子是否位于某个县内？或某个县共有多少个村子？ 线线关系（分离、相邻、相交） 线和线是否邻接、相交是线和线关系的主要表现形 式。如河流和铁路的相交，两条公路是否通过某个点邻 接？ 线面关系（分离、相邻、重合、相交、包含） 线和面的关系表现为线是否通过面或和面关联或包 含在面之内？ 面面关系（分离、相邻、重合、覆盖、包含、相交） 面和面之间的关系主要表现为邻接和包含的关系。 唐山师范学院资管系 （6）拓扑关系的重要意义 根据拓扑关系，不需要利用坐标或距离，可 以确定一种空间实体相对于另一种空间实体的 位置关系。拓扑关系能清楚地反映实体之间的 逻辑结构关系，它比几何数据有
9、更大的稳定性 ，不随地图投影而变化。 利用拓扑关系有利于空间要素的查询，例如 某条铁路通过哪些地区，某县与哪些县邻接。 又如分析某河流能为哪些地区的居民提供水源 ，某湖泊周围的土地类型及对生物栖息环境作 出评价等。 可以根据拓扑关系重建地理实体。例如根据 弧段构建多边形，实现道路的选取，进行最佳 路径的选择等。 唐山师范学院资管系 第三节 元数据 1.元数据的概念 2.空间数据元数据的概念和标准 3.空间数据元数据应用 唐山师范学院资管系 1.元数据的概念与分类 定义 “meta”是一希腊语词根，意思是“改变”， “Metadata”一词的原意是关于数据变化的描 述。 科学界至今没有确切的定义
10、. 一般都认为元数据就是 “关于数据的数据” 。 唐山师范学院资管系 （2）元数据的主要作用 帮助数据生产单位有效地管理和维护空间数 据，建立数据文档 提供有关数据生产单位数据存储、数据分类 、数据内容、数据质量、数据交换网络 (clearing house)及数据销售等方面的信息， 便于用户查询检索地理空间数据 提供通过网络对数据进行查询检索的方法或 途径，以及与数据交换和传输有关的辅助信息 帮助用户了解数据，以便就数据是否能满足其 需求作出正确的判断 提供有关信息，以便用户处理和转换有用的 数据。 唐山师范学院资管系 （3）元数据的内容 对数据库的描述； 对数据集中各数据项、数据来源、数据
11、所有者 及数据生产历史等的说明； 对数据质量的描述，如数据精度、数据的逻辑 一致性、数据完整性、分辨率、源数据的比例 尺等； 对数据处理信息的说明，如量纲的转换等； 对数据转换方法的描述 ； 对数据库的更新、集成方法等的说明。 唐山师范学院资管系 （4）元数据的性质 元数据是关于数据的描述性数据信息，它应 尽可能多地反映数据集自身的特征规律，以便 于用户对数据集的准确、高效与充分的开发与 利用。不同领域的数据库，其元数据的内容会 有很大差异。 唐山师范学院资管系 1.空间数据元数据的概念和标准 定义 空间数据(Geospatial data)用于确定具有 自然特征或者人工建筑特征的地理实体的地
12、理 位置、属性及其边界的信息 空间数据元数据指对于空间数据的描述或说 明，主要包括（见书27页） 唐山师范学院资管系 （2）空间数据元数据的标准 元数据标准名称建立标准的组织 CSDGM地球空间数据元 数据内容标准 FGDC，美国联邦空 间数据委员会 GDDD数据集描述方法MEGRIN，欧洲地图 事务组织 CGSB空间数据集描述CSC，加拿大标准委 员会 CEN地学信息一数据描 述一元数据 CENTC287 DIF目录交换格式NASA ISO地理信息ISOTC211唐山师范学院资管系 3.空间数据元数据应用 （1）GIS中使用元数据的原因 完整性(Completeness) 可扩展性(Exte
13、nsibility) 特殊化(Specialization) 安全性(Safety) 查错功能(Debugging) 浏览功能(Browsing) 程序生成(Program generation) 唐山师范学院资管系 （2）空间数据元数据的应用 帮助用户获取数据 空间数据质量控制 在数据集成中的应用 数据存贮和功能实现 唐山师范学院资管系 思考题： 唐山师范学院资管系 1、简述地理空间模型是怎样建立的？ 2、简述在GIS中为什么要考虑地图投影？ 3、描述地理空间实体的三要素是什么？它们 之间的关系是怎样的？ 4、空间数据的基本特征有哪些？地理信息的 数字化描述方法有哪些？ e b c 4 1
14、3 2 5 A B C 7 6 Da d a: 结点号A: 多边形号1: 弧段号 弧段数字化方向 5、利用关系表来表达下图的空间拓扑关系。 6、什么是元数据？为什么要使用元数据？ 唐山师范学院资管系 第三章 空间数据结构 唐山师范学院资管系 唐山师范学院资管系 唐山师范学院资管系 唐山师范学院资管系 唐山师范学院资管系 思考 上述图片隐含什么信息？ 唐山师范学院资管系 第一节 栅格数据结构 第二节 矢量数据结构 第三节 两种数据结构的比较和转换 第三章 空间数据结构 数据结构：指数据的组织形式，是适合于计算机存储、 管理和处理的数据逻辑结构。 空间数据结构：是地理实体的空间排列方式和相互关系
15、的抽象描述。 空间数据结构的重要作用：沟通GIS与信息的桥梁；充 分理解和正确使用GIS的保证。 GIS空间数据结构的主要类型：栅格结构和矢量结构 唐山师范学院资管系 引 言 唐山师范学院资管系 第一节 栅格数据结构 1. 简单栅格数据结构 2. 栅格数据的压缩编码方式 栅格结构是最简单最直观的空间数据结构，又称为网格 结构(raster或grid cell)或像元结构(pixel)，是指 将地球表面划分为大小均匀紧密相邻的网格阵列，每 个网格作为一个象元或象素,由行、列号定义，并包 含一个代码,表示该像素的属性类型或量值，或仅仅 包含指向其属性记录的指针。 唐山师范学院资管系 1. 简单栅格
16、数据结构 换句话说：栅格结构是以规则的阵列来表示空间地物或 现象分布的数据组织，组织中的每个数据表示地物或 现象的非几何属性特。 栅格数据结构的表示 唐山师范学院资管系 唐山师范学院资管系 (a) 点、线、面数据 (b) 栅格表示 在栅格数据结构中 点：为一个栅格单元（或像元）； 线：在一定方向上连接成串的相邻栅格单元（像元） 的集合； 面或区域：聚集在一起的相邻栅格单元（像元）集合 。 唐山师范学院资管系 栅格数据结构的显著特点：属性明显，定位隐含。 现实世界地理实体 地理实体栅格 数据结构表示 栅格数据结构容易实现，算法简单； 栅格数据结构易于扩充、修改，表达直观； 栅格数据结构便于同遥感图像结合； 适合作计算机高级语言或作矩阵处理。 唐山师范学院资管系 栅格数据结构的优点： 唐山师范学院资管系 栅格数据表示的是二维表面上的地理数据的离散化数值。 在
