空间数据结构(一)

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1、GIS 第3章 空间数据信息技术教研室信息技术教研室GIS 第3章 空间数据内容回顾内容回顾l l信息与数据的区别与联系信息与数据的区别与联系l l地理数据的特征地理数据的特征l lGISGIS的研究内容之一的研究内容之一空间数据结构空间数据结构l lGISGIS的研究对象是空间数据，这是它与其的研究对象是空间数据，这是它与其 他信息系统的区别之一他信息系统的区别之一l lGISGIS具有公共的空间定位基础具有公共的空间定位基础l l空间（空间（spatialspatial）的概念）的概念GIS 第3章 空间数据内容提要内容提要学习目标l理解地理空间信息的概念l掌握地理空间信息的描述方法l理解

2、地理数据分类描述的方法l理解和掌握地理空间数据的拓扑关系l掌握栅格和矢量数据结构的空间数据表示方式，并 了解各种数据模型的优缺点l了解元数据的概念和作用 重点：地理空间数据的拓扑关系、两种空间数据 结构的特点及其表示方式。 难 点：拓扑结构、栅格数据混合像元的处理方法GIS 第3章 空间数据（一）地理空间信息地理空间（Geo-spatial）地理空间是指物质、能量、信息的形式与形态、结构过程、功能关系上的分布方式和格局及其在时间上的延续。地理空间一般包括地理空间定位框架及其所联结的特地理空间一般包括地理空间定位框架及其所联结的特征实体，研究地理空间，除了建立地理空间的定位参考框征实体，研究地理

3、空间，除了建立地理空间的定位参考框架，还必须分析地理空间特征实体的几何形态和时空分布架，还必须分析地理空间特征实体的几何形态和时空分布规律及其相互之间的关系。规律及其相互之间的关系。GIS 第3章 空间数据（二）地理空间信息的描述l是建立在地理空间坐标系基础上的l地理坐标（经度、纬度）是描述地理空间信息最直接的方法。l平面直角坐标系(X,Y)建立了对地理空间良好的视觉感，并易于进行距离、方向、面积等空间参数的量算，以及进一步的空间数据处理和分析。GIS 第3章 空间数据（三）地理数据的分类描述定名（Nominol）量顺序（Ordinal）量间隔（Interval）量比率（Ratio）量GIS

4、第3章 空间数据二、地理空间数据类型地理数据的基本特征地理数据的基本特征地理数据的来源地理数据的来源 地理空间数据类型地理空间数据类型 GIS 第3章 空间数据（一）地理数据的基本特征l空间特征表示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。l属性特征表示实体的特征。如名称、分类、质量特征和数量特征等。l时间特征描述实体随时间的变化，其变化的周期有超短周期的、短期的、中期的和长期的。GIS 第3章 空间数据（二）地理数据的来源l地图数据 地图是地理信息的主要载体，同时也是地理信息系统最重要的信息源 l遥感数据l统计数据、实测数据及各种文字报告GIS

5、第3章 空间数据（三）地理空间数据的类型1. 类型数据：居民点、交通线、土地类型分布等。2. 面域数据：多边形中心点、行政区域界限和行政单元。3. 网络数据：道路交叉点、街道和街区等。4. 样本数据：气象站、航线和野外样方的分布区等。5. 曲面数据 ：高程点、等高线和等值区域。6. 文本数据：如地名、河流名和区域名称。7. 符号数据：点状符号、线状符号和面状符号等。 GIS 第3章 空间数据三、地理信息的空间关系l l地理空间数据的拓扑关系地理空间数据的拓扑关系l l地理空间信息的方向关系地理空间信息的方向关系l l地理空间信息的度量关系地理空间信息的度量关系GIS 第3章 空间数据空间区位关

6、系空间区位关系FF地理要素之间的空间区位关系可抽象为点、线（或弧地理要素之间的空间区位关系可抽象为点、线（或弧 ）、面（区域）之间的空间几何关系，如图）、面（区域）之间的空间几何关系，如图: :GIS 第3章 空间数据（一）地理空间数据的拓扑关系1.地理空间数据的拓扑关系2.地理空间数据拓扑关系的表示3.地理空间数据拓扑关系应用价值GIS 第3章 空间数据l 拓扑邻接： 同类元素之间的拓扑关系。l 拓扑关联： 不同类元素之间的拓扑关系。l 拓扑包含： 同类不同级元素之间的拓扑关系 。1. 地理空间数据的拓扑关系GIS 第3章 空间数据N11256473P1P3P2P4N4N3N5N2拓扑邻接：

7、N1/N2 ,N1/N3 ,N1/N4 ;P1/P3 ;P2/P3拓扑关联：N1/1、3 、6 ；P1/1、5 、6 拓扑包含：P3与P4 P0GIS 第3章 空间数据2. 2. 地理空间数据拓扑关系的表示地理空间数据拓扑关系的表示GISGIS中拓扑关系：中拓扑关系： 方向性线段具有方向性连通性弧段间通过节点彼此连接面定义由一组有向线首尾相连而成邻接性几何对象互为邻居，弧段有方向性，且左多边形和右多边形包含性一个几何对象包含在另一个几何对象中GIS 第3章 空间数据方向性方向性线元素线元素基本的空间要素基本的空间要素vertexvertexvertexvertexNodeNode结点（Node

8、s） 是弧段的两个端点 折点（Vertices） 确定线的形状 方向性：从 node #2 到 node #1GIS 第3章 空间数据连通性和面定义连通性和面定义连通性连通性面定义面定义邻接性邻接性 Polygon #2 是由 line 1 和line2通过结点1和结点2相 连组成GIS 第3章 空间数据拓扑数据结构拓扑数据结构l将结点、弧段和多边形之间的拓朴结构 表达出来，可以形成四个关系表 结点与弧段的拓朴关系 弧段与结点的拓朴关系 弧段与多边形的拓朴关系 多边形与弧段的拓朴关系GIS 第3章 空间数据l 结点与弧段之间的关系结点名指 针第一个离开弧段 第一个到达弧段坐标N1 e3 e1

9、x1，y1N2 e1 e2 x2，y2N3 e2 e3 x3，y31256473P1P3P2P4N4N3N5N2N1P0GIS 第3章 空间数据弧段名l 弧段与多边 形l 多边形与弧 段1256473P1P3P2P4N4N3N5N2N1P0e1 N2 N1 P1 P0 s1 e2 N3 N2 e5 P2 P0 s2 e3 N1 N3 e6 e4 P3 P0 s3e4 N4 N3 e5 e3 P2 P3 s4 始结点 终结点离开始结 点的下一 条弧段到达终结点 的下一条弧 段右多 边形左多 边形坐标串GIS 第3章 空间数据l多边形与弧段弧段P1 e1、e5、e6P2 e2、e4、e5P3 e3

10、、e4、e6、-e7多边 形名P4 e7P0125643P1P3P2P4N4N3N5N2N17GIS 第3章 空间数据3. 地理空间数据拓扑关系应用价值（1）确定地理实体间的相对空间位置，无需坐标和距离 （2）利于空间要素查询及数字地图查错某条铁路通过那些地区发觉未正确结合的线、未正确闭合的多边形（3）重建地理实体GIS 第3章 空间数据(二) 地理空间信息的方向关系方向关系：地理事物在空间中的相互方位和排列顺序。l点状要素：对于点状空间实体只要计算两点之间的连线与某一基准方向的夹角即可，该夹角称为连线的方位角。l线状要素和面状要素计算点状和线状空间实体、点状和面状空间实体时，只需将线状和面状

11、空间实体视为由它们的中心所形成的点状实体，然后按点状实体来求解方向关系即可。GIS 第3章 空间数据（三）地理空间信息的度量关系l度量空间关系主要是指空间对象之间的距离关系。GIS 第3章 空间数据四、地理信息空间数据模型l空间数据模型l矢量数据模型l栅格数据模型l栅格结构与矢量结构的比较GIS 第3章 空间数据How does a computer “see” map features?常用的空间数据模型:XYx1 y1 x2 y2xi yixn ynijGIS 第3章 空间数据空间数据结构是指空间数据的编排方式和组织关系。空间数据编码是空间数据结构的实现，目的是将图形数据、影像数据、统计数

12、据等资料，按一定的数据结构转换为适用于计算机存储和处理的过程。 GIS 第3章 空间数据GIS 第3章 空间数据l矢量数据可以用一组x、y坐标 表示 点（points）单个坐标点对，如Building(3，2） 线（lines）一组坐标点对，如Road（1，5） 、（3，5）等 面（polygons）由一个或多个线组成，如Lake矢量数据模型矢量数据模型点线面GIS 第3章 空间数据PointZero dimensionsZero dimensions No length, width or height, only location No length, width or height, o

13、nly location impliedimplied Defined by x, y coordinatesDefined by x, y coordinates Also called a node or vertexAlso called a node or vertex Examples: wells, buildings, survey Examples: wells, buildings, survey markersmarkersGIS 第3章 空间数据Linel lOne-dimensionalOne-dimensionall lProperties of length and

14、 locationProperties of length and locationl lDefined by x, y coordinates of its end Defined by x, y coordinates of its end points and (if curved) of points along its points and (if curved) of points along its pathpathl lLines also known as edges, linksLines also known as edges, linksl lExamples: roads, streams, contour linesExamples: roads, streams, contour linesGIS 第3章 空间数据AreaA