单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第四章 空间数据表达,4.1空间对象及其定义,现实世界,抽象、综合,空间对象,（空间实体、空间目标）,1.0维空间对象：,点状地物；结（节）点,2.一维空间对象：,拓扑弧段；无拓扑弧段；线状地物,3.二维空间对象：,无拓扑面片；有拓扑面片；面状地物；象元,4.三维空间对象：,体状地物；体元,地理要素之间的空间位置关系,1）点点关系,相合；,分离；,一点为其它诸点的几何中心；,一点为其它诸点的地理重心4.2 空间对象关系,2）点线关系,点上：可以计算点的性质，如拐点等；,线的端点：起点和终点；,线的交点；,点与线分离：可计算点到线的距离地理要素之间的空间区位关系,3）点面关系,点在区域内，可以记数和统计；,点为区域的几何中心；,点为区域的地理重心；,点在区域的边界上；,点在区域外部4）线线关系,重合；,相接：首尾环接或顺序相接；,相交：,平行地理要素之间的空间区位关系,5）线面关系,区域包含线：可计算区域内线的密度；,线穿过区域：,线环绕区域：对于区域边界，可以搜索其左右区域名称；,线与区域分离。
6）面面关系,包含：如岛的情形；,相交：可以划分子区，并计算逻辑与、或、非和异或；,相邻：计算相邻边界的性质和长度；,分离：计算距离、引力等4.3空间数据的计算机表示,现实世界,模型,实物模型,符号模型,数学模型,数据建模,数据组织方式（如：数据分层，属性组织）,选择数据结构（矢量/栅格）,数据结构编码（数据结构的实现）,数据结构：,矢量结构,栅格结构4.4空间数据结构的类型,矢量结构,用点、线、面表现地理实体，其空间位置由所在的坐标参考系中的坐标定义三类地物：,点,面,线,栅格结构,空间被规则地划分为栅格（通常为正方形）；地理实体的位置用它们占据的栅格行、列号来定义；栅格的值代表该位置的属性值；栅格的大小代表空间分解能力4.5空间数据结构的建立,数据结构,在GIS中对于数据采集、存储、查询、检索、应用分析等操作方式有着重要的影响空间数据编码,是空间数据结构的实现高效的数据结构，应具备如下几个方面的要求,(P54):,4.6空间对象的矢量表达,矢量数据结构,是利用欧几里得几何学中的点、线、面及其组合体来表示地理实体空间分布的一种数据组织方式；,通过记录坐标的方式尽可能精确地表示点、线、多边形等地理实体；,点：,只记录其在特定坐标系下的坐标和属性代码；,线段：,用一系列,有序的,、,足够短的直线、顺序相接,表示，为一个有序的坐标对序列。
多边形,：由一系列多而短的直线段组成的、首尾相连的坐标对矢量表示法,定义：,矢量数据结构通过记录空间对象的坐标及空间关系来表达空间对象的位置点：空间的一个坐标点；,线：多个点组成的弧段；,面：多个弧段组成的封闭多边形；,获取方法,定位设备（全站仪、,GPS,、,常规测量等）,地图数字化,间接获取,栅格数据转换,空间分析（叠置、缓冲等操作产生的新的矢量数据）,矢量数据表达考虑内容,矢量数据自身的存储和管理,几何数据和属性数据的联系,空间对象的空间关系（拓扑关系）,矢量数据表达,简单数据结构,拓扑数据结构,属性数据组织,点实体,线实体,面实体,多边形矢量编码，不但要表示位置和属性，更重要的是能表达区域的,拓扑特征,，如形状、邻域和层次结构等，以便使这些基本的空间单元可以作为专题图的资料进行显示和操作矢量数据结构分为简单数据结构（也称面条数据结构）、拓扑数据结构和曲面数据结构；,拓扑数据结构最重要的技术特征和贡献是具有拓扑编辑功能，包括多边形连接编辑和结点连接编辑一）,实体数据结构,只记录空间对象的位置坐标和属性信息，不记录拓扑关系又称,简单数据结构,或,面条（,Spaghetti,）结构存储：,独立存储,：空间对象位置直接跟随空间对象；,点位字典,：,点坐标独立存储，线、面由点号组成,特征,数据按点、线、面为单元进行组织，数据结构直观简单；,公共边重复存储，存在数据冗余，难以保证数据独立性和一致性；,无拓扑关系，主要用于显示、输出及一般查询；,岛或洞只作为一个简单图形，没有与外界多边形的联系；,多边形分解和合并不易进行，邻域处理较复杂；,适用范围：,制图及一般查询，不适合复杂的空间分析,实例：,ArcView,的,Shape,文件,MapInfo,的,Tab,文件,NEXT,简单的矢量数据结构,面条结构（Spaghetti）,多边形,数据项,A,(x,1,y,1,),(x,2,y,2,),(x,3,y,3,),(x,4,y,4,),(x,5,y,5,),(x,6,y,6,),(x,7,y,7,),(x,8,y,8,),(x,9,y,9,),(x,1,y,1,),B,(x,1,y,1,),(x,9,y,9,),(x,8,y,8,),(x,17,y,17,),(x,16,y,16,),(x,15,y,15,),(x,14,y,14,),(x,13,y,13,),(x,12,y,12,),(x,11,y,11,),(x,10,y,10,),(x,1,y,1,),C,(x,24,y,24,),(x,25,y,25,),(x,26,y,26,),(x,27,y,27,),(x,28,y,28,),(x,29,y,29,),(x,30,y,30,),(x,31,y,31,),(x,24,y,24,),D,(x,19,y,19,),(x,20,y,20,),(x,21,y,21,),(x,22,y,22,),(x,23,y,23,),(x,15,y,15,),(x,16,y,16,),(x,19,y,19,),E,(x,5,y,5,),(x,18,y,18,),(x,19,y,19,),(x,16,y,16,),(x,17,y,17,),(x,8,y,8,),(x,7,y,7,),(x,6,y,6,),(x,5,y,5,),标识码,属性码,空间对象编码,唯一,连接几何和属性数据,数据库,独立编码,点:,(,x,y,),线:(,x,1,y,1,),(,x,2,y,2,),(,x,n,y,n,),面:(,x,1,y,1,),(,x,2,y,2,),(,x,1,y,1,),点位字典,点:点号文件,线:点号串,面:点号串,点号,X,Y,1,11,22,2,33,44,n,55,66,存储方法,简单的矢量数据结构,矢量数据表达,拓扑数据结构,不仅表达几何位置和属性，还表示空间关系,表达对象：关联关系,表达方式,全显式表达,部分显式表达,拓扑关系物理实现,直接存储,串行指针,拓扑关系与数据共享,采用拓扑关系的原则,拓扑数据结构,空间数据的拓扑关系,在GIS中，凡具有网状结构特征的地理要素，都存在节点、弧段和多边形之间的拓扑关系。
拓扑定义,：,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，但不能扭转或折叠拓扑变换,（橡皮变换）,拓扑变换,（橡皮变换）,非拓扑属性（几何）,拓扑属性（没发生变化的属性）,两点间距离,一点指向另一点的方向,弧段长度、区域周长、面积 等,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）,一个点在一个区域的边界上,一个点在一个区域的内部/外部,一个点在一个环的内/外部,一个面是一个简单面,一个面的连通性 面内任两点从一点可在面的内部走向另一点,拓扑种类：,拓扑关联：,（,不同类要素之间,）如：结点与弧段：,V9,与,L5,L6,L3,；,多边形与弧段：,P2,与,L3,L5,L2,P1,P2,P3,P4,P1,-,1,1,1,P2,1,-,1,0,P3,1,1,-,0,P4,1,0,0,-,拓扑邻接：,(,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,拓扑种类：,拓扑关联：,拓扑邻接,拓扑包含：,指面状实体包含了哪些线、点或面状实体简单包含,多层包含,等价包含,拓扑关系的意义,：,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拓扑结构：,全显式表达,N1,B2,N2,N4,N3,B3,B4,B1,A1,A2,A6,A5,A4,A3,A7,A8,N5,A8,B1,B2,B3,B4,A1,A2,A3,A4,A5,A6,A7,N1,N2,N3,N4,N5,M,面,弧,点,面-弧拓扑,面,弧段,弧-点拓扑,弧,起点,弧-面拓扑,弧,左面,点-弧拓扑,点,弧段,终点,右面,拓扑结构：,部分显式表达,双重独立式 编码（,DIME）,这种数据结构最早是由美国人口统计局研制来进行人口普查分析和制图的，简称为,DIME,(Dual Independent Map Encoding)系统或,双重独立式的地图编码法,链状双重独立式编码-拓扑数据结构,3、弧段坐标文件,：,弧段号,坐标系列（串),a,x1,y1,X2,y2,x5,y5,b,1、弧段文件：弧面，弧结点关系,弧段号,起点,终点,左多边形,右多边形,a,1,5,A,-,b,5,8,A,E,4,、面文件,面号,弧段号,面积,周长,A,a,b,h,2、节点文件：结点链关系,点号,横坐标,纵坐标,弧段号,8,x,y,b,c,h,在拓扑结构中，多边形（面）的边界被分割成一系列的线（弧、链、边）和点（结点）等拓扑要素，点、线、面之间的拓扑关系在属性表中定义，多边形边界不重复。
拓扑结构：,拓扑关系与数据共享,维护数据的一致性,拓扑:移动结点,无拓扑:移动结点,矢量数据结构（续）,拓扑结构：,是否需要拓扑结构,?,应用目的,制图或一般查询，可不要拓扑结构,空间分析，则应建立拓扑关系,服务对象和系统数据结构,面状目标：面,-,弧、弧,-,面,网络目标：点,-,弧、弧,-,点,矢量数据结构（续）,矢量数据结构：,属性数据表达与组织,属性特征类型,类别特征：是什么,说明信息：同类目标的不同特征,属性特征表达,类别特征：类型编码,说明信息：属性数据结构和表格,属性表的内容取决于用户,图形数据和属性数据的连接通过目标识别符或内部记 录号实现点：坐标对（x,y）+识别符,线：坐标对系列(x1,y1).(xn,yn)及,有关属性、其它属性,面：首尾相同的坐标串,关系表,几何位置坐标文件,连接,点状,对象,目标标识,目标标识,地物编码,坐 标,关联的线目标,精度,控制点等级,测量单位,测量年限,线状,对象,目标标识,目标标识,地物编码,坐 标串,起点、终点、左面、右面,路面材料,等级,修建时间,宽度,管养单位,面状,对象,目标标识,目标标识,地物编码,边界目标号,建筑日期,所有者,建筑面积,建筑单位,结构,空,间,对,象,地物编码,地物名称,制图颜色,几何类型,制图符号编码,属性表明,地物类型特征与制图属性,矢量数据结构：,特点,用离散的点描述空间对象与特征，定位明显，属性隐含,用拓扑关系描述空间对象之间的关系,面向目标操作，精度高，数据冗余度小,输出图形质量好，精度高,与遥感等图象数据难以结合,栅格数据模型,是基于连续铺盖（Regular Tessellations）的，它是将连续空间离散化，以规则或不规则的铺盖覆盖整个空间。
栅格数据结构：,基于栅格模型的数据结构,几种常见的规则铺盖,4.7 空间对象的栅格表达,一、定义：,栅格数据结构,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征点,用一个栅格单元表示；,线状地物,用沿线走向的一组相邻栅格单元表示，每个栅格单元最多只有两个相邻单元。