第四章~空间数据表达

1、第四章空间数据表达 第四章 空间数据表达 第四章空间数据表达 4.1 空间对象及其定义 地理系统包含的内容 1、自然环境 2、社会经济 3、人文活动 空间对象的定义就是如何把空间信息表达 成数字空间可以处理的形式。 第四章空间数据表达 常见空间对象的定义 1、零位空间对象 2、一维空间对象 3、二维空间对象 4、三维空间对象 第四章空间数据表达 4.2 控件对象的关系 空间对象可归结为点线面三种几何类型， 他们之间的关系采用拓扑几何来描述。 第四章空间数据表达 相邻相邻相交相交重叠重叠分离分离包含包含 点点点点 点点线线 点点面面 线线面面 面面面面 线线线线 第四章空间数据表达 4.3 空间

2、数据的计算机表达 如何把有关的空间数据组织到计算机系统中如何把有关的空间数据组织到计算机系统中? 数据建模 1）确定专题领域实际模型；）确定专题领域实际模型； 2）建立表达实际模型的概念模型；）建立表达实际模型的概念模型； 3）建立为实现概念模型的数据结构；）建立为实现概念模型的数据结构； 4）确定数据文件在数据库中的组织方式。）确定数据文件在数据库中的组织方式。 第四章空间数据表达 空间实际模型空间实际模型:指在研究区（项目所相关的空间区域）指在研究区（项目所相关的空间区域） 内与某领域有关的实际存在的物质世界，它包含所有内与某领域有关的实际存在的物质世界，它包含所有 能够被人们直接和不能直

3、接观察到的各种有关信息。能够被人们直接和不能直接观察到的各种有关信息。 空间数据模型空间数据模型:对有关真实世界的一种抽象表达，可称对有关真实世界的一种抽象表达，可称 为概念模型。为概念模型。 空间数据结构：把概念模型转变为计算机系统所能空间数据结构：把概念模型转变为计算机系统所能 接受的数据结构和逻辑关系。接受的数据结构和逻辑关系。 第四章空间数据表达 现实世界真实模型现实世界真实模型 空间数据模型空间数据模型 空间数据结构空间数据结构 数据库：空间数据物数据库：空间数据物 理结构理结构 空间数据复原空间数据复原 空间数据处理空间数据处理空间数据查询空间数据查询空间数据分析空间数据分析 地理

4、信息系统为什么要研究数据模型地理信息系统为什么要研究数据模型 第四章空间数据表达 4.4 空间数据结构类型 矢量数据结构 栅格数据结构 第四章空间数据表达 4.5空间数据结构的建立 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 算机存储和处理的形式。 高效的数据结构应该具有一定的要求。 第四章空间数据表达 4.6 空间对象的矢量表达 中文名称： 矢量数据 英文名称： vector data 定义1： 在直角坐标系中，用X、Y坐标表示地图图形或地理实体的位 置和形状的数据。 所属学科： 测绘学（一级学科）；地图制图学 （二级学科

5、） 定义2： 以矢量方式存储的数据，它由表示位置的标量和表示方向的 矢量两部分构成。在地理信息系统空间数据库中，矢量数据用于表达 既有标量属性又有方向属性的地理要素。 第四章空间数据表达 常用的空间数据结构常用的空间数据结构 X Y i j x1 y1 x2 y2 xi yi xn yn 第四章空间数据表达 矢量数据结构矢量数据结构 矢量结构是通过记录坐标的方式来表示点 、线、面等地理实体。 特点：定位明显，属性隐含定位明显，属性隐含。 获取方法： (1) 手工数字化法； (2) 手扶跟踪数字化法； (3) 数据结构转换法。 第四章空间数据表达 地理数据编码，是根据GIS的目的和任务，把地 图

6、、图像等资料按一定数据结构转换为适于计算机 存贮和处理的数据过程。地理内容的编码要反映出 地理实体的几何特征，以及地理实体的属性特征， 空间数据的编码是地理信息系统设计中最重要的技 术步骤，它表现由现实世界到数据世界之间的界面， 是联结从现实世界到数据世界的纽带。 编码的概念和意义编码的概念和意义 第四章空间数据表达 空间实体的矢量数据表达空间实体的矢量数据表达 第四章空间数据表达 矢量结构编码方法矢量结构编码方法 1、点实体矢量编码方法 2、线实体矢量编码方法 3、多边形矢量编码方法 第四章空间数据表达 空间对象（实体）的地图表达空间对象（实体）的地图表达 点：位置：（点：位置：（x，y）

7、属性：符号属性：符号 点：位置：（点：位置：（x，y） 属性：符号属性：符号 线：位置：（线：位置：（x1,y1),(x2,y2), ,(xn,yn) 属性：符号属性：符号形状、颜色、尺寸形状、颜色、尺寸 线：位置：（线：位置：（x1,y1),(x2,y2), ,(xn,yn) 属性：符号属性：符号形状、颜色、尺寸形状、颜色、尺寸 面：面： 位置：位置：(x1,y1),(x2,y2),(xi,yi),(,(x1,y1) ) 属性：符号变化属性：符号变化 面：面： 位置：位置：(x1,y1),(x2,y2),(xi,yi),(,(x1,y1) ) 属性：符号变化属性：符号变化 第四章空间数据表达

8、 点实体编码点实体编码 比例 朝向 线指针 线交汇编 比例 朝向 字体 文句 x,y 坐标 其它非几何属性 建立和显示数据库联系的属性 简单点符号 文本点字符 结 点符号 统一标识 类别或系列号 点类型 简单点 文本点 结 点 第四章空间数据表达 线实体编码线实体编码 唯一标示码唯一标示码 线标示码线标示码 起始点起始点 终止点终止点 坐标对序列坐标对序列 显示信息显示信息 非几何属性非几何属性 第四章空间数据表达 多边形矢量编码多边形矢量编码 多边形环路法多边形环路法 树状索引编码法树状索引编码法 拓扑结构编码法拓扑结构编码法 由多边形边界的x,y 坐标队集合及说明 信息组成 对所有边界点数

9、字化，将坐 标对以顺序方式存储，由点 索引与边界线号相联系，以 线索引与各多边形相联系 形成完整的 拓扑结构 第四章空间数据表达 多边形环路法多边形环路法 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 P1 P2 P3 P1 x1，y1；x2，y2； x3，y3；x4，y4； x5，y5；x6，y6； P2 x7，y7；x8，y8； x9，y9；x10，y10； x11，y11；x5，y5；x6，y6 P3 x12，y12；x13，y13；x14，y14；x15，y15 第四章空间数据表达 树状索引法树状索引法 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1

10、3 14 15 P1 P2 P3 P1P3 P2 1 2 3 4 5 6 5 6 5 6 7 8 9 10 12 13 14 15 第四章空间数据表达 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 P1 P2 P3 点文件 点号 坐标 1 x1，y1 2 x2，y2 15 x15，y15 树状索引法树状索引法 第四章空间数据表达 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 P1 P2 P3 1 2 3 4 5 6 5 6 5 6 7 8 9 10 12 13 14 15 线号 起点 终点 点号 6 5 6,1,2,3,4,5 5 6 5,6

11、 6 5 6,7,8,9,10,11,5 12 13 12,15,14,13 树状索引法树状索引法 第四章空间数据表达 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 P1 P2 P3 多边形文件 多边形号 边界线号 1 ， 2 ， 3 P1P3 P2 树状索引法树状索引法 第四章空间数据表达 空间实体的拓扑信息空间实体的拓扑信息 1、拓扑关系概念：是明确定义空间关系的一、拓扑关系概念：是明确定义空间关系的一 种数学方法。在种数学方法。在GIS中，用来描述并确定空间中，用来描述并确定空间 的点线面之间的关系及属性，并可实现相关的的点线面之间的关系及属性，并可实现相关的

12、查询和检索。查询和检索。 2、拓扑关系特点：、拓扑关系特点： 1）独立于坐标系统的几何关系）独立于坐标系统的几何关系 2）不随几何实体平移）不随几何实体平移 旋转旋转 缩放而变化缩放而变化 拓扑关系反映了空间实体间的逻辑关系，不需拓扑关系反映了空间实体间的逻辑关系，不需 要坐标、距离信息，不受比例尺限制，也不随要坐标、距离信息，不受比例尺限制，也不随 投影关系变化。投影关系变化。 第四章空间数据表达 理解拓扑变换和拓扑属性时，我们可以设想理解拓扑变换和拓扑属性时，我们可以设想 一块高质量的橡皮，它的表面是欧几里德平一块高质量的橡皮，它的表面是欧几里德平 面，可被任意拉伸压缩，但不能扭转折叠。面

13、，可被任意拉伸压缩，但不能扭转折叠。 表面上有由结点、弧、环和区域组成的图形。表面上有由结点、弧、环和区域组成的图形。 若对该橡皮进行任意拉伸、压缩，但不扭转若对该橡皮进行任意拉伸、压缩，但不扭转 和折叠，则在橡皮形状的这些变换中，图形和折叠，则在橡皮形状的这些变换中，图形 的一些属性将得到保留，有些属性将消失。的一些属性将得到保留，有些属性将消失。 第四章空间数据表达 拓扑和非拓扑属性拓扑和非拓扑属性 两点之间的距离两点之间的距离 一个点指向另一个点的方向一个点指向另一个点的方向 弧段的长度弧段的长度 一个区域的周长一个区域的周长 一个区域的面积一个区域的面积 一个点在一个弧段的端点一个点在

14、一个弧段的端点 一个弧段是一个简单的弧段一个弧段是一个简单的弧段 一个点在一个区域的边界上一个点在一个区域的边界上 一个点在一个区域的内部一个点在一个区域的内部 一个点在一个区域的外部一个点在一个区域的外部 一个面是一个简单的面（无岛）一个面是一个简单的面（无岛） 一个面的连通性一个面的连通性 非拓扑属性非拓扑属性拓扑属性拓扑属性 拓扑变换拓扑变换 （橡皮变换）（橡皮变换） 第四章空间数据表达 3、空间对象的、空间对象的拓扑空间关系拓扑空间关系 0 拓扑元素：拓扑元素： q 点：孤立点、线的端点、面的首尾点、链的连接点点：孤立点、线的端点、面的首尾点、链的连接点 q 线：两结点之间的有序弧段，

15、包括链、弧段和线段线：两结点之间的有序弧段，包括链、弧段和线段 q 面：若干弧段组成的多边形面：若干弧段组成的多边形 0 基本拓扑关系基本拓扑关系 q 关联：不同拓扑元素之间的关系关联：不同拓扑元素之间的关系 q 邻接：相同拓扑元素之间的关系邻接：相同拓扑元素之间的关系 q 包含：面与其他元素之间的关系包含：面与其他元素之间的关系 q 层次：相同拓扑元素之间的层次关系层次：相同拓扑元素之间的层次关系 第四章空间数据表达 起点 终点 中间点 弧段1 弧段3 弧段2 弧段4 点: 面: 弧: 第四章空间数据表达 相邻相邻相交相交重叠重叠分离分离包含包含 点点点点 点点线线 点点面面 线线面面 面面

16、面面 线线线线 第四章空间数据表达 主要拓扑关系主要拓扑关系拓扑的邻接性拓扑的邻接性 结点之间结点之间 a e c b d a c d eb-1011e 1-100d 01-10c 101-1b 1001-a edcba 第四章空间数据表达 面块之间面块之间 c d a b a d bc -111d 1-10c 11-1b 101-a dcba 第四章空间数据表达 空间拓扑关系表达空间拓扑关系表达关系表关系表 a a b b c c d d e e f f g g A A C C B B D D E E P4P4 P0P0 P1P1 P2P2 P3P3 面域与弧段的拓扑关系表面域与弧段的拓扑关

17、系表 多边形多边形弧弧 段段 P P1 1a, b, c, -ga, b, c, -g P P2 2b, d, fb, d, f P P3 3c, f, ec, f, e P P4 4g g 第四章空间数据表达 弧段与结点的拓扑关系表弧段与结点的拓扑关系表 弧弧 段段结结 点点 a A , Ba A , B b b B , DB , D c c D , A D , A d d B , CB , C e e C , AC , A f f C , D C , D g g E , E E , E a b c d e f g A C B D E P4 P0 P1 P2 P3 第四章空间数据表达 a b

18、 c d e f g A C B D E P4 P0 P1 P2 P3 第四章空间数据表达 弧段与多边形拓扑关系表弧段与多边形拓扑关系表 弧段弧段 左多边形左多边形 右多边形右多边形 a a P P0 0 P P1 1 b b P P2 2 P P1 1 c P c P3 3 P P1 1 d d P P0 0 P P2 2 e e P P0 0 P P3 3 f f P P3 3 P P2 2 g g P P1 1 P4 P4 a a b b c c d d e e f f g g A A C C B B D D E E P4P4 P0P0 P1P1 P2P2 P3P3 第四章空间数据表达

19、多边形与多边形拓扑关系表多边形与多边形拓扑关系表 P1 P2 P3 P4P1 P2 P3 P4 P1 P1 - - 1 1 1 1 1 1 P2 P2 1 - 1 - 1 0 1 0 P3 1 1 - 0 P3 1 1 - 0 P4 P4 1 0 0 1 0 0- - a a b b c c d d e e f f g g A A C C B B D D E E P4P4 P0P0 P1P1 P2P2 P3P3 拓扑的邻接性拓扑的邻接性 第四章空间数据表达 简单包含简单包含 多层包含多层包含 等价包含等价包含 拓扑的包含性拓扑的包含性 第四章空间数据表达 1.1.编码内容编码内容 （1）登录部

20、分 （2）分类部分 （3）控制部分 2.2.编码原则编码原则 （1）管理效率高 （2）适用性好 （3）接口方便 属性数据的表达属性数据的表达 第四章空间数据表达 特点：特点： 用离散的用离散的点或线点或线描述地理现象及特征描述地理现象及特征 用拓扑关系描述矢量数据之间关系用拓扑关系描述矢量数据之间关系 面向目标的操作面向目标的操作 数据结构复杂且难以同遥感数据结合数据结构复杂且难以同遥感数据结合 1.难于处理位置关系难于处理位置关系 第四章空间数据表达 4.7 空间对象的栅格表达 规则格网式空间数据规则格网式空间数据 模型：模型： 栅格数据模型栅格数据模型 空间单元人为划定成空间单元人为划定成

21、 大小相等的正方形网大小相等的正方形网 格，有着统一的定位格，有着统一的定位 参照系。每个空间参照系。每个空间 单元只记录其属性值，单元只记录其属性值， 而不记录它的坐标值。而不记录它的坐标值。 2222222217777777 2222222217777777 2222222217777777 2222222177777777 2222221177777777 2222211777777777 2222144177777777 1111444417777777 4444444441777777 4444444444177777 4444444444417777 444444444444177

22、7 4444444444444177 4444444444444417 4444444444444441 4444444444444444 第四章空间数据表达 优点：优点： 1易于实现用循环语句编程，实现快速运算易于实现用循环语句编程，实现快速运算 2易于实现空间属性的分解与分类，易于实现空间分易于实现空间属性的分解与分类，易于实现空间分 析中叠加等操作析中叠加等操作 缺点：缺点： 数据存储量大数据存储量大 基本要素包括：行，列，属性值（基本要素包括：行，列，属性值（N，M，Xij） 其中行、列值隐性，属性值显性。其中行、列值隐性，属性值显性。 第四章空间数据表达 点点 线线 面面 对于栅格数

23、据结构对于栅格数据结构 点：为一个像元点：为一个像元 线：在一定方向上线：在一定方向上 连接成串的相邻像连接成串的相邻像 元集合。元集合。 面：聚集在一起的面：聚集在一起的 相邻像元集合。相邻像元集合。 第四章空间数据表达 栅格数据：栅格数据：坐标系与描述参数坐标系与描述参数 Y：列：列 X：行：行 西南角格网坐标西南角格网坐标 （XWS，YWS） 格网分辨率格网分辨率 第四章空间数据表达 （一）特点（一）特点: 1.用离散的量化栅格值表示空间实体用离散的量化栅格值表示空间实体 2.描述区域位置明确，属性明显描述区域位置明确，属性明显 3.数据结构简单，易与遥感结合数据结构简单，易与遥感结合 4.难以建立地物间拓扑关系难以建立地物间拓扑关系 5.图形质量低，数据量大图形质量低，数据量大 第四章空间数据表达 （二）栅格数据的取值二）栅格数据的取值 A B C D 每个栅格元素只能取一每个栅格元素只能取一 个值，实际上一个栅格个值，实际上一个栅格 可能对应于实体中几种可能对应于实体中几种 不同属性值，存在栅格不同属性值，存在栅格 数据取值问题数据取值问题 第四章空间数据表达 决定栅格单元代码的方法决定栅格单元代码的方法 第四章空间数据表达 决定栅格单元代码的方法决定栅格单元代码的方