第2章 空间数据的表达

1、2021年年12月月1日日PPT模板下载： 行业PPT模板： 节日PPT模板： PPT素材下载： PPT图表下载： 优秀PPT下载： PPT教程： Word教程： Excel教程： 资料下载： PPT课件下载： 范文下载： 试卷下载： 教案下载： 空间数据的关系表达矢量数据模型第2章 空间数据的表达栅格数据模型矢量与栅格数据结构的相互转换空间数据的关系表达1.1. 空间空间实体实体2.2. 空间实体的描述空间实体的描述3.3. 实体的空间特征实体的空间特征4.4. 实体的空间关系表达实体的空间关系表达空间实体p 定义： 又称地理实体，空间对象，要素，地物等，是GIS处理的对象，最小的处理单元。

2、 指自然界现象和社会经济事件中不能再分割的单元，它是一个具有概括性，复杂性，相对意义的概念。p 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，GIS中的空间实体是一个概括，复杂，相对的概念。 如：从全国各高校的角度来看，北京林业大学可以看作一个空间实体；但如果从北京林业大学的角度来看，各建筑楼应该看作一个空间实体。空间实体的描述空间实体的描述描述的内容位置、形状、尺寸空间特征：地理位置和空间关系几何数据（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 矢量、栅格、TIN（专用于地表或特殊造型） 基本特征数据类型数据结构识别码（名称）、实体的角色、功能、行为、实体的衍生

3、信息测量方法、编码方法、空间参考系等 时间属性特征名称、等级、类别等时间特征属性数据各种属性特征和时间RDBMS属性表-采用MIS较成熟元数据空间元数据空间实体的描述描述的内容位置、形状、尺寸空间特征：地理位置和空间关系几何数据（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 矢量、栅格、TIN（专用于地表或特殊造型） 基本特征数据类型数据结构识别码（名称）、实体的角色、功能、行为、实体的衍生信息测量方法、编码方法、空间参考系等 时间属性特征名称、等级、类别等时间特征属性数据各种属性特征和时间RDBMS属性表-采用MIS较成熟元数据空间元数据空间实体的描述 空间数据的基本特征

4、1）空间特征： 定位数据，表示现象的空间位置和空间关系；描述事物或现象的地理位置以及空间相互关系，又称几何特征和拓扑特征，如经纬度、中印接壤等 2）属性特征： 非定位数据，表示现象或特征；用来描述事物或现象的特性，即说明“是什么”，如事物类别、等级、数量、名称等 3）时间特征： 指现象或物体随时间的变化。描述事物或现象随时间的变化空间实体的描述描述的内容位置、形状、尺寸空间特征：地理位置和空间关系几何数据（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 矢量、栅格、TIN（专用于地表或特殊造型） 基本特征数据类型数据结构识别码（名称）、实体的角色、功能、行为、实体的衍生信息测量

5、方法、编码方法、空间参考系等 时间属性特征名称、等级、类别等时间特征属性数据各种属性特征和时间RDBMS属性表-采用MIS较成熟元数据空间元数据空间实体的描述 空间数据结构q对空间数据逻辑模型描述的数据组织关系和编排方式，对数据存储、查询检索和应用分析等操作处理的效率有着至关重要的影响。q常用栅格数据结构和矢量数据结构，还有混合数据结构、镶嵌数据结构和超图数据结构等。实体的空间特征实体的空间特征 空间维数：有0，1，2，3 维之分，点、线、面、体。 空间特征类型q点状实体q线状实体q面状实体q体状实体 实体类型组合实体的空间特征 空间维数：q 基站、大厦、宾馆、旅游点等q 公路、铁路、河流等q

6、 公园、住宅小区、行政区划等q 空间实体一般按地形维数进行归类划分：点：零维；线：一维；面：二维；体：三维；时间：通常以第四维表达，但目前GIS还很难处理时间属性。 (当前正在研究的)q 空间对象的维数与比例尺是相关的，()点线面实体的空间特征 空间特征类型q 点状实体点、点状图元要素。点：有特定位置，维数为0的物体。 4 4）角点）角点：表示线段上的连接点：表示线段上的连接点；线段线段和弧段的内部点和弧段的内部点。 1 1）实体点）实体点：用来代表一个实体。：用来代表一个实体。2 2）注记点）注记点：用于定位注记。：用于定位注记。3 3）内点：）内点：用于负载多边形用于负载多边形的属性，存在

7、于多边形内。的属性，存在于多边形内。5 5）结点）结点：表示线段起点和终点。：表示线段起点和终点。 实体的空间特征 空间特征类型q 线状实体：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：1 1）实体长度）实体长度：从起点到终点的总长。从起点到终点的总长。2 2）弯曲度）弯曲度：用于表示像道路拐弯时弯曲用于表示像道路拐弯时弯曲的程度。的程度。3 3）方向性）方向性：如：水流方向，上游如：水流方向，上游下游，下游， 公路，单、双向之分。公路，单、双向之分。实体的空间特征 空间特征类型q 面状实体 也称为多边形，是对湖泊、岛屿等一类现象的描述。由一组封闭曲线来表示。面状实

8、面状实体有如下体有如下特征：特征：1 1）面积范围）面积范围 2 2）周长）周长3 3）独立性或与其它地物相邻）独立性或与其它地物相邻4 4）内岛）内岛实体的空间特征 空间特征类型q 体、立体状实体 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，立体状实体一般具有以下空间特征：l体积l 每个二维平面的面积l 周长l 内岛l 含有弧立块或相邻块l 断面图与剖面图实体的空间特征 空间特征类型q 实体类型组合 现实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，复杂现象由简单实体组合表达成，复杂现象由简单实体组合表

9、达。 点、线、面两两之间组合表达复杂的空间问题。点、线、面两两之间组合表达复杂的空间问题。实体的空间关系表达实体的空间关系表达 描述空间实体之间的空间相互作用关系 方法q 绝对关系：坐标、绝对角度、绝对距离等；q 相对关系：相对距离、方位、相邻、包含、关联等； 相对关系类型q 度量空间关系：描述空间对象之间的距离等。q 顺序空间关系：描述空间实体在空间上的排列次序，如前后、左右、东、西、南、北等。q 拓扑空间关系：描述空间实体的相邻、包含等。实体的空间关系表达拓扑关系q 定义：指图形保持连续状态下变形，但图形关系不变的性质。图纸平面：高质量的无边界的橡皮。对橡皮进行任意的拉伸、压缩，但不能扭转

10、或折叠。变换后原来图形的一些属性将保留，而有些属性将会失去。 拓扑变换拓扑变换（橡皮变换）（橡皮变换）实体的空间关系表达q 拓扑关系的意义：拓扑关系能清楚地反映实体之间的逻辑结构关系。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。根据拓扑关系可重建地理实体。(如：构建多边形；最佳路径的选择)非拓扑属性非拓扑属性（几何）（几何）拓扑属性（拓扑属性（没发生变化的属性）没发生变化的属性）两点间距离两点间距离一点指向另一点的方向一点指向另一点的方向弧段长度、区域周长、面弧段长度、区域周长、面积等积等一个点在一条弧段的端点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）一条弧是一简单弧

11、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边界上一个点在一个区域的内部、外部一个点在一个区域的内部、外部一个点在一个环的内、外部一个点在一个环的内、外部一个面是一个简单面（面上没有一个面是一个简单面（面上没有“岛岛”）实体的空间关系表达拓扑关系q 拓扑元素：结点、线（弧段）、面（多边形） 三个拓扑元素的关系符合欧拉公式： L+2=A+P，其中，P、L、A表示图上点、线、面的数目，在拓扑检验中经常使用。多边形由来定义。也就是说，多条线首尾相连构成多边形的内部域。实体的空间关系表达q 拓扑关系类型u关联（连接）：存在于空间图形的不同类图形实体之间u包含：如某些点、线、面对象被另外

12、一个面对象所包含u邻接：如共有公共边的两个区域之间的邻接关系弧段号弧段号 起点起点 终点终点 结点结点 弧段弧段a1 N2 N1 N1 a1 a3 a5a2 N2 N3 N2 a1 a2 a6a3 N3 N1 N3 a2 a3 a4a4 N3 N4 N4 a4 a5 a6a5 N1 N4 N5 a7a6 N4 N2a7 N5 N5 a3 N1 a1 a5 p3 N4 p1 a4N3 P4 a6 N5 a7 p2 a2 N2实体的空间关系表达q 拓扑关系类型u关联（连接）：如弧段在结点处的相互连接关系u包含：如某些点、线、面对象被另外一个面对象所包含u邻接：同类要素（实体）间的关系 a3 N1

13、a1 a5 p3 N4 p1 a4N3 P4 a6 N5 a7 p2 a2 N2 p1 p2 p3 p4 a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 N1 N2 N3 N4 N5 P1 1 1 0 a1 1 1 0 1 1 0 N1 1 1 1 0p2 1 1 1 a2 1 1 1 0 1 0 N2 1 1 1 0 p3 1 1 0 a3 1 1 1 1 0 0 N3 1 1 1 0p4 0 1 0 a4 0 1 1 1 1 0 N4 1 1 1 0 a5 1 0 1 1 1 0 N5 0 0 0 0 a6 1 1 0 1 1 0 a7 0 0 0 0 0 0 多边形邻接矩阵多边形邻接矩阵表示多

14、边形间邻接性表示多边形间邻接性弧段邻接矩阵弧段邻接矩阵表示弧段间邻接性表示弧段间邻接性结点连通矩阵结点连通矩阵表示多边形间连通性表示多边形间连通性实体的空间关系表达q 拓扑关系类型u关联（连接）：如弧段在结点处的相互连接关系u包含：如某些点、线、面对象被另外一个面对象所包含u邻接：同类要素（实体）间的关系线段线段A多边形多边形B点点A多边形多边形A实体的空间关系表达实体的空间关系表达实体的空间关系表达拓扑关系q 表达拓扑关系具体可由拓扑关系具体可由4个关系表来表示：个关系表来表示：（1） 面面弧段关系：弧段关系： 面面 构成面的弧段构成面的弧段（2） 弧段弧段面关系：面关系： 弧段弧段 左面左

15、面 右面右面（3） 弧段弧段-结点关系：结点关系： 弧段弧段 弧段两端的结点弧段两端的结点（4） 结点结点弧段关系：弧段关系： 结点结点 通过该结点的弧段通过该结点的弧段实体的空间关系表达Wednesday, December 01, 202130ebc41325ABC76Dada: 结点号结点号A: 多边形号多边形号1: 弧段号弧段号弧段数字化方向弧段数字化方向表中数字前负号为相反方向表中数字前负号为相反方向弧弧-面、弧面、弧-结点拓扑结点拓扑弧弧段段左左面面右右面面起起点点终终点点1Aca2ABbc3CAba4Cda5CBdb6BDee7Bdc面面-弧拓扑弧拓扑面面号号弧弧数数弧号弧号A3

16、-1,-2,3B42,-7,5,0,6C3-3,-5,4D16结点结点-弧拓扑弧拓扑结点结点弧弧a1,3,4b2,3,5c1,2,7d4,5,7e6Figure 3.10A polygon coverage, shown in a, has topological errors. Each small square symbol represents an error caused by lines that do not meet correctly. The shapefile, shown in b, is converted from the polygon coverage. 作业作

17、业 何为空间关系？以拓扑关系为例，说明在描述空间实体特何为空间关系？以拓扑关系为例，说明在描述空间实体特征中的意义何在征中的意义何在？矢量数据模型空间数据结构空间数据结构：描述空间实体的数据本身的组织方法。是研究空间数据在计算机中的组织和表示方法，以便于计算机存储和管理。空间数据结构是GIS中用户了解数据的桥梁。内部数据结构基本上可分为两大类：q矢量数据结构q栅格数据结构矢量数据模型（Vector） 地理实体的形状和位置地理实体的形状和位置由一组所在的坐标参考系中坐标确由一组所在的坐标参考系中坐标确定，矢量数据模型尽可能精确表示点、线及多边形实体，定，矢量数据模型尽可能精确表示点、线及多边形实

18、体，能方便地进行比例尺变换、投影变换。能方便地进行比例尺变换、投影变换。 是人们较为习惯的一种表示空间数据的方法。适用于对象是人们较为习惯的一种表示空间数据的方法。适用于对象模型。适合表达离散要素模型。适合表达离散要素矢量数据模型（Vector）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、尺寸面：位置：面：位置：(x1,y1),(x2,y2),(xi,yi),(,(xn,yn) ) 属性：符号属性：符号图案、颜色、面积图案、颜色、面积矢量数据模型（Vector） 地理

19、空间的矢量表达方式是用离散的点、线、面来表示和描述连续地理空间中的实体。 即地理空间实体的形状和位置由一组坐标对确定，并与一定的属性相连接。 矢量表达法集中了地理实体的形状特征以及不同实体之间的空间关系分布。 矢量数据的组织：矢量数据表示时矢量数据表示时应考虑以下应考虑以下问题问题：几何几何数据自身的存贮和处理。数据自身的存贮和处理。与与属性数据的联系。属性数据的联系。空间空间实体之间的空间关系实体之间的空间关系(拓拓扑关系扑关系)。显示参数、专题属性显示参数、专题属性点：坐标对（点：坐标对（x,y）线：坐标对系列线：坐标对系列(x1,y1).(xn,yn) 面：首尾相同的坐标串面：首尾相同的

20、坐标串 拓扑关系拓扑关系关系表关系表几何位置坐标文件几何位置坐标文件连连接接识别符识别符矢量数据模型（Vector） 矢量数据的获取方式q 由外业测量获得（包括全站仪、GPS、常规测量等） 可利用测量仪器自动记录测量成果，然后转到地理数据文件中。q 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。q 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。矢量数据的编码方式矢量数据模型（Vector） 矢量数据的编码方式-实体式q 构成多边形边界的各个线段，以多边形为单元进行组织。1234567891011 1213 1415P PP PP P多边形多边形坐标串坐标串P

21、1P2面条模型：面条模型：以实体为单位记录其坐标。以实体为单位记录其坐标。矢量数据模型（Vector） 矢量数据的编码方式-实体式A：(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3),(x4,y4),(x5,y5),(x6,y6),(x7,y7),(x8,y8),(x9,y9),(x1,y1)B：(x1,y1),(x9,y9),(x8,y8),(x17,y17),(x16,y16),(x15,y15),(x14,y14),(x13,y13),(x12,y12), (x11,y11),(x10,y10),(x1,y1)C：(x24,y24),(x25,y25),(x26,y26),(x27,y27

22、),(x28,y28),(x29,y29),(x30,y30) ,(x31,y31), (x24,y24)D：(x19,y19),(x20,y20),(x21,y21),(x22,y22),(x23,y23),(x15,y15),(x16,y16) ,(x19,y19)E：(x5,y5),(x18,y18),(x19,y19),(x16,y16),(x17,y17),(x8,y8),(x7,y7) ,(x6,y6), (x5,y5)1 12 23 34 45 56 67 78 89 91010111112121313141415151616171718181919202021212222232

23、324242525262627272828292930303131矢量数据模型（Vector） 矢量数据的编码方式-实体式q 无拓扑的矢量数据结构q 数据按照点、线、多边形为单元进行组织。q 代表：ArcGIS中的Shapefile，目前的标准格式之一。q 优点：数字化操作简单，显示快，互操作性q 缺点： u 相邻相邻多边形的公共边界被存储两次，造成数据冗余，难以保证数据的多边形的公共边界被存储两次，造成数据冗余，难以保证数据的一致性一致性。u 自自成体系，成体系，缺少多边形的邻接信息，无拓扑关系缺少多边形的邻接信息，无拓扑关系，难以进行邻域处理，难以进行邻域处理，多边形分解和合并不易进行多边

24、形分解和合并不易进行。u 岛岛作为一个单个图形，没有与外界多边形联系。不易检查拓扑错误作为一个单个图形，没有与外界多边形联系。不易检查拓扑错误。所以，这种结构只用于简单的制图系统中，显示图形。矢量数据模型（Vector） 矢量数据的编码方式-索引式（树状）q 对所有点的坐标按顺序建坐标文件，再建点与边（线）、线与多边形的索引文件。q 索引文件：u 点点文件文件u 弧段弧段文件文件u 面文件面文件点号点号坐标坐标1x1,y1面号面号弧段号弧段号P1A,B,C弧段号弧段号起点起点终点终点点号点号A527,8,9,101234567891011 1213 1415P PP PP P矢量数据模型（Ve

25、ctor） 矢量数据的编码方式-索引式（树状）q 优点：消除多边形数据的冗余和不一致 邻接信息、岛信息可通过查找公共弧段号的方式查询。q 缺点：表达拓扑关系较繁琐 给相邻运算、处理岛信息、检索拓扑关系等带来困难。 以人工方式建立编码表，工作量大，易出错。N1B2N2N4N3B3B4B1A1A2A6A5A4A3A7A8N5A8B1B2B3B4A1A2A3A4A5A6A7N1N2N3N4N5M面面弧段弧段点点矢量数据模型（Vector） 矢量数据的编码方式-双重独立式编码q DIME (Dual Independent Map Encoding，双重独立地图编码体系），对网状要素（线状要素）和面状

26、要素的任何一条线段，用其两端的结点及相邻面域予以定义，是一种拓扑编码结构u 点点文件文件u 线线文件：以线段为记录单位文件：以线段为记录单位u 面文件面文件点号点号坐标坐标1x1,y1线号线号左多边形左多边形 右多边形右多边形 起点起点终点终点L2-10P1P2210关联关联邻接邻接关联关联连通连通面号面号线号线号P1L2-10, L10-91234567891011 1213 1415P PP PP P矢量数据模型（Vector） 矢量数据的编码方式-双重独立式编码ABCDa ab bc cd de ef fg gh hi ij jk kl lm mn n1 12 23 34 45 56 6

27、7 78 89 9101011111212线号线号左多边形左多边形右多边形右多边形起点起点终点终点aA18bA21cB32dB43eB54fC65gC76hC87iCA89jCB95kCD1210lCD1112mCD1011nBA92点文件：点文件： 略略线文件：线文件：面号面号线号线号Aa, i, n, bBn, j, e, d, cCi, h, g, f, j, 0, m, l, kDm, l, k多边形：多边形：矢量数据模型（Vector） 矢量数据的编码方式-链状双重独立式编码q 拓扑数据结构q 是DIME数据结构的一种改进。将若干直线段合为一个弧段，每个弧段可以有许多中间点。q 在链

28、状双重独立数据结构中，主要有五个文件：多边形文件、弧段坐标文件、弧段拓扑文件 、结点坐标文件、结点拓扑文件。q 代表： ArcGIS 的Coverage。包含中间坐标点。支持三种拓扑：关联、邻接、面定义q 优点：利用拓扑关系组织数据，便于进行有效地检查、检索、更新1234567891011 1213 1415P PP PP P矢量数据模型（Vector） 矢量数据的编码方式-链状双重独立式编码u 弧段弧段文件文件u 弧段拓扑弧段拓扑文件：弧段文件：弧段- -面，弧段面，弧段- -结点关系结点关系u 面面文件文件u 结点坐标结点坐标文件文件u 结点拓扑结点拓扑文件：结点文件：结点- -弧段关系弧

29、段关系弧段号弧段号坐标系列（串坐标系列（串)Ax2,y2,x10,y10弧段号弧段号 左多边形左多边形 右多边形右多边形 起点起点终点终点AP1P225面号面号弧段号弧段号 P1A,B,0,-C结点号结点号坐标坐标2x2,y2结点号结点号 弧段号弧段号 2A,B,D1234567891011 1213 1415P PP PP P矢量数据模型（Vector） 矢量数据-拓扑结构q 拓扑关系与拓扑共享：维护数据的一致性拓扑:移动结点无拓扑:移动结点矢量数据模型（Vector） 矢量数据-拓扑结构q 是否需要拓扑结构l 制图或一般查询，可不要拓扑结构制图或一般查询，可不要拓扑结构l 空间分析，则应建

30、立拓扑关系空间分析，则应建立拓扑关系l 面状目标：面面状目标：面-弧、弧弧、弧-面面l 网络目标：点网络目标：点-弧、弧弧、弧-点点复合要素的数据结构TIN的数据结构 复合要素：指点、线、面合成而更好表示地理特征的空间要素 TIN数据结构A TIN uses a series of non-overlapping triangles to approximate the terrain.TIN的数据结构 TIN（Triangle Irregular Network）数据结构q把地表近似描绘成一组互不重合的三角面，每个三角面都有一个恒定的倾斜度。q基本要素：点、线、面qTIN结构的拓扑表达分区数

31、据结构（Region）分区：具有相似特征的地理范围q特点u 允许区域相互重叠u 可分离和相连q文件结构（p63-64）l 弧段、多边形与分区l 分区-多边形清单将分区与多边形联系起来； 分区-弧段清单将分区与弧段联系起来A hierarchy of counties and states in the conterminous United States.路径（Route，动态分段） 路径：在投影坐标系统上可进行线性测量的线性要素q用途u 交通部门用线性测量定位事故、桥梁以及路况u 相同交通线路的不同公交车路径q文件结构（P65）u 路径、路段与弧段u 区段：路径的一部分，线性属性的单位和沿弧

32、段的位置u 事件：与路径相关联并可用路径显示的属性，可以进行显示与空间分析The data structure of a route subclass. 基于对象的矢量数据结构对象（object）和类（class） 对象是指地理空间的实体或现象，是系统的基本单位。如多边形地图上的一个结点或一条弧段是对象，一条河流或一个宗地也是一个对象。 一个对象是由描述该对象状态的一组数据和表达行为的一组操作（方法）组成的。例如，河流的坐标数据描述了它的位置和形状，而河流的变迁则表达了它的行为。 每个对象都有一个惟一标识号（ObjectID）。 类是具有部分系统属性和方法的一组对象的几何，是这些对象的统一抽象

33、描述，其内部也包括属性和方法两个主要部分。类是对象的共性抽象，对象则是类的实例（Instance）。 对象（object）和类（class）q如：feature类：包括点、线、面要素对象，相同的属性（形状与范围）和方法要素类的几何属性可区要素类的几何属性可区分点、线和多边形三种分点、线和多边形三种对象对象The Geometry property of the Feature class can differentiate the object types of point, line, and polygon.类间关系 空间对象描述和表达中，按照面向对象方法，对空间实对空间实体进行体进行“聚

34、合聚合”、“联合联合”、实例化等处理实例化等处理，可得到复杂地理对象的逻辑数据模型。例如，在城市地籍管理中，将宗地多边形类和内部包括的建筑物多边形聚合聚合为“宗地”类，按“宗地”进行管理和处理，简化了空间数据的分析。 类间关系q联合：一个类与一个类之间有几种联合方式。可以一对多，也可以一对一。例：街道（1） 信号灯（多），街道（1） 投影系统（1）Two examples of class associations类间关系q聚合：整体与部分的关系，这是一种松散的对象间的关系。 如:计算机和他的外围设备就是一例. 用来表示拥有关系或者整体与部分的关系；人口普查片与人口普查街区q合成：与聚合类似，

35、是一种非常强的对象间的关系。在一个合成里，部分与整体的生命周期都是一样的。一个合成的新对象完全拥有对其组成部分的支配权。包括他们的创建和毁灭。 例：树和它的树叶之间的关系；公路与公路旁的休息区类间关系q类继承：父类与子类间的关系，一个对象可继承所属类的属性与方法。 如：住宅区继承建成区的属性与方法；但拥有与商业、工业区不同的属性An example of type inheritance类间关系q实例化：一个类的对象可以由另一个类中的对象创建 如：高密度住宅区对象可以由住宅区对象创建An example of instantiation基于对象的矢量数据结构特点 空间与属性存储于一个系统，空间

36、数据以特定的字段存储。 空间对象与一系列属性和方法相联系。属性描述对象的特质与特征，方法执行特定的操作。The object-based data model stores each land use polygon in a record. The Shape field stores the spatial data of land use polygons. Other fields store attribute data such as Landuse_ID and Category.A Land Use Data SetGeodatabase数据结构 结构体系q Geodataba

37、se(“地理数据库”简称)是一种采用标准关系数据库技术来表现地理信息的数据模型。它定义了所有在ArcGIS中可以被使用的数据类型例如：要素、栅格，以及它们如何被显示、访问、存储、管理和处理的。是一个被所有ArcGIS产品及应用程序共享的通用框架。q Geodatabase是一个多层结构体系（应用程序层和存储层），以简单的关系型存储为基础，与先进的应用程序逻辑相结合,协同工作并且受其控制。 所有与数据存储和获取有关的方面都是在存储层（RDBMS）中实现的，比如简单的表。同时，高级别的数据完整性和信息处理功能被保留在应用软件（GIS）中。Geodatabase数据结构 ArcSDE是一个用于访问存

38、储于关系数据库管理系统(RDBMS)中的海量多用户地理数据库的服务器软件产品。它的基本任务是作为存储在RDBMS中的空间数据的GIS网关。通过ArcSDE(空间数据引擎)支持多种数据库平台，包括IBM DB2，Informix，Oracle(有或没有Oracle Spatial都可以)和SQL Server，建立标准的关系数据库模型（RDBMS表、列类型、索引等等）。空间要素的几何表示 用点、聚合线、多边形表示矢量空间要素 几何特性类似于shapefileq 点要素可以是单一的点，也可由多个点组成；q 聚合线要素由一系列线段组成，线段间可以连接、不连接q 多边形要素由一个环或多个环组成 简单要

39、素的表示类似于Coverage 复合要素的分区Region不再保留，Route也变成带测度的线q (所谓route，是用于线性参考动态分段的基础数据。对于线状地物（比如：公路、铁路、石油管线、公交线路、给排水管线、电力线、光纤光缆等）的管理，线性参考的应用非常广泛。) q 测度值直接存储在几何特性的字段中（p65）The linear measures (M) of a route are stored with X- and Y-coordinates in a geodatabase. In this example, the M values are in miles, whereas

40、the X- and Y-coordinates are in feet. A route, shown here as a thicker, gray line, is built on a polyline with linear measures in a geodatabase. 要素集与要素类 要素类：存储具有相同几何类型的空间要素。 可以独立存在，也可以是要素数据集的组成部分。 要素数据集：存储相同坐标系与区域范围的要素集。 要素集（Feature Dataset）中的所有要素必须具有相同的坐标系统。因为在要素集中存储了Geodatabase 的拓扑关系。空间参照（Spatial

41、Reference）是维护拓扑关系的关键。 特点：简化管理与操作q 按照研究区建立数据集，简化了复制、删除之类的操作q 查询与分析得到的中间数据自动赋予与要素数据集相同的坐标系，节省了坐标定义In a geodatabase, feature classes can be standalone feature classes or members of a feature dataset.接口相关概念 接口：代表对象的一系列外部可视化操作，通过接口就可以实现对属性与方法的操作。 封装性：将对象的属性与方法隐藏起来，用户只可以通过预定接口进行访问。 继承性：一个对象从它所属的类中继承属性和方法。

42、 多态性：指同样的方法运用于不同的对象，可能产生不同的效果。拓扑规则25种按要素分类的拓扑规则（P59）即时拓扑 不是所有的规则适合所有的要素类，或者要素类里不是所有的规则适合所有的要素类，或者要素类里的要素的要素 如：针对线要素类的如：针对线要素类的“不重叠拓扑规则不重叠拓扑规则”只适合于等只适合于等高线（等温线等）等要素；高线（等温线等）等要素； 拓扑定义为关系规则，让用户选择规则，并在要素拓扑定义为关系规则，让用户选择规则，并在要素数据集中执行数据集中执行Geodatabase数据模型优点面向对象技术的优势q 可以将矢量、栅格以及属性数据存储与管理框架，在同一数据库中统一管理各种类型空间

43、数据；q 空间数据的录入和编辑更加准确。这得益于空间要素的合法性规则检查，避免了空间与属性要素操作的复杂性q 按照行业应用定制对象，不再是无意义的点、线、面，而代之以电杆、光缆和用地等q 可以表达空间数据之间的相互关系。一系列确定空间关系的算子，如相似分析（proximity）、邻近分析(adjacency)、叠加分析（overlap）、空间比较分析(spatial comparison)q 支持空间数据的版本管理和多用户并发操作。 作业作业1 1、p67p67页页6 6：简述拓扑在：简述拓扑在GISGIS中的重要性。中的重要性。2 2、p67p67页页2 2、3 3、4 4、5 5、1515

44、、1616。栅格数据模型1.1. 栅格数据参数栅格数据参数2.2. 栅格数据组织栅格数据组织3.3. 栅格数据类型栅格数据类型4.4. 栅格数据编码栅格数据编码栅格数据模型栅格数据模型适合表达连续要素适合表达连续要素栅格数据参数栅格数据基本概念 地理空间的栅格表达方式是用离散的量化的格网值来表示和描述连续地理空间实体。每个格网叫栅格单元、或象元，单元的大小反映了数据的分辨率。 地理空间实体的形状和位置是由一组进行坐标定位的格网组成。每个格网有独立的编码，并载有属性。 地理实体的位置用它们占据的栅格行、列号来定义。属性值表示空间对象的类型、等级等特征。每个栅格单元只能存在一个值。点、线、面的栅格

45、表达点实体在栅格数据中表示为一个栅格（像元）；线实体则表现为在一定方向上连接成串的相邻栅格（像元）集合；面实体由聚集在一起的相邻栅格（像元）集合表示。 SPOT XS 20m*20m 牡丹水庫band G, R, IR点实体是一个栅格单元（点实体是一个栅格单元（cell）或像元，线实体由一串彼此）或像元，线实体由一串彼此相连的像元构成，面实体则由一系列相邻的像元构成，像相连的像元构成，面实体则由一系列相邻的像元构成，像元大小一致。每个像元对应于一个表示该实体属性的值。元大小一致。每个像元对应于一个表示该实体属性的值。 点、线、面的栅格表达 特点：特点：可视为具有行列的矩阵，像元值可存为二维数组

46、，可视为具有行列的矩阵，像元值可存为二维数组，便于程序实现与空间分析便于程序实现与空间分析 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 6 6 6 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 6 0 0 0 6 0 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 0 0 0 0

47、0 0 7 4 4 4 4 4 4 7 7 7 7 4 7 7 7 4 4 4 4 8 7 7 8 0 8 4 0 8 7 7 8 0 8 8 0 0 8 0 0 8 8 7 8 8 8 8 8 0 0 0 0 8 8 8 8 0 0 0 0 0 8 8 8 （a）点 （b）线 （c）面栅格数据参数 （1）栅格形状栅格形状。 （2）栅格单元大小栅格单元大小。 （3）栅格空间参照栅格空间参照（原点）（原点）。 （4 4）栅格的倾角）栅格的倾角。通常情况下，栅格的坐标系统与国家坐标系统平行。但有时候，根据应用的需要，可以将栅格系统倾斜某一个角度，以方便应用。 列行西南角格网坐标（XWS，YWS）格

48、网分辨率格网方向栅格数据的坐标系及描述参数栅格形状栅格数据参数 栅格单元大小 空间分辨率：栅格大小决定了栅格数据的分辨率，空间分辨率：栅格大小决定了栅格数据的分辨率，栅格的栅格的空间分辨率指一个栅格（像元）在地面所代表的实际面积空间分辨率指一个栅格（像元）在地面所代表的实际面积大小大小（一个正方形的面积）。如（一个正方形的面积）。如1010米的栅格代表实际米的栅格代表实际1010米米* *1010米米 对于对于一个面积为一个面积为100km100km2 2的区域，的区域，10m10m分辨率，需要分辨率，需要10000100001000010000个栅格，即个栅格，即1 1亿个像元。如果每个像元

49、占亿个像元。如果每个像元占1 1个个字节字节ByteByte，共，共100100兆。随分辨率提高，存储要求将成几何级兆。随分辨率提高，存储要求将成几何级数增加数增加（如（如1m1m分辨率，共占多大空间？）分辨率，共占多大空间？）。因此，在栅格。因此，在栅格数据模型中，选择空间分辨率时必须考虑存储空间和处理数据模型中，选择空间分辨率时必须考虑存储空间和处理时间的开销时间的开销。Real WorldVector DataRaster Data1 pixel = 10mX10m 分辨率分辨率 = 10m10M10M1 Pixel空间分辨率示例栅格单元大小 栅格大小的确定方法q栅格尺寸确定的原则是应能

50、有效地逼近空间对象的分布特征，又减少数据的冗余度。格网太大，忽略较小图斑，信息会丢失。q 实体特征愈复杂，栅格像元越小，分辨率愈高，但栅格数据量愈大，按分辨率的平方指数增加，计算机成本就越高，处理速度越慢。)(.,2, 1)(min2/12/1区域多边形数niAHiAi为多边形面积栅格单元值 栅格值的编码q 每个栅格(Cell或Pixel)拥有一个值，代表该位置上空间现象的特征q 编码方式u 整数：类别数据，如土地利用类型；u 浮点：连续的数值数据，如高程、降雨等 栅格赋值的位置q 中心：距离量算q 整个像元：大多数的数据运算栅格单元值 栅格类别值确定方法 常常常常会出现一个栅格对应了几种不同

51、的属性，而每个栅格单元会出现一个栅格对应了几种不同的属性，而每个栅格单元只能取一个值，常采用的取值方法：只能取一个值，常采用的取值方法：q 单位格网交点归属法（中心点法）单位格网交点归属法（中心点法）：用处于栅格中心处的地物用处于栅格中心处的地物类型决定栅格代码，常用于具有连续分布特性的地理要素（如类型决定栅格代码，常用于具有连续分布特性的地理要素（如降雨量分布）降雨量分布）q 面积占优法：面积占优法：以占栅格最大的地物类型决定栅格单元的编码以占栅格最大的地物类型决定栅格单元的编码q 百分比法百分比法：根据格网中各地理要素所占面积的百分比确定栅格根据格网中各地理要素所占面积的百分比确定栅格单元

52、的代码参与单元的代码参与。q 长度占优法长度占优法：每个栅格单元的值由该栅格中线段最长的实体的：每个栅格单元的值由该栅格中线段最长的实体的属性来确定。属性来确定。栅格单元值q重要性法：根据栅格内不同地物的重要性，选取最重要的地物类型决定栅格单元代码。这种方法用于特别重要的地理实体，如稀有矿、自然保护区以及具有特殊意义而面积较小的地理要素等。 栅格单元值q单波段与多波段（单属性与多属性）：每个栅格具有一个或更多属性值栅格数据组织栅格数据组织针对一个栅格单元对应多个属性值的多层栅格文件。土壤土壤地貌地貌森林森林建筑物建筑物ZYX栅格数据组织方法方法a：每层每个象元的位置、属性一一记录。结构最简单，

53、但浪费存储。方法b：方法c：栅格数据文件栅格数据文件层1像元1层2X,Y,属性值像元2X,Y,属性值像元nX,Y,属性值层n栅格数据组织方法方法a：方法b：以象元为记录序列，不同层上同一象元位置上的各属性值表示为一个列数组。N层中只记录一层的象元位置，节约用于存储象元的空间。方法c：栅格数据文件栅格数据文件像元1X坐标Y坐标层2属性值层1属性值层n属性值像元2像元n栅格数据组织方法方法a：方法b：方法c：以层为基础，每层内以多边形为序记录多边形的属性值和多边形内各象元的坐标。节约用于存储属性的空间。栅格数据文件栅格数据文件层1 多边形1层2属性值像元1坐标多边形N像元n坐标层n栅格数据类型卫星

54、影像 陆地卫星（陆地卫星（landsatlandsat）q 全色波段（单波段）与多波段（多光谱影像）数据全色波段（单波段）与多波段（多光谱影像）数据q 分辨率：全色波段分辨率：全色波段1515米，多波段米，多波段3030米、米、6060米米q 主要用于大范围、小尺度土地退化、城市化等过程主要用于大范围、小尺度土地退化、城市化等过程 NOAANOAA气象卫星气象卫星q 天气预报与监测天气预报与监测q 空间分辨率空间分辨率1.11.1公里公里 SPOTSPOT卫星卫星q 空间分辨率空间分辨率2.52.5米米 IkonosIkonos卫星卫星l 空间分辨率空间分辨率1 1米米 Quick-Bird

55、Quick-Bird 空间分辨率空间分辨率6161厘米厘米数字高程模型（DEM） 概念：等间距高程数据以栅格格式（也可以是点）排列的概念：等间距高程数据以栅格格式（也可以是点）排列的数字模型数字模型 获取方法：采用立体测图仪和具有重叠区域的航片；或从获取方法：采用立体测图仪和具有重叠区域的航片；或从数字测量软件提取；立体雷达、激光雷达数字测量软件提取；立体雷达、激光雷达 空间分辨率与垂直精度空间分辨率与垂直精度 全球数字高程模型，格网间隔全球数字高程模型，格网间隔1 1公里，垂直精度可达公里，垂直精度可达3030米米栅格数据类型 数字正射影像（数字正射影像（DOQDOQ）q 概念：由航片或其他

56、遥感数据处理而得的数字化影像，经过数字微分纠正和镶嵌，按一定图幅范围裁剪生成的影像。它是同时具有地图几何精度和影像特征的图像其中因相机镜头倾斜和地形起伏引起的位移已被消除。q 地理坐标参照，可与地形图配准q 易与GIS结合 二值扫描文件二值扫描文件q 含数值1或0的扫描图像，常用来进行数字化 数字栅格图（数字栅格图（DRGDRG） 地形图的扫描图像，以地理坐标为参照 图形文件图形文件 各种图像格式的图形文件栅格数据编码直接栅格编码 将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行记录代码数据。1 ） 每 行 都 从 左 到 右 记 录 ； AAAAABBBAABBAABB2）奇数行从左到右，偶数行从右到左；特

57、点：最直观、最基本的网格存贮结构，没有进行任何压缩数据处理。AAAAABBBAABBAABB链式编码 将栅格数据（线状地物面域边界）表示为矢量链的记录。 建立步骤：1）首先定义一个3x3窗口，对中间栅格的走向的8种可能进行编码。2）记下地物属性码和起点行、列后，进行追踪，得到矢量链。链式编码0 5 0 0 0 0 0 00 0 5 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 00 5 0 0 0 0 0 00 0 5 5 0 0 0 00 0 0 5 0 0 0 00 0 5 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 012345076链码编码链码编码： 2，2 ，6 ，7，6，0，6，

58、5链式编码优点：链码可有效地存贮压缩栅格数据，便于面积、长度、转折方向和边界、线段凹凸度的计算。缺点：不易做边界合并，插入操作、编辑较困难（对局部修改将改变整体结构）。游程编码 将原图表示的数据矩阵变为数据对：1）属性码，长度 长度：连续相同码值的栅格个数。2）属性码，点位 特点： 1）区域越大，数据的相关性越强，则压缩越大，适用于同类型区域面积较大的地图。 2）在栅格加密时，数据量不会明显增加，压缩率高，编码解码运算简单，且易于检索，叠加等操作。游程编码只在各行（或列）数据的代码发生变化时依次记录该代码以及相同代码重复的个数；0 2 2 5 5 5 5 52 2 2 2 2 5 5 50 0

59、 0 0 0 3 3 32 2 2 2 3 3 5 50 0 2 3 3 3 5 50 0 3 3 3 3 5 30 0 0 3 3 3 3 30 0 0 0 3 3 3 3沿行方向进行编码沿行方向进行编码：( 0，1），），（2，2），（），（5，5）；（）；（2，5），），（5，3）；（）；（2，4），（），（3，2），），（5，2）；（）；（0，2），（），（2，1），），（3，3），（），（5，2）；（）；（0，2），），（3，4），（），（5，1），（），（3，1）；）；（0，3），（），（3，5）；（）；（0，4），），（3，4）；（）；（0，5），（），（3，3）。）。游程编码 逐个记录各行（或列）代码发生变化的位置和相应代码。0 2 2 5 5 5 5 52 2 2 2 2 5 5 50 0 0 0 0 3 3 32 2 2 2 3 3 5 50 0 2 3 3 3 5 50 0 3 3 3 3 5 30 0 0 3 3 3 3 30 0 0 0 3 3 3 3沿列方向进行编码沿列方向进行编码：( 0，1），），（2，2），（），（0，4）；（）；（2，1），），（0，4）；（）；（2，1），（），（3，5），），（0，6）；（）；（5，1），（），（2，2），），（3，4），（），（0，7）；（）；（5，1），），（2，2），（），（3，3），（），（0，8）；