gis培训打底空间数据结构

1、1第二章第二章 空间数据结构空间数据结构 概述：概述：地理信息系统的操作对象是空间地理实体，建立一个地理信息系统的首要任务是建立空间数据库，即将反映地理实体特性的地理数据存储在计算机中，这需要解决地理数据具体以什么形式在计算机中存储和处理即空间数据结构问题和如何描述实体及其相互关系即空间数据库模型问题。本章重点介绍主要的空间数据结构。 2什么是数据结构什么是数据结构表2-1 人事登记登记表3什么是数据结构什么是数据结构学校教务处建规学院科技处。机械学院教材科成果科教务科建筑系 。机械系 。 仪器系学生科计划科规划系。图2-1 学校机构图数据结构是计算机存储、组织数据的方式。数据结构是指数据结构

2、是计算机存储、组织数据的方式。数据结构是指相互之间存在一种或多种特定关系的数据元素的集合。相互之间存在一种或多种特定关系的数据元素的集合。 42.1 地理实体及其描述地理实体及其描述一、地理系统和地理实体一、地理系统和地理实体二、实体的描述及存储二、实体的描述及存储三、实体的空间特征三、实体的空间特征四、实体间的空间关系四、实体间的空间关系5一、一、 地理实体的描述和存储地理实体的描述和存储61 1、空间实体的描述内容：、空间实体的描述内容： 1)1)编码编码：分类码和识别码分类码标识实体所属的类别；识别码对每个实体进行标识，是唯一的，用于区别不同的实体。 2)2)位置位置：通常用坐标值的形式

3、(或其它方式)给出实体的空间位置。 3)3)类型类型：该地理实体属于哪一种实体类型，或由哪些实体类型组成。 4)4)行为行为：该地理实体可以具有哪些行为和功能。 5)5)属性属性：该地理实体所对应的非空间信息，如道路的宽度、路面质量、车流量、交通规则等。 6)6)说明说明：说明实体数据的来源、质量等相关的信息。 7)7)关系关系：与其它实体的关系信息。7二、实体的描述和存储二、实体的描述和存储( (续续) )2、空间数据的特征、空间数据的特征 属性特征用以描述事物或现象的特性，即用来说明“是什么”，如事物或现象的类别、等级、数量、名称等。 空间特征用以描述事物或现象的地理位置，又称几何特征、定

4、位特征，如界桩的经纬度等。 时间特征用以描述事物或现象随时间的变化，例如人口数的逐年变化。83 3、空间数据的分类有多种。、空间数据的分类有多种。按照数据表达的内容：按照数据表达的内容： 属性数据描述空间数据的属性特征的数据，也称非几何数据。即说明“是什么是什么”，如类型、等级、名称、状态等。 几何数据描述空间数据的空间特征的数据，也称位置数据、定位数据。即说明“在哪里在哪里”，如用X、Y坐标来表示。 关系数据描述空间数据之间的空间关系的数据，如空间数据的相邻、包含等，主要是指拓扑关系拓扑关系。 元数据它是描述数据的数据数据的数据。说明空间数据内容、质量、状况和其他有关特征的背景信息。 9 根

5、据数据来源根据数据来源： 1)几何图形数据：主要来源于各种类型的地图和实测几何数据。 2)影象数据：主要来源于卫星遥感和航空遥感。 3)属性数据：来源于实测数据，文字报表，或地图中的各类符号说明，以及从遥感数据中通过解释得到的信息等。 4)地形数据：来源于地形等高线图的数字化，已建立的格网状数字化高程模型（DTM）或其他。根据表示对象，见左根据表示对象，见左图： 1)类型数据：例如考古地点、道路线和土壤类型的分布等； 2)面域数据：例如行政区域界线和行政单元 3)网络数据：例如道路交点、街道和街区等 4)样本数据：例如气象站、航线的分布区等； 5)曲面数据：例如高程点、等高线和等值区域 6)文

6、本数据：例如地名、河流名称和区域名称 7)符号数据：例如点状符号、线状符号和面状符号（晕线）等； 10二、实体的描述和存储二、实体的描述和存储( (续续) )4 4、空间数据结构、空间数据结构数据结构数据组织的形式，是适合于计算机存贮、管理、处理的数据逻辑结构。空间数据结构空间数据在计算机中的具体组织方式。属性数据：二维关系表格空间特征数据：矢量数据结构和栅格数据结构元数据：特定的空间元数据格式11三、实体的空间特征三、实体的空间特征1、空间维数、空间维数q有零维、一维、二维、三维之分，对应着不同的空间特征类型：点、线、面、体。2、空间特征类型、空间特征类型点状实体：点状实体：点或节点、点状实

7、体。具体有下列类型的点：实体点、注记点、内点和节点等不同类型。1213线状实体：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，具长度、弯曲度、方向性等特性；线段，边界、链、弧段、网络等。面状实体：面状实体：对湖泊、岛屿、地块等的描述由一封闭曲线加内点来表示。具有面积、范围、周长、独立性或与其它地物相邻、内岛屿或锯齿状外形、重叠性与非重叠性等特性。体、立体状实体：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体积、每个二维平面的面积、内岛、断面图与剖面图等空间特征。143、实体类型组合、实体类型组合15四、空间关系四、空间关系n

8、空间关系是指各空间实体之间的空间关系，包括拓扑空间关系是指各空间实体之间的空间关系，包括拓扑空间关系，顺序空间关系和度量空间关系。空间关系，顺序空间关系和度量空间关系。1、拓扑关系定义、拓扑关系定义q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，但图形关系不变是指图形在保持连续状态下变形，但图形关系不变的性质。的性质。q假设图形绘在一张高质量的橡皮平面上，将橡皮任意拉橡皮任意拉伸和压缩，但不能扭转或折叠，伸和压缩，但不能扭转或折叠，这时原来图形的有些属性保留，有些属性发生改变，前者称为拓扑属性拓扑属性，后者称为非拓扑属性非拓扑属性或几何属性。16172、拓扑

9、关系的种类、拓扑关系的种类 点(结点)、线(链、弧段、边)、面(多边形)三种要素是拓扑元素拓扑元素。它们之间最基本的拓扑关系是关联和邻接。 关联：不同拓扑元素之间的关系。 邻接：相同拓扑元素之间的关系。 包含：面与其它拓扑元素之间的关系。 几何：拓扑元素之间的距离关系。 层次：相同拓扑元素之间的等级关系。18邻接相交重合相离包含点点点线点面线面面面线线拓扑关系的种类193、拓扑关系的表示、拓扑关系的表示204，拓扑关系的意义，拓扑关系的意义清楚地反映实体之间的逻辑结构关系，且不随地图投影而变化。有助于空间要素的查询。根据拓扑关系可重建地理实体。212.2 矢量数据结构矢量数据结构一、矢量数据结

10、构的概念一、矢量数据结构的概念二、矢量数据的图形表示二、矢量数据的图形表示二、矢量数据的获取方式二、矢量数据的获取方式 三、矢量数据表示三、矢量数据表示 简单数据结构简单数据结构 拓扑数据结构拓扑数据结构四、属性数据表达与组织四、属性数据表达与组织22一、矢量数据结构的概念一、矢量数据结构的概念q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。 q 几何对象 q点：空间的一个坐标点； q线：多个点组成的弧段； q面：多个弧段组成的封闭多边形； 23二、矢量数据的图形表示二、矢量数据的图形表示24三、矢量数据的获取方式三、矢量数据的获取方式 定位设备（全站仪、GPS、常规测量等

11、） 地图数字化 间接获取 栅格数据转换空间分析技术 25四、矢量数据表示四、矢量数据表示 矢量数据自身的存贮和处理。矢量数据自身的存贮和处理。 几何数据与属性数据的联系。几何数据与属性数据的联系。 矢量数据之间的空间关系矢量数据之间的空间关系( (拓扑关系拓扑关系) )。下面分别介绍矢量数据的简单数据结构和拓扑数据结构。 26矢量数据表示矢量数据表示简单数据结构简单数据结构0只记录空间对象的位置坐标和属性信息，不记录拓扑关系（又称面条结构）。 0存储： q点坐标独立存储，线、面由点号组成 0特征 l无拓扑关系，主要用于显示、输出及一般查询 l公共边重复存储，存在数据冗余，难以保证数据独立性和一

12、致性 l多边形分解和合并不易进行，邻域处理较复杂； l处理嵌套多边形比较麻烦 0适用范围： 制图及一般查询，不适合复杂的空间分析27标识码标识码属性属性空间对象编码 唯一 连接几何和属性数据数据库独立编码点: ( x ,y ) 线: ( x1 , y1 ) , (x2 , y2 ) , , ( xn , yn ) 面: ( x1 , y1 ) , (x2 , y2 ) , , ( x1 , y1 )点位字典点: 点号文件线: 点号串面: 点号串几何几何 位置位置简单数据结构简单数据结构（续）（续）281234567AB点号坐标1 2 3 4 5 1，2 3，4 5，6 7，8 多边形编码点号串

13、A Bt123 t1241,2,3,4,7,6,1 1,6,7,4,5,1多边形编码坐标At1231,23,4 Bt1245,6例：29矢量数据表示矢量数据表示拓扑数据结构拓扑数据结构1 1、拓扑元素、拓扑元素 点、线、面称为拓扑元素点、线、面称为拓扑元素。 点点( (结点结点) )：孤立点、线的端点、面的首尾点、链的连接点等。 线线( (链、弧段、边链、弧段、边) )：两结点间的有序弧段。 面面( (多边形多边形) )：若干条链构成的闭合多边形。2 2、编码方式、编码方式 拓扑数据结构的关键是拓扑关系的表示拓扑关系的表示，而几何数据的表示可参照矢量数据的简单数据结构简单数据结构。30矢量数据

14、表示矢量数据表示拓扑数据结构拓扑数据结构( (续续) )N1B2N2N4N3B3B4B1A1A2A6A5A4A3A7A8N5A8B1B2B3B4A1A2A3A4A5A6A7N1N2N3N4N5M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31实例实例32五、属性数据表达与组织五、属性数据表达与组织q属性特征类型 l 类别特征：是什么 l 说明信息：同类目标的不同特征 q属性特征表达 l 类别特征：类型编码 l 说明信息：属性数据结构和表格 q属性表的内容取决于用户 q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。33点状 对象目标标识目标标识地物编码

15、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342.3 栅格数据结构栅格数据结构一、栅格数据结构的概念一、栅格数据结构的概念二、栅格数据的图形表示二、栅格数据的图形表示三、栅格数据的组织方法三、栅格数据的组织方法 针对一个区域对应多个属性值的多层栅格文件，介绍三种组织这些栅格数据文件的方法。四、栅格结构的建立四、栅格结构的建立 栅格

16、结构的建立包括三个内容：栅格数据的获取途径，栅格系统的确定和栅格代码的确定。五、栅格数据结构的表示五、栅格数据结构的表示 介绍如何表示栅格数据结构。 35一、栅格数据结构的概念一、栅格数据结构的概念q以规则像元阵列表示空间对象的数据结构，阵列中每个数据表示空间对象的属性特征。或者说，栅格数据结构就是像元阵列，每个像元的行列号确定位置，用像元值表示空间对象的类型、等级等特征。 q每个栅格单元只能存储一个值。36二、二、栅栅格格数数据据的的图图形形表表示示点线面37三、栅格数据组织方法三、栅格数据组织方法土壤地貌森林建筑物ZYX38三、栅格数据组织三、栅格数据组织栅格数据文件像元1X坐标Y坐标层2

17、属性值层1属性值层n属性值像元2像元n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n39四、栅格结构的建立四、栅格结构的建立q 栅格数据的获取途径栅格数据的获取途径 遥感数据 图片扫描 矢量数据转换而来 由手工方法获取40q 栅格系统的确定栅格系统的确定列行西南角格网坐标 （XWS，YWS）格网分辨率格网方向41q 栅格代码的确定栅格代码的确定CAB重 要 性中心点法A 连续分布地理要素C 具有特殊意义 的较小地物A 分类较细、 地物斑块较小面积占优法42五、栅格数据结构的表示五、栅格数据结构的表示1 直接栅格编码：直接栅格编码：将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行(或逐列)记录代码，这种记录栅格数据的文件常称为栅格文件栅格文件。其特点是处理方便，但没有压缩。 2 此外还有其他优化的编码方法。此外还有其他优化的编码方法。43矢量数据模型与栅格数据模型比较矢量数据模型与栅格数据模型比较栅格模型