北京大学课程-地理信息系统概论课件

第一章地理信息系统概论邬伦北京大学地球与空间科学学院遥感与地理信息系统研究所2004年12月第一章地理信息系统概论邬伦数据和信息(Data&Information)数据:指某一目标定性、定量描述的原始资料，包括数字、文字、符号、图形、图像以及它们能转换成的数据等形式。

原始事实如：员工姓名，数据可以有数值、图形、声音、视觉数据等信息:是向人们或机器提供关于现实世界新的事实的知识，是数据、消息中所包含的意义，它不随载体物理设备形式的改变而改变。

以一定规则组织在一起的事实的集合。数据和信息(Data&Information)数据:指某信息和数据的关系信息=数据+说明数据是信息的载体。信息和数据的关系信息=数据+说明信息系统信息系统是具有数据采集、管理、分析和表达数据能力的系统，它能够为单一的或有组织的决策过程提供有用的信息。一个基于计算机的信息系统包括计算机硬件、软件、数据和用户四大要素。信息系统信息系统是具有数据采集、管理、分析和表达数据能力的系信息系统分类信息系统分类信息系统分类(Cont.)事务处理系统(TransactionProcessSystem,TPS)主要用以支持操作层人员的日常活动。它主要负责处理日常事务。管理信息系统(ManagementInformationSystem,MIS):需要包含组织中的事务处理系统，并提供了内部综合形式的数据，以及外部组织的一般范围和大范围的数据。决策支持系统(DecisionSupportSystem,DSS)是一组处理数据和进行推测的分析程序，用以支持管理者制定决策。人工智能和专家系统专家系统(ExpertSystem,ES)能模仿人工决策处理过程的基于计算机的信息系统。信息系统分类(Cont.)事务处理系统(Transactio空间和地理空间Space从数学、物理学、哲学、认知心理学可以有不同的定义GeographicalSpaceGeographicspaceislarge-scalespace,i.e.,spacethatisbeyondthehumanbodyandthatmayrepresentedbymanydifferentgeometriesatmanydifferentscales.空间和地理空间Space地理空间信息有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征和一切有用的知识，它是对地理数据的解释。其最主要的特征：所有的信息都具有地理位置参照人类社会中70-80%的信息具有空间特性。地理空间信息有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征和一切有地理信息系统地理信息系统(GeographicalInformationSystem,GIS)是一种决策支持系统，它具有信息系统的各种特点。地理信息系统与其他信息系统的主要区别在于其存储和处理的信息是经过地理编码的，地理位置及与该位置有关的地物属性信息成为信息检索的重要部分。在地理信息系统中，现实世界被表达成一系列的地理要素和地理现象，这些地理特征至少有空间位置参考信息和非位置信息两个组成部分。地理信息系统地理信息系统(GeographicalInfo地理信息系统的三种定义视角In1991,DavidMaguiresynthesizedvariousGISdefinitionsintothreedistinctyetoverlappingviews,whichhetermed:themap,thedatabase,andthespatialanalysisviews.ThemapviewfocusesoncartographicaspectsofGIS,viewingGISasmapprocessingordisplaysystemsinwhichtheemphasisisontheabilityofsuchsystemstoproducehighqualitymapsandcharts.ThedatabaseviewofGISemphasizestheimportanceofwell-designedandimplementeddatabasesystemsinwhichcomplexanalyticaloperationsthatrequiretheuseofmanytypesofgeographicaldatacanbepreformed.ThespatialanalysisviewofGISfocusesonanalysisandmodelinginwhichGISisseenmoreasaspatialinformationsciencethanatechnology.地理信息系统的三种定义视角In1991,DavidMaGIS的组成GIS的组成GIS软件的功能GIS软件的功能GIS和相关技术遥感全球导航卫星系统(GNSS)测绘制图…GIS和相关技术遥感地理信息的应用以及相关学科地理信息的应用以及相关学科GIS&GIScience&GIServiceGIScience

asciencewhichdealswithgenericissuesthatsurroundtheuseofGIStechnology,hamperitssuccessfulimplementation,orcontributetotheunderstandingofitscapabilities.GIServiceGIS&GIScience&GIServiceGIScien第二章从现实世界到比特世界

邬伦北京大学地球与空间科学学院遥感与地理信息系统研究所2004年12月第二章从现实世界到比特世界邬伦

地理信息流与地理信息科学三个领域

地理信息流与地理信息科学三个领域1．对现实世界的地理认知认知的含义环境映象与模型地图认知模型地理客体的科学认知地图是客观世界的形象——符号——概括模型1．对现实世界的地理认知认知的含义制图活动过程地图编制者的认识模型地图使用者的认识模型制图活动过程地图编制者的认识模型地图使用者的认识模型2．现实世界的抽象现实世界概念世界地理空间世界维度世界项目世界2．现实世界的抽象现实世界现实世界概念世界现实世界概念世界地理空间世界维度世界地理空间世界维度世界项目世界项目世界3．比特世界比特世界现实世界与数学模型的关系3．比特世界比特世界现实世界与数学模型的关系3．比特世界GIS空间数据建模空间数据模型的三个层次3．比特世界GIS空间数据建模空间数据模型的三个层次3．比特世界GIS空间数据模型的概念与分类GIS空间概念数据模型空间逻辑数据模型结构化逻辑数据模型面向操作的逻辑数据模型物理数据模型

设计空间数据的物理组织、空间存取方法、数据库总体存储结构等。

3．比特世界GIS空间数据模型的概念与分类第三章空间数据模型

邬伦北京大学地球与空间科学学院遥感与地理信息系统研究所2004年12月第三章空间数据模型

邬伦1．空间数据模型的基本问题概念:空间数据模型是关于现实世界中空间实体及其相互间联系的概念，它为描述空间数据的组织和设计空间数据库模式提供着基本方法。类型:基于对象（要素）（Feature）的模型网络（Network）模型场（Field）模型。1．空间数据模型的基本问题概念:空间数据模型是关于现实世1．空间数据模型的基本问题GIS空间数据模型的学术前沿时空数据模型:核心问题是研究如何有效地表达、记录和管理现实世界的实体及其相互关系随时间不断发生的变化。三维空间数据模型:三维矢量模型和体模型分布式空间数据模型：分布式空间数据库管理系统和联邦空间数据库CASE分布式空间数据模型工具1．空间数据模型的基本问题GIS空间数据模型的学术前沿2．场模型1.场的特征空间结构特征和属性域连续的、可微的、离散的各向同性和各向异性空间自相关在各向同性与各向异性场中的旅行时间面

强空间正负自相关模式

2．场模型1.场的特征在各向同性与各向异性场中的旅行时间面2．场模型

2.栅格数据模型栅格数据模型是基于连续铺盖的，它是用二维铺盖或划分覆盖整个连续空间；铺盖可以分为规则的和不规则的，后者可当做拓扑多边形处理三角形、方格和六角形划分栅格数据模型2．场模型

2.栅格数据模型三角形、方格和六角形划分栅3．要素模型1.基本概念1）欧氏平面上的空间对象类型3．要素模型1.基本概念3．要素模型

2）离散欧氏平面上的空间对象3．要素模型 2）离散欧氏平面上的空间对象3．要素模型3）要素模型和场模型的比较

3．要素模型3）要素模型和场模型的比较3．要素模型2.矢量数据模型

3．要素模型2.矢量数据模型4．基于要素的空间关系分析1.基本概念

地理要素之间的空间区位关系可抽象为点、线（或弧）、多边形（区域）之间的空间几何关系。4．基于要素的空间关系分析1.基本概念4．基于要素的空间关系分析2.拓扑空间关系分析

2.1拓扑属性

拓扑属性:在拓扑变换下能够保持不变的几何属性，又称为拓扑关系。

2.2点集拓扑学 点集拓扑学是拓扑描述的数学基础

2.39交模型

4．基于要素的空间关系分析2.拓扑空间关系分析9-交模型所述拓扑关系

北京大学课程—地理信息系统概论课件4．基于要素的空间关系分析3.方向空间关系分析方向关系描述方向关系识别度量空间关系分析空间指标量算地理空间的距离度量

4．基于要素的空间关系分析3.方向空间关系分析5．网络结构模型1.网络空间(a)(b)KonigsbergPark中的图形理论模型5．网络结构模型1.网络空间(a)5．网络结构模型2.网络模型

网状模型将数据组织成有向图结构。结构中结点代表数据记录，连线描述不同结点数据间的关系。有向图（Digraph）的形式化定义为：

Digraph=(Vertex,{Relation})

其中Vertex为图中数据元素（顶点）的有限非空集合；Relation是两个顶点（Vertex）之间的关系的集合。5．网络结构模型2.网络模型6．时空模型时空数据模型概述研究概述TGIS的研究思路时空数据模型设计的基本思想根据应用领域的特点（如宏观变化观测与微观变化观测）和客观现实变化规律（同步变化与异步变化、频繁变化与缓慢变化），折中考虑时空数据的空间/属性内聚性和时态内聚性的强度，选择时间标记的对象。同时提供静态（变化不活跃）、动态（变化活跃）数据建模手段（静态、动态数据类型和操作）。数据结构里显式表达两种地理事件：地理实体进化事件和地理实体存亡事件。时空拓扑关系一般指地理实体空间拓扑关系的拓扑事件间的时态关系。6．时空模型时空数据模型概述7．三维模型三维GIS的功能

三维GIS所的功能主要有数据编码：据的组织和重构：变换：查询逻辑运算：计算：分析：建立模型视觉变换系统维护。三维数据结构

八叉树三维数据结构

用八叉树来表示三维形体。7．三维模型三维GIS的功能7．三维模型体元形式的三维数据线性八叉树编码编码7．三维模型体元形式的三维数据线性八叉树编码编码7．三维模型--借助三维显示技术，通过离散的高程点形成等高线图、截面图、多层平面和透视图，可以把这些最初都是人工完成的工作，用各种计算机程序迅速高效地完成。通过“围墙”状的剖面表示三维数据7．三维模型--借助三维显示技术，通过离散的高程点形成等高线第四章空间参照系统和地图投影

邬伦北京大学地球与空间科学学院遥感与地理信息系统研究所2004年12月第四章空间参照系统和地图投影邬伦1．地球椭球体基本要素1．1地球椭球体地球的形状地球的大小椭球体的半径高程1．2地图比例尺比例尺表示法数字比例尺文字比例尺图解比例尺或直线比例尺面积比例尺比例系数（SF）:表明确定的比例尺与实际比例尺数值之间的关系。1．地球椭球体基本要素1．1地球椭球体2．坐标系现实世界和坐标空间的联系2．坐标系现实世界和坐标空间的联系2．坐标系2．1地理坐标纬度（Latitude）经度（Longitude）地面上点位的确定:通常用经度和纬度来决定。2．坐标系2．1地理坐标2．坐标系2．2平面上的坐标系平面直角坐标系平面极坐标系2．3直角坐标系的平移和旋转坐标系平移坐标系旋转坐标系平移和旋转2．坐标系2．2平面上的坐标系3．地图投影的基本问题3．1基本概念地图投影就是指建立地球表面上的点与投影平面上点之间的一一对应关系。3．2地图投影的分类按变形性质分类等角投影等积投影等距投影按构成方法分类几何投影非几何投影按照投影面积与地球相割或相切分类割投影切投影3．地图投影的基本问题3．1基本概念4．高斯——克吕格投影又称横轴墨卡托投影高斯——克吕格投影示意高斯——克吕格投影的分带4．高斯——克吕格投影又称横轴墨卡托投影高斯——克吕格投5．地形图的分幅和编号由国家主管部门制定统一的图幅分幅和编号系统1：50万、1：20万、1：10万地形图的分幅和编号示例5．地形图的分幅和编号由国家主管部门制定统一的图幅分幅和编邬伦北京大学地球与空间科学学院遥感与地理信息系统研究所2004年12月第五章GIS中的数据

邬伦第五章GIS中的数据空间数据的特点SpatiallyrelatedCanbeassignedcoordinatesoranyspatialreference.Onthesurfaceoftheearth.Involveslocationandorganization.ScaleCanbefromgeneraltospecific.Simpletocomplex.Asatellitecangenerateoneterabyte(1012bytes)ofinformationperday.DynamicsSpatialdynamics(variationsinspace).Temporaldynamics(variationsintime).CoordinatesystemScaleTime1Time2空间数据的特点SpatiallyrelatedCoordi空间数据的三个侧面空间特征：表示现象的空间位置或现在所处的地理位置。空间特征又称为几何特征或定位特征，一般以坐标数据表示，例如笛卡尔坐标等。属性特征：表示实际现象或特征，例如变量、级别、数量特征和名称等等。时间特征：指现象或物体随时间的变化，其变化的周期有超短期的、短期的、中期的、长期的等等。空间数据的三个侧面空间特征：表示现象的空间位置或现在所处的地三个侧面三个侧面空间特征是GIS区别于其它的软件的根本特征是由于地物或现象的空间分布所带来通常是通过特定空间参照系下的坐标直接表达基于坐标的派生数据定量的度量信息：面积、周长、质心、距离等定性的空间关系：拓扑关系、方位关系CB-GIS和PB-GIS空间特征是GIS区别于其它的软件的根本特征时间特征空间数据涉及时间特征的几个方面地物的生命周期（产生、消亡）地物的移动（移动点）属性的时效性相关的问题时间关系时空关系时态GIS数据模型是其关键（时空立方体模型等）时间特征空间数据涉及时间特征的几个方面专题属性特征地物所固有的，不是由于地物空间分布所带来的特征如某地的年降雨量、土地酸缄类型、人口密度、交通流量、空气污染程度等。这类特征在其它类型的信息系统中均可存储和处理专题属性特征通常以数字、符号、文本和图像等形式来表示专题属性特征地物所固有的，不是由于地物空间分布所带来的特征空间数据与专题数据空间数据与专题数据空间数据的时态特征空间数据的时态特征数据的测量尺度(1/2)命名(Nominal)量定性而非定量，不能进行任何算术运算，如一个城市的名字次序(Ordinal)量线性坐标上不按值的大小，而是按顺序排列的数，例如，事故发生危险程度的级别由大到小被标为1，2，3，…

间隔(Interval)量不参照某个固定点，而是按间隔表示相对位置的数。按间隔量测的值相互之间可以比较大小，并且它们之间的差值大小是有意义的比率(Ratio)量比率测量尺度的测量值指那些有真零值而且测量单位的间隔是相等的数据。数据的测量尺度(1/2)命名(Nominal)量数据的测量尺度(2/2)GIS数据测量尺度示例PointLineAreaQuantitativeOrdinalQualitative51015Eachdotrepresents500personsProportionalsymbolsLargeMediumSmallQTownAirportFlowContour304050HighwayRoadStreetRoadBoundaryRiver10020PopulationdensityHighimpactLowimpactSwampDesertForrest数据的测量尺度(2/2)GIS数据测量尺度示例PointLi不同测量尺度数值可以进行的运算命名量==,!=…次序量==,!=,>,<…间隔量==,!=,>,<,+,-…比率量==,!=,>,<,+,-,*,/…不同测量尺度数值可以进行的运算命名量==,!=…次序量==,空间数据质量在GIS的几个主要因素中，数据是一个极为重要的因素。在计算机软件、硬件环境选定之后，GIS中数据质量的优劣，决定着系统分析质量以及整个应用的成败。GIS提供的空间数据的分析方法被广泛用于各种领域，用于决策领域的数据，其质量要求应该是可知的或可预测的。研究空间数据质量的目的在于加强数据生产过程中的质量控制，提高数据质量空间数据质量在GIS的几个主要因素中，数据是一个极为重要的因空间数据质量的重要性GeographicDatabaseQueryandAnalysisSpatialDataInputandManagementOutput:DisplayHelpPrevent“Garbagein，Garbageout！”GIS空间数据质量的重要性GeographicQueryand空间数据质量的相关概念(1/7)准确性（Accuracy）精度（Precision）空间分辨率（SpatialResolution）比例尺（Scale）误差（Error）不确定性（Uncertainty）空间数据质量的相关概念(1/7)准确性（Accuracy）空间数据质量的相关概念(2/7)准确性（Accuracy）一个记录值（测量或者观察值）与它的真实值之间的接近程度；空间数据的准确性通常是根据所指的位置、拓扑或者非空间属性来分类的； 可以误差（Error）来衡量空间数据的准确性；空间数据质量的相关概念(2/7)准确性（Accuracy）空间数据质量的相关概念(3/7)精度（Precision）数据精度表示数据对现象描述的详细程度数据精度和数据准确性的区别：精度低的数据不一定准确度也低；数据精度如果超出了测量仪器的已知准确度，这样的纪录数字在效率上是冗余的；

例如：在设计精度为0.1mm的数字化仪上测量返回的坐标数据为（10.11mm,12.233mm），其中就含有冗余的数据；空间数据质量的相关概念(3/7)精度（Precision）空间数据质量的相关概念(4/7)空间分辨率（SpatialResolution）分辨率是两个可测量数值之间最小的可辨识的差异；空间分辨率可以看作是记录变化的最小幅度；空间分辨率示例：地图上最细线宽度对应的地理范围，遥感图像上一个像素代表的实际地理范围大小空间分辨率∝数据精度空间数据质量的相关概念(4/7)空间分辨率（Spatial空间分辨率示例RealWorldVectorDataRasterData1pixel=10mX10m分辨率=10m10M10M1Pixel空间分辨率示例RealWorldVectorDataRa空间数据质量的相关概念(5/7)比例尺（Scale）地图上一个记录的距离和它所表现的“真实世界”的距离之间的一个比例；如右图中，这幅地图的比例尺=10cm:1000m=1:10000比例尺是刻画数据精度的量（如最小线宽为地图的空间分辨率）；空间数据质量的相关概念(5/7)比例尺（Scale）空间数据质量的相关概念(6/7)误差（Error）描述测量值和真实值之间的差别；在大部分情况下，误差的大小是很不准确的，因为待测量的真实值往往无法得到；研究如何给出误差大小的最佳估计以及误差传播规律，是很有用的；误差的分析包括:位置误差（如点、线、多边形的位置误差）；属性误差；位置和属性误差之间的联系；空间数据质量的相关概念(6/7)误差（Error）空间数据质量的相关概念(7/7)不确定性（Uncertainty）对于空间信息科学技术来说，数据的正确性与错误并存，正常与异常并存，精确与粗糙并存，质量高与质量低并存，什么时候是正确的，什么时候不正确的，这些都属于不确定性现象；GIS中数据的不确定性包括：位置的不确定性、属性的不确定性、时域的不确定性、逻辑上的不一致性以及数据的布完整性；研究不确定性可以更好的了解测量数据的性质？？空间数据质量的相关概念(7/7)不确定性（Uncertain空间数据质量问题的来源（1/2）空间现象自身存在的不稳定性分布的不确定性、属性类型划分和表达多样性等；空间现象的表达测量误差、地图投影、数值采样和量化等；空间数据处理中的误差投影转换、地图数字化与扫描矢量化、格式转换、数据抽象（聚类、归并等）、空间分析、可视化等；空间数据使用中的误差：生产者和使用者对数据的解释和理解不同，可通过空间数据的元数据来沟通；空间数据质量问题的来源（1/2）空间现象自身存在的不稳定性空间数据质量问题的来源（2/2）P99表5-1空间数据误差的主要来源数据处理过程误差来源数据搜集野外测量误差：仪器误差、记录误差遥感数据误差：辐射和几何纠正误差、信息提取误差地图数据误差：原始数据误差、坐标转换、制图综合及印刷数据输入数字化误差：仪器误差、操作误差不同系统格式转换误差：栅格-矢量转换、三角网-等值线转换数据存储数值精度不够空间精度不够：每个格网点太大、地图最小制图单元太大数据处理分类间隔不合理多层数据叠合引起的误差传播：插值误差、多源数据综合分析误差比例尺太小引起的误差数据输出输出设备不精确引起的误差输出的媒介不稳定造成的误差数据使用对数据所包含的信息的误解对数据信息使用不当空间数据质量问题的来源（2/2）P99表5-1空间数据误空间数据的误差分析（1/3）空间数据误差的类型（1）空间数据误差分为：几何误差、属性误差、时间误差和逻辑误差；逻辑误差和几何误差为GIS特有逻辑误差：语义角度判断数据的合理性空间数据的误差分析（1/3）空间数据误差的类型（1）空间数据的误差分析（2/3）空间数据误差的类型（2）几何误差：空间数据表达的位置信息误差，在二维平面上主要反映在点（位置）误差和线（位置）误差上；线误差分布可以用Epsilon模型（等宽）或者误差带模型（不等宽）来描述图：折线误差的分布（误差带模型）图：折线和曲线的误差

图：曲线的误差分布（误差带模型）空间数据的误差分析（2/3）空间数据误差的类型（2）图：折线空间数据的误差分析（3/3）其他数据质量问题地图数据的质量问题地图固有误差、地图材料变形、地图扫描及数字化误差；遥感数据的质量问题遥感仪器观测过程误差（表现为空间分辨率、光谱分辨率、几何畸变以及辐射误差等）、图像处理和解译过程误差（校正匹配、解译判读、分类等）测量数据的质量问题选定的大地坐标系及投影、环境影响、测量仪器精度、操作误差、偶然误差等空间数据的误差分析（3/3）其他数据质量问题空间数据质量的控制应从数据质量产生和扩散的所有过程和环节入手，分别用一定的方法减少误差；常见的数据质量空间方法有：传统的手工方法

与原始地图或者属性数据比较；元数据方法

阅读元数据了解数据质量的信息；地理相关法利用空间数据描述的地理特征要素自身的相关性空间数据质量的控制应从数据质量产生和扩散的所有过程和环节入手空间数据元数据元数据（Metadata）是描述数据的数据，如数据的内容、质量、状况和其他有关特征的背景信息；常见的元数据：图书馆卡片、磁盘的标签、地图的制图元素（图名、图例、比例尺、制图单位、制图时间等）等；元数据的内容：对数据集的描述、数据质量的描述、数据处理信息的说明、数据转换方法的描述、数据更新、集成等说明空间数据元数据元数据（Metadata）是描述数据的数据，如空间数据元数据内容及示例。。。数据生产者数据生产时间数据质量数据组织空间参照系数据内容以及其他属性。。。空间数据元数据内容及示例。。。元数据的主要作用帮助数据生产者管理和维护空间数据；便于数据用户查询检索地理空间数据；帮助用户了解数据，以便就数据是否能够满足其需求做出这功能的判断；提供有关信息，以便用户或者GIS软件进行数据的处理和转换；在空间数据及其应用迅速发展的今天，元数据成为数据共享和有效使用的重要工具元数据的主要作用帮助数据生产者管理和维护空间数据；元数据提高数据查找效率元数据提高数据查找效率地理信息系统与元数据基于元数据的GIS功能扩展：差错功能（Debugging）数据浏览功能（BrowsingorCatalog）程序自动生成（ProgramGeneration）基于元数据的数据集成：基于元数据可以实现对数据自动解释与处理，使得不同格式、精度、类型的数据可以很好的协同完成一个指定的任务（？？？）地理信息系统与元数据基于元数据的GIS功能扩展：第六章空间数据获取与处理邬伦北京大学地球与空间科学学院遥感与地理信息系统研究所2004年12月第六章空间数据获取与处理邬伦1．地图数字化地图数据类型空间数据（或图形数据）

空间数据是构成地图内容要素的几何图形。语义数据(属性数据)

又称为非几何数据，包括定性数据和定量数据。1．地图数字化地图数据类型1．地图数字化数字化仪数字化手扶跟踪数字化距离流方式（DistanceStream）时间流方式（TimeStream）曲线离散化算法1．地图数字化数字化仪数字化曲线的离散算法曲线的离散算法1．地图数字化扫描矢量化处理流程1．地图数字化扫描矢量化处理流程2．空间数据录入后的处理图形坐标变换基本坐标变换(a)平移(b)缩放(c)图形旋转

2．空间数据录入后的处理图形坐标变换(a)平移(b)缩放(2．空间数据录入后的处理

图形坐标变换基本坐标变换仿射变换仿射变换2．空间数据录入后的处理

图形坐标变换仿射变换2．空间数据录入后的处理

图形拼接图幅拼接(a)拼接前；(b)拼接中的边缘不匹配；(c)调整后的拼接结果2．空间数据录入后的处理

图形拼接图幅拼接(a)拼接前；2．空间数据录入后的处理

拓扑生成图形修改建立拓扑关系2．空间数据录入后的处理

拓扑生成第七章空间数据管理

邬伦北京大学地球与空间科学学院遥感与地理信息系统研究所2004年12月第七章空间数据管理邬伦1．空间数据库1.1地理信息系统与一般管理信息系统的比较两者的区别：硬件软件信息处理的内容和采用目的共同之处：以计算机为核心的信息处理系统，都具有数据量大和数据之间关系复杂的特点，也都随着数据库技术的发展在不断的改进和完善。1．空间数据库1.1地理信息系统与一般管理信息系统的比较1.2空间数据库概念：某一区域内关于一定地理要素特征的数据集合。特点：数据量特别大;既有属性数据，又有空间数据;数据应用广泛。数据库管理系统GIS数据管理方法的4种主要类型：开发独立的数据管理服务。在商业化的DBMS基础上开发附加系统。使用现有的DBMS，对系统的功能进行必要扩充。重新设计一个具有空间数据和属性数据管理和分析功能的数据库系统。1.2空间数据库概念：某一区域内关于一定地理要素特征的1.3GIS内部的数据结构矢量结构和栅格结构矢量模型：现实世界的要素位置和范围可以采用点、线或面表达，与它们在地图上表示相似，每一个实体的位置是用它们在坐标参考系统中的空间位置（坐标）定义。

栅格模型：在栅格模型中，空间被规则地划分为栅格（通常为正方形）。地理实体的位置和状态是用它们占据的栅格的行、列来定义的。1.3GIS内部的数据结构矢量结构和栅格结构矢量结构和栅格结构矢量结构和栅格结构2．栅格数据结构及其编码基本概念特点编码方式2．栅格数据结构及其编码基本概念I什么是栅格数据结构（Raster)？

栅格结构是最简单最直接的空间数据结构，是指将地球表面划分为大小均匀紧密相邻的网格阵列，每个网格作为一个象元或象素由行、列定义，并包含一个代码表示该象素的属性类型或量值，或仅仅包括指向其属性记录的指针。I什么是栅格数据结构（Raster)？栅格结构是最简单I什么是栅格数据结构（Raster)？栅格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。栅格结构表示的地表是不连续的，是量化和近似离散的数据。每一个单元格对应一个相应的地块。I什么是栅格数据结构（Raster)？栅格结构是以规则的I什么是栅格数据结构（Raster)？RealworldGridPointLineAreaValue=0=1=2=3RowColumnTrianglesHexagonsRASTERI什么是栅格数据结构（Raster)？Realworl栅格数据结构示例（a）点（b）线（c）面栅格数据结构示例（a）点栅格数据单元格经常是矩形（主要是正方形）的，但并不是必须如此。其单元格形状可以随应用的需要进行具体设定，比如设置为三角形。栅格数据的比例尺就是栅格大小与地表相应单元大小之比。栅格尺寸越小，其分辨率越高，数据量也越大。栅格数据的形状、尺寸及相关问题引申思考：栅格数据的投影与变形问题？栅格数据单元格经常是矩形（主要是正方形）的，但并不是必须如此由于栅格结构对地表的离散，在计算面积、长度、距离、形状等空间指标时，若栅格尺寸较大，则造成较大的误差。由于栅格单元中存在多种地物，而数据中常常只记录一个属性值，这会导致属性误差。比如，遥感数据中的“混合像元”问题。栅格数据的形状、尺寸及相关问题由于栅格结构对地表的离散，在计算面积、长度、距离、形状等空间II栅格数据结构的特点属性明显数据中直接记录了数据属性或指向数据属性的指针，因而我们可以直接得到地物的属性代码定位隐含所在位置则根据行列号转换为相应的坐标，也就是说定位是根据数据在数据集中的位置得到的。栅格结构是按一定的规则排列的，所表示的实体的位置很容易隐含在格网文件的存储结构中

II栅格数据结构的特点属性明显II栅格数据结构的特点栅格数据结构结构容易实现，算法简单，且易于扩充、修改，也很直观，特别是易于同遥感影像的结合处理，给地理空间数据处理带来了极大的方便II栅格数据结构的特点栅格数据结构结构容易实现，算法简单III决定栅格单元代码的方式

基本原则：在决定栅格代码时尽量保持地表的真实性，保证最大的信息容量。注意：每一个单元可能对应多个地物种类或多个属性值。比如遥感图像中的“混合像元”。III决定栅格单元代码的方式基本原则：在决定栅格代码时尽III决定栅格单元代码的方式

中心点法处理方法：用处于栅格中心处的地物类型或现象特性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、人口密度图等。例如：中心点O落在代码为C的地物范围内，按中心点法的规则，该矩形区域相应的栅格单元代码为CIII决定栅格单元代码的方式中心点法例如：中心点O落在III决定栅格单元代码的方式

2.面积占优法处理方法：以占栅格区域面积比例最大的地物类型或现象特性决定栅格单元的代码面积占优法常用于分类较细，地物类别斑块较小的情况例如：所示的例子中，显见B类地物所占面积最大，故相应栅格代码定为BIII决定栅格单元代码的方式2.面积占优法例如：所示的III决定栅格单元代码的方式

3.重要性法

处理方法：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相应的栅格单元代码重要性法常用于具有特殊意义而面积较小的地理要素，特别是点、线状地理要素，如城镇、交通枢纽、交通线、河流水系等，在栅格中代码应尽量表示这些重要地物例如：假设A类最重要的地物类型，即A比B和C类更为重要，则栅格单元的代码应为AIII决定栅格单元代码的方式3.重要性法例如：假设AIII决定栅格单元代码的方式

4.百分比法处理方法：根据栅格区域内各地理要素所占面积的百分比数确定栅格单元的代码适用于地物面积具有重要意义的分类体系例如：可记面积最大的两类BA，也可以根据B类和A类所占面积百分比数在代码中加入数字III决定栅格单元代码的方式4.百分比法例如：可记面积III决定栅格单元代码的方式

5.其他方法根据具体的应用内容，栅格单元的代码确定方式还可以采用其他方法，如插值方法（平均值就是其中之一），或使用特定的计算函数等。III决定栅格单元代码的方式5.其他方法IV．栅格数据编码栅格数据编码方法分为两大类：直接栅格编码压缩编码方法链码

游程长度编码

块码

四叉树

IV．栅格数据编码栅格数据编码方法分为两大类：直接栅格编码直接编码就是将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行（或逐列）逐个记录代码，可以每行都从左到右逐个象元进行记录，也可以奇数行地从左到右而偶数行地从右向左记录，为了特定目的还可采用其他特殊的顺序直接栅格编码直接编码就是将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行（或一些常用的栅格排列顺序一些常用的栅格排列顺序压缩编码方式压缩编码的目的就是用尽可能少的数据量记录尽可能多的信息，其类型分为信息无损编码编码过程中没有任何信息损失，通过解码操作可以完全恢复原来的信息

信息有损编码为了提高编码效率，最大限度地压缩数据，在压缩过程中损失一部分相对不太重要的信息，解码时这部分难以恢复

压缩编码方式压缩编码的目的就是用尽可能少的数据量记录尽可能多压缩编码方式在地理信息系统中的压缩编码多采用信息无损编码，而对原始遥感影像进行压缩时也可以采取有损压缩编码方法。压缩编码方式在地理信息系统中的压缩编码多采用信息无损编码，而压缩编码方式1链码（ChainCodes）链式编码又称为弗里曼链码（Freeman，1961）或边界链码。该编码方法将数据表示为由某一原点开始并按某些基本方向确定的单位矢量链。基本方向可定义为：东＝0，东南＝1，南＝2，西南＝3，西＝4，西北＝5，北＝6，东北＝7等八个基本方向。压缩编码方式1链码（ChainCodes）例如，确定原点为像元（10，1），则某个多边形边界按顺时针方向的链式编码为：10，1，7，0，1，0，7，1，7，0，0，2，3，2，2，1，0，7，0，0，0，0，2，4，3，4，4，3，4，4，5，4，5，4，5，4，5，4，6，6。其中前两个数字10和1表示起点为第十行第一列，从第三个数字开始每个数字表示单位矢量的方向，八个方向以0—7的整数代表。链码（ChainCodes）例如，确定原点为像元（10，1），则某个多边形边界按顺时针方链码（ChainCodes）优点：

链式编码对多边形的表示具有很强的数据压缩能力，且具有一定的运算功能，如面积和周长计算等，探测边界急弯和凹进部分等都比较容易，比较适于存储图形数据。缺点：

对叠置运算如组合、相交等则很难实施，对局部修改将改变整体结构，效率较低，而且由于链码以每个区域为单位存储边界，相邻区域的公共边界被重复存储会产生冗余。链码（ChainCodes）优点：压缩编码方式2游程长度编码（Run-LengthCodes） 它的基本思路是：对于一幅栅格图像，常常有行（或列）方向上相邻的若干点具有相同的属性代码，因而可采取某种方法压缩那些重复的记录内容。

压缩编码方式2游程长度编码（Run-LengthCode游程长度编码（Run-LengthCodes）其实现方法有两种一种编码方案是，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的代码重复的个数，从而实现数据的压缩。

另一种游程长度编码方案就是逐个记录各行（或列）代码发生变化的位置和相应代码

游程长度编码（Run-LengthCodes）其实现方法有游程长度编码示例按第一种编码方法，此数据游程长度编码：（0，1），（4，2），（7，5）；（4，5），（7，3）；（4，4），（8，2），（7，2）；（0，2），（4，1），（8，3），（7，2）；（0，2），（8，4），（7，1），（8，1）；(0，3)，(8，5)；(0，4)，(8，4)；(0，5)，(8，3)。用44个整数表达了原始数据中的64个栅格。游程长度编码示例按第一种编码方法，此数据游程长度编码：游程长度编码示例按第二种编码方法，此数据游程长度编码（沿列方向）：（1，0），（2，4），（4，0），（1，4），（4，0）；（1，4），（5，8），（6，0）；（1，7），（2，4），（4，8），（7，0）；（1，7），（2，4），（3，8），（8，0）；（1，7），（3，8）；（1，7），（6，8）；（1，7），（5，8）。

游程长度编码示例按第二种编码方法，此数据游程长度编码游程长度编码优缺点优点压缩效率较高，且易于进行检索，叠加合并等操作，运算简单，适用于机器存储容量小，数据需大量压缩，而又要避免复杂的编码解码运算增加处理和操作时间的情况

缺点对于图斑破碎，属性和边界多变的数据压缩效率较低，甚至压缩后的数据量比原始数据还大。

游程长度编码优缺点优点压缩编码方式3块码（ChainCodes） 块码是游程长度编码扩展到二维的情况，采用方形区域作为记录单元，每个记录单元包括相邻的若干栅格，数据结构由初始位置（行、列号）和半径，再加上记录单位的代码组成。压缩编码方式3块码（ChainCodes）块码编码示例其块码编码为：(1,1,1,0),(1,2,2,4),(1,4,1,7),(1,5,1,7),(1,6,2,7),(1,8,1,7),(2,1,1,4),(2,4,1,4),(2,5,1,4),(2,8,1,7),(3,1,1,4),(3,2,1,4),(3,3,1,4),(3,4,1,4),(3,5,2,8),(3,7,2,7),(4,1,2,0),(4,3,1,4),(4,4,1,8),(5,3,1,8),(5,4,2,8),(5,6,1,8),(5,7,1,7),(5,8,1,8),(6,1,3,0),(6,6,3,8),(7,4,1,0),(7,5,1,8),(8,4,1,0),(8,5,1,0)。块码编码示例其块码编码为：压缩编码方式4四叉树编码 四叉树编码将整个图像区逐步分解为一系列仅包含单一类型的方形区域，最小的方形区域为一个栅格象元。

压缩编码方式4四叉树编码四叉树编码

其基本分割方法是将一幅栅格地图或图像等分为四部分。逐块检查其栅格属性值(或灰度)。如果某个子区的所有栅格值都具有相同的值。则这个子区就不再继续分割，否则还要把这个子区再分割成四个子区。这样依次地分割，直到每个子块都只含有相同的属性值或灰度为止。 四叉树编码 其基本分割方法是将一幅栅格地图或图像等分为四叉树编码

由上而下的方法运算量大，耗时较长。因而实践中可以采用从下而上的方法建立四叉树编码。对栅格数据按如下的顺序进行检测：如果每相邻四个栅格值相同则进行合并，逐次往上递归合并，直到符合四叉树的原则为止。这种方法重复计算较少，运算速度较快。四叉树编码 由上而下的方法运算量大，耗时较长。因而实践四叉树编码

采用四叉树编码时，为了保证四叉树分解能不断地进行下去，要求图像必须为2n×2n的栅格阵列，对于非标准尺寸的图像需首先通过增加背景的方法将图像扩充为2n×2n的图像。

四叉树编码 采用四叉树编码时，为了保证四叉树分解能不断地四叉树的结构方式四叉树结构按其编码的方法不同分为常规四叉树和线性四叉树：常规四叉树：除了记录叶结点之外，还要记录中间结点。结点之间借助指针联系，每个结点需要用六个量表达：四个叶结点指针，一个父结点指针和一个结点的属性或灰度值。这些指针不仅增加了数据贮存量，而且增加了操作的复杂性。常规四叉树主要在数据索引和图幅索引等方面应用。四叉树的结构方式四叉树结构按其编码的方法不同分为常规四叉树和四叉树的结构方式四叉树结构按其编码的方法不同分为常规四叉树和线性四叉树：线性四叉树：只存贮最后叶结点的信息。包括叶结点的位置、深度和本结点的属性或灰度值。所谓深度是指处于四叉树的第几层上。由深度可推知子区的大小。线性四叉树叶结点的编号需要遵循一定的规则，这种编号称为地址码，它隐含了叶结点的位置和深度信息。最常用的地址码是四进制或十进制的Morton码。四叉树的结构方式四叉树结构按其编码的方法不同分为常规四叉树和四叉树编码示例

四叉树编码示例

其中最上面的结点叫根结点，它对应整个图形。此树共有4层结点，每个结点对应一个象限，如第2层4个结点分别对应于整个图形的四个象限，排列次序依次为南西（SW）、南东（SE）、北西（NW）和北东（NE），不能再分的结点称为终止结点（又称叶子结点），可能落在不同的层上，该结点代表的子象限具有单一的代码，所有终止结点所代表的方形区域覆盖了整个图形。从上到下，从左到右为叶子结点编号，共有40个叶子结点，也就是原图被划分为40个大小不等的方形子区（最下面的一排数字表示各子区的代码）。四叉树编码示例其中最上面的结点叫根结点，它对应整个图形。此树四叉树编码的优缺点优点：四叉树编码具有可变的分辨率，树的深度随数据的破碎程度而变化，并且有区域性质，压缩数据灵活，许多数据和转换运算可以在编码数据上直接实现，大大地提高了运算效率，并支持拓扑“洞”（嵌套多边形）的表达，是优秀的栅格压缩编码之一。缺点：其最大不足是其不稳定性，即同样的原始数据应用不同的算法进行编码可能会得到不同的编码结果。不利于数据分析。四叉树编码的优缺点优点：四叉树编码具有可变的分辨率，树的深度压缩编码方式5其他编码 还有很多编码方法，如傅立叶变换、小波变换、余弦变换等，常常用于遥感原始数据的压缩。由于它们多数是有损压缩，一般不用于需要进行分析的栅格数据。在四叉树基础上发展而来的八叉树目前也是研究热点之一。引申思考：栅格压缩编码和常见文件压缩方法（Zip,Rar）的异同？压缩编码方式5其他编码引申思考：栅格压缩编码和常见压缩编码的相关问题同所有的数据结构问题一样，压缩编码过程的主要矛盾也是数据量压缩和运算时间之间的矛盾：为了更有效地利用空间资源，减少数据冗余，不得不花费更多的运算时间进行编码。好的压缩编码方法就是要在尽可能减少运算时间的基础上达到最大的数据压缩效率，并且是算法适应性强，易于实现压缩编码的相关问题同所有的数据结构问题一样，压缩编码过程的主常见栅格压缩编码方法总结：链码的压缩效率较高，已经近矢量结构，对边界的运算比较方便，但不具有区域的性质，区域运算困难。游程长度编码既可以在很大程度上压缩数据，又最大限度地保留了原始栅格结构，编码解码十分容易。但对破碎数据处理效果不好。块码和四叉树编码具有区域性质，又具有可变的分辨率，有较高的压缩效率，但运算效率是其瓶颈。其中四叉树编码可以直接进行大量图形图像运算，效率较高，是很有前途的方法。常见栅格压缩编码方法总结：链码的压缩效率较高，已经近矢量结构3．矢量数据结构及其编码基本概念特点编码方式3．矢量数据结构及其编码基本概念I．矢量数据结构基本概念前导概念：矢量（起点－>终点）矢量数据结构：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，坐标空间设为连续，允许任意位置、长度和面积的精确定义。在一般情况下，其精度比栅格数据结构高得多。其精度仅受数字化设备的精度和数值记录字长的限制。I．矢量数据结构基本概念前导概念：矢量（起点－>终点）I．矢量数据结构基本概念几何体的类型I．矢量数据结构基本概念几何体的类型I．矢量数据结构基本概念矢量数据的类型Buildings.PolygonStreams,LineWells,PointRoads,LineZoning, PolygonMAPSHEETSI．矢量数据结构基本概念矢量数据的类型Buildings.I．矢量数据结构基本概念

矢量结构允许最复杂的数据以最小的数据冗余进行存储，相对栅格结构来说，数据精度高，所占空间小，是高效的空间数据结构。I．矢量数据结构基本概念 矢量结构允许最复杂II．矢量数据结构特点1定位明显 其定位是根据坐标直接存储的，无需任何推算2属性隐含 属性则一般存于文件头或数据结构中某些特定的位置上II．矢量数据结构特点1定位明显II．矢量数据结构特点

矢量数据结构图形运算的算法总体上比栅格数据结构复杂的多，在叠加运算、邻域搜索等操作时比较困难，有些甚至难以实现， 但其也有便利和独到之处，在计算长度、面积、形状和图形编辑、几何变换操作中，矢量结构有很高的效率和精度。II．矢量数据结构特点 矢量数据结构图形运算的算法总体上比III．矢量数据编码编码方法：点实体线实体多边形坐标序列法

树状索引编码法

拓扑结构编码法

(X,Y)(X2,Y2)(X3,Y3)(X4,Y4)(X5,Y5)LinePoint(X5,Y5)(X,Y)(X2,Y2)(X4,Y4)(X3,Y3)Polygon(X,Y)III．矢量数据编码编码方法：(X,Y)(X2,Y2)(XIII．矢量数据编码点实体点是空间上不能再分的地理实体，可以是具体的或抽象的，如地物点、文本位置点或线段网络的结点等，由一对x、y坐标表示。 对于点实体，矢量结构中只记录其在特定坐标系下的坐标和属性代码III．矢量数据编码点实体点实体数据编码点实体数据编码III．矢量数据编码线实体 对于线实体，在数字化时即进行量化，就是用一系列足够短的直线首尾相接表示一条曲线，当曲线被分割成多而短的线段后，这些小线段可以近似地看成直线段，而这条曲线也可以足够精确地由这些小直线段序列表示，矢量结构中只记录这些小线段的端点坐标，将曲线表示为一个坐标序列，坐标之间认为是以直线段相连，在一定精度范围内可以逼真地表示各种形状的线状地物III．矢量数据编码线实体线实体矢量数据编码唯一标识码是系统排列序号；线标识码可以标识线的类型；起始点和终止点号可直接用坐标表示；显示信息是显示时的文本或符号等；与线相联系的非几何属性可以直接存储于线文件中，也可单独存储，而由标识码联接查找。线实体矢量数据编码唯一标识码是系统排列序号；III．矢量数据编码多边形实体编码“多边形”在地理信息系统中是指一个任意形状、边界完全闭合的空间区域。其边界将整个空间划分为外部和内部。 多边形数据是描述地理信息的最重要的一类数据。在区域实体中，具有名称属性和分类属性的，多用多边形表示，如行政区、土地类型、植被分布等。III．矢量数据编码多边形实体编码多边形实体编码

多边形矢量编码不但要表示位置和属性，更为重要的是要能表达区域的拓扑性质，如形状、邻域和层次等，以便使这些基本的空间单元可以作为专题图资料进行显示和操作，由于要表达的信息十分丰富，基于多边形的运算多而复杂，因此多边形矢量编码比点和线实体的矢量编码要复杂得多，也更为重要。多边形实体编码多边形矢量编码不但要表示多边形实体编码

多边形矢量编码除有存储效率的要求外，一般还要求所表示的各多边形有各自独立的形状，可以计算各自的周长和面积等几何指标；各多边形拓扑关系的记录方式要一致，以便进行空间分析；要明确表示区域的层次，如岛-湖-岛的关系等。因此，它与机助制图系统仅为显示和制图目的而设计的编码有很大不同。多边形实体编码多边形矢量编码除有存储效多边形实体编码方法坐标序列法（Spaghetti方式）

树状索引编码法

拓扑结构编码法

多边形实体编码方法坐标序列法（Spaghetti方式）坐标序列法（Spaghetti方式）

由多形边界的x、y坐标对集合及说明信息组成，是最简单的一种多边形矢量编码坐标序列法（Spaghetti方式） 由多形边界的x、y坐坐标序列法（Spaghetti方式）示例图形数据10：x1,y1；x2,y2；x3,y3；x4,y4；x5,y5；x6,y6；x7,y7；x8,y8；x9,y9；x10,y10；x11,y11；20：x1,y1；x12,y12；x13,y13；x14,y14；x15,y15；x16,y16；x17,y17；x18,y18；x19,y19；x20,y20；x21,y21；x22,y22；x23,y23；x8,y8；x9,y9；x10,y10；x11,y11；30：x33,y33；x34,y34；x35,y35；x36,y36；x37,y37；x38,y38；x39,y39；x40,y40；40：x19,y19；x20,y20；x21,y21；x28,y28；x29,y29；x30,y30；x31,y31；x32,y32；50：x21,y21；x22,y22；x23,y23；x8,y8；x7,y7；x6,y6；x24,y24；x25,y25；x26,y26；x27,y27；x28,y28；编码数据坐标序列法（Spaghetti方式）示例图形数据10：x1,坐标序列法的优缺点优点文件结构简单，易于实现以多边形为单位的运算和显示缺点多边形之间的公共边界被数字化和存储两次，由此产生冗余和碎屑多边形；每个多边形自成体系而缺少邻域信息，难以进行邻域处理，如消除某两个多边形之间的共同边界；岛只作为一个单个的图形建造，没有与外包多边形的联系；不易检查拓扑错误。这种方法可用于简单的粗精度制图系统中。坐标序列法的优缺点优点树状索引编码法

采用树状索引以减少数据冗余并间接增加邻域信息，方法是对所有边界点进行数字化，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，形成树状索引结构树状索引编码法采用树状索引以减少数据冗余树状索引编码法示例图形数据树状索引编码法示例图形数据树状索引编码法示例线与多边形之间的树状索引树状索引编码法示例线与多边形之间的树状索引树状索引编码法示例点与边界线之间的树状索引树状索引编码法示例点与边界线之间的树状索引树状索引编码法示例形成的文件记录树状索引编码法示例形成的文件记录

树状索引编码法的优势和不足

树状索引编码消除了相邻多边形边界的数据冗余和不一致的问题，在简化过于复杂的边界线或合并相邻多边形时可不必改造索引表，邻域信息和岛状信息可以通过对多边形文件的线索引处理得到，但是比较繁琐，因而给相邻函数运算，消除无用边，处理岛状信息以及检查拓扑关系带来一定的困难，而且两个编码表都需要以人工方式建立，工作量大且容易出错。树状索引编码法的优势和不足树状索引编码消除拓扑结构编码法

要彻底解决邻域和岛状信息处理问题必须建立一个完整的拓扑关系结构，这种结构应包括以下内容：唯一标识，多边形标识，外包多边形指针，邻接多边形指针，边界链接，范围（最大和最小x、y坐标值，即外包矩形信息）。采用拓扑结构编码可以较好地解决空间关系查询等问题，但增加了算法的复杂性和数据库的大小。拓扑结构编码法要彻底解决邻域和岛状信息矢量数据结构编码总结

矢量编码保证了信息的完整性和运算的灵活性，这是由矢量结构自身的特点所决定的。目前并没有统一的最佳的矢量结构编码方法，在具体工作中应根据数据的特点和任务的要求而灵活设计。矢量数据结构编码总结 矢量编码保证了信息的完整性和运算扩展内容：

DIME(双重独立坐标地图编码，DualIndependentMapEncoding)编码系统

DIME是美国人口调查局在人口调查的基础上发展起来的，它通过有向编码建立了多边形、边界、节点之间的拓扑关系，DIME编码成为其它拓扑编码结构的基础。它采用树状索引以减少数据冗余并间接增加邻域信息，方法是对所有边界点进行数字化，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，形成树状索引结构。扩展内容：DIME(双重独立坐标地图编码，DualI4．矢栅结构的比较及转换算法栅格结构与矢量结构的比较优点缺点矢量数据1．数据结构紧凑、冗余度低2．有利于网络和检索分析3．图形显示质量好、精度高1．数据结构复杂2．多边形叠加分析比较困难栅格数据1．数据结构简单2．便于空间分析和地表模拟3．现势性较强1．数据量大2．投影转换比较复杂4．矢栅结构的比较及转换算法栅格结构与矢量结构的比较优点4．矢栅结构的比较及转换算法相互转换算法矢量格式向栅格格式的转换内部点扩散算法复数积分算法射线算法和扫描算法边界代数算法4．矢栅结构的比较及转换算法相互转换算法4．矢栅结构的比较及转换算法射线算法单个多边形的转换多个多边形的转换

4．矢栅结构的比较及转换算法射线算法单个多边形的转换多个多边4．矢栅结构的比较及转换算法相互转换算法栅格格式向矢量格式的转换1）多边形边界提取：2）边界线追踪3）拓扑关系生成4）去除多余点及曲线圆滑4．矢栅结构的比较及转换算法相互转换算法5．空间索引机制

空间索引就是指依据空间对象的位置和形状或空间对象之间的某种空间关系按一定的顺序排列的一种数据结构，其中包含空间对象的概要信息，如对象的标识、外接矩形及指向空间对象实体的指针。索引类型

格网型空间索引BSP树空间索引

KDB树空间索引R树和R+树CELL树

5．空间索引机制 空间索引就是指依据空间对象的位置和形状或R树R+树BSP树R树R+树BSP树CELL树CELL树6．空间信息查询基于属性特征查询 一般来说，基于属性信息的查询操作主要是在属性数据库中完成的。

基于空间关系和属性特征的查询（SQL）一种空间扩展SQL查询语言——GeoSQLGeoSQL的实现过程6．空间信息查询基于属性特征查询GeoSQL的实现过程第八章空间分析邬伦北京大学地球与空间科学学院遥感与地理信息系统研究所2004年12月第八章空间分析邬伦1．空间查询与量算空间查询基于空间关系查询基于空间关系和属性特征查询地址匹配查询空间量算几何量算:包括线的长度计算和面状地物的面积。形状量算质心量算距离量算1．空间查询与量算空间查询欧拉数各向同性和各向异性的距离表面欧氏距离、曼哈顿距离和一种非欧氏距离欧拉数各向同性和各向异性的距离表面欧氏距离、曼哈顿距离和一种2．空间变换基于栅格结构的空间变换可分为三种方式：单点变换；邻域变换；区域变换。2．空间变换基于栅格结构的空间变换可分为三种方式：3．再分类再分类（Reclassification）：根据不同的需要对原始数据再次进行分类和提取的过程。3．再分类再分类（Reclassification）：根据4．缓冲区分析邻近度：描述了地理空间中两个地物距离相近的程度。缓冲区：地理空间目标的一种影响范围或服务范围。缓冲区分析：给定一个空间对象或集合，确定它们的邻域，邻域的大小由邻域半径R决定。4．缓冲区分析邻近度：描述了地理空间中两个地物距离相近的程点、线、多边形的缓冲区点、线、多边形的缓冲区4．缓冲区分析缓冲区计算的基本问题是双线问题。角分线法凸角圆弧法

4．缓冲区分析缓冲区计算的基本问题是双线问题。5．叠加分析叠加分析：将有关主题层组成的数据层面，进行叠加产生一个新数据层面的操作，其结果综合了原来两层或多层要素所具有的属性。分为以下五类视觉信息叠加点与多边形叠加线与多边形叠加多边形叠加栅格图层叠加5．叠加分析叠加分析：将有关主题层组成的数据层面，进行叠加多边形叠加分析多边形叠加分析多边形叠加产生碎屑多边形多边形叠加产生碎屑多边形多边形的不同叠加方式多边形的不同叠加方式6．网络分析网络数据结构：主要有链（Link）和结点。主要网络分析功能路径分析计算最短路径的Dijkstra算法资源分配6．网络分析网络数据结构：主要有链（Link）和结点。带权的有向图和邻接矩阵带权的有向图和邻接矩阵7．空间插值空间插值：用于将离散点的测量数据转换为连续的数据曲面。

空间内插算法空间外推算法空间插值的数据源摄影测量得到的正射航片或卫星影象卫星或航天飞机的扫描影象野外测量采样数据，采样点随机分布或有规律的线性分布（沿剖面线或沿等高线）数字化的多边形图、等值线图7．空间插值空间插值：用于将离散点的测量数据转换为连续的数各种不同的采样方式各种不同的采样方式7．空间插值空间插值方法整体插值方法边界内插方法

趋势面分析

变换函数插值

局部插值方法最近邻点法：泰森多边形方法

移动平均插值方法：距离倒数插值

样条函数插值方法

空间自协方差最佳插值方法：克里金插值

7．空间插值空间插值方法8．空间统计分类分析

分类评价中常用的数学方法

主成分分析（PrincipalComponentAnalysis，PCA）层次分析法系统聚类分析判别分析8．空间统计分类分析 分类评价中常用的数学方法第九章数字地形模型与地形分析

邬伦北京大学地球与空间科学学院遥感与地理信息系统研究所2004年12月第九章数字地形模型与地形分析邬伦1．概述数字地形模型（DTM,DigitalTerrainModel）它被用于各种线路选线（铁路、公路、输电线）的设计以及各种工程的面积、体积、坡度计算，任意两点间的通视判断及任意断面图绘制。1．概述数字地形模型（DTM,DigitalTerrai1．DTM和