地理信息系统第二章

地理信息系统第二章第一页，共四十八页，编辑于2023年，星期日第二章地理信息系数据结构第一节地理空间及其表达第二节地理空间数据及其特征第三节空间数据结构的类型第四节空间数据结构的建立第二页，共四十八页，编辑于2023年，星期日第一节地理空间及其表达

一、地理空间的概念GIS中的概念常用“地理空间”(geo-spatial)来表述，一般包括地理空间定位框架及其所连接的特征实体。目前，我国采用的大地坐标系为1980年中国国家大地坐标系，其大地原点，设在我国中部陕西省泾阳县永乐镇，简称西安原点。现在规定的高程起算基准面为1985国家高程基准。第三页，共四十八页，编辑于2023年，星期日第一节地理空间及其表达

地图投影：将椭球面上各点的大地坐标，按照一定的数学法则，变换为平面上相应点的平面直角坐标。地理信息系统中特征实体的位置，通常就是指经过投影变换后平面上的直角坐标。

大地坐标系－高斯投影－高斯坐标系第四页，共四十八页，编辑于2023年，星期日第一节地理空间及其表达二、空间实体的表达现实世界－－地理世界－－计算机世界世界万象－－点、线、面－－bit

地理抽象－－模型抽象指：如何表达复杂的地理空间中实体的特征，以便计算机管理。第五页，共四十八页，编辑于2023年，星期日第一节地理空间及其表达

对现实世界的各类空间对象的表达有两种方法，分别称为矢量表示法（矢量数据模型）和栅格表示法（栅格数据模型）湖泊河道居民地第六页，共四十八页，编辑于2023年，星期日第二节地理空间数据及其特征一、GIS的空间数据GIS中的数据来源：地图数据：各种普通地图和专题地图影像数据：卫星遥感和航空遥感地形数据：等高线图的数字化、数字高程模型属性数据：各类调查报告、文献资料、解译信息等元数据：有关数据的数据第七页，共四十八页，编辑于2023年，星期日第二节地理空间数据及其特征二、空间数据基本特征空间数据（地理数据）：空间特征数据：包括定位数据和拓扑数据属性特征数据：包括专题属性数据和时间数据空间对象的三大基本特征：空间、属性和时间特征时间特征是指空间对象随着时间演变而引起的空间和属性特征的变化。第八页，共四十八页，编辑于2023年，星期日第二节地理空间数据及其特征

空间特征是指空间对象的位置及与相邻对象的空间关系或拓扑关系：第九页，共四十八页，编辑于2023年，星期日第二节地理空间数据及其特征空间数据的拓扑关系包括：拓扑邻接：存在于空间图像的同类元素之间的拓扑关系。拓扑关联：存在于空间图形的不同元素之间的拓扑关系拓扑包含：存在于空间图形的同类，但不同级的元素之间的拓扑关系。包含关系分为简单包含、多层包含和等价包含。第十页，共四十八页，编辑于2023年，星期日第二节地理空间数据及其特征属性特征是指空间对象的专题属性第十一页，共四十八页，编辑于2023年，星期日第三节空间数据结构的类型

一、矢量数据结构：基于矢量模型的数据结构

包括：

简单数据结构：不含有拓扑关系数据

拓扑数据结构：包含拓扑关系数据

曲面数据结构：表达一些具有联系分布现象的覆盖表面（地形、降水、温度等等）时所用的一种数据结构。

矢量数据就是代表地图图形的各离散点平面坐标（x，y）的有序集合。第十二页，共四十八页，编辑于2023年，星期日第三节空间数据结构的类型矢量表示第十三页，共四十八页，编辑于2023年，星期日第三节空间数据结构的类型

简单数据结构：坐标表是与每一个基本的空间对象（点、线或多边形）相联系的。ID#xyA1…Am1x1y1a11.a1m….....nxnynan1.anm点表x,y:位置坐标；A1…Am:专题属性；第十四页，共四十八页，编辑于2023年，星期日第三节空间数据结构的类型线表：1427(第一线段头文件）

x1y1

x2y2

（第一线段中间点坐标）

x3y3x4y42247(第二线段头文件）

x1y1

x2y2（第二线段中间点坐标）31528（第三线段头文件）

..第十五页，共四十八页，编辑于2023年，星期日第三节空间数据结构的类型多边形表14587(第一多边形头文件）

x1y1

x2y2

（第一多边形中间点坐标）

x3y3x4y423127(第二多边形头文件）

x1y1

x2y2（第二多边形中间点坐标）

x3y3330268（第三多边形头文件）

..(x1，y1)=(x4,y4)；(x1，y1)=(x3,y3)；…第十六页，共四十八页，编辑于2023年，星期日第三节空间数据结构的类型在拓扑数据结构中：点：空间的一个坐标点线：多个点组成的矢量弧段，有方向环：一条或多条链组成一个环面：由一个外环和零个或多个内环组成的多边形点相互独立；点连成线；线构成面中间点：构成弧段的点结点：两条以上的弧段相交的点弧段：两个结点之间的曲线段岛：由一条弧段组成的多边形简单多边形：不含岛的多边形复合多边形：含岛区的多边形拓扑数据结构第十七页，共四十八页，编辑于2023年，星期日第三节空间数据结构的类型拓扑数据举例C4N4C8C6P3C7N6C10N3C3N1P1C2N2C1P2C5N5P4P5C9N7第十八页，共四十八页，编辑于2023年，星期日第三节空间数据结构的类型弧段号起结点终结点左多边形右多边形C1N1N2P2P1C2N3N2P1P4C3N1N3P1ØC4N1N4ØP2C5N2N5P2P4C6N4N5P3P2C7N5N6P3P4C8N4N6ØP3C9N7N7P4P5C10N3N6P4Ø第十九页，共四十八页，编辑于2023年，星期日第三节空间数据结构的类型曲面数据结构曲面是指连续分布现象的覆盖表面，具有这种覆盖表面的要素有地形、温度、降水等，常采用不规则三角网来拟合这种覆盖表面，称TIN数据结构。表面上不规则分布的点可以连接成三角形网，三角形的顶点就是原先的不规则点。第二十页，共四十八页，编辑于2023年，星期日曲面数据结构

空间数据结构的类型第二十一页，共四十八页，编辑于2023年，星期日第三节空间数据结构的类型结点XY1x1y12x2y23x3y34x4y45x5y56x6y6三角形结点相邻三角形P12,1,60,

P2,

P5P26,1,5P1,0,

P3P36,5,4P2,0,P4P43,6,4P5,

P3,0,P52,6,30,P1,

P4结点坐标三角形拓朴：第二十二页，共四十八页，编辑于2023年，星期日第三节空间数据结构的类型二、栅格数据结构栅格数据结构指将空间分割成各个规则的网格单元，然后在各个格网单元内赋以空间对象相应的属性值的一种数据组织方式。栅格数据结构分为栅格矩阵结构、游程编码结构、四叉树数据结构、八叉树数据结构和十六叉树数据结构。第二十三页，共四十八页，编辑于2023年，星期日第三节空间数据结构的类型栅格结构第二十四页，共四十八页，编辑于2023年，星期日第三节空间数据结构的类型

在栅格数据结构中，物体的空间位置就用其在笛卡尔平面网格中的行号和列号坐标表示；物体的属性用象元的取值表示；每个象元在一个网格中只能取值一次，同一象元要表示多重属性的事物就要用多个笛卡尔平面网格，每个笛卡尔平面网格表示一种属性或同一属性的不同特征，这种平面称为层。第二十五页，共四十八页，编辑于2023年，星期日第三节空间数据结构的类型第二十六页，共四十八页，编辑于2023年，星期日第三节空间数据结构的类型栅格数据取值方法中心归属法：每个栅格单元的值以网格中心点对应的面域属性值来确定。长度占优法：每个栅格单元的值以网格中线（水平或垂直）的大部分长度所对应的面域的属性值来确定。面积占优法：每个栅格单元的值以在该网格单元中占据最大面积的属性值重要性法：根据栅格内不同地物的重要性程度，选取特别重要的空间实体决定对应的栅格单元值，如稀有金属矿产区，其所在区域尽管面积很小或不位于中心，也应采取保留的原则第二十七页，共四十八页，编辑于2023年，星期日第三节空间数据结构的类型栅格矩阵结构完全栅格结构是一种全栅格矩阵的空间数据组织形式，对矩阵的每个元素都需要进行存储。随着空间分辨率的提高，栅格数据的压缩是栅格数据结构要解决的重要任务之一。第二十八页，共四十八页，编辑于2023年，星期日第三节空间数据结构的类型游程编码结构

游程指相邻同值格网的数量，游程用一对数字表达，其实质是把栅格矩阵中行序列映射成整数对元素序列。在游程长度编码中，第一个值表示栅格元素属性值，第二个值表示游程的连续长度；在游程终止编码中，第一个值表示栅格元素属性值，第二个值表示游程终止点列号。第二十九页，共四十八页，编辑于2023年，星期日第三节空间数据结构的类型第三十页，共四十八页，编辑于2023年，星期日第三节空间数据结构的类型四叉树数据结构原理：

将空间区域按照四个向限进行递归分割，直到子向限的数值单调为止。凡数值呈单调的单元，不论单元大小，均作为最后的存储单元。根结点代表整个区域，每个结点有4个子结点。第三十一页，共四十八页，编辑于2023年，星期日第三节空间数据结构的类型四叉树扫描顺序第三十二页，共四十八页，编辑于2023年，星期日第三节空间数据结构的类型第三十三页，共四十八页，编辑于2023年，星期日四叉树编码:线性四叉树编码:

存储:地址,深度,结点值;

基于深度和层次码的线性四叉树编码基于四进制的线性四叉树编码第三十四页，共四十八页，编辑于2023年，星期日

空间数据结构的类型第三十五页，共四十八页，编辑于2023年，星期日常规四叉树编码:

存储:每个结点的4个子结点指针,一个父结点指针,一个结点值;第三十六页，共四十八页，编辑于2023年，星期日链式编码结构

空间数据结构的类型第三十七页，共四十八页，编辑于2023年，星期日第三节空间数据结构的类型三、矢量与栅格一体化数据结构(自学)矢量与栅格一体化的基本概念矢量与栅格一体化数据结构的设计第三十八页，共四十八页，编辑于2023年，星期日第三节空间数据结构的类型第三十九页，共四十八页，编辑于2023年，星期日第三节空间数据结构的类型优点缺点矢量数据结构1.便于面向现象(土壤类、土地利用单元等)；

2.数据结构紧凑、冗余度低；

3.有利于网络分析；

4.图形显示质量好、精度高。1.数据结构复杂；

2.软件与硬件的技术要求比较高；

3.多边形叠合等分析比较困难；

4.显示与绘图成本比较高。栅格数据结构1.数据结构简单；

2.空间分析和地理现象的模拟均比较容易；

3.有利于与遥感数据的匹配应用和分析；

4.输出方法快速，成本比较低廉。1.图形数据量大；

2.投影转换比较困难；

3.栅格地图的图形质量相对较低；

4.现象识别的效果不如矢量方法。四、矢量与栅格数据结构的比较第四十页，共四十八页，编辑于2023年，星期日第四节空间数据结构的建立现代地理信息系统数据模式:数据与功能间有密切联系，在确定数据内容时，首先必须明确系统的功能；对开发的GIS系统的功能，须通过用户需求调查来确定，因此，在开发GIS系统之前，首先要进行系统分析。

一、系统功能与数据间的关系:第四十一页，共四十八页，编辑于2023年，星期日第四节空间数据结构的建立系统功能与数据间的关系(据JackDangermond等)第四十二页，共四十八页，编辑于2023年，星期日二、空间数据分类和编码空间数据的分类，是指根据系统功能及国家规范和标准，将具有不同属性或特征的要素区别开来的过程，以便从逻辑上将空间数据组织为不