《GIS空间数据结构》课件VIP

GIS空间数据结构地理信息系统(GIS)是管理和分析地理空间数据的强大工具。数据结构是GIS的基础，它决定着如何存储、组织和处理地理空间数据。RMbyRoyMillerGIS简介地理信息系统GIS是地理信息系统（GeographicInformationSystem）的简称，是用于采集、存储、管理、分析和显示地理空间数据的计算机系统。空间数据GIS处理的主要数据类型是空间数据，包括地理位置信息、属性信息以及空间特征和关系。空间分析GIS的核心功能之一是空间分析，通过对空间数据进行分析，可以解决各种地理问题，如土地利用规划、城市规划和环境监测。应用广泛GIS在众多领域得到广泛应用，包括地图学、土地管理、资源管理、城市规划、环境保护、交通运输和灾害应急管理。空间数据模型的发展历程1地理信息系统早期GIS系统主要使用矢量数据模型。2栅格数据模型随着计算机技术发展，栅格数据模型逐渐成熟。3混合数据模型结合矢量和栅格模型的优势，解决实际应用问题。4对象模型面向对象技术引入GIS，更灵活，更强大。空间数据模型的发展与计算机技术紧密相关。从早期简单的矢量模型到如今的混合模型和对象模型，空间数据模型不断发展，满足着不同时代的需求。栅格数据模型栅格数据模型是一种重要的空间数据模型。它将空间数据组织成规则的网格，将连续的空间数据离散化成一系列格网单元。每个格网单元包含一个特定的属性值，代表其对应区域的特征。栅格数据模型简单直观，易于理解和处理，在遥感图像处理、数字高程模型构建、地理信息系统中应用广泛。栅格数据的存储结构栅格数据的存储结构是指将栅格数据在计算机中存储的方式，主要有以下几种。1矩阵存储将栅格数据存储为矩阵，每个矩阵元素代表一个栅格单元的值。2运行长度编码将具有相同值的连续栅格单元存储为一个运行长度，减少存储空间。3四叉树将栅格数据划分为四叉树，每个节点代表一个区域，存储该区域的平均值或其他统计信息。不同的存储结构具有不同的优缺点，需要根据具体的应用场景选择合适的存储结构。栅格数据的分类按数据类型分类栅格数据可以根据数据类型分为两类：连续型数据和离散型数据。连续型数据指数据值可以无限细分，例如高程数据、温度数据等。离散型数据指数据值只能取特定值，例如土地利用数据、土壤类型数据等。按数据获取方式分类栅格数据可以根据数据获取方式分为两类：直接获取数据和间接获取数据。直接获取数据指直接从传感器获取数据，例如遥感影像数据。间接获取数据指通过其他方式获取数据，例如数字化地形图数据。栅格数据的应用地形分析可以用于地形起伏、坡度和坡向分析。城市规划用于城市人口密度、土地利用分析。遥感影像分析分析地表覆盖、植被状况、水体变化等。矢量数据模型点、线、面矢量数据模型以点、线、面等几何元素来表示地理实体。坐标信息每个几何元素都由坐标信息定义，从而确定其位置和形状。拓扑关系矢量数据模型可以描述地理实体之间的拓扑关系，例如相邻、包含、相交等。矢量数据的几何类型点点表示空间中单个位置，没有尺寸或形状，例如，城市、道路交叉口。线线表示空间中具有长度但没有宽度的一维特征，例如，河流、道路。面面表示空间中具有面积的二维特征，例如，湖泊、森林。体体表示空间中具有体积的三维特征，例如，建筑物、山体。矢量数据的拓扑关系11.邻接关系描述两个几何图形之间的连接关系，例如，两个多边形共享一条公共边。22.包含关系描述一个几何图形在另一个几何图形内部的关系，例如，一个点位于一个多边形内。33.相交关系描述两个几何图形相交但没有包含关系，例如，两条线段相交于一点。44.关联关系描述不同类型几何图形之间的关系，例如，一个点与一条线段相关联。矢量数据的数据结构矢量数据模型是将地理空间数据表示为点、线和面等几何图形，并使用坐标来描述其位置和形状。矢量数据模型的优点是可以精确地表示地理实体，并且可以方便地进行空间分析和操作。矢量数据的数据结构主要包括几何数据和属性数据两部分。几何数据用来描述地理实体的形状和位置，而属性数据用来描述地理实体的特征和属性。矢量数据的存储方式文件存储文件存储是指将矢量数据存储在单个或多个文件中，例如shapefile格式。它是一种简单、易于管理的存储方式，适合小型数据集。数据库存储数据库存储将矢量数据存储在关系数据库中，例如PostgreSQL、MySQL等，可以实现数据的有效管理和查询。对象存储对象存储将矢量数据存储为对象，并将其存储在对象存储服务中，例如AmazonS3、GoogleCloudStorage等，适合大型数据集的存储。混合数据模型混合数据模型结合栅格数据模型和矢量数据模型的优点，并克服了各自的缺点。混合数据模型将地理空间数据表示为多种类型，并通过层次结构组织数据。混合数据模型通过整合不同的数据表示方法，有效地管理和分析地理空间数据。这种模型在城市规划、环境监测、资源管理等领域得到广泛应用。对象模型面向对象对象模型将空间数据视为对象，每个对象具有属性和方法。继承与多态对象模型支持继承和多态，可以有效地组织和管理空间数据。复杂数据结构对象模型可以表示各种复杂的地理实体，例如城市、河流和道路。对象模型的特点面向对象对象模型将空间数据视为对象，每个对象都有其属性和方法。封装性对象模型封装了数据和操作，提高了数据的安全性。继承性对象模型支持继承机制，可以创建更复杂的空间数据结构。多态性对象模型支持多态性，允许同一操作在不同对象上具有不同的行为。对象模型的应用城市规划对象模型可以有效地描述城市中各种要素之间的关系，例如道路、建筑物、绿地等，便于进行城市规划和管理。地理信息系统对象模型可用于建立GIS数据库，以存储和管理空间数据，并提供各种空间分析和查询功能。遥感图像处理对象模型可以用于分析和解释遥感图像，提取目标信息，例如土地利用类型、植被覆盖等。网络数据模型网络数据模型是一种用于表示地理空间网络的模型。网络数据模型将空间实体视为节点，并使用线段表示这些节点之间的连接。它广泛用于交通网络、电力网络、管网等领域。网络数据模型的特点拓扑结构网络数据模型表示地理实体之间的连接关系。例如，道路网络、河流网络和地下管道网络。节点和边网络数据模型由节点和边组成，节点表示网络中的连接点，边表示节点之间的连接关系。网络数据模型的应用交通网络例如道路、铁路和航空网络，可以用于路线规划、交通流量分析和紧急救援调度。公用设施如电力、燃气和水管网，可以用于设施管理、维护和优化。物流网络可以用于供应链管理、货物跟踪和配送路线优化。社会网络如社交媒体和互联网，可以用于分析用户行为、传播模式和趋势。TIN数据模型TIN模型是一种基于三角形的空间数据模型，它将不规则的地理空间数据用三角形网格表示。三角形的顶点通常是地面特征点，如高程点、水井、控制点等。每个三角形代表一个平坦的表面，通过这些三角形可以逼近地形的起伏变化。TIN数据模型的特点表面表示TIN模型能够有效地表达地形地貌，并可用于地表模拟、坡度坡向分析等应用。数据结构TIN模型利用三角形网络结构，能够更好地描述复杂地形的起伏变化。可视化通过TIN模型可以生成逼真的三维地形表面，为空间分析和可视化提供直观展示。几何灵活TIN模型可适应多种地形类型，如山区、平原、丘陵等，并能有效处理复杂地形。TIN数据模型的应用地形模拟TIN模型用于创建逼真的地形表面模型，在城市规划、水利工程等领域应用广泛。地形表面分析通过TIN模型进行地形的表面分析，计算坡度、坡向等信息，用于土地利用规划和自然资源管理。三维景观设计TIN模型可用于三维景观设计，创建逼真的地形和植被，提高景观设计的效果。空间数据存储格式11.矢量数据存储格式主要包括shapefile、GeoJSON、GML等格式，适用于点、线、面等几何要素的存储和管理。22.栅格数据存储格式主要包括GeoTIFF、GRID、ERDASIMAGINE等格式，适用于遥感图像、DEM等数据的存储和管理。33.数据库存储格式主要包括PostGIS、OracleSpatial等空间数据库，适用于大规模空间数据的管理和分析。44.其他存储格式还有包括KML、CSV等格式，可以用于不同软件之间的空间数据交换和共享。空间数据存储格式的分类矢量数据格式矢量数据格式以点、线、面等几何元素来描述地理空间实体，它适用于表示离散特征，例如道路、河流和建筑物。栅格数据格式栅格数据格式将空间划分为规则的网格，每个网格单元存储一个属性值，它适用于表示连续特征，例如地形、土壤和温度。空间数据存储格式的应用矢量数据存储格式Shapefile、GeoJSON、KML等格式适用于存储点、线、面等几何图形，支持拓扑关系，常用于地理信息系统，例如地图制作、空间分析。栅格数据存储格式GeoTIFF、GRID等格式适用于存储影像数据、DEM等数据，以矩阵形式存储，常用于遥感、地理信息系统，例如土地利用分类、地形分析。空间数据的压缩技术存储空间压缩技术可以有效减少空间数据存储所需的空间，降低存储成本。传输效率压缩数据可以提高传输效率，缩短数据传输时间。处理速度压缩数据可以减轻处理负担，提高数据处理速度。数据可视化压缩技术可以提高数据可视化的效率，并减少渲染时间。空间数据的索引技术11.空间索引快速定位空间数据，提高查询效率。22.空间数据组织索引结构支持快速搜索和访问数据。33.索引类型R树、四叉树、格网索引等，根据数据特点选择。44.应用场景空间数据查询、分析、可视化等操作中。空间数据的检索技术空间索引空间索引加速了空间数据检索过程，提高查询效率，减少了数据访问量。空间查询空间查询用于检索满足特定空间条件的数据，例如距离查询、范围查询、邻域查询等。空间分析空间分析通过结合空间信息和属性信息，揭示地理数据的空间关系和规律。空间数据的管理数据采集获取真实世界信息并将其转化为数字格式，如遥感影像、GPS数据等。数据处理对采集到的数据进行清理、转换、投影等操作，使其符合GIS系统要求。数据存储将处理后的数据存储在数据库或文件系统中，方便检索和管理。数据共享提供数据访问权限，允许不同用户共享数据，促进数据应用。GIS空间数据结构的发展趋势1面向对象提高数据模型的表达能力，增强数据的语义信息2多维数据适应多源数据集成，满足三维及更高维空间数据表达3时空数据整合时间维度，对空间数据进行动态分析和模拟4云计算实现数据存储、处理、分析的云端化近年来，GIS空间数据结构不断发展，以满足日