第2章地理空間現(xiàn)象的計算機表達課件

1、空間數(shù)據(jù)庫技術 李瑞改1空間數(shù)據(jù)庫技術 李瑞改1地理空間及其表達地理空間空間實體空間實體的描述空間實體的表達方式空間數(shù)據(jù)結構的類型矢量結構柵格結構TIN數(shù)據(jù)模型第二章 地理空間現(xiàn)象的計算機表達2地理空間及其表達第二章 地理空間現(xiàn)象的計算機表達2地理現(xiàn)象的表達現(xiàn)實世界 空間數(shù)據(jù)地圖遙感影像特征關系行為觀察選擇抽象綜合測量：位置編碼：屬性建立關系：表達 3地理現(xiàn)象的表達現(xiàn)實世界 空間數(shù)據(jù)地圖遙感影像特征觀察選擇測量第一節(jié) 地理空間及其表達 地理空間是指物質、能量、信息的形式與形態(tài)、結構過程、功能關系上的分布方式和格局及其在時間上的延續(xù)。建立在地理空間坐標系基礎上地理坐標（經(jīng)度、緯度）是描述地理空間

2、信息最直接的方法。4第一節(jié) 地理空間及其表達 地理空間是指物質、能量、信地理空間坐標系地理坐標系是以地理極(北極、南極)為極點。通過P點作橢球面的垂線，稱之為過P點的法線。 法線與赤道面的交角，叫做P點的緯度 （Latitude） 。 過P點的子午面與通過英國格林尼治天文臺的子午面所夾的二面角，叫做P點的經(jīng)度（Longitude）。 5地理空間坐標系地理坐標系是以地理極(北極、南極)為極點。5地圖坐標系地圖坐標系由大地基準面和地圖投影確定。大地基準面是利用特定橢球體對特定地區(qū)地球表面的逼近，因此每個國家或地區(qū)均有各自的大地基準面，我們通常稱謂的北京54坐標系、西安80坐標系實際上指的是我國的兩

3、個大地基準面。 6地圖坐標系地圖坐標系由大地基準面和地圖投影確定。6國家高程基準56年黃海高程基準系以青島驗潮站19501956年驗潮資料算得的平均海面為零的高程系統(tǒng)。原點設在青島市觀象山。該原點以“1956年黃海高程系”計算的高程為72289米。85國家高程基準是指以青島水準原點和青島驗潮站1952年到1979年的驗潮數(shù)據(jù)確定的黃海平均海水面所定義的高程基準，其水準點起算高程為72.260米。7國家高程基準56年黃海高程基準系以青島驗潮站1950195地圖投影：投影實質投影面地球8地圖投影：投影實質投影面地球8地圖投影我國的基本比例尺地形圖(1:5千，1:1萬，1:2.5萬，1:5萬，1:1

4、0萬，1:25萬，1:50萬，1:100萬)中：大于等于50萬的均采用高斯-克呂格投影(Gauss-Kruger)，這是一個等角橫切橢圓柱投影，又叫橫軸墨卡托投影(Transverse Mercator)；小于50萬的地形圖采用等角正軸割園錐投影，又叫蘭勃特投影(Lambert Conformal Conic)；海上小于50萬的地形圖多用等角正軸圓柱投影，又叫墨卡托投影(Mercator)。 9地圖投影我國的基本比例尺地形圖(1:5千，1:1萬，1:2.地圖坐標系我國參照前蘇聯(lián)從1953年起采用克拉索夫斯基(Krassovsky)橢球體建立了我國的北京54坐標系。1978年采用國際大地測量協(xié)會

5、推薦的IAG 75地球橢球體建立了我國新的大地坐標系-西安80坐標系。目前GPS定位所得出的結果都屬于WGS84坐標系統(tǒng)，WGS84基準面采用WGS84橢球體，它是一地心坐標系，即以地心作為橢球體中心的坐標系。 10地圖坐標系我國參照前蘇聯(lián)從1953年起采用克拉索夫斯基(Kr我國的大地坐標系1954北京坐標系大地原點在原蘇聯(lián)的普爾科沃 采用克拉索夫斯基橢球高程基準為 1956年青島驗潮站求出的黃海平均海水面 54坐標系統(tǒng)普遍低于我國的大地水準面，平均誤差為29米左右。1980年國家大地坐標系選用1975年國際大地測量協(xié)會推薦的國際橢球赤道半徑=6 378 140.000 000 000 0 m

6、極半徑=6 356 755.288 157 528 7 m地球扁率=1/298.257國家原點設在陜西省涇陽縣 高程基準：1985國家高程基WGS84坐標系統(tǒng)（地心坐標系）美國國防部在1984年建立了世界大地測量坐標系 統(tǒng)（World Geodetic System，WGS-84），目前GPS定位所得出的結果都屬于WGS-84坐標系統(tǒng)。11我國的大地坐標系1954北京坐標系11高斯-克呂格投影由德國數(shù)學家、物理學家、天文學家高斯于19 世紀20 年代擬定，后經(jīng)德國大地測量學家克呂格于1912 年對投影公式加以補充，故稱為高斯-克呂格投影 12高斯-克呂格投影由德國數(shù)學家、物理學家、天文學家高斯

7、于19 高斯- 克呂格投影高斯- 克呂格投影是按分帶方法各自進行投影，故各帶坐標成獨立系統(tǒng)。以中央經(jīng)線投影為縱軸(x), 赤道投影為橫軸(y),兩軸交點即為各帶的坐標原點?？v坐標以赤道為零起算，赤道以北為正，以南為負。我國位于北半球，縱坐標均為正值。橫坐標如以中央經(jīng)線為零起算，中央經(jīng)線以東為正，以西為負，橫坐標出現(xiàn)負值，使用不便，故規(guī)定將坐標縱軸西移500公里當作起始軸，凡是帶內(nèi)的橫坐標值均加 500公里。由于高斯-克呂格投影每一個投影帶的坐標都是對本帶坐標原點的相對值，所以各帶的坐標完全相同，為了區(qū)別某一坐標系統(tǒng)屬于哪一帶，在橫軸坐標前加上帶號，如(4231898m,21655933m)，其

8、中21即為帶號。 13高斯- 克呂格投影高斯- 克呂格投影是按分帶方法各自進行投影高斯-克呂格投影14高斯-克呂格投影14高斯投影分帶15高斯投影分帶1522帶投影參數(shù)地圖投影名稱：Transverse Mercator單位：meters橢球體：Krasovsky_1940中央經(jīng)線變形比：1.0中央經(jīng)線：129.0投影起始緯度：0.0東偏移量：22500000北偏移量：01622帶投影參數(shù)地圖投影名稱：Transverse Merca地形圖分幅編號1:100萬地形圖的分幅和編號是國際上統(tǒng)一規(guī)定的，從赤道起向兩極緯差每4 為1列，將南北半球分別分成22列依次以字母A、B、C、D、V表示；由經(jīng)度1

9、80起，從西向東，每經(jīng)差6 為一行，將全球分成60行，依次用數(shù)字1、2、3、4、60表示，采用“橫列號行號”編號表示。列在前行在后，用“”連接。 17地形圖分幅編號1:100萬地形圖的分幅和編號是國際上統(tǒng)一規(guī)定第二節(jié) 地理空間實體一、空間實體（spatial entity）含義 空間實體指具有確定的位置和形態(tài)特征并具有地 理意義的地理空間物體。是地理信息系統(tǒng) 中不可再分的最小單元現(xiàn)象 屬性是空間實體已定義的特征空間實體：是指現(xiàn)實世界中地理實體 的最小抽象單位, 主要包括點、線和面三種類型.空間檢索的目的是對給定的空間坐標,能夠以盡快的速度搜索到坐標范圍內(nèi)的空間對象, 進而對空間對象進行拓撲關系

10、 的分析處理。18第二節(jié) 地理空間實體一、空間實體（spatial enti第二節(jié) 地理空間實體及地圖表示一、空間實體（spatial entity）含義空間實體：在空間數(shù)據(jù) 中不可再分的最小單元被稱為空間實體.空間實體是對存在于自然界中的地理實體 進 行抽象,主要包括點、線、面和實體等基本類型空間實體：地理信息系統(tǒng)將不可再分的最小單元稱 為空間實體,如:一條斷裂、一個湖泊、一個高程點 等,它 們在GIS中是用矢量數(shù)據(jù) 點、線、面表述的。 19第二節(jié) 地理空間實體及地圖表示一、空間實體（spatial第二節(jié) 地理空間實體及地圖表示一、空間實體（spatial entity）含義地理實體：地理實

11、體是指在地球表層系統(tǒng)中與人類活動有關的物質實體如城市、資源中心、 企業(yè)等它們的顯著特點就是具有內(nèi)在的結構、獨 占的地理位置和相對高的密度呈離散分布狀態(tài)。地理實體是指現(xiàn)實中的地理物體和地理現(xiàn)象 它表現(xiàn)在地圖上稱為地圖元素.從圖形學的角度看 地理實體可看作基本的圖原地圖則是圖原按地理位置組成的復合圖形。20第二節(jié) 地理空間實體及地圖表示一、空間實體（spatial二、空間實體 空間實體指具有確定的位置和形態(tài)特征并具有地理意義的地理空間物體，空間實體具有確定的形態(tài)（可以不可見），空間實體的空間屬性和非空間屬性。 以空間實體為定義域，隨空間實體的延展而變化的地理現(xiàn)象（變量）成為空間屬性，例如河流深度、

12、水流速度、水面寬度、土壤類型等?？臻g實體的非空間屬性空間實體的空間屬性 不隨空間實體的延展而變化的地理現(xiàn)象（變量）成為非空間屬性，例如河流名字、城市人口等。21二、空間實體 空間實體指具有確定的位置和形態(tài)特征第二節(jié) 地理空間實體三、實體的維數(shù)和延展度1、維數(shù) 維度（又稱維數(shù)）是數(shù)學 中獨立參數(shù)的數(shù)目。在物理學和哲學的領域內(nèi)，指獨立的時空坐標的數(shù)目。與分析空間相關！三維空間：四維時空（三維空間+時間維）：多維空間 2、延展度 空間物體的延展度反映了空間實體的空間延展特性。22第二節(jié) 地理空間實體三、實體的維數(shù)和延展度22第三節(jié) 空間實體的數(shù)據(jù)描述一、空間實體的數(shù)據(jù)抽象現(xiàn)實世界經(jīng)過抽象形成概念世界

13、，然后形成數(shù)據(jù)世界。把現(xiàn)實世界的地理事物表示成各種數(shù)字和字符形式，并記錄在計算機中，形成數(shù)據(jù)世界。現(xiàn)實世界概念（數(shù)據(jù)）模型信息世界（邏輯）數(shù)據(jù)模型機器世界認識抽象轉換 信息的抽象過程實際上涉及到信息的三種不同世界：現(xiàn)實世界、信息世界和機器世界。按照不同的應用層次可以把數(shù)據(jù)模型劃分為概念（數(shù)據(jù)）模型和（邏輯）數(shù)據(jù)模型。23第三節(jié) 空間實體的數(shù)據(jù)描述一、空間實體的數(shù)據(jù)抽象現(xiàn)實世界概念第三節(jié) 空間實體的數(shù)據(jù)描述二、實體對象的描述基于實體對象的描述對象模型基于場的描述場模型基于網(wǎng)絡的描述網(wǎng)絡模型空間數(shù)據(jù)的概念模型分為三類：（根據(jù)GIS數(shù)據(jù)組織和處理方式來進行劃分）24第三節(jié) 空間實體的數(shù)據(jù)描述二、實體

14、對象的描述基于實體對象的描（1）對象模型對象模型，也稱作要素模型，將研究的整個地理空間看成一個空域，地理現(xiàn)象和空間實體作為獨立的對象分布在該空域中。按照其空間特征分為點、線、面、體四種基本對象，對象也可能由其他對象構成復雜對象，并且與其他分離的對象保持特定的關系。對象模型一般適合于對具有明確邊界的地理現(xiàn)象進行抽象建模，如建筑物、道路等現(xiàn)象，因為這些現(xiàn)象可被看作是離散的單個地理現(xiàn)象。 對象模型把地理現(xiàn)象當作空間要素（Feature）或空間實體（Entity）。25（1）對象模型對象模型，也稱作要素模型，將研究的整個地理空間（2）場模型場模型，也稱作域（field）模型，是把地理空間中的現(xiàn)象作為連

15、續(xù)的變量或體來看待，如大氣污染程度、地表溫度、土壤濕度、地形高度以及大面積空氣和水域的流速和方向等。根據(jù)不同的應用，場可以表現(xiàn)為二維或三維。一個二維場就是在二維空間R2中任意給定的一個空間位置上，都有一個表現(xiàn)某現(xiàn)象的屬性值，即Af(x，y)。一個三維場是在三維空間R3中任意給定一個空間位置上，都對應一個屬性值，即Af(x，y，z)。 由于連續(xù)變化的空間現(xiàn)象難以觀察，在研究實際問題中，往往在有限時空范圍內(nèi)獲取足夠高精度的樣點觀測值來表征場的變化。26（2）場模型場模型，也稱作域（field）模型，是把地理空間（3）網(wǎng)絡模型網(wǎng)絡模型與對象模型的某些方面相同，都是描述不連續(xù)的地理現(xiàn)象，不同之處在于它

16、需要考慮通過路徑相互連接多個地理現(xiàn)象之間的連通情況。現(xiàn)實世界許多地理事物和現(xiàn)象可以構成網(wǎng)絡，如公路、鐵路、通訊線路、管道等，都可以表示成相應的點之間的連線，由此構成現(xiàn)實世界中多種多樣的地理網(wǎng)絡。 網(wǎng)絡是由一系列節(jié)點和環(huán)鏈組成的，從本質上看與對象模型沒有本質的區(qū)別。按照基于對象的觀點，網(wǎng)絡模型也可以看成對象模型的一個特例，它是由點對象和線對象之間的拓撲空間關系構成的。因此可將空間數(shù)據(jù)概念模型歸結為對象模型（或稱要素模型）和場模型（或稱域模型）兩類。27（3）網(wǎng)絡模型網(wǎng)絡模型與對象模型的某些方面相同，都是描述不連第三節(jié) 空間實體的數(shù)據(jù)描述三、基于實體對象的描述1.實體對象的概念：實體對象（enti

17、ty object ）：被定義了特定編號的實體稱為實體對象。實體具備的三個基本條件： （1）被識別； （2）重要（與問題相關） （3）可被描述（有特征）點狀：氣象站、山峰、企事業(yè)單位等線狀：河流、海岸線、鐵路、行政邊界等面狀：土地利用模式、湖泊等體狀：樓體、涼亭28第三節(jié) 空間實體的數(shù)據(jù)描述三、基于實體對象的描述1.實體對象第三節(jié) 空間實體的數(shù)據(jù)描述三、基于實體對象的描述2、主要的實體對象（1）點對象點是有特定的位置、維數(shù)為零的實體，包括以下5類。1)點實體 (point entity)：用來代表一個實體。2)注記點:用于定位注記。3)內(nèi)點 (label point)：用于記錄多邊形的屬性，存

18、在于多邊形內(nèi)。4)結點 (node)：表示線的終點和起點。5)特征點 (vertex)：表示線段和弧段的內(nèi)部點。29第三節(jié) 空間實體的數(shù)據(jù)描述三、基于實體對象的描述1)點實體 點（point）實體 有位置，無寬度和長度； 抽象的點數(shù)據(jù)描述方式：(x,y)美國佛羅里達洲地震監(jiān)測站2002年9月該洲可能的500個地震位置30點（point）實體 有位置，無寬度和長度；數(shù)據(jù)描述方式：(2、主要的實體對象（2）線對象 線對象是維度為1的空間實體， 由一系列坐標表示，并有如下特征。實體長度：從起點到終點的總長。彎曲度：用于表示彎曲的程度，如道路拐彎時。方向性：水流方向是從上游到下游，公路則有單向與雙向之

19、分。 線狀實體包括線段、邊界、鏈、 弧段、網(wǎng)絡等。第三節(jié) 空間實體的數(shù)據(jù)描述三、基于實體對象的描述312、主要的實體對象第三節(jié) 空間實體的數(shù)據(jù)描述三、基于實體對象線(line)實體 有長度，但無寬度和高度 用來描述線狀實體，通常在網(wǎng)絡分析中使用較多 度量實體距離數(shù)據(jù)描述方式：(x1,y1) (x2,y2) (x3,y3) (x4,y4)香港城市道路網(wǎng)分布32線(line)實體 有長度，但無寬度和高度數(shù)據(jù)描述方式：(x2、主要的三類實體對象（3）多邊形對象 面狀實體也稱為多邊形，是對 湖泊、島嶼、地塊等一類現(xiàn)象的描 述。通常由一封閉曲線加內(nèi)點來表示。1)面積范圍;2)周長;3)獨立性或與其他的地

20、物相鄰，如中國及其周邊國家;4)內(nèi)島，如島嶼的海岸線封閉所圍成的區(qū)域等。重疊與非重疊現(xiàn)象第三節(jié) 空間實體的數(shù)據(jù)描述三、基于實體對象的描述332、主要的三類實體對象第三節(jié) 空間實體的數(shù)據(jù)描述三、基于實體面(polygon)實體 具有長和寬的目標 通常用來表示自然或人工的封閉多邊形 一般分為連續(xù)面和不連續(xù)面中國土地利用分布圖（不連續(xù)面）數(shù)據(jù)描述方式：(x1,y1) (x2,y2) (x3,y3) (x4,y4) (x1,y1) 34面(polygon)實體 具有長和寬的目標中國土地利用分布圖空間對象：面(surface)連續(xù)變化曲面：如地形起伏，整個曲面在空間上曲率變化連續(xù)。不連續(xù)變化曲面，如土壤

21、、森林、草原、土地利用等，屬性變化發(fā)生在邊界上，面的內(nèi)部是同質的。35空間對象：面(surface)連續(xù)變化曲面：如地形起伏，整個空間對象：體(Solid)有長、寬、高的目標通常用來表示人工或自然的三維目標，如建筑、礦體等三維目標香港理工大學校園建筑數(shù)據(jù)描述方式：(x1,y1,z1) (x2,y2,z2) (x3,y3,z3) (x4,y4,z4)36空間對象：體(Solid)有長、寬、高的目標香港理工大學校園第三節(jié) 空間實體的數(shù)據(jù)描述四、基于場的描述把地理空間的事物和現(xiàn)象作為連續(xù)的變量看待。主要作用：模擬具有一定空間內(nèi)連續(xù)分布特點的現(xiàn)象。二維場模型、三維場模型。類型： （1）圖斑模型（用數(shù)學

22、函數(shù)表示某一屬性的變化）； （2）等值線模型（等高、等溫）； （3）選樣模型（離散點、斷面線、不規(guī)則三角網(wǎng)、規(guī)則網(wǎng)格）37第三節(jié) 空間實體的數(shù)據(jù)描述四、基于場的描述把地理空間的事物和1、圖斑模型 圖斑模型將一個地理空間劃分成一些簡單的連通域，每個區(qū)域 用一個簡單的數(shù)學函數(shù)表示一種主要屬性的變化。根據(jù)表示地理現(xiàn) 象的不同，可以對應不同類型的屬性函數(shù)。（1）常量最簡單 每個區(qū)域中的屬性函數(shù)值保持一個常數(shù)。圖斑模型常常被用于 描述土壤類型、土地利用現(xiàn)狀、植被以及生物的空間分布。除了單 一屬性值，還有多屬性值的情況。（2）線性函數(shù) 對平面上劃分的每個區(qū)域，對應的屬性函數(shù)值的變化不是常 量，而是一個線性

23、函數(shù)。如：地表模擬（3）高階函數(shù) 有些情況下，在一個區(qū)域內(nèi)，要求屬性函數(shù)為一個高階函數(shù)， 用以提高表示的精確性。第三節(jié) 空間實體的數(shù)據(jù)描述四、基于場的描述381、圖斑模型第三節(jié) 空間實體的數(shù)據(jù)描述四、基于場的描述382、等值線模型等值線的特點：（1）場經(jīng)常被視為由一系列等值線組成；（2）一條等值線就是地面上所有具有相同屬性值的點的有序 集合；（3）用一組等值線將地理空間劃分成一些區(qū)域，每個區(qū)域中 的屬性值的變化是相鄰的兩條等值線的連續(xù)插值；（4）每條線唯一值；（5）兩條等值線不相交；例如：地形等高線；海底地形等深線第三節(jié) 空間實體的數(shù)據(jù)描述四、基于場的描述392、等值線模型第三節(jié) 空間實體的數(shù)

24、據(jù)描述四、基于場的描述393、選樣模型 地理空間上的屬性值是通過采集有限個點的屬性值來確 定的。（1）離散點 X、Y：絕對坐標值；Z由周圍高程值插值計算（2）斷面線 記錄的內(nèi)容包括：DEM起始點坐標X0、 Y0 ，斷面線間隔DX或DY（3）不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）（4）規(guī)則網(wǎng)格全覆蓋、不重疊第三節(jié) 空間實體的數(shù)據(jù)描述四、基于場的描述403、選樣模型第三節(jié) 空間實體的數(shù)據(jù)描述四、基于場的描述40414142424343第三節(jié) 空間實體的數(shù)據(jù)描述五、場模型與實體對象模型的對比場模型與實體對象模型的共存！思維方式的差異44第三節(jié) 空間實體的數(shù)據(jù)描述五、場模型與實體對象模型的對比44第三節(jié) 空間實體的數(shù)

25、據(jù)描述五、場模型與實體對象模型的對比場模型柵格數(shù)據(jù)表示實體對象模型矢量數(shù)據(jù)表示45第三節(jié) 空間實體的數(shù)據(jù)描述五、場模型與實體對象模型的對比45第四節(jié) 空間數(shù)據(jù)結構的類型矢量數(shù)據(jù)結構（隱式表示）基于坐標的柵格數(shù)據(jù)結構（顯式表示）基于格點的46第四節(jié) 空間數(shù)據(jù)結構的類型矢量數(shù)據(jù)結構（隱式表示）基于常用的空間數(shù)據(jù)結構XYijx1 y1x2 y2xi yixn yn47常用的空間數(shù)據(jù)結構XYijx1 y1x2 y2xi yixn一、矢量數(shù)據(jù)結構概念： 矢量結構是通過記錄坐標的方式來表示點、線、面等地理實體。特點：定位明顯、屬性隱含能最好地逼近地理實體的空間分布特征數(shù)據(jù)精度高數(shù)據(jù)存儲冗余度低便于進行地理

26、實體的網(wǎng)絡分析對多層空間數(shù)據(jù)的疊合分析比較困難48一、矢量數(shù)據(jù)結構概念：48它是一種非拓樸矢量數(shù)據(jù)結構，地物用一系列坐標串來表示，是較簡便的矢量數(shù)據(jù)結構。1. Spaghetti矢量數(shù)據(jù)結構 P1 (79,72) R1 (6,0) (37,32) P1,(79,72) R1,(6,0),(37,32) (44,95) (64,95) P2 P3 (44,70) F1 F1,(44,95),(64,95), (64,70),(44,70), (44,95) (64,70) 49它是一種非拓樸矢量數(shù)據(jù)結構，地物用一系列坐標串來表示，是較簡(1)實體的表示方法：點要素：唯一標識碼，（X，Y）線要素：

27、唯一標識碼，（X1，Y1），,（Xn,Yn）多邊形要素：唯一標識碼，(X1,Y1)，（Xn,Yn）,(X1,Y1)1. Spaghetti矢量數(shù)據(jù)結構 50(1)實體的表示方法：1. Spaghetti矢量數(shù)據(jù)結構 （2）Spaghetti結構的特點地理要素被當成單個對象來進行組織不能表示對象之間的關系結構簡單，易于實現(xiàn)重復存儲，造成數(shù)據(jù)冗余和不一致數(shù)據(jù)間無拓撲關聯(lián)島是單個圖形，與外界多邊形無聯(lián)系不易進行多邊形分解和合并，鄰域處理較復雜1. Spaghetti矢量數(shù)據(jù)結構51（2）Spaghetti結構的特點1. Spaghetti矢2. 索引數(shù)據(jù)結構-樹狀索引結構索引數(shù)據(jù)結構的主要特點是：可

28、以直接反映點、線、面之間的結構組成關系減少存儲的存儲空間一、矢量數(shù)據(jù)結構結點 折點線段 多邊形522. 索引數(shù)據(jù)結構-樹狀索引結構一、矢量數(shù)據(jù)結構結點 F1 F2 F3 L1 L2 L3 L4 P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10 P11 結點 折點 線段 多邊形 2. 索引數(shù)據(jù)結構F1 F2 F3 L4 L2 L3 L1 P3 P9 P10 P11 P3 P1 P6 P5 P4 P2 P2 P7 P8 P1 P1 P253F1 F2 F3 L1 L2 L3 L4 P1線與多邊形之間的樹狀索引 54線與多邊形之間的樹狀索引 5455點與線之間的樹狀索引 5555點與線之

29、間的樹狀索引 553. 拓撲矢量數(shù)據(jù)結構 結點 折點弧段 多邊形點、弧段和多邊形的拓撲關系(1)拓撲矢量數(shù)據(jù)組織563. 拓撲矢量數(shù)據(jù)結構 結點 折點弧段 多邊形點、弧段和(1)拓撲矢量數(shù)據(jù)組織基本對象： 點、弧段、鏈段特點：點是相互獨立的，點連成線，線構成面拓撲編輯：自動查錯編輯和自動生成多邊形邊界便于進行數(shù)據(jù)組織和數(shù)據(jù)分析3. 拓撲矢量數(shù)據(jù)結構 57(1)拓撲矢量數(shù)據(jù)組織3. 拓撲矢量數(shù)據(jù)結構 57F1 F2 F3 L1 L2 L3 L4 P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10 P11 結點 折點 弧段 多邊形 三、 拓撲矢量數(shù)據(jù)結構 58F1 F2 F3 L1 L2

30、 L3 L4 P13. 拓撲矢量數(shù)據(jù)結構 (2)拓撲關系的表示結點拓撲關系線拓撲關系鏈-結點關系鏈-面關系多邊形拓撲關系593. 拓撲矢量數(shù)據(jù)結構 (2)拓撲關系的表示59F1 F2 F3 L1 L2 L3 L4 P1 P2 P3 3. 拓撲矢量數(shù)據(jù)結構 (2)拓撲關系的表示結點拓撲關系結點弧段P1-L1, L2,-L3P2L1,-L2,L3P3L460F1 F2 F3 L1 L2 L3 L4 P1F1 F2 F3 L1 L2 L3 L4 P1 P2 P3 3. 拓撲矢量數(shù)據(jù)結構 (2)拓撲關系的表示弧段結點左多邊形右多邊形L1P2P10F3L2P1P20F2L3P2P1F3F2L4P3P3F

31、2F1線拓撲關系61F1 F2 F3 L1 L2 L3 L4 P1F1 F2 F3 L1 L2 L3 L4 P1 P2 P3 三、 拓撲矢量數(shù)據(jù)結構 (2)拓撲關系的表示多邊形拓撲關系面鏈F1L4F2L2，L3，- L4F3L1，-L362F1 F2 F3 L1 L2 L3 L4 P1點文件點號 弧段號N1 C3 C1 N4N2 -C1 -C2 C5N3 -C3 C2 C10N4 -C4 C6 C8N5 -C6 -C5 C7N6 -C7 -C8 -C10N7 C9C4N4C8C6P3C7N6C10N3C3N1P1C2N2C1P2C5N5P4P5C9N763點文件C4N4C8C6P3C7N6C1

32、0N3C3N1P1C2 拓撲數(shù)據(jù)結構C4N4C8C6P3C7N6C10N3C3N1P1C2N2C1P2C5N5P4P5C9N7弧段號起結點終結點左多邊形右多邊形C1N1N2P2P1C2N3N2P1P4C3N1N3P1C4N1N4P2C5N2N5P2P4C6N4N5P3P2C7N5N6P3P4C8N4N6P3C9N7N7P4P5C10N3N6P4弧段文件64 拓撲數(shù)據(jù)結構C4N4C8C6P3C7N6C10N3C多邊形文件多邊形號弧段號P1 C1,-C2,-C3P2 C6,-C5,-C1,C4P3 C8,-C7,-C6P4 -C10,C2,C5,C7,-C9P5 C9C4N4C8C6P3C7N6C

33、10N3C3N1P1C2N2C1P2C5N5P4P5C9N765多邊形文件C4N4C8C6P3C7N6C10N3C3N1P1 拓撲數(shù)據(jù)結構C4N4C8C6P3C7N6C10N3C3N1P1C2N2C1P2C5N5P4P5C9N7弧段號起結點終結點左多邊形右多邊形C1N1N2P2P1C2N3N2P1P4C3N1N3P1C4N1N4P2C5N2N5P2P4C6N4N5P3P2C7N5N6P3P4C8N4N6P3C9N7N7P4P5C10N3N6P4弧段文件66 拓撲數(shù)據(jù)結構C4N4C8C6P3C7N6C10N3C矢量數(shù)據(jù)結構的屬性數(shù)據(jù)表達點狀對象目標標識目標標識地物編碼坐 標關聯(lián)的線目標精度控制點

34、等級測量單位測量年限線狀對象目標標識目標標識地物編碼坐 標串起點、終點、左面、右面路面材料等級修建時間寬度管養(yǎng)單位面狀對象目標標識目標標識地物編碼邊界目標號建筑日期所有者建筑面積建筑單位結構空間對象地物編碼地物名稱制圖顏色幾何類型制圖符號編碼屬性表明地物類型特征與制圖屬性67矢量數(shù)據(jù)結構的屬性數(shù)據(jù)表達點狀目標標識目標標識地物編碼坐 矢量數(shù)據(jù)（1）68矢量數(shù)據(jù)（1）68矢量數(shù)據(jù)（2）69矢量數(shù)據(jù)（2）69二、柵格數(shù)據(jù)結構 1.概念： 指將空間分割成各個規(guī)則的網(wǎng)格單元，然后在各個格網(wǎng)單元內(nèi)賦以空間對象相應的屬性值的一種數(shù)據(jù)組織方式。ij70二、柵格數(shù)據(jù)結構 1.概念：ij70二、柵格數(shù)據(jù)結構柵格單

35、元的值中心取值和區(qū)域取值71二、柵格數(shù)據(jù)結構柵格單元的值中心取值和區(qū)域取值712.特點：地理要素表達直觀；容易實現(xiàn)多元數(shù)據(jù)的疊合操作等空間分析；有利于與遙感圖像及掃描數(shù)據(jù)相匹配建庫和使用；輸出方法快速，成本比較低廉；不適于進行比例尺變化和投影變換；圖形數(shù)據(jù)量大；精度取決于網(wǎng)格的邊長；網(wǎng)絡分析和建立網(wǎng)絡連接關系比較困難。二、柵格數(shù)據(jù)結構722.特點：二、柵格數(shù)據(jù)結構72二、柵格數(shù)據(jù)結構3.實體表示73二、柵格數(shù)據(jù)結構3.實體表示73表示點 點使用離散分布的單個單元格來表示，單元格的值表示某個地理現(xiàn)象的屬性，不同的值表示不同的地理對象或同一地理現(xiàn)象的不同屬性。74表示點 點使用離散分布的單個單元格

36、來表示，單元格的值表示某個表示線 單條線通過一系列有序相連的具有相同值單元格來表示，不同的值表示不同的地理對象或同一地理現(xiàn)象的不同屬性。75表示線 單條線通過一系列有序相連的具有相同值單元格來表示，不表示多邊形 單個面表示為一簇具有相同值的單元格，不同的值表示不同的地理對象或同一地理現(xiàn)象的不同屬性 76表示多邊形 單個面表示為一簇具有相同值的單元格，不同的值表示4.柵格數(shù)據(jù)顯示774.柵格數(shù)據(jù)顯示775.柵格數(shù)據(jù)單元值確定CAB百分比法面積占優(yōu)重要性中心點法A連續(xù)分布地理要素C具有特殊意義的較小地物A分類較細、地物斑塊較小ABC785.柵格數(shù)據(jù)單元值確定CAB百分比法面重中心點法ACAABC6

37、.柵格數(shù)據(jù)結構：坐標系與描述參數(shù)Y：列X：行西南角格網(wǎng)坐標（XWS，YWS）格網(wǎng)分辨率796.柵格數(shù)據(jù)結構：坐標系與描述參數(shù)Y：列X：行西南角格網(wǎng)坐標柵格數(shù)據(jù)（1）80柵格數(shù)據(jù)（1）80柵格數(shù)據(jù)（2）81柵格數(shù)據(jù)（2）81柵格數(shù)據(jù)（3）82柵格數(shù)據(jù)（3）82上海東方明珠電視塔故宮柵格數(shù)據(jù)（4）83上海東方明珠電視塔故宮柵格數(shù)據(jù)（4）83柵格數(shù)據(jù)（5）84柵格數(shù)據(jù)（5）84 7.柵格數(shù)據(jù)結構分為： 柵格矩陣結構 游程編碼結構 四叉樹數(shù)據(jù)結構 八叉樹數(shù)據(jù)結構 十六叉樹數(shù)據(jù)結構二、柵格數(shù)據(jù)結構85 7.柵格數(shù)據(jù)結構分為：二、柵格數(shù)據(jù)結構85（1）直接柵格編碼 直接編碼就是將柵格數(shù)據(jù)看作一個數(shù)據(jù)矩陣，

38、逐行（或逐列）逐個記錄代碼，可以每行從左到右逐像元記錄，也可奇數(shù)行從左到右而偶數(shù)行由右向左記錄，為了特定的目的還可采用其他特殊的順序。 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 30，2，2，5，5，5，5，5；2，2，2，2，2，5，5，5；2，2，2，2，3，3，5，5；0，0，2，3，3，3，5，5；0，0，3，3，3，3，5，3；0，0，0，3，3，3，3，3；0，0，0，0，3，3，3，3；

39、0，0，0，0，0，3，3，3。86（1）直接柵格編碼 直接編碼就是將柵格數(shù)據(jù)看作一個數(shù) 由起點位置和一系列在基本方向的單位矢量給出每個后續(xù)點相對其前繼點的可能的8個基本方向之一表示。8個基本方向自0開始按逆時針方向代碼分別為0，1，2，3，4，5，6，7。單位矢量的長度默認為一個柵格單元。（2）鏈碼1234507600107670110087 由起點位置和一系列在基本方向的單位矢量給出每個后續(xù)鏈碼編碼： 2，2 ，6 ，7，6，0，6，5123450760 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

40、0 0 00 0 0 5 0 0 0 00 0 5 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0鏈碼編碼示例88鏈碼編碼：123450760 5 0 0 0（3）游程長度編碼只在各行（或列）數(shù)據(jù)的代碼發(fā)生變化時依次記錄 該代碼以及相同代碼重復的個數(shù)；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沿行方向進行編碼：( 0，1），（2，2），（5，5）；（2，5），（5，3）；（2，4），（3，2），（

41、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）。89（3）游程長度編碼只在各行（或列）數(shù)據(jù)的代碼發(fā)生變化時依次記 （4）塊碼 采用方形區(qū)域作為記錄單元，數(shù)據(jù)編碼由初始位置行列號加上半徑，再加上記錄單元的代碼組成。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（1，1，1，0）

42、，（1，2，2，2），（1，4，1，5），（1，5，1，5），（1，6，2，5），（1，8，1，5）；（2，1，1，2），（2，4，1，2），（2，5，1，2），（2，8，1，5）；（3，3，1，2），（3，4，1，2），（3，5，2，3），（3，7，2，5）；（4，1，2，0），（4，3，1，2），（4，4，1，3）；（5，3，1，3），（5，4，2，3），（5，6，1，3），（5，7，1，5），（5，8，1，3）；（6，1，3，0），（6，6，3，3）；（7，4，1，0），（7，5，1，3）；（8，4，1，0），（8，5，1，0）。90 （4）塊碼 采用方形區(qū)域作為記錄單元，數(shù)據(jù)編（5）

43、四叉樹編碼 將空間區(qū)域按照4個象限進行遞歸分割（2n2 n，且n1），直到子象限的數(shù)值單調為止，最后得到一棵四分叉的倒向樹。方法：自上而下、自下而上二、柵格數(shù)據(jù)結構91（5） 四叉樹編碼二、柵格數(shù)據(jù)結構91（5）四叉樹編碼M M R M M M M MM M R R M R M MM R R R R R R MM R R R R R R MM R R R R R R MM R R R R R R MM M R R R R R MM M M R R M M M1 2 3 4 5 6 7 81 2 3 4 5 6 7 8區(qū)域分割方法M M R M M M M MM M R R M R M MM R

44、 R R R R R MM R R R R R R MM R R R R R R MM R R R R R R MM M R R R R R MM M M R R M M M92（5）四叉樹編碼M M R M M M 在四叉樹中，不能再分的結點稱為葉子結點，可再分的結點稱為樹杈結點樹杈結點葉子結點1 2 3 4 5 6 7 81 2 3 4 5 6 7 8M M R M M M M MM M R R M R M MM R R R R R R MM R R R R R R MM R R R R R R MM R R R R R R MM M R R R R R MM M M R R M M M（

45、5）四叉樹編碼93在四叉樹中，不能再分的結點稱為葉子結點，可再分的結點稱為樹杈22四叉樹編碼方法NW （2）NE （3）SW （0）SE （1）0層1層2層3層記錄每個葉子結點的地址和屬性0123202123200201202203230231232233（5）四叉樹編碼9422四叉樹編碼方法NW （2）NE （3）SW （0）SE 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 11121314151

46、61718192021222324252627282930313233363738393435400 0 00 3 3 3 0 3 3 33 3 5 3 0 0 2 22 3 2 2 2 2 0 22 2 2 5 2 5 5 53 33 5 5西南東南西北東北 950 2 2 5 5 5 5、四叉樹編碼特點：具有可變分辯率編碼效率高，可根據(jù)圖形結構調整除去不必要的存儲量編碼具有區(qū)域性，便于圖形圖象的分析運算；便于島的分析；便于同柵格矩陣之間的轉換四叉樹建立的方法：線性四叉樹常規(guī)四叉樹96 5、四叉樹編碼特點：96第五節(jié) 矢量數(shù)據(jù)與柵格數(shù)據(jù)的比較和轉換97第五節(jié) 矢量數(shù)據(jù)與柵格數(shù)據(jù)的比較和轉換9

47、7第五節(jié) 矢量數(shù)據(jù)與柵格數(shù)據(jù)的比較和轉換柵格數(shù)據(jù)矢量數(shù)據(jù) 優(yōu) 點 1. 數(shù)據(jù)結構簡單；2.空間數(shù)據(jù)的疊置和組合十分容易方便；3.各類空間分析很容易進行；4. 數(shù)學建摸方便;5. 技術開發(fā)費用低。1.表示數(shù)據(jù)精度高；2.嚴密的數(shù)據(jù)結構,數(shù)據(jù)量小；3.用網(wǎng)絡連接法能完全描述拓撲關系；4.圖形輸出精確美觀；5.圖形和屬性數(shù)據(jù)的恢復、更新、綜合都能實現(xiàn)。6.它是面向目標的,不僅能表達屬性編碼,而且能方便地記錄每個目標的具體的屬性描述信息 缺 點1. 圖形數(shù)據(jù)量大；2.用大象元減少數(shù)據(jù)量時,可識別現(xiàn)象信息量受損失；3. 地圖輸出不精美；4.難以建立網(wǎng)絡關系；5.投影變換花的時間多。1. 數(shù)據(jù)結構復雜；2

48、. 很難用疊置方法與柵格圖形進行組合；3.顯示和繪圖費用高,特別是高質量的繪圖,彩色繪圖和暈線圖等；4. 數(shù)學模擬比較困難；5.技術復雜,多邊形內(nèi)的空間分析不容易實現(xiàn)。98第五節(jié) 矢量數(shù)據(jù)與柵格數(shù)據(jù)的比較和轉換柵格數(shù)據(jù)矢量數(shù)據(jù) 第五節(jié) 矢量數(shù)據(jù)與柵格數(shù)據(jù)的比較和轉換2.矢量數(shù)據(jù)向柵格數(shù)據(jù)轉換在矢量表示的多邊形邊界內(nèi)部的所有柵格上賦予相應的多邊形編號，從而形成柵格數(shù)據(jù)陣列。99第五節(jié) 矢量數(shù)據(jù)與柵格數(shù)據(jù)的比較和轉換2.矢量數(shù)據(jù)向柵格數(shù)據(jù)（1）內(nèi)部點擴散算法將矢量圖柵格化，每個面域多邊形選擇一個種子點；判斷種子點的8個相鄰柵格是否在多邊形的邊界上；進行新的擴散運算，直至所有新老種子點填滿該多邊形并

49、遇到邊界為止。 內(nèi)部點擴散原理100（1）內(nèi)部點擴散算法將矢量圖柵格化，每個面域多邊形選擇一個種（1）內(nèi)部點擴散算法算法程序設計比較復雜；當柵格尺寸取的不合理時，會造成多邊形不連通。 多邊形不連通實例101（1）內(nèi)部點擴散算法算法程序設計比較復雜；當柵格尺寸取的不合（2）射線算法 由待定柵格向任意方向引射線，判斷該射線與某個多邊形所有邊界的相交總次數(shù)。 射線法判斷原理102（2）射線算法 由待定柵格向任意方向引射線，判斷該射線與某個（2）射線算法運算量很大當射線與多邊性邊界相切、重合時會影響交點數(shù)的統(tǒng)計 103（2）射線算法運算量很大103（3）掃描算法 行掃描算法掃描線算法帶掃描算法104（

50、3）掃描算法 行掃描算法104行掃描算法每兩次遇到同一多邊形的邊界時，其間的柵格屬于該多邊形行掃描原理105行掃描算法每兩次遇到同一多邊形的邊界時，其間的柵格屬于該多邊（4）復數(shù)積分算法 對整個柵格矩陣的柵格單元逐個判斷其所屬多邊形的編號。由待判定點對每個多邊形的封閉邊界計算復數(shù)積分，若積分值為2i，則賦予該多邊形編號。 106（4）復數(shù)積分算法 對整個柵格矩陣的柵格單元逐個判斷其所屬多（5）邊界代數(shù)算法 將覆蓋該多邊形的面域進行整體柵格化，并對柵格陣進行零初始化。由其邊界上某一點開始順時針方向搜索其邊界線。循環(huán)一周，回到起點。 ABDEa107（5）邊界代數(shù)算法 將覆蓋該多邊形的面域進行整體柵格化，并對（5）邊界代數(shù)算法從某一位置開始，對圖中的所有弧段逐條搜索當弧段上行時，將該弧段與左圖框之間的柵格加上一個值=（