地理信息系統(tǒng)第二章

地理信息系統(tǒng)第二章第1頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一第二章地理信息系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第一節(jié)地理空間及其表達(dá)第二節(jié)地理空間數(shù)據(jù)及其特征第三節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型第四節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的建立第2頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)地理空間及其表達(dá)

一、地理空間的概念GIS中的概念常用“地理空間”(geo-spatial)來表述，一般包括地理空間定位框架及其所連接的特征實(shí)體。目前，我國采用的大地坐標(biāo)系為1980年中國國家大地坐標(biāo)系，其大地原點(diǎn)，設(shè)在我國中部陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)，簡稱西安原點(diǎn)?，F(xiàn)在規(guī)定的高程起算基準(zhǔn)面為1985國家高程基準(zhǔn)。第3頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)地理空間及其表達(dá)

地圖投影：將橢球面上各點(diǎn)的大地坐標(biāo)，按照一定的數(shù)學(xué)法則，變換為平面上相應(yīng)點(diǎn)的平面直角坐標(biāo)。地理信息系統(tǒng)中特征實(shí)體的位置，通常就是指經(jīng)過投影變換后平面上的直角坐標(biāo)。

大地坐標(biāo)系－高斯投影－高斯坐標(biāo)系第4頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)地理空間及其表達(dá)二、空間實(shí)體的表達(dá)現(xiàn)實(shí)世界－－地理世界－－計(jì)算機(jī)世界世界萬象－－點(diǎn)、線、面－－bit

地理抽象－－模型抽象指：如何表達(dá)復(fù)雜的地理空間中實(shí)體的特征，以便計(jì)算機(jī)管理。第5頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)地理空間及其表達(dá)

對現(xiàn)實(shí)世界的各類空間對象的表達(dá)有兩種方法，分別稱為矢量表示法（矢量數(shù)據(jù)模型）和柵格表示法（柵格數(shù)據(jù)模型）湖泊河道居民地第6頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一第二節(jié)地理空間數(shù)據(jù)及其特征一、GIS的空間數(shù)據(jù)GIS中的數(shù)據(jù)來源：地圖數(shù)據(jù)：各種普通地圖和專題地圖影像數(shù)據(jù)：衛(wèi)星遙感和航空遙感地形數(shù)據(jù)：等高線圖的數(shù)字化、數(shù)字高程模型屬性數(shù)據(jù)：各類調(diào)查報(bào)告、文獻(xiàn)資料、解譯信息等元數(shù)據(jù)：有關(guān)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)第7頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一第二節(jié)地理空間數(shù)據(jù)及其特征二、空間數(shù)據(jù)基本特征空間數(shù)據(jù)（地理數(shù)據(jù)）：空間特征數(shù)據(jù)：包括定位數(shù)據(jù)和拓?fù)鋽?shù)據(jù)屬性特征數(shù)據(jù)：包括專題屬性數(shù)據(jù)和時(shí)間數(shù)據(jù)空間對象的三大基本特征：空間、屬性和時(shí)間特征時(shí)間特征是指空間對象隨著時(shí)間演變而引起的空間和屬性特征的變化。第8頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一第二節(jié)地理空間數(shù)據(jù)及其特征

空間特征是指空間對象的位置及與相鄰對象的空間關(guān)系或拓?fù)潢P(guān)系：第9頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一第二節(jié)地理空間數(shù)據(jù)及其特征空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系包括：拓?fù)溧徑樱捍嬖谟诳臻g圖像的同類元素之間的拓?fù)潢P(guān)系。拓?fù)潢P(guān)聯(lián)：存在于空間圖形的不同元素之間的拓?fù)潢P(guān)系拓?fù)浒捍嬖谟诳臻g圖形的同類，但不同級(jí)的元素之間的拓?fù)潢P(guān)系。包含關(guān)系分為簡單包含、多層包含和等價(jià)包含。第10頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一第二節(jié)地理空間數(shù)據(jù)及其特征屬性特征是指空間對象的專題屬性第11頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型

一、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：基于矢量模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

包括：

簡單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：不含有拓?fù)潢P(guān)系數(shù)據(jù)

拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：包含拓?fù)潢P(guān)系數(shù)據(jù)

曲面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：表達(dá)一些具有聯(lián)系分布現(xiàn)象的覆蓋表面（地形、降水、溫度等等）時(shí)所用的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

矢量數(shù)據(jù)就是代表地圖圖形的各離散點(diǎn)平面坐標(biāo)（x，y）的有序集合。第12頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型矢量表示第13頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型

簡單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：坐標(biāo)表是與每一個(gè)基本的空間對象（點(diǎn)、線或多邊形）相聯(lián)系的。ID#xyA1…Am1x1y1a11.a1m….....nxnynan1.anm點(diǎn)表x,y:位置坐標(biāo)；A1…Am:專題屬性；第14頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型線表：1427(第一線段頭文件）

x1y1

x2y2

（第一線段中間點(diǎn)坐標(biāo)）

x3y3x4y42247(第二線段頭文件）

x1y1

x2y2（第二線段中間點(diǎn)坐標(biāo)）31528（第三線段頭文件）

..第15頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型多邊形表14587(第一多邊形頭文件）

x1y1

x2y2

（第一多邊形中間點(diǎn)坐標(biāo)）

x3y3x4y423127(第二多邊形頭文件）

x1y1

x2y2（第二多邊形中間點(diǎn)坐標(biāo)）

x3y3330268（第三多邊形頭文件）

..(x1，y1)=(x4,y4)；(x1，y1)=(x3,y3)；…第16頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型在拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中：點(diǎn)：空間的一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)線：多個(gè)點(diǎn)組成的矢量弧段，有方向環(huán)：一條或多條鏈組成一個(gè)環(huán)面：由一個(gè)外環(huán)和零個(gè)或多個(gè)內(nèi)環(huán)組成的多邊形點(diǎn)相互獨(dú)立；點(diǎn)連成線；線構(gòu)成面中間點(diǎn)：構(gòu)成弧段的點(diǎn)結(jié)點(diǎn)：兩條以上的弧段相交的點(diǎn)弧段：兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間的曲線段島：由一條弧段組成的多邊形簡單多邊形：不含島的多邊形復(fù)合多邊形：含島區(qū)的多邊形拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第17頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型拓?fù)鋽?shù)據(jù)舉例C4N4C8C6P3C7N6C10N3C3N1P1C2N2C1P2C5N5P4P5C9N7第18頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型弧段號(hào)起結(jié)點(diǎn)終結(jié)點(diǎn)左多邊形右多邊形C1N1N2P2P1C2N3N2P1P4C3N1N3P1?C4N1N4?P2C5N2N5P2P4C6N4N5P3P2C7N5N6P3P4C8N4N6?P3C9N7N7P4P5C10N3N6P4?第19頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型曲面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)曲面是指連續(xù)分布現(xiàn)象的覆蓋表面，具有這種覆蓋表面的要素有地形、溫度、降水等，常采用不規(guī)則三角網(wǎng)來擬合這種覆蓋表面，稱TIN數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。表面上不規(guī)則分布的點(diǎn)可以連接成三角形網(wǎng)，三角形的頂點(diǎn)就是原先的不規(guī)則點(diǎn)。第20頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一曲面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型第21頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型結(jié)點(diǎn)XY1x1y12x2y23x3y34x4y45x5y56x6y6三角形結(jié)點(diǎn)相鄰三角形P12,1,60,

P2,

P5P26,1,5P1,0,

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

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

P4結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)三角形拓樸：第22頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)指將空間分割成各個(gè)規(guī)則的網(wǎng)格單元，然后在各個(gè)格網(wǎng)單元內(nèi)賦以空間對象相應(yīng)的屬性值的一種數(shù)據(jù)組織方式。柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分為柵格矩陣結(jié)構(gòu)、游程編碼結(jié)構(gòu)、四叉樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、八叉樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和十六叉樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。第23頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型柵格結(jié)構(gòu)第24頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型

在柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，物體的空間位置就用其在笛卡爾平面網(wǎng)格中的行號(hào)和列號(hào)坐標(biāo)表示；物體的屬性用象元的取值表示；每個(gè)象元在一個(gè)網(wǎng)格中只能取值一次，同一象元要表示多重屬性的事物就要用多個(gè)笛卡爾平面網(wǎng)格，每個(gè)笛卡爾平面網(wǎng)格表示一種屬性或同一屬性的不同特征，這種平面稱為層。第25頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型第26頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型柵格數(shù)據(jù)取值方法中心歸屬法：每個(gè)柵格單元的值以網(wǎng)格中心點(diǎn)對應(yīng)的面域?qū)傩灾祦泶_定。長度占優(yōu)法：每個(gè)柵格單元的值以網(wǎng)格中線（水平或垂直）的大部分長度所對應(yīng)的面域的屬性值來確定。面積占優(yōu)法：每個(gè)柵格單元的值以在該網(wǎng)格單元中占據(jù)最大面積的屬性值重要性法：根據(jù)柵格內(nèi)不同地物的重要性程度，選取特別重要的空間實(shí)體決定對應(yīng)的柵格單元值，如稀有金屬礦產(chǎn)區(qū)，其所在區(qū)域盡管面積很小或不位于中心，也應(yīng)采取保留的原則第27頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型柵格矩陣結(jié)構(gòu)完全柵格結(jié)構(gòu)是一種全柵格矩陣的空間數(shù)據(jù)組織形式，對矩陣的每個(gè)元素都需要進(jìn)行存儲(chǔ)。隨著空間分辨率的提高，柵格數(shù)據(jù)的壓縮是柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)要解決的重要任務(wù)之一。第28頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型游程編碼結(jié)構(gòu)

游程指相鄰?fù)蹈窬W(wǎng)的數(shù)量，游程用一對數(shù)字表達(dá)，其實(shí)質(zhì)是把柵格矩陣中行序列映射成整數(shù)對元素序列。在游程長度編碼中，第一個(gè)值表示柵格元素屬性值，第二個(gè)值表示游程的連續(xù)長度；在游程終止編碼中，第一個(gè)值表示柵格元素屬性值，第二個(gè)值表示游程終止點(diǎn)列號(hào)。第29頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型第30頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型四叉樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)原理：

將空間區(qū)域按照四個(gè)向限進(jìn)行遞歸分割，直到子向限的數(shù)值單調(diào)為止。凡數(shù)值呈單調(diào)的單元，不論單元大小，均作為最后的存儲(chǔ)單元。根結(jié)點(diǎn)代表整個(gè)區(qū)域，每個(gè)結(jié)點(diǎn)有4個(gè)子結(jié)點(diǎn)。第31頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型四叉樹掃描順序第32頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型第33頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一四叉樹編碼:線性四叉樹編碼:

存儲(chǔ):地址,深度,結(jié)點(diǎn)值;

基于深度和層次碼的線性四叉樹編碼基于四進(jìn)制的線性四叉樹編碼第34頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一

空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型第35頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一常規(guī)四叉樹編碼:

存儲(chǔ):每個(gè)結(jié)點(diǎn)的4個(gè)子結(jié)點(diǎn)指針,一個(gè)父結(jié)點(diǎn)指針,一個(gè)結(jié)點(diǎn)值;第36頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一鏈?zhǔn)骄幋a結(jié)構(gòu)

空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型第37頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型三、矢量與柵格一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(自學(xué))矢量與柵格一體化的基本概念矢量與柵格一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)第38頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型第39頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1.便于面向現(xiàn)象(土壤類、土地利用單元等)；

2.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)緊湊、冗余度低；

3.有利于網(wǎng)絡(luò)分析；

4.圖形顯示質(zhì)量好、精度高。1.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜；

2.軟件與硬件的技術(shù)要求比較高；

3.多邊形疊合等分析比較困難；

4.顯示與繪圖成本比較高。柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單；

2.空間分析和地理現(xiàn)象的模擬均比較容易；

3.有利于與遙感數(shù)據(jù)的匹配應(yīng)用和分析；

4.輸出方法快速，成本比較低廉。1.圖形數(shù)據(jù)量大；

2.投影轉(zhuǎn)換比較困難；

3.柵格地圖的圖形質(zhì)量相對較低；

4.現(xiàn)象識(shí)別的效果不如矢量方法。四、矢量與柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的比較第40頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一第四節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的建立現(xiàn)代地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)模式:數(shù)據(jù)與功能間有密切聯(lián)系，在確定數(shù)據(jù)內(nèi)容時(shí)，首先必須明確系統(tǒng)的功能；對開發(fā)的GIS系統(tǒng)的功能，須通過用戶需求調(diào)查來確定，因此，在開發(fā)GIS系統(tǒng)之前，首先要進(jìn)行系統(tǒng)分析。

一、系統(tǒng)功能與數(shù)據(jù)間的關(guān)系:第41頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一第四節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的建立系統(tǒng)功能與數(shù)據(jù)間的關(guān)系(據(jù)JackDangermond等)第42頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一二、空間數(shù)據(jù)分類和編碼空間數(shù)據(jù)的分類，是指根據(jù)系統(tǒng)功能及國家規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，將具有不同屬性或特征的要素區(qū)別開來的過程，以便從邏輯上將空間數(shù)據(jù)組織為