新版地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)省公開課一等獎全國示范課微課金獎?wù)n件

地理信息系統(tǒng)及工程應(yīng)用第1頁第二章地理空間與地理空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)§2.1地理空間及其表示

§2.2地理空間數(shù)據(jù)及其特征

§2.3地理（空間）數(shù)據(jù)類型

§2.4地理（空間）數(shù)據(jù)空間關(guān)系

§2.5柵格和矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

§2.6柵、矢比較和相互轉(zhuǎn)換第2頁§2.4地理(空間)數(shù)據(jù)空間關(guān)系一、空間對象空間關(guān)系二、拓?fù)潢P(guān)系意義三、空間數(shù)據(jù)拓?fù)潢P(guān)系四、空間實(shí)體之間空間關(guān)系第3頁一、空間對象空間關(guān)系

空間關(guān)系是指地理空間實(shí)體對象之間空間相互作用關(guān)系。包含度量空間關(guān)系；方向空間關(guān)系；拓?fù)淇臻g關(guān)系等。

1.度量空間關(guān)系描述空間對象之間距離等?；究臻g對象度量關(guān)系包含點(diǎn)/點(diǎn)、點(diǎn)/線、點(diǎn)/面、線/線、線/面、面/面之間距離。第4頁一、空間對象空間關(guān)系2.方向空間關(guān)系又稱為方位關(guān)系、延伸關(guān)系，它定義了地物對象之間方位，如“河北省在河南省北面”就描述了方向關(guān)系。第5頁一、空間對象空間關(guān)系3.拓?fù)淇臻g關(guān)系描述地理空間實(shí)體之間一個關(guān)系，這種關(guān)系不會因?yàn)榈乩砜臻g實(shí)體空間變換而改變，依然保持原有性質(zhì)。拓?fù)潢P(guān)系包含鄰接關(guān)系、關(guān)聯(lián)關(guān)系和包含關(guān)系。

地圖、遙感影像上空間關(guān)系是經(jīng)過圖形識別和解釋；在GIS中空間關(guān)系則必須顯式進(jìn)行定義和表示。第6頁§2.4地理(空間)數(shù)據(jù)空間關(guān)系一、空間對象空間關(guān)系二、拓?fù)潢P(guān)系意義三、空間數(shù)據(jù)拓?fù)潢P(guān)系四、空間實(shí)體之間空間關(guān)系第7頁二、拓?fù)潢P(guān)系意義1.依據(jù)拓?fù)潢P(guān)系能夠確定地理實(shí)體間相對空間位置，而無需利用坐標(biāo)和距離。拓?fù)鋽?shù)據(jù)已經(jīng)很清楚地反應(yīng)出地理實(shí)體之間邏輯結(jié)構(gòu)關(guān)系；拓?fù)鋽?shù)據(jù)較之幾何數(shù)據(jù)很更大穩(wěn)定性，即它不隨地圖變換而改變。第8頁二、拓?fù)潢P(guān)系意義2.利用拓?fù)潢P(guān)系有利于空間要素查詢。比如某條鐵路經(jīng)過哪些地域；某縣與哪些縣鄰接；某條河流能為哪些政區(qū)居民提供水源；與某一湖泊鄰接土地利用類型有哪些；確定一塊與湖泊相鄰?fù)恋馗采w區(qū)；……第9頁二、拓?fù)潢P(guān)系意義3.能夠利用拓?fù)鋽?shù)據(jù)重建地理實(shí)體。如建立封閉多邊形；實(shí)現(xiàn)道路選??；進(jìn)行最正確路徑計(jì)算；……第10頁§2.4地理(空間)數(shù)據(jù)空間關(guān)系一、空間對象空間關(guān)系二、拓?fù)潢P(guān)系意義三、空間數(shù)據(jù)拓?fù)潢P(guān)系四、空間實(shí)體之間空間關(guān)系第11頁三、空間數(shù)據(jù)拓?fù)潢P(guān)系在GIS中,為了真實(shí)地反應(yīng)地理實(shí)體,不但要包含實(shí)體位置、形狀、大小和屬性、還必須反應(yīng)實(shí)體之間相互關(guān)系——拓?fù)潢P(guān)系。第12頁三、空間數(shù)據(jù)拓?fù)潢P(guān)系鄰接關(guān)系是指空間圖形中同類元素之間拓?fù)潢P(guān)系。比如多邊形之間鄰接關(guān)系,P2/P3,P1/P2,又如結(jié)點(diǎn)之間鄰接關(guān)系A(chǔ)與D,C與D等。1.鄰接關(guān)系第13頁三、空間數(shù)據(jù)拓?fù)潢P(guān)系

關(guān)聯(lián)關(guān)系是指空間圖形中不一樣元素之間拓?fù)潢P(guān)系。比如結(jié)點(diǎn)與弧段關(guān)聯(lián)關(guān)系A(chǔ)與e、a、c；多邊形與弧段關(guān)聯(lián)關(guān)系P2與e、c、f。

2.關(guān)聯(lián)關(guān)系第14頁三、空間數(shù)據(jù)拓?fù)潢P(guān)系

包含關(guān)系是指空間圖形中同類但不一樣級元素之間拓?fù)潢P(guān)系。比如多邊形P1中包含有多邊形P4。3.包含關(guān)系第15頁結(jié)點(diǎn)弧段Aa,c,eBa,d,bCd,e,fDb,f,cEg弧段結(jié)點(diǎn)aA,BbB,DcD,AdB,CeC,AfC,DgE,E結(jié)點(diǎn)與弧段拓?fù)潢P(guān)系結(jié)點(diǎn)與弧段拓?fù)潢P(guān)系第16頁面域弧段P1a,b,c,-gP2-b,d,fP3-c,-f,eP4g弧段左鄰面右鄰面aP0P1bP2P1cP3P1dP0P2eP0P3fP3P2gP1P4弧段與多邊形拓?fù)潢P(guān)系多邊形與弧段拓?fù)潢P(guān)系第17頁§2.4地理(空間)數(shù)據(jù)空間關(guān)系一、空間對象空間關(guān)系二、拓?fù)潢P(guān)系意義三、空間數(shù)據(jù)拓?fù)潢P(guān)系四、空間實(shí)體之間空間關(guān)系第18頁四、空間實(shí)體之間空間關(guān)系點(diǎn)和點(diǎn)之間關(guān)系主要有兩點(diǎn)（經(jīng)過某條線）是否相連，兩點(diǎn)之間距離是多少？如城市中某兩個點(diǎn)之間可否有通路，距離是多少？這是在實(shí)際生活中常見點(diǎn)和點(diǎn)之間空間關(guān)系問題。1.點(diǎn)—點(diǎn)關(guān)系第19頁四、空間實(shí)體之間空間關(guān)系點(diǎn)和線關(guān)系主要表現(xiàn)在點(diǎn)和線關(guān)聯(lián)關(guān)系上。如點(diǎn)是否位于線上,點(diǎn)和線之間距離等等。2.點(diǎn)—線關(guān)系第20頁四、空間實(shí)體之間空間關(guān)系點(diǎn)和面關(guān)系主要表現(xiàn)在空間包含關(guān)系上。如某個村子是否位于某個縣內(nèi)？或某個縣共有多少個村子？3.點(diǎn)—面關(guān)系第21頁四、空間實(shí)體之間空間關(guān)系線和線是否鄰接、相交是線和線關(guān)系主要表現(xiàn)形式。如河流和鐵路相交，兩條公路是否經(jīng)過某個點(diǎn)鄰接？4.線—線關(guān)系第22頁四、空間實(shí)體之間空間關(guān)系線和面關(guān)系表現(xiàn)為線是否經(jīng)過面或和面關(guān)聯(lián)或包含在面之內(nèi)？

面和面之間關(guān)系主要表現(xiàn)為鄰接和包含關(guān)系。6.面—面關(guān)系5.線—面關(guān)系點(diǎn)、線、面基本數(shù)據(jù)之間關(guān)系,代表了空間實(shí)體之間位置關(guān)系。第23頁鄰接相交相離包含重合點(diǎn)－點(diǎn)線－線面－面點(diǎn)－線點(diǎn)－面線－面空間對象關(guān)系第24頁第二章地理空間與地理空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)

§2.1地理空間及其表示

§2.2地理空間數(shù)據(jù)及其特征

§2.3地理（空間）數(shù)據(jù)類型

§2.4地理（空間）數(shù)據(jù)空間關(guān)系

§2.5柵格和矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

§2.6柵、矢比較和相互轉(zhuǎn)換第25頁§2.5柵格和矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)即指數(shù)據(jù)組織形式,是適合于計(jì)算機(jī)存放、管理和處理數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)。

空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是指適合于計(jì)算機(jī)存放、管理和處理地理空間數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)。是地理實(shí)體空間排列方式和相互關(guān)系抽象描述。在地理信息系統(tǒng)中,慣用空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有兩種,即柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。第26頁§2.5柵格和矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一、柵格數(shù)據(jù)二、矢量數(shù)據(jù)第27頁一、柵格數(shù)據(jù)1.柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)概念2.柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)3.柵格數(shù)據(jù)獲取4.柵格數(shù)據(jù)分辨率5.柵格數(shù)據(jù)組織第28頁1.柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)概念基于柵格模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡稱為柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),又稱網(wǎng)格結(jié)構(gòu)或像元結(jié)構(gòu),是指將空間分割成有規(guī)則網(wǎng)格,稱為柵格單元,在各個柵格單元上給出對應(yīng)屬性值來表示地理實(shí)體一個數(shù)據(jù)組織方式。第29頁點(diǎn)由一個單元網(wǎng)格表示；線由一串有序相互連接單元網(wǎng)格表示,各個網(wǎng)格值相同；多邊形由聚集在一起相互連接單元網(wǎng)格組成,區(qū)域內(nèi)部網(wǎng)格值相同,但與外部網(wǎng)格值不一樣。第30頁二、柵格數(shù)據(jù)1.柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)概念2.柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)3.柵格數(shù)據(jù)獲取4.柵格數(shù)據(jù)分辨率5.柵格數(shù)據(jù)組織第31頁2.柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)用離散化格網(wǎng)值來表示和描述空間目標(biāo)屬性信息；描述空間對象屬性顯著,位置隱含；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單,易于與遙感結(jié)合,但數(shù)據(jù)量大。第32頁二、柵格數(shù)據(jù)1.柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)概念2.柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)3.柵格數(shù)據(jù)獲取4.柵格數(shù)據(jù)分辨率5.柵格數(shù)據(jù)組織第33頁3.柵格數(shù)據(jù)獲取掃描獲取柵格數(shù)據(jù)；遙感獲取柵格數(shù)據(jù)；矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成柵格數(shù)據(jù)。第34頁二、柵格數(shù)據(jù)1.柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)概念2.柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)3.柵格數(shù)據(jù)獲取4.柵格數(shù)據(jù)分辨率5.柵格數(shù)據(jù)組織第35頁4.柵格數(shù)據(jù)分辨率柵格數(shù)據(jù)分辨率是指單個網(wǎng)格所代表現(xiàn)實(shí)中大小,如TM影像分辨率為30m*30m,IKONOS影像分辨率為1m*1m,值越小說明分辨率越高。第36頁二、柵格數(shù)據(jù)1.柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)概念2.柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)3.柵格數(shù)據(jù)獲取4.柵格數(shù)據(jù)分辨率5.柵格數(shù)據(jù)組織第37頁5.柵格數(shù)據(jù)組織目標(biāo):占用最少存放空間，最優(yōu)數(shù)據(jù)存取速度及最短處理時間。a.直接?xùn)鸥駭?shù)據(jù)編碼b.游程長度編碼c.四叉樹編碼

第38頁a、直接?xùn)鸥窬幋a基本思想:將柵格數(shù)據(jù)看作一個數(shù)據(jù)矩陣，逐行(或逐列)統(tǒng)計(jì)代碼數(shù)據(jù)。1）每行都從左到右統(tǒng)計(jì)；柵格數(shù)據(jù)可存放統(tǒng)計(jì)為:(AAABABBBAABBAABB)2）奇數(shù)行從左到右，偶數(shù)行從右到左；特點(diǎn):最直觀、最基本網(wǎng)格存貯結(jié)構(gòu)。AAABABBBAABBAABB第39頁b、游程長度編碼基本思想:按行掃描，將相鄰等值像元合并，并統(tǒng)計(jì)代碼重復(fù)個數(shù)。屬性碼，長度:連續(xù)相同碼值柵格個數(shù)。編碼為(A3B1A1B3A2B2A2B2)特點(diǎn):對于游程長度編碼，區(qū)域越大，數(shù)據(jù)相關(guān)性越強(qiáng)，則壓縮越大，適合用于類型區(qū)域面積較大專題圖。這種編碼在柵格加密時，數(shù)據(jù)量不會顯著增加，壓縮效率較高，疊加、合并等運(yùn)算簡單，編碼和解碼運(yùn)算快，這種編碼應(yīng)用廣泛。

AAABABBBAABBAABB

第40頁c、四叉樹編碼基本思想:將2n×2n像元組成圖像按四個象限進(jìn)行遞歸分割，并判斷屬性是否單一，單一:不分。不單一:遞歸分割。最終得到一棵四分叉倒向樹。0123AAABABBBAABBAABB第41頁d、四叉樹編碼四叉樹樹形表示:用一倒立樹表示這種分割和分割結(jié)果。根:整個區(qū)域高:深度、分幾級，幾次分割葉:不能再分割塊樹叉:還需分割塊每個樹叉都有4個分叉，叫四叉樹。0123AAABABBBAABBAABB第42頁§2.5柵格和矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一、柵格數(shù)據(jù)二、矢量數(shù)據(jù)第43頁二、矢量數(shù)據(jù)1.矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)概念2.矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)3.矢量數(shù)據(jù)獲取4.矢量結(jié)構(gòu)編碼方法第44頁1.矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)概念基于矢量模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡稱為矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),矢量結(jié)構(gòu)是經(jīng)過統(tǒng)計(jì)坐標(biāo)形式來表示點(diǎn)、線、面(多邊形)等地理實(shí)體。矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)能很好地表示地理實(shí)體空間分布特征,數(shù)據(jù)精度高,數(shù)據(jù)存放冗余度低,但對多層空間數(shù)據(jù)疊合分析比較困難。第45頁一、矢量數(shù)據(jù)1.矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)概念2.矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)3.矢量數(shù)據(jù)獲取4.矢量結(jié)構(gòu)編碼方法第46頁2.矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)用歐幾里得幾何學(xué)中點(diǎn)、線、面及其組合體來表示空間實(shí)體,用標(biāo)識符與屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行連接；矢量數(shù)據(jù)之間關(guān)系表示了空間屬性拓?fù)潢P(guān)系；描述空間對象位置明確,屬性隱含。第47頁一、矢量數(shù)據(jù)1.矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)概念2.矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)3.矢量數(shù)據(jù)獲取4.矢量結(jié)構(gòu)編碼方法第48頁3.矢量數(shù)據(jù)獲取數(shù)字化儀獲??；掃描數(shù)據(jù)矢量化；數(shù)字?jǐn)z影測量獲取數(shù)據(jù)；全球定位儀(GPS)獲取數(shù)據(jù)；其它柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成矢量數(shù)據(jù)。第49頁一、矢量數(shù)據(jù)1.矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)概念2.矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)3.矢量數(shù)據(jù)獲取4.矢量結(jié)構(gòu)編碼方法第50頁4.矢量結(jié)構(gòu)編碼方法實(shí)體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)體型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)又稱為Spaghetti結(jié)構(gòu),是最簡單一個矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。只統(tǒng)計(jì)空間對象位置坐標(biāo)和屬性信息,不統(tǒng)計(jì)拓?fù)潢P(guān)系。點(diǎn)用一個坐標(biāo)對來表示；線用兩個或兩個以上有序坐標(biāo)對來表示；面(多邊形)是一條或一條以上首尾相連線(或弧段)組成。第51頁多邊形數(shù)據(jù)項(xiàng)P1x1y1x2y2x3y3x4y4

x5y5x6y6x1y1P2x7y7x8y8x9y9x10y10x11y11x5y5x6y6x7y7P3x12y12x13y13x14y14x15y15x12y12ⅠⅡⅢⅣ123456789101112131415P1P2P3Spaghetti

結(jié)構(gòu)第52頁第二章地理空間與地理空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)

§2.1地理空間及其表示

§2.2地理空間數(shù)據(jù)及其特征

§2.3地理（空間）數(shù)據(jù)類型

§2.4地理（空間）數(shù)據(jù)空間關(guān)系

§2.5柵格和矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

§2.6柵、矢比較和相互轉(zhuǎn)換第53頁§2.6柵、矢比較和相互轉(zhuǎn)換一、矢量與柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)比較二、矢量與柵格相互轉(zhuǎn)換第54頁一、矢量與柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)比較優(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)；

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.軟件與硬件技術(shù)要求比較高；

3.多邊形疊合等分析