第三章 地理信息系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

1、土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理第三章第三章 地理信息系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)地理信息系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3 3. .1 1 空間實(shí)體及其表達(dá)空間實(shí)體及其表達(dá)3 3. .2 2 空間數(shù)據(jù)模型空間數(shù)據(jù)模型3 3. .3 3 矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3 3. .4 4 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3 3. .5 5 矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3 3. .6 6 曲面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)曲面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理地理空間(現(xiàn)實(shí)世界) (Geographic Space)是指地球表面及近地表

2、空間 ，上至大氣電離層、下至地殼與地幔交界的莫霍界面。地理空間存在著復(fù)雜的空間事物或地理現(xiàn)象。地理空間實(shí)體(空間實(shí)體)是對復(fù)雜地理事物和現(xiàn)象進(jìn)行簡化抽象得到的結(jié)果?？臻g實(shí)體具有4個基本特征：空間位置特征（位置、大小、形狀、分布）、屬性特征、時間特征和空間關(guān)系（如拓?fù)潢P(guān)系、順序關(guān)系、度量關(guān)系）。3.1 空間實(shí)體及其表達(dá)空間實(shí)體及其表達(dá)土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理現(xiàn)實(shí)世界現(xiàn)實(shí)世界空間數(shù)據(jù)地圖遙感影像特征關(guān)系行為觀察選擇抽象綜合測量：位置編碼：屬性建立關(guān)系：表達(dá)表達(dá) 空間實(shí)體的認(rèn)知與抽象過程空間實(shí)體的認(rèn)知與抽象過程土土 地地 信信 息息 系系

3、 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理點(diǎn)：位置：（x，y） 屬性：符號線：位置:(x1,y1),(x2,y2),(xn,yn) 屬性：符號形狀、顏色、尺寸面： 位置:(x1,y1),(x2,y2),(xi,yi),(xn,yn) 屬性：符號變化 等值線 空間實(shí)體地圖表達(dá)空間實(shí)體地圖表達(dá) ( (矢量法）矢量法）土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理遙感傳感器平臺傳感器空間實(shí)體遙感表達(dá)空間實(shí)體遙感表達(dá) ( (柵格法）柵格法）土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理點(diǎn)狀實(shí)體點(diǎn)狀實(shí)體 ：零

4、維：零維線狀實(shí)體：一維線狀實(shí)體：一維面狀實(shí)體：二維面狀實(shí)體：二維體狀實(shí)體：三維體狀實(shí)體：三維3.1.1 3.1.1 空間實(shí)體類型空間實(shí)體類型時間：通常以第四維表達(dá)，但目前GIS還很難處理時間屬性?？臻g實(shí)體維數(shù)與比例尺相關(guān)！土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理(1) 點(diǎn)實(shí)體 有位置，無寬度和長度；有位置，無寬度和長度； 抽象的點(diǎn)抽象的點(diǎn)美國佛羅里達(dá)洲地震監(jiān)測站2002年9月該洲可能的500個地震位置土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理 有長度、方向、曲率，但無寬度和高度 用來描述線狀實(shí)體，通常在網(wǎng)

5、絡(luò)分析中使用較多 度量實(shí)體距離香港城市道路網(wǎng)分布(2) 線實(shí)體土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理 具有長和寬的目標(biāo) 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(3) 面實(shí)體中國土地利用現(xiàn)狀圖 (不連續(xù)面）土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理連續(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、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(zhì)的。土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理 有長、寬

6、、高的目標(biāo) 通常用來表示人工或自然的三維目標(biāo)，如建筑、礦體等三維目標(biāo)香港理工大學(xué)校園建筑(4) 體實(shí)體土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理0 編碼編碼：區(qū)別不同的實(shí)體，包括分類碼和識別碼。分類：區(qū)別不同的實(shí)體，包括分類碼和識別碼。分類 碼碼 表識空間對象的類別，而識別碼對每個空間對象進(jìn)表識空間對象的類別，而識別碼對每個空間對象進(jìn)行標(biāo)識，是唯一的。行標(biāo)識，是唯一的。0 位置：坐標(biāo)形式給出空間對象的空間位置位置：坐標(biāo)形式給出空間對象的空間位置0 類型：空間對象所屬的實(shí)體類型，或有那些實(shí)體組成類型：空間對象所屬的實(shí)體類型，或有那些實(shí)體組成0 行為：空

7、間對象所具備的行為和功能行為：空間對象所具備的行為和功能0 屬性屬性：空間對象所對應(yīng)的非幾何信息：空間對象所對應(yīng)的非幾何信息0 說明：實(shí)體數(shù)據(jù)來源、精度等說明：實(shí)體數(shù)據(jù)來源、精度等0 關(guān)系關(guān)系：與其他實(shí)體之間的關(guān)系：與其他實(shí)體之間的關(guān)系3.1.2 3.1.2 空間實(shí)體的描述空間實(shí)體的描述土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理n編碼對象：屬性數(shù)據(jù)n編碼過程：分類、分級、編碼 分類，將具有共同屬性或特征的事物或現(xiàn)象歸并在一起； 分級，對事物或現(xiàn)象的數(shù)量或特征進(jìn)行等級劃分，包括確定分級數(shù)和分級線； 編碼，指定屬性數(shù)據(jù)的代碼的方法和過程。1. 空間對象編

8、碼空間對象編碼土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理（1 1）空間對象分類）空間對象分類科學(xué)性、系統(tǒng)性、可擴(kuò)性、實(shí)用性、兼容性科學(xué)性、系統(tǒng)性、可擴(kuò)性、實(shí)用性、兼容性穩(wěn)定性、不受比例尺限制、靈活性穩(wěn)定性、不受比例尺限制、靈活性 分類的原則分類的原則 線分類法線分類法 是按照分類對象的從屬和層次是按照分類對象的從屬和層次關(guān)系為排列順序的一種代碼，它的優(yōu)點(diǎn)是能明關(guān)系為排列順序的一種代碼，它的優(yōu)點(diǎn)是能明確表示出分類對象的類別，代碼結(jié)構(gòu)有嚴(yán)格的確表示出分類對象的類別，代碼結(jié)構(gòu)有嚴(yán)格的隸屬關(guān)系。隸屬關(guān)系。 分類的方法分類的方法土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)

9、統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理耕地耕地71園地園地 72林地林地 73牧草地牧草地74居民點(diǎn)及公礦用地居民點(diǎn)及公礦用地 75交通用地交通用地75水域水域 76未利用地未利用地 77土地利用類型土地利用類型7有林地有林地 731灌木地灌木地 732疏林地疏林地733跡地跡地 735針葉樹疏林地針葉樹疏林地7331闊葉樹疏林地闊葉樹疏林地7332未成林林地未成林林地734土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理 面分類法面分類法 是將給定的分類對象按選定的是將給定的分類對象按選定的若干個屬性或特征分成彼此互不依賴的若干方若干個屬

10、性或特征分成彼此互不依賴的若干方面，每個面中又可以分成很多彼此獨(dú)立的若干面，每個面中又可以分成很多彼此獨(dú)立的若干個類目。優(yōu)點(diǎn)是具有較大的彈性，易于添加和個類目。優(yōu)點(diǎn)是具有較大的彈性，易于添加和修改類目。修改類目。土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理河流特性分類與編碼通航情況通航： 1不通航：2常年河：1時令河：2消失河：3 1 km： 1 2 km： 2 5 km： 3 10 km：5流水季節(jié)河流寬度河流長度河流深度 5 10 m ： 110 20 m： 220 30 m： 330 60 m： 460 120 m： 5120 300 m：630

11、0 500 m：7500m： 8 50m： 6土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理 在空間對象的屬性數(shù)據(jù)中，有一部分是與幾何數(shù)據(jù)的在空間對象的屬性數(shù)據(jù)中，有一部分是與幾何數(shù)據(jù)的表示表示密切有關(guān)密切有關(guān)的。的。例如，道路的等級、類型等，決定著道路符號的例如，道路的等級、類型等，決定著道路符號的形狀、色彩、尺寸等。形狀、色彩、尺寸等。在在GISGIS中，通常把中，通常把這部分屬性數(shù)據(jù)這部分屬性數(shù)據(jù)用用編編碼碼的形式表示，并與幾何數(shù)據(jù)的形式表示，并與幾何數(shù)據(jù)一起管理一起管理起來。起來。 編碼原則編碼原則：唯一性唯一性 合理性合理性 可擴(kuò)性可擴(kuò)性 簡單

12、性簡單性 適用性適用性 規(guī)范性規(guī)范性類型：類型：數(shù)字?jǐn)?shù)字 字母字母 數(shù)字字母混合型數(shù)字字母混合型GISGIS中的代碼類型：中的代碼類型：分類碼分類碼( (主碼）主碼） 識別碼（子碼）識別碼（子碼）編碼方案：編碼方案：層次分類碼層次分類碼 多源分類碼多源分類碼（2 2）空間對象編碼）空間對象編碼國家基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)分類碼國家基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)分類碼 p63-64 !土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理 分類碼分類碼 分類碼分類碼是根據(jù)地理信息分類體系設(shè)計(jì)出的各專業(yè)信是根據(jù)地理信息分類體系設(shè)計(jì)出的各專業(yè)信息的分類代碼，用以標(biāo)識不同類別的數(shù)據(jù)，根據(jù)它可

13、息的分類代碼，用以標(biāo)識不同類別的數(shù)據(jù)，根據(jù)它可以從數(shù)據(jù)中查詢出所需類別的全部數(shù)據(jù)。分類碼一般以從數(shù)據(jù)中查詢出所需類別的全部數(shù)據(jù)。分類碼一般由數(shù)字或字符或數(shù)字字符混合構(gòu)成。由數(shù)字或字符或數(shù)字字符混合構(gòu)成。土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理 右圖是上海市地理信右圖是上海市地理信息系統(tǒng)的分類碼示例。息系統(tǒng)的分類碼示例。其中，第一位為庫碼，其中，第一位為庫碼，分別以分別以ABCD表示表示1:5001:500、1:20001:2000、1:100001:10000、1:500001:50000等不等不同的庫要素。第二和第同的庫要素。第二和第三位為特征碼

14、，按數(shù)據(jù)三位為特征碼，按數(shù)據(jù)規(guī)范中定義的基礎(chǔ)特征規(guī)范中定義的基礎(chǔ)特征按順序進(jìn)行。第四和第按順序進(jìn)行。第四和第五位為類型碼，以基礎(chǔ)五位為類型碼，以基礎(chǔ)特征中的屬性域的類型特征中的屬性域的類型進(jìn)行定義。進(jìn)行定義。土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理 標(biāo)識碼標(biāo)識碼 標(biāo)識碼標(biāo)識碼間接利用信息分類的結(jié)果，在分類的基礎(chǔ)上，間接利用信息分類的結(jié)果，在分類的基礎(chǔ)上，對某一類數(shù)據(jù)中各個實(shí)體進(jìn)行標(biāo)識，以便能按實(shí)體進(jìn)對某一類數(shù)據(jù)中各個實(shí)體進(jìn)行標(biāo)識，以便能按實(shí)體進(jìn)行存儲和逐個進(jìn)行查詢檢索。行存儲和逐個進(jìn)行查詢檢索。 標(biāo)識碼通常由標(biāo)識碼通常由定位分區(qū)和各要素實(shí)體代碼定位

15、分區(qū)和各要素實(shí)體代碼兩個兩個碼段構(gòu)成。碼段構(gòu)成。土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理拓?fù)鋵傩?A. 拓?fù)潢P(guān)系/拓?fù)鋵傩?p45-4 7一個點(diǎn)在一個弧段的端點(diǎn)一個點(diǎn)在一個弧段的端點(diǎn) 一個弧段是一個簡單弧段（弧段自身不一個弧段是一個簡單弧段（弧段自身不相交）相交） 一個點(diǎn)在一個區(qū)域的邊界上一個點(diǎn)在一個區(qū)域的邊界上 一個點(diǎn)在一個區(qū)域的內(nèi)部一個點(diǎn)在一個區(qū)域的內(nèi)部 描述空間實(shí)體對象之間相互作用的關(guān)系（描述空間實(shí)體對象之間相互作用的關(guān)系（Topological Relat

16、ion）。）。 2. 空間關(guān)系空間關(guān)系土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理非拓?fù)鋵傩?兩點(diǎn)之間的距離兩點(diǎn)之間的距離一個點(diǎn)指向另一個點(diǎn)的方向一個點(diǎn)指向另一個點(diǎn)的方向 弧段的長度弧段的長度一個區(qū)域的周長一個區(qū)域的周長 一個區(qū)域的面積一個區(qū)域的面積 土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理（1）拓?fù)溧徑油負(fù)溧徑?指存在于空間圖形的同類元素 之間的拓?fù)潢P(guān)系。例如結(jié)點(diǎn)鄰接關(guān)系N1/N4, N1/N2,；多邊形鄰接關(guān)系P1/ P3, P2/ P3, ?？臻g數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系土土 地地 信信 息息

17、系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理 指存在于空間圖形的不同元素之間的拓?fù)潢P(guān)系，例如結(jié)點(diǎn)與弧段的關(guān)聯(lián)關(guān)系N1/C1、C3、C6；N2/ C1、C2、C5, ；多邊形與弧段的關(guān)聯(lián)關(guān)系P1/C1、C5、C6； P2/C2、C4、C5、C7， 。（2）拓?fù)潢P(guān)聯(lián)拓?fù)潢P(guān)聯(lián)土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理非島非島島 指存在于空間圖形的同類，但不同級的元素之間的拓?fù)潢P(guān)系。包含關(guān)系分簡單包含、多層包含和等價(jià)包含三種形式（3）拓?fù)浒負(fù)浒镣?地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理拓?fù)浒?/p>

18、含關(guān)系的幾種形式 設(shè)ID表示當(dāng)前多邊形，IW表示等價(jià)包含，IP表示ID為島（IP0）或非島（IP =0 ），則包含關(guān)系的形式如圖所示。土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理n空間圖形中弧段之間的拓?fù)潢P(guān)系。例如C1與C2、和C3連通。（4）拓?fù)溥B通拓?fù)溥B通土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理 如果要將結(jié)點(diǎn)、弧段和多邊形之間的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)表達(dá)出來，可以形成四個關(guān)系表，如表2-1、表2-2、表2-3和表2-4所示。土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理土土 地

19、地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理n除了在邏輯上定義結(jié)點(diǎn)、弧段和多邊形來描述圖形要素的拓?fù)潢P(guān)系外，不同類型的空間實(shí)體間也存在著拓?fù)潢P(guān)系。分析點(diǎn)、線、面三種類型的空間實(shí)體，它們兩兩之間存在著分離、相鄰、重合、包含或覆蓋、相交5種可能的關(guān)系 。土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理鄰接相交重合相離包含點(diǎn)點(diǎn)點(diǎn)線點(diǎn)面線面面面線線土土 地地 信

20、信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理空間拓?fù)潢P(guān)系的意義空間拓?fù)潢P(guān)系的意義 (1) 根據(jù)拓?fù)潢P(guān)系，不需要利用坐標(biāo)或距離，可以確定一種地理實(shí)體相對于另一種地理實(shí)體的空間位置關(guān)系。(2) 利用拓?fù)鋽?shù)據(jù)有利于空間要素的查詢。(3) 可以利用拓?fù)鋽?shù)據(jù)作為工具，重建地理實(shí)體。土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理n順序空間關(guān)系是基于空間實(shí)體在地理空間的分布，采用上順序空間關(guān)系是基于空間實(shí)體在地理空間的分布，采用上下、左右、前后、東南西北等方向性名詞來描述。也可以下、左右、前后、東南西北等方向性名詞來描述。也可以按點(diǎn)點(diǎn)、點(diǎn)線

21、、點(diǎn)面、線線、線面和面面等按點(diǎn)點(diǎn)、點(diǎn)線、點(diǎn)面、線線、線面和面面等多種組合來考察不同類型空間實(shí)體間的順序關(guān)系多種組合來考察不同類型空間實(shí)體間的順序關(guān)系 ；n由于順序空間關(guān)系必須是在對空間實(shí)體間方位進(jìn)行計(jì)算后由于順序空間關(guān)系必須是在對空間實(shí)體間方位進(jìn)行計(jì)算后才能得出相應(yīng)的方位描述，而這種計(jì)算非常復(fù)雜。實(shí)體間才能得出相應(yīng)的方位描述，而這種計(jì)算非常復(fù)雜。實(shí)體間的順序空間關(guān)系的構(gòu)建目前尚沒有很好的解決方法，另外的順序空間關(guān)系的構(gòu)建目前尚沒有很好的解決方法，另外隨著空間數(shù)據(jù)的投影、幾何變換，順序空間關(guān)系也會發(fā)生隨著空間數(shù)據(jù)的投影、幾何變換，順序空間關(guān)系也會發(fā)生變化，所以在變化，所以在現(xiàn)在的現(xiàn)在的GISGI

22、S中，并不對順序空間關(guān)系進(jìn)行描中，并不對順序空間關(guān)系進(jìn)行描述和表達(dá)述和表達(dá)。B. 空間順序關(guān)系土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理n度量空間關(guān)系主要指空間實(shí)體間的距離關(guān)系。度量空間關(guān)系主要指空間實(shí)體間的距離關(guān)系。n與順序空間關(guān)系類似，距離值隨投影和幾何變換而變化。與順序空間關(guān)系類似，距離值隨投影和幾何變換而變化。建立點(diǎn)點(diǎn)的度量關(guān)系容易、點(diǎn)線和點(diǎn)面的度量關(guān)系建立點(diǎn)點(diǎn)的度量關(guān)系容易、點(diǎn)線和點(diǎn)面的度量關(guān)系較難，而線線、線面和面面的度量關(guān)系更為困難，較難，而線線、線面和面面的度量關(guān)系更為困難，涉及大量的判斷和計(jì)算。在涉及大量的判斷和計(jì)算。在GISGIS

23、中，一般也不明確描述度中，一般也不明確描述度量空間關(guān)系。量空間關(guān)系。C.空間度量關(guān)系土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理空間實(shí)體認(rèn)知與抽象的層次空間實(shí)體認(rèn)知與抽象的層次3.2 空間實(shí)體模型空間實(shí)體模型土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理n地理空間中地理事物與現(xiàn)象的抽象概念集，是地理數(shù)據(jù)的語義解釋，抽象的最高層；n考慮用戶需求的共性，用統(tǒng)一的語言描述和綜合、集成各用戶視圖；n模型構(gòu)造的基本原則是：語義表達(dá)能力強(qiáng)；作為用戶與GIS軟件之間交流的形式化語言，應(yīng)易于用戶理解（如ER模型）；獨(dú)立于具體計(jì)算

24、機(jī)實(shí)現(xiàn)；盡量與系統(tǒng)的邏輯模型保持同一的表達(dá)形式，不需要任何轉(zhuǎn)換，或者容易向邏輯數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換；n概念模型只能體現(xiàn)地理空間的某一方面。根據(jù)GIS數(shù)據(jù)組織和處理方式，大體上分為三類，即對象模型(離散對象)、網(wǎng)絡(luò)模型（道路、輸水等網(wǎng)絡(luò)）和場模型（連續(xù)對象）。 1. 1. 概念數(shù)據(jù)模型概念數(shù)據(jù)模型土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理nGIS描述概念數(shù)據(jù)模型中實(shí)體及其關(guān)系的邏輯結(jié)構(gòu)，概念模型向物理模型轉(zhuǎn)換的橋梁，系統(tǒng)抽象的中間層 ；n模型的建立既要考慮用戶易理解，又要考慮易于物理實(shí)現(xiàn)，易于轉(zhuǎn)換成物理數(shù)據(jù)模型；n通常所稱的空間數(shù)據(jù)模型其實(shí)是空間數(shù)據(jù)的邏輯模型

25、（矢量數(shù)據(jù)模型、柵格數(shù)據(jù)模型、矢量-柵格一體化模型，面向?qū)ο竽Ｐ停?；n空間數(shù)據(jù)概念模型與邏輯模型不是一一對應(yīng)的，而是存在著一定的交叉關(guān)系。 2. 2. 邏輯數(shù)據(jù)模型邏輯數(shù)據(jù)模型3. 3. 物理數(shù)據(jù)模型物理數(shù)據(jù)模型n概念數(shù)據(jù)模型在計(jì)算機(jī)內(nèi)部具體的存儲形式和操作機(jī)制，即在物理磁盤上如何存放和存取，是系統(tǒng)抽象的最底層。土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理u 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)即數(shù)據(jù)的組織形式，是指適合于計(jì)算機(jī)存儲、管理、處理的空間數(shù)據(jù)邏輯模型表達(dá)。u是邏輯數(shù)據(jù)模型映射為物理數(shù)據(jù)模型的橋梁。u 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對地理信息系統(tǒng)中數(shù)據(jù)存儲、查詢檢索和應(yīng)用分析等操作處

26、理的效率有著至關(guān)重要的影響。 u 同一空間數(shù)據(jù)邏輯模型往往采用多種空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，例如游程長度編碼結(jié)構(gòu)、四叉樹結(jié)構(gòu)都是柵格數(shù)據(jù)模型的具體實(shí)現(xiàn)。 4. 4. 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：對矢量數(shù)據(jù)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)的組織。它通過記錄坐標(biāo)值及其關(guān)系來精確表示點(diǎn)、線、面等地理實(shí)體的。矢量數(shù)據(jù)模型 3.3 矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) p48-52矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)按其是矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)按其是否明確表示地理實(shí)體間否明確表示地理實(shí)體間的空間關(guān)系分為的空間關(guān)系分為實(shí)體數(shù)實(shí)體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)據(jù)結(jié)構(gòu)和和拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)兩大

27、類。兩大類。土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理 實(shí)體型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中空間數(shù)據(jù)按照基本的空間對象(點(diǎn)、線或多邊形）為單元進(jìn)行單獨(dú)組織，不含拓?fù)潢P(guān)系的信息，最典型的是所謂面條(Spaghetti）結(jié)構(gòu)。如ArcView GIS的Shape 文件和MapInfo的Tab文件。3.3.1 3.3.1 實(shí)體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理Spaghetti數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中構(gòu)成多邊形邊界的各個線段，以多邊形多邊形為單元進(jìn)行組織。邊界坐標(biāo)數(shù)據(jù)和多邊形單元實(shí)體一一對應(yīng)，各個多邊形邊界點(diǎn)都單獨(dú)編碼

28、并記錄坐標(biāo)。 土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理 Spaghetti數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)具有編碼容易、數(shù)字化操作簡單和數(shù)據(jù)編排直觀等優(yōu)點(diǎn)；但有以下缺點(diǎn)： 相鄰多邊形的公共邊界要數(shù)字化兩遍，造成數(shù)據(jù)冗余存儲，可能導(dǎo)致輸出的公共邊界出現(xiàn)間隙或重疊； 缺少多邊形的鄰域信息和圖形的拓?fù)潢P(guān)系； 島只作為一個單個圖形，沒有建立與外界多邊形的聯(lián)系。土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理3.3.2 3.3.2 拓?fù)湫褪噶繑?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)拓?fù)湫褪噶繑?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)沒有固定的格式，還沒有形成標(biāo)準(zhǔn)，但基本原理相同的。共同的特點(diǎn)是：點(diǎn)

29、是相互獨(dú)立的，點(diǎn)連成線，線構(gòu)成面。每條線始于起始結(jié)點(diǎn)，止于終止結(jié)點(diǎn)，并與左右多邊形相鄰接。拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括： 索引式、雙重獨(dú)立編碼結(jié)構(gòu)(DIME)、鏈狀雙重獨(dú)立編碼結(jié)構(gòu)。土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理1. 1. 索引式結(jié)構(gòu)索引式結(jié)構(gòu) 可以解決數(shù)據(jù)冗余，但不利于鄰域函數(shù)運(yùn)算、消除無用邊、處理島狀信息、檢查拓?fù)潢P(guān)系，編碼表以人工方式建立，工作量大且容易出錯。 土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理2. 2. 雙重獨(dú)立編碼結(jié)構(gòu)雙重獨(dú)立編碼結(jié)構(gòu)除線段拓?fù)潢P(guān)系文件外，還需要點(diǎn)文件和面文件 (略）。 D

30、IME適用于城市地理信息系統(tǒng)，尤其是城市地籍宗地管理。土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理n鏈狀雙重獨(dú)立式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是DIME數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的一種改進(jìn)。在DIME中，一條邊只能用直線兩端點(diǎn)的序號及相鄰的多邊形來表示，而在鏈狀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，將若干直線段合為一個弧段（或鏈段），每個弧段可以有許多中間點(diǎn)。n在鏈狀雙重獨(dú)立數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，主要有四個文件：多邊形文件、弧段文件、弧段點(diǎn)文件、點(diǎn)坐標(biāo)文件。n ARCGIS產(chǎn)品中的COVERAGE數(shù)據(jù)模型就是采用鏈狀雙重獨(dú)立編碼數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的。3. 3. 鏈狀雙重獨(dú)立編碼結(jié)構(gòu)鏈狀雙重獨(dú)立編碼結(jié)構(gòu)土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)

31、四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理 (1)(1)描述點(diǎn)、線、面的空間關(guān)系不完全依描述點(diǎn)、線、面的空間關(guān)系不完全依賴于具體坐標(biāo)位置。賴于具體坐標(biāo)位置。(2)(2)用拓?fù)浔硭磉_(dá)的空間關(guān)系信息豐富、用拓?fù)浔硭磉_(dá)的空間關(guān)系信息豐富、簡潔。簡潔。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn) (3)(3)便于作多邊形和多邊形的疊合。便于作多邊形和多邊形的疊合。 (4) (4)便于檢查數(shù)據(jù)輸入過程中的錯誤。便于檢查數(shù)據(jù)輸入過程中的錯誤。土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理A.A.拓?fù)潢P(guān)系的建立比較復(fù)雜。拓?fù)潢P(guān)系的建立比較復(fù)雜。B.B.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)本身比較復(fù)

32、雜。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)本身比較復(fù)雜。 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理3.4 柵格 (Raster)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) p52-58柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是以規(guī)則的像元陣列來表示空間地物或現(xiàn)象的分布的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。其陣列中的每個數(shù)值表示地物或現(xiàn)象的屬性特征。3.4.1 3.4.1 概述概述柵格數(shù)據(jù)模型柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示的地表是不連續(xù)的，是量化和近似的離散數(shù)據(jù)。土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理點(diǎn)點(diǎn)線線面面對于柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對于柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)點(diǎn)點(diǎn)：為一個像元：為一個像元線線：在一定方向：在一定方向上連接

33、成串的相鄰上連接成串的相鄰像元集合。像元集合。面面：聚集在一起：聚集在一起的相鄰像元集合。的相鄰像元集合。土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理1. 柵格坐標(biāo)系的確定柵格坐標(biāo)系的確定 坐標(biāo)系的確定實(shí)質(zhì)是坐標(biāo)系原點(diǎn)和坐標(biāo)軸的確定。柵格系統(tǒng)的起始坐標(biāo)應(yīng)與國家基本比例尺地形圖公里網(wǎng)的交點(diǎn)相一致，并分別采用公里網(wǎng)的縱橫坐標(biāo)軸作為柵格系統(tǒng)的坐標(biāo)軸。 3.4.2 3.4.2 柵格單元的確定柵格單元的確定3. 柵格單元的柵格單元的形狀形狀柵格單位形狀可以是正方形、三角形、六角形劃分和長方形，但一般是正方形。土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境

34、學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理網(wǎng)格的基本單元通常是固定大小的正方形空間事物就按其在網(wǎng)格中什么行、什么列、取什么值來表示。基本單元的大小代表了柵格型地圖(空間)數(shù)據(jù)庫的分辨率。3. 柵格單元的尺寸柵格單元的尺寸 柵格單元的尺寸確定的原則是應(yīng)能有效地逼近空間對象的分布特征，又減少數(shù)據(jù)的冗余度。土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理圖2-4-5 柵格數(shù)據(jù)逼近的土地利用圖土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理4. 柵格數(shù)據(jù)單元值的選取柵格數(shù)據(jù)單元值的選取CAB百分比法面積占優(yōu)重要性中心點(diǎn)法A連續(xù)分布地理要

35、素C具有特殊意義的較小地物A分類較細(xì)、地物斑塊較小AB土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理n逐行逐個記錄柵格單元的值?？梢悦啃卸紡淖蟮接遥部善鏀?shù)行從左到右而偶數(shù)行從右到左。n柵格矩陣結(jié)構(gòu)最簡單最直接的一種柵格編碼方法,不采用任何壓縮數(shù)據(jù)的處理，是最直觀最基本的柵格數(shù)據(jù)組織方式。n數(shù)據(jù)組織方式有三種：基于象元、基于層和基于面域。 n存在分辨率增加，存存儲數(shù)據(jù)量急劇增大。3.4.3 3.4.3 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型1. 柵格矩陣結(jié)構(gòu)柵格矩陣結(jié)構(gòu) p54土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原

36、理土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理 從直觀的角度，可以看出隨著基本單元的縮小，像素分辨率的提高，取值相同的單元就明顯地成團(tuán)成簇地分布在網(wǎng)格中如圖所示：土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理如果地物在空間上分布的均質(zhì)性較好，即當(dāng)基本單元縮小時，一個多邊形僅在邊界上變得更加精確，內(nèi)部不出現(xiàn)其他點(diǎn)、線、面，那么就可利用單元取值成團(tuán)成簇的特點(diǎn)來減少數(shù)據(jù)的儲存量，即所謂數(shù)據(jù)壓縮方法，以緩和儲存量和分辨率之間的矛盾。土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理游程

37、長度編碼/行程編碼法四分樹結(jié)構(gòu)法2.2.壓縮柵格數(shù)據(jù)編碼壓縮柵格數(shù)據(jù)編碼土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理(1)游程長度編碼點(diǎn)號行號列號點(diǎn)號行號列號土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理 也稱四叉樹。先把地圖看成是一個正方形的單元如圖所示（這是個簡單的例子，在實(shí)際使用中，一幅地圖上總有很多多邊形 ）(2) (2) 四分樹法四分樹法土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理如果該單元內(nèi)有不同性質(zhì)的多邊形，則將單元分成四個大小相同的二級單元，然后再分別判斷

38、這四個二級單元中是否還有不同性質(zhì)的多邊形若其中某個二級單元中有不同性質(zhì)的多邊形，若其中某個二級單元中有不同性質(zhì)的多邊形，則則再再劃分成四個大小相同的三級單元劃分成四個大小相同的三級單元 這種逐級一分為四的方法，一直分到預(yù)定這種逐級一分為四的方法，一直分到預(yù)定的最高分辨率為止。的最高分辨率為止。土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理n四叉數(shù)的建立方式：四叉數(shù)的建立方式： 自上而下

39、式的運(yùn)算量大，速度慢； 自下而上式的重復(fù)計(jì)算少，運(yùn)算速度較快。n四叉數(shù)的存儲方法：四叉數(shù)的存儲方法： 常規(guī)四叉數(shù)記錄葉節(jié)點(diǎn)與中間節(jié)點(diǎn)。需六個變量表達(dá)，存儲四個葉結(jié)點(diǎn)指針，一個父結(jié)點(diǎn)指針和一個結(jié)點(diǎn)的屬性或灰度值。主要在數(shù)據(jù)索引和圖幅索引等方面應(yīng)用。 線性四叉數(shù)僅記錄最后葉節(jié)點(diǎn)信息，包括葉結(jié)點(diǎn)的位置、深度和本結(jié)點(diǎn)的屬性或灰度值。所謂深度是指處于四叉樹的第幾層上，由深度可推知子區(qū)的大小。土土 地地 信信 息息 系系 統(tǒng)統(tǒng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地 理 信 息 系 統(tǒng) 原理矢量模型矢量模型（位置明顯，屬性隱含）（位置明顯，屬性隱含）柵格模型柵格模型（位置隱含，屬性明顯）（位置隱含，屬性明顯）優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)1數(shù)據(jù)存儲量小數(shù)據(jù)存儲量小1數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單2空間位置精度高空間位置精度高2多種地圖疊合分析方便多種地圖疊合分析方便3空間關(guān)系描述方便空間