地理信息系統(tǒng)第二章

1、地理信息系統(tǒng)第二章第1頁，共48頁，2022年，5月20日，11點10分，星期二第二章 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，2022年，5月20日，11點10分，星期二第一節(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，設(shè)在我國中部陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)，簡稱西安原點。現(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

2、48頁，2022年，5月20日，11點10分，星期二第一節(jié) 地理空間及其表達(dá) 地圖投影：將橢球面上各點的大地坐標(biāo)，按照一定的數(shù)學(xué)法則，變換為平面上相應(yīng)點的平面直角坐標(biāo)。 地理信息系統(tǒng)中特征實體的位置，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，2022年，5月20日，11點10分，星期二第一節(jié) 地理空間及其表達(dá)二、空間實體的表達(dá)現(xiàn)實世界地理世界計算機世界 世界萬象點、線、面bit 地理抽象模型抽象指：如何表達(dá)復(fù)雜的地理空間中實體的特征，以便計算機管理。第5頁，共48頁，2022年，5月20日，11點10分，星期二第一節(jié) 地理空間及其表達(dá) 對現(xiàn)實世界

3、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，2022年，5月20日，11點10分，星期二第二節(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，2022年，5月20日，11點10分，星期二第二節(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)

4、據(jù)和時間數(shù)據(jù)空間對象的三大基本特征：空間、屬性和時間特征時間特征是指空間對象隨著時間演變而引起的空間和屬性特征的變化。第8頁，共48頁，2022年，5月20日，11點10分，星期二第二節(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，2022年，5月20日，11點10分，星期二第二節(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、多層包含和等價包含。第10頁，共

5、48頁，2022年，5月20日，11點10分，星期二第二節(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，2022年，5月20日，11點10分，星期二第三節(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平面坐標(biāo)（x，y）的有序集合。第12頁，共48頁，2022年，5月20日，11點10分，星期二第三節(jié) 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型矢量表示第13頁，共48頁，20

6、22年，5月20日，11點10分，星期二第三節(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)表是與每一個基本的空間對象（點、線或多邊形）相聯(lián)系的。 I D# xyA1Am1x1 y1a11.a1m.nxnynan1.anm點表x, y : 位置坐標(biāo)；A1Am:專題屬性；第14頁，共48頁，2022年，5月20日，11點10分，星期二第三節(jié) 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型線表： 1 4 2 7 (第一線段頭文件） x1 y1 x2 y2 （第一線段中間點坐標(biāo)） x3 y3 x4 y4 2 2 4 7 (第二線段頭文件） x1 y1 x2 y2 （第二線段中間點坐標(biāo)） 3 15 2 8 （第三線段頭文件） . .

7、第15頁，共48頁，2022年，5月20日，11點10分，星期二第三節(jié) 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型多邊形表 1 4 58 7 (第一多邊形頭文件） x1 y1 x2 y2 （第一多邊形中間點坐標(biāo)） x3 y3 x4 y4 2 3 12 7 (第二多邊形頭文件） x1 y1 x2 y2 （第二多邊形中間點坐標(biāo)） x3 y3 3 30 26 8 （第三多邊形頭文件） . . (x1，y1) =(x4,y4)；(x1，y1)=(x3,y3)；第16頁，共48頁，2022年，5月20日，11點10分，星期二第三節(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：空間的一個坐標(biāo)點線：多個點組成的矢量弧段，有方向環(huán)：一條

8、或多條鏈組成一個環(huán)面：由一個外環(huán)和零個或多個內(nèi)環(huán)組成的多邊形點相互獨立；點連成線；線構(gòu)成面中間點：構(gòu)成弧段的點結(jié)點：兩條以上的弧段相交的點弧段：兩個結(jié)點之間的曲線段島：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，2022年，5月20日，11點10分，星期二第三節(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，2022年，5月20日，11點10分，星期二第三節(jié) 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型弧段號起結(jié)點終結(jié)點左多邊形右多邊形C1N1N2P2P1C2N3N

9、2P1P4C3N1N3P1C4N1N4P2C5N2N5P2P4C6N4N5P3P2C7N5N6P3P4C8N4N6P3C9N7N7P4P5C10N3N6P4第19頁，共48頁，2022年，5月20日，11點10分，星期二第三節(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)則分布的點可以連接成三角形網(wǎng)，三角形的頂點就是原先的不規(guī)則點。第20頁，共48頁，2022年，5月20日，11點10分，星期二曲面數(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，2022年，5月20

10、日，11點10分，星期二第三節(jié) 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型結(jié)點XY1x1y12x2y23x3y34x4y45x5y56x6y6三角形結(jié)點相鄰三角形P12,1,60, P2, P5P26,1,5P1 ,0, P3P36,5,4P2,0, P4P43,6,4P5, P3,0,P52,6,30, P1, P4結(jié)點坐標(biāo)三角形拓樸：第22頁，共48頁，2022年，5月20日，11點10分，星期二第三節(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(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)

11、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，2022年，5月20日，11點10分，星期二第三節(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，2022年，5月20日，11點10分，星期二第三節(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)格中的行號和列號坐標(biāo)表示；物體的屬性用象元的取值表示；每個象元在一個網(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笛卡爾平面網(wǎng)格，每個笛卡爾平面網(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，2022年，5月20日，11點10分，星期二第三節(jié) 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型第26頁，共48頁，2022年，

12、5月20日，11點10分，星期二第三節(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：每個柵格單元的值以網(wǎng)格中心點對應(yīng)的面域?qū)傩灾祦泶_定。長度占優(yōu)法：每個柵格單元的值以網(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，2022年，5月20日，11點10分，星期二第三節(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

13、式，對矩陣的每個元素都需要進(jìn)行存儲。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，2022年，5月20日，11點10分，星期二第三節(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，第一個值表示柵格元素屬性值，第二個值表示游程的連續(xù)長度；在游程終止編碼中，第一個值表示柵格元素屬性值，第二個值表示游程終止點列號。第29頁，共48頁，2022年，5月20日，11點10分，星期二第三節(jié) 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型第30頁，共48頁，2022年，5月20日，11點10

14、分，星期二第三節(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，均作為最后的存儲單元。根結(jié)點代表整個區(qū)域，每個結(jié)點有4個子結(jié)點。第31頁，共48頁，2022年，5月20日，11點10分，星期二第三節(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，2022年，5月20日，11點10分，星期二第三節(jié) 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型第33頁，共48頁，2022年，5月20日，11點10分，星期二四叉樹編碼:線性四叉樹編碼: 存儲:地址,深度,結(jié)點值; 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

15、頁，共48頁，2022年，5月20日，11點10分，星期二 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型第35頁，共48頁，2022年，5月20日，11點10分，星期二常規(guī)四叉樹編碼: 存儲:每個結(jié)點的4個子結(jié)點指針,一個父結(jié)點指針,一個結(jié)點值;第36頁，共48頁，2022年，5月20日，11點10分，星期二鏈?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，2022年，5月20日，11點10分，星期二第三節(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)計第38頁，共48頁，2022年，5月20日，11點10分，星期二第三節(jié) 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型第39頁，共

16、48頁，2022年，5月20日，11點10分，星期二第三節(jié) 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型優(yōu)點缺點矢量數(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4

17、0頁，共48頁，2022年，5月20日，11點10分，星期二第四節(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，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，2022年，5月20日，11點10分，星期二第四節(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)Jack Dangermond等)第42頁，共48頁，2022年，5月20日，11點10分，星期二二、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

18、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)組織為不同的信息層(見下圖)。第四節(jié) 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的建立第43頁，共48頁，2022年，5月20日，11點10分，星期二國土基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)分類與代碼舉例：第44頁，共48頁，2022年，5月20日，11點10分，星期二第四節(jié) 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的建立矢量數(shù)據(jù)的輸入，是指將分類和編碼的空間對象圖形轉(zhuǎn)換為一系列x、y坐標(biāo)，然后按照確定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)加入到線段或標(biāo)示點的計算機數(shù)據(jù)文件中去；空間數(shù)據(jù)編輯的目的是為了消除數(shù)字化過程中引入的各類錯誤和對數(shù)據(jù)進(jìn)行拓?fù)潢P(guān)系檢查等而進(jìn)行的操作。三、矢量數(shù)據(jù)的輸入與編輯第45頁，共48頁，2022年，5月20日，11點10分，星期二第四節(jié) 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的建立 柵格數(shù)據(jù)編輯的目的同樣是為了消除數(shù)字化過程中引入的各類錯誤，根據(jù)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點，其編輯的內(nèi)容還包括數(shù)據(jù)壓縮和數(shù)