空間信息基礎(chǔ)二

空間信息基礎(chǔ)二第1頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)空間數(shù)據(jù)類型和關(guān)系1.空間數(shù)據(jù)的基本特征2.空間數(shù)據(jù)的類型3.空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系唐山師范學(xué)院資管系第2頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（1）地理信息系統(tǒng)是是指在計(jì)算機(jī)硬件、軟件系統(tǒng)支持下，對(duì)整個(gè)或部分地球表層（包括大氣層）空間中的有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、管理、運(yùn)算、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)。簡(jiǎn)而言之，地理信息系統(tǒng)是綜合處理和分析地理空間數(shù)據(jù)的一種技術(shù)系統(tǒng)。（2）空間數(shù)據(jù)是地理信息系統(tǒng)的操作對(duì)象。（3）空間數(shù)據(jù)的主要來源：地圖數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及各種文字報(bào)告

唐山師范學(xué)院資管系第3頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1.空間數(shù)據(jù)的基本特征唐山師范學(xué)院資管系第4頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一唐山師范學(xué)院資管系（1）空間特征表示現(xiàn)象（空間實(shí)體）的空間位置或現(xiàn)在所處的地理位置?？臻g特征又稱定位特征或幾何特征，一般用坐標(biāo)數(shù)據(jù)表示，例如笛卡爾坐標(biāo)系等等。（2）屬性特征表示現(xiàn)象（實(shí)體）的特征。例如變量、分類、數(shù)量特征和名稱等等。（3）時(shí)間特征描述現(xiàn)象或物體隨時(shí)間的變化。其變化的周期有超短周期的、短期的、中期的和長(zhǎng)期的。例如人口數(shù)的逐年變化目前的GIS還較少考慮到空間數(shù)據(jù)的時(shí)間特征，只考慮其屬性特征與空間特征的結(jié)合。第5頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一空間數(shù)據(jù)具有的其他特征（1）海量特征各種空間數(shù)據(jù)匯集，導(dǎo)致空間數(shù)據(jù)急劇膨脹，呈現(xiàn)海量的特征。（2）異質(zhì)數(shù)據(jù)各種數(shù)據(jù)呈現(xiàn)不同的類型，不同的來源，不同的表達(dá)方式（比例尺，坐標(biāo)系統(tǒng)等），年代等不一致。（3）多維數(shù)據(jù)不僅僅表現(xiàn)在數(shù)據(jù)的空間三維或時(shí)間維方面，也表現(xiàn)在其他方面，如不同的測(cè)量方法，遙感數(shù)據(jù)的不同波段等。（4）動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)不同時(shí)相的空間數(shù)據(jù)反映地理事物或現(xiàn)象的發(fā)展變化過程。唐山師范學(xué)院資管系第6頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一唐山師范學(xué)院資管系2.空間數(shù)據(jù)的類型（1）類型數(shù)據(jù)：例如居民點(diǎn)、交通線、土壤類型分布等；（2）面域數(shù)據(jù)：例如多邊形中心點(diǎn)、行政區(qū)域界限和行政單元等；（3）網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)：例如道路交叉點(diǎn)、街道和街區(qū)等；（4）樣本數(shù)據(jù)：例如氣象站、航線和野外樣方分布區(qū)等；（5）曲面數(shù)據(jù)：例如高程點(diǎn)、等高線和等值區(qū)域；（6）文本數(shù)據(jù)：例如地名、河流名和區(qū)域名稱；（7）符號(hào)數(shù)據(jù)：例如點(diǎn)狀符號(hào)、線狀符號(hào)和面狀符號(hào)等。根據(jù)劃分角度不同，可將空間數(shù)據(jù)劃分為不同的類型?？臻g數(shù)據(jù)從幾何上可以抽象為點(diǎn)、線、面數(shù)據(jù)，對(duì)于點(diǎn)、線、面數(shù)據(jù)，按其內(nèi)容又可分為七種類型，如下：第7頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一唐山師范學(xué)院資管系第8頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3.空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系（1）拓?fù)洌═opology）

“拓?fù)洹币辉~來源于希臘文，其原意是“形狀的研究”。（2）拓?fù)潢P(guān)系是一種對(duì)空間結(jié)構(gòu)關(guān)系進(jìn)行明確定義的數(shù)學(xué)方法。是指圖形在保持連續(xù)狀態(tài)下變形，但圖形關(guān)系不變的性質(zhì)（拓?fù)鋵傩裕?。?）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是明確定義空間結(jié)構(gòu)關(guān)系的一種數(shù)學(xué)方法。在GIS中，它不但用于空間數(shù)據(jù)的組織，而且在空間分析和應(yīng)用中都有非常重要的意義。唐山師范學(xué)院資管系第9頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一唐山師范學(xué)院資管系第10頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一拓?fù)潢P(guān)系的三個(gè)重要概念①連接性(Connectivity):弧段在結(jié)點(diǎn)處的相互聯(lián)接關(guān)系?；《闻c結(jié)點(diǎn)的拓?fù)潢P(guān)系（Arc－nodetopology）表現(xiàn)了連接性，也稱為連通性。每個(gè)弧段都有一個(gè)起始端點(diǎn)和一個(gè)終止端點(diǎn)，從起始端點(diǎn)到終止端點(diǎn)表示了弧段的方向，而所有弧段的端點(diǎn)序號(hào)則定義了弧段與節(jié)點(diǎn)的拓?fù)潢P(guān)系，計(jì)算機(jī)就是通過在端點(diǎn)序列中找到弧段之間的共同結(jié)點(diǎn)來判斷弧段與弧段之間是否存在連接性。（如圖）唐山師范學(xué)院資管系第11頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一②多邊形區(qū)域定義（Areadefinition）多個(gè)弧段首尾相連構(gòu)成了多邊形的內(nèi)部域。多邊形與弧段的拓?fù)潢P(guān)系（Polygon－arctopolopgy）表現(xiàn)了多邊形區(qū)域定義。在矢量模型中，多邊形區(qū)域是由一系列弧段序列組成的。（如圖）唐山師范學(xué)院資管系第12頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

③鄰接性（Contiguity）：通過定義弧段的左右邊及其方向性來判斷弧段左右多邊形的鄰接性?；《蔚淖笈c右的拓?fù)潢P(guān)系（Left-righttopology）表現(xiàn)了鄰接性。一個(gè)具有方向性的弧段有左邊和右邊之分。計(jì)算機(jī)正是根據(jù)弧段的左邊與右邊的關(guān)系來判斷位于該弧段兩邊的多邊形的鄰接性。（如圖）唐山師范學(xué)院資管系第13頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一е3N1е1е2е5е6е4е7P1P3P2P4N4N3N5N2唐山師范學(xué)院資管系第14頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一唐山師范學(xué)院資管系（4）拓?fù)洌═opology）關(guān)系的種類

在GIS中，為了真實(shí)地反映地理實(shí)體，不僅要包括實(shí)體的位置、形狀、大小和屬性、還必須反映實(shí)體之間的相互關(guān)系。

①鄰接關(guān)系：空間圖形中同類元素之間的拓?fù)潢P(guān)系。例如多邊形之間的鄰接關(guān)系，P2/P3，P1/P2，又如結(jié)點(diǎn)之間的鄰接關(guān)系A(chǔ)與D，C與D等。（如圖）

②關(guān)聯(lián)關(guān)系：空間圖形中不同元素之間的拓?fù)潢P(guān)系。例如結(jié)點(diǎn)與弧段的關(guān)聯(lián)關(guān)系A(chǔ)與e、a、c；多邊形與弧段的關(guān)聯(lián)關(guān)系P2與e、c、f。（如圖）③包含關(guān)系：空間圖形中同類但不同級(jí)元素之間的拓?fù)潢P(guān)系。例如多邊形P1中包含有多邊形P4。（如圖）第15頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一唐山師范學(xué)院資管系第16頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

上圖中結(jié)點(diǎn)、弧段、面相互之間所有的拓?fù)潢P(guān)系如表1-4

唐山師范學(xué)院資管系表1面域與弧段的拓?fù)潢P(guān)系面域 弧段

P1 a,b,c,-g P2 b,d,f P3 c,f,e P4 g 表2結(jié)點(diǎn)與弧段的拓?fù)潢P(guān)系結(jié)點(diǎn) 弧段

A a,c,e Ba,d,b C d,e,f D b,f,c E g 第17頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一唐山師范學(xué)院資管系表2-3弧段與結(jié)點(diǎn)的拓?fù)潢P(guān)系弧段 結(jié)點(diǎn) a A,B b B,D c D,A d B,C e C,A f C,D g E,E 表2-4弧段與面域的拓?fù)潢P(guān)系弧段 左鄰面 右鄰面 a P0P1b P2 P1c P3 P1d P0 P2e P0 P3f P3 P2g P1

第18頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（5）點(diǎn)、線、面空間數(shù)據(jù)的空間關(guān)系點(diǎn)—點(diǎn)關(guān)系（分離）點(diǎn)和點(diǎn)之間的關(guān)系主要有兩點(diǎn)（通過某條線）是否相連，兩點(diǎn)之間的距離是多少？如城市中某兩個(gè)點(diǎn)之間可否有通路，距離是多少？這是在實(shí)際生活中常見的點(diǎn)和點(diǎn)之間的空間關(guān)系問題。點(diǎn)—線關(guān)系（分離、重合）點(diǎn)和線的關(guān)系主要表現(xiàn)在點(diǎn)和線的關(guān)聯(lián)關(guān)系上。如點(diǎn)是否位于線上，點(diǎn)和線之間的距離等等。點(diǎn)—面關(guān)系（分離、包含、相鄰）點(diǎn)和面的關(guān)系主要表現(xiàn)在空間包含關(guān)系上。如某個(gè)村子是否位于某個(gè)縣內(nèi)？或某個(gè)縣共有多少個(gè)村子？線—線關(guān)系（分離、相鄰、相交）線和線是否鄰接、相交是線和線關(guān)系的主要表現(xiàn)形式。如河流和鐵路的相交，兩條公路是否通過某個(gè)點(diǎn)鄰接？線—面關(guān)系（分離、相鄰、重合、相交、包含）線和面的關(guān)系表現(xiàn)為線是否通過面或和面關(guān)聯(lián)或包含在面之內(nèi)？面—面關(guān)系（分離、相鄰、重合、覆蓋、包含、相交）面和面之間的關(guān)系主要表現(xiàn)為鄰接和包含的關(guān)系。唐山師范學(xué)院資管系第19頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（6）拓?fù)潢P(guān)系的重要意義①根據(jù)拓?fù)潢P(guān)系，不需要利用坐標(biāo)或距離，可以確定一種空間實(shí)體相對(duì)于另一種空間實(shí)體的位置關(guān)系。拓?fù)潢P(guān)系能清楚地反映實(shí)體之間的邏輯結(jié)構(gòu)關(guān)系，它比幾何數(shù)據(jù)有更大的穩(wěn)定性，不隨地圖投影而變化。②利用拓?fù)潢P(guān)系有利于空間要素的查詢，例如某條鐵路通過哪些地區(qū)，某縣與哪些縣鄰接。又如分析某河流能為哪些地區(qū)的居民提供水源，某湖泊周圍的土地類型及對(duì)生物棲息環(huán)境作出評(píng)價(jià)等。③可以根據(jù)拓?fù)潢P(guān)系重建地理實(shí)體。例如根據(jù)弧段構(gòu)建多邊形，實(shí)現(xiàn)道路的選取，進(jìn)行最佳路徑的選擇等。

唐山師范學(xué)院資管系第20頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)元數(shù)據(jù)1.元數(shù)據(jù)的概念2.空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)的概念和標(biāo)準(zhǔn)3.空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)應(yīng)用唐山師范學(xué)院資管系第21頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1.元數(shù)據(jù)的概念與分類

⑴定義

“meta”是一希臘語(yǔ)詞根，意思是“改變”，“Metadata”一詞的原意是關(guān)于數(shù)據(jù)變化的描述。科學(xué)界至今沒有確切的定義.

一般都認(rèn)為元數(shù)據(jù)就是“關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)”。

唐山師范學(xué)院資管系第22頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（2）元數(shù)據(jù)的主要作用

①幫助數(shù)據(jù)生產(chǎn)單位有效地管理和維護(hù)空間數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)文檔②提供有關(guān)數(shù)據(jù)生產(chǎn)單位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分類、數(shù)據(jù)內(nèi)容、數(shù)據(jù)質(zhì)量、數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)(clearinghouse)及數(shù)據(jù)銷售等方面的信息，便于用戶查詢檢索地理空間數(shù)據(jù)③提供通過網(wǎng)絡(luò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢檢索的方法或途徑，以及與數(shù)據(jù)交換和傳輸有關(guān)的輔助信息幫助用戶了解數(shù)據(jù)，以便就數(shù)據(jù)是否能滿足其需求作出正確的判斷④提供有關(guān)信息，以便用戶處理和轉(zhuǎn)換有用的數(shù)據(jù)。

唐山師范學(xué)院資管系第23頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（3）元數(shù)據(jù)的內(nèi)容

對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的描述；對(duì)數(shù)據(jù)集中各數(shù)據(jù)項(xiàng)、數(shù)據(jù)來源、數(shù)據(jù)所有者及數(shù)據(jù)生產(chǎn)歷史等的說明；對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量的描述，如數(shù)據(jù)精度、數(shù)據(jù)的邏輯一致性、數(shù)據(jù)完整性、分辨率、源數(shù)據(jù)的比例尺等；對(duì)數(shù)據(jù)處理信息的說明，如量綱的轉(zhuǎn)換等；對(duì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法的描述；對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的更新、集成方法等的說明。唐山師范學(xué)院資管系第24頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（4）元數(shù)據(jù)的性質(zhì)元數(shù)據(jù)是關(guān)于數(shù)據(jù)的描述性數(shù)據(jù)信息，它應(yīng)盡可能多地反映數(shù)據(jù)集自身的特征規(guī)律，以便于用戶對(duì)數(shù)據(jù)集的準(zhǔn)確、高效與充分的開發(fā)與利用。不同領(lǐng)域的數(shù)據(jù)庫(kù)，其元數(shù)據(jù)的內(nèi)容會(huì)有很大差異。

唐山師范學(xué)院資管系第25頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1.空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)的概念和標(biāo)準(zhǔn)⑴定義空間數(shù)據(jù)(Geospatialdata)用于確定具有自然特征或者人工建筑特征的地理實(shí)體的地理位置、屬性及其邊界的信息空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)指對(duì)于空間數(shù)據(jù)的描述或說明，主要包括（見書27頁(yè)）唐山師范學(xué)院資管系第26頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（2）空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)

元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)名稱建立標(biāo)準(zhǔn)的組織CSDGM地球空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)FGDC，美國(guó)聯(lián)邦空間數(shù)據(jù)委員會(huì)GDDD數(shù)據(jù)集描述方法MEGRIN，歐洲地圖事務(wù)組織CGSB空間數(shù)據(jù)集描述CSC，加拿大標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)CEN地學(xué)信息一數(shù)據(jù)描述一元數(shù)據(jù)CEN／TC287DIF目錄交換格式NASAISO地理信息ISO／TC211唐山師范學(xué)院資管系第27頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3.空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)應(yīng)用（1）GIS中使用元數(shù)據(jù)的原因完整性(Completeness)