第二講空間特性

第二講空間特性第1頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期一一、空間實(shí)體及其描述

一、空間實(shí)體目標(biāo)：實(shí)體的物理表示實(shí)體類型：點(diǎn)、線、面、體等。實(shí)體屬性：對(duì)實(shí)體特征的描述，屬性有屬性值的概念并有等級(jí)之分。實(shí)體要素：實(shí)體是點(diǎn)、線、面、體多種要素的復(fù)雜組合。第2頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期一空間實(shí)體及其描述二、空間實(shí)體的描述對(duì)空間實(shí)體的描述有5種內(nèi)容：即識(shí)別碼、位置、實(shí)體特征、實(shí)體的角色、行為或功能以及實(shí)體的空間特性。第3頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期一識(shí)別碼：用于區(qū)別同類而又不同的實(shí)體。位置：可用坐標(biāo)描述也可用其它形式?？臻g特征：也是位置信息的一種，如維數(shù)、類型及實(shí)體的組合等。實(shí)體的行為和功能：是指在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中不僅要重視實(shí)體的靜態(tài)描述，還要收集那些動(dòng)態(tài)的變化，如島嶼的侵蝕、水體污染的擴(kuò)散、建筑的變形等。實(shí)體的衍生信息：如一個(gè)實(shí)體有許多個(gè)名稱。續(xù)----第4頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期一信息分類實(shí)例第5頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期一空間實(shí)體及其描述三、空間實(shí)體的空間特征實(shí)體根據(jù)空間特性可以進(jìn)行分類，所以實(shí)體常常被認(rèn)為由一些基本的空間單元（指那些基本的、實(shí)際的、不可再分的元素）來(lái)組合并生成的編碼數(shù)可用空間維數(shù)、類型。組合方式說(shuō)明空間實(shí)體的空間特征（見(jiàn)下圖）第6頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期一空間單元的類型第7頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期一空間實(shí)體的空間特征可有零維、一維、二維、三維之分。實(shí)體的二維和三維情況表示如下圖：第8頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期一點(diǎn)狀實(shí)體有如下幾種類型：Point：有特定位置，維數(shù)為0的物體；■實(shí)體點(diǎn)Entitypoint：用來(lái)代表一個(gè)實(shí)體；注記點(diǎn)Textpoint：用于定位注記；□內(nèi)點(diǎn)Testpoint：用于負(fù)載多邊形的屬性，存在于多邊形內(nèi)；●結(jié)點(diǎn)Node：表示線的終點(diǎn)和起點(diǎn)；○角點(diǎn)Vertex：表示線段和弧段的內(nèi)部點(diǎn)。實(shí)體的類型（1）第9頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期一線狀實(shí)體由一列有序坐標(biāo)表示如下特性：實(shí)體長(zhǎng)度：從起點(diǎn)到終點(diǎn)的總長(zhǎng)；彎曲度：用于表示像道路拐彎時(shí)彎曲的程度；方向性：長(zhǎng)流方向是從上游到下游，公路則有單向與雙向之分。線狀實(shí)體包括線段、邊界、鏈、弧段、網(wǎng)絡(luò)等，如下圖所示：實(shí)體的類型（2）第10頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期一線狀實(shí)體類型第11頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期一面狀實(shí)體面狀實(shí)體也稱為多邊形，是對(duì)湖泊、島嶼、地塊等一類現(xiàn)象的描述。在數(shù)據(jù)庫(kù)中由一封閉曲線加內(nèi)點(diǎn)來(lái)表示。面狀實(shí)體有如下空間特性：面積范圍；周長(zhǎng)；獨(dú)立性或與其它的地物相鄰，如中國(guó)及其周邊國(guó)家；內(nèi)島或鋸齒狀外形；重疊性與非重疊性；

如下圖所示：實(shí)體的類型（3）第12頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期一面狀實(shí)體類型第13頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期一立體狀實(shí)體立體狀實(shí)體用于描述三維空間中的現(xiàn)象與物體，它具有長(zhǎng)度、寬度及高度等屬性。體積，如工程開(kāi)掘和填充的土方量；每個(gè)二維平面的面積；周長(zhǎng)內(nèi)島或鋸齒狀外形；含有孤立塊或相鄰塊；●斷面圖與剖面圖。實(shí)體的類型（4）第14頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期一實(shí)體類型組合

現(xiàn)實(shí)世界的各種現(xiàn)象比較復(fù)群眾觀點(diǎn)，往往由不同的空間單元組合而成，例如：1）根據(jù)某些空間單元，可以將空間問(wèn)題表達(dá)出來(lái)一個(gè)特殊任務(wù)有時(shí)需要幾種空間單元來(lái)描述；2）復(fù)雜實(shí)體有可能由不同維數(shù)和類型的空間單元組合而成；3）某一類型的空間單元組合形成一個(gè)新的類型或一個(gè)復(fù)合實(shí)例；4）某一類型的空間實(shí)體或以轉(zhuǎn)換為另一類型；5）某些空間實(shí)體具有二重性，也就是說(shuō)，由不同的維數(shù)組合而成。

下圖是不同空間單元組合的現(xiàn)象：第15頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期一實(shí)體類型組合第16頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期一空間實(shí)體的時(shí)間維

（亦稱空間實(shí)體的時(shí)間特征）的處理對(duì)空間實(shí)體或者組合事件的時(shí)間維的描述可用以下方式：1）作為記錄事件或?qū)傩缘幕境煞荩?）作為沒(méi)有空間特性發(fā)生改變的實(shí)體的一個(gè)屬性；3）作為觀察空間實(shí)體變化的參考；

下圖是空間實(shí)體的時(shí)間維處理實(shí)例：第17頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期一不同時(shí)間的處理方法第18頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期一空間實(shí)體在地理信息系統(tǒng)中的表示（1）1、單一特征在地理信息系統(tǒng)中，點(diǎn)特征用一組x、y坐標(biāo)表示，線特征用一維有序的x、y坐標(biāo)表示，面用一組首尾相同的坐標(biāo)表示。

如下圖所示：第19頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期一空間實(shí)體在GIS中的單一特征表示注：（3，3）可用于表示一個(gè)點(diǎn)的位置。（1，7），

（3，5），

（5，5），

（5，3），

（6，1），可用于表示一條線。（3，10），

（6，9），

（7，10），

（10，7），

（9，5），

（4，6），（3，8），

（3，10）可用于表示一個(gè)多邊形。注意第一個(gè)坐標(biāo)和最后一個(gè)坐標(biāo)相同，因?yàn)槎噙呅慰偸欠忾]的。第20頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2、多種特征的表示如果具有多種特征，就需要對(duì)每一特征給定一個(gè)序號(hào)。每一特征的坐標(biāo)可以用與每一特征的坐標(biāo)列表有關(guān)的序號(hào)來(lái)描述。

見(jiàn)下圖空間實(shí)體在地理信息系統(tǒng)中的表示（2）第21頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期一空間實(shí)體在GIS中的多種特征表示第22頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3、帶有屬性的空間特征的表示

表示道路的一組線特征的屬性包括：道路類型：1=分隔行駛的公路 2=干線公路 3=主要公路 4=住宅區(qū)街道 5=未鋪完的公路路面材料：混凝土、柏油、礫石路面寬度：以米計(jì)量道路名稱：計(jì)數(shù)

在GIS系統(tǒng)中可有如下的描述：道路類型

長(zhǎng)度

路面材料

寬度

行人道路

道路名稱

22715.5混凝土524八一路空間實(shí)體在地理信息系統(tǒng)中的表示（3）第23頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期一坐標(biāo)表示和屬性表示之間共享和屬性表示之間共的是同一識(shí)別碼第24頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二、空間問(wèn)題論述

1、空間問(wèn)題人類開(kāi)發(fā)和利用地理信息系統(tǒng)是因?yàn)樗芴幚砼c空間實(shí)體之間的各類空間問(wèn)題。第25頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期一空間問(wèn)題的一些形式測(cè)量與空間關(guān)系的一些形式第26頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期一欲解決的空間問(wèn)題有以下幾類：1、條件定位：即根據(jù)一定的條件與規(guī)則確定物體的位置或者路徑。例如；路徑進(jìn)?。郝烦套疃蹋瑫r(shí)間最省，經(jīng)費(fèi)最少定位選?。焊鶕?jù)屬性查詢空間位置資源分配開(kāi)銷安排2、間接推理：即通過(guò)建立模型進(jìn)行的空間決策和預(yù)測(cè)如：項(xiàng)目選址災(zāi)害預(yù)測(cè)與預(yù)報(bào)環(huán)境分析長(zhǎng)度、體積、面積、坡度等量算3、空間參考；特定的笛卡爾坐標(biāo)或極坐標(biāo)。鄰接性識(shí)別，也就是說(shuō)，線狀實(shí)體或面狀實(shí)體與某特定實(shí)體相接觸。線性定位物。最小尺寸的封閉矩形。地名或數(shù)字代碼。地塊、分區(qū)及其它外形規(guī)則或不規(guī)則的空間塊。見(jiàn)下圖第27頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第28頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2、空間特性

一般空間特性長(zhǎng)度：河流長(zhǎng)度、湖泊邊界、公路長(zhǎng)度。表面積；湖泊、島嶼、某區(qū)域面積。體積：土方量、庫(kù)容量規(guī)則外表：圓形、方形不規(guī)則外形：鋸齒形海岸線、湖泊水涯線。方向：山丘的坡向坡度空間問(wèn)題論述第29頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期一空間問(wèn)題論述統(tǒng)計(jì)特性相同屬性的實(shí)體，可根據(jù)統(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行區(qū)分最大值和最小值的范圍平均值以及變化值復(fù)雜特性不相連地物的分布模式居宅建筑發(fā)展的安排方式，或農(nóng)場(chǎng)劃分土地或地塊的路徑布局交通信號(hào)燈的距離，以及從不同位置到達(dá)城市中心的總計(jì)開(kāi)銷時(shí)間。各個(gè)地區(qū)的相鄰地區(qū)數(shù)。航空交通系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)穿越某區(qū)域的候鳥(niǎo)主要走向現(xiàn)象的連續(xù)性。第30頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3、空間關(guān)系

空間關(guān)系在GIS中，表示空間關(guān)系的方法主要有5種：1、區(qū)域定義；多邊形可用一組封閉的線來(lái)定義2、鄰接性：稱為多邊形——弧段拓?fù)?、連通性4、方向性5、包含性空間問(wèn)題論述第31頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期一空間關(guān)系示意圖空間關(guān)系示意圖空間關(guān)系示意圖第32頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4、空間概念及組織1）流的移動(dòng)。2）網(wǎng)絡(luò)。3）節(jié)點(diǎn)。4）等級(jí)或名次。5）領(lǐng)域或表面。如果考慮到時(shí)間因素，還包括第（6）點(diǎn)6）疾病、思想的散布、傳播。

下圖列舉了一些常見(jiàn)的問(wèn)題及其類型，可以作為對(duì)空間問(wèn)題的一個(gè)總結(jié)?？臻g問(wèn)題論述第33頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期一空間活動(dòng)分類第34頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期一我們常會(huì)遇到一些只有空間概念的實(shí)例：

1、環(huán)境物質(zhì)流2、礦產(chǎn)資源埋藏地點(diǎn)的預(yù)測(cè)3、工程網(wǎng)絡(luò)模擬第35頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第36頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期一三、空間處理方法三類基本數(shù)據(jù)之間可能的6種關(guān)系；1、點(diǎn)——點(diǎn)關(guān)系2、點(diǎn)——線關(guān)系3、點(diǎn)——區(qū)域關(guān)系4、線——線關(guān)系5、線——區(qū)域關(guān)系6、區(qū)域——區(qū)域關(guān)系第37頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期一內(nèi)插法和外插法內(nèi)插法有：1）最近值內(nèi)插：從最接近的數(shù)據(jù)點(diǎn)取值。2）使用基于兩點(diǎn)的簡(jiǎn)單直線內(nèi)插。3）基于三點(diǎn)或更多點(diǎn)的曲線內(nèi)插：可以采用樣條函數(shù)。4）隨機(jī)內(nèi)插：基于一定數(shù)目的已知點(diǎn)、參數(shù)和隨機(jī)點(diǎn)來(lái)內(nèi)插。5）模型內(nèi)插：建立一定的模型來(lái)內(nèi)插。如果是討論數(shù)據(jù)點(diǎn)范圍外的情形，稱外插法，也有5種。

下兩圖分別顯示各自的5種方式——

第38頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第39頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第40頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期一對(duì)于復(fù)雜的模型有時(shí)根據(jù)情況選擇：1、兩個(gè)或三個(gè)坐標(biāo)維；2、多種方法選擇數(shù)據(jù)點(diǎn)；3、用內(nèi)插還是外插，或者同時(shí)使用；4、用何種處理模型，如線型、樣條、模型等。一般來(lái)說(shuō)，要遵循以下幾個(gè)原則：1、確定一定數(shù)目的數(shù)據(jù)點(diǎn)來(lái)表示每個(gè)格網(wǎng)位置；2、確定偏離格網(wǎng)位置的距離；3、確定出偏離格網(wǎng)但在其方向范圍內(nèi)的位置；4、使用的內(nèi)插法或外插法過(guò)程。在幾何推理過(guò)程中，有兩點(diǎn)應(yīng)注意：1、采樣點(diǎn)數(shù)目可能不能完整表示空間分區(qū)；2、空間自相關(guān)情形。例圖：第41頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第42頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期一線和點(diǎn)的基本操作1、線交叉2、線段交叉1）線性方程2）終點(diǎn)坐標(biāo)3）兩端點(diǎn)間的路徑計(jì)算兩條線交叉的同時(shí)，還須注意驗(yàn)證以下兩點(diǎn)：

A、算出交叉點(diǎn)后，應(yīng)檢測(cè)該點(diǎn)是否落在兩條線段內(nèi)；

B、用參量方程，看參量t和s是否屬于0到1的范圍內(nèi)。3、點(diǎn)在多邊形內(nèi)的處理4、質(zhì)心的確定5、基于點(diǎn)數(shù)據(jù)的某些空間統(tǒng)計(jì)第43頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第44頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期一多邊形操作——線與多邊形交叉第45頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期一多邊形操作——多邊形的合并與交叉第46頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第47頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期一多邊形操作——面積計(jì)算第48頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期一面積內(nèi)插的條件：1、均勻面積，即假設(shè)其密度均勻；2、或者數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)3、對(duì)某一屬性的連續(xù)表面描述。第49頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期一多邊形操作——多邊形的外形量測(cè)及多邊形分割第50頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期一多邊形操作——緩沖區(qū)生成

第51頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期一7多邊形操作——多邊形覆蓋處理1）識(shí)別線段，最好是已有拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的線段；2）建立多邊形最小的外圍矩形；3）根據(jù)點(diǎn)在多邊形內(nèi)的處理來(lái)判斷某多邊形的線段是否在覆蓋圖形的某多邊