地理信息系統(tǒng)概論地理信息系統(tǒng)概論

地理信息系統(tǒng)概論主講人：陳穎彪E-mail:chenyingb@21

TEL小靈通)/36230186(家)廣州大學地理科學學院地理信息系統(tǒng)概論■地理信息系統(tǒng)概論地理信息系統(tǒng)概論第三講 地理信息系統(tǒng)空間數據結構1、空間數據庫概念2、空間數據庫中的數據模型3、GIS的數據結構4、GIS空間數據庫設計方法5、GIS數據字典的編寫方法■地理信息系統(tǒng)概論地理信息系統(tǒng)概論一、GIS空間數據存儲結構GIS空間數據存儲結構：數據庫、文件兩種形式。1、文件結構形式文件組織文件是數據組織的較高層次形式之一，文件組織是指數據記錄一某種結構方式在外存儲設備上的組織。文件系統(tǒng)文件組織的方式順序文件、索引文件、直接存取文件索引連接文件、多關鍵字文件■地理信息系統(tǒng)概論地理信息系統(tǒng)概論■■地理信息系統(tǒng)概論■■■■■■■典型GIS空間數據文件存儲形式：(1)MapInfo數據文件*.tab：頭文件，軟件版本號、存儲坐標投影、地圖邊界、屬性項名等，是ASCII碼文件。*.map：圖形文件，存儲所有GIS圖形。*.id：索引文件，存儲圖形與屬性的關聯(lián)關系。*.dat：屬性文件，存儲所有屬性項值。（2）ArcView

shape數據文件*.shp:圖形文件*.dbf：屬性文件*.shx：索引文件■地理信息系統(tǒng)概論2、數據庫結構形式■地理信息系統(tǒng)概論數據庫的概念數據庫(Data

Base)所有相關文件的總和構成數據庫。它是最高一層的數據組織，是信息系統(tǒng)的信息資源，是信息系統(tǒng)的一個重要組成部分。數據庫管理系統(tǒng)數據庫管理系統(tǒng)(DBMS)是處理數據存儲、進行各種管理的軟件系統(tǒng)。應用程序對數據庫的操作全部通過DBMS進行。目前常用的數據庫管理系統(tǒng)主要有：Access、SQL

Server、Oracle數據庫等。地理信息系統(tǒng)概論☆數據庫介紹☆數據組織：數據單位按照某種形式結合起來，構成更高層次結構的機制。數據組織的基本單位-----數據項數據項----由數據項名和數據項值構成記

錄----若干個數據項構成一條記錄，用以表示事 物的一組屬性文

件----同類記錄的集合構成文件，文件用文件名 來標識數據庫----所有相關文件的總和構成數據庫。它是最高 一層的數據組織，是信息系統(tǒng)的信息資源 ，是信息系統(tǒng)的一個重要組成部分?！龅乩硇畔⑾到y(tǒng)概論地理信息系統(tǒng)概論數據組織的層次關系圖數據庫文件文件文件。。。。。。記錄記錄記

錄 記

錄。。。。。。。數據項

數據項

數據項數據項。。。。。。。數據項■地理信息系統(tǒng)概論地理信息系統(tǒng)概論數據庫與數據庫管理系統(tǒng)數據庫系統(tǒng)的特點：①數據的獨立性③最多的共享性②數據最小冗余度④統(tǒng)一管理與控制數據庫系統(tǒng)的主要組成部分：①數據

②計算機系統(tǒng)

③數據庫管理系統(tǒng)用戶用戶界面應用程序應用程序應用程序DBMSDB■地理信息系統(tǒng)概論地理信息系統(tǒng)概論

數據模型:是對事物及其聯(lián)系的數據描述，是實體模型的數據化。數據庫系統(tǒng)中常用的數據模型：層次模型：是樹型數據結構，是一棵以記錄型為結點的有向樹。網狀模型：是以記錄類型為結點的網絡結構。關系模型：把數據的邏輯結構歸結為滿足一定條件的二維表的模型。數據庫管理系統(tǒng)（DBMS)DBMS的功能：描述數據庫：定義數據庫功能或數據字典（元數據）管理數據庫維護數據庫數據通信■地理信息系統(tǒng)概論3）數據庫中的數據模型（邏輯結構模型）(1)層次模型:用樹狀結構(層次結構)來表示實體之間聯(lián)系的模型稱之為層次模型。典型的層次模型的例:家譜、行政管理系統(tǒng)……等。國務院廣東省北京市河北省深圳市 廣州市天河區(qū)白云區(qū)珠海市

………………■地理信息系統(tǒng)概論地理信息系統(tǒng)概論地理信息系統(tǒng)概論層次模型的基本特征:*有且僅有一個結(節(jié))點無父結點,將其稱為根結點.*除根結點外,所有結點有且僅有一個父結點.(2)網狀模型:以有向圖表示的網絡結構,每個結點依然表示數據庫中的一個記錄類型(實體).典型的網狀模型的例:交通網絡、水系結構網狀模型的基本特征：可以有零個或多個結點無父結點.至少有一個結點有多于一個父結點.允許兩個結點之間有兩種或多種聯(lián)系.■地理信息系統(tǒng)概論地理信息系統(tǒng)概論(3)關系模型:用表格數據表示實體與實體之間聯(lián)系的模型。關系模型的基本特征:表中每一列屬性都是不能再分的基本字段.各列被指定一個相異的名字.各行(記錄)相異,不允許重復.行列次序無關.關系模型的例:MapInfo中的圖形Map表與屬性數據Dat表■地理信息系統(tǒng)概論地理信息系統(tǒng)概論二、地理信息系統(tǒng)的數據結構■地理信息系統(tǒng)概論1.數據結構的概念數據結構是指數據的組織形式,可以分為抽象數據結構(或稱為邏輯結構)和數據存儲結構(或稱為物理結構)。抽象數據結構是指人們僅從概念上描繪數據之間的排列和聯(lián)系,并不涉及數據存儲和程序管理及其細節(jié).■2、空間數據結構類型：柵格數據、矢量數據地理信息系統(tǒng)概論3.柵格數據結構(模型)

（1）概念:在柵格數據結構中，空間被規(guī)則地劃分為柵格(通常為正方形)，是由行與列組成的數據陣列,地理實體的位置和狀態(tài)是由它們占據的柵格行、列來定義的。（2）特點：在柵格模型中，每個柵格的大小代表了定義的空間分辨率。柵格模型的最小單元與它表達的真實世界空間實體沒有直接的對應關系。因此,柵格的取值有多種方法。■地理信息系統(tǒng)概論地理信息系統(tǒng)概論(3)柵格數據的取值方法*中心點法*面積占優(yōu)法*長度占優(yōu)法*重要性法編碼:A1B2C3ABC2

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3■地理信息系統(tǒng)概論地理信息系統(tǒng)概論柵格數據的精度和數據量一般來說,柵格數據的精度取決于它的分辨率。提高精度的方法:縮小單個柵格單元的面積,但是使數據量急劇增加,數據冗余嚴重.柵格數據的編碼方法柵格矩陣法(直接柵格編碼) 按行列順序逐行逐列編碼.鏈碼游程長度編碼四叉樹編碼■地理信息系統(tǒng)概論地理信息系統(tǒng)概論概念:矢量數據模型是通過記錄坐標的方式,用點、線、面等基本要素盡可能精確地表示各種地理實體的一種數據抽象方法。特點：矢量數據表示的坐標空間是連續(xù)的,因此可以精確地定義地理實體的空間位置、長度、面積等?！龅乩硇畔⑾到y(tǒng)概論4.矢量數據結構(模型)地理信息系統(tǒng)概論（3）矢量數據分類概念:矢量數據的分類是指根據系統(tǒng)功能及國家規(guī)范和標準，將具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據組織為不同的信息層，為數據采集、存儲、管理、查詢和共享提供依據。原則：在進行具體分類時，應根據對象原則將不同的地理對象作為不同的數據類。其次是根據圖形原則，將空間數據分為點、線、面三種類型；■地理信息系統(tǒng)概論地理信息系統(tǒng)概論（4）矢量數據分層概念:矢量數據的分層是指根據系統(tǒng)功能及數據分類標準，將具有不同屬性或不同圖形特征的要素區(qū)別開來的過程，以便從邏輯上將空間數據組織為不同的圖層，為數據采集、存儲、管理、查詢和共享提供依據。原則：在進行具體分層時，應根據圖形原則，將空間數據分為點、線、面三種類型；將屬于同類而具有不同圖形特征的數據分開存放于不同的圖層?！龅乩硇畔⑾到y(tǒng)概論地理信息系統(tǒng)概論空間數據的編碼，是指將數據分類結果，用一種易于被計算機和人識別的符號系統(tǒng)表示出來的過程。編碼的結果是形成代碼。在地理信息系統(tǒng)中,通常采用數據庫管理系統(tǒng)進行屬性數據的管理,并將各種形式的屬性數據進行編碼,使其成為計算機可以接受的數值或字符形式。編碼的基本原則:管理效率高;適用性好、冗余最??；便于擴展?！龅乩硇畔⑾到y(tǒng)概論（5）數據編碼的概念地理信息系統(tǒng)概論屬性數據的編碼內容:■地理信息系統(tǒng)概論登記部分:標識屬性數據的序號分類部分:標識屬性的地理特征控制部分:數據校驗的算法屬性數據的編碼依據:(1)國家標準(2)行業(yè)標準(3)專題標準地理信息系統(tǒng)概論5.兩種數據結構的比較與相互轉換(1)比較:■地理信息系統(tǒng)概論地理信息系統(tǒng)概論(2)兩種數據結構的相互轉換■地理信息系統(tǒng)概論矢量結構向柵格結構的轉換:依據需要確定柵格的分辨率----建立柵格數據的行列坐標系----將點、線、面按行列坐標系進行編碼。柵格數據向矢量數據的轉換:行列坐標系向空間坐標系轉換----提取多邊形的邊界----建立拓撲關系。地理信息系統(tǒng)概論柵格數據向矢量數據的轉換基本步驟:■地理信息系統(tǒng)概論多邊形邊界點提取:以特殊值標識邊界點。邊界線追蹤:由進入方向向其它7個方向搜索下一 個邊界點,連成邊界弧段,直至封閉。拓撲關系生成。去除多余點并將曲線光滑。地理信息系統(tǒng)概論三、GIS數據結構設計基礎■地理信息系統(tǒng)概論■1、確定數據分類原則：參照有關國家標準、行業(yè)標準、規(guī)范根據實際應用目的按不影響后期數據擴展應用?！?、確定數據分層■3、確定GIS數據關系模型■4、確定各層數據的特征（圖形、屬性、拓撲）地理信息系統(tǒng)概論5、GIS數據描述----元數據元數據：關于數據的數據，是對數據的總體描述。如：數據比例、投影、質量、格式等；6、GIS數據注釋---數據字典數據字典：對數據的詳細注釋。如：分類、分層、屬性、拓撲、數據表征的地理要素、要素之間的相互關系等?！龅乩硇畔⑾到y(tǒng)概論■地理信息系統(tǒng)概論地理信息系統(tǒng)概論☆GIS數據字典的模式地圖層名 內容、編碼、數字化要素拓樸屬性表添加字段物類居民地IN(1)1、圖上建筑片區(qū)面2、編碼：32000Poly單位范圍線UN(2)1、圖上有明顯邊界的單位2、按面數字化編碼32010PolyPAT1、編碼I

10PAT1、名稱C

501、圖上所有道路、橋梁。2、只數字化路中線，不求交。分類編碼編碼等級等級名稱名稱高速420101公路等級公路420202普通公路420703地理信息系統(tǒng)概論四、關于空間數據結構設計實例分析——以越秀公園植物管理地理信息系統(tǒng)為例確定系統(tǒng)需求按照需求設計空間數據的組織形式確定空間數據之間的關系模型確立地理要素分類確立地理要素圖形表述方式（點、線、面）確立地理要素分層確定各圖層的屬性特征（定義屬性項）建立數據字典■地理信息系統(tǒng)概論地理信息系統(tǒng)概論1、根據用戶需要確定系統(tǒng)需求（1）調查內容*詳細調查公園現狀植物分布情況、位置；*詳細調查每個地塊的植物物種、長勢、健康狀況；*詳細調查全區(qū)內胸徑>30cm的大喬木分布位置、物種、冠幅、長勢、健康狀況?！龅乩硇畔⑾到y(tǒng)概論地理信息系統(tǒng)概論1、根據用戶需要確定系統(tǒng)需求（2）統(tǒng)計計算內容*越秀公園用地平衡表；*越秀公園植物種類、數量統(tǒng)計表；*越秀公園綠化覆蓋統(tǒng)計表?！龅乩硇畔⑾到y(tǒng)概論地理信息系統(tǒng)概論■1、根據用戶需要確定系統(tǒng)需求（3）成果內容*越秀公園植物現狀分布圖；*越秀公園物種表；*越秀公園植物各種指標統(tǒng)計表；*越秀公園植物專題GIS?！龅乩硇畔⑾到y(tǒng)概論地理信息系統(tǒng)概論*基礎地形要素設計*專題要素的設計■地理信息系統(tǒng)概論2、根據系統(tǒng)需求