《GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》PPT課件.ppt

1、第二章 GIS 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),第二章 GIS 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),2.1 地理空間及其表達 2.2 地理空間數(shù)據(jù)及其特征 2.3 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu), 2.1 地理空間及其表達,一 、地理空間 1.概念,地理空間（geo-spatial）: 指物質(zhì)、能量、信息的存在形式在形態(tài)、結(jié)構(gòu)過程、功能關(guān)系上的分布方式和格局及其在時間上的延續(xù)。 地理空間一般包括地理空間定位框架及其所聯(lián)結(jié)的特征實體。,圖2-1 地球表面、大地水準面和地球橢球體之間的關(guān)系,地球空間模型描述 自然表面 大地水準面：當海水處于完全靜止的平衡狀態(tài)時，從海平 面延伸到所有大陸下部，而與地球重力方向處處正交的 一個連續(xù)、閉合的水準面。,2.地理空間定

2、位框架 1）平面控制網(wǎng),地球橢球體模型,以大地水準面為基準建立起 來的地球橢球體模型。,短軸半徑：c 長軸半徑：a 中軸半徑：b,圖2.1 三軸橢球體模型,極地扁率：,赤道扁率：,地理空間坐標系的建立,大地坐標系： 國家80坐標系 地圖投影： 將用經(jīng)、緯度表示的 大地坐標（ B，L）,平面直角坐標系（x，y）,X = f1 （ B，L） Y = f2 （ B，L）,GIS中的地理空間，通常就是指經(jīng)過投影變換后放在笛卡兒坐標系中的地球表層特征空間，它的理論基礎(chǔ)在于旋轉(zhuǎn)橢球體和地圖投影變換。,2)高程控制網(wǎng),1985國家高程基準 3.地理空間特征實體 指具有形狀、屬性和時序特征的空間對象或地理實體

3、。,二、地理空間實體的表達,矢量表達法： 采用沒有大小的點（坐標）來表達基本的點元素 柵格表達法： 采用有固定大小的點（面元或像素）來表達基本的點元素，對每個像元要獨立編碼，并帶有屬性值。, 2.2 地理空間數(shù)據(jù)及其特征,一、 地理空間數(shù)據(jù) 二、 空間數(shù)據(jù)模型,一、地理空間數(shù)據(jù),1.概念 是與地理環(huán)境要素有關(guān)的物質(zhì)的數(shù)量、質(zhì)量、分布特征、聯(lián)系 和規(guī)律等的數(shù)字、文字、圖像和圖形等的總稱。 2.分類 （1）按照數(shù)據(jù)來源分類 地圖數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、文本數(shù)據(jù) （2）按照數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分類 矢量數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù),（3）按照數(shù)據(jù)特征分類,空間定位數(shù)據(jù)、非空間屬性數(shù)據(jù) （4）按照數(shù)據(jù)幾何特征分類 點、線、面、曲面、體

4、 （5）按照數(shù)據(jù)發(fā)布形式分類 DLG (Digital Line Graphic ) DRG (Digital Raster Graphic ) DEM (Digital Elevation Model ) DOM (Digital Orthophoto Map ),3.特征,1）基本特征,圖2-2 地理實體 ： 交通線,2）基本信息 定位信息 屬性信息 拓撲信息,4、空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系（Topological relation）,（1）拓撲屬性 在拓撲變換下能夠保持不變的幾何屬性。 （2）拓撲關(guān)系的類型 （3）拓撲關(guān)系的重要性 拓撲關(guān)系具有穩(wěn)定性，根據(jù)它可直接獲得地理實體間的空間位置關(guān)系 有

5、利于空間要素的查詢 可利用拓撲數(shù)據(jù)作為工具來重建地理實體,二、空間數(shù)據(jù)的計算機表示,空間數(shù)據(jù)的計算機表示步驟： 1、空間分幅 2、屬性分層 3、時間分段, 2.3 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)： 指適合于計算機系統(tǒng)存儲、管理和處理的地學圖 形的邏輯結(jié)構(gòu)，是地理實體的空間排列方式和相互關(guān) 系的抽象描述。,一、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 實體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、拓撲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 柵格矩陣結(jié)構(gòu)、游程編碼結(jié)構(gòu)、四叉樹編碼結(jié)構(gòu) 三、曲面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),一、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),1.實體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 空間數(shù)據(jù)組織方式：按照以基本的空間對象（點、線或 多邊形）為單元進行單獨組織，不含拓撲關(guān)系信息。,點：由一組（x,y） 線：多組（X1，

6、Y1），（X2，Y2 ），（Xn，Yn） 多邊形：多組（X,Y）組成，由于多邊形封閉，坐標必須首尾 相同,實 例 1： 圖2-7 點、線、面實體的坐標表示,特點：,（1）編碼方式直觀方便，數(shù)字化操作簡單。 實例2 圖2-8 多邊形的矢量編碼 （2）多邊形的公共邊界被數(shù)字化兩次和存儲兩次，造成數(shù)據(jù)冗余 和不一致。 （3）島只作為一個單個圖形，沒有與外界多邊形的聯(lián)系。 （4）點、線和多邊形有各自的坐標數(shù)據(jù)，但無拓撲數(shù)據(jù)，互相之 間不關(guān)聯(lián),2. 拓撲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),（1）拓撲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點 點是相互獨立的，點連成線，線構(gòu)成面 每條線始于起始結(jié)點（FN），止于終止結(jié)點（TN），并與左右多邊形（LP、RP）相

7、鄰接。,基本元素,弧段（Arc）：構(gòu)成多邊形的線 結(jié)點（Node）：兩條以上弧段的相交的點 島：由一條弧段組成的多邊形。 多邊形,簡單多邊形：不含島的多邊形，即單連通區(qū)域 復合多邊形：含島區(qū)的多邊形，即復連通區(qū)域。,弧段文件：由弧段記錄組成，每個記錄包括弧段標識碼、 FN、TN、LP、RP 結(jié)點文件：由結(jié)點組成，包括結(jié)點號、結(jié)點坐標即該結(jié)點 連接的弧段標識碼 多邊形文件：由多邊形組成，包括多邊形標識碼、組成該 多邊形的弧段標識碼以及相關(guān)屬性等 弧段坐標文件：包括弧段標識碼及構(gòu)成弧段的點的坐標構(gòu)成,弧段是拓撲數(shù)據(jù)組織的基本對象。,圖2-3 空間數(shù)據(jù)的基本特征,表2-1 歐幾里德平面上實體對象所具

8、有的拓撲和非拓撲屬性,圖2-4 空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系,拓撲鄰接：存在于空間圖形的同類元素之間的拓撲關(guān)系 拓撲關(guān)聯(lián)：存在于空間圖形的不同元素之間的拓撲關(guān)系 拓撲包含：存在于空間圖形的同類但不同級的元素之間的拓撲關(guān)系,表2-2 面域與弧段的拓撲關(guān)系 面 域 弧 段 P1 a, b, c, -g P2 b, d, f P3 c, f, e P4 g,表2-3 結(jié)點與弧段的拓撲關(guān)系 結(jié) 點弧 段 Aa, c, e Ba, d, b Cd, e, f Db, f, c Eg,表2-4 弧段與結(jié)點的拓撲關(guān)系 弧 段 結(jié) 點 a A , B b B , D c D , A d B , C e C , A f

9、C , D g E , E,表2-5 弧段與面域的拓撲關(guān)系 弧 段左 鄰 面 右 鄰 面 a P0 P1 b P2 P1 c P3 P1 d P0 P2 e P0 P3 f P3 P2 g P1,圖2-5 矢量模型中空間對象的表示,圖2-6 柵格模型中空間對象的表示,圖2-7點、線、面實體的坐標表示,圖2-8 多邊形的矢量編碼,表2-4 弧 段 文 件,表2-5 結(jié) 點 文 件,表2-6 多 邊 形 文 件,表2-7 弧 段 坐 標 文 件,圖2-9 矢量結(jié)構(gòu)圖形基本元素,表2-4 弧 段 文 件,圖2-9 矢量結(jié)構(gòu)圖形基本元素,表2-4 弧 段 文 件,圖2-9 矢量結(jié)構(gòu)圖形基本元素,表2-

10、4 弧 段 文 件,順序連接組成封閉多邊形一組弧段的編輯 在弧段文件中，撿出與當前編輯的多邊形P1相關(guān)的所有記錄。,（2）拓撲編輯功能,多邊形編輯：,檢查當前編 輯的多邊形P1 所處的位置,P1在LP的位置：將其換到RP的位置上，同時交換FN、TN的位置。,P1在LP的位置：當前記錄的所有數(shù)據(jù)相不用改變, 任取一個起結(jié)點作為起點，順序連接各個結(jié)點，必要時可對記錄的前后順序作調(diào)整，使連接的起點能夠自行封閉,結(jié)點連接編輯：順序連接環(huán)繞某個結(jié)點所有多邊形的編輯 在弧段文件中，撿出與當前編輯的結(jié)點N2相關(guān)的所有記錄。,弧 段 文 件, 檢查當前編 輯的結(jié)點N2 所處的位置,N2在FN的位置：將其換到T

11、N的位置上，同時交換 LP、 RP的位置。,N2在TN的位置：當前記錄的所有數(shù)據(jù)相不用改變,任取一個左多邊形作為起點，順序連接各個多邊形，必要時可對記錄的前后順序作調(diào)整，使連接的多邊形能夠首尾呼應,弧 段 文 件,拓撲編輯的優(yōu)勢：,保證了數(shù)字化原始數(shù)據(jù)的自動查錯編輯 可以自動生成封閉的多邊形邊界，為由各個單獨存儲的弧段組成所需要的多邊形及建立空間數(shù)據(jù)庫奠定了基礎(chǔ) 3.曲面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 曲面：指連續(xù)分布現(xiàn)象的覆蓋表面,圖2-3-4 TIN 的生成,構(gòu)網(wǎng)準則:,盡可能地確保每個三角形都是銳角三角形或是三邊的長度近似相等； 保證由最鄰近的點構(gòu)成的三角形，即三角形的邊長之和最小。,圖2-10 Dalaun

12、ay三角形泰森多邊形圖,（2）曲面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),優(yōu)勢： 相鄰三角形的信息可以自動生成，便于連續(xù)分布現(xiàn)象的的順序 跟蹤和查詢檢索 便于地形分析,圖2-11 不規(guī)則三角網(wǎng) 及其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點,優(yōu)點： 能最好的逼近地理實體間的空間分布特征； 數(shù)據(jù)精度高； 數(shù)據(jù)的冗余度低； 便于進行地理實體間的網(wǎng)絡(luò)分析。 缺點： 對于多層空間數(shù)據(jù)的疊和分析比較困難。,實習：矢量數(shù)據(jù)的手工編碼 實習教程P80頁,數(shù)字線劃圖不但包括了地球表面的空間信息，還包括各種空間要素的屬性信 息。數(shù)字線劃圖作為人口、資源、環(huán)境、交通、治安等專業(yè)信息系統(tǒng)的空間定位 基礎(chǔ), 廣泛應用于城市建設(shè)、資源管理等各個方面；成果格式有d

13、xf、dwg、dgn、 shp、MapInfo等。,數(shù)字線劃圖：某城市城郊地形圖（1：2000）,數(shù)字柵格地圖（Digital Raster Graphic 簡稱DRG） 是紙質(zhì)地形圖的數(shù)字化產(chǎn)品。每幅圖經(jīng)掃描、糾正、圖 幅處理及數(shù)據(jù)壓縮處理后，形成在內(nèi)容、幾何精度和色 彩上與地形圖保持一致的柵格文件。,TIN DEM,柵格DEM 不包含地表建筑物，橋梁和樹木 等高度的地面高程模型,數(shù)字地表模型(Digital Surface Model)包含了地表建筑物，橋梁和樹木等高度的地面高程模型，與數(shù)字地面模型dem相比，dsm是在dem的基礎(chǔ)上，進一步涵蓋了除地面以外的其他地表信息的高程，在一些對建筑物高度有需求的領(lǐng)域，將得到廣泛得應用。,高精度的正攝影像，地表分辨率可高達0.1m,利用航空相片、 遙感影像經(jīng)象元糾 正，生成的影像數(shù) 據(jù)。數(shù)字正攝影像 豐富直觀，具有良 好的可判讀性和可 量測性，從中可直 接提取自然地理和 社會經(jīng)濟信息.,正射影像矢量數(shù)據(jù),SHAPE 文件格式 ：,Shape文件由3個文件構(gòu)成:主文件、索引文件、數(shù)據(jù)文件。 主文件(*. Shp)：存儲Shape的位置信息。 索引文件(*. Shx)：是對主文件的索引，指出主文件中記錄在文件中的位置信息 數(shù)據(jù)文件(*