空间数据结构

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,地理信息系统原理,GIS,第二章 空间数据结构,2-1,地理实体及其描述,2-2,栅格数据结构,2,-,3,矢量数据结构,2-5,矢栅一体化数据结构,二、,地理实体的描述,四、,实体间空间关系,一、,地理实体,三、,实体的空间特征,一、图形表示,二、数据组织,四、栅格,数据,编码,三、栅格结构的建立,2-6,三维数据结构,2-4,栅矢数据的比较,一、栅矢数据的比较,二、栅矢数据的选择,一、矢栅一体化概念,三、一体化结构设计,二、,三个约定和细分格网法,二、八叉树结构,一、概述,三、四面体格网,五、参数函数表示法,四、三维边界表示法,一、图形表示,二、获取方式,三、组织,四、编码方式,2-1,地理,实体及其描述,第二章,GIS,数据结构,一、地理实体（空间实体）,-GIS,处理对象,1,、定义,指自然界现象和社会经济事件中,不能再分割,的单元，它是一个具有,概括性，复杂性，相对性,的概念。,地理实体类别及实体内容的确定是从,具体需要,出发的，例如，在全国地图上由于比例尺很小，蚌埠就是一个点，这个点不能再分割，可以把蚌埠定为一个地理实体；在大比例尺的蚌埠市交通图上，蚌埠的许多房屋，街道都要表达出来，所以蚌埠必须再分割，不能作为一个地理实体，应将房屋，街道等作为研究的地理实体，由此可见，,GIS,中的空间实体是一个概括，复杂，相对的概念。,2,、理解,1),描述的内容,3),数据类型,矢量、栅格、,TIN,（专用于地表或特殊造型）,RDBMS,属性表,-,采用,MIS,较成熟,空间元数据,位置、形状、尺寸等,识别码（名称）实体的角色、功能、行为、实体的衍生信息,时间,测量方法、编码方法、空间参考系等,空间特征：地理位置和空间关系,属性特征,名称、等级、类别等,时间特征,2),基本特征,4),数据结构,几何数据,（空间数据、图形数据）,关系数据,实体间的邻接、关联、包含等相互关系,属性数据,各种属性特征和时间特征,元数据,二、地理实体的描述,1,空间数据,2-1,地理,实体及其描述,第二章,GIS,数据结构,以什么形式存储和处理,2,、空间数据基本特征,3,、空间数据类型,1,）依据数据来源的不同分为,：,2,）依据表示对象的不同分为,：,地图数据,地形数据,属性数据,元数据,影象数据,3,、空间数据类型（续）,三、实体的空间特征,2-1,地理,实体及其描述,第二章,GIS,数据结构,（一）空间维数：,有,0,，,1,，,2,，,3,维之分，点、线、面、体。,（二）空间特征类型,（三）实体类型组合,地理实体维数可以改变,点,-,面,线（单线河）,-,面（双线河）,1,、点状实体,2,、线状实体,3,、面状实体,4,、体状实体,1,、点状实体,2-1,地理,实体及其描述,第二章,GIS,数据结构,点或节点、点状实体。,点,：有特定位置，维数为,0,的物体。,3,）内点：,用于负载多边形的属性，存在于多边形内。,4,）角点、节点,Vertex,：,表示线段和弧段上的连接点。,2,）注记点,：用于定位注记。,1,）实体点,：用来代表一个实体。,返回,2,、线状实体,特性：,1,）实体长度,：,从起点到终点的总长,2,）弯曲度,：,用于表示像道路拐弯时弯曲的程度。,3,）方向性,：,如：水流方向，上游,下游，,公路，单、双向之分。,2-1,地理,实体及其描述,第二章,GIS,数据结构,线,：具有相同属性的点的轨迹，线或折线，由一系列的有序坐标表示,1,维：长度,线状实体包括,：,线段，边界、链、弧段、网络等。,返回,3,、面状实体（多边形）,2-1,地理,实体及其描述,第二章,GIS,数据结构,面状实体的如下,特征,：,1,）,面积与范围,2,）,周长,3,）,独立性或与其它地物相邻,如中国及其周边国家,4,）,内岛屿或锯齿状外形,：,如岛屿的海岸线封闭所围成的区域。,5,）重叠性与非重叠性,：,如学校的分区，菜市场的服务范围等都有可能出现交叉重叠现象，而一个城市的各个城区一般说来不会出现重叠。,面：对湖泊、岛屿、地块等一类现象的描述。由,封闭曲线加内点,来表示。,2,维：长度、宽度,返回,4,、体状实体,2-1,地理,实体及其描述,第二章,GIS,数据结构,返回,体状实体,特征,：,体积，如工程开控和填充的土方量。,每个二维平面的面积。,周长。,内岛。,含有弧立块或相邻块。,断面图与剖面图。,体：用于描述三维空间中的现象与物体，它具有长度、宽度及高度等属性,3,维：长度、宽度、高度,（三）实体类型组合,2-1,地理,实体及其描述,第二章,GIS,数据结构,现实世界的各种现象比较复杂，往往由不同的空间单元组合而成，例如根据某些空间单元或几种空间单元的组合将空间问题表达出来，复杂实体由简单实体组合表达。,点、线、面两两之间组合表达复杂的空间问题：,如：,线,面,面,-,面,空间关系是,GIS,数据描述和表达的重要内容,，一方面它为,GIS,数据库的有效建立，空间查询，空间分析，辅助决策等提供了最基本的关系，另一方面有助于形成标准的,SQL,空间查询语言，便于空间特征的存储，提取，查询，更新等。,线,面,2-1,地理,实体及其描述,第二章,GIS,数据结构,返回,1,、,区域包含线,：计算区域内线的密度，某省的水系分布情况。,2,、,线通过区域,：公路上否通过某县。,3,、,线环绕区域,：区域边界，搜索左右区域名称，中国与哪些国家接壤。,4,、,线与区域分离,：距离。,面,面,2-1,地理,实体及其描述,第二章,GIS,数据结构,1,、,包含,：岛,某省的湖泊分布。,返回,学校,菜场,3,、,相交,：划分子区。,4,、,相邻,：计算相邻边界性质和长度，公共连接边界。,5,、,分离,：计算距离。,2,、,相合,：重叠，学校服务范围与菜场服务范围重叠区。,四、,实体间空间关系,2-1,地理,实体及其描述,第二章,GIS,数据结构,（一）空间关系类型,北,a,b,1,、,顺序,空间关系,：（,方向,空间关系,）,用上下左右、前后、东南西北等方向性名称来描述空间实体的顺序关系，算法复杂，至今没有很好的解决方法。,2,、,度量空间关系,：实体间的距离关系,1,）度量方法,。,a,、沿,真实的地球表面,进行,除与两点的地理坐标有关外，还与所通过路径的地形起伏有关。,b,、沿,地球旋转椭球体,的距离量算。,2,）,距离类别,：,欧氏距离（笛卡尔坐标系）、曼哈顿（出租车）距离、时间距离（纬度差）、大地测量距离（大地线）（沿地球大圆经过两个城市中心的距离）。,3,、,拓扑空间关系,：,（二）拓扑关系,2-1,地理,实体及其描述,第二章,GIS,数据结构,1,、定义,：,拓扑关系,：图形保持连续状态下变形，但图形关系不变的性质。,拓扑变换,（橡皮变换）,非拓扑属性,（几何）,拓扑属性（,没发生变化的属性）,两点间距离,一点指向另一点的方向,弧段长度、区域周长、面积 等,一个点在一条弧段的端点,一条弧是一简单弧段（自身不相交）,一个点在一个区域的边界上,一个点在一个区域的内部,/,外部,一个点在一个环的内,/,外部,一个面是一个简单面,一个面的连通性,面内任两点从一点,可在面的内部走向另一点,1,、定义,2,、种类,3,、拓扑关系的表达,4,、意义,将橡皮任意拉伸，压缩，但不能扭转或折叠。,2,、种类,2-1,地理,实体及其描述,第二章,GIS,数据结构,1,）关联性,：（,不同类,要素之间）结点与弧段：如,V9,与,L5,L6,L3,多边形与弧段：,P2,与,L3,L5,L2,P1,P2,P3,P4,P1,-,1,1,1,P2,1,-,1,0,P3,1,1,-,0,P4,1,0,0,-,2,）邻接性,：,(,同类,元素之间,),多边形之间、结点之间。,邻接矩阵,重叠：,-,邻接：,1,不邻接：,0,3,）连通性：要素之间的通达关系,2-1,地理,实体及其描述,第二章,GIS,数据结构,连通矩阵,：,重叠：,-,连通：,1,不连通：,0,V1,V2,V3,V1,-,1,0,V2,1,-,1,V3,0,1,-,4,）方向性：,一条弧段的起点、终点确定了弧段的方向。用于表达现实中的有向弧段，如城市道路单向，河流的流向等。,2-1,地理,实体及其描述,第二章,GIS,数据结构,5,）包含性,：指面状实体包含了哪些线、点或面状实体。,6,）区域定义,：多边形由一组封闭的线来定义。,7,）层次关系,：相同元素之间的等级关系，淮南市有各个区组成。,主要的,拓扑关系：,拓扑邻接、拓扑关联、拓扑包含,。,拓扑关系具体可由,4,个关系表来表示：,（,1,）,面,-,链关系,：面 构成面的弧段,（,2,）,链,-,结点关系,：链 链两端的结点,（,3,）,结点,-,链关系,：结点 通过该结点的链,（,4,）,链,面关系,：链 左面 右面,3,、拓扑关系的表达,1,）拓扑关系能,清楚地反映,实体之间的,逻辑结构关系,，它比几何关系具有更大的稳定性，不随地图投影而变化。,2,）,有助于空间要素的查询,，利用拓扑关系可以解决许多实际问题。,如某县的邻接县，,-,面面相邻问题。又如供水管网系统中某段水管破裂找关闭它的阀门，就需要查询该线（管道）与哪些点（阀门）关联。,3,）根据拓扑关系可,重建地理实体,。,2-1,地理,实体及其描述,第二章,GIS,数据结构,返回,4,、拓扑关系的意义,：,第二章,GIS,数据结构,返回,空间数据结构：,适合于计算机系统,存储、管理和处理,的地学图形的逻辑结构，是地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描述。,2-2,栅格数据结构,第二章,GIS,数据结构,2-2,栅格数据结构,第二章,GIS,数据结构,返回,栅格结构用密集正方形（或三角形，多边形）将地理区域,划分,为网格阵列。,位置由行，列号定义，属性为栅格单元的值。,一、图形表示,2,2,1,2,2,3,3,2,3,3,3,2,3,3,3,2,3,3,3,2,栅格数据表示的是二维表面上的地理数据的,离散化,数值。在栅格数据中，地表被分割为相互邻接、规则排列的地块，每个地块与一个象元相对应。,点,：由,单个栅格,表达。,线,：由沿线走向有相同属性取值的,一组相邻栅格,表达。,面,：由沿线走向有相同属性取值的,一片栅格,表达。,栅格数据的,比例尺,就是,栅格,(,象元,),的大小与地表相应单元的大小之比,，当象元所表示的面积较大时，对长度、面积等的量测有较大影响。每个象元的属性是地表相应区域内地理数据的近似值，因而有可能产生,属性方面的偏差,。,3,3,3,二、,栅格数据,组织,2-2,栅格数据结构,第二章,GIS,数据结构,返回,针对,一个栅格单元对应多个属性值的多层栅格文件,。,空间数据库,2,2,2,2,2,a,a,a,a,a,2,2,土壤,植被,组织方法,组织方法,2-2,栅格数据结构,第二章,GIS,数据结构,返回,方法,c,：,以层为基础，每层内以多边形为序记录多边形的属性值和多边形内各象元的坐标,。节约用于存储属性的空间。将同一属性的制图单元的,n,个象元的属性只记录一次，便于地图分析和制图处理。,方法,a,：,以象元为记录序列，不同层上同一象元位置上的各属性值表示为一个列数组。,N,层中,只记录一层的象元位置，,节约大量存储空间，,栅格个数很多。,方法,b,：,以层为记录顺序，每层每个象元的位置、属性一一记录，,结构最简单，但浪费存储。,三、栅格结构的建立,2-2,栅格数据结构,第二章,GIS,数据结构,返回,1,、,手工获取,，专题图上划分均匀网格，逐个决定其网格代码。,（一）建立途径,2,、,扫描仪扫描,专题图的图像数据,行、列、颜色（灰度）,，定义颜色与属性对应表，用相应属性代替相应颜色，得到（行、列、属性）再进行栅格编码、存贮，即得该专题图的栅格数据。,3,、,由矢量数据转换而来,。,4,、,遥感影像数据，,对地面景象的辐射和反射能量的扫描抽样，并按不同的光谱段量化后，以数字形式记录下