《GIS的数据结构》PPT课件.ppt

第二章GIS的数据结构,第二章GIS的数据结构,2.1地理空间及其表达2.2地理空间数据及其特征2.3空间数据结构,2.1地理空间及其表达,一、地理空间1.概念,地理空间（geo-spatial）:指物质、能量、信息的存在形式在形态、结构过程、功能关系上的分布方式和格局及其在时间上的延续。地理空间一般包括地理空间定位框架及其所联结的特征实体。,图2-1地球表面、大地水准面和地球椭球体之间的关系,地球空间模型描述自然表面大地水准面：当海水处于完全静止的平衡状态时，从海平面延伸到所有大陆下部，而与地球重力方向处处正交的一个连续、闭合的水准面。,2.地理空间定位框架1）平面控制网,地球椭球体模型,以大地水准面为基准建立起来的地球椭球体模型。,短轴半径：c长轴半径：a中轴半径：b,图2.1三轴椭球体模型,极地扁率：,赤道扁率：,地理空间坐标系的建立,大地坐标系：国家80坐标系地图投影：将用经、纬度表示的大地坐标（B，L）,平面直角坐标系（x，y）,X=f1（B，L）Y=f2（B，L）,GIS中的地理空间，通常就是指经过投影变换后放在笛卡儿坐标系中的地球表层特征空间，它的理论基础在于旋转椭球体和地图投影变换。,2)高程控制网,1985国家高程基准3.地理空间特征实体指具有形状、属性和时序特征的空间对象或地理实体。,二、地理空间实体的表达,矢量表达法：采用没有大小的点（坐标）来表达基本的点元素栅格表达法：采用有固定大小的点（面元或像素）来表达基本的点元素，对每个像元要独立编码，并带有属性值。,2.2地理空间数据及其特征,一、地理空间数据二、空间数据模型,一、地理空间数据,1.概念是与地理环境要素有关的物质的数量、质量、分布特征、联系和规律等的数字、文字、图像和图形等的总称。2.分类（1）按照数据来源分类地图数据、影像数据、文本数据（2）按照数据结构分类矢量数据、栅格数据,（3）按照数据特征分类,空间定位数据、非空间属性数据（4）按照数据几何特征分类点、线、面、曲面、体（5）按照数据发布形式分类DLG(DigitalLineGraphic)DRG(DigitalRasterGraphic)DEM(DigitalElevationModel)DOM(DigitalOrthophotoMap),3.特征,1）基本特征,图2-2地理实体：交通线,2）基本信息定位信息属性信息拓扑信息,4、空间数据的拓扑关系（Topologicalrelation）,（1）拓扑属性在拓扑变换下能够保持不变的几何属性。（2）拓扑关系的类型（3）拓扑关系的重要性拓扑关系具有稳定性，根据它可直接获得地理实体间的空间位置关系有利于空间要素的查询可利用拓扑数据作为工具来重建地理实体,二、空间数据的计算机表示,空间数据的计算机表示步骤：1、空间分幅2、属性分层3、时间分段,2.3空间数据结构,空间数据结构：指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。,一、矢量数据结构实体数据结构、拓扑数据结构二、栅格数据结构栅格矩阵结构、游程编码结构、四叉树编码结构三、曲面数据结构,一、矢量数据结构,1.实体数据结构空间数据组织方式：按照以基本的空间对象（点、线或多边形）为单元进行单独组织，不含拓扑关系信息。,点：由一组（x,y）线：多组（X1，Y1），（X2，Y2），（Xn，Yn）多边形：多组（X,Y）组成，由于多边形封闭，坐标必须首尾相同,实例1：图2-7点、线、面实体的坐标表示,特点：,（1）编码方式直观方便，数字化操作简单。实例2图2-8多边形的矢量编码（2）多边形的公共边界被数字化两次和存储两次，造成数据冗余和不一致。（3）岛只作为一个单个图形，没有与外界多边形的联系。（4）点、线和多边形有各自的坐标数据，但无拓扑数据，互相之间不关联,2.拓扑数据结构,（1）拓扑数据结构的特点点是相互独立的，点连成线，线构成面每条线始于起始结点（FN），止于终止结点（TN），并与左右多边形（LP、RP）相邻接。,基本元素,弧段（Arc）：构成多边形的线结点（Node）：两条以上弧段的相交的点岛：由一条弧段组成的多边形。多边形,简单多边形：不含岛的多边形，即单连通区域复合多边形：含岛区的多边形，即复连通区域。,弧段文件：由弧段记录组成，每个记录包括弧段标识码、FN、TN、LP、RP结点文件：由结点组成，包括结点号、结点坐标即该结点连接的弧段标识码多边形文件：由多边形组成，包括多边形标识码、组成该多边形的弧段标识码以及相关属性等弧段坐标文件：包括弧段标识码及构成弧段的点的坐标构成,弧段是拓扑数据组织的基本对象。,图2-3空间数据的基本特征,表2-1欧几里德平面上实体对象所具有的拓扑和非拓扑属性,图2-4空间数据的拓扑关系,拓扑邻接：存在于空间图形的同类元素之间的拓扑关系拓扑关联：存在于空间图形的不同元素之间的拓扑关系拓扑包含：存在于空间图形的同类但不同级的元素之间的拓扑关系,表2-2面域与弧段的拓扑关系面域弧段P1a,b,c,-gP2b,d,fP3c,f,eP4g,表2-3结点与弧段的拓扑关系结点弧段Aa,c,eBa,d,bCd,e,fDb,f,cEg,表2-4弧段与结点的拓扑关系弧段结点aA,BbB,DcD,AdB,CeC,AfC,DgE,E,表2-5弧段与面域的拓扑关系弧段左邻面右邻面aP0P1bP2P1cP3P1dP0P2eP0P3fP3P2gP1,图2-5矢量模型中空间对象的表示,图2-6栅格模型中空间对象的表示,图2-7点、线、面实体的坐标表示,图2-8多边形的矢量编码,表2-4弧段文件,表2-5结点文件,表2-6多边形文件,表2-7弧段坐标文件,图2-9矢量结构图形基本元素,表2-4弧段文件,图2-9矢量结构图形基本元素,表2-4弧段文件,图2-9矢量结构图形基本元素,表2-4弧段文件,顺序连接组成封闭多边形一组弧段的编辑在弧段文件中，捡出与当前编辑的多边形P1相关的所有记录。,（2）拓扑编辑功能,多边形编辑：,检查当前编辑的多边形P1所处的位置,P1在LP的位置：将其换到RP的位置上，同时交换FN、TN的位置。,P1在LP的位置：当前记录的所有数据相不用改变,任取一个起结点作为起点，顺序连接各个结点，必要时可对记录的前后顺序作调整，使连接的起点能够自行封闭,结点连接编辑：顺序连接环绕某个结点所有多边形的编辑在弧段文件中，捡出与当前编辑的结点N2相关的所有记录。,弧段文件,检查当前编辑的结点N2所处的位置,N2在FN的位置：将其换到TN的位置上，同时交换LP、RP的位置。,N2在TN的位置：当前记录的所有数据相不用改变,任取一个左多边形作为起点，顺序连接各个多边形，必要时可对记录的前后顺序作调整，使连接的多边形能够首尾呼应,弧段文件,拓扑编辑的优势：,保证了数字化原始数据的自动查错编辑可以自动生成封闭的多边形边界，为由各个单独存储的弧段组成所需要的多边形及建立空间数据库奠定了基础3.曲面数据结构曲面：指连续分布现象的覆盖表面,图2-3-4TIN的生成,构网准则:,尽可能地确保每个三角形都是锐角三角形或是三边的长度近似相等；保证由最邻近的点构成的三角形，即三角形的边长之和最小。,图2-10Dalaunay三角形泰森多边形图,（2）曲面数据结构,优势：相邻三角形的信息可以自动生成，便于连续分布现象的的顺序跟踪和查询检索便于地形分析,图2-11不规则三角网及其数据结构,矢量数据结构的特点,优点：能最好的逼近地理实体间的空间分布特征；数据精度高；数据的冗余度低；便于进行地理实体间的网络分析。缺点：对于多层空间数据的叠和分析比较困难。,实习：矢量数据的手工编码实习教程P80页,数字线划图不但包括了地球表面的空间信息，还包括各种空间要素的属性信息。数字线划图作为人口、资源、环境、交通、治安等专业信息系统的空间定位基础,广泛应用于城市建设、资源管理等各个方面；成果格式有dxf、dwg、dgn、shp、MapInfo等。,数字线划图：某城市城郊地形图（1：2000）,数字栅格地图（DigitalRasterGraphic简称DRG）是纸质地形图的数字化产品。每幅图经扫描、纠正、图幅处理及数据压缩处理后，形成在内容、几何精度和色彩上与地形图保持一致的栅格文件。,TINDEM,栅格DEM不包含地表建筑物，桥梁和树木等高度的地面高程模型,数字地表模型(DigitalSurfaceModel)包含了地表建筑物，桥梁和树木等高度的地面高程模型，与数字地面模型dem相比，dsm是在dem的基础上，进一步涵盖了除地面以外的其他地表信息的高程，在一些对建筑物高度有需求的领域，将得到广泛得应用。,高精度的正摄影像，地表分辨率可高达0.1m,利用航空相片、遥感影像经象元纠正，生成的影像数据。数字正摄影像丰富直观，具有良好的可判读性和可量测性，从中可直接提取自然地理和社会经济信息.,正射影像矢量数据,SHAPE文件格式：,Shape文件由3个文件构成:主文件、索引文件、数据文件。主文件(*.Shp)：存储Shape的位置信息。索引文件(*.Shx)：是对主文件的索引，指出主文件中记录在文件中的位置信息数据文件(*.Dbf)：包括Shape的具体位置和属性信息。,PolygonDouble4Box/边界盒（以Xmin,Ymin,Xmax,Ymax的顺序存储。）IntegerNumParts/部分的数目（即多边形中环的数目）IntegerNumPoints/点的总数目（所有环的点的总数目）IntegerNumPartsParts/在部分中第一个点的索引PointNumPointsPoints/所有部分的点,