2 地理信息系统的数据结构 北京大学.ppt

1、第二章是地理信息系统的数据结构，第一节是地理空间及其表达。首先，地理空间的概念一般包括地理空间定位框架及其相连的空间物体空间定位框架，即大地控制系统。统一的空间参考系统由平面控制网和高程控制网组成。目前，中国采用的大地坐标系是1980年的中国国家大地坐标系，规定的高程基准面是1985年的国家高程基准。地球模型、地球表面、大地水准面、地理空间坐标系，以地理极点(北极和南极)为极点，通过点A作为椭球体的垂线，称为通过点A的法线与赤道面的交角，称为通过点A的子午面与通过英国格林威治天文台的子午面的二面角，称为点A的经度， 坐标参考直接建立在球体上的地理坐标，表示地理对象位置的经纬度，建立在平面上的直

2、角坐标系，以及表示地理对象位置、投影和空间实体的(x，y)。 1.空间实体的空间特征用来描述事物或现象的地理位置以及空间位置之间的关系。空间特征是指空间对象的位置及其与相邻对象的空间或拓扑关系，而属性特征是指空间对象的主题属性。2.空间实体数据的类型属性数据描述空间实体的属性特征数据。几何数据描述了空间实体的空间特征，通常用纬度、经度和坐标来表示。关系数据描述空间实体之间的空间关系，如邻接、包含、关联等。这通常用扩展-攻击关系来表示。空间对象(实体)的地图表示，点：位置：(x，y)属性：符号，线：位置：(x1，y1)，(x2，y2)，(xn，yn)属性：符号形状，颜色，大小，面：位置：(x1，

3、y1)遥感传感器平台，传感器，空间现象及其描述，特征关系行为，观察，选择抽象合成，测量：位置编码：属性建立关系：表达式，空间对象(实体)类型，空间对象一般按几何特征分类。点：零维线：一维面：二维体：三维时间：通常用四维表示空间物体的维度与尺度有关，尺度是点的实体，有位置，没有宽度和长度；摘要点，2002年9月佛罗里达州地震监测站可能的500个地震位置，线实体，有长度，但没有宽度和高度，用于描述线实体。通常，在网络分析中，测量更多的实体距离，香港城市道路网络分布、区域实体以及具有长度和宽度的目标通常用于指示自然或人工闭合多边形，这些多边形通常被划分为连续和不连续的表面。中国土地利用分布图(不连续

4、面)，空间对象：不连续变化的表面，如土壤、森林、草地、土地使用等。属性变化发生在边界上，并且表面的内部是均匀的。空间对象：具有长度、宽度和高度的对象通常用于表示人工或自然的三维对象，如建筑物、矿体和其他三维对象。香港理工大学校园建筑，第2节地理空间数据及其特征，1。空间数据是各种地理特征和现象之间关系的符号表示。空间要素表示实体的空间位置或其当前地理位置。空间特征，也称为定位特征或几何特征，通常由坐标数据表示。属性特征表示实体的特征。如名称、分类、质量特征和数量特征。时间特征描述了实体随时间的变化，变化的周期包括超短周期、短周期、中周期和长周期。地理信息系统空间数据的分类，地图数据地图是地理信

5、息的主要载体，也是地理信息系统最重要的信息源。遥感数据、各种遥感数据及其图像数据(航空照片和卫星照片)、地形数据、属性数据、统计数据、测量数据和各种书面报告的元数据、地理空间数据的类型、类型1数据：居住区、交通线路、土地类型分布等。2面积数据：多边形中心点、行政区域边界和行政单元3网络数据：道路交叉口、街道和街区等。4样本数据：气象站、路线和野外样本分布区域等。5表面数据：高程点、等高线和等效面积。6文本数据：如地名、河流名称和地区名称。7符号数据：点符号、线符号和面积符号等。2.空间数据的拓扑关系。什么是拓扑？拓扑学这个词来自希腊语，它的原意是“对形状的研究”。拓扑是几何的一个分支，它研究在

6、拓扑变换下保持不变的几何属性和拓扑属性。元素之间的拓扑关系。元素之间的拓扑关系。拓扑包括：元素之间的拓扑关系。地理空间数据的拓扑关系是不同的，同一个类，同一个类，不同层次，拓扑邻接：N1/N2，N1/N3，N1/N4；P1/P3；P2/P3拓扑协会：N1/1，3，6；P1/1，5和6拓扑包括P3和P4，空间数据的拓扑关系，拓扑元素：点：孤立点，线的端点，面的起点和终点，链的连接点线：两个节点之间的有序弧段，包括链， 弧段和线段面：由几个弧段组成的多边形的基本拓扑关系关联：不同拓扑元素之间的邻接关系：面与其他元素之间的关系层次：拓扑元素之间的关系：欧拉公式点、线和面之间的拓扑关系、起点、终点、中

7、间点、弧段1、弧段3、弧段2、弧段4、点：面：弧：空间拓扑关系表达表、 区域与弧段之间的拓扑关系区域弧段P1a，B，C，-gp2b，D，fp3c，f B Cd，E，f Db，f，c Eg，弧段与节点之间的拓扑关系，弧段节点aA，B bB，D cD，A dB，C eC，A fC，D gE，E，弧段与区域弧段之间的拓扑关系左邻面右邻面AP0P1BP2p1c p3P 1 DP02 EP03 FP3p2GP 1，拓扑关系的意义，第3节空间数据结构的类型，空间数据结构与矢量数据的比较公共空间数据结构，X，Y，I，j，x1 y1，x2 y2，伊稀，xn yn。空间数据是地理实体的空间排列和关系的抽象描述。

8、矢量数据结构，矢量数据结构是通过记录坐标来尽可能准确地表达点、线和区域的地理实体。矢量数据可以更准确地定义位置、长度和大小。矢量数据存储是以最小的存储空间以隐式关系存储复杂的数据。矢量数据结构编码的基本内容是通过记录空间对象的坐标和空间关系来表达空间对象的位置。点：空间的坐标点；线：由多个点组成的弧段；面：由多个弧段组成的闭合多边形；矢量数据结构编码的基本内容，标识码，属性码，空间对象编码唯一地连接空间和属性数据，数据库，独立编码，点： (x，y)线： (x1，y1)，(x2，y2)，(xn，yn)平面3360 (x1，y1)，(x2)，(x1，y1)，点字典，点：点文件，线3360点串，面3

9、360点串，存储方法，点实体，线实体，面实体，多边形矢量简单矢量数据结构面结构(实体类型)只记录空间对象的位置坐标和属性信息，不记录拓扑关系。存储：独立存储：空间对象的位置直接跟随空间对象；点字典：点坐标独立存储，线和面由点号组成。没有拓扑关系，主要用于显示、输出和一般查询。公共边被重复存储，并且存在数据冗余。很难确保数据的独立性和一致性。多边形分解和合并困难，邻域处理复杂；处理嵌套多边形很麻烦。适用范围：制图和一般查询，不适合复杂的空间分析，简单的矢量数据结构面结构(实体)，多边形数据项A (x1，y1)，(x2，y2)，(x3，y3)，(x4，y4)，(X5，y5)，(X6，y6)。y1)

10、 B(x1，y1)，(x9，y9)，(x8，y8)，(x17，y17)，(x16，y16)，(x15，y15)，(x14，y14)，(x13，y13)，(x12，y12)，(x11，y11)，(x10，y10)，(x1，y1) C(x24，y24)，(x25，y25)，(x26，y26)，(x27，y27)，(x28，y28)，(x29，y29)，(x30，y30)，(x31，y31)，(x24，y26)这种数据结构不仅通过线文件生成平面文件，还需要点文件。链式双独立数据结构是DIME数据结构的改进。在DIME中，一条边只能由一条直线的两个端点和相邻区域的序列号来表示，而在链数据结构中，几条直

11、线段组合成一个弧段(或链段)，每个弧段可以有许多中间点。链式双独立数据结构中主要有四个文件：多边形文件、圆弧文件、圆弧坐标文件和节点文件。弧段文件弧段编号起点终点左侧多边形右侧多边形a51 OAB 85 EAC 168 EBD 195 OE e 1519 ODF 1516 dbg 115 obh 81 ABI 1619 dej 3131 BC弧段坐标文件弧段编号点编号a5，4，3，2，1b8，7，6，5c16，17，8d19，18，5e15，23，22，21，20，19f15，16，g1，10，11 拓扑关系描述空间对象之间的关系，面向对象操作，精度高，数据冗余小，难以与遥感等图像数据相结合输

12、出图形质量好的数字，精度高，商品化程度好的地理信息系统软件的数据库数据组织具有完整的拓扑结构：(如ARC/INFO)矢量拓扑编码方法软件示例：拓扑拓扑拓扑关系，拓扑关系自上而下(图B)，这种拓扑关系用Node-ARC-poly表示，这种拓扑关系用关系表列出。 拓扑关系配置表。多边形-弧拓扑关系b=b(a)，弧-节点拓扑a=a(n)；节点-弧拓扑n=n (a)，弧-多边形拓扑a=a (b)，弧段数据结构，arc/info中的栅格数据结构，栅格数据结构：是像素阵列，每个像素的行数和列数决定位置，像素值代表空间对象的类型和等级。每个栅格像元只能有一个值。位置可以很容易地暗示代码表示实体的属性或属性的

13、编码，即点、线、面，对于光栅数据结构，点：像素线：在特定方向上以字符串连接的一组相邻像素。面：聚集在一起的相邻细胞的集合。栅格数据结构：坐标系和描述参数，y:列，x:行，西南角栅格坐标(XWS，YWS)，栅格分辨率，栅格矩阵(Raster Matrix)，栅格数据是二维表面上地理数据的离散量化值，每一层的像素值构成像素阵列(即二维阵列)，其中的行和列的数字代表它的图像，例如A A A A A B B B A B A B A B A B A B A B在计算机中是一个44的矩阵。但是，在外部设备上，通常从左上角开始逐行存储。在上述示例中，存储顺序如下：当每个像素具有唯一的属性值时，一层中的编码需

14、要m行、n列和3个存储单元(x、y和属性编码值)。数字地面模型就是这种情况。游程编码(RunLengthCodes)，即根据行帧顺序存储多边形中每个像素的列号，即从左到右存储某一行中属于多边形开始和结束像素的列号。四叉树编码，也称为四叉树和四叉树编码。这是一种更有效的压缩数据的方法。它将2n像素阵列连续分成四个相等的部分，直到正方形的大小正好等于像素的大小(如下图所示)，而块结构用四叉树来描述，这通常称为四叉树编码。直接光栅编码：简单直观，是压缩编码方法(光栅文件)的逻辑原型；游程编码：它在很大程度上压缩数据，并最大限度地保留原始网格结构。它很容易编码和解码，非常适合微机地理信息系统；四叉树编码：具有区域、可变分辨率和高压缩效率的特点。四叉树编码可以高效地直接执行大量的图形图像操作，是一种很有前途的编码方法。栅格数据结构的特点，离散量化的栅格值表明空间对象的位置是隐藏的，属性是明显的，数据结构简单，并且很容易合并遥感数据，但是很难建立空间对象之间的关系，因为数据量大，几何偏差，属性偏差，如果按像素边缘计算，它是7，如果像素