地理信息系统原理及应用第4章.doc

第四章 空间数据表达 4.1空间对象及其定义 1.零维空间对象：点状地物；结（节）点 2.一维空间对象：拓扑弧段；无拓扑弧段；线状地物 3.二维空间对象：无拓扑面片；有拓扑面片；面状地物；象元 4.三维空间对象：体状地物；体元 1）点——点关系 相合；分离；一点为其它诸点的几何中心；一点为其它诸点的地理重心。 2）点——线关系 点在线上：可以计算点的性质，如拐点等；线的端点：起点和终点；线的交点；点与线分离：可计算点到线的距离。 3）点——面关系 点在区域内，可以记数和统计；点为区域的几何中心；点为区域的地理重心；点在区域的边界上；点在区域外部。 4）线——线关系 。 5）线——面关系 区域包含线：可计算区域内线的密度；线穿过区域线环绕区域：对于区域边界，可以有哪些信誉好的足球投注网站其左右区域名称；线与区域分离。 6）面——面关系 包含：如岛的情形；相交：可以划分子区，并计算逻辑与、或、非和异或；相邻：计算相邻边界的性质和长度；分离：计算距离、引力等。 现实世界 模型 实物模型、符号模型、数学模型 数据建模 数据组织方式（如：数据分层，属性组织）、选择数据结构（矢量/ 栅格）、数据结构编码（数据结构的实现） 4.4空间数据结构的类型 数据结构： 矢量结构：用点、线、面表现地理实体，其空间位置由所在的坐标参考系中的坐标定义。 栅格结构：空间被规则地划分为栅格（通常为正方形）；地理实体的位置用它们占据的栅格行、列号来定义；栅格的值代表该位置的属性值；栅格的大小代表空间分解能力。 4.5空间数据结构的建立 数据结构在GIS中对于数据采集、存储、查询、检索、应用分析等操作方式有着重要的影响。 空间数据编码是空间数据结构的实现。 高效的数据结构，应具备如下几个方面的要求(P54): 4.6空间对象的矢量表达 矢量数据结构是利用欧几里得几何学中的点、线、面及其组合体来表示地理实体空间分布的一种数据组织方式； 通过记录坐标的方式尽可能精确地表示点、线、多边形等地理实体； 点：只记录其在特定坐标系下的坐标和属性代码 ； 线段：用一系列有序的、足够短的直线、顺序相接表示，为一个有序的坐标对序列。 多边形：由一系列多而短的直线段组成的、首尾相连的坐标对 。 矢量表示法 定义：矢量数据结构通过记录空间对象的坐标及空间关系来表达空间对象的位置。 点：空间的一个坐标点；线：多个点组成的弧段；面：多个弧段组成的封闭多边形； 获取方法 定位设备（全站仪、GPS、常规测量等）；地图数字化；间接获取；栅格数据转换；空间分析（叠置、缓冲等操作产生的新的矢量数据） 矢量数据表达考虑内容 矢量数据自身的存储和管理；几何数据和属性数据的联系；空间对象的空间关系（拓扑关系） 矢量数据表达 简单数据结构、拓扑数据结构、属性数据组织 面实体：多边形矢量编码，不但要表示位置和属性，更重要的是能表达区域的拓扑特征，如形状、邻域和层次结构等，以便使这些基本的空间单元可以作为专题图的资料进行显示和操作。 矢量数据结构分为简单数据结构（也称面条数据结构）、拓扑数据结构和曲面数据结构； 拓扑数据结构最重要的技术特征和贡献是具有拓扑编辑功能，包括多边形连接编辑和结点连接编辑。 只记录空间对象的位置坐标和属性信息，不记录拓扑关系。又称简单数据结构或面条（Spaghetti）结构。 存储： 独立存储：空间对象位置直接跟随空间对象； 点位字典：点坐标独立存储，线、面由点号组成 特征 数据按点、线、面为单元进行组织，数据结构直观简单； 公共边重复存储，存在数据冗余，难以保证数据独立性和一致性； 无拓扑关系，主要用于显示、输出及一般查询； 岛或洞只作为一个简单图形，没有与外界多边形的联系； 多边形分解和合并不易进行，邻域处理较复杂； 适用范围： 制图及一般查询，不适合复杂的空间分析 实例： ArcView的Shape文件、MapInfo的Tab文件 简单的矢量数据结构—面条结构（Spaghetti） 矢量数据表达—拓扑数据结构 不仅表达几何位置和属性，还表示空间关系 表达对象：关联关系 表达方式：全显式表达、部分显式表达 拓扑关系物理实现：直接存储、串行指针 拓扑关系与数据共享 采用拓扑关系的原则 空间数据的拓扑关系 在GIS中，凡具有网状结构特征的地理要素，都存在节点、弧段和多边形之间的拓扑关系。 拓扑定义：指图形保持连续状态下变形，但图形关系不变的性质。 将橡皮任意拉伸，压缩，但不能扭转或折叠。 拓扑变换（橡皮变换）： 拓扑种类： 拓扑关联： （不同类要素之间）如：结点与弧段：V9与L5,L6,L3；多边形与弧段：P2与L3,L5,L2。 拓扑邻接： (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 拓扑包含：指