第二章空間數(shù)據(jù)模型和空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

1、第二章 空間數(shù)據(jù)模型和空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)空間數(shù)據(jù)模型和空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)本章內(nèi)容提要本章內(nèi)容提要 2.1 地理空間概述地理空間概述2. 2 空間數(shù)據(jù)特點(diǎn)空間數(shù)據(jù)特點(diǎn)2.3 空間數(shù)據(jù)模型空間數(shù)據(jù)模型2.4矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其表達(dá)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其表達(dá)2.5 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其表達(dá)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其表達(dá)2. 6矢量柵格一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矢量柵格一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2.7空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的建立空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的建立重點(diǎn)：重點(diǎn)：GISGIS空間數(shù)據(jù)的表達(dá)形式是地圖語(yǔ)言，矢量數(shù)據(jù)結(jié)空間數(shù)據(jù)的表達(dá)形式是地圖語(yǔ)言，矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是構(gòu)、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是GISGIS數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理的基本結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理的基本結(jié)構(gòu)。本章內(nèi)容抽象，通過(guò)本章內(nèi)

2、容抽象，通過(guò)GIS軟件演示說(shuō)明有關(guān)概念軟件演示說(shuō)明有關(guān)概念2.1 地理空間概述一、空間與地理空間 空間(Space):物理學(xué)指宇宙三個(gè)相互垂直方向廣延性，天文學(xué)指時(shí)空連續(xù)體一部分 地理學(xué)上指地理空間(Geographic Space):指物質(zhì)、能量、信息的存在形式在形態(tài)、結(jié)構(gòu)過(guò)程、功能關(guān)系上的分布方式、格局及其在時(shí)間上的延續(xù)。 地理空間是地球上大氣圈、水圈、生物圈、土壤圈、巖石圈交互作用的區(qū)域。二、GIS中的地理空間和地理空間數(shù)據(jù) GIS 中的地理空間常用Geo-spatial表述。 指地球投影后，在笛卡兒坐標(biāo)系中的表層特征空間 實(shí)體本身的特征、實(shí)體之間的關(guān)系特征。 用空間幾何特性、時(shí)空分布規(guī)

3、律以及實(shí)體之間關(guān)系的數(shù)據(jù)來(lái)表達(dá)地理空間數(shù)據(jù)空間實(shí)體的表達(dá) 點(diǎn)(Point) 線(Line) 面(Polygon) 曲面(Surface) 體(Volume) 上述形式在計(jì)算機(jī)內(nèi)識(shí)別、存儲(chǔ)、處理的有效性和可能性。地理信息的GIS表達(dá) 圖名/圖層名 圖框（圖廓點(diǎn)）：由它決定圖形外邊緣的坐標(biāo)值，從而確定圖形的坐標(biāo) 比例尺 投影、坐標(biāo)系 圖形符號(hào) 屬性數(shù)據(jù)庫(kù)：用以記錄不同層次不同專題的信息，在多媒體GIS中還可包括音頻和視頻信息。2. 2 空間數(shù)據(jù)特點(diǎn)空間數(shù)據(jù)特點(diǎn)一、GIS的空間數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)源：數(shù)據(jù)源：u地圖數(shù)據(jù)u影像數(shù)據(jù)u地形數(shù)據(jù)u屬性數(shù)據(jù)u元數(shù)據(jù)按空間數(shù)據(jù)表示的類型分類按空間數(shù)據(jù)表示的類型分類 類型

4、數(shù)據(jù)：土地/土壤類型 面域數(shù)據(jù)：行政區(qū) 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)：交通、電網(wǎng) 樣本數(shù)據(jù)：氣象站數(shù)據(jù) 曲面數(shù)據(jù)：高程點(diǎn)、等高線 文本數(shù)據(jù)：地名 符號(hào)數(shù)據(jù)：點(diǎn)、線、面、暈線二、空間數(shù)據(jù)基本特征 1空間特征：定位信息 2 屬性特征：屬性信息 3拓?fù)潢P(guān)系：拓?fù)湫畔?4時(shí)序性：時(shí)間信息時(shí)序性：時(shí)間信息2.3 空間數(shù)據(jù)模型 2.3.1 數(shù)據(jù)模型 2.3.2 空間數(shù)據(jù)模型 2.3.3 時(shí)空數(shù)據(jù)模型 2.3.4 三維空間模型 2.3.5 面向空間模型 2.3.6 空間數(shù)據(jù)表達(dá)與空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 通過(guò)GIS軟件演示說(shuō)明空間數(shù)據(jù)模型空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（面向地物） 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（面向位置） 數(shù)據(jù)壓縮：游程編碼、四叉

5、樹(shù) 矢量柵格混合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2.4矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其表達(dá) 基于矢量模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)稱之為矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它是面向地物的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。是利用歐幾里得（Euclid)幾何學(xué)中的點(diǎn)、線、面及其組合體來(lái)表示空間分布的一種數(shù)據(jù)組織方式。 簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(無(wú)拓?fù)洌?拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 曲面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)TIN (Triangulated Irregular Network)2.4.1 矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)概念（面向地物）矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)概念（面向地物） 2.4.2 矢量數(shù)據(jù)的位置、形狀表達(dá) 0維矢量 （點(diǎn)）實(shí)體點(diǎn)、注記點(diǎn)、內(nèi)點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)、角點(diǎn)。 1維矢量 （線）直線、弧段、鏈、網(wǎng)絡(luò) 2維矢量（面）多邊形區(qū)域 3維矢量(體)具有位置的真三維實(shí)體2.4

6、.3 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是明確定義空間結(jié)構(gòu)關(guān)系的一種數(shù)學(xué)方法。在GIS中用于空間數(shù)據(jù)的編輯編輯和組織組織，對(duì)空間分析空間分析和應(yīng)用應(yīng)用也非常重要。 拓?fù)溧徑樱捍嬖谟诳臻g圖形同類元素之間的拓?fù)潢P(guān)系。 拓?fù)潢P(guān)聯(lián)：存在于空間圖形不同元素之間的拓?fù)潢P(guān)系。 拓?fù)浒和?、不同?jí)的元素拓?fù)潢P(guān)系拓?fù)鋱D示點(diǎn)、結(jié)點(diǎn)、拓?fù)渚庉婫IS利用拓?fù)潢P(guān)系的優(yōu)點(diǎn) （1）不需要利用坐標(biāo)或距離，可以確定地物空間位置關(guān)系 （2）有利于空間要素查詢 （3）已拓?fù)鋽?shù)據(jù)為工具，重建地理實(shí)體。2.5 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其表達(dá) 基于柵格模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是面向位置的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，將空間分割成有規(guī)則的網(wǎng)格，在各個(gè)格上給出相應(yīng)的屬性值來(lái)表達(dá)地理實(shí)體的一

7、種數(shù)據(jù)組織形式。 柵格結(jié)構(gòu)是由規(guī)則的網(wǎng)格陣列上的象元(由行，列定義)來(lái)表示圖象元素，其地理屬性隱含在其中。 柵格數(shù)據(jù)的行和列的數(shù)目取決于柵格的分辨分辨力力和實(shí)體特征。一般地，實(shí)體特征越復(fù)雜、柵格尺寸越小、分辨力越高，則柵格數(shù)量越多(按分辨力的平方指數(shù)增加)，處理成本也越高。 柵格模型行800100000001111100 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 00 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0行 列 值01 01.02 02.11列行800100000001111100 0 0 0 0

8、 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 00 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0行 列 值01 01.02 02.11列柵格數(shù)據(jù)游程編碼壓縮 游程編碼的壓縮原理可描述為：設(shè)有一個(gè)規(guī)則的柵格數(shù)字矩陣，矩陣的每行都有為整數(shù)（屬性類別或等級(jí)）的序列x1，x2，xm，現(xiàn)把屬性值相同的連續(xù)若干個(gè)柵格視為一個(gè)游程，每個(gè)游程的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為（A，P），A表示柵格的屬性值，P表示該游程最右邊柵格所在的列號(hào)。這樣，可將序列x1，x2，xm映射為K個(gè)游程，原來(lái)一行內(nèi)m個(gè)數(shù)據(jù)壓縮為K個(gè)整數(shù)對(duì)(Km)。 柵格數(shù)據(jù)四叉樹(shù)結(jié)構(gòu)壓縮 四叉樹(shù)

9、結(jié)構(gòu)壓縮的原理可描述為：將整個(gè)區(qū)域按照四個(gè)象限進(jìn)行遞歸分割，(2n2n，且n1)直到子象限的數(shù)值單調(diào)為止。凡是數(shù)值（特征碼或類型值）呈單調(diào)的單元，不論單元大小，均作為最后的存儲(chǔ)單元。這樣，對(duì)同一種空間要素，區(qū)域格網(wǎng)的大小，隨該要素分布特征而不同。如圖4-12所示，（1）表示區(qū)域（填充部分）四分劃的過(guò)程，（2）為該區(qū)域的四叉樹(shù)，其中樹(shù)根代表整個(gè)區(qū)域，樹(shù)的每個(gè)結(jié)點(diǎn)有四個(gè)兒子或空，為空的結(jié)點(diǎn)為葉結(jié)點(diǎn)，葉結(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)于區(qū)域分割時(shí)數(shù)值單調(diào)的子象限。矢量-柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)比優(yōu)優(yōu) 點(diǎn)點(diǎn)缺缺 點(diǎn)點(diǎn)矢量矢量1 便于面向地物現(xiàn)象的數(shù)據(jù)表示便于面向地物現(xiàn)象的數(shù)據(jù)表示2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)緊湊，冗余度低數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)緊湊，冗余度低3 有利于網(wǎng)絡(luò)分析有利于網(wǎng)絡(luò)分析4 圖形顯示質(zhì)量好，精度高圖形顯示質(zhì)量好，精度高1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜2 軟硬件技術(shù)要求較高軟硬件技術(shù)要求較高3 多變性疊合分析較困難多變性疊合分析較困難4顯示與繪圖成本較高顯示與繪圖成本較高柵格柵格1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單2 空間分析和地理現(xiàn)象模擬容易空間分析和地理現(xiàn)象模擬容易3 利于與遙感數(shù)據(jù)的匹配應(yīng)用和利于與遙感數(shù)據(jù)的匹配應(yīng)用和分析分析4輸出方法快，成本較低輸出方法快，成本較低1 數(shù)據(jù)量大數(shù)據(jù)量大2 投影轉(zhuǎn)換困難投影轉(zhuǎn)換困難3 現(xiàn)象識(shí)別的效果不如矢量現(xiàn)象識(shí)別的效果不如矢量4 圖形顯示質(zhì)量低圖形顯示質(zhì)量低2. 6矢量柵格