土地信息技術(shù)基礎(chǔ)013課件

2土地信息技術(shù)基礎(chǔ)內(nèi)容提要：2.1土地信息分類與編碼2.2土地信息的空間參考體系2.3地理空間及其表達(dá)2.4地理空間數(shù)據(jù)及特征2.5空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型12.1土地信息分類與編碼土地信息分類：將土地信息系統(tǒng)化，以便于管理、應(yīng)用和信息共享2.1.1信息分類的基礎(chǔ)2.1.2土地利用信息分類2.1.3土地信息編碼22.1.1信息分類的基礎(chǔ)分類過粗：可能會(huì)影響將來分析的深度。

分類過細(xì)：增大工作量,計(jì)算機(jī)負(fù)荷加重;有時(shí)在技術(shù)上也難以做到。（1）分類原則①科學(xué)性原則。按照土地信息特征進(jìn)行科學(xué)分類,采用層級(jí)分類法,形成樹形結(jié)構(gòu)。②系統(tǒng)性原則。土地信息分類從最高一級(jí)到最低一級(jí)應(yīng)該排列成一個(gè)有機(jī)的整體。③穩(wěn)定性原則。土地信息分類應(yīng)以我國使用多年的基礎(chǔ)信息和土地利用信息的常規(guī)分類為基礎(chǔ),能在較長時(shí)間里不發(fā)生重大變更。④完整性和可擴(kuò)展性原則。能容納各專業(yè)領(lǐng)域現(xiàn)有的和將來可能產(chǎn)生的所有信息,代碼結(jié)構(gòu)和具體編碼時(shí)應(yīng)留有適當(dāng)?shù)挠嗟睾徒o出擴(kuò)充辦法。3（2）分類體系作為土地信息編碼基礎(chǔ)的分類體系，主要是由分類與分級(jí)方法形成的。分類的基本方法；分級(jí)的概念、原則及基本方法;分類與分級(jí)的關(guān)系。5分類的基本方法：線分類法：又稱層級(jí)分類法。是將初始的分類對(duì)象按選定的若干個(gè)屬性或特征依次分成若干個(gè)層級(jí)目錄，并編排成一個(gè)有層次的分類體系。對(duì)土地信息的分類一般是采用線分類法。6面分類法：將給定的分類對(duì)象按選定的若干個(gè)屬性或特征分成互不相依、互不相干的若干方面，每個(gè)面中又分成許多彼此獨(dú)立的若干個(gè)類目，由類目組合形成類的一種分類方法。7分級(jí)的基本方法：在分級(jí)時(shí)大多采用數(shù)學(xué)方法，如數(shù)列分級(jí)、最優(yōu)分割等級(jí)等。分類體系中的分級(jí)方法所依據(jù)的指標(biāo)，一般以土地特征的數(shù)量指標(biāo)或質(zhì)量指標(biāo)為主。

分類與分級(jí)的關(guān)系:分類把研究對(duì)象劃分為若干個(gè)類組，分級(jí)則是對(duì)同一類組對(duì)象再按某一方面量的差別進(jìn)行分級(jí)；分類描述地物間的分類關(guān)系、隸屬關(guān)系，而土地分級(jí)描述地物間的等級(jí)關(guān)系。9適宜程度適宜較適宜中等適宜臨界適宜不適宜賦分值54321灌溉條件有保證基本保證尚能保證較困難無水源土層厚度（厘米）≥100100-6060-4040-20＜20土壤質(zhì)地中壤、重壤輕壤、輕粘土沙壤、粉砂壤砂土、砂壤砂土、重粘土土壤pH值6.5-7.06.0-6.5或7.0-7.55.5-6.0或7.5-8.05.0-5.5或8.0-8.5>8.5或<5.0土壤養(yǎng)分（%）3.5-3.03.0-2.02.0-1.01.0-0.6＜0.6對(duì)外交通條件優(yōu)越較好一般差很差102.1.2土地利用信息分類從土地利用角度對(duì)土地信息分類：一般以土地利用的類型、土地利用的性質(zhì)和土地經(jīng)營的特點(diǎn)為依據(jù)來設(shè)計(jì)分類系統(tǒng)；比如：

城市:

主要是考慮高密度的土地利用和配置,并側(cè)重于經(jīng)濟(jì)要素和人文要素；

農(nóng)村:

則主要是研究大量的自然資源信息及利用問題。因此,原國家土地管理局制訂兩套土地利用信息分類體系,即:“土地利用現(xiàn)狀調(diào)查技術(shù)規(guī)程”和“城鎮(zhèn)地籍調(diào)查規(guī)程“11概念區(qū)分：編碼：是將經(jīng)過分類的信息用適當(dāng)?shù)臄?shù)碼(字符串或數(shù)值)來表示，也稱代碼化。編碼的類型是指代碼符號(hào)的表示形式，有數(shù)字型、字母型、數(shù)字和字母混合型三類。代碼：是一個(gè)或一組有序的易于被計(jì)算機(jī)或人識(shí)別與處理的符號(hào)，是計(jì)算機(jī)的符號(hào)，是計(jì)算機(jī)鑒別和查找信息的主要依據(jù)和手段。編碼的直接產(chǎn)物就是代碼，而分類分級(jí)則是編碼的基礎(chǔ)。2.1.3土地信息編碼13LIS中屬性信息代碼種類(分類碼和標(biāo)識(shí)碼):分類碼：根據(jù)土地信息分類體系設(shè)計(jì)出來的用于識(shí)別不同類別的數(shù)據(jù)，根據(jù)它可以從數(shù)據(jù)中查找出所需類別的全部數(shù)據(jù)。14標(biāo)識(shí)碼：在分類碼的基礎(chǔ)上，對(duì)每類數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)出全部或主要實(shí)體的標(biāo)識(shí)碼，用以對(duì)某一類數(shù)據(jù)中的某個(gè)實(shí)體進(jìn)行個(gè)別查詢檢索，從而彌補(bǔ)分類碼不能進(jìn)行個(gè)體分離的缺陷。標(biāo)識(shí)碼是聯(lián)系幾何信息和屬性信息的關(guān)鍵字。15屬性信息編碼方法舉例：如縣級(jí)農(nóng)用地分等單元編號(hào)：這是一種標(biāo)識(shí)碼，單元編號(hào)用12位數(shù)字表示：省級(jí)行政代碼（2位）+地級(jí)市行政代碼（2位）+縣級(jí)行政代碼（2位）+單元流水編號(hào)（6位）。行政代碼按《中華人民共和國行政區(qū)劃代碼》（GB2260-91）執(zhí)行。單元流水編號(hào)不足6位前面補(bǔ)0。17空間信息的編碼方式：用空間坐標(biāo)來表示地理要素的位置----空間坐標(biāo)碼在空間要素間建立起聯(lián)系，反映空間位置上的相互關(guān)系---拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、四叉樹結(jié)構(gòu)對(duì)空間要素人為的給定一些編碼或字符串---空間位置附加屬性碼比較：空間坐標(biāo)碼有定位精確、圖形顯示直觀的優(yōu)點(diǎn)，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、四叉樹結(jié)構(gòu)能建立空間要素之間空間位置上的相互聯(lián)系，空間位置附加屬性碼便于人的識(shí)別、記憶。因此，一個(gè)實(shí)用的土地信息系統(tǒng)往往是同時(shí)使用上述三類編碼，以相互取長補(bǔ)短。18思考：地球空間中空間實(shí)體的位置如何表達(dá)？2.2土地信息的空間參考系依坐標(biāo)絕對(duì)定位依空間實(shí)體間的空間關(guān)系土地?cái)?shù)據(jù)輸入必須在統(tǒng)一的（或轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的）土地空間參考框架下才能保證描述同一目標(biāo)的不同來源的土地信息相互正確地對(duì)照。19地球的自然表面：它是一個(gè)起伏不平，十分不規(guī)則的表面，包括海洋底部、高山、高原等在內(nèi)的固體地球表面——非常復(fù)雜，難以用數(shù)學(xué)表達(dá)式描述，不適合建模，各種幾何量算也十分的困難。21相對(duì)抽象的面，即大地水準(zhǔn)面：假設(shè)當(dāng)海水處于完全靜止的平衡狀態(tài)時(shí)，從海平面延伸到所有大陸下部，而與地球重力方向處正交的一個(gè)連續(xù)、閉合的水準(zhǔn)面。盡管大地水準(zhǔn)面比起實(shí)際的固體地球表面要平滑得多，但實(shí)際上，由于海水溫度的變化，盛行風(fēng)的存在，可以導(dǎo)致海平面高達(dá)百米以上的起伏變化，這使得大地水準(zhǔn)面十分復(fù)雜而不能在其上進(jìn)行運(yùn)算。

22ab地球橢球體：以大地水準(zhǔn)面為基礎(chǔ)建立的。雖然大地水準(zhǔn)面十分復(fù)雜，但從整體來看，起伏是微小的，很接近與繞自轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的橢球體，所以在測量和制圖中就用旋轉(zhuǎn)橢球來代替大地球體，這個(gè)旋轉(zhuǎn)球體通常稱地球橢球體。地球橢球體是建立土地信息空間參考系的基礎(chǔ)。橢球體元素：長半徑(a)短半徑(b)扁率(α),計(jì)算公式如下：α=(a-b)/b一個(gè)國家或地區(qū)在建立大地參考系時(shí)，為使地球橢球面更切合本國或本地區(qū)的自然地球表面，往往需要選擇合適的橢球參數(shù)、確定一個(gè)大地原點(diǎn)的起始數(shù)據(jù)，并進(jìn)行橢球的定位和定向。23美國國防部在1984年建立了世界大地測量坐標(biāo)系統(tǒng)（World

Geodetic

System），簡稱WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)，是目前國際上統(tǒng)一采用的大地坐標(biāo)系。WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)所使用的地球橢球體，稱為WGS-84橢球體。目前GPS定位所得出的結(jié)果都屬于WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)。而在工程中使用的大多是國家坐標(biāo)系，因此要建立WGS-84和國家坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換模型，目前已有坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型可求得WGS-84和國家坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)，進(jìn)而得到國家坐標(biāo)系成果。25圖2-1地球的自然表面、大地水準(zhǔn)面面和地球橢球體之間的關(guān)系

26地理坐標(biāo)系：以經(jīng)緯和緯度表示地面點(diǎn)位置的球面坐標(biāo)系。地理坐標(biāo)系地理坐標(biāo)根據(jù)參考基準(zhǔn)不同可分為：大地經(jīng)緯度、天文經(jīng)緯度。29圖2-2大地經(jīng)緯度的起算基準(zhǔn)NSE

赤道緯線大地子午面WPBL始起O大地經(jīng)緯度以參考橢球面和法線作為基準(zhǔn)面和基準(zhǔn)線；天文經(jīng)緯度是以水準(zhǔn)面和鉛垂線為基準(zhǔn)面和基準(zhǔn)線。30大地經(jīng)度：觀測點(diǎn)大地子午面與起始大地子午面之間的兩面角，大地緯度：觀測點(diǎn)橢球垂直線（法線）與赤道面之間的夾角；

天文經(jīng)度：觀測點(diǎn)子午面與起始天文子午面之間的兩面角，天文緯度：觀測點(diǎn)鉛垂線（重力線）與赤道面之間的夾角；經(jīng)度向東量度為東經(jīng)(正)，向西量度為西經(jīng)(負(fù))，其值各為0o∽180o；緯度向北量度為北緯(正)，向南量度為南緯(負(fù))，其值各為0o∽90o。比如，我國地處東半球，又處于北半球，所以我國地域內(nèi)各點(diǎn)的地理坐標(biāo)都是東經(jīng)和北緯。如北京某地點(diǎn)的地理坐標(biāo)為東經(jīng)116o28′，北緯39o54′。31空間大地直角坐標(biāo)系以橢球中心O為笛卡爾坐標(biāo)系原點(diǎn)，OZ軸與橢球的旋轉(zhuǎn)軸一致，OX軸位于起始子午面和赤道面的交線上，在赤道方向上與X軸正交的方向?yàn)閅軸，O～XYZ構(gòu)成右手坐標(biāo)系。圖2-3空間大地直角坐標(biāo)系32運(yùn)用地圖投影的方法，建立地球表面和平面上點(diǎn)的函數(shù)關(guān)系，使地球表面上任意一個(gè)由地理坐標(biāo)確定的點(diǎn)，在平面上必有一個(gè)與其相對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，平面上任一點(diǎn)的位置可以用極坐標(biāo)或直角坐標(biāo)表示。我國目前采用高斯-克呂格投影來建立地球表面和平面上點(diǎn)的函數(shù)關(guān)系。平面直角坐標(biāo)系oXY33

空間點(diǎn)的高程是以大地水準(zhǔn)面為基準(zhǔn)建立的，大地水準(zhǔn)面又由地球重力場決定。由于地球重力場的復(fù)雜性，大地水準(zhǔn)面不能惟一確定，各國或地區(qū)均是選擇一個(gè)平均水平面來代替它，以建立高程基準(zhǔn)。我國有1956年黃海高程系和1985年國家高程基準(zhǔn)。轉(zhuǎn)換關(guān)系為：H85=H56-0.029

，式中:H85、H56一一新舊高程基準(zhǔn)原點(diǎn)的正常高程。

在建立LIS時(shí)，若采用不同高程基準(zhǔn)的地形圖或工程圖做基礎(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)將高程基準(zhǔn)全部統(tǒng)一到1985年國家高程基準(zhǔn)。高程參考系統(tǒng)34

GIS中常用的坐標(biāo)系是與地圖測繪密切相關(guān)的地理坐標(biāo)系和平面直角坐標(biāo)系。351、空間實(shí)體及類型空間實(shí)體：指具有形狀、屬性和時(shí)序特征的空間對(duì)象，它是對(duì)存在于自然世界中地理實(shí)體的抽象。空間實(shí)體類型任何地理實(shí)體都可以抽象為點(diǎn)、線、面、體等基本類型，以表示它的位置、形狀、大小、高低等特征。一、空間實(shí)體及表達(dá)2.3地理空間及其表達(dá)36以地圖為例，來了解空間實(shí)體的抽象及表達(dá)點(diǎn)實(shí)體2.3地理空間及其表達(dá)有位置，無寬度和長度；抽象的點(diǎn)美國佛羅里達(dá)洲地震監(jiān)測站2002年9月該洲可能的500個(gè)地震位置37線實(shí)體2.3地理空間及其表達(dá)有長度，但無寬度和高度；用來描述線狀實(shí)體，通常在網(wǎng)絡(luò)分析中使用較多香港城市道路網(wǎng)分布38面實(shí)體2.3地理空間及其表達(dá)具有長和寬的目標(biāo)，有連續(xù)面和不連續(xù)面；通常用來表示自然或人工的封閉多邊形中國土地利用分布圖（不連續(xù)面）39面實(shí)體（續(xù)）2.3地理空間及其表達(dá)不連續(xù)變化曲面，如土壤、森林、土地利用等，屬性變化發(fā)生在邊界上，面的內(nèi)部是同質(zhì)的。連續(xù)變化曲面，如地形起伏，整個(gè)曲面在空間上曲率變化連續(xù)。不連續(xù)變化曲面連續(xù)變化曲面40體2.3地理空間及其表達(dá)有長、寬、高的目標(biāo)；通常用來表示人工或自然的三維目標(biāo)，如建筑、礦體等三維目標(biāo)41矢量表達(dá)在矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，地理實(shí)體的形狀和位置是由一組坐標(biāo)對(duì)所確定。矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)地理實(shí)體的描述類似于地圖對(duì)地理信息的描述，一般也把地理實(shí)體分為點(diǎn)、線、面、體等四種，每種實(shí)體有不同的編碼方法。柵格表達(dá)在柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，整個(gè)地理空間被規(guī)則地分為一個(gè)個(gè)小塊（通常為正方形），地理實(shí)體的位置是由占據(jù)小塊的橫排與豎列的位置決定，小塊的位置則由其橫排豎列的數(shù)碼決定，每個(gè)地理實(shí)體的形態(tài)是由柵格或網(wǎng)格中的一組點(diǎn)來構(gòu)成。這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和遙感圖象的數(shù)據(jù)相同，因而數(shù)字遙感圖象就是柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。2、空間實(shí)體的表達(dá)（計(jì)算機(jī)）2.3地理空間及其表達(dá)42（1）空間實(shí)體的矢量表達(dá)矢量維數(shù)實(shí)體類型空間表達(dá)描述代表地物零維點(diǎn)實(shí)數(shù)對(duì)（x，y）一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，具有一對(duì)(x，y)坐標(biāo)和至少一個(gè)屬性，邏輯上不能再分。水井、污染源等。一維線：弧、鏈一組離散化的實(shí)數(shù)點(diǎn)對(duì)具有相同屬性的點(diǎn)的軌跡，由坐標(biāo)對(duì)序列表示，坐標(biāo)對(duì)的順序與線的形狀有關(guān)，線上每個(gè)點(diǎn)有不多于二個(gè)的鄰點(diǎn)。道路、公共設(shè)施網(wǎng)等。二維面：多邊形一組閉合弧段所包圍的空間區(qū)域所有具有相同屬性點(diǎn)的軌跡，以(x，y)坐標(biāo)隊(duì)的集合表示，坐標(biāo)隊(duì)的排列順序不影響面的形態(tài)、其內(nèi)部點(diǎn)可以有多于三個(gè)的鄰點(diǎn)，面內(nèi)點(diǎn)具有相同屬性。土壤、植被、巖石分類區(qū)、行政區(qū)劃等。三維體由一組或多組閉合曲面所包圍的空間對(duì)象地形，溫度2.3地理空間及其表達(dá)43矢量表達(dá)法示意（點(diǎn)、線、面）2.3地理空間及其表達(dá)點(diǎn)：位置（x，y）屬性：符號(hào)線：位置(x1，y1),(x2，y2)，…，(xn，yn

)屬性：符號(hào)，形狀、顏色、尺寸面：位置(x1，y1),(x2，y2)，…，(xn，yn

)屬性：符號(hào)變化，等值線44矢量表達(dá)法示意（體：TIN

）把一表面表示成一系列相連接的三角形，這些三角形在一組結(jié)點(diǎn)(Nodes)之中，按照一定規(guī)則連接相鄰結(jié)點(diǎn)形成的邊(Edges)組成的。結(jié)點(diǎn)可以位于任何地方,但是結(jié)點(diǎn)布置得好壞,直接影響到連續(xù)面模型的精度，好的結(jié)點(diǎn)應(yīng)位于表面形狀發(fā)生顯著變化的地方。三角形不規(guī)則網(wǎng)的表達(dá)2.3地理空間及其表達(dá)45TIN表達(dá)示意2.3地理空間及其表達(dá)46（2）柵格表達(dá)法點(diǎn)：具有一定數(shù)值的刪格單元線：表現(xiàn)為按線特征相連接的一組單元面：表現(xiàn)為按二維形狀特征相連接的一組單元+++++(a)點(diǎn)的柵格表達(dá)(b)線的柵格表達(dá)(c)面的柵格表達(dá)柵格表示法的精度：依賴于每個(gè)柵格單元所實(shí)際代表的地面區(qū)域的大小，柵格代表的區(qū)域越小，精度越高。每個(gè)柵格單元的數(shù)值實(shí)際上代表的中心值。2.3地理空間及其表達(dá)47矢量表達(dá)和柵格表達(dá)2.3地理空間及其表達(dá)湖泊河道居民地流路48下面以一幅交通圖為例，來了解空間數(shù)據(jù)都有哪些特征?一、空間數(shù)據(jù)基本特征2.4地理空間數(shù)據(jù)及特征定位信息：C1、C2、C3三條道路在不同的空間位置。關(guān)聯(lián)關(guān)系：主干道與次干道在結(jié)點(diǎn)N2處相聯(lián)接，主干道的結(jié)點(diǎn)N1和N2相鄰接，結(jié)點(diǎn)N2分別與三條路段C1、C2和C3相關(guān)聯(lián)等，這些統(tǒng)稱為拓?fù)潢P(guān)系；C3在C6的左邊，稱為方位關(guān)系；道路有一定的長度，稱為度量關(guān)系。屬性信息：道路分別具有不同的等級(jí)時(shí)間特征：隨著時(shí)間的推移，道路還將發(fā)生變化。492.4地理空間數(shù)據(jù)及特征指地理實(shí)體的空間位置及相互關(guān)系：①空間位置特征：實(shí)體在一定的坐標(biāo)參考系中的空間位置，通常用地理坐標(biāo)系、平面直角坐標(biāo)系來表示。②空間關(guān)系特征：實(shí)體之間存在的一些具有空間特性的關(guān)系。如：拓?fù)潢P(guān)系、方位關(guān)系、度量關(guān)系空間數(shù)據(jù)特征空間特征時(shí)間特征指實(shí)體隨時(shí)間而發(fā)生的相關(guān)變化。表示地理實(shí)體的名稱、類型和數(shù)量等。屬性特征502.4地理空間數(shù)據(jù)及特征空間特征是指空間對(duì)象的位置及與相鄰對(duì)象的空間關(guān)系或拓?fù)潢P(guān)系；空間特征示意：空間對(duì)象的位置及相鄰對(duì)象的空間關(guān)系51二、空間實(shí)體的空間關(guān)系2.4地理空間數(shù)據(jù)及特征1、空間實(shí)體關(guān)系研究的意義鐵路小鎮(zhèn)鐵路過小鎮(zhèn)嗎？線——點(diǎn)河流小路小路穿過河流嗎？線——線河流小路河流在區(qū)域嗎？線——面?????????????522.4地理空間數(shù)據(jù)及特征鐵路區(qū)域有鐵路嗎？面——線????????????????區(qū)域有郵局嗎？面——點(diǎn)???????????????郵局????????????????????區(qū)域相臨嗎？面——面因此，實(shí)體之間的關(guān)系包括點(diǎn)、線、面等之間組合。53面-面空間關(guān)系的形式化表達(dá)2、空間實(shí)體關(guān)系的形式化表示2.4地理空間數(shù)據(jù)及特征面-線空間關(guān)系的形式化表達(dá)54面-點(diǎn)空間關(guān)系的形式化表達(dá)線-點(diǎn)空間關(guān)系的形式化表達(dá)2.4地理空間數(shù)據(jù)及特征在空間實(shí)體組合關(guān)系研究中，可以使用“九交模型”來表示。55三、空間實(shí)體的拓?fù)潢P(guān)系2.4地理空間數(shù)據(jù)及特征1、拓?fù)涓拍钔負(fù)鋵W(xué)是幾何學(xué)的一個(gè)分支，它研究在拓?fù)渥儞Q下能夠保持不變的幾何屬性—拓?fù)鋵傩?。拓?fù)鋵W(xué)為空間關(guān)系的研究提供了數(shù)學(xué)方法，它研究的不是幾何體的面積、周長、邊長，而是將幾何體抽象成點(diǎn)、線、面等元素，再研究其間的關(guān)系。562.4地理空間數(shù)據(jù)及特征拓?fù)渥儞Q示意

．．．拓?fù)鋵傩裕涸谟覉D中，點(diǎn)、線和多邊形之間的連接、相鄰、包含等關(guān)系，無論圖形如何變化，都不會(huì)改變，即不受投影關(guān)系、比例尺而變化。非拓?fù)鋵傩裕弘S著圖形的變化，線的長度、面積等將發(fā)生變化。57結(jié)點(diǎn)（Node）：弧段的交點(diǎn)，N1…

N4弧段（Arc）：相鄰兩結(jié)點(diǎn)之間的坐標(biāo)鏈，C1…

C7多邊形（Polygon）：由弧段組成的封閉區(qū)。P1…

P42.4地理空間數(shù)據(jù)及特征2、拓?fù)鋵W(xué)中的基本元素3、基本元素之間可能的6種關(guān)系：點(diǎn)–點(diǎn)線–線點(diǎn)–線線–面點(diǎn)–面面–面關(guān)系的性質(zhì)為:關(guān)聯(lián)、相鄰、包含、相交、相離、相重等關(guān)系。P1P2P3P4N1N2N3N4C1C2C3C4C5C658拓?fù)潢P(guān)系是研究空間實(shí)體關(guān)系的數(shù)學(xué)方法，它主要包括拓?fù)溧徑印⑼負(fù)潢P(guān)聯(lián)及拓?fù)浒?.4地理空間數(shù)據(jù)及特征4、空間實(shí)體的三種拓?fù)潢P(guān)系59如圖所示，P2多邊形和P3多邊形分別在弧段C4的左邊和右邊，因此，多邊形P2和多邊形P3具有鄰接性。2.4地理空間數(shù)據(jù)及特征P1P2P3P4N1N2N3N4C1C2C3C4C5C6C7弧段左多邊形右多邊形C5P3P1C4P3P2C6P2P1.........多邊形鄰接(1)拓?fù)溧徑有灾复嬖谟诳臻g圖形的同類元素之間的拓?fù)潢P(guān)系，如結(jié)點(diǎn)與結(jié)點(diǎn)之間的鄰接關(guān)系，多邊形與多邊形的鄰接關(guān)系。60結(jié)點(diǎn)與弧段的關(guān)聯(lián)性第二節(jié)地理空間數(shù)據(jù)及特征

（2）拓?fù)潢P(guān)聯(lián)性指存在于空間圖形的不同類元素之間的拓?fù)潢P(guān)系，如結(jié)點(diǎn)與弧段，多邊形與弧段等。結(jié)點(diǎn)弧段N1C1，C3,C6N2C1，C2,C3N3C2，C3,C4......多邊形與弧段關(guān)聯(lián)性多邊形弧段P1C1，C5,C6P2C4，C3,C6P3C2，C5,C4......P1P2P3P4N1N2N3N4C1C2C3C4C5C6C761(3)拓?fù)浒?/p>

指存在于空間圖形的同類，但不同級(jí)的元素之間的拓?fù)潢P(guān)系，如多邊形的島。2.4地理空間數(shù)據(jù)及特征P1P2P3P4N1N2N3N4C1C2C3C4C5C6C7包含關(guān)系分簡單包含，多層包含和等價(jià)包含三種形式。例如：多邊形P3簡單包含P462（1）根據(jù)拓?fù)潢P(guān)系，不需要利用坐標(biāo)或距離，可以確定一種地理實(shí)體相對(duì)于另一種地理實(shí)體的空間位置關(guān)系。因?yàn)橥負(fù)鋽?shù)據(jù)已經(jīng)清楚地反映出地理實(shí)體之間的邏輯結(jié)構(gòu)關(guān)系，而且這種拓?fù)鋽?shù)據(jù)較之幾何數(shù)據(jù)有更大的穩(wěn)定性，即它不隨地圖投影而變化。（2）利用拓?fù)鋽?shù)據(jù)有利于空間要素的查詢。例如應(yīng)答像某區(qū)域與哪些區(qū)域鄰接；某條河流能為哪些政區(qū)的居民提供水源；與某一湖泊鄰接的土地利用類型有哪些；特別是野生生物學(xué)家可能想確定一塊與湖泊相鄰的土地覆蓋區(qū)，用于對(duì)生物棲息環(huán)境作出評(píng)價(jià)等等，都需要利用拓?fù)鋽?shù)據(jù)。（3）可以利用拓?fù)鋽?shù)據(jù)作為工具，重建地理實(shí)體。例如建立封閉多邊形、實(shí)現(xiàn)道路的選取、進(jìn)行最佳路徑的計(jì)算等。2.4地理空間數(shù)據(jù)及特征3、拓?fù)淇臻g關(guān)系研究意義63小結(jié)：空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系在GIS中，凡具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)特征的地理要素，都存在節(jié)點(diǎn)、弧段和多邊形之間的拓?fù)潢P(guān)系。拓?fù)涠x：指圖形保持連續(xù)狀態(tài)下變形，但圖形關(guān)系不變的性質(zhì)。將橡皮任意拉伸，壓縮，但不能扭轉(zhuǎn)或折疊。拓?fù)渥儞Q（橡皮變換）64拓?fù)渥儞Q（橡皮變換）

非拓?fù)鋵傩裕◣缀危┩負(fù)鋵傩裕]發(fā)生變化的屬性）兩點(diǎn)間距離一點(diǎn)指向另一點(diǎn)的方向弧段長度、區(qū)域周長、面積等一個(gè)點(diǎn)在一條弧段的端點(diǎn)一條弧是一簡單弧段（自身不相交）一個(gè)點(diǎn)在一個(gè)區(qū)域的邊界上一個(gè)點(diǎn)在一個(gè)區(qū)域的內(nèi)部/外部一個(gè)點(diǎn)在一個(gè)環(huán)的內(nèi)/外部一個(gè)面是一個(gè)簡單面一個(gè)面的連通性面內(nèi)任兩點(diǎn)從一點(diǎn)可在面的內(nèi)部走向另一點(diǎn)65矢量結(jié)構(gòu)柵格結(jié)構(gòu)。2.5空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型66矢量結(jié)構(gòu)用點(diǎn)、線、面表現(xiàn)地理實(shí)體，其空間位置由所在的坐標(biāo)參考系中的坐標(biāo)定義。三類地物：點(diǎn)面線67柵格結(jié)構(gòu)空間被規(guī)則地劃分為柵格（通常為正方形）；地理實(shí)體的位置用它們占據(jù)的柵格行、列號(hào)來定義；柵格的值代表該位置的屬性值；柵格的大小代表空間分解能力。68692.5空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型（一）矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的含義：矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一種常見的圖形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它用一系列有序的x、y坐標(biāo)對(duì)表示地理實(shí)體的空間位置。矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型：按其是否明確表示各地理實(shí)體的空間相互關(guān)系可分為無簡單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)兩大類。702.5空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型1、簡單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上是面向?qū)嶓w的一種數(shù)據(jù)組裝和編碼方法。在簡單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，空間數(shù)據(jù)以基本的空間對(duì)象（點(diǎn)、線或多邊形）為單元進(jìn)行單獨(dú)組織，不含有拓?fù)潢P(guān)系數(shù)據(jù)，最典型的是面條（spaghetti）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。無拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的概念示意71點(diǎn)表（Spaghetti

）2.5空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型A點(diǎn)實(shí)體結(jié)構(gòu)：唯一的標(biāo)識(shí)碼ID號(hào)空間位置(X，Y）非空間屬性(A1，A2，…，An)線表（Spaghetti）B線實(shí)體結(jié)構(gòu)：唯一的標(biāo)識(shí)碼ID號(hào)中間點(diǎn)數(shù)非空間屬性72與線表非常相似，但它的最后一個(gè)結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)值與第一個(gè)結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)值相同。如左表中，第1號(hào)多邊形的(x1，y1)＝(x5，y5)。對(duì)于多邊形中的“島”，處理方法是在每個(gè)多邊形頭記錄中增加一條“島”的屬性來表示優(yōu)先級(jí)，低優(yōu)先級(jí)的多邊形先繪置先充填，高優(yōu)先級(jí)的多邊形后繪置，這樣島多邊形就覆蓋了原先的多邊形。多邊形表（Spaghetti）2.5空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型C．多邊形實(shí)體結(jié)構(gòu)73簡單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)2.5空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型（1）數(shù)據(jù)按點(diǎn)、線或多邊行為單元進(jìn)行組織，數(shù)據(jù)編排直觀，數(shù)字化操作簡單。（2）每個(gè)多邊形都以閉合線段存儲(chǔ)，多邊形的公共邊界被數(shù)字化兩次和存儲(chǔ)兩次，造成數(shù)據(jù)冗余和不一致。（3）點(diǎn)、線和多邊形有各自的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，但沒有拓?fù)鋽?shù)據(jù)，互相之間不關(guān)聯(lián)。（4）島只作為一個(gè)單個(gè)圖形，沒有與外界多邊形的聯(lián)系。實(shí)例圖742.5空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型矢量結(jié)構(gòu)圖形基本元素多邊形：P1,P2…p42、拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)結(jié)點(diǎn)：N1,N2…N6弧段：C1,C2…C10島：P5在拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中圖形的基本元素包括：752.5空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述在拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，點(diǎn)是相互獨(dú)立的，點(diǎn)連成線，線構(gòu)成面。每條線開始于起始結(jié)點(diǎn)，止于終止結(jié)點(diǎn)，并與左右多邊形相鄰接；多邊形是由弧段連接而成的。由一條弧段組成的多邊形稱為島。不包含島的多邊形稱為簡單多邊形，表示單連通區(qū)域。含島的多邊形稱為復(fù)合多邊形，表示復(fù)連通區(qū)域。76弧段號(hào)起結(jié)點(diǎn)終結(jié)點(diǎn)左多邊形右多邊形C1C2C3C4C5C6C7C8C9C10N1N3N1N1N2N4N5N4N7N3N2N2N3N4N5N5N6N6N7N6P2P1P1ΦP2P3P3ΦP4P4P1P4ΦP2P4P2P4P3P5Φ表2弧段拓?fù)湮募?.5空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型結(jié)點(diǎn)號(hào)坐標(biāo)N1N2N3N4N5N6N7C1,C3,C4C1,C2,C5C2,C3,C10C4,C6,C8C4,C7,C5C7,C8,C10C9表3結(jié)點(diǎn)拓?fù)湮募噙呅翁?hào)

弧段號(hào)P1C1,C2,C3P2C1,C5,C6,C4p3C6,C7,C8p4C2,C5,C7,C10p5C9表1多邊形拓?fù)湮募募Y(jié)構(gòu)?????????????????????????????1234567891012111314?161715?1819202122232425262728293031?3277結(jié)點(diǎn)文件：唯一標(biāo)識(shí)碼，關(guān)聯(lián)的弧段碼，坐標(biāo)點(diǎn)（x,y）；弧段文件：唯一標(biāo)識(shí)碼，起始結(jié)點(diǎn)，終止結(jié)點(diǎn)，左多邊形，右多邊形，指向中間點(diǎn)坐標(biāo)的指針；多邊形文件：唯一標(biāo)識(shí)碼，組成多邊形的弧段號(hào)弧段坐標(biāo)：唯一弧段標(biāo)識(shí)碼，組成弧段的坐標(biāo)串；2.5空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)文件一般包含四個(gè)文件78優(yōu)點(diǎn)：一個(gè)多邊形與另一個(gè)多邊形之間沒有空間坐標(biāo)的重復(fù)，這樣就消除了重復(fù)線；拓?fù)湫畔⑴c空間坐標(biāo)分別存儲(chǔ)，有利于包含、連接、相鄰等查詢操作。缺點(diǎn)：拓?fù)浔碓谝婚_始時(shí)就要?jiǎng)?chuàng)建，需要時(shí)間；一些簡單的操作，如圖形顯示等比較慢，因?yàn)閳D形顯示需要的是空間坐標(biāo)而非拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。2.5空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)79矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：特點(diǎn)用離散的點(diǎn)描述空間對(duì)象與特征，定位明顯，屬性隱含用拓?fù)潢P(guān)系描述空間對(duì)象之間的關(guān)系面向目標(biāo)操作，精度高，數(shù)據(jù)冗余度小輸出圖形質(zhì)量好，精度高與遙感等圖象數(shù)據(jù)難以結(jié)合80柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)含義柵格數(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)網(wǎng)格上給出相應(yīng)的屬性值來表示地理實(shí)體。（二）柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2.5