第二講空間特性

第二講空間特性第1頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月一、空間實體及其描述

一、空間實體目標(biāo)：實體的物理表示實體類型：點、線、面、體等。實體屬性：對實體特征的描述，屬性有屬性值的概念并有等級之分。實體要素：實體是點、線、面、體多種要素的復(fù)雜組合。第2頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月空間實體及其描述二、空間實體的描述對空間實體的描述有5種內(nèi)容：即識別碼、位置、實體特征、實體的角色、行為或功能以及實體的空間特性。第3頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月識別碼：用于區(qū)別同類而又不同的實體。位置：可用坐標(biāo)描述也可用其它形式。空間特征：也是位置信息的一種，如維數(shù)、類型及實體的組合等。實體的行為和功能：是指在數(shù)據(jù)采集過程中不僅要重視實體的靜態(tài)描述，還要收集那些動態(tài)的變化，如島嶼的侵蝕、水體污染的擴散、建筑的變形等。實體的衍生信息：如一個實體有許多個名稱。續(xù)----第4頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月信息分類實例第5頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月空間實體及其描述三、空間實體的空間特征實體根據(jù)空間特性可以進行分類，所以實體常常被認(rèn)為由一些基本的空間單元（指那些基本的、實際的、不可再分的元素）來組合并生成的編碼數(shù)可用空間維數(shù)、類型。組合方式說明空間實體的空間特征（見下圖）第6頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月空間單元的類型第7頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月空間實體的空間特征可有零維、一維、二維、三維之分。實體的二維和三維情況表示如下圖：第8頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月點狀實體有如下幾種類型：Point：有特定位置，維數(shù)為0的物體；■實體點Entitypoint：用來代表一個實體；注記點Textpoint：用于定位注記；□內(nèi)點Testpoint：用于負載多邊形的屬性，存在于多邊形內(nèi)；●結(jié)點Node：表示線的終點和起點；○角點Vertex：表示線段和弧段的內(nèi)部點。實體的類型（1）第9頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月線狀實體由一列有序坐標(biāo)表示如下特性：實體長度：從起點到終點的總長；彎曲度：用于表示像道路拐彎時彎曲的程度；方向性：長流方向是從上游到下游，公路則有單向與雙向之分。線狀實體包括線段、邊界、鏈、弧段、網(wǎng)絡(luò)等，如下圖所示：實體的類型（2）第10頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月線狀實體類型第11頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月面狀實體面狀實體也稱為多邊形，是對湖泊、島嶼、地塊等一類現(xiàn)象的描述。在數(shù)據(jù)庫中由一封閉曲線加內(nèi)點來表示。面狀實體有如下空間特性：面積范圍；周長；獨立性或與其它的地物相鄰，如中國及其周邊國家；內(nèi)島或鋸齒狀外形；重疊性與非重疊性；

如下圖所示：實體的類型（3）第12頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月面狀實體類型第13頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月立體狀實體立體狀實體用于描述三維空間中的現(xiàn)象與物體，它具有長度、寬度及高度等屬性。體積，如工程開掘和填充的土方量；每個二維平面的面積；周長內(nèi)島或鋸齒狀外形；含有孤立塊或相鄰塊；●斷面圖與剖面圖。實體的類型（4）第14頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月實體類型組合

現(xiàn)實世界的各種現(xiàn)象比較復(fù)群眾觀點，往往由不同的空間單元組合而成，例如：1）根據(jù)某些空間單元，可以將空間問題表達出來一個特殊任務(wù)有時需要幾種空間單元來描述；2）復(fù)雜實體有可能由不同維數(shù)和類型的空間單元組合而成；3）某一類型的空間單元組合形成一個新的類型或一個復(fù)合實例；4）某一類型的空間實體或以轉(zhuǎn)換為另一類型；5）某些空間實體具有二重性，也就是說，由不同的維數(shù)組合而成。

下圖是不同空間單元組合的現(xiàn)象：第15頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月實體類型組合第16頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月空間實體的時間維

（亦稱空間實體的時間特征）的處理對空間實體或者組合事件的時間維的描述可用以下方式：1）作為記錄事件或?qū)傩缘幕境煞荩?）作為沒有空間特性發(fā)生改變的實體的一個屬性；3）作為觀察空間實體變化的參考；

下圖是空間實體的時間維處理實例：第17頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月不同時間的處理方法第18頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月空間實體在地理信息系統(tǒng)中的表示（1）1、單一特征在地理信息系統(tǒng)中，點特征用一組x、y坐標(biāo)表示，線特征用一維有序的x、y坐標(biāo)表示，面用一組首尾相同的坐標(biāo)表示。

如下圖所示：第19頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月空間實體在GIS中的單一特征表示注：（3，3）可用于表示一個點的位置。（1，7），

（3，5），

（5，5），

（5，3），

（6，1），可用于表示一條線。（3，10），

（6，9），

（7，10），

（10，7），

（9，5），

（4，6），（3，8），

（3，10）可用于表示一個多邊形。注意第一個坐標(biāo)和最后一個坐標(biāo)相同，因為多邊形總是封閉的。第20頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月2、多種特征的表示如果具有多種特征，就需要對每一特征給定一個序號。每一特征的坐標(biāo)可以用與每一特征的坐標(biāo)列表有關(guān)的序號來描述。

見下圖空間實體在地理信息系統(tǒng)中的表示（2）第21頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月空間實體在GIS中的多種特征表示第22頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月3、帶有屬性的空間特征的表示

表示道路的一組線特征的屬性包括：道路類型：1=分隔行駛的公路 2=干線公路 3=主要公路 4=住宅區(qū)街道 5=未鋪完的公路路面材料：混凝土、柏油、礫石路面寬度：以米計量道路名稱：計數(shù)

在GIS系統(tǒng)中可有如下的描述：道路類型

長度

路面材料

寬度

行人道路

道路名稱

22715.5混凝土524八一路空間實體在地理信息系統(tǒng)中的表示（3）第23頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月坐標(biāo)表示和屬性表示之間共享和屬性表示之間共的是同一識別碼第24頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月二、空間問題論述

1、空間問題人類開發(fā)和利用地理信息系統(tǒng)是因為它能處理與空間實體之間的各類空間問題。第25頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月空間問題的一些形式測量與空間關(guān)系的一些形式第26頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月欲解決的空間問題有以下幾類：1、條件定位：即根據(jù)一定的條件與規(guī)則確定物體的位置或者路徑。例如；路徑進?。郝烦套疃?，時間最省，經(jīng)費最少定位選?。焊鶕?jù)屬性查詢空間位置資源分配開銷安排2、間接推理：即通過建立模型進行的空間決策和預(yù)測如：項目選址災(zāi)害預(yù)測與預(yù)報環(huán)境分析長度、體積、面積、坡度等量算3、空間參考；特定的笛卡爾坐標(biāo)或極坐標(biāo)。鄰接性識別，也就是說，線狀實體或面狀實體與某特定實體相接觸。線性定位物。最小尺寸的封閉矩形。地名或數(shù)字代碼。地塊、分區(qū)及其它外形規(guī)則或不規(guī)則的空間塊。見下圖第27頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月第28頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月2、空間特性

一般空間特性長度：河流長度、湖泊邊界、公路長度。表面積；湖泊、島嶼、某區(qū)域面積。體積：土方量、庫容量規(guī)則外表：圓形、方形不規(guī)則外形：鋸齒形海岸線、湖泊水涯線。方向：山丘的坡向坡度空間問題論述第29頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月空間問題論述統(tǒng)計特性相同屬性的實體，可根據(jù)統(tǒng)計特性進行區(qū)分最大值和最小值的范圍平均值以及變化值復(fù)雜特性不相連地物的分布模式居宅建筑發(fā)展的安排方式，或農(nóng)場劃分土地或地塊的路徑布局交通信號燈的距離，以及從不同位置到達城市中心的總計開銷時間。各個地區(qū)的相鄰地區(qū)數(shù)。航空交通系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)穿越某區(qū)域的候鳥主要走向現(xiàn)象的連續(xù)性。第30頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月3、空間關(guān)系

空間關(guān)系在GIS中，表示空間關(guān)系的方法主要有5種：1、區(qū)域定義；多邊形可用一組封閉的線來定義2、鄰接性：稱為多邊形——弧段拓撲3、連通性4、方向性5、包含性空間問題論述第31頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月空間關(guān)系示意圖空間關(guān)系示意圖空間關(guān)系示意圖第32頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月4、空間概念及組織1）流的移動。2）網(wǎng)絡(luò)。3）節(jié)點。4）等級或名次。5）領(lǐng)域或表面。如果考慮到時間因素，還包括第（6）點6）疾病、思想的散布、傳播。

下圖列舉了一些常見的問題及其類型，可以作為對空間問題的一個總結(jié)?？臻g問題論述第33頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月空間活動分類第34頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月我們常會遇到一些只有空間概念的實例：

1、環(huán)境物質(zhì)流2、礦產(chǎn)資源埋藏地點的預(yù)測3、工程網(wǎng)絡(luò)模擬第35頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月第36頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月三、空間處理方法三類基本數(shù)據(jù)之間可能的6種關(guān)系；1、點——點關(guān)系2、點——線關(guān)系3、點——區(qū)域關(guān)系4、線——線關(guān)系5、線——區(qū)域關(guān)系6、區(qū)域——區(qū)域關(guān)系第37頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月內(nèi)插法和外插法內(nèi)插法有：1）最近值內(nèi)插：從最接近的數(shù)據(jù)點取值。2）使用基于兩點的簡單直線內(nèi)插。3）基于三點或更多點的曲線內(nèi)插：可以采用樣條函數(shù)。4）隨機內(nèi)插：基于一定數(shù)目的已知點、參數(shù)和隨機點來內(nèi)插。5）模型內(nèi)插：建立一定的模型來內(nèi)插。如果是討論數(shù)據(jù)點范圍外的情形，稱外插法，也有5種。

下兩圖分別顯示各自的5種方式——

第38頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月第39頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月第40頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月對于復(fù)雜的模型有時根據(jù)情況選擇：1、兩個或三個坐標(biāo)維；2、多種方法選擇數(shù)據(jù)點；3、用內(nèi)插還是外插，或者同時使用；4、用何種處理模型，如線型、樣條、模型等。一般來說，要遵循以下幾個原則：1、確定一定數(shù)目的數(shù)據(jù)點來表示每個格網(wǎng)位置；2、確定偏離格網(wǎng)位置的距離；3、確定出偏離格網(wǎng)但在其方向范圍內(nèi)的位置；4、使用的內(nèi)插法或外插法過程。在幾何推理過程中，有兩點應(yīng)注意：1、采樣點數(shù)目可能不能完整表示空間分區(qū)；2、空間自相關(guān)情形。例圖：第41頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月第42頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月線和點的基本操作1、線交叉2、線段交叉1）線性方程2）終點坐標(biāo)3）兩端點間的路徑計算兩條線交叉的同時，還須注意驗證以下兩點：

A、算出交叉點后，應(yīng)檢測該點是否落在兩條線段內(nèi)；

B、用參量方程，看參量t和s是否屬于0到1的范圍內(nèi)。3、點在多邊形內(nèi)的處理4、質(zhì)心的確定5、基于點數(shù)據(jù)的某些空間統(tǒng)計第43頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月第44頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月多邊形操作——線與多邊形交叉第45頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月多邊形操作——多邊形的合并與交叉第46頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月第47頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月多邊形操作——面積計算第48頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月面積內(nèi)插的條件：1、均勻面積，即假設(shè)其密度均勻；2、或者數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)3、對某一屬性的連續(xù)表面描述。第49頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月多邊形操作——多邊形的外形量測及多邊形分割第50頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月多邊形操作——緩沖區(qū)生成

第51頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月7多邊形操作——多邊形覆蓋處理1）識別線段，最好是已有拓撲結(jié)構(gòu)的線段；2）建立多邊形最小的外圍矩形；3）根據(jù)點在多邊形內(nèi)的處理來判斷某多邊形的線段是否在覆蓋圖形的某多