空間信息技術(shù)基礎(chǔ)（韋娟）課件 第2章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和空間數(shù)據(jù)庫

空間信息技術(shù)基礎(chǔ)第二章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和空間數(shù)據(jù)庫

第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)第二節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型第三節(jié)空間數(shù)據(jù)模型一、地理空間（GeographicSpace）的定義

指物質(zhì)、能量、信息的存在形式在形態(tài)、結(jié)構(gòu)過程、功能關(guān)系上的分布方式和格局及其在時間上的延續(xù)，包括地球上大氣圈、水圈、生物圈、巖石圈和土壤圈交互作用的區(qū)域。地理空間具體被描述為：1）絕對空間，具有屬性描述的空間位置的集合，一系列坐標值組成。

2）相對空間，是具有空間屬性特征的實體的集合，由不同實體之間的

空間關(guān)系組成。第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)1.1空間信息基礎(chǔ)理論二、地理空間的數(shù)學(xué)建構(gòu)---如何建立地球表面的幾何模型包括海洋底部、高山、高原在內(nèi)的固體地球表面，難以用一個簡潔的數(shù)學(xué)式描述。

1、最自然的面2、相對抽象的面，即大地水準面假設(shè)一個當海水處于完全靜止的平衡狀態(tài)時從海平面延伸到所有大陸下部，而與地球重力方向處處正交的一個連續(xù)、閉合的水準面。與重力方向垂直的大地水準面不可能是一個十分規(guī)則的表面，且不能用簡單的數(shù)學(xué)公式來表達，大地水準面不能作為測量成果的計算面。第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)二、地理空間的數(shù)學(xué)建構(gòu)(續(xù))

為了測量成果計算的需要，選用一個同大地體相近的、可以用數(shù)學(xué)方法來表達的旋轉(zhuǎn)橢球來代替地球---三軸橢球體。3、橢球體模型ab

c第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)地球模型水準面大地水準面鉛垂線地球橢球體假設(shè)一個當海水處于完全靜止的平衡狀態(tài)時從海平面延伸到所有大陸下部，而與地球重力方向處處正交的一個連續(xù)、閉合的水準面。第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)三、地理參照系1、經(jīng)緯度坐標系（地理坐標）

對空間定位有利，但難以進行距離、方向、面積量算。2、笛卡兒平面坐標系

便于量算和進一步的空間數(shù)據(jù)處理和分析。3、高程系統(tǒng)描述空間點在垂直高度上的特性--高程——由高程基準面起算的地面點的高度。4、大地坐標系第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)1、地理空間坐標系（經(jīng)緯度坐標系）地理坐標系是以地理極(北極、南極)為極點。通過A點作橢球面的垂線，稱之為過A點的法線。

緯度:泛指球坐標系的縱坐標,特指地理緯度—地面上一點的法線與地球赤道面的夾角.latitude

法線與赤道面的交角，叫做A點的緯度a。經(jīng)度:泛指球坐標系的橫坐標,特指地理經(jīng)度—地面上點所在子午面和本初子午面的夾角.Longitude

過A點的子午面與通過英國格林尼治天文臺的子午面所夾的二面角，叫做A點的經(jīng)度λ。第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)赤道:環(huán)繞地球表面與地球南北兩極距離相等的圓周線.Equator第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)坐標參考系統(tǒng)—平面系統(tǒng)直接建立在球體上的地理坐標，用經(jīng)度和緯度表達地理對象位置建立在平面上的直角坐標系統(tǒng)，用（x，y）表達地理對象位置投影2、笛卡兒平面坐標系

便于量算和進一步的空間數(shù)據(jù)處理和分析。地理坐標為球面坐標，不方便進行距離、方位、面積等參數(shù)的量算第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)3、坐標系統(tǒng)—高程系統(tǒng)任意水準面大地水準面H′AHA鉛垂線AH′BHBhAB3、高程系統(tǒng)描述空間點在垂直高度上的特性--高程——由高程基準面起算的地面點的高度。第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)水準原點1985國家高程基準，72.2604米黃海海面1952-1979年平均海水面為0米第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)4大地坐標系

大地測量中表示地面點的位置常用大地坐標系

不同的國家或地區(qū)根據(jù)本地區(qū)的地表情況按橢球面與本地區(qū)域大地水準面最吻合的原則建立起自己的大地系統(tǒng)，供本國或本地區(qū)使用。

受觀測資料的局限，定義的橢球參數(shù)不盡相同，在參考橢球的基礎(chǔ)上建立起局部大地系統(tǒng)。

我國目前使用的大地坐標系統(tǒng)主要是1954年北京坐標系（簡稱BJ-54系）和1980年國家大地坐標系。第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)（1）1954年北京坐標系-BJ-54建國初期，為了迅速開展我國的測繪事業(yè)，鑒于當時的實際情況，在東北黑龍江邊境上同蘇聯(lián)大地網(wǎng)聯(lián)測，通過大地坐標計算，推算出北京點的坐標。具體地，將我國一等鎖與原蘇聯(lián)遠東一等鎖相連接，然后以連接處呼瑪、吉拉寧、東寧基線網(wǎng)擴大邊端點的原蘇聯(lián)1942年普爾科沃坐標系的坐標為起算數(shù)據(jù)，平差我國東北及東部區(qū)一等鎖，這樣推算過來的坐標系就定名為1954年北京坐標系：a．屬參心大地坐標系；b．采用克拉索夫斯基橢球的兩個幾何參數(shù)；c.大地原點在原蘇聯(lián)的普爾科沃；d．采用多點定位法進行橢球定位；e．高程基準為1956年青島驗潮站求出的黃海平均海水面；f．高程以原蘇聯(lián)1955年大地水準面重新平差結(jié)果為起算數(shù)據(jù)。按我國天文水準路線推算而得。4大地坐標系第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)（2）1980年西安坐標系-C801978年4月召開“全國天文大地網(wǎng)平差會議”建立1980年西安坐標系。橢球體參數(shù)為1975年國際大地測量與地球物理聯(lián)合會第16界大會的推薦值。C80是為了進行全國天文大地網(wǎng)整體平差而建立的。根據(jù)橢球定位的基本原理，在建立C80坐標系時有以下先決條件：（1）大地原點在我國中部，具體地點是陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)；（2）C80坐標系是參心坐標系，橢球短軸Z軸平行于地球質(zhì)心指向地極原點方向，大地起始子午面平行于格林尼治平均天文臺子午面；X軸在大地起始子午面內(nèi)與Z軸垂直指向經(jīng)度0方向；Y軸與Z、X軸成右手坐標系；（3）橢球參數(shù)采用IUG1975年大會推薦的參數(shù)因而可得C80橢球兩個最常用的幾何參數(shù)為：長軸：6378140±5（m）；扁率：1：298.257橢球定位時按我國范圍內(nèi)高程異常值平方和最小為原則求解參數(shù)。（4）多點定位；（5）大地高程以1956年青島驗潮站求出的黃海平均水面為基準。4大地坐標系第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)（3）WGS84坐標系

GPS衛(wèi)星星歷是以WGS84坐標為根據(jù)而建立的.該坐標系由美國國防部研制，自1987年1月10日開始起用。4大地坐標系第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)坐標原點為地球質(zhì)心，Z軸指向BIH（國際時間服務(wù)機構(gòu)）1984.0定義的協(xié)議地球極（CTP)方向，X軸指向BIH1984.0的零子午面和CTP赤道的交點，Y軸與Z軸、X軸垂直構(gòu)成右手坐標系，稱為1984年世界大地坐標系統(tǒng)。四、地圖投影為什么要進行投影？地圖投影實質(zhì)投影變形投影方法投影選擇所考慮的因素我國常用的投影方法第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)1、為什么進行地圖投影將地球橢球面上的點映射到平面上的方法，稱為地圖投影根據(jù)地理坐標系，地面上任一點的位置可由該點的緯度和經(jīng)度來確定。地理坐標為球面坐標，不方便進行距離、方位、面積等參數(shù)的量算，最好把地面上的點表示在平面上，采用平面坐標系（笛卡兒平面直角坐標）要用平面坐標表示地面上任何一點的位置，首先要把曲面展開為平面，地球橢球體為不可展曲面，也就是說曲面上的各點不能直接表示在平面上，因此必須運用地圖投影的方法，建立地球表面和平面上點的函數(shù)關(guān)系，使地球表面上任一個由地理坐標(經(jīng)度，緯度)確定的點，在平面上必有一個與它相對應(yīng)的點地圖為平面，符合視覺心理，并易于進行距離、方位、面積等量算和各種空間分析第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)

對于較小區(qū)域范圍，可以視地表為平面，這樣就可以認為投影沒有變形。

對于大區(qū)域范圍，甚至是半球、全球，這種投影方法就不太適合了。

考慮另外的投影方法，如，可以假設(shè)地球按比例尺縮小成一個透明的地球儀那樣的球體，在其球心、球面或球外安放一個發(fā)光點，將地球儀上經(jīng)緯線(連同控制點及地形、地物圖形)投影到球外的一個平面上，即成為地圖。

2、地圖投影：投影實質(zhì)第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)2、地圖投影：投影實質(zhì)

實際上這種直觀的透視投影方法亦有很大的局限性，例如，只能對一局部地區(qū)進行投影，且變形有時較大，同時往往不能將全球投影下來，多數(shù)情況下不可能用這種幾何作圖的方法來實現(xiàn)。

科學(xué)的投影方法是建立地球橢球面上經(jīng)緯線網(wǎng)和平面上相應(yīng)經(jīng)緯線網(wǎng)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，也就是建立地球橢球面上的點的地理坐標（λ，φ）與平面上對應(yīng)點的平面坐標（x，y）之間的函數(shù)關(guān)系：

當給定不同的具體條件時，將得到不同類型的投影方式。第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)3、地圖投影：投影變形

將不可展的地球橢球面展開成平面，并且不能有斷裂，則圖形必將在某些地方被拉伸，某些地方被壓縮，故投影變形是不可避免的。長度變形面積變形角度變形第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)4、地圖投影：投影分類變形分類：等角投影：投影前后角度不變等面積投影：投影前后面積不變；任意投影：角度、面積、長度均變形投影面：橫圓柱投影：投影面為橫圓柱圓錐投影：投影面為圓錐方位投影：投影面為平面投影面位置：正軸投影：投影面中心軸與地軸相互重合斜軸投影：投影面中心軸與地軸斜向相交橫軸投影：投影面中心軸與地軸相互垂直相切投影：投影面與橢球體相切相割投影：投影面與橢球體相割第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)5、地圖投影：投影選擇因素制圖區(qū)域的地理位置、形狀和范圍制圖比例尺地圖內(nèi)容出版方式6、地圖投影：GIS中地圖投影GIS以地圖方式顯示地理信息，而地圖是平面，地理信息則在地球橢球上，因此地圖投影在GIS中不可缺少。GIS數(shù)據(jù)庫中地理數(shù)據(jù)以地理坐標存儲時，則以地圖為數(shù)據(jù)源的空間數(shù)據(jù)必須通過投影變換轉(zhuǎn)換成地理坐標；而輸出或顯示時，則要將地理坐標表示的空間數(shù)據(jù)通過投影變換變換成指定投影的平面坐標。GIS中，地理數(shù)據(jù)的顯示可根據(jù)用戶的需要而指定投影方式，但當所顯示的地圖與國家基本地圖系列的比例尺一致時，一般采用國家基本系列地圖所用的投影。第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)7、地圖投影：地圖比例尺地圖比例尺反映了制圖區(qū)域和地圖的比例關(guān)系紙質(zhì)地圖：內(nèi)容、概括程度、數(shù)據(jù)精度等比例尺的含義：制圖區(qū)域較小，采用各方面變形都較小的地圖投影，圖上各處的比例是一致的，故此時比例尺的含義是圖上長度與相應(yīng)地面長度的比例；

制圖區(qū)域較大時，地圖投影比較復(fù)雜，地圖上長度因地點和方向的不同而有所變化，這種地圖比例尺一般是指在地圖投影時，對地球半徑縮小的比率，稱為主比例尺。地圖經(jīng)過投影后，體現(xiàn)在圖上只有個別點線沒有長度變形，也就是說，只有在這些長度沒有變形的點或線上，才可用地圖上注明的比例尺我國地圖比例尺分級系統(tǒng)第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)我國地圖比例尺分級系統(tǒng)：大比例尺：1：5000—1：10萬（1：5000，1：1萬，1：2.5萬，1：5萬，1：10萬）

中比例尺：1：25萬—1：50萬小比例尺：〈1：100萬

第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)無級比例尺：以一個大比例尺空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源,對一定區(qū)域內(nèi)空間對象的信息量隨比例尺變化自動增減,從而使得空間數(shù)據(jù)的壓縮和復(fù)現(xiàn)與比例尺自適應(yīng)的一種信息處理技術(shù).7、地圖投影：地圖比例尺第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)五、GIS的地理基礎(chǔ)各種GIS的數(shù)據(jù)源、服務(wù)目的和各自特征可以不同，但均有自身統(tǒng)一的地理基礎(chǔ)。

地理基礎(chǔ)是地理信息數(shù)據(jù)表示格式與規(guī)范的重要組成部分統(tǒng)一的地圖投影系統(tǒng)統(tǒng)一的地理格網(wǎng)坐標系統(tǒng)（地理參照系）統(tǒng)一的地理編碼系統(tǒng)1、地理基礎(chǔ)的內(nèi)容3、統(tǒng)一的地圖投影系統(tǒng)的意義1）為地理信息的輸入、輸出及匹配處理提供一個統(tǒng)一的定位框架2）使各種來源的地理信息和數(shù)據(jù)能夠具有共同的地理基礎(chǔ)2、投影與坐標系：

每一種投影都與一個坐標系統(tǒng)相聯(lián)系。投影關(guān)系著如何將圖形物體顯示于平面上，坐標系統(tǒng)顯示出地形地物所在的相對位置。第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)1、GIS與地圖投影關(guān)系地圖投影（地理基礎(chǔ)）數(shù)據(jù)獲取數(shù)據(jù)源地圖投影數(shù)據(jù)存儲統(tǒng)一的坐標基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理投影轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)應(yīng)用空間分析依據(jù)數(shù)據(jù)庫投影數(shù)據(jù)輸出有相應(yīng)投影的地圖六、地理信息系統(tǒng)中地圖投影設(shè)計與配置

第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)2、GIS中地圖投影設(shè)計與配置（1）各國GIS所采用的投影系統(tǒng)與該國的基本地圖系列所用的投影系統(tǒng)一致（2）各比例尺的GIS中的投影系統(tǒng)與其相應(yīng)比例尺的主要信息源地圖所用的投影一致。（3）各地區(qū)的GIS中投影系統(tǒng)與其所在區(qū)域適用的投影系統(tǒng)一致。（4）各種GIS一般以一種或兩種（至多三種）投影系統(tǒng)為其投影坐標系統(tǒng)，以保證地理定位框架的統(tǒng)一。六、地理信息系統(tǒng)中地圖投影設(shè)計與配置

第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)3、GIS中地圖投影配置一般原則：（1）所配置的投影系統(tǒng)應(yīng)與相應(yīng)比例尺的國家基本圖投影系統(tǒng)一致。（2）系統(tǒng)一般只考慮至多采用兩種投影系統(tǒng)，一種應(yīng)用于大比例尺的數(shù)據(jù)處理與輸出、輸入，另一種服務(wù)于小比例尺。（3）所用投影以等角投影為宜。（4）所用投影應(yīng)能與網(wǎng)格坐標系統(tǒng)相適應(yīng)，即所采用的網(wǎng)格系統(tǒng)在投影帶中應(yīng)保持完整。第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)六、地理信息系統(tǒng)中地圖投影設(shè)計與配置

七、我國GIS中地圖投影的應(yīng)用

1)、我國基本比例尺地形圖(1：100萬到1：5000),除1：100萬外均采用高斯—克呂格投影為地理基礎(chǔ)；2)、我國1：100萬地形圖采用了Lambert投影，其分幅原則與國際地理學(xué)會規(guī)定的

全球統(tǒng)一使用的國際百萬分之一地圖投影保持一致。3)、我國大部分省區(qū)圖以及大多數(shù)這一比例尺的地圖也多采用Lambert投影和屬于同一投影系統(tǒng)的Albers投影(正軸等面積割圓錐投影)；4)、Lambert投影中，地球表面上兩點間的最短距離(即大圓航線)表現(xiàn)為近于直線。

第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)八、地理實體（空間實體）---GIS處理對象1、定義：指自然界現(xiàn)象和社會經(jīng)濟事件中不能再分割的單元，它是一個具體有概括性，復(fù)雜性，相對意義的概念。2、理解：地理實體類別及實體內(nèi)容的確定是從具體需要出發(fā)的，GIS中的空間實體是一個概括，復(fù)雜，相對的概念。抽象是人們觀察和分析復(fù)雜事物和現(xiàn)象的常用手段之一。將地理系統(tǒng)中復(fù)雜的地理現(xiàn)象進行抽象得到的地理對象稱為地理實體或空間實體、空間目標，簡稱實體(Entity)。實體是現(xiàn)實世界中客觀存在的，并可相互區(qū)別的事物。實體可以指個體，也可以指總體，即個體的集合。

第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)1.2地理實體的描述和存儲在地理信息系統(tǒng)中，根據(jù)具體要求需要描述實體各個側(cè)面如名稱、位置、形狀和獲取這些信息的方法、時間和質(zhì)量等，記錄實體的這些描述內(nèi)容的空間數(shù)據(jù)具有三個基本特征：空間特征、屬性特征和時間特征;

根據(jù)反映實體特征的不同，空間數(shù)據(jù)可分為不同的類型：幾何數(shù)據(jù)、關(guān)系數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)，而不同類型的空間數(shù)據(jù)在計算機中是以不同的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲的。第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)1、空間實體的描述通常需要從如下方面對地理實體進行描述：1)編碼：用于區(qū)別不同的實體，有時同一個實體在不同的時間具有不同的編碼，如上行和下行的火車。編碼通常包括分類碼和識別碼。分類碼標識實體所屬的類別，識別碼對每個實體進行標識，是唯一的，用于區(qū)別不同的實體。2)位置：通常用坐標值的形式(或其它方式)給出實體的空間位置。3)類型：指明該地理實體屬于哪一種實體類型，或由哪些實體類型組成。4)行為：指明該地理實體可以具有哪些行為和功能。5)屬性：指明該地理實體所對應(yīng)的非空間信息，如道路的寬度、路面質(zhì)量、車流量、交通規(guī)則等。6)說明：用于說明實體數(shù)據(jù)的來源、質(zhì)量等相關(guān)的信息。7)關(guān)系：與其它實體的關(guān)系信息。1.2地理實體的描述和存儲第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)地理實體的描述——空間數(shù)據(jù)1、描述的內(nèi)容

3、數(shù)據(jù)類型

4、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

幾何數(shù)據(jù)（空間數(shù)據(jù)、圖形數(shù)據(jù)）關(guān)系數(shù)據(jù)—實體間的鄰接、關(guān)聯(lián)包含等相互關(guān)系屬性數(shù)據(jù)—各種屬性特征和時間元數(shù)據(jù)

矢量、柵格、TIN（專用于地表或特殊造型）

空間元數(shù)據(jù)位置、形狀、尺寸、識別碼（名稱）實體的角色、功能、行為、實體的衍生信息時間測量方法、編碼方法、空間參考系等空間特征：地理位置和空間關(guān)系屬性特征—名稱、等級、類別等時間特征2、基本特征

地理數(shù)據(jù)的特征屬性特征：描述空間對象的特性，即是什么，如對象的類別、等級、名稱、數(shù)量等。1.2地理實體的描述和存儲第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)空間特征：描述空間對象的地理位置以及相互關(guān)系，又稱幾何特征和拓撲特征，前者用經(jīng)緯度、坐標表示，后者如F樓與E樓相鄰等。時間特征：空間對象隨著時間演變而引起的空間和屬性特征的變化

一般來說，空間特征數(shù)據(jù)包括地理實體或現(xiàn)象的定位數(shù)據(jù)和拓撲數(shù)據(jù)；屬性數(shù)據(jù)包括地理實體或現(xiàn)象的專題屬性（名稱、分類、數(shù)量等）數(shù)據(jù)和時間數(shù)據(jù)，而空間特征數(shù)據(jù)和屬性特征數(shù)據(jù)統(tǒng)稱為空間數(shù)據(jù)或地理數(shù)據(jù)。因此空間數(shù)據(jù)的特征可概括為空間特征和屬性特征。地理數(shù)據(jù)的特征1.2地理實體的描述和存儲第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)屬性數(shù)據(jù)：描述空間對象屬性特征的數(shù)據(jù)，又稱非幾何數(shù)據(jù)，如類型、名稱、性質(zhì)等，一般通過代碼給予表達幾何數(shù)據(jù)(定位數(shù)據(jù))：描述空間對象空間特征的數(shù)據(jù)，也稱位置數(shù)據(jù)、定位數(shù)據(jù)，一般用經(jīng)緯度、坐標表達關(guān)系數(shù)據(jù)（拓撲特征數(shù)據(jù)）：描述空間對象的空間關(guān)系的數(shù)據(jù)，如鄰接、包含、關(guān)聯(lián)等，一般通過拓撲關(guān)系表達。2空間數(shù)據(jù)的類型1.2地理實體的描述和存儲第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)3.空間數(shù)據(jù)的分類按數(shù)據(jù)來源按數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)按數(shù)據(jù)特征按幾何特征按數(shù)據(jù)發(fā)布形式地圖數(shù)據(jù)影像數(shù)據(jù)文本數(shù)據(jù)矢量數(shù)據(jù)柵格數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)非空間屬性數(shù)據(jù)點線面、曲面體數(shù)字線畫圖數(shù)字柵格畫圖數(shù)字高程模型數(shù)字正射影像圖1.2地理實體的描述和存儲第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)依據(jù)數(shù)據(jù)來源的不同，地理數(shù)據(jù)的類型：地圖數(shù)據(jù)：來源于各種類型的普通地圖和專題地圖。影像數(shù)據(jù)：來源于衛(wèi)星遙感和航空遙感。地形數(shù)據(jù)：來源于地形等高線圖的數(shù)字化，已建立的數(shù)字高程模型（DEM）和其它實測的地形數(shù)據(jù)。屬性數(shù)據(jù)：描述空間對象屬性特征的數(shù)據(jù)，又稱非幾何數(shù)據(jù)，如類型、名稱、性質(zhì)等，一般通過代碼給予表達元數(shù)據(jù)1.2地理實體的描述和存儲第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)元數(shù)據(jù)“meta”是一希臘語詞根，意思是“改變”，“Metadata”一詞的原意是關(guān)于數(shù)據(jù)變化的描述。一般都認為元數(shù)據(jù)就是“關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)”。

對數(shù)據(jù)集中各數(shù)據(jù)項、數(shù)據(jù)來源、數(shù)據(jù)所有者及數(shù)據(jù)生產(chǎn)歷史等的說明對數(shù)據(jù)質(zhì)量的描述，如數(shù)據(jù)精度、數(shù)據(jù)的邏輯一致性、數(shù)據(jù)完整性、分辨率、源數(shù)據(jù)的比例尺等對數(shù)據(jù)處理信息的說明，如量綱的轉(zhuǎn)換等數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法的描述對數(shù)據(jù)庫的更新、集成方法等的說明

元數(shù)據(jù)的內(nèi)容元數(shù)據(jù)的主要作用

幫助數(shù)據(jù)生產(chǎn)單位有效地管理和維護空間數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)文檔提供有關(guān)數(shù)據(jù)生產(chǎn)單位數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分類、數(shù)據(jù)內(nèi)容、數(shù)據(jù)質(zhì)量、數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)銷售等方面的信息，便于用戶查詢檢索地理空間數(shù)據(jù)提供通過網(wǎng)絡(luò)對數(shù)據(jù)進行查詢檢索的方法或途徑，以及與數(shù)據(jù)交換和傳輸有關(guān)的輔助信息幫助用戶了解數(shù)據(jù)，以便就數(shù)據(jù)是否能滿足其需求作出正確的判斷提供有關(guān)信息，以便用戶處理和轉(zhuǎn)換有用的數(shù)據(jù)。

表示地理現(xiàn)象的空間數(shù)據(jù)從幾何上可以抽象為點、線、面三類，對點、線、面數(shù)據(jù)，按其表示內(nèi)容又可以分為七種不同的類型，表示的內(nèi)容如下：

1、類型數(shù)據(jù)例如考古地點、道路線和土壤類型的分布等；

2、面域數(shù)據(jù)例如隨機多邊形的中心點，行政區(qū)域界線和行政單元等；

3、網(wǎng)絡(luò)數(shù)量例如道路交點、街道和街區(qū)等；

4、樣本數(shù)量例如氣象站、航線和野外樣方的分布區(qū)等；

5、曲面數(shù)據(jù)例如高程點、等高線和等值區(qū)域；

6、文本數(shù)據(jù)例如地名、河流名稱和區(qū)域名稱；

7、符號數(shù)據(jù)例如點狀符號、線狀符號和面狀符號等。由此得出，對于點實體，它有可能是點狀地物、面狀地物的中心點、線狀地物的交點、定位點、注記、點狀符號等；對于線實體和面實體也可按照上面的七種類型得出其描述內(nèi)容，這些內(nèi)容是點、線、面三種實體編碼的主要內(nèi)容1.3實體的空間特征點：位置：（x，y）屬性：符號線：位置：(x1,y1),(x2,y2),…,(xn,yn)

屬性：符號—形狀、顏色、尺寸面：位置：(x1,y1),(x2,y2),…,(xi,yi),…,(x1,y1)

屬性：符號變化等值線

1、空間對象（實體）的地圖表達第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)2、空間維數(shù)和特征類型空間對象一般按地形維數(shù)進行歸類劃分點：零維線：一維面：二維體：三維時間：通常以第四維表達，但目前GIS還很難處理時間屬性。1.3實體的空間特征第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)點實體

有位置，無寬度和長度；抽象的點1.3實體的空間特征第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)線實體

有長度，但無寬度和高度用來描述線狀實體，通常在網(wǎng)絡(luò)分析中使用較多度量實體距離1.3實體的空間特征第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)面實體

具有長和寬的目標通常用來表示自然或人工的封閉多邊形一般分為連續(xù)面和不連續(xù)面中國土地利用分布圖（不連續(xù)面）1.3實體的空間特征第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)面實體（續(xù)）連續(xù)變化曲面：如地形起伏，整個曲面在空間上曲率變化連續(xù)。不連續(xù)變化曲面，如土壤、森林、草原、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。1.3實體的空間特征第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)空間對象：體有長、寬、高的目標通常用來表示人工或自然的三維目標，如建筑、礦體等三維目標西安電子科技大學(xué)大學(xué)校園建筑1.3實體的空間特征第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)線—面1、區(qū)域包含線：計算區(qū)域內(nèi)線的密度。2、線通過區(qū)域：公路是否通過某縣。3、線環(huán)繞區(qū)域：區(qū)域邊界，搜索左右區(qū)域名稱。

4、線與區(qū)域分離：距離。

3、實體類型組合

現(xiàn)實世界的各種現(xiàn)象比較復(fù)雜，往往由不同的空間單元組合而成，復(fù)雜實體由簡單實體組合表達。點、線、面兩兩之間組合表達復(fù)雜的空間問題：如：線—面

面--面

1.3實體的空間特征第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)面—面1、

包含：島,某省的湖泊分布。

2、

相合：重疊，學(xué)校服務(wù)范圍與菜場服務(wù)范圍重疊區(qū)。

3、

相交：劃分子區(qū)。4、

相鄰：計算相鄰邊界性質(zhì)和長度，公共連接邊界。5、分離：計算距離。

學(xué)校菜場1.3實體的空間特征第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)不同空間類型組合表達復(fù)雜空間問題

1.3實體的空間特征第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)1.4、空間關(guān)系描述空間對象之間的空間相互作用關(guān)系方法

絕對關(guān)系:坐標、角度、方位、距離等；相對關(guān)系：相鄰、包含、關(guān)聯(lián)等相對關(guān)系類型拓撲空間關(guān)系：描述空間對象的相鄰、包含等順序空間關(guān)系：描述空間對象在空間上的排列次序，如前后、左右、東、西、南、北等。度量空間關(guān)系：描述空間對象之間的距離等。地圖、遙感影象上的空間關(guān)系是通過圖形識別的，在GIS中的空間關(guān)系則必須顯式的進行定義和表達。空間關(guān)系的描述多種多樣，目前尚未有具體的標準和固定的格式，但基本原理一致。不同的GIS可能采用不同的方法進行描述空間關(guān)系是GIS數(shù)據(jù)描述和表達的重要內(nèi)容：一方面它為GIS數(shù)據(jù)庫的有效建立，空間查詢，空間分析，輔助決策等提供了最基本的關(guān)系；另一方面有助于形成標準的SQL空間查詢語言，便于空間特征的存儲，提取，查詢，更新等。

第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)拓撲關(guān)系是一種對空間結(jié)構(gòu)關(guān)系進行明確定義的數(shù)學(xué)方法。是指圖形在保持連續(xù)狀態(tài)下變形，但圖形關(guān)系不變的性質(zhì)?？梢约僭O(shè)圖形繪在一張高質(zhì)量的橡皮平面上，將橡皮任意拉伸和壓縮，但不能扭轉(zhuǎn)或折疊，這時原來圖形的有些屬性保留，有些屬性發(fā)生改變，前者稱為拓撲屬性，后者稱為非拓撲屬性或幾何屬性。這種變換稱為拓撲變換或橡皮變換。拓撲關(guān)系定義空間對象的拓撲空間關(guān)系拓撲關(guān)系是指網(wǎng)結(jié)構(gòu)元素結(jié)點、弧段、面域之間的空間關(guān)系，主要表現(xiàn)為下列三種關(guān)系：拓撲鄰接關(guān)系、拓撲關(guān)聯(lián)關(guān)系、拓撲包含關(guān)系。拓撲鄰接指存在于空間圖形的同類元素之間的拓撲關(guān)系。拓撲關(guān)聯(lián)指存在于空間圖形的不同類元素之間的拓撲關(guān)系。拓撲包含指存在于空間圖形的同類但不同級的元素之間的拓撲關(guān)系空間對象的拓撲空間關(guān)系空間對象的拓撲空間關(guān)系拓撲元素點：孤立點、線的端點、面的首尾點、鏈的連接點線：兩結(jié)點之間的有序弧段，包括鏈、弧段和線段面：若干弧段組成的多邊形

基本拓撲關(guān)系關(guān)聯(lián)：不同拓撲元素之間的關(guān)系鄰接：相同拓撲元素之間的關(guān)系包含：面與其他元素之間的關(guān)系層次：相同拓撲元素之間的層次關(guān)系方向性：一條弧段的起點、終點確定了弧段的方向。用于表達現(xiàn)實中的有向弧段，如城市道路單向，河流的流向等。

連通性：指對弧段連接的判別，如用于網(wǎng)絡(luò)分析中確定路徑、

街道是否相通。

點、線、面之間的拓撲關(guān)系終點起點中間點弧段1弧段3弧段2弧段4點:面:弧:鄰接相交重合相離包含點—點點—線點—面線—面面—面線—線1）關(guān)聯(lián)性不同類要素之間）結(jié)點與弧段：如V9與L5,L6,L3多邊形與弧段：P2與L3,L5,L22）鄰接性

(同類元素之間)多邊形之間、結(jié)點之間。鄰接矩陣

重疊：--鄰接：1不鄰接：0P1P2P3P4P1--111P21--10P311--0P4100--弧段號起結(jié)點終結(jié)點左多邊形右多邊形C1N1N2P2P1C2N3N2P1P4C3N1N3P1?C4N1N4?P2C5N2N5P2P4C6N4N5P3P2C7N5N6P3P4C8N4N6?P3C9N7N7P4P5C10N3N6P4?C4N4C8C6P3C7N6C10N3C3N1P1C2N2C1P2C5N5P4P5C9N7拓撲數(shù)據(jù)舉例空間拓撲關(guān)系表達—關(guān)系表表1面域與弧段的拓撲關(guān)系面域 弧段 P1 a,b,c,-gP2 b,d,f P3 c,f,e P4 g 表2結(jié)點與弧段的拓撲關(guān)系結(jié)點 弧段 A a,c,e B a,d,b C d,e,f D b,f,c E g 表3弧段與結(jié)點的拓撲關(guān)系弧段 結(jié)點 a A,B b B,D c D,A d B,C e C,A f C,D g E,E

表4弧段與面域的拓撲關(guān)系弧段左鄰面右鄰面a P0 P1b P2 P1c P3 P1d P0 P2e P0 P3f P3 P2g P1

拓撲關(guān)系的意義1）拓撲關(guān)系能清楚地反映實體之間的邏輯結(jié)構(gòu)關(guān)系。2）有助于空間要素的查詢，利用拓撲關(guān)系可以解決許多實際問題。3）根據(jù)拓撲關(guān)系可重建地理實體。1.4、空間關(guān)系第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)即指數(shù)據(jù)組織的形式，是適合于計算機存儲、管理和處理的數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)。對空間數(shù)據(jù)則是地理實體的空間排列方式和相互關(guān)系的抽象描述。在地理系統(tǒng)中描述地理要素和地理現(xiàn)象的空間數(shù)據(jù)，主要包括空間位置、拓樸關(guān)系和屬性三個方面的內(nèi)容。

第二節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(顯式表示)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(隱式表示)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)-顯式描述顯式表示：就是柵格中的一系列像元(點)，為使計算機認識這些像元描述的是某一物體而不是其它物體。注：“c”不一定用c的形式，而可以用顏色、符號、數(shù)字、灰度值來顯示。則得到椅子的簡單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為：

椅子的屬性——符號／顏色——像元x矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)-隱式表示

隱式表示：由一系列定義了始點和終點的線及某種連接關(guān)系來描述，線的始點和終點坐標定義為一條表示椅子形式的矢量，線之間的指示字，告訴計算機怎樣把這些矢量連接在一起形成椅子。

隱式表示的數(shù)據(jù)為：

椅子的屬性——一系列矢量——連接關(guān)系

柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)指將空間分割成各個規(guī)則的網(wǎng)格單元，然后在各個格網(wǎng)單元內(nèi)賦以空間對象相應(yīng)的屬性值的一種數(shù)據(jù)組織方式；柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分為柵格矩陣結(jié)構(gòu)、游程編碼結(jié)構(gòu)、四叉樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、八叉樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和十六叉樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。第二節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

柵格數(shù)據(jù):柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實際就是像元陣列，每個像元由行列確定它的位置。由于柵格結(jié)構(gòu)是按一定的規(guī)則排列的，所表示的實體位置很容易隱含在網(wǎng)絡(luò)文件的存儲結(jié)構(gòu)中，且行列坐標可以很容易地轉(zhuǎn)為其它坐標系下的坐標。在網(wǎng)絡(luò)文件中每個代碼本身明確地代表了實體的屬性或?qū)傩缘木幋a。

柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就是像元陣列，每個像元的行列號確定位置，用像元值表示空間對象的類型、等級等特征。每個柵格單元只能存在一個值。（a）三角形（b）菱形（c)六邊形點線面對于柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)點：為一個像元線：在一定方向上連接成串的相鄰像元集合。面：聚集在一起的相鄰像元集合。柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：坐標系與描述參數(shù)Y：列X：行西南角格網(wǎng)坐標（XWS，YWS）格網(wǎng)分辨率

柵格單元的尺寸1）原則：應(yīng)能有效地逼近空間對象的分布特征，又減少數(shù)據(jù)的冗余度。格網(wǎng)太大，忽略較小圖斑，信息丟失。

2）方法：用保證最小多邊形的精度標準來確定尺寸經(jīng)驗公式：

h為柵格單元邊長

Ai為區(qū)域所有多邊形的面積。

柵格數(shù)據(jù)單元值確定CAB百分比法面積占優(yōu)重要性中心點法A連續(xù)分布地理要素C具有特殊意義的較小地物A分類較細、地物斑塊較小AB為了逼近原始數(shù)據(jù)精度，除了采用這幾種取值方法外，還可以采用縮小單個柵格單元的面積，增加?xùn)鸥駟卧倲?shù)的方法柵格矩陣（RasterMatrix)

Raster數(shù)據(jù)是二維表面上地理數(shù)據(jù)的離散量化值，每一層的pixel值組成像元陣列（即二維數(shù)組），其中行、列號表示它的位置。

例如影像：AAAA

ABBB

AABB

AAAB

在計算機內(nèi)是一個4*4階的矩陣。但在外部設(shè)備上，通常是以左上角開始逐行逐列存貯。如上例存貯順序為：AAAAABBBAABBAAAB

當每個像元都有唯一一個屬性值時，一層內(nèi)的編碼就需要m行×n列×3(x,y和屬性編碼值)個存儲單元。數(shù)字地面模型就屬此種情況。這種記錄柵格數(shù)據(jù)的文件常稱為柵格文件，且常在文件頭中存有該柵格數(shù)據(jù)的長和寬，即行數(shù)和列數(shù)和兩方向的密度。這樣，具體的象元值就可連續(xù)存儲了。其特點是處理方便，但沒有壓縮。

柵格數(shù)據(jù)壓縮存儲的編碼方法AAAAARAAARAAARAARAAAAAAAAAGGAAGGGGGGGAGGGAGGAAAAAARAAAARAAARRAAA143258761234567801234567起點行列號，單位矢量R:(1,5),3,2,2,3,3,2,3鏈式編碼游程長度編碼逐行編碼數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):行號,屬性,重復(fù)次數(shù)1,A,4,R,1,A,3塊狀編碼正方形區(qū)域為記錄單元數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):初始位置,半徑,屬性(1,1,3,A),(1,5,1,R),(1,6,2,A),…NESWNWSEGGGGAGGAAGAAA四叉樹編碼鏈式編碼(ChainCodes)

又稱為弗里曼鏈碼(Freeman)或邊界鏈碼?；痉较蚩啥x為：東＝0，東南＝l，南二2，西南＝3，西＝4，西北＝5，北＝6，東北＝7等八個基本方向。如果再

確定原點為像元(10，1)，則該多邊形邊界按順時針方向的鏈式編碼為：

10，l，7，0，1，0，7，1，7，0，0，2，3，2，2，1，0，7，0，0，0，0，2，4，3，4，4，3，4，4，5，4，5，4，5，4，5，4，6，6。

01234567鏈式編碼(ChainCodes)01234567游程長度編碼(Run—LengthCodes)

按行幀序存儲多邊形內(nèi)的各個像元的列號，即在某行上從左至右存儲屬該多邊形的始末像元的列號。。四叉樹編碼(QuadtreeEncoding)

四叉樹編碼又稱為四分樹、四元樹編碼。它是一種更有效地壓編數(shù)據(jù)的方法。它將2n×2n像元陣列連續(xù)進行4等分，一直分到正方形的大小正好與象元的大小相等為止（如下圖），而塊狀結(jié)構(gòu)則用四叉樹描述，習慣上稱為四叉樹編碼。柵格數(shù)據(jù)組織柵格數(shù)據(jù)文件像元1X坐標Y坐標層2屬性值層1屬性值…層n屬性值…像元2像元n柵格數(shù)據(jù)文件層1像元1層2…X,Y,屬性值像元2X,Y,屬性值……像元nX,Y,屬性值層n柵格數(shù)據(jù)文件層1多邊形1層2…屬性值像元1坐標…多邊形N像元n坐標層n柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特點離散的量化柵格值表示空間對象位置隱含,屬性明顯數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單,易于遙感數(shù)據(jù)結(jié)合,但數(shù)據(jù)量大幾何和屬性偏差面向位置的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),難以建立空間對象之間的關(guān)系第二節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)利用歐幾里得幾何學(xué)中的點、線、面及其組合體來表示地理實體空間分布的一種數(shù)據(jù)組織方式；通過記錄坐標的方式，盡可能地將點、線、面地理實體表現(xiàn)得精確無誤。其坐標空間假定為連續(xù)空間，不必象柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)那樣進行量化處理。因此矢量數(shù)據(jù)能更精確地定義位置、長度和大小。除數(shù)學(xué)上的精確坐標假設(shè)外，矢量數(shù)據(jù)存儲是以隱式關(guān)系以最小的存儲空間存儲復(fù)雜的數(shù)據(jù)。簡單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、拓撲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和曲面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編碼的基本內(nèi)容

矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)通過記錄空間對象的坐標及空間關(guān)系來表達空間對象的位置。點：空間的一個坐標點；線：多個點組成的弧段；面：多個弧段組成的封閉多邊形；矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編碼的基本內(nèi)容

標識碼屬性碼空間對象編碼唯一連接空間和屬性數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫獨立編碼點:(x,y)線:(x1,y1),(x2,y2),…,(xn,yn)面:(x1,y1

),(x2,y2

),…,(x1,y1

)點位字典點:點號文件線:點號串面:點號串點號XY1112223344………n5566存儲方法點實體線實體面實體

多邊形矢量編碼，不但要表示位置和屬性，更重要的是能表達區(qū)域的拓撲特征，如形狀、鄰域和層次結(jié)構(gòu)等，以便使這些基本的空間單元可以作為專題圖的資料進行顯示和操作。簡單的矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)—面條結(jié)構(gòu)（實體式）多邊形

數(shù)據(jù)項

A(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3),(x4,y4),(x5,y5),(x6,y6),(x7,y7),(x8,y8),(x9,y9),(x1,y1)

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,y24) D(x19,y19),(x20,y20),(x21,y21),(x22,y22),(x23,y23),(x15,y15),(x16,y16),(x19,y19)

E(x5,y5),(x18,y18),(x19,y19),(x16,y16),(x17,y17),(x8,y8),(x7,y7),(x6,y6),(x5,y5)只記錄空間對象的位置坐標和屬性信息，不記錄拓撲關(guān)系。存儲：獨立存儲：空間對象位置直接跟隨空間對象；點位字典：點坐標獨立存儲，線、面由點號組成特征：無拓撲關(guān)系，主要用于顯示、輸出及一般查詢公共邊重復(fù)存儲，存在數(shù)據(jù)冗余，難以保證數(shù)據(jù)獨立性和一致性；多邊形分解和合并不易進行，鄰域處理較復(fù)雜；處理嵌套多邊形比較麻煩。適用范圍：制圖及一般查詢，不適合復(fù)雜的空間分析索引式線與多邊形之間的樹狀索引

點與多邊形之間的樹狀索引

對偶獨立式DIME(DuallndependentMapEncoding)

線號左多邊形右多邊形起點終點aOA18bOA21cOB32dOB43eOB54fOC65gOC76hOC87iCA89jCB95kCD1210lCD1112mCD1011nBA92這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)除了通過線文件生成面文件外，還需要點文件

鏈狀雙重獨立式

鏈狀雙重獨立式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是DIME數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的一種改進。在DIME中，一條邊只能用直線兩端點的序號及相鄰的面域來表示，而在鏈狀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，將若干直線段合為一個弧段（或鏈段），每個弧段可以有許多中間點。在鏈狀雙重獨立數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，主要有四個文件：多邊形文件、弧段文件、弧段坐標文件、結(jié)點文件

弧段文件弧段號 起始點 終結(jié)點 左多邊形 右多邊形 a 5 1 O Ab 8 5 E Ac 16 8 E Bd 19 5 O Ee 15 19 O Df 15 16 D Bg 1 15 O Bh 8 1 A Bi 16 19 D Ej 31 31 B C 弧段坐標文件弧段號 點號 a 5,4,3,2,1 b 8,7,6,5 c 16,17,8 d 19,18,5 e 15,23,22,21,20,19 f 15,16, g 1,10,11,12,13,14,15 h 8,9,1 i 16,19 j 31,30,29,28,27,26,25,24,31

鏈狀雙重獨立式

多邊形文件多邊形號 弧段號 周長面積中心點坐標 A h,b,a B g,f,c,h,-j C j D e,i,f E e,i,d,b

矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的屬性數(shù)據(jù)表達屬性特征類型類別特征：是什么說明信息：同類目標的不同特征屬性特征表達類別特征：類型編碼說明信息：屬性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和表格屬性表的內(nèi)容取決于用戶圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的連接通過目標識別符或內(nèi)部記錄號實現(xiàn)。矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的屬性數(shù)據(jù)表達點狀對象目標標識目標標識地物編碼坐標關(guān)聯(lián)的線目標精度控制點等級測量單位測量年限線狀對象目標標識目標標識地物編碼坐標串起點、終點、左面、右面路面材料等級修建時間寬度管養(yǎng)單位…………面狀對象目標標識目標標識地物編碼邊界目標號建筑日期所有者建筑面積建筑單位結(jié)構(gòu)……空間對象地物編碼地物名稱制圖顏色幾何類型制圖符號編碼屬性表明地物類型特征與制圖屬性矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點用離散的點描述空間對象與特征，定位明顯，屬性隱含用拓撲關(guān)系描述空間對象之間的關(guān)系面向目標操作，精度高，數(shù)據(jù)冗余度小與遙感等圖象數(shù)據(jù)難以結(jié)合輸出圖形質(zhì)量好，精度高第三節(jié)兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的比較矢量數(shù)據(jù)優(yōu)點：表示地理數(shù)據(jù)的精度較高嚴密的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)量小完整的描述空間關(guān)系圖形輸出精確美觀圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的恢復(fù)、更新、綜合都能實現(xiàn)面向目標，不僅能表達屬性，而且能方便的記錄每個目標的具體屬性信息缺點：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜矢量疊置較為復(fù)雜數(shù)學(xué)模擬比較困難技術(shù)復(fù)雜，特別是軟硬件柵格數(shù)據(jù)優(yōu)點：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單空間數(shù)據(jù)的疊置和組合方便各類空間分析很易于進行數(shù)學(xué)模擬方便缺點：圖形數(shù)據(jù)量大用大像元減少數(shù)據(jù)量時，精度和信息量受損地圖輸出不美觀難以建立網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系投影變換比較費時矢量、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的選擇柵格結(jié)構(gòu)：

大范圍小比例尺的自然資源、環(huán)境、農(nóng)林業(yè)等區(qū)域問題的研究。矢量結(jié)構(gòu)：

城市分區(qū)或詳細規(guī)劃、土地管理、公用事業(yè)管理等方面的應(yīng)用。矢柵一體化概念

將矢量面對目標的方法和柵格元子充填的方法結(jié)合起來，采用填滿線狀目標路徑和充填面狀目標空間的方法作為一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。334334423344423344234422212從原理上說，這是一種以矢量的方式來組織柵格數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。線狀地物：除記錄原始取樣點外，還記錄路徑所通過的柵格。面狀地物：除記錄它的多邊形周邊以外，還包括中間的面域柵格。

1）保留了矢量的全部性質(zhì)；

2）建立了柵格與地物的關(guān)系。三個約定和細分格網(wǎng)法1）點狀地物僅有空間位置，沒有形狀和面積，在計算機內(nèi)部僅有一個位置數(shù)據(jù)。2）

線狀地物有形狀但沒有面積，在計算機內(nèi)部需要用一組元子填滿整個路徑。3）面狀地物具有形狀和面積，在平面上的投影是由邊界包圍的緊致空間和一組填滿路徑的元子表達的邊界組成。

為提高柵格表示精度，采用細分格網(wǎng)法：將一對X,Y坐標用兩個Morton碼代替：

M1表示該點所在基本格網(wǎng)的地址碼；

M2

表示該點對應(yīng)的細分格網(wǎng)的Morton碼。M1M2x,y空間數(shù)據(jù)庫的設(shè)計是指在現(xiàn)在數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上建立空間數(shù)據(jù)庫的整個過程。主要包括需求分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計、和數(shù)據(jù)層設(shè)計三部分。

現(xiàn)實世界地理實體數(shù)據(jù)層設(shè)計

結(jié)構(gòu)設(shè)計

需求分析

數(shù)據(jù)字典設(shè)計

空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計2.3空間數(shù)據(jù)模型一、需求分析需求分析是整個空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計與建立的基礎(chǔ)，主要進行以下工作：1）調(diào)查用戶需求：了解用戶特點和要求，取得設(shè)計者與用戶對需求的一致看法。2）需求數(shù)據(jù)的收集和分析：包括信息需求(信息內(nèi)容、特征、需要存儲的數(shù)據(jù))、信息加工處理要求(如響應(yīng)時間)、完整性與安全性要求等。3）編制用戶需求說明書：包括需求分析的目標、任務(wù)、具體需求說明、系統(tǒng)功能與性能、運行環(huán)境等，是需求分析的最終成果。需求分析是一項技術(shù)性很強的工作，應(yīng)該由有經(jīng)驗的專業(yè)技術(shù)人員完成，同時用戶的積極參與也是十分重要的。

在需求分析階段完成：

數(shù)據(jù)源的選擇和對各種數(shù)據(jù)集的評價（一般、空間、屬性評價）?？臻g數(shù)據(jù)庫設(shè)計2.3空間數(shù)據(jù)模型二、結(jié)構(gòu)設(shè)計指空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計，結(jié)果是得到一個合理的空間數(shù)據(jù)模型，是空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計的關(guān)鍵。空間數(shù)據(jù)模型越能反映現(xiàn)實世界，在此基礎(chǔ)上生成的應(yīng)用系統(tǒng)就越能較好地滿足用戶對數(shù)據(jù)處理的要求?？臻g數(shù)據(jù)庫設(shè)計的實質(zhì)是將地理空間實體以一定的組織形式在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中加以表達的過程，也就是地理信息系統(tǒng)中空間實體的模型化問題。三、數(shù)據(jù)層設(shè)計

現(xiàn)實世界地理實體邏輯模型

物理模型

概念模型

需求分析結(jié)構(gòu)設(shè)計空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計2.3空間數(shù)據(jù)模型1、概念模型概念設(shè)計是通過對現(xiàn)實世界的認識與抽象，形成空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及其應(yīng)用系統(tǒng)所需的模型市區(qū)要素空間實體空間實體屬性空間實體關(guān)系邊線走向街道路面質(zhì)量所屬路段所屬街道組成長度等m1模型E_R二、結(jié)構(gòu)設(shè)計具體是對需求分析階段所收集的信息和數(shù)據(jù)進行分析、整理，確定地理實體、屬性及它們之間的聯(lián)系，將各用戶的局部視圖合并成一個總的全局視圖，形成獨立于計算機的反映用戶觀點的概念模式

表示概念模型最有力的工具是E-R模型：即實體—聯(lián)系模型，包括實體(矩形)、聯(lián)系（菱形）和屬性（橢圓形）三個成分。用它來描述現(xiàn)實地理世界，不必考慮信息的存儲結(jié)構(gòu)、存取路徑及存取效率等與計算機有關(guān)的問題，比一般的數(shù)據(jù)模型更接近于現(xiàn)實地理世界，具有直觀、自然、語義較豐富等特點，在地理數(shù)據(jù)庫設(shè)計中得到了廣泛應(yīng)用。用E-R模型表示空間實體及其關(guān)系空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計E-R模型

三個世界的概念

E-R模型的基本要素——實體、屬性、聯(lián)系

E-R模型轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式的方法1三個世界

事物類事物性質(zhì)實體集實體屬性文件記錄數(shù)據(jù)項現(xiàn)實世界信息世界數(shù)據(jù)世界概念模型：把現(xiàn)實世界轉(zhuǎn)換為信息世界的模型,E-R模型實施模型：把信息世界轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)世界使用的模型,關(guān)系模型2.3空間數(shù)據(jù)模型2E-R模型的組成要素及表示方法

(1)

E-R圖的組成要素及其畫法實體名聯(lián)系名屬性名實體表示屬性表示聯(lián)系表示2.3空間數(shù)據(jù)模型(2)實體間不同聯(lián)系情況的E-R圖表示法聯(lián)系分為：一對一(1:1)、一對多(1:n)、多對多(m:n)2E-R模型的組成要素及表示方法

【例1】兩個實體集之間的一對一的聯(lián)系的繪制方法。假設(shè)某學(xué)院有若干個系，每個系只有一個主任。則主任和系之間是一對一的關(guān)系。主任和系的屬性分別如下：主任——編號，姓名，年齡，學(xué)歷;系——系編號，系名

主任和系之間是一個管理關(guān)系

2.3空間數(shù)據(jù)模型1主任系管理姓名年齡學(xué)歷編號系編號系名任職時間1【例2】兩個實體集之間的一對多的聯(lián)系的繪制方法。假設(shè)在某倉庫管理系統(tǒng)中，有兩個實體集：倉庫和商品。倉庫用來存放商品，且規(guī)定一類商品只能存放在一個倉庫中，一個倉庫可以存放多件商品。倉庫和商品之間是一對多的聯(lián)系。倉庫和商品的屬性分別為：倉庫——倉庫號，地點，面積聯(lián)單商品——商品號，商品名，價格存放聯(lián)系中要反映出存放商品的數(shù)量2.3空間數(shù)據(jù)模型1倉庫商品存放n地點面積倉庫號商品號價格數(shù)量商品名【例3】兩個實體集之間的多對多的聯(lián)系的繪制方法假設(shè)在某教務(wù)管理系統(tǒng)中，一個教師可以上多門課，一門課也可以由多個老師去上。教師和課程之間是多對多的聯(lián)系。教師和課程用以下屬性來描述：教師—教師號，教師名，職稱課程—課程號，課程名，班級在“講授”聯(lián)系中應(yīng)能反映出教師的授課質(zhì)量2.3空間數(shù)據(jù)模型m教師課程講授n教師名職稱教師號課程號班級質(zhì)量課程名3E—R圖的設(shè)計方法E-R圖通常都應(yīng)經(jīng)過以下兩個階段：（1）針對每一用戶畫出該用戶信息的局部E-R圖，確定該用戶視圖的實體、屬性和聯(lián)系。

需注意：能作為屬性的就不要作為實體，這有利于E-R圖的簡化。（2）綜合局部E—R圖，生成總體E—R圖。在綜合過程中，同名實體只能出現(xiàn)一次，還要去掉不必要的聯(lián)系，以便消除冗余。

一般來說，從總體E-R圖須能導(dǎo)出原來的所有局部視圖，包括實體、屬性和聯(lián)系。2.3空間數(shù)據(jù)模型

后勤部涉及到的實體及實體之間的聯(lián)系：

學(xué)生：屬性有學(xué)號、姓名、性別、年齡、專業(yè)和入學(xué)時間宿舍：樓號、房間、檔次學(xué)生與宿舍的聯(lián)系是一個學(xué)生只能住在一個宿舍，一個宿舍能住多個學(xué)生，學(xué)生住宿要交租金。教務(wù)處涉及到的實體及實體之間的聯(lián)系：學(xué)生：屬性有學(xué)號、姓名、性別、年齡、專業(yè)和入學(xué)時間教師：屬性有教師號、姓名、性別、職稱、專業(yè)課程：屬性有課程號、課程名、學(xué)時數(shù)、專業(yè)各實體關(guān)系描述如下：一個學(xué)生可以選多門課，一門課可以由多個學(xué)生選修；一個教師可以教多門課，一門課也可以由多個老師教；學(xué)生選修某門課有一個成績；教師教某門課有一個質(zhì)量評價。

【例4】某學(xué)校管理系統(tǒng)中有三個部門：后勤部、學(xué)生處和財務(wù)處。后勤部用來管理學(xué)生的住宿；教務(wù)處用來管理學(xué)生選課和教師任課；財務(wù)處用來管理發(fā)放教師的工資。財務(wù)處涉及到的實體及實體之間的聯(lián)系：教師：屬性有教師號、姓名、性別、職稱、專業(yè)工資：屬性有基本工資、加班工資、扣稅、工資編號教師和工資的聯(lián)系是：一個教師只能領(lǐng)一份工資，一份工資只能由一個教師領(lǐng)，領(lǐng)工資時應(yīng)注明是某月工資。解：先根據(jù)題意設(shè)計出各部門的局部E-R圖

n學(xué)生宿舍住1租金學(xué)生姓名專業(yè)學(xué)號宿舍樓號檔次年齡性別入學(xué)時間房間號（a）后勤部的局部E-R圖

2.3空間數(shù)據(jù)模型教師姓名職稱教師號課程課程號學(xué)時數(shù)課程名性別專業(yè)專業(yè)m教師課程講授n質(zhì)量學(xué)生選修mn成績（b）教務(wù)處的局部E-R圖（學(xué)生同（a）圖）工資扣稅基本工資加班工資工資編號工資教師領(lǐng)11月份1m學(xué)生住宿舍n1教師課程選修mn講授n領(lǐng)工資1（c）財務(wù)處的局部E-R圖（教師同（b）圖）某學(xué)校管理系統(tǒng)的全局E-R圖3E—R模型到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換把E-R圖轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型遵循原則:

（1）對于E—R圖中每個實體集，都應(yīng)轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系，該關(guān)系應(yīng)包括對應(yīng)實體的全部屬性，并應(yīng)根據(jù)關(guān)系所表達的語義確定哪個屬性或哪幾個屬性組作為“主關(guān)鍵字”，主關(guān)鍵字用來標識實體。（2）對于E—R圖中的聯(lián)系，情況比較復(fù)雜，要根據(jù)實體聯(lián)系方式的不同，采取不同的手段加以實現(xiàn)。下面著重討論聯(lián)系的轉(zhuǎn)換方法。

2.3空間數(shù)據(jù)模型（1）兩實體集間1:n聯(lián)系兩實體集間1:n聯(lián)系，可將“一方”實體的主關(guān)鍵字納入“n方”實體集對應(yīng)的關(guān)系中作為“外部關(guān)鍵字”，同時把聯(lián)系的屬性也一并納入“n方”對應(yīng)的關(guān)系中。（2）兩實體集間m:n聯(lián)系對于兩實體集間m:n聯(lián)系，必須對“聯(lián)系”單獨建立一個關(guān)系，用來聯(lián)系雙方實體集。該關(guān)系的屬性中至少要包括被它所聯(lián)系的雙方實體集的“主關(guān)鍵字”，并且如果聯(lián)系有屬性，也要歸入這個關(guān)系中。3E—R模型到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換（3）兩實體集間的1:1的聯(lián)系假設(shè)A實體集與B實體集是1:1的聯(lián)系，聯(lián)系的轉(zhuǎn)換有三種方法：①把A實體集的主關(guān)鍵字加入到B實體集對應(yīng)的關(guān)系中，如果聯(lián)系有屬性也一并加入；②把B實體集的主關(guān)鍵字加入到A實體集對應(yīng)的關(guān)系中，如果聯(lián)系有屬性也一并加入；③建立第三個關(guān)系，關(guān)系中包含兩個實體集的主關(guān)鍵字，如果聯(lián)系有屬性也一并加入。

E-R模型小結(jié)把現(xiàn)實世界轉(zhuǎn)換成為計算機能夠處理的數(shù)據(jù)世界，需經(jīng)過兩個階段：第一個階段需使用概念模型把現(xiàn)實世界抽象成信息世界第二階段使用實施模型把信息世界轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)世界。常用的概念模型為E-R模型，三個基本要素是實體、屬性和聯(lián)系。設(shè)計E-R圖一般經(jīng)過兩個步驟:第一步是抽象出各部門的局部E-R圖第二步是把局部E-R圖組合成全局E-R圖。E-R圖只是信息的一種抽象表示，還需轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的實施數(shù)據(jù)模型才能轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。E—R模型向關(guān)系模型轉(zhuǎn)換的主要過程為：

①確定各實體的主關(guān)鍵字；

②確定并寫出實體內(nèi)部屬性之間的數(shù)據(jù)關(guān)系表達式，即某一數(shù)據(jù)項決定另外的數(shù)據(jù)項；

③把經(jīng)過消冗處理的數(shù)據(jù)關(guān)系表達式中的實體作為相應(yīng)的主關(guān)鍵字

④根據(jù)②、③形成新的關(guān)系。

⑤完成轉(zhuǎn)換后，進行分析、評價和優(yōu)化。

空間數(shù)據(jù)庫概念模型設(shè)計:語義模型與對象模型語義數(shù)據(jù)模型E-R模型面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型面向?qū)ο蟮幕靖拍睿簩ο?、類繼承重載概括與聚集2.3空間數(shù)據(jù)模型面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)

面向?qū)ο螅╫bject-oriented，OO）的概念起源于程序設(shè)計語言—面向?qū)ο蟮木幊陶Z言(簡稱OOPL)，強調(diào)對象概念的統(tǒng)—，引入對象、對象類、方法、實例等概念和術(shù)語，采用動態(tài)聯(lián)編和單繼承性機制。以O(shè)OPL為核心，集各種軟件開發(fā)工具為一體，建立OO計算環(huán)境，配有很強的圖形功能和多窗口用戶界面。2.3空間數(shù)據(jù)模型面向?qū)ο蟮幕舅枷?/p>

通過對問題領(lǐng)域進行自然分割，用更接近人類通常思維的方式建立問題領(lǐng)域的模型，并進行結(jié)構(gòu)模擬和行為模擬，從而使設(shè)計出的軟件能盡可能地直接表現(xiàn)出問題的求解過程面向?qū)ο蟮姆椒ň褪且越咏祟愅ǔＫ季S方式的思想，將客觀世界的一切實體模型化為對象。每一種對象都有各自的內(nèi)部狀態(tài)和運動規(guī)律，不同對象之間的相互聯(lián)系和相互作用就構(gòu)成了各種不同的系統(tǒng)。面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)的實現(xiàn)方式

面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型從概念上將人們對GIS的理解提高到了一個新的高度。一方面，巧妙地容納了GIS中拓撲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的思想，能有效地表達空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系另一方面，面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型在表達和處理屬性數(shù)據(jù)時，又具有許多獨特的優(yōu)越性。目前，采用面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型，建立面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)，主要有三種實現(xiàn)方式：

擴充面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言(OOPL)，在OOPL中增加DBMS的特性擴充RDBMS，在RDBMS中增加面向?qū)ο蟮奶匦越⑷碌闹С置嫦驅(qū)ο髷?shù)據(jù)模型的OODBMS2.3空間數(shù)據(jù)模型面向?qū)ο蟮膸缀纬橄箢愋?/p>

GIS中的各種地物，在幾何性質(zhì)方面不外乎表現(xiàn)為四種類型，即點狀地物、線狀處物、面狀地物以及由它們混合組成的復(fù)雜地物，因而這四種類型可以作為GIS中各種地物類型的超類。2.3空間數(shù)據(jù)模型面向?qū)ο蟮膸缀螖?shù)據(jù)模型從幾何方面劃分，GIS的各種地物對象為點、線、面狀地物以及由它們混合組成的復(fù)雜地物。每一種地物又可能由一些更簡單的幾何圖形元素構(gòu)成。在GIS中建立面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型時，對象的確定沒有統(tǒng)一的標準.但對象的建立應(yīng)符合人們對客觀世界的理解，并且要完整地表達各種地理對象，及它們之間的相互關(guān)系?？臻g地物復(fù)雜地物簡單地物面域弧段節(jié)點面狀地物線狀地物點狀地物面狀地物是由邊界弧段和中間面域組成，弧段又涉及到節(jié)點和中間點坐標?；蛘哒f，節(jié)點的坐標傳播給弧段，弧段聚集成線狀地物或面狀地物，簡單地物聚集或聯(lián)合組成復(fù)雜地物。2.3空間數(shù)據(jù)模型拓撲關(guān)系與面向?qū)ο竽Ｐ?/p>

將每條弧段的兩個端點抽象出來，建立單獨的節(jié)點對象類型，而在弧段的數(shù)據(jù)文件中，設(shè)立兩個節(jié)點子對象標識號，即用“傳播”的工具提取節(jié)點文件的信息。面標識弧段標識…

…

弧段標識起節(jié)點終節(jié)點中間點串…

…

…

…

節(jié)點標識XYZ…

…

…

…

面域文件弧段文件節(jié)點文件拓撲關(guān)系與數(shù)據(jù)共享這一模型1）解決了數(shù)據(jù)共享問題，2）建立了弧段與節(jié)點的拓撲關(guān)系。同樣，面狀地物對弧段的聚集方式與數(shù)據(jù)共享和幾何拓撲關(guān)系的建立也達到一致。

2.3空間數(shù)據(jù)模型面向?qū)ο蟮膶傩詳?shù)據(jù)模型

GIS中的地物可根據(jù)國家分類標準或?qū)嶋H情況劃分類型。

如：一個大學(xué)GIS的對象可分為建筑物、道路、綠化、管線等幾大類，地物類型的每一大類又可以進一步分類，如建筑物可再分成教學(xué)樓、科研實驗樓、行政辦公樓、教工住宅、學(xué)生宿舍、后勤服務(wù)建筑、體育樓等子類，管線可再分為給水管道、污水管道、電信管道、供熱管道、供氣管道等，另一方面，幾種具有相同屬性和操作的類型可綜合成一個超類。

2.3空間數(shù)據(jù)模型面向?qū)ο蟮膶傩詳?shù)據(jù)模型

面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型是在包含RDBMS的基礎(chǔ)上，增加數(shù)據(jù)模型的封裝、繼承等功能。耕地園地林地居民地牧草地未用地交通用地水域GIS城鎮(zhèn)農(nóng)村居民點工礦地控制點電力設(shè)施公園

街道建筑物操作：查詢插入刪除屬性：標識碼區(qū)號街道號房主等建筑日期：職員庫操作屬性職員編號工資姓名飯店設(shè)施庫房間床位操作屬性工廠醫(yī)院學(xué)校居民住宅飯店商店郵局銀行2.3空間數(shù)據(jù)模型面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)所具有的優(yōu)勢

（1）縮小了語義差距（2）減輕了“阻抗失配”問題（3）適應(yīng)