5.空间数据组织及结构.ppt

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1、2023-2-27空间数据库1第三讲第三讲 空间数据组织与结构空间数据组织与结构.2023-2-27空间数据库2一、 空间数据的拓扑关系二、 地理信息空间数据结构三、 地理数据的编码方法四、 失量与栅格数据结构转换五、 空间数据分层组织第第3 3讲讲 空间数据组织与结构空间数据组织与结构.2023-2-27空间数据库31 空间对象的空间关系表达0 描述空间对象之间的空间相互作用关系描述空间对象之间的空间相互作用关系q 绝对关系绝对关系: 坐标、角度、方位、距离等；坐标、角度、方位、距离等；q 相对关系：相邻、包含、关联等相对关系：相邻、包含、关联等0 相对关系类型相对关系类型q拓扑空间关系：描

2、述空间对象的相邻、包含等拓扑空间关系：描述空间对象的相邻、包含等q顺序空间关系：描述空间对象在空间上的排列次序，如前顺序空间关系：描述空间对象在空间上的排列次序，如前后、左右、东、西、南、北等。后、左右、东、西、南、北等。q度量空间关系：描述空间对象之间的距离等。度量空间关系：描述空间对象之间的距离等。0 在在GIS中的空间关系必须进行定义和表达。中的空间关系必须进行定义和表达。一、空间数据的拓扑关系一、空间数据的拓扑关系.2023-2-27空间数据库42 地理空间数据的拓扑关系拓扑关系拓扑关系 简单地说，简单地说，拓扑关系指图形元素之间的空间位置和连拓扑关系指图形元素之间的空间位置和连接关系

3、。接关系。 在在GIS中，它不但用于空间数据的组织，中，它不但用于空间数据的组织，而且在空间分析和应用中都有非常重要的意义。而且在空间分析和应用中都有非常重要的意义。 拓扑变换拓扑变换（橡皮变换）（橡皮变换）一、空间数据的拓扑关系一、空间数据的拓扑关系重点重点.2023-2-27空间数据库53 空间对象的拓扑空间关系0 拓扑元素：q 点：孤立点、线的端点、面的首尾点、链的连接点q 线：两结点之间的有序弧段，包括链、弧段和线段q 面：若干弧段组成的多边形0 基本拓扑关系q 关联：不同拓扑元素之间的关系q 邻接：相同拓扑元素之间的关系q 包含：拓扑元素之间的关系q 层次：相同拓扑元素之间的层次关系

4、点、线、面之间的拓扑关系一、空间数据的拓扑关系一、空间数据的拓扑关系.2023-2-27空间数据库6 关联性关联性 相邻（连）性相邻（连）性 相离性相离性 相交性相交性 包含性包含性 重合性重合性点与点点与点线与线线与线面与面面与面点与线点与线点与面点与面线与面线与面拓扑关系表拓扑关系表一、空间数据的拓扑关系一、空间数据的拓扑关系.2023-2-27空间数据库7拓扑邻接：N1/N2 ,N1/N3 ,N1/N4 ;P1/P3 ;P2/P3拓扑关联：N1/1、3 、6 ；P1/1、5 、6 拓扑包含：P3与P4一、空间数据的拓扑关系一、空间数据的拓扑关系4 地理空间数据的拓扑关系N11256473

5、P1P3P2P4N4N3N5N2.2023-2-27空间数据库85 地理空间数据 拓扑关系的表示结点集合结点集合结点名指 针第一个离开弧段 第一个到达弧段坐标N1 e3 e1 x1，y1 N2 e1 e2 x2，y2 N3 e2 e3 x3，y3N11256473P1P3P2P4N4N3N5N2.2023-2-27空间数据库9顺时针第一弧段 逆时针第一弧段指 针属性 P1 e1 t1 P2 e2 e5 t2多边形名 P3 e3 e4 t3多边形集合多边形集合5 地理空间数据 拓扑关系的表示N11256473P1P3P2P4N4N3N5N2.2023-2-27空间数据库106 空间拓扑关系表达关

6、系表abcdefgACBDEP4P0P1P2P3结点与弧段的拓扑关系结点与弧段的拓扑关系结结 点点弧弧 段段A Aa, c, ea, c, eB Ba, d, ba, d, bC Cd, e, fd, e, fD Db, f, cb, f, cE Eg g 弧段与结点的拓扑关系弧段与结点的拓扑关系弧弧 段段结结 点点a aA , BA , Bb bB , DB , Dc cD , AD , Ad dB , CB , Ce eC , AC , Af fC , DC , Dg gE , EE , E一、空间数据的拓扑关系一、空间数据的拓扑关系.2023-2-27空间数据库116 空间拓扑关系表达关

7、系表abcdefgACBDEP4P0P1P2P3面域与弧段的拓扑关系面域与弧段的拓扑关系面面 域域弧弧 段段P P1 1a, b, c, -ga, b, c, -gP P2 2b, d, fb, d, fP P3 3c, f, ec, f, eP P4 4g g弧段与面域的拓扑关系弧段与面域的拓扑关系弧段弧段 左邻面左邻面 右邻面右邻面a aP P0 0P P1 1b bP P2 2P P1 1c cP P3 3P P1 1d dP P0 0P P2 2e eP P0 0P P3 3f fP P3 3P P2 2g gP P1 1一、空间数据的拓扑关系一、空间数据的拓扑关系.2023-2-27

8、空间数据库121 GIS空间数据结构 空间数据结构 矢量数据结构 栅格数据结构 栅格结构与矢量结构的比较二、地理信息空间数据结构二、地理信息空间数据结构.2023-2-27空间数据库13西苑西苑颐和园颐和园西北望西北望玉泉山玉泉山卧佛寺卧佛寺香山香山八大处八大处西郊机场西郊机场黄庄黄庄五里坨五里坨BEIJING1.BMP北京街区铁路水域城区边界Labels of 主要地名主要地名 栅格图1 GIS空间数据结构 二、地理信息空间数据结构二、地理信息空间数据结构.2023-2-27空间数据库14南川市 南川市 李渡区 李渡区 长寿县 长寿县 垫江县 垫江县 渝中区 渝中区 丰都县 丰都县 彭水苗族

9、土家族自治县 彭水苗族土家族自治县 南岸区 南岸区 沙坪坝区 沙坪坝区 江北区 江北区 九龙坡区 九龙坡区 大渡口区 大渡口区 巴南区 巴南区 江津市 江津市 隆昌县 隆昌县 安岳县 安岳县 潼南县 潼南县 大足县 大足县 荣昌县 荣昌县 永川市 永川市 武胜县 武胜县 合川市 合川市 渝北区 渝北区 邻水县 邻水县 石柱土家族自治县 石柱土家族自治县 忠县 忠县 武隆县 武隆县 华蓥市 华蓥市 铜梁县 铜梁县 璧山县 璧山县 北碚区 北碚区 双桥区 双桥区 0.07.5 15.0 22.5 30.0 37.5 km区县区划图区县区划图河流河流机场机场区县界线区县界线主要公路主要公路县区政府驻

10、地县区政府驻地矢量图二、地理信息空间数据结构二、地理信息空间数据结构1 GIS空间数据结构 .2023-2-27空间数据库152 常用的空间数据结构XYijx1 y1x2 y2xi yixn yn二、地理信息空间数据结构二、地理信息空间数据结构.2023-2-27空间数据库16.2023-2-27空间数据库17 矢量结构是通过记录坐标的方式来表示点、线、面等地理实体。 特点：定位明显，属性隐含定位明显，属性隐含。 获取方法： (1) 手工数字化法； (2) 手扶跟踪数字化法； (3) 数据结构转换法。二、地理信息空间数据结构二、地理信息空间数据结构3 矢量数据结构.2023-2-27空间数据库

11、18地理信息数字化描述方法 二、地理信息空间数据结构二、地理信息空间数据结构.2023-2-27空间数据库19栅格结构是以规则的阵列来表示空间地物或现象分布的数据组织，组织中的每个数据表示地理要素的非几何属性特征。 特点：属性明显，定位隐含属性明显，定位隐含。 获取方法： (1) 手工网格法； (2) 扫描数字化法； (3) 分类影像输入法； (4) 数据结构转换法。8 8 8 88 8 8 88 8 8 88 8 8 888 8 88 8 8 88 8 88 8 888888888888 8 8881111111111111122222222222322二、地理信息空间数据结构二、地理信息空

12、间数据结构3 栅格数据结构.2023-2-27空间数据库20地图的矢量和栅格表示 (x ,y )11(x ,y )22(x ,y )33(x ,y )44000000100000330081044400333001444440333010444444333010444440000170044400000150000007015555000000015555000800105500000005二、地理信息空间数据结构二、地理信息空间数据结构.2023-2-27空间数据库21栅格模型矢量模型优点：1、数据结构简单2、叠加操作易实现3、能有效表达空间可变性4、栅格图象便于做图象的有效增强优点：1、提

13、供更严密的数据结构2、提供更有效的拓扑编码，因而对需要拓扑信息的操作更有效，如网络分析3、图形输出美观，接近于手绘缺点：1、数据结构不严密不紧凑，需要用压缩技术解决这个问题2、难以表达拓扑关系3、图形输出不美观，线条有锯齿，需要增加栅格数量来克服，但会增加数据量缺点：1、比栅格数据结构复杂2、叠加操作没有栅格有效3、表达空间变化性能力差4、不能象数字图形那样做增强处理二、地理信息空间数据结构二、地理信息空间数据结构4 矢量与栅格数据结构比较.2023-2-27空间数据库22编码的概念和意义编码的概念和意义栅格结构编码方法栅格结构编码方法矢量结构编码方法矢量结构编码方法属性数据编码方法属性数据编

14、码方法三、地理数据的编码方法三、地理数据的编码方法1 1 地理数据的编码方法地理数据的编码方法重点重点.2023-2-27空间数据库23 地理数据编码，是根据GIS的目的和任务，把地图、图像等资料按一定数据结构转换为适于计算机存贮和处理的数据过程。 地理内容的编码要反映出地理实体的几何特征，以及地理实体的属性特征。 空间数据的编码是地理信息系统设计中最重要的技术步骤，它表现由现实世界到数据世界之间的界面，是联结从现实世界到数据世界的纽带。2 编码的概念和意义三、地理数据的编码方法三、地理数据的编码方法.2023-2-27空间数据库243 常用编码的方法三、地理数据的编码方法三、地理数据的编码方

15、法数字型代码、字母型代码、混合型代码三级、六位整数代码描述地图要素：1）地图要素类别：水系、居民地、交通网、境界、地貌、植被和其他要素七类；01072）要素几何类型：点、线、面；0039 ，4069 ，70993)要素的质量特征：道路的等级，普通或简易道路；.2023-2-27空间数据库254 空间对象的层次分类编码 分类对象的从属和层次关系 有明确的分类对象类别和严格的隶属关系高压711电线架715管线:7地下电力线与电缆72电力线71地下检修井74管线73低压712电杆713电塔714不依比例7142依比例7141三、地理数据的编码方法三、地理数据的编码方法.2023-2-27空间数据库2

16、65 空间对象的多源分类编码 按空间对象不同特性进行分类并进编码 代码之间没有隶属关系，反映对象特性 具有较大的信息量，有利于空间分析河流特性分类与编码通航情况通航： 1不通航：2常年河：1时令河：2消失河：3 1 km： 1 2 km： 2 5 km： 3 10 km：5流水季节河流宽度河流长度河流深度 5 10 m ： 110 20 m： 220 30 m： 330 60 m： 460 120 m： 5120 300 m：6300 500 m：7500m： 8 50m： 6三、地理数据的编码方法三、地理数据的编码方法.2023-2-27空间数据库27栅格单元的尺寸栅格单元的尺寸1）原则）原则：应能：应能有效地逼近空间对象的分布特征，又减少数有效地逼近空间对象的分布特征，又减少数据的冗余度据的冗余度。格网太大，忽略较小图斑，信息丢失。格网太大，忽略较小图斑，信息丢失。一般讲实体特征愈复杂，栅格尺寸越小，分辨率愈高，然一般讲实体特征愈复杂，栅格尺寸越小，分辨率愈高，然而栅格数据量愈大（按分辨率的平方指数增加）计算机成而栅格数据量愈大（按分辨率的平方指数增加）计算机成本就越高，处理速度越