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1、第三章第三章 空间数据结构空间数据结构 3-13-1 3-23-2矢量数据结构矢量数据结构 3-33-3栅格数据结构栅格数据结构 3-43-4矢栅一体化数据结构矢栅一体化数据结构 3-53-5曲面数据结构曲面数据结构 3-63-6三维数据结构三维数据结构（一）数据来源：地图数据、影像数据、文本数据（一）数据来源：地图数据、影像数据、文本数据。（二）数据结构分类（二）数据结构分类（三）按数据特征分类（三）按数据特征分类：按点、线、面等几何元素来表达空间实体的：按点、线、面等几何元素来表达空间实体的 几何特征的数据。几何特征的数据。栅格数据栅格数据空间定位数据 3-1 3-1 一、一、GIS空间数
2、据的分类空间数据的分类矢量数据矢量数据：将空间分割成有规则的网格，在各个网格上：将空间分割成有规则的网格，在各个网格上给出相应的属性值来表示空间实体。给出相应的属性值来表示空间实体。非空间属性数据 （四）空间维数：（四）空间维数：有有0 0，1 1，2 2，2.5，3 3 维之分，点、线、面、曲面、体。维之分，点、线、面、曲面、体。（五）空间特征类型：（五）空间特征类型：有点状实体、线状、面状、体状实体。有点状实体、线状、面状、体状实体。在地图上实体维数的表示可以改变在地图上实体维数的表示可以改变 点点-面面 线线（单线河）（单线河）-面（双线河），通过地图综合。面（双线河），通过地图综合。
3、3-1 3-1 二、二、GIS空间数据的分类空间数据的分类（六）按数据发布的形式：（六）按数据发布的形式：（1 1）DLGDLG数字线划图：现有地形图要素的矢量数据，保存各要素间的数字线划图：现有地形图要素的矢量数据，保存各要素间的空间关系和相关的属性信息。空间关系和相关的属性信息。（）（）DRGDRG数字栅格图数字栅格图（）（）DEMDEM数字高程模型：表示地表区域上地形的三维向量的有限序列，数字高程模型：表示地表区域上地形的三维向量的有限序列，即地表单元上高程的集合。即地表单元上高程的集合。（4 4）DOMDOM数字正射影像：对遥感数字影像经逐像元进行投影差改正、数字正射影像：对遥感数字影
4、像经逐像元进行投影差改正、 再按影像镶嵌，根据图幅范围剪裁生成的影像数据。再按影像镶嵌，根据图幅范围剪裁生成的影像数据。 3-1 3-1 二、空间数据的基本特征二、空间数据的基本特征空间特征：地理位置和空间关系空间特征：地理位置和空间关系属性特征属性特征名称、等级、类别等名称、等级、类别等时间特征时间特征三、三、实体空间关系实体空间关系（一）空间关系类型（一）空间关系类型1 1、 顺序空间关系：顺序空间关系： （方向空间关系方向空间关系） 用上下左右、前后、东南西北等方向性名称来描述空间实体的顺序关系，算法复杂，至今用上下左右、前后、东南西北等方向性名称来描述空间实体的顺序关系，算法复杂，至今
5、没有很好的解决方法。没有很好的解决方法。2 2、 度量空间关系度量空间关系，主要指实体间的距离关系，远近。，主要指实体间的距离关系，远近。1 1）在地理空间中两点间的距离有在地理空间中两点间的距离有两种度量方法两种度量方法。a a、沿真实的地球表面进行、沿真实的地球表面进行, ,除与两点的地理坐标有关外，还与所通过路径的地形起伏有关，除与两点的地理坐标有关外，还与所通过路径的地形起伏有关，复杂复杂, ,引入第二种。引入第二种。b b、沿地球旋转椭球体的距离量算。、沿地球旋转椭球体的距离量算。2 2）距离类别距离类别：欧氏距离（笛卡尔坐标系）、曼哈顿（出租车）距离、时间距离（纬度差）、大地测量距
6、离欧氏距离（笛卡尔坐标系）、曼哈顿（出租车）距离、时间距离（纬度差）、大地测量距离（大地线）（沿地球大圆经过两个城市中心的距离）。（大地线）（沿地球大圆经过两个城市中心的距离）。 3 3、拓扑空间关系拓扑空间关系北北ab 3-1 3-1 拓扑是数学的一个分支，用于研究那些经历特定变换（连续）之后仍然保持不变的几何性质，特定的变换包括拉伸、弯曲等。在GIS中，用来描述并确定空间的点、线、面之间的关系及属性，并可实现相关的查询和检索。我们可以用眼睛来观察世界，得到周围事物的位置关系，但计算机却不能，因此有必要用它能识别的方式来表示实体之间的不同关系，如属于、包含、接壤、位于等，那么在矢量数据结构里
7、就可以用-拓扑来表示。三、三、实体空间关系实体空间关系（二）拓扑关系（二）拓扑关系拓扑:移动结点无拓扑:移动结点（二）拓扑关系（二）拓扑关系（二）拓扑关系（二）拓扑关系1、定义（、定义（TOPO）：指指图形保持连续状态下变形图形保持连续状态下变形，但图形关系不变的性质。，但图形关系不变的性质。将橡皮任意拉伸，压缩，但不能扭转或折叠。将橡皮任意拉伸，压缩，但不能扭转或折叠。拓扑变换拓扑变换（橡皮变换）（橡皮变换）非拓扑属性非拓扑属性（几何）（几何）拓扑属性（拓扑属性（没发生变化的属性）没发生变化的属性）两点间距离两点间距离一点指向另一点的方向一点指向另一点的方向弧段长度、区域周长、弧段长度、区域
8、周长、面积面积等等一个点在一条弧段的端点一个点在一条弧段的端点一条弧是一简单弧段（自身不相交）一条弧是一简单弧段（自身不相交）一个点在一个区域的边界上一个点在一个区域的边界上一个点在一个区域的内部一个点在一个区域的内部/外部外部一个点在一个环的内一个点在一个环的内/外部外部一个面是一个简单面一个面是一个简单面一个面的连通性一个面的连通性 面内任两点从一点面内任两点从一点可在面的内部走向另一点可在面的内部走向另一点拓扑元素：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起点中间点弧段3弧段2终点弧段1点面线点
9、：孤立点、线的节点node、中间点Vertex线：两节点之间的有序弧段面：若干弧段组成的多边形相邻相邻相交相交重叠重叠分离分离包含包含点点点点点点线线点点面面线线面面面面面面线线线线q关联：不同拓扑要素之间的关系q 邻接：相同拓扑要素之间的关系q 连通：线与线要素之间的关系q 包含：面与其他要素之间的关系q 拓扑元素量之间的关系：欧拉公式2 2、基本拓扑关系种类、基本拓扑关系种类 1）关联性）关联性：（不同类不同类要素之间）要素之间）结点与弧段：如结点与弧段：如V9与与L5,L6,L3多边形与弧段：多边形与弧段：P2与与L3,L5,L22）邻接性）邻接性：(同类同类元素之间元素之间)多边形之间
10、、结点之间。多边形之间、结点之间。邻接矩阵邻接矩阵重叠：重叠：-邻接：邻接：1不邻接：不邻接：0P1P2P3P4P1-111P21-10P311-0P4100-2、基本拓扑关系种类、基本拓扑关系种类 3）连通性）连通性连通矩阵连通矩阵：重叠：重叠：-连通：连通：1不连通：不连通：0V1V2V3V1-10V21-1V301-4）包含性）包含性与邻接性相类似，指对与邻接性相类似，指对弧段连接弧段连接的判别，如用于网络分析中确定路径、的判别，如用于网络分析中确定路径、街道是否街道是否相通。相通。指面状实体包含了哪些线、指面状实体包含了哪些线、点或面状实体。点或面状实体。拓扑关系具体可由拓扑关系具体可
11、由4个关系表来表示个关系表来表示：（1）面面-链关系：链关系：面面构成面的弧段构成面的弧段（2）链链-结点关系：结点关系：链链链两端的结点链两端的结点（3）结点结点-链关系：链关系：结点结点通过该结点的链通过该结点的链（4）链链面关系：面关系：链链左面左面右面右面3、拓扑关系的表达、拓扑关系的表达（1）点点关系。点实体和点实体之间之间只存在相离和重合两种关系。）点点关系。点实体和点实体之间之间只存在相离和重合两种关系。如两个分离的村庄，变压器与电线杆在投影至平面空间上重合。如两个分离的村庄，变压器与电线杆在投影至平面空间上重合。（2）点线关系。）点线关系。点实体和线实体间存在着相邻、相离和包含
12、三种关系。点实体和线实体间存在着相邻、相离和包含三种关系。如水闸和水渠相邻；道路与学校相离；里程碑包含在高速公路中。如水闸和水渠相邻；道路与学校相离；里程碑包含在高速公路中。（3）点面关系。点实体与面实体间存在着相邻、相离和包含三种关系。）点面关系。点实体与面实体间存在着相邻、相离和包含三种关系。如水库与多个泄洪闸门相邻，闸门位于水库的边界上；公园与远处的电视如水库与多个泄洪闸门相邻，闸门位于水库的边界上；公园与远处的电视发射塔相离；耕地含有输电杆。发射塔相离；耕地含有输电杆。4、拓扑关系的举例、拓扑关系的举例对于数据处理和对于数据处理和GIS空间分析具有重要的意义，因为：空间分析具有重要的意
13、义，因为：1）拓扑关系能清楚地反映实体之间的逻辑结构关系，它比几何关系具有更大的稳定）拓扑关系能清楚地反映实体之间的逻辑结构关系，它比几何关系具有更大的稳定性，不随地图投影而变化。性，不随地图投影而变化。2）有助于空间要素的查询，利用拓扑关系可以解决许多实际问题。如某县的邻接县，）有助于空间要素的查询，利用拓扑关系可以解决许多实际问题。如某县的邻接县，-面面相邻问题。又如供水管网系统中某段水管破裂找关闭它的阀门。面面相邻问题。又如供水管网系统中某段水管破裂找关闭它的阀门。3）根据拓扑关系可重建地理实体。）根据拓扑关系可重建地理实体。5、拓扑关系的意义、拓扑关系的意义（4）线线关系。线实体与线实
14、体间存在着相邻、相交、相离、包含、重）线线关系。线实体与线实体间存在着相邻、相交、相离、包含、重合关系。如供水主干管道与次干管道相邻（连通）；铁路和公路平面相交；合关系。如供水主干管道与次干管道相邻（连通）；铁路和公路平面相交；国道和高速公路相离；河流中包含通航线；道路与沿道路铺设的管线在平国道和高速公路相离；河流中包含通航线；道路与沿道路铺设的管线在平面上重合。面上重合。（5）线面关系。线实体与面实体间存在着相邻、相交、相离、包含关系。）线面关系。线实体与面实体间存在着相邻、相交、相离、包含关系。如水库与上游及下游河流相邻；跨湖泊的通讯光纤与湖泊相交；远离某乡如水库与上游及下游河流相邻；跨湖
15、泊的通讯光纤与湖泊相交；远离某乡镇区域的高速公路；在某县境内的干渠等。镇区域的高速公路；在某县境内的干渠等。（6）面面关系。面实体与面实体间存在着相邻、相交、相离、包含、重）面面关系。面实体与面实体间存在着相邻、相交、相离、包含、重合关系。例如地籍中相邻的两块宗地；土地利用图斑与地层类型图斑相交；合关系。例如地籍中相邻的两块宗地；土地利用图斑与地层类型图斑相交；某县域内包含多个乡镇；宗地与建筑物底面重合等。某县域内包含多个乡镇；宗地与建筑物底面重合等。4、拓扑关系的举例、拓扑关系的举例1、拓扑表格之间是否信息独立？为什么？、拓扑表格之间是否信息独立？为什么？拓扑关系思考题拓扑关系思考题2、以下
16、描述的是什么拓扑关系：、以下描述的是什么拓扑关系：（1）香樟苑位于南林大学里面还是外面？）香樟苑位于南林大学里面还是外面？（2）土木院南面的楼是什么楼？）土木院南面的楼是什么楼？（3）土木院前面的道路叫什么名字？）土木院前面的道路叫什么名字？（4）G312经过哪些县市？经过哪些县市？（5）从苏州至南京的最佳路径怎么走？）从苏州至南京的最佳路径怎么走？四、空间数据的计算机表示四、空间数据的计算机表示1 1、空间分幅：空间分幅：将整个地理空间划分为许多子空间，再选择要表达的子空间。将整个地理空间划分为许多子空间，再选择要表达的子空间。2 2、属性分层：属性分层：将要表达的空间数据抽象成不同类型属性的数据层来表示。将要表达的空间数据抽象成不同类型属性的数据层来表示。3 3、时间分段：时间分段：将有时间特征的地理数据按其变化规律划分为不同的时间段数据，再逐一表示。将有时间特征的地理数据按其变化规律划分为不同的时间段数据，再逐一表示。 3-1 3-1 矢量数据结构矢量数据结构栅格数据结构栅格数据结构一、定义：即数据组织的形式，是适合于计算机存储、管理、处理的数据逻辑表达。 3-2 3-2 矢量数
