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1、2023-3-61第二章 空间数据结构22023-3-6一、地理实体（空间实体）一、地理实体（空间实体）定义定义： 指自然界现象和社会经济事件中不能再分指自然界现象和社会经济事件中不能再分割的单元割的单元，它是一个具体有，它是一个具体有概括性，复杂概括性，复杂性，相对意义性，相对意义的概念。的概念。32023-3-6理解地理实体理解地理实体n抽象抽象：地理现象 抽象成 地理实体n抽象的程度与研究区域的大小、规模不同而有所不同，也和研究尺度相关。42023-3-652023-3-6概括性概括性n地理实体概括了所表示地理现象的内容和属性，包括空间属性、类型属性、性质属性等内容。62023-3-6复
2、杂性复杂性n地理实体内容复杂，包含的属性众多n地理实体相互间关系复杂n地理实体表达方式复杂72023-3-6二、地理实体的描述空间数据 1 1、描述的内容、描述的内容 3 3、数据类型、数据类型 4 4、数据结构、数据结构几何数据（空间几何数据（空间数据、图形数据）数据、图形数据） 关系数据关系数据实体实体间的邻接、关联间的邻接、关联包含等相互关系包含等相互关系 属性数据属性数据各种各种属性特征和时间属性特征和时间元数据元数据 矢量、栅格、矢量、栅格、TINTIN（专用于地（专用于地表或特殊造型）表或特殊造型） RDBMSRDBMS属性表属性表- -采用采用MISMIS较成熟较成熟 空间元数据
3、空间元数据位置、形状、尺位置、形状、尺寸寸 、识别码（名称）识别码（名称）实体的角色、功实体的角色、功能、行为、实体能、行为、实体的衍生信息的衍生信息时间时间测量方法、编码测量方法、编码方法、空间参考方法、空间参考系等系等 空间特征：地理空间特征：地理位置和空间关系位置和空间关系属性特征属性特征名称、名称、等级、类别等等级、类别等时间特征时间特征2 2、基本特征、基本特征 82023-3-6空间数据的基本特征空间数据的基本特征92023-3-6三、实体的空间特征n点状实体n线状实体n面状实体n体状实体102023-3-6三、实体的空间特征1、点状实体点或节点、点状实体。点：有特定位置，维数为点
4、或节点、点状实体。点：有特定位置，维数为0 0的物体。的物体。 4 4）角点、节点）角点、节点VertexVertex：表示线段和弧段上的连接点。表示线段和弧段上的连接点。 1）实体点）实体点：用来代表一个实体。：用来代表一个实体。2）注记点）注记点：用于定位注记。：用于定位注记。3）内点：）内点：用于负载多边形的属性，用于负载多边形的属性，存在于多边形内。存在于多边形内。112023-3-6三、实体的空间特征2、线状实体1）实体长度）实体长度：从起点到终点的总长从起点到终点的总长2）弯曲度）弯曲度：用于表示像道路拐弯时弯曲的程度。用于表示像道路拐弯时弯曲的程度。3）方向性）方向性：如：水流方
5、向，上游如：水流方向，上游下游，下游， 公路，单、双向之分。公路，单、双向之分。具有相同属性的点的轨迹，线或折线，由一系列的有序坐标表示，并有如下具有相同属性的点的轨迹，线或折线，由一系列的有序坐标表示，并有如下特性特性：线状实体包括线状实体包括：线段，边界、链、弧段、网络等。线段，边界、链、弧段、网络等。122023-3-6三、实体的空间特征3、面状实体（多边形）面状实体的如下面状实体的如下特征特征：1 1）面积范围面积范围 2 2）周长周长3 3）独立性或与其它地物相邻独立性或与其它地物相邻如中国及其周边国家如中国及其周边国家4 4）内岛屿或锯齿状外形内岛屿或锯齿状外形：如岛屿的海岸线封闭
6、所围成的区域。如岛屿的海岸线封闭所围成的区域。5 5）重叠性与非重叠性）重叠性与非重叠性： 如学校的分区，菜市场的服务范围等如学校的分区，菜市场的服务范围等都有可能出现交叉重叠现象，而一个城都有可能出现交叉重叠现象，而一个城市的各个城区一般说来不会出现重叠。市的各个城区一般说来不会出现重叠。 是对湖泊、岛屿、地块等一类现象的描述。是对湖泊、岛屿、地块等一类现象的描述。在数据库中由在数据库中由一封闭曲线加内点一封闭曲线加内点来表示。来表示。132023-3-6什么是空间数据结构什么是空间数据结构n描述地理实体的数据的组织方法，称为内部数据结构。空间数据结构空间数据结构是指适合于计算机系统存储、管
7、理和处理的地学图形的逻辑结构，是地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描述。n它是对数据的一种理解和解释，不说明数据结构的数据是毫无用处的，不仅用户无法理解，计算机程序也不能正确处理。n对同一组数据，按不同的数据结构去处理，得到的可能是截然不同的内容。（矢量，栅格）n空间数据结构是GIS沟通信息的桥梁，只有充分理解GIS所采用的特定数据结构，才能正确地使用系统。(数据输出，操作)142023-3-6什么样的数据结构才是好的数据结构什么样的数据结构才是好的数据结构n组织的数据能够表示要素之间的层次关系，便于不同数据连接和覆盖n能正确反映地理实体的空间排列方式和各实体间的相互关系n便于存储和检索n
8、节省存储空间，减少数据冗余n存取速度快n足够的灵活性，数据组织应具有插入新的数据、删除或修改部分数据的基本功能152023-3-6162023-3-62.1 栅格数据结构栅格数据结构 栅格结构用密集正方形（或三角形，多边形）栅格结构用密集正方形（或三角形，多边形）将地理区域将地理区域划分划分为网格阵列。为网格阵列。位置由行，列号定义，属性为栅格单元的值。位置由行，列号定义，属性为栅格单元的值。点点：由：由单个栅格单个栅格表达。表达。线线：由沿线走向有相同属性取值的：由沿线走向有相同属性取值的一组相邻栅格一组相邻栅格表达。表达。面面：由沿线走向有相同属性取值的：由沿线走向有相同属性取值的一片栅格
9、一片栅格表达。表达。 栅格数据表示的是二维表面上的地理数据的离散化栅格数据表示的是二维表面上的地理数据的离散化数值。在栅格数据中，地表被分割为相互邻接、规则数值。在栅格数据中，地表被分割为相互邻接、规则排列的地块，每个地块与一个象元相对应。因此，栅排列的地块，每个地块与一个象元相对应。因此，栅格数据的格数据的比例尺比例尺就是就是栅格栅格( (象元象元) )的大小与地表相应单的大小与地表相应单元的大小之比元的大小之比，当象元所表示的面积较大时，对长度、，当象元所表示的面积较大时，对长度、面积等的量测有较大影响。每个象元的属性是地表相面积等的量测有较大影响。每个象元的属性是地表相应区域内地理数据的
10、近似值，因而有可能产生应区域内地理数据的近似值，因而有可能产生属性方属性方面的偏差面的偏差。22122332333233323332333172023-3-6栅格数据结构栅格数据结构SPOT XS 20m*20m 牡丹水庫band G, R, IR182023-3-6栅格数据层栅格数据层2 222 2aaaaa2 2土壤土壤植被植被组织方法组织方法空间数据库空间数据库192023-3-6202023-3-6栅格数据层组织方法栅格数据层组织方法方法方法c c：以层为基础，以层为基础，每层内以多边形为序每层内以多边形为序记录多边形的属性值记录多边形的属性值和多边形内各象元的和多边形内各象元的坐标坐
11、标。节约用于存储。节约用于存储属性的空间。将同一属性的空间。将同一属性的制图单元的属性的制图单元的n n个个象元的属性只记录一象元的属性只记录一次，便于地图分析和次，便于地图分析和制图处理。制图处理。 方法方法a a：以象元为记录序列，不同层上同一象元位置上的各以象元为记录序列，不同层上同一象元位置上的各属性值表示为一个列数组。属性值表示为一个列数组。N层中层中只记录一层的象元位置，只记录一层的象元位置，节约大量存储空间，节约大量存储空间，栅格个数很多。栅格个数很多。方法方法b b：每层每个象元的位置、属性一一记录，每层每个象元的位置、属性一一记录，结构最简单，但浪费存储。结构最简单，但浪费存
12、储。212023-3-6栅格数据的建立栅格数据的建立1、 手工获取手工获取，专题图上划分均匀网格，专题图上划分均匀网格，逐个决定其网格代码。逐个决定其网格代码。2、扫描仪扫描扫描仪扫描专题图的图像数据专题图的图像数据行、行、列、颜色（灰度）列、颜色（灰度），定义颜色与属性，定义颜色与属性对应表，用相应属性代替相应颜色，得对应表，用相应属性代替相应颜色，得到（行、列、属性）再进行栅格编码、到（行、列、属性）再进行栅格编码、存贮，即得该专题图的栅格数据。存贮，即得该专题图的栅格数据。3、 由矢量数据转换而来由矢量数据转换而来。4、 遥感影像数据，遥感影像数据，对地面景象的辐射对地面景象的辐射和反射
13、能量的扫描抽样，并按不同的光和反射能量的扫描抽样，并按不同的光谱段量化后，以数字形式记录下来的象谱段量化后，以数字形式记录下来的象素值序列。素值序列。5、 格网格网DEM数据数据，当属性值为地面高，当属性值为地面高程，则为格网程，则为格网DEM，通过，通过DEM内插得内插得到。到。（一）建立途径（一）建立途径（二）栅格系统的确定（二）栅格系统的确定(三三)栅格代码的确定栅格代码的确定222023-3-6栅格数据的建立栅格数据的建立（一）建立途径（一）建立途径（二）栅格系统的确定（二）栅格系统的确定(三三)栅格代码的确定栅格代码的确定1 1、 栅格坐标系的确定栅格坐标系的确定表示具有空间分布特征
14、的地理要素，不论采用什么编码系统，什么表示具有空间分布特征的地理要素，不论采用什么编码系统，什么数据结构数据结构( (矢、栅矢、栅) )都应在统一的坐标系统下，而坐标系的确定实质都应在统一的坐标系统下，而坐标系的确定实质是坐标系原点和坐标轴的确定。是坐标系原点和坐标轴的确定。 由于栅格编码一般用于区域性由于栅格编码一般用于区域性GISGIS，原点的选择常具有局部性，原点的选择常具有局部性质，但为了便于区域的拼接，栅格系统的质，但为了便于区域的拼接，栅格系统的起始坐标应与国家基本比起始坐标应与国家基本比例尺地形图公里网的交点相一致例尺地形图公里网的交点相一致，并分别采用，并分别采用公里网的纵横坐
15、标轴公里网的纵横坐标轴作为栅格系统的坐标轴作为栅格系统的坐标轴。22122332333233323332232023-3-6栅格数据的建立栅格数据的建立2 2、 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有效地逼近空间对象的分布特征，又减少数据的冗余度布特征，又减少数据的冗余度。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，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）计算机成本就分辨率的平方指数增加）计算机成本就越高，处理
16、速度越慢。越高，处理速度越慢。2）方法）方法：用保证最小多边形的精度标准：用保证最小多边形的精度标准来确定尺寸经验公式：来确定尺寸经验公式： h h为栅格单元边长为栅格单元边长 AiAi为区域所有多边形的面积。为区域所有多边形的面积。（一）建立途径（一）建立途径（二）栅格系统的确定（二）栅格系统的确定(三三)栅格代码的确定栅格代码的确定242023-3-6栅格结构精度偏差栅格结构精度偏差252023-3-6栅格数据的建立栅格数据的建立 当一个栅格单元内有多个可选属性值时，按一当一个栅格单元内有多个可选属性值时，按一定方法来确定栅格属性值。定方法来确定栅格属性值。1、中心点法、中心点法：取位于栅格中心的属性值为该栅格：取位于栅格中心的属性值为该栅格的属性值。的属性值。 2、面积占优法、面积占优法：栅格单元属性值为面积最大者，：栅格单元属性值为面积最大者，常用于分类较细，地理类别图斑较小时。常用于分类较细，地理类别图斑较小时。 3、 重要性法重要性法：定义属性类型的重要级别，取重要：定义属性类型的重要级别，取重要的属性值为栅格属性值，常用于有重要意义而面积的属性值为栅格属性值，常用于有重要
