GIS第三章

2020/1/10韶关学院旅游与地理学院陈世发1第三章空间数据结构第一节地理空间数据及其特征第二节矢量数据结构及其编码第三节栅格数据结构及其编码2020/1/10韶关学院旅游与地理学院陈世发2学习目标·理解空间数据的描述方法·理解空间数据的拓扑关系·掌握栅格和矢量数据结构及其编码方法重点：空间数据的拓扑关系、两种空间数据结构的特点及其编码方法、矢量栅格数据编码比较难点：栅格编码方法2020/1/10韶关学院旅游与地理学院陈世发3绝对空间相对空间定义具有空间属性特征的实体集合，由不同实体之间的空间关系构成相邻、包含、关联等定义具有属性描述的空间几何位置的集合，由一系列不同位置的空间坐标组成坐标、角度、方位、距离等包括包括地理空间特性：空间多维性；可分性；尺度特征第一节地理空间数据及其特征2020/1/10韶关学院旅游与地理学院陈世发4空间对象类型地理实体（空间实体）---GIS处理对象指自然界现象和社会经济事件中不能再分割的单元，它是一个具体有概括性，复杂性，相对意义的概念。地理目标——实体在地理数据库中的表示。地理目标的表示方法随比例尺、目的等情况的变化而变化，地理目标在地图上是以地图符号的形式来表示的。2020/1/10韶关学院旅游与地理学院陈世发5实体的空间特征（一）空间维数：有0，1，2，3维之分。（二）空间特征类型1、点状实体点或节点、点状实体。点：有特定位置1）实体点2）注记点3）内点：用于负载多边形的属性，存在于多边形内。4）角点、节点表示线段和弧段上的连接点。2、线状实体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，线状实体包括：线段，边界、链、弧段、网络等。并有如下特性：1）实体长度：从起点到终点的总长2）弯曲度：用于表示像道路拐弯时弯曲的程度。3）方向性：如：水流方向，上游—下游，公路，单、双向之分。2020/1/10韶关学院旅游与地理学院陈世发63、面状实体（多边形）是对湖泊、岛屿、地块等一类现象的描述。面状实体的如下特征：1）面积范围2）周长3）独立性或与其它地物相邻，如中国及其周边国家4）内岛屿或锯齿状外形：如岛屿的海岸线封闭所围成的区域。5）重叠性与非重叠性4、体、立体状实体立体状实体用于描述三维空间中的现象与物体，它具有长度、宽度及高度等属性，立体状实体一般具有以下一些空间特征：·体积，如工程开控和填充的土方量。·每个二维平面的面积；周长；内岛；含有弧立块或相邻块。2020/1/10韶关学院旅游与地理学院陈世发7空间事物类型典型对象典型属性图形图象表达形式1）点学校、环保监测站规模、有关监测指标点状符号2）线道路、电缆、水系交通量、电压、水质线型3）面（多边形）地块、行政区土地使用、人口填充符号、边界线4）网络交通系统交通量结点符号、线段线型5）三维表面地形、土壤高程、土壤成分彩色图像、立体网状图辅助地图注记地名、高程制图参数文字、辅助线、点符号2020/1/10韶关学院旅游与地理学院陈世发84、遥感影像对地理空间现象的表达遥感为空间信息资料获取提供方便，为利用空间信息的各行各业服务。遥感影像对空间信息的描述主要是通过不同的颜色和灰度来表示的。遥感传感器平台传感器空间对象(实体)的遥感影像表达2020/1/10韶关学院旅游与地理学院陈世发9空间数据类型按表示对象的不同分：1.类型数据：居民点、交通线、土地类型分布等。2.面域数据：多边形中心点、行政区域界限和行政单元3.网络数据：道路交叉点、街道和街区等。4.样本数据：气象站、航线和野外样方的分布区等。5.曲面数据：高程点、等高线和等值区域。6.文本数据：如地名、河流名和区域名称。7.符号数据：点状符号、线状符号和面状符号等。按表达基本信息的不同分：1.属性数据：描述空间对象属性特征的数据，又称非几何数据，如类型、名称、性质等，一般通过代码给予表达2.几何数据：描述空间对象空间特征的数据，也称位置数据、定位数据，一般用经纬度、坐标表达3.关系数据：描述空间对象的空间关系的数据，如邻接、包含、关联等，一般通过拓扑关系表达。2020/1/10韶关学院旅游与地理学院陈世发10空间数据的基本特征空间特征：指空间对象的位置及与相邻对象的空间关系或拓扑关系。空间特征又称定位特征或几何特征，一般用坐标数据表示。属性特征：表示空间对象的专题属性。如名称、分类、质量特征和数量特征等。时间特征：描述实体随时间的变化而引起的空间和属性特征的变化，其变化的周期有超短周期的、短期的、中期的和长期的。2020/1/10韶关学院旅游与地理学院陈世发11空间对象的描述要素编码：区别不同的实体，包括分类码和识别码。分类码表识空间对象的类别，而识别码对每个空间对象进行标识，是唯一的。位置：坐标形式给出空间对象的空间位置类型：空间对象所属的实体类型，或有那些实体组成行为：空间对象所具备的行为和功能属性：空间对象所对应的非几何信息说明：实体数据来源、精度等关系：与其他实体之间的关系2020/1/10韶关学院旅游与地理学院陈世发12拓扑拓扑学是几何学的分支研究对象：一般的几何图形（拓扑空间）中心任务：研究几何图形的一类性质即所谓的拓扑性质。一笔画问题：日、中可以一笔画出；田、目不能一笔画出。一笔画成的图形，都有这样一个特点：每当你用笔画一条线进入中间的一个点时，你还必须画一条线离开这个点。否则，整个图形就不可能用一笔画出。偶点组成的连通图，一定可以一笔画成；凡是只有两个奇点的连通图（其余都为偶点），一定可以一笔画成。画时必须把一个奇点为起点，另一个奇点终点。其他情况的图都不能一笔画出。(奇点数除以二便可算出此图需几笔画成。)哥尼斯堡七桥问题；四色问题2020/1/10韶关学院旅游与地理学院陈世发13空间数据的拓扑关系描述地理要素空间性的信息•几何信息：用空间坐标的位置、方向、角度、距离、面积等信息描述物体的几何形状和数量特征；•拓扑信息：用几何关系的相连、相邻、包含等信息描述物体元素之间的关系；2、拓扑学中空间元素•结点（NODE）：弧段的交点。岛结点是特殊结点。•弧段（ARC）：相邻两结点之间的坐标链。•多边形（polygon）（图斑或面）有限弧段组成的封闭区。拓扑结构：是明确定义空间结构关系的一种数学方法。关系的性质可分为：相邻、相连、相交、相离、相重、包含等。2020/1/10韶关学院旅游与地理学院陈世发14从拓扑角度看，几何形状不同的事物其拓扑关系可能相同点之间拓扑关系（邻接性）的描述面之间拓扑关系（邻接性）的描述aaaaabcdea-1001bebeb1-101c01-10cdcd001-1de1101-3-5abcdabcda-101abcb1-11c01-1dd111-2020/1/10韶关学院旅游与地理学院陈世发152)拓扑关系表的建立结点编码：①②③④⑤⑥线段编码：123456789多边形编码：(1)(2)(3)(4)(5)①②③④⑤⑥(2)(3)(5)(4)(1)124567893表1：线段坐标表①②③④⑤⑥124567893线段坐标对1(x3,y3)……(x1,y1)2(x1,y1)……(x2,y2)3……表2：线段－多边形关系表(2)(3)(5)(4)(1)124567893线段左区码右区码1(1)(2)2(1)(3)………表3：线段－结点关系表①②③④⑤⑥(5)12456783线段首结点尾结点1③①2①②………(1)表4：多边形－线段关系表(2)(3)(5)(5)124567893多边形线段(1)1,2,3(2)1,4,7,9………2020/1/10韶关学院旅游与地理学院陈世发163、空间数据的拓扑关系1）拓扑的关联性表示不同类型元素（结点、弧段、多边形）之间的关系多边形弧段号结点弧段p1a1a5a6N1a1a3a5P2a2a4a6N2a1a2a6P3a3a4a5N3a2a3a4p4a7N4a4a5a6N5a7P1P2P3P4a1a2a3a4a5a6a7N1N2N3N4N52020/1/10韶关学院旅游与地理学院陈世发172）拓扑的邻接性和连通性表示同类型元素（结点、弧段、多边形）之间的关系多边形之间的邻接性；弧段之间的邻接性；结点之间的连通性p1p2p3p4a1a2a3a4a5a6a7N1N2N3N4N5P1\110a1\110110N1\1110p21\11a21\11010N21\110p311\0a311\1100N311\10p4010\a4011\110N4111\0a51011\10N50000\a611011\0a7000000\多边形邻接矩阵弧段邻接矩阵结点连通矩阵P1P2P3P4a1a2a3a4a5a6a7N1N2N3N4N52020/1/10韶关学院旅游与地理学院陈世发18弧段与多边形拓扑关系表弧段左多边形右多边形aP0P1bP2P1cP3P1dP0P2eP0P3fP3P2gP1P4abcdefgACBDEP4P0P1P2P32020/1/10韶关学院旅游与地理学院陈世发193）拓扑的包含性表示同不同级元素之间的拓扑关系面包含点面包含线线包含点面的简单包含面的多层包含面的等价包含P1P2P1P2P3P1P2P32020/1/10韶关学院旅游与地理学院陈世发204、小结拓扑关系：拓扑关系是指图形保持连续状态下变形，但图形关系不变的性质。常用的拓扑关系有拓扑邻接、拓扑关联、拓扑包含。拓扑邻接：元素之间的拓扑关系。拓扑关联：元素之间的拓扑关系。拓扑包含：元素之间的拓扑关系。不同类同类同类不同级2020/1/10韶关学院旅游与地理学院陈世发21拓扑邻接：N1/N2,N1/N3,N1/N4;P1/P3;P2/P3拓扑关联：N1/е1、е3、е6；P1/е1、е5、е6拓扑包含：P3与P4N1P4e1е2е5е6е4е7е3P1P3P2N4N3N5N2P52020/1/10韶关学院旅游与地理学院陈世发222）空间数据拓扑关系的表示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N1e3e1x1，y1N2e1e2x2，y2N3e2e3x3，y3N1e1е2е5е6е4е7е3P1P3P2N4N3N5N2P0P4弧段名e1N2N1P1P0e6e2s1e2N3N2e5P2P0e4e3s2e3N1N3e6e4P3P0e2e1s3e4N4N3e5e3P2P3e2e6s4始结点终结点离开始结点的下一条弧段到达终结点的下一条弧段右多边形左多边形右多边形顺时针下一条弧段左多边形逆时针下一条弧段坐标串2020/1/10韶关学院旅游与地理学院陈世发23拓扑数据举例C4N4C8C6P3C7N6C10N3C3N1P1C2N2C1P2C5N5P4P5C9N72020/1/10韶关学院旅游与地理学院陈世发24弧段号起结点终结点左多边形右多边形C1N1N2P2P1C2N3N2P1P4C3N1N3P1ØC4N1N4ØP2C5N2N5P2P4C6N4N5P3P2C7N5N6P3P4C8N4N6ØP3C9N7N7P4P5C10N3N6P4Ø拓扑数据举例2020/1/10韶关学院旅游与地理学院陈世发25实体对象所具有的拓扑和非拓扑属性拓扑属性一个点在一个弧段的端点一个弧段是一个简单弧段（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内部一个点在一个区域的外部一个点在一个环的内部一个面是一个简单面（面上没有“岛”）一个面的连接性（给定面上任意两点，从一点可以完全在面的内部沿任意路径走向另一点）非拓扑属性两点之间的距离一个点指向另一个点的方向弧段的长度一个区域的周长一个区域的面积实体类型组合2020/1/10韶关学院旅游与地理学院陈世发26如：线—面1、区域包含线：计算区域内线的密度，某省的水系分布情况。2、线通过区域：公路上否通过某县。3、线环绕区域：区域边界，搜索左右区域名称，中国与哪些国家接壤。4、线与区域分离：距离。面—面1、包含：岛,某省的湖泊分布。2、相合：重叠，学校服务范围与菜场服务范围重叠区。3、相交：划分子区。4、