2空间现象抽象表达.

第二讲空间现象抽象表达2020/1/122空间数据库第二节空间实体的数据描述第一节地理空间实体及地图表示第三节空间实体的矢量数据表示第四节空间实体的栅格表示内容2020/1/123空间数据库第一节地理空间实体及地图表示一、空间实体（spatialentity）含义空间实体——指具有确定的位置和形态特征并具有地理意义的地理空间物体。(河流、道路、城市、航线等）空间实体：地理信息系统中不可再分的最小单元现象称为空间实体。属性是空间实体已定义的特征（如人口数量、林地上林木名称等）空间实体：是指现实世界中地理实体的最小抽象单位,主要包括点、线和面三种类型.空间检索的目的是对给定的空间坐标,能够以尽快的速度搜索到坐标范围内的空间对象,进而对空间对象进行拓扑关系的分析处理2020/1/124空间数据库二、实体的维数和延展度1、维数维度（又称维数）是数学中独立参数的数目。在物理学和哲学的领域内，指独立的时空坐标的数目。三维空间：四维时空（三维空间+时间维）：多维空间：2、延展度空间物体的延展度反映了空间实体的空间延展特性。第一节地理空间实体及地图表示2020/1/125空间数据库三、空间变量与空间实体的属性1、空间变量以空间实体为定义域，随空间实体的延展而变化的地理现象（变量），如河流的深度、水流的速度、水面宽度等;2、空间实体的属性不随空间实体的延展而变化的地理现象是空间实体的属性。如河流的名称、区域的名称。3、区别空间变量是对作为其定义域的空间实体的局部描述；空间实体的属性则是对其全局的描述。第一节地理空间实体及地图表示2020/1/126空间数据库四、空间实体的地图表示1．地图对地理空间的表达（l）点状要素点状要素，是指那些占面积较小，不能按比例尺表示，又要定位的事物。（井、采样点）（2）线状要素对于地面上呈线状或带状的事物如交通线、河流、境界线、构造线等，在地图上均用线状符号来表示。通常用线状符号的形状和颜色表示质量的差别，用线状符号的尺寸变化（线宽的变化）表示数量特征。（3）面状要素封闭的图形,县市、水体等第一节地理空间实体及地图表示2020/1/127空间数据库四、空间实体的地图表示2．地图对空间实体的属性表示（l）道路采用不同线宽，线性颜色和标识号进行描述，用以表示不同类型的道路;（2）河流和湖泊绘成蓝色;（3）机场以专门的符号表示;（3）山峰标注高程;（4）市区图标出街道名字；（5）不同土地利用类型符号；3、地图对空间实体的空间关系表示间接表示！！第一节地理空间实体及地图表示2020/1/128空间数据库1主要的三类实体对象（1）点对象点是有特定的位置、维数为零的实体，包括以下5类。1)点实体(pointentity)：用来代表一个实体。2)注记点:用于定位注记。3)内点(labelpoint)：用于记录多边形的属性，存在于多边形内。4)结点(node)：表示线的终点和起点。5)特征点(vertex)：表示线段和弧段的内部点。第二节空间实体的数据描述一、实体对象2020/1/129空间数据库（2）线对象线对象是维度为1的空间实体，由一系列坐标表示，并有如下特征。1)实体长度：从起点到终点的总长。2)弯曲度：用于表示弯曲的程度，如道路拐弯时。3)方向性：水流方向是从上游到下游，公路则有单向与双向之分。线状实体包括线段、边界、链、弧段、网络等第二节空间实体的数据描述2020/1/1210空间数据库（3）多边形对象面状实体也称为多边形，是对湖泊、岛屿、地块等一类现象的描述。通常在数据库中由一封闭曲线加内点来表示。1)面积范围;2)周长;3)独立性或与其他的地物相邻，如中国及其周边国家;4)内岛，如岛屿的海岸线封闭所围成的区域等。重叠与非重叠现象第二节空间实体的数据描述2020/1/1211空间数据库二、基于场的描述基于场模型：地理空间的事物和现象作为连续的变量。（污染物的集中程度、地表的湿度、土壤湿度等）主要作用：模拟具有一定空间内连续分布特点的现象。二维场模型、三维场模型类型：图斑模型、等值线模型、选样模型第二节空间实体的数据描述2020/1/1212空间数据库1、图斑模型图斑模型将一个地理空间划分成一些简单的连通域，每个区域用一个简单的数学函数表示一种主要属性的变化。根据表示地理现象的不同，可以对应不同类型的属性函数。（1）常量——最简单每个区域中的属性函数值保持一个常数。图斑模型常常被用于描述土壤类型、土地利用现状、植被以及生物的空间分布。（2）线性函数对平面上划分的每个区域，对应的属性函数值的变化不是常量，而是一个线性函数。如：地表模拟（3）高阶函数有些情况下，在一个区域内，要求属性函数为一个高阶函数，用以提高表示的精确性。第二节空间实体的数据描述2020/1/1213空间数据库2、等值线模型等值线的特点：（1）用一组等值线将地理空间划分成一些区域，每个区域中的属性值的变化是相邻的两条等值线的连续插值；（2）每条线唯一值；（3）两条等值线不相交；例如：地形——等高线；海底地形——等深线第二节空间实体的数据描述3、选样模型地理空间上的属性值是通过采集有限个点的属性值来确定的。2020/1/1214空间数据库4、场的特征1)空间结构特征和属性域空间结构可以是规则的或不规则的；分辨率和位置误差很重要。属性域数字类型:名称、序数、间隔和比率。2)连续的、可微的、离散的第二节空间实体的数据描述2020/1/1215空间数据库4、场的特征3)与方向无关的和与方向有关的(各向同性和各向异性)第二节空间实体的数据描述2020/1/1216空间数据库4、场的特征4)空间自相关意义：空间自相关是空间场中的数值聚集程度的一种量度。距离近的事物之间的联系性强于距离远的事物之间的联系性。正空间自相关：如果一个空间场中的类似的数值有聚集的倾向，则该空间场就表现出很强的正空间自相关;负空间自相关：如果类似的属性值在空间上有相互排斥的倾向，则表现为负空间自相关。作用：描述了某一位置上的属性值与相邻位置上的属性值之间的关系。第二节空间实体的数据描述2020/1/1217空间数据库三、场模型与实体对象模型的对比第二节空间实体的数据描述2020/1/1218空间数据库标识码属性码空间对象编码唯一连接空间和属性数据数据库独立编码点:(x,y)线:(x1,y1),(x2,y2),…,(xn,yn)面:(x1,y1),(x2,y2),…,(x1,y1)点位字典点:点号文件线:点号串面:点号串点号XY1112223344………n5566存储方法一矢量结构编码方法第三节空间实体的矢量数据表示2020/1/1219空间数据库2、自成体系，缺少多边形的邻接信息，无拓扑关系，难以进行邻域处理，如消除多边形公共边界，合并多边形。优点：结构简单、直观、易实现以实体为单位的运算和显示。多边形坐标串P1…P2…123456789101112131415PPP实体式缺点：1、相邻多边形的公共边界被数字化并存储两次，造成数据冗余和碎屑多边形—数据不一致，浪费空间，导致双重边界不能精确匹配。矢量数据结构的几何数据表达第三节空间实体的矢量数据表示2020/1/1220空间数据库对所有点的坐标按顺序建坐标文件，再建点与边（线）、线与多边形的索引文件。123456789101112131415PPPMap1、点文件：点号坐标1x1,y1索引文件：面号弧段号P1A,B,C3、面文件：2、弧段文件:弧段号起点终点点号A2510,9,8,7与实体式相比：优点：用建索引的方法消除多边形数据的冗余和不一致，邻接信息、岛信息可在多边形文件中通过是否公共弧段号的方式查询。索引式第三节空间实体的矢量数据表示2020/1/1221空间数据库1、弧段坐标文件：弧段号坐标系列（串)Ax2,y2,X10,y10…2、弧段文件：链—面，链—结点关系弧段号左多边形右多边形起点终点AP1P225123456789101112131415PPP3、面文件面号弧段号P1A,B,C4、点拓扑文件：结点—链关系点号弧段号2A,B,D在拓扑结构中，多边形（面）的边界被分割成一系列的线（弧、链、边）和点（结点）等拓扑要素，点、线、面之间的拓扑关系在属性表中定义。链状双重独立式第三节空间实体的矢量数据表示2020/1/1222空间数据库二、空间实体的属性描述1、信息分类分级基本方法信息分级是指在同一类信息中对数据的再划分。信息分级与综合程度的关系：分级数越多，对数据的综合程度就越小。分级数的确定，因用途和数据本身特点而定，没有严格标准。分级界线确定原则任何一个等级内部都必须有数据，任何一个数据都必须属于相应的等级；在分级数一定的条件下，应使各级内部差异尽可能小，保持数据分布特征；尽可能使分级界线变化有规则。第三节空间实体的矢量数据表示2020/1/1223空间数据库二、空间实体的属性描述2、信息的编码编码，是确定信息代码的方法和过程。代码是一个或一组有序的易于计算机或人识别与处理的符号，简称“码”。编码的基本原则（1）唯一性。一个代码只唯一表示一个分类对象。（2）合理性。代码结构要与分类体系相适应。（3）可扩充性。必须留有足够的备用代码，适应扩充的需要。（4）简单性。结构应尽量简单，长度尽量短，减少计算机存储空间和录入差错率，提高处理效率。（4）适用性。代码尽可能反映对象的特点，以助记忆，便于填写。（6）规范性。一个信息分类编码标准中，代码的结构、类型以及编写格式必须统一。第三节空间实体的矢量数据表示2020/1/1224空间数据库二、空间实体的属性描述3、代码的功能鉴别。代码代表分类对象的名称，是鉴别分类对象的唯一标识。分类。当按分类对象的属性分类，并分别赋予不同的类别代码时，代码又可以作为区分分类对象类别的标识。排序。当按分类对象产生的时间，所占的空间或其他方面的顺序关系分类，并分别赋予不同的代码时，代码又可以作为区别分类对象排序的标识。第三节空间实体的矢量数据表示2020/1/1225空间数据库二、空间实体的属性描述4、代码的类型——指代码符号的表示形式，一般有数字型、字母型、数字和字母混合型三类。（1）数字型代码用一个或若干个阿拉伯数字表示分类对象的代码。（2）字母型代码用一个或多个字母表示对象的代码。（3）数字、字母混合型代码由上述两种代码或数字、字母、专用符号组成的代码。第三节空间实体的矢量数据表示2020/1/1226空间数据库三级、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；01~072）要素几何类型：点、线、面；00~39，40~69，70~993)要素的质量特征：道路的等级，普通或简易道路；第三节空间实体的矢量数据表示2020/1/1227空间数据库三、地理空间关系的表示空间数据的空间关系是空间数据库的设计和建立，进行有效的空间查询和空间决策分析的基础。要提高空间数据分析能力，就必须解决空间关系的描述与表达等问题。1、地理要素的基本元素基本元素提出的缘由：以实体为对象时，数据冗余；不便网络分析；几何位置不一致等。→拓扑关系点(point，node)链(line，edge)多边形(Polygon,face)第三节空间实体的矢量数据表示2020/1/1228空间数据库三、地理空间关系的表示2、最基本的拓扑关系关联:指不同拓扑元素之间的关系。邻接:指借助于不同类型的元素描述的相同拓扑元素之间的关系。包含:指面与其他元素之间的关系。几何关系:指拓扑元素之间的距离关系。层次关系:指相同拓扑元素之间的等级关系。第三节空间实体的矢量数据表示2020/1/1229空间数据库三、地理空间关系的表示3、基本元素的空间关系第三节空间实体的矢量数据表示2020/1/1230空间数据库三、地理空间关系的表示4、地理要素的分层管理与空间关系分层→便于计算机的管理、分析和查询，但不便于空间分析解决办法：采用“关系表”来描述不同层之间要素的相互关系第三节空间实体的矢量数据表示高压711电线架715管线:7地下电力线与电缆7