地理信息系统的数据结构

第二章地理信息系统的数据结构第一节地理空间及其表达第二节地理空间数据及其特征第三节空间数据结构的类型第四节空间数据结构的建立第一节地理空间及其表达地理空间的概念GIS中的概念常用“地理空间”(geo-spatial)来表述，一般包括地理空间定位框架及其所连接的空间对象；地理空间定位框架即大地测量控制，由平面控制网和高程控制网组成；GIS的任何空间数据都必须纳入一个统一的空间参照系中，以实现不同来源数据的融合、连接与统一；目前，我国采用的大地坐标系为1980年中国国家大地坐标系，现在规定的高程起算基准面为1985国家高程基准。空间实体的表达在计算机中，现实世界是以各种数字和字符形式来表达和记录的；对现实世界的各类空间对象的表达有两种方法，分别称为矢量表示法（矢量数据模型）和栅格表示法（栅格数据模型）,如下图。湖泊河道居民地流路GIS的空间数据空间数据可以按照数据项、空间对象和图形特征的不同分为各种不同的类型；空间、属性和时间特征——空间对象的三大基本特征：第二节地理空间数据及其特征空间特征是指空间对象的位置及与相邻对象的空间关系或拓扑关系；属性特征是指空间对象的专题属性；时间特征是指空间对象随着时间演变而引起的空间和属性特征的变化。第二节地理空间数据及其特征空间数据的拓扑关系包括拓扑邻接、拓扑关联和拓扑包含，它们在GIS的数据处理、空间分析以及数据库的查询与检索中，具有重要的意义。第二节地理空间数据及其特征空间数据的计算机表示指通过利用确定的数据结构和数据模型来表达空间对象的空间位置、拓扑关系和属性信息。第二节地理空间数据及其特征第三节空间数据结构的类型矢量数据结构矢量数据结构是利用欧几里得几何学中的点、线、面及其组合体来表示地理实体空间分布的一种数据组织方式；矢量数据结构分为简单数据结构（也称面条数据结构）、拓扑数据结构和曲面数据结构；拓扑数据结构最重要的技术特征和贡献是具有拓扑编辑功能，包括多边形连接编辑和结点连接编辑。第三节空间数据结构的类型C4N4C8C6P3C7N6C10N3C3N1P1C2N2C1P2C5N5P4P5C9N7拓扑数据举例第三节空间数据结构的类型弧段号起结点终结点左多边形右多边形C1N1N2P2P1C2N3N2P1P4C3N1N3P1ØC4N1N4ØP2C5N2N5P2P4C6N4N5P3P2C7N5N6P3P4C8N4N6ØP3C9N7N7P4P5C10N3N6P4Ø栅格数据结构栅格数据结构指将空间分割成各个规则的网格单元，然后在各个格网单元内赋以空间对象相应的属性值的一种数据组织方式；栅格数据结构分为栅格矩阵结构、游程编码结构、四叉树数据结构、八叉树数据结构和十六叉树数据结构。第三节空间数据结构的类型第三节空间数据结构的类型矢量结构栅格结构矢量与栅格数据结构矢量与栅格一体化的基本概念；矢量与栅格一体化数据结构的设计。矢量与栅格数据结构的比较优点缺点矢量数据结构1.便于面向现象(土壤类、土地利用单元等)；2.数据结构紧凑、冗余度低；3.有利于网络分析；4.图形显示质量好、精度高。1.数据结构复杂；2.软件与硬件的技术要求比较高；3.多边形叠合等分析比较困难；4.显示与绘图成本比较高。栅格数据结构1.数据结构简单；2.空间分析和地理现象的模拟均比较容易；3.有利于与遥感数据的匹配应用和分析；4.输出方法快速，成本比较低廉。1.图形数据量大；2.投影转换比较困难；3.栅格地图的图形质量相对较低；4.现象识别的效果不如矢量方法。第四节空间数据结构的建立系统功能与数据间的关系现代地理信息系统数据模式的一个重要特征是数据与功能之间具有密切的联系(见下表)，因此，在确定数据内容时，首先必须明确系统的功能；对开发的GIS系统的功能，是通过用户需求调查来确定的，因此，在开发GIS系统之前，首先要进行系统分析。空间数据的分类和编码空间数据的分类，是指根据系统功能及国家规范和标准，将具有不同属性或特征的要素区别开来的过程，以便从逻辑上将空间数据组织为不同的信息层(见下图)；系统功能与数据间的关系(据JackDangermond等)信息层示意图空间数据的编码：是指将数据分类的结果，用一种易于被计算机和人识别的符号系统表示出来的过程，编码的结果是形成代码。代码由数字或字符组成。例如，我国基础地理信息数据的分类代码由六位数字组成，其代码结构如下所示：××××××大类码小类码一级代码二级代码识别位大类码、小类码、一级代码和二级代码分别用数字顺序排列。识别位由用户自行定义，以便于扩充。1：测量控制点11：平面控制点12：高程控制点13：其他控制点1101：三角点1102：导线点11011：一等11012：二等11013：三等11014：四等国土基础信息数据分类与代码举例矢量数据的输入与编辑矢量数据的输入，是指将分类和编码的空间对象图形转换为一系列x、y坐标，然后按照确定的数据结构加入到线段或标示点的计算机数据文件中去；空间数据编辑的目的是为了消除数字化过程中引入的各类错误和对数据进行拓扑关系检查等而进行的操作。栅格数据的输入与编辑栅格数据的输入方法包括透明格网采集输入、扫描数字化输入及其它数据传输或转换输入等；栅格数据编辑的目的同样是为了消除数字化过程中引入的各类错误，根据栅格数据结构的特点，其编辑的内容还包括数据压缩和数据组织方式的变换等,如下图。空间数据的不同组织方式