第二章 空间数据组织

第二章空间数据组织第一节地理空间和空间实体的表达一、空间与地理空间二、GIS中的地理空间地理实体地理空间定位框架地球形状大地水准面地球椭球体地球自然表面中国大地坐标系统ICA-75椭球参数:a=6378140m;b=6356755m；f=1/298.2571980年以前：1954年北京坐标系；(参考椭球采用克拉索夫斯基椭球参数,坐标原点俄罗斯的西伯利亚)；1980年-至今：1980年国家大地坐标系(1980西安坐标系)（采用1975年国际大地测量协会推荐的参考椭球,坐标原点位于陕西泾阳县)：地理实体空间点位WGS84地心坐标系，WGS84椭球体绝对高程:地面点至大地水准面(即平均海平面)的垂直高度,也称“海拔高程”，简称“高程”;相对高程:地面点至任一水准面的垂直高度.高程--由高程基准面计算的地面点高度.高程基准面的位置,实际上是根据验潮站所确定的多年平均海水面而确定的.高程*中国高程起算面----黄海平均海水面1956年在青岛观象山设立了水准原点（其高程以青岛验潮站1950-1956年的观测记录所确定的黄海平均海水面为零点而测算出来的，为72.289m），并且据此建立了1956年黄海高程系;1987年国家测绘局公布：启用《1985年国家高程基准》取代《黄海平均海水面》，它比《黄海平均海水面》上升29毫米----在全国范围内选取若干具有控制意义的点,并且精确测定其平面位置和高程.而这些控制点所构成的平面控制网和高程控制网即组成大地控制网.中国大地控制网平面控制网国家测绘局(1)平面控制网:按统一规范,由精确测定地理坐标的地面点组成.陕西省泾阳县永乐镇北洪流村——“1980年国家大地坐标系”中大地坐标的起算点高程控制网国家测绘局青岛观象山(2)高程控制网:按统一规范,由精确测定高程的地面点组成.第一节地理空间和空间实体的表达三、空间实体的表达点、线、面、曲面、体如果采用一个没有大小的点（坐标）来表达基本点元素时，称为矢量表示方法如果采用一个有固定大小的点（面元）来表达基本点元素时，称为栅格表示方法第二节空间数据的特点一、空间数据特点定义：空间数据是用来描述空间实体的位置、形状、大小及其分布特征等信息的数据特点：空间性（表示实体的空间位置或现在所处的地理位置。空间特征又称定位特征或几何特征，一般用坐标数据表示）专题性（属性）（表示实体的特征。如名称、分类、质量特征和数量特征等。）时间性（描述实体随时间的变化，其变化的周期有超短周期的、短期的、中期的和长期的）第二节空间数据的特点二、空间数据类型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。第三节空间关系定义：指几何上空间对象之间的相互关系类型：度量空间关系顺序空间关系拓扑空间关系度量空间关系度量空间关系：指空间对象之间的距离关系类型：欧氏距离曼哈顿距离（TheManhattandistance、Thecity-blockdistance、Thetaxi-cabdistance）：Dist=|x1-x2|+|y1-y2|时间距离经济距离风险距离社会距离认知距离生态距离顺序空间关系顺序空间关系：描述空间实体之间在空间上的排列次序类型：上下顺序关系前后顺序关系基于东南西北地理方向的顺序空间关系拓扑空间关系拓扑特征：在拓扑变换（任意伸缩或变形，但不扭结或折叠）下能够保持不变的几何属性类型：连接性（connectivity）：指曲线或弧段在结点处的相互连接关系包含性（inclusion）邻接性（contiguity）：指共有公共边的两个区域的邻接关系拓扑空间关系的意义：1.确定一种地理实体相对于另一种地理实体的空间位置关系2.空间要素的查询3.重建地理实体拓扑关系一个例子第四节数据结构（略）第五节矢量数据结构定义一、简单数据结构（面条结构）二、拓扑数据结构DIMEPOLYVRTTIGER三、曲面数据结构Delaunay三角网Delaunay三角网是Voronoi图的对偶图，将Voronoi图中各多边形单元的内点（或称为发生点）连接后得到一个布满整个区域而又互不重叠的三角网结构。与其它三角网相比，Delaunay三角网具有如下性质：1）三角网外围边界构建的多边形为点集的凸壳；2）任意三角形的外接圆内不包含其它点（这个性质是Delaunay三角网的定义也称为空外接圆规则）；3）三角形最大程度地保持了均衡、避免狭长形三角形的出现（最大最小角规则）。如果将三角网中的每个三角形的最小角进行升序排列，则Delaunay三角网的排列得到的数值最大，从这个意义上讲，Delaunay三角网是“最接近于规则化”的三角网（邬伦等2001）。性质2）和3）保证了Delaunay三角网是最接近等角或等边的三角网（武晓波等2000）。曲面数据结构第六节栅格数据结构定义：指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地理实体的一种数据组织形式一、基本空间对象的栅格表达点线面二、栅格单元大小的确定三、栅格单元的空间关系表达栅格单元的空间关系表达第六节栅格数据结构（续）四、栅格单元的位置坐标的确定五、栅格单元的属性确定六、栅格数据结构及其编码1.直接栅格数据编码2.费尔曼链码3.游程编码4.四叉树编码栅格单元的属性确定直接栅格数据编码费尔曼链码游程编码四叉树编码①常规四叉树②线性四叉树③线性四叉树的四进制编码（MQ码）④线性四叉树的十进制编码（MD码）⑤线性四叉树的二维游程编码常规四叉树线性四叉树线性四叉树的四进制编码（MQ码）线性四叉树的十进制编码（MD码）线性四叉树的二维游程编码第七节栅格和矢量数据结构比较第八节矢量与栅格一体化数据结构END