空间数据模型1矢量数据输入
常见的空间数据逻辑模型
空间数据逻辑模型是地理信息系统（GIS）中的核心部分，它描述了空间实体及其之间的关系。
选择适当的逻辑模型对于有效地组织、存储、管理和查询空间数据至关重要。
以下是几种常见的空间数据逻辑模型：矢量模型：点、线和多边形：这是最基本的矢量数据模型，其中点代表位置，线由一系列的点组成，而多边形则是由闭合的线形成。
这种模型非常适合表示离散的空间特征，如建筑物、道路和行政区划。
拓扑关系：在更复杂的矢量模型中，除了几何形状外，还会考虑空间对象之间的拓扑关系，如相邻、相交和包含等。
这种拓扑信息可以增强空间分析的能力。
栅格模型：像元/网格：栅格模型将空间划分为规则的网格或像元，每个像元都有一个与之关联的值，如高程、温度或土壤类型。
这种模型特别适合于表示连续的空间现象，如地形、气候和某些类型的遥感数据。
面向对象模型：对象和类：面向对象模型将现实世界中的实体表示为对象，这些对象具有属性（如颜色、形状）和方法（如计算面积、查找相邻对象）。
相关的对象可以被组织成类，从而形成一个分类体系。
继承和封装：通过使用面向对象编程的概念，如继承和封装，这种模型可以更有效地组织和管理复杂的空间数据。
网络模型：节点和边：网络模型主要用于表示和分析由节点（如交叉口、城市）和边（如道路、输电线路）组成的网络结构。
这种模型在交通规划、公共设施布局和物流分析等领域非常有用。
时空模型：时间维度：时空模型在传统的空间数据模型上增加了一个时间维度，用于表示和分析空间现象随时间的变化。
这对于环境监测、城市规划和历史研究等应用非常重要。
三维模型：立体表达：三维模型使用X、Y和Z三个坐标来定义空间对象的位置和形状，从而能够更真实地表示现实世界中的三维结构，如建筑物、地形和地下设施。
混合模型：综合应用：混合模型结合了上述两种或多种模型的优点，以适应特定的应用需求。
例如，一个系统可能同时使用矢量和栅格数据来表示不同类型的空间信息。
随着技术的进步和应用需求的增加，未来可能会出现更多创新的空间数据逻辑模型。
第三章空间数据模型第3节矢量数据模型
(xn,yn) (x(1x,ny,1y)n) (x1,y1)
(a) (xn,yn)
(b)
(xn,yn)
A
KI
H
J
BC
G
FE
D
(c)
第三章空间数据模型第3节矢量数据模型
一维矢量具有方向、长度
方向：即有起始结点和终止结点
长度：可以用以下方式表达：
引入欧氏空间的距离概念：
n
长度 [(xi xi1)2 ( yi yi1)2 ]1/2 i2
一．基本概念 二．关系数据模型和关系表 三．矢量数据模型（ Spaghetti Model ） 四．矢量数据模型（拓扑数据模型）
第三章空间数据模型第3节矢量数据模型
一、基本概念
• 现实世界和矢量表达 • 位置和边界被清楚地记录 • 对象可以被识别 • 属性值与对象相联系 • 空间关系可以清晰表达
第三章空间数据模型第3节矢量数据模型
(1) 地理要素被当成单个对象对待
空间边界可以被清晰的编码
(2)对象之间没有关系
要素间的空间拓扑不被记录
第三章空间数据模型第3节矢量数据模型
矢量表达法
• 不同的空间特征具有不同的矢量维数
– 0维矢量-点：即空间中的一个点，没有大小、 方向，二维和三维欧氏空间中为：（x,y),(x,y,z)
– 一维矢量-线：空间中的线划要素或空间对象间 的边界，也称为弧段、链
用的概念，是三维空间中曲面法向矢量的 另外一种描述方法
第三章空间数据模型第3节矢量数据模型
空间曲面
• 矢量实现方法多样 • 常用等值线法、剖面法
第三章空间数据模型第3节矢量数据模型
三维矢量-体
• 指三维空间中的实体
GIS的空间数据结构
GIS的空间数据结构在地理信息系统（GIS）中，空间数据结构是用于组织和描述空间信息的数据模型。
它能够将现实世界中的地理现象和空间实体转化为计算机可处理和存储的数据形式。
以下是关于GIS空间数据结构的几个主要组成部分：1、矢量数据结构：矢量数据结构以点、线和多边形来表示空间实体。
每个点由一对坐标（x,y）定义，线由一系列坐标点构成的序列定义，多边形则由一个闭合的坐标序列定义。
矢量数据结构适用于表示连续的空间现象，如地形、河流、土地利用等。
2、栅格数据结构：栅格数据结构将空间划分成均匀的网格，每个网格对应一个像素或地块。
每个网格的值通常代表该区域的一种属性，如海拔、植被类型、人口密度等。
栅格数据结构适用于表示连续的空间现象，特别是那些可以很容易转化为像素值的数据，如卫星图像。
3、不规则三角网（TIN）：这是一种用于表示三维表面的数据结构。
它由一系列不重叠的三角形构成，每个三角形表示一个地形表面。
TIN 数据结构适用于表示连续且不规则的空间现象，如地形起伏、土壤类型等。
4、对象-关系型数据结构：这种数据结构将空间实体表示为对象，并将属性、事件和其他空间关系表示为对象的属性。
对象-关系型数据结构适用于表示复杂的空间关系和具有多种属性的空间实体。
在GIS应用中，选择适当的数据结构对于提高数据处理、查询和分析的效率至关重要。
此外，不同的数据结构也具有不同的优缺点，需要根据具体的应用需求和数据特性来选择。
基于ArcSDE的GIS空间数据存储分析引言随着地理信息系统（GIS）在各个领域的广泛应用，如何有效地存储和管理空间数据成为了一个重要的问题。
ArcSDE（Spatial Data Engine）作为一种先进的空间数据存储和分析技术，为GIS应用提供了强大的支持。
本文将介绍ArcSDE的基本概念、优势及其在GIS空间数据存储分析中的应用。
ArcSDE概述ArcSDE是一种面向对象的地理数据库引擎，它由Esri公司开发，可在多种数据库管理系统（如Oracle、PostgreSQL、MySQL等）上运行。
地理信息系统基础_ 空间数据表达_361 矢量数据结构_
武汉大学遥感信息工程学院余长慧1矢量数据模型矢量数据模型采用矢量数据结构来描述，通过记录空间对象的坐标(x, y, z)及空间关系来表达空间对象的位置。
矢量方式对地理实体的描述：位置信息属性信息空间关系信息2矢量数据结构点、线、多边形和区域的矢量结构（符号）:point : [x: real, y: real]polyline : < point >polygon : < point >region : { polygon }元组（tuples）are denoted by [ ], （列表）lists by <>, and 集合（sets）by { }除存储点实体的x ，y 坐标外，还存储一些与实体有关的数据；点实体矢量数据结构的基本内容，包括：唯一标识码,线标识码,起始点,终止点,坐标点对系列,非几何信息等；线实体不但表示位置和属性，还要表达区域的拓扑特征（形状、邻域或层次结构）。
多边形数据结构矢量数据结构2矢量数据结构2点实体唯一识别符类型简单点文字说明结点序列号x ，y 坐标有关的属性如果是简单点符号比例尺方向如果是文字说明字符大小方向字体排列如果是结点符号指针与线相交的角度其他有关的属性点实体的矢量数据结构3无拓扑关系矢量数据模型定义：只记录空间目标的位置和属性信息，不记录它的拓扑关系——也称面条模型存储方式：独立存储（多边形环路法）：每个实体的坐标都独立存储，毫不顾及相邻多边形、线、点等要素。
点位字典法：点坐标独立存储，建立公共边点位字典，线、面由点序组成。
多边形环路法公共边获取和存储两次，产生数据冗余，易产生裂缝和重叠。
无拓扑关系矢量数据模型36y1a77a6a55a12a9p111a8a11a4p310a1289a13p2a10a23a34p112345x P1T100x1,y1L1R100x1,y1…x5,y5P2N100x1,y1…x1,y1对于点状目标：对于线状目标：对于面状目标：按多变想环路发储存上述图形：点位字典法无拓扑关系矢量数据模型36y1a77a6a55a12a9p111a8a11a4p310a1289a13p2a10a23a34p112345x点号坐标1x1，y12x2，y2……对变形ID 属性ID 点号串P1T3025,6,7,8,9,10,11P2T3031,2,3,9,8,7……点位字典文件多边形文件消除了环路法的缺陷。
地理信息系统中的空间数据管理与分析方法
地理信息系统中的空间数据管理与分析方法地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）是一种以地理信息为基础，具有数据抽象、空间数据管理、空间分析和空间可视化等功能的计算机辅助系统。
在现代社会中，GIS已经广泛应用于地理领域的研究和应用中，为地理信息的管理和分析提供了强大的工具和技术支持。
而在GIS中，空间数据的管理和分析方法是关键的环节，本文将对地理信息系统中的空间数据管理和分析方法进行探讨。
一、空间数据管理空间数据管理是地理信息系统中的核心要素，它涉及到如何有效地对地理信息进行保存、组织和维护的方法与技术。
常见的空间数据管理方法主要包括数据模型、数据结构和数据存储。
1. 数据模型数据模型是空间数据管理的基础，它定义了描述地理现象和地理实体的方式和规则。
常见的数据模型包括层次模型、关系模型和对象模型。
其中，层次模型以树状结构表示空间对象之间的关系；关系模型以表格形式表示空间对象之间的关系；对象模型以对象的属性和几何信息描述空间对象。
2. 数据结构数据结构是指在空间数据管理中，将地理实体和属性存储在计算机中的组织方式。
常见的数据结构包括邻接列表、拓扑关系和网格结构等。
其中，邻接列表通过记录对象的相邻关系描述空间图形的连接关系；拓扑关系通过表示图形元素的接触或覆盖关系描述地理实体的关系；网格结构是将地理区域划分成规则网格，每个网格单元存储与之相关的空间数据。
3. 数据存储数据存储是指将地理信息以适当的方式存储在计算机系统中。
常用的数据存储方式有矢量数据存储和栅格数据存储。
矢量数据存储以点、线、面等几何图元和属性表的方式存储地理信息；而栅格数据存储则以像元矩阵的方式存储地理信息。
二、空间数据分析空间数据分析是GIS的重要应用之一，它通过对地理信息的处理和加工，提取出地理信息的有用特征和关系，为决策制定和问题解决提供科学依据。
常见的空间数据分析方法主要包括空间查询、空间统计和空间建模等。
GIS的数据组织与管理
GIS的数据组织与管理GIS空间数据有多种来源，不同的数据源其输入方法不同。
不论采用什么方法输入数据都会有一些问题，如输入过程中意外的错误，输入数据与使用格式不一致，各种来源数据的比例尺、投影不统一，图幅间不匹配等。
因此，必须对空间数据进行处理的管理，才能得到纯净统一的数据文件，使存储空间数据符合规范、标准，满足使用和分析的需要。
一、空间数据的输入与编辑1．图形数据的输入图形数据的输入过程实际上是图形数字化处理过程。
对于不同来源的空间数据，很难找到一种统一而简单的输入方法，只能从几种普通适合的方法中选用。
（1）手工键盘输入①手工键盘输入矢量数据手工键盘输入矢量图形数据，就是把点、线、面实体的地理位置（坐标），通过键盘输入到数据文件或程序中去。
实体坐标可从地图上的坐标网或其他覆盖的透明网格上量取。
②手工键盘输入栅格数据栅格数据是以一系列像元表示点、线、面实体。
这种数据的手工输入过程是：首先选择适当的像元大小和形状（一般为正方形网格）并绘制透明网格；然后确定地物的分类标准，划分并确定每一类别的编码；最后将透明格网覆盖在待输入图件上，依格网的行、列顺序用键盘输入每个像元的属性值即各类别的编码值。
手工键盘输入方法简单，不用任何特殊设备，但输入效率低，需要做十分繁琐的坐标取点或编码工作。
这种方法在缺少资金或输入图形要素不复杂时可以使用。
（2）手扶跟踪数字化仪输入这是目前常用的图形数据输入方式。
把待数据字化的资料——地图、航片等固定在图形输入板上，用鼠标输入至少4个控制点的坐标和图幅范围，随后即可输入图幅内各点、曲线的坐标。
（3）自动扫描输入自动扫描输入方式输入速度快，不受人为因素的影响，操作简单。
缺点是硬件设备昂贵，图形识别技术尚不完全成熟。
这种方法是图形自动输入的发展方向。
（4）解析测图仪法空间数据输入解析测图仪利用航空或航天影像像对，建立空间立体模型，直接测得地面三维坐标（X,Y,Z），并输入计算机，形成空间数据库。
空间数据模型
空间数据模型空间数据模型可以分为三种：场模型：用于描述空间中连续分布的现象；要素模型：用于描述各种空间地物；网络模型：可以模拟现实世界中的各种网络；在各种模型中，又介绍了相关的概念，如空间划分，空间关系，以及拓扑关系的形式化描述——9交模型等。
最后讲述了普通的二维数据模型在空间上和时间上的扩展，时间数据模型和三维数据模型。
值得注意的是，本章谈到的场模型和要素模型类同于后面提及的栅格数据和矢量数据，但是前者是概念模型；后者是指其在信息系统中的实现。
1．空间数据模型的基本问题人类生活和生产所在的现实世界是由事物或实体组成的，有着错综复杂的组成结构。
从系统的角度来看，空间事物或实体的运动状态（在特定时空中的性状和态势）和运动方式（运动状态随时空变化而改变的式样和规律）不断发生变化，系统的诸多组成要素（实体）之间又存在着相互作用、相互制约的依存关系，表现为人口、物质、能量、信息、价值的流动和作用，反映出不同的空间现象和问题。
为了控制和调节空间系统的物质流、能量流和人流等，使之转移到期望的状态和方式，实现动态平衡和持续发展，人们开始考虑对其中诸组成要素的空间状态、相互依存关系、变化过程、相互作用规律、反馈原理、调制机理等进行数字模拟和动态分析，这在客观上为地理信息系统提供了良好的应用环境和重要发展动力。
1．1概念地理数据也可以称为空间数据（Spatial Data）。
地理空间是指物质、能量、信息的存在形式在形态、结构过程、功能关系上的分布方式和格局及其在时间上的延续。
地理信息系统中的地理空间分为绝对空间和相对空间两种形式。
绝对空间是具有属性描述的空间位置的集合，它由一系列不同位置的空间坐标值组成；相对空间是具有空间属性特征的实体的集合，由不同实体之间的空间关系构成。
在地理信息系统应用中，空间概念贯穿于整个工作对象、工作过程、工作结果等各个部分。
空间数据就是以不同的方式和来源获得的数据，如地图、各种专题图、图像、统计数据等，这些数据都具有能够确定空间位置的特点。
空间数据模型名词解释
空间数据模型名词解释
空间数据模型是地理信息系统（GIS）中的核心组成部分，理解它对于要深入
理解GIS的工作原理至关重要。
它们是对现实世界中的几何图形以及这些图形之
间的空间关系的抽象和整理。
根据对空间数据的编码方法的不同，空间数据模型通常可以分为矢量数据模型和栅格数据模型两大类。
矢量数据模型用点、线、面来表示空间信息。
点，例如地理位置、纪念碑，被视为0D，即没有长度和宽度；线，例如公路、河流，被视为1D，即有长度但没有宽度；面，例如湖泊、城市，被视为2D，即既有长度又有宽度。
矢量数据模型的
优点在于其准确性高且能很好地维持空间信息的拓扑结构，但其处理步骤复杂且
需要更多的计算量。
栅格数据模型则将空间分成许多规则的网格，每个网格单元存储一些特定的信息。
比如气候数据、土壤类型数据、人口分布数据等等。
栅格数据模型的特点是
处理速度快，但存储空间大，并且精度受到栅格大小的限制。
另外，现还有一种TIN（Triangulated Irregular Network）数据模型，它是矢量
数据模型的一种，是通过非规则三角网来表达三维地理形状的。
可以将区域分割为许多三角形，每个三角形的三个顶点都有一个Z值（高程）。
由于它们可以为不
规则形状的地面提供良好的表达，因此在解决地貌问题中尤为有效。
以上就是空间数据模型的基本概念，以及其中主要的几种模型类型和他们的特点。
在实际应用中，不同的数据模型类型会根据具体的需求和数据特性进行选择。
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四、非拓扑关系的矢量数据
优点： 能比拓扑数据更快速地显示和调用。 动态： 近年来，非拓扑数据格式已经成为标准格式之 一：非专有数据格式。
典型商业GIS软件包：ArcView，Maplnfo等
数据 $GPRMC 204700
A 3403.868 N 11709.432 W
NMEA 0183协议
UTC_TIME A 或者 V LAT LAT_DIR LON LON_DIR
说明
含义
GPS推荐的最短数 据
24小时制的标V表示一个警告
如何消除缺少拓扑关系的限制？
五、矢量数据模型中的高级对象
1.不规则三角网(TIN)
（1）不规则三角网(TIN)概念
TIN模型把地表近似描述成一组互不重叠的 三角面。每个三角面在TIN中都有一个恒定 的倾斜度。
（2）TIN的数据元素
由两个基本数据元素组成： 一是有x、y和z值的高程点。 x、y的值表示点 的位置，而z值表示该点的海拔高度。 二是连接这些点以形成三角形的边界(线)。
2.数字化仪数字化流程
（3）TIN的数据结构
包括三角形编号、每个邻接三角形的编号和 数据文件，数据文件列表显示点、边界，以及 每个高程点的x、y和z值。
2.区域 属性相同的面要素的组合。 ——区域内的面要素可以分离或隔开。
区域数据结构的基本元素： 一个关于区域与弧段关系的文件； 一个关于区域与多边形关系的文件。
第三节 矢量数据输入与处理
纬度值，精确到小 数点前4位，后3位
N表示北纬，S表示 南纬
经度值，精确到小 数点前5位，后3位
W表示西经，E表示 东经
(二)数据空间化
是指将文本形式记载的坐标数据，如经度、 纬度，大地坐标X、Y转换成空间图形。
1 x1,y1 2 x2,y2 3 x3,y3 4 x4,y4
2 1
3
4
(三)数字化仪数字化
1.数字化仪 数字化概念
大尺寸的数字化仪的绝对精度通常 可达0.001in(0.003cm)
数字化仪数字化原理
数字化仪有一个内置的电子网，用来感知 游标的位置。
将游标的十字丝对准测量点后点击游标的 按钮即可将点的x、y坐标传到与之相连的 计算机。
使用数字化仪进行的数字化通常也称为手扶 跟踪数字化。
根据地图比例尺和概括指标，几何对象类 型分为：
——点 ——线 ——面
1.点 点及其坐标是矢量数据模型的基本单元
2.线
二、几何对象
线是由两个端点 之间一系列标记 线形态的点所构 成。
线要素可以与其 他线相交或相连， 并形成网络。
3.面
面要素由线定义。 由一条或多条线包 络而成。 面要素可以是一个单 独的区域，若干个邻 接区域
所有的信息由$开始，以换行结束，紧跟着$后 的五个字符解释了信息的基本类型，多种信息 之间用逗号隔开。
(3) 数据采集方式与流程
NMEA 0183设备需要有信息源(传送端)和接收端, 传送端发送数据到另一个NMEA 0183的设备(接收 端)
传送端和接收端分别用来传送和接受8位ASCII 码的数据。
“弧段-节点清单”列出了弧段-节点的关系
“弧段-坐标清单”显示组成每条弧段的x、y坐标
(3)面状数据的拓扑关系
“多边形-弧段清单”显示多边形与弧段之间 的关系
“左/右多边形清单”显示弧段及其左多边形和 右多边形之间的关系。
4.拓扑关系的用途
——有利于数据文件的组织，并减少数据冗余。
——拓扑关系是某些类型GIS分析的必要条件。
可以在其他面要素 内形成岛
可彼此重叠并产生叠置区。
三、拓扑关系
1.定义 拓扑关系
——几何对象的排列及其空间相互关系， 是几何对象在弯曲或拉伸等变换下仍保持 不变的一种性质。
2.ArcInfo定义的基本拓扑关系
ESRI规定用于ArcInfo的标准拓扑矢量数据格 式为图层(coverage)，并以点、线和面对图层 归类。
GPS数据采集需要从接收的数据中挑选出需要
的定位数据，比如以$GPRMC开头的数据。
流程
打开串口
成功 读取GPS数据
失败
无
判断是否有 $ GPRMC字符
有
关闭串口
截取$ GPRMC数据
无效
有效
截取经纬度数据
判断经纬度数 据是否有效
(4) 采集例子
数据样本：
$GPRMC,204700,A,3403.868,N,11709.432, W,001.9,336.9,170698,013.6,E*6E
栅格数据
矢量数据
一、矢量数据模型概念
矢量数据模型
用x，y坐标和点、线、面等简单几何对象来表 示空间要素的方式。
——点对象可以代表水井、水准点或采石场。
——线对象可以代表道路、河流或行政区边界。 ——面对象可以代表菜地、水体或污水池。
该概念属于数据结构领域，亦即数字数据文 件结构和文件之间关系
二、矢量数据模型中的几何对象
2.采集机制
(1)NMEA 0183标准
NMEA 0183是一种航海、海运方面有关 于数字信号传递的标准， 此标准定义了电子信号所需要的传输协议， 传输数据时间、并且指明了信息格式。 需要一个4800(9600)bps的串行数据接口。
(2) NMEA 0183的信息格式
一般形式：
$aaaaa,df1,df2,....
一、 矢量数据输入
(一) 全球定位系统(GPS)数据输入 (二) 数据空间化 (三) 数字化仪数字化 (四) 屏幕数字化 (五) 扫描矢量化
一、 矢量数据输入
(一)全球定位系统(GPS)数据输入 1.原理
——利用用GPS的点位记录，可生成线和 面状矢量数据。
注意：
——GPS数据为站点定位数据，包括点位 的基于地理格网或坐标系统的水平定位， 以及点位的海拔高度。
图层支持以下三种基本拓扑关系：
(1)连接性：弧段间通过节点彼此连接。 (2)面定义：由一系列相连的弧段定义面。 (3)邻接性：弧段有方向性，且有左多边形和右 多边形。
3.拓扑数据结构
(按照ArcInfo术语)
(1)点状数据的拓扑关系 点要素——“点的清单”
(2)线状数据的拓扑关系
一条线段叫做一条弧段，由节点的连线组成。 开始点称为始节点，结束点称为终节点。