GIS的空间数据
GIS的空间数据结构
GIS的空间数据结构GIS（地理信息系统）中的空间数据结构是指用来存储、组织和管理地理空间数据的方式和方法。
它们是构建GIS系统的基础，对于实现空间数据的高效查询、分析和可视化表示具有重要意义。
本文将介绍常见的空间数据结构，包括矢量数据结构、栅格数据结构和层次数据结构。
一、矢量数据结构（Vector Data Structure）是用点、线和面等几何要素来表示地理现象的空间数据结构。
常见的矢量数据结构包括点、线和面三种类型：1. 点（Point）是空间数据最基本的要素，它由一个坐标对(x, y)表示，常用于表示一个具体的地理位置或地物。
2. 线（Line）是由若干个连接起来的点所组成的线条，它可以用来表示道路、河流等线状地物。
3. 面（Polygon）是由若干个边界相连的线所围成的封闭区域，它可以用来表示国家、城市等面状地物。
矢量数据结构是一种拓扑结构，在存储空间数据时，常采用点-线-面的层次结构，以及节点、弧段和拓扑关系等数据结构来存储和组织地理空间数据。
二、栅格数据结构（Raster Data Structure）将地理空间数据划分为一系列均匀的像素或单元格，用像素值或单元格值来表示地物属性。
栅格数据结构适用于连续分布的地理现象，如温度、降雨等。
常见的栅格数据结构包括：1. 栅格图像（Raster Image）是将地理空间数据以图像的方式呈现，每个像素的灰度值或颜色代表了地物属性的强度或类型。
栅格图像可以通过数字遥感技术获取，并被广泛应用于地貌分析、图像处理等领域。
2. 数值地形模型（Digital Elevation Model，DEM）是一种栅格数据结构，用于表达地球表面的海拔高度。
DEM常用于地形分析、洪水模拟等应用中。
栅格数据结构的主要优点是简单、易于操作和处理，但由于其离散性，对于空间数据的存储和处理需求较大。
三、层次数据结构（Hierarchical Data Structure）是一种将地理空间数据按层次结构进行组织和管理的数据结构。
地理信息系统GIS第3讲空间数据组成与特点2
地理信息系统GIS第3讲空间数据组成与特点2地理信息系统GIS第3讲空间数据组成与特点2地理信息系统（GIS）是一种用于收集、存储、管理、分析和展示地理空间数据的工具。
它涵盖了各种类型的数据，包括地图、地形、气候、人口统计数据等。
在GIS中，空间数据是一种重要的数据类型，它包括地理要素和地理属性。
地理要素是GIS中的基本单元，代表地球表面上的物体、地物或空间实体。
地理要素可以分为点、线、面等不同的类型。
点表示地理现象的位置，例如城市、河流等；线表示地理现象的线状特征，例如公路、河流等；面表示地理现象的面状特征，例如土地利用类型、湖泊等。
地理属性是地理要素相关的非空间属性数据，用于描述地理要素的特征和属性。
地理属性可以是定量数据，如温度、人口数量等，也可以是定性数据，如土地利用类型、土壤类型等。
地理属性可以与地理要素关联，构成空间数据。
空间数据具有以下几个特点：1.地理位置信息：空间数据包含地理要素的位置信息，可以通过坐标系或地址来表示。
这使得GIS系统可以在地图上准确标识、表示和分析地理现象的位置。
2.地理属性信息：空间数据不仅包含地理要素的位置信息，还包含与其相关的地理属性信息。
地理属性信息可以用于描述地理要素的特征和属性，如颜色、高度、属性等。
3.地球表面的多样性：地球表面具有多样性，包括不同地区的地质、气候、植被等。
空间数据可以捕捉和表示地球表面的多样性，为各种地质现象和分析提供基础数据。
4.时空关联性：空间数据不仅具有地理位置信息，还具有时空关联性。
GIS系统可以根据时间和空间维度，对地理现象进行分析和挖掘，揭示地理现象的时空规律和变化趋势。
5.空间数据的多源性：空间数据可以来自各种不同的数据源，如遥感影像、地图、传感器等。
这些数据源可以提供不同分辨率和精度的空间数据，为GIS分析提供不同层次和尺度的信息。
6.数据冗余性与互补性：由于不同数据源的差异和多样性，空间数据可能存在冗余性和互补性。
第2章 GIS的空间数据结构
矢量数据表达——拓扑数据结构
3、拓扑包含 ： 拓扑包含是指空间图形的 同类 ， 但 不同级 的 、 拓扑包含：拓扑包含是指空间图形的同类 同类， 不同级的 元素之间的拓扑关系。 元素之间的拓扑关系。
b
（a）简单包含 ）
（b)多层包含 多层包含
（c)等价包含 等价包含
图 (a)中多边形 中包含多边形P2，图（b）中多边形P3包 中多边形P1中包含多边形 ， ）中多边形 包 中多边形 中包含多边形 含在多边形P2中 而多边形P2， 又都包含在多边形 又都包含在多边形P1中 含在多边形 中，而多边形 ，P3又都包含在多边形 中。 都包含在多边形P1中 多边形P2， 图 （c）多边形 ，P3都包含在多边形 中，多边形 ，P3 ）多边形P2， 都包含在多边形 20 对P1而言是等价包含 . 而言是等价包含
3
第二章 GIS的空间数据结构 GIS的空间数据结构
第1节 地理实体及其表达 第2节 矢量数据结构 第3节 栅格数据结构 第4节 矢量与栅格数据结构的比较 第5节 矢-栅一体化数据结构和三维数据结构
4
第1 节
地理实体及其表达
一、地理实体
1. 地理实体与地理目标
地理实体：指一种在现实世界中不能再划分为同类现象的现象。 地理目标：实体在地理数据库中的表示
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第2 节
空间数据结构
二、矢量数据结构
(二)矢量数据获取方式
通过外业测量获得，利用测量仪器（全站仪、GPS、常规测量等） 记录测量结果，然后转到地理数据库中 跟踪数字化，用跟踪数字化的方式把地图变成离散的矢量数据 间接获取 栅格数据转换 空间分析（叠置、缓冲等操作产生的新的矢量数据）
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第2 节
特征（ 2. 地理实体特征（空间特征、属性特征、时间特征） 地理实体特征 空间特征、属性特征、时间特征） 3. 地理实体的类型（点、线、面、体） 地理实体的类型 类型（ 4. 地理目标的类型（0、1、2、3维） 地理目标的类型 、 、 、 维 的类型（
地理信息系统中的空间数据分析与展示
地理信息系统中的空间数据分析与展示第一章引言地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）是一种能够采集、存储、管理、分析和可视化地理空间数据的系统。
在这个系统中，空间数据分析与展示是其中重要的组成部分。
本文将从空间数据分析和展示的角度探讨地理信息系统的应用和技术发展。
第二章空间数据分析2.1 空间数据的特点空间数据与其他类型的数据不同，具有地理位置信息以及与之相关的属性信息。
地理位置信息可以是点、线或面的形式，属性信息则提供了关于地理位置的详细描述。
空间数据的特点决定了其在分析过程中需要考虑地理位置、空间关系和地理环境等因素。
2.2 空间数据分析的方法空间数据分析是指对空间数据进行处理和运算，以获得对地理空间特征和关系的认识。
常用的空间数据分析方法包括空间查询、空间统计和空间模型等。
空间查询可以帮助用户获取特定空间对象或区域的信息；空间统计则适用于对空间数据进行统计分析；而空间模型可以模拟和预测地理现象和过程。
第三章空间数据展示3.1 地图制作地图是地理信息系统中最常见的展示形式，可以将地理空间数据以图形的方式呈现出来。
地图制作需要考虑比例尺、数据分类、符号化和图形布局等因素。
同时，地图的颜色、标签和注记等元素也需要仔细设计，以便用户能够清晰、准确地理解地图内容。
3.2 数据可视化除了地图制作外，地理信息系统还可通过其他方式实现空间数据的展示，如散点图、气泡图、热力图、等高线图等。
这些可视化技术可以将空间数据与其他属性数据进行关联，从而更好地展示地理现象的空间分布和趋势。
第四章地理信息系统应用案例4.1 环境保护与资源管理地理信息系统在环境保护和资源管理领域具有广泛的应用。
通过分析和展示空间数据，可以帮助计划环境保护区域、评估生态系统的健康状况、监测资源的利用情况等。
4.2 城市规划与交通管理地理信息系统在城市规划和交通管理中也起到重要的作用。
通过对人口分布、土地利用、道路网络等空间数据进行分析和展示，可以帮助规划部门制定城市发展方案，优化交通运输系统，提高交通效率。
GIS空间数据处理与分析
GIS空间数据处理与分析GIS（地理信息系统）是一种用于收集、存储、处理和分析地理空间数据的技术。
它通过将地理空间数据与属性数据相结合，可以帮助我们更好地理解地理现象，并做出科学决策。
在本文中，我将介绍GIS空间数据处理与分析的基本原理和一些常见的应用。
其次，GIS空间数据分析是通过使用GIS工具和分析方法对地理空间数据进行探索和解释。
常见的GIS空间数据分析方法包括空间查询、空间统计、空间插值、空间模型和空间决策支持等。
空间查询是指根据地理位置的特征进行数据提取和查询，常用的空间查询包括邻近查询、包含查询和相交查询等。
空间统计是利用统计方法对地理空间数据进行分析，常用的空间统计方法包括聚类分析、热点分析和空间自相关分析等。
空间插值是通过已知的数据点推断未知的地理空间数据，常用的空间插值方法包括反距离加权和克里金插值等。
空间模型是通过建立地理空间数据之间的关系模型来进行分析，常用的空间模型包括回归模型和地理加权回归模型等。
空间决策支持是利用GIS技术对地理空间数据进行可视化和模拟，以支持决策制定和规划设计等工作。
最后，GIS空间数据处理与分析在许多领域有广泛的应用。
例如，在城市规划中，可以使用GIS技术对城市的用地、交通、环境等进行分析，以支持城市规划决策。
在环境监测中，可以利用GIS技术对大气污染、水污染和土壤污染等进行监测和分析，以支持环境保护工作。
在资源管理中，可以利用GIS技术对土地利用、林业、农业和水资源等进行评估和管理，以支持可持续发展。
在灾害管理中，可以利用GIS技术对自然灾害的风险评估、应急响应和恢复规划进行分析，以提高灾害管理的效能。
综上所述，GIS空间数据处理与分析是一种强大的工具，可以帮助我们更好地理解地理现象，指导决策制定，并提高工作效率。
随着GIS技术的不断发展和应用，相信在未来，GIS空间数据处理与分析将在各个领域发挥更重要的作用。
GIS地理信息系统空间数据结构解析
GIS地理信息系统空间数据结构解析GIS是地理信息系统的英文缩写，即Geographic Information System。
它是一种利用计算机和软件技术来收集、管理、分析和展示地理空间数据的工具。
GIS空间数据结构是指在地理信息系统中用来组织和存储地理空间数据的方式和方法。
GIS空间数据结构的核心是地理空间数据的表示方法。
在GIS中，地理空间数据可以分为两种类型：矢量数据和栅格数据。
矢量数据以几何实体为基本单位，通过点、线、面等几何对象来描述地理现象的空间分布。
而栅格数据以网格为基本单位，通过将地理空间划分为规则的网格单元来表示地理现象的分布。
矢量数据通常由三要素组成：空间位置、属性信息和拓扑关系。
空间位置是指地理现象在地球表面上的位置，可以用点、线、面等几何对象来表示。
属性信息是指地理现象的有关属性和属性值，例如地名、面积、人口等。
拓扑关系是指不同几何对象之间的空间关系，例如点和线之间的相交、包含等关系。
在矢量数据的存储和管理上，常用的数据结构包括点、线和多边形数据结构。
点数据结构采用坐标表示地理位置，通常使用点图层进行存储和管理。
线数据结构由多个点连接而成，可以表示河流、道路等线状地理现象。
多边形数据结构由多条线构成封闭的区域，可以表示湖泊、行政区等面状地理现象。
除了矢量数据外，栅格数据也是GIS中常用的一种数据结构。
栅格数据将地理空间划分为规则的网格单元，每个网格单元包含一个数值或类别信息。
栅格数据适用于连续变化的地理现象，例如地形高程、气候等。
在栅格数据存储和管理上，常用的数据结构包括二维数组和图像数据结构。
在GIS空间数据结构中，数据之间的空间关系是一个重要的概念。
常见的空间关系包括相交、邻接、包含等。
相交是指两个地理现象在地理空间上有交集，邻接是指两个地理现象在地理空间上相连或相邻，包含是指一个地理现象包含另一个地理现象。
GIS空间数据结构的选择取决于具体的应用需求和数据特点。
矢量数据适用于描述点、线、面等离散的地理现象，可以准确表示地理位置和拓扑关系。
属性数据与空间数据
属性数据与空间数据一、引言属性数据和空间数据是地理信息系统（GIS）中两个重要的数据类型。
属性数据是描述地理现象的非空间特征的数据，如人口数量、土地用途等。
空间数据是描述地理现象的空间位置和形状的数据，如地图、卫星影像等。
本文将详细介绍属性数据和空间数据的定义、特征、获取方式以及在GIS中的应用。
二、属性数据1. 定义属性数据是指描述地理现象的非空间特征的数据，通常以表格形式存储，每一行代表一个地理实体，每一列代表一个属性。
属性数据可以是定量或者定性的，如人口数量、土地所有权等。
2. 特征属性数据具有以下特征：- 可测量性：属性数据可以通过数值进行度量，如人口数量、面积等。
- 可分类性：属性数据可以根据特定的标准进行分类，如土地用途、行政区划等。
- 可变性：属性数据可以随时间和空间变化，如人口数量的增减、土地用途的变化等。
3. 获取方式属性数据可以通过以下方式获取：- 实地调查：通过实地走访、问卷调查等方式采集数据。
- 统计数据：利用已有的统计数据，如人口普查、经济统计等。
- 数据挖掘：通过对大数据进行分析和挖掘，获取隐藏的属性数据。
4. 在GIS中的应用属性数据在GIS中有广泛的应用，包括：- 空间分析：通过属性数据的空间分布，进行统计和分析，如人口密度分析、土地利用变化分析等。
- 决策支持：利用属性数据的特征，辅助决策制定，如城市规划、环境保护等。
- 可视化展示：将属性数据与空间数据结合，制作地图、图表等可视化展示方式。
三、空间数据1. 定义空间数据是指描述地理现象的空间位置和形状的数据，通常以地图、卫星影像等形式存在。
空间数据可以是点、线、面等不同的几何对象。
2. 特征空间数据具有以下特征：- 空间关系：空间数据可以描述地理实体之间的位置关系，如相交、包含等。
- 空间属性：空间数据可以携带属性数据，如地图上的标注、卫星影像上的像素值等。
- 空间分析：通过空间数据的分析，可以得出地理现象的空间模式和规律。
地理信息系统第五讲：GIS空间数据类型和数据挖掘
遥感图像空间分辩率
名义分辩率=图象某行对应于地面的实际距离/ 该行的象元素
雷达是一种自身发射电磁能又回收这种能量的 主动式系统，它又分为真实孔径雷达和合成孔 径雷达。
雷达图象有两种分辩率: 一种是由其发送信号 脉冲持续的时间和信号传播方向与地面的夹角 决定的，称为距离分辩率。另一种分辩率是由 雷达波束的宽度和地物离飞行底线的距离决定 的，而波束宽度又与雷达波长成正比，与天线 的长度成反比，这种分辩率被称为方位分辩率。
全球定位系统概念
全球定位系统（GPS）： 卫星如何测距？ GPS接收机如何与卫星同步产生伪码？ GPS的误差与微分纠正 GPS系统:美国NAVSTAR GPS
TRANSIT 俄国GLONASS 欧空局GEOSTAR
全球定位系统概念
GPS系统有21颗工作卫星，平均 配置在6个轨道上。卫星发射 用伪随机码（伪码）调制的二 种频率（L1.L2）的信号，L1 ＝1575.42MHz，L2＝ 1227.6MHz。用户设备用测量 到几颗卫星的距离的方法，来 确定观察点的位置。它能连续 提供三维位置（经度、纬度、 高度）、三维速度和时间，实 现近乎实时的导航定位。双频 发射是为了供用户设备消除电 离层对传播的影响。
空间图形数据的采集
1.扫描数字化 1）栅格扫描仪扫描 2）栅格扫描数据到矢量的转换 3）矢量扫描仪扫描 4）其它类型的自动数字化仪器 ①视频数字化仪 ②解析测图仪 5）已是数字形式的空间数据的输入 6）其它数字形式的空间数据源 ①内插数据 ②其它数据
数字化设备种类
数字化仪: 又称图数转换器，是一种 通过一定量测手段将图形或图像转换成 数字信息的装置。常用的数字化设备有:
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§1 空间实体的表达
§2 地理空间数据 §3 GIS数据模型 §4 实体间关系
4
§1空间实体的表达
1.地理实体：是对复杂的地理事物和现象进行简化抽象得到的
结果，简称空间实体， 简称实体(Entity)。(p2)
–
实体可以指个体，也可以指总体，个体的集合、抽象的程度
与研究区域的大小、规模不同而有所不同。
场模型: – 是把地理空间中的现象作为连续的变量或体来看待，如大气 污染程度、地表温度、土壤湿度、地形高度以及大面积空气 和水域的流速和方向等。 – 规则分布的点、等值线 是两种场模型。
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逻辑模型
4.逻辑模型：根据概念模型确定的空间信息内容，以计算机能理解 和处理的形式具体地表达空间实体及其关系。 对象模型和场模型的其逻辑模型：矢量数据模型、栅格数据模 型、矢量－栅格一体化数据模型、镶嵌数据模型、面向对象数 据模型等。 空间数据概念模型与逻辑模型不是一一对应的，而是存在着一 定的交叉关系。
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存储模型
5.存储模型:逻辑模型在计算机中的物理存储方法。
如：队列、堆栈、指针等。 6.空间数据模型：是地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描 述。一般指逻辑模型。
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§3 GIS数据模型
GIS数据模型
– –
是对现实世界地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描 述在计算机中的表示形式。 GIS数据模型也称为：空间数据的数据结构
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§2 地理空间数据
1 描述地理实体的数据类型
2 元数据 3 空间数据计算机表示
13
1描述地理实体的数据类型
按是否表示空间位置分：
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.空间数据
– –
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 拓扑数据：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。
– – –
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
7
4.空间实体类型
空间实体的空间特征一般按地形维数进行归类划分:
− − −
点：零维 线：一维 面：二维 体：三维
−
−
时间：通常以第四维表达，但目前GIS还很难处理时间属 性。 空间实体的维数与比例尺是相关的
5
2.空间实体表达过程
地图 空间数据
现实世界
特征 关系 行为
选择 抽象 综合 测量：位置 编码：属性 建立关系： 表达
遥感影像
观察
6
3.空间实体的描述
对空间实体的描述： – 编码：(识别码)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表识，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
分层
空间数据库
地理信息系统基础
WWW . SDJTU .
Geographical Information System
GIS的空间数据
2
序
如何在计算机中描述真实的地理世界？ – 地理信息系统的模型
用模型在计算机中表示地理实体、存储地理实体数据、处理地 理实体数据、最终分析地理实体。
3
教学内容
数据内容以及其他属性
。。。
19
元数据的主要作用
帮助数据生产者管理和维护空间数据；
便于数据用户查询检索地理空间数据； 帮助用户了解数据，以便就数据是否能够满足其需求做出这功 能的判断； 提供有关信息，以便用户或者GIS软件进行数据的处理和转换； 在空间数据及其应用迅速发展的今天，元数据成为数据共享和 有效使用的重要工具
8
不同比例尺地图中地理实体的表达
不同比例尺地图中地理实体的表达：
–
在一张小比例尺的全国地图中，武汉市被抽象为一个点状实 体，抽象程度很大；
–
在较大比例尺的武汉市地图上，需要将武汉市的街道、房屋
详尽地表示出来，武汉市则被抽象为一个由简单点、线、面 实体组成的庞大复杂组合实体，其抽象程度较前者而言较小。
数据结构：数据组织的形式，是计算机存储、管理和处理的数 据逻辑结构。
模型的多样性
–
对同一的问题，从不同角度、观点、技术描述，产生多个模 型
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空间数据的组织
空间数据分块:将整个地理空间划分为许多子空间，再选择要表 达的子空间。
GIS
应用
大范围 地理区域
经纬度分块
矩形分块
区域分块
合理组织
面向对象 组织
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空间数据依据数据来源的分类
依据数据来源的分为 – A）地图数据
– – – –
B）地形数据 ，DEM C）属性数据， D）影象数据 E）元数据 ：关于数据的数据
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根据空间对象不同数据分类
16
17
2 空间数据元数据
元数据（Metadata）是描述数据的数据，如数据的内容、质量、 状况和其他有关特征的背景信息；
9连续型（离散）：如点、线、面状物，
–
连续型：如高程、浓度、降水
10
5.时间的处理方法
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6.地理实体基本特征
1）属性特征：
非定位数据，表示现象或特征；
2）空间特征：地理位置和空间关系 – 定位数据，表示现象的空间位置；
–
空间关系，拓扑关系
3）时间特征： 指现象或物体随时间的变化。
常见的元数据：图书馆卡片、磁盘的标签、地图的制图元素 （图名、图例、比例尺、制图单位、制图时间等）等；
元数据的内容：对数据集的描述、数据质量的描述、数据处理 信息的说明、数据转换方法的描述、数据更新、集成等说明。
18
空间数据元数据内容及示例
。。。 数据生产者
数据生产时间
数据质量 数据组织 空间参照系
20
元数据提高数据查找效率
21
§3 GIS数据模型
1.空间实体抽象的三个层 次。
。
22
空间数据模型层次
2.空间数据模型层次
概念模型-〉逻辑模型-〉存储模型 3. 概念模型：用不同的方法或从不同的角度对地理空间进行认知 和抽象，产生不同的模型 。 。
23
概念模型
要素模型 – 也称作对象模型，将研究的整个地理空间看成一个空域，地 理现象和空间实体作为独立的对象分布在该空域中。按照其 空间特征分为点、线、面、体四种基本对象。