GIS的空间数据结构第1节地理实体及其表达
《GIS空间数据结构》课件

1
2. 四叉树
2
把空间域分成四块,每个分支又可以分
成四块,用于表示面数据。效率高,占
空间小。
3
4. TIN
4
三角晕分结构,用于表示地表高程数据。 可以保持三角形较均匀,不易产生过多 的三角形。
1. R树
用于点数据和线数据的索引。采用自适 应分割方法,可以动态调整节点大小。
3. 格网
把空间域划分成规则网格,经常用于点 数据和面数据。容易实现,查询快速。
2. 四叉树
常用于面数据划分和索引。可 以用于更好地作用区域查询, 考虑空间复杂度高。
3. 多边形链表
常用于表示和处理二维多边形, 用于计算多边形相交和布尔操 作。
总结和结论
1. 空间数据结构是GIS 中重要的组成部分。
2. 不同类型的空间数据 需要采用不同的数据结 构进行处理。
3. 常见的空间数据结构 包括R树、四叉树、哈 希表、邻接表等。
3 3. 分段线性插值
用于线段的符号距离算法,可以实现线段自 交判断等功能。
2 2. 活动边表
使用链表结构存储线段信息和交点,适用于 求解线段交点等问题。
4 4. 邻接表
适用于表示有向线段的拓扑结构,例如道路 网络分析。
面数据结构
1. 二进制树
递归分割空间域,从而构建数 据结构。可用于处理三角剖分 等问题。
包含有关位置、形状、方向和大小等地理特征 的信息。
4. GIS空间数据结构
是指应用于GIS的空间数据组织方式。
GIS空间数据的类型
1. 点数据
用于表示点状空间物体,如水泥 柱、树木等。
2. 线数据
表示折线状或曲线状空间物体, 如道路、江河等。
3. 面数据
第2章GIS的空间数据结构第1节地理实体及其表达

3. 地理实体的类型——以相同的方式表示和存储的一组类似的地理实体, 可以作为地理实
体的一种类型
点实体——指具有特定的位置而没有长度的实体。
❖线实体——指具有长度的实体,如线段、边界、链、网络等,并具有以下特征:
面长实体度—:—从又起成点为多到边终形点、的区总域长等;,水对湖泊、岛屿、地块等一类现象的描述,
关系数据—实体间的邻接、关 联包含等相互关系
矢量、栅格、 TIN(专用于地表 或特殊造型)
属性数据——各种属性特征和 时间
RDBMS属性表---采用MIS较成熟
元数据
空间元数据
第3 节 矢量、栅格数据结构的比较
一、矢量和栅格数据结构的比较
优点
缺点
便于面向现象(土壤类型等)的数据表
矢
示,不仅能表达属性,而且能方便的 记录每个目标的具体属性信息
体的一种类型
点实体——指具有特定的位置而没有长度的实体。
❖线实体——指具有长度的实体,如线段、边界、链、网络等。
面实体——又成为多边形、区域等,水对湖泊、岛屿、地块等一类现象的描述。 体面实积体:—面—状用实于体描所述占三有维的空范间围中大的现小象与物体,具有长度、宽度及高度等属性。
周长:面状实体所占有区域的周长 独立或相邻:是独立存在还是与其它面状
第1 节 地理实体及其表达
邻接
相交
相离
包含
重合
点—点
点—线
点—面
线—线
线—面
面—面
第1 节 地理实体及其表达
二、地理实体的描述
B. 地理实体数据类型——根据地理实体的特征,把地理实体数据分为三类
属性数据——描述空间对象的属性特征的数据,也称非几何数据。
第二章 GIS空间数据结构1

二、矢量数据的特点
三、矢量数据结构的类型
1、简单数据结构 空间数据按照以基本的空间对象(点、线或多边形)为单元 进行单独组织,不含有拓扑关系数据,最典型的是面条 (Spaghetti)结构。
主要特点:
(1)数据按点、线或多边形为单元进行组织,数 据编排直观,数字化操作简单。 (2)每个多边形都以闭合线段存储,多边形的公 共边界被数字化两次和存储两次,造成数据 冗余和不一致。 (3)点、线和多边形有各自的坐标数据,但没有 拓扑数据,互相之间不关联。 (4)岛只作为一个单个图形,没有与外界多边形 的联系。
4、坐标系转换
x=f1(L,B) y=f2(L,B)
5、高程
指空间参考的高于或低于某基准平面的 垂直位置,主要用来提供地形信息。我国现 规定的高程基准面为“1985国家高程基准”, 比原“黄海平均海平面”高29mm。我国高程 的起算面是黄海平均海水面。1956年在青岛 设立了水准原点,称此为1956年黄海高程系。 1987年国家测绘局公布:中国的高程基准面 启用《1985国家高程基准》取代国务院1959 年批准启用的《黄海平均海水面》。《1985 国家高程基准》比《黄海平均海水面》上升 29毫米。
优、缺点
优点——文件结构简单,易于实现以多边形为单位的运 算和显示。 缺点—— (1)邻接多边形的公共边被数字化和存储两次(如图 2—19a中的7、8、9三个点),由此会产生数据冗余和 边界不重合(由于数字化误差等因素造成)。 (2) 每个多边形自成体系,缺少有关邻域关系的信 息,难以进行邻域处理。如合并同类时要消除公共边。 (3) 不能解决“洞”或“岛”之类的多边形嵌套问 题,岛只作为单个的图形建造,没有与外包多边形的 联系。 (4)不易检查多边形边界的拓扑关系是否正确,如 无法判断有无不完整的多边形。
GIS_3_地理空间与空间数据基础

任意水准面 HA
大地水准面
H´B HB
铅垂线
11
黄海海面
1952-1979年平 均海水面为0米
水准原点 1985国家高
程基准, 72.2604米
12
地理参考系统
Z 笛卡尔坐标
.M
Z X
X
Y
Z
.M
d
q 纬度
a 经度
X
极坐标
Y Y
13
地理空间的距离度量
➢ 距离度量的两种方式
✓ 沿真实的地球表面进行距离量度 ✓ 沿旋转椭球体表面进行距离量度(大圆弧长)
➢特征
✓ 定位明显,属性隐含
✓ 形象直观(点:如独立树、水准点;线:如铁路、 河流;面:如土地类型)
✓ 特别适合于模拟离散(非连续变化)的空间数据
✓ 其模拟空间数据的精度较高,但其精度与坐标点的
数量、质量有直接关系
52
形象直观
定位明显 属性隐含
53
适于模拟 离散数据
54
数据精度 与点的数 量与质量
➢ 旋转椭球体有多种:不同测定者、不同计算年代、
不同测定方法、不同测定地区,对椭球体的描述方法 不同
➢ 我国不同时期采用的椭球体:
✓ 1953年以前:海福特椭球体 ✓ 1953年—1978年:克拉索夫斯基(Krasovsky) ✓ 1978年以后:1975国际椭球体
7
地理空间坐标系的建立
➢ 地理坐标(球面坐标)
技术 数字模拟 投影变换
矢量格式 严密 小 高
复杂、高效 不一致
抽象、昂贵 不易实现 容易实现 不容易
复杂、高费用 不方便 快
栅格格式 简单 大 低
简单、低效 一致
地理信息系统第二章GIS空间数据结构和数据库

§2.1 地理实体及其描述地理信息系统是以地理实体作为描述、反映现实世界中空间对象的单体。
在地理信息系统中需要描述地理实体的名称、位置、形状、功能等内容,这些内容反映了地理实体的时间、空间和属性三种特性,其中空间特性是地理信息所特有的,也是造成空间数据结构和数据库模型异常复杂的原因所在。
此外,实体间的空间关系对空间查询和分析具有重要意义。
一、地理系统和地理实体介绍地理系统和地理实体的概念。
二、实体的描述及存储介绍空间实体描述的内容,空间数据的基本特征、空间数据类型和空间数据存储方式。
三、实体的空间特征空间特征是地理实体所特有的特征,是GIS数据组织、处理和维护的难点所在,可以从空间维数,空间特征类型和实体类型组合三个方面来考察。
四、实体间的空间关系实体间空间关系对于地理信息系统查询和空间分析具有重要意义。
在此阐述空间关系的类型,和拓扑空间关系的定义、种类、表达及意义。
一、地理系统和地理实体地理信息来源于地理系统。
著名数学家钱学森曾指出:地理系统是一个开放的复杂巨系统。
所谓开放性是指地理系统与其它系统有关联,有物质和信息的交往,不是一个封闭系统;复杂巨系统是指地理系统有成千上万的种类繁多的子系统。
抽象是人们观察和分析复杂事物和现象的常用手段之一。
将地理系统中复杂的地理现象进行抽象得到的地理对象称为地理实体或空间实体、空间目标,简称实体(Entity)。
实体现实世界中客观存在的,并可相互区别的事物。
实体可以指个体,也可以指总体,即个体的集合.抽象的程度与研究区域的大小、规模不同而有所不同,如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;而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。
所以说,实体是一个具体有概括性、复杂性、相对意义的概念。
返回二、实体的描述和存储从实体需要描述的内容到计算机具体如何存储实体的过程见图2-1-1。
第3讲 GIS数据结构

链 左面 右面
4、拓扑关系的意义:
对于数据处理和GIS空间分析具有重要的意义,因为:
1)拓扑关系能清楚地反映实体之间的逻辑结构关系,它比几何关系具有更大的稳定 性,不随地图投影而变化。
2)有助于空间要素的查询,利用拓扑关系可以解决许多实际问题。如某县的邻接 县,--面面相邻问题。又如供水管网系统中某段水管破裂找关闭它的阀门,就需要查 询该线(管道)与哪些点(阀门)关联。
2、线状实体
具有相同属性的点的轨迹,线或折线,由一系列的有序坐标表示,并有如下特性:
1)实体长度: 从起点到终点的总长 2)弯曲度: 用于表示像道路拐弯时弯曲的程 度。 3)方向性: 如:水流方向,上游—下游,
公路,单、双向之分。 线状实体包括: 线段,边界、链、弧段、网络 等。
3、面状实体(多边 形)
四、矢量数据编码方式
6
1
(一)实体式
P
9 10
2
(spaghetti)-- 面条模 型:以实体为单位记录其 坐标
优点:结构简单、直观、 易实现以实体为单位的运 算和显示。
7 5
P
8 11
12 15 P
14 13
4
3
多边形 坐标串
P1
…
P2
…
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。
3、空间数据类型
1)依据数据来源 的不同分为:
地图数据 地形数据 属性数据 元数据 影象数据
2)依据表示对象的不同分为:
3、空间数据类型 (续)
1
三、实体的空间特征
在地图上实体维数的表示可以改变 点---面 线 (单线河)---面(双线河),通过地图综合。
GIS地理信息系统空间数据结构

网络模型表示了特殊对象之间的交互,如水或者交通 流。
要素(对象)模型
基于要素的空间模型强调了个体现象, 该现象以独立的方式或者以与其它现象之间的 关系的方式来研究。任何现象,无论大小,都 可以被确定为一个对象(Object),假设它可 以从概念上与其邻域现象相分离。一个实体必 须符合三个条件: 可被识别; 重要(与问题相关); 可被描述(有特征)。
场模型可以表示为如下的数学公式:
z : s z ( s ) 上式中,z为可度量的函数,s表示空间中的位置,因
此该式表示了从空间域(甚至包括时间坐标)到某个 值域的映射。
空间数据模型与结构—对象模型与场模型比较
对象模型和场模型的比较
现实世界
对象模型 选择实体 它在哪里 数据
场模型 选择一个位置
指图形保持连续状态下变形,但图形关系
不变的性质。
拓扑变换
(橡皮变换)
将橡皮任意拉伸,压缩,但不能扭转或折叠。
非拓扑属性(几何) 两点间距离
拓扑属性(没发生变化的属性) 一个点在一条弧段的端点
一点指向另一点的方向 一条弧是一简单弧段(自身不相交)
弧段长度、区域周长、 一个点在一个区域的边界上
面积 等
一个点在一个区域的内部/外部
(x8,y8), (x17,y17), (x16,y16),
22 (x15,y15),(x14,y14) ,(x13,y13),
21
(x12,y12), (x11,y11),(x10,y10),(x1,y1)
6
20
C
3
5
18
19
4
(x24,y24),(x25,y25),(x26,y26), (x27,y27),(x28,y28),(x29,y29),(x30,y30)
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。
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体实体——用于描述三维空间中的现象与物体,具有长度、宽度及高度等属性。 体积 岛或洞 表面积 断面
第1 节 地理实体及其表达
一、地理实体
4. 地理目标的类型——地理目标是地理实体在计算机系统内的表示,它需要选择合适的类
二、地理实体的描述
A. 地理实体的描述内容:
编码——用于区别不同的实体,有时同一实体在不同的时间具有不同的编码,如上行和
下行的火车。编码通常包括分类码和识别码。 分类码,是用来标识实体所属的类别, 识别码,是对每个实体进行标识,是唯一的,用于区别不同的实体。
位置——通常用坐标值的形式给出实体的空间位置。 类型——指明该地理实体属于哪一种实体类型,或由哪些实体类型组成。 行为——指明该地理实体可以具有哪些行为和功能。 属性——指明该地理实体所对应的非空间信息,如道路的宽度、路面质量、车流量等 说明——用于说明实体数据的来源、质量等相关的信息。 时间维描述——地理实体的属性或空间位置随时间的变化 。 关系——与其它地理实体的关系。
体的一种类型
点实体——指具有特定的位置而没有长度的实体。
线实体——指具有长度的实体,如线段、边界、链、网络等。
面实体——又成为多边形、区域等,水对湖泊、岛屿、地块等一类现象的描述。 体面实积体:—面—状用实于体描所述占三有维的空范间围中大的现小象与物体,具有长度、宽度及高度等属性。
周长:面状实体所占有区域的周长 独立或相邻:是独立存在还是与其它面状
第1 节 地理实体及其表达
一、地理实体
3. 地理实体的类型——以相同的方式表示和存储的一组类似的地理实体, 可以作为地理实
体的一种类型
点实体——指具有特定的位置而没有长度的实体。
线实体—注—记指点具:有用注长于记度定。的位实体,如线段、边界、链、实网体络点等:,一用并个来具实代有体表以。下特征:
第1 节 地理实体及其表达
邻接
相交
相离
包含
重合
点—点
点—线
点—面
如城市是实体,其各组成部分则不能称为城市,而称为区、街道等
实体是自然界现象和社会经济事件中不能再分割的单元,是一个具有概括性和
相对意义的概念。实体是现实世界中客观存在的,并可相互区别的事物。
GIS地理数据库是地理实体的集合,是一种与现实世界保持一定相似性的实体模型
地理目标:实体在地理数据库中的表示。 地理目标是一个概括、复杂、相对、抽象的概念,其具体类别和内容的确定是
地物相邻 岛或洞:面状实体内部是否有岛或洞 重叠:面状实体之间是否有重叠
第1 节 地理实体及其表达
一、地理实体
3. 地理实体的类型——以相同的方式表示和存储的一组类似的地理实体, 可以作为地理实
体的一种类型
点实体——指具有特定的位置而没有长度的实体。
线实体——指具有长度的实体,如线段、边界、链、网络等。
型,而地理目标的类型按空间维来定义
0维——有位置而无长度的目标,如点。 1维——有长度的目标,一般有两个或多个0维目标组成,如线。 2维——有长度和宽度的目标,如多边形。 3维——有长、宽、高的目标,如三维立体。 地理实体可以根据地理目标的类型划分为点、线、面、体4种类型
第1 节 地理实体及其表达
从具体需要出发的,并随表示方法的比例尺、目的等情况而变化。 抽象的程度与研究区域的大小、规模不同而有所不同,如在一张小比例尺的全国地 图中,连云港市被抽象为一个点状实体,抽象程度很大;而在较大比例尺的连云港 市地图上,需要将连云港市的街道、房屋详尽地表示出来。
第1 节 地理实体及其表达
一、地理实体
面实体——又成为多边形、区域等,水Leabharlann 湖泊、岛屿、地块等一类现象的描述,
具有以下空间特征
体实体——用于描述三维空间中的现象与物体,具有长度、宽度及高度等属性,
有如下空间特征
结点(node)、节点(Vertex): 表示线段和弧段上的 连接点。
内点:用于负载多边形 的属性,存在于多 边形内。
第1 节 地理实体及其表达
具有以下空间特征
弯曲度:用于表示像道路拐弯时弯曲的程度。 体方实向体性—:—如用水于流描方述三向维,上空下间游中; 的公现路象,单与双物向体之,分具。有长度、宽度及高度等属性,
有如下空间特征
第1 节 地理实体及其表达
一、地理实体
3. 地理实体的类型——以相同的方式表示和存储的一组类似的地理实体, 可以作为地理实
第二章 GIS的空间数据结构
第1节 地理实体及其表达
第2节 空间数据结构
第3节 矢量与栅格数据结构的比较
第4节 矢-栅一体化数据结构 和三维数据结构
教学要求 教学重点 教学活动 作 业
教学要求
1. 理解地理实体的表达形式。 2. 掌握矢量和栅格数据结构及其表达。 3. 掌握矢量和栅格数据结构的优、缺点。 4. 了解矢栅一体化数据结构和三维数据结
构及其表达
教学重点 1. 空间数据结构及其表达 2. 地理实体及其描述
教学活动 在学校图书馆或网络上查阅相关的地理信 息系统教材和杂志,进一步理解空间数据结 构的相关问题。
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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。
2. 地理实体的特征——三个基本特征
属性特征——用以描述事物或现象的特性,即用来说明“是什么”,如事物或现象的类别、
等级、数量、名称等
空间特征——用以描述事物或现象的地理位置以及空间相互关系,故又称几何特征和拓扑
特征,如中国与印度之间边界界桩的经纬度,中国与印度之间的邻接关系
时间特征——用以描述事物或现象随时间的变化,如学生人数的逐年变化。
一、地理实体
3. 地理实体的类型——以相同的方式表示和存储的一组类似的地理实体, 可以作为地理实
体的一种类型
点实体——指具有特定的位置而没有长度的实体。
线实体——指具有长度的实体,如线段、边界、链、网络等,并具有以下特征:
面长实体度—:—从又起成点为多到边终形点、的区总域长等;,水对湖泊、岛屿、地块等一类现象的描述,