地理信息系统概论第二章地理信息系统的数据结构.

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
坐标参考系统——平面系统
直接建立在球体上的地理坐标，用
经度和纬度表达地理对象位置
投 影
建立在平面上的直角坐标系统，用
（x，y）表达地理对象位置
投影的概念：
将椭圆面上各点的大地坐标，按照一定 的数学法则，变换为平面上相应点的平面 直角坐标。
3、按数据特征分类
（1）空间定位数据：是表达空间实体在地 球上位置的坐标数据。
（2）非空间属性数据：是有关空间实体自 身的名称、种类、质量、数量等特征的数 据。
二、空间数据的基本特征
1. 空间数据的基本特征
属性特征：描述现象的特征，即是什么，如对象 的类别、等级、名称、数量等。 空间特征：描述现象的空间位置以及相互关系， 又称几何特征和拓扑特征，前者用经纬度、坐标
GIS中，地理数据的显示可根据用户的需要而指定投影 方式，但当所显示的地图与国家基本地图系列的比例尺 一致时，一般采用国家基本系列地图所用的投影。
第二节 地理空间数据及其特征
一、GIS空间数据的分类
1、在地图上，一般把地理空间的实体按地形维数 （几何特征）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。

土地信息系统：
城市信息系统：
系统功能与数据间的关系
空间数据结构的建立
二、空间数据的分类和编码

1、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，为数据采集、存储、管理、
查询和共享提高依据。
信息层示意图
空间数据结构的建立 2、空间数据的分类和编码
三、栅格数据结构的存储类型
栅格矩阵结构 ：AABBAABBABBBAAAA 游程（行程）编码结构 ：A2B2A2B2AB3A4 四叉树结构P56
：常规四叉树
线性四叉树（莫顿码）
0 4 8 9 10 12 14 A B A B A B A
A10 A8
A11 B9
A14 B12
A15 B13
A2 A0
2.栅格数据结构的优缺点
很容易为计算机存储和操作，不但很直观，而且 易于维护和修改。
数据结构简单，定位存取性能好，因而在GIS中可 与影像数据和DEM数据进行联合分析。 但是，数据精度的增加将以存储空间为代价。 由于相邻网格单元属性值的相关性，造成栅格数 据的冗余度大。 栅格数据对于网络分析比较困难。
A3 A1
B6 B4
B7 B5
栅格矩阵结构 处理简便，但是没有压缩，数据量大。
游程（行程）编码结构
压缩效率较高，叠加、合并等运算简单，编码和解码运算 快。
四叉树结构(线性四叉树)
只存储三个值，比常规四叉树节省存储空间；由于记录节 点地址，既能直接找到其在四叉树中的走向路径，又可以 换算出它在整个栅格区域内的行列位置；压缩和解压缩方 便，各部分的分辨率可以不同，既可精确表示图形结构， 又可以减少存储量，易于进行大部分图形操作和运算。
3.栅格数据的获取方式
来自于遥感数据 来自于对图片的扫描
由矢量数据转化而来
由手工方法获取
栅格的点图
矢量的点图
·
栅格的线图
矢量的线图
地图的矢量和栅格表示
(x,y) 11 0 3 0 3 3 0 0 3 0 0 0 0 8 0 0 1 1 1 0 4 0 4 4 0 4 4 0 4 4 0 0 4 0 0 0
3
(x,y) 33
3
4
3
3
3
3
3
3
0
0
1
1
0
0
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
0
0
0
0
0 0 0 1
0
0 1 1 0
1
1 5 5 5
7
5 5 5 5
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
0
5 5 5 0
0
0 5 5 0
4
0 0 0 0
4
0 0 0 0
4
0 0 0 0
0
0 0 8 0
0
0 0 0 0
(x,y) 22
5
(x,y) 44
7 0 0
三种主要地理实体点、线、面中，点 由一系列（x、y）坐标定位的像元， 类似于像元，但不占有面积，其余两 种均由一系列内部相关联的坐标形成， 每个像元独立编码，并载有属性。 一定的面或线则与一定的属性连接。
思考：
比较矢量数据结构和栅格数据结构，两者各 自的优点有哪些？缺点有哪些？如何使优点两者 兼得呢？
点线面用栅格数据结构、矢量数据结构的 表达方法都已介绍，那么“体”常见的表 达方法有哪些？

第四节 空间数据结构的建立

空间数据结构的建立是指根据确定的数据结
构类型，形成与该数据结构相适应的GIS空间
国土基础信息数据分类与代码举例
数据，为空间数据库的建立提供物质基础。
根据用户需求，确定数据项目 根据数据项目，确定数据源 数据分类和编码 确定数据模型和数据结构类型
数据结构建立 的基本过程
数据输入与编辑工作
矢量数据输入与编辑 跟 踪 数 字 化 扫 描 矢 量 化 解 析 测 图 仪
数 椐 结 构 转 换
栅格数据输入与编辑 扫 描 数 字 化

代码的功能：
鉴别 分类 排序
编码的基本原则：
惟一性：一个代码只能惟一地表示一类对象。 合理性：代码结构要与分类体系相适应。 可扩性：必须留有足够的备用代码，以适应扩充 需要。 简单性：结构应尽量简单，长度应尽量短。 适用性：代码应尽可能反映对象的特点，以助记 忆。 规范性：代码的结构、类型、编写格式必须统一。
栅格数据结构：
点：表示为一个单元栅格
线：表示为一定方向上连接成串的相邻单元栅格 的集合。
面：表示为聚集在一起的相邻的单元栅格的集合。 区域内部的网格值相同，但与外部网格的值不同。
栅格可以是正方形，也可以是矩形、等 边三角形、正六边形等。
网格的边长决定了栅格数据的精度，但 是，无论网格边长多少，与原实体特征相比 较，信息都有丢失。

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， 或由它们共同组成。


Eg：身份证前六位
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。
透 明 格 网 采 集 数 椐 结 构 转 换
矢量数据库
栅格数据库
空间数据结构的建立
一、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 (专题GIS,相 关视频 ) ，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。
邻接、包含、关联等，一般通过拓扑关系表达。
三、空间数据的拓扑关系
——拓扑邻接、拓扑关联、拓扑包含
什么叫拓扑？ Topology一词来自希腊文，它的原意是“形状的研究” 。拓扑学是几何学的一个分支，它研究在拓扑变换下能 保持不变的几何属性——拓扑属性。
拓扑邻接:存在于空间图形之间同类要素之间的拓扑关系（结点、多边形） 拓扑关联:指存在于空间图形中的不同类要素之间的拓扑关系（结点于弧 段、多边形与弧段） 拓扑包含:指存在于空间图形中同类但不同级的基本要素之间的拓扑关系
香港理工大学 校园建筑
2、按数据结构分类
（1）矢量数据：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。 （2）栅格数据：是指将空间分割成有规则 的网格，称为栅格单元，在各个栅格单元 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。
栅格和矢量结构是计算机描述空间实体的两种最基本 的方式。
点实体
• 有位置，无宽度和长度； • 抽象的点
美国佛罗里达洲地震监测站2002年9月该洲 可能的500个地震位置
线实体
• 有长度，但无宽度和高度 • 用来描述线状实体，通常在网络分析中使用较多
• 度量实体距离
香港城市道路网分布
面实体
• 具有长和宽的目标
• 通常用来表示自然或人工的封闭多边形
• 一般分为连续面和不连续面
平面控制网：
1954北京坐标系：根据克拉索夫斯基椭球参数制定的坐标系。 1980国家大地坐标系：a=6378140m，f=1/298.257，大地原
点在西安市附近泾阳县内。
地心坐标系：经纬度和高程表示（B,L,H）。
高程控制网：
高程：指空间某点高于或低于基准面的垂直距离。 1956黄海高程系：以黄海平均海平面建立的高程控制系统 1985国家高程基准：比黄海平均海平面高29mm
中国土地利用分布图（不连续面）
空间对象：面（续）
不连续变化曲面，如土壤、 森林、草原、土地利用等， 属性变化发生在边界上，面 的内部是同质的。
连续变化曲面：如地形起 伏，整个曲面在空间上曲 率变化连续。
空间对象：体
• 有长、宽、高的目标 • 通常用来表示人工或自然的三维目标，如建筑、矿 体等三维目标
（三级逼近：数学公式）
地球模型