拓扑关系的意义
(完整版)地理信息系统概论
1.数据：是通过数字化并记录下来可以被识别的符号，用以定性或定量地描述事物的特征和状况。
包括数字、文字、符号、图像、声音。
数据本身并没有意义。
2.信息：狭义：两次不定性之差，即指人们获得信息前后对事物认识的差别。
广义：信息是指主体与外部客体之间相互联系的一种形式，是主体和客体之间的一切有用的消息或知识，是表征事物特征的一种普遍形式。
GIS中的信息即是广义的信息概念，它不随数据形式的改变而改变。
3.数据与信息的关系：数据的信息的表达形式，是信息的载体；而信息则是数据中蕴含的事物的含义，是数据的内容。
数据只有通过解释才有意义，才成为信息。
4.数据处理：是指对数据进行收集、筛选、排序、归并、转换、存储、检索、计算，以及分析、模拟和预测等操作。
数据处理的目的在于：1）把数据转换成便于观察、分析、传输或进一步处理的形式。
2）把数据加工成对正确管理和决策有用的数据。
3）把数据编辑后存储起来，以供后续使用。
5.信息的特点：1）信息的客观性。
2）信息的适用性。
3）信息的传输性。
4）信息的共享性。
6.地理信息：是地理数据所蕴含和表达的地理含义。
7.地理数据：是与地理环境要素有关的物质的数量、质量、分布特征、联系和规律等的数字、文字、图像和图形等的总称。
8.地理信息的特征：1）空间特征。
2）属性特征。
3）时序特征。
9.地理信息系统（GIS）：地理信息系统是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，该系统设计来支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。
10.地理信息系统的基本概念：1）地理信息系统首先是一种计算机系统2）地理信息系统的操作对象：地理数据或空间数据（spatial data） 3）地理信息系统的技术优势：在于它的空间数据结构和有效的数据集成、独特的地理空间分析功能力、快速的空间定位搜索和复杂的空间查询功能、强大的图形生成和可视化表达手段，以及地理过程的演化模拟和空间决策支持功能等。
空间数据的拓扑关系
空间数据的拓扑关系１.空间数据的拓扑关系地理信息系统同其它一些事务信息处理系统如银行管理系统，图书检索系统的主要区别在于地理信息系统中具有大量几何目标信息。
这些几何目标信息还包含两类信息,一类是目标本身的位置信息；另一类是地物间的空间关系信息。
如果忽略几何目标间的空间关系信息，那么从数据结构的角度看,地理信息系统的数据结构就可以设计成通常事务信息处理系统的形式。
也就是说，由于地理信息系统必须同时考虑几何目标的空间关系、地物位置信息及特征信息，致使地理信息系统的数据结构比较复杂。
为了研究几何目标的空间关系,在此引入拓扑关系的概念。
2．拓扑的基本概念几何信息和拓扑关系是地理信息系统中描述地理要素的空间位置和空间关系的不可缺少的基本信息。
其中几何信息主要涉及几何目标的坐标位置、方向、角度、距离和面积等信息，它通常用解析几何的方法来分析。
而空间关系信息主要涉及几何关系的“相连”、“相邻”、“包含”等信息,它通常用拓扑关系或拓扑结构的方法来分析。
拓扑关系是明确定义空间关系的一种数学方法。
在地理信息系统中用它来描述并确定空间的点、线、面之间关系及属性，并可实现相关的查询和检索。
从拓扑观点出发,关心的是空间的点、线、面之间的联接关系，而不管实际图形的几何形状。
因此，几何形状相差很大的图形，它们的拓扑结构却可能相同。
图3-４(a)(b)所表示的图,其几何形状不同,但它们结点间拓扑关系是相同的，均可用图３－４(ｃ)所示结点邻接矩阵表示。
（c)中交点为1处表示相应纵横两结点相连。
同样,图３-5(ａ)（b)所表示的图,其几何形状完全不同，但各面块之间的拓扑邻接关系完全相同，如图3-5(c)邻接矩阵所示,（ｃ)中交点为1处表示相应的两个面相邻。
总之,拓扑关系反映了空间实体之间的逻辑关系,它不需要坐标、距离信息,不受比例尺限制，也不随投影关系变化。
因此，在地理信息系统中，了解拓扑关系对空间数据的组织,空间数据的分析和处理都具有非常重要的意义。
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)
空间数据的拓扑关系
空间数据得拓扑关系1、空间数据得拓扑关系地理信息系统同其它一些事务信息处理系统如银行管理系统,图书检索系统得主要区别在于地理信息系统中具有大量几何目标信息。
这些几何目标信息还包含两类信息,一类就是目标本身得位置信息;另一类就是地物间得空间关系信息。
如果忽略几何目标间得空间关系信息,那么从数据结构得角度瞧,地理信息系统得数据结构就可以设计成通常事务信息处理系统得形式。
也就就是说,由于地理信息系统必须同时考虑几何目标得空间关系、地物位置信息及特征信息,致使地理信息系统得数据结构比较复杂。
为了研究几何目标得空间关系,在此引入拓扑关系得概念。
2、拓扑得基本概念几何信息与拓扑关系就是地理信息系统中描述地理要素得空间位置与空间关系得不可缺少得基本信息。
其中几何信息主要涉及几何目标得坐标位置、方向、角度、距离与面积等信息,它通常用解析几何得方法来分析。
而空间关系信息主要涉及几何关系得“相连”、“相邻”、“包含”等信息,它通常用拓扑关系或拓扑结构得方法来分析。
拓扑关系就是明确定义空间关系得一种数学方法。
在地理信息系统中用它来描述并确定空间得点、线、面之间关系及属性,并可实现相关得查询与检索。
从拓扑观点出发,关心得就是空间得点、线、面之间得联接关系,而不管实际图形得几何形状。
因此,几何形状相差很大得图形,它们得拓扑结构却可能相同。
图3-4(a)(b)所表示得图,其几何形状不同,但它们结点间拓扑关系就是相同得,均可用图3-4(c)所示结点邻接矩阵表示。
(c)中交点为1处表示相应纵横两结点相连。
同样,图3-5(a)(b)所表示得图,其几何形状完全不同,但各面块之间得拓扑邻接关系完全相同,如图3-5(c)邻接矩阵所示,(c)中交点为1处表示相应得两个面相邻。
总之,拓扑关系反映了空间实体之间得逻辑关系,它不需要坐标、距离信息,不受比例尺限制,也不随投影关系变化。
因此,在地理信息系统中,了解拓扑关系对空间数据得组织,空间数据得分析与处理都具有非常重要得意义。
拓扑关系的应用分析
拓扑关系的应用分析0000:空间分析;空间拓扑关系;空间拓扑关系的建立一、引言:近年来，计算机技术发展非常迅速，虽然地理信息系统(GeographicInformationSystem，简称GIS)的输入、存储和输出功能进展较快，但是空间分析功能的发展就显得比较落后。
而空间分析是建立在空间目标位置和属性表达以及目标间复杂空间关系表达的基础上，若要提高空间分析能力，必须解决空间关系描述与表达，而空间关系的建立也是提高GIS效率的一个关键。
二、拓扑关系的定义拓扑关系(topologicalrelation)指满足拓扑几何学原理的各空间数据间的相互关系。
即用结点、弧段和多边形所表示的实体之间的邻接、关联和包含等关系。
如:点与点的邻接关系、点与面的包含关系、线与面的相离关系、面与面的重合关系等。
拓扑关系是指图形元素之间相互空间上的连接、邻接关系并不考虑具体位置.这种拓扑关系是由数字化的点、线、面数据形成的以用户的查询或应用分析要求进行图形选取、叠合、合并等操作三、拓扑关系的种类点结点、线链、弧段、边、面多边形三种要素是。
它们之间最基本的拓扑关系是关联和邻接。
1、关联:不同拓扑元素之间的关系。
如结点与链，链与多边形等。
2、邻接:相同拓扑元素之间的关系。
如结点与结点，链与链，面与面等。
邻接关系是借助于不同类型的拓扑元素描述的，如面通过链而邻接。
在GIS的分析和应用功能中，还可能用到其它拓扑关系，如:3、包含关系:面与其它拓扑元素之间的关系。
如果点、线、面在该面内，则称为被该面包含。
如某省包含的湖泊、河流等。
4、几何关系:拓扑元素之间的距离关系。
如拓扑元素之间距离不超过某一半径的关系。
5、层次关系相同拓扑元素之间的等级关系。
如国家由省自治区、直辖市组成，省自治区、直辖市由县组成等。
拓扑关系反映了空间目标的逻辑结构，对空间目标查询、分析和空间目标重建具有重要意义。
研究认为，可以采用相离(disjoint)、相等(equal)、相接(touch)、相交(cross)、包含于(in)、包含(contain)、交叠(overlap)、覆盖(cover)、被覆盖(coveredBy)、进入(enter)、穿越(pass)和被穿越(passBy)等共12种基本空间关系表达3D空间中的以下10类有理论价值和实际意义的空间拓扑关系。
汤国安《地理信息系统》(第2版)配套题库
第二部分章节题库第1章绪论一、名词解释1地理信息流答：地理信息流是指地理信息从现实世界到概念世界，再到数字世界，最后到应用领域。
2数据答：数据是通过数字化或记录下来可以被鉴别的符号，是客观对象的表示，是信息的表达，只有当数据对实体行为产生影响时才成为信息。
3信息系统答：信息系统是具有数据采集、管理、分析和表达数据能力的系统，它能够为单一的或有组织的决策过程提供有用的信息。
包括计算机硬件、软件、数据和用户四大要素。
4计算机网络答：计算机网络是指实现计算机之间通讯的软件和硬件系统的统称。
利用磁盘在两台微机之间拷贝数据也是一种特殊的网络，共享的资源包括计算机网络中的硬件设备、软件或者数据。
5数据字典答：数据字典是指对数据的数据项、数据结构、数据流、数据存储、处理逻辑、外部实体等进行定义和描述，其目的是对数据流程图中的各个元素做出详细的说明。
6信息答：信息是向人们或机器提供关于现实世界新的事实的知识，是数据、消息中所包含的意义，它不随载体的物理设备形式的改变而改变。
二、简答题1GIS与MIS，CAD的异同点。
答：（1）GIS与MIS（可理解为DBMS）①相同点GIS与MIS都是计算机系统；都可以进行数据管理。
②区别DBMS指商用的关系型数据库管理系统，侧重于对属性数据的管理。
GIS与DBMS的区别除了处理对象不同之外，GIS还需要具有图形数据的采集、空间数据的可视化和空间分析等功能，因此GIS在硬件和软件方面均比一般事务数据库管理系统更复杂，功能更强大。
（2）GIS与CAD①相同点GIS与CAD都是计算机系统；都可以制图。
②区别CAD处理的多为规则的几何图形及其组合，图形功能极强，属性功能相对较弱；而GIS处理的多为地理空间的自然目标和人工目标，图形关系复杂，需要有丰富的符号库和属性库，GIS需要有较强的空间分析功能，图形与属性的相互操作十分频繁，且多具有专业化的特征。
此外，CAD一般仅在单幅图上操作，海量数据的图库管理能力比GIS要弱。
GIS原理及应用-GIS原理及应用(试题)
GIS 原理及应用-GIS 原理及应用1、同计算机关心制图相比，GIS 制图的显著优势在于〔〕A.是地理信息的载体B.具有存储地理信息的功能C.具有显示地理信息的功能D.具有强大的空间分析功能2、空间数据库与传统数据库相比，在治理地理空间数据上存在的区分〔〕A.操纵和查询文字和数字信息B.实体类型之间通常是简洁、固定的空间关系C.地理信息数据是连续的，并且具有很强的空间相关性D.存贮的数据通常为等长记录的数据3、以下哪些是属于地理信息系统的主要应用领域〔〕A.资源治理B.区域规划C.关心决策D.以上都是4、有关地图符号的描述不正确的选项是〔〕A.地图符号是地图的语言B.地图符号是表达地图内容的主要手段C.地图符号可由外形不同、大小不一和颜色有别的图形组成D.注记作为地图上的一种必要的说明文字，它不是地图符号5、矢量数据构造6、空间数据库7、空间叠置分析8、数字高程模型9、简述一个有用GIS 系统的根本组成。
10、什么是数据压缩？试举出四种常用的栅格数据压缩方法。
11、简述空间元数据的在空间数据库治理中的主要作用。
12、何为拓扑关系？在 GIS 中引入拓扑关系有何意义？常用的拓扑关系有哪些？13、操作尺度14、地理网格15、数据模型16、对象模型17、地图数字化18、拓扑关系19、空间数据构造20、影像金字塔构造21、空间索引22、空间数据查询23、空间分析24、栅格数据的追踪分析25、数字地形分析26、什么是GIS 空间分析？其方法是什么？27、什么是空间数据？28、网络分析的根本思想是什么？29、地理表达和地理模型的关系30、简述栅格数据构造的优缺点31、简述矢量数据构造的优缺点32、简述空间数据质量的主要把握方法。
33、简述空间数据查询过程的类型和查询内容34、简述空间关系的类型35、试论述矢量数据的叠置分析36、地理信息37、地理信息科学38、地理数据39、地理信息流40、四叉树数据构造41、不规章三角网模型42、拓扑构造43、游程编码44、栅格数据构造45、空间数据编码46、Delaunay 三角网47、Voronoi 多边形48、栅格数据压缩编码49、边界代数算法50、DIME 文件51、空间数据内插52、空间数据压缩53、坐标变换54、仿射变换55、数据精度56、空间数据模型57、分布式数据库58、对象－关系治理模式[/型]59、叠合分析60、网络分析61、透视图62、网络63、变量筛选分析64、变量聚类分析65、数字地面模型66、GIS 应用模型67、OGC68、空间数据质量69、投影转换70、虚拟地理环境71、高斯--克吕格投影72、utm 投影73、[空间]元数据74、GIS 互操作75、组件式GIS76、客户机/效劳器构造77、NSDI78、国家信息根底设施79、GML80、LBS81、网格GIS82、空间信息格网83、嵌入式GIS84、地理编码85、空间信息可视化86、空间数据仓库87、空间数据融合88、扫描矢量化89、屏幕跟踪矢量化90、元胞自动机91、等值线92、层次分析法93、ODBC94、质心95、地图符号96、节点〔node〕/顶点〔vertex〕97、地籍98、地理实体〔空间实体〕99、地理空间100、空间数据101、空间信息102、矢量数据103、空间数据库治理系统104、矢栅一体化105、GIS 的数据质量106、空间元数据107、空间缓冲区分析108、空间统计分析109、GIS 功能有哪些？110、GIS 根本构成？111、拓扑关系争论什么？类型？意义？112、空间数据库设计思想及步骤？113、元数据作用？114、什么是空间数据的拓扑关系？空间数据的拓扑关系的种类有哪些？应当如何表达？115、矢量图形数据的压缩方法有哪些？了解其根本原理。
GIS原理与应用总结
一、名词解释1．数据：指输入到计算机并能被计算机进行处理的数字、文字、符号、声音、图象等符号。
2．信息：是现实世界在人们头脑中的反映。
它以文字、数据、符号、声音、图象等形式记录下来，进行传递和处理,为人们的生产，建设，管理等提供依据。
3．地理信息系统：是由硬件、软件和方法组成的，能支持地理空间数据的采集、储存、管理、操作、分析、建模和显示的计算机综合应用技术系统，可描述整个或部分地球表面及其实体空间地理分布，用以解决复杂的规划和管理问题的特定空间信息系统。
4．地理数据：是直接或间接关联着相对于地球的某个地点的数据，是表示地理位置、分布特点的自然现象和社会现象的诸要素文件。
包括自然地理数据和社会经济数据。
5．地理实体（空间实体）：指自然界现象和社会经济事件中不能再分割的单元，它是一个具体有概括性，复杂性，相对意义的概念。
6．地理空间：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，具体包括地球上大气圈、水圈、生物圈、岩石圈和土壤圈交互作用的区域。
7．拓扑关系：指图形保持连续状态下形变，但图形关系不变的性质。
8．空间数据：是指用来表示空间实体的位置、形状、大小及其分布特征诸多方面信息的数据，它可以用来描述来自现实世界的目标，它具有定位、定性、时间和空间关系等特性。
9．空间信息：是反映地理实体空间分布特征的信息。
10．矢量数据：是用点，线，面及其X，Y坐标来构建点，线，面等具体空间要素的数据模型。
11．矢量数据结构：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）。
12．栅格数据结构：指将空间分割成各个规则的网格单元，然后在各个格网单元内赋以空间对象相应的属性值的一种数据组织方式。
13．空间数据库：是地理信息系统在计算机物理存储介质上存储和应用的相关的地理空间数据的总合。
类型：层次、网状、关系数据模型14．空间数据库管理系统：是指能够对物理介质上存储的地理空间数据进行语义和逻辑上的定义；提供必须的空间数据查询、检索和存取功能；能够空间数据进行有效的维护和更新的一套软件系统。
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拓扑关系的意义
空间数据的拓扑关系，对于GIS数据处理和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。
3)根据拓扑关系可重建地理实体(图2-1-7)。
例如根据弧段构建多边形，实现面域的选取；根据弧段与结点的关联关系重建道路网络，进行最佳路径选择等。