武汉大学GIS地理信息系统第3部分

关联矩阵示例
11 2
1
1 4 12 5 13 14
2
1 -1
3
0 1
4
1 0
5
0 -1
6
0 0
11 -1 12 0
13 1
14 0
3
0
0
-1
0
0
-1
0
1
-1
1
邻接矩阵
11 2
11
1 4 12 5 13 14 3
12 1 0
13 0 1
14 1 0
11 12
0 0
13
14
1
0
0
1
0
1
0
0
2、常见的拓扑关系种类
• 检查未闭合的多边形 • 消除数据裂隙
• 可以强化GIS分析
• 交通和网络设施分析
3.3.3 矢量数据是以什么数据结构存储的？
• 简单的矢量数据结构 • 高级对象
• 无拓扑关系矢量数据模型（多边形环路法、点位字典法） • 拓扑矢量数据模型（全显示表达、半隐含表达）
• 不规则三角网（TIN数据） • 区域（Coverage分区数据的实现）
矢量数据模型中几何对象的种类
3、面对象
• 定义：有界连续的二维对象。
• 实例: 菜地、水体等。 • • • • •
• 空间特征：
面积：面状实体所占有的范围的大小； 周长：面状实体所占有区域的周长； 独立或相邻：是独立存在，还是与其它面状实体相邻。 岛或洞 重叠：面状实体间是否有重叠。
面对象分类
• 简单多边形 • 复杂多边形：带有岛或洞
X10,Y10 X6,Y6
L5
点位字典法
多边形 线段号 平面位置
L1
1,2,3,4,5,12
5,12,10 10,11,12 5,13,10 7,8,9,10 5,6,7
I II
L2 L3 L2 L4 L5
无拓扑关系模型法的不足
• 多边形环路法除了多边形轮廓外，其它公共边均获取和存 储了两次，产生了数据冗余，且易产生裂缝和重叠。 • 点位字典法虽然消除了环路法的缺陷，但仍然没有建立多 边形之间的拓扑关系。
3.3.2 什么是拓扑特性？
• 拓扑：研究几何对象在弯曲或拉伸等变换下仍保持不变的 性质。 • 拓扑的表示模型：有向图
• 点 • 有向线（弧线）
1、最基本的拓扑关系
• 关联：不同拓扑元素之间的关系。 • 邻接：相同拓扑元素之间的关系。
• 结点与结点 • 链与链 • 面与面
• 结点与链 • 链与多边形
层的定义及分层依据（P93-94）
• 定义：描述某一地理区域的某一属性特征或多个属性特征 的数据集合。 • 分层依据：
• • • • 按专题 按时间序列 按几何类型 按实体属性结构
• 工作区含有：
• 工作层 • 逻辑层 • 地物类
3.3 矢量数据模型
• 简单几何对象包括哪些类型？（点、线、面） • 什么是带拓扑的矢量数据模型？（表示模型：点+有向线；基
101 1 11 3 12 102 2 13 4 5 102 14
区域号
101 101 102 102 102
多边形号
11 12 12 13 14
区域数据模型的文件结构
区域-弧段清单 区域号 圈号 弧段号 101 1 1 101 1 2 102 1 3 102 1 4 102 2 5
101 1 11 3 12
矢量数据结构
2、拓扑矢量数据模型
• 定义：不仅记录位置，还记录目标的拓扑关系。 • 分类：
• 全显式表达 • 半隐含表达
拓扑矢量数据模型
全显式表达
拓扑矢量数据模型
全显式表达
Coverage拓扑数据格式
点对象文件
11 2
ID 11 X,Y (2,3) (4,2) (1,1) (1,4)
线
1
12
空间数据的拓扑关系
相离关系
基本几何体与比 较几何体无共享 点。
相交关系
• 两条线之间存在 交叉点。多边形 交叉被认为是重 叠关系。
重叠关系
• 比较几何体覆盖比较 几何体。 • 条件：必须是相同维 数。
相切关系
• 具有公共边或点。
3、拓扑规则
• 定义：空间目标间约定的拓扑关系特征。 • Geodatabase中的拓扑规则：
3.2 空间数据数字表示流程
• 将空间数据抽象为不同的专题或层； • 将一个专题的地理要素分解，成为点、线、面三种基本类 型目标； • 将弧段作为存储的基本单位； • 每个存储单元基本内容包括：
• 定位数据 • 属性数据 • 拓扑数据
• 对空间目标进行编码，赋予每个目标一个用户标识码； • 弧段的图形数据（空间特征）和属性数据（属性特征）通 过用户标识码进行链接。
多边形
线段号
平面位置 X1,Y1 X2,Y2
L1
X3,Y3 X4,Y4
X5,Y5 X12,Y12
I
L2
X5,Y5 X12,Y12 X10,Y10 X10,Y10 X11,Y11 X12,Y12 X5,Y5 X10,Y10 X13,Y13
L3
L2
II
L4
X7,Y7
X9,Y9 X5,Y5 X7,Y7
X8,Y8
102 2 13 4 5 102 14
3.3.4如何对矢量数据进行压缩？
• 目的：
• 删除冗余数据，减少数据的存贮量； • 加快后继处理的速度。
• 常用算法：
• 道格拉斯--普克法 • 垂距法 • 光栏法
• 高程点 • 边界线
TIN数据的数据结构
• • • • • 三角形编号； 每个邻接三角形的编号及数据文件； 数据文件列表显示点； 边界； 每个高程点的x，y，z值。
2）分区数据模型
• 定义：具有相似特征的地域范围。 • 应用：
• 人口普查单元 • 水文单元 • 生态单元 • 区域层可以重叠或涵盖相同的范围； • 一个区域可以有分离或隔开的组分。
• 多边形：不重叠，没有间隙； • 线：不重叠，不相交，没有悬挂弧段； • 点：必须被另一图层的边界覆盖，位于多边形内。
拓扑规则的应用
• 国家间不能重叠； • 国家间不能存在间隙； • 国界必须封闭； • 等高线不能相交； • 标识点必须落在多边形内。
4、构建拓扑有什么优点？
• 能确保数据质量和完整性
第三部分
数据模型及结构
认识地理现象的抽象过程
地理现象（空间特征、属性特征、时间特征）
人的选择、抽象、综合、估计、模拟
测量、表达、编码、组织、建立空间关系3.3 • 3.4 • 3.5
地理空间数据的类型 空间数据数字表示流程 矢量数据模型 栅格数据模型 其它的数据模型
矢量数据模型中几何对象的种类
2、线对象
• 定义：有长度而没有面积的实体。
• 实例:道路、河流、行政区划等；
• 特性：
• 长度：从起点到终点的总长； • 曲率：用于表示线状实体的弯曲程度； • 方向：有向线实体的方向。
线对象的分类
• 线段：两点间的直线； • 弧段：相互连接无分支的线段； • 链：有方向的线段或弧段。
矢量数据结构
1、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。 • 分类：
• 多边形环路法：每个实体的坐标都独立存储，不顾及
相邻多边形、线、点等要素。 • 点位字典法：建立公共边点位字典，消除独立编码的 局限性，实体要素由点序组成。
多边形环路法（坐标序列法）
① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ 重合 包含 位于内部 相交 相离 重叠 相切
重合关系
• 基本几何体与比 较几何体完全重 合。 • 条件：相同维数。
包含关系
• 基本几何体 包含比较几 何体，是基 本几何体的 一部分。
• 条件：不能 包含比自身 维数高的几 何体。
位于内部关系
基本几何体处 于比较几何体 之内。 条件：不可能 位于比自身维 数低的几何体 内。
3.1 地理空间数据的类型
• • • • • 地图数据 影像数据 地形数据 属性数据 元数据
3.1.1地图数据
• 按照一定的比例、一定的投影原则，有选择地将复杂的三 维地理实体的某些内容投影绘制在二维平面媒体上，并用 符号将这些内容要素表现出来。 • 地图用符号在地图上准确表达空间各要素的关系和分布规 律，反映它们之间的方向、距离和面积。
矢量数据模型中几何对象的种类
1、点对象
• 定义：只有特定位置，没有长度的实体。
• 实例:水井、水准点、采石场、建筑物等。
• 特点：
• 维数为零；
• 只有位置。
点对象的分类
• 实体点：用于表示一个实体； • 注记点：用于定位注记； • 内点：用于负载相应的多边形的属性；
• 结点：线的起点和终点；
• 节点：线或弧线的内部点。
• 特点：
Coverage分区数据的实现
• 区域层为一个多边形亚类； • 每个区域亚类有自己的属性； • 以同一个多边形图层为基础的一系列区域层称为综合图层。
• 示例：某个国家林地所建立的不同年份的火情记录的综合 图层，其中，每个火灾年份或时期都是一个区域亚类。
区域数据模型的文件结构
区域-多边形清单
本拓扑关系：关联、邻接；常见种类；规则及应用；优点）
• 矢量数据是以什么数据结构存储的？（简单的矢量数据结构：
无拓扑关系矢量数据模型、拓扑矢量数据模型；高级对象：不规则三 角网、区域）
• 如何对矢量数据进行压缩（简化）？（道格拉斯-普克法、垂
距法、光栏法）
3.3.1简单几何对象包括哪些类型？
• 点对象 • 线对象 • 面对象