GIS数据结构与算法基础((英)Stephen Wise著;朱定局译)思维导图
第2章_GIS的空间数据结构
（a）简单包含
（b)多层包含
（c)等价包含
图 (a)中多边形P1中包含多边形P2，图（b）中多边形P3包 含在多边形P2中，而多边形P2，P3又都包含在多边形P1中。 图 （c）多边形P2，P3都包含在多边形P1中，多边形P2，P3 20 对P1而言是等价包含 .
矢量数据表达——拓扑数据结构
拓扑关系
层次关系：指存在于空间图形中的相同拓扑元素
之间的等级关系，如连云港市各个区
A B 拓扑连通：拓扑元素之间的通达关系，如点连通度，面连通度 C D
--
1
1 1
-1 0
1
-0
1
17
0 --
矢量数据表达——拓扑数据结构
1、拓扑邻接：拓扑邻接是指空间图形的同类元素之间 的拓扑关系。
N1
b
a3
P3 a4
a5
A.地理实体的描述内容（ 编码（分类码、 识别码）, 位置, 类型
行为, 属性 , 说明, 时间维描述, 关系)
B. 地理实体数据类型(属性数据,几何数据, 关系数据)
C.地理实体的描述——空间数据结构
5
第2 节 空间数据结构
一、空间数据结构的概念:
二、矢量数据结构
7
第1 节
地理实体及其表达
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
一、地理实体
2. 地理实体特征
属性特征
时间特征
空间特征
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
GIS的空间数据结构
GIS的空间数据结构在地理信息系统（GIS）中，空间数据结构是用于组织和描述空间信息的数据模型。
它能够将现实世界中的地理现象和空间实体转化为计算机可处理和存储的数据形式。
以下是关于GIS空间数据结构的几个主要组成部分：1、矢量数据结构：矢量数据结构以点、线和多边形来表示空间实体。
每个点由一对坐标（x,y）定义，线由一系列坐标点构成的序列定义，多边形则由一个闭合的坐标序列定义。
矢量数据结构适用于表示连续的空间现象，如地形、河流、土地利用等。
2、栅格数据结构：栅格数据结构将空间划分成均匀的网格，每个网格对应一个像素或地块。
每个网格的值通常代表该区域的一种属性，如海拔、植被类型、人口密度等。
栅格数据结构适用于表示连续的空间现象，特别是那些可以很容易转化为像素值的数据，如卫星图像。
3、不规则三角网（TIN）：这是一种用于表示三维表面的数据结构。
它由一系列不重叠的三角形构成，每个三角形表示一个地形表面。
TIN 数据结构适用于表示连续且不规则的空间现象，如地形起伏、土壤类型等。
4、对象-关系型数据结构：这种数据结构将空间实体表示为对象，并将属性、事件和其他空间关系表示为对象的属性。
对象-关系型数据结构适用于表示复杂的空间关系和具有多种属性的空间实体。
在GIS应用中，选择适当的数据结构对于提高数据处理、查询和分析的效率至关重要。
此外，不同的数据结构也具有不同的优缺点，需要根据具体的应用需求和数据特性来选择。
基于ArcSDE的GIS空间数据存储分析引言随着地理信息系统（GIS）在各个领域的广泛应用，如何有效地存储和管理空间数据成为了一个重要的问题。
ArcSDE（Spatial Data Engine）作为一种先进的空间数据存储和分析技术，为GIS应用提供了强大的支持。
本文将介绍ArcSDE的基本概念、优势及其在GIS空间数据存储分析中的应用。
ArcSDE概述ArcSDE是一种面向对象的地理数据库引擎，它由Esri公司开发，可在多种数据库管理系统（如Oracle、PostgreSQL、MySQL等）上运行。
地理信息系统(GIS)基础
《地理信息系统（GIS）基础》一、地理信息系统的定义与发展历程地理信息系统，简称 GIS，是一种采集、存储、管理、分析、显示与应用地理信息的计算机系统。
它将地理空间数据与属性数据相结合，通过强大的空间分析功能，为各种领域的决策提供有力支持。
GIS 的发展历程可以追溯到 20 世纪 60 年代。
当时，计算机技术开始应用于地图制图领域，为 GIS 的诞生奠定了基础。
随着计算机技术的不断进步，GIS 也在不断发展和完善。
如今，GIS 已经广泛应用于城市规划、资源管理、环境保护、交通运输等众多领域。
二、地理信息系统的组成部分1. 硬件设备GIS 的硬件设备包括计算机、服务器、存储设备、输入输出设备等。
其中，计算机是 GIS 的核心设备，负责数据处理和分析；服务器用于存储和管理地理空间数据；存储设备包括硬盘、光盘等，用于存储数据；输入输出设备包括扫描仪、绘图仪等，用于数据的输入和输出。
2. 软件系统GIS 的软件系统包括操作系统、数据库管理系统、GIS 软件等。
其中，操作系统是计算机的基础软件，负责管理计算机的硬件资源和软件资源；数据库管理系统用于管理地理空间数据和属性数据；GIS 软件则是实现 GIS 功能的核心软件，包括数据采集、数据编辑、空间分析、地图制图等功能模块。
3. 地理空间数据地理空间数据是 GIS 的基础，包括地图数据、影像数据、地形数据、属性数据等。
地图数据是 GIS 中最基本的数据，包括点、线、面等几何图形和对应的属性信息；影像数据是通过卫星、航空等手段获取的地理图像数据；地形数据是描述地球表面地形地貌的数据；属性数据是与地理空间数据相关的非空间数据，如人口、经济、环境等数据。
4. 人员GIS 的人员包括系统开发人员、数据采集人员、数据分析人员、系统管理人员等。
他们负责 GIS 的开发、数据采集、数据分析和系统管理等工作。
三、地理信息系统的功能1. 数据采集与输入GIS 可以通过多种方式采集地理空间数据，如野外测量、地图数字化、遥感影像解译等。
第二章GIS数据结构
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
香港理工大学 校园建筑
第二节 地理空间数据及其特征
1、空间数据－ 。 是各种地理特征和现象间关系的符号化表示
空间特征 表示实体的空间位置或现在所处的地理位置。空间特
征又称定位特征或几何特征，一般用坐标数据表示。 属性特征
角度变形
地图投影：投影分类
变形分类： 等角投影：投影前后角度不变 等面积投影：投影前后面积不变； 任意投影：角度、面积、长度均变形
投影面： 横圆柱投影：投影面为横圆柱 圆锥投影：投影面为圆锥 方位投影：投影面为平面
投影面位置： 正轴投影：投影面中心轴与地轴相互重合 斜轴投影：投影面中心轴与地轴斜向相交 横轴投影：投影面中心轴与地轴相互垂直 相切投影：投影面与椭球体相切 相割投影：投影面与椭球体相割
点、线、面之间的拓扑关系
点: 弧:
起点
面: 弧段3
弧段4
中间点
弧段2
终点
弧段1
点—点
邻接
点—线
点—面
线—线
线—面
面—面
相交
相离
包含
重合
欧拉公式：
欧拉公式在GIS中有着重
要的意义，主要用来检查 c + a = n + b
空间拓扑关系的正确性， 能发现点、线、面不匹配 的情况和多余、遗漏的图 形元素。
简单的矢量数据结构—面条结构（实体式）
多边形
数据项
11
12 13
A(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3),(x4,y4),(x5,y5),
30 29
14
10
02-GIS基本数据结构
24 25 9 8 6
地 理 信 息 系 统 算 法 基 础
2
3 4
5
弧段坐标文件
多边形号 多边形号 A A B B C C D D E E
弧段号 弧段号 h,b,a h,b,a g,f,c,h,-j g,f,c,h,-j jj e,i,f e,i,f e,i,d,b e,i,d,b
多边形文件 多边形文件 周长 面积 周长 面积
地 理 信 息 系 统 算 法 基 础
8 a 1 b 2 c 3 d 4 e B n 9 j 5 A i C 10 m k D 12 f 6 11 l g h O
a b c d
7
e f g h i j k l
这种数据结构除了通过线文 件生成面文件外，还需要点文件
m n
2. 矢量数据结构 链状双重独立式
11 30 10 31
12 29
13 14 28 27 26 17 7 20 18 19 16 15 23 22 21
地 理 信 息 系 统 算 法 基 础
1 2 9
24 25 8 6
3 4
多边形 A B C D E
5
数据项 (x1,y1),(x2,y2),(x3,y3),(x4,y4),(x5,y5),(x6,y6),(x7,y7),(x8,y8),(x9,y9),(x1,y1) (x1,y1), (x9,y9), (x8,y8), (x17,y17), (x16,y16), (x15,y15),(x14,y14) ,(x13,y13), (x12,y12), (x11,y11),(x10,y10),(x1,y1) (x24,y24),(x25,y25),(x26,y26),(x27,y27),(x28,y28),(x29,y29),(x30,y30) ,(x31,y31), (x24,y24) (x19,y19),(x20,y20),(x21,y21),(x22,y22),(x23,y23),(x15,y15),(x16,y16) ,(x19,y19) (x5,y5),(x18,y18),(x19,y19),(x16,y16),(x17,y17),(x8,y8),(x7,y7) ,(x6,y6), (x5,y5)
GIS空间数据结构
地球椭球参数
地
理地球椭球
大地水准面
信
N
息
系 统
•G b
概 论
a TO
E
长大半地轴子a 午面
短起半始轴大b 地子午面
椭大球地扁子率午圈＝
a -b a
K 椭平球行中圈心O
旋赤转道轴面NS
GIS
法线
S
世界上存在很多地球椭球
地 理 我国不同时期采用的椭球体及其参数
信 采用时间
大地坐 椭球体名 长半轴/m 短半轴/m
论 线东、西各3°或1.5°经线范围内的经纬线投
GIS 影到椭圆柱面上,然后将椭圆柱面展开成平面
即成.
地 理 信 息 系 统 概 论
GIS
高斯直角坐标系统
地
理
信 平面位置〔x、y
位置
息
系
统 概
x=f1<B , L >
论
GIS
y=f2<B , L >
经度B和纬度L
地图投影
地 理 信 息 系 统 概 论
二 空间数据基本特征 〔一基本特征
地 • 属性特征：空间现象和过程所具有的专属性
理
质,包括对象的名称、数量、质量、性质等,
信
成为属性数据.
息 • 钓鱼岛岛上基岩裸露、土层较薄,有4条溪
系
流、有淡水,最高山峰海拔362米,附近海域有
统
大量鱼群、强风的自然环境,特有种的动植物.
概 • 时间特征：指一定区域内的地理现象和过程
概 幔交界的莫霍面之间的空间区域.
论
平面控制网
GIS 空间定位框架：大地测量控制系统 高程控制网
大地测量控制点
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GIS基础讲稿第1章
第一章地理信息系统导论地理信息系统（Geographic Information System）简称“GIS”，涉及地理学、测绘学、遥感科学、信息科学、系统科学、空间科学、环境科学、城市科学、决策科学、计算机科学与技术等学科，是管理和分析空间数据的综合性技术。
它的基础是地理、测绘、系统工程与人工智能，它的支撑是计算机技术，它的应用领域最初是地理、规划、地图与管理等行业，现在已涉及到所有领域与部门。
地理信息系统、遥感系统（RS）、全球定位系统(GPS)与通信技术的结合，丰富与完善了地理信息系统的科学体系。
地理信息系统的出现与应用揭开了地理学科的新篇章，其影响之深刻是难以估量的。
如果说，用地图记载地理现象，以坐标确定空间位置是地理学的巨大进步，信息论、控制论、系统论与耗散结构、突变论、协同论的引用给地理学注入了新鲜血液，计算机技术、遥感技术的应用使地理学充满了勃勃生机，则地理信息系统的出现是地理学发展史上的革命性变革，代表了地理学发展的一个重要方向。
1.1 基本概念1.1.1 数据、信息与信息系统今天，人们都深刻地认识到，信息如同矿物资源、水资源、能源一样，是重要的与社会经济发展不可分割的特殊资源，是人与客观世界之间的媒介，对管理和决策起着直接的决定性的影响。
人们从认识客观世界中的事物到表示信息的数据，一般经历了客观世界、数据世界与信息世界三个过程。
客观世界的研究对象是实体及其有关内容，用数据世界来表达，用信息世界来反映。
数据是客观实体的表达形式，是信息的载体。
信息是数据载体所包含的实际意义。
建立信息系统的过程是将客观世界与数据世界用计算机进行密切结合的过程。
信息从客观世界经过人为的选择、加工、组织进入数据世界，最后又回到客观世界之中。
我们面临的世界是一个人文、经济、自然、社会组成的复杂巨系统，是物质、能量和信息的统一体。
地理信息系统主要的研究对象就是系统中运动的实体及其性质，对这些描述客观世界的概念是本章首先要搞清楚的概念。
第02章 GIS的数据结构
GIS的数据结构
二 、地理空间数据
根据表示对象的不同分为分为（据邬伦等)
1)类型数据：例如考古地点、道路线和土壤类型的分 布等； 2)面域数据：例如随机多边形的中心点、行政区域界 线和行政单元等；
GIS的数据结构
3)网络数据：例如道路交点、街道和街区等；
4)样本数据：例如气象站、航线和野外样方的分布区 等； 5)曲面数据：例如高程点、等高线和等值区域； 6)文本数据：例如地名、河流名称和区域名称；
一）简单数据结构
矢量数据的简单数据结构分别按点、线、面三种 基本形式来描述(图2-2-2)。
GIS的数据结构
三、空间数据结构的类型
1、标识码：按一定的原则编码，简单情况下可顺序编号。标 识码具有唯一性，是联系矢量数据和与其对应的属性数据的关键字。 属性数据单独存放在数据库中。
GIS的数据结构
2、点结构中的X，Y坐标：是点实体的定位点，如果是有向点， 则可以有两个坐标对。
GIS的数据结构
三、空间数据结构的类型
A、矢量数据的图形表示 矢量方法将地理现象或事物抽象为点、线、面实体， 将它们放在特定空间坐标系下进行采样记录（图2-2-1）。 1、点实体：记录点坐标 和属性代码； 2、线实体：记录两个或 一系列采样点的坐标， 并加属性代码； 3、面实体：记录边界上 一系列采样点的坐标， 由于多边形封闭，边界 为闭合环，加面域属性 代码。
一 、地理空间及其表达
目前，我国采用的大地坐标系为1980年中国国家大地 坐标系，该坐标系选用1975年国际大地测量协会推荐 的国际椭球（下图），其具体参数为： 赤道半径（a）=6378140.0000000000m 极半径（b）=6356755.2881575287m 地球扁率（f）=(a-b)/a=1/298.257