第二章 空间数据结构和空间数据库
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第2讲 空间数据库与空间数据类型 空间数据库课件
第二讲 空间数据库与空间数据类型
第2讲 空间数据库与空间数据类型
一、 数据库及数据库管理系统 二、 空间数据库发展历程 三、 空间数据库 四、 空间实体 五、 空间数据类型 六、 空间数据来源
2021/4/26
空间数据库
2
一、 数据库及数据库管理系统 1 数据库系统概述
数据 数据库
能被计算机存储和处理的反映客观实体 信息的物理符号
GIS界面
空间数据 （变长记录）
关系表
二进制块
DBMS
空间
属间接存取，效率比DBMS的直接 存取慢，特别是涉及空间查询、对 象嵌套等复杂的空间操作
数据库
空间数据库
8
二、 空间数据库发展历程
3 空间数据库的发展
对
象
GIS界面
关
空间数据管理层
系
数
空间数据处理
据
库
管
RDBMS
理
扩充实体类型 （点、线、面、圆等）
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空间数据库
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实 体 类 型 组 合
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空间数据库
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四、 空间实体
4 空间实体的时间特征
数 据
等概念和术语，采用动态联编和单继承性机制。
库
基本出发点就是以对象作为最基本的元素，尽可
系 统
能按照人类认识世界的方法和思维方式来分析和解决
问题。
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空间数据库
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二、 空间数据库发展历程
3 空间数据库的发展
GIS中的各种地物，在几何性质方面不外乎表现为四种类型，
即点状地物、线状处物、面状地物以及由它们混合组成的复杂地物， 面 因而这四种类型可以作为GIS中各种地物类型的超类。 向
第2讲 空间数据库与空间数据类型
一、 数据库及数据库管理系统 二、 空间数据库发展历程 三、 空间数据库 四、 空间实体 五、 空间数据类型 六、 空间数据来源
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一、 数据库及数据库管理系统 1 数据库系统概述
数据 数据库
能被计算机存储和处理的反映客观实体 信息的物理符号
GIS界面
空间数据 （变长记录）
关系表
二进制块
DBMS
空间
属间接存取，效率比DBMS的直接 存取慢，特别是涉及空间查询、对 象嵌套等复杂的空间操作
数据库
空间数据库
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二、 空间数据库发展历程
3 空间数据库的发展
对
象
GIS界面
关
空间数据管理层
系
数
空间数据处理
据
库
管
RDBMS
理
扩充实体类型 （点、线、面、圆等）
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实 体 类 型 组 合
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四、 空间实体
4 空间实体的时间特征
数 据
等概念和术语，采用动态联编和单继承性机制。
库
基本出发点就是以对象作为最基本的元素，尽可
系 统
能按照人类认识世界的方法和思维方式来分析和解决
问题。
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二、 空间数据库发展历程
3 空间数据库的发展
GIS中的各种地物，在几何性质方面不外乎表现为四种类型，
即点状地物、线状处物、面状地物以及由它们混合组成的复杂地物， 面 因而这四种类型可以作为GIS中各种地物类型的超类。 向
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。
第二章 空间数据结构和空间数据库
一、地理实体（空间实体）---GIS处理对象 1、定义： 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。 2、理解： 地理实体类别及实体内容的确定是从具体需要出发的，GIS中的空间实
体是一个概括，复杂，相对的概念。
第二章 空间数据结构和空间数据库 二、地理实体的描述——空间数据
弧段号
USER_ID LPOLY
RPOLY
FROM_NODE
TO_NODE
其它属性: （名称)
MAP 6 1
P
5
7 8 15
9
10
2
11
P
4
P
14 13
12
3
第二章 空间数据结构和空间数据库 §2-3 一、图形表示
栅格结构用密集正方形（或三角形，多边形） 将地理区域划分为网格阵列。 位置由行，列号定义，属性为栅格单元的值。 点：由单个栅格表达。 线：由沿线走向有相同属性取值的一组相邻 栅格表达。 面：由沿线走向有相同属性取值的一片栅格 表达。
4、点拓扑文件： 结点—链关系
2
A,B,D
第二章 空间数据结构和空间数据库 （四）链状双重独立式编码（续）
特点：
拓扑关系明确，也能表达岛信息，而且以弧段为记录单位，满足实际应用需要。
§2-2 矢量数据结构
在ARC/INFO软件中：
1）ARC文件： 2）INFO：属性表 如AAT（Arc Attribute Table） 弧段号 点数 坐标串
立体状实体用于描述三维空间中的现象与物体，它具有长度、宽度及高度等 属性，立体状实体一般具有以下一些空间特征： · 体积。 · 每个二维平面的面积。 · 周长。 · 内岛。 · 含有弧立块或相邻块。 · 断面图与剖面图。
体是一个概括，复杂，相对的概念。
第二章 空间数据结构和空间数据库 二、地理实体的描述——空间数据
弧段号
USER_ID LPOLY
RPOLY
FROM_NODE
TO_NODE
其它属性: （名称)
MAP 6 1
P
5
7 8 15
9
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2
11
P
4
P
14 13
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第二章 空间数据结构和空间数据库 §2-3 一、图形表示
栅格结构用密集正方形（或三角形，多边形） 将地理区域划分为网格阵列。 位置由行，列号定义，属性为栅格单元的值。 点：由单个栅格表达。 线：由沿线走向有相同属性取值的一组相邻 栅格表达。 面：由沿线走向有相同属性取值的一片栅格 表达。
4、点拓扑文件： 结点—链关系
2
A,B,D
第二章 空间数据结构和空间数据库 （四）链状双重独立式编码（续）
特点：
拓扑关系明确，也能表达岛信息，而且以弧段为记录单位，满足实际应用需要。
§2-2 矢量数据结构
在ARC/INFO软件中：
1）ARC文件： 2）INFO：属性表 如AAT（Arc Attribute Table） 弧段号 点数 坐标串
立体状实体用于描述三维空间中的现象与物体，它具有长度、宽度及高度等 属性，立体状实体一般具有以下一些空间特征： · 体积。 · 每个二维平面的面积。 · 周长。 · 内岛。 · 含有弧立块或相邻块。 · 断面图与剖面图。
第二章 空间数据模型和空间数据结构
地理空间定位框架即大地测量控制，由平面控制网和
高程控制网组成； GIS的任何空间数据都必须纳入一个统一的空间参照系 中，以实现不同来源数据的融合、连接与统一。
湖北大学资源环境学院
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中国的大地控制网
由平面控制网和高程控制网组成，控制点遍布全国各地。
平面控制网 :
按统一规范，由精确测定地理坐标的地面点组成，由 三角测量或导线测量完成，依精度不同，分为四等。
5 f 6
c
4
d
g
点 1 x1 2 x2 3 x3 4 x4 5 x5 6 x6
地图MAP及多边形实体I和II
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2.3.2.3 空间物理数据模型
• 解决如何把设计的空间逻辑数据模型在计 算机上实现，同时考虑效率。常常涉及到 索引文件的构建。
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2.3.3 时空数据模型
1）单重继承、多重继承；全部继承、部分继承；取 代继承、包含继承
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（四）面向对象数据模型的核心工具
公有域 私有域 保护域：
2）状态继承（数据）
数据 父类 函数 子类
实例
子类继承父类的数据结构，子类还可定义自己 新的数据结构。 子类任意使用父类的数据结构，有可能破坏封 装，若只能通过发送消息来使用父类的域，又可 能失去有效性，具体办法： 公有域：类可操作，实例也可操作。 私有域：只有类本身使用，用户不得访问。 保护域：子类可使用，继承使用，实例不能使用。
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陕西省泾阳县永乐镇北洪流村为 “1980西安坐标系” 大地坐标的 起算点——大地原点。
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高程控制网
《空间数据结构》课件
01
拓扑数据结构是一种基于拓扑关系的空间数据结构，通过拓扑 元素（如点、线、面）之间的关系来表示空间实辑性强，便于进行空间查
询和分析。
常见的拓扑数据结构有拓扑图和网络图等。
03
栅格数据结构
栅格数据结构是一种将空间划 分为一系列离散的栅格单元的 数据结构，每个栅格单元表示
我认为，随着技术的不断进步 和应用需求的增加，空间数据 结构将会得到更广泛的应用和 发展，未来的研究方向和应用 领域将更加丰富和多样。
课程对个人专业发 展的影响
通过这门课程的学习，我不仅 提高了自己的专业素养，还为 未来的学习和工作打下了坚实 的基础。我相信，这门课程将 会对我未来的专业发展产生积 极的影响。
混合数据结构
结合矢量数据结构和栅格数据结构的优点，同时处理离散的空间对象和连续的地理信息。 混合数据结构能够充分利用矢量和栅格的优势，提高空间数据的精度和分析能力。
02
常见空间数据结构
网格数据结构
网格数据结构是一种将空 间划分为规则网格单元的 数据结构，每个网格单元 包含相应的属性信息。
网格数据结构的特点是简 单、直观，便于进行空间 分析和计算。
标准化和开放性
推动空间数据结构的标准化和 开放性，促进不同系统之间的 互操作性和共享性。
隐私保护和安全保障
加强空间数据的安全保护和隐 私保护，防止数据泄露和滥用
。
05
总结与思考
学习心得
空间数据结构的重要性
通过学习，我深刻认识到空间数据结构在地理信息系统、计算机图形学、数据库系统等领域中的关键作用，它为解决 实际问题提供了基础和支撑。
空间数据结构的重要性
01
提高空间数据处理效率
合理的空间数据结构能够减少数据冗余，提高数据存储和检索效率，从
CH2空间数据结构与空间数据库
数据层的设计一般是按照数据的专业内容和类型进行的。数据的 专业内容的 类型通常是数据分层的主要依据，同时也要考虑数据之间 的关系。如需考虑两类 物体共享边界(道路与行政边界重合、河流与地块边界的重合)等，这些数据间的关 系在数据分层设计时应体现出来。
不同类型的数据由于其应用功能相同，在分析和应用时会同时用 到，在设计 时应反映出这样的需求，即可将这些数据作为一层。例如，多边形的湖泊、水库， 线状的河流、沟渠，点状的井、泉等，在GIS的运用中往往同时用到，因此，可作 为一个数据层。
数据存储的方式
数据库系统：地理信息系统海量数据的必然选 择
用户
驱动
数据
数据库基础知识
建立数据库不仅仅是为了保存数据，扩展人的记忆， 而主要是为了帮助人们去管理和控制与这些数据相关 联的事物。地理信息系统中的数据库就是一种专门化 的数据库，由于这类数据库具有明显的空间特征，所 以有人把它称为空间数据库。
空间数据库系统
空间数据库 :存储在物理介质上的与应用相关的 地理空间数据的总和，一般是以相互关联的一些 特定结构之文件的形式组织在存储介质上。
空间数据库管理系统:能够对物理介质上存储的 地理空间数据进行语义和逻辑定义，提供必要的 空间数据查询与存取功能，并能够对空间数据进 行有效的维护和更新的一套软件系统。
CH2 空间数据结构和空间 数据库
第三节 空间数据模型
数据库基础知识
计算机对数据的管理经过了三个阶段 ：
1. 人工管理阶段
在20世纪50年代中期以前，计算机主要用于数值 计算，只能使用卡片、纸带、磁带等存储数据。 数据的输入、输出和使用应随程序一起调入内存， 用完撤出。造成数据冗余度大！而且，数据的存 储格式、存取方式、输入输出方式都要由程序员 自行设计
不同类型的数据由于其应用功能相同，在分析和应用时会同时用 到，在设计 时应反映出这样的需求，即可将这些数据作为一层。例如，多边形的湖泊、水库， 线状的河流、沟渠，点状的井、泉等，在GIS的运用中往往同时用到，因此，可作 为一个数据层。
数据存储的方式
数据库系统：地理信息系统海量数据的必然选 择
用户
驱动
数据
数据库基础知识
建立数据库不仅仅是为了保存数据，扩展人的记忆， 而主要是为了帮助人们去管理和控制与这些数据相关 联的事物。地理信息系统中的数据库就是一种专门化 的数据库，由于这类数据库具有明显的空间特征，所 以有人把它称为空间数据库。
空间数据库系统
空间数据库 :存储在物理介质上的与应用相关的 地理空间数据的总和，一般是以相互关联的一些 特定结构之文件的形式组织在存储介质上。
空间数据库管理系统:能够对物理介质上存储的 地理空间数据进行语义和逻辑定义，提供必要的 空间数据查询与存取功能，并能够对空间数据进 行有效的维护和更新的一套软件系统。
CH2 空间数据结构和空间 数据库
第三节 空间数据模型
数据库基础知识
计算机对数据的管理经过了三个阶段 ：
1. 人工管理阶段
在20世纪50年代中期以前，计算机主要用于数值 计算，只能使用卡片、纸带、磁带等存储数据。 数据的输入、输出和使用应随程序一起调入内存， 用完撤出。造成数据冗余度大！而且，数据的存 储格式、存取方式、输入输出方式都要由程序员 自行设计
地理信息系统教程(考试重点)
地理信息系统教程第一章绪论1．信息系统：能对数据和信息进行采集、存储、加工和再现，并能回答用户一系列问题的系统。
具有采集、管理、分析和表达数据的能力。
2．地理信息系统：GIS是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，该系统设计用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3．GIS与IS之间的区别：GIS是空间数据和属性数据的联合体。
4．GIS系统五个基本组成部分：⑴硬件系统，各种设备-物质基础；⑵软件系统，支持数据采集、存储、加工、回答用户问题的计算机程序系统；⑶数据，系统分析与处理的对象、构成系统的应用基础；⑷应用人员，GIS服务的对象，分为一般用户和从事建立、维护、管理和更新的高级用户；⑸应用模型，解决某一专门应用的应用模型，是GIS技术产生社会经济效益的关键所在5．地理信息系统基本功能：⑴数据采集与编辑；⑵数据存储与管理；⑶数据处理和变换；⑷空间分析和统计；⑸产品制作与显示；⑹二次开发和编程6．地理信息系统应用功能：资源管理；区域规划；国土监测；辅助决策第二章地理信息系统的空间数据结构和数据库1．地理实体：指自然界现象和社会经济事件中不能再分割的单元，它是一个具有概括性，复杂性，相对性的概念。
2．地理实体的特征：⑴属性特征——用以描述事物或现象的特性；⑵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；⑶时间特征——用以描述事物或现象随时间的变化3．地理实体数据的类型：⑴属性数据——描述空间对象的属性特征的数据；⑵几何数据——描述空间对象的空间特征的数据；⑶关系数据——描述空间对象之间的空间关系的数据4．点：有特定位置；线：具有相同属性的点的轨迹，由一系列的有序坐标表示；面：对湖泊、岛屿、地块等一类现象的描述。
由封闭曲线加内点来表示；体：用于描述三维空间中的现象与物体，它具有长度、宽度及高度等属性5．空间数据结构：是指空间数据适合于计算机存储、管理、处理的逻辑结构，也就是指空间数据以什么形式在计算机中存储和处理。
空间数据结构与空间数据库课件
详细描述
用户可以利用Oracle Spatial与其他Oracle数据库功能进 行无缝集成，如PL/SQL、Oracle Spatial SQL和Oracle Data Mining等，同时支持与其他空间数据库的互操作性 和数据交换。
PostGIS
总结词
PostGIS是PostgreSQL数据库的一个扩展，用于存储、 查询和管理空间数据。
总结词
SQL Server Spatial提供了强大的空间分析功能，支持复 杂的空间查询和数据操作。
详细描述
通过SQL Server Spatial，用户可以轻松地进行空间数据 查询、分析和可视化，支持各种空间分析任务，如缓冲区 分析、叠加分析和网络分析等。
总结词
SQL Server Spatial具有良好的兼容性和可扩展性，与其 他SQL Server数据库功能集成良好。
要点二
详细描述
GIS数据库系统提供了丰富的地理信息数据处理和分析功能 ，包括地图制作、地理信息检索、地理信息分析和地理信 息可视化等。常见的GIS数据库系统有ArcGIS、QGIS和 GRASS GIS等。
05
空间数据库的应用与 发展
空间数据库的应用领域
地理信息系统（GIS）
用于存储、查询和分析地理空间数据 ，支持地图制作、空间分析和决策支 持。
THANKS
感谢观看
总结词
MySQL Spatial提供了基本的空间分析功能，支持简单的 空间查询和数据操作。
详细描述
通过MySQL Spatial，用户可以进行基本的空间数据查询 、分析和可视化，支持一些基本的空间分析任务，如距离 计算和地理编码等。
总结词
MySQL Spatial具有良好的兼容性和可扩展性，与其他 MySQL数据库功能集成良好。
用户可以利用Oracle Spatial与其他Oracle数据库功能进 行无缝集成，如PL/SQL、Oracle Spatial SQL和Oracle Data Mining等，同时支持与其他空间数据库的互操作性 和数据交换。
PostGIS
总结词
PostGIS是PostgreSQL数据库的一个扩展，用于存储、 查询和管理空间数据。
总结词
SQL Server Spatial提供了强大的空间分析功能，支持复 杂的空间查询和数据操作。
详细描述
通过SQL Server Spatial，用户可以轻松地进行空间数据 查询、分析和可视化，支持各种空间分析任务，如缓冲区 分析、叠加分析和网络分析等。
总结词
SQL Server Spatial具有良好的兼容性和可扩展性，与其 他SQL Server数据库功能集成良好。
要点二
详细描述
GIS数据库系统提供了丰富的地理信息数据处理和分析功能 ，包括地图制作、地理信息检索、地理信息分析和地理信 息可视化等。常见的GIS数据库系统有ArcGIS、QGIS和 GRASS GIS等。
05
空间数据库的应用与 发展
空间数据库的应用领域
地理信息系统（GIS）
用于存储、查询和分析地理空间数据 ，支持地图制作、空间分析和决策支 持。
THANKS
感谢观看
总结词
MySQL Spatial提供了基本的空间分析功能，支持简单的 空间查询和数据操作。
详细描述
通过MySQL Spatial，用户可以进行基本的空间数据查询 、分析和可视化，支持一些基本的空间分析任务，如距离 计算和地理编码等。
总结词
MySQL Spatial具有良好的兼容性和可扩展性，与其他 MySQL数据库功能集成良好。
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块状编码 四叉树编码
NW NE SW SE
G GGG AGGA AG AA A
第二节 空间数据结构的类型
• 矢量数据结构 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； 矢量数据结构是通过记录坐标的方式，尽可能地将点、线、面地 理实体表现得精确无误。其坐标空间假定为连续空间，不必象栅 格数据结构那样进行量化处理。因此矢量数据能更精确地定义位 置、长度和大小.
空间对象的拓扑空间关系
• 拓扑关系是指网结构元素结点、弧段、面域之间的空间关系，主 要表现为下列三种关系：拓扑邻接关系、拓扑关联关系、拓扑包 含关系。 • 拓扑邻接指存在于空间图形的同类元素之间的拓扑关系。 • 拓扑关联指存在于空间图形的不同类元素之间的拓扑关系。 • 拓扑包含指存在于空间图形的同类但不同级的元素之间的拓扑关 系
栅格数据压缩存储的编码方法
1 2 3 4 5 6 7 8 1 A A A A A A A R 2 A A A A A R R A 3 A A A A R A A A 4 A R R R A A A A 5 R A A A G G G A 6 A A G G G G G A 7 A A G G G G G A 8 A A A A G A A A 6
多边形 数据项 A(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3),(x4,y4),(x5,y5),(x6,y6) ,(x7,y7),(x8,y8),(x9,y9),(x1,y1) B(x1,y1), (x9,y9), (x8,y8), (x17,y17), (x16,y16), (x15,y15),(x14,y14) ,(x13,y13), (x12,y12), (x11,y11),(x10,y10),(x1,y1) C(x24,y24),(x25,y25),(x26,y26),(x27,y27),(x28,y28 ),(x29,y29),(x30,y30) ,(x31,y31), (x24,y24)
点号 X Y
1
2 … n
11
33 … 55
22
44 … 66
空间对象编码唯一 连接空间和属性数据
简单的矢量数据结构 —面条结构（实体式） 12
11 13 30 10 1 2 9 8 7 6 3 4 5 18 19 20 31 24 25 29 14 28 27 26 17 16 15 23 22 21
•栅格数据图形表示
面 线
•点：为一个像元 •线：在一定方向 上连接成串的相 邻像元集合。 •面：聚集在一起 的相邻像元集合。
点
栅格数据表示的是二维表面上 的地理数据的离散化数值。在栅格数据中， 地表被分割为相互邻接、规则排列的地块， 每个地块与一个像元相对应。 因此，栅格数据的比例尺就是栅格(像元)的大小 与地表相应单元的大小之比，当像元所表示的面积较大时， 对长度、面积等的量测有较大影响。 每个像元的属性是地表相应区域内地理数据的近似值， 因而有可能产生属性方面的偏差。
矢量数据结构编码的基本内容
数据库
独立编码
点: ( x ,y ) 线: ( x1 , y1 ) , (x2 , y2 ) , … , ( xn , yn ) 面: ( x1 , y1 ) , (x2 , y2 ) , … , ( x1 , y1 )
标识码
Байду номын сангаас
属性码
存储方法 点: 点号文件 点位字典 线: 点号串 面: 点号串
2、实体类型组合
现实世界的各种现象比较复杂，往往由不同的空间单元组合 而成，复杂实体由简单实体组合表达。 点、线、面两两之间组合表达复杂的空间问题：
如：线—面
面--面
1.4、空间关系
空间关系是GIS数据描述和表达的重要内容：
一方面它为GIS数据库的有效建立，空间查询，空间分析，辅助决策等提供了最
只记录空间对象的位置坐标和属性信息，不记录拓扑关系。 D(x19,y19),(x20,y20),(x21,y21),(x22,y22),(x23,y2 存储： 3),(x15,y15),(x16,y16) ,(x19,y19) 独立存储：空间对象位置直接跟随空间对象； 点位字典：点坐标独立存储，线、面由点号组成 E(x5,y5),(x18,y18),(x19,y19),(x16,y16),(x17,y17), 特征： (x8,y8),(x7,y7) ,(x6,y6), (x5,y5) 无拓扑关系，主要用于显示、输出及一般查询 公共边重复存储，存在数据冗余，难以保证数据独立性和一致性； 多边形分解和合并不易进行，邻域处理较复杂； 处理嵌套多边形比较麻烦。 适用范围：制图及一般查询，不适合复杂的空间分析
地理数据的特征
• 属性特征：描述空间对象的特性，即是什么，如对象的类别、等 级、名称、数量等。 • 空间特征：描述空间对象的地理位置以及相互关系，又称几何特 征和拓扑特征，前者用经纬度、坐标表示，后者如F楼与E楼相 邻等。 • 时间特征：描述空间对象随时间的变化
2 空间数据的基本特征 空间数据的类型
点: 弧:
中间点 起点 终点
面:
弧段4
弧段3
弧段2 弧段1
邻接
相交
相离
包含
重合
点—点 点—线 点—面
线—线 线—面 面—面
拓扑关系的意义
1）拓扑关系能清楚地反映实体之间的逻辑结构关系。 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。 3）根据拓扑关系可重建地理实体。
举例
实体属性
基本的关系； 另一方面有助于形成标准的SQL空间查询语言，便于空间特征的存储，提取，查 询，更新等。
空间对象的拓扑空间关系
拓扑关系定义
拓扑关系是一种对空间结构关系进行明确定义的数学方法。是指图形在保 持连续状态下变形，但图形关系不变的性质。可以假设图形绘在一张高质 量的橡皮平面上，将橡皮任意拉伸和压缩，但不能扭转或折叠，这时原来 图形的有些属性保留，有些属性发生改变，前者称为拓扑属性，后者称为 非拓扑属性或几何属性。这种变换称为拓扑变换或橡皮变换。
空间数据的基本特征
一般来说，空间特征 数据包括地理实体或现象 的定位数据和拓扑数据； 属性数据包括地理实体或 现象的专题属性（名称、 分类、数量等）数据和时 间数据，而空间特征数据 和属性特征数据统称为空 间数据或地理数据。因此 空间数据的特征可概括为 空间特征和属性特征。
地 理 定 位 数 据
数
显式描述
显式表示：就是栅格中的一系列像元(点)，为 使计算机认识这些像元描述的是某一物体 而不是其它物体。 注：“c”不一定用c的形式，而可以用颜色、 符号、数字、灰度值来显示。 则得到椅子的简单数据结构为： 椅子的属性——符号／颜色——像元x
隐式表示
隐式表示：由一系列定义了始点和 终点的线及某种连接关系来描述， 线的始点和终点坐标定义为一条表 示椅子形式的矢量，线之间的指示 字，告诉计算机怎样把这些矢量连 接在一起形成椅子，隐式表示的数 据为： 椅子的属性——一系列矢量— —连接关系
第二章 空间数据结构和空间数据库
• 第一节 空间信息基础 • 第二节 空间数据结构类型 • 第三节 空间数据模型
第一节 空间信息基础
1.1、地理系统和地理实体 1、定义：
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。 2、理解： 地理实体类别及实体内容的确定是从具体需要出发的，GIS中的空间实 体是一个概括，复杂，相对的概念。
栅格数据结构：坐标系与描述参数
格网分辨率
X：行
西南角格网坐标 （XWS，YWS） Y：列
栅格单元的尺寸
1）原则：应能有效地逼近空间对象的分 布特征，又减少数据的冗余度。 格网太大，忽略较小图斑，信息丢失。 2）方法：用保证最小多边形的精度标准 来确定尺寸经验公式：
h为栅格单元边长 Ai为区域所有多边形的面积。
链式编码
5
7
起点行列号，单位矢量 R: (1,5),3,2,2,3,3,2,3
4
3 2 1
0
游程长度编码
逐行编码 数据结构: 行号, 属性, 重复次数 1, A, 4, R, 1, A, 3 正方形区域为记录单元 数据结构: 初始位置, 半径, 属性 (1,1,3,A),(1,5,1,R),(1,6,2,A),…
数字线画图 数字栅格画图 数字高程模型 数字正射影像图
1.3 实体的空间特征
1、空间对象（实体）的地图表达
点：位置：（x，y） 属性：符号 线：位置： (x1,y1),(x2,y2),…,(xn,yn) 属性：符号—形状、颜色、尺寸 面：位置：(x1,y1),(x2,y2),…,(xi,yi),…,(x1,y1) 属性：符号变化 等值线
第二节 空间数据结构的类型
• 栅格数据结构 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； 栅格数据结构分为栅格矩阵结构、游程编码结构、四叉树数 据结构、八叉树数据结构和十六叉树数据结构。
• 栅格数据图形表示
1、点实体：表示为一个像元； 2、线实体：表示为在一定方向上连接成串的相邻像 元的集合； 3、面实体：表示为聚集在一起的相邻像元的集合。
栅格矩阵（Raster Matrix)
Raster数据是二维表面上地理数据的离散量化值，每一层的pixel值组成 像元阵列（即二维数组），其中行、列号表示它的位置。 例如影像： A A A A A B B B A A B B A A A B 在计算机内是一个4*4阶的矩阵。但在外部设备上，通常是以左上角开始 逐行逐列存贮。如上例存贮顺序为：A A A A A B B B A A B B A A A B 当每个像元都有唯一一个属性值时，一层内的编码就需要m行×n列 ×3(x,y和属性编码值)个存储单元。数字地面模型就属此种情况。 这种记录栅格数据的文件常称为栅格文件，且常在文件头中存有该栅格数 据的长和宽，即行数和列数和两方向的密度。这样，具体的象元值就可连 续存储了。其特点是处理方便，但没有压缩。