第二章地理信息系统的空间数据结构和数据库精选文档.ppt
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1、第二章地理信息系统的空间数据结第二章地理信息系统的空间数据结构和数据库构和数据库本讲稿第一页,共六十页地理实体的特征:(1)属性特征:用以描述事物或现象的特征,即用来说明“是什么”。(2)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,又称几何特征和拓扑特征。(3)时间特征:用以描述事物或现象随时间的变化。第一节第一节 空间数据结构空间数据结构本讲稿第二页,共六十页地理实体数据的类型:(1)属性数据:描述空间实体的属性特征的数据,也称非几何数据。描述时间特征的数据也可放入这一类。(2)几何数据:描述空间实体的空间特征的数据也称位置数据、定位数据,用X、Y坐标来表示。(3)关系数据:描述
2、空间实体之间的空间关系的数据,主要是指拓扑关系。本讲稿第三页,共六十页空间数据结构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,即指空间数据以什么形式在计算机中存储和处理。空间数据结构分为基于矢量的数据结构和基于栅格的数据结构两种。本讲稿第四页,共六十页一、一、GISGIS数据结构数据结构l矢量数据结构及其编码l栅格数据结构及其编码l矢量与栅格结构的比较与转换本讲稿第五页,共六十页矢量数据结构及其编码矢量数据结构及其编码l点实体(X,Y)l线实体(X1,Y1),(X2,Y2),(X3,Y3)(Xn,Yn)l直线l曲线(一般曲线,封闭曲线)l面实体(X1,Y1),(X2,Y2)
3、,(X3,Y3)(Xn,Yn)l面实体不仅要表示位置,还有表示区域的拓扑关系本讲稿第六页,共六十页l矢量数据结构矢量数据结构是通过记录坐标的方式,尽可能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。地将点、线、面地理实体表现得精确无误。l矢量数据能更精确地定义位置、长度和大小。矢量数据能更精确地定义位置、长度和大小。l矢量数据存储是以隐式关系以最小的存储空间矢量数据存储是以隐式关系以最小的存储空间存储复杂的数据存储复杂的数据本讲稿第七页,共六十页l矢量数据的获取方式l利用各种设备仪器采集空间坐标数据l通过栅格数据转化而来l通过纸质地图数字化得到l利用已有的数据通过模型运算
4、得到l注意事项l参照系l非空间数据l面实体的记录编码本讲稿第八页,共六十页点实体有位置,无宽度和长度;有位置,无宽度和长度;抽象的点抽象的点美国佛罗里达洲地震监测站美国佛罗里达洲地震监测站20022002年年9 9月该洲月该洲可能的可能的500500个地震位置个地震位置本讲稿第九页,共六十页线实体香港城市道路网分布香港城市道路网分布有长度,但无宽度和高度有长度,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度量实体距离本讲稿第十页,共六十页面实体具有长和宽的目标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通常用来表示自然或人
5、工的封闭多边形一般分为连续面和不连续面一般分为连续面和不连续面中国土地利用分布图(不连续面)中国土地利用分布图(不连续面)本讲稿第十一页,共六十页面实体连续变化曲面:如地形起伏,连续变化曲面:如地形起伏,整个曲面在空间上曲率变化连整个曲面在空间上曲率变化连续。续。不连续变化曲面,如土壤、森林、不连续变化曲面,如土壤、森林、草原、土地利用等,属性变化发草原、土地利用等,属性变化发生在边界上,面的内部是同质的生在边界上,面的内部是同质的本讲稿第十二页,共六十页本讲稿第十三页,共六十页矢量数据结构编码的基本内容标识码标识码属性码属性码空间对象编码唯一连接空间和属性数据数据库独立编码点:(x,y)线:
6、(x1,y1),(x2,y2),(xn,yn)面:(x1,y1),(x2,y2),(x1,y1)点位字典点:点号文件线:点号串面:点号串点号XY1112223344n5566存储方法存储方法本讲稿第十四页,共六十页矢量数据结构的特点定位明显,属性隐含定位明显,属性隐含输出图形质量好,精度高输出图形质量好,精度高用拓扑关系描述空间对象之间的关系用拓扑关系描述空间对象之间的关系面向目标操作,精度高,数据冗余度小面向目标操作,精度高,数据冗余度小与遥感等图象数据难以结合与遥感等图象数据难以结合本讲稿第十五页,共六十页栅格数据结构及其编码栅格数据结构及其编码栅格数据的概念:栅格数据结构是最简单直观的空
7、间数据结构,又称网络结构或像元结构,是指将二维平面划分为大小均匀紧密相邻的网格阵列,每个网格作为一个像元或像素,每个像元由行列号确定它的位置,且具有表示实体属性的类型或值的编码值。例如,将制图区域的平面表像按一定的分解力作行和列的规则划分,就形成一个栅格阵列。根据所表示的表像信息,各个像元可用不同的“灰度值”来表示,但每个像元被认为是内部一致的基本单元。由平面表像对应位置上像元灰度值所组成的矩阵形式的数据就是栅格数据。本讲稿第十六页,共六十页(a)三角形(b)菱形(c)六边形 栅格数据结构表示的是不连续的、量化和近似离散的数据,代表像素的网格通常为正方形,有时也采用、等边三角形、菱形和六边形等
8、。本讲稿第十七页,共六十页点线面对于栅格数据结构点: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。本讲稿第十八页,共六十页l栅格数据栅格数据:栅格数据结构就是像元阵列,每个栅格数据结构就是像元阵列,每个像元的行列号确定位置,用像元值表示空间对像元的行列号确定位置,用像元值表示空间对象的类型、等级等特征。每个栅格单元只能存象的类型、等级等特征。每个栅格单元只能存在一个值。在一个值。l位置很容易隐含位置很容易隐含l代码代表实体的属性或属性的编码代码代表实体的属性或属性的编码本讲稿第十九页,共六十页l栅格数计的获取方式l来自于遥感数据l来自于对图片的扫描l用矢量数据
9、转换而来l由手工方法获得为了保证数据的质量,在确定栅格数据中某一像元点的代码时,通常采用如下方法:本讲稿第二十页,共六十页(1 1)中心归属法)中心归属法每个栅格单元的值,根据该栅格中心点所在面域的属性来确定,如下图所示。中心点O落在代码A的地物范围内,根据中心点法规则,该矩形区域相应的栅格代码为A。中心点法常用于具有连续分布特性的地理要素,如人口密度图、灾害现状图等。本讲稿第二十一页,共六十页(2 2)面积占优法)面积占优法每个栅格单元的抽样编码,以占矩形区域面积最大的地物类型来决定,如上图C类地物所占面积最大,故相应栅格抽样编码应定为C。面积占优法常用于分类较细,地物类别斑块较小的情况。(
10、3 3)长度占优法)长度占优法每个栅格单元的抽样编码,根据栅格中线(水平或垂直)的全部或主要部分所处面域的属性来确定。本讲稿第二十二页,共六十页(4 4)重要性法)重要性法每个栅格单元的抽样编码,根据栅格内不同地物的重要性,选取最重要的地物类型来决定相应的栅格单元编码。如上图所示,设B类地物为最重要的地物类型,则栅格单元的编码应为B。重要性法常用于具有特殊意义且面积相对较小的地理要素,特别点状、线状地理要素,如城镇、居民点、交通线、河流等,在栅格编码中应尽量表示这些重要地物类型。本讲稿第二十三页,共六十页栅格数据结构:坐标系与描述参数Y Y:列:列X X:行:行西南角格网坐标西南角格网坐标(X
11、WSXWS,YWSYWS)格网分辨率格网分辨率单元尺寸单元尺寸本讲稿第二十四页,共六十页栅格坐标系的确定表示具有空间分布特征的地理要素,不论采用什么编码系统,什么数据结构(矢、栅)都应在统一的坐标系统下,而坐标系的确定实质是坐标系原点和坐标轴的确定坐标系原点和坐标轴的确定。由于栅格编码一般用于区域性GIS,原点的选择常具有局部性质,但为了便于区域的拼接,栅格系统的起始坐标应与国家基本比例尺地形栅格系统的起始坐标应与国家基本比例尺地形图公里网的交点相一致,并分别采用公里网的图公里网的交点相一致,并分别采用公里网的纵横坐标轴作为栅格系统的坐标轴纵横坐标轴作为栅格系统的坐标轴。本讲稿第二十五页,共六
12、十页栅格单元的尺寸栅格单元的尺寸确定的原则是应能有应能有 效地逼近空间对象的分布特征,又减少数据效地逼近空间对象的分布特征,又减少数据的冗余度的冗余度。格网太大,忽略较小图斑,信息丢失。一般讲实体特征愈复杂,栅格尺寸越小,分辨率愈高,然而栅格数据量愈大,按分辨率的平方指数增加,计算机成本就越高,处理速度越慢。具体可采用保证最小多边形的精度标准保证最小多边形的精度标准来确定尺寸的方法。本讲稿第二十六页,共六十页栅格数据压缩存储的编码方法栅格数据压缩存储的编码方法AAAAARAAARAAARAARAAAAAAAAAGGAAGGGGGGGAGGGAGGAAAAAARAAAARAAARRAAA1432
13、58761234567801234567起点行列号,单位矢量R:(1,5),3,2,2,3,3,2,3链式编码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,4块状编码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),NESWNWSEGGGGAGGAAGAAA四叉树编码本讲稿第二十七页,共六十页直接栅格编码直接栅格编码将栅格数据看作一个数据矩阵,逐行(或逐列)记录代码,可以每行都从左到右记录,也可以奇数行从左到右,偶数行从又到左记录。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,
14、即行数和列数以及两方向的密度。这样,具体的像元值就可以连续存储了。其特点是处理方便,但没有压缩。本讲稿第二十八页,共六十页AAAAABBBAABBAABB编码方式为:AAAAABBBAABBAABB本讲稿第二十九页,共六十页游程长度编码游程长度编码(RunLengthCodes)游程长度编码的基本思想是:按行扫描,将相邻等值的像元合并,并记录代码的重复个数。问:对左图的进行游程长度编码。其编码为:22522171527355本讲稿第三十页,共六十页块式编码块式编码块式编码块式编码(BlockCodes)(BlockCodes)块式编码是将游程长度编码扩大到二维的情况,把多边形范围划分成由像元组
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