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文檔簡介

1、第二章 空間數(shù)據(jù)模型和空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)空間數(shù)據(jù)模型和空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)本章內(nèi)容提要本章內(nèi)容提要 2.1 地理空間概述地理空間概述2. 2 空間數(shù)據(jù)特點空間數(shù)據(jù)特點2.3 空間數(shù)據(jù)模型空間數(shù)據(jù)模型2.4矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其表達矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其表達2.5 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其表達柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其表達2. 6矢量柵格一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矢量柵格一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2.7空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的建立空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的建立重點:重點:GISGIS空間數(shù)據(jù)的表達形式是地圖語言,矢量數(shù)據(jù)結(jié)空間數(shù)據(jù)的表達形式是地圖語言,矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是構(gòu)、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是GISGIS數(shù)據(jù)存儲、管理的基本結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)存儲、管理的基本結(jié)構(gòu)。本章內(nèi)容抽象,通過本章內(nèi)

2、容抽象,通過GIS軟件演示說明有關(guān)概念軟件演示說明有關(guān)概念2.1 地理空間概述一、空間與地理空間 空間(Space):物理學(xué)指宇宙三個相互垂直方向廣延性,天文學(xué)指時空連續(xù)體一部分 地理學(xué)上指地理空間(Geographic Space):指物質(zhì)、能量、信息的存在形式在形態(tài)、結(jié)構(gòu)過程、功能關(guān)系上的分布方式、格局及其在時間上的延續(xù)。 地理空間是地球上大氣圈、水圈、生物圈、土壤圈、巖石圈交互作用的區(qū)域。二、GIS中的地理空間和地理空間數(shù)據(jù) GIS 中的地理空間常用Geo-spatial表述。 指地球投影后,在笛卡兒坐標系中的表層特征空間 實體本身的特征、實體之間的關(guān)系特征。 用空間幾何特性、時空分布規(guī)

3、律以及實體之間關(guān)系的數(shù)據(jù)來表達地理空間數(shù)據(jù)空間實體的表達 點(Point) 線(Line) 面(Polygon) 曲面(Surface) 體(Volume) 上述形式在計算機內(nèi)識別、存儲、處理的有效性和可能性。地理信息的GIS表達 圖名/圖層名 圖框(圖廓點):由它決定圖形外邊緣的坐標值,從而確定圖形的坐標 比例尺 投影、坐標系 圖形符號 屬性數(shù)據(jù)庫:用以記錄不同層次不同專題的信息,在多媒體GIS中還可包括音頻和視頻信息。2. 2 空間數(shù)據(jù)特點空間數(shù)據(jù)特點一、GIS的空間數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)源:數(shù)據(jù)源:u地圖數(shù)據(jù)u影像數(shù)據(jù)u地形數(shù)據(jù)u屬性數(shù)據(jù)u元數(shù)據(jù)按空間數(shù)據(jù)表示的類型分類按空間數(shù)據(jù)表示的類型分類 類型

4、數(shù)據(jù):土地/土壤類型 面域數(shù)據(jù):行政區(qū) 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù):交通、電網(wǎng) 樣本數(shù)據(jù):氣象站數(shù)據(jù) 曲面數(shù)據(jù):高程點、等高線 文本數(shù)據(jù):地名 符號數(shù)據(jù):點、線、面、暈線二、空間數(shù)據(jù)基本特征 1空間特征:定位信息 2 屬性特征:屬性信息 3拓撲關(guān)系:拓撲信息 4時序性:時間信息時序性:時間信息2.3 空間數(shù)據(jù)模型 2.3.1 數(shù)據(jù)模型 2.3.2 空間數(shù)據(jù)模型 2.3.3 時空數(shù)據(jù)模型 2.3.4 三維空間模型 2.3.5 面向空間模型 2.3.6 空間數(shù)據(jù)表達與空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 通過GIS軟件演示說明空間數(shù)據(jù)模型空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(面向地物) 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(面向位置) 數(shù)據(jù)壓縮:游程編碼、四叉

5、樹 矢量柵格混合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2.4矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其表達 基于矢量模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)稱之為矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),它是面向地物的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。是利用歐幾里得(Euclid)幾何學(xué)中的點、線、面及其組合體來表示空間分布的一種數(shù)據(jù)組織方式。 簡單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(無拓撲) 拓撲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 曲面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)TIN (Triangulated Irregular Network)2.4.1 矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)概念(面向地物)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)概念(面向地物) 2.4.2 矢量數(shù)據(jù)的位置、形狀表達 0維矢量 (點)實體點、注記點、內(nèi)點、節(jié)點、角點。 1維矢量 (線)直線、弧段、鏈、網(wǎng)絡(luò) 2維矢量(面)多邊形區(qū)域 3維矢量(體)具有位置的真三維實體2.4

6、.3 拓撲結(jié)構(gòu) 拓撲結(jié)構(gòu)是明確定義空間結(jié)構(gòu)關(guān)系的一種數(shù)學(xué)方法。在GIS中用于空間數(shù)據(jù)的編輯編輯和組織組織,對空間分析空間分析和應(yīng)用應(yīng)用也非常重要。 拓撲鄰接:存在于空間圖形同類元素之間的拓撲關(guān)系。 拓撲關(guān)聯(lián):存在于空間圖形不同元素之間的拓撲關(guān)系。 拓撲包含:同類、不同級的元素拓撲關(guān)系拓撲圖示點、結(jié)點、拓撲編輯GIS利用拓撲關(guān)系的優(yōu)點 (1)不需要利用坐標或距離,可以確定地物空間位置關(guān)系 (2)有利于空間要素查詢 (3)已拓撲數(shù)據(jù)為工具,重建地理實體。2.5 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其表達 基于柵格模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),是面向位置的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),將空間分割成有規(guī)則的網(wǎng)格,在各個格上給出相應(yīng)的屬性值來表達地理實體的一

7、種數(shù)據(jù)組織形式。 柵格結(jié)構(gòu)是由規(guī)則的網(wǎng)格陣列上的象元(由行,列定義)來表示圖象元素,其地理屬性隱含在其中。 柵格數(shù)據(jù)的行和列的數(shù)目取決于柵格的分辨分辨力力和實體特征。一般地,實體特征越復(fù)雜、柵格尺寸越小、分辨力越高,則柵格數(shù)量越多(按分辨力的平方指數(shù)增加),處理成本也越高。 柵格模型行800100000001111100 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 00 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0行 列 值01 01.02 02.11列行800100000001111100 0 0 0 0

8、 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 00 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0行 列 值01 01.02 02.11列柵格數(shù)據(jù)游程編碼壓縮 游程編碼的壓縮原理可描述為:設(shè)有一個規(guī)則的柵格數(shù)字矩陣,矩陣的每行都有為整數(shù)(屬性類別或等級)的序列x1,x2,xm,現(xiàn)把屬性值相同的連續(xù)若干個柵格視為一個游程,每個游程的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為(A,P),A表示柵格的屬性值,P表示該游程最右邊柵格所在的列號。這樣,可將序列x1,x2,xm映射為K個游程,原來一行內(nèi)m個數(shù)據(jù)壓縮為K個整數(shù)對(Km)。 柵格數(shù)據(jù)四叉樹結(jié)構(gòu)壓縮 四叉樹

9、結(jié)構(gòu)壓縮的原理可描述為:將整個區(qū)域按照四個象限進行遞歸分割,(2n2n,且n1)直到子象限的數(shù)值單調(diào)為止。凡是數(shù)值(特征碼或類型值)呈單調(diào)的單元,不論單元大小,均作為最后的存儲單元。這樣,對同一種空間要素,區(qū)域格網(wǎng)的大小,隨該要素分布特征而不同。如圖4-12所示,(1)表示區(qū)域(填充部分)四分劃的過程,(2)為該區(qū)域的四叉樹,其中樹根代表整個區(qū)域,樹的每個結(jié)點有四個兒子或空,為空的結(jié)點為葉結(jié)點,葉結(jié)點對應(yīng)于區(qū)域分割時數(shù)值單調(diào)的子象限。矢量-柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對比優(yōu)優(yōu) 點點缺缺 點點矢量矢量1 便于面向地物現(xiàn)象的數(shù)據(jù)表示便于面向地物現(xiàn)象的數(shù)據(jù)表示2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)緊湊,冗余度低數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)緊湊,冗余度低3 有利于網(wǎng)絡(luò)分析有利于網(wǎng)絡(luò)分析4 圖形顯示質(zhì)量好,精度高圖形顯示質(zhì)量好,精度高1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜2 軟硬件技術(shù)要求較高軟硬件技術(shù)要求較高3 多變性疊合分析較困難多變性疊合分析較困難4顯示與繪圖成本較高顯示與繪圖成本較高柵格柵格1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單2 空間分析和地理現(xiàn)象模擬容易空間分析和地理現(xiàn)象模擬容易3 利于與遙感數(shù)據(jù)的匹配應(yīng)用和利于與遙感數(shù)據(jù)的匹配應(yīng)用和分析分析4輸出方法快,成本較低輸出方法快,成本較低1 數(shù)據(jù)量大數(shù)據(jù)量大2 投影轉(zhuǎn)換困難投影轉(zhuǎn)換困難3 現(xiàn)象識別的效果不如矢量現(xiàn)象識別的效果不如矢量4 圖形顯示質(zhì)量低圖形顯示質(zhì)量低2. 6矢量柵格

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