第2章地理空間現(xiàn)象的計(jì)算機(jī)表達(dá)課件

空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)

李瑞改1地理空間及其表達(dá)地理空間空間實(shí)體空間實(shí)體的描述空間實(shí)體的表達(dá)方式空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型矢量結(jié)構(gòu)柵格結(jié)構(gòu)TIN數(shù)據(jù)模型第二章地理空間現(xiàn)象的計(jì)算機(jī)表達(dá)2地理現(xiàn)象的表達(dá)現(xiàn)實(shí)世界

空間數(shù)據(jù)地圖遙感影像特征關(guān)系行為觀察選擇抽象綜合測(cè)量：位置編碼：屬性建立關(guān)系：表達(dá)3第一節(jié)地理空間及其表達(dá)

地理空間是指物質(zhì)、能量、信息的形式與形態(tài)、結(jié)構(gòu)過程、功能關(guān)系上的分布方式和格局及其在時(shí)間上的延續(xù)。建立在地理空間坐標(biāo)系基礎(chǔ)上地理坐標(biāo)（經(jīng)度、緯度）是描述地理空間信息最直接的方法。4地理空間坐標(biāo)系地理坐標(biāo)系是以地理極(北極、南極)為極點(diǎn)。通過P點(diǎn)作橢球面的垂線，稱之為過P點(diǎn)的法線。法線與赤道面的交角，叫做P點(diǎn)的緯度α（Latitude）

。

過P點(diǎn)的子午面與通過英國(guó)格林尼治天文臺(tái)的子午面所夾的二面角，叫做P點(diǎn)的經(jīng)度λ（Longitude）。

5地圖坐標(biāo)系地圖坐標(biāo)系由大地基準(zhǔn)面和地圖投影確定。大地基準(zhǔn)面是利用特定橢球體對(duì)特定地區(qū)地球表面的逼近，因此每個(gè)國(guó)家或地區(qū)均有各自的大地基準(zhǔn)面，我們通常稱謂的北京54坐標(biāo)系、西安80坐標(biāo)系實(shí)際上指的是我國(guó)的兩個(gè)大地基準(zhǔn)面。6國(guó)家高程基準(zhǔn)56年黃海高程基準(zhǔn)系以青島驗(yàn)潮站1950—1956年驗(yàn)潮資料算得的平均海面為零的高程系統(tǒng)。原點(diǎn)設(shè)在青島市觀象山。該原點(diǎn)以“1956年黃海高程系”計(jì)算的高程為72．289米。85國(guó)家高程基準(zhǔn)是指以青島水準(zhǔn)原點(diǎn)和青島驗(yàn)潮站1952年到1979年的驗(yàn)潮數(shù)據(jù)確定的黃海平均海水面所定義的高程基準(zhǔn)，其水準(zhǔn)點(diǎn)起算高程為72.260米。7地圖投影：投影實(shí)質(zhì)投影面地球8地圖投影我國(guó)的基本比例尺地形圖(1:5千，1:1萬，1:2.5萬，1:5萬，1:10萬，1:25萬，1:50萬，1:100萬)中：大于等于50萬的均采用高斯-克呂格投影(Gauss-Kruger)，這是一個(gè)等角橫切橢圓柱投影，又叫橫軸墨卡托投影(TransverseMercator)；小于50萬的地形圖采用等角正軸割園錐投影，又叫蘭勃特投影(LambertConformalConic)；海上小于50萬的地形圖多用等角正軸圓柱投影，又叫墨卡托投影(Mercator)。9地圖坐標(biāo)系我國(guó)參照前蘇聯(lián)從1953年起采用克拉索夫斯基(Krassovsky)橢球體建立了我國(guó)的北京54坐標(biāo)系。1978年采用國(guó)際大地測(cè)量協(xié)會(huì)推薦的IAG75地球橢球體建立了我國(guó)新的大地坐標(biāo)系--西安80坐標(biāo)系。目前GPS定位所得出的結(jié)果都屬于WGS84坐標(biāo)系統(tǒng)，WGS84基準(zhǔn)面采用WGS84橢球體，它是一地心坐標(biāo)系，即以地心作為橢球體中心的坐標(biāo)系。10我國(guó)的大地坐標(biāo)系1954北京坐標(biāo)系大地原點(diǎn)在原蘇聯(lián)的普爾科沃

采用克拉索夫斯基橢球高程基準(zhǔn)為1956年青島驗(yàn)潮站求出的黃海平均海水面

54坐標(biāo)系統(tǒng)普遍低于我國(guó)的大地水準(zhǔn)面，平均誤差為29米左右。1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系選用1975年國(guó)際大地測(cè)量協(xié)會(huì)推薦的國(guó)際橢球赤道半徑=6378140.0000000000m極半徑=6356755.2881575287m地球扁率=1/298.257國(guó)家原點(diǎn)設(shè)在陜西省涇陽縣

高程基準(zhǔn)：1985國(guó)家高程基WGS84坐標(biāo)系統(tǒng)（地心坐標(biāo)系）美國(guó)國(guó)防部在1984年建立了世界大地測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng)（WorldGeodeticSystem，WGS-84），目前GPS定位所得出的結(jié)果都屬于WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)。11高斯-克呂格投影由德國(guó)數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家、天文學(xué)家高斯于19世紀(jì)20年代擬定，后經(jīng)德國(guó)大地測(cè)量學(xué)家克呂格于1912年對(duì)投影公式加以補(bǔ)充，故稱為高斯-克呂格投影

12高斯-克呂格投影高斯-克呂格投影是按分帶方法各自進(jìn)行投影，故各帶坐標(biāo)成獨(dú)立系統(tǒng)。以中央經(jīng)線投影為縱軸(x),赤道投影為橫軸(y),兩軸交點(diǎn)即為各帶的坐標(biāo)原點(diǎn)。縱坐標(biāo)以赤道為零起算，赤道以北為正，以南為負(fù)。我國(guó)位于北半球，縱坐標(biāo)均為正值。橫坐標(biāo)如以中央經(jīng)線為零起算，中央經(jīng)線以東為正，以西為負(fù)，橫坐標(biāo)出現(xiàn)負(fù)值，使用不便，故規(guī)定將坐標(biāo)縱軸西移500公里當(dāng)作起始軸，凡是帶內(nèi)的橫坐標(biāo)值均加500公里。由于高斯-克呂格投影每一個(gè)投影帶的坐標(biāo)都是對(duì)本帶坐標(biāo)原點(diǎn)的相對(duì)值，所以各帶的坐標(biāo)完全相同，為了區(qū)別某一坐標(biāo)系統(tǒng)屬于哪一帶，在橫軸坐標(biāo)前加上帶號(hào)，如(4231898m,21655933m)，其中21即為帶號(hào)。13高斯-克呂格投影14高斯投影分帶1522帶投影參數(shù)地圖投影名稱：TransverseMercator單位：meters橢球體：Krasovsky_1940中央經(jīng)線變形比：1.0中央經(jīng)線：129.0投影起始緯度：0.0東偏移量：22500000北偏移量：016地形圖分幅編號(hào)1:100萬地形圖的分幅和編號(hào)是國(guó)際上統(tǒng)一規(guī)定的，從赤道起向兩極緯差每4°為1列，將南北半球分別分成22列依次以字母A、B、C、D、…V表示；由經(jīng)度180°起，從西向東，每經(jīng)差6°為一行，將全球分成60行，依次用數(shù)字1、2、3、4、…60表示，采用“橫列號(hào)–行號(hào)”編號(hào)表示。列在前行在后，用“–”連接。17第二節(jié)地理空間實(shí)體

一、空間實(shí)體（spatialentity）含義空間實(shí)體——指具有確定的位置和形態(tài)特征并具有地理意義的地理空間物體。是地理信息系統(tǒng)中不可再分的最小單元現(xiàn)象屬性是空間實(shí)體已定義的特征空間實(shí)體：是指現(xiàn)實(shí)世界中地理實(shí)體的最小抽象單位,主要包括點(diǎn)、線和面三種類型.空間檢索的目的是對(duì)給定的空間坐標(biāo),能夠以盡快的速度搜索到坐標(biāo)范圍內(nèi)的空間對(duì)象,進(jìn)而對(duì)空間對(duì)象進(jìn)行拓?fù)潢P(guān)系的分析處理。18第二節(jié)地理空間實(shí)體及地圖表示

一、空間實(shí)體（spatialentity）含義空間實(shí)體：在空間數(shù)據(jù)中不可再分的最小單元被稱為空間實(shí)體.空間實(shí)體是對(duì)存在于自然界中的地理實(shí)體進(jìn)行抽象,主要包括點(diǎn)、線、面和實(shí)體等基本類型空間實(shí)體：地理信息系統(tǒng)將不可再分的最小單元稱為空間實(shí)體,如:一條斷裂、一個(gè)湖泊、一個(gè)高程點(diǎn)等,它們?cè)贕IS中是用矢量數(shù)據(jù)點(diǎn)、線、面表述的。19第二節(jié)地理空間實(shí)體及地圖表示

一、空間實(shí)體（spatialentity）含義地理實(shí)體：地理實(shí)體是指在地球表層系統(tǒng)中與人類活動(dòng)有關(guān)的物質(zhì)實(shí)體如城市、資源中心、

企業(yè)等它們的顯著特點(diǎn)就是具有內(nèi)在的結(jié)構(gòu)、獨(dú)占的地理位置和相對(duì)高的密度呈離散分布狀態(tài)。地理實(shí)體是指現(xiàn)實(shí)中的地理物體和地理現(xiàn)象它表現(xiàn)在地圖上稱為地圖元素.從圖形學(xué)的角度看地理實(shí)體可看作基本的圖原地圖則是圖原按地理位置組成的復(fù)合圖形。20二、空間實(shí)體空間實(shí)體指具有確定的位置和形態(tài)特征并具有地理意義的地理空間物體，空間實(shí)體具有確定的形態(tài)（可以不可見），空間實(shí)體的空間屬性和非空間屬性。以空間實(shí)體為定義域，隨空間實(shí)體的延展而變化的地理現(xiàn)象（變量）成為空間屬性，例如河流深度、水流速度、水面寬度、土壤類型等?？臻g實(shí)體的非空間屬性空間實(shí)體的空間屬性不隨空間實(shí)體的延展而變化的地理現(xiàn)象（變量）成為非空間屬性，例如河流名字、城市人口等。21第二節(jié)地理空間實(shí)體三、實(shí)體的維數(shù)和延展度1、維數(shù)維度（又稱維數(shù)）是數(shù)學(xué)中獨(dú)立參數(shù)的數(shù)目。在物理學(xué)和哲學(xué)的領(lǐng)域內(nèi)，指獨(dú)立的時(shí)空坐標(biāo)的數(shù)目。與分析空間相關(guān)！三維空間：四維時(shí)空（三維空間+時(shí)間維）：多維空間2、延展度空間物體的延展度反映了空間實(shí)體的空間延展特性。22第三節(jié)空間實(shí)體的數(shù)據(jù)描述一、空間實(shí)體的數(shù)據(jù)抽象現(xiàn)實(shí)世界經(jīng)過抽象形成概念世界，然后形成數(shù)據(jù)世界。把現(xiàn)實(shí)世界的地理事物表示成各種數(shù)字和字符形式，并記錄在計(jì)算機(jī)中，形成數(shù)據(jù)世界?，F(xiàn)實(shí)世界概念（數(shù)據(jù)）模型信息世界（邏輯）數(shù)據(jù)模型機(jī)器世界認(rèn)識(shí)抽象轉(zhuǎn)換信息的抽象過程實(shí)際上涉及到信息的三種不同世界：現(xiàn)實(shí)世界、信息世界和機(jī)器世界。按照不同的應(yīng)用層次可以把數(shù)據(jù)模型劃分為概念（數(shù)據(jù)）模型和（邏輯）數(shù)據(jù)模型。23第三節(jié)空間實(shí)體的數(shù)據(jù)描述二、實(shí)體對(duì)象的描述基于實(shí)體對(duì)象的描述—對(duì)象模型基于場(chǎng)的描述—場(chǎng)模型基于網(wǎng)絡(luò)的描述—網(wǎng)絡(luò)模型空間數(shù)據(jù)的概念模型分為三類：（根據(jù)GIS數(shù)據(jù)組織和處理方式來進(jìn)行劃分）24（1）對(duì)象模型對(duì)象模型，也稱作要素模型，將研究的整個(gè)地理空間看成一個(gè)空域，地理現(xiàn)象和空間實(shí)體作為獨(dú)立的對(duì)象分布在該空域中。按照其空間特征分為點(diǎn)、線、面、體四種基本對(duì)象，對(duì)象也可能由其他對(duì)象構(gòu)成復(fù)雜對(duì)象，并且與其他分離的對(duì)象保持特定的關(guān)系。對(duì)象模型一般適合于對(duì)具有明確邊界的地理現(xiàn)象進(jìn)行抽象建模，如建筑物、道路等現(xiàn)象，因?yàn)檫@些現(xiàn)象可被看作是離散的單個(gè)地理現(xiàn)象。對(duì)象模型把地理現(xiàn)象當(dāng)作空間要素（Feature）或空間實(shí)體（Entity）。25（2）場(chǎng)模型場(chǎng)模型，也稱作域（field）模型，是把地理空間中的現(xiàn)象作為連續(xù)的變量或體來看待，如大氣污染程度、地表溫度、土壤濕度、地形高度以及大面積空氣和水域的流速和方向等。根據(jù)不同的應(yīng)用，場(chǎng)可以表現(xiàn)為二維或三維。一個(gè)二維場(chǎng)就是在二維空間R2中任意給定的一個(gè)空間位置上，都有一個(gè)表現(xiàn)某現(xiàn)象的屬性值，即A＝f(x，y)。一個(gè)三維場(chǎng)是在三維空間R3中任意給定一個(gè)空間位置上，都對(duì)應(yīng)一個(gè)屬性值，即A＝f(x，y，z)。由于連續(xù)變化的空間現(xiàn)象難以觀察，在研究實(shí)際問題中，往往在有限時(shí)空范圍內(nèi)獲取足夠高精度的樣點(diǎn)觀測(cè)值來表征場(chǎng)的變化。26（3）網(wǎng)絡(luò)模型網(wǎng)絡(luò)模型與對(duì)象模型的某些方面相同，都是描述不連續(xù)的地理現(xiàn)象，不同之處在于它需要考慮通過路徑相互連接多個(gè)地理現(xiàn)象之間的連通情況?，F(xiàn)實(shí)世界許多地理事物和現(xiàn)象可以構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，如公路、鐵路、通訊線路、管道等，都可以表示成相應(yīng)的點(diǎn)之間的連線，由此構(gòu)成現(xiàn)實(shí)世界中多種多樣的地理網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)是由一系列節(jié)點(diǎn)和環(huán)鏈組成的，從本質(zhì)上看與對(duì)象模型沒有本質(zhì)的區(qū)別。按照基于對(duì)象的觀點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)模型也可以看成對(duì)象模型的一個(gè)特例，它是由點(diǎn)對(duì)象和線對(duì)象之間的拓?fù)淇臻g關(guān)系構(gòu)成的。因此可將空間數(shù)據(jù)概念模型歸結(jié)為對(duì)象模型（或稱要素模型）和場(chǎng)模型（或稱域模型）兩類。27第三節(jié)空間實(shí)體的數(shù)據(jù)描述三、基于實(shí)體對(duì)象的描述1.實(shí)體對(duì)象的概念：實(shí)體對(duì)象（entityobject）：被定義了特定編號(hào)的實(shí)體稱為實(shí)體對(duì)象。實(shí)體具備的三個(gè)基本條件：

（1）被識(shí)別；（2）重要（與問題相關(guān)）（3）可被描述（有特征）點(diǎn)狀：氣象站、山峰、企事業(yè)單位等線狀：河流、海岸線、鐵路、行政邊界等面狀：土地利用模式、湖泊等體狀：樓體、涼亭28第三節(jié)空間實(shí)體的數(shù)據(jù)描述三、基于實(shí)體對(duì)象的描述2、主要的實(shí)體對(duì)象（1）點(diǎn)對(duì)象點(diǎn)是有特定的位置、維數(shù)為零的實(shí)體，包括以下5類。1)點(diǎn)實(shí)體(pointentity)：用來代表一個(gè)實(shí)體。2)注記點(diǎn):用于定位注記。3)內(nèi)點(diǎn)(labelpoint)：用于記錄多邊形的屬性，存在于多邊形內(nèi)。4)結(jié)點(diǎn)(node)：表示線的終點(diǎn)和起點(diǎn)。5)特征點(diǎn)(vertex)：表示線段和弧段的內(nèi)部點(diǎn)。29點(diǎn)（point）實(shí)體有位置，無寬度和長(zhǎng)度；抽象的點(diǎn)數(shù)據(jù)描述方式：(x,y)美國(guó)佛羅里達(dá)洲地震監(jiān)測(cè)站2002年9月該洲可能的500個(gè)地震位置302、主要的實(shí)體對(duì)象（2）線對(duì)象線對(duì)象是維度為1的空間實(shí)體，由一系列坐標(biāo)表示，并有如下特征。實(shí)體長(zhǎng)度：從起點(diǎn)到終點(diǎn)的總長(zhǎng)。彎曲度：用于表示彎曲的程度，如道路拐彎時(shí)。方向性：水流方向是從上游到下游，公路則有單向與雙向之分。

線狀實(shí)體包括線段、邊界、鏈、弧段、網(wǎng)絡(luò)等。第三節(jié)空間實(shí)體的數(shù)據(jù)描述三、基于實(shí)體對(duì)象的描述31線(line)實(shí)體有長(zhǎng)度，但無寬度和高度用來描述線狀實(shí)體，通常在網(wǎng)絡(luò)分析中使用較多度量實(shí)體距離數(shù)據(jù)描述方式：(x1,y1)(x2,y2)(x3,y3)(x4,y4)…香港城市道路網(wǎng)分布322、主要的三類實(shí)體對(duì)象（3）多邊形對(duì)象面狀實(shí)體也稱為多邊形，是對(duì)湖泊、島嶼、地塊等一類現(xiàn)象的描述。通常由一封閉曲線加內(nèi)點(diǎn)來表示。1)面積范圍;2)周長(zhǎng);3)獨(dú)立性或與其他的地物相鄰，如中國(guó)及其周邊國(guó)家;4)內(nèi)島，如島嶼的海岸線封閉所圍成的區(qū)域等。重疊與非重疊現(xiàn)象第三節(jié)空間實(shí)體的數(shù)據(jù)描述三、基于實(shí)體對(duì)象的描述33面(polygon)實(shí)體具有長(zhǎng)和寬的目標(biāo)通常用來表示自然或人工的封閉多邊形一般分為連續(xù)面和不連續(xù)面中國(guó)土地利用分布圖（不連續(xù)面）數(shù)據(jù)描述方式：(x1,y1)(x2,y2)(x3,y3)(x4,y4)…(x1,y1)

34空間對(duì)象：面(surface)連續(xù)變化曲面：如地形起伏，整個(gè)曲面在空間上曲率變化連續(xù)。不連續(xù)變化曲面，如土壤、森林、草原、土地利用等，屬性變化發(fā)生在邊界上，面的內(nèi)部是同質(zhì)的。35空間對(duì)象：體(Solid)有長(zhǎng)、寬、高的目標(biāo)通常用來表示人工或自然的三維目標(biāo)，如建筑、礦體等三維目標(biāo)香港理工大學(xué)校園建筑數(shù)據(jù)描述方式：(x1,y1,z1)(x2,y2,z2)(x3,y3,z3)(x4,y4,z4)…36第三節(jié)空間實(shí)體的數(shù)據(jù)描述四、基于場(chǎng)的描述把地理空間的事物和現(xiàn)象作為連續(xù)的變量看待。主要作用：模擬具有一定空間內(nèi)連續(xù)分布特點(diǎn)的現(xiàn)象。二維場(chǎng)模型、三維場(chǎng)模型。類型：

（1）圖斑模型（用數(shù)學(xué)函數(shù)表示某一屬性的變化）；（2）等值線模型（等高、等溫）；（3）選樣模型（離散點(diǎn)、斷面線、不規(guī)則三角網(wǎng)、規(guī)則網(wǎng)格）371、圖斑模型圖斑模型將一個(gè)地理空間劃分成一些簡(jiǎn)單的連通域，每個(gè)區(qū)域用一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)函數(shù)表示一種主要屬性的變化。根據(jù)表示地理現(xiàn)象的不同，可以對(duì)應(yīng)不同類型的屬性函數(shù)。（1）常量——最簡(jiǎn)單每個(gè)區(qū)域中的屬性函數(shù)值保持一個(gè)常數(shù)。圖斑模型常常被用于描述土壤類型、土地利用現(xiàn)狀、植被以及生物的空間分布。除了單一屬性值，還有多屬性值的情況。（2）線性函數(shù)對(duì)平面上劃分的每個(gè)區(qū)域，對(duì)應(yīng)的屬性函數(shù)值的變化不是常量，而是一個(gè)線性函數(shù)。如：地表模擬（3）高階函數(shù)有些情況下，在一個(gè)區(qū)域內(nèi)，要求屬性函數(shù)為一個(gè)高階函數(shù)，用以提高表示的精確性。第三節(jié)空間實(shí)體的數(shù)據(jù)描述四、基于場(chǎng)的描述382、等值線模型等值線的特點(diǎn)：（1）場(chǎng)經(jīng)常被視為由一系列等值線組成；（2）一條等值線就是地面上所有具有相同屬性值的點(diǎn)的有序集合；（3）用一組等值線將地理空間劃分成一些區(qū)域，每個(gè)區(qū)域中的屬性值的變化是相鄰的兩條等值線的連續(xù)插值；（4）每條線唯一值；（5）兩條等值線不相交；例如：地形——等高線；海底地形——等深線第三節(jié)空間實(shí)體的數(shù)據(jù)描述四、基于場(chǎng)的描述393、選樣模型地理空間上的屬性值是通過采集有限個(gè)點(diǎn)的屬性值來確定的。（1）離散點(diǎn)

X、Y：絕對(duì)坐標(biāo)值；Z由周圍高程值插值計(jì)算（2）斷面線記錄的內(nèi)容包括：DEM起始點(diǎn)坐標(biāo)X0、Y0，斷面線間隔DX或DY（3）不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）（4）規(guī)則網(wǎng)格全覆蓋、不重疊第三節(jié)空間實(shí)體的數(shù)據(jù)描述四、基于場(chǎng)的描述40414243第三節(jié)空間實(shí)體的數(shù)據(jù)描述五、場(chǎng)模型與實(shí)體對(duì)象模型的對(duì)比場(chǎng)模型與實(shí)體對(duì)象模型的共存！思維方式的差異44第三節(jié)空間實(shí)體的數(shù)據(jù)描述五、場(chǎng)模型與實(shí)體對(duì)象模型的對(duì)比場(chǎng)模型——柵格數(shù)據(jù)表示實(shí)體對(duì)象模型——矢量數(shù)據(jù)表示45第四節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（隱式表示）—基于坐標(biāo)的柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（顯式表示）—基于格點(diǎn)的46常用的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)XYijx1y1x2y2xiyixn

yn47一、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)概念：矢量結(jié)構(gòu)是通過記錄坐標(biāo)的方式來表示點(diǎn)、線、面等地理實(shí)體。特點(diǎn)：定位明顯、屬性隱含能最好地逼近地理實(shí)體的空間分布特征數(shù)據(jù)精度高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)冗余度低便于進(jìn)行地理實(shí)體的網(wǎng)絡(luò)分析對(duì)多層空間數(shù)據(jù)的疊合分析比較困難48它是一種非拓樸矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，地物用一系列坐標(biāo)串來表示，是較簡(jiǎn)便的矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。1.Spaghetti矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)P1(79,72)R1(6,0)(37,32)P1,(79,72)R1,(6,0),(37,32)(44,95)(64,95)P2P3(44,70)F1F1,(44,95),(64,95),(64,70),(44,70),(44,95)

(64,70)49(1)實(shí)體的表示方法：點(diǎn)要素：唯一標(biāo)識(shí)碼，（X，Y）線要素：唯一標(biāo)識(shí)碼，（X1，Y1），…,（Xn,Yn）多邊形要素：唯一標(biāo)識(shí)碼，(X1,Y1)，…，（Xn,Yn）,(X1,Y1)1.Spaghetti矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)50（2）Spaghetti結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)地理要素被當(dāng)成單個(gè)對(duì)象來進(jìn)行組織不能表示對(duì)象之間的關(guān)系結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)重復(fù)存儲(chǔ)，造成數(shù)據(jù)冗余和不一致數(shù)據(jù)間無拓?fù)潢P(guān)聯(lián)島是單個(gè)圖形，與外界多邊形無聯(lián)系不易進(jìn)行多邊形分解和合并，鄰域處理較復(fù)雜1.Spaghetti矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)512.索引數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)---樹狀索引結(jié)構(gòu)索引數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是：可以直接反映點(diǎn)、線、面之間的結(jié)構(gòu)組成關(guān)系減少存儲(chǔ)的存儲(chǔ)空間一、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)結(jié)點(diǎn)折點(diǎn)線段多邊形52F1F2F3L1L2L3L4P1P2P3P4P5P6P7P8P9P10P11結(jié)點(diǎn)折點(diǎn)線段多邊形2.索引數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)F1F2F3L4L2L3L1P3P9P10P11P3P1P6P5P4P2P2P7P8P1P1P253線與多邊形之間的樹狀索引

5455點(diǎn)與線之間的樹狀索引553.拓?fù)涫噶繑?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

結(jié)點(diǎn)折點(diǎn)弧段多邊形點(diǎn)、弧段和多邊形的拓?fù)潢P(guān)系(1)拓?fù)涫噶繑?shù)據(jù)組織56(1)拓?fù)涫噶繑?shù)據(jù)組織基本對(duì)象：點(diǎn)、弧段、鏈段特點(diǎn)：點(diǎn)是相互獨(dú)立的，點(diǎn)連成線，線構(gòu)成面拓?fù)渚庉嫞鹤詣?dòng)查錯(cuò)編輯和自動(dòng)生成多邊形邊界便于進(jìn)行數(shù)據(jù)組織和數(shù)據(jù)分析3.拓?fù)涫噶繑?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

57F1F2F3L1L2L3L4P1P2P3P4P5P6P7P8P9P10P11結(jié)點(diǎn)折點(diǎn)弧段多邊形三、

拓?fù)涫噶繑?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

583.拓?fù)涫噶繑?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

(2)拓?fù)潢P(guān)系的表示結(jié)點(diǎn)拓?fù)潢P(guān)系線拓?fù)潢P(guān)系鏈-結(jié)點(diǎn)關(guān)系鏈-面關(guān)系多邊形拓?fù)潢P(guān)系59F1F2F3L1L2L3L4P1P2P33.拓?fù)涫噶繑?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

(2)拓?fù)潢P(guān)系的表示結(jié)點(diǎn)拓?fù)潢P(guān)系結(jié)點(diǎn)弧段P1-L1,L2,-L3P2L1,-L2,L3P3L460F1F2F3L1L2L3L4P1P2P33.拓?fù)涫噶繑?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

(2)拓?fù)潢P(guān)系的表示弧段結(jié)點(diǎn)左多邊形右多邊形L1P2P10F3L2P1P20F2L3P2P1F3F2L4P3P3F2F1線拓?fù)潢P(guān)系61F1F2F3L1L2L3L4P1P2P3三、

拓?fù)涫噶繑?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

(2)拓?fù)潢P(guān)系的表示多邊形拓?fù)潢P(guān)系面鏈F1L4F2L2，L3，-L4F3L1，-L362點(diǎn)文件點(diǎn)號(hào)

弧段號(hào)

N1C3C1N4N2-C1-C2C5N3-C3C2C10N4-C4C6C8N5-C6-C5C7N6-C7-C8-C10N7C9C4N4C8C6P3C7N6C10N3C3N1P1C2N2C1P2C5N5P4P5C9N763拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)C4N4C8C6P3C7N6C10N3C3N1P1C2N2C1P2C5N5P4P5C9N7弧段號(hào)起結(jié)點(diǎn)終結(jié)點(diǎn)左多邊形右多邊形C1N1N2P2P1C2N3N2P1P4C3N1N3P1?C4N1N4?P2C5N2N5P2P4C6N4N5P3P2C7N5N6P3P4C8N4N6?P3C9N7N7P4P5C10N3N6P4?弧段文件64多邊形文件多邊形號(hào) 弧段號(hào) P1 C1,-C2,-C3 P2C6,-C5,-C1,C4 P3 C8,-C7,-C6 P4-C10,C2,C5,C7,-C9P5C9C4N4C8C6P3C7N6C10N3C3N1P1C2N2C1P2C5N5P4P5C9N765拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)C4N4C8C6P3C7N6C10N3C3N1P1C2N2C1P2C5N5P4P5C9N7弧段號(hào)起結(jié)點(diǎn)終結(jié)點(diǎn)左多邊形右多邊形C1N1N2P2P1C2N3N2P1P4C3N1N3P1?C4N1N4?P2C5N2N5P2P4C6N4N5P3P2C7N5N6P3P4C8N4N6?P3C9N7N7P4P5C10N3N6P4?弧段文件66矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的屬性數(shù)據(jù)表達(dá)點(diǎn)狀對(duì)象目標(biāo)標(biāo)識(shí)目標(biāo)標(biāo)識(shí)地物編碼坐標(biāo)關(guān)聯(lián)的線目標(biāo)精度控制點(diǎn)等級(jí)測(cè)量單位測(cè)量年限線狀對(duì)象目標(biāo)標(biāo)識(shí)目標(biāo)標(biāo)識(shí)地物編碼坐標(biāo)串起點(diǎn)、終點(diǎn)、左面、右面路面材料等級(jí)修建時(shí)間寬度管養(yǎng)單位…………面狀對(duì)象目標(biāo)標(biāo)識(shí)目標(biāo)標(biāo)識(shí)地物編碼邊界目標(biāo)號(hào)建筑日期所有者建筑面積建筑單位結(jié)構(gòu)……空間對(duì)象地物編碼地物名稱制圖顏色幾何類型制圖符號(hào)編碼屬性表明地物類型特征與制圖屬性67矢量數(shù)據(jù)（1）68矢量數(shù)據(jù)（2）69二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

1.概念：

指將空間分割成各個(gè)規(guī)則的網(wǎng)格單元，然后在各個(gè)格網(wǎng)單元內(nèi)賦以空間對(duì)象相應(yīng)的屬性值的一種數(shù)據(jù)組織方式。ij70二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格單元的值——中心取值和區(qū)域取值712.特點(diǎn)：地理要素表達(dá)直觀；容易實(shí)現(xiàn)多元數(shù)據(jù)的疊合操作等空間分析；有利于與遙感圖像及掃描數(shù)據(jù)相匹配建庫和使用；輸出方法快速，成本比較低廉；不適于進(jìn)行比例尺變化和投影變換；圖形數(shù)據(jù)量大；精度取決于網(wǎng)格的邊長(zhǎng)；網(wǎng)絡(luò)分析和建立網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系比較困難。二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)72二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3.實(shí)體表示73表示點(diǎn)

點(diǎn)使用離散分布的單個(gè)單元格來表示，單元格的值表示某個(gè)地理現(xiàn)象的屬性，不同的值表示不同的地理對(duì)象或同一地理現(xiàn)象的不同屬性。74表示線

單條線通過一系列有序相連的具有相同值單元格來表示，不同的值表示不同的地理對(duì)象或同一地理現(xiàn)象的不同屬性。75表示多邊形

單個(gè)面表示為一簇具有相同值的單元格，不同的值表示不同的地理對(duì)象或同一地理現(xiàn)象的不同屬性764.柵格數(shù)據(jù)顯示775.柵格數(shù)據(jù)單元值確定CAB百分比法面積占優(yōu)重要性中心點(diǎn)法A連續(xù)分布地理要素C具有特殊意義的較小地物A分類較細(xì)、地物斑塊較小ABC786.柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：坐標(biāo)系與描述參數(shù)Y：列X：行西南角格網(wǎng)坐標(biāo)（XWS，YWS）格網(wǎng)分辨率79柵格數(shù)據(jù)（1）80柵格數(shù)據(jù)（2）81柵格數(shù)據(jù)（3）82上海東方明珠電視塔故宮柵格數(shù)據(jù)（4）83柵格數(shù)據(jù)（5）84

7.柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分為：柵格矩陣結(jié)構(gòu)游程編碼結(jié)構(gòu)四叉樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)八叉樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)十六叉樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)85（1）直接?xùn)鸥窬幋a直接編碼就是將柵格數(shù)據(jù)看作一個(gè)數(shù)據(jù)矩陣，逐行（或逐列）逐個(gè)記錄代碼，可以每行從左到右逐像元記錄，也可奇數(shù)行從左到右而偶數(shù)行由右向左記錄，為了特定的目的還可采用其他特殊的順序。

02255555222225550000033322223355002333550033335300033333000033330，2，2，5，5，5，5，5；2，2，2，2，2，5，5，5；2，2，2，2，3，3，5，5；0，0，2，3，3，3，5，5；0，0，3，3，3，3，5，3；0，0，0，3，3，3，3，3；0，0，0，0，3，3，3，3；0，0，0，0，0，3，3，3。86由起點(diǎn)位置和一系列在基本方向的單位矢量給出每個(gè)后續(xù)點(diǎn)相對(duì)其前繼點(diǎn)的可能的8個(gè)基本方向之一表示。8個(gè)基本方向自0°開始按逆時(shí)針方向代碼分別為0，1，2，3，4，5，6，7。單位矢量的長(zhǎng)度默認(rèn)為一個(gè)柵格單元。（2）鏈碼1234507600107670110087鏈碼編碼：

2，2，6，7，6，0，6，51234507605000000005

00000000000000500000000550000000500000050000000000000鏈碼編碼示例88（3）游程長(zhǎng)度編碼只在各行（或列）數(shù)據(jù)的代碼發(fā)生變化時(shí)依次記錄該代碼以及相同代碼重復(fù)的個(gè)數(shù)；0225555522222555000003332222335500233355003333530003333300003333沿行方向進(jìn)行編碼：(0，1），（2，2），（5，5）；（2，5），（5，3）；（2，4），（3，2），（5，2）；（0，2），（2，1），（3，3），（5，2）；（0，2），（3，4），（5，1），（3，1）；（0，3），（3，5）；（0，4），（3，4）；（0，5），（3，3）。89

（4）塊碼采用方形區(qū)域作為記錄單元，數(shù)據(jù)編碼由初始位置行列號(hào)加上半徑，再加上記錄單元的代碼組成。0225555522222555000003332222335500233355003333530003333300003333（1，1，1，0），（1，2，2，2），（1，4，1，5），（1，5，1，5），（1，6，2，5），（1，8，1，5）；（2，1，1，2），（2，4，1，2），（2，5，1，2），（2，8，1，5）；（3，3，1，2），（3，4，1，2），（3，5，2，3），（3，7，2，5）；（4，1，2，0），（4，3，1，2），（4，4，1，3）；（5，3，1，3），（5，4，2，3），（5，6，1，3），（5，7，1，5），（5，8，1，3）；（6，1，3，0），（6，6，3，3）；（7，4，1，0），（7，5，1，3）；（8，4，1，0），（8，5，1，0）。90（5）四叉樹編碼將空間區(qū)域按照4個(gè)象限進(jìn)行遞歸分割（2n×2n，且n>1），直到子象限的數(shù)值單調(diào)為止，最后得到一棵四分叉的倒向樹。方法：自上而下、自下而上二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)91（5）四叉樹編碼MMRMMMMMMMRRMRMMMRRRRRRMMRRRRRRMMRRRRRRMMRRRRRRMMMRRRRRMMMMRRMMM1234567812345678區(qū)域分割方法MMRMMMMMMMRRMRMMMRRRRRRMMRRRRRRMMRRRRRRMMRRRRRRMMMRRRRRMMMMRRMMM92在四叉樹中，不能再分的結(jié)點(diǎn)稱為葉子結(jié)點(diǎn)，可再分的結(jié)點(diǎn)稱為樹杈結(jié)點(diǎn)樹杈結(jié)點(diǎn)葉子結(jié)點(diǎn)1234567812345678MMRMMMMMMMRRMRMMMRRRRRRMMRRRRRRMMRRRRRRMMRRRRRRMMMRRRRRMMMMRRMMM（5）四叉樹編碼9322四叉樹編碼方法NW（2）NE（3）SW（0）SE（1）0層1層2層3層記錄每個(gè)葉子結(jié)點(diǎn)的地址和屬性0123202123200201202203230231232233（5）四叉樹編碼940225555522222555000003332222335500233355003333530003333300003333①②③④⑤

⑥⑦⑧⑨⑩1112131415161718192021222324252627282930313233363738393435400000333033333530022232222022225255533355西南東南西北東北95

5、四叉樹編碼特點(diǎn)：具有可變分辯率編碼效率高，可根據(jù)圖形結(jié)構(gòu)調(diào)整除去不必要的存儲(chǔ)量編碼具有區(qū)域性，便于圖形圖象的分析運(yùn)算；便于島的分析；便于同柵格矩陣之間的轉(zhuǎn)換四叉樹建立的方法：線性四叉樹常規(guī)四叉樹96第五節(jié)矢量數(shù)據(jù)與柵格數(shù)據(jù)的比較和轉(zhuǎn)換97第五節(jié)矢量數(shù)據(jù)與柵格數(shù)據(jù)的比較和轉(zhuǎn)換柵格數(shù)據(jù)矢量數(shù)據(jù)

優(yōu)點(diǎn)1.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；2.

空間數(shù)據(jù)的疊置和組合十分容易方便；3.

各類空間分析很容易進(jìn)行；4.

數(shù)學(xué)建摸方便;5.

技術(shù)開發(fā)費(fèi)用低。1.表示數(shù)據(jù)精度高；2.嚴(yán)密的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)量??；3.用網(wǎng)絡(luò)連接法能完全描述拓?fù)潢P(guān)系；4.圖形輸出精確美觀；5.圖形和屬性數(shù)據(jù)的恢復(fù)、更新、綜合都能實(shí)現(xiàn)。6.它是面向目標(biāo)的,不僅能表達(dá)屬性編碼,而且能方便地記錄每個(gè)目標(biāo)的具體的屬性描述信息缺點(diǎn)1.

圖形數(shù)據(jù)量大；2.

用大象元減少數(shù)據(jù)量時(shí),可識(shí)別現(xiàn)象信息量受損失；3.

地圖輸出不精美；4.

難以建立網(wǎng)絡(luò)關(guān)系；5.

投影變換花的時(shí)間多。1.

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜；2.

很難用疊置方法與柵格圖形進(jìn)行組合；3.

顯示和繪圖費(fèi)用高,特別是高質(zhì)量的繪圖,彩色繪圖和暈線圖等；4.

數(shù)學(xué)模擬比較困難；5.

技術(shù)復(fù)雜,多邊形內(nèi)的空間分析不容易實(shí)現(xiàn)。98第五節(jié)矢量數(shù)據(jù)與柵格數(shù)據(jù)的比較和轉(zhuǎn)換2.矢量數(shù)據(jù)向柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換在矢量表示的多邊形邊界內(nèi)部的所有柵格上賦予相應(yīng)的多邊形編號(hào)，從而形成柵格數(shù)據(jù)陣列。99（1）內(nèi)部點(diǎn)擴(kuò)散算法將矢量圖柵格化，每個(gè)面域多邊形選擇一個(gè)種子點(diǎn)；判斷種子點(diǎn)的8個(gè)相鄰柵格是否在多邊形的邊界上；進(jìn)行新的擴(kuò)散運(yùn)算，直至所有新老種子點(diǎn)填滿該多邊形并遇到邊界為止。

內(nèi)部點(diǎn)擴(kuò)散原理100（1）內(nèi)部點(diǎn)擴(kuò)散算法算法程序設(shè)計(jì)比較復(fù)雜；當(dāng)柵格尺寸取的不合理時(shí)，會(huì)造成多邊形不連通。

多邊形不連通實(shí)例101（2）射線算法

由待定柵格向任意方向引射線，判斷該射線與某個(gè)多邊形所有邊界的相交總次數(shù)。

射線法判斷原理102（2）射線算法運(yùn)算量很大當(dāng)射線與多邊性邊界相切、重合時(shí)會(huì)影響交點(diǎn)數(shù)的統(tǒng)計(jì)

103（3）掃描算法

行掃描算法掃描線算法帶掃描算法104行掃描算法每?jī)纱斡龅酵欢噙呅蔚倪吔鐣r(shí)，其間的柵格屬于該多邊形行掃描原理105（4）復(fù)數(shù)積分算法

對(duì)整個(gè)柵格矩陣的柵格單元逐個(gè)判斷其所屬多邊形的編號(hào)。