《地理信息系统概论》课件
GIS的空间数据 空间数据可以按照数据项、空间对象和图形特征的不同分为各种不同的类型； 思考： GIS空间数据有哪几种分类方式？分别分成哪几种类型？,第二节 地理空间数据及其特征,空间、属性和时间特征空间对象的三大基本特征。,空间特征是指空间对象的位置及与相邻对象的空间关系或拓扑关系；,属性特征是指空间对象的专题属性；,时间特征是指空间对象随着时间演变而引起的空间和属性特征的变化。,第二节 地理空间数据及其特征,空间数据的拓扑关系包括拓扑邻接、拓扑关联和拓扑包含，它们在GIS的数据处理、空间分析以及数据库的查询与检索中，具有重要的意义。,第二节 地理空间数据及其特征,思考：,三种拓扑关系的含义是什么？,拓扑邻接： 元素之间的拓扑关系。 拓扑关联： 元素之间的拓扑关系。 拓扑包含： 元素之间的拓扑关系。,空间数据的拓扑关系,不 同 类,同 类,同类不同级,拓扑邻接：N1/N2 ,N1/N3 ,N1/N4 ;P1/P3 ;P2/P3 拓扑关联：N1/1、3 、6 ；P1/1、5 、6 拓扑包含：P3与P4,多边形之间的邻接性,弧段和结点之间的关系表,多边形与弧段的拓扑关联表,拓扑包含包括三种情况： 简单包含 多层包含 等价包含,图a中多边形P1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又包含在多边形P1中；图c中多边形P2、 P3都包含在多边形P1中，多边形P2、 P3对P1而言是等价包含。,思考：,空间拓扑关系有什么样的意义？,拓扑关系的意义,(1)根据拓扑关系，不需要利用坐标或距离，可以确定一种地理实体相对于另一种地理实体的空间位置关系。 (2)利用拓扑数据有利于空间要素的查询。 (3)可以利用拓扑数据作为工具，重建地理实体。,空间数据的计算机表示 指通过利用确定的数据结构和数据模型来表达空间对象的空间位置、拓扑关系和属性信息。 思考： GIS中空间数据计算机表示的基本方法有哪些？,第二节 地理空间数据及其特征,第三节 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； 矢量数据结构分为简单数据结构（也称面条数据结构）、拓扑数据结构和曲面数据结构； 拓扑数据结构最重要的技术特征和贡献是具有拓扑编辑功能，包括多边形连接编辑和结点连接编辑。,矢量数据结构 基于矢量模型的数据结构简称为矢量数据结构。矢量结构是通过记录坐标的方式来表示点、线、面等地理实体。 特点：定位明显，属性隐含。 获取方法： (1) 手工数字化法； (2) 手扶跟踪数字化法； (3) 数据结构转换法。,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。,第三节 空间数据结构的类型,栅格数据结构 栅格结构是以规则的阵列来表示空间地物或现象分布的数据组织，组织中的每个数据表示地理要素的非几何属性特征。 特点：属性明显，定位隐含。 获取方法： (1) 手工网格法； (2) 扫描数字化法； (3) 分类影像输入法； (4) 数据结构转换法。,第三节 空间数据结构的类型,矢量结构,栅格结构,思考：,混合像元如何给栅格单元赋属性值？,栅格结构数据中混合像元的处理 （栅格单元属性的确定）,方案一,方案二：缩小栅格单元的面积,栅格结构编码方法：,1、直接栅格编码,直接编码就是将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行（或逐列）逐个记录代码，可以每行从左到右逐像元记录，也可奇数行从左到右而偶数行由右向左记录，为了特定的目的还可采用其他特殊的顺序。,0，2，2，5，5，5，5，5；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。,由起点位置和一系列在基本方向的单位矢量给出每个后续点相对其前继点的可能的8个基本方向之一表示。8个基本方向自0°开始按逆时针方向代码分别为0，1，2，3，4，5，6，7。单位矢量的长度默认为一个栅格单元。,2、链码,0,0,1,0,7,6,7,0,1,1,0,0,链码编码： 2，2 ，6 ，7，6，0，6，5,链码编码示例,3、游程长度编码,(1)只在各行（或列）数据的代码发生变化时依次记录 该代码以及相同代码重复的个数；,沿行方向进行编码：( 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）。,3、游程长度编码,(2)逐个记录各行（或列）代码发生变化的位置和相应代码。,沿列方向进行编码：( 1，0），（2，2），（4，0）；（1，2），（4，0）；（1，2），（5，3），（6，0）；（1，5），（2，2），（4，3），（7，0）；（1，5），（2，2），（3，3），（8，0）；（1，5），（3，3）；（1，5），（6，3）；（1，5），（5，3）。,4、块码,采用方形区域作为记录单元，数据编码由初始位置行列号加上半径，再加上记录单元的代码组成。,（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）。,5、四叉树编码,是根据栅格数据二维空间分布的特点，将空间区域按照4个象限进行递归分割（2n×2 n，且n1），直到子象限的数值单调为止，最后得到一棵四分叉的倒向树。四叉树分解，各子象限大小不完全一样，但都是同代码栅格单元组成的子块，其中最上面的一个结点叫做根结点，它对应于整个图形。不能再分的结点称为叶子结点，可能落在不同的层上，该结点代表子象限单一的代码，所有叶子结点所代表的方形区域覆盖了整个图形。从上到下，从左到右为叶子结点编号，最下面的一排数字表示各子区的代码。 为了保证四叉树分解能不断的进行下去，要求图形必须为2n×2 n的栅格阵列。n 为极限分割次数，n1是四叉树最大层数或最大高度, ,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,36,37,38,39,34,35,40,0 0 0,0 3 3 3 0 3 3 3,3 3 5 3 0 0 2 2,2 3 2 2 2 2 0 2,2 2 2 5 2 5 5 5,3 3,3 5 5,西南,东南,西北,东北,四叉树(也称四分树)数据结构常常先把地图看成是一个正方形的单元如图所示（这是个简单的例子，在实 际使用中，一幅地图上总有很多多边形 ）：,如果该单元内有不同性质的多边形，则将单元分成四个大小相同的二级单元，然后再分别判断这四个二级单元中是否还有不同性质的多边形，若其中某个二级单元中有不同性质的多边形，则再划分成四个大小相同的三级单元。这种逐级一分为四的方法，一直分到预定的最高分辨率为止。,直接栅格编码：简单直观，是压缩编码方法的逻辑原型（栅格文件）； 链码：压缩效率较高，已接近矢量结构，对边界的运算比较方便，但不具有区域性质，区域运算较难； 游程长度编码：在很大程度上压缩数据，又最大限度的保留了原始栅格结构，编码解码十分容易，十分适合于微机地理信息系统采用； 块码和四叉树编码：具有区域性质，又具有可变的分辨率，有较高的压缩效率，四叉树编码可以直接进行大量图形图象运算，效率较高，是很有前途的编码方法。,矢量与栅格数据结构的比较,第四节 空间数据结构的建立,系统功能与数据间的关系 现代地理信息系统数据模式的一个重要特征是数据与功能之间具有密切的联系(见下表)，因此，在确定数据内容时，首先必须明确系统的功能； 对开发的GIS系统的功能，是通过用户需求调查来确定的，因此，在开发GIS系统之前，首先要进行系统分析。 空间数据的分类和编码,空间数据的分类，是指根据系统功能及国家规范和标准，将具有不同属性或特征的要素区别开来的过程，以便从逻辑上将空间数据组织为不同的信息层(见下图)；,系统功能与数据间的关系 (据Jack Dangermond等),信息层示意图,空间数据的编码：是指将数据分类的结果，用一种易于被计算机和人识别的符号系统表示出来的过程，编码的结果是形成代码。代码由数字或字符组成。例如，我国基础地理信息数据的分类代码由六位数字组成，其代码结构如下所示： × × ×× × × 大类码 小类码 一级代码 二级代码 识别位 大类码、小类码、一级代码和二级代码分别用数字顺序排列。识别位由用户自行定义，以便于扩充。,国土基础信息数据分类与代码举例,矢量数据的输入与编辑 矢量数据的输入，是指将分类和编码的空间对象图形转换为一系列x、y坐标，然后按照确定的数据结构加入到线段或标示点的计算机数据文件中去； 空间数据编辑的目的是为了消除数字化过程中引入的各类错误和对数据进行拓扑关系检查等而进行的操作。 栅格数据的输入与编辑 栅格数据的输入方法包括透明格网采集输入、扫描数字化输入及其它数据传输或转换输入等；,栅格数据编辑的目的同样是为了消除数字化过程中引入的各类错误，根据栅格数据结构的特点，其编辑的内容还包括数据压缩和数据组织方式的变换等,如下图。,空间数据的不同组织方式,练习题：,1、有一栅格数据文件按行方向由左到右、自上而下直接栅格编码表示为： 5，5，0，0；0，6，5，0；0，5，2，2；0，5，2，2。分析并回答下列问题。 表示点状地物的代码是几？ 假设方向代码分别表示为：东=0，东南=1，南=2，西南=3，西=4，西北=5，北=6，东北=7。写出线状地物的链式编码。 写出游程编码方案（采用变长编码）。,2、有一栅格数据文件按行方向由左到右、自上而下直接栅格编码表示为： 4，4，2，0；4，4，2，0；4，4，7，2；0，2，2，0。分析并回答下列问题。 表示点状地物的代码是几？ 假设方向代码分别表示为：东=0，东南=1，南=2，西南=3，西=4，西北=5，北=6，东北=7。写出线状地物的链式编码。 按行方向写出一种游程编码方案。 按行方向写出块码编码方案。 按四叉树分解最多能分解几次？最大层数为多少？,3、有一栅格数据文件按行方向由左到右、自上而下直接栅格编码表示为： 8，5，5，5；0，8，5，5；8，5，5，8；0，8，8，2。分析并回答下列问题。 表示面状地物的代码是几？ 按列方向写出一种游程编码方案。 按行方向写出块码编码方案。 按四叉树分解最多能分解几次？最大层数为多少？ 假设方向代码分别表示为：东=0，东南=1，南=2，西南=3，西=4，西北=5，北=6，东北=7。写出线状地物的链式编码。,4、根据下面示
