1、抽象、綜合現實世界空間對象（空間實體、空間目標）第四章 空間數據表達4.1空間對象及其定義1.零維空間對象：點狀地物；結（節）點2.一維空間對象：拓撲弧段；無拓撲弧段；線狀地物3.二維空間對象：無拓撲面片；有拓撲面片；面狀地物；象元4.三維空間對象：體狀地物；體元4.2 空間對象關系1）點點關系相合；分離；一點為其它諸點的幾何中心；一點為其它諸點的地理重心。2）點線關系點在線上：可以計算點的性質，如拐點等；線的端點：起點和終點；線的交點；點與線分離：可計算點到線的距離。3）點面關系點在區域內，可以記數和統計；點為區域的幾何中心；點為區域的地理重心；點在區域的邊界上；點在區域外部。4）線線關系重

2、合；相接；首尾環接或順序相接；相交；平行。5）線面關系區域包含線：可計算區域內線的密度；線穿過區域；線環繞區域：對于區域邊界，可以搜索其左右區域名稱；線與區域分離。6）面面關系包含：如島的情形；相交：可以劃分子區，并計算邏輯與、或、非和異或；相鄰：計算相鄰邊界的性質和長度；分離：計算距離、引力等。 4.3空間數據的計算機表示* 現實世界* 模型* 實物模型、符號模型、數學模型* 數據建模 * 數據組織方式（如：數據分層，屬性組織）、選擇數據結構（矢量/ 柵格）、數據結構編碼（數據結構的實現） 4.4空間數據結構的類型數據結構：矢量結構：用點、線、面表現地理實體，其空間位置由所在的坐標參考系中的

3、坐標定義。柵格結構：空間被規則地劃分為柵格（通常為正方形）；地理實體的位置用它們占據的柵格行、列號來定義；柵格的值代表該位置的屬性值；柵格的大小代表空間分解能力。4.5空間數據結構的建立 數據結構在GIS中對于數據采集、存儲、查詢、檢索、應用分析等操作方式有著重要的影響。 空間數據編碼是空間數據結構的實現。 高效的數據結構，應具備如下幾個方面的要求(P54):4.6空間對象的矢量表達* 矢量數據結構是利用歐幾里得幾何學中的點、線、面及其組合體來表示地理實體空間分布的一種數據組織方式；* 通過記錄坐標的方式盡可能精確地表示點、線、多邊形等地理實體；* 點：只記錄其在特定坐標系下的坐標和屬性代碼

4、；* 線段：用一系列有序的、足夠短的直線、順序相接表示，為一個有序的坐標對序列。* 多邊形：由一系列多而短的直線段組成的、首尾相連的坐標對 。 矢量表示法 定義：矢量數據結構通過記錄空間對象的坐標及空間關系來表達空間對象的位置。* 點：空間的一個坐標點；線：多個點組成的弧段；面：多個弧段組成的封閉多邊形； 獲取方法* 定位設備（全站儀、GPS、常規測量等）；地圖數字化；間接獲取；柵格數據轉換；空間分析（疊置、緩沖等操作產生的新的矢量數據） 矢量數據表達考慮內容* 矢量數據自身的存儲和管理；幾何數據和屬性數據的了解；空間對象的空間關系（拓撲關系） 矢量數據表達* 簡單數據結構、拓撲數據結構、屬性

5、數據組織面實體：多邊形矢量編碼，不但要表示位置和屬性，更重要的是能表達區域的拓撲特征，如形狀、鄰域和層次結構等，以便使這些基本的空間單元可以作為專題圖的資料進行顯示和操作。 矢量數據結構分為簡單數據結構（也稱面條數據結構）、拓撲數據結構和曲面數據結構；拓撲數據結構最重要的技術特征和貢獻是具有拓撲編輯功能，包括多邊形連接編輯和結點連接編輯。 （一）實體數據結構* 只記錄空間對象的位置坐標和屬性信息，不記錄拓撲關系。又稱簡單數據結構或面條（Spaghetti）結構。 存儲：* 獨立存儲：空間對象位置直接跟隨空間對象；* 點位字典：點坐標獨立存儲，線、面由點號組成 特征* 數據按點、線、面為單元進行

6、組織，數據結構直觀簡單；* 公共邊重復存儲，存在數據冗余，難以保證數據獨立性和一致性；* 無拓撲關系，主要用于顯示、輸出及一般查詢；* 島或洞只作為一個簡單圖形，沒有與外界多邊形的了解；* 多邊形分解和合并不易進行，鄰域處理較復雜； 適用范圍：* 制圖及一般查詢，不適合復雜的空間分析 實例：* ArcView的Shape文件、MapInfo的Tab文件簡單的矢量數據結構面條結構（Spaghetti）矢量數據表達拓撲數據結構* 不僅表達幾何位置和屬性，還表示空間關系* 表達對象：關聯關系* 表達方式：全顯式表達、部分顯式表達* 拓撲關系物理實現：直接存儲、串行指針* 拓撲關系與數據共享* 采用拓

7、撲關系的原則空間數據的拓撲關系在GIS中，凡具有網狀結構特征的地理要素，都存在節點、弧段和多邊形之間的拓撲關系。拓撲定義：指圖形保持連續狀態下變形，但圖形關系不變的性質。 將橡皮任意拉伸，壓縮，但不能扭轉或折疊。拓撲變換（橡皮變換）：拓撲種類： 拓撲關聯： （不同類要素之間）如：結點與弧段：V9與L5,L6,L3；多邊形與弧段：P2與L3,L5,L2。拓撲鄰接： (同類元素之間)多邊形之間、結點之間；鄰接矩陣；重疊：鄰接：1 、不鄰接：0拓撲包含：指面狀實體包含了哪些線、點或面狀實體。 簡單包含、多層包含、等價包含拓撲關系的意義： 對于數據處理和GIS空間分析具有重要的意義，因為：* 1）拓撲

8、關系能清楚地反映實體之間的邏輯結構關系，它比幾何關系具有更大的穩定性，不隨地圖投影而變化。* 2）有助于空間要素的查詢，利用拓撲關系可以解決許多實際問題。如某縣的鄰接縣，-面面相鄰問題。又如供水管網系統中某段水管破裂找關閉它的閥門，就需要查詢該線（管道）與哪些點（閥門）關聯。* 3）根據拓撲關系可重建地理實體。拓撲結構：全顯式表達拓撲結構：部分顯式表達 雙重獨立式 編碼（DIME）：這種數據結構最早是由美國人口統計局研制來進行人口普查分析和制圖的，簡稱為DIME(Dual Independent Map Encoding)系統或雙重獨立式的地圖編碼法。鏈狀雙重獨立式編碼-拓撲數據結構1、 弧段

9、文件：弧面，弧結點關系2、 節點文件： 結點鏈關系3、 弧段坐標文件4、 面文件在拓撲結構中，多邊形（面）的邊界被分割成一系列的線（弧、鏈、邊）和點（結點）等拓撲要素，點、線、面之間的拓撲關系在屬性表中定義，多邊形邊界不重復。拓撲結構：拓撲關系與數據共享；維護數據的一致性拓撲結構：是否需要拓撲結構? 應用目的：制圖或一般查詢，可不要拓撲結構；空間分析，則應建立拓撲關系 服務對象和系統數據結構： 面狀目標：面-弧、弧-面； 網絡目標：點-弧、弧-點。矢量數據結構：屬性數據表達與組織屬性特征表達 類別特征：類型編碼 說明信息：屬性數據結構和表格屬性表的內容取決于用戶圖形數據和屬性數據的連接通過目標

10、識別符或內部記 錄號實現。矢量數據結構：特點* 用離散的點描述空間對象與特征，定位明顯，屬性隱含* 用拓撲關系描述空間對象之間的關系* 面向目標操作，精度高，數據冗余度小* 輸出圖形質量好，精度高* 與遙感等圖象數據難以結合4.7 空間對象的柵格表達柵格數據模型是基于連續鋪蓋（Regular Tessellations）的，它是將連續空間離散化，以規則或不規則的鋪蓋覆蓋整個空間。柵格數據結構：基于柵格模型的數據結構。1、 定義：柵格數據結構是以規則的陣列來表示空間地物或現象分布的數據組織，組織中的每個數據表示地物或現象的非幾何屬性特征。 點用一個柵格單元表示； 線狀地物用沿線走向的一組相鄰柵格

11、單元表示，每個柵格單元最多只有兩個相鄰單元在線上，各柵格的值相同； 面或區域用記有區域屬性的相鄰柵格單元的集合表示，每個柵格單元可有多于兩個的相鄰單元同屬一個區域。二、柵格數據的特點用離散的量化柵格值表示空間實體；屬性明確，位置隱含；柵格邊長決定了柵格數據的精度；數據結構簡單，易與遙感結合；多層數據疊合操作簡單；圖形質量低且數據量巨大；難以建立地物間的拓撲關系，網絡分析比較困難。(a)中a點與c點之間的距離是5個單位，但在 (b)中，ac之間的距離可能是7，也可能是4，取決于算法。如以像元邊線計算則為7，以像元為單金大會則為4。同樣， (a)中三角形的面積為6個平方單位，而 (b)中則為7個平

12、方單位，這種誤差隨像元的增大而增加。 三、數據獲取方式* 目讀法* 從掃描儀獲取數據；* 從攝象機獲取數據；* 從遙感獲取數據；* 從矢量數據轉換為柵格數據。四、柵格取值原則柵格是均質（只能取一個值）、最小的單元；但實際上，一個柵格可能對應與實體中幾個不同的屬性。中心點法：用處于柵格中心處的地物類型或現象特性決定柵格代碼 （C）；（上圖）面積占優法：以占矩形區域面積最大的地物類型或現象特性決定柵格單元的代碼 （B）（上圖）長度占優法：通過柵格中心畫一橫線，用橫線所占最長部分的屬性作為本柵格元素的代碼（C）；重要性法：根據柵格內不同地物的重要性，選取最重要的地物類型決定相應的柵格單元代碼。五、柵格數據層* 在柵格數據結構中，柵格是最小單位，每個格網只能