地理信息系统

第一节
1、地理空间
地理空间数据及其特征
一、GIS的空间数据
地理空间 是指物质、能量、信息的形式与形态、结构过程、功能
关系上的分布方式和格局及其在时间上的延续，地球表层构成了地理 空间。
地理数据 表征地理空间内事物的数量、质量、分布、内在联系和
变化规律的图形、图像、符号、文字和数据等统称为地理（空间）数 据。
体，同时也是地理信息系统最重要的信息源。
2. 遥感数据

各种遥感数据及其制成的图像资料（航片、卫片）
包含着及其丰富的地理内容，尤其是先进的卫星遥感技
术的广泛应用，能为地理信息系统提供源源不断的、现 势性很强的数据。所以遥感数据是地理信息系统另一个
重要的信息源。

3. 统计数据、实测数据及各种文字报告 各种地理要素的统计数据、实验和各种观测数据、研 究报告等，是地理信息系统不可缺少的重要或补充数据 源。
常用的空间数据结构
X
xn yn xi yi
二、地理数据的基本特征 1、空间特征 空间特征又称定位特征或几何特征。数据的空间 性是指这些数据反映现象的空间位置及空间位置关系。 通常以坐标数据形式来表示空间位置，以拓扑关系来 表示空间位置关系。
2、属性特征
数据的属性是指描述实体的特征，如实体的名称、 类别、质量特征和数量特征等。属性数据本身属于非 空间数据，但它是空间数据中的重要数据成分。
第二节
1. 拓扑的概念
地理空间数据的拓扑关系
一、拓扑的概念和意义
拓扑学是几何学的一个分支，它研究图形在连续变形下（拓扑 变换）的那些不变的几何属性。组成一个图形的各元素（结点、弧
段、面域）之间都存在着二元关系，即邻接关系和关联关系。在地
图上这种关系可以借助图形来识别，而在计算机中这种关系需用拓 扑关系加以定义。拓扑关系是明确定义空间结构关系的一种数学方
N5
е3
е4
N3
P4
е7
N1 N2 N3 • • •
е1 е3 е6 е1 е2 е5 е2 е3 е4
•
P0
•
•
2、弧段与结点的拓扑关系 弧段 结 始结点 点 终结点
е1 е2 е3
• • •
N3
N1 • • •
N2
N3
• • • N2
N1 N2
P0
е1 P1 е5 P2 е2
N1
N4
е6
P3
N5
е3
е7
е4
N3
P4
3、弧段与多边形的拓扑关系 弧段 多 边 左多边形 形 右多边形
е1 е2 е3
• • •
P0 P0 P0 • • •
P1 P2 P3 • • • N2
P0
е1 P1 е5 P2 е2
N1
N4
е6
P3
N5
е3
е7
е4
N3
P4
4、多边形与弧段的拓扑关系 多边形 弧 段
е1
N2
N1
选取，进行最佳路径的计算等。
二、空间数据的拓扑关系
1、拓扑邻接：同 2、拓扑关联： 3、拓扑包含： 不 同
类 元素之间的拓扑关系。 元素之间的拓扑关系。 类 元素之间的拓扑关系。
同类不同级
拓扑邻接：N1/N2 ,N1/N3 ,N1/N4 ;P1/P3 ;P2/P3 拓扑关联：N1/е1、е3 、е6 ；P1/е1、е5 、е6 拓扑包含：P3与P4
е1 P1 е5
N1
е6
N4
P3
N5Fra Baidu bibliotek
е3 е7
N2
P2
е2
е4
N3
P4
2.地理空间数据拓扑关系应用价值
（1）确定地理实体间的相对空间位置，无需坐标 和距离 （2）利于空间要素查询 （3）重建地理实体
三、拓扑结构的表达
е1
N2
N1
1、结点与弧段的拓扑关系 结点 弧 段
P1 е5
P2 е2
N4
е6
P3
在地理信息系统中，常用的空间数据结构有两种，即栅格数据结构和矢量 数据结构。 在矢量表示中，曲线是由一系列带有 x，y坐标的特征点所组成的一条近 似折线来表示。 而在栅格形式中则借助于把该线通过的按行和列(矩阵形式)作为规则划分 的栅格中的每个小格(像元)标以数字或代码来表示。 这两种不同形式的数据被称为计算机的两种兼容数据。这是因为计算机 不仅能存贮、识别和处理它们，而且可以对它们进行互相转换。
第二章 空间数据结构与编码
学习目标
· 掌握地理空间数据的特征，了解GIS的数据源 · 理解GIS数据的测量尺度 · 理解拓扑的概念和意义 · 掌握地理空间数据的拓扑关系与表示 · 掌握栅格数据结构特点及其编码方法 · 掌握矢量数据结构特点及其编码方法 · 了解栅格与矢量数据之间得转化方法
重点：地理空间数据的拓扑关系、两种空间数据结构 的特点及其编码方法。 难 点：拓扑结构、栅格数据编码
二、地理数据的基本特征 3、时间特征 空间数据的时间性是指空间数据的空间特征和属性
特征随时间而变化。它们可以同时随时间变化，也可
以分别独立随时间变化。 实体随时间的变化具有周期性，其变化的周期有超
短周期的、短期的、中期的和长期的。
空间特征是地理信息区别于其他信息的最重要的 特征之一，地理信息的定位特征与时间过程相结合， 大大提高了地理信息的应用价值。
P1
P2
P3 • • •
е1 е5 е6 е2 е4 е5 е3 е4 е6 е
•
P1 е5 P2 е2
N4
е6
P3
N5
е3
е4
N3
P4
P0
е7
7
•
•
第三节
空间数据结构
空间数据结构
一、空间数据结构的概念和类型
也称为图形数据格式，是指适用于计算机系统存贮、管理 和处理的地理图形数据的逻辑结构，是地理实体的空间排列方式和相互关 系的抽象描述。
地理数据是GIS的核心，也有人称它是GIS的血液，因为GIS操作
对象是地理数据，因此，设计和使用GIS的第一步工作就是根据系统 的功能，获取所需要的地理数据，并创建地理空间数据库 。
2、GIS中的数据类型
1. 地图数据

各种类型的地图（包括电子的与非电子的地图）都
是对空间事物和现象的一种相似或抽象模拟，它有严密 的数学基础，并经过制图综合，利用符号系统所表示出 来的丰富地理内容，明晰的再现了客观实体的空间关系 和要素之间的内在联系，所以地图是地理信息的主要载
法。
2. 拓扑关系的重要意义
在地理信息系统中，空间数据的拓扑关系，对地理信息系统的数据处
理和空间分析具有重要的意义，主要表现在如下三个方面：
（1）根据拓扑关系可以确定地理实体间的相对空间位置， 而无需利用坐 标和距离 （2）利用拓扑关系有利于空间要素的查询。 （3）可以利用拓扑数据重建地理事体。 如建立封闭多边形，实现道路的