地理信息系统GIS—第3章矢量数据

空间关系及其表达
绝对空间关系：坐标、角度、方位、距离等 相对空间关系：相邻、包含、关联（连接）
等
相对空间关系的类型
拓扑空间关系：描述空间对象的相邻、包含、关联 关系等。
顺序空间关系：描述空间对象在空间上的排列次序 ，如前后、左右、东、西、南、北等。
地图、遥感影像上的空间关系是通过图形识别的， 在GIS中的空间关系则必须显式的进行定义和表达
然后把几何对象及其空间关系整合为计算机可以读 取、解译和处理的数字数据文件。 矢量数据模型用点、线和面等几何对象来表示简单 的空间要素。
简单要素的表示
点：相对集中在较小的范围内，且按比例尺缩放后 仍呈点状分布的实体或现象。
有位置，无宽度和长度； 抽象的点
美国佛罗里达州地震监测站2002年9月该州可能 的500个地震位置
多边形(POLYGON), 由数条线段有序的首尾连接 而成。
层( LAYER ), 具有相同属性的拓扑要素的组合。
3.2 拓扑
基本拓扑关系：
拓扑邻接：相同拓扑元素之间的关系 拓扑关联（连接）：不同拓扑元素之
间的关系 拓扑包含：面与其他元素之间的关系
X
xn yn
i
xi yi
x1 y1
x2 y2
Y
j
矢量数据结构：利用欧式几何学中 的点、线、面及其组合体来表示实 体空间分布的一种数据组织方式。 通过记录空间对象的坐标及空间关 系来表达空间对象的位置和形状。
栅格数据结构：实际就是像元阵 列，每个像元由行列确定它的位 置，用像元值表示空间对象的类 型、等级等特征
置哪些参数？（建立投影坐标系统） 5. 等角投影、等距投影、等积投影特点及其用途。 6. 方位投影、圆柱投影、圆锥投影特点及用途。请举
例说明。
Leabharlann Baidu
问题：如何表达地理空间实体？
点 面
线
比例尺
面
点
1:20km
1:200km
思考：比例尺与地理学中常用的尺度概念的差异？
教学提纲
3.1 简单要素的表示 3.2 拓扑 3.3 地理关系数据模型 3.4 基于对象数据模型 3.5 复合要素的表示
矢量数据模型的特点
矢量数据模型的特点
用点、线、面表示现实世界的物体，用每一个实 体在坐标参考系统中的坐标定义它们的空间位置 ；用属性表示物体的数量和质量特征。在地理关 系数据模型中用（ID）对两者进行链接。 面向目标的操作 用拓扑关系来描述矢量数据之间的位置关系 位置关系较难处理 数据结构复杂难以同遥感数据结合
简单要素的表示
线：线状或者带状分布的实体或动态现象。
有长度，但无宽度和高度 用来描述线状实体（道路、河流等），通常在网
络分析中使用较多 度量实体距离
简单要素的表示
面：分布范围较大，且按比例尺缩放后仍能明确显示 其轮廓的实体或现象。
具有长和宽的目标 通常用来表示自然或人工的封闭多边形 一般分为连续面和不连续面
ArcGIS中的矢量数据模型
Coverage Shapefile
地理相关数据模型
空间数据和属性数据分别
贮存在链接的分离系统
Geodatabase
基于对象数据模型
基于对象数据模型将空间数 据和属性数据贮存在一起
3.1 简单要素
为了准备计算机处理的空间数据，矢量数据模型首
先用点及其 x、 y坐标表示点、线和面的空间要素，
两点之间的距离 弧段的长度 一个区域的周长 一个区域的面积
3.2 拓扑
基本拓扑元素：
线段( ARC，弧段) ，在线段的中间与其他任何 线段不存在任何相关关系，在线段的端点才与 其他的线段有关系。线段是有向线段，它的方 向有首尾端点确定。
结点(NODE)，即线段的两端点，可以分为首结 点和尾结点。
地理信息系统
第三章 矢量数据模型
第二章内容回顾
1、什么叫坐标系？ 2、为什么要建立坐标系？ 3、为什么要建立地球的坐标系？ 4、如何建立地球的坐标系统？ 5、坐标系统与地图绘制有什么关系？
第二章内容回顾
1. 什么是地图投影？ 2. 地图投影主要有几种分类方法？ 3. 中国、美国的地图投影主要有哪几种？ 4. 在地图投影过程中需要设置哪两部分内容？需要设
1976年，美国数学家阿佩尔与哈肯在美国伊利诺斯大学的 两台不同的电子计算机上，用了1200个小时，作了100亿 判断，终于完成了四色定理的证明。
3.2 拓扑
拓扑是研究几何对象在弯曲或拉伸等 变换下仍保持不变的性质。 矢量数据拓扑结构，即基本要素点、 线、面和实体之间的拓扑关系（与长度 面积无关）。
3.2 拓扑
Topology一词来自希腊文，它的原意是“形状 的研究”。拓扑学属于数学中几何学的内容， 最早由德国数学家莱布尼茨1679年提出。历 史上著名的哥尼斯堡七桥问题、多面体的欧 拉定理、四色问题等都是拓扑学发展史的重 要问题。
3.2 拓扑-哥尼斯堡七桥问题
问：能不能每座桥都 只走一遍，最后又回 到原来的位置？
空间数据结构
数据结构的概念：
数据结构即指数据组织的形式，是适于计算机存 储、管理和处理的数据逻辑结构。
对空间数据而言，数据结构则是地理实体的空间 排列方式和相互关系的抽象描述。
在地理系统中描述地理要素和地理现象的空间数 据主要包括：空间位置、拓扑关系和属性三个方 面的内容。
常用的空间数据结构
1736年，大数学家欧拉给出了解答。欧拉把两座小岛和河 两岸看作四个点，把七座桥看作这四个点之间的连线，从而 将问题就简化成，能不能用一笔就把这个图形画出来。欧拉 得出结论：不可能每座桥都走一遍，最后回到原来的位置。 并且给出了所有能够一笔画出来的图形所应具有的条件。
3.2 拓扑-地图四色猜想
1852年，英国学者弗南 西斯.格思提出：“每幅 地图都可以用四种颜色 着色，使得有共同边界 的国家颜色不同。”
空间关系及其表达
空间关系的描述有多种多样，目前尚未有 具体的标准和固定的格式。不同的GIS可能 采用不同的方法进行描述
3.2 拓扑
欧几里得平面上实体对象所具有的拓扑和非 拓扑属性
拓扑属性
非拓扑属性
一个点在一个弧段的端点 一个弧段是一个简单弧段（自身不相交） 一个点在一个区域的边界上（内部、外部） 一个面是简单面（面上没有“岛”） 一个面的连接性（给定面上任意两点，从一点可 以完全在面的内部沿任意路径走向另一点）