第四章~空间数据表达
第四章 地图概括
四、地图概括的方法步骤
地图概括是通过简化、分类、符号化和归纳等步 骤实现的，步骤之间相互影响，实施时要统筹兼顾， 相互协调。
1、简化
简化主要有两个目的，一是经简化处理，使制 图信息符合地图的展现能力，即简化后的要素信息 能在规定的比例尺地图上表示出来；另一个目的则 是经简化处理后，能尽量保持制图现象的基本地理 特征。
二、影响地图概括的因素
1、地图用途 2、地图比例尺 3、制图区域的特点 4、制图资料 5、符号样式及大小
客观因素
6、制图者
主观因素
1、地图用途
地图用途决定地图概括的方向，直接影响对地图内容的评 价、选择和概括的标准与原则，是地图概括的主导因素 制图人员有目的的概括 如华北地区1：100万的教学挂图和参考性的行政地图
比例尺概括： 依据比例尺 变化而设定 取舍标准 如：东西部 公路网，南 北方河网
目的概括：依据制图目的、区域特征的空间信息选取
2、分类——数据排序、分级或分群 分类——数据排序、 ——数据排序
分类一般是根据地理要素属性信息的异同划分的， 分类和简化都是概括的手段，所不同的是分类只对 数据信息进行处理，使之更突出，更典型，而不是 舍去某些数据 常用的分类方法： 常用的分类方法： 定性分类方法：是将一些类似的定性现象划分成类型 如土地利用类型、土壤类型 定量分类方法：是将定量数据划分成以数字定义的 级别，如居民地行政等级、受灾情况
地图比例尺是决定地图概括数量特征的主要因素， 限定了制图区域幅面和要素总量，也决定要素数量 指标的选取
地图比例尺的变更，制约图上地物的质量特征。大比例尺河 流，面状，属性特征，小比例尺河网结构
3、制图区域的特点
区域地理特点不同，同一要素的取舍标准有很大差别，同样的 地理事物在不同的制图区域具有不同的价值和意义，如干旱区 的水系 制图区域的特点是客观存在的，不同的制图区域，其地面要素 的组成、地理分布及其相互关系是有很大差别的。因此，地图 概括必须保证制图区域的基本特征和典型特点不会消失，即要 体现出地理适应性 在编图中，不宜固守单一的地图概括标准（如质量和数量标 准），而是要根据不同的区域特点制定不同的概括标准。区域 地理特点决定事物被选取和舍弃的可能性
《地理信息系统原理》第四章空间数据表达
3、弧段坐标文件：
弧段号
坐标系列（串)
a
x1,y1,X2,y2…,x5,y5
b
……
1、弧段文件：弧—面，弧—结点关系
弧段号
起点
终点
左多边形
右多边形
a
1
5
A
-
b
5
8
A
E
4、面文件
面号
弧段号
面积
周长
…
A
a,b,h
…
…
…
…
…
…
…
…
2、节点文件： 结点—链关系
点号
横坐标
02
（一）实体数据结构 只记录空间对象的位置坐标和属性信息，不记录拓扑关系。又称简单数据结构或面条（Spaghetti）结构。 存储： 独立存储：空间对象位置直接跟随空间对象； 点位字典：点坐标独立存储，线、面由点号组成 特征 数据按点、线、面为单元进行组织，数据结构直观简单； 公共边重复存储，存在数据冗余，难以保证数据独立性和一致性； 无拓扑关系，主要用于显示、输出及一般查询； 岛或洞只作为一个简单图形，没有与外界多边形的联系； 多边形分解和合并不易进行，邻域处理较复杂； 适用范围： 制图及一般查询，不适合复杂的空间分析 实例： ArcView的Shape文件 MapInfo的Tab文件
点用一个栅格单元表示；
02
PART 01
栅格数据模型
用离散的量化栅格值表示空间实体；
01
属性明确，位置隐含；
02
栅格边长决定了栅格数据的精度；
03
数据结构简单，易与遥感结合；
04
多层数据叠合操作简单；
05
《地理信息系统概论》课程笔记
《地理信息系统概论》课程笔记第一章地理信息系统基本概念1.1 数据与信息数据是原始的、未经处理的素材，它是信息的表现形式。
信息是从数据中提取的有意义的内容，它能够帮助人们做出决策。
在地理信息系统中，数据主要指的是空间数据，而信息则是通过对空间数据进行分析和处理得到的结果。
例如，一个地区的土地利用数据是原始数据，而通过分析这些数据得出的土地利用分布情况就是信息。
1.2 地理信息与地理信息系统地理信息指的是与地球表面位置相关的信息，包括自然地理信息（如地形、气候等）和人文地理信息（如人口、交通等）。
地理信息系统（GIS）是一种专门用于获取、存储、管理、分析和展示地理信息的计算机系统。
GIS能够将空间数据与属性数据结合起来，为用户提供强大的空间分析和决策支持功能。
例如，GIS可以用来分析城市交通拥堵情况，帮助规划交通路线。
1.3 地理信息系统的基本构成GIS由硬件、软件、空间数据、应用人员和应用模型五个基本部分组成。
硬件包括计算机、输入输出设备（如扫描仪、打印机等）；软件包括操作系统、数据库管理系统、GIS软件等；空间数据是GIS的核心，包括地图数据、遥感数据等；应用人员是使用GIS进行空间分析和决策的主体；应用模型则是根据实际问题构建的模型，用于解决具体问题。
例如，一个GIS系统可能包括一台计算机、GIS软件、地图数据和应用模型，用于分析土地利用变化。
1.4 地理信息系统的功能简介GIS的基本功能包括数据采集、数据管理、空间分析、可视化表达和输出等。
数据采集主要是获取空间数据和属性数据，可以通过遥感、野外调查等方式获取；数据管理主要是对数据进行存储、查询、更新和维护，确保数据的准确性和完整性；空间分析主要包括空间查询、空间叠合、空间邻近度分析等，用于解决实际问题；可视化表达主要是将空间数据以图形或图像的形式展示给用户，增强数据的可读性和可理解性；输出则是将分析结果以报表、地图等形式输出，为决策提供支持。
第四章空间数据结构
基本概念
• 弧段：构成多边形的线称为弧段，每个弧段可以有许 多中间点。
• 节点：两条以上弧段相交的点称为节点 • 岛：由一条弧段组成的多边形称为岛或洞。 • 简单多边形：多边形图中不含岛的多边形称为简单多
边形。 • 复合多边形：含岛的多边形称为复合多边形，包括为
边界和内边界，岛可以看做复合多边形的内边界。
C1,C5,C4
P3
C6,C7,C8
P4
C5,C7,C10,C2
….
节点 N1 N2 N3 N4 ….
C4
N4 N1
C1 P2 C6
C8
P1 C3
P3 N2 C5 N5
C2
C7
N7
C9 P5 P4
N3
N6
C10
点拓扑
坐标
X1,y1
X2,y2
X3,y3
X4,y4
线
C1,C4,C3 C1,C5,C2 C2,C3,C10 C4,C6,C8
线与多边形之间的树状索引
点与多边形之间的树状索引
树状索引编码消除了相邻多边形边界的数据冗 余和不一致的问题，在简化过于复杂的边界线或合并 相邻多边形时可不必改造索引表，邻域信息和岛状信 息可以通过对多边形文件的线索引处理得到，但是比 较繁琐，因而给相邻函数运算，消除无用边，处理岛 状信息以及检查拓扑关系带来一定的困难，而且两个 编码表都需要以人工方式建立，工作量大且容易出错 。
矢量数据结构
矢量数据结构是对矢量数据模型进行数据的 组织，通过记录坐标的方式尽可能精确地表示点、 线、多边形等地理实体，坐标空间设为连续，允 许任意位置、长度和面积的精确定义。
其精度仅受数字化设备的精度和数值记录字 长的限制。
矢量数据
地理信息系统原理简答题题库汇总
第一章绪论1.什么是地理信息系统（GIS）？它与一般的计算机应用系统有哪些异同点？2.阐述GIS的相关学科及关联技术，并就GIS基础理论的建立和发展问题，发表你的意见和观点。
3. GIS可应用于哪些领域？试论述GIS的应用和发展前景。
4.你对GIS社会化的发展趋势是怎么理解的？第二章GIS的构成与功能1.GIS由哪几个主要部分组成？它的基本功能有哪些？2.与其他地理信息系统相比，地理信息系统的哪些功能是比较独特的？第三章空间数据获取1.空间数据的基本内容有哪些？各种数据有哪些基本特征？2.空间数据共享的方法有哪几种？阐述空间数据共享问题：除技术因素外，主要存在哪些方面的问题？3.空间数据的获取方式有哪些？第四章空间数据的表达1.什么是空间实体？试述空间实体之间的空间关系。
2.什么是矢量数据结构？什么是栅格数据结构？试比较两种数据结构的优缺点。
3.举例说明矢量数据结构中的拓扑关系。
4.试述栅格数据结构的编码方法。
第五章空间数据处理1.谈谈空间数据处理的主要内容有哪些？2.比较点在多边形内的判别方法：射线法和弧长法的优缺点。
3.试述欧拉定理及其作用。
是否欧拉定理满足，图形的空间关系就是正确的？4.在什么情况下需要用矢量到栅格的转换，什么情况下需要用栅格到矢量的转换？第六章空间数据管理1.文件管理系统与数据库管理系统有哪些异同点？2.常用的数据库模型有哪些？试比较其优缺点。
3.试述空间数据的管理模式，并比较其优缺点。
第七章空间查询与空间分析1.什么是空间数据的查询？2.对空间数据的查询有哪些形式和手段？3.栅格数据的叠加与矢量数据的叠加有什么不同？4.什么是缓冲区分析？请举例说明它有什么用途。
5.泰森多边形有什么特点？如何建立？6.常用的网络分析有哪些？对GIS应用有何价值？请举几个例子说明。
7.DEM有哪几种常用的生成方法，它的主要优缺点是什么？8.地形分析有哪些主要内容及其运算模型？第八章空间数据的可视化与地图制图1.地图语言有哪些内容？2.地图输出有哪些方式，各有什么优缺点？你理想中的地图输出方式是什么？3.矢量点、线、面符号是怎样绘制的？4.栅格点、线、面符号是怎样绘制的？第九章GIS的应用1.叙述基于GIS的地学应用模型的建模步骤和方法。
第4章 空间信息的三维表达
第一节 数字地形模型
数字地形模型（Digital Terrain model，即DTM）是各类三维地 表可视地形模型的重要组成部分，它以离散分布的平面来模拟 连续分布的地形。其关键技术是DEM（数字高程模型）的构建与 表达。DEM数据组织目前主要有两大类，即：基于规则格网和基 于不规则三角网。如下图
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实体法构模 So lid 法的实质是N etwo rk 与B lock的混合, 优点是能精 确表达较复杂地质结构和进行体积计算以及储量估算。三维 地学模拟中, 这几种方法在国外已有成功应用, 而国内应用尚 不多见。
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体视化技术 体视化技术, 是在吸收计算机图形学、图像处理和计算 机视觉等相关学科知识的基础上发展起来的一门研究体数据 的交叉学科。近10 年来, 体视化技术从概念、原理、方法到 硬件系统得到了全面发展,逐步形成了一套完整的技术。国外 将体视化技术应用于三维地学模拟的典型代表是L YNX 的三 维CM 技术。 三维地学模拟体视化技术的实质是以三维基元(体素) 来 描述整个物体,它包含物体内外的全部信息。对体数据显示有 两种基本方法: 基于表面重建的显示(Su rface-based Rendering ) 和基于体素的显示(Voxel-based Rendering ) 或直接体视( Direct Volumn Rendering) , 最终将都生成一个显示图像。
x - xa y – ya z- za xb – xa yb - ya zb – za = 0 xc – xa yc - ya zc - za
二 不规则格网建立方法
不规则格网（TIN三角形网）的建立，在国内外有大量文 献对TIN三角形的建立方法进行了研究，其中Delaunay 三角 形格网是其典型，其基本建立原则是： 1、唯一性，即不论从数据的哪个三角形开始扩展，最终 所得三角网的构成都是相同的，保证了成图一致性。 2、空圆性，即在任意一个三角形的外接圆范围内不会有 其他点位于其内并与其通视。 3、最大最小角特性, 即任意两个相邻的三角形组成的凸四 边形的对角线如果可互换且换的话, 那么两个三角形6 个内角 中最小的角度不会变大。该性质说明三角形具有最佳形状特 征。
第四章 GIS空间数据库gis
②以实验性数据进行系统测试；
③加载实际数据，实现空间数据库的建立。
2、空间数据库的运行与维护
第二节 空间数据库概念模型设计: 语义模型与对象模型
• 语义数据模型
E-R模型。实体、联系、属性等概念
面向对象的基本概念：
• 面向对象的数据模型
对象、类； 继承； 重载； 概括与聚集。
2) 概 括：
概括是把几个类中某些具有部分 公共特征的属性和操作方法抽象出 来，形成一个更高层次、更具一般 性的超类的过程。 子类和超类用来表示概括的特 征，表明它们之间的关系是“即 是”(is-a)关系，子类是超类的一 个特例。如多边形对象类和弧段对象
类概括形成空间对象类
3） 聚 集：
聚集是将几个不同类的对象组合 成一个更高级的复合对象的过程。 “复合对象”用来描述更高层 次的对象，“部分”或“成分” 是复合对象的组成部分。“成分” 与“复合对象”的关系是“部 分”(parts—of)的关系。如多边
② 设计全局的E-R模型：
③ 全局E-R模型的优化：实体类型尽可能少，所 含属性尽可能少，实体类型之间联系无冗余。 优化的方式： 把有联系的实体类型合并； 冗余属性的消除； 冗余联系的消除。
二、面向对象的数据模型
1、基本思想：我们通过对问题领域进行 自然分割，用更接近人类通常思维的方式建 立问题领域的模型，从而将客观世界的一切 实体模型化为对象。 每一种对象都有各自的内部状态（结构 模拟）和运动规律（行为模拟）；不同对象 之间的相互联系和相互作用就构成了各种不 同的系统，并使系统尽可能地直接表现出问 题的求解过程。
空间数据库的分类：
从应用性质上空间数据库可分为基础 地理空间数据库和专题数据库。
第四章 空间数据库
4 点-线查询 查询某点实体一定范围内的线实体。步骤
： (1)激活点图层，选择一个点
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(2)SQL查询 激活线图层，输入查询条件
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5 线-线查询
查询与某个线实体相连的其他线实体。步骤：
(1)激活线图层，选择一条线
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网状模型用连接指令或指针来确定数据间的显 式连接关系，是具有多对多类型的数据组织方 式 。网络模型将数据组织成有向图结构，结构 中结点代表数据记录，连线描述不同结点数据间 的关系。
存在以下问题：1）结构复杂，增加了用户查询 和定位的困难。要求用户熟悉数据的逻辑结构， 知道自身所处的位置。（2）网状数据操作命令 具有过程式性质（3）不直接支持对于层次结构 的表达。
(2)SQL查询
输入查条件
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6 面-线查询 查询经过某个面实体的线实体。步骤：
(1)激活面图层，选择一个面
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(2)SQL查询 激活线图层，输入查询条件
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7 点-面查询
查询某个点实体被包含在哪个面实体内部。 步骤： (1)激活点图层，选择一个点
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点、线、面实体相互关系的9种查询： 1 点-点查询
查询某点实体给定距离范围内的其他点 实体。如200km。步骤： (1)激活点图层，选择一个点
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(2)SQL查询（200km以内的其他点）
第四章 空间数据的处理
矩阵为：
[x*, y*]=[x, y]. con sin -sin con
2.几何纠正
几何纠正是为了实现对数字化数据的坐标系 转换和图纸变形误差的改正。现有的几种商业GIS 软件一般都具有仿射变换、相似变换、二次变换 等几何纠正功能。
仿射变换与相似变换相比较，前者是假设地 图印变形而引起的实际比例尺在x和y方向都不相 同，因此，具有图纸变形的纠正功能。
a0
α
O`
b0
X
坐标变换原理
式中，设 a1 = m1cosα ， b1 = -m1sinα a2 = m2sinα ， b2= m2cosα 则上式可以简化为： X = a 0 + a 1x + a 2y Y = b 0 + b1x + b 2y 上式中含有6个参数a0、a1、a2、b0、b1、b2， 要实现仿射变换，需要知道不在同一直线上的3对控 制点的数字化坐标及其理论值，才能求得上述6个待 定参数。但在实际应用中，通常利用4个以上的点来 进行几何纠正。下面按最小二乘法原理求解待定参 数：
第四节
多元空间数据的融合
GIS技术经过近40年的发展和应用，已经积累 了大量的数据资源。但是，由于地理数据的多语义 性、多时空型、多吃毒性、获取手段的多样性、存 储格式的不同以及数据模型与数据结构的差异等，， 导致多元数据的产生，给数据的继承和信息共享困 难。为了实现空间数据的共享，特别是随因特网的 发展、数字地球的兴起和GIS应用的日益深入，多 元数据的融合已成为GIS设计者和用户的共同要求。
3.4.4 删除公共边界
第三节
空间数据的坐标变换
多种坐标体系并存会给查询、分析带来不 便，尤其是叠加、拼图，这便引出了空间数据 的坐标转换的概念。空间数据坐标转换的实质 时间里两个平面点之间的一一对应的关系，包 括几何纠正和投影转换，它们是空间数据处理 的基本内容之一。
第四章-空间数据库
x
26.7 28.4 46.1 31.3 68.4
y
23.5 46.5 42.5 45.6 38.7
地 图
M
Ⅰ
Ⅱ
2 a 1
b Ⅰ d c 4
3
e Ⅱ g
5 f
M
多 形 边
Ⅰ Ⅱ
点
a c b e c f d g
1 2 3 4
x1 x2 x3 x4 x5 x6
y1 y2 y3 y4 t5 y6
学校名称 西北大学
系名 教师数 学生数 研究生 系名 教师数 学生数 研究生 城资系 系名 52 教师数 300 学生数 70 研究生 49 257 71 地质系 化学系
学号 姓名 年级 籍贯 系名 教师数 学生数 002312 系名 张三 教师数 3 学生数广东 研究生
教师号 姓名 年龄 职称 系名 教师数 学生数 66 系名 李四 教师数 30 学生数教授 研究生
数据库技术是20世纪 年代初开始发展起来的一 数据库技术是 世纪60年代初开始发展起来的一 世纪 门数据管理自动化的综合性新技术。 门数据管理自动化的综合性新技术。 一、数据库 数据库： 为了一定的目的 ， 在计算机系统中以特定的 数据库 ： 为了一定的目的， 结构组织、存储和应用的相关联的数据集合。 结构组织、存储和应用的相关联的数据集合。 空间数据库： 即地理信息系统的数据库， 空间数据库 ： 即地理信息系统的数据库 ， 是某区域内 关于一定地理要素特征的数据集合。 关于一定地理要素特征的数据集合。
1、计算机对数据的管理阶段
经过了三个阶段 ： 程序管理阶段 文件管理阶段 数据库管理阶段
（1）程序管理阶段 变量赋值、运算、输出均在一个程序中进行，值变程 序就变。 如：add.c #include “stdio.h” main() { int a,b,c; a=3; b=5; c=a+b; printf(“c=%d\n”,c); } 编译后生成add.exe。
GIS第四章地理信息系统空间数据库 ppt课件
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4
第一节 空间数据库概述
空间数据库：是地理信息系统在计算机物理存储介质存 储的与应用相关的地理空间数据的总和，以一系列特定 结构的文件形式组织后存储在介质上。
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5
第一节 空间数据库概述
空间数据库设计最终归结为空间数据模型设计。
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空间数据设计的过程和步骤
需求分析
概念设计
逻辑设计
物理设计
数据库
地理现象 和过程
现实世界
数据库的 概念模型
信息世界
数据库的 逻辑模型
数据库的 存储模型
计算机世界
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1、空间数据库设计步骤：
（1）需求分析：系统分析特定的专业应用需求。 （2）概念设计：把用户的需求加以解释，并用概念模型表 达出来。概念模型是对现实世界的抽象。主要描述数据及其 之间的语义关系。如实体-联系模型、面向对象数据模型。
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四、 空间数据库的实现和维护
3、空间数据库的运行和维护 维护空间数据库的安全性和完整性 监测并改善数据库性能 增加新的功能 修改错误
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内容小结
一、数据管理技术发展阶段 二、空间数据库系统的组 三、空间数据库的设计 四、空间数据库的实现和维护
第四章 地理信息系统空间数据库
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第四章 地理信息系统空间数据库
第一节 空间数据库概述
第二节 空间数据库概念模型设计
第三节 空间数据库逻辑模型设计
第四节 空间数据库的物理设计
第四章：空间数据Coverage的创建
第四章：空间数据Coverage的创建⼀、什么是Coverage⽂件？ 1.Coverage是⼀种空间数据的表达模型。
数据采集后如何将其组织在数据库中，以反映客观事物及其联系，这就关系到数据模型问题。
⽽GIS正是根据地理数据模型，来实现在计算机中存储、组织、处理和表⽰地理数据的。
2.Coverage数据模型被称为地理相关模型（Georelational Data Model）。
它采⽤的是⼀种混合数据模型定义和管理地理数据。
Coverage也是ArcGIS 9中主要的⽮量⽂件格式之⼀，⽤其来表⽰⽮量数据在实际应⽤中⾮常⼴泛。
3.Coverage是将空间数据和属性数据结合起来，并且存储要素间的拓扑关系。
空间数据以⼆进制⽂件的形式存储。
⽽属性数据和拓扑数据则以INFO表的形式存储。
4.在Catalog中将Coverage⼆进制⽂件和INFO表结合成Coverage要素类进⾏表达。
空间数据使⽤拓扑数据模型来表⽰，⽽属性数据则使⽤关系数据模型。
5.在Coverage中，主要使⽤弧段、节点、标识点和多边形来表⽰地图上的点、线、⾯，除此之外，还有控制点、覆盖范围、标注和链接。
⼆、Coverage要素类型 1.Coverage要素的主要类型为点、弧段（线）、多边形和结点。
这些要素具有拓扑关系，及弧段形成多边形的周长，结点形成弧段的终点，点给多边形的内部做标记。
Coverage点要素具有双重属性。
它们可以形成⼀些较⼩的地理对象（如油井和建筑物），也可以标注多边形的内部区域。
2.Coverage要素的第⼆种类型为tic点、链接和注记。
tic点⽤来配准地图。
链接⽤来调整要素，⽽注记则⽤来对地图上的要素做标注。
3.Coverage也含有⼀些组合要素。
路径是与⼀定的量测系统相关联的弧段的集合。
区域是邻接、分离或叠加的多边形的集合。
区域被⽤于环境和⼟地利⽤应⽤。
4.两个概念，Coverage要素集和Coverage要素类。
GIS04第四章 空间数据处理
无结点
C、 自动编辑，在给定容差内，自动求交并吻合在一起。
3）需要考虑两种情况
A、 要求坐标一致，而不建立拓扑关系；如 高架桥（不需打断，直接移动） B、 不仅坐标一致，且要建立之间的空间关联关系；如 道路交叉口（需要打断）
有结点
第四章 空间数据的处理
§4-2 图形编辑
4）清除假结点（伪结点）
由仅有两个线目标相关联的结点成为假结点。 A B
4°取起始点上开始的，刚才所形成多边形的最后一条边作为新的起始链， 转2°；若这条链已用过两次，即已成为两个多边形的边，则转1°。
第四章 空间数据的处理
2）建立多边形的基本过程
例：
§4-1 拓扑关系的自动建立
1°从P1开始，起始链定为P1P2,从P2点算起，P1P2最右边的链为P2P5；从P5算起， P2P5最右边 的链为P5P1,...形成的多边形为P1P2P5P1。 2°从P1开始，以P1P5为起始链，形成的多边形为P1P5P4P1。
2、在图形采集和编辑之后自动建立，其基本原理与前类似。 返回
第四章 空间数据的处理
二、多边形拓扑关系自动建立 1、链的组织
§4-1 拓扑关系的自动建立
1）找出在链的中间相交的情况，自动切成新链； 2）把链按一定顺序存储，并把链按顺序编号。
2、结点匹配 1） 把一定限差内的链的端点作为一个结点，其坐标值取 多个端点的平均值。 2）对结点顺序编号。
§4-2 图形编辑
简化为：
第四章 空间数据的处理
3、面的捕捉
§4-2 图形编辑
实际上就是判断光标点S(x,y)是否在多边形内，若在多边形内则说明捕捉到。 判断点是否在多边形内的算法主要有垂线法或转角法。 垂线法的基本思想是从光标点引垂线(实际上可以是任意方向的射线)，计算 与多边形的交点个数。 若交点个数为奇数则说明该点在多边形内；若交点个数为偶数，则该点在多 边形外。
地理空间分析：理解和利用地理空间数据
地理空间分析：理解和利用地理空间数据第一章：地理空间数据的概述地理空间数据是指与地理位置相关的数据，它描述了地球上的各种现象和现象之间的关系。
这样的数据可以通过卫星遥感、地理信息系统和全球定位系统等技术手段收集和获取。
地理空间数据在各个领域都有广泛的应用，如城市规划、环境保护、农业生产、气象预测等。
理解和利用地理空间数据可以帮助我们更好地认识和利用地球资源，解决相关问题，推动社会发展。
第二章：地理空间数据的类型地理空间数据可以分为矢量数据和栅格数据两类。
矢量数据是通过点、线、面等几何要素来描述地理现象的数据，它可以用于表示地物的位置和形状等信息。
常见的矢量数据包括地图、道路网络、行政边界等。
栅格数据是通过像元或像素来描述地理现象的数据，它可以用于表示地物的属性和分布等信息。
常见的栅格数据包括遥感影像、高程模型、气象数据等。
不同类型的地理空间数据在处理和分析上有各自的特点和方法。
第三章：地理空间数据的获取与处理地理空间数据的获取和处理是利用地理信息系统进行地理空间分析的前提。
数据的获取可以通过卫星遥感、无人机航拍、地面调查等手段进行。
在获取到地理空间数据后，还需要进行数据的预处理和清洗，以保证数据的质量和可用性。
常见的处理操作包括数据投影转换、数据格式转换、数据裁剪和融合等。
地理空间数据的处理过程需要借助于专业的地理信息系统软件，如ArcGIS、QGIS等。
第四章：地理空间数据的可视化与分析地理空间数据可视化是将数据以可视化的方式展示出来，以便更好地理解和分析地理现象。
常用的地理空间数据可视化方法包括地图制作、三维模型展示、热力图绘制等。
地理空间数据的分析是通过对数据进行统计和综合分析，以获得有关地理现象的信息和规律。
常见的地理空间数据分析方法包括空间插值、空间关联分析、空间模式分析等。
地理空间数据的可视化和分析可以通过地理信息系统软件和编程语言实现，如Python、R等。
第五章：地理空间数据的应用案例地理空间数据在各个领域都有广泛的应用。
地理信息系统原理与应用4 空间数据获取和处理1.4 第四章 数据的处理和集成
第四章 空间数据的获取与处理
4.1 空间数据的获取 4.1.2 空间数据的采集
1.图形数据的采集 2.属性数据的采集
对于要输入属性库的属性数据，通过键盘直接键 入或文件、表格、数据库导入。 对于要直接记录到栅格或矢量数据文件中的属性 数据，则必须进行编码输入。
人口普查 社会经济调查 各种统计资料
统计图表
文件 统计数据 实验数据
电子数据 地全球站物仪遥理、感、G数地P据S球数化据学已建G各IS种数数据据库
野外调查的原始记录等
4.1.1 数据源的种类
确定应用哪些类型的数据是由系统的功能确定。
土地的适宜性和承载力的信息系统： 地形、土壤类型、降雨、地下水位、运输条件等。
第四章 空间数据的 获取与处理
复习：
地理信息系统 GIS的组成
GIS是由计算机硬件、软件和不 同方法组成的系统，该系统设计 支持空间数据的采集、管理、处 理、分析、建模和显示，以便解 决复杂的规划和管理问题。
系统管理操作人员
系系 空间 统 统 数据 硬 软
件件
复习：
空间数据特征
空间位置 属性特征 时态特征
<1 m ： 1 1 ~ 2 m： 2 2 ~ 5 m： 3 5 ~ 20 m： 4 20 ~ 50 m：5 >50m： 6
5 ~ 10 m ： 1 10 ~ 20 m： 2 20 ~ 30 m： 3 30 ~ 60 m： 4 60 ~ 120 m： 5 120 ~300 m：6 300 ~500 m：7 >500m： 8
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第四章 空间数据的获取与处理
第四章 空间统计分析
1 当区域i和j的距离小于d时 wij 其它 0
（二）全局空间自相关
衡量空间自相关的指标有Moran指数I、Geary系数C、 G统计量等，他们都有全局指标和局部指标两种。全 局空间关联指标用于探测某现象在整个研究区域的 空间分布模式,分析其是否有聚集特性存在。 Moran指数I是由 Moran于 1948年提出的 ,反映的是 空间邻接或空间邻近的区域单元属性值的相似程度。 Geary 系数与Moran指数存在负相关关系。 由于 Moran指数不能判断空间数据是高值聚集还是 低值聚集 , Getis和 Ord于 1992提出了全局 G系数。 G系数一般采用距离权 , 要求空间单元的属性值为正。
S0 Wij
i 1 j n n
S1 Wij Wji
i 1 j 1
n
n
2
2
4 n xi x n n 2 S3 Wi. W .i k i 1 2 i 1 n 2 xi x n Wi.为空间相临权重矩阵i 行 W.i为i 列 j 1
第1节 探索性空间统计分析
一、基本原理与方法 （一）空间权重矩阵 （二）全局空间自相关 （三）局部空间自相关 二、应用实例 三、软件实现
一、基本原理与方法
空间自相关(Spatial autocorrelation)是指同一个变量在 不同空间位置上的相关性。目的在于检验空间单元与其 相邻的空间单元的属性间是否具相似性。 如何定义“相邻”？——空间权重矩阵 空间自相关分析可分以下 3个过程: 首先建立空间权重矩阵,以明确研究对象在空间位置上的 相互关系; 其次进行全局空间自相关分析,判断整个区域是否存在空 间自相关现象或集聚现象; 最后进行局部空间自相关分析,找出空间自相关现象存在 的局部区域。
地理信息系统空间数据库
（3）语义贫乏
用单一结构描述描述“交互”、“从属”、“构成”等众 多联系，语义上无法区别。
（4）数据类型太少
只提供常用的简单数据类型，不能自定义新的数据类型。
一、语义数据模型
－实体联系模型（E –R模型）
• 提供三种语义概念：
全信息对象：包含空间、时态和属性信息的地理对象。
全信息对象模型：运用面向对象设计技术，将对象的空 间、属性随时间变化的信息封装。每个全信息对象有 多个时态版本。
Hale Waihona Puke he End第四章 地理信息系统空间数据库
本章主要内容：
• 空间数据库概述 • 空间数据库概念模型设计 • 空间数据库逻辑设计与物理设计 • 空间时态数据库
§4.1 空间数据库概述
一、空间数据库概念 • 是GIS中存储的与应用相关的地理空间数据的
总和。（各种来源和形式） • 数据库＝数据库系统
数据库系统
• 空间数据库管理系统的实现 （1）常规DBMS进行扩展，使有空间数据
2、相关概念
• 对象（Object)：实体的抽象（基本元素），封装了数据和操作集 的实体。
• 消息（Message）：请求 对象执行某一操作或回答 某些信息的要求。
• 类：描述一组对象的共同特征。类和实体是抽象与具 体的关系。
3. 对象的性质
• 封装：
• 继承：某类对象可以自然地拥有另一类对象的某些特 征和功能。不必重复实现，减少代码。
2. 概念模型（空间特征，关系描述）
（1）空间特征：点、线、面、体四种基本类型； （2）实体在空间、时间、属性三方面存在联系： • 空间联系：空间位置、分布、关系、运动等； • 时间联系：客体随时间变化，可构成时态数据库； • 属性关系：属性多级分类中的从属关系、聚类关系、相
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P1
P2
P3
Ⅰ Ⅱ
Ⅱ Ⅲ
Ⅳ
6
9
Ⅱ
Ⅲ
8
1 2 3 4 0
12 13 14 15
树状索引法
点文件 点号 1 2
… 11
坐标
x1，y1 x2，y2
…
4
3 2
Ⅱ
5 13 P1 Ⅰ 12 10 Ⅲ 14 Ⅳ P2 7 15
15
x15，y15
P3
1
6
9
8
4 3 2 Ⅱ 12 Ⅰ 1 6 P2 7 15 P3 5
理解拓扑变换和拓扑属性时，我们可以设想 一块高质量的橡皮，它的表面是欧几里德平 面，可被任意拉伸压缩，但不能扭转折叠。 表面上有由结点、弧、环和区域组成的图形。 若对该橡皮进行任意拉伸、压缩，但不扭转 和折叠，则在橡皮形状的这些变换中，图形 的一些属性将得到保留，有些属性将消失。
拓扑和非拓扑属性
终点 中间点 起点
面:
弧段4
弧段3
弧段2 弧段1
相邻 点—点 点—线 点—面 线—线 线—面 面—面
相交
分离
包含
重叠
主要拓扑关系—拓扑的邻接性
a
结点之间
b
e a b c d e
c b
c
d
a
e
a 1 0 0 1
b 1 1 0 1
c 0 1 1 0
d 0 0 1 1
e 1 1 0 1 -
d
面块之间
3、从摄像机获取：栅格元素数固定 512×512 1024×1024
4、从遥感中获取：周期性，动态性，可自动提 取专题信息。 5、从矢量数据转换成栅格数据
点类型 统一标识
简单点 文本点 结 点
点实体编码
类别或系列号 x,y 坐标
简单点——符号
比例 朝向 比例 朝向 字体 文句
文本点——字符 建立和显示数据库联系的属性 结 点——符号
线指针 线交汇编
其它非几何属性
唯一标示码 线标示码 起始点
线实体编码
终止点 坐标对序列 显示信息 非几何属性
多边形矢量编码
4.6 空间对象的矢量表达
• 中文名称： 矢量数据 • 英文名称： vector data • 定义1： 在直角坐标系中，用X、Y坐标表示地图图形或地理实体的位 置和形状的数据。 所属学科： 测绘学（一级学科）；地图制图学 （二级学科） • 定义2： 以矢量方式存储的数据，它由表示位置的标量和表示方向的 矢量两部分构成。在地理信息系统空间数据库中，矢量数据用于表达 既有标量属性又有方向属性的地理要素。
拓扑元素：
点：孤立点、线的端点、面的首尾点、链的连接点 线：两结点之间的有序弧段，包括链、弧段和线段 面：若干弧段组成的多边形
基本拓扑关系
关联：不同拓扑元素之间的关系 邻接：相同拓扑元素之间的关系 包含：面与其他元素之间的关系 层次：相同拓扑元素之间的层次关系
点: 弧:
拓扑属性
非拓扑属性
一个点在一个弧段的端点 两点之间的距离 一个弧段是一个简单的弧段 一个点指向另一个点的方向 一个点在一个区域的边界上 弧段的长度 一个点在一个区域的内部 一个区域的周长 一个点在一个区域的外部 一个区域的面积 一个面是一个简单的面（无岛） 一个面的连通性
拓扑变换 （橡皮变换）
3、空间对象的拓扑空间关系
P2 d B
A c P3 f C b P2 d B P1 E
P0
e
D
P4 g
弧段与多边形拓扑关系表 弧段 左多边形 右多边形 a P0 P1 b P2 P1 a c P3 P1 d P0 P2 e P0 P3 f P3 P2 g P1 P4
拓扑的邻接性
A c P1 E D
P0
e
P3
f C
P4 g
2
P1 Ⅰ 1
Ⅱ 12 6 P3 Ⅴ
14
9
P2
x7，y7；x8，y8； x9，y9；x10，y10； x11，y11；x5，y5；x6，y6
P2
7
15
8
P3
x12，y12；x13，y13；x14，y14；x15，y15
树状索引法
4 3 2
Ⅱ 12 Ⅰ 1 P3 Ⅳ P2 7 15 Ⅰ Ⅳ Ⅲ 14 5 13 P1 10 11
常用的空间数据结构
X
xn yn xi yi
x1 y1 x2 y2
i
Y
j
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。
编码的概念和意义
地理数据编码，是根据GIS的目的和任务，把地 图、图像等资料按一定数据结构转换为适于计算机 存贮和处理的数据过程。地理内容的编码要反映出 地理实体的几何特征，以及地理实体的属性特征， 空间数据的编码是地理信息系统设计中最重要的技 术步骤，它表现由现实世界到数据世界之间的界面， 是联结从现实世界到数据世界的纽带。
（二）栅格数据的取值
每个栅格元素只能取一 个值，实际上一个栅格 可能对应于实体中几种 不同属性值，存在栅格 数据取值问题
A C D
B
决定栅格单元代码的方法
返回 休息
决定栅格单元代码的方法
返回 休息
决定栅格单元代码的方法
返回 休息
决定栅格单元代码的方法
返回 休息
栅格数据的获取 1、目读法：适用于所选区域范围小，栅格单元 尺寸大的情况。 2、从扫描仪获取：高精度，快速度，数据格式 标准化。
11
树状索引法
10
P3
Ⅳ
Ⅲ
14 9
P2
7
15
8
P1
P2
P3
多边形文件 多边形号 边界线号 1 Ⅰ，Ⅱ 2 Ⅱ，Ⅲ 3 Ⅳ
Ⅰ Ⅱ
Ⅱ Ⅲ
Ⅳ
空间实体的拓扑信息
• 1、拓扑关系概念：是明确定义空间关系的一 种数学方法。在GIS中，用来描述并确定空间 的点线面之间的关系及属性，并可实现相关的 查询和检索。 2、拓扑关系特点： 1）独立于坐标系统的几何关系 2）不随几何实体平移 旋转 缩放而变化 拓扑关系反映了空间实体间的逻辑关系，不需 要坐标、距离信息，不受比例尺限制，也不随 投影关系变化。
11
树状索引法
10 Ⅲ 14 Ⅰ Ⅳ Ⅱ Ⅲ
13
P1
Ⅳ
9
1 2 3 4 5 5 6 6 5 6 7 8 9 10 12 13 14 15
8
线号 起点 Ⅰ 6 Ⅱ 5 Ⅲ 6 Ⅳ 12
终点 点号 5 6,1,2,3,4,5 6 5,6 5 6,7,8,9,10,11,5 13 12,15,14,13
4 3 2 Ⅱ 12 Ⅰ 1 6 5 13 P1
地理信息系统为什么要研究数据模型
现实世界真实模型
空间数据处理
空间数据查询
空间数据分析
空间数据模型 空间数据复原 空间数据结构
数据库：空间数据物 理结构
4.4 空间数据结构类型
• 矢量数据结构 • 栅格数据结构
4.5空间数据结构的建立
• 空间数据编码是空间数据结构的实现，目 的是将图形数据、影像数据、统计数据等 资料、按一定的数据结构转换为适用于计 算机存储和处理的形式。 • 高效的数据结构应该具有一定的要求。
特点： 1.用离散的点或线描述地理现象及特征 2.用拓扑关系描述矢量数据之间关系
3.面向目标的操作
4.数据结构复杂且难以同遥感数据结合
5.难于处理位置关系
4.7 空间对象的栅格表达
2 2 2 2 2 2 2 2 1 7 7 7 7 7 2 • 规则格网式空间数据 2 模型： 2 栅格数据模型 2 2 空间单元人为划定成 2 大小相等的正方形网 1 格，有着统一的定位 4 4 参照系。每个空间 4 单元只记录其属性值， 4 而不记录它的坐标值。4 4 2 2 2 2 2 2 2 1 7 7 7 7 7 2 2 2 2 2 2 2 1 7 7 7 7 7 2 2 2 2 2 2 1 7 7 7 7 7 7 2 2 2 2 2 1 1 7 7 7 7 7 7 2 2 2 2 1 1 7 7 7 7 7 7 7 2 2 2 1 4 4 1 7 7 7 7 7 7 1 1 1 4 4 4 4 1 7 7 7 7 7 4 4 4 4 4 4 4 4 1 7 7 7 7 4 4 4 4 4 4 4 4 4 1 7 7 7 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 1 7 7 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 1 7 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 1 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 1 7 4 1 4 4
空间实体的矢量数据表达
矢量结构编码方法
1、点实体矢量编码方法 2、线实体矢量编码方法 3、多边形矢量编码方法
空间对象（实体）的地图表达 点：位置：（x，y） 属性：符号 线：位置：（x1,y1),(x2,y2),…,(xn,yn) 1 1 n 属性：符号—形状、颜色、尺寸
面： 位置：(x1,y1),(x2,y2),…,(xii,yii),…,(x1,y1) 1 1 2 1 1 属性：符号变化
B
A c P3 f C b P2 d B P1 E
P0
e
a
D
P4 g
弧段与结点的拓扑关系表 弧 段 结 点 a A , B b B , D c D , A d B , C e C , A f C , D g E , E
A c P3 P1 E
P0
e