地理信息系统 第五章 空间数据组织与管理
地理信息系统5-空间数据的处理
§5-3 拓扑关系的自动建立
5、岛的判断
单多边形被追踪两次
找出多边形互相包含的情况.
p1
p3
p2
1°、计算所有多边形的面积。
2°、分别对面积为正的多边形和面积为负的多边形排序。p1,p2,p3, -p1,-p2,-p3,
3°、从面积为正的多边形中，顺序取每个多边形，取完为止。若负面积多边形个数 为0，则结束。来自一、点线拓扑关系的自动建立
1、在图形采集和编辑中实时建立
弧段-结点表
结点-弧段表
Oid 起结点 终结点
a1 N1
N2
a2 N2
N3
Oid 弧段 号 N1 a1 N2 a1,a2 N3 a2
N2 a2 N1 a1
N3
(a)
N2 a2 N1 a1
N3
a3
Oid 起结点 终结点
a1 N1
N2
a2 N2
N3
一般，若结点容差设置合理，大多数结点能够吻合在一起， 但有些情况还需要使用前三种方法进行人工编辑。
§5-2 图形编辑
2）结点与线的吻合
在数字化过程中，常遇到一个结点与一个线
状目标的中间相交。由于测量或数字化误差，
它不可能完全交于线目标上，需要进行编辑，
称为结点与线的吻合。
C
编辑的方法： A、 结点移动，将结点移动到线目标上。 B、 使用线段求交； C、 自动编辑，在给定容差内，自动求交并吻合在一起。
§5-1 坐标变换
3、仿射变换
实质是两坐标系间的旋转变换。 设图纸变形引起x,y两个方向比例尺不同，当x,y比例尺相同时，为相似变换。
特性：
· · ·
求解上式中的6个未知数，需不在一直线上的3对已知控制点，由 于误差，需多余观测，所以，用于图幅定向至少需要四对控制点。
如何进行地理信息系统的空间数据管理
如何进行地理信息系统的空间数据管理地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）是一种利用计算机技术对地理现象进行空间分析和处理的系统。
随着科技的不断进步，地理信息系统在各个领域得到了广泛的应用，如城市规划、资源管理、环境保护等。
然而，有效的空间数据管理对于地理信息系统的运作至关重要。
本文将从数据采集、数据存储、数据清洗和数据共享四个方面探讨如何进行地理信息系统的空间数据管理。
一、数据采集地理信息系统的空间数据采集是建立一个可靠和准确的数据源的关键步骤。
传统的数据采集方法包括地理勘测和卫星影像解译，而现代技术如无人机和全站仪等也为数据采集提供了更多选择。
在进行数据采集时，应根据具体需求选择合适的硬件设备和软件工具。
同时，要确保采集的数据具有一定的时效性和精确性，避免出现数据不一致或错误的情况。
二、数据存储在进行地理信息系统的空间数据管理时，合理的数据存储方式是至关重要的。
一种常见的数据存储方式是采用数据库技术，如MySQL、PostgreSQL等。
这样可以方便地对数据进行索引、查询和管理。
此外，为了提高数据存取的效率，可采用磁盘阵列或云存储等技术来实现数据的高速读写。
在进行数据存储时，还要考虑数据的备份和恢复措施，以防数据丢失或损坏。
三、数据清洗地理信息系统的空间数据清洗是为了去除数据中的错误、冗余和不一致信息，以提高数据的可靠性和准确性。
数据清洗可以采用自动化的算法和人工的检查相结合的方式进行。
自动化算法可以帮助快速发现数据中的错误和冗余信息，而人工检查可以针对性地处理一些特殊情况。
在进行数据清洗时，还要特别注意数据中的空缺值和异常值的处理，以确保数据质量。
四、数据共享地理信息系统的空间数据共享是多个部门或组织之间进行合作和信息共享的一种方式。
为了实现数据共享，应建立标准的数据格式和数据交换协议。
常见的数据格式包括Shapefile、GeoJSON和KML等。
5地理信息系统的数据模型与空间数据库
关系模型
属性 实体 E1 E2
…
A1
V11 V12
…
A2
V21 V22
…
A3
V31 V32
…
…
… …
An
Vn1 Vn2
…
E3
V13
V23
V33
…
Em
V1m
V2m
V3m
…
…
Vn3
Vnm
30
关系1：边界关系 多边形 边号 (P) Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅱ Ⅱ 边 号 (E) a b e b c d 边 长 (L) 30 40 30 40 25 28
为“一对一联系”，记为“1:1”。例如省—省会。
一对多联系 如果实体集E1中每个实体与实体集E2中任意个（零 个或多个）实体有联系，而E2中每个实体至多和E1 中一个实体有联系，那么称E1和E2的联系为“一对
多联系”，记为“1:N”。例如省和湖泊。
17
多对多联系 如果实体集E1中每个实体与实体集E2中任意个（ 零个或多个）实体有联系，反之亦然，那么称E1 和E2的联系为“多对多联系”，记为“M:N”。 例如地块—弧段。 关系数据库很难表达多对多联系，这时候必需进 行分解。
24
1) 层次模型
层次层次模型所表达的基本联系是一对多的关 系，它把数据按其自然的层次关系组织起来，以反 应数据之间的隶属关系。 层次模型的优点是模型层次分明、结构清晰， 较容易实现。尽管每个记录只有一个双亲，当从子 女查找双亲，只有唯一的结果，但查找比较麻烦， 需要大量的索引文件，而且某种属性值可能要重复 多次，导致数据冗余度增加，当对层次模型进行修 改时，只有当新记录有上属记录时才能插入。删除 一个记录其所有下属记录也同时被删除。
地理信息系统中的空间数据管理与分析方法
地理信息系统中的空间数据管理与分析方法地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）是一种以地理信息为基础，具有数据抽象、空间数据管理、空间分析和空间可视化等功能的计算机辅助系统。
在现代社会中，GIS已经广泛应用于地理领域的研究和应用中，为地理信息的管理和分析提供了强大的工具和技术支持。
而在GIS中，空间数据的管理和分析方法是关键的环节，本文将对地理信息系统中的空间数据管理和分析方法进行探讨。
一、空间数据管理空间数据管理是地理信息系统中的核心要素，它涉及到如何有效地对地理信息进行保存、组织和维护的方法与技术。
常见的空间数据管理方法主要包括数据模型、数据结构和数据存储。
1. 数据模型数据模型是空间数据管理的基础，它定义了描述地理现象和地理实体的方式和规则。
常见的数据模型包括层次模型、关系模型和对象模型。
其中，层次模型以树状结构表示空间对象之间的关系；关系模型以表格形式表示空间对象之间的关系；对象模型以对象的属性和几何信息描述空间对象。
2. 数据结构数据结构是指在空间数据管理中，将地理实体和属性存储在计算机中的组织方式。
常见的数据结构包括邻接列表、拓扑关系和网格结构等。
其中，邻接列表通过记录对象的相邻关系描述空间图形的连接关系；拓扑关系通过表示图形元素的接触或覆盖关系描述地理实体的关系；网格结构是将地理区域划分成规则网格，每个网格单元存储与之相关的空间数据。
3. 数据存储数据存储是指将地理信息以适当的方式存储在计算机系统中。
常用的数据存储方式有矢量数据存储和栅格数据存储。
矢量数据存储以点、线、面等几何图元和属性表的方式存储地理信息；而栅格数据存储则以像元矩阵的方式存储地理信息。
二、空间数据分析空间数据分析是GIS的重要应用之一，它通过对地理信息的处理和加工，提取出地理信息的有用特征和关系，为决策制定和问题解决提供科学依据。
常见的空间数据分析方法主要包括空间查询、空间统计和空间建模等。
地理信息系统掌握要点集锦
地理信息系统掌握要点集锦第一章绪论：1. 基本概念● 地理信息:有关地理实体和地理现象的性质、特征和运动状态的表征和一切有用的知● 识，是对表达地理特征和地理现象之间关系的地理数据的解释。
● 地理数据:各种地理特征和现象间关系的数字化表示。
● 地理信息系统:在计算机软、硬件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。
2. GIS的定义● 地理信息系统:在计算机软、硬件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。
3. 如何理解GIS？● GIS的物理外壳是计算机化的技术系统● GIS的操作对象是空间数据● GIS的技术优势在于它的空间分析能力● GIS与地理学、测绘学联系紧密4. GIS由哪几部分组成硬件基本配置软件 GIS软件空间数据人员5. GIS的主要功能有哪些？● 空间数据采集● 空间数据处理与编辑● 空间数据存储与管理● 空间查询与分析● 空间信息输出6. GIS与相关学科之间的关系GIS具有多学科交叉的特征，它既要吸取诸多相关学科的精华和营养，并逐步形成独立的边缘学科，又将被多个相关学科所运用，并推动他们的发展。
与之联系最为紧密的是地理学、制图学、计算机、测绘与遥感。
第二章地学基础：1. 基本概念● 地球椭球: 近似表示地球的形状和大小，并且其表面为等位面的旋转椭球。
(百度)● 大地体: 由大地水准面所包围的地球形体，称为大地体。
(百度)● 地图投影：将地球椭球面上的点映射到平面上的方法。
● 高斯—克吕格投影：横轴切椭圆柱等角投影，假想用一个椭圆柱横切于椭球面上投影带的中央子午线，按规定投影条件，将中央子午线两侧一定经差范围内的经纬线交点投影到椭圆柱上，并将此圆柱面展为平面，即得本投影● 横轴墨卡托投影：等角正切圆柱投影，假设地球被围在一中空的圆柱里，其标准纬线与圆柱相切接触，然后再假想地球中心有一盏灯，把球面上的图形投影到圆柱体上，再把圆柱体展开就得到一幅选定标准纬线上的“墨卡托投影”绘制出的地图● 兰勃特等角投影：正轴等角割圆锥投影，设想用一个正圆锥割于球面两标准纬线，应用等角条件将地球面投影到圆锥面上，然后沿一母线展开，即为兰勃特投影平面。
《第五章第三节GIS的数据库及其应用》作业设计方案-高中地理人教版选修7
《GIS的数据库及其应用》作业设计方案（第一课时）一、作业目标本作业旨在通过学习GIS（地理信息系统）的数据库基础知识和应用案例，使学生掌握GIS数据库的基本概念、数据结构和空间数据组织方法，并能够初步应用GIS技术解决实际问题，提升学生地理信息素养和空间思维能力。
二、作业内容1. 基础知识学习：学生需自学GIS数据库的基本概念、数据类型、数据结构及空间数据的组织方式。
重点掌握空间数据的分类、存储及管理方法，理解GIS数据库在地理信息分析中的重要性。
2. 案例分析：学生需选择一个与日常生活或社会热点相关的GIS应用案例，如城市交通拥堵分析、环境质量评价等，分析该案例中GIS数据库的构建过程及如何利用GIS技术解决问题。
3. 实践操作：学生需利用已有的地理信息数据（如学校周边环境数据），使用GIS软件进行数据导入、编辑、分析等操作，理解GIS数据库的实用价值。
4. 作业报告：学生需撰写一份关于上述学习的报告，包括对GIS数据库的理解、案例分析的详细过程及实践操作的体会和发现。
三、作业要求1. 基础知识学习要求全面掌握，能够准确阐述GIS数据库的基本概念和数据结构。
2. 案例分析需具体、详细，能够清晰地展示GIS数据库在具体问题中的应用过程和效果。
3. 实践操作需真实进行，并记录操作过程中的问题和解决方法，以及最终的分析结果。
4. 作业报告需条理清晰，观点明确，结合实际案例和实践操作，体现学生的理解和应用能力。
四、作业评价1. 评价标准：评价将依据学生对GIS数据库基础知识的掌握程度、案例分析的深度和实用性、实践操作的正确性和创新性以及作业报告的逻辑性和深度进行综合评价。
2. 评价方式：教师将对作业报告进行评分和评语，同时结合学生的课堂表现和小组讨论情况进行综合评定。
五、作业反馈1. 教师将对学生在作业中的表现进行详细点评，指出学生的优点和不足，并提出改进建议。
2. 学生需根据教师的反馈进行自我反思和总结，明确自己的学习目标和学习计划。
地理信息系统原理第五章 空间分析与建模5.2
（2）所有区域单元LISA的总和与全局的空间联系指 标成比例。
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LISA包括局部Moran指数（local Moran index） 和局部Geary指数（local Geary index），下面重 点介绍和讨论局部Moran指数。
i
j
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✓对统计量的检验与局部Moran指数相似，其检验值为
Z
Gi ) VAR(Gi )
✓显著的正值表示在该区域单元周围，高观测值的区域单元趋 于空间集聚，而显著的负值表示低观测值的区域单元趋于空 间集聚，与Moran指数只能发现相似值(正关联)或非相似性 观测值(负关联)的空间集聚模式相比，具有能够探测出区域 单元属于高值集聚还是低值集聚的空间分布模式。
为什么要用空间统计分析？
✓空间统计分析，其核心就是认识与地理位置相关的数据间的空间 依赖、空间关联或空间自相关，通过空间位置建立数据间的统计 关系。
✓空间统计分析的任务，就是运用有关统计方法，建立空间统计模 型，从凌乱的数据中挖掘空间自相关与空间变异规律。
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为什么要用空间统计分析？
空间数据分析与传统统计分析主要有两大差异：
Tobler， W. R. (1970). "A computer movie simulating urban growth in the Detroit region". Economic Geography， 46(2): 234-240.
Waldo Tobler（born in 1930） receiving a plaque for his contributions to geography. On the event of his November 2000 birthday.
第五章地理信息系统-空间数据模型分析
4.基于要素的空间分析 4.1空间关系的基本概念
(5）线——面关系 线面相邻：线是面的部分或全部边界； 线面相交：一条线部分或全部穿过一个面 线面相离：线与面相互隔离 线面包含：一条线完全落入一个面里 线面不存在重合关系 6）面—面关系 面面相邻：两个面至少有段共同的边界； 面面相交：一个面与另一个面部分相交 面面相离：两个面完全不相交 面面包含：一面完全被另外一个面包含 面面重合：两个面的边界完全相同
4.基于要素的空间分析 4.1空间关系的基本概念
4.基于要素的空间分析 4.1空间关系的基本概念
(1)点——点关系 相合：两个点坐标重合 分离：两个点不在同一个位置； 点与点不存在邻接、相交和包含关系 (2)点——线关系 点线相邻：一个点恰好落线的端点； 点线相交：点在线上 点线相离：点为在线上 点线包含：等同于点线相交 点线不存在重合
在边数从3到N的规则覆盖（Regular Tesselations）中， 方格、三角形和六角形是空间数据处理中最常用的。三 角形是最基本的不可再分的单元，根据角度和边长的不 同，可以取不同的形状，方格、三角形和六角形可完整 地铺满一个平面 。
1. 场模型 1.2栅格数据模型
三角形
四边形
基于栅格的空间 模型把空间看作 像元（Pixel） 的划分 （Tessellatio n），每个像元 都与分类或者标 识所包含的现象 的一个记录有关。
2. 要素模型 2.1欧氏空间和欧氏空间中的三类地物要素
(一)点对象
点是有特定的位置，维数为零的物体 。
(二)线对象
线对象是GIS中非常常用的维度为1的空间组分，表示对象和它们边界 的空间属性，由一系列坐标表示，并有实体长度和方向性特征。
(三)面对象
面状实体也称为多边形，是对湖泊、岛屿、地块等一类现象的描述。 通常在数据库中由一封闭曲线加内点来表示，并有面积范围、周长等 特征。
J05 空间数据组织与管理
系统的整体性能，它是空间数据库和地理信息系统的一 项关键技术。
空间索引一般采用自顶向下、逐级划分空间的各种数据
结构。
5.4 空间索引
对 象 范 围 索 引
D
B C 查询窗口
A E F
图5.13 基于实体范围的空间数据检索
5.4 空间索引
格网索引
21 20 17 16 5 4 1 0 23 22 19 18 7 29 28 25 24 13 12 9 8 31 30 27 26 15 14 11 10 53 52 49 48 37 36 33 32 55 54 51 50 39 38 35 34 61 60 57 56 45 44 41 63 62 59 58 47 46 43 42
5.4 空间索引
D
B C 查询窗口
A E F
基于实体范围的空间数据检索
5.4 空间索引
空间索引：指依据空间对象的位置和形状或空间
对象之间的某种空间关系按一定的顺序排列的一 种数据结构，其中包含有空间对象的概要信息。
空间索引介于空间操作算法和空间对象之间。 空间索引的性能的优劣直接影响空间数据库和地理信息
图形用户界面
属性用户界面
图形处理系统
DBMS
图形处理
DBMS 图形文件库 属性数据库
图形文件库
属性数据库 图5.5 图形和属性结合的混合处理模式
图5.4 图形数据和属性数据的连接方式
5.2 空间数据管理
文件-关系数据库管理的缺点：
1. 属性数据和图形数据通过ID联系起来，使查询 运算，模型操作运算速度慢； 2. 数据发布和共享困难；
影像数据003
影像数据004
影像数据005
地理信息系统GIS复习
第一章概论一、GIS概念：是在计算机软、硬件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）的有关地理分布数据进行采集、存储、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。
二、地理空间分析的三大基本要素：空间、属性、时序三、传统3S ：GIS、GPS、RS新3S:：System、Service、Science四、GIS的基本功能：1、数据输入、编辑和更新2、数据转换3、数据存储和数据库管理4空间信息的转换5信息的浏览和查询6、信息的显示和输出7、空间分析和空间模拟8、GIS二次开发功能五、GIS组成：计算机硬件系统、软件系统、网络、空间数据和管理与应用人员六、GIS与机助制图系统的区别与联系：地理信息系统和数字制图系统的主要区别在于空间分析方面。
一个功能完善的地理信息系统可以包含数字制图系统的所有功能，此外它还具有丰富的空间分析功能。
七、GIS与CAD的区别与联系：机助制图是地理信息系统的主要技术基础，它涉及GIS中的空间数据采集、表达、处理、可视化，甚至空间数据的管理。
GIS与CAD系统的共同特点是二者都有坐标参考系统，都能描述和处理图形数据及其空间关系，也都能处理非图形属性数据。
它们的主要区别是，CAD处理的多为规则几何图形及其组合，图形功能极强，属性功能相对减弱。
而GIS处理的多为地理空间的自然目标和人工目标，图形关系复杂，需要有丰富的符号库和属性库，GIS需要有较强的空间分析功能，图形与属性的相互操作十分频繁，且多具有专业化的特点。
此外，CAD一般仅在单幅图上操作，海量数据的图库管理的能力比GIS要弱。
但是由于CAD具有极强的图形处理能力，也可以设计丰富的符号相连接属性，许多用户都把他作为数字制图系统使用。
第二章地理空间数学基础一、地图投影的概念（P40）：按照一定的数学法则，将地球椭球面上的经纬网转换到平面上，建立地面点位的地理坐标（B，L），与地图上相对应的平面直角坐标（X，Y）之间一一对应的函数关系。
空间数据组织与管理概述
空间数据组织与管理概述1. 引言空间数据指的是地理位置信息与属性信息结合的数据。
在现代化社会中，空间数据的组织与管理对于各种领域的决策和规划至关重要。
空间数据组织与管理的目的是有效地存储、查询、分析和可视化空间数据，以支持地理信息系统（Geographic Information System, GIS）的应用。
2. 空间数据组织在进行空间数据组织之前，我们首先需要了解空间数据的特征。
空间数据通常由几何数据与属性数据组成。
几何数据描述了地理实体的位置、形状和大小，而属性数据描述了与地理实体相关的数量、品质和状态等信息。
2.1 点、线和面几何数据的基本形式包括点、线和面。
点表示一个具体的地理位置，线表示连接两个或多个点的路径，面表示一个封闭的区域。
通过将这些基本形式组合，可以描述复杂的地理现象。
2.2 地理参照系地理参照系是空间数据组织的基础。
它定义了空间数据的坐标系统和地理投影方式，以确保不同数据源之间的一致性和对齐性。
2.3 空间索引为了提高空间数据的查询效率，通常需要使用空间索引来组织和管理数据。
空间索引是一种数据结构，能够快速定位空间数据的位置。
常用的空间索引包括网格索引、四叉树和R树等。
3. 空间数据管理空间数据管理是指对空间数据进行存储、查询、更新和删除等操作的过程。
在空间数据管理中，需要考虑数据的完整性、一致性和安全性。
3.1 数据存储空间数据存储可以采用关系型数据库、文件系统或分布式存储等方式。
关系型数据库通常使用空间扩展模块来支持空间数据的存储和查询。
文件系统可以直接存储空间数据的文件，而分布式存储则将数据分布在多个计算节点上，以提高数据的可扩展性和容错性。
3.2 数据查询空间数据查询是通过查询语言（如SQL）来获取满足特定条件的空间数据。
查询语言通常包括空间操作符（如相交、包含等）和空间函数（如计算距离、面积等）来处理空间数据。
3.3 数据更新和删除空间数据的更新和删除需要考虑数据完整性和一致性。
第五章空间数据处理
理地 理 信 息 系 统 原
GIS
第五章 空间数据的处理 §5-1 图形编辑
4、图形编辑的数据组织—空间索引
为加速检索，需要分层建索引，主要方法有格网索引和四叉树索引。 1）格网索引
a、每个要素在一个或多个网格中 b、每个网格可含多个要素 c、要素不真正被网格分割 ，
空间索引
要求系统能将有错误或不正确的拓扑关系的点、线和面用不同的颜色和符号表 示出来，以便于人工检查和修改。
数据清理则是用自动的方法清除空间数据的错误.
GIS
例如给定一个结点吻合的容差使该容差范围内的结点自动吻合在一起，并建 立拓扑关系。给定悬挂弧段容差，将小于该容差的短弧自动删除。在Arc/info中 用Data Clean 命令，在Geostar中选择整体结点匹配菜单。
jk jk
2）移动一个顶点
移动顶点只涉及某个点的坐标，不涉及拓扑关系的 维护，较简单。
3）删除一段弧段
L1
L3 ab
复杂，先要把原来的弧段打断,存储上原来的弧段实 L2 际被删除，拓扑关系需要调整和变化.
第五章 空间数据的处理 §5-1 图形编辑
理地 理 信 息 系 统 原
3、数据检查与清理
数据检查指拓扑关系的检查，结点是否匹配，是否存在悬挂弧段，多边形是 否封闭，是否有假结点。
要进行编辑，称为结点与线的吻合。
E
C
编辑的方法：
A、 结点移动，将结点移动到线目标上。
B、 使用线段求交；
C、 自动编辑，在给定容差内，自动求交并吻合 在一起。
D
A
无结点
需要考虑两种情况
A、 要求坐标一致，但不建立拓扑关系；如 高架桥（不需打断，直接移动） B、 不仅坐标一致，且要建立拓扑关系；如 道路交叉口（需要打断）
《地理信息系统》第五章空间数据处理
05
空间数据处理应用案例
城市规划与设计
城市规划方案评估
通过空间数据处理，对城市规划 方案进行环境影响评估，确保规 划方案符合可持续发展要求。
城市交通规划
利用空间数据处理技术，分析城 市交通流量、路网结构等信息， 优化城市交通布局和道路设计。
异常值处理
识别并处理异常值，如缺失、 异常大或异常小的数据。
格式转换
将不同格式的数据统一转换为 GIS可识别的格式，如 Shapefile、GeoJSON等。
坐标系转换
将数据从一种坐标系转换到另 一种坐标系，以适应不同的地
理环境和应用需求。
数据转换
投影转换
将地理数据从一种投影方式转换为另 一种投影方式，如从地理坐标系转换 为墨卡托投影。
将不同时间点的数据进行融合，以获得时 间序列数据或动态数据。
空间数据融合
特征提取与融合
将不同空间范围或不同分辨率的数据进行 融合，以提高空间数据的覆盖范围和精度 。
从多源数据中提取共同特征并进行融合， 以实现特征匹配和识别。
数据压缩与编码
数据压缩
通过算法减少数据的大小，以节省存储空间 和提高传输效率。
编码参数设置
根据实际情况调整编码参数，以获得最佳的 压缩效果和精度。
编码方式选择
根据数据的性质和应用需求选择合适的编码 方式，如矢量编码、栅格编码等。
解压缩与解码
对压缩后的数据进行解压缩和解码，以恢复 原始数据。
03
空间数据基本处理
地图数字化
地图数字化是将纸质或实物地 图转换为数字格式的过程，便 于计算机处理和地理信息系统
5 GIS数据组织与结构
（a）关系结构表Leabharlann （b）层次模型示例-林地数据库
（c）网状模型示例
第三节 空间数据组织与结构
栅格数据结构 矢量数据结构 栅格与矢量数据结构的选择与转换 两种数据结构的优缺点比较
数据结构：指的是数据之间的相互关系，即数据的组织形式。数据元素之间的逻辑关系，也称数据的逻辑结构，是从逻辑关系上描述数据，与数据的存储无关， 是独立于计算机的。数据的逻辑结构可看作是从具体问题抽象出来的数学模型。数据元素及其关系在计算机存储器上的表示，称为数据的存储结构（物理结构），是逻辑结构用计算机语言的实现，它依赖于计算机语言。对机器语言而言，存储结构是具体的。
空间数据库与一般数据库相比，具有：数据量特别大；不仅有地理要素的属性数据，还有大量的空间数据；数据应用广泛。
数据库中的数据组织一般可分为四级：数据项、记录、文件和数据库。数据间的逻辑联系：一对一的联系；一对多的联系；多对多的联系。常用的数据文件：顺序文件、索引文件、直接文件和倒排文件。
数据项：是可以定义数据的最小单位，也叫元素、基本项、字段等，数据项与现实世界实体的属性相对应，数据项有一定的取值范围，称为域。记录：是由若干相关联的数据项组成，是处理和存储信息的基本单位，是关于一个实体的数据总和，构成该记录的数据项表示实体的若干属性。为了标识每条记录，都必须有记录的标识符，也叫“关键字”。 文件：是一给定类型记录的全部具体值的集合，文件用文件名称标识。数据库
重要性法：根据栅格内不同地物的重要性，选取最重要的地物类型决定相应的栅格单元代码。常用于具有特殊意义而面积较小的地理要素。 百分比法：根据矩形区域内各地理要素所占面积的百分比数确定栅格单元的代码。
栅格数据的组织方法主要有以下三种： （1）以栅格单元为记录的序列，不同层上同一像元位置上的各属性值表示为一个列数组（图 (a)）； （2）以层为基础，每一层又以像元顺序记录它的坐标和属性值，一层记录完后再记录第二层（图 (b)）这种方法较为简单，但需要的存贮空间最大； （3）以层为基础，但每一层内则以多边形为序记录多边形的属性值和充满多边形的各栅格单元的坐标（图（c））。
GIS 重点总结
第一节地理信息系统基本概念一、数据和信息1、数据（Data）：通过数字化或直接记录下来的可以被鉴别的符号。
不仅数字是数据，而且文字、声音和图像也是数据。
2、信息（Information）：用数据来表示事件、事物、现象等的内容、数量或特征，以便向人们（或系统）提供关于现实世界新的事实的知识，作为生产、管理、经营、分析和决策依据。
3.信息与数据的关系（1）信息来源于数据，是数据的内容和解释。
（2）信息与数据是不可分离的；数据是记录下来的某种可以识别的符号，具有多种多样的形式，也可以加以转换，但其中包含的信息内容不会改变。
（3）不同知识、经验的人，对于同一数据的理解，可得到不同信息。
4.信息的特征：客观性、适用性、可传输性、共享性二、地理数据与地理信息1.地理数据：表示地理系统诸要素的数量、质量、分布特征，相互联系和变化规律的图、文、声、像等的总称。
2.地理信息：与研究对象的地理分布有关的信息，是地理数据所有蕴含和表达的地理含义。
3.地理信息的特征地理信息除了具有信息的一般特性，还具有以下独特特性：空间特征：是地理信息区别于其它类型信息的最显著标志。
位置、形状、空间关系、空间分布数据量大：地理信息既有空间数据，也有属性数据、时间数据。
数据的分析、处理对系统带来很大压力。
多维属性特征：属性数据有时又称非空间数据，是属于一定地物、描述其特征的定性或定量指标指在同一位置上可有多种专题的信息结构时序特征：时空的动态变化引起地理信息的属性数据或空间数据的变化。
因此，一实时的GIS系统要求能及时采集和更新地理信息，使得地理信息具有现势性。
三、信息系统1、信息系统：具有采集、处理、管理和分析数据能力的系统，它能为单一的或有组织的决策过程提供各种有用信息。
2.分类从系统结构及处理方法看，信息系统主要分为：管理信息系统、决策支持系统、智能决策支持系统、空间信息系统四.地理信息系统1..地理信息系统：是对空间数据进行采集、编辑、分析和输出的计算机信息系统。
南京师范大学地理信息系统考研基础理论题汇总
专业课复习资料（最新版）封面地理信息系统基础理论题第1章概论1、你是如何理解地理信息系统的概念的？2、地理信息系统的基本功能与应用功能的区别和联系是什么?3、现代信息技术的出现给测绘技术与地理分析技术带来哪些主要的变化？4、工具型GIS与应用型GIS的区别与联系是什么？5、试将GIS的输入设备按照不同的分类方法进行分类，并说明其特点。
6、现代空间定位技术有哪些主要方法？对GIS技术的发展产生什么影响？7、网络技术的出现与发展对GIS技术产生哪些主要的变化8、说明GIS在几个不同发展阶段的标志性技术是什么，它们的出现如何促进GIS的发展？第2章地理空间数学基础1、地球表面、大地水准面及地球椭球体面之间的关系是什么？2、地理空间数据的描述有哪些坐标系？相互的关系是什么？3、采用大地坐标与地心坐标表述地面上一点的位置各有什么优缺点？4、高斯投影的变形特征是什么？为什么常常被用作大比例尺普通地图的地图投影？5、UTM与兰伯特投影的主要特点与适用性是什么？6、在数字地图中，地图比例尺在含义与表现形式上有哪些变化？7、如何进行不同基准下的高程的转换？8、除地形分幅外，谈谈还有何种地理空间框架？他们如何进行编码？9、GPS数据如何与地图数字化数据进行集成？10、选择投影需要考虑哪些因素？如果要制作1：10万的土地利用图，该选何种类型的地图投影？第3章空间数据模型空间实体一般具有哪些主要的特征？1、何为空间关系？空间关系在描述空间实体特征中的意义何在？2、空间数据的概念模型有哪些组成部分？试分析他们之间的关系？3、试分析GIS的几种主要的数据模型各自的优缺点。
4、空间数据类型有哪些？简述其特征。
第4章空间数据结构1、总结矢量数据和栅格数据在结构表达方面的特色。
2、简述栅格数据压缩编码的几种方式和各自优缺点。
3、简述矢量数据编码的几种方式和各自优缺点。
4、栅格与矢量数据结构相比较各有什么特征？5、矢量和栅格数据的结构都有通用标准吗？请说明。
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数据层次（数据项、记录、文件、数据库）
数据间的逻辑联系（一对一、一对多、多对
多）
地理信息系统 第五章 空间数据组织与管理
用数据文件（顺序、直接、索引、到排文件）
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一、数据的层次单位 20.02.2021
物理单位: 位(比特)、字节、字、块(物理记录)、桶和卷
逻辑单位: 数据项、数据项组、记录、文件和数据库
数
数据
据
存储
库
地理信息系统 第五章 空间数据组织与管理
数据 管理
原始信息 数据库
程序库 (数据库软件)
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二、数据库分类
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存 特储 征信
息
事物管理数据库
地理信息系统 第五章 空间数据组织与管理
地理信息数据库
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用户A1 用户A1
用户B1 用户B1
数
20.02.2021
据
库
外部模型A
3 文件：文件是一地给理信息定系统类第五型章 空的间数据(逻组织与辑管理)记录的全部具 体值的集合。
4 数据库：是比文件更大的数据组织。数据库是具 有特定联系的数据的集合，也可以看成是具有特 定联系的多种类型的记录的集合。数据库的内部 构造是文件的集合，这些文件之间存在某种联系， 不能孤立存在。
机引的文件， 引
排
文
文它只能建
文
文
件
件立在随机
件
件
存取介质
上。
7
二、常用数据文件 20.02.2021
地理信息系统 第五章 空间数据组织与管理
顺
随
按照一些索辅关键 倒
序 文 件
机 文 件
字来组织引索引称 为这件辅种称索辅为引索倒文件，引排带的文有 文件。
排 文 件
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第二节 空间数据库 20.02.2021
库 定 义
库操作系统管接口处库理 地理信息系统 第五章 空间数据组织与管理
的 装各种语言理接口
维 护
库 通 讯
入远程操做接口处理
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DBMS组成 数据描述语言（DDL） 数据操作语言（DML）
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终端命令解译
语言处理程序 运行控制程序
系统控制 数据存取 数据更新 并发控制 数据完整性 地理信息系统 第五章 空间数据组织与管理
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数据库管理系统
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数据库管理系统是处理数据 库存取和各种管理控制的软件， 地理信息系统 第五章 空间数据组织与管理 应用程序对数据库的操作全部通 过DBMS进行。
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数据库管理系统
20.02.2021
数
数
数
数
数
据
据提供书据写各种模据式的语据
库 定 义
库 的 装 入言各系据地理信及 种 统 库息系其 定 之 的统 第管 理五支 义 中 框章 空撑 信 。 架间数据软 息 它 。组织件 也 勾与库 维 护管理， 存 画并贮出把于数库通讯
（2）概念级 概念数据库对应于概念模式，简 称模式，是对整个数据库的逻辑描述，也就是数据 库管理员看到的数据库。
地理信息系统 第五章 空间数据组织与管理
（3）物理级 物理数据库对应于内模式，又称 为存贮模式，内模式描述的是数据在存贮介质上的 物理配置与组织，是存放数据的实体，也是系统程 序员才能看到的数据库。
建立与维护程序
数据装入 性能监控 工作日志 重新组织 数据转储 系统恢复
SQL语言：
数据查询
Data Query
数据定义
Data Definition
数据操纵
Data Manipulation
数据控制
Data Control
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应用程序对数据库的访问
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应用程序
工作区
应用程序的 外部模型
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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数据库管理系统
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数
数
数
数
数
据 库
据 库地理信息系统
第据 管五章应空间用数据组数织与据据 库管理 装入数据库据库
定
的
理 a)键盘维输入；通
义
装
入
b)接受护另一个讯系 统
的数据文件
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数据库管理系统
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数
数
数
数
数
据
据
据 运据行控制据
库 定
库 的 管 理 数库 维据存取库通、更新 地理信息系统 第五章 空间数据组织与管理
第五章 空间数据组织与管理
学习目标：
了解数据间的逻辑关系 了解常用的数据文件 了解数据库的基本概念 理解数据库模型 理解数据库管理系统、数据安全和数据更新 理解矢量数据和栅格数据的管理方式
重点：数据库模型的分类和特点 难点：面向对象的数据库模型
第一节 数据层次与文件组织
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地理信息系统 第五章 空间数据组织与管理
记录
文件
逻辑数据单位之间的关系
数据项 数据项组
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最基本的不可分割的数据单
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数据项
位,具有独立的逻辑意义
逻辑上具有某种共同标志
数据项组 的若干数据项组成的
记录
数据项或数据项组集合,对文件 进行存取操作的基本单位 地理信息系统 第五章 空间数据组织与管理
义
装
数护据完整讯性、有效性
入
数据公享
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数据库管理系统
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数
数
数
数
数
据 库
重新据 库定义 据 管 据 库 地理信息系统 第五章 空间数据组织与管理
据 库
定 数据的重新组织理
维
通
义 性能装监督与分析 护
讯
数据入库整理
故障恢复
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数据库管理系统
20.02.2021
数
数
数
数
数
据
据
据
据
据
地理信息系统 第五章 空间数据组织与管理
顺 序 文 件
随 机 文 件
文据通得位件记过到置中录某一，的关种个然索引文件贮转物后键存换理把字是 方 存 记的根 法 贮 录值，
倒 排 文 件
存贮在该位置上。
6
二、常用数据文件 20.02.2021
地理信息系统 第五章 空间数据组织与管理
顺
随即带有索
索
倒
序
的 外部模式
外部模型B
外部模式
系 外部/概念映射A
外部/概念映射B
统 结 构
地理信息系统 第五章 空间数据组织与管理
概念模式 概念模型 概念/内部映射
数据库 管理系统
物理数据库
内模式 11
（1）用户级 用户使用的数据库对应于外部模 20.02.2021
式，它是用户与数据库的接口，也就是用户能够看 到的那部分数据库，它是数据库的一个子集。
文件 给定类型逻辑记录的全部具
体值的集合
数据库
文件的集合，文件之间存在某种联系， 不能孤立存在
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二、常用数据文件
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它是物 理顺序 与逻辑 顺序一 致的文 件
顺 序 文 件
地理信息系统 第五章 空间数据组织与管理
随
索
机
引
文
文
件
件
倒 排 文 件
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二、常用数据文件 20.02.2021
系统缓冲区
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DBMS (3) 地理信息系统 第五章 空间数据组织与管理 OS
模式
数据库
存储模式
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数据组织层次
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数据库中的数据组织一般可以分为四级：数据项、 记录、文件和数据库。
1 数据项：是可以定义数据的最小单位，也叫元素、 基本项、字段等。
2 记录：由若干相关联的数据项组成。