第二章 空间信息基础(二)

（2）属性特征
表示现象（实体）的特征。例如变量、分类、数量 特征和名称等等。
（3）时间特征
描述现象或物体随时间的变化。其变化的周期有超 短周期的、短期的、中期的和长期的。例如人口数 的逐年变化
目前的GIS还较少考虑到空间数据的时间特征，只
考虑其属性特征与空间特征的结合。
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空间数据具有的其他特征
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（4）元数据的性质
元数据是关于数据的描述性数据信息，它应尽 可能多地反映数据集自身的特征规律，以便于用 户对数据集的准确、高效与充分的开发与利用。 不同领域的数据库，其元数据的内容会有很大差 异。
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1.空间数据元数据的概念和标准
⑴ 定义 空间数据(Geospatial data)用于确定具有自然 特征或者人工建筑特征的地理实体的地理位置、 属性及其边界的信息 空间数据元数据指对于空间数据的描述或说明， 主要包括（见书27页）
C d, e, f
D b, f, c
Eg
A P0
e
c
P1
P3
E
a
f
D
P4 g
C b
P2
d
B
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表2-3 弧段与结点的拓扑关 系
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
表2-4 弧段与面域的拓扑关系
弧段
左邻面 右邻面
a
P0
P1
b
P2
P1
c
P3
P1
d
P0
P2
e
P0
（2）元数据的主要作用 ① 帮助数据生产单位有效地管理和维护空间数据， 建立数据文档 ② 提供有关数据生产单位数据存储、数据分类、 数据内容、数据质量、数据交换网络(clearing house)及数据销售等方面的信息，便于用户查 询检索地理空间数据 ③ 提供通过网络对数据进行查询检索的方法或途 径，以及与数据交换和传输有关的辅助信息 帮助用户了解数据，以便就数据是否能满足其需 求作出正确的判断 ④ 提供有关信息，以便用户处理和转换有用的数 据。
数字化描述方法有哪些？
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5、利用关系表来表达下图的空间拓扑关系。 6、什么是元数据？为什么要使用元数据？
1
c
A
2
b
B e
a
3
D
7
6
C
5
4
a: 结点号
d
1: 弧段号
A: 多边形号
弧段数字化方向
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谢谢同学们
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弧段的左与右的拓扑关系（Left-right topology） 表现了邻接性。一个具有方向性的弧段有左边和 右边之分。计算机正是根据弧段的左边与右边的 关系来判断位于该弧段两边的多边形的邻接性。 （如图）
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е1
N1
P1
е6
N2 е5
N4
P2 е4
P3
N5
P4
е3 е7
е2
N3
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拓扑关系的三个重要概念
① 连接性(Connectivity): 弧段在结点处的相互联 接关系。
弧段与结点的拓扑关系（Arc－node topology） 表现了连接性，也称为连通性 。
每个弧段都有一个起始端点和一个终止端点，从起 始端点到终止端点表示了弧段的方向，而所有弧 段的端点序号则定义了弧段与节点的拓扑关系， 计算机就是通过在端点序列中找到弧段之间的共 同结点来判断弧段与弧段之间是否存在连接性。 （如图）
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（3）元数据的内容
对数据库的描述； 对数据集中各数据项、数据来源、数据所有者及
数据生产历史等的说明； 对数据质量的描述，如数据精度、数据的逻辑一
致性、数据完整性、分辨率、源数据的比例尺等； 对数据处理信息的说明，如量纲的转换等； 对数据转换方法的描述 ； 对数据库的更新、集成方法等的说明。
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A P0
e
c
P1
P3
E
a
f
D
P4 g
C b
P2
d
B
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上图中结点、弧段、面相互之间所有的拓扑关 系如表1-4
表1面域与弧段的拓扑关系
面域
弧段
P1
a, b, c, -g
P2
b, d, f
P3
c, f, e
P4
g
表2 结点与弧段的拓扑关系
结点
弧段
A a, c, e
B
a, d, b
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（2）空间数据元数据的应用
①帮助用户获取数据 ②空间数据质量控制 ③在数据集成中的应用 ④数据存贮和功能实现
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思考题：
1、简述地理空间模型是怎样建立的？ 2、简述在GIS中为什么要考虑地图投影？ 3、描述地理空间实体的三要素是什么？它们
之间的关系是怎样的？ 4、空间数据的基本特征有哪些？地理信息的
点—线关系（分离、重合） 点和线的关系主要表现在点和线的关联关系上。如点是 否位于线上，点和线之间的距离等等。
点—面关系（分离、包含、相邻） 点和面的关系主要表现在空间包含关系上。如某个村子 是否位于某个县内？或某个县共有多少个村子？
线—线关系（分离、相邻、相交） 线和线是否邻接、相交是线和线关系的主要表现形式。 如河流和铁路的相交，两条公路是否通过某个点邻接？
线—面关系（分离、相邻、重合、相交、包含） 线和面的关系表现为线是否通过面或和面关联或包含在 面之内？
面—面关系（分离、相邻、重合、覆盖、包含、相交） 面和面之间的关系主要表现为邻接和包含的关系。
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（6）拓扑关系的重要意义
① 根据拓扑关系，不需要利用坐标或距离，可以 确定一种空间实体相对于另一种空间实体的位置 关系。拓扑关系能清楚地反映实体之间的逻辑结 构关系，它比几何数据有更大的稳定性，不随地 图投影而变化。
1.元数据的概念 2.空间数据元数据的概念和标准 3.空间数据元数据应用
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1.元数据的概念与分类
⑴ 定义 “meta”是一希腊语词根，意思是“改变”，
“Metadata”一词的原意是关于数据变化的描述。 科学界至今没有确切的定义. 一般都认为元数据就是 “关于数据的数据”。
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P3
f
P3
P2
g
P1
A P0
e
c
P1
P3
E
a
f
D
P4 g
C b
P2
d
B
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（5）点、线、面空间数据的空间关系
点—点关系（分离） 点和点之间的关系主要有两点（通过某条线）是否相连， 两点之间的距离是多少？如城市中某两个点之间可否有 通路，距离是多少？这是在实际生活中常见的点和点之 间的空间关系问题。
NASA
ISO地理信息
ISO／TC211
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3.空间数据元数据应用
（1）GIS中使用元数据的原因 完整性(Completeness) 可扩展性(Extensibility) 特殊化(Specialization) 安全性(Safety) 查错功能(Debugging) 浏览功能(Browsing) 程序生成(Program generation)
（1）海量特征 各种空间数据汇集，导致空间数据急剧膨胀，呈现海量的特 征。
（2）异质数据 各种数据呈现不同的类型，不同的来源，不同的表达方式 （比例尺，坐标系统等），年代等不一致。
（3）多维数据 不仅仅表现在数据的空间三维或时间维方面，也表现在其他方 面，如不同的测量方法，遥感数据的不同波段等。
（4）动态数据 不同时相的空间数据反映地理事物或现象的发展变化过程。
（4）样本数据：例如气象站、航线和野外样方分布区等；
（5）曲面数据：例如高程点、等高线和等值区域；
（6）文本数据：例如地名、河流名和区域名称；
（7）符号数据：例如点状符号、线状符号和面状符号等。
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3.空间数据的拓扑关系
（1）拓扑（Topology） “拓扑”一词来源于希腊文，其原意是“形状 的研究”。
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（2）空间数据元数据的标准
元数据标准名称
建立标准的组织
CSDGM地球空间数据元数据内 FGDC，美国联邦空间数据
容标准
委员会
GDDD数据集描述方法
MEGRIN，欧洲地图事务 组织
CGSB空间数据集描述
CSC，加拿大标准委员会
CEN地学信息一数据描述一元 数据
CEN／TC287
DIF目录交换格式
（2）空间数据是地理信息系统的操作对象。 （3）空间数据的主要来源：地图数据、遥感数据、
统计数据、实测数据及各种文字报告
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1.空间数据的基本特征
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（1）空间特征
表示现象（空间实体）的空间位置或现在所处的地 理位置。空间特征又称定位特征或几何特征，一般 பைடு நூலகம்坐标数据表示，例如笛卡尔坐标系等等。
第二章 空间信息基础
唐山师范学院资管系 李诚
第三节 空间数据类型和关系
1.空间数据的基本特征 2.空间数据的类型 3.空间数据的拓扑关系
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（1）地理信息系统是是指在计算机硬件、软件系 统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层） 空间中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。简而 言之，地理信息系统是综合处理和分析地理空间 数据的一种技术系统。
（4）拓扑（Topology）关系的种类 在GIS中，为了真实地反映地理实体，不仅要包括实体 的位置、形状、大小和属性、还必须反映实体之间的相 互关系。 ①邻接关系：空间图形中同类元素之间的拓扑关系。 例如多边形之间的邻接关系，P2/P3，P1/P2，又如结 点之间的邻接关系A与D，C与D等。（如图） ②关联关系：空间图形中不同元素之间的拓扑关系。 例如结点与弧段的关联关系A与e、a、c；多边形与弧 段的关联关系P2与e、c、f。 （如图） ③包含关系：空间图形中同类但不同级元素之间的拓 扑关系。例如多边形P1中包含有多边形P4。（如图）
（2）拓扑关系 是一种对空间结构关系进行明确定 义的数学方法。 是指图形在保持连续状态下变形，但图形关系 不变的性质（拓扑属性）。
（3）拓扑结构 是明确定义空间结构关系的一种 数学方法。 在GIS中，它不但用于空间数据的组 织，而且在空间分析和应用中都有非常重要的意 义。
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2.空间数据的类型
根据划分角度不同，可将空间数据划分为不同的类型。 空间数据从几何上可以抽象为点、线、面数据，对于 点、线、面数据，按其内容又可分为七种类型，如下： （1）类型数据：例如居民点、交通线、土壤类型分布等；
（2）面域数据：例如多边形中心点、行政区域界限和行政
单元等；
（3）网络数据：例如道路交叉点、街道和街区等；
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② 多边形区域定义（Area definition） 多个弧段首尾相连构成了多边形的内部域。 多边形与弧段的拓扑关系（Polygon－arc
topolopgy）表现了多边形区域定义。 在矢量模型中，多边形区域是由一系列弧段序列
组成的。（如图）
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③ 邻接性（Contiguity）：通过定义弧段的左右 边及其方向性来判断弧段左右多边形的邻接性。
② 利用拓扑关系有利于空间要素的查询，例如某 条铁路通过哪些地区，某县与哪些县邻接。又如 分析某河流能为哪些地区的居民提供水源，某湖 泊周围的土地类型及对生物栖息环境作出评价等。
③ 可以根据拓扑关系重建地理实体。例如根据弧 段构建多边形，实现道路的选取，进行最佳路径 的选择等。
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第三节 元数据