第三章空间数据模型描述

拓扑点n 拓扑链n
拓扑面n 拓扑点n 拓扑链n 拓扑面n
拓扑关系－－隐式表达
拓扑链 始拓扑点 终拓扑点 左拓扑面 右拓扑面
1 .能够派生出所有的以显示表达的拓扑关系 2 .避免数据存储冗余
3 .拓扑数据能以定长关系表格形式存储
4.空间对象的矢量表达
• 矢量模型最小单元与它表达的真实世界空 间实体有直接的对应关系 • 矢量表达内容：空间位置、属性信息、拓 扑关系 • 无拓扑关系空间对象的矢量表达 • 有拓扑关系空间对象的矢量表达
拓扑点 拓扑点 拓扑点
拓扑点1 拓扑点2 ...... 拓扑链1 拓扑链2 ...... 拓扑面1 拓扑面2 ......
拓扑点n 拓扑链n 拓扑面n
拓扑链 拓扑链
拓扑链 拓扑面 拓扑面 拓扑面
拓扑点1 拓扑点2 ...... 拓扑链1 拓扑链2 ......
拓扑面1 拓扑面2 ...... 拓扑点1 拓扑点2 ...... 拓扑链1 拓扑链2 ...... 拓扑面1 拓扑面2 ......
3.空间对象描述
• • • • 空间对象种类：矢量、栅格 矢量空间对象归结为：点、线、面、体 栅格空间对象归结为：像素 空间对象描述：由几何特性、属性特性和空间对 象关系描述组成 几何特性：坐标、角度、方向、距离、周长、面 积、体积等 属性特性：分类分级、定性、定量和地名描述 空间对象关系：相邻、相离、相交、包含、重合 矢量空间对象具有几何特性、属性特性和空间对 象关系描述，而栅格空间对象具有几何特性、属 性特性
•
• • •
3.空间对象关系
• 矢量空间对象才有空间对象关系描述 • 矢量空间对象关系种类：相邻、相离、相 交、包含、重合 • 空间对象关系形式：点与点、点与线、点 与面、线与线、线与面、面与面
3.空间对象关系－－点与点
• 邻接关系：两个点邻接同一位置（相隔0公里的两 个独立水塔） • 相交关系：等同重合关系 • 相离关系：两个点不在同一位置（相隔10公里的 两个独立水塔） • 包含关系：等同重合关系 • 重合关系：两个点在同一位置（两条路交叉口的 信号灯重合）
2.空间对象及其定义
• 将地理现象进行抽象得到空间对象 • 空间对象分为0、1、2、3维简单和复杂对 象，其中复杂对象由0、1、2、3维对象组 合而成 • 0维空间对象的定义 • 1维空间对象的定义 • 2维空间对象的定义 • 3维空间对象的定义
0 维空间对象定义
• 0维空间对象：具有数学坐标系或测量坐标系中的 一对坐标 • 0维空间对象包括：实体点，非实体点和像素点 • 实体点：标示地理要素点特征位置的几何点 • 非实体点：标示地理要素其它特征位置几何点 （1）标号点：标示地理要素文本信息位置几何点 （2）面标示点：标示地理要素面特征位置几何点 （3）拓扑节点：标示地理要素拓扑关系拓扑链的 公共接点 （4）节点：用于组成链的几何点集合 • 像素点：用于标示图像栅格点
4.空间对象的矢量表达－－无拓扑关系
• 称面条矢量数据模型，仅记录空间位置和属性信息 • 点目标：【目标标识，属性信息，（X、Y、Z）】 • 链目标：【目标标识，属性信息，（X1、Y1、 Z1）， . . . . （Xn、Yn、Zn）】 • 面目标：【目标标识，属性信息，（X1、Y1、 Z1）， . . . . （Xn、Yn、Zn），（X1、Y1、Z1）】 • 优点：数据提取速度快 • 缺点：不存储拓扑关系，产生裂隙和数据冗余，如 面的边界数据获取和存储两次
3.空间对象关系－－点与线
• 邻接关系：点在线的端点上（收费站往往在道路 的一端） • 相交关系：点在线上（标示牌往往在道路的某一 位置上） • 相离关系：点不在线的端点或线上（独立房屋在 道路的一旁） • 包含关系：线包含点等同相交关系，点包含线等 同不存在 • 重合关系：不存在
3.空间对象关系－－点与面
1.地理系统与地理现象－－地理现象
• 呈点状分布的地理现象（城镇、居民地、 车站、工厂、火山口、山峰等） • 呈线状分布的地理现象（河流、海岸、铁 路、公路、地下管线等） • 呈面状分布的地理现象（土壤、耕地、森 林、草原、沙漠等） • 呈体状分布的地理现象（云、水体、矿体、 地铁站、高层建筑等）
3.空间对象关系－－线与面
• 邻接关系：线是面的全部或部分边界（长江有一 段是湖北和江西的边界） • 相交关系：一条线部分或全部穿过一个面（穿过 一个行政边界的道路） • 相离关系：面与线相互隔离（与水库相隔5公里的 高速公路） • 包含关系：一条线完全落入面内（行政边界内包 含了一条道路） • 重合关系：不存在
点与点
点与链
拓扑点1 拓扑点2 ...... 拓扑链1 拓扑链2 ...... 拓扑面1 拓扑面2 ......
链
属性信息
拓扑关系
（X1、Y1、Z1）， （X2、Y2、Z2）， （Xn、Yn、Zn）
..
拓扑关系 链与点 链与点 链与面
链与点
链与点
链与面 拓扑点n 拓扑链n 拓扑面n
拓扑点1 拓扑点2 ...... 拓扑链1 拓扑链2 ...... 拓扑面1 拓扑面2 ......
• 地理系统是个开放的复杂系统，所谓开放就是与 其它系统有关联，所谓复杂就是子系统种类非常 多 • 地理系统主要涉及地球内部系统、地球表层空间、 天体系统 • GIS涉及范围主要在地球表层空间，即岩石圈、 水圈、生物圈、大气圈 • 地理系统：自然环境系统和社会经济环境系统， 系统中各种要素特征都与地理空间位置有关
• 邻接关系：两条线相邻接，有一公共结点（某高 速公路与108国道相接） • 相交关系：两条线平面相交或立体相交（道路与 河流相交，高速公路与108国道通过立交桥相交） • 相离关系：两条线没有交点（与高速公路平行的 108国道） • 包含关系：一条线完全或部分包含了另一条线 （行政边界包含了一段河流，杭州湾大桥） • 重合关系：一条线与另一条线完全重合（道路与 地下管线）
b
c
d
c
拓扑关系－－显式表达
• 拓扑点、拓扑链、拓扑面之间的空间拓扑关系都 用关系表显式地表达出来 • 拓扑点关联拓扑点、拓扑点关联拓扑链、拓扑点 关联拓扑面 • 拓扑链关联拓扑点、拓扑链关联拓扑链、拓扑链 关联拓扑面 • 拓扑面关联拓扑点、拓扑面关联拓扑链、拓扑面 关联拓扑面、拓扑面包含拓扑面 • 优点：拓扑关系明显，数据提取速度快 • 缺点：数据冗余，拓扑数据不能以定长关系表格 形式存储
4.空间对象的矢量表达－－有拓扑关系
• 拓扑关系有两种表达方式：显式表达和隐 式表达 • 显式表达：数据提取速度快，坐标数据和 拓扑关系数据冗余 • 隐式表达：数据提取速度慢，坐标数据和 拓扑关系数据不冗余
显式表达
点 属性信息 拓扑关系 X、Y、Z
点与面 拓扑点n 拓扑链n 拓扑面n
拓扑关系 点与点 点与链 点与面
3 维空间对象定义
• 3维空间对象：具有数学坐标系或测量坐标系内的 三维延展特征 • 3维空间对象包括：体，体元，标示体元 • 体：由多个体元和相应的标示体元组合而成 • 体元：表示三维实体的体元素，是一种方形实体， 是三维实体中最小的不可再分割的元素 • 标示体元：类似于面内的标示点，用来标示一个 三维体空间
2 维空间对象定义
• 2维空间对象：具有数学坐标系或测量坐标 系内的二维延展特征 • 2维空间对象包括：面，环，标示点 • 面：公共面链组成的，如行政区划 • 环：环链组成的，如独立湖泊 • 标示点：表示面或环属性的代表点 • 内面：包括其边界的内部称内部面 • 外面：包括其边界的外部称外部面 • GIS通常讨论的是内面
面
属性信息
拓扑关系
（X1、Y1、Z1）， （X2、Y2、Z2）， （Xn、Yn、Zn）， （X1、Y1、Z1）
..
拓扑关系 面与点 面与链 面与面
面与点
面与链
面与面 拓扑点n 拓扑链n 拓扑面n
拓扑点1 拓扑点2 ...... 拓扑链1 拓扑链2 ...... 拓扑面1 拓扑面2 ......
隐式表达
点 链
属性信息
X、Y、Z 右面
属性信 起始点 终2、Z2）， （Xn、Yn、Zn）
...
属性信息
X 、Y、Z
4.空间对象的矢量表达－－属性信息
• 空间对象有详细的属性信息描述，地理要素不同， 属性信息不同 • 属性信息：分类信息、分级信息、定性信息、定 量信息、地名信息 • 分类信息：不同类别地理要素（如交通要素） • 分级信息：地理要素的分级特征（如交通层：国 道、省道、县道、乡道） • 定性信息：地理要素的质量描述（如国道的铺面 性质） • 定量信息：地理要素的数量描述（如国道的宽度） • 地名信息：地理要素的名称描述（如国道的名称）
1 维空间对象定义
• 1维空间对象：具有数学坐标系或测量坐标 系中的若干个坐标对序列 • 1维空间对象包括：线段，弧段，链 • 线段：两节点间的直线 • 弧段：是形成一曲线的节点轨迹，可用数 学函数定义 • 链：由弧段或线段组合而成，即弧段或线 段的无分支而有方向的序列集合
• 链包括：网链，面链和环链 • 网链：一条可以不能定位左右多边形，但 能定位始末拓扑节点的链，是二维网络拓 扑组成部分，如交通网 • 面链：一条可以显示地定位左右多边形， 能定位始末节点的链，是二维面拓扑组成 部分，如行政区划 • 环链：一个由不相交的面链产生的闭合序 列集合，环链表示一个封闭的边界，如独 立湖泊
3.空间对象关系－－面与面
• 邻接关系：两个面通过公用边界相邻（湖北和江 西相邻） • 相交关系：一个面与另一个面部分相交（两个不 同时期的土地多边形叠加） • 相离关系：面与面相互隔离（与水库相隔5公里的 湖泊） • 包含关系：一个面完全落入另一个面内（省级行 政边界内包含了县级行政边界） • 重合关系：不存在
3.空间对象关系－－空间拓扑关系
• 空间对象关系：相邻、相离、相交、包含、重合 • 相离、相交、重合空间对象关系：不适合用固定 的表达式（数学计算）事先表达出来 • 相邻和包含空间对象关系：适合用固定的表达式 （数学计算）事先表达出来 • 空间对象关系异常复杂，一部分用空间拓扑关系 表达，另一部分空间操作（数学计算）表达 • 空间对象关系表达＝空间拓扑关系＋空间操作 （数学计算） • 空间拓扑关系：相邻和包含 • 空间操作：相离、相交、重合