第二章 土地信息系统的空间数据结构
合集下载
第二章 地理信息系统空间数据结构 - 幻灯片1
树状索引法
3 2
1 P1 Ⅰ
P1
11
P2
பைடு நூலகம்P3
4
Ⅱ
5 13 12 10
Ⅰ Ⅱ
Ⅱ Ⅲ Ⅳ
6
P2 7
Ⅲ P3 14 Ⅳ 9 15
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ
8
1 2 3 4 5 6 5
6 5 6 7 8 9 10 12 13 14 15
树状索引法
点文件 点号 1 2
… 11
坐标
x1，y1 x2，y2
…
3 2 1
P1 Ⅰ
4
11
5
13 10 Ⅳ
x1，y1；x2，y2； x3，y3；x4，y4； x5，y5；x6，y6；
2
1
Ⅱ 6
12
P3 Ⅴ 15 8
14
9
P2
x7，y7；x8，y8； x9，y9；x10，y10； x11，y11；x5，y5；x6，y6
P2
7
P3
x12，y12；x13，y13；x14，y14；x15，y15
• 矢量栅格一体化数据结构
• 数据结构一般分为基于矢量模型的数据结 构和基于栅格模型的数据结构 • 矢量数据是面向地物的结构，即对于每一 个具体的目标都直接赋有位置和属性信息 以及目标之间的拓扑关系说明。 • 栅格数据是面向位置的结构，平面空间上 的任何一点都直接联系到某一个或某一类 地物，它不能完整地建立地物之间的拓扑 关系。 • 目前，为了设计系统能用于多种目的，正 在研制矢量栅格一体化的数据结构，该数 据结构具有矢量和栅格两种结构的特性。
一、矢量数据结构
基于矢量模型的数据结构简称为矢量数据 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。
《地理信息系统》第二章 GIS的空间数据结构
现实世界
地图分层 栅格数据层
2.2栅格数据结构
四、栅格空间分辨率
一个像元边长在地面所代表的实际长度。
分辨率为10m
分辨率为7m
分辨率越小，表达的数据的精度越高，需要的存储空间 越大。
2.2栅格数据结构
五、栅格数据结构的编码
1、直接栅格编码 2、链式编码 3、游程编码 4、块式编码 5、四叉树编码
(X3,Y3)
面
2.3 矢量数据结构
二、矢量数据的获取
1、作业测量
2.3 矢量数据结构
二、矢量数据的获取
2、跟踪数字化
2.3 矢量数据结构
二、矢量数据的获取
3、由栅格数据转换获得
矢量
2.3 矢量数据结构
三、形式
简单数据结构 拓扑数据结构
2.3矢量数据结构
三、形式 1、简单数据结构
y
0
120 121
10
11
2.3 栅格数据结构
五、栅格数据结构的表示 5、四叉树编码
线性四叉树编码 优点
压缩效率高，压缩解压缩比较方便。 阵列各部分可变分辨率，既可精确表示图形结构，又可减
少存储空间。适合表达呈块状分布的空间数据。 提高了某些算法处理四叉树的效率，如查找某一地址的斑
快，叠置算法也比较有效。
1
1 2
10 3
点的数据结构
6 15
2 3
4
标识码 属性码 X、Y坐标
12 5
4
线的数据结构
x
标识码 坐标对数n 属性码 X、Y坐标
面的数据结构
标识码 坐标对数n 属性码 X、Y坐标
2.3 矢量数据结构
三、形式 1、简单数据结构（Spaghetti结构）
第2章_GIS的空间数据结构
b
（a）简单包含
（b)多层包含
（c)等价包含
图 (a)中多边形P1中包含多边形P2，图（b）中多边形P3包 含在多边形P2中，而多边形P2，P3又都包含在多边形P1中。 图 （c）多边形P2，P3都包含在多边形P1中，多边形P2，P3 20 对P1而言是等价包含 .
矢量数据表达——拓扑数据结构
拓扑关系
层次关系：指存在于空间图形中的相同拓扑元素
之间的等级关系，如连云港市各个区
A B 拓扑连通：拓扑元素之间的通达关系，如点连通度，面连通度 C D
--
1
1 1
-1 0
1
-0
1
17
0 --
矢量数据表达——拓扑数据结构
1、拓扑邻接：拓扑邻接是指空间图形的同类元素之间 的拓扑关系。
N1
b
a3
P3 a4
a5
A.地理实体的描述内容（ 编码（分类码、 识别码）, 位置, 类型
行为, 属性 , 说明, 时间维描述, 关系)
B. 地理实体数据类型(属性数据,几何数据, 关系数据)
C.地理实体的描述——空间数据结构
5
第2 节 空间数据结构
一、空间数据结构的概念:
二、矢量数据结构
7
第1 节
地理实体及其表达
属性特征 ——用以描述事
物或现象的特性，即用来说明 “是什么”，如事物或现象的 类别、等级、数量、名称等
一、地理实体
2. 地理实体特征
属性特征
时间特征
空间特征
空间特征 ——用以描述
事物或现象的地理位置以及 空间相互关系，故又称几何 特 征 和 拓 扑 特征，如中国与印度之间边 界界桩的经纬度，中国与印 度之间的邻接关系
（a）简单包含
（b)多层包含
（c)等价包含
图 (a)中多边形P1中包含多边形P2，图（b）中多边形P3包 含在多边形P2中，而多边形P2，P3又都包含在多边形P1中。 图 （c）多边形P2，P3都包含在多边形P1中，多边形P2，P3 20 对P1而言是等价包含 .
矢量数据表达——拓扑数据结构
拓扑关系
层次关系：指存在于空间图形中的相同拓扑元素
之间的等级关系，如连云港市各个区
A B 拓扑连通：拓扑元素之间的通达关系，如点连通度，面连通度 C D
--
1
1 1
-1 0
1
-0
1
17
0 --
矢量数据表达——拓扑数据结构
1、拓扑邻接：拓扑邻接是指空间图形的同类元素之间 的拓扑关系。
N1
b
a3
P3 a4
a5
A.地理实体的描述内容（ 编码（分类码、 识别码）, 位置, 类型
行为, 属性 , 说明, 时间维描述, 关系)
B. 地理实体数据类型(属性数据,几何数据, 关系数据)
C.地理实体的描述——空间数据结构
5
第2 节 空间数据结构
一、空间数据结构的概念:
二、矢量数据结构
7
第1 节
地理实体及其表达
属性特征 ——用以描述事
物或现象的特性，即用来说明 “是什么”，如事物或现象的 类别、等级、数量、名称等
一、地理实体
2. 地理实体特征
属性特征
时间特征
空间特征
空间特征 ——用以描述
事物或现象的地理位置以及 空间相互关系，故又称几何 特 征 和 拓 扑 特征，如中国与印度之间边 界界桩的经纬度，中国与印 度之间的邻接关系
GIS 第2部分 地理信息系统的数据结构
• 拓扑关系：
邻接：相同拓扑元素之间的关系 关联：不同拓扑元素之间的关系 包含：不同级的元素之间的关系
点: 弧:
终点 中间点 起点
面:
弧段4
弧段3
弧段2 弧段1
邻接 点—点 点—线 点—面 线—线 线—面 面—面
相交
相离
包含
重合
拓扑邻接（连接）：N1/N2 ,N1/N3 ,N1/N4 ;P1/P3 ;P2/P3
3、ArcGIS坐标系统变换
• 坐标系统的变换包括：
–不同基准（Datum）地理坐标的相互转换 –地理坐标与投影坐标转换（可以包括Datum 转换） –不同投影坐标转换（可以包括Datum 转换） –未定义（或未知）坐标与已定义坐标的转换
• 坐标系统的变换将产生空间坐标的变化，即产 生新的空间数据。在ArcGIS中，可以利用 Project工具实现已知坐标系统信息数据的相 互转换，也可以利用几何校正模块实现未知坐 标信息数据的相互转换。
实际应用目的：地理数据的使用目的决定了一个GIS之中需要建立
哪些层，哪些地物特征建立在一个层面上，每层上需要有哪些描述 性属性。
分层数据的要求
分层结构的GIS数据组织，需要各层数据都应有 统一的几何坐标系统（即统一的底图）和统一的地 图投影性质。如果数据资料来源(坐标、投影)不一 样，要通过GIS的功能进行变换。
地图投影：我国常用地图投影
• 1：100万：兰勃特投影（正轴等积割圆锥 投影） • 大部分分省图、大多数同级比例尺也采用 兰勃特投影 • 1：50万、1：25万、1：10万、1：5万、1： 2.5万、1:1万、1：5000采用高斯—克吕格 投影。
GIS中地图投影
• GIS以地图方式显示地理信息，而地图是平面，地 理信息则在地球椭球上，因此地图投影在GIS中不 可缺少。 • GIS数据库中地理数据可以地理坐标和投影坐标存 贮。两者可以相互转换。 • GIS中，地理数据的显示制图可根据用户的需要而 指定投影方式。
第2章GIS的空间数据结构第1节地理实体及其表达
一、地理实体
3. 地理实体的类型——以相同的方式表示和存储的一组类似的地理实体， 可以作为地理实
体的一种类型
点实体——指具有特定的位置而没有长度的实体。
❖线实体——指具有长度的实体，如线段、边界、链、网络等，并具有以下特征：
面长实体度—：—从又起成点为多到边终形点、的区总域长等；，水对湖泊、岛屿、地块等一类现象的描述，
关系数据—实体间的邻接、关 联包含等相互关系
矢量、栅格、 TIN(专用于地表 或特殊造型)
属性数据——各种属性特征和 时间
RDBMS属性表---采用MIS较成熟
元数据
空间元数据
第3 节 矢量、栅格数据结构的比较
一、矢量和栅格数据结构的比较
优点
缺点
便于面向现象(土壤类型等)的数据表
矢
示，不仅能表达属性，而且能方便的 记录每个目标的具体属性信息
体的一种类型
点实体——指具有特定的位置而没有长度的实体。
❖线实体——指具有长度的实体，如线段、边界、链、网络等。
面实体——又成为多边形、区域等，水对湖泊、岛屿、地块等一类现象的描述。 体面实积体：—面—状用实于体描所述占三有维的空范间围中大的现小象与物体，具有长度、宽度及高度等属性。
周长：面状实体所占有区域的周长 独立或相邻：是独立存在还是与其它面状
第1 节 地理实体及其表达
邻接
相交
相离
包含
重合
点—点
点—线
点—面
线—线
线—面
面—面
第1 节 地理实体及其表达
二、地理实体的描述
B. 地理实体数据类型——根据地理实体的特征，把地理实体数据分为三类
属性数据——描述空间对象的属性特征的数据，也称非几何数据。
3. 地理实体的类型——以相同的方式表示和存储的一组类似的地理实体， 可以作为地理实
体的一种类型
点实体——指具有特定的位置而没有长度的实体。
❖线实体——指具有长度的实体，如线段、边界、链、网络等，并具有以下特征：
面长实体度—：—从又起成点为多到边终形点、的区总域长等；，水对湖泊、岛屿、地块等一类现象的描述，
关系数据—实体间的邻接、关 联包含等相互关系
矢量、栅格、 TIN(专用于地表 或特殊造型)
属性数据——各种属性特征和 时间
RDBMS属性表---采用MIS较成熟
元数据
空间元数据
第3 节 矢量、栅格数据结构的比较
一、矢量和栅格数据结构的比较
优点
缺点
便于面向现象(土壤类型等)的数据表
矢
示，不仅能表达属性，而且能方便的 记录每个目标的具体属性信息
体的一种类型
点实体——指具有特定的位置而没有长度的实体。
❖线实体——指具有长度的实体，如线段、边界、链、网络等。
面实体——又成为多边形、区域等，水对湖泊、岛屿、地块等一类现象的描述。 体面实积体：—面—状用实于体描所述占三有维的空范间围中大的现小象与物体，具有长度、宽度及高度等属性。
周长：面状实体所占有区域的周长 独立或相邻：是独立存在还是与其它面状
第1 节 地理实体及其表达
邻接
相交
相离
包含
重合
点—点
点—线
点—面
线—线
线—面
面—面
第1 节 地理实体及其表达
二、地理实体的描述
B. 地理实体数据类型——根据地理实体的特征，把地理实体数据分为三类
属性数据——描述空间对象的属性特征的数据，也称非几何数据。
土地信息技术基础和数据结构
——中心投影有两个问题：
●地面起伏引起投影误差；
●投影面P与地面E不平行， 也引起投影误差。
——正射投影 ●定义：投影面平行于地面、投影线垂直正于射地投影面示（意S图于无穷远处）
的投影。
●实际上的正射投影 —— 二次投影，即将起伏地面正射投影于 一个基准平面上，再进行中心投影，且投影面与基准面平行。
一、概述 二、八叉树结构 三、三维边界表示法
§1、空间信息基础
一、常规的地理空间信息描述 1、地球空间模型描述
根据大地测量学的研究成果，地球表面几何模型可分 为四种： 1）地球的自然表面 表面复杂、不适合于数学建模。 2）大地水准面 与地球重力方向处处垂直的一个连续、封闭曲面。 3）参考椭球体
在大地水准面的基础上建立的地球椭球体模型，由长 半轴a（6378.140km）、短半轴b（6356.755km）和 曲率r构成。 4）数学模型 在解决其它一些大地测量问题时提出来的。
土地信息技术基础和数据结构
●高斯—克吕格投影适用于1：50万（包括1：50万）以下地形 图
●高斯—克吕格投影特点：
中央子午线为垂直直线，在该线上投影无误差，其余经线投影皆 为曲线，左右呈对称。
赤道为水平直线，其余纬线投影皆为曲线，上下对称。
偏离中央子午线越远，投影误差越大，距离误差、面积误差是正 误差，随纬度的升高在相同偏离中央子午线经差情况下误差呈减小 的趋势。距离最大误差达+0.14%，面积最大达+0.27%。
土地信息技术基础和数据结构
2、地理空间坐标系的建立
建立地理空间坐标系的目的就是为了确定地面点的位置。
1）地理坐标
即用经纬度来表达地面点位置的方法。
经度：过地面任一点的子午面与首子午面的夹角。用 λ表示。
●地面起伏引起投影误差；
●投影面P与地面E不平行， 也引起投影误差。
——正射投影 ●定义：投影面平行于地面、投影线垂直正于射地投影面示（意S图于无穷远处）
的投影。
●实际上的正射投影 —— 二次投影，即将起伏地面正射投影于 一个基准平面上，再进行中心投影，且投影面与基准面平行。
一、概述 二、八叉树结构 三、三维边界表示法
§1、空间信息基础
一、常规的地理空间信息描述 1、地球空间模型描述
根据大地测量学的研究成果，地球表面几何模型可分 为四种： 1）地球的自然表面 表面复杂、不适合于数学建模。 2）大地水准面 与地球重力方向处处垂直的一个连续、封闭曲面。 3）参考椭球体
在大地水准面的基础上建立的地球椭球体模型，由长 半轴a（6378.140km）、短半轴b（6356.755km）和 曲率r构成。 4）数学模型 在解决其它一些大地测量问题时提出来的。
土地信息技术基础和数据结构
●高斯—克吕格投影适用于1：50万（包括1：50万）以下地形 图
●高斯—克吕格投影特点：
中央子午线为垂直直线，在该线上投影无误差，其余经线投影皆 为曲线，左右呈对称。
赤道为水平直线，其余纬线投影皆为曲线，上下对称。
偏离中央子午线越远，投影误差越大，距离误差、面积误差是正 误差，随纬度的升高在相同偏离中央子午线经差情况下误差呈减小 的趋势。距离最大误差达+0.14%，面积最大达+0.27%。
土地信息技术基础和数据结构
2、地理空间坐标系的建立
建立地理空间坐标系的目的就是为了确定地面点的位置。
1）地理坐标
即用经纬度来表达地面点位置的方法。
经度：过地面任一点的子午面与首子午面的夹角。用 λ表示。
第二章 地理信息系统的数据结构ppt课件
第二章 GIS数据结构
第一节 地理空间及其表达 介绍地理空间概念和空间实体的表达 第二节 地理空间数据及其特征 包括GIS的空间数据，空间数据的基本特征，空间数据的拓扑关系 第三节 空间数据结构的类型 矢量数据结构，栅格数据结构，矢量与栅格一体化数据结构，矢量与栅格数 据结构的比较 第四节 空间数据结构的建立 空间数据的建立过程及方法
任何地理实体都可以抽象为点、线、面、体等基本类型，以表示 它的位置、形状、大小、高低等特征。
19
第一节 地理空间及其表达
以地图为例，来了解空间实体的抽象及表达 点实体
❖有位置，无宽度和长度； ❖抽象的点
美国佛罗里达洲地震监测站2002年9月该洲可能
20
的500个地震位置
第一节 地理空间及其表达
线实体 ❖有长度，但无宽度和高度； ❖用来描述线状实体，通常在网络分析中使用较多
c2
11
国际主要椭球参数
椭球名称
德兰勃(Delambre) 埃弗瑞斯(Everest)
贝赛尔(Bessel) 克拉克(Clarke) 克拉克(Clarke)
海福特 (Hayford) 克拉索夫斯基 (Krasovski)
1967年大地坐标系
1975年大地坐标系
1980年大地坐标系
年代 1800 1830 1841 1866 1880 1910
3
地理空间（Geo-spatial）一般分为： 绝对空间： 是具有属性描述的空间位置的集合，它由一系列不同位 置的空间坐标组成； 相对空间： 是具有空间属性特征的实体集合，它是由不同实体之间 的空间关系构成。
4
第一节 地理空间及其表达
1、 地球空间模型 为了研究地理现象，有必要建立地球表面的几何模型。根
第一节 地理空间及其表达 介绍地理空间概念和空间实体的表达 第二节 地理空间数据及其特征 包括GIS的空间数据，空间数据的基本特征，空间数据的拓扑关系 第三节 空间数据结构的类型 矢量数据结构，栅格数据结构，矢量与栅格一体化数据结构，矢量与栅格数 据结构的比较 第四节 空间数据结构的建立 空间数据的建立过程及方法
任何地理实体都可以抽象为点、线、面、体等基本类型，以表示 它的位置、形状、大小、高低等特征。
19
第一节 地理空间及其表达
以地图为例，来了解空间实体的抽象及表达 点实体
❖有位置，无宽度和长度； ❖抽象的点
美国佛罗里达洲地震监测站2002年9月该洲可能
20
的500个地震位置
第一节 地理空间及其表达
线实体 ❖有长度，但无宽度和高度； ❖用来描述线状实体，通常在网络分析中使用较多
c2
11
国际主要椭球参数
椭球名称
德兰勃(Delambre) 埃弗瑞斯(Everest)
贝赛尔(Bessel) 克拉克(Clarke) 克拉克(Clarke)
海福特 (Hayford) 克拉索夫斯基 (Krasovski)
1967年大地坐标系
1975年大地坐标系
1980年大地坐标系
年代 1800 1830 1841 1866 1880 1910
3
地理空间（Geo-spatial）一般分为： 绝对空间： 是具有属性描述的空间位置的集合，它由一系列不同位 置的空间坐标组成； 相对空间： 是具有空间属性特征的实体集合，它是由不同实体之间 的空间关系构成。
4
第一节 地理空间及其表达
1、 地球空间模型 为了研究地理现象，有必要建立地球表面的几何模型。根
地理信息系统第二章+空间数据结构2
c c
几何偏差
5 3
ac距离: 7/4 (5) 面积: 7 (6)
a
4
b
a
b
2.2 矢量数据结构
矢量是具有一定大小和方向的量,数学上和物理上 也叫向量。 线段长度表示大小，线段端点的顺序 表示方向。有向线段用一系列有序特征点表示， 有向线段集合就构成了图形。矢量数据 就是代表 地图图形的各离散点平面坐标（x，y）的有序集 合。
1
2
3
4
5
6
7
8
行程编码 各行(各列)数 据的代码发生变 化时依次记录代 码以及相同代码 重复的个数
1 2 3 4 5 6 7 8
3 3 1 1 1 1 1 1
3 3 3 1 1 1 1 1
3 3 3 3 1 1 1 1
4 3 3 3 1 1 1 1
4 4 4 4 3 2 1 1
4 4 4 4 2 2 2 2
栅格数据取值方法
1 中心归属法 中心归属法：每个栅 格单元的值以网格中 心点对应的面域属性 值来确定。
2 长度占优法
长度占优法：每个栅 格单元的值以网格中 线（水平或垂直）的 大部分长度所对应的 面域的属性值来确定。
3 面积占优法
面积占优法：每个栅 格单元的值以在该网 格单元中占据最大面 积的属性值来确定。
4 线实体
线实体则表示为在一定 方向上连接成串的相 邻象元集合。
5 面实体
面实体由聚集在一起 的相邻象元集合表示。
栅格数据层的概念
每个平面网格表示一种属性或同一属性的不同 特征，这种平面称为层。
现实世界
地图分层
栅格数据层
叠加分析
栅格数据组织方法
1.以象元为序。记录象元坐标和各层属性值。 节省了许多存储空间，因为N层中实际上只存了1 层的象元坐标。如图a 2.以层为基础。每一层又以象元为序记录它的 坐标和属性值，一层记录完后再记录第二层。这 种方法较为简单，但需要的存储空间最大。如图b 3.以层为基础，但每一层内则以多边形（也称 制图单元）为序记录多边形的属性值和充满多边 形的各象元的坐标。则节省了许多用于存储属性 的空间，同一属性的制图单元的ｎ个象元只记录 一次属性值。如图c
几何偏差
5 3
ac距离: 7/4 (5) 面积: 7 (6)
a
4
b
a
b
2.2 矢量数据结构
矢量是具有一定大小和方向的量,数学上和物理上 也叫向量。 线段长度表示大小，线段端点的顺序 表示方向。有向线段用一系列有序特征点表示， 有向线段集合就构成了图形。矢量数据 就是代表 地图图形的各离散点平面坐标（x，y）的有序集 合。
1
2
3
4
5
6
7
8
行程编码 各行(各列)数 据的代码发生变 化时依次记录代 码以及相同代码 重复的个数
1 2 3 4 5 6 7 8
3 3 1 1 1 1 1 1
3 3 3 1 1 1 1 1
3 3 3 3 1 1 1 1
4 3 3 3 1 1 1 1
4 4 4 4 3 2 1 1
4 4 4 4 2 2 2 2
栅格数据取值方法
1 中心归属法 中心归属法：每个栅 格单元的值以网格中 心点对应的面域属性 值来确定。
2 长度占优法
长度占优法：每个栅 格单元的值以网格中 线（水平或垂直）的 大部分长度所对应的 面域的属性值来确定。
3 面积占优法
面积占优法：每个栅 格单元的值以在该网 格单元中占据最大面 积的属性值来确定。
4 线实体
线实体则表示为在一定 方向上连接成串的相 邻象元集合。
5 面实体
面实体由聚集在一起 的相邻象元集合表示。
栅格数据层的概念
每个平面网格表示一种属性或同一属性的不同 特征，这种平面称为层。
现实世界
地图分层
栅格数据层
叠加分析
栅格数据组织方法
1.以象元为序。记录象元坐标和各层属性值。 节省了许多存储空间，因为N层中实际上只存了1 层的象元坐标。如图a 2.以层为基础。每一层又以象元为序记录它的 坐标和属性值，一层记录完后再记录第二层。这 种方法较为简单，但需要的存储空间最大。如图b 3.以层为基础，但每一层内则以多边形（也称 制图单元）为序记录多边形的属性值和充满多边 形的各象元的坐标。则节省了许多用于存储属性 的空间，同一属性的制图单元的ｎ个象元只记录 一次属性值。如图c
地理信息系统的数据结构(精)
地理信息系统的空间数据结构
内部数据结构基本上可分为两大类：即矢量结构和栅格结构。两类结构 都可用来描述地理实体的点、线、面三种基本类型
矢量数据结构
栅格数据结构
• 实际应用中，每个网格通常会有不同的几种属性值，由于只能取一种，这就有不 同的取值方法。
（1）中心点法。即用处于栅格中心点的地物类或现象特性决定栅格的值。有时也称为网格交点归属法。 （2）面积占优法，就是以占栅格最大的地物类或现象特征决定栅格单元的值。 （3）长度最占优法。当覆盖的网格过中心部位时，横线占据该格中的大部分长度的属性值定为栅格单元的值。 （4）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的值。如重要性
CELL树
• R树和R+在插入、删除和空间 搜索效率两方面难于兼顾
• 在空间划分时不再采用矩形作 为划分的基本单位，而是采用 凸多边形来作为划分的基本单 位，具体划分方法与BSP树有 类似之处，子空间不再相互覆 盖。CELL树的磁盘访问次数比 R树和R+树少，由于磁盘访问 次数是影响空间索引性能的关 键指标，故CELL树是比较优秀 的空间索引方法
地质图系列 土地利用图系列
植被图系列 土地能力图系列 自然资源图系列
常用的地图投影
比例尺
1 ：2.5万 1 ：5万 1 ：12.5万 1 ：25万 1 ：50万 1 ：100万
1 ：5万 1 ：25万 1 ：50万 1 ：100万
1 ：5万 1 ：12.5万 1 ：25万 1 ：50万
1 ：12.5万 1 ：25万 1 ：50万
2． 中央子午线投影后长度不变。赤道投影后其长 度距中央子午线愈远变形愈大；
3． 中央子午线东西两侧的点﹑线的投影以中央子 午线为对称轴而对称。直线的投影也是距中央子 午线愈远而长度变形愈大；
第二章 地理信息系统的数据结构2.42.6
1．点—点关系
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。
四、空间实体之间的空间关系
2．点—线关系
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。
一、空间对象的空间关系
空间关系是指地理空间实体对象之间空 间相互作用关系。包括度量空间关系；方向 空间关系；拓扑空间关系等。
1．度量空间关系
描述空间对象之间的距离等。基本空间 对象度量关系包含点/点、点/线、点/面、线/ 线、线/面、面/面之间的距离。
一、空间对象的空间关系
2．方向空间关系
又称为方位关系、延伸关系，它定义了 地物对象之间的方位，如“河北省在河南省 北面”就描述了方向关系。
二、拓扑关系的意义
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； 某条河流能为哪些政区的居民提供水源； 与某一湖泊邻接的土地利用类型有哪些； 确定一块与湖泊相邻的土地覆盖区； ……
二、拓扑关系的意义
3．可以利用拓扑数据重建地理实体。
如建立封闭多边形； 实现道路的选取； 进行最佳路径的计算； ……
1. 栅格数据结构概念
基于栅格模型的数据结构简称为栅格数据结构， 又称网格结构或像元结构，是指将空间分割成 有规则的网格，称为栅格单元，在各个栅格单 元上给出相应的属性值来表示地理实体的一种 数据组织方式。
点由一个单元网格表示； 线由一串有序的相互连接的单元网格表示，各
个网格的值相同； 多边形由聚集在一起的相互连接的单元网格组
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。
四、空间实体之间的空间关系
2．点—线关系
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。
一、空间对象的空间关系
空间关系是指地理空间实体对象之间空 间相互作用关系。包括度量空间关系；方向 空间关系；拓扑空间关系等。
1．度量空间关系
描述空间对象之间的距离等。基本空间 对象度量关系包含点/点、点/线、点/面、线/ 线、线/面、面/面之间的距离。
一、空间对象的空间关系
2．方向空间关系
又称为方位关系、延伸关系，它定义了 地物对象之间的方位，如“河北省在河南省 北面”就描述了方向关系。
二、拓扑关系的意义
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； 某条河流能为哪些政区的居民提供水源； 与某一湖泊邻接的土地利用类型有哪些； 确定一块与湖泊相邻的土地覆盖区； ……
二、拓扑关系的意义
3．可以利用拓扑数据重建地理实体。
如建立封闭多边形； 实现道路的选取； 进行最佳路径的计算； ……
1. 栅格数据结构概念
基于栅格模型的数据结构简称为栅格数据结构， 又称网格结构或像元结构，是指将空间分割成 有规则的网格，称为栅格单元，在各个栅格单 元上给出相应的属性值来表示地理实体的一种 数据组织方式。
点由一个单元网格表示； 线由一串有序的相互连接的单元网格表示，各
个网格的值相同； 多边形由聚集在一起的相互连接的单元网格组
GIS课程教案(第二章 空间数据结构)
GIS
学校 菜场
返回
地 理 信 息 系 统 原 理
第二章 GIS 数据结构 §2-1空间实体及其描述
四、实体间空间关系
（一）空间关系类型
拓扑空间关系： 1、 拓扑空间关系： 顺序空间关系： 方向空间关系） 2、 顺序空间关系： （方向空间关系） 用上下左右、前后、东南西北等方向性名称来描述空间实体的顺序关系， 用上下左右、前后、东南西北等方向性名称来描述空间实体的顺序关系， 算法复杂，至今没有很好的解决方法。 算法复杂，至今没有很好的解决方法。 度量空间关系，主要指实体间的距离关系，远近。 3、 度量空间关系，主要指实体间的距离关系，远近。 在地理空间中两点间的距离有两种度量方法 两种度量方法。 1）在地理空间中两点间的距离有两种度量方法。 a、沿真实的地球表面进行,除与两点的地理坐标有关外，还与所通过路径 沿真实的地球表面进行,除与两点的地理坐标有关外， 的地形起伏有关，复杂,引入第二种。 的地形起伏有关，复杂,引入第二种。 北
指自然界现象和社会经济事件中不能再分割的单元，它是一个具体有概 指自然界现象和社会经济事件中不能再分割的单元 ， 它是一个具体有 概 括性，复杂性，相对意义的概念。 括性，复杂性，相对意义的概念。 的概念 2、理解： 理解： 地理实体类别及实体内容的确定是从具体需要出发的 例如， 地理实体类别及实体内容的确定是从具体需要出发的，例如，在全国地 具体需要出发的， 图上由于比例尺很小，武汉就是一个点，这个点不能再分割， 图上由于比例尺很小，武汉就是一个点， 这个点不能再分割，可以把武汉 定为一个空间实体，而在大比例尺的武汉市地图上，武汉的许多房屋， 定为一个空间实体，而在大比例尺的武汉市地图上，武汉的许多房屋 ，街
返回
地 理 信 息 系 统 原 理
地理信息系统的数据结构
1102：导线点
12：高程控制点
13：其他控制点
完整版课件ppt
20
矢量数据的输入与编辑
▪ 矢量数据的输入，是指将分类和编码的空间对象图
形转换为一系列x、y坐标，然后按照确定的数据结
构加入到线段或标示点的计算机数据文件中去； ▪ 空间数据编辑的目的是为了消除数字化过程中引入
的各类错误和对数据进行拓扑关系检查等而进行的 操作。
完整版课件ppt
10
第三节 空间数据结构的类型来自拓扑数据举例 C4N4 N1
C1 P2
C6
C8
P1 C3
P3 N2 C5 N5
C2 C9
N3
C7 N7
P5
P4
N6
完整版课件ppt
C10
11
第三节 空间数据结构的类型
弧段号
C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10
起结点 终结点
N1
▪ 在计算机中，现实世界是以各种数字和字符形式来 表达和记录的；
▪ 对现实世界的各类空间对象的表达有两种方法，分 别称为矢量表示法（矢量数据模型）和栅格表示法 （栅格数据模型）,如下图。
道 河
湖泊
路
流
居民地
完整版课件ppt
3
第二节 地理空间数据及其特征
GIS的空间数据
▪ 空间数据可以按照数据项、空间对象和 图形特征的不同分为各种不同的类型；
▪ 对开发的GIS系统的功能，是通过用户需求调查来确定 的，因此，在开发GIS系统之前，首先要进行系统分析。
空间数据的分类和编码
▪ 空间数据的分类，是指根据系统功能及国家规范和标 准，将具有不同属性或特征的要素区别开来的过程， 以便从逻辑上将空间数据组织为不同的信息层(见下 图)；
GIS02第二章_地理信息系统空间数据结构和数据库
8*8矩阵，背景数据属性为0 2行2列，1个方格半径，属性为1 3行4列，1个方格半径，属性为4 4行4列，2个方格半径，属性为4 7行7列，2个方格半径，属性为3
2.1 空间数据结构
§2.1.3 栅格数据结构
——栅格结构的存储
2、压缩编码方法
4）四叉树编码（quad-tree code）
基本思想：将一幅栅格图象等分为四等份，逐块检查其格网属性值 （或灰度）。如果某个子区的所有格网值都具有相同的值，则这 个子区就不再继续分割，否则将该子区继续划分为四等份，直到 每个子块都含有相同的属性值为止。
2) 线实体：表示为在一定方向上连接成串的相邻像元的集合；
3) 面实体：表示为聚集在一起的相邻像元的集合。
2.1 空间数据结构
§2.1.3 栅格数据结构
——栅格数据的组织
2.1 空间数据结构
§2.1.3 栅格数据结构
——栅格数据的组织
2.1 空间数据结构
§2.1.3 栅格数据结构
——栅格结构的建立
2.1 空间数据结构
§2.1.3 栅格数据结构
——栅格结构的存储
1、简单栅格数据结构
2）在GIS中，绝大多数栅格数据的分析运作与处理是在全 栅格数据下进行的。
I = 行号 J = 列号
→ 空间位置
W（I，J）= 栅格属性 → 特征码
2.1 空间数据结构
§2.1.3 栅格数据结构
——栅格结构的存储
2.1 空间数据结构
§2.1.1 概述
—— 空间数据
3、空间数据的存储
将不同类型的空间数据以不同的数据结构存储 属性数据——二维关系表格形式存储； 元数据——以特定的空间元数据格式
空间特征数据——主要以矢量数据结构和栅格数据结构两种 形式存储。
第二章 地理信息系统的数据结构
大地坐标确定后，空间一点的 大地坐标用大地经度L、大地纬 度B和大地高度H表示。如右图 所示，地面上的点P地的大地子 午面NPS与起始大地子午面所构 成的二面角L，叫点P地的大地经 度。点P地对于椭球的法线P地Kp 与赤道面的夹角B，叫做点P地的 大地纬度。点P地沿法线到椭球 面的距离H叫做大地高，从椭球 面起算，向外为正，向内为负 。
即人们假想，将大地体
地球的数学表面
绕短轴飞速旋转，形成 一个表面光滑的球体，
在测量和制图中就用旋转椭球体来代即替旋大转椭地球球体体，这
个旋转椭球体通常称为地球椭球体，简称椭球体。
它是一个规则的 数学表面，所以人 们视其为地球体的 数学表面，也是对 地球形体的二级逼 近，用于测量计算 的基准面。
椭球体三要素: 长轴 a（赤道半径）、短轴 b（极半径）和椭球的扁率 f
机舱窗口俯视大地 : 地表是一个有些微起伏、极其复杂的表面。
—— 珠穆朗玛峰与太平洋的马里亚纳海沟之间高差近20km。
事实是（天文测量、地球重力测量、卫星大地测量）：
地球不是一个正球体，而是一个极半径略短、赤道半 径略长，北极略突出、南极略扁平，近于梨形的椭球体。
地球南北半径之差仅在几十米范围内，相比地球极半径 与赤道半径之差（20公里）是十分微小的。
Equator
Polar Axis
b
a
Equatorial Axis
f = —aa-—b = —63—781—63377—8-16—3375—67—52.—3
South Pole
—1f = 298.257
对 a，b，f 的具体测定就是近代 大地测量的一项重要工作。
空间参考系统
GIS的研究对象是具有空间内涵的地理数据。地理数 据与其位置的识别联系在一起，它是通过公共的地理基础 ——统一的空间参考系统来实现。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
四川农业大学资源环境学院
土土
用计算机把现实世界的信息储存起
地地 来，并进行管理，需要人来完成转换工
信
息 作。
系 这一转换过程是先把现实世界抽象成 统统 思维模型(数据模型)，然后转变为描述
事物的形式逻辑模型(数据结构)，再转
换成计算机硬件可以接受的物理模型(文
件结构)。
四川农业大学资源环境学院
2.1.3 数据结构的内容
信
息 数据的基本单位,或称元素、结点、顶点、记录。
系
统统 一个数据元素可以由若干个数据项（也可称为 字段、域、属性）组成。
数据项是具有独立含义的最小标识单位。
四川农业大学资源环境学院
2.1.2 数据模型与数据结构
土土 为了便于研究问题，人们通常把数据结构 地地 问题抽象成四个层次：
信
息 现实世界 客观存在的事物，其中某些特 系 征可用数据来表达。 统统 数据模型 根据未来使用上的要求和事物
四川农业大学资源环境学院
空间数据的拓扑关系
土土
拓扑邻接
拓扑关联 拓扑包含
地地
信
息
系 统统
图2-2-2 空间数据的拓扑关系
四川农业大学资源环境学院
空间数据的拓扑关系
土土 地地
（1）拓扑邻接 指存在于空间图形的同类元素 之间的拓扑关系。例如结点邻接关系N1/N4, N1/N2,…；多边形邻接关系P1/ P3, P2/ P3, …。
统统
开始结点 表中只有第一个结点没有前结点 终结点 只有最后一个结点没有后结点
四川农业大学资源环境学院
（2）数据存储结构（Storage Structure）
土土 是逻辑结构用计算机语言的实现（亦称为映 地地 象），它依赖于计算机语言。对机器语言而 信 言，存储结构是具体的。一般，只在高级语 息 言的层次上讨论存储结构。
地地 信 息 系 统统
四川农业大学资源环境学院
空间数据的拓扑关系
土土
拓扑邻接
拓扑关联 拓扑包含
地地
信
息
系 统统
图2-2-2 空间数据的拓扑关系
四川农业大学资源环境学院
土土 地地 信 息 系 统统
四川农业大学资源环境学院
拓扑关系/拓扑属性
土土
拓扑关系（拓扑属性）：描述了两个对
地地
象之间的关系（Topological Relation）。
§2.3 拓扑型的数据结构
土土
目前的GIS
地地 领域中，拓扑
信 结构是得到最
息 广泛应用的空
系 统统
间数据结构。 它借助了数学
中拓扑学的原
理来描述空间
事物。
四川农业大学资源环境学院
拓扑学基础（补）
土土 拓扑学
地地 信
息 是研究图形在拓扑变化下不变的性质的 系 一门科学，为空间点、线、面之间的包 统统 含、覆盖、相离和相接等空间关系的描
坐标（E） 102°26′51.7″ 102°27′51.8″ 102°28′05.0″ 102°29′16.7″
海拔 地类 1445 有林地
土类 黄壤
1356 水田
水稻土
1287 旱地
紫色土
893 荒草地 紫色土
5
29°34′04.3″ 102°29′55.9″ 1180 灌木林 紫色土
6
29°33′18.4″ 102°30′59.0″ 1137 荒草地 紫色土
信
息
系 统统
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（弧段自身不 相交）
一个点在一个区域的边界上
四川农业大学资源环境学院
一个点在一个区域的内部
土土 地地 信
息
系 非拓扑属性
统统
两点之间的距离 一个点指向另一个点的方向 弧段的长度 一个区域的周长
一个区域的面积
四川农业大学资源环境学院
拓扑空间关系描述—— 9交模型 参考
7
29°31′12.9″ 102°34′54.3″ 1028 水田
水稻土
四川农业大学资源环境学院
（3）数据的运算
土土 即对数据施加的操作
地地
信
数据的运算定义在数据的逻辑结构上，
息 每种逻辑结构都有一个运算的集合。最常用
系 的检索、插入、删除、更新、排序等运算实
统统 际上只是在抽象的数据上所施加的一系列抽 象的操作。
（3）拓扑包含
土土
指存在于空间图形的同类，但不同级的元素
地地 之间的拓扑关系。包含关系分简单包含、多层包
信 含和等价包含三种形式
息
设ID表示当前多边形
系 统统
IW表示等价包含 IP表示ID为岛（IP >0）
非岛（ IP =0 ）
四川农业大学资源环境学院
土土 地地 信
息
系
统统
非岛
p71-74
四川农业大学资源环境学院
息
系
统统 分 类
1.矢量结构 2.栅格结构 3.矢量结构与栅格结构的对比 4.矢量栅格一体化数据结构（略） 5.三维数据结构（略）
四川农业大学资源环境学院
§2.2 简单矢量数据结构
土土
矢量数据结构：是通过坐标值来精确
地地 表示点、线、面等地理实体的。
信
息
系 简单矢量数据表示法
统统
地图矢量数据表示法的最基本要素是 坐标点，最常用的是二维笛卡儿平面直角 坐标系，这和平面解析几何对物体的描述 十分相似。
信
息
系 统统
四川农业大学资源环境学院
（2）拓扑关联
土土 指存在于空间图形的不同元素之间的拓扑关系，例
地地 信 息
如结点与弧段的关联关系N1/C1、C3、C6；N2/ C1、 C2、C5, …；多边形与弧段的关联关系P1/C1、C5、 C6； P2/C2、C4、C5、C7， …。
系 统统
四川农业大学资源环境学院
第二章 土地信息系统的空间数据结构
土土 地地
第一节 数据结构及相关概念
信
第二节 简单矢量数据结构
息
系
第三节 拓扑数据结构
统统
第四节 栅格数据结构
第五节 栅格模型和矢量模型的比较与转换
四川农业大学资源环境学院
§2.1 数据结构及其相关概念（补充）
土土 地地
2.1.1数据元素（Data Element）
四川农业大学资源环境学院
参考
土土
B(A)∩B(B) B(A)∩I(B) B(A)∩E(B)
地地
信
I(A)∩B(B) I(A)∩I(B) I(A)∩E(B)
息
E(A)∩B(B) E(A)∩I(B) E(A)∩E(B)
系
统统
9交模型形式化地描述了离散空间
对象的拓扑关系，基于9交模型，可以
定义空间数据库的一致性原则，并应
上例中要查询、更新某样点记录就是进行 数据运算
四川农业大学资源环境学院
2.1 .4 空间数据
土土 表达土地空间实体的数据（第三章）
地地
空间数据
信
属性数据
息
时间数据
系
统统
描述地球表面及近地空间实体
空间数据 的位置、形状、属性和时序特
征的数据。
四川农业大学资源环境学院
2.1.5 空间数据结构
土土
地地 是指空间数据适合于计算机存储、管理、 信 处理的逻辑结构。
用于数据库更新、维护中。
四川农业大学资源环境学院
拓扑空间关系识别
土土
地地
信
息
在地理信息系统中，空间数据具有属
系 性特征、空间特征和时间特征，基本数据
统统 类型包括属性数据、几何数据和空间关系
数据。
四川农业大学资源环境学院
土土 地地 信 息 系 统统
四川农业大学资源环境学院
空间数据采用拓扑数据结构的意义
坐标（E） 102°26′51.7″ 102°27′51.8″ 102°28′05.0″ 102°29′16.7″
海拔 地类 1445 有林地
土类 黄壤
1356 水田
水稻土
1287 旱地
紫色土
893 荒草地 紫色土
5
29°34′04.3″ 102°29′55.9″ 1180 灌木林 紫色土
6
29°33′18.4″ 102°30′59.0″ 1137 荒草地 紫色土
的特征用概念化的语言和示意图来描述现实 世界。
四川农业大学资源环境学院
数据结构 用逻辑关系图、列表、矩阵来表
土土 达数据模型，并用某些数据项来反映现实世 地地 界以及数据之间的逻辑关系。
信
是指空间数据适合于计算机存储、管理、
息 处理的逻辑结构
系
统统
文件结构 用数据项表示数据在计算机硬件 中的储存方式，通过用计算机语言编制的程 序可以实现这种方式，并可以读、写数据。
地地 依赖于具体坐标位置。
信
息
系
(2)用拓扑表所表达的空间关系信息丰富、
土土
地地
设有现实世界中的两个简单实体A、
信 B，B(A)、B(B)表示A、B的边界，I(A)、
息 I(B)表示A、B的内部，E(A)、E(B)表示A、
系
B余。
统统
Egenhofer[1993]构造出一个由边界、
内部、余的点集组成的9-交空间关系模
型(9-Intersection Model,9-IM)如下：
述提供直接的理论依据。
四川农业大学资源环境学院
土土
在地理信息系统中，对于凡具有网状
地地 结构特征的地理要素，都存在结点、弧段
信 和多边形之间的拓扑结构。
息
土土
用计算机把现实世界的信息储存起
地地 来，并进行管理，需要人来完成转换工
信
息 作。
系 这一转换过程是先把现实世界抽象成 统统 思维模型(数据模型)，然后转变为描述
事物的形式逻辑模型(数据结构)，再转
换成计算机硬件可以接受的物理模型(文
件结构)。
四川农业大学资源环境学院
2.1.3 数据结构的内容
信
息 数据的基本单位,或称元素、结点、顶点、记录。
系
统统 一个数据元素可以由若干个数据项（也可称为 字段、域、属性）组成。
数据项是具有独立含义的最小标识单位。
四川农业大学资源环境学院
2.1.2 数据模型与数据结构
土土 为了便于研究问题，人们通常把数据结构 地地 问题抽象成四个层次：
信
息 现实世界 客观存在的事物，其中某些特 系 征可用数据来表达。 统统 数据模型 根据未来使用上的要求和事物
四川农业大学资源环境学院
空间数据的拓扑关系
土土
拓扑邻接
拓扑关联 拓扑包含
地地
信
息
系 统统
图2-2-2 空间数据的拓扑关系
四川农业大学资源环境学院
空间数据的拓扑关系
土土 地地
（1）拓扑邻接 指存在于空间图形的同类元素 之间的拓扑关系。例如结点邻接关系N1/N4, N1/N2,…；多边形邻接关系P1/ P3, P2/ P3, …。
统统
开始结点 表中只有第一个结点没有前结点 终结点 只有最后一个结点没有后结点
四川农业大学资源环境学院
（2）数据存储结构（Storage Structure）
土土 是逻辑结构用计算机语言的实现（亦称为映 地地 象），它依赖于计算机语言。对机器语言而 信 言，存储结构是具体的。一般，只在高级语 息 言的层次上讨论存储结构。
地地 信 息 系 统统
四川农业大学资源环境学院
空间数据的拓扑关系
土土
拓扑邻接
拓扑关联 拓扑包含
地地
信
息
系 统统
图2-2-2 空间数据的拓扑关系
四川农业大学资源环境学院
土土 地地 信 息 系 统统
四川农业大学资源环境学院
拓扑关系/拓扑属性
土土
拓扑关系（拓扑属性）：描述了两个对
地地
象之间的关系（Topological Relation）。
§2.3 拓扑型的数据结构
土土
目前的GIS
地地 领域中，拓扑
信 结构是得到最
息 广泛应用的空
系 统统
间数据结构。 它借助了数学
中拓扑学的原
理来描述空间
事物。
四川农业大学资源环境学院
拓扑学基础（补）
土土 拓扑学
地地 信
息 是研究图形在拓扑变化下不变的性质的 系 一门科学，为空间点、线、面之间的包 统统 含、覆盖、相离和相接等空间关系的描
坐标（E） 102°26′51.7″ 102°27′51.8″ 102°28′05.0″ 102°29′16.7″
海拔 地类 1445 有林地
土类 黄壤
1356 水田
水稻土
1287 旱地
紫色土
893 荒草地 紫色土
5
29°34′04.3″ 102°29′55.9″ 1180 灌木林 紫色土
6
29°33′18.4″ 102°30′59.0″ 1137 荒草地 紫色土
信
息
系 统统
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（弧段自身不 相交）
一个点在一个区域的边界上
四川农业大学资源环境学院
一个点在一个区域的内部
土土 地地 信
息
系 非拓扑属性
统统
两点之间的距离 一个点指向另一个点的方向 弧段的长度 一个区域的周长
一个区域的面积
四川农业大学资源环境学院
拓扑空间关系描述—— 9交模型 参考
7
29°31′12.9″ 102°34′54.3″ 1028 水田
水稻土
四川农业大学资源环境学院
（3）数据的运算
土土 即对数据施加的操作
地地
信
数据的运算定义在数据的逻辑结构上，
息 每种逻辑结构都有一个运算的集合。最常用
系 的检索、插入、删除、更新、排序等运算实
统统 际上只是在抽象的数据上所施加的一系列抽 象的操作。
（3）拓扑包含
土土
指存在于空间图形的同类，但不同级的元素
地地 之间的拓扑关系。包含关系分简单包含、多层包
信 含和等价包含三种形式
息
设ID表示当前多边形
系 统统
IW表示等价包含 IP表示ID为岛（IP >0）
非岛（ IP =0 ）
四川农业大学资源环境学院
土土 地地 信
息
系
统统
非岛
p71-74
四川农业大学资源环境学院
息
系
统统 分 类
1.矢量结构 2.栅格结构 3.矢量结构与栅格结构的对比 4.矢量栅格一体化数据结构（略） 5.三维数据结构（略）
四川农业大学资源环境学院
§2.2 简单矢量数据结构
土土
矢量数据结构：是通过坐标值来精确
地地 表示点、线、面等地理实体的。
信
息
系 简单矢量数据表示法
统统
地图矢量数据表示法的最基本要素是 坐标点，最常用的是二维笛卡儿平面直角 坐标系，这和平面解析几何对物体的描述 十分相似。
信
息
系 统统
四川农业大学资源环境学院
（2）拓扑关联
土土 指存在于空间图形的不同元素之间的拓扑关系，例
地地 信 息
如结点与弧段的关联关系N1/C1、C3、C6；N2/ C1、 C2、C5, …；多边形与弧段的关联关系P1/C1、C5、 C6； P2/C2、C4、C5、C7， …。
系 统统
四川农业大学资源环境学院
第二章 土地信息系统的空间数据结构
土土 地地
第一节 数据结构及相关概念
信
第二节 简单矢量数据结构
息
系
第三节 拓扑数据结构
统统
第四节 栅格数据结构
第五节 栅格模型和矢量模型的比较与转换
四川农业大学资源环境学院
§2.1 数据结构及其相关概念（补充）
土土 地地
2.1.1数据元素（Data Element）
四川农业大学资源环境学院
参考
土土
B(A)∩B(B) B(A)∩I(B) B(A)∩E(B)
地地
信
I(A)∩B(B) I(A)∩I(B) I(A)∩E(B)
息
E(A)∩B(B) E(A)∩I(B) E(A)∩E(B)
系
统统
9交模型形式化地描述了离散空间
对象的拓扑关系，基于9交模型，可以
定义空间数据库的一致性原则，并应
上例中要查询、更新某样点记录就是进行 数据运算
四川农业大学资源环境学院
2.1 .4 空间数据
土土 表达土地空间实体的数据（第三章）
地地
空间数据
信
属性数据
息
时间数据
系
统统
描述地球表面及近地空间实体
空间数据 的位置、形状、属性和时序特
征的数据。
四川农业大学资源环境学院
2.1.5 空间数据结构
土土
地地 是指空间数据适合于计算机存储、管理、 信 处理的逻辑结构。
用于数据库更新、维护中。
四川农业大学资源环境学院
拓扑空间关系识别
土土
地地
信
息
在地理信息系统中，空间数据具有属
系 性特征、空间特征和时间特征，基本数据
统统 类型包括属性数据、几何数据和空间关系
数据。
四川农业大学资源环境学院
土土 地地 信 息 系 统统
四川农业大学资源环境学院
空间数据采用拓扑数据结构的意义
坐标（E） 102°26′51.7″ 102°27′51.8″ 102°28′05.0″ 102°29′16.7″
海拔 地类 1445 有林地
土类 黄壤
1356 水田
水稻土
1287 旱地
紫色土
893 荒草地 紫色土
5
29°34′04.3″ 102°29′55.9″ 1180 灌木林 紫色土
6
29°33′18.4″ 102°30′59.0″ 1137 荒草地 紫色土
的特征用概念化的语言和示意图来描述现实 世界。
四川农业大学资源环境学院
数据结构 用逻辑关系图、列表、矩阵来表
土土 达数据模型，并用某些数据项来反映现实世 地地 界以及数据之间的逻辑关系。
信
是指空间数据适合于计算机存储、管理、
息 处理的逻辑结构
系
统统
文件结构 用数据项表示数据在计算机硬件 中的储存方式，通过用计算机语言编制的程 序可以实现这种方式，并可以读、写数据。
地地 依赖于具体坐标位置。
信
息
系
(2)用拓扑表所表达的空间关系信息丰富、
土土
地地
设有现实世界中的两个简单实体A、
信 B，B(A)、B(B)表示A、B的边界，I(A)、
息 I(B)表示A、B的内部，E(A)、E(B)表示A、
系
B余。
统统
Egenhofer[1993]构造出一个由边界、
内部、余的点集组成的9-交空间关系模
型(9-Intersection Model,9-IM)如下：
述提供直接的理论依据。
四川农业大学资源环境学院
土土
在地理信息系统中，对于凡具有网状
地地 结构特征的地理要素，都存在结点、弧段
信 和多边形之间的拓扑结构。
息