7空间数据与地图数据库

Part7 空间数据与地图数据库
节点与弧段的拓扑关系 弧段与多边形的拓扑关系
多边形与弧段的拓扑关系
弧段与节点的拓扑关系
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拓扑关系一般包含四个或三个文件：
结点文件：唯一标识码，(X,Y)； 弧段文件：唯一标识码，起始结点，终止结点，左多边 形，右多边形，指向中间点坐标的指针或者坐标串；
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空间数据的基本特征及其表示
空间数据的基本特征 空间数据是以点、线、面等方式采用编码技术对 空间物体进行特征描述及在物体之间建立相互联 系的数据集合 空间数据基本特征：
定位信息、非定位信息（属性信息）、定时信息 定位、定性、定时
河流
名称 长度 支流 …
主要内容
组成多边形的弧段（PolygonID，*ArcIDs） 弧段的左右多边形（ArcID，LeftPolygonID, RightPolygonID）
建立方法
左旋算法 右旋算法
相关的文件表，
节点表：NodeID,X,Y, LinkedArcCount *LinkedArcIDs 弧段表：ArcID，FromNode,ToNode, LeftPolygonID, RightPolygonID,innerPointsCount,*innerPoints 多边形表:PolygonID, ArcCountCount, *ArcIDs
数字地图制图原理
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本节主要内容：
空间数据的基本特征及其表示 空间数据的基本特征 地图上的拓扑关系及其表示 地图数据库系统 数据库系统概述 面向对象地理数据模型 地图数据库建立与维护 数据仓库简介 数据挖掘简介
右 多 边 形 1 2 3 4 0 0 0 . 20
2 11 5 6 4
3 10 4 12 5 6 8 9
节点表
弧段表
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POLYVRT（Polygon-Converter)结构:
美国计算机图形及空间分析实验室研制，是当今各种图 形数据结构的基本框架（链状双重独立式 ） 节点文件 弧段文件 节点号 坐标 3
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点线拓扑关系的自动建立
主要内容
与弧段相连接的节点（ArcID，FromNode,ToNode） 与节点相连接的弧段（NodeID，*ArcIDs） 与弧段相连接的弧段（ArcID1，*ArcIDs）
建立方法
一种在图形采集和编辑的时候自动建立 一种是在图形采集和编辑之后自动建立。
结点与结点、弧段与弧段、多边形与多边形
关联（指空间图形中不同类元素之间的拓扑关系）
结点与弧段、多边形与弧段
包含（指空间图形中同类不同级元素之间的拓扑关系）
多边形与弧段、多边形与结点、多边形与多边形
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拓扑空间关系描述——九交模型
现实世界中的两个实体A和B：用B(X)表示实体X的边界， I(X)表示实体X的内部，用E(X)表示实体X的外部。基于 上述概念，Egenhofer在1993年为空间实体间的拓扑关系 描述构造了“9交空间关系模型”（9-Intersection Model， 9-IM）：
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地图数据库中拓扑关系的表示
显式表示 将实体元素之间的拓扑关系数据化，并作为地图数 据的一部分存储 DIME(双重独立地图编码，Dual Independent Map Encoding) POLYVRT（Polygon Converter,链状双重独立式） 隐式表示 不直接存储其拓扑关系，而是在必要的时候通过几 何关系推导出拓扑关系 Spaghetti表示法 点位字典法
复杂多边形
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物体之间的相互联系——空间关系
方向： 四方向、八方向、其他方向的定义（包含、具体 方向与角度的结合等） 距离：欧氏距离、街区距离、大圆距离等 拓扑关系 是空间数据区别于其他各类数据的重要标志 是在网状结构（境界网、河网、路网等）元素结点、 弧段、面域之间的邻接、关联、包含等关系 其能从质的方面反映出空间实体之间的结构关系 无量度，不能反映出确切的定位信息 非几何关系： 不能用几何数据表达或导出的各种关系 主要反映物体内部层次或从属关系等
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拓扑关系的自动建立 定义
为真实反映地理实体，不仅包含实体的位置、形状、大小和属 性、还必须反映实体之间的关系。这些关系是指它们之间的邻 接关系、关联关系和包含关系。 拓扑关系指图形保持连续状态下变形，但图形关系不变的性质 邻接（指空间图形中同类元素之间的拓扑关系）
不同时间的河流演变
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点实体:有特定的位置，维数为0的实体 实体点(Entity Point)：用来代表一个实体 注记点(Text Point)：用于定位注记 内点(Label Point)：用于记录多边形的属性，存 在于多边形内 结点(Node)：表示线的终点和起点 拐点(Vertex)：表示线段和弧段的内部点
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无拓扑结构-点位字典法
点位字典法：点坐标作为一个文件，点、线和多边形由 点号组成，即 点位字典：点号、(X,Y)
点目标：唯一标识码，地物编码，点号 线目标：唯一标识码，地物编码，(点号1…点号n) 面目标：唯一标识码，地物编码，(点号1…点号n, 点号1) 优点：编码比较容易，数字化操作比较简单，数据 编码比较直观。 缺点：缺少拓扑关系
1 7 4 8 7
多边 形号 1 2 3 4
1 2 1 9 2 11 5 4 6 3 3 10 4 12 5 6 8 9
弧段号 1, 9, 3, 7 2, 11, 4, 9 3, 10, 5, 8 4, 12, 6, 10 面 周 积 长
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p1 p2
弧段坐标文件
ID 1 2 坐标
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学校和住宅接近吗？ 线—点
码头在海岸线上吗？ 肺癌病在区内分布 线—线 线—面
镇 乘车线路 这条线经过镇上吗？
河流 小路 小路穿过河流吗？
河流在区域内吗？
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面—点 面—线 面—面
区域彼此影响吗？ 该邮政区包括学校吗？ 该区域包含铁路吗？ 区域重叠吗？
1 7 4 8 7
1 1 3
2 9
2
3
节点号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
坐标 x,y x,y x,y x,y x,y x,y x,y x,y x,y
弧 段 号 1 2 3 4 5 6 7 .
起 始 节 点 1 2 4 5 7 8 1 .
起 始 节 点 2 3 5 6 8 9 4 .
左 多 边 形 0 0 1 2 3 4 1 .
相关的文件表，
节点表：NodeID,X,Y, LinkedArcCount *LinkedArcIDs 弧段表：ArcID， FromNode,ToNode， innerPointsCount, *innerPoints
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多边形拓扑关系的自动建立（多边形与弧段拓扑关系)
CGeoPoint CGeoLine CGeoSurface CGeoRegion CGeoRoute
CGeoObject CGeoPoint CGeoLine CGeoSurface CGeoAnno
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地图上的拓扑关系及其表示 地图上的拓扑关系
拓扑学是研究图形在保持连续状态下变形时的那些不便 的性质，也称“橡皮板几何学” 地图采用投影方式的不同，导致距离与方位的不统一 拓扑关系能从质的方面和整体概念上反映地理实体的空 间结构关系 地图要素通常划分为点、线、面三类，这种归纳也适合 建立拓扑关系和实施拓扑表示 独立点(P)，结点(N)，弧段(E)，面域(A) 拓扑邻接、拓扑关联和包含关系是网结构元素之间 的二元关系 邻接关系存在于同类型元素之间 关联关系存在于不同类型元素之间 包含关系指同类和非同类的两种
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DIME(Dual Independent Map Encoding)双重独立地图编码
美国人口统计系统采用的一种编码方式，以城市街道为 编码的主体。在1990年的人口普查中，TIGER取代了DIME 文件。
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多边形实体：维数为2的实体，由一个封闭的坐标点序列
外加内点表示，是对湖泊、岛屿、地块等现象的描述，有以 下特征 面积范围 周长 独立性或与其它地物相邻：如北京及周边省市 内岛或锯齿状外形：岛屿及海岸线 重叠性与非重叠性
内部区域
简单多边形
弧段中的中间点为指针。
多边形文件：唯一标识码，组成多边形的弧段号及面积、 周长及中心点坐标等。 表示的拓扑关系：节点-节点之间的邻接关系，多边形多边形之间的邻接关系，节点-线段之间的关联关系， 线段-多边形之间的关联关系。 优点：数据结构紧凑、数据冗余小；拓扑关系明晰使得 拓扑查询、拓扑分析效率高 缺点：对单个地理实体的操作的效率低、难以表达复杂 的地理实体、查询效率低、局部更新困难.
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点—点
住宅 学校
住宅与学校的位置 关系
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Paቤተ መጻሕፍቲ ባይዱt7 空间数据与地图数据库
CGeoMap
CGeoLayers
CGeoHotSpotLayers
B(A)ПB(B) I(A)ПB(B) E(A)ПB(B)
B(A)ПI(B) I(A)ПI(B) E(A)ПI(B)
B(A)ПE(B) I(A)ПE(B) E(A)ПE(B)
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点—点 点—线 点—面
住宅 学校
海岸线 码头
肺癌病例 区域
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无拓扑结构-Spaghetti模型
Spaghetti模型：每个点、线、面目标都直接跟随它的 空间坐标，即
点目标：唯一标识码，地物编码，(X,Y) 线目标：唯一标识码，地物编码，(X1,Y1…Xn,Yn) 面目标：唯一标识码，地物编码，(X1,Y1…Xn,Yn,X1,Y1
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优点：
编码容易，数字化操作简单，数据编码直观，显示速度快
缺点：
相邻多边形的公共边界数字化两次，造成数据的冗余 (Redundancy)，可能出现重叠或者裂缝,引起数据不一致 (Inconsistency)；缺少拓扑关系(Topological Relationship)，空间分析非常困难
1 2 3 4 5 6 7 8 9 x,y x,y x,y x,y x,y x,y x,y x,y x,y 弧 段 号 1 2 3 4 5 6 7 . 起 始 节 点 1 2 4 5 7 8 1 . 起 始 节 点 2 3 5 6 8 9 4 . 左 多 边 形 0 0 1 2 3 4 1 . 右 多 边 形 1 2 3 4 0 0 0 . . 内 点
拐点 点实体 （如:城市） 结点
内点
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线实体: 维数为1的实体，由一系列坐标点表示，有 以下特征
实体长度：从起点到终点的总长 弯曲度：用于表示象道路拐弯时弯曲的程度 方向性：如水流从上游到下游，公路有单双向之分 线实体包括：线段、弧段、线列、链、路径、多边线等