第二章 空间数据结构和空间数据库
第2讲 空间数据库与空间数据类型 空间数据库课件
第2讲 空间数据库与空间数据类型
一、 数据库及数据库管理系统 二、 空间数据库发展历程 三、 空间数据库 四、 空间实体 五、 空间数据类型 六、 空间数据来源
2021/4/26
空间数据库
2
一、 数据库及数据库管理系统 1 数据库系统概述
数据 数据库
能被计算机存储和处理的反映客观实体 信息的物理符号
GIS界面
空间数据 （变长记录）
关系表
二进制块
DBMS
空间
属间接存取，效率比DBMS的直接 存取慢，特别是涉及空间查询、对 象嵌套等复杂的空间操作
数据库
空间数据库
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二、 空间数据库发展历程
3 空间数据库的发展
对
象
GIS界面
关
空间数据管理层
系
数
空间数据处理
据
库
管
RDBMS
理
扩充实体类型 （点、线、面、圆等）
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实 体 类 型 组 合
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四、 空间实体
4 空间实体的时间特征
数 据
等概念和术语，采用动态联编和单继承性机制。
库
基本出发点就是以对象作为最基本的元素，尽可
系 统
能按照人类认识世界的方法和思维方式来分析和解决
问题。
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空间数据库
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二、 空间数据库发展历程
3 空间数据库的发展
GIS中的各种地物，在几何性质方面不外乎表现为四种类型，
即点状地物、线状处物、面状地物以及由它们混合组成的复杂地物， 面 因而这四种类型可以作为GIS中各种地物类型的超类。 向
第二章 GIS空间数据结构1
二、矢量数据的特点
三、矢量数据结构的类型
1、简单数据结构 空间数据按照以基本的空间对象(点、线或多边形)为单元 进行单独组织，不含有拓扑关系数据，最典型的是面条 (Spaghetti)结构。
主要特点：
(1)数据按点、线或多边形为单元进行组织，数 据编排直观，数字化操作简单。 (2)每个多边形都以闭合线段存储，多边形的公 共边界被数字化两次和存储两次，造成数据 冗余和不一致。 (3)点、线和多边形有各自的坐标数据，但没有 拓扑数据，互相之间不关联。 (4)岛只作为一个单个图形，没有与外界多边形 的联系。
4、坐标系转换
x＝f1（L，B） y＝f2（L，B）
5、高程
指空间参考的高于或低于某基准平面的 垂直位置，主要用来提供地形信息。我国现 规定的高程基准面为“1985国家高程基准”， 比原“黄海平均海平面”高29mm。我国高程 的起算面是黄海平均海水面。1956年在青岛 设立了水准原点，称此为1956年黄海高程系。 1987年国家测绘局公布：中国的高程基准面 启用《1985国家高程基准》取代国务院1959 年批准启用的《黄海平均海水面》。《1985 国家高程基准》比《黄海平均海水面》上升 29毫米。
优、缺点
优点——文件结构简单，易于实现以多边形为单位的运 算和显示。 缺点—— (1)邻接多边形的公共边被数字化和存储两次(如图 2—19a中的7、8、9三个点)，由此会产生数据冗余和 边界不重合(由于数字化误差等因素造成)。 (2) 每个多边形自成体系，缺少有关邻域关系的信 息，难以进行邻域处理。如合并同类时要消除公共边。 (3) 不能解决“洞”或“岛”之类的多边形嵌套问 题，岛只作为单个的图形建造，没有与外包多边形的 联系。 （4）不易检查多边形边界的拓扑关系是否正确，如 无法判断有无不完整的多边形。
第二章 空间数据结构和空间数据库
体是一个概括，复杂，相对的概念。
第二章 空间数据结构和空间数据库 二、地理实体的描述——空间数据
弧段号
USER_ID LPOLY
RPOLY
FROM_NODE
TO_NODE
其它属性: （名称)
MAP 6 1
P
5
7 8 15
9
10
2
11
P
4
P
14 13
12
3
第二章 空间数据结构和空间数据库 §2-3 一、图形表示
栅格结构用密集正方形（或三角形，多边形） 将地理区域划分为网格阵列。 位置由行，列号定义，属性为栅格单元的值。 点：由单个栅格表达。 线：由沿线走向有相同属性取值的一组相邻 栅格表达。 面：由沿线走向有相同属性取值的一片栅格 表达。
4、点拓扑文件： 结点—链关系
2
A,B,D
第二章 空间数据结构和空间数据库 （四）链状双重独立式编码（续）
特点：
拓扑关系明确，也能表达岛信息，而且以弧段为记录单位，满足实际应用需要。
§2-2 矢量数据结构
在ARC/INFO软件中：
1）ARC文件： 2）INFO：属性表 如AAT（Arc Attribute Table） 弧段号 点数 坐标串
立体状实体用于描述三维空间中的现象与物体，它具有长度、宽度及高度等 属性，立体状实体一般具有以下一些空间特征： · 体积。 · 每个二维平面的面积。 · 周长。 · 内岛。 · 含有弧立块或相邻块。 · 断面图与剖面图。
第二章 空间数据模型和空间数据结构
地理空间定位框架即大地测量控制，由平面控制网和
高程控制网组成； GIS的任何空间数据都必须纳入一个统一的空间参照系 中，以实现不同来源数据的融合、连接与统一。
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中国的大地控制网
由平面控制网和高程控制网组成，控制点遍布全国各地。
平面控制网 :
按统一规范，由精确测定地理坐标的地面点组成，由 三角测量或导线测量完成，依精度不同，分为四等。
5 f 6
c
4
d
g
点 1 x1 2 x2 3 x3 4 x4 5 x5 6 x6
地图MAP及多边形实体I和II
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2.3.2.3 空间物理数据模型
• 解决如何把设计的空间逻辑数据模型在计 算机上实现，同时考虑效率。常常涉及到 索引文件的构建。
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2.3.3 时空数据模型
1）单重继承、多重继承；全部继承、部分继承；取 代继承、包含继承
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（四）面向对象数据模型的核心工具
公有域 私有域 保护域：
2）状态继承（数据）
数据 父类 函数 子类
实例
子类继承父类的数据结构，子类还可定义自己 新的数据结构。 子类任意使用父类的数据结构，有可能破坏封 装，若只能通过发送消息来使用父类的域，又可 能失去有效性，具体办法： 公有域：类可操作，实例也可操作。 私有域：只有类本身使用，用户不得访问。 保护域：子类可使用，继承使用，实例不能使用。
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陕西省泾阳县永乐镇北洪流村为 “1980西安坐标系” 大地坐标的 起算点——大地原点。
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高程控制网
《空间数据结构》课件
01
拓扑数据结构是一种基于拓扑关系的空间数据结构，通过拓扑 元素（如点、线、面）之间的关系来表示空间实辑性强，便于进行空间查
询和分析。
常见的拓扑数据结构有拓扑图和网络图等。
03
栅格数据结构
栅格数据结构是一种将空间划 分为一系列离散的栅格单元的 数据结构，每个栅格单元表示
我认为，随着技术的不断进步 和应用需求的增加，空间数据 结构将会得到更广泛的应用和 发展，未来的研究方向和应用 领域将更加丰富和多样。
课程对个人专业发 展的影响
通过这门课程的学习，我不仅 提高了自己的专业素养，还为 未来的学习和工作打下了坚实 的基础。我相信，这门课程将 会对我未来的专业发展产生积 极的影响。
混合数据结构
结合矢量数据结构和栅格数据结构的优点，同时处理离散的空间对象和连续的地理信息。 混合数据结构能够充分利用矢量和栅格的优势，提高空间数据的精度和分析能力。
02
常见空间数据结构
网格数据结构
网格数据结构是一种将空 间划分为规则网格单元的 数据结构，每个网格单元 包含相应的属性信息。
网格数据结构的特点是简 单、直观，便于进行空间 分析和计算。
标准化和开放性
推动空间数据结构的标准化和 开放性，促进不同系统之间的 互操作性和共享性。
隐私保护和安全保障
加强空间数据的安全保护和隐 私保护，防止数据泄露和滥用
。
05
总结与思考
学习心得
空间数据结构的重要性
通过学习，我深刻认识到空间数据结构在地理信息系统、计算机图形学、数据库系统等领域中的关键作用，它为解决 实际问题提供了基础和支撑。
空间数据结构的重要性
01
提高空间数据处理效率
合理的空间数据结构能够减少数据冗余，提高数据存储和检索效率，从
CH2空间数据结构与空间数据库
不同类型的数据由于其应用功能相同，在分析和应用时会同时用 到，在设计 时应反映出这样的需求，即可将这些数据作为一层。例如，多边形的湖泊、水库， 线状的河流、沟渠，点状的井、泉等，在GIS的运用中往往同时用到，因此，可作 为一个数据层。
数据存储的方式
数据库系统：地理信息系统海量数据的必然选 择
用户
驱动
数据
数据库基础知识
建立数据库不仅仅是为了保存数据，扩展人的记忆， 而主要是为了帮助人们去管理和控制与这些数据相关 联的事物。地理信息系统中的数据库就是一种专门化 的数据库，由于这类数据库具有明显的空间特征，所 以有人把它称为空间数据库。
空间数据库系统
空间数据库 :存储在物理介质上的与应用相关的 地理空间数据的总和，一般是以相互关联的一些 特定结构之文件的形式组织在存储介质上。
空间数据库管理系统:能够对物理介质上存储的 地理空间数据进行语义和逻辑定义，提供必要的 空间数据查询与存取功能，并能够对空间数据进 行有效的维护和更新的一套软件系统。
CH2 空间数据结构和空间 数据库
第三节 空间数据模型
数据库基础知识
计算机对数据的管理经过了三个阶段 ：
1. 人工管理阶段
在20世纪50年代中期以前，计算机主要用于数值 计算，只能使用卡片、纸带、磁带等存储数据。 数据的输入、输出和使用应随程序一起调入内存， 用完撤出。造成数据冗余度大！而且，数据的存 储格式、存取方式、输入输出方式都要由程序员 自行设计
地理信息系统教程(考试重点)
地理信息系统教程第一章绪论1．信息系统：能对数据和信息进行采集、存储、加工和再现，并能回答用户一系列问题的系统。
具有采集、管理、分析和表达数据的能力。
2．地理信息系统：GIS是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，该系统设计用来支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题3．GIS与IS之间的区别：GIS是空间数据和属性数据的联合体。
4．GIS系统五个基本组成部分：⑴硬件系统，各种设备-物质基础；⑵软件系统，支持数据采集、存储、加工、回答用户问题的计算机程序系统；⑶数据，系统分析与处理的对象、构成系统的应用基础；⑷应用人员，GIS服务的对象，分为一般用户和从事建立、维护、管理和更新的高级用户；⑸应用模型，解决某一专门应用的应用模型，是GIS技术产生社会经济效益的关键所在5．地理信息系统基本功能：⑴数据采集与编辑；⑵数据存储与管理；⑶数据处理和变换；⑷空间分析和统计；⑸产品制作与显示；⑹二次开发和编程6．地理信息系统应用功能：资源管理；区域规划；国土监测；辅助决策第二章地理信息系统的空间数据结构和数据库1．地理实体：指自然界现象和社会经济事件中不能再分割的单元，它是一个具有概括性，复杂性，相对性的概念。
2．地理实体的特征：⑴属性特征——用以描述事物或现象的特性；⑵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；⑶时间特征——用以描述事物或现象随时间的变化3．地理实体数据的类型：⑴属性数据——描述空间对象的属性特征的数据；⑵几何数据——描述空间对象的空间特征的数据；⑶关系数据——描述空间对象之间的空间关系的数据4．点：有特定位置；线：具有相同属性的点的轨迹，由一系列的有序坐标表示；面：对湖泊、岛屿、地块等一类现象的描述。
由封闭曲线加内点来表示；体：用于描述三维空间中的现象与物体，它具有长度、宽度及高度等属性5．空间数据结构：是指空间数据适合于计算机存储、管理、处理的逻辑结构，也就是指空间数据以什么形式在计算机中存储和处理。
空间数据结构与空间数据库课件
用户可以利用Oracle Spatial与其他Oracle数据库功能进 行无缝集成，如PL/SQL、Oracle Spatial SQL和Oracle Data Mining等，同时支持与其他空间数据库的互操作性 和数据交换。
PostGIS
总结词
PostGIS是PostgreSQL数据库的一个扩展，用于存储、 查询和管理空间数据。
总结词
SQL Server Spatial提供了强大的空间分析功能，支持复 杂的空间查询和数据操作。
详细描述
通过SQL Server Spatial，用户可以轻松地进行空间数据 查询、分析和可视化，支持各种空间分析任务，如缓冲区 分析、叠加分析和网络分析等。
总结词
SQL Server Spatial具有良好的兼容性和可扩展性，与其 他SQL Server数据库功能集成良好。
要点二
详细描述
GIS数据库系统提供了丰富的地理信息数据处理和分析功能 ，包括地图制作、地理信息检索、地理信息分析和地理信 息可视化等。常见的GIS数据库系统有ArcGIS、QGIS和 GRASS GIS等。
05
空间数据库的应用与 发展
空间数据库的应用领域
地理信息系统（GIS）
用于存储、查询和分析地理空间数据 ，支持地图制作、空间分析和决策支 持。
THANKS
感谢观看
总结词
MySQL Spatial提供了基本的空间分析功能，支持简单的 空间查询和数据操作。
详细描述
通过MySQL Spatial，用户可以进行基本的空间数据查询 、分析和可视化，支持一些基本的空间分析任务，如距离 计算和地理编码等。
总结词
MySQL Spatial具有良好的兼容性和可扩展性，与其他 MySQL数据库功能集成良好。
地理信息系统期末考试
(完整word版)地理信息系统期末考试亲爱的读者：本文内容由我和我的同事精心收集整理后编辑发布到文库，发布之前我们对文中内容进行详细的校对，但难免会有错误的地方，如果有错误的地方请您评论区留言，我们予以纠正，如果本文档对您有帮助，请您下载收藏以便随时调用。
下面是本文详细内容。
最后最您生活愉快 ~O(∩_∩)O ~1.什么是地理信息系统?与地图数据库有什么异同?与地理信息的关系是什么?2.地理信息系统由哪些部分组成?与其他信息系统的主要区别有哪些?3.地理信息系统中的数据都包含哪些?4.地理信息系统的基本功能有哪些?基本功能与应用功能是根据什么来区分的?5.与其他信息系统相比, 地理信息系统的哪些功能是比较独特的?6.地理信息系统的科学理论基础有哪些?是否可以称地理信息系统为一门科学?7.试举例说明地理信息系统的应用前景。
8.GIS近代发展有什么特点?11 . 你认为地理信息系统在社会中最重要的几个应用领域是什么？给出一些项目例子。
第二章空间数据结构1. GIS的对象是什么? 地理实体有什么特点?2．地理实体数据的特征是什么？请列举出某些类型的空间数据.3. 空间数据的结构与其它非空间数据的结构有什么特殊之处？试给出几种空间数据的结构描述。
4. 矢量数据与栅格数据的区别是什么？它们有什么共同点吗？5. 矢量数据在结构表达方面有什么特色？6. 矢量和栅格数据的结构都有通用标准吗？请说明。
7. 栅格数据的运算具有什么特点？8. 栅格与矢量运算相比较各有什么特征？9. 矢量与栅格一体化的数据结构有什么好处？10. 请说明八叉树表示三维数据的原理。
第三章空间数据库1 . 数据库主要有哪几个主要的结构成分？2 . 数据库是如何组织数据的？3 . DBMS 的作用是什么？4 . 地理实体如何存放在数据库里？5 . 请简要说明层次模型、网状模型、和关系模型的结构特点。
6 . 对象数据模型有什么特点？7 . 时间在地理信息系统内有什么意义？如何保存时间信息？8 . 如何设计空间数据库？9 . 对空间数据库进行维护有什么意义？第四章空间数据采集和质量1. GIS 的数据源有哪些？2. 请举例说明GIS对数据的质量要求。
地理信息系统教程课后参考答案
“地理信息系统教程”习题及参考答案第一章绪论1.什么是数据和信息？它们有何联系和区别？定义：数据是指某一目标定性、定量描述的原始资料，包括数字、文字、符号、图形、图像以及它们能够转换成的数据等形式。
信息是向人们或机器提供关于现实世界新的事实的知识，是数据、消息中所包含的意义。
联系和区别：信息与数据是不可分离的。
信息由与物理介质有关的数据表达，数据中所包含的意义就是信息。
信息是对数据解释、运用与解算，数据即使是经过处理以后的数据，只有经过解释才有意义，才成为信息；就本质而言，数据是客观对象的表示，而信息则是数据内涵的意义，只有数据对实体行为产生影响时才成为信息。
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。
即不随载体的物理设备形式的改变而改变。
信息可以离开信息系统而独立存在，也可以离开信息系统的各个组成和阶段而独立存在；而数据的格式往往与计算机系统有关，并随载荷它的物理设备的形式而改变。
数据是原始事实，而信息是数据处理的结果。
不同知识、经验的人，对于同一数据的理解，可得到不同信息。
2.什么是地理信息系统（GIS）?与地图数据库有什么异同?与地理信息的关系是什么? GIS定义：GIS是一个发展的概念。
不同领域、不同专业对GIS的理解不同，目前没有完全统一的被普遍接受的定义。
定义①：是对地理环境有关问题进行分析和研究的一门学科，它将地理环境的各种要素，包括它们的空间位置形状及分布特征和与之有关的社会、经济等专题信息以及这些信息之间的联系等进行获取、组织、存储、检索、分析，并在管理、规划与决策中应用。
定义②：是在计算机软硬件支持下，以采集、存储、管理、检索、分析和描述空间物体的定位分布及与之相关的属性数据，并回答用户问题为主要任务的计算机系统。
定义③：是为了获取、存储、检索、分析和显示空间定位数据而建立的计算机化的数据库管理系统。
定义④：地理信息系统是一种决策支持系统。
空间数据库的设计与实现
空间数据库的设计与实现第一章概述空间数据库是一种集成了空间数据的数据库，它能够存储与处理空间数据类型的信息。
空间数据通常包括地理位置、空间几何形状以及空间相关事件等。
在现实应用中，空间数据库广泛应用于地理信息系统（GIS）、市政管理、森林防火及灾害预警等领域。
空间数据库的设计与实现具有一定的难度与挑战性，需要具备扎实的计算机科学和地理空间知识以及扎实的算法与数据结构功底。
第二章空间数据库的设计2.1 空间数据库的架构空间数据库的架构分为两层：一为基础数据库层，主要负责存储与查询非空间数据；二为空间数据库层，主要负责存储与查询空间数据。
空间数据库采用了基础数据库的物理结构和管理方式，同时引入一系列专有的算法与数据结构来管理空间数据的存储与查询。
2.2 空间数据模型空间数据模型是空间数据库中最核心的部分，它用于描述空间数据的特征、属性以及关联关系等。
由于空间数据本身是具有特殊性质的复杂类型数据，因此需要专门的数据模型来描述。
在实际应用中，较为广泛使用的是二维欧几里得空间和二维网格空间模型。
2.3 空间数据索引空间数据索引是空间数据库的关键所在，它为空间数据的快速检索提供了便利。
空间数据索引主要包括基于网格的索引和基于R树的索引等。
基于网格的索引通常被用于较小规模的空间数据的存储与查询，而基于R树的索引则被广泛应用于大规模环境下的空间数据管理与查询。
第三章空间数据库的实现3.1 空间数据的建模空间数据的建模是空间数据库实现中最关键的环节之一。
在建模过程中需要采用一些具有创意性的方法，例如利用地图和空照图等渲染出地图，利用GPS等传感器采集数据建模，或者利用光学与遥感技术进行数据采集。
3.2 空间数据查询和分析空间数据查询与分析是空间数据库实现过程中最常见的任务之一。
空间数据查询通常分为基于空间相似性的查询和基于特定查询语言的查询。
而空间数据分析则具有更多的挑战性，需要利用统计学、模拟以及数据挖掘等工具来实现。
空间数据结构与管理
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坐标序列法的优缺点
优点：文件结构简单，易于实现以多边形为单位的运算和显示。 缺点：①多边形之间的公共边界被数字化和存储两次，由此产生冗余和碎屑多边形；如重叠陕长多边形及裂缝的产生。 ②每个多边形自成体系而缺少邻域信息，难以进行邻域处理，如消除某两个多边形之间的共同边界； ③不能解决“洞”和“岛”之类的多边形嵌套问题。 ④没有方便方法来检查多边形边界的拓扑关系正确与否，如有无不完整的多边形（死点）或拓扑学上不能接受的环（奇异多边形）。 这种方法可用于简单的粗精度制图系统中。
Ⅱ树状索引编码法
采用树状索引以减少数据冗余并间接增加邻域信息，方法是对所有边界点进行数字化，将坐标对以顺序方式存储，由点索引与边界线号相联系，以线索引与各多边形相联系，形成树状索引结构。
线与多边形之间的树状索引
图形数据
4
二、矢量数据结构
定位明显：其定位是根据坐标直接存储的，无需任何推算。 属性隐含：属性则一般存于文件头或数据结构中某些特定的位置上。 矢量数据结构图形运算的算法总体上比栅格数据结构复杂的多，在叠加运算、邻域搜索等操作时比较困难，有些甚至难以实现， 在计算长度、面积、形状和图形编辑、几何变换操作中，矢量结构有很高的效率和精度。
02
03
04
手工获取，专题图上划分均匀网格，逐个决定其网格代码。
由矢量数据转换而来。
扫描仪扫描专题图的图像数据{行、列、颜色（灰度）}，定义颜色与属性对应表，用相应属性代替相应颜色，得到（行、列、属性）再进行栅格编码、存贮，即得该专题图的栅格数据。
遥感影像数据，对地面景像的辐射和反射能量的扫描抽样，并按不同的光谱段量化后，以数字形式记录下来的像素值序列。
《空间数据库》范围及重点
《空间数据库》范围及重点1.第一章：绪论1)空间数据库基本概念、组成部分、名称简写之间的联系与区别与联系；答；利用当代的系统方法，在地理学、地图学原理的指导下，对地理空间进行科学的认识与抽象，将地理数据库化为计算机处理时所需的形式与结构，形成综合性的信息系统技术——空间数据库或者SDBMS是海量SD的存储场所、提供SD处理与更新、交换与共享，实现空间分析与决策的综合系统。
组成：存储系统、管理系统、应用系统是SDBS的简称2)目前空间数据库实现方案；答：ORDBMS3)GIS，RS与空间数据库之间的联系；4)常见的空间数据库产品答：轻量级：MS的Access、FoxPro、SUN的MySQL中等：MS的SQL Server系列重量级：Oracle的Oracle不太熟悉的有：Sybase、Informix、DB2 、Ingress、PostgreSQL（PG）等5)产生空间数据库的原因；答：直接利用？SD特征：空间特性非结构化特征空间关系特征多尺度与多态性海量数据特性存在的问题：复杂图形功能：空间对象复杂的空间关系数据变长记录6）空间数据库与普通关系数据库的主要区别。
答：关系数据库管理属性数据，空间数据采用文件库或图库形式；增加大二进制数据类型(BLOB)，解决变长数据存储问题；将空间数据/属性数据全部存放在数据库中；但空间特性由程序处理2.第二章：空间数据库模型1)如何理解空间数据库模型；2)空间数据及空间关系；… (1) 空间数据类型几何图形数据影像数据属性数据地形数据元数据：对空间数据进行推理、分析和总结得到的关于数据的数据，数据来源、数据权属、数据产生的时间数据精度、数据分辨率、元数据比例尺地理空间参考基准、数据转换方法…(2) 空间关系指地理空间实体之间相互作用的关系：拓扑关系：形状、大小随投影改变。
在拓扑变换下不变的拓扑变量，如相邻、包含、相交等，反映空间连续变化的不变性方位关系：地理空间上的排列顺序，如前后、上下、左右和东、南、西、北等方位度量关系：距离远近等3)空间数据库如何建模；DB设计三步骤‹ Conceptual Data Model：与应用有关的可用信息组织、数据类型、联系及约束、不考虑细节、E-R模型Logic Data Model 层次、网状、关系，都归为关系，SQL的关系代数(relational algebra, RA) Physical Data Model：解决应用在计算机中具体实现的各种细节，计算机存储、数据结构等4)模型之间如何转换？5)可行的空间数据库建模方案。
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块状编码 四叉树编码
NW NE SW SE
G GGG AGGA AG AA A
第二节 空间数据结构的类型
• 矢量数据结构 矢量数据结构是利用欧几里得几何学中的点、线、面及其组合体 来表示地理实体空间分布的一种数据组织方式； 矢量数据结构是通过记录坐标的方式，尽可能地将点、线、面地 理实体表现得精确无误。其坐标空间假定为连续空间，不必象栅 格数据结构那样进行量化处理。因此矢量数据能更精确地定义位 置、长度和大小.
空间对象的拓扑空间关系
• 拓扑关系是指网结构元素结点、弧段、面域之间的空间关系，主 要表现为下列三种关系：拓扑邻接关系、拓扑关联关系、拓扑包 含关系。 • 拓扑邻接指存在于空间图形的同类元素之间的拓扑关系。 • 拓扑关联指存在于空间图形的不同类元素之间的拓扑关系。 • 拓扑包含指存在于空间图形的同类但不同级的元素之间的拓扑关 系
栅格数据压缩存储的编码方法
1 2 3 4 5 6 7 8 1 A A A A A A A R 2 A A A A A R R A 3 A A A A R A A A 4 A R R R A A A A 5 R A A A G G G A 6 A A G G G G G A 7 A A G G G G G A 8 A A A A G A A A 6
多边形 数据项 A(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3),(x4,y4),(x5,y5),(x6,y6) ,(x7,y7),(x8,y8),(x9,y9),(x1,y1) B(x1,y1), (x9,y9), (x8,y8), (x17,y17), (x16,y16), (x15,y15),(x14,y14) ,(x13,y13), (x12,y12), (x11,y11),(x10,y10),(x1,y1) C(x24,y24),(x25,y25),(x26,y26),(x27,y27),(x28,y28 ),(x29,y29),(x30,y30) ,(x31,y31), (x24,y24)
点号 X Y
1
2 … n
11
33 … 55
22
44 … 66
空间对象编码唯一 连接空间和属性数据
简单的矢量数据结构 —面条结构（实体式） 12
11 13 30 10 1 2 9 8 7 6 3 4 5 18 19 20 31 24 25 29 14 28 27 26 17 16 15 23 22 21
•栅格数据图形表示
面 线
•点：为一个像元 •线：在一定方向 上连接成串的相 邻像元集合。 •面：聚集在一起 的相邻像元集合。
点
栅格数据表示的是二维表面上 的地理数据的离散化数值。在栅格数据中， 地表被分割为相互邻接、规则排列的地块， 每个地块与一个像元相对应。 因此，栅格数据的比例尺就是栅格(像元)的大小 与地表相应单元的大小之比，当像元所表示的面积较大时， 对长度、面积等的量测有较大影响。 每个像元的属性是地表相应区域内地理数据的近似值， 因而有可能产生属性方面的偏差。
矢量数据结构编码的基本内容
数据库
独立编码
点: ( x ,y ) 线: ( x1 , y1 ) , (x2 , y2 ) , … , ( xn , yn ) 面: ( x1 , y1 ) , (x2 , y2 ) , … , ( x1 , y1 )
标识码
Байду номын сангаас
属性码
存储方法 点: 点号文件 点位字典 线: 点号串 面: 点号串
2、实体类型组合
现实世界的各种现象比较复杂，往往由不同的空间单元组合 而成，复杂实体由简单实体组合表达。 点、线、面两两之间组合表达复杂的空间问题：
如：线—面
面--面
1.4、空间关系
空间关系是GIS数据描述和表达的重要内容：
一方面它为GIS数据库的有效建立，空间查询，空间分析，辅助决策等提供了最
只记录空间对象的位置坐标和属性信息，不记录拓扑关系。 D(x19,y19),(x20,y20),(x21,y21),(x22,y22),(x23,y2 存储： 3),(x15,y15),(x16,y16) ,(x19,y19) 独立存储：空间对象位置直接跟随空间对象； 点位字典：点坐标独立存储，线、面由点号组成 E(x5,y5),(x18,y18),(x19,y19),(x16,y16),(x17,y17), 特征： (x8,y8),(x7,y7) ,(x6,y6), (x5,y5) 无拓扑关系，主要用于显示、输出及一般查询 公共边重复存储，存在数据冗余，难以保证数据独立性和一致性； 多边形分解和合并不易进行，邻域处理较复杂； 处理嵌套多边形比较麻烦。 适用范围：制图及一般查询，不适合复杂的空间分析
地理数据的特征
• 属性特征：描述空间对象的特性，即是什么，如对象的类别、等 级、名称、数量等。 • 空间特征：描述空间对象的地理位置以及相互关系，又称几何特 征和拓扑特征，前者用经纬度、坐标表示，后者如F楼与E楼相 邻等。 • 时间特征：描述空间对象随时间的变化
2 空间数据的基本特征 空间数据的类型
点: 弧:
中间点 起点 终点
面:
弧段4
弧段3
弧段2 弧段1
邻接
相交
相离
包含
重合
点—点 点—线 点—面
线—线 线—面 面—面
拓扑关系的意义
1）拓扑关系能清楚地反映实体之间的逻辑结构关系。 2）有助于空间要素的查询，利用拓扑关系可以解决许多实际 问题。 3）根据拓扑关系可重建地理实体。
举例
实体属性
基本的关系； 另一方面有助于形成标准的SQL空间查询语言，便于空间特征的存储，提取，查 询，更新等。
空间对象的拓扑空间关系
拓扑关系定义
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。可以假设图形绘在一张高质 量的橡皮平面上，将橡皮任意拉伸和压缩，但不能扭转或折叠，这时原来 图形的有些属性保留，有些属性发生改变，前者称为拓扑属性，后者称为 非拓扑属性或几何属性。这种变换称为拓扑变换或橡皮变换。
空间数据的基本特征
一般来说，空间特征 数据包括地理实体或现象 的定位数据和拓扑数据； 属性数据包括地理实体或 现象的专题属性（名称、 分类、数量等）数据和时 间数据，而空间特征数据 和属性特征数据统称为空 间数据或地理数据。因此 空间数据的特征可概括为 空间特征和属性特征。
地 理 定 位 数 据
数
显式描述
显式表示：就是栅格中的一系列像元(点)，为 使计算机认识这些像元描述的是某一物体 而不是其它物体。 注：“c”不一定用c的形式，而可以用颜色、 符号、数字、灰度值来显示。 则得到椅子的简单数据结构为： 椅子的属性——符号／颜色——像元x
隐式表示
隐式表示：由一系列定义了始点和 终点的线及某种连接关系来描述， 线的始点和终点坐标定义为一条表 示椅子形式的矢量，线之间的指示 字，告诉计算机怎样把这些矢量连 接在一起形成椅子，隐式表示的数 据为： 椅子的属性——一系列矢量— —连接关系
第二章 空间数据结构和空间数据库
• 第一节 空间信息基础 • 第二节 空间数据结构类型 • 第三节 空间数据模型
第一节 空间信息基础
1.1、地理系统和地理实体 1、定义：
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。 2、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，GIS中的空间实 体是一个概括，复杂，相对的概念。
栅格数据结构：坐标系与描述参数
格网分辨率
X：行
西南角格网坐标 （XWS，YWS） Y：列
栅格单元的尺寸
1）原则：应能有效地逼近空间对象的分 布特征，又减少数据的冗余度。 格网太大，忽略较小图斑，信息丢失。 2）方法：用保证最小多边形的精度标准 来确定尺寸经验公式：
h为栅格单元边长 Ai为区域所有多边形的面积。
链式编码
5
7
起点行列号，单位矢量 R: (1,5),3,2,2,3,3,2,3
4
3 2 1
0
游程长度编码
逐行编码 数据结构: 行号, 属性, 重复次数 1, A, 4, R, 1, A, 3 正方形区域为记录单元 数据结构: 初始位置, 半径, 属性 (1,1,3,A),(1,5,1,R),(1,6,2,A),…
数字线画图 数字栅格画图 数字高程模型 数字正射影像图
1.3 实体的空间特征
1、空间对象（实体）的地图表达
点：位置：（x，y） 属性：符号 线：位置： (x1,y1),(x2,y2),…,(xn,yn) 属性：符号—形状、颜色、尺寸 面：位置：(x1,y1),(x2,y2),…,(xi,yi),…,(x1,y1) 属性：符号变化 等值线
第二节 空间数据结构的类型
• 栅格数据结构 栅格数据结构指将空间分割成各个规则的网格单元，然后在 各个格网单元内赋以空间对象相应的属性值的一种数据组织 方式； 栅格数据结构分为栅格矩阵结构、游程编码结构、四叉树数 据结构、八叉树数据结构和十六叉树数据结构。
• 栅格数据图形表示
1、点实体：表示为一个像元； 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。
栅格矩阵（Raster Matrix)
Raster数据是二维表面上地理数据的离散量化值，每一层的pixel值组成 像元阵列（即二维数组），其中行、列号表示它的位置。 例如影像： A A A A A B B B A A B B A A A B 在计算机内是一个4*4阶的矩阵。但在外部设备上，通常是以左上角开始 逐行逐列存贮。如上例存贮顺序为：A A A A A B B B A A B B A A A B 当每个像元都有唯一一个属性值时，一层内的编码就需要m行×n列 ×3(x,y和属性编码值)个存储单元。数字地面模型就属此种情况。 这种记录栅格数据的文件常称为栅格文件，且常在文件头中存有该栅格数 据的长和宽，即行数和列数和两方向的密度。这样，具体的象元值就可连 续存储了。其特点是处理方便，但没有压缩。