第三章数据模型与数据结构辽宁工程技术大学地质动力区划研究所第 页中国 ·阜新 电话,0418-3350473
第三章数据模型与数据结构
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一、地理信息系统的数据
地理信息系统的一个重要部分就是数据 。
数据类型,在开发一个特定的 GIS时,要根据应用需求确定对各类数据的要求 。
数据获取,随着 GIS产业化的深入发展,越来越多的数据资料被不同数据生产部门数字化
数据质量,数据质量是指数据适用于不同应用的能力。
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空间数据的基本特征
空间数据描述的是现实世界各种现象的三大基本特征:空间,时间和专题属性 。
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空间特征
—— 空间特征指空间物体的位置、形状和大小等几何特征,以及与相邻物体的拓扑关系
人类对空间目标的定位一般不是通过记忆其空间坐标,
而是确定某一目标与其他更熟悉的目标间的空间位置关系,而这种关系往往也是拓扑关系 。
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专题特征
专题特征指的是除了时间和空间特征以外的空间现象的其他特征。
如地形的坡度、坡向、某地的年降雨量、土地酸碱度、土地覆盖类型、人口密度、交通流量、空气污染程度等辽宁工程技术大学地质动力区划研究所第 页中国 ·阜新 电话,0418-3350473
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时间特征
空间数据总是在某一特定时间或时间段内采集得到或计算产生的辽宁工程技术大学地质动力区划研究所第 页中国 ·阜新 电话,0418-3350473
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数据的测量尺度
对特定现象的测量就是根据一定的标准对其赋值或打分 。
命名式的测量尺度也称作类型测量尺度,只对特定现象进行标识,赋予一定的数值或符号而不定量描述 。
次序测量尺度是基于对现象进行排序来标识的 。
比例测量尺度的测量值指那些有真零值而且测量单位的间隔是相等的数据辽宁工程技术大学地质动力区划研究所第 页中国 ·阜新 电话,0418-3350473
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数据来源
数据来源可以大致分为原始数据或处理加工后的数据,又可将数据源分为非电子数据和电子数据两类 。
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数据种类
1,基础制图数据
基础制图数据包括地形数据和人文景观数据 。
1) 图形结构
2) 拓扑结构格式
2,自然资源数据
3,调查统计数据
4,数字高程数据
获取和存贮高程数据的方法有 4种基本方法:规则格网法,离散等高线法,断面量测法和不规则三角网法 。
5,法律文档数据
6,已有系统数据辽宁工程技术大学地质动力区划研究所第 页中国 ·阜新 电话,0418-3350473
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GIS 中 涵 盖 两 类 数 据,空 间 数 据
(Spatial Data) 及属性数据 ( Attribute
Data)。 空间数据记录空间中的点,
线,面等空间元素,如:城市,河川,
道路,洪泛区域 。 属性数据记录空间元素的属性特征,如:城市的名称,面积,
人口,老人率,河川的长度,洪峰等数据,一般以表格 (Table)形式存在 。
数据类型辽宁工程技术大学地质动力区划研究所第 页中国 ·阜新 电话,0418-3350473
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A Table
S Table
F Table
空间索引表空间属性表要素描述表空间数据表达辽宁工程技术大学地质动力区划研究所第 页中国 ·阜新 电话,0418-3350473
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空间数据的索引
1,每个要素在一个或多个网格中
2,每个网格可含多个要素
3,要素不真正被网格分割辽宁工程技术大学地质动力区划研究所第 页中国 ·阜新 电话,0418-3350473
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数据空间查询的实现
查询的数据源,
layers,DBMS tables,…
可定义基于属性、空间、或两者的查询辽宁工程技术大学地质动力区划研究所第 页中国 ·阜新 电话,0418-3350473
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属性数据的查询与发布
用标准的 SQL语句
Select taxes.parcel_id,owners.name,taxes.taxes
from taxes,owners
where taxes > 500 and taxes.parcel_id = owner.parcel_id
OWNERS TAXES
parcel_id name parcel_id year taxes
1000 Joe 1000 94 500
1000 Bob 1000 95 600
2000 Tom 1000 93 700
4000 Tim
4000 Joe
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查询中增加空间限制条件
空间限制条件由一组空间过滤器( spacial filters) 实现
只有通过过滤器的 shape才被加到结果集中候选 shapes
查询 shapes
过滤器,SM_SC ( 全包含) 结果 shapes
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地理空间要素的描述
FID Coordinates
3632
Shape(FID) 直 径 长 度
3632 12 47.58
要素描述表( F)
空间属性表( A)
空间索引表( S)
空间项
FID Grid Coordinate
3632
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地理信息系统空间数据
GIS的主要数据为二维或三维的空间型地图数据,包括空间位置,拓扑关系和属性三个方面的内容 。
点 ( Point),又称为元素 ( Element) 或象元 ( Pixel),
是一个数据点,具有一对 ( x,y) 坐标和至少一个属性 。
线,( Line),是具有相同属性的点的轨迹,由一个坐标对序列表示,坐标对顺序与线的开头有关,线上每个点有不多于二个邻点 。
面 ( Area),是年有具相同属性的点的轨迹,以 ( x、
y) 坐标对的集合表示,坐标对的排列顺序不影响面的形态,具内部点可以有多于三个的邻点,面内点具有至少一个相同属性 。
区域 ( Region),空间上相邻或重叠的点,线,面要素可以按一定的地理意义组成区域 。
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非空间属性数据库结构
关系模型 ( relational model) 满足一定条件的二维表格
层次模型 ( hierarchical model) 以记录类型为节点的有向树
( tree),其主要特征是,( 1) 除根节点外,任何节点都有且 只有一个,父亲,; ( 2),父,节点表示的实体与,子,节点表示的实体是一对多的联系 。
网状模型 ( network model)
特点,1) 可以有一个以上的结点没有,父,结点;
2) 至少有一个结点有多于一个,父,结点;
3) 结点之间可以有多种联系;
4) 可以存在回路辽宁工程技术大学地质动力区划研究所第 页中国 ·阜新 电话,0418-3350473
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空间数据组织与结构
栅格数据结构
矢量数据结构
栅格与矢量数据结构的选择与转换
空间数据分层组织辽宁工程技术大学地质动力区划研究所第 页中国 ·阜新 电话,0418-3350473
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空间数据又可分成两类:
栅格数据 (Raster Data) 及 矢 量 数 据
(Vector Data)。 栅格数据系由点矩阵所组成,
例如一般 bmp档案等影像数据;矢量数据则以空间中点,线,面等元素的座标为主,可对不同之空间元素进行移动,修改,复制,
删除等编辑工作 。 因矢量空间数据较容易与相应的属性数据结合,多数 GIS软件以处理矢量数据为主 。
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栅格与矢量的基本概念描述地理实体的数据本身的组织方法,称为内部数据结构 。
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 。
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栅格模型 矢量模型优点:
1、数据结构简单
2、叠加操作易实现
3、能有效表达空间可变性
4、栅格图象便于做图象的有效增强优点:
1、提供更严密的数据结构
2、提供更有效的拓扑编码,因而对需要拓扑信息的操作更有效,如网络分析
3、图形输出美观,接近于手绘缺点:
1、数据结构不严密不紧凑,需要用压缩技术解决这个问题
2、难以表达拓扑关系
3、图形输出不美观,线条有锯齿,
需要增加栅格数量来克服,但会增加数据量缺点:
1、比栅格数据结构复杂
2、叠加操作没有栅格有效
3、表达空间变化性能力差
4、不能象数字图形那样做增强处理矢量数据模型与栅格数据模型比较辽宁工程技术大学地质动力区划研究所第 页中国 ·阜新 电话,0418-3350473
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栅格数据结构及其编码方式
栅格数据是最简单、最直观的一种空间数据结构,它是将地面划分为均匀的网格,每个网格作为一个像元,像元的位置由所在行、
列号确定,像元所含有的代码表示其属性类型或仅是与其属性记录相联系的指针。
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用栅格像元表示点、线、面实体辽宁工程技术大学地质动力区划研究所第 页中国 ·阜新 电话,0418-3350473
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栅格数据编码方法
三种栅倍数据结构形成的地图文件辽宁工程技术大学地质动力区划研究所第 页中国 ·阜新 电话,0418-3350473
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1.栅格矩阵法 栅格数据是在二维表面上地理数据的离散量化值。栅格像元组成栅格矩阵,用像元所在的行列号来表示其位置。
2.链码 这种方法又称为边界链码,它用一个起点和一系列在基本方向上的单位矢量描述出线状地物或区域边界。所采用的基本方向可以事先定义。
3.行程编码 在同一区域内,相邻像元的属性代码值是相同的,这样就非常适合于用压缩的编码方式、
将相邻等值的像元合并,,记录下行程长度和代码值,这种方法称为行程编码。
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栅格数据结构
栅格数据的应用模型辽宁工程技术大学地质动力区划研究所第 页中国 ·阜新 电话,0418-3350473
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栅格数据的组织方法辽宁工程技术大学地质动力区划研究所第 页中国 ·阜新 电话,0418-3350473
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一、变长编码辽宁工程技术大学地质动力区划研究所第 页中国 ·阜新 电话,0418-3350473
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二,四叉树编码四叉树编码法有许多有趣的优点:
1) 容易而有效地计算多边形的数量特征;
2) 阵列各部分的分辩率是可变的,边界复杂部分四叉树较高即分级多,分辩率也高,而不需表示许多细节的部分则分级少,分辩率低,因而既可精确表示图形结构又可减少存贮量;
3) 栅格到四叉树及四叉树到简单栅格结构的比其它压缩方法容易;
4) 多边形中嵌套异类小多边形的表示较方便 。
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矢量数据结构
点实体
线实体
面实体辽宁工程技术大学地质动力区划研究所第 页中国 ·阜新 电话,0418-3350473
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矢量数据编码方式
一,矢量数据结构
矢量数据结构是通过记录坐标的方式,用点、线、面等基本要素尽可能精确地来表示各种地理实体。
点实体的矢量结构表示:
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多边形矢且编码方法:坐标序列法、层次索引法和拓扑结构法。
(1)坐标序列法,用定义多边形边界上的所有今标来表尔每个多边形。
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(2)层次索引法,它采用逐层索引的方法减少公共边的数据冗余以间接获得邻域信息。
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( 3)拓扑结构法 拓扑结构的建立可以通过两种途径达到:一是由用户在数据输入进行数字比阿同时输入部分信息,如多边形边界的编号、边界结点的序号、边界左右多边形编号等标识信息:二是可以在全部数据经过数字化后,出专用软件自动搜索建立,属性可以通过每 — ‘多边形内建立编号与之联系。
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栅格与矢量数据结构的选择与转换
一,矢量到栅格
栅格化过程包括以下操作:
1) 将点和线实体的角点的笛卡尔坐标转换到预定分辩率和已知位置值的矩阵中;
2) 利用单根扫描线或一组相连的扫描线去测试线性要素与单元边界的交叉点,并记录有多少个栅格单元穿过交叉点;
3) 对多边形而言,测试过角点后,剩下线段处理,
这时只要利用二次扫描就可以知道何时到达多边形的边界,度记录其位置与属性值 。
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从栅格单元转换到几何图形的过程称为矢量化,矢量化过程要保证以下两点:
1) 拓扑转换,即保持栅格表示出的连通性与邻接性;
2) 转换物体正确的外形 。
二、栅格到矢量辽宁工程技术大学地质动力区划研究所第 页中国 ·阜新 电话,0418-3350473
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矢量格式向栅格格式的相互转换
矢量格式向栅格格式的转换
① 内部点扩散法
② 复数积分算法
③ 射线算法
④ 扫描算法
⑤ 边界代数算法
栅格格式向矢量格式的转换
多边形边界提取
边界线追踪
拓扑关系生成
去除多余点及曲线圆滑辽宁工程技术大学地质动力区划研究所第 页中国 ·阜新 电话,0418-3350473
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空间数据分层组织空间数据分层的方法
按专题分层
按时间序列分层
以地面垂直高度分层辽宁工程技术大学地质动力区划研究所第 页中国 ·阜新 电话,0418-3350473
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空间数据的组织
由专题和分块组织
面向对象的组织辽宁工程技术大学地质动力区划研究所第 页中国 ·阜新 电话,0418-3350473
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