地理数据结构及其文件组织.ppt
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1、地理数据结构及其文件组织 学习目标 理解地理空间信息的概念 掌握地理空间信息的描述方法 理解地理数据分类描述的方法 理解和掌握地理空间数据的拓扑关系 掌握栅格和矢量数据结构及其编码方法 了解栅格与矢量数据之间的转化方法 重点:地理空间数据的拓扑关系、两种空间数据结构 的特点及其编码方法。 难 点:拓扑结构、栅格数据编码 地理数据结构及其文件组织 地理空间信息及其描述 地理空间数据类型 地理信息的空间关系 地理信息空间数据结构 地理信息数据的编码方法 矢量结构与栅格结构的相互转换 一、地理空间信息 l1地理空间(Geographic Space)是指物质、能量 、信息的形式与形态、结构过程、功能
2、关系上的分 布方式和格局及其在时间上的延续。 l2地理信息 地理信息是一个时空过程,它存在于一定物质、能 量载体,并能从一种载体向另一种载体进行转移, 从而形成所谓的信息流。按照认知关系可将地理信 息载体化分为地理主体和地理对象两种。 二、地理空间信息的描述 l是建立在地理空间坐标系基础上的 l地理坐标(经度、纬度)是描述地理空间信息最直接 的方法。 l平面直角坐标系(X,Y)建立了对地理空间良好的视觉 感,并易于进行距离、方向、面积等空间参数的量算 ,以及进一步的空间数据处理和分析。 l 地理信息系统中的地理空间,通常就是指经过投影 变换后放在笛卡儿坐标中的地球表层特征空间,它的 理论基础在
3、于旋转椭球体和地图投影变换。 三、地理数据的分类描述 l定名(Nominol)量 l顺序(Ordinal)量 l间隔(Interval)量 l比率(Ratio)量 定性而非定量地对众多地理事物 进行区分和标识。如北京、天津 、石家庄等;长江、黄河、鸭绿 江等;白洋淀、洪泽湖和太湖等 通过排序来区分和标识地理现象 的量称为顺序量。它是按照地理 数据的等级序列,由低到高(或 由高到低)进一步细分的 利用某种标准单位(可以是任意 的)作为间隔量来表示不同的量 ,是一种较精确区分和标识地理 现象的测量方法。 比率量是间隔量的精确化。它提 供的定量值是具有真零值而且测 量单位的间隔是相等的数据 第二节
4、地理空间数据类型 l地理数据的基本特征 l地理数据的来源 l地理空间数据类型 一、地理数据的基本特征 l空间特征 表示实体的空间位置或现在所处的地理位置。空间特 征又称定位特征或几何特征,一般用坐标数据表示。 l属性特征 表示实体的特征。如名称、分类、质量特征和数量特 征等。 l时间特征 描述实体随时间的变化,其变化的周期有超短周期的 、短期的、中期的和长期的。 二、地理数据的来源 l地图数据 地图是地理信息的主要载体,同时也是地理信息系统 最重要得信息源 l遥感数据 各种遥感数据及其制成的图像资料(航片、卫片)包 含着及其丰富的地理内容,尤其是先进的卫星遥感技 术的广泛应用,能为地理信息系统
5、提供源源不断的、 现势性很强的数据 l统计数据、实测数据及各种文字报告 各种地理要素的统计数据、实验和各种观测数据、研 究报告等 三、地理空间数据的类型 1. 类型数据:居民点、交通线、土地类型分布等。 2. 面域数据:多边形中心点、行政区域界限和行政单元 3. 网络数据:道路交叉点、街道和街区等。 4. 样本数据:气象站、航线和野外样方的分布区等。 5. 曲面数据 :高程点、等高线和等值区域。 6. 文本数据:如地名、河流名和区域名称。 7. 符号数据:点状符号、线状符号和面状符号等。 第三节 地理信息的空间关系 l地理空间数据的拓扑关系 l地理空间信息的方向关系 l地理空间信息的度量关系
6、一、地理空间数据的拓扑关系 拓扑结构 是明确定义空间结构关系的一种数学方 法。 在GIS中,它不但用于空间数据的组织,而且 在空间分析和应用中都有非常重要的意义。 1.地理空间数据的拓扑关系 2.地理空间数据拓扑关系应用价值 3.地理空间数据拓扑关系的表示 拓扑邻接: 元素之间的拓扑关系。 拓扑关联: 元素之间的拓扑关系。 拓扑包含: 元素之间的拓扑关系。 1、地理空间数据的拓扑关系 不 同 类 同 类 同类不同级 N1 1 2 5 6 4 7 3 P1 P3 P2 P4 N4 N3 N5 N2 拓扑邻接:N1/N2 ,N1/N3 ,N1/N4 ;P1/P3 ;P2/P3 拓扑关联:N1/1、
7、3 、6 ;P1/1、5 、6 拓扑包含:P3与P4 2.地理空间数据拓扑关系应用价值 (1)确定地理实体间的相对空间位置,无需坐标 和距离 (2)利于空间要素查询 (3)重建地理实体 3.地理空间数据 拓扑关系的表示 结点集合 结点名 指 针 第一个离开弧段 第一个到达弧段 坐标 N1 e3 e1 x1,y1 N2 e1 e2 x2,y2 N3 e2 e3 x3,y3 1 2 5 6 4 7 3 P1 P3 P2 P4 N4 N3 N5 N2 顺时针第一弧段 逆时针第一弧段 指 针 属性 P0 e5 t0 P1 e1 t1 P2 e2 e5 t2 多边 形名 P3 e3 e4 t3 1 2
8、5 6 4 7 3 P1 P3 P2 P4 N4 N3 N5 N2 3.地理空间数据 拓扑关系的表示 多边形集合 弧段名 e1 N2 N1 P1 P0 e6 e2 s1 e2 N3 N2 e5 P2 P0 e4 e3 s2 e3 N1 N3 e6 e4 P3 P0 s3 e4 N4 N3 e5 e3 P2 P3 e2 e6 s4 始结点 终结点 离开始结 点的下一 条弧段 到达终结点 的下一条弧 段 右多 边形 左多 边形 右多边形顺 时针下一条 弧段 左多边形 逆时针下 一条弧段 坐标串 1 2 5 6 4 7 3 P1 P3 P2 P4 N4 N3 N5 N2 3.地理空间数据 拓扑关系的
9、表示 弧段集合 二、地理空间信息的方向关系 l方向关系:地理事物在空间中的相互方位和排列顺序。 l描述空间实体的方向关系,对于点状空间实体只要计算两 点之间的连线与某一基准方向的夹角即可,该夹角称为连 线的方位角。基准方向通常有真子午线方向、磁子午线方 向和坐标纵线方向三种。 l同样计算点状和线状空间实体、点状和面状空间实体时, 只需将线状和面状空间实体视为由它们的中心所形成的点 状实体,然后按点状实体来求解方向关系即可。 三、地理空间信息的度量关系 l度量空间关系主要是指空间对象之间的距离关系。 l这种距离关系可以定量地描述为特定空间中的某种 距离,如A实体距离B实体100m。也可以应用与距
10、 离概念相关的术语,如远近等进行定性的描述。 第四节 地理信息空间数据结构 l空间数据结构 l矢量数据结构 l栅格数据结构 l栅格结构与矢量结构的比较 常用的空间数据结构 X Y i j x1 y1 x2 y2 xi yi xn yn 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。 栅格数据结构 栅格结构是以规则的阵列来表示空间地物 或现象分布的数据组织,组织中的每个数据表 示地理要素的非几何属性特征。 特点:属性明显,定位隐含。 获取方法: (1)
11、手工网格法; (2) 扫描数字化法; (3) 分类影像输入法; (4) 数据结构转换法。 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 88 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 32 2 A .O B C 中心点 法 重要性 法 长度占优法 面积占优法 栅格结构数据中混合像元的处理 方案一 方案二:缩小栅格单元的面积 比较内容矢 量 结 构栅 格 结 构 数据结构复杂杂简单简单 数据量小大 图形精度高低 图
12、形运算、搜索复杂杂、高效简单简单 、低效 软件与硬件技术不一致一致或接近 遥感影像格式要求比较较高不高 图形输出显显示质质量好、精度高 , 但 成本比较较高 输输出方法快速,质质量 低,成本比较较低廉 数据共享不易实现实现容易实现实现 拓扑和网络分析容易实现实现不易实现实现 矢量结构与栅格结构的比较 第五节 地理数据的编码方法 编码的概念和意义 栅格结构编码方法 矢量结构编码方法 属性数据编码方法 第三节 地理数据的编码方法 地理数据编码,是根据GIS的目的和任务,把 地图、图像等资料按一定数据结构转换为适于计算 机存贮和处理的数据过程。地理内容的编码要反映 出地理实体的几何特征,以及地理实体
13、的属性特征 ,空间数据的编码是地理信息系统设计中最重要的 技术步骤,它表现由现实世界到数据世界之间的界 面,是联结从现实世界到数据世界的纽带。 一、编码的概念和意义 链码(chain Encoding) 直接栅格编码 游程长编码(Run_length Encoding) 块 码 四叉树编码(quarter_tree Encoding) 栅格结构 编码方法 1、直接栅格编码 直接编码就是将栅格数据看作一个数据矩阵,逐行(或逐列 )逐个记录代码,可以每行从左到右逐像元记录,也可奇数行从 左到右而偶数行由右向左记录,为了特定的目的还可采用其他特 殊的顺序。 0 2 2 5 5 5 5 5 2 2 2
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- 地理 数据结构 及其 文件组织
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