地理信息系統(tǒng)筆記及課后題

地理信息系統(tǒng)筆記

第一章緒論

§1-1GIS概念

一、信息與數(shù)據(jù)

1、信息

1）定義：

信息是現(xiàn)實(shí)世界在人們頭腦中的反映。它以文字、數(shù)據(jù)、符號(hào)、聲音、圖象等形

式記錄下來(lái)，進(jìn)行傳遞和處理，為人們的生產(chǎn)，建設(shè)，管理等提供依據(jù)。

2）信息的特性：

A、客觀性：任何信息都是與客觀事實(shí)相聯(lián)系的，這是信息的正確性和精確度的

保證。

B、適用性：?jiǎn)栴}不同，影響因素不同，需要的信息種類是不同的。信息系統(tǒng)將

地理空間的巨大數(shù)據(jù)流收集，組織和管理起來(lái)，經(jīng)過(guò)處理、轉(zhuǎn)換和分析變?yōu)閷?duì)生

產(chǎn)、管理和決策具有重要意義的有用信息，這是由建立信息系統(tǒng)的明確目的性所

決定的。

如股市信息，對(duì)于不會(huì)炒股的人來(lái)說(shuō)，毫無(wú)用處，而股民們會(huì)根據(jù)它進(jìn)行股票的

購(gòu)進(jìn)或拋出，以達(dá)到股票增值的目的。

C、傳輸性：信息可在信息發(fā)送者和接受者之間進(jìn)行傳輸信息的傳輸網(wǎng)絡(luò)，被形

象地稱為“信息高速公路”。

D、共享性：信息與實(shí)物不同，信息可傳輸給多個(gè)用戶，為用戶共享，而其本身

并無(wú)損失，這為信息的并發(fā)應(yīng)用提供可能性。

2、數(shù)據(jù)

指輸入到計(jì)算機(jī)并能被計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理的數(shù)字、文字、'符號(hào)、聲音、圖象等符

號(hào)。

數(shù)據(jù)是對(duì)客觀現(xiàn)象的表示，數(shù)據(jù)本身并沒(méi)有意義。數(shù)據(jù)的格式往往和具體的計(jì)算

機(jī)系統(tǒng)有關(guān)，隨載荷它的物理設(shè)備的形式而改變。

3、兩者關(guān)系（有人認(rèn)為，輸入的都叫數(shù)據(jù)，輸出的都叫信息，其實(shí)不然）。

數(shù)據(jù)是信息的表達(dá)、載體，信息是數(shù)據(jù)的內(nèi)涵，是形與質(zhì)的關(guān)系。

只有數(shù)據(jù)對(duì)實(shí)體行為產(chǎn)生影響才成為信息，數(shù)據(jù)只有經(jīng)過(guò)解釋才有意義，成為信

息。

例如“1、”“0”獨(dú)立的1、0均無(wú)意義。

當(dāng)它表示某實(shí)體在某個(gè)地域內(nèi)存在與否，它就提供了“有”“無(wú)”信息，當(dāng)用它

來(lái)標(biāo)識(shí)某種實(shí)體的類別時(shí)，它就提供了特征碼信息。

二、地理信息與地學(xué)信息

1、地理信息

1）定義：指與研究對(duì)象的空間地理分布有關(guān)的信息。它表示地理系統(tǒng)諸要素的

數(shù)量、質(zhì)量、分布特征，相互聯(lián)系和變化規(guī)律的圖、文、聲、像等的總稱。

2）特點(diǎn)：

A、地域性：（是地理信息區(qū)別于其它類型信息的最顯著標(biāo)志）。

地理信息屬于空間信息，位置的識(shí)別與數(shù)據(jù)相聯(lián)系，它的這種定位特征是通過(guò)公

共的地理基礎(chǔ)來(lái)體現(xiàn)的。

B、多維結(jié)構(gòu)：

指在同一位置上可有多種專題的信息結(jié)構(gòu)。如某一位置上的地理信息包括（例

圖）

C、時(shí)序特征：

時(shí)空的動(dòng)態(tài)變化引起地理信息的屬性數(shù)據(jù)或空間數(shù)據(jù)的變化。因此，一實(shí)時(shí)的

GIS系統(tǒng)要求能及時(shí)采集和更新地理信息，使得地理信息具有現(xiàn)勢(shì)性。以免過(guò)時(shí)

的信息造成決策的失誤或因?yàn)槿鄙倏煽康膭?dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，不能對(duì)變化中的地理事件或

現(xiàn)象作出合理的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)和科學(xué)論證。例如98年龍王廟特大洪水險(xiǎn)情正是武漢

勘測(cè)設(shè)計(jì)院利用先進(jìn)的搖感、GPS技術(shù)測(cè)得實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)為抗洪決策提供可靠依據(jù)。

顯然，如果用過(guò)時(shí)數(shù)據(jù)，這將造成多大的損失，這就是地理信息的時(shí)序特征。

2、地學(xué)信息

與人類屋%的地球有關(guān)的信息都是地學(xué)信息。

3、兩者信息源不同

地理信息的信息源是地球表面的巖石圈、水圈、大氣圈和人類活動(dòng)等；

地學(xué)信息所表示的信息范圍更廣泛，不僅來(lái)自地表，還包括地下、大氣層甚至宇

宙空間。它是人們深入認(rèn)識(shí)地球系統(tǒng)、適度開發(fā)資源、保護(hù)環(huán)境的前提和保證。

四、信息系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)

1、信息系統(tǒng)（InformationSystem,IS）

1）系統(tǒng)：

由相互作用和相互依賴的若干組成部分結(jié)合而成，能完成特定功能的有機(jī)整體。

2）信息系統(tǒng)：

能對(duì)‘/據(jù)和信息進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、加工和再現(xiàn)，并能回答用戶--系列問(wèn)題的系統(tǒng)。

具有采集、管理、分析和表達(dá)數(shù)據(jù)的能力。

3）類型：從適用于不同管理層次角度出發(fā)、信息系統(tǒng)分為下列不同類型。

事務(wù)處理系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)：主要支持操作層人員的日常事務(wù)處理，圖書管理,

借還書。

決策支持系統(tǒng)：從MIS中獲取信息，進(jìn)行推測(cè)，以輔助決策。

人工智能、專家系統(tǒng)：用計(jì)算機(jī)模仿人類思維過(guò)程進(jìn)行推理，在醫(yī)學(xué)上應(yīng)用較成

功。

為有效地對(duì)信息流進(jìn)行控制，組織、管理、充分利用，就需要建立某種信息系統(tǒng),

那么對(duì)地理信息進(jìn)行管理、利用就需要建立地理信息系統(tǒng)。

2、地理信息系統(tǒng)（GeographicInformationSystem,GIS）

1）定義：不同領(lǐng)域、不同專業(yè)對(duì)GIS的理解不同，目前沒(méi)有完全統(tǒng)一的被普遍

接受的

A、GIS是對(duì)地理環(huán)境有關(guān)問(wèn)題進(jìn)行分析和研究的一門學(xué)科，它將地理環(huán)境的各

種要素，包括它們的空間位置形狀及分布特征和與之有關(guān)的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)等專題信

息以及這些信息之間的聯(lián)系等進(jìn)行獲取、組織、存儲(chǔ)、檢索、分析，并在管理、

規(guī)劃與決策中應(yīng)用。

B、為了獲取、存儲(chǔ)、檢索、分析和顯示空間定位數(shù)據(jù)而建立的計(jì)算機(jī)化的數(shù)據(jù)

庫(kù)管理系統(tǒng)。--美國(guó)國(guó)家地理信息與分析中心

C、是在計(jì)算機(jī)軟硬件支持下，以采集、存儲(chǔ)、管理、檢索、分析和描述空間物

體的定位分布及與之相關(guān)的屬性數(shù)據(jù)，并回答用戶問(wèn)題為主要任務(wù)的計(jì)算機(jī)系

統(tǒng)。

D、GIS是一種獲取、存儲(chǔ)、檢索、操作、分析和顯示地球空間數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)系

統(tǒng)。一英國(guó)教育部

2）理解

aGIS是一計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，既然是系統(tǒng)，就要具有系統(tǒng)的基本功能，數(shù)據(jù)采集、管

理、分析和表達(dá)，所以每個(gè)GIS系統(tǒng)都是由若干具有一定功能的模塊組成。

bGIS的處理對(duì)象是有關(guān)的地理分布數(shù)據(jù)，也就是空間數(shù)據(jù)，為了能對(duì)這些空間

數(shù)據(jù)進(jìn)行定位，定性和定量的描述，決定了GIS要對(duì)空間數(shù)據(jù)按統(tǒng)一地理坐標(biāo)進(jìn)

行編碼，這是GIS與

其他信息系統(tǒng)不同的根本所在。

3、GIS與其它IS之間的關(guān)系和區(qū)別

1）GIS與其它IS之間的關(guān)系（信息系統(tǒng)分類）

2）GIS與其它IS的區(qū)別

A、GIS與一般MIS：

GIS離不開數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)。數(shù)據(jù)庫(kù)中的?些基本技術(shù)，如數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)

據(jù)檢索等都是GIS廣泛使用的核心技術(shù)。

GIS對(duì)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)共同管理、分析和應(yīng)用，而一般MIS（數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)）

側(cè)重于非圖形數(shù)據(jù)（屬性數(shù)據(jù)）的優(yōu)化存儲(chǔ)與查詢，即使存儲(chǔ)了圖形，也是以文

件的形式存儲(chǔ)，不能對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、檢索、分析，沒(méi)有拓?fù)潢P(guān)系，其圖形

顯示功能也很有限。

如電話查號(hào)臺(tái)是一個(gè)一般MIS,只能回答用戶詢問(wèn)的電話號(hào)碼，而通信信息系統(tǒng)

除了可查詢電話號(hào)碼外，還提供用戶的地理分布、空間密度、最近的郵局等空間

關(guān)系信息。

B、GIS與CAD/CAM

GIS與CAD共同點(diǎn)

GIS與CAD不同點(diǎn)

都有空間坐標(biāo)系統(tǒng)；

都能將目標(biāo)和參考系聯(lián)系起來(lái)；

都能描述圖形數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系；

都能處理屬性和空間數(shù)據(jù)

CAD研究對(duì)象為人造對(duì)象一規(guī)則兒何圖形及組合；

圖形功能特別是三維圖形功能強(qiáng)，屬性庫(kù)功能相對(duì)較弱；

CAD中的拓?fù)潢P(guān)系較為簡(jiǎn)單；

一般采用幾何坐標(biāo)系。

GIS處理的數(shù)據(jù)大多來(lái)自于現(xiàn)實(shí)世界，較之人造對(duì)象更復(fù)雜，數(shù)據(jù)量更大；數(shù)

據(jù)采集的方式多樣化；

GIS的屬性庫(kù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能強(qiáng)大；

強(qiáng)調(diào)對(duì)空間數(shù)據(jù)的分析，圖形屬性交互使用頻繁；

GIS采用地理坐標(biāo)系。

GIS與CAM

GIS與CAM共同點(diǎn)

GIS與CAM不同點(diǎn)

都有地圖輸出、空間查詢、分析和檢索功能

CAM側(cè)重于數(shù)據(jù)查詢、分類及自動(dòng)符號(hào)化，具有地圖輔助設(shè)計(jì)和產(chǎn)生高質(zhì)量矢

量地圖的輸出機(jī)制；

它強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)顯示而不是數(shù)據(jù)分析，地理數(shù)據(jù)往往缺乏拓?fù)潢P(guān)系；

它與數(shù)據(jù)庫(kù)的聯(lián)系通常是一些簡(jiǎn)單的查詢。

CAM是GIS的重要組成部分；

綜合圖形和屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行深層次的空間分析，提供輔助決策信息。

§1-2GIS發(fā)展

GIS起源于人口普查，土地調(diào)查和自動(dòng)制圖，1960年，加拿大測(cè)量學(xué)家

R.F.Tomlinson提出了把地圖變成數(shù)字形式的地圖，1963年，又提出GIS這一

本術(shù)語(yǔ)，并建立了第一個(gè)GIS_加拿大GIS,隨后GIS以燎原之勢(shì)在全世界迅速發(fā)

展起來(lái)。

-、國(guó)際GIS的發(fā)展?fàn)顩r

1、60年代，探索時(shí)期（GIS思想和技術(shù)方法的探索）人們關(guān)注什么是GIS,GIS

能干什么。

2、70年代，鞏固時(shí)期，（這時(shí)由于計(jì)算機(jī)技術(shù)及其在自然資源和環(huán)境數(shù)據(jù)處理

的應(yīng)用，促進(jìn)GIS迅速發(fā)展）。這期間，發(fā)展研究的重點(diǎn)是空間數(shù)據(jù)處理的算

法，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理這三個(gè)方面。

3、80年代，實(shí)破階段，也是GIS普遍發(fā)展和推廣應(yīng)用階段，人們把GIS與RS

解決全球性問(wèn)題，如全球沙漠化，全球可居住地評(píng)價(jià)，核擴(kuò)散問(wèn)題等。

4、90年代，全面應(yīng)用，產(chǎn)業(yè)化階段，對(duì)GIS進(jìn)一步研究，研究的內(nèi)容集中在：

空間信息分析的新模式和新方法，空間關(guān)系和數(shù)據(jù)模型，人工智能引入等。

二、我國(guó)GIS發(fā)展

我國(guó)GIS起步較晚，但發(fā)展較快，分為以下兒個(gè)階段：

1、70年代，準(zhǔn)備階段：

一些知名人士GIS先驅(qū)看到GIS的廣闊前景和GIS的重要性，進(jìn)行極積呼吁，為

GIS在我國(guó)的發(fā)展奠定了與論準(zhǔn)備基礎(chǔ)并做了一些可行性實(shí)驗(yàn)。

2、80年代，試驗(yàn)起步階段：

這期間，我國(guó)在GIS理論探索，規(guī)范探討，軟件開發(fā)，系統(tǒng)建立等方面取得了突

破和進(jìn)展，進(jìn)行了?些典型，試驗(yàn)專題試驗(yàn)軟件開發(fā)工作。

3、90年代，我國(guó)GIS發(fā)展階段：

我國(guó)改革開放以來(lái)，沿海，治江經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)的發(fā)展土地的有償使用和外資的引

進(jìn)，急需GIS為之服務(wù)，這也推動(dòng)GIS在我國(guó)的全面發(fā)展。

4、96年以來(lái)，是我國(guó)GIS產(chǎn)業(yè)化階段。

近幾年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)信息化的基礎(chǔ)設(shè)施和重大信息工程已納入國(guó)家計(jì)劃，一批國(guó)

家級(jí)和地方級(jí)的GIS相繼建立并投入運(yùn)行，一批專業(yè)遙感基地已建立，并進(jìn)入了

產(chǎn)業(yè)化運(yùn)行，一批綜合運(yùn)用“3S”技術(shù)的重點(diǎn)項(xiàng)目已實(shí)施，并在自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)和

圖土資源調(diào)查中發(fā)揮效益，一批高等院校開設(shè)了與GIS相關(guān)的新專業(yè)，培養(yǎng)了一

大批從事GIS研究與開發(fā)的高層次人才，具有我國(guó)自主版權(quán)的GIS基礎(chǔ)軟件的研

制逐步進(jìn)入了產(chǎn)業(yè)化軌道，等等這些都標(biāo)志我國(guó)GIS產(chǎn)業(yè)已進(jìn)入新的發(fā)展階段。

§1-3GIS構(gòu)成

一、GIS組成

從計(jì)算機(jī)的角度看，GIS是由軟件、硬件、數(shù)據(jù)和用戶組成。

用戶（GIS服務(wù)的對(duì)象，分為-一般用戶和從事建立、維護(hù)、管理和更新的高級(jí)用

戶）

軟件（支持?jǐn)?shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、加工、回答用戶問(wèn)題的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)）

硬件（各種設(shè)備-物質(zhì)基礎(chǔ)）

數(shù)據(jù)（系統(tǒng)分析與處理的對(duì)象、構(gòu)成系統(tǒng)的應(yīng)用基礎(chǔ)）

由于計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展和地理信息的時(shí)序特征，硬件壽命3-5年，軟件（5T5

年），數(shù)據(jù)（1-2年，5-70年不等）GIS需要不斷維護(hù)、更新，所以用戶要不斷

進(jìn)行知識(shí)更新。

二、硬件配置

前面說(shuō)過(guò)，GIS作為技術(shù)系統(tǒng)必須具備數(shù)據(jù)的采集、管理、分析、表達(dá)和顯示功

能，一定功能必須由一定的軟件、硬件實(shí)現(xiàn)，所以GIS的硬件配置為：

輸入數(shù)字化、解析測(cè)圖儀、掃描儀遙感處理設(shè)備等存貯處

理計(jì)算機(jī)硬盤光盤等存儲(chǔ)設(shè)備輸

出打印機(jī)繪圖儀顯示終端等

網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)適配器、傳輸介質(zhì)、調(diào)制解調(diào)器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。隨著網(wǎng)絡(luò)普

及，信息共享成為時(shí)代要求，GIS要有網(wǎng)絡(luò)功能

三、軟件配置

1、GIS軟件層次

有了計(jì)算機(jī)硬件之后，首先需要OS,DOS,WINDOWS,UNHX等。裸機(jī)，沒(méi)裝任何OS

的機(jī)子，是不能工作的。GIS應(yīng)用軟件在GIS軟件層次的外層，外層以內(nèi)層軟件

為基礎(chǔ)，共同完成用戶指定的任務(wù)。

2、GIS基礎(chǔ)軟件主要模塊空間數(shù)據(jù)輸入與轉(zhuǎn)換圖形及屬性編輯空間數(shù)據(jù)管理

系統(tǒng)制圖與輸出空間查詢與空間分析

§1-4GIS功能和應(yīng)用

一、GIS功能

空間查詢疊加分析緩沖區(qū)分析網(wǎng)絡(luò)分析地形分析

數(shù)據(jù)顯示與輸出

二、GIS主要應(yīng)用領(lǐng)域

資源管理區(qū)域和城鄉(xiāng)規(guī)劃災(zāi)害監(jiān)測(cè)環(huán)境評(píng)估作戰(zhàn)指揮交通運(yùn)輸宏觀決策

第二章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

§2T空間實(shí)體及其描述

一、地理實(shí)體（空間實(shí)體）--GIS處理對(duì)象

1、定義：指自然界現(xiàn)象和社會(huì)經(jīng)濟(jì)事件中不能再分割的單元，它是一個(gè)具體有

概括性，復(fù)雜性，相對(duì)意義的概念。

2、理解：地理實(shí)體類別及實(shí)體內(nèi)容的確定是從具體需要出發(fā)的，例如，在全國(guó)

地圖上由于比例尺很小，武漢就是一個(gè)點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)不能再分割，可以把武漢定為

一個(gè)空間實(shí)體，而在大比例尺的武漢市地圖上，武漢的許多房屋，街道都要表達(dá)

出來(lái)，所以武漢必須再分割，不能作為一個(gè)空間實(shí)體，應(yīng)將房屋，街道等作為研

究的地理實(shí)體，由此可見，GIS中的空間實(shí)體是一個(gè)概括，復(fù)雜，相對(duì)的概念。

二、地理實(shí)體的描述——空間數(shù)據(jù)

1、描述的內(nèi)容

空間特征：地理位置和空間關(guān)系屬性特征一名稱、等級(jí)、類別等時(shí)間特征：

2、空間數(shù)據(jù)基本特征

3、空間數(shù)據(jù)類型

1）依據(jù)數(shù)據(jù)來(lái)源的不同分為：

地圖數(shù)據(jù)地形數(shù)據(jù)屬性數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)影象數(shù)據(jù)

三、實(shí)體的空間特征

（-）空間維數(shù)：有0,1,2,3維之分，點(diǎn)、線、面、體。

（二）空間特征類型

1、點(diǎn)狀實(shí)體

點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)、點(diǎn)狀實(shí)體。點(diǎn)：有特定位置，維數(shù)為0的物體。

1）實(shí)體點(diǎn)：用來(lái)代表一個(gè)實(shí)體。

2）注記點(diǎn)：用于定位注記。

3）內(nèi)點(diǎn)：用于負(fù)載多邊形的屬性，存在于多邊形內(nèi)。

4）角點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)Vertex：

表示線段和弧段上的連接點(diǎn)。

2、線狀實(shí)體

具有相同屬性的點(diǎn)的軌跡，線或折線，由一系列的有序坐標(biāo)表示，并有如下特性:

1）實(shí)體長(zhǎng)度：

從起點(diǎn)到終點(diǎn)的總長(zhǎng)

2）彎曲度：

用于表示像道路拐彎時(shí)彎曲的程度。

3）方向性：

如：水流方向，上游一下游，公路，單、雙向之分。線狀實(shí)體包括：線段，

邊界、鏈、弧段、網(wǎng)絡(luò)等。3、面狀實(shí)體（多邊形）是對(duì)湖泊、島嶼、地塊等…

類現(xiàn)象的描述。

面狀實(shí)體的如下特征：

1）面積范圍2）周長(zhǎng)3）獨(dú)立性或與其它地物相鄰如中國(guó)及其周邊國(guó)家4）

內(nèi)島嶼或鋸齒狀外形：如島嶼的海岸線封閉所圍成的區(qū)域。

5）重疊性與非重疊性：如學(xué)校的分區(qū)，菜市場(chǎng)的服務(wù)范圍等都有可能出現(xiàn)交叉

重疊現(xiàn)象，而一個(gè)城市的各個(gè)城區(qū)一般說(shuō)來(lái)不會(huì)出現(xiàn)重疊。

4、體、立體狀實(shí)體立體狀實(shí)體用于描述三維空間中的現(xiàn)象與物體，它具有長(zhǎng)度、

寬度及高度等屬性，立體狀實(shí)體一般具有以下一些空間特征：

?體積，如工程開控和填充的土方量。?每個(gè)二維平面的面積。?周長(zhǎng)。?內(nèi)

島。?含有弧立塊或相鄰塊。斷面圖與剖面圖。

（三）實(shí)體類型組合

現(xiàn)實(shí)世界的各種現(xiàn)象比較復(fù)雜，往往由不同的空間單元組合而成，例如根據(jù)某些

空間單元或幾種空間單元的組合將空間問(wèn)題表達(dá)出來(lái)，復(fù)雜實(shí)體由簡(jiǎn)單實(shí)體組合

表達(dá)。

點(diǎn)、線、面兩兩之間組合表達(dá)復(fù)雜的空間問(wèn)題：如：線一面面

一面

可見，用各要素之間的空間關(guān)系，可描述諸多空間問(wèn)題?？臻g關(guān)系是GIS數(shù)據(jù)描

述和表達(dá)的重要內(nèi)容，一方面它為GIS數(shù)據(jù)庫(kù)的有效建立，空間查詢，空間分析,

輔助決策等提供了最基本的關(guān)系，另一方面有助于形成標(biāo)準(zhǔn)的SQL空間查詢語(yǔ)

言，便于空間特征的存儲(chǔ)，提取，查詢，更新等。

線一面

1、區(qū)域包含線：計(jì)算區(qū)域內(nèi)線的密度，某省的水系分布情況。

2、線通過(guò)區(qū)域：公路上否通過(guò)某縣。

3、線環(huán)繞區(qū)域：區(qū)域邊界，搜索左右區(qū)域名稱，中國(guó)與哪些國(guó)家接壤。

4、線與區(qū)域分離：距離。

面一面

1、包含：島，某省的湖泊分布。

2、相合：重疊，學(xué)校服務(wù)范圍與菜場(chǎng)服務(wù)范圍重疊區(qū)。

3、相交：劃分子區(qū)。

4、相鄰：計(jì)算相鄰邊界性質(zhì)和長(zhǎng)度，公共連接邊界。分離：計(jì)算距離。

四、實(shí)體間空間關(guān)系

（-）空間關(guān)系類型

1、拓?fù)淇臻g關(guān)系：

2、順序空間關(guān)系：（方向空間關(guān)系）

用上下左右、前后、東南西北等方向性名稱來(lái)描述空間實(shí)體的順序關(guān)系，算法

復(fù)雜，至今沒(méi)有很好的解決方法。

3、度量空間關(guān)系，主要指實(shí)體間的距離關(guān)系，遠(yuǎn)近。

1）在地理空間中兩點(diǎn)間的距離有兩種度量方法。

a、沿真實(shí)的地球表面進(jìn)行，除與兩點(diǎn)的地理坐標(biāo)有關(guān)外，還與所通過(guò)路徑的地形

起伏有關(guān)，復(fù)雜,引入第二種。b、沿地球旋轉(zhuǎn)橢球體的距離量算。

2）距離類別：

歐氏距離（笛卡爾坐標(biāo)系）、曼哈頓（出租車）距離、時(shí)間距離（緯度差）、大

地測(cè)量距離（大地線）（沿地球大圓經(jīng)過(guò)兩個(gè)城市中心的距離）。

（二）拓?fù)潢P(guān)系

1、定義2、種類3、拓?fù)潢P(guān)系的表達(dá)4、意義

1、定義：指圖形保持連續(xù)狀態(tài)下變形，但圖形關(guān)系不變的性質(zhì)。將橡皮任意

拉伸，壓縮，但不能扭轉(zhuǎn)或折疊。非拓?fù)鋵傩裕◣缀危┩負(fù)鋵傩裕](méi)發(fā)生變化

的屬性）

兩點(diǎn)間距離一點(diǎn)指向另一點(diǎn)的方向

弧段長(zhǎng)度、區(qū)域周長(zhǎng)、面積等

一個(gè)點(diǎn)在一條弧段的端點(diǎn)

一條弧是一簡(jiǎn)單弧段（自身不相交）

一個(gè)點(diǎn)在一個(gè)區(qū)域的邊界上

一個(gè)點(diǎn)在一個(gè)區(qū)域的內(nèi)部/外部

一個(gè)點(diǎn)在一個(gè)環(huán)的內(nèi)/外部

?個(gè)面是一個(gè)簡(jiǎn)單面

一個(gè)面的連通性面內(nèi)任兩點(diǎn)從一點(diǎn)

可在面的內(nèi)部走向另一點(diǎn)

2、種類

1）關(guān)聯(lián)性：（不同類要素之間）結(jié)點(diǎn)與弧段：如V9與L5,L6,L3

多邊形與弧段：P2與L3,L5,L2

2）鄰接性：（同類元素之間）

多邊形之間、結(jié)點(diǎn)之間。鄰接矩陣重疊：一鄰接：1不鄰接：0

3）連通性：與鄰接性相類似，指對(duì)弧段連接的判別，如用于網(wǎng)絡(luò)分析中確定路

徑、街道是否相通。

4）方向性

一條弧段的起點(diǎn)、終點(diǎn)確定了弧段的方向。用于表達(dá)現(xiàn)實(shí)中的有向弧段，如城市

道路單向，河流的流向等。5）包含性：指面狀實(shí)體包含了哪些線、點(diǎn)或面狀實(shí)

體。

6）區(qū)域定義：多邊形由一組封閉的線來(lái)定義。

7）層次關(guān)系：相同元素之間的等級(jí)關(guān)系，武漢市有各個(gè)區(qū)組成。

主要的拓?fù)潢P(guān)系：拓?fù)溧徑?、拓?fù)潢P(guān)聯(lián)、拓?fù)浒?/p>

3、拓?fù)潢P(guān)系的表達(dá)

拓?fù)潢P(guān)系具體可由4個(gè)關(guān)系表來(lái)表示：

（1）面一鏈關(guān)系：面構(gòu)成面的弧段

（2）鏈一結(jié)點(diǎn)關(guān)系：鏈鏈兩端的結(jié)點(diǎn)

（3）結(jié)點(diǎn)一鏈關(guān)系：結(jié)點(diǎn)通過(guò)該結(jié)點(diǎn)的鏈、

（4）鏈一面關(guān)

系：鏈左面右面

4、拓?fù)潢P(guān)系的意義：

對(duì)于數(shù)據(jù)處理和GIS空間分析具有重要的意義，因?yàn)椋?/p>

1）拓?fù)潢P(guān)系能清楚地反映實(shí)體之間的邏輯結(jié)構(gòu)關(guān)系，它比兒何關(guān)系具有更大的

穩(wěn)定性，不隨地圖投影而變化。

2）有助于空間要素的查詢，利用拓?fù)潢P(guān)系可以解決許多實(shí)際問(wèn)題。如某縣的鄰

接縣，一面面相鄰問(wèn)題。又如供水管網(wǎng)系統(tǒng)中某段水管破裂找關(guān)閉它的閥門，就

需要查詢?cè)摼€（管道）與哪些點(diǎn)（閥門）關(guān)聯(lián)。

3）根據(jù)拓?fù)潢P(guān)系可重建地理實(shí)體。

§2-3柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

一、圖形表示

柵格結(jié)構(gòu)用密集正方形（或三角形，多邊形）將地理區(qū)域劃分為網(wǎng)格陣列。位置

由行，列號(hào)定義，屬性為柵格單元的值。

點(diǎn)：由單個(gè)柵格表達(dá)。

線：由沿線走向有相同屬性取值的一組相鄰柵格表達(dá)。

面：由沿線走向有相同屬性取值的一片柵格表達(dá)。

柵格數(shù)據(jù)表示的是二維表面上的地理數(shù)據(jù)的離散化數(shù)值。在柵格數(shù)據(jù)中，地

表被分割為相互鄰接、規(guī)則排列的地塊，每個(gè)地塊與一?個(gè)象元相對(duì)應(yīng)。因此，柵

格數(shù)據(jù)的比例尺就是柵格（象元）的大小與地表相應(yīng)單元的大小之比，當(dāng)象元所表

示的面積較大時(shí)，對(duì)長(zhǎng)度、面積等的量測(cè)有較大影響。每個(gè)象元的屬性是地表相

應(yīng)區(qū)域內(nèi)地理數(shù)據(jù)的近似值，因而有可能產(chǎn)生屬性方面的偏差。

二、柵格數(shù)據(jù)組織

——針對(duì)一個(gè)柵格單元對(duì)應(yīng)多個(gè)屬性值的多層?xùn)鸥裎募?/p>

組織方法

方法a：以象元為記錄序列，不同層上同一象元位置上的各屬性值表示為一個(gè)列

數(shù)組。N層中只記錄一層的象元位置，節(jié)約大量存儲(chǔ)空間，柵格個(gè)數(shù)很多。

方法b：每層每個(gè)象元的位置、屬性一一記錄，結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，但浪費(fèi)存儲(chǔ)

方法c：以層為基礎(chǔ)，每層內(nèi)以多邊形為序記錄多邊形的屬性值和多邊形內(nèi)各象

元的坐標(biāo)。節(jié)約用于存儲(chǔ)屬性的空間。將同一屬性的制圖單元的n個(gè)象元的屬性

只記錄一次，便于地圖分析和制圖處理。

三、柵格結(jié)構(gòu)的建立

（-）建立途徑

1、手工獲取，專題圖上劃分均勻網(wǎng)格，逐個(gè)決定其網(wǎng)格代碼。

2、掃描儀掃描專題圖的圖像數(shù)據(jù)｛行、歹人顏色（灰度）｝,定義顏色與屬性對(duì)

應(yīng)表，用相應(yīng)屬性代替相應(yīng)顏色，得到（行、歹U、屬性）再進(jìn)行柵格編碼、存貯,

即得該專題圖的柵格數(shù)據(jù)。

3、由矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換而來(lái)。

4、遙感影像數(shù)據(jù)，對(duì)地面景象的輻射和反射能量的掃描抽樣，并按不同的光

譜段量化后，以數(shù)字形式記錄下來(lái)的象素值序列。

5、格網(wǎng)DEM數(shù)據(jù)，當(dāng)屬性值為地面高程，則為格網(wǎng)DEM,通過(guò)DEM內(nèi)插得到。

二）柵格系統(tǒng)的確定

1、柵格坐標(biāo)系的確定

表示具有空間分布特征的地理要素，不論采用什么編碼系統(tǒng)，什么數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（矢、

柵）都應(yīng)在統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)下，而坐標(biāo)系的確定實(shí)質(zhì)是坐標(biāo)系原點(diǎn)和坐標(biāo)軸的確

定。

由于柵格編碼一?般用于區(qū)域性GIS,原點(diǎn)的選擇常具有局部性質(zhì)，但為

了便于區(qū)域的拼接，柵格系統(tǒng)的起始坐標(biāo)應(yīng)與國(guó)家基本比例尺地形圖公里網(wǎng)的交

點(diǎn)相一致，并分別采用公里網(wǎng)的縱橫坐標(biāo)軸作為柵格系統(tǒng)的坐標(biāo)軸。

2、柵格單元的尺寸

1）原則：應(yīng)能有效地逼近空間對(duì)象的分布特征，又減少數(shù)據(jù)的冗余度。

格網(wǎng)太大，忽略較小圖斑，信息丟失。

一般講實(shí)體特征愈復(fù)雜，柵格尺寸越小，分辨率愈高，然而柵格數(shù)據(jù)量愈大（按

分辨率的平方指數(shù)增加）計(jì)算機(jī)成本就越高，處理速度越慢。

2）方法：用保證最小多邊形的精度標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定尺寸經(jīng)驗(yàn)公式：h為柵格單元邊

長(zhǎng)Ai為區(qū)域所有多邊形的面積。

（三）柵格代碼（屬性值）的確定

當(dāng)一個(gè)柵格單元內(nèi)有多個(gè)可選屬性值時(shí)，按一定方法來(lái)確定柵格屬性值。

1、中心點(diǎn)法：取位于柵格中心的屬性值為該柵格的屬性值。

2、面積占優(yōu)法：柵格單元屬性值為面積最大者，常用于分類較細(xì)，地理類別圖

斑較小時(shí)。

3、重要性法：定義屬性類型的重要級(jí)別，取重要的屬性值為柵格屬性值，常用

于有重要意義而面積較小的要素，特別是點(diǎn)、線地理要素。

4、長(zhǎng)度占優(yōu)法——每個(gè)柵格單元的值由該柵格中線段最長(zhǎng)的實(shí)體的屬性來(lái)確定。

四、柵格數(shù)據(jù)編碼方法

1、直接?xùn)鸥窬幋a：

將柵格數(shù)據(jù)看作一個(gè)數(shù)據(jù)矩陣，逐行記錄代碼數(shù)據(jù)。

1）每行都從左到右記錄；AAAAABBBAABBAABB

2）奇數(shù)行從左到右，偶數(shù)行從右到左；

特點(diǎn)：最直觀、最基本的網(wǎng)格存貯結(jié)構(gòu)，沒(méi)有進(jìn)行任何壓縮數(shù)據(jù)處理。

柵格數(shù)據(jù)量大，格網(wǎng)數(shù)多，由于地理數(shù)據(jù)往往有較強(qiáng)的相關(guān)性，即相鄰象元的值

往往是相同的。所以，出現(xiàn)了各種柵格數(shù)據(jù)壓縮方法。

數(shù)據(jù)壓縮是將數(shù)據(jù)表示成更緊湊的格式以減少存儲(chǔ)空間的一項(xiàng)技術(shù)。分為：

無(wú)損壓縮：在編碼過(guò)程中信息沒(méi)有丟失，經(jīng)過(guò)解碼可恢復(fù)原有的信息--信息保

持編碼。

有損壓縮：為最大限度壓縮數(shù)據(jù)，在編碼中損失一些認(rèn)為不太重要的信息，解碼

后，這部分信息無(wú)法恢復(fù)。一信息不保持編碼。

2、行程編碼（變長(zhǎng)編碼）：

將原圖表示的數(shù)據(jù)矩陣變?yōu)閿?shù)據(jù)對(duì)：

1）屬性碼，長(zhǎng)度，行號(hào)（可不要）長(zhǎng)度：連續(xù)相同碼值的柵格個(gè)數(shù)。

2）屬性碼，點(diǎn)位

特點(diǎn)：對(duì)于游程長(zhǎng)度編碼，區(qū)域越大，數(shù)據(jù)的相關(guān)性越強(qiáng)，則壓縮越大，適用

于類型區(qū)域面積較大的專題圖，而不適合于類型連續(xù)變化或類別區(qū)域分散的分類

圖（壓縮比與圖的復(fù)雜程度成反比）。

這種編碼在柵格加密時(shí)，數(shù)據(jù)量不會(huì)明顯增加，壓縮率高，并最大限度地保留

原始柵格結(jié)構(gòu)，編碼解碼運(yùn)算簡(jiǎn)單，且易于檢索，疊加，合并等操作，這種編碼

應(yīng)用廣泛。

3、塊碼一一游程編碼向二維擴(kuò)展

采用方形區(qū)域作為記錄單元，每個(gè)記錄單元包括相鄰的若干柵格。

數(shù)據(jù)對(duì)組成：（初始行、歹（J,半徑，屬性值）特點(diǎn)：

具有可變分辨率，即當(dāng)屬性變化小時(shí)圖塊大，對(duì)于大塊圖斑記錄單元大，分辨率

低，壓縮比高。小塊圖斑記錄單元小，分辨率高，壓縮比低所以，與行程編碼

類似，隨圖形復(fù)雜程度的提高而降低分辯率。

4、鏈?zhǔn)骄幋a、Freeman鏈碼、邊界鏈碼

將柵格數(shù)據(jù)（線狀地物面域邊界）表示為矢量鏈的記錄

1）首先定義一個(gè)3x3窗口，中間柵格的走向有8種可能，并將這8種可能0~7

進(jìn)行編碼。

2）記下地物屬性碼和起點(diǎn)行、列后，進(jìn)行追蹤，得到矢量鏈.

鏈?zhǔn)骄幋a表屬性碼起點(diǎn)行起點(diǎn)列鏈碼

a14556656b37576654323-

優(yōu)點(diǎn)：鏈碼可有效地存貯壓縮柵格數(shù)據(jù)，便于面積、長(zhǎng)度、轉(zhuǎn)折方向和邊界、線

段凹凸度的計(jì)算。

缺點(diǎn)：不易做邊界合并，插入操作、編輯較困難（對(duì)局部修改將改變整體結(jié)構(gòu)）。

區(qū)域空間分析困難，相鄰區(qū)域邊界被重復(fù)存儲(chǔ)。

5、四叉樹編碼

五、四叉樹編碼

（-）四叉樹概述：一-種可變分率的非均勻網(wǎng)格系統(tǒng)。是最有效的柵格數(shù)據(jù)壓

縮編碼方法之一

1、基本思想：將2nx2n象元組成的圖像（不足的用背景補(bǔ)上）按四個(gè)象限進(jìn)

行遞歸分割，

并判斷屬性是否單一，單一：不分。不單一：遞歸分割。最后得到一顆四分

叉的倒向樹。

2、四叉樹的樹形表示：

用一倒立樹表示這種分割和分割結(jié)果。

根：整個(gè)區(qū)域高：深度、分兒級(jí)，兒次分割葉：不能再分割的塊樹叉：還

需分割的塊每個(gè)樹叉均有4個(gè)分叉，叫四叉樹。

3、編碼方法

1）常規(guī)四叉樹

記錄這棵樹的葉結(jié)點(diǎn)外，中間結(jié)點(diǎn)，結(jié)點(diǎn)之間的聯(lián)系用指針聯(lián)系，每個(gè)結(jié)點(diǎn)需

要6個(gè)變量：父結(jié)點(diǎn)指針、四個(gè)子結(jié)點(diǎn)的指針和本結(jié)點(diǎn)的屬性值。指針不僅增

加了數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)量，還增加了操作的復(fù)雜性：如層次數(shù)（分割次數(shù)）由從父結(jié)點(diǎn)

移到根結(jié)點(diǎn)的次數(shù)來(lái)確定，結(jié)點(diǎn)所代表的圖像塊的位置需要從根節(jié)點(diǎn)開始逐步推

算下來(lái)。所以，常規(guī)四叉樹并不廣泛用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，其價(jià)值在于建立索引文件，

進(jìn)行數(shù)據(jù)檢索。

2）線性四叉樹

記錄葉結(jié)點(diǎn)的位置，深度（幾次分割）和屬性。地址碼（定位碼、Morton碼）四

進(jìn)制、十進(jìn)制

優(yōu)點(diǎn)：

?著貯量小，只對(duì)葉結(jié)點(diǎn)編碼，節(jié)省了大量中間結(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)，地址碼隱含著結(jié)點(diǎn)

的分割路徑和分割次數(shù)。

?線性四叉樹可直接尋址，通過(guò)其坐標(biāo)值直接計(jì)算其Morton碼，而不用建立四

叉樹。

?定位碼容易存儲(chǔ)和執(zhí)行實(shí)現(xiàn)集合相加等組合操作。

（―）四進(jìn)制的Morton碼

1、方法1：

四叉樹從上而下（形成）（從整體開始）由葉結(jié)點(diǎn)找Morton碼。

A、分割一次，增加一位數(shù)字，大分割在前，小分割在后。所以，碼的位數(shù)表

示分割的次數(shù)。

B、每一個(gè)位均是不大于3的四進(jìn)制數(shù)，表達(dá)位置。由Morton找出四叉樹葉

結(jié)點(diǎn)的具體位置。

2、方法2：四叉樹自下而上合并的方法

1）計(jì)算每個(gè)柵格對(duì)應(yīng)的MQMQ=2*Ib+JbI,J化為二進(jìn)制lb,Jb看最大的I,J,

不足在前補(bǔ)零。其始行列號(hào)從0計(jì)。

2）按碼的升序排成線性表，放在連續(xù)的內(nèi)存塊中。

3）依次檢查每四個(gè)相鄰的MQ對(duì)應(yīng)的屬性值，相同合并（不同碼位去掉），不同

則存盤,直到?jīng)]有能夠合并的子塊為止。

（三）十進(jìn)制的Morton碼--MD

四進(jìn)制Morton碼直觀上切合四叉樹分割，但許多語(yǔ)言不支持四進(jìn)制變量，需用

十進(jìn)制表示Morton碼.

1、一種按位操作的方法：

如行為2、列為3的柵格的MD

步驟：

（1）行、列號(hào)為二進(jìn)制Ib=10Jb=11

（2）1行J列交叉1101=13

（3）再化為十進(jìn)制.實(shí)質(zhì)上是按左上、右上、左下、右下的順序，從零開始對(duì)每

個(gè)柵格進(jìn)行自然編碼。

2、把一幅2nx2n的圖像壓縮成線性四叉樹的過(guò)程

1°、按Morton碼把圖象讀入一維數(shù)組。

2°、相鄰的四個(gè)象元比較，一致的合并，只記錄第一個(gè)象元的Morton碼。循環(huán)

比較所形成的大塊，相同的再合并，直到不能合并為止。

3°、進(jìn)一步用游程長(zhǎng)度編碼壓縮。壓縮時(shí)只記錄第一個(gè)象元的Morton碼。

右圖的壓縮處理過(guò)程為：（書上）（次題2005年考了，原題沒(méi)變）

1°、按Morton碼讀入一維數(shù)組。

Morton碼：0123456789101112131415

象元值：AAABABBBAAAABBBB

2°、四相鄰象元合并，只記錄第一個(gè)象元的Morton碼。

01234567812

AAABAABBAB

3°、由于不能進(jìn)一步合并，則用游程長(zhǎng)度編碼壓縮。

0346812

ABABAB

（四）四叉樹優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

1）對(duì)于團(tuán)塊圖像，四叉樹表示法占用空間比網(wǎng)絡(luò)法要少得多，四叉樹表示法基

本上是一種非冗余表示法。2）四叉樹具有可變率或多重分辯率的特點(diǎn)使得它有

很好的應(yīng)用前景，適用于處理凝聚性或呈塊狀分布的空間數(shù)據(jù)，特別適用于處理

分布不均勻的塊狀空間數(shù)據(jù)，但不適用于連續(xù)表面（如地形）或線狀地物。

此外，目前應(yīng)用四叉樹還存下列問(wèn)題：

1）矢/柵正反變換還不理想。

2）建立四叉樹耗費(fèi)機(jī)時(shí)很多。

3）四叉樹雖可修改，但很費(fèi)事（具體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中會(huì)提到）

4）四叉樹未能直接表示物體間的拓?fù)潢P(guān)系。

5）與非樹表示法比較，四叉樹表示法的缺點(diǎn)在于轉(zhuǎn)換的不穩(wěn)定性或叫滑動(dòng)變異

例如，兩個(gè)圖像的差異僅由于平移，就會(huì)構(gòu)成極為不同的四叉樹，因而很難根據(jù)

四叉樹來(lái)判斷這兩個(gè)圖像是否全同，故不利于做形狀分析和模式識(shí)別

6）一個(gè)物體的圖像在構(gòu)成四叉樹時(shí)會(huì)被分割到若干個(gè)象限中，使它失去了內(nèi)在

的相關(guān)性。

§2-2矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

二、矢量數(shù)據(jù)的獲取方式

1）由外業(yè)測(cè)量獲得

可利用測(cè)量?jī)x器自動(dòng)記錄測(cè)量成果（常稱為電子手?。?，然后轉(zhuǎn)到地理數(shù)據(jù)庫(kù)

中。

2）由柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換獲得利用柵格數(shù)據(jù)矢量化技術(shù)，把柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為矢量數(shù)據(jù)。

3）跟蹤數(shù)字化用跟蹤數(shù)字化的方法，把地圖變成離散的矢量數(shù)據(jù)。

三、矢量數(shù)據(jù)組織

矢量數(shù)據(jù)表示時(shí)應(yīng)考慮以下問(wèn)題：

?矢量數(shù)據(jù)自身的存貯和處理。

?與屬性數(shù)據(jù)的聯(lián)系。

-矢量數(shù)據(jù)之間的空間關(guān)系（拓?fù)潢P(guān)系）。

四、矢量數(shù)據(jù)編碼方式

（―）實(shí)體式（spaghetti）一面條模型：以實(shí)體為單位記錄其坐標(biāo)

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、直觀、易實(shí)現(xiàn)以實(shí)體為單位的運(yùn)算和顯示。

缺點(diǎn)：1、相鄰多邊形的公共邊界被數(shù)字化并存儲(chǔ)兩次，造成數(shù)據(jù)冗余和碎屑多

邊形一數(shù)據(jù)不一致，浪費(fèi)空間，導(dǎo)致雙重邊界不能精確匹配。

2、自成體系，缺少多邊形的鄰接信息，無(wú)拓?fù)潢P(guān)系，難以進(jìn)行鄰域處理，如消

除多邊形公共邊界，合并多邊形。

3、島作為一個(gè)單個(gè)圖形，沒(méi)有與外界多邊形聯(lián)系。不易檢查拓?fù)溴e(cuò)誤。

所以，這種結(jié)構(gòu)只用于簡(jiǎn)單的制圖系統(tǒng)中，顯示圖形。

（二）索引式（樹狀）

對(duì)所有點(diǎn)的坐標(biāo)按順序建坐標(biāo)文件，再建點(diǎn)與邊（線）、線與多邊形的索引文件。

與實(shí)體式相比：

優(yōu)點(diǎn)：用建索引的方法消除多邊形數(shù)據(jù)的冗余和不一致，鄰接信息、島信息可在

多邊形文件中通過(guò)是否公共弧段號(hào)的方式查詢。

缺點(diǎn)：表達(dá)拓?fù)潢P(guān)系較繁瑣，給相鄰運(yùn)算、消除無(wú)用邊、處理島信息、檢索拓?fù)?/p>

關(guān)系等帶來(lái)困難，以人工方式建立編碼表，工作量大，易出錯(cuò)。

三）雙重獨(dú)立式編碼

簡(jiǎn)稱DIME（DualIndependentMapEncoding）,是美國(guó)人口統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)采用的一種

編碼方式，是一種拓?fù)渚幋a結(jié)構(gòu)。

四）鏈狀雙重獨(dú)立式編碼一拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

1、弧段坐標(biāo)文件弧段號(hào)坐標(biāo)系列（串）

Ax2,y2,X10,ylO-

2、弧段文件：鏈一面，鏈一結(jié)點(diǎn)關(guān)系

弧段號(hào)左多邊形右多邊形起點(diǎn)終點(diǎn)

APlP225

3、面文件面號(hào)弧段號(hào)

PlA,B,-C

4、點(diǎn)拓?fù)湮募航Y(jié)點(diǎn)一鏈關(guān)系

點(diǎn)號(hào)弧段號(hào)

2A,B,D

在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，多邊形C面）的邊界被分割成一系列的線（弧、鏈、邊）和點(diǎn)（結(jié)

點(diǎn)）等拓?fù)湟?，點(diǎn)、線、面之間的拓?fù)潢P(guān)系在屬性表中定義，多邊形邊界不重

復(fù)。

鏈狀雙重獨(dú)立式編碼特點(diǎn)

拓?fù)潢P(guān)系明確，也能表達(dá)島信息，而且以弧段為記錄單位，滿足實(shí)際應(yīng)用需要。

因?yàn)橐话銛?shù)字化一條街道時(shí)，必然有許多中間點(diǎn)，但我們?cè)谧隹臻g分析是卻沒(méi)有

必要以這些中間點(diǎn)所組成的折線為研究對(duì)象，而應(yīng)以整條弧段（某條街道）為研

究對(duì)象.

被一些成熟的商品化軟件采用，如ARC/INFO軟件。

例：ARC文件：二進(jìn)制文件：弧段號(hào)點(diǎn)數(shù)坐標(biāo)串

在GIS數(shù)據(jù)輸入中，建拓?fù)涫侵附o圖形數(shù)據(jù)（點(diǎn)、線、面）增加拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如

ARC/INFO中，在ARCEDIT中輸入圖形后，需用BUILD建圖形拓?fù)?，具體生成許

多文件，如AAT,PAT等.

INFO：屬性表

如AAT（ArcAttributeTable）

弧段號(hào)USER_IDLPOLYRPOLYFROM_NODETO_NODE

其它屬性：（妄稱）用戶標(biāo)識(shí)碼，表明地物類的

當(dāng)圖形數(shù)據(jù)修改、刪除、增加點(diǎn)、線、面要素后，其拓?fù)潢P(guān)系也發(fā)生改變，所以,

需重新建拓?fù)洹?/p>

§2-4矢柵-一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

一、矢、柵優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)

缺點(diǎn)

矢量

1、便于面向現(xiàn)象（土壤類，土地利用單元等）

2、結(jié)構(gòu)緊湊，冗余度低，便于描述線或邊界。

3、利于網(wǎng)絡(luò)、檢索分析，提供有效的拓?fù)渚幋a，對(duì)需要拓?fù)湫畔⒌牟僮?/p>

更有效。

4、圖形顯示質(zhì)量好，精度高。

11、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各自定義，不便于數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，數(shù)據(jù)交換困難。

2、多邊形疊置分析困難，沒(méi)有柵格有效，表達(dá)空間變化性能力差。

3、不能像數(shù)字圖像那樣做增強(qiáng)處理4、軟硬件技術(shù)要求高，顯示與繪

圖成本較高。

柵格

1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易數(shù)據(jù)交換。

2、疊置分析和地理（能有效表達(dá)空可變性）現(xiàn)象模擬較易。

3、利于與感遙數(shù)據(jù)的匹配應(yīng)用和分析，便于圖像處理。

4、輸出快速，成本低廉。

1、現(xiàn)象識(shí)別效果不如矢量方法，難以表達(dá)拓?fù)洹?/p>

2、圖形數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不嚴(yán)密不緊湊，需用壓縮技術(shù)解決該問(wèn)題。

3、投影轉(zhuǎn)換困難。

44、圖形質(zhì)量轉(zhuǎn)低，圖形輸出不美觀，線條有鋸齒，需用增加?xùn)鸥駭?shù)量來(lái)克服,

但會(huì)增加數(shù)據(jù)文件。

矢量、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的選擇

在GIS建立過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)應(yīng)用目的和應(yīng)用特點(diǎn)、可能獲得的數(shù)據(jù)精度以及地理

信息系統(tǒng)軟件和硬件配置情況，選擇合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

柵格結(jié)構(gòu):大范圍小比例尺的自然資源、環(huán)境、農(nóng)林業(yè)等區(qū)域問(wèn)題的研究。

矢量結(jié)構(gòu)：城市分區(qū)或詳細(xì)規(guī)劃、土地管理、公用事業(yè)管理等方面的應(yīng)用。

將矢量面對(duì)目標(biāo)的若法和柵格元子充填的方法結(jié)合起來(lái)，具體采用填滿線狀目標(biāo)

路徑和充填面狀目標(biāo)空間的方法作為一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。

線狀地物：除記錄原始取樣點(diǎn)外，還記錄路徑所通過(guò)的柵格。

面狀地物：除記錄它的多邊形周邊以外，還包括中間的面域柵格。

一方面，它保留了矢量的全部性質(zhì)，以目標(biāo)為單元直接聚集所有的位置信息，并

能建立拓?fù)潢P(guān)系；

另一方面，它建立了柵格與地物的關(guān)系，即路徑上的任一點(diǎn)都直接與目標(biāo)建立了

聯(lián)系。

從原理上說(shuō)，這是一種以矢量的方式來(lái)組織柵格數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

三、三個(gè)約定和細(xì)分格網(wǎng)法

為便于組織數(shù)據(jù)，首先作如下約定：

a.地面上的點(diǎn)狀地物是地球表面上的點(diǎn)，它僅有空間位置，沒(méi)有形狀和面積，

在計(jì)算機(jī)內(nèi)部?jī)H有一個(gè)位置數(shù)據(jù)。

b.地面上的線狀地物是地球表面的空間曲線，它有形狀但沒(méi)有面積，它在平面

上的投影是一連續(xù)不間斷的直線或曲線，在計(jì)算機(jī)內(nèi)部需要用一組元子填滿整個(gè)

路徑。

c.地面上的面狀地物是地球表面的空間曲面，并具有形狀和面積，它在平面上

的投影是由邊界包圍的緊致空間和一組填滿路徑的元子表達(dá)的邊界組

成。

為提高柵格表示精度，采用細(xì)分格網(wǎng)法：

將一-對(duì)X,Y坐標(biāo)用兩個(gè)Morton碼代替：

前一Ml表示該點(diǎn)(采樣點(diǎn)或附加的交叉點(diǎn))所在基本格網(wǎng)的地址碼，后者M(jìn)2表

示該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的細(xì)分格網(wǎng)的Morton碼，既顧全整體定位，又保證精度。

四、一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

線性四叉樹(Morton)是基本數(shù)據(jù)格式，三個(gè)約定設(shè)計(jì)點(diǎn)、線、面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本

依據(jù)，細(xì)分格網(wǎng)法保證足夠精度。

1、點(diǎn)狀地物和結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

約定1,點(diǎn)僅有位置、沒(méi)有形狀和面積，只要將點(diǎn)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為地址碼Ml和M2,

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單靈活，便于點(diǎn)的插入和刪除，還能處理一個(gè)柵格內(nèi)包含多個(gè)點(diǎn)狀目標(biāo)的

情況。

2、線狀地物的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

約定(2),線狀地物有形狀但沒(méi)有面積，沒(méi)有面積意味著只要用一串?dāng)?shù)據(jù)表達(dá)

每個(gè)線狀地物的路徑即可，將該線狀地物經(jīng)過(guò)的所有柵格的地址全部記錄下來(lái)。

仿照矢量數(shù)據(jù)組織的鏈狀雙重獨(dú)立式編碼，以弧段為記錄單位。

弧段的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

3、面狀地物的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

3)面文件

這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是面向地物的，具有矢量的特點(diǎn)。通過(guò)面狀地物的標(biāo)識(shí)號(hào)可以找到

它的邊界弧段并順著指針提取所有的中間面塊。同時(shí)它又具有柵格的全部特性，

二維行程本身就是面向位置的結(jié)構(gòu)，帶指針的二維行程碼中的Morton碼表達(dá)了

位置的相互關(guān)系，前后M碼之差隱含了該子塊的大小。給出任意一點(diǎn)的位置都可

順著指針找到面狀地物的標(biāo)識(shí)號(hào)確定是哪一個(gè)地物。

4、復(fù)雜地物的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

由幾個(gè)或幾種點(diǎn)、線、面狀簡(jiǎn)單地物組成的地物稱為復(fù)雜地物。例如將一條公路

上的中心線、交通燈、立交橋等組合為一個(gè)復(fù)雜地物，用一個(gè)標(biāo)識(shí)號(hào)表示。復(fù)雜

地物的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如表7所示。

§2-5三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

一、概述

目前GIS主要還停留在處理地球表面的數(shù)據(jù)，若數(shù)據(jù)是地表以下或以上，則先將

它投影到地表，再進(jìn)行處理，其實(shí)質(zhì)是以二維的形式來(lái)模擬、處理任何數(shù)據(jù)，在

有些領(lǐng)域可行，但涉及到三維問(wèn)題的處理時(shí)，往往力不從心。

二維V=f(x,y),在不同的層V的含義不同，當(dāng)V表示的是高程時(shí)，就是

DEM。由于地形三維視圖的原因，人們常把DEM誤認(rèn)為是三維模型。但從本質(zhì)上

講，DEM是二維的，因?yàn)樗荒鼙硎镜乇淼男畔ⅲ荒軐?duì)地表內(nèi)部進(jìn)行有效的表

示。目前，人們常把DEM稱為2.5維的數(shù)據(jù)模型。

真三維模型V=f(x,y,z),z是一自變量，不受x,y的影響。三維GIS的要

求與二維GIS相似，但在數(shù)據(jù)采集，系統(tǒng)維護(hù)和界面設(shè)計(jì)等方面比二維GIS復(fù)雜

得多，如三維數(shù)據(jù)的組織與重

建，三維變換、查詢、運(yùn)算、分析、維護(hù)等方面。下面主要介紹三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

同樣，三維結(jié)構(gòu)存在柵格和矢量?jī)煞N形式。

柵格：將地理實(shí)體的三維空間分成細(xì)小單元--體元。普遍用八叉樹

矢量：x,y,z,抽象為點(diǎn)、線、面、體，面構(gòu)成體。方法多種，常用三維邊界表

示法。

二、八叉樹結(jié)構(gòu)

1、思想：

四叉樹在三維空間的推廣。

將要表示的形體V放在一個(gè)充分大的正方體C內(nèi)，C的邊長(zhǎng)為2n,不斷用兩

個(gè)與XOY、XOZ的平面均分C為8個(gè)子體，并判斷屬性單一性。

當(dāng)子體部分為V-—灰結(jié)點(diǎn)需再1分為8。

子體中無(wú)V—-白結(jié)點(diǎn)停止分割，葉結(jié)點(diǎn)。

子體全為V-黑結(jié)點(diǎn)

2、存貯結(jié)構(gòu)

1)規(guī)則八叉樹

與常規(guī)四叉樹類似，用10項(xiàng)字段來(lái)記錄每個(gè)結(jié)點(diǎn)（8個(gè)子結(jié)點(diǎn)指針，1

個(gè)父結(jié)點(diǎn)指針，1個(gè)結(jié)點(diǎn)屬性）。最普遍的形式，方式自然，易掌握。但指針占

總存儲(chǔ)量的94%,空間使用率低。

2）線性八叉樹一Motorn碼

用某一預(yù)先確定的次序?qū)瞬鏄滢D(zhuǎn)換成一個(gè)線性表，表中的每個(gè)元素與一個(gè)

結(jié)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。每個(gè)結(jié)點(diǎn)用固定的字節(jié)描述，其中某些位專門用來(lái)說(shuō)明它是否為葉

結(jié)點(diǎn)。

特點(diǎn)：節(jié)省存貯空間，便于某些運(yùn)算，但喪失一定的靈活性，不便于其它遍歷方

式對(duì)樹的結(jié)點(diǎn)進(jìn)行存取，應(yīng)用效果不佳。

3）一對(duì)八式的八叉樹

每個(gè)結(jié)點(diǎn)均1分為8,并標(biāo)記為0,1,2,3,4,5,6,7O隱含地假定了這些

子結(jié)點(diǎn)記錄存放的次序——便于檢索

浪費(fèi)存儲(chǔ)，除非完全八叉樹，即所有葉結(jié)點(diǎn)均在同一層次出現(xiàn)，上層均為非葉結(jié)

點(diǎn)。

三、三維邊界表示法

1、頂點(diǎn)表：用來(lái)表示多面體各頂點(diǎn)的坐標(biāo)

2、邊表：指出構(gòu)成多面體某邊的兩個(gè)頂點(diǎn)；

3、面表：給出圍成多面體某個(gè)面的各條邊。

可避免重復(fù)表示某些點(diǎn)、邊、面，節(jié)約存儲(chǔ)，便于圖形顯示，如公共邊不重復(fù)。

4、當(dāng)有若干個(gè)多面體時(shí)，還必須有一個(gè)對(duì)象表。

5、擴(kuò)充后的邊表

為表達(dá)拓?fù)溥€可將其它一些有關(guān)的內(nèi)容結(jié)合到所使用的表中，如將邊所屬的多邊

形信息結(jié)合進(jìn)邊表中以后的形式：

6、拓?fù)錂z查

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)后，必須檢查數(shù)據(jù)的一致性、完全性，即進(jìn)行拓?fù)錂z查。具體可檢查下

列幾項(xiàng):

/1X

\(/)頂點(diǎn)表中的每個(gè)頂點(diǎn)至少是兩條邊的端點(diǎn)；

/2\

\(7每條邊至少是一個(gè)多邊形的邊；

/3\

\(71每個(gè)多邊形是封閉的；

/4\

\(/)每個(gè)多邊形至少有一條邊是和另一個(gè)多邊形共用的；

/5\

\(z)若邊表中包含了指向它所屬多邊形的指針，那么指向該邊的指針必在相應(yīng)

的多邊形中出現(xiàn)。

7、應(yīng)用

三維邊界法一般用于表示規(guī)則形體，如建筑物，對(duì)于自然界中的復(fù)雜形體如巖石

的外表，理論上可找到一在誤差范圍內(nèi)逼近的適合平面多面體，但這種逼近受多

因素的制約。

對(duì)于不規(guī)則形體，可在形體的外表面s,可測(cè)一組點(diǎn)pl,p2…pn坐標(biāo)，再建

這些點(diǎn)的關(guān)系，即結(jié)構(gòu)圖，決定頂點(diǎn)連接的不同方式。同樣數(shù)據(jù)點(diǎn)，由于連接方

式不同，構(gòu)成的平面多面體也不同。其中最重要的一種方法就是每個(gè)面均是三角

形的平面多面體，類似TIN結(jié)構(gòu)。但即使這樣，同一組點(diǎn)仍可得到不同的平面多

面體。因此，需要研究擁有了哪些特征之后，才能更確切地逼近原來(lái)的三維形體?

這種逼近有兩種形式：

表面SO的逼近：以確定后的平面多面體的表面作為對(duì)原三維形體的表面so

的逼近，著眼于形體的邊界表示。

三維形體的逼近：給出一系列的四面體，這些四面體的集合就是對(duì)原三維形

體的逼近。著眼于形體的分解表示。

第三章空間數(shù)據(jù)庫(kù)

§3-1空間數(shù)據(jù)庫(kù)的概念

空間數(shù)據(jù)庫(kù)是空間數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱。

一、空間數(shù)據(jù)庫(kù)

1、定義：

是地理信息系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)物理存儲(chǔ)介質(zhì)上存儲(chǔ)和應(yīng)用的相關(guān)的地理空間數(shù)據(jù)

的總合。

書刊

數(shù)據(jù)

邏輯劃分詞句段目節(jié)章

數(shù)據(jù)項(xiàng)、記錄、文件和數(shù)據(jù)庫(kù)

物理劃分字行頁(yè)期卷

比特、字節(jié)、字、塊、桶和卷

2、空間數(shù)據(jù)特征：

1）空間特征：一般需要建立空間索引。

2）非結(jié)構(gòu)化特征：

結(jié)構(gòu)化的，即滿足第一范式:每條記錄定長(zhǎng)，且數(shù)據(jù)項(xiàng)是原子數(shù)據(jù).而空間數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)項(xiàng)變長(zhǎng)，對(duì)象包含一個(gè)或多個(gè)對(duì)象，需要嵌套記錄。

3）空間關(guān)系特征：拓?fù)鋽?shù)據(jù)給空間數(shù)據(jù)的一致性和完整性維護(hù)增加了復(fù)雜性。

4）分類編碼特征：

一種地物類型對(duì)應(yīng)一個(gè)屬性數(shù)據(jù)表文件。多種地物類型共用一個(gè)屬性數(shù)據(jù)表文

件。

5）海量數(shù)據(jù)特征。

3、空間數(shù)據(jù)庫(kù)的特點(diǎn)

1）數(shù)據(jù)量特別大；

2）數(shù)據(jù)種類多，復(fù)雜；

3）數(shù)據(jù)應(yīng)用面相當(dāng)廣。

在建立地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，一方面應(yīng)遵循和應(yīng)用通用的數(shù)據(jù)庫(kù)的原理和方法；另

一方面又必須采取一些特殊的技術(shù)和方法來(lái)解決其他數(shù)據(jù)庫(kù)所沒(méi)有的問(wèn)題。

二、空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)

是指能夠?qū)ξ锢斫橘|(zhì)上存儲(chǔ)的地理空間數(shù)據(jù)進(jìn)行語(yǔ)義和邏輯上的定義；

提供必須的空間數(shù)據(jù)查詢、檢索和存取功能；

能夠空間數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的維護(hù)和更新的一套軟件系統(tǒng)。

三、空間數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)

提供給用戶訪問(wèn)和操作空間數(shù)據(jù)庫(kù)的用戶界面，是應(yīng)用戶數(shù)據(jù)處理需求而建立的

具有數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)功能的應(yīng)用軟件。一般需要進(jìn)行二次開發(fā)。

§3-2空間數(shù)據(jù)模型

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：是指數(shù)據(jù)的組織形式，在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)、管理和處理的數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)。

數(shù)據(jù)模型：是描述實(shí)體及其相互關(guān)系的數(shù)學(xué)描述，是空間數(shù)據(jù)庫(kù)建立的邏輯

模型。

兩者之間的關(guān)系：混合的交叉關(guān)系，并不一一對(duì)應(yīng)，世界多樣性，確定數(shù)據(jù)

模型，確保實(shí)用性，（便于模型化、存儲(chǔ)、檢查和分析），它并不基于空間數(shù)據(jù)

結(jié)構(gòu)。

-、傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型

自學(xué)：用三種模型（層次、網(wǎng)絡(luò)、關(guān)系）組織圖：

二、傳統(tǒng)模型存儲(chǔ)空間數(shù)據(jù)的局限：

1、層次模型用于GIS地理數(shù)據(jù)庫(kù)的局限性

層次模型反映了實(shí)體之間的層次關(guān)系，簡(jiǎn)單、直觀，易于理解，并在一定程

度上支持?jǐn)?shù)據(jù)的重構(gòu)。

用于GIS地理數(shù)據(jù)庫(kù)存在的主要問(wèn)題是：

1）很難描述復(fù)雜的地理實(shí)體之間的聯(lián)系，描述多對(duì)多的關(guān)系時(shí)導(dǎo)致物理存儲(chǔ)上

的冗余；

2）對(duì)任何對(duì)象的查詢都必須從層次結(jié)構(gòu)的根結(jié)點(diǎn)開始，低層次對(duì)象的查詢效率

很低，很難進(jìn)行反向查詢；

3）數(shù)據(jù)獨(dú)立性較差，數(shù)據(jù)更新涉及許多指針，插入和刪除操作比較復(fù)雜，父結(jié)

點(diǎn)的刪除意味著其下層所有子結(jié)點(diǎn)均被刪除；

4）層次命令具有過(guò)程式性質(zhì)，要求用戶了解數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)，并在數(shù)據(jù)操縱命

令中顯式地給出數(shù)據(jù)的存取路徑；

5）基本不具備演繹功能和操作代數(shù)基礎(chǔ)。

2、網(wǎng)狀模型用于GIS地理數(shù)據(jù)庫(kù)的局限性

網(wǎng)狀模型反映地理世界中常見的多對(duì)多關(guān)系，支持?jǐn)?shù)據(jù)重構(gòu)，具有一定的數(shù)據(jù)獨(dú)

立和數(shù)據(jù)共享特性，且運(yùn)行效率較高。

用于GIS地理數(shù)據(jù)庫(kù)的主要問(wèn)題如下：

1）由于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，增加了用戶查詢的定位困難，要求用戶熟悉數(shù)據(jù)的

邏輯結(jié)構(gòu)，知道自己所處的位置；

2）網(wǎng)狀數(shù)據(jù)操作命令具有過(guò)程式性質(zhì)，存在與層次模型相同的問(wèn)題；

3）不直接支持對(duì)于層次結(jié)構(gòu)的表達(dá)；

4）基本不具備演繹功能和操作代數(shù)基礎(chǔ)。

3、關(guān)系模型用于GIS地理數(shù)據(jù)庫(kù)的局限性

在GIS分析中，常常需要綜合運(yùn)用實(shí)體之間的空間關(guān)系和屬性數(shù)據(jù)，要求GIS

數(shù)據(jù)庫(kù)能對(duì)實(shí)體的屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合管理。

4）空間數(shù)據(jù)通常是變長(zhǎng)的，而一般RDBMS只允許記錄的長(zhǎng)度設(shè)定為固定長(zhǎng)度，

此外，通

用DBMS難于存儲(chǔ)和維護(hù)空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系。

5）一般RDBMS都難以實(shí)現(xiàn)對(duì)空間數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)、連通、包含、疊加等基本操作。

6）一般DBMS不能支持GIS需要的一些復(fù)雜圖形功能。

7）一般RDBMS難以支持復(fù)雜的地理信息，因?yàn)閱蝹€(gè)地理實(shí)體的表達(dá)需要多個(gè)

文件、多條記錄，包括大地網(wǎng)、特征坐標(biāo)、拓?fù)潢P(guān)系、屬性數(shù)據(jù)和非空間專題屬

性等方面信息。

8）GIS管理的是具有高度內(nèi)部聯(lián)系的數(shù)據(jù)，為了保證地理數(shù)據(jù)庫(kù)的完整性，需

要復(fù)雜的安全維護(hù)系統(tǒng)，而這些完整性約束條件必須與空間數(shù)據(jù)一起存儲(chǔ)，由地

理數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)維護(hù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的完整性。否則，一條記錄的改變會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤、相互矛

盾的數(shù)據(jù)存在，而一般RDBMS難以實(shí)現(xiàn)這一功能。

三、面向?qū)ο竽Ｐ?/p>

-）基本概念

1、對(duì)象：

含有數(shù)據(jù)和操作方法的獨(dú)立模塊，可以認(rèn)為是數(shù)據(jù)和行為的統(tǒng)一體。如一個(gè)城市、

一棵樹均可作為地理對(duì)象。

?具有一個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)，以表明其存在的獨(dú)立性；

?具有一組描述特征的屬性，以表明其在某一時(shí)刻的狀態(tài)——靜態(tài)屬性一數(shù)據(jù)；

?具有一組表示行為的操作方法，用以改變對(duì)象的狀態(tài)。一作用、功能一函數(shù)、

方法。

對(duì)象的劃分：根據(jù)對(duì)象的共性，及對(duì)它的研究目的來(lái)劃分，與具體的目的、性質(zhì)

相聯(lián)系，不同的目的就會(huì)有不同劃分。

劃分原則：找共同點(diǎn)，所有具有共性的系統(tǒng)成份就可為一種對(duì)象。

2、類：

共享同一屬性和方法集的所有對(duì)象的集合構(gòu)成類。

如河流均具有共性，如名稱、長(zhǎng)度、流域面積等，以及相同的操作方法，如查詢、

計(jì)算長(zhǎng)度、求流域面積等，因而可抽象為河流類。

3、實(shí)例

被抽象的對(duì)象，類的一個(gè)具體對(duì)象，稱為，如長(zhǎng)江、黃河等。真正抽象的河

流不存在，只存在河流的例子。

類是抽象的對(duì)象，是實(shí)例的組合，類、實(shí)例是相對(duì)的，類和實(shí)例的關(guān)系為上下層

關(guān)系。類--申請(qǐng)實(shí)例--成為具體對(duì)象。

4、消息：

對(duì)象之間的請(qǐng)求和協(xié)作。（并不獨(dú)立存在）對(duì)象之間的關(guān)系，如鼠標(biāo)點(diǎn)，就

是消息，點(diǎn)某按紐，就是對(duì)按紐提出請(qǐng)求。

（-）面向?qū)ο蟮奶匦?/p>

1、抽象：是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的簡(jiǎn)明表示。形成對(duì)象的關(guān)鍵是抽象，對(duì)象是抽象思維

的結(jié)果。

2、封裝：一般講，包起來(lái)，將方法與數(shù)據(jù)放于一對(duì)象中，以使對(duì)數(shù)據(jù)的操作只

可通過(guò)該對(duì)象本身的方法來(lái)進(jìn)行。在這，指把對(duì)象的狀態(tài)及其操作集成化，使之

不受外界影響。

3、多態(tài)：

是指同一消息被不同對(duì)象接收時(shí)，可解釋為不同的含義。同一消息，對(duì)不同對(duì)象,

功能不同。

功能重載-〉多態(tài)，簡(jiǎn)化消息，但功能不減。

（三）四種核心技術(shù)

1、分類

分類是把一組具有相同屬性結(jié)構(gòu)和操作方法的對(duì)象歸納或映射為一個(gè)公共類的

過(guò)程。如城鎮(zhèn)建筑可分為行政區(qū)、商業(yè)區(qū)、住宅區(qū)、文化區(qū)等若干個(gè)類。

2、概括

將相同特征和操作的類再抽象為一個(gè)更高層次、更具一般性的超類的過(guò)程。子類

是超類的一個(gè)特例。

一個(gè)類可能是超類的子類，也可是幾個(gè)子類的超類。所以，概括可能有任意多層

次。概括技術(shù)避免了說(shuō)明和存儲(chǔ)上的大量冗余。這需要一種能自動(dòng)地從超類的屬

性和操作中獲取子類對(duì)象的屬性和操作的機(jī)制，即繼承機(jī)制。

聚集是把幾個(gè)不同性質(zhì)類的對(duì)象組合成一個(gè)更高級(jí)的復(fù)合對(duì)象的過(guò)程。

4、聯(lián)合

相似對(duì)象抽象組合為集合對(duì)象。其操作是成員對(duì)象的操作集合。

（四）面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型的核心工具

1、繼承：

一類對(duì)象可繼承另一類對(duì)象的特性和能力，子類繼承父類的共性，繼承不僅可以

把父類的特征傳給中間子類，還可以向下傳給中間子類的子類。它服務(wù)于概括。

繼承機(jī)制減少代碼冗余，減少相互間的接口和界面。

1）單重繼承、多重繼承；全部繼承、部分繼承；取代繼承、包含繼承

2）狀態(tài)繼承（數(shù)據(jù)）

子類繼承父類的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，子類還可定義自己新的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

子類任意使用父類的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，有可能破壞封裝，若只能通過(guò)發(fā)送消息來(lái)使

用父類的域，又可能失去有效性，具體辦法：

公有域：類可操作，實(shí)例也可操作。

私有域：只有類本身使用，用戶不得訪問(wèn)。

保護(hù)域：子類可使用，繼承使用，實(shí)例不能使用。

2、傳播

傳播與繼承是一對(duì)。復(fù)雜對(duì)象的某些屬性值不單獨(dú)存于數(shù)據(jù)庫(kù)中，而由子對(duì)象派

生或提取，將子（成員）對(duì)象的屬性信息強(qiáng)制地傳播給綜合復(fù)雜對(duì)象。成員對(duì)象

的屬性只存儲(chǔ)一次，保證數(shù)據(jù)一致性和減少冗余。如武漢市總?cè)丝?，由存?chǔ)在各

成員對(duì)象中的各區(qū)人口總和。

3、繼承與傳播（區(qū)別）

1）繼承服務(wù)于概括，傳播作用于聯(lián)合和聚集；

2）繼承是從上層到下層，應(yīng)用于類，而傳播是自下而上，直接作用于對(duì)象；

3）繼承包括屬性和操作，而傳播一般僅涉及屬性；

4）繼承是一種信息隱含機(jī)制，只要說(shuō)明子類與父類的關(guān)系，則父類的特征一般

能自動(dòng)傳給它的子類，而傳播是一種強(qiáng)制性工具，需要在復(fù)合對(duì)象中顯式定義它

的每個(gè)成員對(duì)象，并說(shuō)明它需要傳播哪些屬性值。

四、GIS空間數(shù)據(jù)庫(kù)類型

1、基于文件管理的方式

缺點(diǎn)：

1）程序依賴于數(shù)據(jù)文件的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)文件修改時(shí)，應(yīng)用程序也隨之改變。

2）以文件形式共享，當(dāng)多個(gè)程序共享一數(shù)據(jù)文件時(shí)，文件的修改，需得到所有

應(yīng)用的許可。不能達(dá)到真正的共享，即數(shù)據(jù)項(xiàng)、記錄項(xiàng)的共享。

2、文件與關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)混合管理系統(tǒng)一雙元模型

除。id作為連接關(guān)鍵字以外，兒乎是兩者獨(dú)立地組織、管理和檢索。

兒何圖形：圖形用戶界面與圖形文件處理是一體的，中間沒(méi)有裂縫。

屬性數(shù)據(jù)，則因系統(tǒng)和歷史發(fā)展而異。

1）圖形與屬性結(jié)合的各自分開處理模式-------早期系統(tǒng)：

圖形處理的用戶界面和屬性的用戶界面是分開的，它們只是通過(guò)一個(gè)內(nèi)部碼

連接。通常要同時(shí)啟動(dòng)兩個(gè)系統(tǒng)，甚至兩個(gè)系統(tǒng)來(lái)回切換，不方便。

2）圖形與屬性結(jié)合的混合處理模式

GIS通過(guò)DBMS提供的高級(jí)編程語(yǔ)言C或Fortran等接口，在C語(yǔ)言的環(huán)境下，

直接操縱屬性數(shù)據(jù)，查詢屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，并在GIS的用戶界面下，顯示查詢結(jié)果。

在ODBC（OpenDataBaseConnectivity,開放式數(shù)據(jù)庫(kù)互連）推出后，GIS軟件

商只需開發(fā)GIS與ODBC的接口軟件，就可將屬性數(shù)據(jù)與任何一個(gè)支持ODBC的

RDBMS連接。這樣用戶可在一個(gè)界面下處理圖形和屬性數(shù)據(jù)。

采用文件與RDBMS的混合管理模式中文件管理系統(tǒng)的功能較弱，特別是在數(shù)據(jù)的

安全性、一致性、完整性、并發(fā)控制以及數(shù)據(jù)損壞后的恢復(fù)方面缺少基本的功能。

因而GIS軟件商需要尋找能同時(shí)管理圖形和屬性數(shù)據(jù)的商用DBMS。

3、全關(guān)系型空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)一分層模型

GIS軟件商在標(biāo)準(zhǔn)DBMS頂層開發(fā)一個(gè)能容納、管理空間數(shù)據(jù)的系統(tǒng)功能。

用RDBMS管理圖形數(shù)據(jù)有兩種模式：

a、基于關(guān)系