1、地理信息系統(tǒng)基礎(chǔ),Geographical Information System,2,GIS的空間數(shù)據(jù),3,序,如何在計算機中描述真實的地理世界？ 地理信息系統(tǒng)的模型 用模型在計算機中表示地理實體、存儲地理實體數(shù)據(jù)、處理地理實體數(shù)據(jù)、最終分析地理實體。,4,教學(xué)內(nèi)容,1 空間實體的表達 2 地理空間數(shù)據(jù) 3 GIS數(shù)據(jù)模型 4 實體間關(guān)系,5,1空間實體的表達,1.地理實體：是對復(fù)雜的地理事物和現(xiàn)象進行簡化抽象得到的結(jié)果，簡稱空間實體， 簡稱實體(Entity)。(p2) 實體可以指個體，也可以指總體，個體的集合、抽象的程度與研究區(qū)域的大小、規(guī)模不同而有所不同。,6,2.空間實體表達過程,特征

2、 關(guān)系 行為,觀察,選擇 抽象 綜合,測量：位置 編碼：屬性 建立關(guān)系： 表達,7,3.空間實體的描述,對空間實體的描述： 編碼：(識別碼)區(qū)別不同的實體，包括分類碼和識別碼。分類碼表識空間對象的類別，而識別碼對每個空間對象進行表識，是唯一的。 位置：坐標形式給出空間對象的空間位置 類型：空間對象所屬的實體類型，或有那些實體組成 行為：空間對象所具備的行為和功能 屬性：空間對象所對應(yīng)的非幾何信息 說明：實體數(shù)據(jù)來源、精度等 關(guān)系：與其他實體之間的關(guān)系,8,4.空間實體類型,空間實體的空間特征一般按地形維數(shù)進行歸類劃分: 點：零維 線：一維 面：二維 體：三維 時間：通常以第四維表達，但目前GI

3、S還很難處理時間屬性。 空間實體的維數(shù)與比例尺是相關(guān)的,9,不同比例尺地圖中地理實體的表達,不同比例尺地圖中地理實體的表達： 在一張小比例尺的全國地圖中，武漢市被抽象為一個點狀實體，抽象程度很大； 在較大比例尺的武漢市地圖上，需要將武漢市的街道、房屋詳盡地表示出來，武漢市則被抽象為一個由簡單點、線、面實體組成的龐大復(fù)雜組合實體，其抽象程度較前者而言較小。,10,4.空間實體類型,按連續(xù)性分類 非連續(xù)型（離散）：如點、線、面狀物， 連續(xù)型：如高程、濃度、降水,11,5.時間的處理方法,12,6.地理實體基本特征,1）屬性特征： 非定位數(shù)據(jù)，表示現(xiàn)象或特征； 2）空間特征：地理位置和空間關(guān)系 定位

4、數(shù)據(jù)，表示現(xiàn)象的空間位置； 空間關(guān)系，拓撲關(guān)系 3）時間特征： 指現(xiàn)象或物體隨時間的變化。,13,2 地理空間數(shù)據(jù),1 描述地理實體的數(shù)據(jù)類型 2 元數(shù)據(jù) 3 空間數(shù)據(jù)計算機表示,14,1描述地理實體的數(shù)據(jù)類型,按是否表示空間位置分： 1.屬性數(shù)據(jù)：描述空間對象屬性特征的數(shù)據(jù)，又稱非幾何數(shù)據(jù)，如類型、名稱、性質(zhì)等，一般通過代碼給予表達 2.空間數(shù)據(jù) 幾何數(shù)據(jù)：描述空間對象空間特征的數(shù)據(jù)，也稱位置數(shù)據(jù)、定位數(shù)據(jù)，一般用經(jīng)緯度、坐標表達 拓撲數(shù)據(jù)：描述空間對象的空間關(guān)系的數(shù)據(jù)，如鄰接、包含、關(guān)聯(lián)等，一般通過拓撲關(guān)系表達。,15,空間數(shù)據(jù)依據(jù)數(shù)據(jù)來源的分類,依據(jù)數(shù)據(jù)來源的分為 A）地圖數(shù)據(jù) B）地形

5、數(shù)據(jù) ，DEM C）屬性數(shù)據(jù)， D）影象數(shù)據(jù) E）元數(shù)據(jù) ：關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù),16,根據(jù)空間對象不同數(shù)據(jù)分類,17,18,2 空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù),元數(shù)據(jù)（Metadata）是描述數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，如數(shù)據(jù)的內(nèi)容、質(zhì)量、狀況和其他有關(guān)特征的背景信息； 常見的元數(shù)據(jù)：圖書館卡片、磁盤的標簽、地圖的制圖元素（圖名、圖例、比例尺、制圖單位、制圖時間等）等； 元數(shù)據(jù)的內(nèi)容：對數(shù)據(jù)集的描述、數(shù)據(jù)質(zhì)量的描述、數(shù)據(jù)處理信息的說明、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法的描述、數(shù)據(jù)更新、集成等說明。,19,空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)內(nèi)容及示例,。 數(shù)據(jù)生產(chǎn)者 數(shù)據(jù)生產(chǎn)時間 數(shù)據(jù)質(zhì)量 數(shù)據(jù)組織 空間參照系 數(shù)據(jù)內(nèi)容以及其他屬性 。,20,元數(shù)據(jù)的主要作用,幫助數(shù)據(jù)

6、生產(chǎn)者管理和維護空間數(shù)據(jù)； 便于數(shù)據(jù)用戶查詢檢索地理空間數(shù)據(jù)； 幫助用戶了解數(shù)據(jù)，以便就數(shù)據(jù)是否能夠滿足其需求做出這功能的判斷； 提供有關(guān)信息，以便用戶或者GIS軟件進行數(shù)據(jù)的處理和轉(zhuǎn)換； 在空間數(shù)據(jù)及其應(yīng)用迅速發(fā)展的今天，元數(shù)據(jù)成為數(shù)據(jù)共享和有效使用的重要工具,21,元數(shù)據(jù)提高數(shù)據(jù)查找效率,22,3 GIS數(shù)據(jù)模型,1.空間實體抽象的三個層次 。 。,23,空間數(shù)據(jù)模型層次,2.空間數(shù)據(jù)模型層次 概念模型-邏輯模型-存儲模型 3. 概念模型：用不同的方法或從不同的角度對地理空間進行認知和抽象，產(chǎn)生不同的模型 。 。,24,概念模型,要素模型 也稱作對象模型，將研究的整個地理空間看成一個空域，

7、地理現(xiàn)象和空間實體作為獨立的對象分布在該空域中。按照其空間特征分為點、線、面、體四種基本對象。 場模型: 是把地理空間中的現(xiàn)象作為連續(xù)的變量或體來看待，如大氣污染程度、地表溫度、土壤濕度、地形高度以及大面積空氣和水域的流速和方向等。 規(guī)則分布的點、等值線 是兩種場模型。,25,邏輯模型,4.邏輯模型：根據(jù)概念模型確定的空間信息內(nèi)容，以計算機能理解和處理的形式具體地表達空間實體及其關(guān)系。 對象模型和場模型的其邏輯模型：矢量數(shù)據(jù)模型、柵格數(shù)據(jù)模型、矢量柵格一體化數(shù)據(jù)模型、鑲嵌數(shù)據(jù)模型、面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型等。 空間數(shù)據(jù)概念模型與邏輯模型不是一一對應(yīng)的，而是存在著一定的交叉關(guān)系。,26,存儲模型,5.存

8、儲模型:邏輯模型在計算機中的物理存儲方法。 如：隊列、堆棧、指針等。 6.空間數(shù)據(jù)模型：是地理實體的空間排列方式和相互關(guān)系的抽象描述。一般指邏輯模型。,27,3 GIS數(shù)據(jù)模型,GIS數(shù)據(jù)模型 是對現(xiàn)實世界地理實體的空間排列方式和相互關(guān)系的抽象描述在計算機中的表示形式。 GIS數(shù)據(jù)模型也稱為：空間數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：數(shù)據(jù)組織的形式，是計算機存儲、管理和處理的數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)。 模型的多樣性 對同一的問題，從不同角度、觀點、技術(shù)描述，產(chǎn)生多個模型,28,空間數(shù)據(jù)的組織,空間數(shù)據(jù)分塊:將整個地理空間劃分為許多子空間，再選擇要表達的子空間。,29,GIS概念模型,1.按 “主題,” 分層,真實世界

9、,空間數(shù)據(jù)分層,2. 按數(shù)據(jù)類型分層,30,空間數(shù)據(jù)分層,空間數(shù)據(jù)可按某種屬性特征形成一個數(shù)據(jù)層，稱為圖層（Coverage）。 空間數(shù)據(jù)分層方法： 1）專題分層， 每個圖層對應(yīng)一個專題，包含某一種或某一類數(shù)據(jù)。 2）時間序列分層，即把不同時間或不同時期的數(shù)據(jù)作為一個數(shù)據(jù)層。 3）地面垂直高度分層，把不同高度的數(shù)據(jù)作為一個數(shù)據(jù)層。,31,空間數(shù)據(jù)分層的目的,1）管理簡單 2）可加快查詢速度 3）增加了圖形顯示的靈活性 4）對不同數(shù)據(jù)層進行疊加，可進行各種目的的空間分析。,32,GIS數(shù)據(jù)模型類型,矢量拓撲數(shù)據(jù)模型(Vector Data Model) CAD模型 柵格數(shù)據(jù)模型(Raster D

10、ata Model) 網(wǎng)絡(luò)模型 不規(guī)則三角網(wǎng) 對象數(shù)據(jù)模型（Object Data Model) 遙感影像模型,33,數(shù)據(jù)模型基本類型,34,矢量數(shù)據(jù)模型,點：位置：（x，y） 屬性：符號,線：位置： (x1,y1),(x2,y2),(xn,yn) 屬性：符號形狀、顏色、尺寸,面：位置：(x1,y1),(x2,y2),(xi,yi),(xn,yn) 屬性：符號變化 等值線,35,柵格數(shù)據(jù)模型,遙感傳感器平臺,傳感器,36,GIS概念模型,按 “主題,” 分層,真實世界,2.2.3空間數(shù)據(jù)計算機表示,按 數(shù)據(jù)類型分層,37,4空間實體間關(guān)系,1.關(guān)系類型 2.識別與描述 3.拓撲關(guān)系 4.GIS

11、中引入拓撲關(guān)系的優(yōu)缺點 5.拓撲結(jié)構(gòu)采用原則,38,4空間實體間關(guān)系,1 關(guān)系類型 拓撲空間關(guān)系：描述空間對象的相鄰、包含等 順序空間關(guān)系：描述空間對象在空間上的排列次序，如前后、左右、東、西、南、北等。 度量空間關(guān)系：描述空間對象之間的距離等。 2 識別與描述 地圖、遙感影象上的空間關(guān)系是通過圖形識別的。 在GIS中的空間關(guān)系則必須顯式的進行定義和表達。 空間關(guān)系的描述多種多樣。不同的GIS可能采用不同的方法進行描述。,39,3.拓撲關(guān)系,(1)拓撲關(guān)系定義： 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)。,40,3.拓撲關(guān)系,(2)拓撲元素：點、線、面 (3)基本拓撲關(guān)系： 關(guān)聯(lián)：不同拓

12、撲元素之間的關(guān)系 鄰接：相同拓撲元素之間的關(guān)系 連通性：弧段連接 方向性： 區(qū)域定義：多邊形由一組封閉的線來定義 包含：面與其他元素之間的關(guān)系 層次：相同拓撲元素之間的層次關(guān)系,41,1)關(guān)聯(lián)性,關(guān)聯(lián)性： 不同類要素之間關(guān)系 結(jié)點與弧段 如V9與L5,L6,L3 多邊形與弧段 如P2與L3,L5,L2,42,2)鄰接性,鄰接性：同類元素之間關(guān)系 多邊形之間、結(jié)點之間。 鄰接矩陣 ： 重疊：- 鄰接：1 不鄰接：0,43,3)連通性,連通性：指對弧段連接的判別，如用于網(wǎng)絡(luò)分析中確定路徑、 街道是否相通。,44,4)包含性,線段A,多邊形B,點A,多邊形A,45,5）方向性 一條弧段的起點、終點確定了弧段的方向。用于表達現(xiàn)實中的有向弧段，如城市道路單向，河流的流向等。 6）區(qū)域定義 多邊形由一組封閉的線來定義。 7）層次關(guān)系 相同元素之間的等級關(guān)系，武漢市有各個區(qū)組成。 主要的拓撲關(guān)系：拓撲鄰接、拓撲關(guān)聯(lián)、拓撲包含。 主要在矢量數(shù)據(jù)模型中定義拓撲關(guān)系。,其他基本拓撲關(guān)系,46,4.GIS中引入拓撲關(guān)系的優(yōu)缺點,優(yōu)點 描述點、線、面的空間關(guān)系不完全依賴于具體的坐標位置。 空間關(guān)系信息豐富、簡潔，數(shù)據(jù)冗余小。 方便多邊形和多邊形的疊合。 便于檢查數(shù)據(jù)輸入過程中的錯誤。 缺點 拓撲關(guān)系建立過程比較復(fù)雜 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)本身復(fù)雜,