GIS第二章

这是一篇关于GIS第二章的思维导图，基于栅格模型的数据结构简称为栅格数据结构，指将空间分割成有规则的 网格，在各个网格上给出相应的属性值来表示地理实体的一种数据组织形式。

第二章 地理信息系统的数据结构

• 第一节 地理空间及其表达
  • 一、地理空间的概念
    • 地理空间上至大气电离层，下至地幔莫霍面，是生命过程活跃的场所，也是宇宙过程对地球影响最大的区域。
    • 大地水准面：大地水准面是假设静止的平均海水面穿过大陆、岛屿形成包围整个地球的关闭和曲面
    • 旋转椭球体：可以用数学公式描述的几何表面、可以作为平面坐标的基准
    • 高程：指空间参考的高于或低于基准水平面
    • 高程水准面：即大地水准面、是一个延伸到全球的静止海水面
    • 地心坐标
      • 以地心坐标为圆心的坐标系
    • 大地三大坐标系
      • 1、北京坐标系
      • 2、1980年国家大地坐标系
      • 3、地心坐标系
  • 二、空间实体的表达
    • 地理空间 的特征实 体包括点 ( point ) 、线( line 汃 面( polygon ) 、曲面( su rface ) 和体( volume ) 等多种类型，
    • 1、矢量表示法 如果采用一个没有大小的点（坐标）来 表达基本点元素时 ，称为矢 量表示法
    • 2、如果采用一个有固定大小的点（面元）来表达基本点 元素时 ，称为栅格表示法
• 第二节 地理空间数据及其特征
  • 一、GIS的空间数据
    • 1、来源
      • ①地图数据
      • ②影像数据
      • ③地形数据
      • ④属性数据
      • ⑤元数据
    • 又可分为
      • ①类型数据
      • ②面域数据
      • ③网络数据
      • ④样本数据
      • ⑤曲面数据
      • ⑥文本数据
      • ⑦符号数据
  • 二、空间数据的基本特征
    • 1、空间特征
      • ①拓扑邻接
      • ②拓扑关联
      • ③拓扑关联
      • 拓扑关系的意义3
    • 2、属性特征
    • 3、时间特征
  • 三、空间计算机的表示
• 第三节 空间数据结构的类型
  • 一、矢量数据结构
    • 利用欧几里得( Euclid ) 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。
    • 1、简单数据结构
      • 面条形结构
        • 特点4
          • (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。
    • 2、拓扑数据结构
      • 拓扑数据结构包括 DIME ( 对偶独立地图编码法）、POLYVRT( 多边形转换 器）、TIGER( 地理编码和参照系统 的拓扑集成）等
      • 特点
        • ①点 是相互独立的，点连成线，线构成 面
        • ②每条线始千起始结点 ( FN) , 止千终止结点(TN), 并与左右多边形 ( LP 和 RP ) 相邻接
        • ③构成多边形的线又称为链段或弧段 ， 两条以上的弧段相交的点称为结点，由一条弧段组成的多边形称为岛，多边形图 中不含岛的多边形称为简单多边形，
        • ④含岛区的多边形称为复合 多边形，表示复连通区域
        • ⑤拓扑数据结构最重要的技术特征和贡献是具有拓扑编辑功能
      • 1、多边形连接编辑
      • 2、节点连接编辑
      • 3、曲面数据结构
        • 曲面是指连续分布现象的覆盖表面，具有这种覆盖表面的要素有地形、降水量、温度、磁场等，常用Grid和TIN
    • 3、栅格数据结构
      • 基于栅格模型的数据结构简称为栅格数据结构，指将空间分割成有规则的 网格，在各个网格上给出相应的属性值来表示地理实体的一种数据组织形式。
      • 1、栅格矩阵结构
        • 栅格矩阵结构是指一种全栅格阵列的空间数据组织形式
      • 2、游程编码结构
        • 游程指相邻同值网格的数量，游程编码结构是逐行将相邻同值的网格合并， 并记录合并后网格的值及合并网格的长度，其目的是压缩栅格数据量，消除数据间的冗余。R=1-Q/M*N 压缩比：S=n/K
      • 3、四叉树数据结构
        • 将空间区域按照四 个象限进行递归 分割( 2" x 2" , 且 n l) . 直到子象限的数值单调为止。凡数值（特徘码或类型值）呈单调的单元，不论单元大小，均作为最后的存储单元。有自上到下和自下向上两种方法
          • ①线性四叉树编码的储存方法
          • ②常规四叉树的储存方法
      • 4、八叉树的数据结构
        • 其原理就是将空间区域不断地分解为八个同样大小的子区域（即将一个六面的立方体再分解为八个相同大小的小立方体），分解的次数越多，子区域就越 小，一直到同一区域的属性单一为止。按从下而上合并的方式来说，就是将研究区空间先按一定的分辨率将三维空间划分为三维栅格网，然后按规定的顺序每次比较 8 个相邻的栅格单元，如果其属性值相同则合并 ，否则就记盘。依次递归运算，直到每个子区域均为单值为止
        • 常规八叉树和线性八叉树
    • 4、矢量和栅格数据一体化
      • 统一管理图形数据、属性数据、 影像数据和数 字高 程模型( DEM) 数据，称为四库合一
      • 即在数字化一个线状实 体时，除记录原始取样点外，还记录所通过的栅格。同样，每个面状地物除记 录它的多边形边界外，还记录中间包含的栅格。这样，既保持了矢量特性，又 具有栅格的性质，就能将矢量与栅格统一起来，这就是矢量与栅格一体化数据 结构的基本概念。
      • 为了建立矢量与栅格一体化数据结构，要对点、线、面目标数据结构的存储要求作如下的统一约定
        • 1、对点状目标，因为没有形 状和面积，在计算 机内 部只需要表示该点 的一个位置数据及与结点关联的弧段信息。
        • 2、对线状目标．它有形状 ，但没有面积，在计算机内部需 用一组元子来填满整个路径，并表示该弧段相关的拓扑信息。
        • 3、对面状目标，它既有 形状，又 有 面积，在计算机内部需表示由元子填满路径的一组边界和由边界组成的紧凑空间。
      • 2.矢量与栅格一体化数据结构设计
        • ①点状目标和结点的数据结构。根据基本约定，点状目标和结点只有位置，没有形状和面积，不必将点状地物作为一个覆盖层分解成四叉树，只要将点坐标化为两个地址码 M, 和 M2 , 而不管整个构形是否为四叉树
        • ②线状目标和弧段数据结构。根据基本约定，线状目标只要将其通过的栅格地址全部记录下来即可，由于一个线状地物可能由几个弧段组成，所以应 先建立弧段的数据文件
        • ③面状目标的数据结构。根据基本约定，面状目标应包含边界和边界所包围的整个区域
      • 3、矢量和栅格数据的比较
  • 二、栅栏数据结构
• 第四节 空间数据结构的建立
  • 空间数据结构的建立是指根据确定的数据结构类型，形成与该数据结构相 适应的 GIS 空间数据，为空间 数据库的建立提供 物质基础。
  • 一、系统功能与数据间的关系
    • 现代地理信息系统数据模式的一个重要特征是数据与功能之间具有密切的 联系确定这些类型的数据是由系统的功能所决定的
  • 二、空间数据的分类和编码
    • 1、空间数据的分类
      • 空间数据的分类，是指根据系统功能及国家规范和标准，将具有不同属性或特征的要素区别开来的过程，以便从逻辑上将空间数据组织为不同的信息层，为数据采集、存储、管理、查询和共享提供依据
    • 2、空间数据的编码
      • 空间数据的编码，是指将数据分类的结果，用一种易于被计算机和人识别的符号系统表示出来的过程。编码的结果是形成代码。代码由数字或字符组成， 或由它们共同组成的混合码。
      • 目的
        • ①是用来提供空间数据的地理分类和特征描述
        • ②同时为了便于地理要素的输入、存储、管理，
        • ③以及系统之间数据交换和共享的需要
  • 三、矢量数据的分类与编辑
    • 矢量数据的输入过程实际上是产生和矢量数据结构相适应的 GIS 空间数据的过程，即将 经分类和编码的地理要素的图形，转换为一系列 x , 飞坐标，然后将这些坐标记录按照确定的数据结构格式，加入到线段或标识点的计算机文件中 去。适合产牛这种窄间数据的图形数字化方法
    • 方法：手扶跟踪数字化仪输入、打描矢量化输入、解析测图仪数据输入及其他数据传输和转换输入等
    • 手扶跟踪数字化仪输入过程
    • 空间数据编辑的目的：空间数据编辑的目的是为了消除数字化过程中引入的错误，以及将数字化 数据重新组织以便得到便于进一步处理和使用的格式。数字化过程引入的错误 可能包括空间点位和线段的丢失或重复、线段过长或过短、区域中心识别码的遗漏，以及结点代码和区域属性码不能符合拓扑一致性的要求等等。重新组织数 字化数据的内容取决于输人文件和输出结果的性质，一般包括数字化文件的连 接，将图幅数据分割为更小的和更便千处理的各块，将空间数据按照要求或者按照属性进行重新组织，以及将数据组织为可以互换的格式等
  • 四、栅格数据的输入与编辑
    • 扫描输入
      • 通过工程扫描仪、将地图扫描成图像并储存、成为数字栅格网数据
    • 栅格数据的获取方法比较简单．以透明格网采集输入为例，具体步骤是．首 先准备一张聚脂薄膜透明格网，格网的尺寸（边长）依要求而定；然后，将此格网 叠置千原图 上，根据单 位格网交点归属法（图2 - 43 ) 、单位格网面积占优法（图2 - 44) 、单位格网长度占优法（图2 - 45 ) 等，可以 直接获取相应的 栅格数据。

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