第五章GIS的資料表達與資料結構

2022-05-08 03:09:06 字數 4721 閱讀 9506

1、地理現象及其認識的抽象過程

無論現實世界如何複雜,人們在對其認識和抽象表達時,總是把它們分成幾種基本的幾何型別,並賦予它們不同的屬性和編碼。然後在根據一定的資料結構和資料庫模型對其進行表達、組織和儲存。

2、幾何型別與地理現象的對應關係:

呈點狀分布的地理現象——點狀幾何型別

呈線狀分布的地理現象——線狀幾何型別

呈面狀分布的地理現象——面狀幾何型別

呈體狀分布的地理現象——體狀幾何型別

3、地理實體和地理目標

地理資料庫是地理空間資料的集合,是一種與現實的地理世界保持一定相似性的實體模型。

地理實體——地理資料庫中的實體,是一種在現實世界中不能再劃分為同類現象的現象。例如城市可看成乙個地理實體,並可劃分成若干部分,但這些部分不叫城市,只能稱為區、街道之類。

地理目標——實體在地理資料庫中的表示。地理目標的表示方法隨比例尺、目的等情況的變化而變化,例如,對於城市這個地理實體,在小比例尺上可作為乙個點目標,而在大比例尺上將作為乙個面目標。地理目標在地圖上是以地圖符號的形式來表示的。

以相同的方式表示和儲存的一組類似的地理實體,可以作為地理實體的一種型別。地理資料庫設計的第一步就是選擇和定義所需要的實體型別。

地理實體通常分為點狀實體、線狀實體、面狀實體和體狀實體,複雜的地理實體由這些型別的實體構成。

1°、點狀實體

點狀實體是指只有特定的位置,而沒有長度的實體。如:

·實體點——用於代表乙個實體;

·註記點——用於定位註記;

·內點——用於負載相應多邊形的屬性;

·結點——表示線的終點和起點;

·節點——線或弧段的內部點。

2°、線狀實體

線狀實體是指有長度的實體,如線段、邊界、鏈、網路等,並且有如下特性:

·長度——從起點到終點的總長;

·曲率——用於表示線狀實體的彎曲程度,如道路拐彎處;

·方向——如水流的方向等。

3°、面狀實體

面狀實體也稱多邊形、區域等,是對湖泊、島嶼、地塊等一類現象的描述,通常有如下空間特徵:

·面積——面狀實體所占有的範圍的大小;

·周長——面狀實體所占有區域的周長;

·獨立或相鄰——是獨立存在,還是與其它面狀實體相鄰;

·島或洞——面狀實體中是否有島或洞;

·重疊——面狀實體之間是否有重疊。

4°、體狀實體

體狀實體用於描述三維空間中的現象與物體,它具有長度、寬度及高度等屬性,通常有如下空間特徵:

·體積·島或洞

·表面積

零維空間物件: 實體點、標號點、多邊形中心點、結點、角點等。

一維空間物件:線段、弦列(互相連線無分支的線段)、弧(曲線點軌跡)、拓撲連線(拓撲連線僅表明拓撲方向或順序)、鏈(有方向的線段或弧)、環(閉合鏈或弦列)。

二維空間物件:內面(不含邊界)、多邊形。

三維空間物件:體元、三維組合空間目標、體空間聚合空間物件:圖象、層、柵格、圖形

例:p74

2、地理實體的描述

通常需要從如下方面對地理實體進行描述:

編碼——用於區別不同的實體,有時同乙個實體在不同的時間具有不同的編碼,如上行和下行的火車。編碼通常包括分類碼和識別碼。分類碼標識實體所屬的類別,識別碼對每個實體進行標識,是唯一的,用於區別不同的實體。

位置——通常用座標值的形式(或其它方式)給出實體的空間位置。

型別——指明該地理實體屬於哪一種實體型別,或由哪些實體型別組成。

行為——指明該地理實體可以具有哪些行為和功能。

屬性——指明該地理實體所對應的非空間資訊,如道路的寬度、路面質量、車流量、交通規則等。

說明——用於說明實體資料的**、質量等相關的資訊。

關係——與其它實體的關係資訊。

3、地理實體時間維的描述

如果只是地理實體的屬性資料在變化,那麼,可以把不同時間的屬性資料均記錄下來,作為該地理實體的屬性資料。例如在處理統計區域的人口數時,區域的空間位置不變,只要把新的人口數及對應的時間加入到屬性資料表中即可。

當地理實體的空間位置隨時間變化時,如政區界線的變化、地塊的合併與重新劃分等,這時必須把地理實體的空間特徵的變化也記錄下來,如記錄實體的增加、刪除、改變、移動、合併等,同時對實體進行時間標記。

地理目標可按某種屬性特徵形成乙個資料層,通常稱為圖層。圖層是描述某一地理區域的某一(有時也可以是多個)屬性特徵的資料集。因此,某一區域的地理目標可以看成是若干圖層的集合。

原則上講圖層的數量是無限制的,但實際上要受gis資料結構、計算機儲存空間等的限制。通常按以下方法對地理目標進行分層:

每個圖層對應乙個專題,包含某一種或某一類資料。如地貌層、水系層、道路層、居民地層等。對於不同的研究目的,地理目標可以根據不同的專題分成不同的資料層。

即把不同時間或不同時期的資料分別構成各個資料層。

地理目標分層的目的主要是為了便於空間資料的管理、查詢、顯示、分析等。當地理目標分為若干資料層後,對所有地理目標的管理就簡化為對各資料層的管理,而乙個資料層的資料結構往往比較單一,資料量也相對較小,管理起來就相對簡單;而對分層的地理目標資料進行查詢時,不需要對所有資料進行查詢,只需要對某一層資料進行查詢即可,因而可加快查詢速度;分層後的資料由於任意選擇需要顯示的圖層,因而增加了圖形顯示的靈活性;對不同資料層進行疊加,可進行各種目的的空間分析。

因資料檔案儲存和屬性管理的需要,因點、線、面實體在資料結構上的差別,gis軟體一般都按點、線、面型別分別儲存檔案。如arcinfo的pat、aat、pat就分別是對應於點、線、面型別的資料檔案。

即便是同一型別或統一專題的資料,因屬性取值型別或屬性項的不同,也需將他們分在不同的圖層。

資料模型與資料結構的關係,資料模型是資料結構的邏輯描述,是定義資料結構的依據和基礎,資料結構是資料模型的物理實現。

空間資料結構——是指適合於計算機存貯、管理、處理的幾何資料的邏輯結構。換句話說,是指幾何資料以什麼形式在計算機中存貯和處理。

空間資料結構分為向量資料結構和柵格資料結構兩大型別。

在gis中,向量資料表示時應考慮以下內容:

·向量資料自身的存貯和處理(幾何資料和屬性資料)。

·與屬性資料的聯絡。

·向量資料之間的空間關係(拓撲關係)。

拓撲關係是一種對空間結構關係進行明確定義的數學方法。具有拓撲關係的向量資料結構就是拓撲資料結構,拓撲資料結構是gis的分析和應用功能所必需的。拓撲資料結構的表示方式沒有固定的格式,還沒有形成標準,但基本原理是相同的。

(1)、拓撲元素

向量資料可抽象為點(結點)、線(鏈、弧段、邊)、面(多邊形)三種要素,即稱為拓撲元素。

點(結點)——孤立點、線的端點、面的首尾點、鏈的連線點等。

線(鏈、弧段、邊)——兩結點間的有序弧段。

面(多邊形)——若干條鏈構成的閉合多邊形。

(2)、最基本的拓撲關係

最基本的拓撲關係是關聯和鄰接。

關聯——不同拓撲元素之間的關係。如結點與鏈,鏈與多邊形等。

鄰接——相同拓撲元素之間的關係。如結點與結點,鏈與鏈,面與面等。鄰接關係是借助於不同型別的拓撲元素描述的,如面通過鏈而鄰接。

在gis的分析和應用功能中,還可能用到其它拓撲關係,如:

包含關係——面與其它拓撲元素之間的關係。如果點、線、面在該面內,則稱為被該面包含。如某省包含的湖泊、河流等。

幾何關係——拓撲元素之間的距離關係。如拓撲元素之間距離不超過某一半徑的關係。

層次關係——相同拓撲元素之間的等級關係。如國家由省(自治區、直轄市)組成,省(自治區、直轄市)由縣組成等。

(3)、拓撲關係的表示

拓撲資料結構的關鍵是拓撲關係的表示,而幾何資料的表示可參照向量資料的簡單資料結構。在目前的gis中,主要表示基本的拓撲關係,而且表示方法不盡相同。

2、gis的**

gis中的**可以分為兩種,一種是分類碼,另一種是標識碼。

分類碼——是根據地理資訊分類體系設計出的各專業資訊的分類**,用以標識不同類別的資料,根據它可以從資料中查詢出所需類別的全部資料。通常把與實體有關的基本屬性(如等級、型別、大小等)作為屬性碼分類的根據。屬性碼可以有乙個和多個。

標識碼(亦稱識別碼)——是在分類碼的基礎上,對每類資料設計出其全部或主要實體的識別**,用以對某一類資料中的某個實體,如乙個居民地、一條河流、一條道路等進行個體查詢檢索,從而彌補分類碼不能進行個體分離的缺陷。標識碼是聯絡實體的幾何資訊和屬性資訊的關鍵字。

標識碼按一定的原則編碼,簡單情況下可順序編號。標識碼具有唯一性,是聯絡向量資料和與其對應的屬性資料的關鍵字。屬性資料單獨存放在資料庫中。 在點的向量資料結構中也可包含屬性碼。

3、 向量資料結構定義

向量資料結構——通過座標值來精確地表示點、線、麵等地理實體的方法。

點——由一對x,y座標表示。

線——由一串有序的x,y座標對表示。

面——由一串有序的、且首尾座標相同的x,y座標對表示。

向量資料結構可以表示現實世界中各種複雜的實體,當問題可描述成線和邊界時,特別有效。向量資料冗餘度低,結構緊湊,並具有空間實體的拓撲資訊,便於深層次分析。向量資料的輸出***、精度高。

點結構:

線結構:

面結構:

.向量資料模型主要有無拓撲關係向量資料模型和具有拓撲關係的向量資料模型。

只記錄空間座標的位置和屬性資訊,不記錄它的拓撲關係。有兩種表達方式:

a每個實體的座標都獨立儲存,毫不顧及相鄰多邊形、線、點等要素。又稱為多邊形環路法。

b 建立公共邊點位字典,消除獨立編碼的侷限性,實體要素由點序組成。

例:按多邊形環路法儲存上述圖形:

對於點狀目標:

對於線狀目標:

對於面狀目標:

按點位字典法儲存:

對於點狀目標與環路法相同。

對於多邊形或線狀目標,則有兩個檔案儲存。

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