《地理信息系统基础与应用》第二章第一节

第二章  GIS的数据结构
    一、GIs中的空间信息及其特征
    地理区域系统是由人文和自然要素织成的复杂的动态区域系统。它包括资源、环境、社
会和经济信息四个子系统，这四个子系统在内容上、表达方式上、时空尺度L：都有着各自
不同的特点。随着地理信息系统的发展和日益被广泛应用，加上区域持续发展的要求，对
资源、环境、社会和经济综合信息及其数理应用模型的研究发展迅速，因为地理信息系统
存储、处理的信息是综合信息、具有空间分析、决策的能力。
    由于具体研究区域的大小、规模术同，因而对地理空间对象的空间分辨率的要求也不
同，也即是变化的，个确定的。例如，在一张小比例尺纳全国地图中，一个城市一般用一
个点或点状符号来表示，而在一张大比例尺的城市地图中、则要详细反映街区和建筑物。于
是，在地理信息系统中以“空间实体”作为描述、反映空间对象的单体。所谓“实体”
(entity)是指自然界、自然现象和社会经济事件中不能再分割的单元。例如，在小比例尺地
图中北京市是一个实体；在大比例尺图中一座房子可以是一个实体，如果它不能(或不必
要)再被纲分成多库房子的话。但在必要时，一座房子又可分为许多房间。因此．“实体”
是一个概括性的、复杂的、良有相对意义的概念或术语。
    我们所生活的地球“空间”包含有许许多多复杂的实体。如果它们是可以定义的、可
以定界的、可以加以说明的话，那么对于某一持定实体现象就可以有如表2—1所示的五种
特征：标识符(identi协r)，如名称、编码；空间位置；属性特征，作用、性能或功能；空
间性质。
    可见，实体的特性可分为空间持性，也称几何持性和非空间特性两类。非空间特征也
称为同性，其特征数依实体的不同而多少不等，但一般可大致归结为名称和属性特征两类。
    实体的空间特征可以从以F三个方面来考察：空间维数；空间持征类型；实体之间的
空间关系和结合。实体的空间特征可以有四种不同类型的表示，即点、线、面和体。它们
的整数维数分别是o维、l维、2维和3维。
    1)点或节点(node)  是对点状的地形、地物要素的几何描述。有时对点实体的描述
可附有高程(Z)，甚至还需要一个方向。

    2)线或折线  是对线状空间实体的部分或全部进行的几何描述，它由两个或两个以上
的一系列按顺序相连结的坐标对组成。就其形式有曲线和拆线两种。折线点可以附有高程，
线也可以有方向，如河流的流水方向。
    3)面或多边形  是由一条线或一系列线界定的几何表示，是对面状空间实体的几何描
述。面可能是简单的，也可能是复杂的，可以是由外轮廓线和内轮廓线组成的，也可以是
由两个或两个以上的面相邻或叠加而成的，例如，中间有岛的湖泊等。
    4)体  是对空间三维实体或多面体的几何表示。其形状有简单的、复杂的和带空洞的
实体。实体空N2t地质、采矿、海洋、建筑、土工、气象等领域的研究是很重要的几何表
示方式。
    对于点、线和面实体几何表示的规定值，由于自然界和人类社会存在着各式各样的确
定性和不确定性或模糊性，因而，对点来说有“确定的”和“位置近似的”这两种情况。对
于线和面来说有“确定的”、“不确定的”、“位置近似的”和“虚拟的”或者“导出的”等
情况。例如，国境线有确定性的和不确定性的，湖泊的岸线因季节不同而异，矿体的边界、
储量等。
    空间实体在许多情况F是由点、线、面和体中的两种或两种以上的实体构成的混合
实体。
    分形几何(严ractaI 8e。metry)能够比欧氏几何更充分更准确他表示现实世界的实体或
现象。分形几何在科学研究和生产实践中有着重要意义和作用。分数维数(万ra破aldimen—
siona比y)是分形几何的一个重要的定量指标和概念。曲线的维数随着其弯曲程度的不同可
以是大于1、小于2的分数，曲面的维数随着其起伏、变化程度的不同可以是大于2、小于
3的分数。
    要完整地描述空间实体，一般需要同时有空间(几何)特征数据和属性数据。在信息
系统或者任何数据集中，特别是地理信息系统数据库的数据集中，对实体的描述除上述空
间和非空间特性之外，还往往附带有一些用来定义或判别其准则或过程的资料，这些资料
被称为数据(目录)文件，或数据元文件(Metninformation，或Metadata)。它们是关于数
据的数据，可以包括：对实体空间和属性的定义，对同性或编码的解释，对基于遥感图像
信息的假彩色编码的解释，对空间实体定界规则的描述，有关数据源、数据质量及其产生
日期的说明，对漏失值或度量不适宜的解释，对数据存取方式、组织形式的说明等。
    元文件数据主要有三种用途：一是作为数据的目录，提供数据集内容的摘要，类似于
图书馆中的一种图书卡片；二是有助于数据共享，提供数据集或数据库转换和使用所需要
的数据内容、形式、质量方面的信息；于是内部文件记录，用以记录数据集或数据库的内
容、组织形式、维护和更新等情况。
    目前国际上还没有元数据的标准。据悉美国联邦地理数据委员会(FGDc)以及国家标
准和技术研究所(N15T)正着手元数据标难的制定，以作为它的空间数据转换标76
(sDTs)的补充。加拿大遥感中心(ccR5)也在着手这方面的工作。
    基于上述论述和分析不难理解，在GIs中的实体数据具有以F特点：
    (1)以统一的坐标系统(全球的、全国的或局部的)进行空间定位。
    (2)空间数据与非空间数据是相互结合的整体。空间几何关系、空间特性不准确、不
可靠不行，要有一定的分辨率，但没有非空间属性数据，或者不可靠、不准确，也会影响

实际应用，甚至引出谬误。
    (3)图形数据与图像数据，或者说矢量数据方式与栅格数据方式是并存或叠合的。
    (4)实体数据问存在着复杂的关系。
    (5)实体数据具有时效性，即周期性相时间性，因此GIs的4维时空数据结构和数据
模型是实体数据的重要内容。过时的信息不具备现势的意义，但不一定就没有用，可以作
为历史过程保存。
    二b GIs中的数据类型
    地理信息中的数据来源和数据类型很多．概括起来主要有以厂四种数据类型：
    1)几何图形数据  来源于各种类型的地图和实测几何数据。几何图形数据不仅反映空
间实体的地理位置，还要反映实体间的空间关系。
    2)影象数据  主要来源干卫星遥感和航空运感等。
    3)属性数据  来源于实测数据，文字报告，或地图中的各类符号说明
据中通过解释得到的信息等。
    d)地形数据  来源于地形等高线图的数字化，
(DTM)，或其他形式表示的地形表面(如TIN)等
    在具有智能化的GIs中还应有规则和知识数据。
    空间数据的持征可以概括为空间特征、属性特征和时间特征。空间持征表示地理实体
或现象的空间位置和相互关系；属性特征表示其名称、分类、数量等；时间特征指实体或
现象随时间的变化。实体空间位置及属性常随时间相互独立的变化。因此，GIs是一个动态
的复杂的空间数据管理系统。
    三、空间数据的数据结构
    数据结构(Data structure)即数据组织的形式，是适合于汁算机存贮、管理和处理的数
据逻辑结构。对空间数据则是地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描述。数据如果
不按—’定的规律贮存在计算机中，不仅用户无法理解，计算机也不能正确处理，将成为一堆
无用的垃圾。目前尚无一种统一的数据结构能同时存贮上述四种类型的数据，而是将它们分
别以矢量数据结构，栅格数据结构、二维关系表、及其他类型的数据结构方式存贮。有些GIs
软件包含矢量和栅格两种数据；并能实现它们之间的转换。目前正在研制矢量栅格一体化的
数据结构。有的GIs是将空间几何数据和属性数据分别管理的，也有采用统一的数据管理
模型。本章主要介绍空间几何数据的数据结构，有关数据模型问题将在下一章讨论。
    所谓空间数据编码是空间数据实现中，将空间实体按一定的数据结构转换为适合于计
算机存贮相处理的数据过程。
    四、空间数据的抽象表示
    地理数据可抽象为点、线、面三类元素，以便表示它们的位置、大小、形状、高低等。
    叁(Point)，又称边远鳖E16ment)或堡至i(Pixel)。它坠二型缝乙(2，y)堑逐
蝗，并至少有一个垦娃i上鱼生上王壁至垒L2这里所指的点是抽象的点．它可以具体指某
一个独立点，例如某个油井或某个钻孔；在小比例尺图或影像中可以表示某个村落，某一
城市。对于线的起点，终点或交点，则称为结点(Node)，它同样以一对坐标表示。
    线(une)，是具有相坠昼监成绝迹些，用一个坐标序列表示。道路、河流、地形线、区
域边界等均属于线状地物。线上各点具有相同的公共属性并至少存在一个属性。线有时也称为弧段(Arc)，特别是指两个结点之间的线段。
    面(Are。)．是线包围的团域，或称为多边形(N1y80n)，也是具有相同属性点的轨迹．
并以一坐标系列表尔。
    点、线、面都是一个空间实体，实体是基本的地理信息单元。空间的点、线、面可以
按一定的地理意义组成区域(配esion)，有时称为一个覆盖(()verlay)，或数据平面(D叭a
P1ane)。各种专题图在GIs中部可以表示为”一个数据平面。
    五、空间数据的拓扑关系
    在G1s中，为了真实地反映地理实体，不仅要包括实体的位置、形状、大小扣属性、还
必须反映实体之间的相互关系。这些关系就是指它们之间的邻接关系，关联关系和包含
关系。
    地图上的拓扑关系是指图形保持连续状态下变形，但图形关系不变的性质。地图上各
种图形的形状、大小会随图形的变形而改变，但是上述三种关系则不会改变。俗称拓扑关
系是给在橡皮k的图形关系，或者说拓扑空间中不考虑距离函数。
    如图2—1所示：付*从……为结点，人，L2……为
线段(弧段)；PE，尸：……为面(多边形)。
    邻接关系；空间图形中同类元素之间的拓扑关系。例
如多边形之间的邻接关系，Pl与P2，Pl与P3；又如结
，支之间的邻接关系N1与川2，N1与N4等。
    关联义系：空间图形中不同元素之间的拓扑关系。例
如结点与弧段的关联关系NI与Ll、入、J。从与L1、
／*14；多边形与弧段的关联关系Pl与Ll、入s、L3，P2
勺A2、人、A6、几与L7等。
    包含关系：空间图形中同类但不同级元素之间的拓
扑关系。例如多边形J’，巾包含P4。
    如果要将结点、弧段、面块相互之间所有的拓扑关
系表达出来，可以组成四个关系友．即表2—2，表2—3，农2—“4和表2—5。
    上述关系也可以只用其中的部分表来表示，而其余关系则隐含其中，需要时再建立临
时关系表。例如表2  4对1’网络分析非常重要，而对31主要以面状目标的管理系统来说则
可以省赂。
    表2—2中，弧段前的负号表示面域书含有岛。袁2—’3中每—弧段的左、右结点分别

….. 空间数据的拓扑关系，对数据处理和空间分析具有重要的意义．因为：
    (1)    ，它比几何关系有更大约茵定性．不随地图投影而变化。
    (2)利甲堑题乡乡疆越生王塞巴妥适立蟹塑全例如某条铁路通过即些地区，菜县与哪些县邻接。又勿分析某河流能为哪些地区的居民提供水源*菜湖泊田园的土地类型及对生物栖息环城作出评价等。
    (3)可以绍名塞过墨乞叁星空些理』基各例如根据孤段陶建多边形，实现道路的选取，进行最佐路径的选择等。

好东西
我放论文区了

既然有人响应，那我就继续传了，我还以为大家都很熟悉了呢，

有图图就更好了

 多好的东西啊  谢谢了饿

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