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矢量表示法
栅格表示法
空间对象（实体）的地图表达
点：位置：（x，y） 属性：符号 线：位置： (x1,y1),(x2,y2),…,(xn,yn) 属性：符号—形状、颜色、尺寸 面：位置：(x1,y1),(x2,y2),…,(xi,yi),…,(xn,yn) 属性：符号变化 等值线
空间对象（实体）的遥感影像表达
中国土地利用分布图（不连续面）
空间对象：面（续）
不连续变化曲面，如土壤、 森林、草原、土地利用等， 属性变化发生在边界上，面 的内部是同质的。
连续变化曲面：如地形起 伏，整个曲面在空间上曲 率变化连续。
空间对象：体
有长、宽、高的目标 通常用来表示人工或自然的三维目标，如建筑、矿 体等三维目标
香港理工大学 校园建筑
多边形拓扑表 （面-链关系） 链 数 3 4 3 1 链
弧段数字化方向
-1,-2,3 2,-7,5,0,-6 -3,-5,4 6
网络的拓扑结构
A
1
B
2
G
6
D
4
E
5
F
C
3
7 11 10
8
结点号 线段号 A 1 B 2 C 3 D 1, 3, 4, 1, 1 E 4, 5, 7 F 2, 5, 6, 8 G 6 H 9 I 9, 10, 11, 12 K 12 L 13
测量基准—地球模型
水准面
铅垂线
地球表面
大地水准面
旋转椭球体
平面控制网
直接建立在球体上的地理坐标，用 经度和纬度表达地理对象位置
投 影
建立在平面上的直角坐标系统，用 （x，y）表达地理对象位置
54北京坐标系（原点在北京），80西安坐标系（原点在陕西泾阳）
地图投影
将地球椭球面上各点的大地坐标
，按照一定的数学法则，变换为平 面上相应点的平面直角坐标。
一般都认为元数据就是 “关于数据的数据”。 元数据的主要作用
① ②
③
④ ⑤
帮助数据生产单位有效地管理和维护空间数据，建立数据文档 提供有关数据生产单位数据存储、数据分类、数据内容、数据质量 、数据交换网络(clearing house)及数据销售等方面的信息，便于用 户查询检索地理空间数据 提供通过网络对数据进行查询检索的方法或途径，以及与数据交换 和传输有关的辅助信息 帮助用户了解数据，以便就数据是否能满足其需求作出正确的判断 提供有关信息，以便用户处理和转换有用的数据。
点、线、面之间的拓扑关系
点
线 面
中间点
弧 段2
起点
弧 段3
终点
弧 段1
点：孤立点、线的节点node、中间点Vertex 线：两节点之间的有序弧段 面：若干弧段组成的多边形
1 A b a 3 C 4 d
a: 结点号 1: 弧段号
c 2 B e D 6 5 7
链 1 2 3 4
A: 多边形号
拓扑包含： P3与P4
е1 P1 е5 P2 е2
N1
е6
N4
P3
N5
е3
N2
е4
N3
P4
е7
空间拓扑关系表达—关系表
A P0 e P3 f C b P2 d B D c E a P4 g P1
面域与弧段的拓扑关系 面域 弧段 P1 a, b, c, g P2 b, d, f P3 c, f, e P4 g 结点与弧段的拓扑关系 结点 弧段 A a, c, e B a, d, b C d, e, f D b, f, c E g 弧段与结点的拓扑关系 弧段 结点 a A,B b B,D c D,A d B,C e C,A f C,D g E,E
点 -点 点 -线
点 -面
线 -线 线 -面 √
√
√ √
√
√ √
√
√ √ √ √
面 -面
√
√
√
√
√
√
拓扑结构：维护数据的一致性
拓扑数据结构
线——节点的拓扑数据结构
线──节点式拓扑结构的四原则：
方向性（线必定从起结点开始到终结点结束） 连接性（线和线的连接处必定是节点） 围合性（面必定是由线围合而成） 相邻性（线必定有左多边形、右多边形）
J
13
H
9
I
12
K
L
线段号 起结点 终结点 1 A D 2 B F 3 C D 4 D E 5 E F 6 F G 7 E J 8 F J 9 H I 10 I J 11 D I 12 I K 13 J L
拓扑数据结构的优缺点
拓扑数据结构特点： 空间关系明确，不完全依赖于具体的坐标位置。多边形的公共 边界、网络的结点表达简单， 便于分析、查询，尤其是点、线、面之间的相邻关系的查询和 分析。 优缺点： 图形的修改方便，可由软件检查数据输入的错误，容易保证数 据质量 便于叠合分析、网络分析等 数据结构复杂，软件复杂 建立拓扑关系需花计算时间（当地图覆盖范围很大，数据量很 大时）
点、线、面之间的拓扑关系
点: 弧:
终点 起点 中间点
面:
弧段4
弧段3
弧段2
弧段1
邻接 点—点 点—线 点—面 线—线 线—面 面—面
相交
相离
包含
重合
拓扑邻接： N1/N2 ,N1/N3 ,N1/N4 ;P1/P3 ;P2/P3 拓扑关联： N1/е1、е3 、е6 ；P1/е1、е5 、е6
弧段与面域的拓扑关系 弧段 左邻面 右邻面 a P0 P1 b P2 P1 c P3 P1 d P0 P2 e P0 P3 f P3 P2 g P1 P4
四、空间数据的计算机表示
空间分幅
将整个地理空间划分为许多子空间，再选择要表达
的子空间。
属性分层
将要表达的空间数据抽象成不同类型属性的数据层
性。Leabharlann 32简单矢量数据表示法：面条数据结构(spaghetti结构)
直接将地图翻译描述，只记录 空间对象的位置坐标。不记录 相互之间的关系。 每条记录都有首末坐标，每条 记录都是单独的实体。 没有共享的公共边。矢量型多 边形公共边界需重复输入。 重复存储，存在数据冗余，难 以确保数据独立性和一致性。 结构简单，但无法表达边界和 多边形之间的关系。 不适合复杂的空间分析，在不 以分析为目的CAD系统中广泛 使用。
二、GIS的空间数据的分类
地图数据 地图是地理信息的主要载体，同时也是地理信息系统最重 要得信息源 遥感数据
各种遥感数据及其制成的图像资料（航片、卫片）
地形数据 属性数据 统计数据、实测数据及各种文字报告 元数据
元数据
“meta”是一希腊语词根，意思是“改变”，
“Metadata”一词的原意是关于数据变化的描述。
二、栅格数据结构
栅格数据结构是指将空间分割成为有规则的网格（栅格单元 ），在各个栅格单元上给出相应的属性值来表示地理实体的 一种数据组织方式。
矢量结构
栅格结构
线
面
对于栅格数据结构 点：为一个单元网格 线：一串有序的相互 连接的单元网格 面：聚集在一起的相 互连接的单元网格 三 角 形 菱 形 六 边 形
第二章 GIS的数据结构
第一节
地理空间及其表达
一、地理空间的概念(geo-spatial)
一般包括地理空间定位框架及其所连接的空间对象
定位框架即大地测量控制系统，由平面控制网和高程 控制网组成
一个统一的空间参照系
目前，我国采用的大地坐标系为 1980 年中国国家大地 坐标系，现在规定的高程起算基准面为 1985 国家高程 基准。
一、矢量数据结构
利用欧几里得几何学中的点、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。 矢量数据结构的核心是坐标点。
点: 只有位置没有大小。 线：一系列坐标点组成，曲线用短直线拟合。 多边形（面）：线首尾相接，围成的闭合多边形。
数据库
独立编码
点: ( x ,y ) 线: ( x1 , y1 ) , (x2 , y2 ) , … , ( xn , yn ) 面: ( x1 , y1 ) , (x2 , y2 ) , … , ( x1 , y1 )
第二节
地理空间数据及其特征
一、空间数据及其特征
－空间数据是表征地理空间系统诸要素的数量、质量、分布特征
、相互联系和变化规律的数字、文字、图形和图像等的总称。
空间特征 地理现象和过程所在的位置、形状和大小等几何特征，以及相邻地理 现象和过程的空间关系。前者为定位特征，后者为拓扑特征。 属性特征 地理现象和过程所具有的专属性质，如名称、分类、质量和数量等。 时间特征 一定区域内的地理现象和过程随着时间的变化情况。
三、空间数据的拓扑关系
什么叫拓扑？
Topology一词来自希腊文 ，它的原意是“形状的研 究”。拓扑学是几何学的 一个分支，它研究在拓扑 变换下能保持不变的几何 属性——拓扑属性。
空间数据的拓扑关系
同 拓扑邻接： 类 元素之间的拓扑关系。
拓扑关联： 不 同 类 元素之间的拓扑关系。 拓扑包含： 同类不同级 元素之间的拓扑关系。
标识码
属性码
存储方法 点: 点号文件 点位字典 线: 点号串 面: 点号串
点号 1 2 X 11 33 Y 22 44
…
n
…
55
…
66
空间对象编码 唯一 连接空间和属性数据
属性数据与空间数据关联
学校编号 301 405 301 405 279 279 125 125 ... 名称 城中小学 上群中学 中心小学 实验中学 ... 班级 24 14 22 28 ... 性质 普通小学 初中 重点小学 高中 ...
