第二章 GIS空间数据结构1

二章空间数据结构及编码在当今数字化的时代，空间数据的处理和管理变得越来越重要。

空间数据结构及编码作为地理信息系统（GIS）、计算机图形学等领域的基础，对于有效地存储、组织和检索空间数据起着关键作用。

首先，让我们来理解一下什么是空间数据。

简单来说，空间数据就是具有空间位置和几何特征的数据，比如地图上的点、线、面等要素。

这些数据不仅包含了位置信息，还可能包括属性信息，如土地利用类型、建筑物高度等。

空间数据结构则是指空间数据在计算机中的组织方式。

常见的空间数据结构有矢量数据结构和栅格数据结构。

矢量数据结构是通过记录坐标的方式来表示点、线、面等几何对象。

例如，一个点可以用一对坐标（x, y）来表示，一条线可以由一系列有序的坐标对来定义，而一个面则是由一个封闭的线来界定。

矢量数据结构的优点在于数据精度高、存储空间小、便于进行几何变换和拓扑分析。

但它在处理复杂的空间关系和大规模数据时，计算量可能较大。

相比之下，栅格数据结构将空间区域划分为规则的网格单元，每个单元对应一个数值。

这种结构适合表示连续变化的数据，如地形高程、温度分布等。

栅格数据结构的处理相对简单，但数据冗余度较高，精度可能会受到网格大小的限制。

在实际应用中，选择合适的空间数据结构取决于具体的需求和数据特点。

如果需要精确表示地理要素的形状和边界，矢量数据结构可能更合适；而对于大面积的、连续变化的数据，栅格数据结构可能更为有效。

接下来，我们谈谈空间数据编码。

空间数据编码的目的是为了提高数据存储和传输的效率，便于数据的管理和处理。

常见的空间数据编码方法有很多。

比如，对于矢量数据，常见的编码方式有坐标序列编码、多边形编码等。

坐标序列编码直接记录点的坐标，简单直观，但存储空间较大。

多边形编码则通过一些规则来减少数据存储量，提高处理效率。

对于栅格数据，常见的编码方式有直接编码、行程编码、四叉树编码等。

直接编码就是将每个网格单元的值直接存储，简单但效率低。

行程编码通过记录相同值的连续段来压缩数据。

GIS的空间数据结构GIS（地理信息系统）中的空间数据结构是指用来存储、组织和管理地理空间数据的方式和方法。

它们是构建GIS系统的基础，对于实现空间数据的高效查询、分析和可视化表示具有重要意义。

本文将介绍常见的空间数据结构，包括矢量数据结构、栅格数据结构和层次数据结构。

一、矢量数据结构（Vector Data Structure）是用点、线和面等几何要素来表示地理现象的空间数据结构。

常见的矢量数据结构包括点、线和面三种类型：1. 点（Point）是空间数据最基本的要素，它由一个坐标对(x, y)表示，常用于表示一个具体的地理位置或地物。

2. 线（Line）是由若干个连接起来的点所组成的线条，它可以用来表示道路、河流等线状地物。

3. 面（Polygon）是由若干个边界相连的线所围成的封闭区域，它可以用来表示国家、城市等面状地物。

矢量数据结构是一种拓扑结构，在存储空间数据时，常采用点-线-面的层次结构，以及节点、弧段和拓扑关系等数据结构来存储和组织地理空间数据。

二、栅格数据结构（Raster Data Structure）将地理空间数据划分为一系列均匀的像素或单元格，用像素值或单元格值来表示地物属性。

栅格数据结构适用于连续分布的地理现象，如温度、降雨等。

常见的栅格数据结构包括：1. 栅格图像（Raster Image）是将地理空间数据以图像的方式呈现，每个像素的灰度值或颜色代表了地物属性的强度或类型。

栅格图像可以通过数字遥感技术获取，并被广泛应用于地貌分析、图像处理等领域。

2. 数值地形模型（Digital Elevation Model，DEM）是一种栅格数据结构，用于表达地球表面的海拔高度。

DEM常用于地形分析、洪水模拟等应用中。

栅格数据结构的主要优点是简单、易于操作和处理，但由于其离散性，对于空间数据的存储和处理需求较大。

三、层次数据结构（Hierarchical Data Structure）是一种将地理空间数据按层次结构进行组织和管理的数据结构。

GIS地理信息系统空间数据结构解析GIS是地理信息系统的英文缩写，即Geographic Information System。

它是一种利用计算机和软件技术来收集、管理、分析和展示地理空间数据的工具。

GIS空间数据结构是指在地理信息系统中用来组织和存储地理空间数据的方式和方法。

GIS空间数据结构的核心是地理空间数据的表示方法。

在GIS中，地理空间数据可以分为两种类型：矢量数据和栅格数据。

矢量数据以几何实体为基本单位，通过点、线、面等几何对象来描述地理现象的空间分布。

而栅格数据以网格为基本单位，通过将地理空间划分为规则的网格单元来表示地理现象的分布。

矢量数据通常由三要素组成：空间位置、属性信息和拓扑关系。

空间位置是指地理现象在地球表面上的位置，可以用点、线、面等几何对象来表示。

属性信息是指地理现象的有关属性和属性值，例如地名、面积、人口等。

拓扑关系是指不同几何对象之间的空间关系，例如点和线之间的相交、包含等关系。

在矢量数据的存储和管理上，常用的数据结构包括点、线和多边形数据结构。

点数据结构采用坐标表示地理位置，通常使用点图层进行存储和管理。

线数据结构由多个点连接而成，可以表示河流、道路等线状地理现象。

多边形数据结构由多条线构成封闭的区域，可以表示湖泊、行政区等面状地理现象。

除了矢量数据外，栅格数据也是GIS中常用的一种数据结构。

栅格数据将地理空间划分为规则的网格单元，每个网格单元包含一个数值或类别信息。

栅格数据适用于连续变化的地理现象，例如地形高程、气候等。

在栅格数据存储和管理上，常用的数据结构包括二维数组和图像数据结构。

在GIS空间数据结构中，数据之间的空间关系是一个重要的概念。

常见的空间关系包括相交、邻接、包含等。

相交是指两个地理现象在地理空间上有交集，邻接是指两个地理现象在地理空间上相连或相邻，包含是指一个地理现象包含另一个地理现象。

GIS空间数据结构的选择取决于具体的应用需求和数据特点。

矢量数据适用于描述点、线、面等离散的地理现象，可以准确表示地理位置和拓扑关系。

第二章GIS数据结构GIS数据结构是指地理信息系统中用来存储和组织地理数据的数据模型和数据格式。

它们用于描述和管理多种类型的地理数据，包括地理位置、属性信息以及与地理实体相关的其他信息。

在GIS中，数据结构的选择对于数据的查询、分析和可视化都起着至关重要的作用。

常见的GIS数据结构主要有三种：基于栅格的数据结构、基于矢量的数据结构和基于数据库的数据结构。

基于栅格的数据结构是一种二维网格结构，将地理空间划分为一系列的像元，每个像元代表一个固定大小的地理空间单元。

栅格数据结构适用于连续变化的地理现象的表达和分析，如地形高程、气候温度等。

栅格数据结构的优点是简单易用，存储和计算效率较高。

然而，由于其固定的像元大小和离散化的特性，栅格数据结构对于精确定位和表达复杂地理对象的能力有限。

基于矢量的数据结构则是通过点、线和面等几何元素来表示地理对象。

矢量数据结构适用于离散型地理现象的表达和分析，如道路、河流等。

它可以准确地表达地理对象的形状、大小和拓扑关系，并支持各种地理操作，如缓冲区分析、叠加分析等。

矢量数据结构的缺点是数据量较大，处理效率相对较低。

此外，矢量数据在处理连续性地理现象时需要进行插值操作，可能会引入一定的误差。

基于数据库的数据结构利用数据库管理系统来存储和组织地理数据。

数据库系统提供了强大的数据管理和查询功能，可以方便地对地理数据进行存储、查询和更新。

同时，数据库系统还支持空间索引和空间查询优化等功能，提高了地理数据的访问效率。

基于数据库的数据结构可以与其他非地理数据进行关联，支持多种数据类型的存储和查询。

然而，数据库系统对硬件和软件资源有较高的需求，需要相应的数据库管理技术和系统维护工作。

综合来看，选择合适的GIS数据结构需要考虑地理数据的类型、规模和应用需求。

对于连续变化的地理现象，可以选择基于栅格的数据结构；对于离散型地理对象，可以选择基于矢量的数据结构；对于大规模地理数据和复杂的分析需求，可以选择基于数据库的数据结构。

GIS地理信息系统空间数据结构在当今数字化的时代，地理信息系统（GIS）已经成为了我们理解和处理地理空间数据的重要工具。

而在 GIS 中，空间数据结构则是其核心组成部分，它决定了如何有效地组织、存储和管理地理空间数据，以便于快速访问、分析和可视化。

要理解 GIS 地理信息系统的空间数据结构，首先我们得明白什么是地理空间数据。

简单来说，地理空间数据就是描述地球表面或与地球表面相关的各种信息，比如地形、地貌、道路、建筑物、水系等等。

这些数据具有空间位置、属性和时间等特征。

在 GIS 中，常见的空间数据结构主要有矢量数据结构和栅格数据结构两种。

矢量数据结构是通过点、线、面等几何图形来表示地理实体。

比如，一条河流可以用一系列的点连接成线来表示，一个城市的区域可以用一个封闭的多边形面来表示。

矢量数据结构的优点是数据精度高、存储空间小、图形显示质量好，并且能够方便地进行几何变换和拓扑分析。

拓扑分析在很多应用中非常重要，比如判断两个区域是否相邻、道路网络是否连通等。

然而，矢量数据结构在处理复杂的空间关系和大规模数据时，计算量会比较大。

栅格数据结构则是将地理空间划分成规则的网格单元，每个网格单元被赋予一个特定的值来表示相应的地理特征。

比如，在卫星影像中，每个像素就是一个栅格单元，其灰度值或色彩值代表了该位置的地物信息。

栅格数据结构的优点是数据结构简单、易于实现和操作，特别适合于进行空间分析和模拟。

但它的缺点也很明显，比如数据量大、精度相对较低，而且难以表达复杂的地理实体和空间关系。

除了这两种主要的数据结构，还有一些混合的数据结构，比如矢栅一体化数据结构。

这种结构试图结合矢量数据和栅格数据的优点，以满足不同应用场景的需求。

在实际应用中，选择合适的空间数据结构取决于多个因素。

比如数据的特点和精度要求，如果数据是高精度的、几何形状复杂的地理实体，矢量数据结构可能更合适；如果数据是大面积的、连续分布的，比如地形数据，栅格数据结构可能更适用。

“地理信息系统教程”习题及参考答案第一章绪论1.什么是数据和信息？它们有何联系和区别？定义：数据是指某一目标定性、定量描述的原始资料，包括数字、文字、符号、图形、图像以及它们能够转换成的数据等形式。

信息是向人们或机器提供关于现实世界新的事实的知识，是数据、消息中所包含的意义。

联系和区别：信息与数据是不可分离的。

信息由与物理介质有关的数据表达，数据中所包含的意义就是信息。

信息是对数据解释、运用与解算，数据即使是经过处理以后的数据，只有经过解释才有意义，才成为信息；就本质而言，数据是客观对象的表示，而信息则是数据内涵的意义，只有数据对实体行为产生影响时才成为信息。

数据是记录下来的某种可以识别的符号，具有多种多样的形式，也可以加以转换，但其中包含的信息内容不会改变。

即不随载体的物理设备形式的改变而改变。

信息可以离开信息系统而独立存在，也可以离开信息系统的各个组成和阶段而独立存在；而数据的格式往往与计算机系统有关，并随载荷它的物理设备的形式而改变。

数据是原始事实，而信息是数据处理的结果。

不同知识、经验的人，对于同一数据的理解，可得到不同信息。

2.什么是地理信息系统（GIS）?与地图数据库有什么异同?与地理信息的关系是什么? GIS定义：GIS是一个发展的概念。

不同领域、不同专业对GIS的理解不同，目前没有完全统一的被普遍接受的定义。

定义①：是对地理环境有关问题进行分析和研究的一门学科，它将地理环境的各种要素，包括它们的空间位置形状及分布特征和与之有关的社会、经济等专题信息以及这些信息之间的联系等进行获取、组织、存储、检索、分析，并在管理、规划与决策中应用。

定义②：是在计算机软硬件支持下，以采集、存储、管理、检索、分析和描述空间物体的定位分布及与之相关的属性数据，并回答用户问题为主要任务的计算机系统。

定义③：是为了获取、存储、检索、分析和显示空间定位数据而建立的计算机化的数据库管理系统。

定义④：地理信息系统是一种决策支持系统。

GIS第二章总结第一节地理空间及其表达1.地理空间定义不同学科对“空间”（Space）概念的解释：物理学，空间是指宇宙在三个相互垂直方向上所具有的广延性；天文学，空间是指时/空连续体的一部分；地理学，地理空间（Geographic space）是指物质、能量、信息的存在形式在空间形态、结构过程、功能关系上的分布、格局及其在时间上的延续。

地理信息系统中的“地理空间”，一般包括地理空间定位框架及其所关联的空间对象。

2.地理空间定位框架即大地测量控制，由平面控制网和高程控制网组成GIS的任何空间数据都必须纳入一个统一的空间参照系中，以实现不同来源数据的融合、连接与统一；2.1定位坐标系：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）表达地理对象位置不同地理空间模型之间的关系固体地球表面、大地水准面和椭球体模型之间的关系2.2定位坐标系：高程控制网3.地图投影定义：将地球椭球面上的点映射到平面上的方法，称为地图投影（1）投影—为什么要进行投影将地球椭球面上的点映射到平面上的方法，称为地图投影地理坐标为球面坐标，不方便进行距离、方位、面积等参数的量算地球椭球体为不可展曲面地图为平面，符合视觉心理，并易于进行距离、方位、面积等量算和各种空间分析（2）投影实质建立地球椭球面上经纬线网和平面上相应经纬线网的数学基础，也就是建立地球椭球面上的点的地理坐标（λ，φ）与平面上对应点的平面坐标（x，y）之间的函数关系：当给定不同的具体条件时，将得到不同类型的投影方式(3)投影变形将不可展的地球椭球面展开成平面，并且不能有断裂，则图形必将在某些地方被拉伸，某些地方被压缩，故投影变形是不可避免的。

长度变形、面积变形、角度变形（4）投影方法（5）投影分类（6）投影影响因素制图区域的地理位置、形状和范围制图比例尺地图内容出版方式(7)GIS中的地图投影GIS以地图方式显示地理信息。

第二章地理信息系统空间数据结构2.1地理空间数据及其特征【学时安排】1学时【目的要求】1、掌握地理信息系统的数据类型；2、理解地理信息系统的数据来源；3、掌握空间数据的特点。

【重点难点】地理信息系统的数据类型与特征。

【教学方法与手段】示例式教学方法，多媒体教学手段。

一、GIS空间数据的来源与类型空间数据是GIS的核心，也有人称它是GIS的血液，因为GIS的操作对象是空间数据，因此设计和使用GIS的第一步工作就是根据系统的功能，获取所需要的空间数据，并创建空间数据库。

1、地理数据的来源GIS中的数据来源和数据类型繁多，概括起来主要有以下几种来源:⑴地图数据。

来源于各种类型的普通地图和专题地图，这些地图的内容丰富，图上实体间的空间关系直观，实体的类别或属性清晰，实测地形图还具有很高的精度，是地理信息的主要载体，同时也是地理信息系统最重要的信息源。

⑵影像数据。

主要来源于卫星遥感和航空遥感，包括多平台、多层面、多种传感器、多时相、多光谱、多角度和多种分辨率的遥感影像数据，构成多源海量数据，也是GIS的最有效的数据源之一。

⑶地形数据。

来源于地形等高线图的数字化，已建立的数字高程模型（DEM）和其他实测的地形数据等。

⑷属性数据。

来源于各类调查报告、实测数据、文献资料、解译信息等。

⑸元数据。

来源于由各类纯数据通过调查、推理、分析和总结得到的有关数据的数据，例如数据来源、数据权属、数据产生的时间、数据精度、数据分辨率、源数据比例尺、数据转换方法等。

2、空间数据的类型空间数据根据表示对象的不同，又具体分为七种类型(图2-1)，它们各表示的具体内容如下:(1)类型数据。

例如考古地点、道路线、土壤类型的分布等。

(2)面域数据。

例如随机多边形的中心点，行政区域界线、行政单元等。

(3)网络数据。

例如道路交点、街道、街区等。

(4)样本数据。

例如气象站、航线、野外样方分布区等。

(5)曲面数据。

例如高程点、等高线、等值区域等。