GIS第四章空间数据的表达
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地理信息系统第四章数据采集与处理
疏林地 733
未成林林地 734
迹地 735
针叶树疏林地 7331
阔叶树疏林地 7332
标志编号
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
Ⅶ
Ⅷ
Ⅸ
分类
1
属性数据的编码——编码方法 2
平原河
3
过渡河
山地河
• 多源分类编码法： 1
2 3
常年河
对于一个特定的分类时目令河标，根据诸多不同的
消失河
分类依据分别进行12 编码，各位数字代码之间并没有隶属通不航通关河 航河系。
地理数据库四种方式: 1.全部采用文件管理 2.文件结合关系数据库管理 3.全部采用关系数据库管理 4.重新设计具有空间数据和属 性数据管理和分析功能的数 据库系统（OO－DBMS）
6.地理数据库建立
第三节 地图数字化
一、手扶跟踪数字化 数字化仪组成、数字化方式、操作步骤
二、扫描矢量化 扫描仪原理、处理流程、操作方式
地图投影变换
正解变换 反解变换 数值变换
根据两种投影在变 换区内若干同名的 坐标点，采用插值 法、有限差分法、 待定系数法等，实 现不同投影之间的 转换
空间数据处理的方法-压缩处理
数据压缩的目的
节省存贮空间 节省处理时间
空间数据处理的方法-压缩处理
数据压缩途径
压缩软件:原数据信息基本不丢失而且可以大大 节省存贮空间，缺点是压缩后的文件必须在解 压缩后才能使用
1 2 3 4 5 6
1 2 3 4 5 6 7
1 2 3 4 5
1 2 3 4 5 6 7 8
1 2 3 4 5 6
树状河 平行河 筛状河 辐射河 扇形河 迷宫河
主〔要河〕流∶一级 支 流∶二级
《地理信息系统原理》第四章空间数据表达
链状双重独立式编码--拓扑数据结构
3、弧段坐标文件：
弧段号
坐标系列（串)
a
x1,y1,X2,y2…,x5,y5
b
……
1、弧段文件：弧—面，弧—结点关系
弧段号
起点
终点
左多边形
右多边形
a
1
5
A
-
b
5
8
A
E
4、面文件
面号
弧段号
面积
周长
…
A
a,b,h
…
…
…
…
…
…
…
…
2、节点文件： 结点—链关系
点号
横坐标
02
（一）实体数据结构 只记录空间对象的位置坐标和属性信息，不记录拓扑关系。又称简单数据结构或面条（Spaghetti）结构。 存储： 独立存储：空间对象位置直接跟随空间对象； 点位字典：点坐标独立存储，线、面由点号组成 特征 数据按点、线、面为单元进行组织，数据结构直观简单； 公共边重复存储，存在数据冗余，难以保证数据独立性和一致性； 无拓扑关系，主要用于显示、输出及一般查询； 岛或洞只作为一个简单图形，没有与外界多边形的联系； 多边形分解和合并不易进行，邻域处理较复杂； 适用范围： 制图及一般查询，不适合复杂的空间分析 实例： ArcView的Shape文件 MapInfo的Tab文件
点用一个栅格单元表示；
02
PART 01
栅格数据模型
用离散的量化栅格值表示空间实体；
01
属性明确，位置隐含；
02
栅格边长决定了栅格数据的精度；
03
数据结构简单，易与遥感结合；
04
多层数据叠合操作简单；
05
3、弧段坐标文件：
弧段号
坐标系列（串)
a
x1,y1,X2,y2…,x5,y5
b
……
1、弧段文件：弧—面，弧—结点关系
弧段号
起点
终点
左多边形
右多边形
a
1
5
A
-
b
5
8
A
E
4、面文件
面号
弧段号
面积
周长
…
A
a,b,h
…
…
…
…
…
…
…
…
2、节点文件： 结点—链关系
点号
横坐标
02
（一）实体数据结构 只记录空间对象的位置坐标和属性信息，不记录拓扑关系。又称简单数据结构或面条（Spaghetti）结构。 存储： 独立存储：空间对象位置直接跟随空间对象； 点位字典：点坐标独立存储，线、面由点号组成 特征 数据按点、线、面为单元进行组织，数据结构直观简单； 公共边重复存储，存在数据冗余，难以保证数据独立性和一致性； 无拓扑关系，主要用于显示、输出及一般查询； 岛或洞只作为一个简单图形，没有与外界多边形的联系； 多边形分解和合并不易进行，邻域处理较复杂； 适用范围： 制图及一般查询，不适合复杂的空间分析 实例： ArcView的Shape文件 MapInfo的Tab文件
点用一个栅格单元表示；
02
PART 01
栅格数据模型
用离散的量化栅格值表示空间实体；
01
属性明确，位置隐含；
02
栅格边长决定了栅格数据的精度；
03
数据结构简单，易与遥感结合；
04
多层数据叠合操作简单；
05
ArcGIS——空间数据的可视化表达要点(20201005143349)
GIS理论与实践讲义四空间数据的可视化表达目的掌握ArcMap的数据符号化方法掌握对ArcMap进行数据层标注掌握ArcMap的地图制作和输出内容学会ArcMap中的四种数据符号化方法：单一符号、分类符号、分级符号和组合符号学会对ArcMap进行数据层标注的两种方法：交互式标注和自动标注操作学会ArcMap的地图制作和输出，包括地图模板的操作、版面设置、制图数据操作、地理坐标格网设置及各种地图整饰的操作一、ArcMap数据符号化1. 单一符号标示数据在上海行政区划图的内容表上，右击要标示的层，点取Properties命令。
点取Symbology标签。
在打开的对话框中进行一系列的设置。
完成后单击OK。
2. 分类符号标示数据在上海行政区划图的道路图层上点右键打开图层属性对话框。
点取Symbology标签，在显示列表框中选择Categories中的UniqueValue。
在Value Field中选择CLASS，即街道的分级。
单击Add All Values按扭，将所有街道级别添加进来。
如图：若对系统默认的符号样式不满意，还可以双击相应的Symbol符号，进行一系列设置。
完成设置后返回图层属性对话框，结果如图所示：另外，系统还提供了另外的两种表示方法：其一是同时按照多个属性值的组合进行分类来确定符号类型（Unique Value、Many Fields）。
其二是按照事先确定的符号类型通过自动匹配来表示属性分类（Matchto Symbols in Style）。
3. 分级符号标示数据（1）分级色彩设置在内容表上右击river图层，点取Properties命令。
点取Symbology标签。
点击Quantities，选中Graduated Colors。
在Field复选框的Value下拉菜单中选择Length，表示按照河流的长度分级。
默认的分级方法是按自然分类法，通过聚类分析将相似性最大的数据分在同一级别上。
地理信息系统空间数据库
三、关系模型
用二维表来表达实体和实体之间的联系。使得设 计、操纵较为容易。
四、三种传统数据模型的比较
§4.3 空间数据库概念模型设计 —语义模型和面向对象模型
• 传统数据模型的弱点： （1）以记录为基础的结构不能很好面向用户
传统模型－记录；现实世界－事务、实体。有时不对应。
（2）不能以自然对象（Object)：实体的抽象（基本元素），封装了数据和操作集 的实体。
• 消息（Message）：请求 对象执行某一操作或回答 某些信息的要求。
• 类：描述一组对象的共同特征。类和实体是抽象与具 体的关系。
3. 对象的性质
• 封装：
• 继承：某类对象可以自然地拥有另一类对象的某些特 征和功能。不必重复实现，减少代码。
2. 概念模型（空间特征，关系描述）
（1）空间特征：点、线、面、体四种基本类型； （2）实体在空间、时间、属性三方面存在联系： • 空间联系：空间位置、分布、关系、运动等； • 时间联系：客体随时间变化，可构成时态数据库； • 属性关系：属性多级分类中的从属关系、聚类关系、相
关关系。
3. 空间数据库的数据模型设计
层次、网状显式地描述关系，但不自然；关系模型联系隐 含，必须检索全部记录才能确定。
（3）语义贫乏
用单一结构描述描述“交互”、“从属”、“构成”等众 多联系，语义上无法区别。
（4）数据类型太少
只提供常用的简单数据类型，不能自定义新的数据类型。
一、语义数据模型
－实体联系模型（E –R模型）
• 提供三种语义概念：
（1）实体：客观存在的起独立作用的客体。 （2）联系：实体间的相互作用或对应关
系:1:1,1:N,M:N, （3）属性：对实体和联系特征的描述。
ArcGIS_9_教程_第4章_空间数据的转换与处理
第4章 空间数据的转换与处理空间数据是GIS 的一个重要组成部分。
整个GIS 都是围绕空间数据的采集、加工、存储、分析和表现展开的。
原始数据往往由于在数据结构、数据组织、数据表达等方面与用户自己的信息系统不一致而需要对原始数据进行转换与处理，如投影变换，不同数据格式之间的相互转换，以及数据的裁切、拼接等处理。
以上所述的各种数据转换与处理均可以利用ArcToolbox 中的工具实现。
在ArcGIS9中，ArcToolbox 嵌入到了ArcMap 中。
本章就投影变换、数据格式转换、数据裁切、拼接等内容分别简单介绍。
4.1 投影变换由于数据源的多样性，当数据与我们研究、分析问题的空间参考系统（坐标系统、投影方式）不一致时，就需要对数据进行投影变换。
同样，在对本身有投影信息的数据采集完成时，为了保证数据的完整性和易交换性，要对数据定义投影。
以下就地图投影及投影变换的概念做简单介绍，之后分别讲述在ArcGIS 中如何实现地图投影定义及变换。
空间数据与地球上的某个位置相对应。
对空间数据进行定位，必须将其嵌入到一个空间参照系中。
因为GIS 描述的是位于地球表面的信息，所以根据地球椭球体建立的地理坐标（经纬网）可以作为空间数据的参照系统。
而地球是一个不规则的球体，为了能够将其表面的内容显示在平面的显示器或纸面上，就必须将球面的地理坐标系统变换成平面的投图4.1椭球体表面投影到平面的微分梯形Y影坐标系统（图4.1）。
因此，运用地图投影的方法，建立地球表面和平面上点的函数关系，使地球表面上由地理坐标确定的点，在平面上有一个与它相对应的点。
地图投影的使用保证了空间信息在地域上的联系和完整性。
当系统使用的数据取自不同地图投影的图幅时，需要将一种投影的数字化数据转换为所需要投影的坐标数据。
投影转换的方法可以采用：1. 正解变换: 通过建立一种投影变换为另一种投影的严密或近似的解析关系式，直接由一种投影的数字化坐标x 、y 变换到另一种投影的直角坐标X 、Y 。
GIS原理与应用_4.1-3空间数据采集与处理详解
摄影测量法：由航空或航天立体象对重建三维立体模型， 测量地面三维坐标，并传输到计算机。
（6）图形数据采集
已有数字形式空间数据的录入
• 全站仪的电子手薄； • GPS； •其它格式数据。
（6）图形数据采集 栅格数据向矢量数据的转换（矢量化） • 全自动矢量化
• 半自动矢量化(R2V) • 交互式矢量化（屏幕数字化）
4-8
（3）空间数据采集方法 手扶跟踪数字化仪采集 摄影测量数字化采集 扫描跟踪数字化采集 外业实地数字化采集
选择采集方法的依据是如何应用图形数据、图形数据类 型、现有设备状况、现有人力、物力、财力状况等。
4-9
（3）空间数据采集方法
数字化设备：数字化仪、扫描仪、摄影测量设备 野外特测量：大点平：板范、围全大站，仪速、度G快PS、移动测绘系统 特 使 用点：范精围度：高大、面效积率G较IS低数据采集、资源普查等 适合范围：小范围GIS数据采集或局部数据更新
数字化仪
扫描仪
数字摄影测量工作站
4-10
（4）空间数据采集方案
随机采样
系统采样
系统随机采样 可变系统采样
蔟聚采样
断面采样
等高线采样
4-11
（4）空间数据采集方案
空间数据采集——流程
评价
计划 调查
编辑 处理
准备 收集
数字化
4-12
（5）空间数据采集任务
本章所讲的采集是对已有数据（二手数据）的采集， 主要任务为：
• 现有地图（地形图/专题图）； • 全野外数字测图（GPS/全站仪/电子手簿）； •卫星影像（国土资源卫星 / Landsat / SPOT/ IKONOS）； •航空象片； •调查统计数据； •现有的数据文件、数据库等。
（6）图形数据采集
已有数字形式空间数据的录入
• 全站仪的电子手薄； • GPS； •其它格式数据。
（6）图形数据采集 栅格数据向矢量数据的转换（矢量化） • 全自动矢量化
• 半自动矢量化(R2V) • 交互式矢量化（屏幕数字化）
4-8
（3）空间数据采集方法 手扶跟踪数字化仪采集 摄影测量数字化采集 扫描跟踪数字化采集 外业实地数字化采集
选择采集方法的依据是如何应用图形数据、图形数据类 型、现有设备状况、现有人力、物力、财力状况等。
4-9
（3）空间数据采集方法
数字化设备：数字化仪、扫描仪、摄影测量设备 野外特测量：大点平：板范、围全大站，仪速、度G快PS、移动测绘系统 特 使 用点：范精围度：高大、面效积率G较IS低数据采集、资源普查等 适合范围：小范围GIS数据采集或局部数据更新
数字化仪
扫描仪
数字摄影测量工作站
4-10
（4）空间数据采集方案
随机采样
系统采样
系统随机采样 可变系统采样
蔟聚采样
断面采样
等高线采样
4-11
（4）空间数据采集方案
空间数据采集——流程
评价
计划 调查
编辑 处理
准备 收集
数字化
4-12
（5）空间数据采集任务
本章所讲的采集是对已有数据（二手数据）的采集， 主要任务为：
• 现有地图（地形图/专题图）； • 全野外数字测图（GPS/全站仪/电子手簿）； •卫星影像（国土资源卫星 / Landsat / SPOT/ IKONOS）； •航空象片； •调查统计数据； •现有的数据文件、数据库等。
地理信息系统下的空间分析——第四章_栅格数据的空间分析方法
空值，有时也被称为null值，在所有操作符和函数中 对其处理方式是有别于任何其它值的。
被赋予空值的单元有两种处理方式：
（1）如果在一个操作符或局域函数、邻域函数中的邻域 或分区函数的分类区中的输入栅格的任何位置上存在空值， 则为输出单元位置分配空值。
（2）忽略空值单元并用所有的有效值完成计算。
6、关联表
栅格计算器由四部分组成左上部layers选择框为当前arcmap视图中已加载的所有栅格数据层列表双击一个数据层名该数据层便可自动添加到左下部的公式编辑中间部分是常用的算术运算符110小数点关系和逻辑运算符面板单击所需按纽按纽内容便可自动添加到公式编辑器中
第四章 栅格数据的空间分析算法
4.1 栅格数据 栅格数据是GIS的重要数据模型之一，基于栅格 数据的空间分析方法是空间分析算法的重要内容之 一。 栅格数据由于其自身数据结构的特点，在数据处 理与分析中通常使用线性代数的二维数字矩阵分析 法作为数据分析的数学基础。 栅格数据的空间分析方法具有自动分析处理较为 简单，而且分析处理模式化很强的特征。
地学信息除了在不同层面的因素之间存在着一定的制 约关系外，还表现在空间上存在着一定的制约关联性。
对于栅格数据所描述的某项地学要素，其中的某个栅 格往往会影响其周围栅格属性特征。准确而有效的反映这 种事物空间上联系的特点，是计算机地学分析的重要任务。 窗口分析是指对于栅格数据系统中的一个、多个栅格 点或全部数据，开辟一个有固定分析半径的分析窗口，并 在该窗口内进行诸如极值、均值等一系列统计计算，或与 其他层面的信息进行必要的复合分析，从而实现栅格数据 有效的水平方向扩展分析。
带面积的点的精度为加减半个单元大小。这是用基于单 元的系统来工作必须付出的代价。
图4.9：点特征的栅格数据表示
被赋予空值的单元有两种处理方式：
（1）如果在一个操作符或局域函数、邻域函数中的邻域 或分区函数的分类区中的输入栅格的任何位置上存在空值， 则为输出单元位置分配空值。
（2）忽略空值单元并用所有的有效值完成计算。
6、关联表
栅格计算器由四部分组成左上部layers选择框为当前arcmap视图中已加载的所有栅格数据层列表双击一个数据层名该数据层便可自动添加到左下部的公式编辑中间部分是常用的算术运算符110小数点关系和逻辑运算符面板单击所需按纽按纽内容便可自动添加到公式编辑器中
第四章 栅格数据的空间分析算法
4.1 栅格数据 栅格数据是GIS的重要数据模型之一，基于栅格 数据的空间分析方法是空间分析算法的重要内容之 一。 栅格数据由于其自身数据结构的特点，在数据处 理与分析中通常使用线性代数的二维数字矩阵分析 法作为数据分析的数学基础。 栅格数据的空间分析方法具有自动分析处理较为 简单，而且分析处理模式化很强的特征。
地学信息除了在不同层面的因素之间存在着一定的制 约关系外，还表现在空间上存在着一定的制约关联性。
对于栅格数据所描述的某项地学要素，其中的某个栅 格往往会影响其周围栅格属性特征。准确而有效的反映这 种事物空间上联系的特点，是计算机地学分析的重要任务。 窗口分析是指对于栅格数据系统中的一个、多个栅格 点或全部数据，开辟一个有固定分析半径的分析窗口，并 在该窗口内进行诸如极值、均值等一系列统计计算，或与 其他层面的信息进行必要的复合分析，从而实现栅格数据 有效的水平方向扩展分析。
带面积的点的精度为加减半个单元大小。这是用基于单 元的系统来工作必须付出的代价。
图4.9：点特征的栅格数据表示
地理信息系统 第四章
建立全新的支持面向对象数据模型的OODBMS
吉 奥 之 星 中 的 空 间 对 象 模 型
思考与练习
简述GIS的几种主要数据模型，并进行各自优缺点分析。 数据库中的分层数据模型与空间数据库分层组织有何不同？ 简述GIS数据管理方法的发展过程和趋势，并请说明目前 GIS中没有采用标准的数据库管理系统来管理图形数据的主 要原因。
属性数据 （定长记录）
GIS界面
空间数据 （变长记录）
关系表
二进制块
RDBMS
空间 数据库
扩 展 关 系 数 据 库 管 理 方 案
在标准的关系数据库上增加空间数据管理层，即利用该层将地理结构查 询语言(GeoSQL)转化成标准的SQL查询，借助索引数据的辅助关系实 施空间索引操作。 解决了空间数据变长记录的存储问题，由数据库软件商开发，效率较高 用户不能根据GIS要求进行空间对象的再定义，因而不能将设计的拓扑 结构进行存储 GIS软件：TIGER，Geo++、Geo Tropics等
1 2 3 4 5 6
x1 x2 x3 x4 x5 x6
y1 y2 y3 y4 t5 y6
1
d
g 6
线
Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅱ Ⅱ
关系数据库模型
优点： 结构特别灵活，满足所有布尔逻辑运 算和数学运算规则形成的查询要求 能搜索、组合和比较不同类型的数据 增加和删除数据非常方便 缺陷： 数据库大时，查找满足特定关系的数 据费时 对空间关系无法满足
面向对象的几何抽象类型
GIS中的各种地物，在几何性质方面不外乎表现为四种类型，即点状地物、 线状处物、面状地物以及由它们混合组成的复杂地物，因而这四种类型 可以作为GIS中各种地物类型的超类。
ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程PPT-第4章 空间数据的转换与处理
图4.25 Import to CAD对话框
4.2 数据格式转换
2 栅格数据与ASCII文件之间的转换
（1）栅格数据向ASCII文件的转换 利用Conversion Tools工具箱，From Raster 工具集中的 Raster to ASCII 命令，可实现由栅格数据向ASCII文件的 转换。
60°0’0’’N
50°0’0’’N
40°0’0’’N 30°0’0’’N 20°0’0’’N
图4.2（b）投影坐标系下的经纬网
4.1 投影变换
• 4.1.1 定义投影
定义投影（Define Projection），指按照 地图信息源原有的投影方式，为数据添加投影 信息。在ArcGIS中利用Data Management Tools工具箱, Projections and Transformations工具集中的Define Projection命令，能够为数据定义投影。
4.3 数据处理
4.3.1数据裁切
数据裁切是从整个空间数据中裁切出部分区域， 以便获取真正需要的数据作为研究区域，减少不必要 数据参与运算。 1 矢量数据的裁切：可利用Analysis Tools工具箱， Extract工具集中的Clip命令
+
图4.28 Clip对话框
图4.29 Clip的图解表达
图4.19 数据格式转换工具
4.2 数据格式转换
基于文件的空间数据类型包括对多种GIS数据格式 的支持，如coverage，shapefile，grid，image和 TIN。Geodatabase数据模型也可以在数据库中管理 同样的空间数据类型。
表1 ArcGIS 中的数据类型
基于文件的空间数据 Coverages Shapefiles 基于数据库的空间数据 Oracle Oracle with Spatial
Arcgis第四章 空间分析
ArcGIS属性字段统计对话框
8
☆频数统计
用于计算某一属性值或某几项属性的组合值出现的频率，并可对该频 率下的各项属性进行汇总 ArcGIS中打开ArcToolbox > Analysis tools >Statistics > Frequency
ArcGIS频率统计工具（Frequency）对话框
插值运算栅格计算器三维立体显示效果沿指定路径生成飞行动画平面面积2darea表面面积surfacearea和体积volume表面积与体积计算对话框剖面分析在表面上绘制三维线剖面图三维可视化数字地形表示与转换tin格网空间数据的简化利用空间数据进行地表建模地形渲染地形场景的显示与交互三维可视化的一般过程三维可视化工具arcscene中的三维可视化要素立体显示效果对比图场景属性设置场景属性设置general选项卡场景坐标系统设置场景范围设置场景光照设置三维动画沿指定路径创建飞行动画对话框创建动画关键帧对话框动画控制器动画工具条及其下拉菜单arcscene的tools工具条空间分析建模的一般过程明确问题分解问题模型构建模型运行与检验模型结果分析与应用图解建模形成的流程图模型生成器图标arcgis中模型生成器的打开模型参数设置方法一模型参数设置方法二将被占用土地与分村行政区数据叠加overlayidentity给多边形添加村的信息选择street数据建立网络的数据加载网络数据将街道分为五类按街道类型streettype确定显示时所用的线宽并对学校和车站进行符号化
9
☆多元统计
按某一字段中的各类值分别统计各字段的各类统计值 ArcGIS中打开ArcToolbox Analysis tools > Statistics > Summary Statistics
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形区域定义，即多边形可用一组封闭的弧段定义，而不用列 出封闭弧段上的所有点的坐标。
优点：每条弧段只需列出一次坐标，减少存储空间，简洁。
21
弧段方向
left right 结点（node）
弧段（arc）
多边形（polygon）
22
连接性(Connectivity)弧段在结点处的相互连接关系
（连通性）。
第四章 空间数据表达
1
4.1空间对象及其定义和空间对象关系(掌握拓
扑关系的全显式表达)
4.2空间数据的计算机表达（重点掌握栅格数据编码
方式，矢量数据编码方式，一般掌握图层建立的意义和方法）
4.4空间数据结构的建立（了解数据结构建立过程）
2
4.1 空间对象及其定义 和空间对象关系
一、地理空间（Geographic Space）
23
24
例子：拓扑关系的全显式表达
A P0 e P3 f C b P2 d B D c E a P4 g P1
表2-1多边形与弧段的拓 扑关系 面 域 弧 段 P1 a, b, c, -g P2 b, d, f P3 c, f, e P4 g
表2-3 弧段与结点的拓 扑关系
弧 段 a b c d e f g 结 点 A , B B , D D , A B , C C , A C , D E , E
5
点实体
• 有位置，无宽度和长度； • 抽象的点
美国佛罗里达洲地震监测站2002年9月该洲 可能的500个地震位置
6
线实体
• 有长度，但无宽度和高度 • 用来描述线状实体，通常在网络分析中使用较多 • 度量实体距离
香港城市道路网分布
7
面实体
• 具有长和宽的目标
• 通常用来表示自然或人工的封闭多边形 • 一般分为连续面和不连续面
е1 P1 е5 P2
N1
е6
N4
P3N5е3е7N2е4N3
P4
е2
20
空间关系的拓扑表示
几个概念：弧段、结点、弧段方向、左右多边形(arc、node、
polygon)
多边形区域定义（Area definition):多个弧段首尾相连构成了多
边形的内部域。
多边形与弧段的拓扑关系（polygon-arc topology)表现了多边
表2-2 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
表2-4 弧段与多边形的 拓扑关系
弧段 a b c d e f g 左邻面 P0 P2 P3 P0 P0 P3 P1 右邻面 P1 P1 P1 P2 P3 P2
25
(2)属性信息：三条呈不同等级的交通线；
(3)拓扑信息：三条具有关联关系的交通线。
18
五、拓扑关系类型： P57 拓扑关系是指网结构元素结点、弧段、面域之间 的空间关系，主要表现为下列三种关系：
①拓扑邻接：指存在于空间图形的同类元素之间的拓扑关系。 ②拓扑关联：指存在于空间图形的不同元素之间的拓扑关系。 ③拓扑包含：指存在于空间图形的同类，但不同级的元素之间 的拓扑关系。包含包括简单包含、多层包含、等价包含三种形 式。
指物质、能量、信息的存在形式在形态、结构过程、 功能关系上的分布方式和格局及其在时间上的延续，具 体包括地球上大气圈、水圈、生物圈、土壤圈和岩石圈 交互作用的区域。 地理空间具体被描述为： 1）绝对空间，具有属性描述的空间位置的集合，一系 列坐标值组成。 2）相对空间，是具有空间属性特征的实体的集合，由 不同实体之间的空间关系组成。
拓扑变换
（橡皮变换）
相离——重合——邻接——相交——包含
11
12
13
14
四、拓扑关系的应用——点
点 —点 点 —线 点—面
住宅 学校
海岸线 码头
肺癌病例 区域
学校和住宅接近吗？
码头在海岸线上吗？ 肺癌病在区内分布
15
拓扑关系的应用——线
线 —点 线—线 线 —面
镇 乘车线路 这条线路过镇上吗？
河流 小路
小路穿过河流吗？
河流在区域内吗？
16
拓扑关系的应用——面
面—点 面 —线 面 —面
该邮政区包括学校吗？
该区域包括铁路吗？
区域彼此影响吗？ 区域重叠吗？
17
c5
P3 N3
c2
N2 P2
c1
N5
N1
c4
P4
c3
N4
P1
c6
该地图为一副交通图，它传递的基本信息包括： (1)定位信息：三条呈不同分布状态的交通线；
弧段与结点的拓扑关系（Arc-node topology）表现了 连接性。即可以用在每个结点上汇集的弧段的列表 来表示。
邻接性（Contiguity）：确定多边形之间的邻接关系。
弧段的左与右的拓扑关系（Left-right topology）表 现了邻接性，即可通过弧段的左、右多边形确定其 邻接性。
拓扑元素： 点：孤立点、线的端点、面的首尾点、 链的连接点 线：两结点之间的有序弧段，包括链、 弧段和线段 面：若干弧段组成的多边形
19
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 拓扑包含：P3与P4
六、空间数据拓扑关系的意义(记录在P57)
香港理工大学 校园建筑
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三、空间对象关系 P51
不考虑度量（距离）和方向的空间物体之间的关系。在拓 扑变换（理想橡皮板拉伸或缩短，但不能撕破或重叠）下两个 以上拓扑元素间能够保持不变的几何属性——拓扑属性具有 空间分析意义。
定义：
指图形保持连续状态下变形，但图形关系不 变的性质。 将橡皮任意拉伸，压缩，但不能扭转或折叠。
中国土地利用分布图（不连续面）
8
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。
9
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
3
地图 空间数据
现实世界
特征 关系 行为 选择 抽象 综合 测量：位置 编码：属性 建立关系： 表达
遥感影像
观察
4
二、空间对象（实体）类型 p50 空间对象一般按地形维数进行归类划分 零维空间对象：点 一维空间对象：线 二维空间对象：面 三维空间对象：体 时间：通常以第四维表达，但目前GIS 还很难处理时间属性。
优点：每条弧段只需列出一次坐标，减少存储空间，简洁。
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弧段方向
left right 结点（node）
弧段（arc）
多边形（polygon）
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连接性(Connectivity)弧段在结点处的相互连接关系
（连通性）。
第四章 空间数据表达
1
4.1空间对象及其定义和空间对象关系(掌握拓
扑关系的全显式表达)
4.2空间数据的计算机表达（重点掌握栅格数据编码
方式，矢量数据编码方式，一般掌握图层建立的意义和方法）
4.4空间数据结构的建立（了解数据结构建立过程）
2
4.1 空间对象及其定义 和空间对象关系
一、地理空间（Geographic Space）
23
24
例子：拓扑关系的全显式表达
A P0 e P3 f C b P2 d B D c E a P4 g P1
表2-1多边形与弧段的拓 扑关系 面 域 弧 段 P1 a, b, c, -g P2 b, d, f P3 c, f, e P4 g
表2-3 弧段与结点的拓 扑关系
弧 段 a b c d e f g 结 点 A , B B , D D , A B , C C , A C , D E , E
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点实体
• 有位置，无宽度和长度； • 抽象的点
美国佛罗里达洲地震监测站2002年9月该洲 可能的500个地震位置
6
线实体
• 有长度，但无宽度和高度 • 用来描述线状实体，通常在网络分析中使用较多 • 度量实体距离
香港城市道路网分布
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面实体
• 具有长和宽的目标
• 通常用来表示自然或人工的封闭多边形 • 一般分为连续面和不连续面
е1 P1 е5 P2
N1
е6
N4
P3N5е3е7N2е4N3
P4
е2
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空间关系的拓扑表示
几个概念：弧段、结点、弧段方向、左右多边形(arc、node、
polygon)
多边形区域定义（Area definition):多个弧段首尾相连构成了多
边形的内部域。
多边形与弧段的拓扑关系（polygon-arc topology)表现了多边
表2-2 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
表2-4 弧段与多边形的 拓扑关系
弧段 a b c d e f g 左邻面 P0 P2 P3 P0 P0 P3 P1 右邻面 P1 P1 P1 P2 P3 P2
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(2)属性信息：三条呈不同等级的交通线；
(3)拓扑信息：三条具有关联关系的交通线。
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五、拓扑关系类型： P57 拓扑关系是指网结构元素结点、弧段、面域之间 的空间关系，主要表现为下列三种关系：
①拓扑邻接：指存在于空间图形的同类元素之间的拓扑关系。 ②拓扑关联：指存在于空间图形的不同元素之间的拓扑关系。 ③拓扑包含：指存在于空间图形的同类，但不同级的元素之间 的拓扑关系。包含包括简单包含、多层包含、等价包含三种形 式。
指物质、能量、信息的存在形式在形态、结构过程、 功能关系上的分布方式和格局及其在时间上的延续，具 体包括地球上大气圈、水圈、生物圈、土壤圈和岩石圈 交互作用的区域。 地理空间具体被描述为： 1）绝对空间，具有属性描述的空间位置的集合，一系 列坐标值组成。 2）相对空间，是具有空间属性特征的实体的集合，由 不同实体之间的空间关系组成。
拓扑变换
（橡皮变换）
相离——重合——邻接——相交——包含
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14
四、拓扑关系的应用——点
点 —点 点 —线 点—面
住宅 学校
海岸线 码头
肺癌病例 区域
学校和住宅接近吗？
码头在海岸线上吗？ 肺癌病在区内分布
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拓扑关系的应用——线
线 —点 线—线 线 —面
镇 乘车线路 这条线路过镇上吗？
河流 小路
小路穿过河流吗？
河流在区域内吗？
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拓扑关系的应用——面
面—点 面 —线 面 —面
该邮政区包括学校吗？
该区域包括铁路吗？
区域彼此影响吗？ 区域重叠吗？
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c5
P3 N3
c2
N2 P2
c1
N5
N1
c4
P4
c3
N4
P1
c6
该地图为一副交通图，它传递的基本信息包括： (1)定位信息：三条呈不同分布状态的交通线；
弧段与结点的拓扑关系（Arc-node topology）表现了 连接性。即可以用在每个结点上汇集的弧段的列表 来表示。
邻接性（Contiguity）：确定多边形之间的邻接关系。
弧段的左与右的拓扑关系（Left-right topology）表 现了邻接性，即可通过弧段的左、右多边形确定其 邻接性。
拓扑元素： 点：孤立点、线的端点、面的首尾点、 链的连接点 线：两结点之间的有序弧段，包括链、 弧段和线段 面：若干弧段组成的多边形
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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 拓扑包含：P3与P4
六、空间数据拓扑关系的意义(记录在P57)
香港理工大学 校园建筑
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三、空间对象关系 P51
不考虑度量（距离）和方向的空间物体之间的关系。在拓 扑变换（理想橡皮板拉伸或缩短，但不能撕破或重叠）下两个 以上拓扑元素间能够保持不变的几何属性——拓扑属性具有 空间分析意义。
定义：
指图形保持连续状态下变形，但图形关系不 变的性质。 将橡皮任意拉伸，压缩，但不能扭转或折叠。
中国土地利用分布图（不连续面）
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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。
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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
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地图 空间数据
现实世界
特征 关系 行为 选择 抽象 综合 测量：位置 编码：属性 建立关系： 表达
遥感影像
观察
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二、空间对象（实体）类型 p50 空间对象一般按地形维数进行归类划分 零维空间对象：点 一维空间对象：线 二维空间对象：面 三维空间对象：体 时间：通常以第四维表达，但目前GIS 还很难处理时间属性。