空间数据拓扑关系的自动生成_0
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空间数据的拓扑关系空间数据的拓扑关系1.空间数据的拓扑关系地理信息系统同其它一些事务信息处理系统如银行管理系统,图书检索系统的主要区别在于地理信息系统中具有大量几何目标信息。
这些几何目标信息还包含两类信息,一类是目标本身的位置信息;另一类是地物间的空间关系信息。
如果忽略几何目标间的空间关系信息,那么从数据结构的角度看,地理信息系统的数据结构就可以设计成通常事务信息处理系统的形式。
也就是说,由于地理信息系统必须同时考虑几何目标的空间关系、地物位置信息及特征信息,致使地理信息系统的数据结构比较复杂。
为了研究几何目标的空间关系,在此引入拓扑关系的概念。
2. 拓扑的基本概念几何信息和拓扑关系是地理信息系统中描述地理要素的空间位置和空间关系的不可缺少的基本信息。
其中几何信息主要涉及几何目标的坐标位置、方向、角度、距离和面积等信息,它通常用解析几何的方法来分析。
而空间关系信息主要涉及几何关系的“相连”、“相邻”、“包含”等信息,它通常用拓扑关系或拓扑结构的方法来分析。
拓扑关系是明确定义空间关系的一种数学方法。
在地理信息系统中用它来描述并确定空间的点、线、面之间关系及属性,并可实现相关的查询和检索。
从拓扑观点出发,关心的是空间的点、线、面之间的联接关系,而不管实际图形的几何形状。
因此,几何形状相差很大的图形,它们的拓扑结构却可能相同。
图3-4(a)(b)所表示的图,其几何形状不同,但它们结点间拓扑关系是相同的,均可用图3-4(c)所示结点邻接矩阵表示。
(c)中交点为1处表示相应纵横两结点相连。
同样,图3-5(a)(b)所表示的图,其几何形状完全不同,但各面块之间的拓扑邻接关系完全相同,如图3-5(c)邻接矩阵所示,(c)中交点为1处表示相应的两个面相邻。
总之,拓扑关系反映了空间实体之间的逻辑关系,它不需要坐标、距离信息,不受比例尺限制,也不随投影关系变化。
因此,在地理信息系统中,了解拓扑关系对空间数据的组织,空间数据的分析和处理都具有非常重要的意义。
1:50000矢量地形数据空间拓扑关系的自动检查方法随着遥感、地理信息系统和卫星定位技术在各行各业日益广泛的应用,对矢量地理的需求越来越大,国家和军队不同的部门以及公司企业针对本部门的需要经常要进行大量的地理获取。
如果对同一地区同一比例尺的矢量采用不同的数据源、不同的空间数据标准、特定的数据模型和特定的空间物体分类分级体系进行重复采集就会造成人力、财力的巨大浪费,还引发了空间数据的多语义性、多时空性、多尺度性、存储格式的不同以及数据模型与存储结构的差异等。
对1:50000矢量地形数据空间拓扑关系进行自动检查对于降低地理数据的生产成本,加快现有地理信息更新速度,提高地理数据质量有着重要的现实意义。
标签:矢量地形数据拓扑关系自动检查方法1关于矢量地形数据矢量数据(VectorData)是在直角坐标系中,用X、Y坐标表示地图图形或地理实体的位置的数据。
矢量数据一般通过记录坐标的方式来尽可能将地理实体的空间位置表现的准确无误。
矢量数据是计算机中以矢量结構存贮的内部数据。
是跟踪式数字化仪的直接产物。
在矢量数据结构中,点数据可直接用坐标值描述;线数据可用均匀或不均匀间隔的顺序坐标链来描述;面状数据(或多边形数据)可用边界线来描述。
矢量数据的组织形式较为复杂,以弧段为基本逻辑单元,而每一弧段以两个或两个以上相交结点所限制,并为两个相邻多边形属性所描述。
在计算机中,使用矢量数据具有存储量小,数据项之间拓扑关系可从点坐标链中提取某些特征而获得的优点。
主要缺点是数据编辑、更新和处理软件较复杂。
矢量地形要素数据(Digital Line Graphic ,简称DLG)是地形图上基础地理要素的矢量数据集,且保存各要素间的空间关系和相关的属性信息。
目前,我国已建成覆盖全国陆地范围的1:100万、1:25万、1:5万DLG数据库。
2矢量地形数据的空间拓扑关系及其意义空间拓扑关系描述的是基本的空间目标点、线、面之间的邻接、关联和包含关系。
GIS原理与应用(专升本)综合测试4. 下列有关GIS的叙述错误的是_____。
(5分)(A) GIS是一个决策支持系统(B) GIS是研究地理系统的科学技术保证(C) 地图学理论与地图分析方法是GIS重要学科基础(D) GIS是数字地球演变的必然趋势参考答案:D3. GIS按_____分为专题地理信息系统、综合地理信息系统与地理信息系统工具。
(5分)(A) 数据容量(B) 用户类型(C) 内容(D) 用途参考答案:C1. 有一点实体其矢量坐标为P(9.5,15.6),若网格的宽与高都是2,则P 点栅格化的行列坐标为_____。
(4分)(A) P(5,8)(B) P(8,5)(C) P(4,7)(D) P(7,4)参考答案:A8. 在多边形矢量编码方法中,由点索引与边界线号相联系,以线索引与各多边形相联系的编码方法是_____。
(4分)(A) 多边形环路法(B) 树状索引编码法(C) 拓扑结构编码法(D) 四叉树编码法参考答案:C5. 下列既是获取矢量数据的方法,又是获取栅格数据的方法是_____。
(4分)(A) 手扶跟踪数字化法(B) 扫描仪法(C) 数据结构转换法(D) 分类影象输入法参考答案:C6. 解决点、线、面之间是否存在直接联系的分析方法是_____(4分)(A) 统计分析(B) 包含分析(C) 多边形叠置分析(D) 网络分析参考答案:B1. 下列哪些属于GIS产品的输出设备_____。
(4分)(A) 键盘(B) 硬盘(C) 主机(D) 显示器参考答案:D6. 栅格结构与矢量结构相比较_____。
(4分)(A) 数据结构复杂,冗余度大(B) 数据结构复杂,冗余度小(C) 数据结构简单,冗余度小(D) 数据结构简单,冗余度大参考答案:B6. GIS所包含的数据均与_____相联系。
(5分)(A) 地理空间位置(B) 非空间属性(C) 地理事物的质量特征(D) 地理事物的类别参考答案:A1. 数字地球是以___(1)___ 作为研究对象,以___(2)___ 和计算机信息处理为主体的技术系统。
空间拓扑关系 python
空间拓扑关系在计算机科学中是一个重要的概念,特别是在使用Python编程语言进行空间数据分析和地理信息系统开发时。
空间拓扑关系描述了空间对象之间的相对位置和连接方式,它对于空间数据的处理和分析具有重要意义。
在Python中,空间拓扑关系通常通过使用一些开源的地理空间数据处理库来实现,比如GeoPandas、Shapely和PySAL等。
这些库提供了丰富的功能来处理空间对象之间的拓扑关系,包括相交、包含、邻近等。
在空间拓扑关系中,常见的操作包括判断两个几何对象是否相交、一个几何对象是否包含另一个几何对象、计算几何对象的邻近关系等。
这些操作对于空间数据的分析和处理非常重要,比如在地图绘制、地理空间分析、路径规划等方面都有广泛的应用。
在Python中,我们可以使用Shapely库来进行空间拓扑关系的计算。
比如,可以使用Shapely来创建点、线、面等几何对象,并进行相交、包含等操作。
另外,GeoPandas库可以用来处理空间数据的DataFrame,它提供了方便的接口来进行空间数据的筛选、分
析和可视化,从而更好地理解空间拓扑关系。
除了这些库之外,还有一些其他的Python库和工具可以用来处理空间拓扑关系,比如Fiona、GDAL、Cartopy等。
这些工具都为Python开发者提供了丰富的选择,可以根据具体的需求和项目来选择合适的工具和库来处理空间数据和拓扑关系。
总之,空间拓扑关系在Python中有着广泛的应用,通过使用开源的地理空间数据处理库,我们可以方便地进行空间拓扑关系的计算和分析,从而更好地处理和理解空间数据。
希望这些信息对你有所帮助。
地理信息系统考试复习题1、地理信息的概念及特点:定义:指与研究对象的空间地理分布有关的信息。
它表⽰地理系统诸要素的数量、质量、分布特征,相互联系和变化规律的图、⽂、声、像等的总称。
A、地域性:(是地理信息区别于其它类型信息的最显著标志)。
地理信息属于空间信息,位置的识别与数据相联系,它的这种定位特征是通过公共的地理基础来体现的B、多维结构:指在同⼀位置上可有多种专题的信息结构。
如某⼀位置上的地理信息包括C、时序特征:时空的动态变化引起地理信息的属性数据或空间数据的变化2、地理信息系统的概念及组成概念:GIS是由计算机硬件、软件和不同的⽅法组成的系统,该系统设计⽤来⽀持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显⽰,以便解决复杂的规划和管理问题。
组成:⽤户(GIS服务的对象,分为⼀般⽤户和从事建⽴、维护、管理和更新的⾼级⽤户软件(⽀持数据采集、存储、加⼯、回答⽤户问题的计算机程序系统)硬件(各种设备-物质基础)数据(系统分析与处理的对象、构成系统的应⽤基础)4、GIS的输⼊和输出设备有哪些输⼊:数字化、解析测图仪、扫描仪遥感处理设备等输出:打印机绘图仪显⽰终端5、GIS的功能和应⽤(论述题)GIS的功能:、数据采集与输⼊、数据编辑与更新数据、存储与管理、数据显⽰与输出应⽤:GIS最初就是起源于资源调查,是GIS的最基本的职能,⽬前趋于成熟的主要应⽤领域。
资源调查包括⼟地资源,森林资源和矿产资源的调查、管理、⼟地利⽤规划,野⽣动物的保护等。
GIS的主要任务是将各种来源的数据和信息有机地汇集在⼀起,并通过统计,叠量分析等功能,按多种边界和属性条件,提供区域多种条件组合形式的资源统计和资源现状分析,从⽽为资源的合理开发、利⽤提供依据。
在进⾏区域和城镇规划的过程中,要处理许多不同性质和不同特点的问题,涉及多⽅⾯要素,如资源、环境、⼈⼝、交通、经济、教育、⽂化和⾦融等,GIS将这些数据信息归算到城市的统⼀系统之中,最后进⾏城市和区域多⽬标的开发和规划,包括城镇总体规划,城市建设⽤地适宜性评价,城市环境选质量评价,道路交通规划,公共设施配置及城市环境动态监测等,这些功能的实现是以GIS的⼀些数据处理和分析算法加以保证的,如GIS的空间搜索⽅法,多信息叠加处理和⼀系列的分析软件,回归分析,投⼊产出计算,模糊加权评价等。
第一章绪论1、信息(Information):是用文字、数字、符号、语言、图像等介质来表示事件、事物、现象等的内容、数量或特征,从而向人们(或系统)提供关于现实世界新的事实和知识,作为生产、建设、经营、管理、分析和决策的依据。
2、信息的特点1)信息的客观性2)信息的适用性3)信息的传输性4)信息的共享性3、数据:数据是通过数字化或直接记录下来的可以被鉴别的符号,用以定性或定量地描述事物的特征和状况。
4、数据处理:即对数据进行收集、筛选、排序、归并、转换、存储、检索、计算,以及分析、模拟和预测等操作。
5、数据与信息关系:信息与数据是不可分离的,即信息是数据的内涵,而数据是信息的表达。
也就是说数据是信息的载体。
6、地理信息:是地理数据所蕴含和表达的地理含义。
7、地理信息的特点:1)空间分布性2)具有多维结构的特征3)时序特征十分明显8、地理数据:是与地理环境要素有关的物质的数量、质量、分布特征、相互联系和变化规律的数字、文字、图像和图形等的总称。
9、地理信息系统:是由计算机硬、软件和不同方法组成的系统,该系统设计来支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示,以便解决复杂的规划和管理问题。
10、简述GIS的构成。
它的的基本功能有哪些?硬件系统、软件系统、空间数据库、应用模型、用户基本功:数据采集与编辑、数据存储与管理、数据处理与变换、空间分析和统计、产品制作与显示、二次开发和编辑。
11、GIS与其它系统的区别 GIS有别于DBMS(数据库管理系统),GIS具有以某种选定的方式对空间数据进行解释和判断的能力,而不是简单的数据管理,这种能力使用户能得到关于数据的知识,因此,GIS是能对空间数据进行分析的DBMS,GIS必须包含DBMS。
GIS有别于MIS(管理信息系统),GIS要对图形数据和属性数据库共同管理、分析和应用,GIS 的软硬件设备要复杂、系统功能要强;MIS则只有属性数据库的管理,即使存贮了图形,也是以文件形式管理,图形要素不能分解、查询、没有拓扑关系。
第一章1.地理信息系统的构成主要包括()5 个部分。
答案:硬件、软件、数据、人员、基础设施2.下列有关GIS的叙述错误的是()。
答案:GIS从用户的角度可分为实用型的与应用型。
3.信息是通过数据形式来表示的,是加载在数据之上的。
答案:对4.GIS是在计算机软硬件支持下,以采集、存贮、管理、检索、分析和描述空间物体的地理分布数据及与之相关的属性,并回答用户问题等为主要任务的技术系统。
答案:对5.GIS与CAD系统两者都有空间坐标,都能把目标和参考系统联系起来,都能描述图形拓扑关系,也能处理属性数据,因而无本质差别。
答案:错6.GIS技术起源于计算机地图制图技术,因此,地理信息系统与计算机地图制图系统在本质上是同一种系统。
答案:错7.常用的GIS软件有MapGIS、CAD、MapInfo、ArcGIS等。
答案:错8.在GIS数据中,把非空间数据称为统计数据。
答案:错9.GIS与机助制图的差异在于具有强大的空间分析能力。
答案:对10.UNIX属于GIS专业软件。
答案:错第二章1.在GIS中,明确定义空间结构关系的数学方法称为:()。
答案:拓扑关系2.现需要得到一张地图的栅格数据,最捷径的输入方法是:()。
答案:扫描数字化输入3.下面不属于GIS数据来源的是:()。
答案:4D产品4.描述地理实体本身位置、形状和大小等的数据为()。
答案:几何数据5.地理数据一般具有的三个基本特征是()。
答案:空间特征、属性特征和时间特征6.矢量结构的特点是()。
答案:定位明显、属性隐含7.存在于空间图形的同类元素之间的拓扑关系是()。
答案:拓扑邻接8.对一幅地图而言,要保持同样的精度,栅格数据量要比矢量数据量()。
答案:大9.在栅格数据获取过程中,为减少信息损失提高精度可采取的方法是()。
答案:缩小栅格单元面积10.栅格数据表示地物的精度取决于()。
答案:栅格尺寸的大小11.对同一幅地图而言,矢量结构与栅格结构相比()。
空间数据得拓扑关系1、空间数据得拓扑关系地理信息系统同其它一些事务信息处理系统如银行管理系统,图书检索系统得主要区别在于地理信息系统中具有大量几何目标信息。
这些几何目标信息还包含两类信息,一类就是目标本身得位置信息;另一类就是地物间得空间关系信息。
如果忽略几何目标间得空间关系信息,那么从数据结构得角度瞧,地理信息系统得数据结构就可以设计成通常事务信息处理系统得形式。
也就就是说,由于地理信息系统必须同时考虑几何目标得空间关系、地物位置信息及特征信息,致使地理信息系统得数据结构比较复杂。
为了研究几何目标得空间关系,在此引入拓扑关系得概念。
2、拓扑得基本概念几何信息与拓扑关系就是地理信息系统中描述地理要素得空间位置与空间关系得不可缺少得基本信息。
其中几何信息主要涉及几何目标得坐标位置、方向、角度、距离与面积等信息,它通常用解析几何得方法来分析。
而空间关系信息主要涉及几何关系得“相连”、“相邻”、“包含”等信息,它通常用拓扑关系或拓扑结构得方法来分析。
拓扑关系就是明确定义空间关系得一种数学方法。
在地理信息系统中用它来描述并确定空间得点、线、面之间关系及属性,并可实现相关得查询与检索。
从拓扑观点出发,关心得就是空间得点、线、面之间得联接关系,而不管实际图形得几何形状。
因此,几何形状相差很大得图形,它们得拓扑结构却可能相同。
图3-4(a)(b)所表示得图,其几何形状不同,但它们结点间拓扑关系就是相同得,均可用图3-4(c)所示结点邻接矩阵表示。
(c)中交点为1处表示相应纵横两结点相连。
同样,图3-5(a)(b)所表示得图,其几何形状完全不同,但各面块之间得拓扑邻接关系完全相同,如图3-5(c)邻接矩阵所示,(c)中交点为1处表示相应得两个面相邻。
总之,拓扑关系反映了空间实体之间得逻辑关系,它不需要坐标、距离信息,不受比例尺限制,也不随投影关系变化。
因此,在地理信息系统中,了解拓扑关系对空间数据得组织,空间数据得分析与处理都具有非常重要得意义。
李建松《GIS原理》复习题2009第一部分地理信息系统的科学和技术基础第一章地理信息系统的科学基础名词:地球系统科学、地球信息科学、地理信息科学、地球空间信息科学第三章地理信息系统概述简答:地理信息系统的定义、特征、构成、发展简史第四章地理信息系统的技术基础填空和判断:数据采集输出、GIS软件的发展第二部分地理空间数据组织与管理第五章地理空间信息基础简答:矢量数据、栅格数据、TIN的结构和特点名词:元数据第六章地理空间数据模型简答:空间索引的类型和用途填空和判断:空间数据的基本特征和描述内容第七章地理空间数据结构计算:无拓扑矢量数据结构、拓扑数据结构、栅格数据Morton码、TIN数据结构第八章地理空间数据库填空简答:间数据库管理系统的管理模式1、空间数据的基本特征是、、2、矢量数据最基本的拓扑关系是关联和邻接,解释关联和邻接的含义3、在网络分析方面矢量数据比栅格数据(方便、不方便)4、在叠置分析方面矢量数据比栅格数据(方便、不方便)5、缓冲区分析用什么数据结构比较方便?6、投影变换时,矢量数据比栅格数据(简单、复杂)7、GIS中有几何数据、属性数据和拓扑数据,哪些适合用数据库表示?哪些适合用数据文件表示?第三部分地理空间数据的获取与处理第九章地理空间数据获取填空和判断:数据源的种类、数据采集的方法第十章空间数据的编辑填空简答:图形数据的编辑、图形数据的几何纠正第十一章空间数据的处理方法填空简答:空间数据的拓扑关系自动生成、空间数据的压缩编码方法、矢量数据和栅格数据的转换计算:栅格数据压缩编码方法第十二章地理空间数据的质量填空简答:GIS数据质量的内容、空间数据的不确定性数字测绘和GIS的数据采集有什么区别?1、用SuperMap对栅格数据矢量化时,什么情况下选用非地球坐标系?2、空间数据的不确定性包含了哪些方面?分别举例说明几何数据和属性数据的不确定性3、如何发现进入GIS中的数据错误4、判断点和多边形的关系有和两种方法A 垂线法B 面积法C 内插法D弧长法E转角法5、仿射变换和相似变换公式的差别,各需要几个已知点?6、X=A0+A1x-B1y Y=B0+B1x+A1y 是变换X=A0+A1x+A2y Y=B0+B1x+B2y 是变换A 拓扑B投影 C 仿射 D 相似7、如何求解以上二式中的A0、A1、A2、B0、B1、B2第四部分空间分析基本原理和方法第十五章空间分析方法填空简答:矢量和栅格数据的叠置分析、缓冲区分析1、举例说明几何图形到属性、属性到图形的双向查询2、空间关系查询包含哪些内容?3、解释:属性数据的离散特征数和集中特征数4、DEM分析有哪几种主要用途?5、空间对象的关系有、、、、五种6、点、线、面之间各有什么关系?如何判断点和线之间的关系?第五部分地理信息系统产品输出及可视化第十六章地理信息系统产品输出填空和判断:地理信息系统产品的输出系统的硬件、地理信息系统产品的类型第十七章空间信息可视化技术方法简答:可视化的技术方法、GIS制作专题地图的类型和方法1、举例说明如何将空间查询、统计和分析的结果可视化表示2、VR有哪几种主要类型和功能?3、简述电子地图和GIS的关系和差别第六部分地理信息系统工程设计与标准化第十八章地理信息系统工程设计简答:GIS工程的系统分析、系统设计、实施、运行和维护的内容第十九章地理信息系统的标准化1、GIS开发的四个阶段为、、、2、快速原型法和结构化生命周期法的主要区别是什么?3、GIS的发展瓶颈是什么?改进途径有哪些?4、在众多的GIS的应用领域中,列举出六个领域。
地理信息系统课后习题部分答案地理信息系统概论课后习题部分答案第一章1、啥是地理信息系统(GIS)它与普通计算机应用系统有哪些异同点答:地理信息系统:是由计算机硬件、软件和别同的办法组成的系统,该系统设计支持空间数据的采集、治理、处理、分析、建模和显示,以便解决复杂的规划和治理咨询题。
GIS 脱胎于地图学,是计算机科学、地理学、测绘遥感学、环境科学、都市科学、空间科学、信息科学和治理科学等众多学科交叉融合而成的新兴学科。
然而,地理信息系统与这学科和系统之间既有联系又有区不: (1)GIS 与机助制图系统机助制图是地理信息系统得要紧技术基础,它涉及GIS 中的空间数据采集、表示、处理、可视化甚至空间数据的治理。
地理信息系统和数字制图系统的要紧区不在于空间分析方面。
一具功能完善的地理信息系统能够包含数字制图系统的所有功能,此外它还应具有丰富的空间分析功能。
(2)GIS 与DBMS(数据库治理系统) GIS 除需要功能强大的空间数据的治理功能之外,还需要具有图形数据的采集、空间数据的可视化和空间分析等功能。
所以,GIS 在硬件和软件方面均比普通事务数据库更加复杂,在功能上也比后者要多地多。
(3)GIS 与CAD 系统二者尽管都有参考系统,都能描述图形,但CAD 系统只处理规则的几何图形、属性库功能弱,更缺乏分析和推断能力。
(4)GIS 与遥感图像处理的系统遥感图像处理的系统是特意用于对遥感图像数据处理举行分析处理的软件。
它要紧强调对遥感栅格数据的几何处理、灰度处理和专题信息提取。
这种系统普通缺少实体的空间关系描述,难以举行某一实体的属性查询和空间关系查询以及网络分析等功能。
2、地理信息系统有哪几个要紧部分组成它的基本功能有哪些试举目前广泛应用的两个基础地理信息系统软件为例,列出它们的功能分类表,并比较异同点(1)系统硬件:包括各种硬件设备,是系统功能实现的物质基础;(2)系统软件:支持数据采集、存储、加工、回答用户咨询题的计算机程序系统;(3)空间数据:系统分析与处理的对象,构成系统的应用基础;(4)应用人员:GIS 服务的对象,分为普通用户和从事建立、维护、治理和更新的高级用户;(5)应用模型:解决某一特意应用的应用模型,是GIS 技术产生社会经济效益的关键所在。
一、名词解释1.数据:指输入到计算机并能被计算机进行处理的数字、文字、符号、声音、图象等符号。
2.信息:是现实世界在人们头脑中的反映。
它以文字、数据、符号、声音、图象等形式记录下来,进行传递和处理,为人们的生产,建设,管理等提供依据。
3.地理信息系统:是由硬件、软件和方法组成的,能支持地理空间数据的采集、储存、管理、操作、分析、建模和显示的计算机综合应用技术系统,可描述整个或部分地球表面及其实体空间地理分布,用以解决复杂的规划和管理问题的特定空间信息系统。
4.地理数据:是直接或间接关联着相对于地球的某个地点的数据,是表示地理位置、分布特点的自然现象和社会现象的诸要素文件。
包括自然地理数据和社会经济数据。
5.地理实体(空间实体):指自然界现象和社会经济事件中不能再分割的单元,它是一个具体有概括性,复杂性,相对意义的概念。
6.地理空间: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、岩石圈和土壤圈交互作用的区域。
7.拓扑关系:指图形保持连续状态下形变,但图形关系不变的性质。
8.空间数据:是指用来表示空间实体的位置、形状、大小及其分布特征诸多方面信息的数据,它可以用来描述来自现实世界的目标,它具有定位、定性、时间和空间关系等特性。
9.空间信息:是反映地理实体空间分布特征的信息。
10.矢量数据:是用点,线,面及其X,Y坐标来构建点,线,面等具体空间要素的数据模型。
11.矢量数据结构:是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)。
12.栅格数据结构:指将空间分割成各个规则的网格单元,然后在各个格网单元内赋以空间对象相应的属性值的一种数据组织方式。
13.空间数据库:是地理信息系统在计算机物理存储介质上存储和应用的相关的地理空间数据的总合。
类型:层次、网状、关系数据模型14.空间数据库管理系统:是指能够对物理介质上存储的地理空间数据进行语义和逻辑上的定义;提供必须的空间数据查询、检索和存取功能;能够空间数据进行有效的维护和更新的一套软件系统。
南京信息工程大学地理信息系统原理试卷(二)一、填空题(每空1分,共30分)1、一个实用的GIS 要支持对空间数据的________________、_________________、_________________、___________________、___________________等功能;其基本构成一般包括以下5个部分_________________、___________________、________________________、_________________________、______________________。
2、空间数据结构建立的基本过程包括: 、_________________________________、_________________________、_______________ 、 ________________________ 。
3、空间数据的拓扑关系包括:__________________________________________________,其对地理信息系统的数据处理和空间分析,具有重要的意义:1)_______________________________________________________________________; 2)_______________________________________________________________________; 3)_______________________________________________________________________。
4、空间数据的坐标变换的实质是建立两个平面点之间的一一对应关系,包括___________和_____________。
前者,可利用仿射变换进行,根据图形变换原理,得出含有6个参数的坐标变换公式,需要知道不在同一直线上的3对控制点的___________________及其____________,才能求得上述参数。
空间数据的拓扑关系1.空间数据的拓扑关系地理信息系统同其它一些事务信息处理系统如银行管理系统,图书检索系统的主要区别在于地理信息系统中具有大量几何目标信息。
这些几何目标信息还包含两类信息,一类是目标本身的位置信息;另一类是地物间的空间关系信息。
如果忽略几何目标间的空间关系信息,那么从数据结构的角度看,地理信息系统的数据结构就可以设计成通常事务信息处理系统的形式。
也就是说,由于地理信息系统必须同时考虑几何目标的空间关系、地物位置信息及特征信息,致使地理信息系统的数据结构比较复杂。
为了研究几何目标的空间关系,在此引入拓扑关系的概念.2。
拓扑的基本概念几何信息和拓扑关系是地理信息系统中描述地理要素的空间位置和空间关系的不可缺少的基本信息。
其中几何信息主要涉及几何目标的坐标位置、方向、角度、距离和面积等信息,它通常用解析几何的方法来分析.而空间关系信息主要涉及几何关系的“相连”、“相邻”、“包含”等信息,它通常用拓扑关系或拓扑结构的方法来分析.拓扑关系是明确定义空间关系的一种数学方法。
在地理信息系统中用它来描述并确定空间的点、线、面之间关系及属性,并可实现相关的查询和检索。
从拓扑观点出发,关心的是空间的点、线、面之间的联接关系,而不管实际图形的几何形状。
因此,几何形状相差很大的图形,它们的拓扑结构却可能相同。
图3-4(a)(b)所表示的图,其几何形状不同,但它们结点间拓扑关系是相同的,均可用图3—4(c)所示结点邻接矩阵表示。
(c)中交点为1处表示相应纵横两结点相连.同样,图3-5(a)(b)所表示的图,其几何形状完全不同,但各面块之间的拓扑邻接关系完全相同,如图3—5(c)邻接矩阵所示,(c)中交点为1处表示相应的两个面相邻。
总之,拓扑关系反映了空间实体之间的逻辑关系,它不需要坐标、距离信息,不受比例尺限制,也不随投影关系变化.因此,在地理信息系统中,了解拓扑关系对空间数据的组织,空间数据的分析和处理都具有非常重要的意义。
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矢量数据拓扑关系在空间数据的查询和分析过程中非常重要,拓扑数据结构是地理信息系统分析和应用功能所必需的,它描述了基本空间目标点、线、面之间的关联、邻接和包含关系。
拓扑空间关系信息是空间分析、辅助决策的等的基础,也是GIS区别于 CAD(计算机辅助设计)等的主要标志。
拓扑空间关系的自动建立算法是 GIS 中的关键和难点算法之一,国内外对该问题一直在进行研究。
而且,由于拓扑关系自动生成与维护的复杂性, GIS 学术界研究人员针对 GIS 是否需要拓扑关系,问题是以一种什么样的方式来进行拓扑空间关系表达。
对于拓扑关系的自动建立问题,研究的焦点是如何提高算法与过程的效率和自动化程度,本章将讲述其实现的基本步骤和要点。
拓扑关系自动生成算法的一般过程为:1.弧段处理,使整幅图形中的所有弧段,除在端点处相交外,没有其他交点,即没有相交或自相交的弧段。
2.结点匹配,建立结点、弧段关系。
3.建立多边形,以左转算法或右转算法跟踪,生成多边形,1 / 18建立多边形与弧段的拓扑关系。
4.建立多边形与多边形的拓扑关系。
5.调整弧段的左右多边形标识号。
6.多边形内部标识号的自动生成。
事实上,拓扑关系的生成过程中还涉及到许多工作,例如弧段两端角度的计算、悬挂结点和悬线的标识、多边形面积计算、点在多边性内外的判别等。
第一节拓扑关系的计算机表达一、拓扑结点结点用来描述如管线的交点、道路路口等现实世界的特征对象,结点可以用来检测弧段与弧段的连接关系和多边形特征是否能正确地完成。
只与一条弧段相连接的起点或终点叫做悬挂结点。
如图 1 所示 P 点就是悬挂结点:图 1 结点一般包括:结点号、结点坐标、与该结点连接的弧段集合,结点的数据结构可以表示如下:class Node { private: long _ID; //结点号 Point * _Point; //指向结点坐标的指针 P(悬挂结点) vectorArcPoint * ArcCollection ; //与该结点相联接的弧段集合指//针public: Node() {}; //构造函数~Node() {}; //析构函数 otherMethod; //其他公共操作 } 二、拓扑弧段---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------及其表示拓扑弧段指处于两个结点之间的点序列串,可以给弧段定义一个方向,或者定义为数字化弧段时从一个结点到另一个结点的采点方向,或者硬性定义一个方向,定义方向后弧段开始的结点就称为起始结点,弧段结束的结点就称为结束结点,由起始结点到终止结点的方向称为起终方向,由终止结点到起始结点的方向称为终起方向。
弧段起终方向左侧的多边形称为弧段的左多边形,弧段起终方向右侧的多边形称为弧段的右多边形,如果弧段的起始结点或终止结点只与一条弧段相关联,则该弧段称为悬挂弧段,如图 2 所示弧段 L为悬挂弧段。
一般可以通过标识悬挂弧段来检测原始矢量数据的质量。
L(悬挂弧段)图 2 图 1 弧段一般包括:弧段号、弧段节点坐标串、弧段起始和终止结点、弧段左右多边形,弧段的数据结构可以表示如下:class Arc { private: long _ID; //弧段号 vectorPoint _Points; //弧段节点坐标串指针 Node * _start; //起始结点指针 Node * _end; //终止结点指针Polygon * _LeftPolygon; //弧段左多边形指针3 / 18Polygon * _RightPolygon; //弧段右多边形指针 public: Arc() {}; //构造函数 ~Arc() {}; //析构函数 OtherMethod; //其他公共操作 } 三、拓扑面及其表示拓扑面是由一条或若干条弧段首尾相连接而成的边线所包含的区域,内部包含有其它拓扑面的拓扑面一般称为复杂面,被包含的拓扑面称为岛,没有岛的拓扑面称为简单面,如图 3 所示。
对于拓扑面也可以定义正反方向,一般定义为:当沿拓扑面的边界前进时,被弧段所包围的面域始终处于弧段的右侧时的方向就是正方向,反之,则是反方向,如图 4 所示,箭头所指向的方向就是正方向,可以看出对于拓扑面的外边界,顺时针方向是正方向,而对于内边界逆时针方向就是正方向。
简单面复杂面图 3 图 4 多边形一般包括:多边形号、中心点坐标、多边形属性数据、多边形的组成弧段号、多边形岛的信息,考虑到组成弧段的方向和多边形顶点序列的方向存在的可能的不一致性以及效率问题,可以改为记录下组成多边形的弧段指针和方向性信息,即弧段与多边形的方向是否一致,对于岛的信息则通过将构成变形的边线分块来处理的方式体现,比如多边形包含岛屿,则可以使多边形的外边界成为多边形的第一部分,岛屿作为多边形的二、三、四等部分的方式加以解决。
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 多边形的数据结构可以表示如下:class Polygon { public: classPart { private: typedef pairArcPoint * ,bool ArcElement; vectorArcElement _Arcs; public: Part() {}; ~Part() {}; OtherMethod() {};岛} private: long _PolygonID; Point_CenterPoint; vectorPart * _Parts; public: Polygon(){}; ~Polygon() {}; OtherMethod() {}; OtherProperty() {}; } 四、拓扑结点、弧段和面之间的关系拓扑关系生成后,拓扑结点,拓扑弧段和拓扑面之间的关系如下几张表所示:弧段号 A0 结点号 N00 N10 A1 . An N10 N11 . NN0NN1 表 1 弧段结点关系表结点号 Ni 弧段号 Ai A j Ak表 2 结点弧段关系表弧段号左多边形号右多边形号 A0 A1 . AnPL0 PL1 . PLn PR0 PR1 . PRn 表 3 弧段多边形关系表多边形号 Pi弧段号 Ai A j Ak 表 4 多边形弧段关系表第二节弧段处理算法拓扑关系自动建立的第一步就是处理弧段,使得弧段不存在自相交和相交现象。
本小节主要解决弧段的处理问题。
一、直线段相交的判断方法直线相交的判定方法有很多种,这里介绍较快的一种算法。
5 / 18设直线 L 过点000(,)P x y和点111( ,)P x y,则直线L 的方程可以表示为:,将直线方程化为参数方程有:其中。
设有两条直线 L1和 L2,它们的参数方程分别为:和010010’’判断两线段有无交点的关键变为判断t和v 是否符合不等式且。
令:,,,有:,’’cx如果,说明两线段平行或者重合,没有交点,或者交点在两线段的头或尾上,否则如果满足不等式且,两线段有交点,交点在两线段的中间。
二、自相交弧段处理具有自相交特征的弧段至少具有四个(结)节点,由三个点或两个点组成的弧段不可能自相交。
依次取出每一条弧段,如果弧段的(结)节点个数不少于四个,就利用直线段相交的方法,对组成弧段的各直线段进行判断,如果相交,将线段断开为两条,自相交的弧段可能不止有一处相交,可---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------以通过递归的方法来将弧段分开,算法如下:ListArc* Arcs; // 弧段集合 ListArc* NewArcs; // 处理后的弧段集合 void BreakArc(Arc *arc) { Arc * first=0;//打断后的第一部分 Arc * second=0; //打断后的第一部分bool IsSelfCross=false; int LineCountofArc=弧段所包含的直线段数目;for(int i=0; iLineCountofArc-2; i++){ for(int j=i+2;jLineCountofArc;j++) { if(直线段i 和直线段j 相交) { 将交点P插如弧段,并在P处将弧段断为两截,分别存入first 和second 中;IsSelfCross=true;Break;} }if(IsSelfCross) { break; } }if(! IsSelfCross) { NewArcs.push_back(arc); }else { SelfCrossDeal(first);SelfCrossDeal(second);} } void DealSelfCross(){ typedef list::iterator Position; for(Positionite=Arcs.begin(); ite!=Arcs.end(); ite++) { Arc * arc=*ite; BreakArc(arc); } } 三、弧段相交打断处理弧段与弧段相交关系的判断,可以通过取每一条弧段,与其他未判断过的所有弧段目标进行相交关系判断而得,从而要进行(1)(2)32次判断,具体方法为,取7 / 18出第一条弧段,与其他条弧段进行相交判断,求得交点后,将交点分别插入第一条弧段和与其相交弧段的对应位置上,并记录位置,将第一条弧段与所有其他弧段的相交关系判断完毕后,通过记录下的交点位置将第一条弧段分割,然后依次取出下一条弧段进行同样的处理,直到所有弧段处理完毕。
由于 GIS 的数据量大,造成了判断的工作量大,效率低下的弊端,在判断两条弧段的关系时,应尽可能的减少计算量,减少计算量的工作可以分两步来做,首先是判断两条弧段的最小矩形壁包(Minimum bouding rectangle, MBR)是否相交或具有包含关系,如果不相交或没有包含关系,那么可以断定两条弧段是不互相交的,如果相交或具有包含关系,则进一步判断第一条弧段的每一条组成线段是否和第二条弧段的 MBR 相交或被包含,如果不相交或没有被包含则可以判断这一部分线段不会和第二条弧段相交,否则可以使用这一条线段与组成第二条弧段的各个线段进行相交关系的判定来确定交点。