•一个面是一个简单的面（无岛） •一个面的连通性（面内任两点从 一点可在面的内部走向另一点）
• 拓扑变换 第二章•（空间橡数皮据变的表换达）和管理
2.1 空间数据的表达
• 2.1.3 地理实体间的空间关系
–4、拓扑元素
Ø点：孤立点、线的端点、面的首尾点、链的连接点
Ø线：两结点之间的有序弧段，包括链、弧段和线段 Ø面：若干弧段组成的多边形
第二章空间数据的表达和管理
2.2.1 空间数据结构
• 数据结构是数据组织的形式。是适合于计算机 存储、管理和处理的数据逻辑结构。
• 空间数据结构是地理实体的空间排列方式和相互 关系的抽象描述。
• 地理数据库中采用空间数据结构来数字化表达地 理空间信息。
• 空间数据结构主要有栅格结构和矢量结构。
第二章空间数据的表达和管理
第二章空间数据的表达 和管理
2020/12/10
第二章空间数据的表达和管理
内容概览
• 第一节 空间数据的表达
• 第二节 空间数据模型
• 第三节 空间数据管理
第二章空间数据的表达和管理
内容概览
• 第一节 空间数据的表达
–2.1.1 空间数据基本特征 –2.1.2 地理实体描述 –2.1.3 地理实体间的空间关系
•立体状实体用于描述三维空间 中的现象与物体，它具有长度、 宽度及高度等属性。 •立体状实体一般具有以下一些 空间特征： •1）体积，如工程开控和填充的 土方量。 •2）每个二维平面的面积。 •3）周长 •4）厚度 •5）高度
第二章空间数据的表达和管理
第二章空间数据的表达和管理
抽象成地理实体的空间现象
第二章空间数据的表达和管理
2.1 空间数据的表达
•2.1.2 地理实体（空间实体） •2、线状实体
•1）实体长度： •从起点到终点的总长 •2）弯曲度： •用于表示像道路拐弯时弯曲的程 度。 •3）方向性： •如：水流方向，上游—下游， • 公路，单、双向之分。 •线状实体包括：线段，边界、链、 弧段、网络等。
第二章空间数据的表达和管理
•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
•е
1
•P 1•е
•N2 5
•P
2
•е
2
•N1
•P
•е
•е 3 •N5 3
•N6 4
•е
•е
•P 7
4
4
•N3
•1）实体点：用来代表一个实体。
•2）注记点：用于定位注记。 •3）内点：用于负载多边 形的属性，存在于多边形 内。 •4）角点、节点Vertex： •表示线段和弧段上的连接点。
第二章空间数据的表达和管理
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
•城市道路网分布
Ø 2）有助于空间要素的查询，利用拓扑关系可以解决许多实 际问题。如某县的邻接县，--面面相邻问题。又如供水管网 系统中某段水管破裂找关闭它的阀门，就需要查询该线（管 道）与哪些点（阀门）关联。
Ø 3）根据拓扑关系可重建地理实体。
第二章空间数据的表达和管理
本节问题
• 1、空间数据的基本特征？ • 2、地理实体（空间实体）的分类？试举例
Ø 是明确定义空间关系的一种数学方法。在GIS中，用来描述并确定 空间的点线面之间的关系及属性，并可实现相关的查询和检索。
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2.1 空间数据的表达
• 2.1.3 地理实体间的 空间关系
–2、对拓扑关系的理解 Ø指图形保持连续状态 下变形，但图形关系 不变的性质。 Ø将橡皮任意拉伸，压 缩，但不能扭转或折 叠。
• 拓扑变换 •（橡皮变换）
第二章空间数据的表达和管理
2.1 空间数据的表达
•3、拓扑属性和非拓扑属性
•拓扑属性
•非拓扑属性
•一个点在一个弧段的端点
•两点之间的距离
•一个弧段是一个简单的弧段 （自身不相交） •一个点在一个区域的边界上 •一个点在一个区域的内部 •一个点在一个区域的外部
•一个点指向另一个点的方向 •弧段的长度 •一个区域的周长 •一个区域的面积
•位置、形状、 尺寸 、
•识别码（名称） 实体的角色、功 能、行为、实体 的衍生信息
•时间
•测量方法、编 码方法、空间参 考系等
•空间特征：地 理位置和空间关 系
•属性特征—名 称、等级、类别 等
•时间特征
•3、数据类型
•几何数据（空间 数据、图形数据）
•关系数据—实体 间的邻接、关联 包含等相互关系
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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
•中国土地利用分布图（不连续面）
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2.1 空间数据的表达
•2.1.2 地理实体（空间实体） •3、面状实体
•面状实体有如下特征： •1）面积范围 2）周长 •3）独立性或与其它地物相邻 •如中国及其周边国家 •4）内岛屿或锯齿状外形： •如岛屿的海岸线封闭所围成的区域。 •5）重叠性与非重叠性： • 如学校的分区，菜市场的服务范围等都有 可能出现交叉重叠现象，而一个城市的各 个城区一般说来不会出现重叠。
•学校
•菜场
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2.1 空间数据的表达
• 2.1.3 地理实体间的空间关系
–在研究两个以上的空间实体时，空间关系是其 中重要的研究内容。
–空间关系是地理实体之间由实体的几何特性 （位置、形状）所决定的关系。
–地理实体间的空间关系实际是研究实体间的拓 扑关系。
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2.1 空间数据的表达
• 2.1.3 地理实体间的空间关系
–1、拓扑关系的定义
Ø 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。
Ø 地理实体不仅具有空间位置、形状、大小等空间特征，而且不同实 体间还存在邻接、关联、包含等空间相互关系特征，由于描述这种 关系时不需要考虑空间坐标和距离因素，所以又称为拓扑关系。
维度 空间 实体
地理现象
0 点 城镇、居民地、交通枢纽、车站、码头、工 厂、学校、医院、商场、写字楼、机关、火 山口、山峰、景点、基地等
1 线 河流、海岸、铁路、公路、地下管网、行政 边界等
2 面 土壤、耕地、森林、草原、沙漠、行政区域、 绿地、操场等
3 体 云、水体、矿体、高层建筑等
第二章空间数据的表达和管理
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2.1 空间数据的表达
• 2.1.2 地理实体（空间实体）
–5、实体类型组合 Ø（2）面——面组合
– 1、包含：岛,某省的湖泊分 布。
– 2、 相交：重叠，学校服务 范围与菜场服务范围重叠区。
– 3、 相邻：计算相邻边界性 质和长度，公共连接边界。
– 4、分离：计算距离。
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拓扑元素
•点:
•弧: •面:
•起点
•弧段 3
•弧段
•中间点
•终点
•弧段 2
•弧段 1
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2.1 空间数据的表达
• 2.1.3 地理实体间的空间关系
–5、拓扑关系分类
Ø拓扑邻接： 同类元素之间的拓扑关系。 Ø拓扑关联： 不同类元素之间的拓扑关系。 Ø拓扑包含： 同类不同级元素之间的拓扑关系。
•点—点
•点—线
•点—面
•住宅
•海岸线
•肺癌病例
•学校
•码头
•区域
•分布
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•空间关系的应用
•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？
第二章空间数据的表达和管理
•4、数据结构
•矢量、栅格、 TIN（专用于地 表或特殊造型） • •
•属性数据—各种 属性特征和时间
•RDBMS属性表---采用MIS较成 熟
•元数据
•空间元数 据
•
•
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2.1 空间数据的表达
• 2.1.2 地理实体（空间实体）
–在地理空间世界中，空间对象一般按地形维数 进行归类划分，地理现象被抽象为点、线、面、 体。抽象后的地理现象称为地理实体（空间实 体）。
第二章空间数据的表达和管理
•点—点
•邻接
•点—线
•点—面
•线—线
•线—面
•面—面
•相交
•相离 •包含 •重合
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2.1 空间数据的表达
• 2.1.3 地理实体间的空间关系
–6、研究拓扑关系的意义 对于数据处理和GIS空间分析具有重要的意义：
Ø 1）拓扑关系能清楚地反映实体之间的逻辑结构关系，比几 何关系具有更大的稳定性，不随地图投影而变化。
2.2.1 空间数据结构
•X
•i
•xn yn
•xi yi
•x1 y1
•x2 y2
•Y
•栅格数据结构就是像元阵列，每个像元的行列号确定位置，用像元值表示空间 对象的类型、等级等特征。 •矢量数据结构是通过记录坐标的方式，尽可能 地将点、线、面地理实体表现得 精确无误
第二章空间数据的表达和管理
2.2.2 栅格数据模型
2.1 空间数据的表达
• 2.1.2 地理实体（空间实体）