时空修正模型
4.空间数据结构
• 空间数据结构是研究空间数据在计算机 中的组织和表示方法，以便于计算机存 储和管理。 • 空间数据结构和空间数据模型的关系
表达地理空间的空间元素
点、线、面、体
表达地理空间的方法
栅格、矢量
西北望
栅格图
卧佛寺 西苑 颐和园 香山
主要地名
Labels of 主要地名
玉泉山
l1
l6 v4 l2
l3
l4
v2
l5
v3
返回
３、面表：给出围成多面体某个面的各条边。 s1 s2 s3 l1 l2 l3 l2 l4 l5 l5 l3 l6
s4
l3 l1 l4
４、当有若干个多面体时，还必须有一个对象表。 O1 S1,s2… 属性１…
时空数据模型
时空立方体模型
序列快照模型 基态修正模型
2.3空间数据模型
1. 数据模型： 概念数据模型
概念数据模型是面向用户的数据模型，它是用户所容易理解的现 实世界特征的数据抽象（如e－r模型）
逻辑数据模型
常被简称为数据模型，用于表达概念数据模型中数据实体之间的 关系。
物理数据模型
描述数据在物理存储介质上的组织结构，与具体的应用软件、操 作系统和硬件有关。
a5 a6 a4 a6
a3 p3 a4
N1 a1 a5 N4 p1
N3
P4 N5 a7 a2 a6 p2 N2
2）拓扑的邻接性和连通性
表示同类型元素（结点、弧段、多边形）之间的关
系
多边形之间的邻接性；弧段之间的邻接性； 结点之间的连通性
P1 p2 p3 p4 p1 \ 1 1 0 p2 1 \ 1 1 p3 1 1 \ 0 p4 0 1 0 \ a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 a1 a2 \ 1 1 \ 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 a3 1 1 \ 1 1 0 0 a4 0 1 1 \ 1 1 0 a5 1 0 1 1 \ 1 0 a6 a7 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 \ 0 0 \ N1 N2 N3 N4 N5 N1 \ 1 1 1 0 N2 1 \ 1 1 0 N3 1 1 \ 1 0 N4 1 1 1 \ 0 N5 0 0 0 0 \
坐标（纬度. ,经度λ ）表示，而平面上点的位置是用直角坐标（纵坐 标X，横坐标Y）或极坐标（极径ρ ，极角δ ）表示，所以要想将地 球表面上的点转移到平面上，必须采用一定的数学方法来确定地理 坐标与平面直角坐标或极坐标之间的关系。这种在球面和平面之间 建立点与点之间函数关系的数学方法，称为地图投影。 • 类似概念：空间参考、geo reference
2. 地理空间定位框架
*****国家平面控制网 国家平面控制网主要是采用三角测量方法 建立的，即在全国范围内将控制点组成一系列 的三角形，通过测定所有三角形的内角，推算 出各控制点的坐标。国家控制网也是按照“由 高级到低级、由整体到局部”的原则布设的。 国家平面控制网按其精度可分为一、二、三、 四等四个等级。
GIS中的拓朴
主要用来表示地理空间对象之间的位置 关系,与地理空间对象的形状没有关系。
矢量数据的拓朴关系表达
• 拓朴学中的基本元素： 结点、弧段、多边形(图斑、面、小班) • 拓朴学中的基本元素的关系及其性质
关联、相交、相离、包含、邻接、相等、 连通
2、拓扑学中空间元素
拓扑学是几何学的一个分支，它研究的不是具体的 几何体的面积、周长、边长、角度。而是将几何体抽 象成点、线、面等元素，再研究其间的关系。 1）拓扑学中的空间基本元素： 结点（NOD）：弧段的交点。 岛结点是特殊结点。 弧段（ARC）：相邻两结点之间的坐标链。 岛边界弧段是特殊弧段。 多边形（polygon）（图斑或面）：有限弧段组成的 封闭区。
八叉树结构
1、思想：
四叉树在三维空间的推广。 将要表示的形体V放在一个充分大的正方体C内， C的边长为2n，不断用两个与XOY、XOZ的平面均 分C为8个子体，并判断属性单一性。 当子体部分为V---灰结点 需再1分为8。 4 0 子体全为V—黑结点 2 3 1 5
子体中无V---白结点
停止分割，叶结点。
第二章 空间数据模型和 空间数据结构
学习目标
· 理解地理空间、地理空间数据的概念
· 掌握空间数据的特点
· 理解空间数据模型和空间数据结构 · 了解三维数据模型、时空数据模型 · 理解和掌握地理空间数据的拓扑关系 · 掌握栅格和矢量数据结构及其编码方法 · 掌握栅格与矢量数据结构的比较
重点：地理空间数据的拓扑关系，栅格和矢量数据结 构的特点及编码方法。 难 点：拓扑结构、栅格数据编码
点之间拓扑关系（连通性）的描述
a b c e d b c d a e a b c d e a 1 0 0 1 b 1 1 0 1 c 0 1 1 0 d 0 0 1 1 e 1 1 0 1 -
面之间拓扑关系（邻接性）的描述
a b d a b c d a 1 0 1 b 1 1 1 c 0 1 1 d 1 1 1 c
沙坪坝区 江北区 璧山县 渝中区 南岸区 九龙坡区 大渡口区 巴南区 江津市
0.0 7.5 15.0 22.5 30.0 37.5 km
武隆县
彭水苗族土家族
矢量和栅格的区别
• 栅格表达方式是用离 • 散的量化的格网值来 表示和描述空间实体， 也称图像数据。放大 后会失真。 • 如：遥感图像、jpg、 • tiff等几乎所有网上 下载的图片 矢量表达方式是用离 散的点、线、面来表 示和描述连续地理空 间中的实体，也称图 形数据，放大后不失 真。 如：mapinfo示例数 据，word绘图所产 生的数据。
3.地理空间数据
• 就是以地球表面作为基本定位框架的空间数据。
地理空间数据 地理空间特征实体
类似概念：空间对象、空间实体、空间数据、空间要素 （不特别强调“地理”） 如果只强调图形：几何对象、图形对象
2.2 空间数据的特点
• 空间特征 表示了实体的位置或所处的地理位置、空 间实体几何特征以及空间实体间的拓朴关系， 从而形成了空间物体的位置、形态以及由此产 生的一系列特性。 • 属性特征 表示实体的特征。如名称、分类、质量特 征和数量特征等。 • 时间特征 描述实体随时间的变化，其变化的周期有 超短周期的、短期的、中期的和长期的。
• 地理坐标系（经纬坐标系）是描述地理空间信息最直接的方法。 • 平面直角坐标系(X,Y)建立了对地理空间良好的视觉感，并易于进行 距离、方向、面积等空间参数的量算，以及进一步的空间数据处理
和分析。
• 地图投影 简单地讲，地图投影的实质是将地球椭球面上的纬线网按照一定的
数学法则转移到平面。具体来说，由于球面上一点的位置是用地理
多边形 p1 P2 P3 p4 弧段号 a1 a5 a6 a2 a4 a6 a3 a4 a5 a7 a7 弧段号 a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 起点 N2 N2 N3 N3 N1 N4 N5 终点 N1 N3 N1 N4 N4 N2 N5 结点 N1 N2 N3 N4 N5 弧段 a1 a3 a1 a2 a2 a3 a4 a5 a7
***** 国家高程控制网 我国的高程系统是以1956年由青岛验潮站测 出的“黄海平均海水面”作为起算高程的基 准面，并在青岛市内观象山设置了水准原点， 该点的高程为72.289 m。80年代初又重新测 定水准原点的高程为72.260 m。全国性高程 控制测量是从青岛原点出发，用精密的水准 测量方法 国家高程控制网的建立，也是按照“由高级 到低级、由整体到局部”的原则进行的。按 其精度的不同也分为一、二、三、四等四个 等级。
2.空间数据模型 空间概念数据模型
域模型、实体（要素）模型、网络模型、不 规则三角网模型
空间逻辑数据模型
包括数据结构、数据操作、数据约束
空间物理数据模型
要考虑操作效率，提供索引
3.常见数据模型 三维数据模型 时空数据模型
面向对象空间数据模型
三维数据模型
真三维模型V=f(x,y,z)，z是一自变量，不受x，y的影响。 三维数据的组织与重建，三维变换、查询、运算、 分析、维护较为复杂。 三维结构存在栅格和矢量两种形式： 栅格：将地理实体的三维空间分成细小单元---体元。 普遍用八叉树。 矢量：x，y，z，抽象为点、线、面、体，面构成体。 常用三维边界表示法。
三、矢量数据结构模型
1、无拓扑关系的矢量数据结构
无拓扑关系的矢量模型实质上是面向实体的一种数据结构。 它以单个的空间实体为数据组织和存储的基本单位。它采用面向 对象的软件开发方式，每个对象有自己的特性、自己的行为。只 记录空间目标的位置坐标和属性信息，不记录空间拓扑关系。 如采用坐标系列编码。 点目标（x,y) 线目标 (x1y1,x2y2,…….xnyn) 面目标 (x1y1,x2y2,…….xnyn,x1y1) 具体实现形式可将点，线，面直接用空间坐标点数据表示；也 可将坐标点组成文件，每个点给予一个点号，而点，线，面用点 号数据表示。
2.4矢量数据结构及其表达
• 空间信息的表达
位置、形状的表达 空间关系的表达
• 属性表达
一、矢量数据的几何信息 表达
• • • • 0维矢量 1维矢量 2维矢量 3维矢量
二、矢量数据的空间关系 表达
• 什么叫拓朴 • GIS中的拓朴主要指什么,有什么作用 • GIS的拓朴包括哪些内容
矢量数据的空间关系表达
• 地理空间信息不仅包含空间几何信息，还 包含空间关系信息。空间关系信息主要有 空间度量关系，方位关系和拓朴关系。 (但在数据结构中，一般不记录度量和方 位关系) • 矢量数据结构：空间几何信息、拓朴关系。
拓朴
拓朴是将各种物体的位置表示成抽象位置。 在网络中，拓朴形象地描述了网络的安排和配 置，包括各种结点和结点的相互关系。拓朴不 关心事物的细节也不在乎什么相互的比例关系， 只将讨论范围内的事物之间的相互关系表示出 来，将这些事物之间的关系通过图表示出来。 在几何学、计算机等学科中有重要应用