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1、第2章 空间数据组织 教学设计本讲稿第一页，共三十六页 主要内容：空间数据模型空间数据模型矢量数据模型矢量数据模型栅格数据模型栅格数据模型地形模型地形模型本讲稿第二页，共三十六页 农田施肥效果如何农田施肥效果如何?土壤肥力土壤肥力 作物类型作物类型 地形因素地形因素考虑因素考虑因素本讲稿第三页，共三十六页 土壤肥力分布土壤肥力分布 作物类型分布作物类型分布 区域地形图区域地形图道路河流lake道路水稻田 湖泊 大豆地玉米地本讲稿第四页，共三十六页物理物理模型模型空间数据库空间数据库逻辑数据逻辑数据模型模型内部存储内部存储概念世界概念世界数据世界数据世界真实世界真实世界空间事物或现象空间事物或现
2、象简化、抽象简化、抽象概念概念模型模型空间实体抽象三个层次空间实体抽象三个层次数据表达数据表达本讲稿第五页，共三十六页一、空间数据模型的定义一、空间数据模型的定义 建立在对地理空间现象建立在对地理空间现象简化和抽象简化和抽象的基础上，用的基础上，用计算机能够识别和处理的数据形式计算机能够识别和处理的数据形式来定义和描述地理来定义和描述地理现象及其关系而形成的现象及其关系而形成的数据逻辑组织数据逻辑组织方式，是对现实世方式，是对现实世界的抽象表达。界的抽象表达。本讲稿第六页，共三十六页概念模型概念模型场场 模模 型型要素模型要素模型地理对象地理对象空间不连续空间不连续空空 间间 连连 续续表达层
3、次表达层次分分布布特特征征逻辑模型逻辑模型矢量模型矢量模型栅格模型栅格模型地形模型地形模型本讲稿第七页，共三十六页二、二、矢量数据模型矢量数据模型 利用欧几里得几何学中的点、线、面及其组合体来利用欧几里得几何学中的点、线、面及其组合体来表示地理空间实体和空间关系的数据组织方式。表示地理空间实体和空间关系的数据组织方式。2.1 概念概念本讲稿第八页，共三十六页植被类型图植被类型图林地林地234道路河流lake道路 水稻田 大豆地 湖泊玉米地塔 点实体点实体 线实体线实体 面实体面实体本讲稿第九页，共三十六页2.2 矢量数据结构矢量数据结构-点点实体类型实体类型标识号标识号位置坐标位置坐标类型类型
4、高度高度点点8x1,y1塔塔30编码内容：编码内容：实体类型、标识码、坐标、属性等实体类型、标识码、坐标、属性等本讲稿第十页，共三十六页2.3 矢量数据结构矢量数据结构-线线编码内容：编码内容：标识码、起始点、终止点、坐标、属性标识码、起始点、终止点、坐标、属性实体类型实体类型标识号标识号起始点起始点终止点终止点坐标坐标类型类型长度长度线线11nx1,y1;x2,y2;xn,yn河流河流25线线41mx1,y1;x2,y2;xn,yn道路道路38本讲稿第十一页，共三十六页2.4 矢量数据结构矢量数据结构-多边形多边形多边形多边形线线点点本讲稿第十二页，共三十六页多边形多边形数据项数据项A(x1
5、，y1)，(x2，y2)，(x3，y3)，(x4，y4)，(x5，y5)，(x6，y6)，(x7，y7)，(x8，y8)，(x9，y9)，(x1，y1)B(x1，y1)，(x9，y9)，(x8，y8)，(x17，y17)，(x16，y16)，(x15，y15)，(x14，y14)，(x13，y13)，(x12，y12)，(x11，y11)，(x10，y10)，(x1，y1)C(x24，y24)，(x25，y25)，(x26，y26)，(x27，y27)，(x28，y28)，(x29，y29)，(x30，y30)，(x31，y31)，(x24，y24)D(x19，y19)，(x20，y20)，(
6、x21，y21)，(x22，y22)，(x23，y23)，(x15，y15)，(x16，y16)，(x19，y19)E(x5，y5)，(x18，y18)，(x19，y19)，(x16，y16)，(x17，y17)，(x8，y8)，(x7，y7)，(x6，y6)，(x5，y5)实体数据结构实体数据结构本讲稿第十三页，共三十六页实体数据结构的特点实体数据结构的特点缺点：缺点：1)每个多边形有各自的坐标数据，无拓扑关联每个多边形有各自的坐标数据，无拓扑关联;2)共公边界数字化两次，产生数据冗余；共公边界数字化两次，产生数据冗余；优点：优点：数据编排直观、编码容易、数字化操作简单；数据编排直观、编码容
7、易、数字化操作简单；本讲稿第十四页，共三十六页弧段弧段起点起点终点终点左多边形左多边形右多边形右多边形弧段弧段起点起点终点终点左多边形左多边形右多边形右多边形a510Af1516DBb85EAg1150Bc168EBh81ABd1950Ei1619DEe15190Dj3131BC多边形号多边形号弧段号弧段号周长周长面积面积中心点坐标中心点坐标Ah，b，aBg，f，c，h，jCjDe，i，fEe，i，d，b多边形文件多边形文件弧段文件弧段文件拓扑数据结构拓扑数据结构弧段号弧段号弧段弧段3131BC本讲稿第十五页，共三十六页点号点号坐标坐标点号点号坐标坐标1(x1，y1)14(x14，y14)2(
8、x2，y2)15(x15，y15)12(x12，y12)24(x24，y24)13(x13，y13)25(x25，y25)弧段号弧段号点号点号弧段号弧段号点号点号a5，4，3，2，1f15，16b8，7，6，5g1，10，11，12，13，14，15c16，17，18h8，9，1d19，18，5i16，19e15，23，22，20，19j31，30，29，28，27，26，25，24，31点文件点文件弧段点文件弧段点文件拓扑数据结构拓扑数据结构本讲稿第十六页，共三十六页1 1）数据结构紧凑，冗余度低）数据结构紧凑，冗余度低2 2）拓扑关系明确，便于空间分析和查询编辑）拓扑关系明确，便于空间分析
9、和查询编辑拓扑矢量数据特点：拓扑矢量数据特点：1 1）数据结构复杂数据结构复杂2 2）数据操作效率低数据操作效率低缺点：缺点：优点：优点：本讲稿第十七页，共三十六页三、栅格数据模型三、栅格数据模型 以栅格单元的方式表达地理空间实体及关系的数据组织方式。以栅格单元的方式表达地理空间实体及关系的数据组织方式。3.1 概念概念栅栅格格表表示示形形式式10020040030060050070090080010001002003004005006007008009001000ERRRPRHRRRRRREEEEPPPPPLPFRPPPPPPRFRPPPPFRPPPPPPFFRPPFFFFFGLFHFFGL
10、FFFFFFWGFRFFFFFGGGFRRFFFFFFFGFGRGFFFFFGFGGRPPPPRRPFGLGGFRF本讲稿第十八页，共三十六页3.2 栅格数据结构建立栅格数据结构建立3.2.1 栅格单元大小确定栅格单元大小确定LS 为研究区最小图斑面积为研究区最小图斑面积本讲稿第十九页，共三十六页3.2.2 栅格单元值确定栅格单元值确定？面积占优法面积占优法中心点法中心点法重要性法重要性法百分比法百分比法本讲稿第二十页，共三十六页ERRRPRHRRRRRREEEEPPPPP0666666666655666644444545333333333330333330233222222222222222
11、122111111111111111111111166554333023363 土壤肥力分布土壤肥力分布 土壤肥力柵格表达土壤肥力柵格表达3.2 栅格数据编码方法栅格数据编码方法完全栅格编码完全栅格编码完全栅格编码完全栅格编码本讲稿第二十一页，共三十六页3.2 栅格数据编码方法（压缩）栅格数据编码方法（压缩）4）四叉树编码）四叉树编码1）块码）块码2）游程编码）游程编码3）链状编码）链状编码本讲稿第二十二页，共三十六页64码码 38码码 游程编码游程编码本讲稿第二十三页，共三十六页1）数据结构简单，属性明显）数据结构简单，属性明显2）空间叠加与运算易于实现）空间叠加与运算易于实现3.3栅格数据
12、特点栅格数据特点优点：优点：缺点：缺点：1）数据存储量大，冗余度高）数据存储量大，冗余度高2）数据精度受栅格单元大小影响）数据精度受栅格单元大小影响本讲稿第二十四页，共三十六页四、四、地形模型地形模型地形模型地形模型概念地形模型建立地形模型建立地形模型数据结构地形模型数据结构本讲稿第二十五页，共三十六页4.1 地形模型概念地形模型概念 通过有限离散分布的含有位置和高程信息的点、通过有限离散分布的含有位置和高程信息的点、线数据，利用数学函数实现对地形曲面的数字化模线数据，利用数学函数实现对地形曲面的数字化模拟。拟。用二维空间上连续函数表示为：用二维空间上连续函数表示为：z=f(x,y)本讲稿第二
13、十六页，共三十六页4.1 地形模型概念地形模型概念z=a0+a1x+a2yz=a0+a1x+a2y+a3xy+a4x2+a5y2 常用函数为：常用函数为：本讲稿第二十七页，共三十六页4.14.1地形模型概念地形模型概念TIN表面表面地表要素地表要素基于三角网络地形模型：将离散分布的系列高程点生成相互邻接基于三角网络地形模型：将离散分布的系列高程点生成相互邻接的不规则三角网（的不规则三角网（TINTIN）来逼近地形表面。）来逼近地形表面。本讲稿第二十八页，共三十六页4.14.1地形模型概念地形模型概念选用三角网络构建地形曲面模型的优势主要在于三角形图形：选用三角网络构建地形曲面模型的优势主要在于
14、三角形图形：基于三角网方法越来越受到重视。基于三角网方法越来越受到重视。基本图形单元基本图形单元适合于所有的数据结构适合于所有的数据结构三角形三角形大小可变大小可变模拟精度高模拟精度高数据容余小数据容余小本讲稿第二十九页，共三十六页4.24.2 基于三角网地形模型构建基于三角网地形模型构建三角网构建的三个基本条件：三角网构建的三个基本条件：1 1）唯一性）唯一性2 2）保证最临近的点连成三角形）保证最临近的点连成三角形3 3）三角形每个角度力求最大。）三角形每个角度力求最大。基于空圆法则即每个三角形的外接圆内不包含其它点的狄洛尼基于空圆法则即每个三角形的外接圆内不包含其它点的狄洛尼三角网成为构
15、建地形模型的主要方法。三角网成为构建地形模型的主要方法。本讲稿第三十页，共三十六页N1N2N8N7N 3N4N6N5T1T2 T3 T4 T5T6 T7T8 4.34.3三角网地形模型的数据结构三角网地形模型的数据结构本讲稿第三十一页，共三十六页 点文件点文件 三角形文件三角形文件 点号点号 坐标点坐标点 三角形号三角形号 顶点顶点 邻接三角形邻接三角形 N1 X 1 Y1 Z1 T1 N1 N5 N6 T2 T5 /N2 X 2 Y2 Z1 T2 N1 N4 N3 T1 T3 T6 N3 X 3 Y3 Z1 T3 N1 N2 N4 /T4 T2 N4 X 4 Y4 Z4 T4 N2 N3 N
16、4 T3 /T8 N5 X 5 Y5 Z5 T5 N8 N5 N6 T1 /T6 N6 X 6 Y6 Z6 T6 N4 N5 N8 T2 T5 T7 N7 X 7 Y7 Z7 T7 N4 N7 N8 T6 T8 /N8 X 8 Y8 Z8 T8 N3 N4 N7 T4 T7 /本讲稿第三十二页，共三十六页基于三角网模型不足：基于三角网模型不足：数据结构复杂，计算困难数据结构复杂，计算困难多用于数据存储和显示多用于数据存储和显示本讲稿第三十三页，共三十六页小结小结:空间数据模型空间数据模型矢量数据模型矢量数据模型 栅格数据模型栅格数据模型 地形模型地形模型 本讲稿第三十四页，共三十六页五、复习题五、复习题1.比较矢量和栅格数据模型特点。比较矢量和栅格数据模型特点。2.比较三种基本的空间数据模型应用范围。比较三种基本的空间数据模型应用范围。本讲稿第三十五页，共三十六页本讲稿第三十六页，共三十六页