第三讲地理空间数据的组成与特征

第一节地理空间数据的基本结构

地理空间数据定义与特征
空间对象：是指GIS处理的客体，是现实世界中客观存在的尸实体或现象，可以抽象成点、线、面和体等多种数据类型及其组合。
点对象的表达：相对集中于一个较小范围，且按比例尺缩小后仅能呈现点状分布的实体或现象。（抽象的点、非比例符号）
线对象的表达：呈线状或带状分布的实体或动态现象。（网络分析、度量距离）
面对象的表达：分布于较大的范围，且按比例尺缩小后仍能明确显示其轮廓的实体或现象，
体对象的表达：通常用来表示人工或自然的具有长、宽、高的三维目标。
地理数据：在GIS中，地理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。它包括自然地理数据和社会经济数据。地理空间数据表示空间实体的位置、形状、大小机器分布特征的数据；非地理空间数据表示空间实体的属性特征，是对地理空间数据的说明。
地理空间数据的特征：空间特征指空间物体的几何特征以及拓扑关系；属性特征与空间现象的属性信息相联系；时间特征是地理空间数据动态的信息。
地理空间数据的分类
根据数据来源，地理空间数据可分为以下四类：
图形数据的结构特征
图形数据的概念：把构成地图要素的点、线、面以点的坐标对（x，y）形式记录下来，形成有规律的数据集合体。
图形数据的来源：纸质地图数字化、空间分析结果、外业测量获得、由图像数据转换而得。
图形数据的表达：

图形数据的组织：

图形数据的比例尺：
比例尺是反映了制图区域和地图的比例关系。地图上某段线段上的长度与实地相应线段的水平长度之比，称为地图比例尺。

同一区域在不同地图比例尺下所能展示的地物数量不同；同一地物在不同地图比例尺的详略程度不同。

图形数据的拓扑结构：
拓扑结构是指基本要素点、线、面和体之间具有邻接、关联和包含的拓扑关系，与长度、面积无关。

基本拓扑关系：
拓扑邻接是指在于空间图形同类要素之间的拓扑关系，如节点邻接关系，多变邻接关系。

拓扑关联指存在于空间图形中不同要素之间的拓扑关系，如多边形与弧段、弧段与节点之间的关联关系。

拓扑包含指存在于空间图形中同类但不同级的基本要素之间的拓扑关系。

图像数据的概念：图像数据的最小单元为像元或像素，像元的数值可用于描述客观世界中存在的现象。

图像数据的实质：是像元的阵列，每个像元由行列号确定其位置，且具有实体属性的编码值。

空间分辨率：指像元所代表的地面范围的大小，即扫描仪的瞬时视场，或地面物体能分辨的最小单元。

图像数据的表达：

图像数据的方向表达：
第二节矢量数据的结构特征
矢量数据的概念
基本概念：是指通过记录地理实体坐标的方式精确地表达点、线、面等实体的空间位置和形状。
矢量数据的编码
数据编码：把需要加工处理的信息，根据一定的数据结构和目标的定性特征，用特定的代码或编码字符来表示，以便于计算机识别和管理。
坐标序列法：任何点、线、面实体都可以用某一坐标体系中的坐标点坐标（x，y）来表示。

树状索引编码法：采树状索引以减少数据冗余并间接表示邻域信息。

拓扑结构编码方法：记录数据的同时记录拓扑连接关系。
矢量数据的编码方法
双重独立地图编码系统：
DIME数据文件的基本元素是由始末点定义的弧段，复杂的曲线可由多条弧段组成。每条弧段有两个指向结点的指针，和两边多边形的编码。
矢量数据的压缩
基本概念：从所取得的矢量数据集合中抽取一个子集作为一个新的信息源，在规定的数据精度乏味内最好地逼近原集合，而又取得尽可能大地压缩比。

数据压缩地基本原则：

间隔取点法&间隔-按距取点：每隔n个点取一个点，或每隔一规定地距离取一点，但首末点一定要保留。

垂距法：在给定的曲线上每次顺序取三个点，计算中间点与其它两点连线的垂距d，并与阈值L比较。若大于阈值，则保留该节点，否则删除。

偏角法：计算连接第一点和第二点，与连接第一点和第三点的矢量间的夹角，如果这个角度超过了预定的角度限差，就保留中间点，否则删除。

光栏法：

道格拉斯-普克法：
从曲线整体出发的一种全局处理方法，通过递归的算法来选择曲线上的特征点，即弯曲强（转角大）的地方。优点是：选择的点是原始曲线上的点，保证了精度；与原曲线相比，整体位移最小与手工综合中选择的关键点基本一致

二维几何图形的变换：点的变换可以由矩阵算子来实现，含有点的坐标矩阵（x，y）和一个一般的2*2的变换矩阵（称之为矩阵算子）相乘的结果是：