1、空间数据库技术空间数据库技术 李瑞改1第二章第二章 地理空间现象的计算机表达地理空间现象的计算机表达2地理现象的表达地理现象的表达现实世界现实世界 空间数据地图遥感影像特征关系行为观察选择抽象综合测量：位置编码：属性建立关系：表达 3第一节第一节 地理空间及其表达地理空间及其表达4地理空间坐标系5地图坐标系地图坐标系6国家高程基准国家高程基准7地图投影：投影实质地图投影：投影实质投影面地球8地图投影地图投影9地图坐标系地图坐标系10我国的大地坐标系我国的大地坐标系11高斯高斯-克吕格投影克吕格投影12高斯高斯-克吕格投影克吕格投影13高斯高斯-克吕格投影克吕格投影14高斯投影分带高斯投影分带1
2、522带投影参数带投影参数16地形图分幅编号地形图分幅编号17第二节 地理空间实体18第二节 地理空间实体及地图表示19第二节 地理空间实体及地图表示20二、空间实体二、空间实体21第二节 地理空间实体22第三节第三节 空间实体的数据描述空间实体的数据描述现实世界概念（数据）模型信息世界（逻辑）数据模型机器世界认识抽象转换 信息的抽象过程实际上涉及到信息的三种不同世界：现实世界现实世界、信息世界信息世界和机器世界机器世界。按照不同的应用层次可以把数据模型划分为概念（数据）模型概念（数据）模型和（逻辑）数据模型（逻辑）数据模型。23第三节第三节 空间实体的数据描述空间实体的数据描述24（1）对象
3、模型）对象模型25（2）场模型26（3）网络模型27第三节第三节 空间实体的数据描述空间实体的数据描述1.实体对象的概念：实体对象（entity object）：被定义了特定编号的实体称为实体对象。实体具备的三个基本条件：（1）被识别；（2）重要（与问题相关）（3）可被描述（有特征）28第三节第三节 空间实体的数据描述空间实体的数据描述29点点（point）实体实体 有位置，无宽度和长度；有位置，无宽度和长度；抽象的点抽象的点美国佛罗里达洲地震监测站美国佛罗里达洲地震监测站2002年年9月月该洲可能的该洲可能的500个地震位置个地震位置30第三节第三节 空间实体的数据描述空间实体的数据描述31
4、线线(line)实体实体 有长度，但无宽度和高度有长度，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 度量实体距离度量实体距离香港城市道路网分布香港城市道路网分布32第三节第三节 空间实体的数据描述空间实体的数据描述33面面(polygon)实体实体 具有长和宽的目标具有长和宽的目标 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）中国土地利用分布图（不连续面）34空间对象：面(surface)连续变化曲面：如地形起连续变化曲面：如地形起伏
5、，整个曲面在空间上曲伏，整个曲面在空间上曲率变化连续。率变化连续。不连续变化曲面，如土壤、不连续变化曲面，如土壤、森林、草原、土地利用等，森林、草原、土地利用等，属性变化发生在边界上，面属性变化发生在边界上，面的内部是同质的。的内部是同质的。35空间对象：体空间对象：体(Solid)有长、宽、高的目标有长、宽、高的目标通常用来表示人工或自然的三维目标，如通常用来表示人工或自然的三维目标，如建筑、矿体等三维目标建筑、矿体等三维目标香港理工大学校园建筑36第三节第三节 空间实体的数据描述空间实体的数据描述把地理空间的事物和现象作为连续的变量看待。主要作用：模拟具有一定空间内连续分布特点的现象。二维
6、场模型、三维场模型。类型：（1）图斑模型（用数学函数表示某一属性的变化）；（2）等值线模型（等高、等温）；（3）选样模型（离散点、断面线、不规则三角网、规则网格）37第三节第三节 空间实体的数据描述空间实体的数据描述38第三节第三节 空间实体的数据描述空间实体的数据描述39第三节第三节 空间实体的数据描述空间实体的数据描述40414243第三节第三节 空间实体的数据描述空间实体的数据描述44第三节第三节 空间实体的数据描述空间实体的数据描述45第四节第四节 空间数据结构的类型空间数据结构的类型46常用的空间数据结构常用的空间数据结构XYijx1 y1x2 y2xi yixn yn47一、矢量数
7、据结构一、矢量数据结构481.Spaghetti矢量矢量数据结构数据结构 P1 P1(79,72)R1 R1(6,0)(6,0)(37,32)(37,32)P1,(79,72)P1,(79,72)R1,(6,0),(37,32)R1,(6,0),(37,32)(44,95)(64,95)P2 P3(44,70)F1 F1 F1,F1,(44,95)(44,95),(64,95),(64,95),(64,70),(44,70),(64,70),(44,70),(44,95)(44,95)(64,70)491.Spaghetti矢量矢量数据结构数据结构 501.Spaghetti矢量矢量数据结构数
8、据结构51一、矢量数据结构结点结点 折点折点线段线段 多边形多边形52F1 F1 F2 F2 F3 F3 L1 L1 L2 L2 L3 L3 L4 L4 P1 P1 P2 P2 P3 P3 P4 P4 P5 P5 P6 P6 P7 P7 P8 P8 P9 P9 P10 P10 P11 P11 结点结点 折点折点 线段线段 多边形多边形 2.索引数据结构索引数据结构F1 F1 F2 F2 F3 F3 L4 L4 L2 L2 L3 L3 L1 L1 P3 P9 P10 P11 P3 P3 P9 P10 P11 P3 P1 P6 P5 P4 P2 P1 P6 P5 P4 P2 P2 P7 P8 P1
9、 P2 P7 P8 P1 P1 P2P1 P253BCDEabcfghefibcij12345678910111213141516171819202122232425262728293031545512345678910111213141516171819202122232425262728293031553.拓扑矢量数据结构拓扑矢量数据结构 结点结点 折点折点弧段弧段 多边形多边形点、弧点、弧段和多段和多边形的边形的拓扑关拓扑关系系(1)(1)拓扑矢量数据组织拓扑矢量数据组织563.拓扑矢量数据结构拓扑矢量数据结构 57F1 F1 F2 F2 F3 F3 L1 L1 L2 L2 L3 L3
10、L4 L4 P1 P1 P2 P2 P3 P3 P4 P4 P5 P5 P6 P6 P7 P7 P8 P8 P9 P9 P10 P10 P11 P11 结点结点 折点折点 弧段弧段 多边形多边形 三、三、拓扑矢量数据结构拓扑矢量数据结构 583.拓扑矢量数据结构拓扑矢量数据结构 59F1 F1 F2 F2 F3 F3 L1 L1 L2 L2 L3 L3 L4 L4 P1 P1 P2 P2 P3 P3 3.拓扑矢量数据结构拓扑矢量数据结构 60F1 F1 F2 F2 F3 F3 L1 L1 L2 L2 L3 L3 L4 L4 P1 P1 P2 P2 P3 P3 3.拓扑矢量数据结构拓扑矢量数据结
11、构 61F1 F1 F2 F2 F3 F3 L1 L1 L2 L2 L3 L3 L4 L4 P1 P1 P2 P2 P3 P3 三、三、拓扑矢量数据结构拓扑矢量数据结构 62点文件点号 弧段号N1 C3 C1 N4N2 -C1 -C2 C5N3 -C3 C2 C10N4 -C4 C6 C8N5 -C6 -C5 C7N6 -C7 -C8 -C10N7 C9C4N4C8C6C7N6C10N3C3N1C2N2C1C5N5C9N763q 拓扑数据结构拓扑数据结构C4N4C8C6C7N6C10N3C3N1C2N2C1C5N5C9N7弧段文件64多边形文件多边形号弧段号P1 C1,-C2,-C3P2 C6
12、,-C5,-C1,C4P3 C8,-C7,-C6P4 -C10,C2,C5,C7,-C9P5 C9C4N4C8C6C7N6C10N3C3N1C2N2C1C5N5C9N765q 拓扑数据结构拓扑数据结构C4N4C8C6C7N6C10N3C3N1C2N2C1C5N5C9N7弧段文件66矢量数据结构的属性数据表达点状对象目标标识目标标识地物编码坐 标关联的线目标精度控制点等级测量单位测量年限线状对象目标标识目标标识地物编码坐 标串起点、终点、左面、右面路面材料等级修建时间宽度管养单位面状对象目标标识目标标识地物编码边界目标号建筑日期所有者建筑面积建筑单位结构空间对象地物编码地物名称制图颜色几何类型制
13、图符号编码属性表明地物类型特征与制图属性67矢量数据（矢量数据（1）68矢量数据（矢量数据（2）69二、栅格数据结构二、栅格数据结构ij70二、栅格数据结构二、栅格数据结构栅格单元的值栅格单元的值中心取值和区域取值中心取值和区域取值71二、栅格数据结构二、栅格数据结构72二、栅格数据结构二、栅格数据结构3.实体表示73表示点点使用点使用离散分布的单个单元格离散分布的单个单元格来表示，单元格的值表示某来表示，单元格的值表示某个地理现象的属性，不同的值表示不同的地理对象或同一个地理现象的属性，不同的值表示不同的地理对象或同一地理现象的不同属性。地理现象的不同属性。74表示线单条线单条线通过一系列通
14、过一系列有序相连有序相连的的具有相同值具有相同值单元格来表示，单元格来表示，不同的值表示不同的地理对象或同一地理现象的不同属性。不同的值表示不同的地理对象或同一地理现象的不同属性。75表示多边形单个单个面表示为面表示为一簇具有相同值一簇具有相同值的单元格，不同的值的单元格，不同的值表示不同的地理对象表示不同的地理对象或同一地理现象的不同属性或同一地理现象的不同属性 764.栅格数据显示775.栅格数据单元值确定CAB百分比法面积占优重要性中心点法A连续分布地理要素C具有特殊意义的较小地物A分类较细、地物斑块较小ABC786.栅格数据结构：栅格数据结构：坐标系与描述参数坐标系与描述参数Y：列：列
15、X：行：行西南角格网坐标西南角格网坐标（XWS，YWS）格网分辨率格网分辨率79栅格数据（1）80栅格数据（2）81栅格数据（3）82上海东方明珠电视塔上海东方明珠电视塔故宫故宫栅格数据（4）83栅格数据（5）84二、栅格数据结构二、栅格数据结构85（1 1）直接栅格编码）直接栅格编码 直接编码就是将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行（或逐直接编码就是将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行（或逐列）逐个记录代码，可以每行从左到右逐像元记录，也可奇数行列）逐个记录代码，可以每行从左到右逐像元记录，也可奇数行从左到右而偶数行由右向左记录，为了特定的目的还可采用其他从左到右而偶数行由右向左记录，为了特定的目的
16、还可采用其他特殊的顺序。特殊的顺序。0 2 2 5 5 5 5 52 2 2 2 2 5 5 50 0 0 0 0 3 3 32 2 2 2 3 3 5 50 0 2 3 3 3 5 50 0 3 3 3 3 5 30 0 0 3 3 3 3 30 0 0 0 3 3 3 30，2，2，5，5，5，5，5；2，2，2，2，2，5，5，5；2，2，2，2，3，3，5，5；0，0，2，3，3，3，5，5；0，0，3，3，3，3，5，3；0，0，0，3，3，3，3，3；0，0，0，0，3，3，3，3；0，0，0，0，0，3，3，3。86 由起点位置和一系列在基本方向的单位矢量给出每个后续点相对其前继
17、点的可能的8个基本方向之一表示。8个基本方向自0开始按逆时针方向代码分别为0，1，2，3，4，5，6，7。单位矢量的长度默认为一个栅格单元。（2 2）链码）链码12345076001 0 767 01 1 0 087链码编码链码编码：2，2，6，7，6，0，6，5123450760 5 0 0 0 0 0 00 0 5 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 00 5 0 0 0 0 0 00 0 5 5 0 0 0 00 0 0 5 0 0 0 00 0 5 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0链码编码示例链码编码示例88（3 3）游程长度编码）游程长度编码只在各行（或列）
18、数据的代码发生变化时依次记录 该代码以及相同代码重复的个数；0 2 2 5 5 5 5 52 2 2 2 2 5 5 50 0 0 0 0 3 3 32 2 2 2 3 3 5 50 0 2 3 3 3 5 50 0 3 3 3 3 5 30 0 0 3 3 3 3 30 0 0 0 3 3 3 3沿沿行方向进行编码行方向进行编码：(0，1），），（2，2），（），（5，5）；（）；（2，5），），（5，3）；（）；（2，4），（），（3，2），），（5，2）；（）；（0，2），（），（2，1），），（3，3），（），（5，2）；（）；（0，2），），（3，4），（），（5，1），（），（3，
19、1）；）；（0，3），（），（3，5）；（）；（0，4），），（3，4）；（）；（0，5），（），（3，3）。）。89（4 4）块码）块码 采用方形区域作为记录单元，数据编码由初始位置行列采用方形区域作为记录单元，数据编码由初始位置行列号加上半径，再加上记录单元的代码组成。号加上半径，再加上记录单元的代码组成。0 2 2 5 5 5 5 52 2 2 2 2 5 5 50 0 0 0 0 3 3 32 2 2 2 3 3 5 50 0 2 3 3 3 5 50 0 3 3 3 3 5 30 0 0 3 3 3 3 30 0 0 0 3 3 3 3（1 1，1 1，1 1，0 0），（），（1
20、1，2 2，2 2，2 2），），（1 1，4 4，1 1，5 5），（），（1 1，5 5，1 1，5 5），），（1 1，6 6，2 2，5 5），（），（1 1，8 8，1 1，5 5）；）；（2 2，1 1，1 1，2 2），（），（2 2，4 4，1 1，2 2），），（2 2，5 5，1 1，2 2），（），（2 2，8 8，1 1，5 5）；）；（3 3，3 3，1 1，2 2），（），（3 3，4 4，1 1，2 2），），（3 3，5 5，2 2，3 3），（），（3 3，7 7，2 2，5 5）；）；（4 4，1 1，2 2，0 0），（），（4 4，3 3，1 1，2 2
21、），），（4 4，4 4，1 1，3 3）；（）；（5 5，3 3，1 1，3 3），），（5 5，4 4，2 2，3 3），（），（5 5，6 6，1 1，3 3），），（5 5，7 7，1 1，5 5），（），（5 5，8 8，1 1，3 3）；）；（6 6，1 1，3 3，0 0），（），（6 6，6 6，3 3，3 3）；）；（7 7，4 4，1 1，0 0），（），（7 7，5 5，1 1，3 3）；）；（8 8，4 4，1 1，0 0），（），（8 8，5 5，1 1，0 0）。）。90二、栅格数据结构二、栅格数据结构91（5 5）四叉树编码）四叉树编码M M R M M M M
22、MM M R R M R M MM R R R R R R MM R R R R R R MM R R R R R R MM R R R R R R MM M R R R R R MM M M R R M M M1 2 3 4 5 6 7 81 2 3 4 5 6 7 8区域分割方法M M R M M M M MM M R R M R M MM R R R R R R MM R R R R R R MM R R R R R R MM R R R R R R MM M R R R R R MM M M R R M M M92在四叉树中，不能再分的结点称为叶子结点，可再分的结点称为树杈结点树杈结点
23、叶子结点1 2 3 4 5 6 7 81 2 3 4 5 6 7 8M M R M M M M MM M R R M R M MM R R R R R R MM R R R R R R MM R R R R R R MM R R R R R R MM M R R R R R MM M M R R M M M（5 5）四叉树编码四叉树编码9322四叉树编码方法NW（2）NE（3）SW（0）SE（1）0层1层2层3层记录每个叶子结点的地址和属性0123202123200201202 203 230231 232233（5 5）四叉树编码四叉树编码940 2 2 5 5 5 5 52 2 2 2 2
24、 5 5 50 0 0 0 0 3 3 32 2 2 2 3 3 5 50 0 2 3 3 3 5 50 0 3 3 3 3 5 30 0 0 3 3 3 3 30 0 0 0 3 3 3 3 1112131415161718192021222324252627282930313233363738393435400 0 00 3 3 3 0 3 3 33 3 5 3 0 0 2 2 2 3 2 2 2 2 0 22 2 2 5 2 5 5 53 33 5 5西南东南西北东北 95 5、四叉树编码96第五节第五节 矢量数据与栅格数据的比较和转换矢量数据与栅格数据的比较和转换97第五节第五节 矢量
25、数据与栅格数据的比较和转换矢量数据与栅格数据的比较和转换98第五节第五节 矢量数据与栅格数据的比较和转换矢量数据与栅格数据的比较和转换99（1）内部点扩散算法内部点扩散原理内部点扩散原理100（1）内部点扩散算法多边形不连通实例多边形不连通实例101（2）射线算法 射线法判断原理射线法判断原理102（2）射线算法103（3）扫描算法 104行扫描算法行扫描原理行扫描原理105（4）复数积分算法 106（5）边界代数算法 ABDEa107（5）边界代数算法108ABDEaABDE-a-a-a-a-a-a-a-a-a-a-aA-B109ABDEa a a a a a aa a a a a aa a
26、aa aa aaaa aaaaa aaaa a aa aaaaaa aaaaaaB-D-EABDEa a a a a a aa a a a a aa aaa aa aaaa aaaaa aaaa a aa aaaaaa aaaaaaE-A110(6)边界代数法原理扩展111弧段名称弧段名称行走性质行走性质左多边形编左多边形编码码右多边形编右多边形编码码代数运算值代数运算值AB上行上行03-3BC平行平行430CD平行平行030DE下行下行033EA平行平行030BF上行上行04-4FG平行平行040GC下行下行044HI下行下行066IH上行上行06-6112第五节第五节 矢量数据与栅格数据的
27、比较和转换矢量数据与栅格数据的比较和转换113(1)多边形边界提取114aabbababaaabaabaabbbabaa边界点和节点提取边界点和节点提取 如果窗口内如果窗口内4个栅格有两个属性编码，则该个栅格有两个属性编码，则该4个栅格为边界点个栅格为边界点 115abcdaacdabddabadabcbabcaabbdabba窗口内窗口内4个栅格有个栅格有3个以上不同属性编码，或对角个以上不同属性编码，或对角线上栅格属性编码两两相同，作为节点处理线上栅格属性编码两两相同，作为节点处理 边界点和节点提取边界点和节点提取 116(2)边界搜索与左右多边形信息记录 117aabbababaaabaabaabbbabaa118aaaaaaaaaabbbbbbbbbbbbbbbccccccccccccdddddddd119120(3)多余点去除 31312121yyxxyyxx31313232yyxxyyxx或或 121(4)曲线平滑 122XYP1P2P3P4U=-1U=0U=1U=2U=-2/3U=-1/3U=1/3U=2/3U=4/3U=5/3123本章练习本章练习ebc41325ABC76Dada:结点号结点号A:多边形号多边形号1:弧段号弧段号弧段数字化方向弧段数字化方向124
