地理信息系统概论

地理信息系统概论地理信息系统概论主讲人：陈颖彪E-mail:[e-mail]:020-31878078(小灵通)/36230186(家)广州大学地理科学学院地理信息系统概论地理信息系统概论第三讲地理信息系统空间数据结构1、空间数据库概念2、空间数据库中的数据模型3、GIS的数据结构4、GIS空间数据库设计方法5、GIS数据字典的编写方法地理信息系统概论地理信息系统概论一、GIS空间数据存储结构GIS空间数据存储结构：数据库、文件两种形式。1、文件结构形式文件组织文件是数据组织的较高层次形式之一，文件组织是指数据记录一某种结构方式在外存储设备上的组织。文件系统文件组织的方式顺序文件、索引文件、直接存取文件索引连接文件、多关键字文件地理信息系统概论地理信息系统概论典型GIS空间数据文件存储形式：(1)MapInfo数据文件*.tab：头文件，软件版本号、存储坐标投影、地图边界、属性项名等，是ASCII码文件。*.map：图形文件，存储所有GIS图形。*.id：索引文件，存储图形与属性的关联关系。*.dat：属性文件，存储所有属性项值。（2）ArcViewshape数据文件*.shp:图形文件*.dbf：属性文件*.shx：索引文件地理信息系统概论地理信息系统概论2、数据库结构形式1）数据库的概念数据库(DataBase)所有相关文件的总和构成数据库。它是最高一层的数据组织，是信息系统的信息资源，是信息系统的一个重要组成部分。2）数据库管理系统数据库管理系统(DBMS)是处理数据存储、进行各种管理的软件系统。应用程序对数据库的操作全部通过DBMS进行。目前常用的数据库管理系统主要有：Access、SQLServer、Oracle数据库等。地理信息系统概论地理信息系统概论☆数据库介绍☆数据组织：数据单位按照某种形式结合起来，构成更高层次结构的机制。数据组织的基本单位-----数据项数据项----由数据项名和数据项值构成记录----若干个数据项构成一条记录，用以表示事物的一组属性文件----同类记录的集合构成文件，文件用文件名来标识数据库----所有相关文件的总和构成数据库。它是最高一层的数据组织，是信息系统的信息资源，是信息系统的一个重要组成部分。地理信息系统概论地理信息系统概论数据组织的层次关系图数据库文件文件文件。。。。。。记录记录记录记录。。。。。。。。。。。。。。数据项数据项数据项数据项数据项地理信息系统概论地理信息系统概论数据库与数据库管理系统数据库系统的特点：①数据的独立性②数据最小冗余度③最多的共享性④统一管理与控制数据库系统的主要组成部分：①数据②计算机系统③数据库管理系统用户用户界面应用程序应用程序应用程序DBMSDB地理信息系统概论地理信息系统概论数据模型:是对事物及其联系的数据描述，是实体模型的数据化。数据库系统中常用的数据模型：层次模型：是树型数据结构，是一棵以记录型为结点的有向树。网状模型：是以记录类型为结点的网络结构。关系模型：把数据的逻辑结构归结为满足一定条件的二维表的模型。数据库管理系统（DBMS)DBMS的功能：描述数据库：定义数据库功能或数据字典（元数据）管理数据库维护数据库数据通信地理信息系统概论地理信息系统概论3）数据库中的数据模型（逻辑结构模型）(1)层次模型:用树状结构(层次结构)来表示实体之间联系的模型称之为层次模型。典型的层次模型的例:家谱、行政管理系统……等。国务院广东省北京市河北省深圳市广州市珠海市天河区白云区………………地理信息系统概论地理信息系统概论地理信息系统概论层次模型的基本特征:*有且仅有一个结(节)点无父结点,将其称为根结点.*除根结点外,所有结点有且仅有一个父结点.(2)网状模型:以有向图表示的网络结构,每个结点依然表示数据库中的一个记录类型(实体).典型的网状模型的例:交通网络、水系结构网状模型的基本特征：*可以有零个或多个结点无父结点.*至少有一个结点有多于一个父结点.*允许两个结点之间有两种或多种联系.地理信息系统概论地理信息系统概论(3)关系模型:用表格数据表示实体与实体之间联系的模型。关系模型的基本特征:*表中每一列属性都是不能再分的基本字段.*各列被指定一个相异的名字.*各行(记录)相异,不允许重复.*行列次序无关.关系模型的例:MapInfo中的图形Map表与属性数据Dat表地理信息系统概论地理信息系统概论二、地理信息系统的数据结构1.数据结构的概念数据结构是指数据的组织形式,可以分为抽象数据结构(或称为逻辑结构)和数据存储结构(或称为物理结构)。抽象数据结构是指人们仅从概念上描绘数据之间的排列和联系,并不涉及数据存储和程序管理及其细节.2、空间数据结构类型：栅格数据、矢量数据地理信息系统概论地理信息系统概论3.栅格数据结构(模型)（1）概念:在栅格数据结构中，空间被规则地划分为栅格(通常为正方形)，是由行与列组成的数据阵列,地理实体的位置和状态是由它们占据的栅格行、列来定义的。（2）特点：在栅格模型中，每个栅格的大小代表了定义的空间分辨率。栅格模型的最小单元与它表达的真实世界空间实体没有直接的对应关系。因此,栅格的取值有多种方法。地理信息系统概论地理信息系统概论(3)栅格数据的取值方法*中心点法*面积占优法*长度占优法*重要性法编码:A1B2C3ABC2;1;1;3;1;;3地理信息系统概论地理信息系统概论(4)栅格数据的精度和数据量一般来说,栅格数据的精度取决于它的分辨率。提高精度的方法:缩小单个栅格单元的面积,但是使数据量急剧增加,数据冗余严重.(5)栅格数据的编码方法*栅格矩阵法(直接栅格编码)按行列顺序逐行逐列编码.*链码*游程长度编码*四叉树编码地理信息系统概论地理信息系统概论(1)概念:矢量数据模型是通过记录坐标的方式,用点、线、面等基本要素尽可能精确地表示各种地理实体的一种数据抽象方法。(2)特点：矢量数据表示的坐标空间是连续的,因此可以精确地定义地理实体的空间位置、长度、面积等。4.矢量数据结构(模型)地理信息系统概论地理信息系统概论概念:矢量数据的分类是指根据系统功能及国家规范和标准，将具有不同属性或特征的要素区别开来的过程，以便从逻辑上将空间数据组织为不同的信息层，为数据采集、存储、管理、查询和共享提供依据。原则：在进行具体分类时，应根据对象原则将不同的地理对象作为不同的数据类。其次是根据图形原则，将空间数据分为点、线、面三种类型；（3）矢量数据分类地理信息系统概论地理信息系统概论概念:矢量数据的分层是指根据系统功能及数据分类标准，将具有不同属性或不同图形特征的要素区别开来的过程，以便从逻辑上将空间数据组织为不同的图层，为数据采集、存储、管理、查询和共享提供依据。原则：在进行具体分层时，应根据图形原则，将空间数据分为点、线、面三种类型；将属于同类而具有不同图形特征的数据分开存放于不同的图层。（4）矢量数据分层地理信息系统概论地理信息系统概论空间数据的编码，是指将数据分类结果，用一种易于被计算机和人识别的符号系统表示出来的过程。编码的结果是形成代码。在地理信息系统中,通常采用数据库管理系统进行属性数据的管理,并将各种形式的属性数据进行编码,使其成为计算机可以接受的数值或字符形式。编码的基本原则:管理效率高;适用性好、冗余最小；便于扩展。（5）数据编码的概念地理信息系统概论地理信息系统概论属性数据的编码内容:(1)登记部分:标识属性数据的序号(2)分类部分:标识属性的地理特征(3)控制部分:数据校验的算法属性数据的编码依据:(1)国家标准(2)行业标准(3)专题标准地理信息系统概论地理信息系统概论5.两种数据结构的比较与相互转换(1)比较:地理信息系统概论地理信息系统概论(2)两种数据结构的相互转换矢量结构向栅格结构的转换:依据需要确定栅格的分辨率----建立栅格数据的行列坐标系----将点、线、面按行列坐标系进行编码。栅格数据向矢量数据的转换:行列坐标系向空间坐标系转换----提取多边形的边界----建立拓扑关系。地理信息系统概论地理信息系统概论栅格数据向矢量数据的转换基本步骤:*多边形边界点提取:以特殊值标识边界点。*边界线追踪:由进入方向向其它7个方向搜索下一个边界点,连成边界弧段,直至封闭。*拓扑关系生成。*去除多余点并将曲线光滑。地理信息系统概论地理信息系统概论三、GIS数据结构设计基础1、确定数据分类原则：参照有关国家标准、行业标准、规范根据实际应用目的按不影响后期数据扩展应用。2、确定数据分层3、确定GIS数据关系模型4、确定各层数据的特征（图形、属性、拓扑）地理信息系统概论地理信息系统概论5、GIS数据描述----元数据元数据：关于数据的数据，是对数据的总体描述。如：数据比例、投影、质量、格式等；6、GIS数据注释---数据字典数据字典：对数据的详细注释。如：分类、分层、属性、拓扑、数据表征的地理要素、要素之间的相互关系等。地理信息系统概论地理信息系统概论☆GIS数据字典的模式地物类图层名内容、编码、数字化要素拓朴属性表添加字段居民地IN(1)1、图上建筑片区面2、编码：32000PolyPAT1、编码I10单位范围线UN(2)1、图上有明显边界的单位2、按面数字化编码32010PolyPAT1、名称C50道路RO(3)1、图上所有道路、桥梁。2、只数字化路中线，不求交。LineATT1、编码I102、等级I103、名称C50分类编码编码等级等级名称名称高速公路420101等级公路420202普通公路420703城市主道421024城市次道421035一般道路421056大车路421107乡村路421207规划道路421068桥梁430209地理信息系统概论地理信息系统概论1.确定系统需求2.按照需求设计空间数据的组织形式3.确定空间数据之间的关系模型4.确立地理要素分类5.确立地理要素图形表述方式（点、线、面）6.确立地理要素分层7.确定各图层的属性特征（定义属性项）8.建立数据字典四、关于空间数据结构设计实例分析——以越秀公园植物管理地理信息系统为例地理信息系统概论地理信息系统概论1、根据用户需要确定系统需求（1）调查内容*详细调查公园现状植物分布情况、位置；*详细调查每个地块的植物物种、长势、健康状况；*详细调查全区内胸径30cm的大乔木分布位置、物种、冠幅、长势、健康状况。地理信息系统概论地理信息系统概论1、根据用户需要确定系统需求（2）统计计算内容*越秀公园用地平衡表；*越秀公园植物种类、数量统计表；*越秀公园绿化覆盖统计表。地理信息系统概论地理信息系统概论1、根据用户需要确定系统需求（3）成果内容*越秀公园植物现状分布图；*越秀公园物种表；*越秀公园植物各种指标统计表；*越秀公园植物专题GIS。地理信息系统概论地理信息系统概论*基础地形要素设计*专题要素的设计2、根据系统需求设计数据库（数据字典）地理信息系统概论地理信息系统概论3、根据系统需求设计统计计算方法4、根据设计项目实施----空间数据采集、编辑地理信息系统概论地理信息系统概论二、根据图层的图形特征数字化画点画线画面文字面、线节点编辑工具点、线、面、文字符号化工具地理信息系统概论地理信息系统概论三、根据图层的属性定义录入属性值图形选择工具图形窗缩放、平移工具属性查询、属性值录入工具图层控制工具量距热连接