《GIS空间数据结构》课件

空间数据结构GIS空间数据结构是地理信息系统的核心，它决定了地理数据如何在GIS计算机中存储和管理空间数据结构影响着的性能、效率和功能GIS课程大纲空间数据结构概述空间数据的表达方式

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2.12介绍空间数据结构的意探讨点、线、面、栅格等GIS义和作用数据表示方法空间数据存储模型空间数据库技术

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4.34深入研究向量、栅格两种讲解关系型、对象关系型数据模型的特性、空间数据库等类型空间数据的概念与特点现实世界抽象地理位置几何形状属性信息空间数据是对真实世界的抽空间数据具有地理坐标，可空间数据包含点、线、面等空间数据可以包含属性信息象表达，包含地理位置、属以在地图上定位，反映地理几何形状，用来描述地理实，如名称、类型、数量等，性信息和拓扑关系空间中的位置关系体的形状和大小描述地理实体的特征空间数据的基本表达方式矢量数据栅格数据矢量数据使用点、线、面等几何元素来表示地理实体栅格数据使用网格单元来表示地理空间，每个网格单元代表一个值矢量数据结构可以精确地表示地理实体的形状和位置栅格数据结构适用于表示连续性变化的地理现象，例如海拔、温度等点数据表示点数据表示是指用单个点来表示空间实体，例如城市、河流、山峰等点数据通常使用坐标对来描述，坐标对包括经度和纬度点数据的应用十分广泛，例如地理信息系统、地图、导航等领域线数据表示线数据表示地理空间中具有长度，但忽略宽度和厚度的实体，通常用来表示道路、河流、边界线等线数据通常用一系列坐标点来定义，这些点按顺序连接起来形成一条线段线数据可以使用不同的几何模型来表示，包括折线、弧线和样条曲线折线由一系列直线段连接而成；弧线由圆弧段连接而成；样条曲线由一组控制点定义，并使用插值函数来生成曲线面数据表示多边形水体土地利用由一系列闭合的直线段或曲线段连接例如湖泊、海洋、河流等地理要素，不同土地利用类型，如森林、耕地、而成，用于表示具有明确边界和内部通常用多边形表示其边界和范围建筑用地等，也常使用多边形表示其区域的地理要素边界和范围栅格数据表示栅格数据模型数据存储方式数据类型将空间划分为规则的网格单元，每个每个像元存储一个属性值，例如地表栅格数据可以是连续的（如高程）或单元代表一个像素或像元高程或土地利用类型离散的（如土地利用类型）三维数据表示三维数据表示是指将现实世界中的三维空间数据表示成计算机可处理的形式三维数据表示方法可以分为两种几何模型和栅格模型几何模型包括点、线、面和体，而栅格模型则是将空间划分为网格，每个网格单元代表一个三维数据值空间数据存储模型模型定义模型类型空间数据存储模型是对空间常见的空间数据存储模型包数据组织、存储和管理的方括向量数据模型和栅格数据式进行抽象，决定如何表示模型，各自拥有独特的优势和处理空间数据和适用场景向量模型栅格模型向量模型以点、线、面等几栅格模型将空间划分为网格何要素来表示空间数据，适，用网格单元的值来表示空用于描述离散的空间特征，间数据，适合描述连续的空如道路、建筑物等间特征，如地形、气温等向量数据模型坐标系使用坐标系来定义空间位置例如，经纬度坐标系、平面坐标系点、线、面向量数据模型是基于几何形状的栅格数据模型空间数据存储数据结构简单

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2.12将空间数据转换为规则网容易理解和处理方便进格的形式每个网格单元行数学运算和空间分析存储地理要素属性，例如适用于图像和遥感数据海拔、降雨量空间分辨率空间数据量大

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4.34网格单元的大小决定数据存储和处理需要高效的算精度，越小则精度越高法和数据结构常用于对但会增加存储和计算成本地观测和环境监测领域地理信息数据库数据管理数据组织地理信息数据库管理空间数采用空间数据模型组织数据据及其属性，提供高效的数，如向量模型或栅格模型，据存储、检索、更新和分析并根据需要选择合适的数据功能库管理系统空间查询与分析数据集成与共享支持空间查询、叠加分析、地理信息数据库促进数据集缓冲区分析等功能，满足用成和共享，实现跨部门、跨户对地理数据的多种分析需学科的数据协同利用求关系型数据库表格结构关系型数据库使用表格来存储数据，每个表格代表一个实体，例如城市、河流主键和外键主键用于唯一标识每个记录，外键用于建立表格之间的关系语言SQL结构化查询语言（）用于操作和管理关系型数据库，包括查询、插入、更新和删除数据SQL对象关系型数据库关系模型与面向对象模型的结合支持复杂数据类型可扩展性和灵活性对象关系型数据库结合了关系模型的它能够存储和管理各种数据类型，包对象关系型数据库提供了更大的灵活数据完整性和一致性，以及面向对象括文本、图像、音频、视频等性和扩展性，能够满足各种应用的需模型的数据抽象和封装能力求空间数据库专门存储和管理空间数据的数据库支持空间数据类型和操作空间数据库的设计和开发需要考虑空空间数据库允许存储和处理点、线、间数据独特的特点例如几何形状、面等空间数据，并提供空间查询、分,拓扑关系和地理位置析和可视化功能对象空间数据库面向对象特性数据封装性12对象空间数据库将空间数据作为对象进行管理，继承了封装了数据结构和操作方法，提高了数据安全性，并降面向对象编程语言的特性低了应用程序开发难度数据继承性数据多态性34允许对象之间继承属性和方法，提高了代码复用率和可相同操作在不同对象上会有不同的表现，增加了系统的维护性灵活性空间数据索引索引目的索引类型提高空间数据检索效率索树索引•R引建立索引结构，快速定位索引•Quadtree所需数据索引•Grid索引应用空间数据库、地理信息系统中广泛应用，优化查询性能，提高系统效率树索引RR树是一种用于空间数据的层次索引结构它将空间对象存储在树形结构中，并使用最小边界矩形（MBR）来表示节点12多维空间数据适用于多维空间数据的索引，例如地理在空间数据存储和查询中，通过组织空空间数据间对象提高查询效率34动态效率支持动态插入和删除操作通过减少磁盘访问次数，提高空间查询效率索引Quadtree索引是一种空间数据索引方法，将空间划分为四个相等的子区Quadtree域，递归地进行划分，直到每个区域只包含一个对象或少于一个预定的阈值这种方法适用于二维空间中的点、线和面数据，可以有效地提高空间查询效率索引可以用来支持各种空间操作，例如点查询、范围查询、邻Quadtree近查询和叠加分析空间查询及其实现空间查询点查询提取特定空间信息，例如查找指定区域内查询单个点的位置信息，如某建筑物的位的所有道路置范围查询叠加分析根据地理位置或距离范围查找信息，如查将多个空间数据层叠加在一起，分析不同找距离某个点一定范围内的所有加油站数据之间的关系，如将土地利用数据叠加在人口密度数据上分析土地利用对人口密度的影响点查询点查询查询操作点查询是一种最常见的空间查询类型，用于查找与指定点点查询通常使用鼠标点击或输入坐标的方式指定查询点，位置匹配的空间对象并返回与该点位置重合的空间对象信息范围查询定义应用范围查询是一种空间查询，返回在指广泛应用于，可用于分析特定地GIS定几何范围内的所有要素例如，找区的土地利用、人口分布、环境监测出位于特定区域内的所有建筑物等邻近查询定义过程应用邻近查询，又称缓冲区查询，用指定目标要素，设置缓冲区距离例如，查找距离高速公路公里的5于查找空间数据集中与目标要素，系统自动生成缓冲区，并将位加油站，或寻找距离学校公里的1邻近的要素于缓冲区内的要素作为查询结果餐馆返回叠加分析空间数据组合属性信息融合

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2.12叠加分析将两个或多个空间数据集新数据集保留了原数据集的空间位的属性信息进行整合，形成新的空置信息，并整合了多个数据集的属间数据集性信息叠加分析类型应用场景广泛

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4.34常见叠加分析类型包括点叠加、线叠加分析在土地利用规划、环境评叠加和面叠加，可根据分析目的选估、灾害预测等领域发挥重要作用择合适类型，为决策提供数据支持缓冲区分析定义缓冲区分析是GIS空间分析中常用的方法，主要用于确定目标要素周围一定范围内的区域距离缓冲区距离可以是固定值或根据实际情况进行设置应用•确定特定区域的影响范围•分析空间要素之间的距离关系•评估服务设施的覆盖范围空间数据挖掘模式识别空间关系分析预测建模知识发现从大量空间数据中识别隐藏探究空间数据之间关系，例利用数据挖掘结果预测未来从空间数据中提取有意义的的模式、趋势和异常如距离、邻近度、空间分布趋势，例如人口增长、环境知识，用于决策支持和问题变化解决趋势分析时间序列分析空间自相关分析空间插值分析分析空间数据随时间变化的趋势分析空间数据在不同位置之间的根据已知数据点，预测未知区域，例如人口增长、气温变化等相关性，例如城市扩张、污染扩的空间数据，例如降雨量、土壤散等湿度等聚类分析数据分组距离度量聚类算法将空间数据点根据相似度特征划分到使用距离函数来衡量空间对象之间的、等算法被用来实现聚k-means DBSCAN不同的组别相似度类分析总结与展望本课程介绍了空间数据结构的基本概念、表示方法、存储模型、索GIS引技术和空间查询分析等内容未来，空间数据结构将会继续发展，并在以下方面取得更大的突破GIS。