数字地球信息的描述与表达.ppt

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1、第1章小结,1、“数字地球”概念,数字地球是以计算机技术、多媒体技术和大规模存储技术为基础，以宽带网络为纽带运用海量地球信息对地球进行多分辨率、多尺度、多时空和多种类的三维描述，并利用它作为工具来支持和改善人类活动和生活质量。,数字地球是一个以地球空间信息为基础（框架），嵌入（融合）地球各种数字信息的一个系统平台，将数据的采集、存储、处理、传输、通信等一体化，通过地球数字的信息化手段，最大限度地利用地球信息，处理和分析整体的地球科学问题，为全球资源、环境保护与利用以至教育提供的先进工具。,第1章小结,2、“数字地球”的主要组成“数字地球”以因特网为基础、以空间数据为依托、以虚拟现实技术为特征，

2、是具有三维界面和多种分辨率浏览器面向公众的开放系统，其主要组成一般包括以下三个部分：数据系统、软硬件系统和应用模型。,第1章小结,3、“数字地球”的数据系统,空间数据与文本数据空间数据：指一切与地球有关的、可以用经纬度、高度来表示的所有信息。文本数据：文本数据则包括了人类所有关于地球描述的信息,第2章 数字地球信息的描述与表达,本章内容提要：“数字地球”的创建需要对真实地球及其相关现象进行数字化的描述和表达。从现实世界到计算机世界是一个复杂的过程，首先要对地理空间对象及其相互关系进行地理认知，然后对其抽象，最后再用计算机表示的过程。本章介绍数字地球信息的描述与表达。,第2章 数字地球信息的描述

3、与表达,一、地表特征的认知与抽象 现实地理空间对象的计算机表示是一个复杂的过程，不仅要对地理空间对象及其之间的相互关系进行本质上的认识和研究，还需要把一系列具体的对象抽象为在计算机上能够表示的信息。,第2章 数字地球信息的描述与表达,1、地表特征的认知与抽象过程,第2章 数字地球信息的描述与表达,1、现实世界：实际存在的、复杂混沌的大千世界，它是地理空间信息抽象的起点。2、概念世界给现实世界中可以识别出的对象，赋以“名称”，通过自然语言实现。3、地理空间世界对概念世界做进一步“选择”，提取一些感兴趣的子集，即地理空间世界，作为空间信息处理系统描述的对象。4、维度世界地理空间世界中抽象出的元素由

4、点、线、面、体，即0、1、2、3维等不同的维数构成，同时各要素之间还有诸如包含、相邻和方位不同的空间关系。,第一层：感知世界,第2章 数字地球信息的描述与表达,第二层：GIS工程世界,5、点世界点世界由笛卡儿坐标系（平面直角坐标系）中一系列特征点组成，它是复杂对象的基本组成部分。6、几何世界 通过一定的连接方式使所有的离散点组织起来，构成GIS几何模型，形成与现实世界对应的几何对象。7、地理要素世界 任何几何要素，都有一个几何特征和一个属性特征，并且通过这二者的结合，便可以在计算机图形中表达道路、林地等不同的对象。8、要素集合世界地理要素世界所描述的对象比较有限，通过要素集成实现由现实世界到计

5、算机地理空间世界的转变。,第2章 数字地球信息的描述与表达,2、地表特征的认知与抽象模型,认知方法、认知手段的不同带来了地表信息抽象过程的差异，产生了三类不同的地理空间认知模型，即场模型、要素模型和网络模型。,第2章 数字地球信息的描述与表达,二、基于要素的空间关系描述与表达抽象,空间关系与空间对象的维数、形态、大小以及空间本身的维数相关，各类空间关系之间也存在着一定的相互联系。对于空间关系的描述有多种形式，既有定量的，也有定性的；既有精确的，也有近似的、模糊的。,第2章 数字地球信息的描述与表达,1、拓扑空间关系,基本的拓扑元素包括点、线、面。因此，拓扑空间关系表现为点线面之间的关系。,拓扑

6、关系 topological relation 指满足拓扑几何学原理的各空间数据间的相互关系。即用结点、弧段和多边形所表示的实体之间的邻接、关联和包含等关系。如：点与点的邻接关系、点与面的包含关系、线与面的相离关系、面与面的重合关系等。拓扑关系是指图形元素之间相互空间上的连接、邻接关系并不考虑具体位置。这种拓扑关系是由数字化的点、线、面数据形成的以用户的查询或应用分析要求进行图形选取、叠合、合并等操作。,第2章 数字地球信息的描述与表达,点、线、面空间关系示意,第2章 数字地球信息的描述与表达,2、方位空间关系,方位空间关系是地理实体空间关系的一种，具有对称性的特点。与此有关的GIS查询和分析

7、等应用非常广泛。,方位空间关系模型 人们利用地理空间目标的中心点与东南（SE）、东北（NE）、西南（SW）、西北（NW）方向线构成东西南北四个方位关系，称之为三角形模型。,方位空间关系的判断 点线、点面、线线、线面和面面的方位空间关系都可以按照上述有关模型进行判断。,第2章 数字地球信息的描述与表达,3、度量空间关系,度量关系发生在一定的度量空间中。度量的数值可用距离、角度、面积、序数、间隔、比率、密度等来表示。在空间目标间拓扑关系的基础上纳入度量特性“称为度量空间关系 度量空间一般是指定义了度量(一般是距离)的集合X，强调元素间的度量。,第2章 数字地球信息的描述与表达,二、数字地球信息的二

8、维描述与表达,（1）栅格数据模型：以栅格像元为基础。（2）矢量数据模型：以坐标点为基础。,与人们对现实世界地理空间的认知模型相对应，产生了两种基本的数据模型。,第2章 数字地球信息的描述与表达,1、基于栅格的描述与表达,栅格数据模型把空间看作像元（Pixel）的划分（Tessellation），每个像元都与分类或者标识所包含的现象有关，用一个记录表达。,栅格结构中空间实体的表示,点：由一个像元表示，其数值与近邻像元值明显不同。线段：由一串有序的相互连接的像元表示，各个像元的值比较一致，但与邻域的值差异较大。多边形：由聚集在一起的相互连接的像元组成，区域内部的像元值相同或差异较小，但与邻域像元的

9、值差异较大。,（亦称像素或像元点。即影像单元（picture element）。是组成数字化影像的最小单元。在遥感数据采集，如扫描成像时，它是传感器对地面景物进行扫描采样的最小单元；在数字图像处理中，它是对模拟影像进行扫描数字化时的采样点。像元是反映影像特征的重要标志。是同时具有空间特征和波谱特征的数据元。几何意义是其数据值确定所代表的地面面积。物理意义是其波谱变量代表该像元内在某一特定波段中波谱响应的强度。即同一像元内的地物，只有一个共同灰度值。像元大小决定了数字影像的影像分辨率和信息量。像元小，影像分辨率高，信息量大；反之，影像分辨率低，信息量小）,第2章 数字地球信息的描述与表达,空间实

10、体表达示意,第2章 数字地球信息的描述与表达,栅格数据模型的特征,通常，一个栅格图层中每个像元被分为一个单一的类型；栅格模型的每个栅格中的像元的位置被预先确定；对于GIS数据处理，很容易进行重叠运算以及比较不同图层中所存储的特征。,栅格数据结构,栅格数据模型是用栅格数据结构实现的。,第2章 数字地球信息的描述与表达,（1）完全栅格结构,最简单的一种栅格结构，栅格数据被看作为一个距阵，逐行或逐列记录属性代码。常用的方法是限制一个栅格只存储栅格的一种属性，并且把属性限制在0255的整数范围内（一个字节对应一个像元）。像元顺序一般以行为序，以左上角为起点，按从左到右从上到下的顺序扫描。,完全栅格结构

11、扫描顺序示意图,第2章 数字地球信息的描述与表达,完全栅格结构编码,完全栅格结构特点,数据存储简单，数据无压缩，无损失。数据存储量大，如果每个像元用一个字节表示，存储空间为m(行)x n(列)x 1(字节)。,第2章 数字地球信息的描述与表达,（2）游程编码结构 游程指相邻同值网格的数量，游程编码结构是逐行将相邻同值的网格合并，并记录合并后网格的值及合并网格的长度，其目的是压缩栅格数据量，消除数据间的冗余（通俗的讲就是数据的重复度）。,游程编码,完全栅格编码,游程编码的主要规则有相同属性值的邻近像元被合并在一起称为一个游程，游程用一对数字表达；每个游程对中的第一个值表示游程属性值(类别)，第二

12、个值表示游程长度。,编码例证,第2章 数字地球信息的描述与表达,游程编码存储(文件)方法：采用索引顺序文件的方法来组织数据。,第2章 数字地球信息的描述与表达,（3）四叉树数据结构,首先把一幅图象或一幅栅格地图等分成四部分，如果检查到某个子区的所有格网都含有相同的值（灰度或属性值），那么，这个子区域就不再往下分割；否则，把这个区域再分割成四个子区域，这样递归地分割，直至每个子块都只含有相同的灰度或属性值为止。,第2章 数字地球信息的描述与表达,下图所示，图(a)表示区域划分的过程；图(b)为该区域对应的四叉树，树根结点：代表整个区域；叶结点：树的每个结点有四个儿子，为空的结点为叶结点，对应于区域分割时数值单调的子象限，图斑大小取绝于它在树中的层数；中间结点：对应于区域分割时数值不单调的子象限。,第2章 数字地球信息的描述与表达,常规四叉树线性四叉树,四叉树结构类型：,