第八章2 空间数据结构

1、空间数据结构空间数据结构 第二节第二节 矢量数据结构矢量数据结构 第三节第三节 两种数据结构的比较和转换两种数据结构的比较和转换 （1）用离散的量化栅格值表示空间实体； （2）描述区域属性明显，位置隐含； （3）数据结构简单，易于与遥感数据结合； （4）难于建立地物间拓扑关系 （5）图形质量低且数据量大。 6 7 0 1 2 3 4 5 链式编码的方向代码 3 2 2 3 3 2 3 3 2 4 6 6 7 6 0 2 1 起 始 点 起 始 点 n链式编码的前两个数字表示起点 的行、列数，从第三个数字开始 的每个数字表示单位矢量的方向， 八个方向以07的整数代表。 n如果对于右图所示的线状地

2、物确 定其起始点为像元(1，5)。 n则其链式编码为：1，5，3，2，2， 3，3，2，3 n对于右图所示的面状地物，假设 其原起始点定为像元（5，8）。 n则该多边形边界按顺时针方向的 链式编码为：5，8，3，2，4，4， 6，6，7，6，0，2，1 6 7 0 1 2 3 4 5 优点：链式编码对线状和多 边形的表示具有很强的数 据压缩能力，且具有一定 的运算功能，如面积和周 长计算等，探测边界急弯 和凹进部分等都比较容易， 类似矢量数据结构，比较 适于存储图形数据。 缺点：对叠置运算如组合、 相交等则很难实施，对 局部修改将改变整体结 构，效率较低，而且由 于链码以每个区域为单 位存储边

3、界，相邻区域 的边界则被重复存储而 产生冗余。 其编码方案是，只在各行(或列)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，从而实现数据的压缩。 游程长度编码是栅格数据压缩的重要编码方法，它 的基本思路是：对于一幅栅格图像，常常有行(或列) 方向上相邻的若干点具有相同的属性代码，因而可 采取某种方法压缩那些重复的记录内容。 数据编码组成数据编码组成：（初始行、列，半径，属性值）：（初始行、列，半径，属性值） 0 2 2 5 5 5 5 5 2 2 2 2 2 5 5 5 0 0 0 0 0 3 3 3 2 2 2 2 3 3 5 5 0 0 2 3 3 3 5 5 0 0 3

4、3 3 3 5 3 0 0 0 3 3 3 3 3 0 0 0 0 3 3 3 3 （1 1，1 1，1 1，0 0），（），（1 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、 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），）， （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

6、，0 0），（），（8 8，5 5，1 1，0 0）。）。 0 0 0 11 1213 14151617181920212223242526272829303132 3336373839 343540 0 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 5 3 33 5 5 西南东南 西北 东北 四叉树的树状表示四叉树的树状表示 四叉树编码示意图四叉树编码示意图 0 2 2 5 5 5 5 5 2 2 2 2 2 5 5 5 0 0 0 0 0 3 3 3 2 2 2 2 3 3 5 5 0 0 2 3 3 3 5 5 0 0

7、 3 3 3 3 5 3 0 0 0 3 3 3 3 3 0 0 0 0 3 3 3 3 标识码属性码 空间对象编码 唯一 连接空间和属性数据 数据库 独立编码 点: ( x ,y ) 线: ( x1 , y1 ) , (x2 , y2 ) , , ( xn , yn ) 面: ( x1 , y1 ) , (x2 , y2 ) , , ( x1 , y1 ) 点位字典 点: 点号文件 线: 点号串 面: 点号串 存储方法 湖泊 河 流 居民地 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 P1 P2 P3 P1P3 P2 1 2 3 4 5 6 5 6 5 6 7 8

8、 9 1012 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 P1 P2 P3 点文件 点号 坐标 1 x1，y1 2 x2，y2 15 x15，y15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 P1 P2 P3 多边形文件 多边形号 边界线号 1 ， 2 ， 3 P1P3 P2 点文件：点文件： 线文件线文件: :线文件是以线文件是以线段线段为记录单位为记录单位 面文件面文件： 关联关联邻接邻接关联关联连通连通 拓扑关系明确拓扑关系明确 P1 P2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 P3 11 12 1314

9、15 弧段坐标文件弧段坐标文件： 弧段文件：链弧段文件：链面，链面，链结点关系结点关系 多边形文件：多边形文件： 点拓扑文件：点拓扑文件： 结点结点链关系链关系 P1 P2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 P3 11 12 1314 15 A B C D 1、用离散的点描述空间对象与特征，定位明 显，属性隐含； 2、用拓扑关系描述空间对象之间的关系； 3、面向目标操作，精度高，数据冗余度小； 4、输出图形质量好，精度高； 5、与遥感等图象数据难以结合。 （a）三角形 （b） 菱形 （c) 六边形 点 线 面 y x 00000900 00900000 00907007 0090700

10、7 60097777 90007707 90007707 09000000 (a) 点、线、面数据 (b) 栅格表示 Y：列 X：行 西南角格网坐标 （XWS，YWS） 格网分辨率 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图符号编码属性表明 地物类型特征与制图属性 GISGIS数据采集的方法是根据已有的

11、数据源形式，数据采集的方法是根据已有的数据源形式， 现有设备条件、人和财力状况来选定现有设备条件、人和财力状况来选定 汽油汽油数据数据 GISGIS中数据费用比例中数据费用比例 硬件硬件软件软件数据数据 = 12 7= 12 7 现实世界现实世界 文字报告、文字报告、 遥感图象遥感图象 等等 数字化仪数字化仪扫描仪扫描仪解析测图仪解析测图仪键盘键盘 等等 编辑、接边、分层、图形与编辑、接边、分层、图形与 属性连接、加注记等属性连接、加注记等 空间数据库空间数据库 数据源数据源? ? 如何采集如何采集? ? 质量如何质量如何? ? 空间数据采集的任务空间数据采集的任务 将现有各类空间数据转换成将

12、现有各类空间数据转换成GISGIS可以处理与接收可以处理与接收 的数字形式，通常要经过验证、修改、编辑等处理。的数字形式，通常要经过验证、修改、编辑等处理。 具体任务如下：具体任务如下： (1) (1)将现有的地图、外业观测成果、航空像片、遥将现有的地图、外业观测成果、航空像片、遥 感图片数据、文本资料等转换成感图片数据、文本资料等转换成GISGIS可以接受的数字可以接受的数字 形式。形式。 (2)(2)数据库入库之前进行验证、修改、编辑等处理，数据库入库之前进行验证、修改、编辑等处理， 保证数据在内容和逻辑上的一致性。保证数据在内容和逻辑上的一致性。 (3)(3)不同的数据来源要用到不同的设

13、备和方法。不同的数据来源要用到不同的设备和方法。 (4)(4)数据的转换装载。数据的转换装载。 (5)(5)数据处理：几何纠正、图幅拼接、拓扑生成等。数据处理：几何纠正、图幅拼接、拓扑生成等。 地图地图 地面测量数据地面测量数据 统计资料统计资料 航空、遥感航空、遥感 数字数据数字数据 多媒体多媒体 坐标几何坐标几何 数字化仪数字化仪 扫描仪扫描仪 摄影测量摄影测量 键盘键盘 空间空间 数据库数据库 编辑处理编辑处理 数据交换数据交换 时间特征时间特征 q空间数据总是在特定的时间或时间段内采集得到空间数据总是在特定的时间或时间段内采集得到 或计算得到的或计算得到的 q当数据考虑时间特征时就成为

14、时态数据，如当数据考虑时间特征时就成为时态数据，如 地籍数据就具有非常明显的时间特征地籍数据就具有非常明显的时间特征 城镇规划前后的地表信息发生变化城镇规划前后的地表信息发生变化 qGISGIS建设应该考虑数据更新问题建设应该考虑数据更新问题 海量特征海量特征 包含空间和属性数据包含空间和属性数据 包含不同来源、不同类型、关系复杂的数据包含不同来源、不同类型、关系复杂的数据 和其它信息系统相比，和其它信息系统相比，GISGIS的数据是海量的的数据是海量的 定量描述定量描述 q包括空间对象的图形、属性两个方面包括空间对象的图形、属性两个方面 q图形：指空间坐标图形：指空间坐标 测量的尺度取决于采

15、样点的取舍和测量坐标的精测量的尺度取决于采样点的取舍和测量坐标的精 度度 比例尺决定空间数据的密度、坐标精度或影像数比例尺决定空间数据的密度、坐标精度或影像数 据的分辨率，例如据的分辨率，例如 公路在大比例尺中看成是面状地物、坐标精公路在大比例尺中看成是面状地物、坐标精 确到厘米确到厘米 在小比例中视为线，坐标精确到分米或米在小比例中视为线，坐标精确到分米或米 q属性：指属性项的量化值，如属性：指属性项的量化值，如 土壤的酸碱度、某职工的工资，统计调查数据土壤的酸碱度、某职工的工资，统计调查数据 空间对象测量尺度和精度的原则空间对象测量尺度和精度的原则 q计算机输出的地图满足同等比例尺地图的精

16、度要求计算机输出的地图满足同等比例尺地图的精度要求 v数据来源数据来源 1 1）GISGIS数据来源数据来源 q(1)(1)基础制图数据：包括地形数据和人文景观数据基础制图数据：包括地形数据和人文景观数据 q(2)(2)自然资源数据：描述自然资源性质、分布的数自然资源数据：描述自然资源性质、分布的数 据据 q(3)(3)调查统计数据：统计部门经过调查分析所得到调查统计数据：统计部门经过调查分析所得到 的各种统计数据的各种统计数据 q(4)(4)数字高程数据：关于地表位置布局的高程测量数字高程数据：关于地表位置布局的高程测量 数据数据 q(5)(5)法律文档数据法律文档数据 q(6)(6)已有系

17、统数据已有系统数据 GISGIS 空间数据空间数据 基础地图基础地图 存储介质、现势性、投影转换存储介质、现势性、投影转换 多媒体多媒体 辅助辅助GISGIS空间分空间分 析和查询析和查询 遥感、航空影象和数据遥感、航空影象和数据 分辨率、变形规律、纠正、解译特征分辨率、变形规律、纠正、解译特征 地面测量地面测量 其它系统的其它系统的 数字形式数据数字形式数据 调查统计数据调查统计数据 与与 法律文档数据法律文档数据 原始数据原始数据加工后的数据加工后的数据 非电子数据非电子数据 电子数据电子数据 全站仪、全站仪、GPS数据数据 地球物理、地球化学地球物理、地球化学 遥感数据遥感数据 地图地图

18、 专题地图专题地图 统计图表统计图表 平板测量、工程测量数据平板测量、工程测量数据 航空、遥感像片航空、遥感像片 人口普查人口普查 社会经济调查社会经济调查 各种统计资料各种统计资料 已建各种数据库已建各种数据库 GIS数据数据 2 2）GISGIS数据来源分类数据来源分类 v数据来源数据来源 平板仪测量平板仪测量 GPSGPS 卫卫 星星 群群 qGPSGPS的特点的特点 具有全天候、高精度和自动测量的特点；可以在具有全天候、高精度和自动测量的特点；可以在 全球任何地方和任何天气条件下，为使用者提供全球任何地方和任何天气条件下，为使用者提供 位置、速度、以及时间的准确信息位置、速度、以及时间

19、的准确信息 qGPSGPS的主要用途包括的主要用途包括 陆地应用：车辆导航、大气物理观测、变形监测、陆地应用：车辆导航、大气物理观测、变形监测、 地壳运动监测、市政规划控制与地形测绘等地壳运动监测、市政规划控制与地形测绘等 海洋应用：远洋船航线设定与监测、船只实时调海洋应用：远洋船航线设定与监测、船只实时调 度与导航、海洋救援、海平面升降监测等度与导航、海洋救援、海平面升降监测等 航空航天应用：飞机导航、航空遥感姿态控制、航空航天应用：飞机导航、航空遥感姿态控制、 低轨卫星定轨、导弹制导、航空救援和载人航天低轨卫星定轨、导弹制导、航空救援和载人航天 器防护探测等器防护探测等 特点：特点： q简

20、单、效率高，但精度低简单、效率高，但精度低 作业形式：作业形式： q手扶跟踪数字化、扫描数字化手扶跟踪数字化、扫描数字化 地地 图图 数数 字字 化化 扫 描 矢 量 化扫 描 矢 量 化 数字化仪数字化数字化仪数字化 特点：特点： q简单、效率高，但精度低简单、效率高，但精度低 作业形式：作业形式： q手扶跟踪数字化、扫描数字化手扶跟踪数字化、扫描数字化 地地 图图 数数 字字 化化 确定数字化路线确定数字化路线 地图预处理地图预处理 等等 确定数字化路线确定数字化路线 地图预处理地图预处理 1 1）手扶踪数字化（数字化仪数字化）手扶踪数字化（数字化仪数字化） q手扶跟踪数字化方法使用的仪器

21、是数字化仪手扶跟踪数字化方法使用的仪器是数字化仪 q关键是图板定向：建立图板上地图的图廓点（控制点）关键是图板定向：建立图板上地图的图廓点（控制点） 坐标坐标( (x,yx,y) )与相应点大地坐标（与相应点大地坐标（X,YX,Y）的对应关系）的对应关系 q数字化仪的工作方式有：点方式、流方式两种数字化仪的工作方式有：点方式、流方式两种 点方式：按一下键，就将十字丝交点的坐标送入计点方式：按一下键，就将十字丝交点的坐标送入计 算机；算机； 流方式：按特定的时间间隔或距离间隔，连续向计流方式：按特定的时间间隔或距离间隔，连续向计 算机发送十字丝交点的坐标算机发送十字丝交点的坐标 q手扶跟踪数字化缺点：几何精度较低、速度较慢，且劳手扶跟踪数字化缺点：几何精度较低、速度较慢，且劳 动强度大、易疲劳动强度大、易疲劳 iii iii ybxbbY yaxaaX 210 210 数字化过程数字化过程 连接数字化仪与连接数字化仪与 计算机计算机 图纸定向图纸定向建立数字化菜单建立数字化菜单 图形与属性数据图形与属性数据 采集采集 图幅接边图幅接边 y x X Y o 数字化坐标系数字化坐标系 大地坐标系大地坐标系 O 数字化仪数字化基本流程：数字化