空间数据结构

1、地理信息系统原理GIS地理信息系统原理GIS2-12-1空间实体及其描述空间实体及其描述 第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构一、地理实体（空间实体）一、地理实体（空间实体）-GIS-GIS处理对象处理对象 1、定义、定义： 指自然界现象和社会经济事件中不能再分割的单元指自然界现象和社会经济事件中不能再分割的单元，它是一个具有，它是一个具有概括概括性，复杂性，相对意义性，复杂性，相对意义的概念。的概念。2 2、理解、理解： 地理实体类别及实体内容的确定是从地理实体类别及实体内容的确定是从具体需要具体需要出发的，例如，在全国地出发的，例如，在全国地图上由于比例尺很小，兰州就是一个点，这

2、个点不能再分割，可以把兰州图上由于比例尺很小，兰州就是一个点，这个点不能再分割，可以把兰州定为一个空间实体，而在大比例尺的兰州市地图上，兰州的许多房屋，街定为一个空间实体，而在大比例尺的兰州市地图上，兰州的许多房屋，街道都要表达出来，所以兰州必须再分割，不能作为一个空间实体，应将房道都要表达出来，所以兰州必须再分割，不能作为一个空间实体，应将房屋，街道等作为研究的地理实体，由此可见，屋，街道等作为研究的地理实体，由此可见，GISGIS中的空间实体是一个概括，中的空间实体是一个概括，复杂，相对的概念。复杂，相对的概念。地理信息系统原理GIS二、地理实体的描述二、地理实体的描述空间数据空间数据 2

3、-12-1空间实体及其描述空间实体及其描述 第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构1 1、描述的内容、描述的内容 反映了实体的三个特征反映了实体的三个特征 3 3、数据类型数据类型 4 4、数据结构、数据结构以什么形式存储和处理以什么形式存储和处理几何数据（空间几何数据（空间数据、图形数据）数据、图形数据） 关系数据关系数据实体实体间的邻接、关联间的邻接、关联包含等相互关系包含等相互关系 属性数据属性数据各种各种属性特征和时间属性特征和时间元数据元数据 矢量、栅格、矢量、栅格、TINTIN（专用于地（专用于地表或特殊造型）表或特殊造型） RDBMSRDBMS属性表属性表- -采用采用M

4、ISMIS较成熟较成熟 同物理、化学等学科使用的数据类型相比，空间数据是一种较复杂的数据类型，涉同物理、化学等学科使用的数据类型相比，空间数据是一种较复杂的数据类型，涉及到空间特征、属性特征及它们之间关系的描述及到空间特征、属性特征及它们之间关系的描述空间元数据空间元数据位置、形状、尺位置、形状、尺寸寸 、识别码（名称）识别码（名称）实体的角色、功实体的角色、功能、行为、实体能、行为、实体的衍生信息的衍生信息时间时间测量方法、编码测量方法、编码方法、空间参考方法、空间参考系等系等 空间特征：地理空间特征：地理位置和空间关系位置和空间关系属性特征属性特征名称、名称、等级、类别等等级、类别等时间特

5、征时间特征2 2、基本特征基本特征 地理信息系统原理GIS2、空间数据基本特征、空间数据基本特征返回返回地理信息系统原理GIS3、空间数据类型、空间数据类型1）依据数据来源）依据数据来源的不同分为的不同分为：地图数据地图数据 地形数据地形数据 属性数据属性数据 元数据元数据 影象数据影象数据2）依据表示对象的不同分为）依据表示对象的不同分为：地理信息系统原理GIS3、空间数据类型（续）、空间数据类型（续）返回返回地理信息系统原理GIS三、实体的空间特征三、实体的空间特征 2-12-1空间实体及其描述空间实体及其描述 第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构（一）空间维数：（一）空间维数：

6、有有0 0，1 1，2 2，3 3 维之分，点、线、面、体。维之分，点、线、面、体。（二）空间特征类型（二）空间特征类型（三）实体类型组合（三）实体类型组合1 1、点状实体、点状实体2 2、线状实体、线状实体3 3、面状实体、面状实体4 4、体状实体、体状实体地理信息系统原理GIS1 1、点状实体、点状实体2-12-1空间实体及其描述空间实体及其描述 第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构点：有特定位置，维数为点：有特定位置，维数为0 0的物体。的物体。 1）实体点）实体点：用来代表一个实体。：用来代表一个实体。2）注记点）注记点：用于定位注记。：用于定位注记。返回返回地理信息系统原理

7、GIS2 2、线状实体、线状实体1）实体长度）实体长度：从起点到终点的总长从起点到终点的总长2）弯曲度）弯曲度：用于表示像道路拐弯时弯曲的程度。用于表示像道路拐弯时弯曲的程度。3）方向性）方向性：如：水流方向，上游如：水流方向，上游下游，下游， 公路，单、双向之分。公路，单、双向之分。2-12-1空间实体及其描述空间实体及其描述 第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构具有相同属性的点的轨迹，线或折线，由一系列的有序坐标表示，并有如下具有相同属性的点的轨迹，线或折线，由一系列的有序坐标表示，并有如下特性特性：线状实体包括线状实体包括：线段，边界、链、弧段、网络等。线段，边界、链、弧段、网

8、络等。返回返回地理信息系统原理GIS3 3、面状实体（多边形）、面状实体（多边形）2-12-1空间实体及其描述空间实体及其描述 第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构面状实体的如下面状实体的如下特征特征：1 1）面积范围面积范围 2 2）周长周长3 3）独立性或与其它地物相邻独立性或与其它地物相邻如中国及其周边国家如中国及其周边国家4 4）内岛屿或锯齿状外形内岛屿或锯齿状外形：如岛屿的海岸线封闭所围成的区域。如岛屿的海岸线封闭所围成的区域。5 5）重叠性与非重叠性）重叠性与非重叠性： 如学校的分区，菜市场的服务范围等如学校的分区，菜市场的服务范围等都有可能出现交叉重叠现象，而一个城都有

9、可能出现交叉重叠现象，而一个城市的各个城区一般说来不会出现重叠。市的各个城区一般说来不会出现重叠。 是对湖泊、岛屿、地块等一类现象的描述。是对湖泊、岛屿、地块等一类现象的描述。在数据库中由在数据库中由一封闭曲线加内点一封闭曲线加内点来表示。来表示。返回返回地理信息系统原理GIS4、体、立体状实体、体、立体状实体2-12-1空间实体及其描述空间实体及其描述 第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构 立体状实体用于描述三维空间中的现象与物体，它具有长度、宽度及高度等立体状实体用于描述三维空间中的现象与物体，它具有长度、宽度及高度等属性，立体状实体一般具有以下一些空间属性，立体状实体一般具有以

10、下一些空间特征特征：体积，如工程开控和填充的土方量。体积，如工程开控和填充的土方量。每个二维平面的面积。每个二维平面的面积。周长。周长。内岛。内岛。含有弧立块或相邻块。含有弧立块或相邻块。 断面图与剖面图。断面图与剖面图。 返回返回地理信息系统原理GIS（三）实体类型组合（三）实体类型组合2-12-1空间实体及其描述空间实体及其描述 第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构 现实世界的各种现象比较复杂，往往由不同的空间单元组合而成，例如根现实世界的各种现象比较复杂，往往由不同的空间单元组合而成，例如根据某些空间单元或几种空间单元的组合将空间问题表达出来，复杂实体由简据某些空间单元或几种空

11、间单元的组合将空间问题表达出来，复杂实体由简单实体组合表达。单实体组合表达。点、线、面两两之间组合表达复杂的空间问题：点、线、面两两之间组合表达复杂的空间问题：如：如：线线面面 面面-面面 可见，用各要素之间的空间关系，可描述诸多空间问题。可见，用各要素之间的空间关系，可描述诸多空间问题。空间关系是空间关系是GIS数据描述和表达的重要内容数据描述和表达的重要内容，一方面它为，一方面它为GIS数据库的有效建立，空间查询，数据库的有效建立，空间查询，空间分析，辅助决策等提供了最基本的关系，另一方面有助于形成标准的空间分析，辅助决策等提供了最基本的关系，另一方面有助于形成标准的SQL空间查询语言，便

12、于空间特征的存储，提取，查询，更新等。空间查询语言，便于空间特征的存储，提取，查询，更新等。 地理信息系统原理GIS线线面面2-12-1空间实体及其描述空间实体及其描述 第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构1、区域包含线：计算区域内线、区域包含线：计算区域内线的密度，某省的水系分布情况。的密度，某省的水系分布情况。2、线通过区域：公路是否通过、线通过区域：公路是否通过某县。某县。3、线环绕区域：区域边界，搜、线环绕区域：区域边界，搜索左右区域名称，中国与哪些国索左右区域名称，中国与哪些国家接壤。家接壤。4、线与区域分离：距离。、线与区域分离：距离。 地理信息系统原理GIS面面面面2-

13、12-1空间实体及其描述空间实体及其描述 第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构1、 包含包含：岛：岛,某省的湖泊分布。某省的湖泊分布。2、 相合相合：重叠，学校服务范围与：重叠，学校服务范围与菜场服务范围重叠区。菜场服务范围重叠区。3、 相交相交：划分子区。：划分子区。4、 相邻相邻：计算相邻边界性质和长：计算相邻边界性质和长度，公共连接边界。度，公共连接边界。分离分离：计算距离。：计算距离。 学校学校菜场菜场返回返回地理信息系统原理GIS四、四、实体间空间关系实体间空间关系2-12-1空间实体及其描述空间实体及其描述 第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构（一）空间关系类型

14、（一）空间关系类型（二）拓扑关系（二）拓扑关系1 1、 拓扑空间关系拓扑空间关系： 2 2、 顺序空间关系顺序空间关系： （方向空间关系方向空间关系） 用上下左右、前后、东南西北等方向性名称来描述空间实体的顺序关系，用上下左右、前后、东南西北等方向性名称来描述空间实体的顺序关系，算法复杂，至今没有很好的解决方法。算法复杂，至今没有很好的解决方法。3 3、 度量空间关系度量空间关系，主要指实体间的距离关系，远近。，主要指实体间的距离关系，远近。1 1）在地理空间中两点间的距离有在地理空间中两点间的距离有两种度量方法两种度量方法。a a、沿真实的地球表面进行、沿真实的地球表面进行, ,除与两点的地

15、理坐标有关外，还与所通过路径的除与两点的地理坐标有关外，还与所通过路径的地形起伏有关，复杂地形起伏有关，复杂, ,引入第二种。引入第二种。b b、沿地球旋转椭球体的距离量算。、沿地球旋转椭球体的距离量算。2 2） 距离类别距离类别：欧氏距离（笛卡尔坐标系）、曼哈顿（出租车）距离、时间距离（纬度差）、欧氏距离（笛卡尔坐标系）、曼哈顿（出租车）距离、时间距离（纬度差）、大地测量距离（大地线）（沿地球大圆经过两个城市中心的距离）。大地测量距离（大地线）（沿地球大圆经过两个城市中心的距离）。 北北ab地理信息系统原理GIS（二）拓扑关系（二）拓扑关系2-12-1空间实体及其描述空间实体及其描述 第二章

16、第二章 GIS GIS 数据结构数据结构1、定义、定义： 指指图形保持连续状态下变形图形保持连续状态下变形，但图形关系不变的性质。，但图形关系不变的性质。将橡皮任意拉伸，压缩，但不能扭转或折叠。将橡皮任意拉伸，压缩，但不能扭转或折叠。 拓扑变换拓扑变换（橡皮变换）（橡皮变换） 非拓扑属性非拓扑属性（几何）（几何）拓扑属性（拓扑属性（没发生变化的属性）没发生变化的属性）两点间距离两点间距离一点指向另一点的方向一点指向另一点的方向弧段长度、区域周长、弧段长度、区域周长、面积面积 等等一个点在一条弧段的端点一个点在一条弧段的端点 一条弧是一简单弧段（自身不相交）一条弧是一简单弧段（自身不相交） 一个

17、点在一个区域的边界上一个点在一个区域的边界上一个点在一个区域的内部一个点在一个区域的内部/外部外部一个点在一个环的内一个点在一个环的内/外部外部一个面是一个简单面一个面是一个简单面一个面的连通性一个面的连通性 面内任两点从一点面内任两点从一点可在面的内部走向另一点可在面的内部走向另一点1、定义、定义 2、种类、种类 3、拓扑关系的表达、拓扑关系的表达 4、意义、意义地理信息系统原理GIS2 2、种类、种类 2-12-1空间实体及其描述空间实体及其描述 第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构1）关联性）关联性： （不同类不同类要素之间）要素之间）结点与弧段：如结点与弧段：如V9与与L5,

18、L6,L3多边形与弧段：多边形与弧段：P2与与L3,L5,L22）邻接性）邻接性： (同类同类元素之间元素之间)多边形之间、结点之间。多边形之间、结点之间。邻接矩阵邻接矩阵 重叠：重叠：- 邻接：邻接：1 不邻接：不邻接：0P1P2P3P4P1-111P21-10P311-0P4100-地理信息系统原理GIS3）连通性：）连通性：与邻接性相类似，指对与邻接性相类似，指对弧段连接弧段连接的判别，如用于网络分析中确定路径、的判别，如用于网络分析中确定路径、 街道是否相通。街道是否相通。2-12-1空间实体及其描述空间实体及其描述 第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构连通矩阵连通矩阵：重叠

19、：重叠：- 连通：连通：1 不连通：不连通：0 V1V2V3V1-10V21-1V301-地理信息系统原理GIS4）方向性）方向性2-12-1空间实体及其描述空间实体及其描述 第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构 一条弧段的起点、终点确定了弧段的方向。用于表达现实中的有向弧段，如城一条弧段的起点、终点确定了弧段的方向。用于表达现实中的有向弧段，如城市道路单向，河流的流向等。市道路单向，河流的流向等。5）包含性）包含性：指面状实体包含了哪些线、点或面状实体。：指面状实体包含了哪些线、点或面状实体。6）层次关系层次关系：相同元素之间的等级关系，兰州市由各个区组成。：相同元素之间的等级关系

20、，兰州市由各个区组成。主要的主要的拓扑关系：拓扑关系：拓扑邻接、拓扑关联、拓扑包含拓扑邻接、拓扑关联、拓扑包含。地理信息系统原理GIS拓扑关系具体可由拓扑关系具体可由4个关系表来表示：个关系表来表示：（1） 面面-链关系：链关系： 面面 构成面的弧段构成面的弧段（2） 链链-结点关系：结点关系： 链链 链两端的结点链两端的结点（3） 结点结点-链关系：链关系： 结点结点 通过该结点的链通过该结点的链（4） 链链面关系：面关系： 链链 左面左面 右面右面3、拓扑关系的表达、拓扑关系的表达对于数据处理和对于数据处理和GIS空间分析具有重要的意义，因为：空间分析具有重要的意义，因为：1）拓扑关系能）

21、拓扑关系能清楚地反映清楚地反映实体之间的实体之间的逻辑结构关系逻辑结构关系，它比几何关系具有更大的稳定，它比几何关系具有更大的稳定性，不随地图投影而变化。性，不随地图投影而变化。2）有助于空间要素的查询有助于空间要素的查询，利用拓扑关系可以解决许多实际问题。，利用拓扑关系可以解决许多实际问题。如某县的邻接县，如某县的邻接县，-面面相邻问题。又如供水管网系统中某段水管破裂找关闭它的阀门，就需要查询该面面相邻问题。又如供水管网系统中某段水管破裂找关闭它的阀门，就需要查询该线（管道）与哪些点（阀门）关联。线（管道）与哪些点（阀门）关联。3）根据拓扑关系可）根据拓扑关系可重建地理实体重建地理实体。2-

22、12-1空间实体及其描述空间实体及其描述 第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构4、拓扑关系的意义、拓扑关系的意义：地理信息系统原理GIS2-2 2-2 矢量矢量数据结构数据结构 第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构一、图形表示一、图形表示 地理信息系统原理GIS二、矢量数据的获取方式二、矢量数据的获取方式2-2 2-2 矢量数据结构矢量数据结构第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构1) 由外业测量获得由外业测量获得 可利用测量仪器自动记录测量成果可利用测量仪器自动记录测量成果(常称为电子手薄常称为电子手薄)，然后转到地理数据，然后转到地理数据库中。库中。2)由栅格数

23、据转换获得由栅格数据转换获得利用栅格数据矢量化技术，把栅格数据转换为矢量数据。利用栅格数据矢量化技术，把栅格数据转换为矢量数据。3)跟踪数字化跟踪数字化用跟踪数字化的方法，把地图变成离散的矢量数据。用跟踪数字化的方法，把地图变成离散的矢量数据。地理信息系统原理GIS三、矢量数据组织三、矢量数据组织 2-2 2-2 矢量数据结构矢量数据结构第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构点：坐标对（点：坐标对（x,y） +识别符识别符线：坐标对系列线：坐标对系列(x1,y1).(xn,yn) 及及有关属性、其它属性有关属性、其它属性面：首尾相同的坐标串面：首尾相同的坐标串关系表关系表几何位置坐标文

24、件几何位置坐标文件连连接接矢量数据表示时矢量数据表示时应考虑以下问题应考虑以下问题：矢量数据自身的存贮和处理。矢量数据自身的存贮和处理。与属性数据的联系。与属性数据的联系。矢量数据之间的空间关系矢量数据之间的空间关系(拓扑关系拓扑关系)。地理信息系统原理GIS以点为例：以点为例：2-2 2-2 矢量数据结构矢量数据结构第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构 坐标坐标 识别符识别符 若是简单点要素如独立树、电线竿、三角点，符号、若是简单点要素如独立树、电线竿、三角点，符号、 有关属性有关属性中包括中包括 比例尺、方向比例尺、方向 若是注记点，记录有关字符的大小、方向、字体、排列等若是注记

25、点，记录有关字符的大小、方向、字体、排列等 若是结点若是结点Vertex：符号：指针、与线相交的角度。：符号：指针、与线相交的角度。其它属性其它属性 : 三角点设立年代、材料等三角点设立年代、材料等线（符号、方向）、面（符号）都有相应的相关属性，在此，看看矢量结线（符号、方向）、面（符号）都有相应的相关属性，在此，看看矢量结构中关于几何位置坐标的编码方式构中关于几何位置坐标的编码方式地理信息系统原理GIS四、矢量数据四、矢量数据编码方式编码方式（spaghetti）- 面条模型面条模型:以实体为单位记录其坐标以实体为单位记录其坐标2-2 2-2 矢量数据结构矢量数据结构第二章第二章 GIS G

26、IS 数据结构数据结构缺点缺点： 1、相邻多边形的公共边界被数字化并存储两次，造成数据冗余和相邻多边形的公共边界被数字化并存储两次，造成数据冗余和碎屑多边形碎屑多边形数据不一致，浪费空间，导致双重边界不能精确匹配。数据不一致，浪费空间，导致双重边界不能精确匹配。2、自成体系，自成体系，缺少多边形的邻接信息，无拓扑关系缺少多边形的邻接信息，无拓扑关系，难以进行邻域处理，难以进行邻域处理，如消除多边形公共边界，合并多边形。如消除多边形公共边界，合并多边形。3、岛作为一个单个图形，没有与外界多边形联系。不易检查拓扑错误。岛作为一个单个图形，没有与外界多边形联系。不易检查拓扑错误。所以，这种结构只用于

27、简单的制图系统中，显示图形。所以，这种结构只用于简单的制图系统中，显示图形。（一）实体式（一）实体式优点优点：结构简单、直观、：结构简单、直观、易实现以实体为单位的运易实现以实体为单位的运算和显示。算和显示。多边形坐标串P1P21234567891011 1213 1415P PP PP P地理信息系统原理GIS（二）索引式（树状）（二）索引式（树状）2-2 2-2 矢量数据结构矢量数据结构第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构对所有点的坐标按顺序建坐标文件，再建点与边（线）、线与多边形的索引文件。对所有点的坐标按顺序建坐标文件，再建点与边（线）、线与多边形的索引文件。12345678

28、91011 1213 1415P PP PP PMap1、点文件：、点文件：点号点号坐标坐标1x1,y1索引文件：索引文件：面号面号弧段号弧段号P1A,B,C3、面文件：、面文件：2、弧段文件、弧段文件: 弧段号弧段号起点起点终点终点点号点号A527,8,9,10与实体式相比与实体式相比：优点：优点：用建索引的方法消除多边形数据的冗余和不一致，邻接信息、岛用建索引的方法消除多边形数据的冗余和不一致，邻接信息、岛信息可在多边形文件中通过是否公共弧段号的方式查询。信息可在多边形文件中通过是否公共弧段号的方式查询。缺点缺点：表达拓扑关系较繁琐，给相邻运算、消除无用边、处理岛信息、：表达拓扑关系较繁琐

29、，给相邻运算、消除无用边、处理岛信息、检索拓扑关系等带来困难，以人工方式建立编码表，工作量大，易出错。检索拓扑关系等带来困难，以人工方式建立编码表，工作量大，易出错。地理信息系统原理GIS（三）双重独立式编码（三）双重独立式编码简称简称DIME(Dual Independent Map Encoding)，是美国人口统计系统采用的一种编码，是美国人口统计系统采用的一种编码方式，是一种方式，是一种拓扑拓扑编码结构。编码结构。 2-2 2-2 矢量数据结构矢量数据结构第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构1、点文件、点文件点号点号坐标坐标1x1,y12、线文件、线文件: :线文件是以线文件

30、是以线段线段为记录单位为记录单位 线号线号左多边形左多边形 右多边形右多边形 起点起点终点终点L210P1P22101234567891011 1213 1415P PP PP P3、面文件、面文件面号面号线号线号P1L210,L109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在在DIMEDIME中做如下改进：中做如下改进： 将以将以线段线段为记录单位改为以为记录单位改为以弧段弧段为单位为单位链状双重独立式编码链状双重独立式编码地理信息系统原理GIS（四）（四）链状双重独立式编码链状双重独立式编码-拓扑数据结构拓扑数据结构 2-2 2-2 矢量数据结构矢量数据结构第二章第二章 G

31、IS GIS 数据结构数据结构1、弧段坐标文件、弧段坐标文件：弧段号弧段号坐标系列（串坐标系列（串)Ax2,y2,X10,y102 2、弧段文件：链、弧段文件：链面，链面，链结点关系结点关系 弧段号弧段号 左多边形左多边形 右多边形右多边形 起点起点终点终点AP1P2251234567891011 1213 1415P PP PP P3、面文件、面文件面号面号弧段号弧段号 P1A,B,-C4 4、点拓扑文件、点拓扑文件： 结点结点链关系链关系 点号点号 弧段号弧段号 2A,B,D在拓扑结构中，多边形（面）的边界被分割成一系列的线在拓扑结构中，多边形（面）的边界被分割成一系列的线（弧、链、边）和

32、点（结点）等拓扑要素，点、线、面之（弧、链、边）和点（结点）等拓扑要素，点、线、面之间的拓扑关系在属性表中定义，多边形边界不重复。间的拓扑关系在属性表中定义，多边形边界不重复。 地理信息系统原理GIS链状双重独立式编码链状双重独立式编码 特点特点拓扑关系明确，也能表达岛信息，而且以弧段为记录单位，满足实际应用需要拓扑关系明确，也能表达岛信息，而且以弧段为记录单位，满足实际应用需要。因为一因为一般数字化一条街道时，必然有许多中间点，但我们在做空间分析是却没有必要以这些中般数字化一条街道时，必然有许多中间点，但我们在做空间分析是却没有必要以这些中间点所组成的折线为研究对象，而应以整条弧段（某条街道

33、）为研究对象间点所组成的折线为研究对象，而应以整条弧段（某条街道）为研究对象. . 被一些成熟的商品化软件采用，如被一些成熟的商品化软件采用，如ARC/INFO软件软件。例：例：ARCARC文件文件：二进制文件：二进制文件: 弧段号弧段号 点数点数 坐标串坐标串 在在GISGIS数据输入中，数据输入中，建拓扑建拓扑是指给图形数据（点、线、面）增加拓扑结构，如是指给图形数据（点、线、面）增加拓扑结构，如ARC/INFOARC/INFO中，在中，在ARCEDITARCEDIT中输入图形后，需用中输入图形后，需用BUILD BUILD 建图形拓扑，具体生成许多文件，如建图形拓扑，具体生成许多文件，如

34、AATAAT，PATPAT等等. INFO：属性表：属性表如如AAT（Arc Attribute Table）2-2 2-2 矢量数据结构矢量数据结构第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构用户标识码，表明地物类型用户标识码，表明地物类型当当图形数据修改图形数据修改、删除、增加点、线、面要素后，其拓扑关系也发生改变，、删除、增加点、线、面要素后，其拓扑关系也发生改变，所以，所以，需重新建拓扑需重新建拓扑。弧段号弧段号USER_IDLPOLYRPOLYFROM_NODETO_NODE其它属性其它属性:（名称（名称)地理信息系统原理GIS2-3 2-3 栅格数据结构栅格数据结构 一、概念：一

35、、概念： 定义：定义：又称为网格结构，它是将地表划分又称为网格结构，它是将地表划分成为紧密相邻的网格阵列。每个网格的位置成为紧密相邻的网格阵列。每个网格的位置由行列号定义。它包含一个代码，以表示该由行列号定义。它包含一个代码，以表示该网格的属性或指向属性记录的指针。网格的属性或指向属性记录的指针。 注意：注意：栅格数据模型是将连续空间离散化，栅格数据模型是将连续空间离散化，即用二维铺盖或划分覆盖整个连续空间，这即用二维铺盖或划分覆盖整个连续空间，这种铺盖可以分为规则的和不规则的种铺盖可以分为规则的和不规则的地理信息系统原理GIS栅格数据模型栅格数据模型 地理信息系统原理GIS2-3 2-3 栅

36、格数据结构栅格数据结构 栅格结构用密集正方形（或三角形，多边形）栅格结构用密集正方形（或三角形，多边形）将地理区域将地理区域划分划分为网格阵列。为网格阵列。位置由行，列号定义，属性为栅格单元的值。位置由行，列号定义，属性为栅格单元的值。二、图形表示二、图形表示22122332333233323332333三角形、方格和六角形划分三角形、方格和六角形划分 地理信息系统原理GIS2-3 2-3 栅格数据结构栅格数据结构 二、图形表示二、图形表示22122332333233323332 栅格数据表示的是二维表面上的地理数据的离散栅格数据表示的是二维表面上的地理数据的离散化数值。在栅格数据中，地表被分

37、割为相互邻接、规化数值。在栅格数据中，地表被分割为相互邻接、规则排列的地块，每个地块与一个象元相对应。因此，则排列的地块，每个地块与一个象元相对应。因此，栅格数据的栅格数据的比例尺比例尺就是就是栅格栅格( (象元象元) )的大小与地表相应的大小与地表相应单元的大小之比单元的大小之比，当象元所表示的面积较大时，对长，当象元所表示的面积较大时，对长度、面积等的量测有较大影响。每个象元的属性是地度、面积等的量测有较大影响。每个象元的属性是地表相应区域内地理数据的近似值，因而有可能产生表相应区域内地理数据的近似值，因而有可能产生属属性方面的偏差性方面的偏差。333地理信息系统原理GIS 0 0 0 0

38、 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 6 6 6 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 6 0 0 0 6 0 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 7 4 4 4 4 4 4 7 7 7 7 4 7 7 7 4 4 4 4 8 7 7 8 0 8

39、 4 0 8 7 7 8 0 8 8 0 0 8 0 0 8 8 7 8 8 8 8 8 0 0 0 0 8 8 8 8 0 0 0 0 0 8 8 8 线线面面点点点点：由：由单个栅格单个栅格表达。表达。线线：由沿线走向有相同属性取值的：由沿线走向有相同属性取值的一组相邻栅格一组相邻栅格表达。表达。面面：由沿线走向有相同属性取值的：由沿线走向有相同属性取值的一片栅格一片栅格表达。表达。地理信息系统原理GIS三、三、栅格数据栅格数据组织组织2-3 2-3 栅格数据结构栅格数据结构 针对针对一个栅格单元对应多个属性值的多层栅格文件一个栅格单元对应多个属性值的多层栅格文件。空间数据库空间数据库2

40、222 2aaaaa2 2土壤土壤植被植被组织方法组织方法地理信息系统原理GIS组织方法组织方法2-3 2-3 栅格数据结构栅格数据结构 方法方法c c：以层为基础，以层为基础，每层内以多边形为序每层内以多边形为序记录多边形的属性值记录多边形的属性值和多边形内各象元的和多边形内各象元的坐标坐标。节约用于存储。节约用于存储属性的空间。将同一属性的空间。将同一属性的制图单元的属性的制图单元的n n个个象元的属性只记录一象元的属性只记录一次，便于地图分析和次，便于地图分析和制图处理。制图处理。 方法方法a a：以象元为记录序列，不同层上同一象元位置上的各以象元为记录序列，不同层上同一象元位置上的各属

41、性值表示为一个列数组。属性值表示为一个列数组。N层中层中只记录一层的象元位置，只记录一层的象元位置，节约大量存储空间，节约大量存储空间，栅格个数很多。栅格个数很多。方法方法b b：每层每个象元的位置、属性一一记录，每层每个象元的位置、属性一一记录，结构最简单，但浪费存储。结构最简单，但浪费存储。地理信息系统原理GIS四、栅格结构的建立四、栅格结构的建立2-3 2-3 栅格数据结构栅格数据结构 1、 手工获取手工获取，专题图上划分均匀网格，专题图上划分均匀网格，逐个决定其网格代码。逐个决定其网格代码。2、扫描仪扫描扫描仪扫描专题图的图像数据专题图的图像数据行、行、列、颜色（灰度）列、颜色（灰度）

42、，定义颜色与属性，定义颜色与属性对应表，用相应属性代替相应颜色，得对应表，用相应属性代替相应颜色，得到（行、列、属性）再进行栅格编码、到（行、列、属性）再进行栅格编码、存贮，即得该专题图的栅格数据。存贮，即得该专题图的栅格数据。3、 由矢量数据转换而来由矢量数据转换而来。4、 遥感影像数据，遥感影像数据，对地面景象的辐射对地面景象的辐射和反射能量的扫描抽样，并按不同的光和反射能量的扫描抽样，并按不同的光谱段量化后，以数字形式记录下来的象谱段量化后，以数字形式记录下来的象素值序列。素值序列。5、 格网格网DEM数据数据，当属性值为地面高，当属性值为地面高程，则为格网程，则为格网DEM，通过，通过

43、DEM内插得内插得到。到。（一）建立途径（一）建立途径地理信息系统原理GIS（二）栅格系统的确定（二）栅格系统的确定2-3 2-3 栅格数据结构栅格数据结构 1 1、 栅格坐标系的确定栅格坐标系的确定表示具有空间分布特征的地理要素，不论采用什么编码系统，什么表示具有空间分布特征的地理要素，不论采用什么编码系统，什么数据结构数据结构( (矢、栅矢、栅) )都应在统一的坐标系统下，而坐标系的确定实质都应在统一的坐标系统下，而坐标系的确定实质是是坐标系原点坐标系原点和和坐标轴的确定坐标轴的确定。 由于栅格编码一般用于区域性由于栅格编码一般用于区域性GISGIS，原点的选择常具有局部性，原点的选择常具

44、有局部性质，但为了便于区域的拼接，栅格系统的质，但为了便于区域的拼接，栅格系统的起始坐标应与国家基本比起始坐标应与国家基本比例尺地形图公里网的交点相一致例尺地形图公里网的交点相一致，并分别采用，并分别采用公里网的纵横坐标轴公里网的纵横坐标轴作为栅格系统的坐标轴作为栅格系统的坐标轴。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X：行西南角格网坐标（XWS，YWS）格网分辨率Y：列X：行西南角格网坐标（XWS，YWS）格网分辨率地理信息系统原理GIS2 2、 栅格单元的尺寸栅格单元的尺寸2-3 2-3 栅格数据结构栅格数据结构 1）原则）原则：应能：应能有效地逼近空间对象的分

45、有效地逼近空间对象的分布特征，又减少数据的冗余度布特征，又减少数据的冗余度。格网太大，忽略较小图斑，信息丢失。格网太大，忽略较小图斑，信息丢失。一般讲实体特征愈复杂，栅格尺寸越小，一般讲实体特征愈复杂，栅格尺寸越小，分辨率愈高，然而栅格数据量愈大（按分辨率愈高，然而栅格数据量愈大（按分辨率的平方指数增加）计算机成本就分辨率的平方指数增加）计算机成本就越高，处理速度越慢。越高，处理速度越慢。2）方法）方法：用保证最小多边形的精度标准：用保证最小多边形的精度标准来确定尺寸经验公式：来确定尺寸经验公式： h h为栅格单元边长为栅格单元边长 AiAi为区域所有多边形的面积。为区域所有多边形的面积。地理

46、信息系统原理GIS (三三)栅格代码（属性值）的确定栅格代码（属性值）的确定2-3 2-3 栅格数据结构栅格数据结构 当一个栅格单元内有多个可选属性值时，按一当一个栅格单元内有多个可选属性值时，按一定方法来确定栅格属性值。定方法来确定栅格属性值。1、中心点法中心点法：取位于栅格中心的属性值为该栅格：取位于栅格中心的属性值为该栅格的属性值。的属性值。 2、面积占优法面积占优法：栅格单元属性值为面积最大者，：栅格单元属性值为面积最大者，常用于分类较细，地理类别图斑较小时。常用于分类较细，地理类别图斑较小时。 3、 重要性法重要性法：定义属性类型的重要级别，取重要：定义属性类型的重要级别，取重要的属

47、性值为栅格属性值，常用于有重要意义而面积的属性值为栅格属性值，常用于有重要意义而面积较小的要素，特别是点、线地理要素。较小的要素，特别是点、线地理要素。 4、长度占优法长度占优法每个栅格单元的值由该栅格中每个栅格单元的值由该栅格中线段最长的实体的属性来确定。线段最长的实体的属性来确定。AB baa2 2 1 1下一页下一页（1 1）中心点法）中心点法每个栅格单元的值，根据该栅格中心点所在面域的属性来确每个栅格单元的值，根据该栅格中心点所在面域的属性来确定，如图定，如图3-253-25所示。中心点所示。中心点O O落在代码落在代码A A的地物范围内，根据的地物范围内，根据中心点法规则，该矩形区域

48、相应的栅格代码为中心点法规则，该矩形区域相应的栅格代码为A A。中心点法。中心点法常用于具有连续分布特性的地理要素，如人口密度图、灾害常用于具有连续分布特性的地理要素，如人口密度图、灾害现状图等。现状图等。返回返回（2 2）面积占优法）面积占优法每个栅格单元的抽样编码，以占矩形区域面积最大的地每个栅格单元的抽样编码，以占矩形区域面积最大的地物类型来决定，如上图物类型来决定，如上图C C类地物所占面积最大，故相应栅格抽类地物所占面积最大，故相应栅格抽样编码应定为样编码应定为C C。面积占优法常用于分类较细，地物类别斑块。面积占优法常用于分类较细，地物类别斑块较小的情况。较小的情况。（3 3）长度

49、占优法）长度占优法每个栅格单元的抽样编码，根据栅格中线（水平或垂直）每个栅格单元的抽样编码，根据栅格中线（水平或垂直）的全部或主要部分所处面域的属性来确定。的全部或主要部分所处面域的属性来确定。（4 4）重要性法）重要性法每个栅格单元的抽样编码，根据栅格内不同地物的重要每个栅格单元的抽样编码，根据栅格内不同地物的重要性，选取最重要的地物类型来决定相应的栅格单元编码。如上性，选取最重要的地物类型来决定相应的栅格单元编码。如上图所示，设图所示，设B B类地物为最重要的地物类型，则栅格单元的编码类地物为最重要的地物类型，则栅格单元的编码应为应为B B。重要性法常用于具有特殊意义且面积相对较小的地理。

50、重要性法常用于具有特殊意义且面积相对较小的地理要素，特别点状、线状地理要素，如城镇、居民点、交通线、要素，特别点状、线状地理要素，如城镇、居民点、交通线、河流等，在栅格编码中应尽量表示这些重要地物类型。河流等，在栅格编码中应尽量表示这些重要地物类型。返回返回地理信息系统原理GIS五、栅格数据编码方法五、栅格数据编码方法2-3 2-3 栅格数据结构栅格数据结构 1、直接栅格编码、直接栅格编码：将栅格数据看作一个数据矩阵，将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行记录代码数据。逐行记录代码数据。1）每行都从左到右记录；）每行都从左到右记录； AAAAABBBAABBAABB2）奇数行从左到右，偶数行从右到左

51、；）奇数行从左到右，偶数行从右到左；特点特点：最直观、最基本的网格存贮结构，没有进行任何压缩最直观、最基本的网格存贮结构，没有进行任何压缩数据处理数据处理。 A A A A A B B B A A B B A A B B 栅格数据量大，格网数多，由于地理数据往往有较强的相关性，即相邻象元的值往往栅格数据量大，格网数多，由于地理数据往往有较强的相关性，即相邻象元的值往往是相同的。所以，出现了各种栅格数据压缩方法。是相同的。所以，出现了各种栅格数据压缩方法。数据压缩是将数据表示成更紧凑的格式以减少存储空间的一项技术数据压缩是将数据表示成更紧凑的格式以减少存储空间的一项技术。地理信息系统原理GIS2

52、、行程编码（变长编码）、行程编码（变长编码）：2-3 2-3 栅格数据结构栅格数据结构 将原图表示的数据矩阵变为将原图表示的数据矩阵变为数据对数据对：1）属性码，长度）属性码，长度，行号（可不要），行号（可不要） 长度：连续相同码值的栅格个数。长度：连续相同码值的栅格个数。2）属性码，点位）属性码，点位特点：特点： 对于游程长度编码，区域越大，数据的相关性越强，则压对于游程长度编码，区域越大，数据的相关性越强，则压缩越大，缩越大，适用于类型区域面积较大的专题图适用于类型区域面积较大的专题图，而不适合于类，而不适合于类型连续变化或类别区域分散的分类图（压缩比与图的复杂程型连续变化或类别区域分散的

53、分类图（压缩比与图的复杂程度成反比）。度成反比）。 这种编码在这种编码在栅格加密时，数据量不会明显增加栅格加密时，数据量不会明显增加，压缩率高，压缩率高，并最大限度地保留原始栅格结构，编码解码运算简单，且易并最大限度地保留原始栅格结构，编码解码运算简单，且易于检索，叠加，合并等操作于检索，叠加，合并等操作，这种编码应用广泛。，这种编码应用广泛。 A A A A A B B B A A B B A A B B 下一页下一页地理信息系统原理GIS 例如例如 （0，1）,（4，2）,（7，5）；）； （4，5）,（7，3）；）； （4，4）,（8，2）,（7，2）；（）；（0，2）,（4，1）,（8

54、，3）,（7，2）; （0，2）,（8，4）,（7，1）,（8，1）；）； （0，3）, （8，5）；（）；（0，4）,（8，4）；（）；（0，5）,（8，3）。）。0744444477774777444487780840877808800800887888880000888800000888压缩比的大小是与图的复杂程度成反比压缩比的大小是与图的复杂程度成反比的，在变化多的部分，游程数就多，变的，在变化多的部分，游程数就多，变化少的部分游程数就少，图件越简单，化少的部分游程数就少，图件越简单，压缩效率就越高压缩效率就越高地理信息系统原理GIS 2）逐个记录各行（或列）代码发）逐个记录各行（或列

55、）代码发生变化的位置和相应代码生变化的位置和相应代码编码如下（沿列方向）编码如下（沿列方向） （1，0），（），（2，4），（），（4，0）；）； （1，4），（），（4，0）；）； （1，4），（），（5，8），（），（6，0）；）； （1，7），（），（2，4），（），（4，8），（），（7，0）；）； （1，7），（），（2，4），（），（3，8），（），（8，0）；）； （1，7），（），（3，8）；）； （1，7），（），（6，8）；）； （1，7），（），（5，8）。）。（属性发生变化的位置，属性值）（属性发生变化的位置，属性值）07444444777747774444877808

56、40877808800800887888880000888800000888地理信息系统原理GIS 块码是游程长度编码扩展到二维的情况，块码是游程长度编码扩展到二维的情况，采用方形区域作为记录单元，每个记录单元采用方形区域作为记录单元，每个记录单元包括相邻的若干栅格，数据结构由初始位置包括相邻的若干栅格，数据结构由初始位置（行、列号）和半径，再加上记录单位的代（行、列号）和半径，再加上记录单位的代码组成。码组成。2-3 2-3 栅格数据结构栅格数据结构 3、块码、块码 - 游程编码向二维扩展游程编码向二维扩展地理信息系统原理GIS2-3 2-3 栅格数据结构栅格数据结构 采用采用方形区域方形区

57、域作为记录单元，每个记录单元包括相邻的若干栅格作为记录单元，每个记录单元包括相邻的若干栅格。数据对组成数据对组成：（初始行、列，半径，属性值）：（初始行、列，半径，属性值）特点特点： 具有具有可变分辨率可变分辨率，即当属性变化小时图块大，即当属性变化小时图块大，对于大块图斑记录单元大，分辨率低，压缩比高。对于大块图斑记录单元大，分辨率低，压缩比高。 小块图斑记录单元小，分辨率高，压缩比低小块图斑记录单元小，分辨率高，压缩比低所以，与行程编码类似，随图形复杂程度的提高所以，与行程编码类似，随图形复杂程度的提高而降低分辩率。而降低分辩率。依次扫描，编过的不重复。依次扫描，编过的不重复。 1 2 3

58、 4 5 6 7 8 1 0 4 4 7 7 7 7 72 4 4 4 4 4 7 7 73 4 4 4 4 8 8 7 7 4 0 0 4 8 8 8 7 75 0 0 8 8 8 8 7 86 0 0 0 8 8 8 8 87 0 0 0 0 8 8 8 88 0 0 0 0 0 8 8 8如：如：（1,1,1,0),(1,2,2,4),(1,4,1,7),(1,5,1,7)1,1,1,0),(1,2,2,4),(1,4,1,7),(1,5,1,7)地理信息系统原理GIS4、链式编码、链式编码、Freeman 链码、边界链码链码、边界链码2-3 2-3 栅格数据结构栅格数据结构 1）首先定

59、义一个）首先定义一个3x3窗口，中间栅格的走向有窗口，中间栅格的走向有8种可能，并将这种可能，并将这8种可能种可能07进行编码。进行编码。2）记下地物属性码和起点行、列后，进行追）记下地物属性码和起点行、列后，进行追踪，得到矢量链踪，得到矢量链.将栅格数据（线状地物面域边界）表示为将栅格数据（线状地物面域边界）表示为矢量链矢量链的记录的记录链式编码表链式编码表aaaaaaab属性码起点行起点列链码链码a14556656b37576654323 优点优点：链码可有效地存贮压缩栅格数据，便于面积、长度、转折方向和：链码可有效地存贮压缩栅格数据，便于面积、长度、转折方向和边界、线段凹凸度的计算，比较

60、适合于存储图形数据。边界、线段凹凸度的计算，比较适合于存储图形数据。 缺点缺点：不易做边界合并，插入操作、编辑较困难（对局部修改将改变整：不易做边界合并，插入操作、编辑较困难（对局部修改将改变整体结构）。区域空间分析困难，相邻区域边界被重复存储而产生冗余。体结构）。区域空间分析困难，相邻区域边界被重复存储而产生冗余。 地理信息系统原理GIS五、四叉树编码五、四叉树编码2-3 2-3 栅格数据结构栅格数据结构 1、 基本思想基本思想：将将2 2n n2 2n n象元组成的图像象元组成的图像( (不足的用背景补上不足的用背景补上) ) 按四个象限进行递归分割，按四个象限进行递归分割，并判断属性是否