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。67012345链式编码的方向代码 32233233246676021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，

2、3，2，3n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：5，8，3，2，4，4，6，6，7，6，0，2，167012345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

3、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 52 2 2 2 2 5 5 50 0 0 0 0 3 3 32 2 2 2 3 3 5 50 0 2 3 3 3 5 50 0 3 3 3 3 5 30 0 0 3 3 3 3 30 0 0 0 3 3 3 3（1 1，1 1，1 1，0 0），（），（1 1，2 2，2 2，2 2），），（

4、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 5，2 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

5、 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 1，0 0），（），（8 8，5 5，1 1，0 0）。）。0 0 0 1112131415161718192021222324252627282930313233363738393435400

6、3 3 3 0 3 3 33 3 5 3 0 0 2 22 3 2 2 2 2 0 22 2 2 5 2 5 5 53 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 52 2 2 2 2 5 5 50 0 0 0 0 3 3 32 2 2 2 3 3 5 50 0 2 3 3 3 5 50 0 3 3 3 3 5 30 0 0 3 3 3 3 30 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 ) ,

7、, ( 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123456789101112131415P1P2P3 P1P3P2 1 2 3 4 5 6 5 6 5 6 7 8 9 1012 13 14 15 123456789101112131415P1P2P3点文件 点号 坐标 1 x1，y1 2 x2，y2 15 x15，y15123456789101112131415P1P2P3多边形文件多边形号 边界线号 1 ， 2 ， 3 P1P3P2 点文件：点文件：线文件线文

8、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P1P212345678910P31112131415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 P1P212345678910P31112131415ABCD1、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。 比较内容 矢

9、量格式 栅格格式 数据量 小 大 图形精度 高 低 图形运算 复杂、高效 简单、低效 遥感影像格式 不一致 一致或接近 输出表示 抽象、昂贵 直观、便宜 数据共享 不易实现 容易实现 拓扑和网络分析 容易实现 不易实现（a）三角形（b） 菱形（c) 六边形点线面yx0000090000900000009070070090700760097777900077079000770709000000(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

10、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空间数据是GIS的血液，实际上整个GIS都是围绕空间数据的采集、加工、组织、存储、分析、可视化这几个方面展开的空间数据的获取手段、生产工艺、数据质量都会直接影响到GIS的成本、效率和应用潜力数据采集方法有q野外数据采集（平板仪、经纬仪、全站仪、野外数据采集（平板仪、经纬仪、全站仪、GPSGPS等）等）q手工数据输入法（各种调查统计数据、宗地信息等）手工数据输入法（各种调查统计

11、数据、宗地信息等）q地图数字化（手扶跟踪、扫描数字化等）地图数字化（手扶跟踪、扫描数字化等）q摄影测量与遥感摄影测量与遥感q其它系统的数据转换（公共的数据接口与转换标准）其它系统的数据转换（公共的数据接口与转换标准）GISGIS数据采集的方法是根据已有的数据源形式，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

12、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

13、。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

14、数据交换数据交换空间特征q是是GISGIS所独有的数据类型所独有的数据类型q在地理坐标框架下，刻画空间对象的位置、形状在地理坐标框架下，刻画空间对象的位置、形状和大小等几何特征和大小等几何特征q表示方法：表示方法：绝对描述绝对描述坐标（直角坐标、经纬度）坐标（直角坐标、经纬度）相对描述相对描述空间拓扑关系（邻接、连接、方位）空间拓扑关系（邻接、连接、方位）专题特征q除空间特征、时间特征外的其它特征，如除空间特征、时间特征外的其它特征，如地形坡度、坡向、某地的年降雨量、土壤的酸地形坡度、坡向、某地的年降雨量、土壤的酸碱度、土地覆盖类型、人口密度、交通流量、碱度、土地覆盖类型、人口密度、交通流量、

15、空气污染程度等空气污染程度等q专题特征用于制作专题图或专题信息系统专题特征用于制作专题图或专题信息系统时间特征时间特征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

16、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

17、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

18、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

19、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

20、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

21、、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地图数字地图数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

22、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 iiiiiiybxbbYyaxaaX210210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yxXYo数字化坐标系数字化坐