地理信息系统概论教案

1、地理信息系统概论教案第1页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二第二章 GIS的数据结构GIS的数据结构主要是用来解决地理空间数据以什么样的形式存储到GIS中的问题。目标要求：地理空间及其表达 地理空间数据及其特征空间数据结构的类型 空间数据结构的建立第2页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二第一节 地理空间及其表达1.1地理空间的概念地理空间一般指上至大气电离层，下至地壳与地幔交界的莫霍面之间的空间区域。包括：大气圈、水圈、生物圈、岩石圈和土壤圈。为在地理空间中准确定位需要采用一种空间定位框架来实现注：地壳同地幔间的分界面，是南斯拉夫地震学家莫霍洛维奇于

2、1909年发现，故以他的名字命名，称为莫霍洛维奇不连续面，简称莫霍面（或莫氏面）。第3页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二大地测量控制系统地理空间定位框架用以建立地球的几何模型来精确测量地球上任意一点的坐标，包括平面位置坐标和高度值坐标为建立地理空间数据的坐标位置提供了一个通用参照系大地测量控制信息的主要要素：大地测量控制点，由已知点可以推测未知点的坐标位置信息第4页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二（一）平面控制网用以确定物体在地球上的平面位置通常用地理坐标（经纬度）来表示基准面测量的依据；由于地球的自然是一个高低起伏很大的不规则的表面，不能作为测

3、量的依据，于是人们对地球表面进行近似的处理，用大地水准面来代表地球表面的形状。第5页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二大地水准面：是假设静止的平均海水面穿过大陆、岛屿形成包围整个地球的一个闭合曲面。由于地球内部物质分布的不均匀，导致大地水准面仍然不是一个光滑的表面，而是一个极半径略短、赤道半径略长、北极略突出、南极略扁平的近于梨形的一个球体。大地水准面不是一个简单的数学曲面，无法在其上直接进行测量和数据处理。第6页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二旋转椭球体：以大地水准面为基准建立起来的地球椭球体模型。是一个椭圆围绕其短轴旋转形成的形状，其赤道半径大

4、于极半径b。旋转椭球体是一个可以用数学公式描述的规则的几何表面可以作为平面坐标的基准。图 2-1 三轴椭球体模型第7页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二地球表面大地水准面铅垂线地球椭球体地球模型第8页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二不同的历史时期，不同的国家和地区，会根据不同的资料推算出不同大小的旋转椭球体来近似代表大地水准面。我国在不同时期采用的旋转椭球体及其元素值如表2-1（P39）目前我国采用的大地坐标系为1980年中国国家大地坐标系。1980年中国国家大地坐标系的大地原点，及国家水平控制网中推算的大地坐标起标点，设在我国中部地区的陕西省泾阳

5、县永乐镇。第9页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二根据不同需求，我国现有三种大地坐标系并存：一、北京-54（局部平差）二、1980年国家大地坐标系（西安-80，整体平差）三、地心坐标系，即以地球的质心作为坐标原点的坐标系第10页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二对应于每一个坐标系统点的坐标：可以用大地坐标形式表示，即用纬度、经度和高层（B,L,H）；也可以用空间大地直角坐标形式表示，即用（x,y,z）表示。不同坐标系统的坐标，通过一定的数学模型的转换参数，在一定的精度范围内可以互相转换。其中北京-54和西安-80坐标系中的点的坐标，更多的是将其投影至

6、高斯-克吕格投影平面，以平面坐标x,y,z形式表示，用于测绘制作地形图第11页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二在高斯-克吕格平面直角坐标系中：x表示纵轴，y表示横轴。点的高斯-克吕格平面直角坐标是通过高斯-克吕格投影计算得到的。我国各个等级大地点成果表中所载的坐标即为高斯-克吕格平面直角坐标。第12页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二地图投影：将椭圆面上各点的大地坐标，按照一定的数学法则，变换为平面上相应点的平面直角坐标，统称为地图投影。转换的数学法则可以用下面的两个函数表示：x=f1（B,L）y=f2（B,L）式中： （B,L）为椭球面上某一点的

7、大地坐标；（x，y）为该点投影在投影平面上的直角坐标。第13页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二二、高程控制网高程：指空间某点高于或低于基准面的垂直距离，主要用来提供地形信息。高程的基准面大地水准面我国现在规定的高程基准面为“1985国家高程基准”采用青岛验潮站1953年至1979年验潮资料计算确定，1985年5月经国务院批准。比“黄海平均海平面”高29mm第14页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二研究地理空间，除了建立地理空间的定位参考框架，还必须分析地理空间特征实体或地理空间信息的几何形态和时空分布规律及其相互之间的关系。地理空间特征实体：指具有

8、形状、属性和时序特征的空间对象或地理实体。包括点、线、面、曲面和体，他们构成地球圈层间复杂的地理综合体，也是GIS表示和建立空间数据库的主要对象。第15页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二二、空间实体的表达地理空间的表达是地理数据组织、存储、运算、分析的基础。地理空间中的地理实体、地理现象可以抽象为点、线、面、体四种类型。地理空间的表达方法可以概括为矢量栅格三角形不规则网等以此为基础，可以构造地理空间各种不同的数据模型和数据结构。 第16页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二矢量表示法（矢量数据模型）：采用一个没有大小的点（坐标）来表达基本点元素。第1

9、7页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二栅格表示法（栅格数据模型）：采用一个有固定大小的点（面元）来表达基本元素。第18页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二矢量数据模型和栅格数据模型，代表着从信息世界观点对现实世界空间实体的两种不同的数据表达方法，其功能、使用方法及应用对象上都有一定的差异，这在一定程度上反映出GIS表示现实世界的不同概念。第19页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二对于地理连续面的表达，还可利用三角形不规则网表示（Triangulated irregular Network，TIN）。基于TIN的连续面模型能够有效

10、地描述河流、峡谷、地势等地形区域特征。TIN的构成：将地面一系列离散点，按照一定的规则和条件连接成互不交叉的三角网。第20页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二第二节 地理空间数据及其特征空间数据：GIS的核心，是GIS的血液；GIS的操作对象；占据整个GIS工程的70%甚至更多 第21页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二一、GIS空间数据的分类按数据来源分类：地图数据、影像数据、文本数据按数据结构分类：矢量数据：是用欧氏空间的点线面等几何元素来表达空间实体的几何特征的数据栅格数据：是将空间分割成有规则的网格，在各个网格上给出相应的属性值来表示空间实体

11、的一种数据组织形式。第22页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二按数据特征分类：空间定位数据：是表达空间实体在地球上位置的坐标数据非空间属性数据：是有关空间实体自身的名称、种类、质量、数量等特征的数据按数据几何特征分类：点、线、面、曲面、体第23页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二按数据发布形式：按数据发布形式，GIS中的空间数据可分为4D数据：1、数字线画图（DLG）：DLG数据是现有地形图要素的矢量数据，保存各要素间的空间关系和相关属性信息，全面地描述地表目标。2、数字栅格图（DRG）：是现有纸质地图经计算机处理后得到的栅格数据文件。每一幅地形图在

12、扫描数字化后，经几何纠正，并进行内容更新和数据压缩处理，既可以得到数字栅格图。3、数字高程模型（DEM）：是以数字形式表达的地形起伏数据。4、数字正射影像（DOM）数据：是对遥感数字影像经逐像元进行投影差改正、镶嵌，按国家基本比例尺地形图图幅范围剪裁生成的数字正射投影影像数据。第24页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二二、空间数据的基本特征（一）基本特征：空间特征：是指地理现象和过程所在的位置、形状和大小等几何特征，以及与相邻地理现象和过程的空间关系（包括方位关系、拓扑关系、相邻关系、相似关系等）空间位置可以通过坐标数据来描述称为定位特征或定位数据。空间关系称为拓扑特征或

13、拓扑数据。属性特征：是指地理现象和过程所具有的专属性质，包括名称、数量、质量、性质等，称为属性数据时间特征：是指一定区域内的地理现象和过程随时间的变化情况，称为时态数据。第25页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二（二）基本信息定位信息：表示在地球表面上呈不同分布状态。属性信息：地理现象和过程本身具有的描述性信息拓扑信息：地理对象之间的相互关系。在GIS中基本信息通过空间数据表达，分别对应定位特征数据、属性特征数据和拓扑特征数据，对于随时间变化的地理实体或现象，还同时对应着时序或时间特征数据。第26页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二三、空间数据的拓扑

14、关系“拓扑”（Topology）一词来自于希腊文，它的原意是“形状的研究”。拓扑学是几何学的一个分支，它研究在拓扑变换下能够保持不变的几何属性拓扑属性。拓扑属性、拓扑变换的理解：设想一块高质量的橡皮，这块橡皮可以任意地被拉伸、压缩，但不能被扭转或者折叠，表面上有由结点、弧、环和区域组成的任何可能的图形。第27页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二对这块橡皮进行任意地拉伸、压缩，图形原有的一些属性将得到保留而继续存在，而有些属性则将消失。设想橡皮表面上有一个多边形,并且还有一个点在多边形中，当对橡皮进行任意的拉伸、压缩后，点依旧存在于多边形内部，点和多边形之间的空间位置关系不

15、会改变，但是多边形的面积将会发生变化。这时，我们称“点的内置”是拓扑属性，面积则不是拓扑属性，而拉伸和压缩这样的变换就是拓扑变换。第28页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二常见的拓扑属性与非拓扑属性拓扑属性一个点在一个弧段的端点一个弧段是一个简单弧段 （弧段自身不相交）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外部一个点在一个环的内部一个面是一个简单面（面上没有“岛”）一个面的连通性（给定面上任意两点，从一点可以完全在面的内部沿任意路径走向另一点）非拓扑属性两点之间的距离一个点指向另一个点的方向弧段的长度一个区域的周长一个区域的面积第29页，共87页

16、，2022年，5月20日，21点37分，星期二拓扑元素： 点：孤立点、线的端点、面的首尾点、链的连接点 线：两结点之间的有序弧段 面：若干弧段组成的多边形在GIS中，对于凡具有网状结构特征的地理要素，如自然与行政的分区、各种资源类型的空间分布以及交通网等，都存在节点、弧段和多边形之间的拓扑关系。拓扑关系是明确定义空间结构关系的一种数学方法。在GIS中，拓扑不但用于数据的编辑和组织，而且在空间分析和应用中都具有非常重要的意义。第30页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二1、拓扑关系的类型（1）拓扑邻接是指存在于空间图形的相同类型元素之间的拓扑关系。（2）拓扑关联是指存在于不同

17、类型空间元素之间的拓扑关系。如节点与弧段的关联关系、多边形与弧段的关联关系（3）拓扑包含是指存在于空间图形的相同类型但不同等级的元素之间的拓扑关系。包含关系分简单包含、多层包含和等价包含三种形式。第31页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二如果要将节点、弧段和多边形之间的拓扑结构表达出来，可以形式四个关系表：节点与弧段的拓扑关系、弧段与节点的拓扑关系弧段与多边形的拓扑关系、多边形与弧段的拓扑关系第32页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二2、空间拓扑关系的意义根据拓扑关系，不需要利用坐标或者计算距离，就可以确定一种地理实体相当于另一种地理实体的空间位置关

18、系。因为拓扑数据已经清楚地反映出地理实体之间的逻辑结构关系，而且这种拓扑数据较之几何数据有更大的稳定性，即不随地图变换二变化。利用拓扑数据有利于空间要素的查询。如，查询与毕节地区相邻的行政区；查询某条河流能为哪些行政区的居民提供水源；查询与某一湖泊想邻接的土地利用类型有哪些；确定一块与湖泊相邻的土地覆盖区，用于生物栖息环境做出评价等问题可以利用拓扑数据作为感觉，重建地理实体。如建立封闭多边形、实现道路的选取，进行最佳路径的计算等第33页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二四、空间数据的计算机表示表示地理实体的空间数据包含空间特征、属性特征和时态特征。空间数据结构：对于具有复

19、杂特征的空间数据，组织和建立起它们之间的联系，以便于计算机存储和操作。空间数据结构是GIS的核心技术，一直是GIS领域的重要研究课题。第34页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二空间数据表示的基本方法：空间分幅：即将整个地理空间划分为许多子空间，再选择要表达的子空间。属性分层：即将要表达的空间数据抽象成不同类型属性的数据层来表示。时间分段：将有时间特征的地理数据按其变化规律划分为不同的时间段数据，再逐一表示。第35页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二以矢量数据结构为例，为把地理数据存入数据库：首先，按空间位置将整个区域划分为若干个幅面；其次，对每一个幅

20、面从逻辑上将空间数据分为不同的专题层，如土地利用、地形、道路、居民区、森林分布等；最后，将一个专题层的地理要素或实体安装点、线或面状目标存储，每个目标的数据由空间数据和属性数据组成。目标的空间数据和属性数据可以分别存储，每个目标具有一个数值不重复的标识码（ID），同一个目标的空间数据和属性数据通过相同的标识码连接起来。第36页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二第三节 空间数据结构的类型数据结构：即数据组织的形式，是适合于计算机存储、管理、处理的数据逻辑表达。下面分别介绍：矢量数据结构栅格数据结构曲面数据结构第37页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二一

21、、矢量数据结构矢量：也叫向量，数学上称具有大小和方向的量为矢量。在GIS的图形中，相邻两点间的弧段长度表示矢量的大小，弧段两端点的顺序表示矢量的方向。利用欧几里得几何学中的点线面及其组合体来表示地理实体空间分布的一种数据组织方式。优点：能很好的表达地理实体的空间分布特征数据精度高，数据存储的冗余度低。缺点：多层空间数据叠合分析比较困难。第38页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二矢量数据结构分为以下几种主要类型：1、实体数据结构在实体数据结构中，空间数据按照基本的空间对象（点线或多边形）为单元进行单独组织不含有拓扑关系最典型的是所谓面条（Spaghetti）结构采用这种数据

22、结构的有ArcGIS的shapefile文件和MapInfo的Tab文件第39页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二实体数据结构的特点：数据按点线或多边形为单元进行组织，数据结构直观简单。每个多边形都以闭合线段存储，多边形的公共边界被数字化两次和存储两次，容易造成数据冗余和产生不一致性。点线和多边形有各自的坐标数据，但没有拓扑数据，彼此不关联。岛或洞只作为一个单个图形，没有与外界多边形的联系第40页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二ESRI公司的shapefile文件是描述空间数据的几何和属性特征的非拓扑实体矢量数据结构的一种格式一个shapefile

23、文件包括一个主文件（*.shp）、一个索引文件（*.shx）和一个dBase表文件（*.dbf）第41页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二2、拓扑数据结构拓扑数据结构包括：DIME(对偶对立地图编码法)、POLYVRT(多边形转换器)、TIGER(地理编码和参照系统的拓扑集成)共同特点：点是相互独立的点连成线、线构成面每条线始于起始节点，止于终止节点，并与左右多边形相邻接。第42页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二拓扑数据结构的构成元素构成多边形的线称为弧段两条以上的弧段相交的点称为节点由一条弧段组成的多边形称为岛或洞。多边形图中不含岛的多边形称为简

24、单多边形含岛的多边形称为复合多边形，在复合多边形中包含有外边界和内边界，岛看作是复合多边形的内边界第43页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二在拓扑数据结构中：（1）弧段是数据结构的基本对象弧段文件由弧段记录组成，每个弧段记录包括弧段标识码、起始节点、终止节点、左多边形和右多边形（2）节点文件由节点记录组成包括每个节点的节点标识码、节点坐标及与该节点连接的弧段标识码等（3）多边形文件由多边形记录组成包括多边形标识码、组成该多边形的弧段标识码以及相关属性等。具体表格文件参见P51第44页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二C4N4C8C6P3C7N6C10

25、N3C3N1P1C2N2C1P2C5N5P4P5C9N7拓扑数据举例第45页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二弧段号起结点终结点左多边形右多边形C1N1N2P2P1C2N3N2P1P4C3N1N3P1C4N1N4P2C5N2N5P2P4C6N4N5P3P2C7N5N6P3P4C8N4N6P3C9N7N7P4P5C10N3N6P4第46页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二二、栅格数据结构栅格数据结构栅格结构是指将研究区域划分为大小均匀紧密相邻的网格阵列，每个网格作为一个象元或象素，由行、列号定义，并包含一个代码,表示该象素的属性类型或量值。栅格结构是以

26、规则的阵列来表示空间地物或现象分布的数据组织，组织中的每个数据表示地物或现象的非几何属性特征。第47页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二 矢量结构 栅格结构 第48页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二1111222211112222111122231111333311333333113333334334333344444444行列单元属性值矩形（正方形）栅格单元第49页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二栅格数据结构表示的是二维表面上地理要素的离散化数值，每个网格对应一种属性。网格通常是正方形，有时也采用矩形、等边三角形和正六边形

27、。第50页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二点用一个栅格单元表示线状地物用沿线走向的一组相邻栅格单元表示面或区域用记有区域属性的相邻栅格单元的集合表示，每个栅格单元可有多于两个的相邻单元同属一个区域。任何以面状分布的对象(土地利用、土壤类型、地势起伏、环境污染等)，都可以用栅格数据逼近。遥感影像就属于典型的栅格结构，每个象元的数字表示影像的灰度等级。 点线面的栅格表达第51页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二栅格结构特点属性明显，定位隐含：即数据直接记录属性的指针或属性本身，而所在位置则根据行列号转换为相应的坐标给出。结构容易实现，算法简单，且易于扩

28、充、修改，也很直观，特别是易于同遥感影像结合处理。误差较大：由于栅格结构对区域的量化，在计算面积、长度、距离、形状等空间指标时，若栅格尺寸较大，则会造成较大的误差，同时由于在一个栅格的范围内，可能存在多于一种的地物，而表示在相应的栅格结构中常常只能是一个代码。 第52页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二空间分辨率：一个像元所代表的地面实际面积的大小。分辨率的确定：以保证最小多边形的精度来确定网格的尺寸。分辨率需要的像元（网格单元）100m10000个10m1000000个面积100km2的区域第53页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二网格变长决定栅格

29、数据的精度。一般可以通过保证最小多边形的精度标准来确定网格尺寸，使形成的栅格数据既有效地逼近地理实体，又能最大限度地减少数据量。其中：H表示网格边长， A表示一个区域的矢量数据中面积最小的矢量多边形的面积。当网格边长为H时，该多边形可能丢失；当边长为H/2时，该多边形得到表示。第54页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二确定栅格单元代码的方式 当一个栅格单元中有多个地物要素时，可根据需要用下列方法来确定栅格单元的代码：中心点法：用处于栅格中心处的地物类型或现象特性作为栅格单元的代码。面积占优法由占栅格面积最大的地物类型或现象特性作为栅格的代码。重要性法根据栅格内不同地物的重

30、要性，选取最重要的地物类型作为相应的栅格单元代码如右图：一块矩形地表区域内部有A、B、C三种地物类型，O点为中心点，将这个矩形区域近似地表示为栅格结构中的一个栅格，可以根据需要采用上面方式之一来决定栅格单元的代码。第55页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二（一）栅格矩阵结构直接编码无压缩编码，将栅格数据看作是一个数据矩阵，逐行或逐列逐个记录代码11411411411411111111111111411411411411211111111111411411411411211211111111511511411411211211211211511511411311311211

31、0112115115113113113113112112115115113113113113112112115115113113113113112112列 0 1 2 3 4 5 6 7 7 6 5 4 3 2 1 0 行第56页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二第57页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二（二）游程（行程）编码结构游程指栅格矩阵一行内相邻同值栅格的数量，也称为行程。游程编码结构是逐行将相邻同值的栅格合并，记录合并后栅格的值及合并栅格的数量（即游程），其目的是压缩栅格数据量，消除数据间的冗余。第58页，共87页，2022年，5月20日，

32、21点37分，星期二第59页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二游程长度编码的特点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，变化少的部分游程数就少，图件越简单，压缩效率就越高。游程长度编码在栅格加密时，数据量没有明显增加，压缩效率较高，且易于检索，叠加合并等操作，运算简单，适用于机器存贮容量小，数据需大量压缩，而又要避免复杂的编码解码运算增加处理和操作时间的情况。 第60页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二（三）四叉树结构四叉树又称四元树或四分树，是最有效的栅格数据压缩编码方法之一。四分树将整个图像区域逐步分解为一系列方形区域，

33、且每一个方形区域具有单一的属性。最小区域为一个象元。区域分割原则（自上而下方式）： 将欲分解区域等分为四个象限，再根据各个象限的象元值是否单一决定要不要再分。如果单一则不再分割，否则同法再分，直到所有象限的象元属性值相同为止。注：自下而上方式相反第61页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二四叉树的生成算法从上而下的分割算法： 将欲分解区域等分为四个象限，再根据各个象限的象元值是否单一决定要不要再分。如果单一则不再分割，否则同法再分，直到所有象限的象元属性值相同为止。需要大量的运算，因为大量数据需要重复检查才能确定划分。当矩阵比较大，且区域内容要素又比较复杂时，建立这种四叉树

34、的速度比较慢。从下而上的合并算法：如果每相邻四个网格值相同则进行合并，逐次往上递归合并，直到符合四叉树的原则为止。这种方法重复计算较少，运算速度较快。为了保证四叉树能不断的分解下去，要求图像必须为2n*2n的栅格阵列，n为极限分割次数，n+1是四叉树的最大高度或最大层数。第62页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二四叉树编码的特点容易而有效地计算多边形的数量特征；阵列各部分的分辨率是可变的，边界复杂部分四叉树较高即分级多，分辨率也高，而不需表示许多细节的部分则分级少，分辨率低，因而既可精确表示图形结构又可减少存贮量；栅格到四叉树及四叉树到简单栅格结构的转换比其它压缩方法容易

35、；多边形中嵌套异类小多边形的表示较方便。第63页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二四叉树的存储方法常规四叉树：常规四叉树每个节点通常存储6个量，即4个子节点指针、一个父节点指针和一个节点值。线性四叉树：线性四叉树每个节点只存储3个量，即莫顿码、深度（或节点大小）和节点值。（基本思想：仅记录非0值叶节点）第64页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二基于按位操作的运算计算Morton码设十进制表示的行、列号在计算机内部的二进制数字分别为：十进制的Morton码实际上是II、JJ中的二进制数字交叉结合的结果，即第65页，共87页，2022年，5月20日，21

36、点37分，星期二第66页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二第67页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二第68页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二 几种编码方法比较分析编码直接栅格编码链码游程长度编码块码和四叉树编码特点简单直观，是压缩编码方法的逻辑原型（栅格文件）压缩效率较高，已接近矢量结构，对边界的运算比较方便，但不具有区域性质，区域运算较难在很大程度上压缩数据，又最大限度的保留了原始栅格结构，编码解码十分容易，十分适合于微机地理信息系统采用具有区域性质，又具有可变的分辨率，有较高的压缩效率，四叉树编码可以直接进行大量图形图象运

37、算，效率较高，是很有前途的编码方法 几种编码方法比较分析第69页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二矢量与栅格数据结构的比较第70页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二三、 曲面数据结构曲面是指连续分布现象的覆盖表面，具有这种覆盖表面的要素有地形、降水量、温度和磁场等。表达和存储这些要素的基本要求是必须便于计算连续现象在任一点的数值。通常有两种表达曲面的方法一种是不规则三角网（TIN）另一种是规则格网（Grid）第71页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二（一）TIN的曲面数据结构 通常用于数字地形的三维建模和显示，将离散分布的实测数

38、据点连成三角网。网中的每个三角形要求尽量接近等边形状，并保证最近邻的点构成三角形，即三角形的边长之和最小。第72页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二第73页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二TIN曲面数据结构的主要特征TIN由一系列三角形组成三角形顶点都是一些特征点每个三角形的坡度、坡向均一三角形大小随地形变化而变尽可能是等边三角形三角形的边长之和最小以拓扑方式存储第74页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二TIN曲面数据结构的主要优势1、相邻三角形信息可以自动生成，便于连续分布现象的顺序追踪和查询检索。2、利用这种数据结构，可方

39、便的进行地形分析。第75页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二（二）规则格网的曲面数据结构类似于矩阵形式的栅格数据，只是其属性值为地面的高程或其他连续分布现象的数值。第76页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二第4节 空间数据结构的建立空间数据结构的建立：是指根据确定的数据结构类型，形成与该数据结构相适应的GIS空间数据，为空间数据库的建立提供基础。数据结构的建立，通常是融合在系统设计和系统实施的过程中第77页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二一、系统功能与数据源之间的关系GIS数据与GIS功能之间具有密切的联系。以城市GIS为例一

40、般需要的专题数据包括十大类：基础底图、环境数据、公用设施、工程平面图、地块图、街区类型数据、区域统计数据、交通统计数据、街道网数据和区域境界线数据。第78页，共87页，2022年，5月20日，21点37分，星期二二、空间数据的分类与编码（一）空间数据的分类空间数据的分类：是指根据系统功能及国家规范和标准，将具有不同属性或特征的要素区别开来的过程，以便于从逻辑上将空间数据组织为不同的数据层，为数据采集、存储、管理、查询和共享提供依据。在进行具体分类时：首先根据几何图形原则，将空间数据分为点、线、面三种类型；其次是对象原则，如河流和道路虽然都是线状要素，但属于不同的地理对象，应当作为不同的数据存储层。以我国基础地理信息数据分类为例：分为测量控制点、水系、居民地、交通、管线与垣栅、境界、地形与土质和植被等八个大类，然后再依次细分为小类、一级类、二级类等