数据结构与拓扑数据结构的区别

1、简单数据结构和拓扑数据结构 存、生活创造有利的条件，必须将所有关注的局部世界加以简化和抽象，人类才能 揭示出控制客 观事物的演变过程的基本规律，而实现这一目标的普遍手段是采用模型的方 法，利用一个模型来 描述和表达这个世界，用空间数据结构去表示我们所要了解的客观事 物。空间数据结构就是指空 间数据的编排方式和组织关系，空间数据结构是空间数据在计 算机中的具体组织方式。目前尚无 据结构存储。一般来说，属性数据与其他信息系统 一样常用二维关系表格形式存储。元数据以特 的数据类型，主要以矢量数据结构和 栅格数据结构两种形式存储。空间数据编码是空间数据结构 按不同数据结 构去处理 . 得到的结果内容页

2、是截然不同的。而计算机存储和处理数据的效率，在 手段之一。将地理系统中复杂的地理现象进行抽象得到的地理对象称为地理实体或空间实 间目标，简称实体 （Entity） 。实体现实世界中客观存在的，并可相互区别的事物。实个体，也可以指总体，即个体的集合 . 抽象的程度与研究区域的大小、规模不同而 体可以指有所不同，如在一张小比例尺的全国地图中，武汉市被抽象为一个点状实体，抽象程度很 大；而在较大比例尺 线、面实体组成的庞大复杂组合实体，其抽象程度较前者而 言较小。所以说，实体是一个具体有 数据结构在 GIS 中对于数据的采集、存储、査询、检索和应用分析等操作方式有着重 影响，一种高效率的数据结构应该

3、具备以下几个要求 栅格数据结构栅格结构是以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栅格结构的显著特点 : 属性明显，定位隐含，即数据直接记录属性的指针或数据本身，而所 在位置则根据行列号转换为相应的坐标。栅格数据的编码方法 : 直接栅格编码 , 就是将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行（或逐列）逐个记录代码 ; 压缩编码，包括链码（弗里曼链码）比较适合存储图形数据 ; 游程长度编码通 过记录行或列上相邻若干属性相同点的代码来实现 ; 块码是有成长度编码扩展到二维的情况方形区域为记录单元 ; 四叉树编码是最有效的栅格数据压缩编码方法之一，还能提高图 矢量数据结构是通过记录

4、坐标的方式尽可能精确地表示点 . 线和多边形等地理实体，坐标间设为连续，允许任意位置、长度和面积的精确定义。 空边界的 x,y 坐标对集合及说明信息组成，是最简单的一种多边形矢量编码法，文件结构简 单，但多边形边界被存储两次产生数据冗余，而且缺少邻域信息 ; 树状索引编码法是将所有边 界点进行 引结构，消除了相邻多边形边界数据冗余问题 ; 拓扑结构编码法是通过建立一个 完整的拓扑关系结构，彻底解决邻域和岛状信息处理问题的方法，但增加了算法的复杂性和 数据库的大小。矢量栅格数据的比较 栅格结构是矢量结构在某种程度上的一种近似，对于同一地物达到于矢量数据相同的精度需 更大量的数据 ; 在坐标位置搜

5、索 . 计算多边形形状面积等方面栅格结构更为有效，而且易于相结合，易于信息共享 ; 矢量结构对于拓扑关系的搜索则更为高效 ?网络信息只有用矢量 全描述而且精度较高。对于地理信息系统软件来说，两者共存，各自发挥优势是十分有 效 复数积分算法，即由待判别点对多边形的封闭边界计算复数积分，来判断两者关系 ; 射线算 法和扫描算法即由图外某点向待判点引射线，通过射线与多边形边界交点数来判断内外关 系; 边界 去某值，下行时边界左侧所有栅格点加上该值 , 边界搜索完毕之后即完成多 边形的转换。栅格转矢量 : 即是提取具有相同编号的栅格集合表示的多边形区域的边界和边界的拓系，并表示成矢量格式边界线的过程。

6、步骤包括 : 多边形边界提取，即使用高通滤波将栅格 几何信息和拓扑关系是地理信息系统中描述地理要素的空间位置和空间关系的不可缺少的基本信息。其中几何信息主要涉及几何目标的坐标位置、方向、角度 . 距离和面积 等信息，它通常用解析几何的方法来分析。而空间关系信息主要涉及几何关系的“相连化 邻”、“包含”等信息，它通常用拓扑关系或拓扑结构的方法来分析。拓扑关系是明确间关系的一种数学方法。在地理信息系统中用它来描述并确定空间的点 . 线. 面之“相 性，并可实现相关的査询和检索。从拓扑观点出发，关心的是空间的点、线、 系，而不管实际图形的几何形状。因此，几何形状相差很大的图形，它们 面之间的联接关

7、在矢量拓扑数据结构中，空间数据不但要记录空间实体的位置，而且要记录空间实体 间的 拓扑关系，这是地理信息系统区别于其他数据库管理系统的重要标志。建立拓扑关系 是一种对空 式，也没有形成标准，其基本原理是相同的。因此，在矢量拓扑结构表 示方法中，任何地理实体 对于二维空间数据而言，矢量数据可以抽象点 . 线.面三种要索，也称拓扑要素。对 三维而言，还要加上体。其最基本的拓扑关系主要有拓扑邻接、拓扑关联 . 拓扑包含等几 种。拓扑数据 单数据。虽然目前 GIS 中基本的拓扑关系的表示方法不尽相同，但只 要能完整表达出拓扑要素TIGER （地理编码和参照系统的拓扑集成）等。它们共同的特点是 : 点是

8、相互独立的，点连成线，线构成面。每条线始于起始结点 （FN） ,止于终止结点 TN） ,并与左右多边形 （LP 和 RP）相邻接。构成多边形的线叉称为链段或弧段，两条以上的弧段相交的点称为结点，由一条 弧段组成的多边形称为岛，多边形图中不含岛的多边形称为简单多边形，表示单连通区域 ; 含岛区的多边形称为复合多边形，表示复连通区域。在复连通区域中，包括有外边界和内边形看作是复连通区域的内边界，复连通区域的内边界多边形对应的区域含 边界，岛区多 有平面上的无穷远在这种数据结构中，弧段或链段是数据组织的基本对象。弧段文件由弧段记录组成， 每的结点号、结点坐标及与该结点连接的弧段标识码等。多边形文件由

9、多边形记录组成 拓扑数据结构 O岛 555655555叫%W4N2申2叫?$立拓扑数据结构最重要的技术特征和贡献是具有拓扑编辑功能 *这种拓扑编辑功能，不 但保证数字化原始数据的自动査错编辑，而且可以自动形成封闭的多边形边界，为由各个单 独存储的弧段组成所需要的各类多边形及建立空间数据库奠泄基础。拓扑编辑功能包括多边形连接编辑和结点连接编辑，前者指顺序连接组成封闭多边形 段的编辑，后者指顺序连接环绕某个结点所有多边形的编辑。具体的编辑算法如下 :(1)多边形连接编借。例如，设需要对多边形 P1 进行编辑，其算法过程为： 呼严P 如果 P1位在左多边形位置，将之与位于右多边形位置的多边形号相交换

10、，同时 也将该记录的结点号位置作相应的交换 ; 反之，如果当前编辑的多边形 P1 位于右多边形位 置，则该记录的按照上述规则，检出的记录变为以下形式 :G 从经过代码位置转换的记录中，任取一个起结点作为起点，顺序连接各个结点 如果依照上述顺序连接的结点不能自行闭合，或者出现记录缺损或记录多余等情表示弧段文件有错，必须改正岀错的记录。直到所有多边形都经过编辑和改正，再转入结点连接编(2)结点连接编借。例如，设需要对结点 N2 进行编辑，其算法过程为： 如果 N2 位在起结点位置，将之与位于终结点位宜的结点号相交换，同时也符该 多边形号位置作相应的交换 ; 反之，如果当前编辑的结点 N2 位于终结

11、点位垃，则该记 录所有数据 严P从经过代码位置转换的记录中，任取一个左多边形作为起点，顺序连接各个多 边形，同样，必要时可对记录的前后顺序作调整，使得连接的多边形能首尾呼应，如图 2-13 所示。如果依照上述序连接的多边形不能首尾呼应，或者出现记录缺损或记录多余等情样也表示弧段文件有错，必须改正出错的记录。直到所有结点都经过编辑和改正，才件用于结点文件和多边形文件的自动生成以及数据库的建立。这种拓扑数据结构及其自动编辑功能，已经被许多商品化的 GIS 软件所采用，例 如美国 1、空间关系明确，不依赖于具体的坐标位置。多边形的公共边界、网络的节点表达简 2、便于分析查询，尤其是点、线、面直线的相邻关系查询和分析。 拓扑数据结构的构建实际上大大增加了数据编借的难度和复杂性，以至于它成了引起 议的问题。显然，拓扑关系的存在为数据错误的查找和空间分析提供了必要的前提 ,但并不是所有 用貝中集中最基本的拓扑关系，就能满足大多数空间分析的需要，但更 复杂的空间分析，也许需要更多的拓扑关系。一般的，建立的拓扑关系越多，数据编借维护 较复杂的空间分析就越方便，空间分析花费的时间就越少。系、存储哪些拓扑关系就成为当前争论的焦点。难度越大、越复杂，但进行处理比因此，究竟是