第2章地理空间现象的计算机表达课件

1、空间数据库技术 李瑞改1空间数据库技术 李瑞改1地理空间及其表达地理空间空间实体空间实体的描述空间实体的表达方式空间数据结构的类型矢量结构栅格结构TIN数据模型第二章 地理空间现象的计算机表达2地理空间及其表达第二章 地理空间现象的计算机表达2地理现象的表达现实世界 空间数据地图遥感影像特征关系行为观察选择抽象综合测量：位置编码：属性建立关系：表达 3地理现象的表达现实世界 空间数据地图遥感影像特征观察选择测量第一节 地理空间及其表达 地理空间是指物质、能量、信息的形式与形态、结构过程、功能关系上的分布方式和格局及其在时间上的延续。建立在地理空间坐标系基础上地理坐标（经度、纬度）是描述地理空间

2、信息最直接的方法。4第一节 地理空间及其表达 地理空间是指物质、能量、信地理空间坐标系地理坐标系是以地理极(北极、南极)为极点。通过P点作椭球面的垂线，称之为过P点的法线。 法线与赤道面的交角，叫做P点的纬度 （Latitude） 。 过P点的子午面与通过英国格林尼治天文台的子午面所夹的二面角，叫做P点的经度（Longitude）。 5地理空间坐标系地理坐标系是以地理极(北极、南极)为极点。5地图坐标系地图坐标系由大地基准面和地图投影确定。大地基准面是利用特定椭球体对特定地区地球表面的逼近，因此每个国家或地区均有各自的大地基准面，我们通常称谓的北京54坐标系、西安80坐标系实际上指的是我国的两

3、个大地基准面。 6地图坐标系地图坐标系由大地基准面和地图投影确定。6国家高程基准56年黄海高程基准系以青岛验潮站19501956年验潮资料算得的平均海面为零的高程系统。原点设在青岛市观象山。该原点以“1956年黄海高程系”计算的高程为72289米。85国家高程基准是指以青岛水准原点和青岛验潮站1952年到1979年的验潮数据确定的黄海平均海水面所定义的高程基准，其水准点起算高程为72.260米。7国家高程基准56年黄海高程基准系以青岛验潮站1950195地图投影：投影实质投影面地球8地图投影：投影实质投影面地球8地图投影我国的基本比例尺地形图(1:5千，1:1万，1:2.5万，1:5万，1:1

4、0万，1:25万，1:50万，1:100万)中：大于等于50万的均采用高斯-克吕格投影(Gauss-Kruger)，这是一个等角横切椭圆柱投影，又叫横轴墨卡托投影(Transverse Mercator)；小于50万的地形图采用等角正轴割园锥投影，又叫兰勃特投影(Lambert Conformal Conic)；海上小于50万的地形图多用等角正轴圆柱投影，又叫墨卡托投影(Mercator)。 9地图投影我国的基本比例尺地形图(1:5千，1:1万，1:2.地图坐标系我国参照前苏联从1953年起采用克拉索夫斯基(Krassovsky)椭球体建立了我国的北京54坐标系。1978年采用国际大地测量协会

5、推荐的IAG 75地球椭球体建立了我国新的大地坐标系-西安80坐标系。目前GPS定位所得出的结果都属于WGS84坐标系统，WGS84基准面采用WGS84椭球体，它是一地心坐标系，即以地心作为椭球体中心的坐标系。 10地图坐标系我国参照前苏联从1953年起采用克拉索夫斯基(Kr我国的大地坐标系1954北京坐标系大地原点在原苏联的普尔科沃 采用克拉索夫斯基椭球高程基准为 1956年青岛验潮站求出的黄海平均海水面 54坐标系统普遍低于我国的大地水准面，平均误差为29米左右。1980年国家大地坐标系选用1975年国际大地测量协会推荐的国际椭球赤道半径=6 378 140.000 000 000 0 m

6、极半径=6 356 755.288 157 528 7 m地球扁率=1/298.257国家原点设在陕西省泾阳县 高程基准：1985国家高程基WGS84坐标系统（地心坐标系）美国国防部在1984年建立了世界大地测量坐标系 统（World Geodetic System，WGS-84），目前GPS定位所得出的结果都属于WGS-84坐标系统。11我国的大地坐标系1954北京坐标系11高斯-克吕格投影由德国数学家、物理学家、天文学家高斯于19 世纪20 年代拟定，后经德国大地测量学家克吕格于1912 年对投影公式加以补充，故称为高斯-克吕格投影 12高斯-克吕格投影由德国数学家、物理学家、天文学家高斯

7、于19 高斯- 克吕格投影高斯- 克吕格投影是按分带方法各自进行投影，故各带坐标成独立系统。以中央经线投影为纵轴(x), 赤道投影为横轴(y),两轴交点即为各带的坐标原点。纵坐标以赤道为零起算，赤道以北为正，以南为负。我国位于北半球，纵坐标均为正值。横坐标如以中央经线为零起算，中央经线以东为正，以西为负，横坐标出现负值，使用不便，故规定将坐标纵轴西移500公里当作起始轴，凡是带内的横坐标值均加 500公里。由于高斯-克吕格投影每一个投影带的坐标都是对本带坐标原点的相对值，所以各带的坐标完全相同，为了区别某一坐标系统属于哪一带，在横轴坐标前加上带号，如(4231898m,21655933m)，其

8、中21即为带号。 13高斯- 克吕格投影高斯- 克吕格投影是按分带方法各自进行投影高斯-克吕格投影14高斯-克吕格投影14高斯投影分带15高斯投影分带1522带投影参数地图投影名称：Transverse Mercator单位：meters椭球体：Krasovsky_1940中央经线变形比：1.0中央经线：129.0投影起始纬度：0.0东偏移量：22500000北偏移量：01622带投影参数地图投影名称：Transverse Merca地形图分幅编号1:100万地形图的分幅和编号是国际上统一规定的，从赤道起向两极纬差每4 为1列，将南北半球分别分成22列依次以字母A、B、C、D、V表示；由经度1

9、80起，从西向东，每经差6 为一行，将全球分成60行，依次用数字1、2、3、4、60表示，采用“横列号行号”编号表示。列在前行在后，用“”连接。 17地形图分幅编号1:100万地形图的分幅和编号是国际上统一规定第二节 地理空间实体一、空间实体（spatial entity）含义 空间实体指具有确定的位置和形态特征并具有地 理意义的地理空间物体。是地理信息系统 中不可再分的最小单元现象 属性是空间实体已定义的特征空间实体：是指现实世界中地理实体 的最小抽象单位, 主要包括点、线和面三种类型.空间检索的目的是对给定的空间坐标,能够以尽快的速度搜索到坐标范围内的空间对象, 进而对空间对象进行拓扑关系

10、 的分析处理。18第二节 地理空间实体一、空间实体（spatial enti第二节 地理空间实体及地图表示一、空间实体（spatial entity）含义空间实体：在空间数据 中不可再分的最小单元被称为空间实体.空间实体是对存在于自然界中的地理实体 进 行抽象,主要包括点、线、面和实体等基本类型空间实体：地理信息系统将不可再分的最小单元称 为空间实体,如:一条断裂、一个湖泊、一个高程点 等,它 们在GIS中是用矢量数据 点、线、面表述的。 19第二节 地理空间实体及地图表示一、空间实体（spatial第二节 地理空间实体及地图表示一、空间实体（spatial entity）含义地理实体：地理实

11、体是指在地球表层系统中与人类活动有关的物质实体如城市、资源中心、 企业等它们的显著特点就是具有内在的结构、独 占的地理位置和相对高的密度呈离散分布状态。地理实体是指现实中的地理物体和地理现象 它表现在地图上称为地图元素.从图形学的角度看 地理实体可看作基本的图原地图则是图原按地理位置组成的复合图形。20第二节 地理空间实体及地图表示一、空间实体（spatial二、空间实体 空间实体指具有确定的位置和形态特征并具有地理意义的地理空间物体，空间实体具有确定的形态（可以不可见），空间实体的空间属性和非空间属性。 以空间实体为定义域，随空间实体的延展而变化的地理现象（变量）成为空间属性，例如河流深度、

12、水流速度、水面宽度、土壤类型等。空间实体的非空间属性空间实体的空间属性 不随空间实体的延展而变化的地理现象（变量）成为非空间属性，例如河流名字、城市人口等。21二、空间实体 空间实体指具有确定的位置和形态特征第二节 地理空间实体三、实体的维数和延展度1、维数 维度（又称维数）是数学 中独立参数的数目。在物理学和哲学的领域内，指独立的时空坐标的数目。与分析空间相关！三维空间：四维时空（三维空间+时间维）：多维空间 2、延展度 空间物体的延展度反映了空间实体的空间延展特性。22第二节 地理空间实体三、实体的维数和延展度22第三节 空间实体的数据描述一、空间实体的数据抽象现实世界经过抽象形成概念世界

13、，然后形成数据世界。把现实世界的地理事物表示成各种数字和字符形式，并记录在计算机中，形成数据世界。现实世界概念（数据）模型信息世界（逻辑）数据模型机器世界认识抽象转换 信息的抽象过程实际上涉及到信息的三种不同世界：现实世界、信息世界和机器世界。按照不同的应用层次可以把数据模型划分为概念（数据）模型和（逻辑）数据模型。23第三节 空间实体的数据描述一、空间实体的数据抽象现实世界概念第三节 空间实体的数据描述二、实体对象的描述基于实体对象的描述对象模型基于场的描述场模型基于网络的描述网络模型空间数据的概念模型分为三类：（根据GIS数据组织和处理方式来进行划分）24第三节 空间实体的数据描述二、实体

14、对象的描述基于实体对象的描（1）对象模型对象模型，也称作要素模型，将研究的整个地理空间看成一个空域，地理现象和空间实体作为独立的对象分布在该空域中。按照其空间特征分为点、线、面、体四种基本对象，对象也可能由其他对象构成复杂对象，并且与其他分离的对象保持特定的关系。对象模型一般适合于对具有明确边界的地理现象进行抽象建模，如建筑物、道路等现象，因为这些现象可被看作是离散的单个地理现象。 对象模型把地理现象当作空间要素（Feature）或空间实体（Entity）。25（1）对象模型对象模型，也称作要素模型，将研究的整个地理空间（2）场模型场模型，也称作域（field）模型，是把地理空间中的现象作为连

15、续的变量或体来看待，如大气污染程度、地表温度、土壤湿度、地形高度以及大面积空气和水域的流速和方向等。根据不同的应用，场可以表现为二维或三维。一个二维场就是在二维空间R2中任意给定的一个空间位置上，都有一个表现某现象的属性值，即Af(x，y)。一个三维场是在三维空间R3中任意给定一个空间位置上，都对应一个属性值，即Af(x，y，z)。 由于连续变化的空间现象难以观察，在研究实际问题中，往往在有限时空范围内获取足够高精度的样点观测值来表征场的变化。26（2）场模型场模型，也称作域（field）模型，是把地理空间（3）网络模型网络模型与对象模型的某些方面相同，都是描述不连续的地理现象，不同之处在于它

16、需要考虑通过路径相互连接多个地理现象之间的连通情况。现实世界许多地理事物和现象可以构成网络，如公路、铁路、通讯线路、管道等，都可以表示成相应的点之间的连线，由此构成现实世界中多种多样的地理网络。 网络是由一系列节点和环链组成的，从本质上看与对象模型没有本质的区别。按照基于对象的观点，网络模型也可以看成对象模型的一个特例，它是由点对象和线对象之间的拓扑空间关系构成的。因此可将空间数据概念模型归结为对象模型（或称要素模型）和场模型（或称域模型）两类。27（3）网络模型网络模型与对象模型的某些方面相同，都是描述不连第三节 空间实体的数据描述三、基于实体对象的描述1.实体对象的概念：实体对象（enti

17、ty object ）：被定义了特定编号的实体称为实体对象。实体具备的三个基本条件： （1）被识别； （2）重要（与问题相关） （3）可被描述（有特征）点状：气象站、山峰、企事业单位等线状：河流、海岸线、铁路、行政边界等面状：土地利用模式、湖泊等体状：楼体、凉亭28第三节 空间实体的数据描述三、基于实体对象的描述1.实体对象第三节 空间实体的数据描述三、基于实体对象的描述2、主要的实体对象（1）点对象点是有特定的位置、维数为零的实体，包括以下5类。1)点实体 (point entity)：用来代表一个实体。2)注记点:用于定位注记。3)内点 (label point)：用于记录多边形的属性，存

18、在于多边形内。4)结点 (node)：表示线的终点和起点。5)特征点 (vertex)：表示线段和弧段的内部点。29第三节 空间实体的数据描述三、基于实体对象的描述1)点实体 点（point）实体 有位置，无宽度和长度； 抽象的点数据描述方式：(x,y)美国佛罗里达洲地震监测站2002年9月该洲可能的500个地震位置30点（point）实体 有位置，无宽度和长度；数据描述方式：(2、主要的实体对象（2）线对象 线对象是维度为1的空间实体， 由一系列坐标表示，并有如下特征。实体长度：从起点到终点的总长。弯曲度：用于表示弯曲的程度，如道路拐弯时。方向性：水流方向是从上游到下游，公路则有单向与双向之

19、分。 线状实体包括线段、边界、链、 弧段、网络等。第三节 空间实体的数据描述三、基于实体对象的描述312、主要的实体对象第三节 空间实体的数据描述三、基于实体对象线(line)实体 有长度，但无宽度和高度 用来描述线状实体，通常在网络分析中使用较多 度量实体距离数据描述方式：(x1,y1) (x2,y2) (x3,y3) (x4,y4)香港城市道路网分布32线(line)实体 有长度，但无宽度和高度数据描述方式：(x2、主要的三类实体对象（3）多边形对象 面状实体也称为多边形，是对 湖泊、岛屿、地块等一类现象的描 述。通常由一封闭曲线加内点来表示。1)面积范围;2)周长;3)独立性或与其他的地

20、物相邻，如中国及其周边国家;4)内岛，如岛屿的海岸线封闭所围成的区域等。重叠与非重叠现象第三节 空间实体的数据描述三、基于实体对象的描述332、主要的三类实体对象第三节 空间实体的数据描述三、基于实体面(polygon)实体 具有长和宽的目标 通常用来表示自然或人工的封闭多边形 一般分为连续面和不连续面中国土地利用分布图（不连续面）数据描述方式：(x1,y1) (x2,y2) (x3,y3) (x4,y4) (x1,y1) 34面(polygon)实体 具有长和宽的目标中国土地利用分布图空间对象：面(surface)连续变化曲面：如地形起伏，整个曲面在空间上曲率变化连续。不连续变化曲面，如土壤

21、、森林、草原、土地利用等，属性变化发生在边界上，面的内部是同质的。35空间对象：面(surface)连续变化曲面：如地形起伏，整个空间对象：体(Solid)有长、宽、高的目标通常用来表示人工或自然的三维目标，如建筑、矿体等三维目标香港理工大学校园建筑数据描述方式：(x1,y1,z1) (x2,y2,z2) (x3,y3,z3) (x4,y4,z4)36空间对象：体(Solid)有长、宽、高的目标香港理工大学校园第三节 空间实体的数据描述四、基于场的描述把地理空间的事物和现象作为连续的变量看待。主要作用：模拟具有一定空间内连续分布特点的现象。二维场模型、三维场模型。类型： （1）图斑模型（用数学

22、函数表示某一属性的变化）； （2）等值线模型（等高、等温）； （3）选样模型（离散点、断面线、不规则三角网、规则网格）37第三节 空间实体的数据描述四、基于场的描述把地理空间的事物和1、图斑模型 图斑模型将一个地理空间划分成一些简单的连通域，每个区域 用一个简单的数学函数表示一种主要属性的变化。根据表示地理现 象的不同，可以对应不同类型的属性函数。（1）常量最简单 每个区域中的属性函数值保持一个常数。图斑模型常常被用于 描述土壤类型、土地利用现状、植被以及生物的空间分布。除了单 一属性值，还有多属性值的情况。（2）线性函数 对平面上划分的每个区域，对应的属性函数值的变化不是常 量，而是一个线性

23、函数。如：地表模拟（3）高阶函数 有些情况下，在一个区域内，要求属性函数为一个高阶函数， 用以提高表示的精确性。第三节 空间实体的数据描述四、基于场的描述381、图斑模型第三节 空间实体的数据描述四、基于场的描述382、等值线模型等值线的特点：（1）场经常被视为由一系列等值线组成；（2）一条等值线就是地面上所有具有相同属性值的点的有序 集合；（3）用一组等值线将地理空间划分成一些区域，每个区域中 的属性值的变化是相邻的两条等值线的连续插值；（4）每条线唯一值；（5）两条等值线不相交；例如：地形等高线；海底地形等深线第三节 空间实体的数据描述四、基于场的描述392、等值线模型第三节 空间实体的数

24、据描述四、基于场的描述393、选样模型 地理空间上的属性值是通过采集有限个点的属性值来确 定的。（1）离散点 X、Y：绝对坐标值；Z由周围高程值插值计算（2）断面线 记录的内容包括：DEM起始点坐标X0、 Y0 ，断面线间隔DX或DY（3）不规则三角网（TIN）（4）规则网格全覆盖、不重叠第三节 空间实体的数据描述四、基于场的描述403、选样模型第三节 空间实体的数据描述四、基于场的描述40414142424343第三节 空间实体的数据描述五、场模型与实体对象模型的对比场模型与实体对象模型的共存！思维方式的差异44第三节 空间实体的数据描述五、场模型与实体对象模型的对比44第三节 空间实体的数

25、据描述五、场模型与实体对象模型的对比场模型栅格数据表示实体对象模型矢量数据表示45第三节 空间实体的数据描述五、场模型与实体对象模型的对比45第四节 空间数据结构的类型矢量数据结构（隐式表示）基于坐标的栅格数据结构（显式表示）基于格点的46第四节 空间数据结构的类型矢量数据结构（隐式表示）基于常用的空间数据结构XYijx1 y1x2 y2xi yixn yn47常用的空间数据结构XYijx1 y1x2 y2xi yixn一、矢量数据结构概念： 矢量结构是通过记录坐标的方式来表示点、线、面等地理实体。特点：定位明显、属性隐含能最好地逼近地理实体的空间分布特征数据精度高数据存储冗余度低便于进行地理

26、实体的网络分析对多层空间数据的叠合分析比较困难48一、矢量数据结构概念：48它是一种非拓朴矢量数据结构，地物用一系列坐标串来表示，是较简便的矢量数据结构。1. Spaghetti矢量数据结构 P1 (79,72) R1 (6,0) (37,32) P1,(79,72) R1,(6,0),(37,32) (44,95) (64,95) P2 P3 (44,70) F1 F1,(44,95),(64,95), (64,70),(44,70), (44,95) (64,70) 49它是一种非拓朴矢量数据结构，地物用一系列坐标串来表示，是较简(1)实体的表示方法：点要素：唯一标识码，（X，Y）线要素：

27、唯一标识码，（X1，Y1），,（Xn,Yn）多边形要素：唯一标识码，(X1,Y1)，（Xn,Yn）,(X1,Y1)1. Spaghetti矢量数据结构 50(1)实体的表示方法：1. Spaghetti矢量数据结构 （2）Spaghetti结构的特点地理要素被当成单个对象来进行组织不能表示对象之间的关系结构简单，易于实现重复存储，造成数据冗余和不一致数据间无拓扑关联岛是单个图形，与外界多边形无联系不易进行多边形分解和合并，邻域处理较复杂1. Spaghetti矢量数据结构51（2）Spaghetti结构的特点1. Spaghetti矢2. 索引数据结构-树状索引结构索引数据结构的主要特点是：可

28、以直接反映点、线、面之间的结构组成关系减少存储的存储空间一、矢量数据结构结点 折点线段 多边形522. 索引数据结构-树状索引结构一、矢量数据结构结点 F1 F2 F3 L1 L2 L3 L4 P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10 P11 结点 折点 线段 多边形 2. 索引数据结构F1 F2 F3 L4 L2 L3 L1 P3 P9 P10 P11 P3 P1 P6 P5 P4 P2 P2 P7 P8 P1 P1 P253F1 F2 F3 L1 L2 L3 L4 P1线与多边形之间的树状索引 54线与多边形之间的树状索引 5455点与线之间的树状索引 5555点与线之

29、间的树状索引 553. 拓扑矢量数据结构 结点 折点弧段 多边形点、弧段和多边形的拓扑关系(1)拓扑矢量数据组织563. 拓扑矢量数据结构 结点 折点弧段 多边形点、弧段和(1)拓扑矢量数据组织基本对象： 点、弧段、链段特点：点是相互独立的，点连成线，线构成面拓扑编辑：自动查错编辑和自动生成多边形边界便于进行数据组织和数据分析3. 拓扑矢量数据结构 57(1)拓扑矢量数据组织3. 拓扑矢量数据结构 57F1 F2 F3 L1 L2 L3 L4 P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10 P11 结点 折点 弧段 多边形 三、 拓扑矢量数据结构 58F1 F2 F3 L1 L2

30、 L3 L4 P13. 拓扑矢量数据结构 (2)拓扑关系的表示结点拓扑关系线拓扑关系链-结点关系链-面关系多边形拓扑关系593. 拓扑矢量数据结构 (2)拓扑关系的表示59F1 F2 F3 L1 L2 L3 L4 P1 P2 P3 3. 拓扑矢量数据结构 (2)拓扑关系的表示结点拓扑关系结点弧段P1-L1, L2,-L3P2L1,-L2,L3P3L460F1 F2 F3 L1 L2 L3 L4 P1F1 F2 F3 L1 L2 L3 L4 P1 P2 P3 3. 拓扑矢量数据结构 (2)拓扑关系的表示弧段结点左多边形右多边形L1P2P10F3L2P1P20F2L3P2P1F3F2L4P3P3F

31、2F1线拓扑关系61F1 F2 F3 L1 L2 L3 L4 P1F1 F2 F3 L1 L2 L3 L4 P1 P2 P3 三、 拓扑矢量数据结构 (2)拓扑关系的表示多边形拓扑关系面链F1L4F2L2，L3，- L4F3L1，-L362F1 F2 F3 L1 L2 L3 L4 P1点文件点号 弧段号N1 C3 C1 N4N2 -C1 -C2 C5N3 -C3 C2 C10N4 -C4 C6 C8N5 -C6 -C5 C7N6 -C7 -C8 -C10N7 C9C4N4C8C6P3C7N6C10N3C3N1P1C2N2C1P2C5N5P4P5C9N763点文件C4N4C8C6P3C7N6C1

32、0N3C3N1P1C2 拓扑数据结构C4N4C8C6P3C7N6C10N3C3N1P1C2N2C1P2C5N5P4P5C9N7弧段号起结点终结点左多边形右多边形C1N1N2P2P1C2N3N2P1P4C3N1N3P1C4N1N4P2C5N2N5P2P4C6N4N5P3P2C7N5N6P3P4C8N4N6P3C9N7N7P4P5C10N3N6P4弧段文件64 拓扑数据结构C4N4C8C6P3C7N6C10N3C多边形文件多边形号弧段号P1 C1,-C2,-C3P2 C6,-C5,-C1,C4P3 C8,-C7,-C6P4 -C10,C2,C5,C7,-C9P5 C9C4N4C8C6P3C7N6C

33、10N3C3N1P1C2N2C1P2C5N5P4P5C9N765多边形文件C4N4C8C6P3C7N6C10N3C3N1P1 拓扑数据结构C4N4C8C6P3C7N6C10N3C3N1P1C2N2C1P2C5N5P4P5C9N7弧段号起结点终结点左多边形右多边形C1N1N2P2P1C2N3N2P1P4C3N1N3P1C4N1N4P2C5N2N5P2P4C6N4N5P3P2C7N5N6P3P4C8N4N6P3C9N7N7P4P5C10N3N6P4弧段文件66 拓扑数据结构C4N4C8C6P3C7N6C10N3C矢量数据结构的属性数据表达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

34、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67矢量数据结构的属性数据表达点状目标标识目标标识地物编码坐 矢量数据（1）68矢量数据（1）68矢量数据（2）69矢量数据（2）69二、栅格数据结构 1.概念： 指将空间分割成各个规则的网格单元，然后在各个格网单元内赋以空间对象相应的属性值的一种数据组织方式。ij70二、栅格数据结构 1.概念：ij70二、栅格数据结构栅格单

35、元的值中心取值和区域取值71二、栅格数据结构栅格单元的值中心取值和区域取值712.特点：地理要素表达直观；容易实现多元数据的叠合操作等空间分析；有利于与遥感图像及扫描数据相匹配建库和使用；输出方法快速，成本比较低廉；不适于进行比例尺变化和投影变换；图形数据量大；精度取决于网格的边长；网络分析和建立网络连接关系比较困难。二、栅格数据结构722.特点：二、栅格数据结构72二、栅格数据结构3.实体表示73二、栅格数据结构3.实体表示73表示点 点使用离散分布的单个单元格来表示，单元格的值表示某个地理现象的属性，不同的值表示不同的地理对象或同一地理现象的不同属性。74表示点 点使用离散分布的单个单元格

36、来表示，单元格的值表示某个表示线 单条线通过一系列有序相连的具有相同值单元格来表示，不同的值表示不同的地理对象或同一地理现象的不同属性。75表示线 单条线通过一系列有序相连的具有相同值单元格来表示，不表示多边形 单个面表示为一簇具有相同值的单元格，不同的值表示不同的地理对象或同一地理现象的不同属性 76表示多边形 单个面表示为一簇具有相同值的单元格，不同的值表示4.栅格数据显示774.栅格数据显示775.栅格数据单元值确定CAB百分比法面积占优重要性中心点法A连续分布地理要素C具有特殊意义的较小地物A分类较细、地物斑块较小ABC785.栅格数据单元值确定CAB百分比法面重中心点法ACAABC6

37、.栅格数据结构：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796.栅格数据结构：坐标系与描述参数Y：列X：行西南角格网坐标栅格数据（1）80栅格数据（1）80栅格数据（2）81栅格数据（2）81栅格数据（3）82栅格数据（3）82上海东方明珠电视塔故宫栅格数据（4）83上海东方明珠电视塔故宫栅格数据（4）83栅格数据（5）84栅格数据（5）84 7.栅格数据结构分为： 栅格矩阵结构 游程编码结构 四叉树数据结构 八叉树数据结构 十六叉树数据结构二、栅格数据结构85 7.栅格数据结构分为：二、栅格数据结构85（1）直接栅格编码 直接编码就是将栅格数据看作一个数据矩阵，

38、逐行（或逐列）逐个记录代码，可以每行从左到右逐像元记录，也可奇数行从左到右而偶数行由右向左记录，为了特定的目的还可采用其他特殊的顺序。 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 30，2，2，5，5，5，5，5；2，2，2，2，2，5，5，5；2，2，2，2，3，3，5，5；0，0，2，3，3，3，5，5；0，0，3，3，3，3，5，3；0，0，0，3，3，3，3，3；0，0，0，0，3，3，3，3；

39、0，0，0，0，0，3，3，3。86（1）直接栅格编码 直接编码就是将栅格数据看作一个数 由起点位置和一系列在基本方向的单位矢量给出每个后续点相对其前继点的可能的8个基本方向之一表示。8个基本方向自0开始按逆时针方向代码分别为0，1，2，3，4，5，6，7。单位矢量的长度默认为一个栅格单元。（2）链码1234507600107670110087 由起点位置和一系列在基本方向的单位矢量给出每个后续链码编码： 2，2 ，6 ，7，6，0，6，5123450760 5 0 0 0 0 0 00 0 5 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 00 5 0 0 0 0 0 00 0 5 5 0

40、0 0 00 0 0 5 0 0 0 00 0 5 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0链码编码示例88链码编码：123450760 5 0 0 0（3）游程长度编码只在各行（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；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沿行方向进行编码：( 0，1），（2，2），（5，5）；（2，5），（5，3）；（2，4），（3，2），（

41、5，2）；（0，2），（2，1），（3，3），（5，2）；（0，2），（3，4），（5，1），（3，1）；（0，3），（3，5）；（0，4），（3，4）；（0，5），（3，3）。89（3）游程长度编码只在各行（或列）数据的代码发生变化时依次记 （4）块码 采用方形区域作为记录单元，数据编码由初始位置行列号加上半径，再加上记录单元的代码组成。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（1，1，1，0）

42、，（1，2，2，2），（1，4，1，5），（1，5，1，5），（1，6，2，5），（1，8，1，5）；（2，1，1，2），（2，4，1，2），（2，5，1，2），（2，8，1，5）；（3，3，1，2），（3，4，1，2），（3，5，2，3），（3，7，2，5）；（4，1，2，0），（4，3，1，2），（4，4，1，3）；（5，3，1，3），（5，4，2，3），（5，6，1，3），（5，7，1，5），（5，8，1，3）；（6，1，3，0），（6，6，3，3）；（7，4，1，0），（7，5，1，3）；（8，4，1，0），（8，5，1，0）。90 （4）块码 采用方形区域作为记录单元，数据编（5）

43、四叉树编码 将空间区域按照4个象限进行递归分割（2n2 n，且n1），直到子象限的数值单调为止，最后得到一棵四分叉的倒向树。方法：自上而下、自下而上二、栅格数据结构91（5） 四叉树编码二、栅格数据结构91（5）四叉树编码M M R M M M M MM M R R M R M MM R R R R R R MM R R R R R R MM R R R R R R MM R R R R R R MM M R R R R R MM M M R R M M M1 2 3 4 5 6 7 81 2 3 4 5 6 7 8区域分割方法M M R M M M M MM M R R M R M MM R

44、 R R R R R MM R R R R R R MM R R R R R R MM R R R R R R MM M R R R R R MM M M R R M M M92（5）四叉树编码M M R M M M 在四叉树中，不能再分的结点称为叶子结点，可再分的结点称为树杈结点树杈结点叶子结点1 2 3 4 5 6 7 81 2 3 4 5 6 7 8M M R M M M M MM M R R M R M MM R R R R R R MM R R R R R R MM R R R R R R MM R R R R R R MM M R R R R R MM M M R R M M M（

45、5）四叉树编码93在四叉树中，不能再分的结点称为叶子结点，可再分的结点称为树杈22四叉树编码方法NW （2）NE （3）SW （0）SE （1）0层1层2层3层记录每个叶子结点的地址和属性0123202123200201202203230231232233（5）四叉树编码9422四叉树编码方法NW （2）NE （3）SW （0）SE 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 11121314151

46、61718192021222324252627282930313233363738393435400 0 00 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 950 2 2 5 5 5 5、四叉树编码特点：具有可变分辩率编码效率高，可根据图形结构调整除去不必要的存储量编码具有区域性，便于图形图象的分析运算；便于岛的分析；便于同栅格矩阵之间的转换四叉树建立的方法：线性四叉树常规四叉树96 5、四叉树编码特点：96第五节 矢量数据与栅格数据的比较和转换97第五节 矢量数据与栅格数据的比较和转换9

47、7第五节 矢量数据与栅格数据的比较和转换栅格数据矢量数据 优 点 1. 数据结构简单；2.空间数据的叠置和组合十分容易方便；3.各类空间分析很容易进行；4. 数学建摸方便;5. 技术开发费用低。1.表示数据精度高；2.严密的数据结构,数据量小；3.用网络连接法能完全描述拓扑关系；4.图形输出精确美观；5.图形和属性数据的恢复、更新、综合都能实现。6.它是面向目标的,不仅能表达属性编码,而且能方便地记录每个目标的具体的属性描述信息 缺 点1. 图形数据量大；2.用大象元减少数据量时,可识别现象信息量受损失；3. 地图输出不精美；4.难以建立网络关系；5.投影变换花的时间多。1. 数据结构复杂；2

48、. 很难用叠置方法与栅格图形进行组合；3.显示和绘图费用高,特别是高质量的绘图,彩色绘图和晕线图等；4. 数学模拟比较困难；5.技术复杂,多边形内的空间分析不容易实现。98第五节 矢量数据与栅格数据的比较和转换栅格数据矢量数据 第五节 矢量数据与栅格数据的比较和转换2.矢量数据向栅格数据转换在矢量表示的多边形边界内部的所有栅格上赋予相应的多边形编号，从而形成栅格数据阵列。99第五节 矢量数据与栅格数据的比较和转换2.矢量数据向栅格数据（1）内部点扩散算法将矢量图栅格化，每个面域多边形选择一个种子点；判断种子点的8个相邻栅格是否在多边形的边界上；进行新的扩散运算，直至所有新老种子点填满该多边形并

49、遇到边界为止。 内部点扩散原理100（1）内部点扩散算法将矢量图栅格化，每个面域多边形选择一个种（1）内部点扩散算法算法程序设计比较复杂；当栅格尺寸取的不合理时，会造成多边形不连通。 多边形不连通实例101（1）内部点扩散算法算法程序设计比较复杂；当栅格尺寸取的不合（2）射线算法 由待定栅格向任意方向引射线，判断该射线与某个多边形所有边界的相交总次数。 射线法判断原理102（2）射线算法 由待定栅格向任意方向引射线，判断该射线与某个（2）射线算法运算量很大当射线与多边性边界相切、重合时会影响交点数的统计 103（2）射线算法运算量很大103（3）扫描算法 行扫描算法扫描线算法带扫描算法104（

50、3）扫描算法 行扫描算法104行扫描算法每两次遇到同一多边形的边界时，其间的栅格属于该多边形行扫描原理105行扫描算法每两次遇到同一多边形的边界时，其间的栅格属于该多边（4）复数积分算法 对整个栅格矩阵的栅格单元逐个判断其所属多边形的编号。由待判定点对每个多边形的封闭边界计算复数积分，若积分值为2i，则赋予该多边形编号。 106（4）复数积分算法 对整个栅格矩阵的栅格单元逐个判断其所属多（5）边界代数算法 将覆盖该多边形的面域进行整体栅格化，并对栅格阵进行零初始化。由其边界上某一点开始顺时针方向搜索其边界线。循环一周，回到起点。 ABDEa107（5）边界代数算法 将覆盖该多边形的面域进行整体栅格化，并对（5）边界代数算法从某一位置开始，对图中的所有弧段逐条搜索当弧段上行时，将该弧段与左图框之间的栅格加上一个值=（