地理信息系统(空间数据结构)课件

上节课重点内容复习1.空间数据的基本特征2.空间数据的拓扑关系3.元数据的相关知识（概念、内容、作用、性质）1上节课重点内容复习1.空间数据的基本特征1第三章空间数据结构

2第三章空间数据结构2

数据结构即数据组织的形式，是适合于计算机存储、管理和处理的数据逻辑结构。对空间数据而言，则是地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描述。空间数据结构是地理信息系统沟通信息的桥梁。3数据结构即数据组织的形式，是适合于计算机存储、管空间数据结构栅格数据结构矢量数据结构矢栅一体化数据结构镶嵌数据结构三维数据结构其他数据结构4空间数据结构栅格数据结构矢量数据结构矢栅一体化数据结构镶嵌数第一节栅格数据结构

栅格(网格或像元)结构是最简单直观的空间数据结构。栅格结构以规则的阵列表示空间地物或现象分布的数据组织。特点：属性明显、定位隐含。栅格结构中，地表被分成规则矩形方块，亦可其它规则形式。

（a）三角形（b）

菱形（c)六边形5第一节栅格数据结构栅格(网格或像元)结构是最简单直观的空00000000000000000000000000000000000012222222333333333333简单栅格结构表示6000000000000000000000000000000目读法：在图上均匀划分网络，逐个网格决定其代码，形成栅格数字地图文件数字化仪手扶或自动跟踪：得到矢量结构数据后，转换为栅格结构扫描数字化：逐点扫描专题地图，将扫描数据重采样、再编码得到栅格数据文件分类影像输入：将遥感影像数据直接或重采样后输入系统获取栅格结构数据的途径7目读法：在图上均匀划分网络，逐个网格决定其代码，形成栅格数字决定栅格单元代码的方式

C连续分布特性的地理要素B分类较细、地物斑块较小A具有特殊意义的较小地物AB

中心点法面积占优法重要性法百分比法BOCA矩形地表区域8决定栅格单元代码的方式CBAAB中心点法面积占优法重要性决定栅格单元代码的方式

优点：混合单元减少、量算精度提高、更接近真实形态缺点：数据量增加、数据冗余严重9决定栅格单元代码的方式优点：混合单元减少、量算精度提高、更栅格数据的压缩编码方式：链式编码东=0东北=7北=6西北=5西=4西南=3南=2东南=1AAAAARAAARAAARAARAAAAAAAAAGGAAGGGGGGGAGGGAGGAAAAAARAAAARAAARRAAA1432587612345678顺时针，起点像元(1,5)链式编码：1,5,3,2,2,3,3,2,310栅格数据的压缩编码方式：链式编码东=0东北=7北=6西北=51111链式编码的优缺点具有较强的数据压缩能力和一定得计算能力适合存储图形数据对叠置运算等难以实施，效率较低相邻区域的边界重复存储产生冗余12链式编码的优缺点具有较强的数据压缩能力和一定得计算能力12基本思路：一幅栅格图像常有行（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。栅格数据的压缩编码方式：游程长度编码13基本思路：栅格数据的压缩编码方式：游程长度编码131414(a)原始栅格数据(9,4),(0,4),(9,3),(0,5),(0,1),(9,2),(0,1),(7,2),(0,2),(0,4),(7,2),(0,2),(0,4),(7,4),(0,4),(7,4),(0,4),(7,4),(0,4),(7,4)原始栅格数据15(a)原始栅格数据(9,4基本思路：游程长度扩展到二维，采用方形区域作为记录单元，每个记录单元包括相邻若干栅格，数据结构由初始位置（行、列号）和半径，再加上记录单元的代码组成。栅格数据的压缩编码方式：块状编码16基本思路：栅格数据的压缩编码方式：块状编码16(1,1,2,9),(1,4,1,9),(3,1,1,0),(1,3,1,9),(1,5,2,0),(3,4,1,0),(1,7,2,0),(2,3,1,9),(2,4,1,0),(3,5,2,7),(3,3,1,9),(3,2,1,9),(3,7,2,0),(4,4,1,0),(4,2,1,0),(4,3,1,0),(5,5,4,7)(5,1,4,0),(4,4,1,0),原始栅格数据四叉树编码示意图17(1,1,2,9),(1,4,1,9),(3,1,1,0),基本思路：将一幅栅格地图或图像等分为四个部分，逐块检查其格网属性值（或灰度），如果某个子区的所有格网值都具有相同的值，则这个子区就不再继续分割，否则继续将该子区再分割成四个子区。这样依次分割，直到每个子块都只含有相同的属性值或灰度为止。栅格数据的压缩编码方式：四叉树编码18基本思路：栅格数据的压缩编码方式：四叉树编码181919原始栅格数据四叉树的树状表示20原始栅格数据四叉树的树状表示20对一个由n*n(n=2*k,k>1)的栅格方阵组成的区域P，它的四个子象限（Pa,Pb,Pc,Pd）分别为：

栅格数据的压缩编码方式：四叉树编码21对一个由n*n(n=2*k,k>1)的栅格方阵组成的区域再下一层的子象限分别为：栅格数据的压缩编码方式：四叉树编码22再下一层的子象限分别为：栅格数据的压缩编码方式：四叉树编码2四叉树编码的优点便于有效地计算多边形的数量特征；阵列各部分的分辨率可变，可精确表示图形结构又可减少存储量；栅格到四叉树及四叉树到简单栅格结构的转换比其他压缩方法容易；多边形中嵌套异类小多边形表示较方便23四叉树编码的优点便于有效地计算多边形的数量特征；23四叉树编码的分类常规四叉树：除了记录叶结点，还记录中间结点，每个结点需六个量：四个叶结点指针、一个父结点指针和一个结点或属性的灰度值。线性四叉树：只存储最后叶结点的信息，包括叶结点的位置、深度和本结点的属性或灰度值。24四叉树编码的分类常规四叉树：除了记录叶结点，还记录中间结点，第二节矢量数据结构

矢量数据结构：

通过记录坐标的方式表示点、线、面等地理实体，坐标空间设为连续，允许任意位置、长度和面积的精确定义。误差：表示坐标的计算机字长有限；所有矢量输出设备有一定步长；矢量法输入时曲线选取的点不可能太多；人工输图中不可避免的定位误差。

25第二节矢量数据结构矢量数据结构：25第二节矢量数据结构

1.矢量数据结构编码的基本内容点实体：26第二节矢量数据结构1.矢量数据结构编码的基本内容26第二节矢量数据结构

1.矢量数据结构编码的基本内容线实体：27第二节矢量数据结构1.矢量数据结构编码的基本内容27第二节矢量数据结构

1.矢量数据结构编码的基本内容面实体：不但需要表示位置和属性，更重要的是要能表达区域的拓扑特征，如形状、邻域和层次结构等。讨论多边形数据结构编码，需对多边形网提出的要求：（1）组成地图的每个多边形应有唯一的形状、周长和面积；（2）数据结构应能记录每个多边形的邻域关系；（3）专题地图上的多边形并不都是同一等级的多边形，而可能是多边形内嵌套小的多边形；28第二节矢量数据结构1.矢量数据结构编码的基本内容28第二节矢量数据结构

2.矢量数据结构编码的方法按其功能和方法可分为实体式、索引式、双重独立式和链状双重独立式：1)实体式构成多边形边界的各个线段，以多边形为单元进行组织。按照这种数据结构，边界坐标数据和多边形单元实体一一对应，各个多边形边界都单独编码和数字化。

29第二节矢量数据结构2.矢量数据结构编码的方法29多边形数据项A(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3),(x4,y4),(x5,y5),(x6,y6),(x7,y7),(x8,y8),(x9,y9),(x1,y1)B(x1,y1),(x9,y9),(x8,y8),(x17,y17),(x16,y16),(x15,y15),(x14,y14),(x13,y13),(x12,y12),(x11,y11),(x10,y10),(x1,y1)C(x24,y24),(x25,y25),(x26,y26),(x27,y27),(x28,y28),(x29,y29),(x30,y30),(x31,y31),(x24,y24)D(x19,y19),(x20,y20),(x21,y21),(x22,y22),(x23,y23),(x15,y15),(x16,y16),(x19,y19)E(x5,y5),(x18,y18),(x19,y19),(x16,y16),(x17,y17),(x8,y8),(x7,y7),(x6,y6),(x5,y5)多边形原始数据多边形数据文件30多边形数据项A(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3)第二节矢量数据结构

实体式的优点:编码容易、数字化操作简单和数据编排直观。缺点:(1)相邻多边形的公共边界要数字化两遍，造成数据冗余存储，可能导致输出的公共边界出现间隙或重叠；(2)缺少多边形的邻域信息和图形的拓扑关系；(3)岛只作为一个单个图形，没有建立与外界多边形的联系。因此，实体式编码只用在简单的系统中。31第二节矢量数据结构31第二节矢量数据结构

3）双重独立式索引式数据结构采用树状索引以减少数据冗余并间接增加邻域信息，具体方法是对所有边界点进行数字化，将坐标对以顺序方式存储，由点索引与边界线号相联系，以线索引与各多边形相联系，形成树状索引结构。32第二节矢量数据结构32线与多边形之间的树状索引点与线之间的树状索引多边形原始数据33线与多边形之间的树状索引点与线之间的树状索引多边形原始数据小结本次课首先学习了栅格数据的相关知识，对栅格结构的特点和表示、数据的获取以及提高数据的经度进行了介绍，然后对栅格数据的四种压缩编码方式进行学习，最后介绍了矢量数据结构的基础知识。34小结本次课首先学习了栅格数据的相关知识，对栅格结构的特点和表上节课重点内容复习1.空间数据的基本特征2.空间数据的拓扑关系3.元数据的相关知识（概念、内容、作用、性质）35上节课重点内容复习1.空间数据的基本特征1第三章空间数据结构

36第三章空间数据结构2

数据结构即数据组织的形式，是适合于计算机存储、管理和处理的数据逻辑结构。对空间数据而言，则是地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描述。空间数据结构是地理信息系统沟通信息的桥梁。37数据结构即数据组织的形式，是适合于计算机存储、管空间数据结构栅格数据结构矢量数据结构矢栅一体化数据结构镶嵌数据结构三维数据结构其他数据结构38空间数据结构栅格数据结构矢量数据结构矢栅一体化数据结构镶嵌数第一节栅格数据结构

栅格(网格或像元)结构是最简单直观的空间数据结构。栅格结构以规则的阵列表示空间地物或现象分布的数据组织。特点：属性明显、定位隐含。栅格结构中，地表被分成规则矩形方块，亦可其它规则形式。

（a）三角形（b）

菱形（c)六边形39第一节栅格数据结构栅格(网格或像元)结构是最简单直观的空00000000000000000000000000000000000012222222333333333333简单栅格结构表示40000000000000000000000000000000目读法：在图上均匀划分网络，逐个网格决定其代码，形成栅格数字地图文件数字化仪手扶或自动跟踪：得到矢量结构数据后，转换为栅格结构扫描数字化：逐点扫描专题地图，将扫描数据重采样、再编码得到栅格数据文件分类影像输入：将遥感影像数据直接或重采样后输入系统获取栅格结构数据的途径41目读法：在图上均匀划分网络，逐个网格决定其代码，形成栅格数字决定栅格单元代码的方式

C连续分布特性的地理要素B分类较细、地物斑块较小A具有特殊意义的较小地物AB

中心点法面积占优法重要性法百分比法BOCA矩形地表区域42决定栅格单元代码的方式CBAAB中心点法面积占优法重要性决定栅格单元代码的方式

优点：混合单元减少、量算精度提高、更接近真实形态缺点：数据量增加、数据冗余严重43决定栅格单元代码的方式优点：混合单元减少、量算精度提高、更栅格数据的压缩编码方式：链式编码东=0东北=7北=6西北=5西=4西南=3南=2东南=1AAAAARAAARAAARAARAAAAAAAAAGGAAGGGGGGGAGGGAGGAAAAAARAAAARAAARRAAA1432587612345678顺时针，起点像元(1,5)链式编码：1,5,3,2,2,3,3,2,344栅格数据的压缩编码方式：链式编码东=0东北=7北=6西北=54511链式编码的优缺点具有较强的数据压缩能力和一定得计算能力适合存储图形数据对叠置运算等难以实施，效率较低相邻区域的边界重复存储产生冗余46链式编码的优缺点具有较强的数据压缩能力和一定得计算能力12基本思路：一幅栅格图像常有行（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。栅格数据的压缩编码方式：游程长度编码47基本思路：栅格数据的压缩编码方式：游程长度编码134814(a)原始栅格数据(9,4),(0,4),(9,3),(0,5),(0,1),(9,2),(0,1),(7,2),(0,2),(0,4),(7,2),(0,2),(0,4),(7,4),(0,4),(7,4),(0,4),(7,4),(0,4),(7,4)原始栅格数据49(a)原始栅格数据(9,4基本思路：游程长度扩展到二维，采用方形区域作为记录单元，每个记录单元包括相邻若干栅格，数据结构由初始位置（行、列号）和半径，再加上记录单元的代码组成。栅格数据的压缩编码方式：块状编码50基本思路：栅格数据的压缩编码方式：块状编码16(1,1,2,9),(1,4,1,9),(3,1,1,0),(1,3,1,9),(1,5,2,0),(3,4,1,0),(1,7,2,0),(2,3,1,9),(2,4,1,0),(3,5,2,7),(3,3,1,9),(3,2,1,9),(3,7,2,0),(4,4,1,0),(4,2,1,0),(4,3,1,0),(5,5,4,7)(5,1,4,0),(4,4,1,0),原始栅格数据四叉树编码示意图51(1,1,2,9),(1,4,1,9),(3,1,1,0),基本思路：将一幅栅格地图或图像等分为四个部分，逐块检查其格网属性值（或灰度），如果某个子区的所有格网值都具有相同的值，则这个子区就不再继续分割，否则继续将该子区再分割成四个子区。这样依次分割，直到每个子块都只含有相同的属性值或灰度为止。栅格数据的压缩编码方式：四叉树编码52基本思路：栅格数据的压缩编码方式：四叉树编码185319原始栅格数据四叉树的树状表示54原始栅格数据四叉树的树状表示20对一个由n*n(n=2*k,k>1)的栅格方阵组成的区域P，它的四个子象限（Pa,Pb,Pc,Pd）分别为：

栅格数据的压缩编码方式：四叉树编码55对一个由n*n(n=2*k,k>1)的栅格方阵组成的区域再下一层的子象限分别为：栅格数据的压缩编码方式：四叉树编码56再下一层的子象限分别为：栅格数据的压缩编码方式：四叉树编码2四叉树编码的优点便于有效地计算多边形的数量特征；阵列各部分的分辨率可变，可精确表示图形结构又可减少存储量；栅格到四叉树及四叉树到简单栅格结构的转换比其他压缩方法容易；多边形中嵌套异类小多边形表示较方便57四叉树编码的优点便于有效地计算多边形的数量特征；23四叉树编码的分类常规四叉树：除了记录叶结点，还记录中间结点，每个结点需六个量：四个叶结点指针、一个父结点指针和一个结点或属性的灰度值。线性四叉树：只存储最后叶结点的信息，包括叶结点的位置、深度和本结点的属性或灰度值。58四叉树编码的分类常规四叉树：除了记录叶结点，还记录中间结点，第二节矢量数据结构

矢量数据结构：

通过记录坐标的方式表示点、线、面等地理实体，坐标空间设为连续，允许任意位置、长度和面积的精确定义。误差：表示坐标的计算机字长有限；所有矢量输出设备有一定步长；矢量法输入时曲线选取的点不可能太多；人工输图中不可避免的定位误差。

59第二节矢量数据结构矢量数据结构：25第二节矢量数据结构

1.矢量数据结构编码的基本内容点实体：60第二节矢量数据结构1.矢量数据结构编码的基本内容26第二节矢量数据结构

1.矢量数据结构编码的基本内容线实体：61第二节矢量数据结构1.矢量数据结构编码的基本内容27第二节矢量数据结构

1.矢量数据结构编码的基本内容面实体：不但需要表示位置和属性，更重要的是要能表达区域的拓扑特征，如形状、邻域和层次结构等。讨论多边形数据结构编码，需对多边形网提出的要求：（1）组成地图的每个多边形应有唯一的形状、周长和面积；（2）数据结构应能记录每个多边形的邻域关系；（3）专题地图上的多边形并不都是同一等级的多边形，而可能是多边形内嵌套小的多边形；62第二节矢量数据结构1.矢量数据结构编码的基本内容28第二节矢量数据结构

2.矢量数据结构编码的方法按其功能和方法可分为实体式、索引式、双重独立式和链状双重独立式：1)实体式构成多边形边界的各个线段，以多边形为单元进行组织。按照这种数据结构，边界坐标数据和多边形单元实体一一对应，各个多边形边界都单独编码和数字化。

63第二节矢量数据结构2.矢量数据结构编码的方法29多边形数据项A(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3),(x4,y4),(x5,y5),(x6,y6),(x7,y7),(x8,y8),(x9,y9),(x1,y1)B(x1,y1),(x9,y9),(x8,y8),(x17,y17),(x16,y16),(x15,y15),(x14,y14),(x13,y13),(x12,y12),(x11,y11),(x