空间数据的结构与编码演示文稿

空间数据的结构与编码演示文稿目前一页\总数四十六页\编于十七点（优选）空间数据的结构与编码目前二页\总数四十六页\编于十七点2、空间数据的编码

目前三页\总数四十六页\编于十七点3、数据编码的过程

目前四页\总数四十六页\编于十七点4、空间物体的几何类型

（1）点状分布特征如城镇、企事业单位、基地、气象站、山峰、火山口等。（2）线状分布特征河流、海岸线、铁路、公路、地下管线，行政边界等。（3）面状分布特征如土壤、森林、草原、沙漠、湖泊等，通常称多边形。（4）体状分布特征如高层建筑、水体、云体、山体、矿体等。总之，空间现象十分复杂，为此将其抽象到空间对象（目标）来表达空间实体。目前五页\总数四十六页\编于十七点3.2空间数据的拓扑关系

1、描述地理要素空间性的信息：几何信息、拓扑信息几何信息（理论基础是几何学geometry)用空间坐标的位置、方向、角度、距离、面积等信息描述物体的几何形状和数量特征；拓扑信息（理论基础是拓扑学topology)用几何关系的相连、相邻、包含等信息描述物体元素之间的关系；目前六页\总数四十六页\编于十七点2、拓扑学中空间元素拓扑学是几何学的一个分支，其基本元素：结点（NOD）：弧段的交点。岛结点是特殊结点。弧段（ARC）：相邻两结点之间的坐标链。岛边界弧段是特殊弧段。多边形（polygon）（图斑或面）：有限弧段组成的封闭区。关系的性质可分为：相邻、相连、相交、相离、相重、包含等。目前七页\总数四十六页\编于十七点从拓扑角度看，几何形状不同的事物其拓扑关系可能相同

点之间拓扑关系（邻接性）的描述面之间拓扑关系（邻接性）的描述目前八页\总数四十六页\编于十七点3、空间数据的拓扑关系

1）拓扑的关联性

表示不同类型元素（结点、弧段、多边形）之间的关系

多边形弧段号弧段号起点终点结点弧段

p1a1a5a6a1N2N1N1a1a3a5P2a2a4a6a2N2N3N2a1a2a6P3a3a4a5a3N3N1N3a2a3a4p4a7a4N3N4N4a4a5a6a5N1N4N5a7a6N4N2a7N5N5

a3N1a1a5p3N4p1N3a4P4a6N5a7p2a2N2目前九页\总数四十六页\编于十七点2）拓扑的邻接性和连通性

表示同类型元素（结点、弧段、多边形）之间的关系多边形之间的邻接性；弧段之间的邻接性；结点之间的连通性p1p2p3p4a1a2a3a4a5a6a7N1N2N3N4N5

P1\110a1\110110N1\1110p21\11a21\11010N21\110p311\0a311\1100N311\10p4010\a4011\110N4111\0a51011\10N50000\a611011\0a7000000\多边形邻接矩阵弧段邻接矩阵结点连通矩阵目前十页\总数四十六页\编于十七点3）拓扑的包含性

P1p2p2p1p3p1p3p2面的简单包含面的多层包含面的等价包含面包含点面包含线线包含点目前十一页\总数四十六页\编于十七点

4）拓扑关系表（拓扑关系以关连表达最为重要）

关联性相邻（连）性相离性相交性包含性重合性点与点线与线面与面点与线点与面线与面目前十二页\总数四十六页\编于十七点3.3矢量数据结构及其编码

基于矢量模型的数据结构称矢量数据结构1、矢量数据的特点

2、矢量数据的获取目前十三页\总数四十六页\编于十七点3、无拓扑关系的矢量模型

无拓扑关系的矢量模型实质上是面向实体的一种数据模型。它以单个的空间实体为数据组织和存储的基本单位。它采用面向对象的软件开发方式，每个对象有自己的特性、自己的行为。只记录空间目标的位置坐标和属性信息，不记录空间拓扑关系。如采用坐标系列编码。点目标（x,y)线目标(x1y1,x2y2,…….xnyn)面目标(x1y1,x2y2,…….xnyn,x1y1)具体实现形式可将点，线，面直接用空间坐标点数据表示；也可将坐标点组成文件，每个点给予一个点号，而点，线，面用点号数据表示。目前十四页\总数四十六页\编于十七点

无拓扑关系的矢量模型优缺点：优点：（1）数据结构简单，直观，便于用户接受；（2）便于系统的维护和更新。缺点：（1）数据余度大，如多边形公共边重复存储，但没有存储多边形之间的关系。相邻多边形易产生伪多边形。解决的办法是建立多边形边界表；（2）缺乏拓扑信息，如邻域信息等，不便于拓扑分析（临时建立拓扑关系）；（3）对岛处理能力差，无法建立外多边形的关系。目前十五页\总数四十六页\编于十七点

1）GIS中建立拓扑关系的优缺点优点：（1）数据结构紧密、拓扑关系明确，便于空间数据的拓扑查询和拓扑分析如网络分析；（2）便于系统内数据共享；缺点：（1）数据结构复杂，不便于系统的维护和更新，如局部实体的变化要重建拓扑关系；（2）对单个实体的操作效率不高，如增加、删除、修改一个实体时涉及一系列的文件和数据库表格；（3）难以表达复杂的地理实体。4、拓扑关系的矢量模型目前十六页\总数四十六页\编于十七点2）拓扑关系的关联表达

显式表示

(a)多边形、弧段、结点（自上到下）

多边形弧段弧段结点

P1a4a5a6a1N1N2P2a1a8a5a2N2N4P3a3a6a7a3N4N5P4a2a7a8a4N1N5a5N1N3a6N3N5a7N3N4a8N2N3（b）结点、弧段、多边形结点弧段N1a1a4a5N2a1a2a8N3a5a6a7a8N4a2a3a7N5a3a4a6

弧段左多边形右多边形

a10P2a20p4a30p3a4p10a5p2p1a6p3p1a7p4p3a8p4p2目前十七页\总数四十六页\编于十七点半显式表示

弧段起结点终结点左多边形右多边形坐标

a1N1N20P2a2N2N40p4a3N4N50p3a4N1N5p10a5N1N3p2p1a6N3N6p3p1a7N3N4p4p3a8N2N3p4p2。

目前十八页\总数四十六页\编于十七点5、具有拓扑关系的矢量数据结构模型例

1）点状数据结构点状地物数据结构较简单。也可建立索引等。标识符坐标点属性编码注释

目前十九页\总数四十六页\编于十七点

点实体标识符类型（简单点、结点、文字说明）序列号坐标点（X，Y）相关属性符号简单点比例尺方向指针结点符号排列文字说明字体方向字符大小其它属性目前二十页\总数四十六页\编于十七点2）线状数据结构

线状地物坐标点数据表

线标识符序号坐标系列点属性编码注释线状地物坐标索引表线标识符序号起点序号终点序号XminXmaxYminYmax目前二十一页\总数四十六页\编于十七点

3)链状双重独立面状数据结构

(1）多边形文件多边形号弧段号周长面积

p1a4a5a6p2...（2）弧段索引文件弧段起结点终结点左多边形右多边形XminXmaxYminYmax

a1N1N20P2a2N2N40p4a3N4N50p3a4N1N5p10a5N1N3p2p1a6N3N6p3p1a7N3N4p4p3a8N2N3p4p2(3）弧段坐标文件弧段号坐标点

a1x1y1,x2y2,….…….

目前二十二页\总数四十六页\编于十七点6、拓扑关系的自动生成1）欧拉定理----用于检验拓扑关系欧拉定理认为a,n,P之间存在如下关系：

c=n-a+P；其中c为常数是多边形图的一个特征。C值为2;例1右图实线部分n=2，a=3，p=3C=n-a+P=2–3+3=2例2加虚线上部分n=3，a=5，P=4，

C=3-5+4=2欧拉定理主要用于检查点、线、面中是否存在多余或漏掉的图形元素。目前二十三页\总数四十六页\编于十七点

2）拓扑关系的自动生成（1）点、线拓扑关系的生成在图形采集和编辑中同时生成点、线拓扑关系弧段起结点终结点结点弧段

a1N1N2N1a1a2N2N3N2a1a2a3N2N4N3a2

弧段起结点终结点结点弧段

a1N1N2N1a1a2N2N3N2a1a2a3a3N2N4N3a2N4a3

a1a2a1a3a2N1N2N3N1N2N3N4目前二十四页\总数四十六页\编于十七点（2）坐标链（弧段）的求交的方法弧段的包络矩形：弧段坐标链中最大最小值XminYminXmaxYmax组成的矩形称该弧段的包络矩形；多边形的包络矩形：组成多边形的所有坐标链中最大最小值组成的矩形称该多边形的包络矩形；XminYminXmaxYmaxXmaxYmaxXminYmin目前二十五页\总数四十六页\编于十七点

（3）多边形拓扑关系的生成多边形通常分为独立多边形、带岛的多边形、公共边界多边形及复合多边形。其中最基础的是具有公共边界的多边形。在建立多边形拓扑关系之前，首先已建立了点、线拓扑关系。多边形拓扑关系的生成的核心是自动生成每个多边形有那些弧段组成，同时填入弧段的左右多边形号，并生成如下两个文件。多边形弧段弧段左多边形右多边形

目前二十六页\总数四十六页\编于十七点以结点为中心生成拓扑关系

以当前弧段结点为轴，按顺时针（或逆时针）旋转，遇到第一个弧段即为当前弧段的后续弧段。连续以弧段的结点按顺时针（或逆时针）搜索，可得到一闭合多边形。经拓扑学证明：如上搜索，当得到闭合多边形的各弧段按顺时针（或逆时针）排列时，此边界为得到内边界（如岛边界）；当得到闭合多边形的各弧段按逆时针（或顺时针）排列时，此边界为外边界。内边界是指该边界围成的区域其外围是连通区域；外边界是指该边界围成的区域其外围是不连通区域。实际上岛边界数据的特殊性很易找出。目前二十七页\总数四十六页\编于十七点（3）岛的归属的判断岛的归属的判断原则：（a）外边界多边形的包络矩形必定包容内边界多边形的包络矩形，这是出现连通域的必要条件，但不是充分条件。（b）一个内边界多边形只能对应一个连通域的外边界多边形。（c）闭合多边形A对闭合多边形B是包容性的判断只要在B多边形边界上取一点，检查该点是否在闭合多边形A内。AB目前二十八页\总数四十六页\编于十七点(4）多边形属性的赋给前面已得到了组成各个多边形的相应的弧段及其排列，为完成拓扑关系生成的全部工作，还要确定下面两个问题。(a)多边形内点及属性的赋给(b)左右多边形的确定连续以弧段的结点按顺时针（或逆时针）搜索，得到外边界的闭合多边形弧段以逆时针排列；内边界的闭合多边形弧段以顺时针排列,实际输入弧段的方向可能同排列方向一致，也可能不一致；如两者一致：该弧段所包含的多边形内点及属性为左多边形；如如两者不一致：该弧段所包含的多边形内点及属性为右多边形。在此基础上生成数据文件。顺时针走包含右多边形逆时针走包含左多边形左多变形右多变形目前二十九页\总数四十六页\编于十七点

7、拓扑编辑拓扑编辑用来检查生成拓扑关系的正确性，并进行编辑处理，主要问题有：1）重复输入线的检查出现很多小的伪多边形。2）漏线段的检查。出现悬线，多边形不封闭。3）图与属性不一致检查图与属性匹配检查，并输出不匹配处。4）逻辑关系的检查欧拉定理检查DIME检查，以多边形为例目前三十页\总数四十六页\编于十七点3.4栅格数据结构及其编码一、栅格数据的特点目前三十一页\总数四十六页\编于十七点二、栅格数据的获取目前三十二页\总数四十六页\编于十七点三、栅格数据的组织

数据的组织的目的是在计算机内组织好数据，使达到最优的数据存取，最少的存储空间，最短的处理时间。栅格数据的结构实质是组织矩阵，使用行列号位置表示每个象元，位置值表示属性或编码值。其组织存储通常有三种方法：。以象元为记录序列。用数组来存不同图层上同位置象元的属性值。省空间。以层为单位，每层以象元为序记录坐标及属性值。简单，量大、。以层为单位，每层以目标为序记录坐标及属性值。

象元1象元2..坐标x坐标y层1属性值层2属性值。。层1

象元1

坐标x

坐标y

属性值象元2

。。层2.层1

目标1

属性值象元1坐标象元2坐标

..

目标2

。。层2.可隐含地址值目前三十三页\总数四十六页\编于十七点

四、栅格数据的压缩编码

1、链式编码-----线状地物编码目前三十四页\总数四十六页\编于十七点

110030770000101222234443344466220042700122443456目前三十五页\总数四十六页\编于十七点2、游程编码

对块状地物的栅格数据进行压缩编码

方式（gk,lk)游程终止编码中gk栅格元素的属性值lk游程的终止列号(0,1)(4,3)(7,8)(4,5)(7,8)(4,4)(8,6)(7,8)(0,2)(4,3)(8,6)(7,8)(0,2)(8,6)(7,7)(8,8)(0,3)(8,8)(0,4)(8,8)(0,5)(8,8)游程长度编码中gk栅格元素的属性值lk游程的连续长度。（0,1)(4,2)(7,5)(4,5)(7,3)(4,4)(8,2)(7,2)(0,2)(4,1)(8,3)(7,2)(0,2)(8,4)(7,1)(8,1)(0,3)(8,5)(0,4)(8,4)(0,5)(8,3)目前三十六页\总数四十六页\编于十七点3、四叉树编码1）树数据结构线性表结构线性数据结构队列结构栈结构逻辑结构树结构非线性数据结构图结构数据结构顺序存储结构物理结构（存储结构）非顺序存储结构（链式存储结构）在数据结构中树属于非线性数据结构。她是有一个或多个结点组成的有限集合T1，T2，T3TN，其中有一个是根结点，余下的被分成N个互不相交的集合，这些集合的每一个又都是树，T1，T2，T3TN被称为根的子树。目前三十七页\总数四十六页\编于十七点结点的度指每个结点的后继结点；树的度指所有结点度的最大值；结点的层次树既具有递归结构，又的具有层次结构，即结点的层次数树的深度（或高度）指所有结点层次的最大值一目前三十八页\总数四十六页\编于十七点2）常规四叉树四叉树是指树中的每个结点最多只有四棵子树，即树中任一结点的度数不的大于4。

主要用在数据索引，图幅索引等。

目前三十九页\总数四十六页\编于十七点常规四叉树的其特点

（1）递归分割，可从上到下；

（2）除了记录叶结点外，还要记录中间结点。通常以指针来联系结点之间的关系，包括前趋结点、后续结点（最多4个）、及本结点的属性值。（3）常规四叉树不仅要记录每个结点，还要记录结点的前趋结点和后续结点，以反映结点之间的联系，存储空间大，操作复杂（因为