GIS空间数据结构讲解

第二章GIS空间数据结构§2-1地理空间及其表达§2-2地理空间数据及其特征§2-3空间数据的结构类型

§2-4空间数据结构的建立GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第1页。§2-1地理空间极其表达

第二章GIS数据结构一地理空间的概念地理空间（geo-spatial)

一般是指上至大气电离层、下至地壳与地幔交界的莫霍面之间的空间区域。返回

平面控制网高程控制网空间定位框架：大地测量控制系统大地测量控制点GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第2页。平面控制网静止海水面陆地目的：确定地物在平面点的位置。从太空看到的地球GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第3页。平面控制网静止海水面陆地大地水准面为了寻求一种规则的曲面来代替地球的自然表面，设想当海洋静止时，平均海水面穿过大陆和岛屿，形成一个闭合的曲面，该面上的各点与重力方向（铅垂线）成正交，这就是大地水准面（大地体）。GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第4页。地心OOG格林尼治天文台G地球自转轴起始天文子午面地球自然表面大地水准面E

大地水准面的形状接近一个两极略扁的旋转椭球，通常采用旋转椭球作为大地坐标系的基准，称其为地球椭球。GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第5页。大地子午面起始大地子午面大地子午圈baOSN大地水准面长半轴a短半轴b平行圈赤道面法线K椭球中心O旋转轴NS椭球扁率地球椭球ETG地球椭球参数GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第6页。世界上存在很多地球椭球我国不同时期采用的椭球体及其参数采用时间大地坐标系椭球体名称长半轴/m短半轴/m1954年前南京坐标系Hayford63783886356911.9461954-1980年北京54坐标系Krasovsky63782456356863.0187731980-现在国家80坐标系IUGG7563781406356755.2881现在GPS坐标系WGS8463781376356752.3142GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第7页。大地原点“1980西安坐标系”大地坐标的起算点——大地原点在陕西省泾阳县永乐镇。GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第8页。(一）平面控制网我国目前存在三套坐标系：1、1954年北京坐标系统2、1980年国家大地坐标系3、地心坐标系地心坐标系GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第9页。(一）平面控制网平面位置经度B和纬度L大地坐标平面位置（x、y）平面直角坐标GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第10页。常用平面直角投影：高斯-克吕格投影（Gauss-KrugerProjection）高斯-克吕格投影是一种横轴等角切椭圆柱投影。它是假设一个椭圆柱面与地球椭球体面横切于某一条经线上，按照等角条件将中央经线东、西各3°或1.5°经线范围内的经纬线投影到椭圆柱面上，然后将椭圆柱面展开成平面即成。GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第11页。高斯直角坐标系统GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第12页。经度B和纬度L平面位置（x、y）位置x=f1(B,L)y=f2(B,L)地图投影GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第13页。墨卡托投影（正轴等角圆柱投影）GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第14页。GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第15页。(二）高程控制网高程：是指空间某点高于或低于基准面的垂直距离，用来提供地形信息。这个基准面就是大地水准面,是一个重力等位面。高程基准面的确定：取验潮站长期观测结果计算出来的平均海水面。“1985年国家高程基准”(1953-1979验潮资料）高出“黄海平均海水面”29mmGIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第16页。GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第17页。§2-1空间实体及其描述

第二章GIS数据结构二空间实体的表达1、定义：指自然界现象和社会经济事件中不能再分割的单元，它是一个具体有概括性，复杂性，相对意义的概念。2、理解：地理实体类别及实体内容的确定是从具体需要出发的，例如，在全国地图上由于比例尺很小，武汉就是一个点，这个点不能再分割，可以把武汉定为一个空间实体，而在大比例尺的武汉市地图上，武汉的许多房屋，街道都要表达出来，所以武汉必须再分割，不能作为一个空间实体，应将房屋，街道等作为研究的地理实体，由此可见，GIS中的空间实体是一个概括，复杂，相对的概念。返回GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第18页。§2-1空间实体及其描述

第二章GIS数据结构返回地理空间的特征实体：点（piont）、线（line）、面（polygon）、曲面（surface）和体（volume）。地理空间特征实体的基本元素－－点的表达：矢量表示：采用一个没有大小的点（坐标）来表达基本点元素，称为矢量表示法，其对应的数据模型称为矢量数据模型栅格表示：采用一个有固定大小的点（面元）来表达基本点元素，称为栅格表示法，其对应的数据模型称为栅格数据模型湖泊河道居民地GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第19页。

点实体：在栅格数据中表示为一个像元。栅格数据结构

线实体：表示为在一定方向上连接成串的相邻像元集合。

面实体：由聚集在一起的相邻像元集合表示。

GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第20页。矢量数据GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第21页。

矢量结构

栅格结构

GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第22页。1）依据数据来源的不同分为：地图数据影像数据文本数据§2-2地理空间数据及其特征

一GIS空间数据分类GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第23页。地图数据GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第24页。GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第25页。文本数据GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第26页。2）依据数据结构分类：矢量数据栅格数据§2-2地理空间数据及其特征

一GIS空间数据分类GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第27页。§2-2地理空间数据及其特征

一GIS空间数据分类矢量数据GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第28页。栅格数据GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第29页。3）依据数据特征分类：空间定位数据非空间属性数据§2-2地理空间数据及其特征

一GIS空间数据分类GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第30页。§2-2地理空间数据及其特征

非空间属性数据空间定位数据一GIS空间数据分类GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第31页。4）依据数据几何特点：点：如测量中三角形、电视塔等线：如河流、道路等面：如湖泊、行政区等曲面：2.5维，如地形、气温等体：对3维的空间实体的抽象数据，如地质构造、矿产等。§2-2地理空间数据及其特征

GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第32页。点实体

有位置，无宽度和长度；抽象的点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GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第33页。线实体

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

度量实体距离香港城市道路网分布GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第34页。面实体

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）GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第35页。空间对象：面（续）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、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。GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第36页。空间对象：体有长、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GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第37页。5）依据数据特征分类：

DLG数据：数字线画图（DigitalLineGraphic）数据

DRG数据：数字栅格图（DigitalRasterGraphic）数据

DEM数据：数字高程模型（DigitalElevationModel）数据

DOM数据：数字正射影像（DigitalOrthophotoMap)数据§2-2地理空间数据及其特征

GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第38页。DLG数据GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第39页。DRG数据GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第40页。DEM数据GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第41页。DEM数据GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第42页。DOM数据GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第43页。DOM数据GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第44页。地图分幅GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第45页。二空间数据基本特征返回空间特征：描述空间对象的位置、形状和大小等几何特征、以及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，称为定位特征和定位数据，空间关系称为拓扑特征或拓扑数据。（一）基本特征钓鱼岛北纬25°44.6′东经123°28.4′

GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第46页。二空间数据基本特征返回属性特征：空间现象和过程所具有的专属性质，包括对象的名称、数量、质量、性质等，成为属性数据。

钓鱼岛岛上基岩裸露、土层较薄，有4条溪流、有淡水，最高山峰海拔362米，附近海域有大量鱼群、强风的自然环境，特有种的动植物。时间特征：指一定区域内的地理现象和过程随时间变化情况，称为时态数据。1562年明朝浙江提督胡宗宪编纂的《筹海图编》标明了钓鱼岛作为中国领土并列入中国的防区。清光绪十九年（1893年），即甲午战争的前一年，慈禧太后下诏书，将钓鱼岛赏给邮传部尚书盛宣怀，作为采药用地。……（一）基本特征GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第47页。二空间数据基本特征返回（一）基本特征GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第48页。（二）、基本信息定位信息：

三条交通线的形状与位置（直线、S线、环状线），相应的数据称为定位特征数据。属性信息：

三条交通线的级别（主干道、次干道、支路），相应的数据称为属性特征数据。拓朴信息：

三条交通线的连接结点及其相邻关系，相应的数据称为拓朴特征数据。GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第49页。三、空间数据的拓扑关系§2-2地理空间数据及其特征

第二章GIS数据结构（一）空间关系类型

1、

顺序空间关系：（方向空间关系）用上下左右、前后、东南西北等方向性名称来描述空间实体的顺序关系，算法复杂，至今没有很好的解决方法。2、

度量空间关系，主要指实体间的距离关系，远近。

距离类别：欧氏距离（笛卡尔坐标系）、曼哈顿（出租车）距离、时间距离（纬度差）、大地测量距离（大地线）（沿地球大圆经过两个城市中心的距离）。北abGIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第50页。（二）拓扑关系第二章GIS数据结构1、定义：指图形保持连续状态下变形，但图形关系不变的性质。将橡皮任意拉伸，压缩，但不能扭转或折叠。

拓扑变换（橡皮变换）

非拓扑属性（几何）拓扑属性（没发生变化的属性）两点间距离一点指向另一点的方向弧段长度、区域周长、面积等一个点在一条弧段的端点一条弧是一简单弧段（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/外部一个点在一个环的内/外部一个面是一个简单面一个面的连通性面内任两点从一点可在面的内部走向另一点GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第51页。（3）拓扑关系§2-2地理空间数据及其特征

第二章GIS数据结构

表示节点表示多边形表示弧段拓扑关系是指网结构元素结点（Node）、弧段（Arc）、多边形（Polygon）之间的空间关系。GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第52页。拓扑关系主要表现为下列三种关系：

§2-2地理空间数据及其特征

第二章GIS数据结构

拓扑邻接关系、拓扑关联关系、拓扑包含关系。GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第53页。

拓扑邻接

拓扑邻接指存在于空间图形的同类元素之间的拓扑关系。结点邻接关系有N1/N4，N1/N2···等；多边形邻接关系有P1/P3，P2/P3···等。

GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第54页。与湖北省相邻的省GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第55页。2-2地理空间数据及其特征第二章GIS数据结构拓扑邻接的表达：邻接矩阵

重叠：--邻接：1不邻接：0P1P2P3P4P1--111P21--10P311--0P4100--GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第56页。

拓扑关联指存在于空间图形的不同类元素之间的拓扑关系。结点与弧段关联关系有N1/C1、C3、C6，N2/C1、C2、C5···等。多边形与弧段的关联关系有P1/C1、C5、C6，P2/C2、C4、C5、C7等。

拓扑关联GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第57页。

拓扑包含指存在于空间图形的同类但不同级的元素之间的拓扑关系，P2包含P4。

拓扑包含GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第58页。拓扑包含关系GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第59页。特殊的邻接关系GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第60页。3-2地理空间数据及其特征第二章GIS数据结构设ID表示当前多边形IW表示表示包含面的个数

IP表示ID为岛（IP=1）或非岛（IP＝0）则包含关系的形式如下图。(a)(b)(C)IDP1P2P1P2P3P1P2P3P4IW101103000IP010110111GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第61页。拓扑关系具体可由4个关系表来表示：（1）

节点—弧段（链）关系：节点通过该节点的链（2）

弧段（链）

--节点关系：弧段弧段两端的节点（3）

弧段—多边形关系：弧段左面右面（4）多边形—弧段关系：多边形构成面的弧段3、拓扑关系的表达3-2地理空间数据及其特征第二章GIS数据结构返回GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第62页。空间拓扑关系表达—关系表表1节点与弧段的拓扑关系节点弧段Aa,c,e Ba,d,bCd,e,f Db,f,c EgGIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第63页。空间拓扑关系表达—关系表表2弧段与节点的拓扑关系弧段 节点aA,BbB,DcD,AdB,CeC,AfC,D gE,EGIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第64页。空间拓扑关系表达—关系表表3弧段与多边形的拓扑关系弧段多边形leftrightaP0P1bP2P1cP3P1dP0P2eP0P3fP3P2gP1ΦGIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第65页。空间拓扑关系表达—关系表表4多边形与弧段的拓扑关系多边形弧段P1a,b,c,-gP2b,d,f P3c,f,eP4gGIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第66页。对于数据处理和GIS空间分析具有重要的意义，因为：1）拓扑关系能清楚地反映实体之间的逻辑结构关系，它比几何关系具有更大的稳定性，不随地图投影而变化。2）有助于空间要素的查询，利用拓扑关系可以解决许多实际问题。如某县的邻接县，--面面相邻问题。又如供水管网系统中某段水管破裂找关闭它的阀门，就需要查询该线（管道）与哪些点（阀门）关联。3）根据拓扑关系可重建地理实体。2-2地理空间数据及其特征第二章GIS数据结构返回4、拓扑关系的意义：GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第67页。拓扑关系重建地理实体GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第68页。如何根据弧段（链）建立多边形1）概念a、顺时针方向构多边形：指多边形是在链的右侧。b、最靠右边的链：指从链的一个端点出发，在这条链的方向上最右边的第一条链，实质上它也是左边最近链。a的最右边的链为dc、多边形面积的计算

§2-2拓扑关系的自动建立第二章GIS的数据结构

当多边形由顺时针方向构成时，面积为正；反之，面积为负。GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第69页。2）建立多边形的基本过程1°顺序取一个结点为起始结点，取完为止；取过该结点的任一条链作为起始链。2°取这条链的另一结点，找这个结点上，靠这条链最右边的链，作为下一条链。3°

是否回到起点：是，已形成一多边形，记录之，并转4°；否，转2°。4°取起始点上开始的，刚才所形成多边形的最后一条边作为新的起始链，转2°；若这条链已用过两次，即已成为两个多边形的边，则转1°。§5-3拓扑关系的自动建立第五章空间数据的处理例：1°从P1开始，起始链定为P1P2,从P2点算起，P1P2最右边的链为P2P5；从P5算起，P2P5最右边

的链为P5P1,...形成的多边形为P1P2P5P1。2°从P1开始，以P1P5为起始链，形成的多边形为P1P5P4P1。3°从P1开始，以P1P4为起始链,形成的多边形为P1P4P3P2P1。4°

这时P1为结点的所有链均被使用了两次，因而转向下一个结点P2，继续进行多边形追踪，直至所有的结点取完。共可追踪出五个多边形，即A1、A2、A3、A4、A5。GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第70页。5、岛的判断找出多边形互相包含的情况.1°、计算所有多边形的面积。2°、分别对面积为正的多边形和面积为负的多边形排序。3°、从面积为正的多边形中，顺序取每个多边形，取完为止。若负面积多边形个数为0，则结束。4°、找出该多边形所包含的所有面积为负的多边形，并把这些面积为负的多边形加入到包含它们的多边形中，转3°。正面积多边形包含的负面积多边形是关键.1°、找出所有比该正面积多边形面积小的负面积多边形。2°、用外接矩形法去掉不可能包含的多边形。即负面积多边形的外接矩形不和该正面积多边形的外接矩形相交或被包含时，则不可能为该正面积多边形包含。3°、取负面积多边形上的一点，看是否在正面积多边形内，若在内，则被包含；若在外，则不被包含。

§5-3拓扑关系的自动建立第五章空间数据的处理单多边形被追踪两次p1p2p3p1,p2,p3,-p1,-p2,-p3,GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第71页。四、空间数据的组织2-2地理空间数据及其特征第二章GIS数据结构（一）空间分幅（二）属性分层（三）时间分段空间数据库22222aaaaa22土壤植被组织方法GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第72页。§2-3空间数据结构的类型

第二章GIS数据结构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。空间数据结构是一种用来表达空间数据的数据结构。对现实世界的空间数据表示可以采用矢量数据模型和栅格数据模型。相应的，空间数据结构也可以划分为基于矢量模型和基于栅格模型的数据结构。本节还将介绍曲面数据结构。曲面数据结构是一种用来表示空间曲面、体的数据结构。GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第73页。（spaghetti）--面条模型:以实体为单位记录其坐标§2-3-1矢量数据结构第二章GIS数据结构（一）实体数据结构多边形坐标串P1…P2…123456789101112131415PPP返回一、矢量数据结构GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第74页。GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第75页。§2-3-1矢量数据结构第二章GIS数据结构缺点：1、相邻多边形的公共边界被数字化并存储两次，造成数据冗余和碎屑多边形—数据不一致，浪费空间，导致双重边界不能精确匹配。2、自成体系，缺少多边形的邻接信息，无拓扑关系，难以进行邻域处理，如消除多边形公共边界，合并多边形。3、岛作为一个单个图形，没有与外界多边形联系。不易检查拓扑错误。所以，这种结构只用于简单的制图系统中，显示图形。优点：结构简单、直观、易实现以实体为单位的运算和显示。返回GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第76页。（二）拓扑数据结构矢量数据结构第三章GIS数据结构拓扑数据的特点：点是独立的，点连成线、线构成面。每条线始于起节点，止于中止节点，弧段的左右多边形邻接。构成多边形的线又称弧段，两条以上的弧段相交的点为节点。由一条弧段组成的多边形称为岛或洞。简单多边形复合多边形：外边界和内边界节点弧段多边形岛GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第77页。（二）拓扑数据结构

矢量数据结构第二章GIS数据结构弧段文件

弧段坐标文件

节点文件

多边形文件GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第78页。弧段文件弧段记录：标示号、起始节点、终止节点、左多边形、右多边形

C1N1N2P2P1

C2N3N2P1P4

C3N1N3P1Φ

C4N1N4Φ

P2GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第79页。节点文件节点代码横坐标纵坐标N1x1y1N2x2y2……….GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第80页。弧段坐标文件弧段代码、坐标值C1x1,y1x2,y2x3,y3,…,xn,yn,

…C2…………………………….GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第81页。多边形文件多边形代码、组成弧段面积周长P1-C1,C2,C3….….P2C1,C5,-C6,-C4….….……………GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第82页。§2-3-2栅格数据结构

第二章GIS数据结构返回

栅格结构是将空间分割成有规则的网格（栅格单元，三角形，多边形），在各个栅格单元上给出相应的属性值来表示地理实体的一种组织形式。用位置由行，列号定义，属性为栅格单元的值。一、图形表示22122332333233323332333正六边形栅格GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第83页。

点实体：由一个单位网格表示表达栅格数据结构

线实体：由一串有序的相互连接的单位网格表示，各个网格的值相同。

面实体：由聚集在一起的相互连接的单元网格组成。区域内部的网格值相同，但与外部网格的值不同。

GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第84页。2、

栅格单元的尺寸GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第85页。

栅格数据结构

第三章GIS数据结构返回1）原则：应能有效地逼近空间对象的分布特征，又减少数据的冗余度。格网太大，忽略较小图斑，信息丢失。实体特征愈复杂，栅格尺寸越小，分辨率愈高，然而栅格数据量愈大（按分辨率的平方指数增加）计算机成本就越高，处理速度越慢。2）方法：

GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第86页。栅格数据存储类型

栅格数据结构

第二章GIS数据结构返回

（一）栅格矩阵结构将栅格数据看作一个数据矩阵特点：最直观、最基本的网格存贮结构，没有进行任何压缩数据处理。AAAAABBBAABBAABB

栅格数据量大，格网数多，由于地理数据往往有较强的相关性，即相邻象元的值往往是相同的。所以，出现了各种栅格数据压缩方法。数据压缩是将数据表示成更紧凑的格式以减少存储空间的一项技术。GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第87页。2、游程（行程）编码：第二章GIS数据结构返回将栅格矩阵的一行数据序列X1X2…X3,映射为相应的二元组序列（Ai,Pi),Ai表示为属性值，Pi为游程，i为游程序号。属性码，游程（长度）游程：一行内连续相同码值的栅格个数。AAAAABBBAABBAABB

GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第88页。行程编码例子

编码1：(属性值，重复个数)

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。右图可沿行方向进行编码：

0行：（1，5），（2，3）；1行：（1，5），（2，3）；2行：（1，4），（2，4）；3行：（1，4），（3，1），（2，3）；4行：（1，2），（3，3），（2，3）；5行：（1，1），（3，3），（4，3），（2，1）；6行：（3，4），（4，4）；7行：（3，3），（4，5）。

733344444633334444513334442411333222311113222211112222111111222011111222

栅格数据结构GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第89页。第二章GIS数据结构图层的数据冗余度Re估算：其中：Q为层内相邻属性值变化次数的累加和；

m为图层网格的行数；

n为图层网格的列数。当Re的值大于1／5时的情况下，栅格数据的压缩可取得明显的效果。压缩比：GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第90页。第三章GIS数据结构返回特点：对于游程编码，区域越大，数据的相关性越强，则压缩越大，适用于类型区域面积较大的专题图，而不适合于类型连续变化或类别区域分散的分类图（压缩比与图的复杂程度成反比）。这种编码在栅格加密时，数据量不会明显增加，压缩率高，并最大限度地保留原始栅格结构，编码解码运算简单，且易于检索，叠加，合并等操作，这种编码应用广泛。GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第91页。

(三）

四叉树编码（QuadtreeEncoding）

栅格数据结构将整个2n×2n像元组成的阵列当作树的根结点，进行连续4等分，每一等分作为当前结点的一个分支，每个分支分别代表西南（SW）、东南（SE）、东北（NE）、西北（NW）四个象限，这样一直分到子象限中的属性值相同（或单个像元）为止。SWSENENWSWSENENWGIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第92页。

生成四叉树编码的两种方式

栅格数据结构自上而下方式：先检测全区域，其值不相同时即四叉分割，直到最小栅格或数值都相同为止。自下而上方式：先检查四个单元，若相同则合并；反之，作为叶子结点记录。GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第93页。自上而下方式

top-down

GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第94页。0100000100000000000000000000000000000010011111100111111001111000011110000000000000000001001110011000000000000000001110000001GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第95页。请用四叉树表示下面栅格数据GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第96页。自下而上方式

bottom-upGIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第97页。4243464758596263404144455657606134353839505154553233363748495253101114152627303189121324252829236718192223014516172021

列

0123456776543210行GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第98页。1011141589121323670145步骤：

(1)行Ib、列号Jb变为二进制

(2)I行J列交叉组成新的数

(3)再化为十进制.0：001：012：103：110：001：012：103：11如行为2、列为3的栅格的MD根据行列号计算（Morton）莫顿码Ib=10Ib=111310111101=13GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第99页。四叉树的存储方法有两种，即常规四叉树和线性四叉树方法§2-3栅格数据结构

第二章GIS数据结构返回1）常规四叉树

记录这棵树的叶结点外，中间结点，结点之间的联系用指针联系，每个节点需要6个变量：父结点指针、四个子结点的指针和本结点的属性值。1、常规四叉树在处理上简便灵活。2、当栅格矩阵很大，存储和处理整个矩阵较困难时，采用常规四叉树。4、求并、求或简单。特点：GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第100页。1）线性四叉树每个节点需要3个变量：莫顿码、深度（或节点大小）和节点值。不记录中间节点、0值节点、也不使用指针仅记录非0值叶节点。00000000000000000000000000000100111111001111110011110000111100004243464758596263404144455657606134353839505154553233363748495253101114152627303189121324252829236718192223014516172021§2-3栅格数据结构

第二章GIS数据结构栅格莫顿码MortonSizeValue04X41242X21491X11GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第101页。§2-3栅格数据结构

第二章GIS数据结构线性四叉树优点：存贮量小，只存储三个值，节省了大量中间结点的存储。记录节点地址，能直接找到其在四叉树中的走向路径，又可以换算它在整个栅格区域的行列位置。压缩方便，各个部分的分辨率可不同，既可精确地表示图形结构，又可减少存储量，易于进行大部分图形操作和运算。

GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第102页。四叉树优缺点第二章GIS数据结构优点：1）对于团块图像，四叉树表示法基本上是一种非冗余表示法。2）四叉树具有可变率或多重分辩率的特点使得它有很好的应用前景，适用于处理凝聚性或呈块状分布的空间数据，特别适用于处理分布不均匀的块状空间数据，但不适用于连续表面（如地形）或线状地物。此外，目前应用四叉树还存下列问题：1)矢/栅正反变换还不理想。2)

建立四叉树耗费时间很多。3)

四叉树虽可修改，但很费事（具体的数据结构中会提到）GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第103页。4)

四叉树未能直接表示物体间的拓扑关系。§2-3栅格数据结构

第二章GIS数据结构5)

与非树表示法比较，四叉树表示法的缺点在于转换的不稳定性或叫滑动变异例如，两个图像的差异仅由于平移，就会构成极为不同的四叉树，因而很难根据四叉树来判断这两个图像是否全同，故不利于做形状分析和模式识别，

A10A11A14A15A8

B9B12B13A2A3B6B7A0A1B4B5AAAAABBBAABBAABB6)

一个物体的图像在构成四叉树时会被分割到若干个象限中，使它失去了内在的相关性。AAAAABBBAABBAABBGIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第104页。第二章GIS数据结构矢、栅优缺点：（转换的必要性）

优点

缺点矢量1、便于面向实体的数据表达（土壤类，土地利用单元等）2、数据结构紧凑，冗余度低3、拓扑结构有利于网络分析，空间查询等。1、数据结构复杂，各自定义，不便于数据标准化和规范化，数据交换困难。2、软件实现的技术要求比较高

3、多边形叠置分析困难，没有栅格有效，表达空间变化性能力差。栅格1、数据结构相对简单，易数据交换。

2、空间分析较容易实现：叠置分析和地理现象模拟较易。

3、利于与感遥数据的匹配应用和分析。1、数据量大，冗余度高，需要压缩处理。

2、定位关系难以表达。3、现象识别效果不如矢量方法，难以表达拓扑。GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第105页。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、磁场等。通常有两种表达曲面的方法：不规则三角网（TriangulatedIrregularNetwork，TIN),另一种是规则格网(Grid).规则格网不规则三角网TINGIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第106页。狄洛尼（Delaunay）三角网的特点用途：1、便于连续分布现象的顺序追踪和查询检索。例如：对等高线的追踪。2、进行地形分析，如坡度和坡向信息的提取、填挖方计算、阴影和地形通视分析，等高线自动生成和三位显示等。

狄洛尼三角形由三个最邻近的点连接而成。GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第107页。狄洛尼（Delaunay)三角网

狄洛尼三角网中的每个三角形可视为一个平面，平面的几何特性完全由三个顶点的空间坐标（xi,yi,zi)(i=1,2,3)所决定。每个三角形分别构成一个记录，每具记录的数据项包括：三角形标识码、该三角形的相邻三角形号、该三角形的顶点号以及三个顶点的空间坐标值。

GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第108页。直接表示三角形及邻接关系的结构NOXYZ190.010.043.5250.710.067.3367.223.962.61010.090.081.0NOP1P2P311232134345111678NO123124213632711810坐标与高程值表

三角形表邻接三角形表GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第109页。Delaunay（狄洛尼）三角网与Voronoi(沃罗诺伊）图

GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第110页。（二）、规则格网的曲面数据结构类似于矩阵式栅格数据，其属性值为地面的高程或其他连续分布现象的数值。GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第111页。§2-4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，形成与该数据机构相适应的GIS空间数据，为空间数据库的建立提供基础。GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第112页。数据与功能之间具有密切的联系，因此，在确定数据内容时，首先必须明确系统的功能；城市GIS的专题数据：

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、交通统计图、街道网数据和区域境界线数据。对开发的GIS系统的功能，是通过用户需求调查来确定的，因此，在开发GIS系统之前，首先要进行系统分析。一、系统功能与数据间的关系GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第113页。系统功能与数据间的关系

(据JackDangermond等)GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第114页。二、空间数据的分类和编码空间数据的分类，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，以便从逻辑上将空间数据组织为不同的数据层；１．空间数据的分类我国基础地理信息数据分为八大类：

测量控制点、水系、居民地、交通、管线与垣栅、境界、地形与地质和植被八大类。步骤：1、根据几何图形的原则，将空间分为点、线、面三种类型。

2、其次是对象原则。如河流和道路GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第115页。二、空间数据的分类和编码２．空间数据的编码

空间数据的编码：也称为特征码，是指将数据分类的结果用一种易于被计算机和人识别的符号系统表示出来的过程，编码的结果是形成代码。代码由数字或字符组成。GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第116页。大类码、小类码、一级代码和二级代码分别用数字顺序排列。识别位由用户自行定义，以便于扩充。例如，我国基础地理信息数据的分类代码由六位数字组成，其代码结构如下所示：GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第117页。国土基础信息数据分类与代码举例

图式编号符号名称符号编码4.1.1一般房屋211050

一般房屋边线211030

一般房屋公共边2110214.1.2简单房屋212050

简单房屋内部斜线212071

简单房屋边线212030

简单房屋公共边2120214.1.3建筑中的房屋213050

建筑中的房屋边线213030

建筑中的房屋公共边2130214.1.4破坏房屋214050GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第118页。三、矢量数据的输入与编辑输入方法：手扶跟踪数字化仪输入、屏幕矢量化、扫描矢量化输入、解析测图仪数据输入、其他数据输入和转换输入等。矢量数据的输入过程：是产生和矢量数据结构相适应的GIS空间数据的过程，即把经过分类和编码的地理要素的空间位置，转换为一系列坐标，然后将这些坐标按照确定格式存入到计算机中去。GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第119页。2、屏幕跟踪矢量化流程：打开栅格图像文件栅格图像配准输入空间数据输入属性数据选择投影和单位输入控制点编辑控制点1、手扶跟踪数字化仪数据输入过程：（1）原图准备（2）连接数字化仪（3）输入变换数据（4）输入空间实体坐标数据（5）检查和修改数字化错误（6）输入属性数据（7）检查和修改属性错误GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第120页。矢量数据的编辑空间数据编辑的目的是为了消除数字化过程中引入的各类错误，以及将数字数据重新组织，以便得到进一步处理和使用格式。GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第121页。空间数据输入的误差：1）几何数据的不完整或重复2）几何数据的位置不正确3）比例尺不正确4）变形5）几何数据与属性数据的连接有误6）属性数据错误、不完整键盘输入错误，漏输数据或属性错误分类、编码等。

GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第122页。房屋形状变形多边形不封闭线段过头与不及结点不重合多边形自身交叉碎屑多边形碎屑多边形GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第123页。多工序编辑检查的内容GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第124页。产生和栅格数据结构相适应的GIS数据的过程。栅格数据的输入方法包括：扫描输入、遥感影像解译和数据结构装换。四、栅格数据的输入GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第125页。曲面数据主要指数字地形模型数据，一般采用已知高程的离散数据点进行空间插值的方法来生成。五、曲面数据的输入GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第126页。第二章讨论1、如何建立华师校园管理信息系统的数据结构?2、利用关系表来表达右图的空间拓扑关系。ebc41325ABC76Dada:结点号A:多边形号1:弧段号弧段数字化方向GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第127页。作业1,2,3,4,5,6,7,8P67-68GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第128页。

谢谢！GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第129页。§2-3-2栅格数据结构

第二章GIS数据结构返回一、图形表示22122332333233323332

栅格数据表示的是二维表面上的地理数据的离散化数值。在栅格数据中，地表被分割为相互邻接、规则排列的地块，每个地块与一个象元相对应。因此，栅格数据的比例尺就是栅格(象元)的大小与地表相应单元的大小之比，当象元所表示的面积较大时，对长度、面积等的量测有较大影响。每个象元的属性是地表相应区域内地理数据的近似值，因而有可能产生属性方面的偏差。333GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第130页。二、栅格数据组织

栅格数据结构

第三章GIS数据结构——针对一个栅格单元对应多个属性值的多层栅格文件。GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第131页。组织方法第三章GIS数据结构返回方法c：以层为基础，每层内以多边形为序记录多边形的属性值和多边形内各象元的坐标。节约用于存储属性的空间。将同一属性的制图单元的n个象元的属性只记录一次，便于地图分析和制图处理。方法a：以象元为记录序列，不同层上同一象元位置上的各属性值表示为一个列数组。N层中只记录一层的象元位置，节约大量存储空间，栅格个数很多。方法b：每层每个象元的位置、属性一一记录，结构最简单，但浪费存储。GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第132页。栅格结构的建立

栅格数据结构

第二章GIS数据结构返回1、

手工获取，专题图上划分均匀网格，逐个决定其网格代码。2、扫描仪扫描专题图的图像数据{行、列、颜色（灰度）}，定义颜色与属性对应表，用相应属性代替相应颜色，得到（行、列、属性）再进行栅格编码、存贮，即得该专题图的栅格数据。3、

由矢量数据转换而来。4、

遥感影像数据，对地面景象的辐射和反射能量的扫描抽样，并按不同的光谱段量化后，以数字形式记录下来的象素值序列。5、

格网DEM数据，当属性值为地面高程，则为格网DEM，通过DEM内插得到。（一）建立途径（二）栅格系统的确定(三)栅格代码的确定GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第133页。(三)栅格代码（属性值）的确定栅格数据结构

第二章GIS数据结构返回

当一个栅格单元内有多个可选属性值时，按一定方法来确定栅格属性值。1、中心点法：取位于栅格中心的属性值为该栅格的属性值。2、面积占优法：栅格单元属性值为面积最大者，常用于分类较细，地理类别图斑较小时。

3、

重要性法：定义属性类型的重要级别，取重要的属性值为栅格属性值，常用于有重要意义而面积较小的要素，特别是点、线地理要素。

4、长度占优法——每个栅格单元的值由该栅格中线段最长的实体的属性来确定。ABba2

1GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第134页。3、块码----游程编码向二维扩展

栅格数据结构

第三章GIS数据结构返回采用方形区域作为记录单元，每个记录单元包括相邻的若干栅格。数据对组成：（初始行、列，半径，属性值）特点：具有可变分辨率，即当属性变化小图块大时，对于大块图斑记录单元大，分辨率低，压缩比高。小块图斑记录单元小，分辨率高，压缩比低所以，与行程编码类似，随图形复杂程度的提高而降低分辩率。依次扫描，编过的不重复。12345678104477777244444777344448877400488877500888878600088888700008888800000888如：（1,1,1,0),(1,2,2,4),(1,4,1,7),(1,5,1,7)…GIS空间数据结构讲解全文共142页，当前为第135页。块式编码(BlockCodes)（1，1，2，3）（1，3，1，3）（1，4，1，4）（1，5，3，4）（1，8，1，4）（2，3，1，3）（2，4，1，3）（2，8，1，4