第二章空间数据的表达遥感

第二章空间数据的表达遥感第1页，课件共149页，创作于2023年2月第二章空间数据的表达1、常规的地理信息的空间表达方法2、地理信息的数字化描述方法3、空间对象关系——拓扑关系4、栅格数据结构及其编码5、矢量数据结构及其编码6、两种数据结构的比较及转换地理信息系统第2页，课件共149页，创作于2023年2月地理信息系统空间数据的表达2.1GIS的地学基础2.1.1地理空间模型的描述地球的自然表面

相对抽象的面——大地水准面（物理表面）

地球椭球体模型（数学表面）特殊的面，为解决其他一些大地测量学等问题而提出的，如类地形面。第3页，课件共149页，创作于2023年2月空间数据的表达地球模型地球表面水准面大地水准面铅垂线地球椭球体地理信息系统最高：珠穆朗玛峰8848.13最低：马里亚纳海沟-11022m第4页，课件共149页，创作于2023年2月空间数据的表达地理信息系统2.1GIS的地学基础2.1.2地理空间坐标系统1、地理坐标：大地地理坐标：天文地理坐标：大地高、正常高：H第5页，课件共149页，创作于2023年2月直接建立在球体上的地理坐标，用经度和纬度表达地理对象位置建立在平面上的直角坐标系统，用（x，y）表达地理对象位置投影2、坐标参考系统—平面系统空间数据的表达地理信息系统第6页，课件共149页，创作于2023年2月3、坐标系统—高程系统任意水准面大地水准面H´AHA铅垂线AH´BHBhAB空间数据的表达地理信息系统第7页，课件共149页，创作于2023年2月水准原点1985国家高程基准，72.2604米黄海海面1952-1979年平均海水面为0米空间数据的表达地理信息系统3、坐标系统—高程系统第8页，课件共149页，创作于2023年2月坐标系统1、地理坐标系

天文地理坐标（，）

大地地理坐标

（L，B）2、平面坐标系国家坐标系（X，Y）独立坐标系（X，Y）1954北京坐标系1980国家大地坐标系3、高程系统1956黄海高程系1985国家高程系4、空间坐标系

WGS-84地心坐标系（X，Y，Z）

空间数据的表达地理信息系统第9页，课件共149页，创作于2023年2月为什么要进行投影？什么叫投影？地图投影实质投影变形投影分类投影选择所考虑的因素我国常用的投影方法GIS中为什么要进行地图投影？2.1.3地图投影空间数据的表达地理信息系统第10页，课件共149页，创作于2023年2月空间数据的表达地理信息系统2、什么叫地图投影？将地球椭球面上的点映射到平面上的方法，称为地图投影。1、为什么要进行投影?地理坐标为球面坐标，不方便进行距离、方位、面积等参数的量算。地球椭球体为不可展曲面。地图为平面，符合视觉心理，并易于进行距离、方位、面积等量算和各种空间分析。2.1.3地图投影第11页，课件共149页，创作于2023年2月空间数据的表达地理信息系统3、地图投影的实质是什么？2.1.3地图投影第12页，课件共149页，创作于2023年2月地图投影的实质就是建立地球椭球面上经纬线网和平面上相应经纬线网的数学基础，也就是建立地球椭球面上的点的地理坐标（λ，φ）与平面上对应点的平面坐标（x，y）之间的函数关系：当给定不同的具体条件时，将得到不同类型的投影方式。空间数据的表达地理信息系统2.1.3地图投影第13页，课件共149页，创作于2023年2月空间数据的表达地理信息系统将不可展的地球椭球面展开成平面，并且不能有断裂，则图形必将在某些地方被拉伸，某些地方被压缩，故投影变形是不可避免的。长度变形面积变形角度变形4、地图投影是否存在变形？2.1.3地图投影第14页，课件共149页，创作于2023年2月变形分类：等角投影：投影前后角度不变等面积投影：投影前后面积不变；任意投影：角度、面积、长度均变形投影面：横圆柱投影：投影面为横圆柱圆锥投影：投影面为圆锥方位投影：投影面为平面投影面位置：正轴投影：投影面中心轴与地轴相互重合斜轴投影：投影面中心轴与地轴斜向相交横轴投影：投影面中心轴与地轴相互垂直相切投影：投影面与椭球体相切相割投影：投影面与椭球体相割空间数据的表达地理信息系统5、投影的分类特点：经线和纬线处处呈直角相交。特点：

纬线长度不等，其中赤道最长，纬度越高，纬线越短；在同一条纬线上，经差相同的纬线弧长相等；所有的经线长度均相等。特点：

在同一纬度带内，经差相同的网络面积相等；在同一经度带内，纬线越高，网络面积越小；2.1.3地图投影第15页，课件共149页，创作于2023年2月制图区域的地理位置、形状和范围制图比例尺地图内容地图用途出版方式空间数据的表达地理信息系统6、投影选择因素2.1.3地图投影第16页，课件共149页，创作于2023年2月1：100万：兰勃投影（正轴等积割圆锥投影）大部分分省图、大多数同级比例尺也采用兰勃投影1：50万、1：25万、1：10万、1：5万、1：2.5万、1:1万、1：5000采用高斯—克吕格投影。空间数据的表达地理信息系统7、我国常用地图投影2.1.3地图投影第17页，课件共149页，创作于2023年2月地理信息系统高斯—克吕格投影高斯—克吕格投影是由高斯于19世纪20年代拟定，后经克吕格补充而形成的一种地图投影方式，它是一种横轴等角切椭圆柱投影，其特征包括：中央经线和地球赤道投影为直线，且为投影的对称轴；等角投影；中央经线上没有长度变形；同一条纬线上，离中央经线越远，变形越大；同一条经线上，纬度越低，变形越大，赤道处最大；在60大范围内，长度变形线最大不超过0.14%。空间数据的表达第18页，课件共149页，创作于2023年2月空间数据的表达地理信息系统高斯—克吕格投影第19页，课件共149页，创作于2023年2月GIS以地图方式显示地理信息，而地图是平面，地理信息则在地球椭球上，因此地图投影在GIS中不可缺少。GIS数据库中地理数据以地理坐标存储时，则以地图为数据源的空间数据必须通过投影变换转换成地理坐标；而输出或显示时，则要将地理坐标表示的空间数据通过投影变换变换成指定投影的平面坐标。GIS中，地理数据的显示可根据用户的需要而指定投影方式，但当所显示的地图与国家基本地图系列的比例尺一致时，一般采用国家基本系列地图所用的投影。空间数据的表达地理信息系统8、GIS中为什么要进行地图投影？2.1.3地图投影第20页，课件共149页，创作于2023年2月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：属性关系：表达2.1常规的地理空间信息的描述方法空间现象及其描述空间数据的表达地理信息系统第21页，课件共149页，创作于2023年2月空间数据的表达地理信息系统2.1常规的地理空间信息的描述方法2.1.1地图对地理空间的描述地图是现实世界的模型，它按照一定的比例，一定的投影原则，有选择地将复杂的三维现实世界的某些内容投影到二维平面媒介上，并用符号将这些内容要素表现出来。第22页，课件共149页，创作于2023年2月空间数据的表达地理信息系统空间对象一般按地形维数进行归类划分点：零维线：一维面：二维体：三维时间：通常以第四维表达，但目前GIS还很难处理时间属性。空间对象的维数与比例尺是相关的2.1常规的地理空间信息的描述方法第23页，课件共149页，创作于2023年2月点实体美国佛罗里达洲地震监测站2002年9月该洲可能的500个地震位置空间数据的表达地理信息系统有位置，无宽度和长度；抽象的点第24页，课件共149页，创作于2023年2月地理信息系统香港城市道路网分布线实体有长度，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空间数据的表达第25页，课件共149页，创作于2023年2月面实体中国土地利用分布图（不连续面）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地理信息系统空间数据的表达第26页，课件共149页，创作于2023年2月空间对象：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。地理信息系统空间数据的表达第27页，课件共149页，创作于2023年2月体有长、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地理信息系统空间数据的表达第28页，课件共149页，创作于2023年2月点：位置：（x，y）属性：符号线：位置：(x1,y1),(x2,y2),…,(xn,yn)属性：符号—形状、颜色、尺寸面：位置：(x1,y1),(x2,y2),…,(xi,yi),…,(xn,yn)属性：符号变化等值线

空间数据的表达地理信息系统地图对地理空间的描述第29页，课件共149页，创作于2023年2月遥感传感器平台传感器遥感影像对地理空间的描述空间数据的表达地理信息系统第30页，课件共149页，创作于2023年2月空间数据的表达地理信息系统2.2地理信息数字化描述方法隐式：由一系列定义了起点和终点的线及某种连接关系来描述。——矢量数据结构。显式：即栅格中的一系列像元。这些像元都给予相应的编码值R或相同的颜色、符号、数字、灰度值来表示。——栅格数据结构。第31页，课件共149页，创作于2023年2月矢量数据模型（隐式）ID，属性码，（x1,y1)ID，属性码，（x2,y2)ID，属性码，（x1,y1),(x2,y2)…(x5,y5)12345123456789ID，属性码，（x1,y1),(x2,y2)…(x7,y7),(x8,y8),(x9,y9),(x1,y1)空间数据的表达地理信息系统第32页，课件共149页，创作于2023年2月2431111135111111311111131111113111311333333栅格数据的表示方法——显示0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，2，0，0，0，0，0，4，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，3，0，0，0，0，0，1，1，1，1，1，0，0，0，0，3，0，0，5，0，0，0，1，1，1，1，1，1，0，0，0，3，0，0，0，0，0，0，1，1，1，1，1，1，0，0，3，0，0，0，0，0，0，0，1，1，1，1，1，1，0，0，3，0，0，0，0，0，0，0，0，1，1，1，1，0，0，3，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，1，1，0，0，3，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，3，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，3，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，3，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，3，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，3，0，0，空间数据的表达地理信息系统第33页，课件共149页，创作于2023年2月空间数据的表达地理信息系统地理信息的数字化表示方法第34页，课件共149页，创作于2023年2月GIS描述现实世界的方法现实世界矢量表示栅格表示空间数据的表达地理信息系统第35页，课件共149页，创作于2023年2月空间对象的描述要素编码：区别不同的实体，包括分类码和识别码。分类码表示空间对象的类别，而识别码对每个空间对象进行标识，是唯一的。位置：坐标形式给出空间对象的空间位置类型：空间对象所属的实体类型，或由那些实体组成行为：空间对象所具备的行为和功能属性：空间对象所对应的非几何信息说明：实体数据来源、精度等关系：与其他实体之间的关系空间数据的表达地理信息系统第36页，课件共149页，创作于2023年2月空间对象的编码为什么要进行编码？编码对象：属性数据编码原则编码方法：层次分类编码多源分类编码编码步骤空间数据的表达地理信息系统第37页，课件共149页，创作于2023年2月空间数据的表达地理信息系统编码原则编码的系统性和科学性编码的一致性编码的标准化和通用性编码的简捷性编码的可扩展性第38页，课件共149页，创作于2023年2月层次分类编码分类对象的从属和层次关系有明确的分类对象类别和严格的隶属关系高压711电线架715管线7地下电力线与电缆72电力线71地下检修井74管线73低压712电杆713电塔714不依比例7142依比例7141空间数据的表达地理信息系统第39页，课件共149页，创作于2023年2月多源分类编码按空间对象不同特性进行分类并进行编码代码之间没有隶属关系，反映对象特性具有较大的信息量，有利于空间分析河流特性分类与编码通航情况通航：1不通航：2常年河：1时令河：2消失河：3<1km：1<2km：2<5km：3<10km：4>10km：5流水季节河流宽度河流长度河流深度5~10m：110~20m：220~30m：330~60m：460~120m：5120~300m：6300~500m：7>500m：8<1m：11~2m：22~5m：35~20m：420~50m：5>50m：6空间数据的表达地理信息系统第40页，课件共149页，创作于2023年2月空间数据的表达地理信息系统编码步骤1、列出全部制图对象2、根据制图对象分类、分级原则和指标，将制图对象进行分类分级3、拟定分类代码系统4、设定代码及格式，设定代码使用的字符和数字、码位长度，码位分配等。5、建立代码和编码的对照表，这是编码的最后成果。第41页，课件共149页，创作于2023年2月空间数据的表达地理信息系统2.3地理对象的空间关系2.3.1空间关系点线面点线面第42页，课件共149页，创作于2023年2月邻接相交重合相离包含点—点点—线点—面线—面面—面线—线空间数据的表达地理信息系统2.3.1空间关系第43页，课件共149页，创作于2023年2月空间数据的表达地理信息系统2.3地理对象的空间关系2.3.2拓扑关系1、定义：拓扑是研究几何对象在弯曲或拉伸等变换下仍保持不变的性质。所谓拓扑关系是指明确定义物体之间的空间关系的一种数学方法。2、拓扑元素：点：孤立点、线的端点、面的首尾点、链的连接点

线：两结点之间的有序弧段，包括链、弧段和线段

面：若干弧段组成的多边形第44页，课件共149页，创作于2023年2月空间数据的表达地理信息系统2.3地理对象的空间关系点:面:弧:起点终点中间点弧段1弧段3弧段2弧段4第45页，课件共149页，创作于2023年2月（1）连通性（弧段与节点的关系）：以弧段——节点结构来确定弧段与弧段之间的连通性。多用于路经分析、最佳路径分析、网络流程分析等。（2）关联性（节点与弧段的关系）：描述的是与节点相连的弧段。（3）多边形区域定义（多边形与弧段的关系）：多边形由一组封闭的线来表示。（4）邻接性（弧段与多边形的关系）：用多边形——弧段结构来确定多边形相互之间的邻接关系。空间数据的表达地理信息系统2.3地理对象的空间关系4、点、线、面之间的拓扑关系第46页，课件共149页，创作于2023年2月35824161246837591112连通性、方向性10地理信息系统空间数据的表达第47页，课件共149页，创作于2023年2月弧段起点终点136235358454512683742816941弧段起点终点123456789连通性、方向性地理信息系统空间数据的表达35824161246837591112第48页，课件共149页，创作于2023年2月连通性、方向性弧段起点终点1362353584545126837428169411234567891-0000100020-1101000301-0010004010-0010150000-0001611100-0007000100-0080000000-1900011001-123456789123456789空间数据的表达地理信息系统第49页，课件共149页，创作于2023年2月节点弧段18，9，525，7，1031，2，644，7，9，1252，3，4，1161，11，8关联性（节点与弧段的关系）空间数据的表达地理信息系统35824161246837591112第50页，课件共149页，创作于2023年2月多边形区域定义多边形弧段P1a,b,c;gP2f,b,dP3c,f,eP4g多边形弧段P1P2P3P4空间数据的表达地理信息系统第51页，课件共149页，创作于2023年2月弧段左多边形右多边形aP0P1bP2P1cP3P1dP0P2eP0P3fP3P2gP1P4邻接性、多边形区域定义弧段左多边形右多边形abcdefg空间数据的表达地理信息系统第52页，课件共149页，创作于2023年2月空间拓扑关系表达—关系表表2-1面域与弧段的拓扑关系面域 弧段 P1 a,b,c,-gP2 b,d,f P3 c,f,e P4 g 表2-2结点与弧段的拓扑关系结点 弧段 A a,c,e B a,d,b C d,e,f D b,f,c E g 表2-3弧段与结点的拓扑关系弧段 结点 a A,B b B,D c D,A d B,C e C,A f C,D g E,E

表2-4弧段与面域的拓扑关系弧段左邻面右邻面a P0 P1b P2 P1c P3 P1d P0 P2e P0 P3f P3 P2g P1

空间数据的表达地理信息系统第53页，课件共149页，创作于2023年2月2.3.3、方向空间关系1、方向关系描述方向关系又称为方位关系、延伸关系，它定义了地物对象之间的方位Restricted_East(Pi,Qi)=X(Pi)>X(Qi)AndY(Pi)=Y(Qi)Restricted_South(Pi,Qi)=X(Pi)=X(Qi)AndY(Pi)<Y(Qi)Restricted_West(Pi,Qi)=X(Pi)<X(Qi)AndY(Pi)=Y(Qi)Restricted_North(Pi,Qi)=X(Pi)=X(Qi)AndY(Pi)>Y(Qi)North_West(Pi,Qi)=X(Pi)<X(Qi)AndY(Pi)>Y(Qi)North_East(Pi,Qi)=X(Pi)>X(Qi)AndY(Pi)>Y(Qi)South_West(Pi,Qi)=X(Pi)<X(Qi)AndY(Pi)<Y(Qi)South_East(Pi,Qi)=X(Pi)>X(Qi)AndY(Pi)<Y(Qi)空间数据的表达地理信息系统第54页，课件共149页，创作于2023年2月2.3.3、方向空间关系2、方向关系识别

MBR（MinimumBoundingRectangle）——空间目标的外切矩形。为了确定目标之间是否具有某种方向关系，首先可判断目标之间的MBR是否具有该关系，然后再利用点—点关系进一步进行关系判断，确定具体的关系。X1,y1X2,y2空间数据的表达地理信息系统第55页，课件共149页，创作于2023年2月2.3.4、度量空间关系分析1、空间指标量算定量量测区域空间指标和区域地理景观间的空间关系是地理信息系统特有的能力。几何指标：位置、长度、面积、体积、形状、方位等。自然地理参数：坡度、坡向、地表福照度、地形起伏度、河网密度、切割程度、通达性等。人文地理指标：集中指标、区位商、差异指数、地理关联指数、吸引范围、交通便利程度、人口密度等。空间数据的表达地理信息系统第56页，课件共149页，创作于2023年2月2.3.4、度量空间关系分析2、地理空间的距离度量（1）大地测量距离：沿着地球大圆经过两个城市中心的距离。（2）曼哈顿距离：维度差加上经度差。（3）旅行时间距离：从一个城市到另一个城市的最短的时间。（4）词典距离：在一个固定的地名册中一系列城市中他们位置之间的绝对差值。空间数据的表达地理信息系统第57页，课件共149页，创作于2023年2月（1）定义：

它是指通过记录地理实体坐标的方式精确地表示点、线、面等实体的空间位置和形状，是人们较为习惯的一种表示空间数据的方法。其坐标空间假定为连续空间，不必象栅格数据结构那样进行量化处理。因此矢量数据能更精确地定义位置、长度和大小。2.4矢量数据结构及其编码

除数学上的精确坐标假设外，矢量数据存储是以隐式关系以最小的存储空间存储复杂的数据。2.4.1、矢量数据结构空间数据的表达地理信息系统第58页，课件共149页，创作于2023年2月矢量数据模型（隐式）Id，属性值，（x1,y1)Id，属性值（x2,y2)Id，属性值，（x1,y1),(x2,y2)…(x5,y5)12345123456789Id，属性值，（x1,y1),(x2,y2)…(x7,y7),(x8,y8),(x9,y9),(x1,y1)空间数据的表达地理信息系统第59页，课件共149页，创作于2023年2月2.4.2矢量数据的编码方法编码的内容

点实体

线实体面实体编码方法坐标序列法（实体式）树状索引编码法(索引式)双重独立式（半显示）

链状双重独立式（全显示）无拓扑关系有拓扑关系空间数据的表达地理信息系统第60页，课件共149页，创作于2023年2月矢量数据结构编码的基本内容

标识码属性码空间对象编码唯一连接空间和属性数据数据库独立编码点:(x,y)线:(x1,y1),(x2,y2),…,(xn,yn)面:(x1,y1

),(x2,y2

),…,(x1,y1

)点位字典点:点号文件线:点号串面:点号串点号XY1112223344………n5566存储方法空间数据的表达地理信息系统第61页，课件共149页，创作于2023年2月点实体唯一识别符类型简单点文字说明结点序列号坐标（X，y）有关的属性简单点符号比例尺方向文字说明字符大小方向字体排列结点符号指针与线相交的角度其它相关的属性地理信息系统第62页，课件共149页，创作于2023年2月线实体唯一标识码线标识码起始点终止点坐标对序列显示信息非几何属性空间数据的表达地理信息系统矢量数据的编码方法第63页，课件共149页，创作于2023年2月

多边形矢量编码，不但要表示位置和属性，更重要的是能表达区域的拓扑特征，如形状、邻域和层次结构等，因此多边形矢量编码比点、线实体的矢量编码要复杂得多，也更为重要。（1）组成地图的每个多边形应有唯一的形状、周长和面积。（2）地理分析要求的数据结构应能够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。空间数据的表达地理信息系统矢量数据的编码方法第64页，课件共149页，创作于2023年2月坐标序列法Id，属性值，（x1,y1)Id，属性值，（x2,y2)Id，属性值，（x1,y1),(x2,y2)…(x5,y5)12345123456789Id，属性值，（x1,y1),(x2,y2)…(x7,y7),(x8,y8),(x9,y9),(x1,y1)空间数据的表达地理信息系统第65页，课件共149页，创作于2023年2月地理信息系统12345678910111213141516171819202122ABCDEⅠⅡⅢⅤⅣⅥⅦⅨⅧⅩ2324252627特征码位置坐标空间数据的表达第66页，课件共149页，创作于2023年2月12345678910111213141516171819202122ABCDEⅠⅡⅢⅤⅣⅥⅦⅨⅧⅩ特征码位置坐标AX1,y1;x18,y18;x23,y23;x22,y22;x24,y24;x20,y20;x19,y19;x14,y14;x15,y15;x16,y16;x17,y17;x1,y1;BX10,y10;x11,y11;x12,y12;x13,y13;x14,y14;x19,y19;x20,y20;x24,y24;x21,y21;x10,y10;CX7,y7;x8,y8;x9,y9;x10,y10;x21,y21;x24,y24;x22,y22;x23,y23;x7,y7;DX1,y1;x2,y2;x3,y3;x4,y4;x5,y5;x6,y6;x7,y7;x23,y23;x18,y18;x1,y1;EX25,y25;x26,y26;x27;y27;2324252627空间数据的表达地理信息系统第67页，课件共149页，创作于2023年2月空间数据的表达地理信息系统坐标序列法优点：结构简单，显示容易缺点：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、岛只能作为一个简单图形，没有建立与外界多边形的联系。第68页，课件共149页，创作于2023年2月123456789101112131416171819202122ABCDEⅠⅡⅢⅤⅣⅥⅦⅨⅧⅩ2324252627多边形索引文件空间数据的表达地理信息系统第69页，课件共149页，创作于2023年2月123456789101112131416171819202122ABCDEⅠⅡⅢⅤⅣⅥⅦⅨⅧⅩ2324252627多边形索引文件AⅨⅤⅧⅩBⅦⅥⅨCDEⅢⅨⅫⅤⅠⅢⅩⅡⅡ空间数据的表达地理信息系统第70页，课件共149页，创作于2023年2月123456789101112131416171819202122ABCDEⅠⅡⅢⅤⅣⅥⅦⅨⅧⅩ2324252627边界线点索引文件空间数据的表达地理信息系统第71页，课件共149页，创作于2023年2月123456789101112131416171819202122ABCDEⅠⅡⅢⅤⅣⅥⅦⅨⅧⅩ2324252627边界线点索引文件1234567Ⅰ252627Ⅱ723ⅢⅣ11823ⅥⅤⅦⅧⅨⅩ空间数据的表达地理信息系统第72页，课件共149页，创作于2023年2月树状索引法的优缺点树状索引结构消除了相邻多边形边界的数据冗余和不一致的问题，在简化过于复杂的边界线或合并多边形时可不必改造索引表，邻域信息和岛状信息可通过对多边形文件的线索引处理得到，但比较繁琐，因而给邻域函数运算、消除无用边、处理岛状信息以及检查拓扑关系等带来一定的困难，而且两个编码表都要以人工方式建立、工作量大且容易出错。空间数据的表达地理信息系统第73页，课件共149页，创作于2023年2月双重独立式DIME(DuallndependentMapEncoding)线号左多边形右多边形起点终点aOA18bOA21cOB32dOB43eOB54fOC65gOC76hOC87iCA89jCB95kCD1210lCD1112mCD1011nBA92这种数据结构除了通过线文件生成面文件外，还需要点文件空间数据的表达地理信息系统第74页，课件共149页，创作于2023年2月链状双重独立式链状双重独立式数据结构是DIME数据结构的一种改进。在DIME中，一条边只能用直线两端点的序号及相邻的面域来表示，而在链状数据结构中，将若干直线段合为一个弧段（或链段），每个弧段可以有许多中间点。在链状双重独立数据结构中，主要有四个文件：多边形文件、弧段文件、弧段坐标文件、结点文件。空间数据的表达地理信息系统第75页，课件共149页，创作于2023年2月弧段文件弧段号起始点 终结点 左多边形 右多边形 a 5 1 O Ab 8 5 E Ac 16 8 E Bd 19 5 O Ee 15 19 O Df 15 16 D Bg 1 15 O Bh 8 1 A Bi 16 19 D Ej 31 31 B C 弧段坐标文件弧段号 点号 a 5,4,3,2,1 b 8,7,6,5 c 16,17,8 d 19,18,5 e 15,23,22,21,20,19 f 15,16, g 1,10,11,12,13,14,15 h 8,9,1 i 16,19 j 31,30,29,28,27,26,25,24,31 链状双重独立式多边形文件多边形号 弧段号 A h,b,a B g,f,c,h,-j C j D e,i,f E e,i,d,b

结点文件结点弧段号a,h,ga,b,dh,c,b15e,f,g16c,i,f19d,e,i地理信息系统第76页，课件共149页，创作于2023年2月双重独立编码（拓扑数据结构）多边形网络完全综合成一个整体，没有重叠和漏洞，也没有过多的冗余数据。全部多边形、链、属性数据均为内部连接在一起的整体单元的一部分，可以进行任何类型的邻域分析。多边形嵌套多边形不受限制，可以无限地嵌套。数据库的位置精度只受数字化精度和计算机字长的限制。便于数据共享。优点：缺点：拓扑表必须在一开始就创建，这需要一定时间和存储空间。一些简单操作，如图形显示需要的是空间坐标而非拓扑结构，没有必要建立繁琐的拓扑表。空间数据的表达地理信息系统第77页，课件共149页，创作于2023年2月2.4.3矢量数据结构的属性数据表达属性特征类型类别特征：是什么说明信息：同类目标的不同特征属性特征表达类别特征：类型编码说明信息：属性数据结构和表格属性表的内容取决于用户图形数据和属性数据的连接通过目标识别符或内部记录号实现。空间数据的表达地理信息系统2.4矢量数据结构及其编码第78页，课件共149页，创作于2023年2月矢量数据结构编码的基本内容

标识码属性码空间对象编码唯一连接空间和属性数据数据库独立编码点:(x,y)线:(x1,y1),(x2,y2),…,(xn,yn)面:(x1,y1

),(x2,y2

),…,(x1,y1

)点位字典点:点号文件线:点号串面:点号串点号XY1112223344………n5566存储方法空间数据的表达地理信息系统第79页，课件共149页，创作于2023年2月P1P2A1B1B2A4A2B3B4A5A7A3A6空间数据的表达地理信息系统属性编码第80页，课件共149页，创作于2023年2月目标标识地物编码坐标关联的线目标P1P201143，256P2P302157，298…………点状地物空间数据表目标标识地物编码坐标串起点、终点、左面、右面A1T30462，…256A2A375157，…45…………线状地物空间数据表目标标识地物编码边界线目标B1B705A2，A3B2B705A3，A4B3B705A5，A6B4B776A6，A7面状地物空间数据表地理信息系统第81页，课件共149页，创作于2023年2月地物编码地物名称几何类型制图颜色制图符号编码属性表名P201三角点点状黑色10302controlpointP302导线点点状黑色10308ControlpointB705房屋面状黄色40302BuildingB772池塘面状蓝色61277WaterbodyB774耕地面状品红61327LanduseB776林地面状绿色61335LanduseT304道路线状红色20735RoadA375房屋边界线状黑色30725无A376地类界线状绿色30832无地物类型特征与制图属性表空间数据的表达地理信息系统第82页，课件共149页，创作于2023年2月目标标识控制点等级精度测量年限测量单位P1三等0.041965国测局P2四等0.081984地震局目标标识所有者建筑日期建筑单位建筑面积楼层B1西安市1985中南三建72857B2西安市1988陕一建134257B3长大2002中天237514目标标识等级路面材料宽度修建日期管理单位A1高速水泥501994省公路局PointcotrolBuildingRoad空间数据的表达地理信息系统第83页，课件共149页，创作于2023年2月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空间数据的表达地理信息系统第84页，课件共149页，创作于2023年2月空间数据的表达地理信息系统2.5栅格数据结构及编码2.5.1栅格数据结构1、定义栅格数据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示地物或现象的非几何属性特征。第85页，课件共149页，创作于2023年2月空间数据的表达地理信息系统2.5栅格数据结构及编码点：用一个栅格单元表示；线：用沿线走向的一组相邻栅格单元表示；面：用记有区域属性的相邻栅格单元的集合表示；第86页，课件共149页，创作于2023年2月空间数据的表达地理信息系统点线面第87页，课件共149页，创作于2023年2月Y：列X：行西南角格网坐标（XWS，YWS）格网分辨率2、栅格像元参数——形状与大小空间数据的表达地理信息系统栅格数据结构第88页，课件共149页，创作于2023年2月〔d〕正方形形状空间数据的表达地理信息系统栅格数据结构第89页，课件共149页，创作于2023年2月大小3333栅格象元的大小与描述实体的近似程度及存储的空间相矛盾

空间数据的表达地理信息系统栅格数据结构第90页，课件共149页，创作于2023年2月空间数据的表达地理信息系统（1）保证精度避免轮廓特征过分平滑化；避免损失小图斑；避免损失狭小图斑；（2）注意与其他数据系统相匹配（3）注意适应于计算机存储和处理能力。栅格数据结构栅格象元的大小确定的原则：第91页，课件共149页，创作于2023年2月空间数据的表达地理信息系统栅格数据结构第92页，课件共149页，创作于2023年2月3、决定栅格单元代码的方式(1)、数据来源在专题地图上均匀划分表格，每个单位格覆盖部分的属性数据即成为图中各点的值。用数字化仪跟踪，得到矢量结构，再转换成栅格结构。用扫描仪数字化，逐点扫描专题地图，将扫描数据重采样或重编码，就得到栅格数据文件。分类影像输入：将经过分类解译的遥感影像数据直接或重采样后输入系统，作为栅格数据结构的专题地图。空间数据的表达地理信息系统栅格数据结构第93页，课件共149页，创作于2023年2月(2）、栅格单元代码的确定B连续分布地理要素C具有特殊意义的较小地物重要性法A分类较细、地物斑块较小AB百分比法为了逼近原始数据精度，除了采用这几种取值方法外，还可以采用缩小单个栅格单元的面积，增加栅格单元总数的方法。

空间数据的表达地理信息系统面积占优中心点法第94页，课件共149页，创作于2023年2月2.5.2编码方法1、直接栅格编码AAAA

ABBB

ABBBAAAB

在计算机内是一个4*4阶的矩阵。但在外部设备上，通常是以左上角开始逐行逐列存贮。如上例存贮顺序为：AAAAABBBAABBAAAB

空间数据的表达地理信息系统2.5栅格数据结构及编码第95页，课件共149页，创作于2023年2月行序空间数据的表达地理信息系统编码方法第96页，课件共149页，创作于2023年2月行主序空间数据的表达地理信息系统编码方法第97页，课件共149页，创作于2023年2月Morton空间数据的表达地理信息系统编码方法第98页，课件共149页，创作于2023年2月Peano—Hilbert空间数据的表达地理信息系统编码方法第99页，课件共149页，创作于2023年2月对角线法空间数据的表达地理信息系统编码方法第100页，课件共149页，创作于2023年2月螺旋地理信息系统空间数据的表达编码方法第101页，课件共149页，创作于2023年2月2.5.2编码方法1、直接栅格编码当每个像元都有唯一一个属性值时，一层内的编码就需要m行×n列×3(x,y和属性编码值)个存储单元。2、压缩编码方法目的：用尽可能小的数据量来记录尽可能多的信息。可分为信息有损编码和信息无损编码。方法：游程长度编码、链码、块码、四叉树编码、八叉数编码。空间数据的表达地理信息系统2.5栅格数据结构及编码第102页，课件共149页，创作于2023年2月1、游程长度编码(Run—LengthCodes)

044

7777744444

7774444

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00000888基本思想：对于一幅栅格图像，常有行（列）方向上相邻的若干点具有相同的属性代码，因而可采取某种压缩方法压缩那些重复的记录内容。方法：游程长度编码是按行帧序存储多边形内的各个像元的列号，即在某行上从左至右存储属该多边形的始末像元的列号。空间数据的表达地理信息系统编码方法第103页，课件共149页，创作于2023年2月044

7777744444

7774444

88

77004

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77008888

7

80008888800008888

000008880，1；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；（1）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；（2）方案一：44+1=45方案二：44直接栅格编码：8×8×3=192空间数据的表达地理信息系统编码方法第104页，课件共149页，创作于2023年2月044

7777744444

7774444

88

77004

888

77008888

7

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888888888

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8880，1；4，2；7，5；4，5；7，3；4，4；8，2；7，2；0，2；4，1；8，3；7，2；8，25；（3）跨行压缩空间数据的表达地理信息系统编码方法第105页，课件共149页，创作于2023年2月特点：压缩效率比较高，其程度与图的复杂程度成正比，且易于检索、叠加、合并等操作，运算简单。适用于机器存储量小，数据需大量压缩，而又要避免复杂的编码、解码运算，增加处理和操作时间的情况。空间数据的表达地理信息系统编码方法第106页，课件共149页，创作于2023年2月2、块码(BlockCodes)

基本思想：

块式编码是将游程长度编码扩大到二维的情况，把多边形范围划分成由像元组成的正方形，然后对各个正方形进行编码。块式编码的数据结构由初始位置(行号，列号)、半径和属性，再加上记录单元的代码组成。如图：空间数据的表达地理信息系统编码方法第107页，课件共149页，创作于2023年2月2、块码(BlockCodes)

044

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7774444

88

77004

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7

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00000888（1，1，1，0）；（4，1，2，0）；（6，1，3，0）；（7，4，1，0）；（8，4，1，0）；（8，5，1，0）；（1，2，1，4）；（1，3，1，4）；（2，1，2，4）；（2，3，3，4）；（2，5，1，4）；（1，4，1，7）；（1，5，1，7）；（1，6，1，7）；（1，7，2，7）；（2，6，1，7）；（3，7，2，7）；（5，7，1，7）；（3，5，2，8）；（4，4，1，8）；（5，3，1，8）；（5，4，2，8）；（5，6，1，8）；（5，8，1，8）；（7，5，1，8）；（6，6，3，8）；数据量：26×4=104空间数据的表达地理信息系统编码方法第108页，课件共149页，创作于2023年2月2、块码(BlockCodes)

特点：具有可变的分辨率，即当代码变化小时图块大，表明在区域图斑内部分辨率低；反之以小块记录区域边界地段分辨率高，以此达到压缩的目的。块码与游程长度编码相似，随着图形复杂程度的提高而降低效率，即图斑越大，压缩比越高；图斑越破碎，压缩比越低。块码在合并、插入、检查延伸性，计算面积等操作时有明显的优越性，然而对某些运算并不适应，必须再转换成简单的数据形式才能顺利进行。空间数据的表达地理信息系统编码方法第109页，课件共149页，创作于2023年2月（3）链式编码(ChainCodes)（弗里曼编码、边界链码）01234567基本原理：以多边形的边界为基本单元编码，它是由某一原点开始并按某些基本方向确定的单位矢量。044

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00000888属性值为“4”的多边形：

1，2，0，1，0，3，3，5，4，6，7，空间数据的表达地理信息系统编码方法第110页，课件共149页，创作于2023年2月特点：可以有效地压缩栅格数据，而且对于估算面积、长度、转折方向的凹凸度等运算十分方便，比较适合于存储图形数据。缺点是对边界进行合并和插入等修改编辑工作比较困难，对局部的修改将改变整体结构、效率较低，而且由于链码是以每个区域为单位存储边界，相邻区域的边界将被重复存储从而产生冗余。（3）链式编码(ChainCodes)（弗里曼编码、边界链码）空间数据的表达地理信息系统编码方法第111页，课件共149页，创作于2023年2月（4）四叉树编码(QuadtreeEncoding)

基本思想：将一幅栅格地图或图像等分为四部分，逐块检查其格网属性值。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，否则还需按该子区再分割成四个子区，这样依次地分割，直至每个子区都具有相同的属性值或灰度为止。编码值：叶子值+地址值空间数据的表达地理信息系统编码方法第112页，课件共149页，创作于2023年2月ENSW空间数据的表达地理信息系统第113页，课件共149页，创作于2023年2月（4）四叉树编码(QuadtreeEncoding)

编码值：9，9，9，9，0，0，9，0，0，9，0，0，0，0，0，7，0，0，7地址值：NW（1，0）NE（1，1）SW（0，0）EW（0，1）1，0，1，1，1，0，0，0，1，1高度第三层第二层第一层空间数据的表达地理信息系统编码方法第114页，课件共149页，创作于2023年2月优点：容易而有效地计算多边形的数量特征；阵列各部分的分辨率是可变的，边界复杂部分四叉树越高即分级多，分辨率也高，而不需表示许多细节的部分则分级少，分辨率低，因而既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的表示较为方便。（4）四叉树编码(QuadtreeEncoding)

缺点：转换不定性，即用同一形状和大小的多边形可能得出多种不同的四叉树结构，不利于形状分析和模式区别。空间数据的表达地理信息系统编码方法第115页，课件共149页，创作于2023年2月（5）八叉树编码八叉树结构就是将空间区域不断地分解为八个同样大小的子区域(即将一个六面的立方体再分解为八个相同大小的小立方体)，同—区域的属性相同。八叉树主要用来解决地理信息系统中的三维问题。空间数据的表达地理信息系统编码方法第116页，课件共149页，创作于2023年2月栅格数据压缩存储的编码方法AAAAARAAARAAARAARAAAAAAAAAGGAAGGGGGGGAGGGAGGAAAAAARAAAARAAARRAAA143258761234567801234567起点行列号，单位矢量R:(1,5),3,2,2,3,3,2,3链式编码游程长度编码逐行编码数据结构:行号,属性,重复次数1,A,4,R,1,A,4块状编码正方形区域为记录单元数据结构:初始位置,半径,属性(1,1,3,A),(1,5,1,R),(1,6,2,A),…NESWNWSEGGGGAGGAAGAAA四叉树编码空间数据的表达地理信息系统第117页，课件共149页，创作于2023年2月2.5.3栅格数据组织空间数据的表达地理信息系统第118页，课件共149页，创作于2023年2月栅格数据组织栅格数据文件像元1X坐标Y坐标层2属性值层1属性值…层n属性值…像元2像元n栅格数据文件层1像元1层2…X,Y,属性值像元2X,Y,属性值……像元nX,Y,属性值层n栅格数据文件层1多边形1层2…属性值像元1坐标…多边形N像元n坐标层n空间数据的表达地理信息系统第119页，课件共149页，创作于2023年2月2.5.4栅格数据结构特点离散的量化栅格值表示空间对象位置隐含,属性明显数据结构简单,易与遥感数据结合,但数据量大几何和属性偏差面向位置的数据结构,难以建立空间对象之间的关系空间数据的表达地理信息系统第120页，课件共149页，创作于2023年2月abc345abcac距离:7/4(5)面积:7(6)几何偏差属性偏差空间数据的表达地理信息系统第121页，课件共149页，创作于2023年2月空间数据的表达地理信息系统§2.6两种数据结构的比较与转换2.6.1两种数据结构的比较第122页，课件共149页，创作于2023年2月矢量数据优点：表示地理数据的精度较高严密的数据结构，数据量小完整的描述空间关系图形输出精确美观图形数据和属性数据的恢复、更新、综合都能实现面向目标，不仅能表达属性，而且能方便的记录每个目标的具体属性信息缺点：数据结构复杂矢量叠置较为复杂数学模拟比较困难技术复杂，特别是软硬件栅格数据优点：数据结构简单空间数据的叠置和组合方便各类空间分析很易于进行数学模拟方便缺点：图形数据量大用大像元减少数据量时，精度和信息量受损地图输出不美观难以建立网络连接关系投影变换比较费时空间数据的表达地理信息系统第123页，课件共149页，创作于2023年2月数据结构选择原则要素还是位置？可获取的数据定位要素的必要精度需要什么类型的要素需要什么类型的拓扑关联所需空间分析类型生产地图类型空间数据的表达地理信息系统第124页，课件共149页，创作于2023年2月2.6.2两种数据结构的转换1、矢量向栅格的转换行I列JXYO（0，0）（xmin,ymin)（xmax,ymax)△x△y空间数据的表达地理信息系统第125页，课件共149页，创作于2023年2月行I列JXYO（0，0）（xmin,ymin)（xmax,ymax)P1、点的转换空间数据的表达地理信息系统2.6.2两种数据结构的转换第126页，课件共149页，创作于2023年2月2、线的转换空间数据的表达地理信息系统第127页，课件共149页，创作于2023年2月线段的转换过程（1）由（x1，y1）确定起点所在的行列号（i1，,j1)；（2）由（x2，y2）确定终点所在的行列号（i2，,j2)；（i2〈i1）（3）根据i1，i2推断直线经过的行i2+1，i2+2,…i1-1；（4）计算直线i2+1行的中心坐标x，再根据△x和xmin来确定列号j2+1；（5）以此类推，确定直线经过的每一个网格；（6）用本直线的属性值填充各个网格。空间数据的表达地理信息系统第128页，课件共149页，创作于2023年2月多边形数据的转换(边界代数算法、内部点扩散法、射线算法）3、面的转换空间数据的表达地理信息系统第129页，课件共149页，创作于2023年2月边界代数算法（任伏虎）原理初始化栅格阵列，使各栅格阵列的值为0，若填充多边形编号为a的区域，即是将区域内的栅格点的值变为a，而区域外各点仍保持原值零。以栅格行列为参考坐标轴，由多边形边界上某点为起始点，顺时针搜索边界线，当边界线段位上行时，位于搜索边界线左侧的具有相同行坐标的所有栅格点被减去a，当边界线下行时，则将边界线左边所有具有相同行坐标的栅格点加上一个行值。当沿边界线搜索运算一周或到起始点后，所有多边形内部的栅格点都被赋值a，而多边形外栅格点的值不变。空间数据的表达地理信息系统第130页，课件共149页，创作于2023年2月0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000-a-a000000-a-a-a00000-a-a000000-a-a00000000aaaa00空间数据的表达地理信息系统边界代数算法（任伏虎）第131页，课件共149页，创作于2023年2月边界代数算法

空间数据的表达地理信息系统边界代数算法（任伏虎）第132页，课件共149页，创作于2023年2月由多个多边形组成线号与多边形的对应关系线号左多边形右多边形a0n1bn20cn3n2dn1n2en30fn3n1空间数据的表达地理信息系统边界代数算法（任伏虎）第133页，课件共149页，创作于2023年2月多边形n1：线a上行-n1,下行+n1线d上行+n1,线f下行+n1,多边形n2：线b上行+n2,下行-n2线c上行-n2,线d上行-n2,多边形n3：线e下行-n3,上行+n3线c上行+n3,线f下行-n3,空间数据的表达地理信息系统按线号排列线a上行+0(左)-n1(右)下行-0(左)+n1(右)线b上行+n2(左)-0(右)下行-n2(左)+0(右)线c上行+n3(左)-n2(右)线d上行+n1(左)-n2(右)线e上行+n3(左)-0(右)