第2章 空间数据结构

第二章空间数据结构1内容提要第一节数据模型与数据结构第二节空间数据的拓扑关系第三节空间数据结构的类型2第一节数据模型与数据结构数据结构是指数据的组织形式，是适合于计算机处理的逻辑结构。计算机以数字表达现实世界。3

矢量数据模型：用一个没有大小的点表达基本点元素。栅格数据模型：用一个固定大小的点表达基本点元素。4信息表达层次:1、现实世界。2、数据模型。用概念化的语言和示意图描述现实世界。3、数据结构。用逻辑关系图、列表、矩阵表达数据模型。4、文件结构。数据的储存方式。

转换：12

34。有时把后3者合称为数据结构。5第二节空间数据的拓扑关系几何信息：位置,空间关系一、拓扑的概念拓扑关系:定义空间关系的一种数学方法，在GIS中用它来描述并确定空间的点、线、面之间的关系。6二、拓扑关系类型1、拓扑邻接概念：表示图形元素之间的相邻性。如多边形之间。7

同一弧段的左右多边形必然邻接。8

同一弧段上两个结点必连通，同一结点上的各弧段必相邻。92、拓扑关联

表示图形基本元素间的联接关系。如结点与弧段。103、包含关系指点、线、面之间的相互包含关系返回11三、拓扑关系的表达方式1、全显式表达不仅表示多边形

弧段

点之间拓扑关系，同时表示点

弧段

多边形之间的拓扑关系。12

132、半隐式表示

14第三节空间数据结构的类型数据结构分为矢量数据结构、栅格数据结构、矢量栅格一体化数据结构。15一、矢量数据结构概念：利用点、线、面及其组合体表示地理实体空间分布的一种数据组织方式。1．简单数据结构（实体型数据结构）通过坐标值精确表示点、线、面等地理实体，不考虑拓扑关系。16

点：用一对(x,y)坐标表示。线：用两对以上的(x,y)坐标表示。

面：用首尾相接的多对(x,y)坐标表示其边界，公共边界重复编码。空间数据以点、线、面为单元单独组织，不含拓扑关系。1718

优点是结构简单，易于以事物为单位进行操作；缺点是没有拓扑关系，数据冗余度大。2．索引数据结构先建立点坐标文件，再建立索引文件。返回

192021

优缺点：数据冗余度低，提高了访问速度。但不能处理“岛”结构的多边形数据。

返回

223．拓扑数据结构包括DIME(双重独立地图编码DualIndependentMapEncoding)、TIGER等。DIME编码:由线段组成。每条线段包括线段名、起结点和终结点、线段的左、右区号及地址范围。23图2-19DIME编码及记录

24弧段是数据组织的基本对象。25

4．曲面数据结构用不规则三角网来拟合连续分布现象的覆盖表面，称为TIN(TriangulatedIrregularNetwork)数据结构。26

TIN：由邻近点构成等边三角形。狄洛尼(Delaunay)三角网最好。遵守欧拉定理：多面体顶点数-边数+面数=26-10+6=227

TIN中每个三角形构成一个记录。Z表示属性。28第二节栅格数据结构概念：将空间分成规则网格，在各个网格上给出相应的属性值来表示地理实体的一种数据组织形式。291栅格矩阵结构（直接编码法）从栅格图左上角开始逐行逐列存储数字化代码。30栅格数据取值方法：（1）面积占优法31（2）中心点法32（3）长度占优法网格中心画横线，以最长的属性取值。33（4）重要性法34面积占优法：分类较细；中心点法：连续分布；重要性法：特殊意义，面积较小。栅格数据需压缩。返回

352费尔曼链码结构(Freeman'sChainCode)也称边界码、链式编码。用8个方向码编码，用某一原点开始的矢量链表示曲线或边界。36

E=0，SE=1，S=2，SW=3，W=4，NW=5，N=6，NE=7。线起点为(1，5)，编码为：1,5,3,2,2,3,3,2,3面起点为(5,8)，编码为：5,8,3,2,4,4,6,6,7,6,0,2,137优点：压缩率高，便于计算周长、面积，便于表示凹凸部分。缺点：难于实现叠加运算，不便于合并和插入等操作，对局部修改将改变整体数据结构，数据冗余度高。

返回383游程编码结构(RunLengthCode)适于块状地物。以行为单位，将栅格数据矩阵中属性相同的连续栅格视为一游程。游程编码把行序列映射成整数对序列。游程终点编码：(属性值，终止列号)。游程长度编码:(属性值，游程长度)39

40(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)游程长度编码表41

游程越长，编码效率越高。面积越大，压缩率越高，易于实现叠加、合并和检索运算。应用很广。对于DEM，先差分处理，再游程编码:4243

44

为提高访问效率，常用索引顺序文件:4546返回474块码结构(BlockCode)以正方形区域为单元对栅格数据进行编码。块码的编码方式为：行号、列号、半径、属性代码。行号和列号表示正方形区左上角栅格的行号及列号；半径为正方形区行(列)方向的栅格数。48

如（1，1，1,0）表示1行1列，半径为1，属性为049

块码法：面状地物所包含的正方形越大，边界越规则，编码的效率越高。计算面积、检索图形、合并和插入操作较有利。505四叉树数据结构(QuadtreeCode)又称四分树、四元树编码。（1）常规四叉树把栅格地图4等分，若每个子区中栅格值相同则不再分割，否则将该区再分割成4个子区，直到每个子块都含有相同的属性值为止。51

52

常规四叉树占空间大。(2)线性四叉树通过编码四叉树的叶结点表示数据块的层次和空间关系。叶结点是一地址码(Morton码，Z形编码)。53[1]基于四进制的线性四叉树编码(MQ)2NX2N的图象，用N位四进制地址码。MQ=2·IB+JB。行号IB和列号JB为二进制。例:011行，011列的MQ＝2×011+011=03354[2]基于十进制的线性四叉树编码(MD)将栅格的二进制表示的行列号IB和JB按位交错排列，得二进制地址码，再转十进制MD。例:011行，010列所对应的MD=14返回55MD属性MD属性MD属性002443984028440054294448643084587431446080320478120360488164378204388566二维行程结构线性四叉树表前后叶结点值相同的可合并。前后两个地址码之差表示该子块的大小。57二维行程编码压缩率高，便于修改。如0与8之间插入一个地址码为7、格网值为1的记录58它和线性四叉树采用相同的地址码，易相互转换。59十进制线性MDMD属性MD属性MD属性002443984028440054294448643084587431446080320478120360488164378