第二章GIS的数据结构课件

第二章GIS的数据结构第一节地理空间及其表达一、地理空间的概念(geo-spatial)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。一般包括地理空间定位框架及其所连接的空间对象定位框架即大地测量控制，由平面控制网和高程控制网组成一个统一的空间参照系目前，我国采用的大地坐标系为1980年中国国家大地坐标系，现在规定的高程起算基准面为1985国家高程基准。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空间坐标系地理坐标系是以地理极(北极、南极)为极点通过A点作椭球面的垂线，称之为过A点的法线法线与赤道面的交角，叫做A点的纬度ψ过A点的子午面与通过英国格林尼治天文台的子午面所夹的二面角，叫做A点的经度λ坐标参考系统—平面系统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米地图投影：投影实质

建立地球椭球面上各点的大地坐标，按照一定的数学法则，变换为平面上相应点的平面直角坐标。

地图投影：投影变形

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地图投影：投影分类变形分类：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地图投影：投影选择因素制图区域的地理位置、形状和范围制图比例尺地图内容出版方式GIS中地图投影地图投影在GIS中不可缺少空间数据-地理坐标-平面坐标（投影变换）一般采用国家基本系列地图所用的投影我国常用地图投影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。空间实体1、空间实体的特征空间特征－用以描述事物或现象的地理位置以及空间位置相互关系属性特征－用以描述事物或现象的特性时间特征－用以描述事物或现象随时间的变化空间特征是指空间对象的位置及与相邻对象的空间关系或拓扑关系属性特征是指空间对象的专题属性2、空间实体数据的类型属性数据－描述空间实体的属性特征的数据。几何数据－描述空间实体的空间特征的数据，一般用经纬度、坐标表达。关系数据－描述空间实体之间的空间关系的数据，如邻接、包含、关联等，一般通过拓扑关系表达。3、空间对象（实体）的地图表达点：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

空间对象（实体）的遥感影像表达遥感传感器平台传感器空间现象及其描述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：属性建立关系：表达空间对象（实体）类型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2019年9月该洲可能的500个地震位置线实体有长度，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）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。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第二节地理空间数据及其特征1、空间数据－是各种地理特征和现象间关系的符号化表示。空间特征表示实体的空间位置或现在所处的地理位置。空间特征又称定位特征或几何特征，一般用坐标数据表示。属性特征表示实体的特征。如名称、分类、质量特征和数量特征等。时间特征描述实体随时间的变化，其变化的周期有超短周期的、短期的、中期的和长期的。GIS的空间数据的分类地图数据

地图是地理信息的主要载体，同时也是地理信息系统最重要得信息源

遥感数据各种遥感数据及其制成的图像资料（航片、卫片）地形数据属性数据

统计数据、实测数据及各种文字报告元数据地理空间数据的类型1类型数据：居民点、交通线、土地类型分布等。2面域数据：多边形中心点、行政区域界限和行政单元3网络数据：道路交叉点、街道和街区等。4样本数据：气象站、航线和野外样方的分布区等。5曲面数据：高程点、等高线和等值区域。6文本数据：如地名、河流名和区域名称。7符号数据：点状符号、线状符号和面状符号等。

元数据

“meta”是一希腊语词根，意思是“改变”，“Metadata”一词的原意是关于数据变化的描述。一般都认为元数据就是“关于数据的数据”。

元数据的主要作用

帮助数据生产单位有效地管理和维护空间数据，建立数据文档提供有关数据生产单位数据存储、数据分类、数据内容、数据质量、数据交换网络(clearinghouse)及数据销售等方面的信息，便于用户查询检索地理空间数据提供通过网络对数据进行查询检索的方法或途径，以及与数据交换和传输有关的辅助信息帮助用户了解数据，以便就数据是否能满足其需求作出正确的判断提供有关信息，以便用户处理和转换有用的数据。2、空间数据的拓扑关系什么叫拓扑？Topology一词来自希腊文，它的原意是“形状的研究”。拓扑学是几何学的一个分支，它研究在拓扑变换下能保持不变的几何属性——拓扑属性。拓扑邻接：元素之间的拓扑关系。拓扑关联：元素之间的拓扑关系。拓扑包含：元素之间的拓扑关系。地理空间数据的拓扑关系不同类同类同类不同级N1е1е2е5е6е4е7е3P1P3P2P4N4N3N5N2拓扑邻接：N1/N2,N1/N3,N1/N4;P1/P3;P2/P3拓扑关联：N1/е1、е3、е6；P1/е1、е5、е6拓扑包含：P3与P4空间数据的拓扑关系

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基本拓扑关系关联：不同拓扑元素之间的关系邻接：相同拓扑元素之间的关系包含：面与其他元素之间的关系层次：相同拓扑元素之间的层次关系拓扑元素量之间的关系：欧拉公式点、线、面之间的拓扑关系起点终点中间点弧段1弧段3弧段2弧段4点:面:弧:邻接相交重合相离包含点—点点—线点—面线—面面—面线—线欧拉公式：欧拉公式在GIS中有着重要的意义，主要用来检查空间拓扑关系的正确性，能发现点、线、面不匹配的情况和多余、遗漏的图形元素。c+a=n+bn:结点数a:弧段数b:多边形数c:常数，为多边形地图特征。若b包含边界里面和外面的多边形，则c=2，若b仅包含边界内部多边形，则c=1n=4，a=4b=1，c=1n=6，a=5b=2，c=1，p=2（图形数）n=4，a=5b=2，c=1n=10，a=12b=3，c=1空间拓扑关系表达—关系表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 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 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

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

第三节空间数据结构的类型空间数据结构矢量数据结构栅格数据结构栅格结构与矢量结构的比较一、常用的空间数据结构XYijx1y1x2y2xiyixnyn

数据结构即指数据组织的形式，是适合于计算机存储、管理和处理的数据逻辑结构。对空间数据则是地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描述。矢量数据结构矢量数据结构是通过记录坐标的方式，尽可能地将点、线、面地理实体表现得精确无误。矢量数据能更精确地定义位置、长度和大小。

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。矢量数据结构编码的基本内容

矢量数据结构通过记录空间对象的坐标及空间关系来表达空间对象的位置。点：空间的一个坐标点；线：多个点组成的弧段；面：多个弧段组成的封闭多边形；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存储方法点实体线实体面实体多边形矢量编码，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，以便使这些基本的空间单元可以作为专题图的资料进行显示和操作。

简单的矢量数据结构—面条结构（实体式）只记录空间对象的位置坐标和属性信息，不记录拓扑关系。存储：独立存储：空间对象位置直接跟随空间对象；点位字典：点坐标独立存储，线、面由点号组成特征无拓扑关系，主要用于显示、输出及一般查询公共边重复存储，存在数据冗余，难以保证数据独立性和一致性多边形分解和合并不易进行，邻域处理较复杂；处理嵌套多边形比较麻烦适用范围：制图及一般查询，不适合复杂的空间分析简单的矢量数据结构—面条结构（实体式）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)索引式线与多边形之间的树状索引

点与多边形之间的树状索引

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

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。

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 周长面积中心点坐标 A h,b,a B g,f,c,h,-j C j D e,i,f E e,i,d,b

拓扑关系空间实体不仅具有空间位置、形状、大小等空间特征，而且不同实体间还存在邻接、关联和包含等空间相互关系特征，由于描述空间实体的这种关系不需要考虑空间坐标和距离因素，所以，这种点、线、面之间的空间关系又称为拓扑关系。拓扑关系包含：指存在于空间图形的同类元素之间的拓扑关系。拓扑数据结构类型拓扑数据结构类型拓扑关联指存在于空间图形的不同元素之间的拓扑关系。拓扑包含指存在于空间图形的同类，但不同等级的元素之间的拓扑关系。要将结点、弧段和多边形之间的拓扑关系表达出来，可以形成4个关系表。（见图）拓扑数据结构类型特点：

点是相互独立的，点连成，线构成面；

每条线始于起始结点（FN），止于终止结点（TN），并与左右多边形（LP和RP）相邻接；

构成多边形的线又称弧段或链段，两条以上的弧段相交的点称为结点，由一条弧段组成的多边形称为岛，多边形图中，不含岛的多边形称为简单多边形，表示单连通区域，含岛的多边形称为复合多边形，表示复连通区域；

在复连通区域中，包含有外边界和内边界，岛区多边形看作是复连通区域的内边界。拓扑数据结构类型

在拓扑数据结构中，弧段或链段是数据组织的基本对象。弧段文件由弧段记录组成，包括每个结点的结点号、结点坐标及与该结点连接的弧段标识码等。多边形文件有多边形记录组成，包括多边形标识码、组成该多边形的弧段标识码以及相关属性等。(见图)矢量结构图形基本元素弧段与（结）点间的拓扑关系结点与弧段间的拓扑关系弧段与多边形间的拓扑关系多边形与弧段间的拓扑关系拓扑数据结构类型拓扑数据结构最重要的技术特征和贡献是具有拓扑编辑功能。保证数字化原始数据的自动查错编辑；自动形成封闭的多边形边界。拓扑编辑功能包括多边形连接编辑和结点连接编辑。多边形连接编辑：指顺序连接组成封闭多边形一组线段的编辑。具体的编辑算法如下：如，假设要对多边形P1进行编辑，其算法过程为：（1）从表2-5所示的弧段文件中，检索出与当前编辑的多边形P1相关的所有记录，即：拓扑数据结构类型（2）在检索出的记录中，计算机检查当前编辑的多边形P1所处的位置，如果P1位在左多边形位置，将之与位于右多边形位置的多边形号相交换，同时也将该记录的结点号位置作相应的交换；反之，如果当前编辑的多边形P1位于右多边形位置，则该记录的所有数据项顺序不作改变。按照上述规则，检索出的记录变为以下形式：弧段号起结点终结点左多边形右多边形C1C2C3N1N3N1N2N2N3P2P1P1P1P4Ø拓扑数据结构类型弧段号起结点终结点左多边形右多边形C1C2C3N1N2N3N2N3N1P2P4ØP1P1P1弧段号起结点终结点左多边形右多边形C1C2C3N1N3N1N2N2N3P2P1P1P1P4Ø拓扑数据结构类型弧段号起结点终结点左多边形右多边形C1C2C3N1N2N3N2N3N1P2P4ØP1P1P1（3）从经过代码位置转换的记录中，任取一个起结点，顺序连接各个结点，必要时可对记录的前后顺序作调整，使得连接的结点能自行封闭。如果依照上述顺序连接的结点不能自行闭合，或出现记录缺损或记录多余等情况，则表示弧段文件有错，必须改正出错的记录，直到所有多边形都经过编辑和改正再转入结点连接编辑。矢量数据结构的特点定位明显，属性隐含用拓扑关系描述空间对象之间的关系面向目标操作，精度高，数据冗余度小与遥感等图象数据难以结合输出图形质量号，精度高商品化较好的GIS软件的数据库数据组织都具有完整的拓朴结构：（如ARC/INFO）矢量拓朴编码方法软件举例：Topology拓朴学

TopologicalRelation

从上至下（poly-ARC-Node)的拓朴关系（图b).得到明确表达或从下至上（Node-ARC-poly)

用关系表列出这种拓朴关系。Topologicalrelationconfigrationtable.polygon-ARCTopologicalrelationb=b(a)polygonARCB1B2B3B4A1

A2

A3A2

A5

A6A3

A4

A7A6

A7

A8

ARC-NodeTopologya=a(n);Node-ARCtopologyn=n(a)ARCNODE

NODEARCA1

A2

A3

A4

A5

A6

A7

A8N1

N2

N2

N3

N1

N3

N1

N4

N2

N5

N3

N5

N3

N4

N4

N5N1

N2

N3

N4

N5A1

A3

A4

A1

A2

A5

A2

A3

A6

A7

A4

A7

A8

A5

A6

A8ARC-polygontopolya=a(b)ARCLPOLY

RPOLYA1

A2

A3

A4

A5

A6

A7

A80

B2

B1

B3

0

B2

B4

b4B1

B1

B3

0

B2

B4

B3

0ARC/INFO中的弧段数据结构ARCIDFnodeTonodeLpolyRpolyarccoordinationA1

A2

A3

A4

A5

A6

A7

A8N1

N2

N1

N1

N2

N3

N3

N4N2

N3

N3

N4

N5

N5

N4

N50

B2

B1

B3

0

B2

B4

B4B1

B1

B3

0

B2

B4

B3

0Xn1,Yn1...Xn2,Yn2

Xn2,Yn2...Xn3,Yn3

Xn1,Yn1...Xn3,Yn3

Xn1,Yn1...Xn4,Yn4

Xn2,Yn2...Xn5,Yn5

Xn3,Yn3...Xn5,Yn5

Xn3,Yn3...Xn4,Yn4

Xn4,Yn4...Xn5,Yn5一、栅格数据结构

栅格数据的应用模型基于栅格模型的数据结构简称为栅格数据结构，指将空间分割成有规则的网格，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。点线面对于栅格数据结构点：为一个像元线：在一定方向上连接成串的相邻像元集合。面：聚集在一起的相邻像元集合。一、栅格矩阵结构（直接栅格编码）

栅格数据的组织方法ABCD

AACCBACCBBDCBDDD栅格数据的组织方法在计算机中，直接栅格编码文件是以行为记录单位，按行存储地理数据的。

AACCBACCBBDCBDDD行号栅格值1234AACCBACCBBDCBDDD直接栅格编码文件栅格数据的取值

栅格数据的组织方法ABCD

AACCBACCBBDCBDDD（1）面积占优法面积占优法是把栅格中占有最大面积的属性值定为本栅格元素的值栅格数据的取值

栅格数据的组织方法ABCD

AACCBACCBBDCBDDC（2）中心点法中心点法是将栅格中心点的值作为本栅格元素的值栅格数据的取值

栅格数据的组织方法ABCD

AACCBACCBBDCBDDC（3）长度占优法长度占优法是将网格中心画一横线,然后用横线所占最长部分的属性值作为本栅格元素的值栅格数据的取值

栅格数据的组织方法ABCD

AACCBACCBBCCBDDC（4）重要性法重要性法往往突出某些主要属性，对于这些属性，只要在栅格中出现，就把该属性作为本栅格元素的值栅格数据的组织方法无论如何取值，在计算机中，如果矩阵的每个元素用一个双字节表示，则一个图层的全栅格数据所需要的存储空间为m（行）×n（列）×2（字节）。如：一个面积为100km2的区域，如果网格边长取为1m，每个网格用一个双字节表示，则一个图层的要素就占用？兆字节的存储空间。200栅格数据的组织方法因此，栅格数据的压缩是栅格数据结构要解决的重要任务。栅格数据结构：坐标系与描述参数Y：列X：行西南角格网坐标（XWS，YWS）格网分辨率链码(chainEncoding)直接栅格编码游程长编码(Run_lengthEncoding)块码四叉树编码(quarter_treeEncoding)栅格结构编码方法1、直接栅格编码

直接编码就是将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行（或逐列）逐个记录代码，可以每行从左到右逐像元记录，也可奇数行从左到右而偶数行由右向左记录，为了特定的目的还可采用其他特殊的顺序。

02255555222225550000033322223355002333550033335300033333000033330，2，2，5，5，5，5，5；2，2，2，2，2，5，5，5；2，2，2，2，3，3，5，5；0，0，2，3，3，3，5，5；0，0，3，3，3，3，5，3；0，0，0，3，3，3，3，3；0，0，0，0，3，3，3，3；0，0，0，0，0，3，3，3。

由起点位置和一系列在基本方向的单位矢量给出每个后续点相对其前继点的可能的8个基本方向之一表示。8个基本方向代码分别为0，1，2，3，4，5，6，7，如下图所示。单位矢量的长度默认为一个栅格单元。2、链码12345076001076701100链码编码：

2，2，6，7，6，0，6，5123450760500000000500000000000000500000000550000000500000050000000000000链码编码示例游程编码结构

游程编码（RunLengthCode）是对有块状地物(多边形)的栅格数据进行压缩编码。

游程：栅格矩阵一行内相邻同值栅格的数量。游程编码结构是在栅格数据矩阵中，逐行将相邻同值栅格合并，并记录合并后栅格的值及合并栅格的长度。目的是压缩栅格数据量，消除数据冗余。

3、游程长度编码游程编码结构编码结构的建立方法：把栅格矩阵的数据序列X1、X2,…,XN，映射为二元组序列（Ai,Pi）

Ai——栅格属性值

Pi——游程长度

其中：i=1,2,..,K

(K≤n)，K是游程总数，N栅格总数。

3、游程长度编码(1)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；0225555522222555000003332222335500233355003333530003333300003333沿行方向进行编码：(0，1），（2，2），（5，5）；（2，5），（5，3）；（2，4），（3，2），（5，2）；（0，2），（2，1），（3，3），（5，2）；（0，2），（3，4），（5，1），（3，1）；（0，3），（3，5）；（0，4），（3，4）；（0，5），（3，3）。3、游程长度编码逐个记录各行（或列）代码发生变化的位置和相应代码。0225555522222555000003332222335500233355003333530003333300003333沿列方向进行编码：(1，0），（2，2），（4，0）；（1，2），（4，0）；（1，2），（5，3），（6，0）；（1，5），（2，2），（4，3），（7，0）；（1，5），（2，2），（3，3），（8，0）；（1，5），（3，3）；（1，5），（6，3）；（1，5），（5，3）。估算图层的数据冗余度：

Re=1-Q/m*n其中，Q—图层内相邻属性值变化次数的累加和；

m—图层网格的行数；

n—图层网格的列数；当Re>1/5时，压缩效果明显；压缩比S=n/K其中，n—直接编码存储容量；

K—游程编码存储容量。

4、块码

采用方形区域作为记录单元，数据编码由初始位置行列号加上半径，再加上记录单元的代码组成。0225555522222555000003332222335500233355003333530003333300003333（1，1，1，0），（1，2，2，2），（1，4，1，5），（1，5，1，5），（1，6，2，5），（1，8，1，5）；（2，1，1，2），（2，4，1，2），（2，5，1，2），（2，8，1，5）；（3，3，1，2），（3，4，1，2），（3，5，2，3），（3，7，2，5）；（4，1，2，0），（4，3，1，2），（4，4，1，3）；（5，3，1，3），（5，4，2，3），（5，6，1，3），（5，7，1，5），（5，8，1，3）；（6，1，3，0），（6，6，3，3）；（7，4，1，0），（7，5，1，3）；（8，4，1，0），（8，5，1，0）。

5、四叉树编码

是根据栅格数据二维空间分布的特点，将空间区域按照4个象限进行递归分割（2n×2n，且n>1），直到子象限的数值单调为止，最后得到一棵四分叉的倒向树。四叉树分解，各子象限大小不完全一样，但都是同代码栅格单元组成的子块，其中最上面的一个结点叫做根结点，它对应于整个图形。不能再分的结点称为叶子结点，可能落在不同的层上，该结点代表子象限单一的代码，所有叶子结点所代表的方形区域覆盖了整个图形。从上到下，从左到右为叶子结点编号，最下面的一排数字表示各子区的代码。为了保证四叉树分解能不断的进行下去，要求图形必须为2n×2n的栅格阵列。n为极限分割次数，n＋1是四叉树最大层数或最大高度0225555522222555000003332222335500233355003333530003333300003333①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩1112131415161718192021222324252627282930313233363738393435400000333033333530022232222022225255533355西南东南西北东北000…00001101001122位6位4位3建立四叉树的方法自上而下（top-down)自下而上（bottom-up）88800000888800008888800087888800778884007788444477744444777774400层1层2层3层NW2NE3SW0SE1象限编码的记录：位置/属性四叉树编码（Quadtreeencoding）属性00008880888888878004448444440444478747777位置编码采用二进制：方向+深度例：结点6：深度为3方向：0层（SW）：0 1层（NE）：3 2层（NW）：2

四叉树编码：0011100011四叉树的建立方法（存储量的不同）

线性四叉树编码的存储算法

三个量：地址、深度、结点值

常规四叉树编码的存储算法六个量：4个子结点指针、1个父结点指针（根结点的父指针为空，叶结点的子指针为空）、1个结点值四叉树编码法的优点：①容易而有效地计算多边形的数量特征；②阵列各部分的分辨率是可变的，边界复杂部分四叉树较高即分级多，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贮量；③栅格到四叉树及四叉树到简单栅格结构的转换比其它压缩方法容易；④多边形中嵌套异类小多边形的表示较方便。四叉树编码法的缺点：转换的不定性，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，故不利于形状分析和模式识别。

但因它允许多边形中嵌套多边形即所谓“洞”这种结构存在，使越来越多的地理信息系统工作者都对四叉树结构很感兴趣。四叉树编码法的选择：图形的复杂情况在系统中备有相应的程序用户的分析目的和分析方法

练习由直接栅格编码转换成四叉树编码的树状表示333331111111333331111111333111144441333111444444332221114441322221111411222221111111222221111111222222111111222222111111答案3331111031333111411311441332221444103211141122211122221110210000000000直接栅格编码：简单直观，是压缩编码方法的逻辑原型（栅格文件）；链码：压缩效率较高，以接近矢量结构，对边界的运算比较方便，但不具有区域性质，区域运算较难；游程长度编码：在很大程度上压缩数据，又最大限度的保留了原始栅格结构，编码解码十分容易，十分适合于微机地理信息系统采用；块码和四叉树编码：具有区域性质，又具有可变的分辨率，有较高的压缩效率，四叉树编码可以直接进行大量图形图象运算，效率较高，是很有前途的编码方法。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。

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,易于遥感数据结合,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

矢量结构

栅格结构矢量与栅格数据结构的比较优点缺点矢量数据结构1.便于面向现象(土壤类、土地利用单元等)；

2.数据结构紧凑、冗余度低；

3.有利于网络分析；

4.图形显示质量好、精度高。1.数据结构复杂；

2.软件与硬件的技术要求比较高；

3.多边形叠合等分析比较困难；

4.显示与绘图成本比较高。栅格数据结构1.数据结构简单；

2.空间分析和地理现象的模拟均比较容易；

3.有利于与遥感数据的匹配应用和分析；

4.输出方法快速，成本比较低廉。1.图形数据量大；

2.投影转换比较困难；

3.栅格地图的图形质量相对较低；

4.现象识别的效果不如矢量方法。矢量、栅格一体化数据结构

栅格数据结构和矢量数据结构可以互相补充，所以现代GIS中（ARC/INFO）既含有栅格结构又保持矢量结构，形成一种混合数据结构，两者的合属性数据的关系