地理信息系统概论：第二讲 地理信息数据组织 数据结构2013

四、空间数据结构1、空间数据结构概念及标准2、空间数据结构类型3、空间数据结构的建立空间数据结构的概念及标准空间数据结构：是指空间数据的编排方式和组织关系。空间数据编码：空间数据编码是空间数据结构的实现，目的是将图形数据、影像数据、统计数据等资料，按一定的数据结构转换为适用于计算机存储和处理的形式。空间数据结构作用：数据结构在GIS中对于数据采集、存储、查询、检索和应用分析等操作方式有着重要的影响。几个概念空间数据结构的概念及标准高效率的数据结构，应具备几方面的要求：组织的数据能够表示要素之间的层次关系，便于不同数据连接和覆盖；能正确反映地理实体的空间排列方式和各实体之间的相互关系；便于存储和检索；节省存储空间，减少数据冗余；存储速度快，在运算速度较慢的微机上能快速响应；有足够的灵活性，数据组织应具有插入新的数据、删除或修改部分数据的基本功能。空间数据结构的类型矢量数据结构栅格数据结构矢量与栅格混合数据结构空间数据结构的类型矢量数据结构（阅读P86）矢量数据结构：是利用欧几里得几何学中的点、线、面及其组合体来表示地理实体空间分布的一种数据组织方式。矢量数据结构的主要类型：简单数据结构、拓扑数据结构和曲面数据结构。空间数据结构的类型矢量数据结构简单数据结构在简单数据结构中，空间数据按照基本的空间对象（点、线或多边形）为单元进行单独组织，不含有拓扑关系数据。最典型的是面条（Spaghetti）结构。简单数据结构的特点（P.38）C4C10N4C8C6P3C7N6N3C3N1P1C2N2C1P2C5N5P4P5C9N7

x

yxyxy…xyx

yxyxy…xy

…

x

yxyxy…xyP1P2P5数据项多边形1122331111223311…11223311Spaghetti数据结构及编码文件空间数据结构的类型拓扑数据结构拓扑数据结构包括DIME（对偶独立地图编码法）、POLYVRT（多边形转换器）、TIGER（地理编码和参照系统的拓扑集成）等。其共同特点是：点是相互独立的，点连成线，线构成面。在这种数据结构中，弧段或链段是数据组织的基本对象。弧段号起结点终结点左多边形右多边形C1N1N2P2P1C2N3N2P1P4C3N1N3P1ØC4N1N4ØP2C5N2N5P2P4C6N4N5P3P2C7N5N6P3P4C8N4N6ØP3C9N7N7P4P5C10N3N6P4Ø弧段号起结点终结点左多边形右多边形C1N1N2P2P1C2N3N2P1P4C3N1N3P1ØC4N1N4ØP2C5N2N5P2P4C6N4N5P3P2C7N5N6P3P4C8N4N6ØP3C9N7N7P4P5C10N3N6P4Ø拓扑数据结构的弧段文件构成空间数据结构的类型矢量数据结构---拓扑数据结构拓扑数据结构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。拓扑编辑功能包括多边形连接编辑和结点连接编辑。多边形连接编辑的算法过程（P.39~40)结点连接编辑的算法过程（P.40~41)空间数据结构的类型矢量数据结构-----拓扑数据结构拓扑数据结构特点：点是相互独立的，点连成线，线构成面。数据组织的基本对象：弧段或链段矢量数据结构-----二维矢量数据类型弧段结点（也称起、终结点）弧段节点（也称中间点）矢量数据结构-----拓扑数据结构1、点数据结构123456点编号坐标1x1,y12x2,y23x3,y34x4,y45x5,y56x6,y6点编号性质分类名称1石牌村2杨箕村3456坐标表属性表拓扑表（无）2、线数据结构弧段号坐标A1x1,y1….Xn,YnA2x2,y2….Xn,YnA3x3,y3….Xn,YnA4x4,y4….Xn,YnA5x5,y5….Xn,YnA6A7x6,y6….Xn,Ynx7,y7….Xn,Yn弧段号性质分类名称A1干道天河路A2干道黄埔大道A3干道黄埔大道A4公路中山大道A5公路中山大道A6A7干道干道天河路天和路坐标表属性表拓扑表矢量数据结构-----拓扑数据结构弧段号起结点终结点左多边形右多边形A1N3N8ØØA2N5N8ØØA3N6N8ØØA4N1N7ØØA5N2N5ØØA6N8N7ØØA7N4N7ØØ弧段号起结点终结点左多边形右多边形A1N3N8ØØA2N5N8ØØA3N6N8ØØA4N1N7ØØA5N2N5ØØA6N8N7ØØA7N4N7ØØ结论：此数据结构可解决图形之间的连通关系弧段号起结点终结点左多边形右多边形C1N1N2P2P1C2N3N2P1P4C3N1N3P1ØC4N1N4ØP2C5N2N5P2P4C6N4N5P3P2C7N5N6P3P4C8N4N6ØP3C9N7N7P4P5C10N3N6P4Ø多边形编号坐标P1(x1,y1)…………..(x1,y1)P2(x2,y2)…………..(x2,y2)P3(x3,y3)…………..(x3,y3)P4(x4,y4)…………..(x4,y4)P5(x5,y5)…………..(x5,y5)P6(x6,y6)…………..(x6,y6)多边形编号周长面积名称P1草地P2灌木P3农田P4P5P6坐标表属性表拓扑表3、多边形的数据结构弧段号起结点终结点左多边形右多边形C1N1N2P2P1C2N3N2P1P4C3N1N3P1ØC4N1N4ØP2C5N2N5P2P4C6N4N5P3P2C7N5N6P3P4C8N4N6ØP3C9N7N7P4P5C10N3N6P4Ø结论：此数据结构可解决图形之间的邻接、包含关系空间数据结构的类型矢量数据结构曲面数据结构狄洛尼（Delaunay）三角网常被用于TIN的生成。狄洛尼三角网简介三角形识别码相邻三角形三角形顶点顶点坐标和特征值△1△2△31st2nd3rdX1Y1Z1X2Y2Z2X3Y3Z3IIIIIIIVVVIVIIVIII

IIIIIIIIIVIVIVVIIIIIVVVIIIIVVIIIVII000VI0VII00145767883342511622257277不规则三角网的数据组织1I

2345678III

II

VIIIIV

V

VI

VII

不规则三角网空间数据结构的类型栅格数据结构（阅读93）栅格数据结构栅格数据结构：指将空间分割成各个规则的网格单元，然后在各个网格单元内赋以空间对象相应的属性值的一种数据组织方式。网格通常是正方形，有时也采用矩形、等边三角形和六边形。网格边长决定栅格数据的精度。当用栅格数据来表示地理实体时，不论网格边长多细，与原实体特征相比较，信息都有丢失。

矢量结构

栅格结构

2255275577755555

栅格结构

257栅格数据重要参数:1、栅格形状2、栅格单元大小3、栅格原点4、栅格的倾角5、栅格大小栅格数据的获取遥感方式：直接通过摄影获取栅格图像（遥感图像）扫描方式：直接通过扫面，将图纸转换为栅格软件转换：通过专业软件，将矢量数据转换为栅格空间数据结构的类型栅格数据结构栅格数据结构栅格数据结构的主要类型：栅格矩阵结构、游程编码结构、四叉树数据结构、八叉树数据结构和十六叉树数据结构。空间数据结构的类型栅格数据结构栅格数据结构栅格矩阵结构栅格矩阵结构是指一种全栅格阵列的空间数据组织形式。2572255275577755555巨大的存储量栅格数据的压缩是栅格数据结构要解决的重要任务之一。空间数据结构的类型栅格数据结构栅格数据结构游程编码结构游程指相邻同值网格的数量，游程编码结构是逐行将相邻同值的网格合并，并记录合并后网格的值及合并网格的长度，其目的是压缩栅格数量，消除数据冗余。2255275577755555序号二元组序列1（2，2）2（5，2）3（2，1）4（7，1）5（5，2）6（7，3）7（5，5）游程编码表示栅格矩阵数据

二元映射空间数据结构的类型栅格数据结构栅格数据结构游程编码结构游程编码能否压缩数据量，主要取决于栅格数据的冗余度。游程编码是一种无损压缩方法。当栅格数据为规则的数字地形高程（即DEM）时，可先通过差分映射进行预处理，然后再采用游程长度压缩编码法。游程编码数据的组织：通常采用索引顺序文件的方法。空间数据结构的类型栅格数据结构栅格数据结构四叉树数据结构（自学）将图像区域按4个大小相同的象限等分，每个象限又根据一定规则判断是否继续等分为次一层的4个象限，无论分割到哪一层象限，只要子象限上仅含一种属性代码或符合既定要求的少数几种属性时，就停止分割。3334444433334444133344421133322211113222111122221111122211111222四叉树分解过程

叶结点分支结点空间数据结构的类型栅格数据结构栅格数据结构四叉树数据结构建立四叉树有两种方法：自上而下（top-down）方式和自下而上（bottom-up）方式。自上而下方式简介空间数据结构的类型栅格数据结构栅格数据结构四叉树数据结构自下而上方式简介12561718212234781920232491013142526293011121516272831323334……3536……空间数据结构的类型栅格数据结构栅格数据结构四叉树数据结构线性编码四叉树vs.常规四叉树线性四叉树编码的存储算法常规四叉树编码的存储算法八叉树和十六叉树结构（了解）栅格数据压缩组织影像金字塔：

在同一地区，同一坐标系统中，用不同的分辨率记录同样的地理环境。空间数据结构的类型矢量与栅格一体化数据结构（阅读P103）矢量与栅格一体化的基本概念在数字化一个线状实体时，除记录原始取样点外，还记录所通过的栅