第二章GIS的数据结构

第二章地理信息系统的数据结构第一节地理空间及其表达第二节地理空间数据及其特征第三节空间数据结构的类型第四节空间数据结构的建立本章重点：空间数据的拓扑关系、两种空间数据结构的特点及其编码方法。本章内容地理空间（现象）地理空间的整体框架地理空间的参照基础地理空间信息的表达空间信息计算机表示①现实世界中图形数据的表示与存储②现实世界中属性数据的表示与存储空间数据库空间数据结构数据库第一节地理空间及其表达一、地理空间的概念地理空间（GeographicSpace）：

指上至大气电离层，下至地幔莫霍面之间的空间区域。定义

GIS中的概念常用“地理空间”(geo-spatial)来表述，一般包括地理空间定位框架及其所连接的空间对象地理信息系统中的地理空间通常是指经过投影变换放在笛卡儿平面直角坐标系中的地球表层特征空间。

第一节地理空间及其表达一、地理空间的概念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。大地测量控制：为建立所有的地理数据的坐标位置提供了一个通用的参考体系。

GIS的任何空间数据都必须纳入一个统一的空间参照系中，以实现不同来源数据的融合、连接与统一。地理空间的数学建构（如何建立地球表面的几何模型）地球(地球自然表面）大地体(大地水准面）地球椭球体定向定位坐标系确定大地基准面大地体(大地水准面）ab地球椭球体地球的自然表面

地球表面几何模型可以分为三类:（1）地球的自然表面；（2）大地水准面；（3）地球椭球面。椭球名称创立年代长半径a（m）短半径b（m）扁率αWGS-841984637813763567521:298.261975年国际椭球（中国1980西安坐标系采用）1975637814063567551:298.257海福特（Hayford）(中国1953年以前采用）1910637838863569121：297克拉索夫斯基（Красовбкий）（中国1954年北京坐标系采用）1940637824563568631：298.3世界地图以及我国不同时期所采用的地球椭球及其几何参数有了椭球体，在实际建立地理空间坐标系的时候，还需要指定一个大地基准面将这个椭球体与大地体联系起来，在大地测量学中称之为椭球定位。定位：就是依据一定的条件，将具有给定参数的椭球与大地体的相关位置确定下来。一定条件，可以理解为两个方面：（1）依据什么要求使大地水准面与椭球面符合；（2）对轴向的规定。参考椭球的短轴与地球旋转轴平行是参考椭球定位的最基本要求。参考定位：强调局部地区大地水准面与椭球面较好的定位绝对定位：强调全球大地水准面与椭球面符合较好的定位

第一节地理空间及其表达一、地理空间的概念旋转椭球体（是一个可用数学公式描述的规则的几何表面，确定了椭球参数、定位、定向）参考椭球体（局部定位）总地球椭球体（地心定位）大地基准（用以定义地球旋转椭球体的一系列参数）大地坐标系（以大地基准建立的坐标系）参心坐标系地心坐标系椭球定向是指确定椭球旋转轴的方向,不论是局部定位还是地心定位,都应满足两个平行条件:①椭球短轴平行于地球自转轴;②大地起始子午面平行于天文起始子午面第一节地理空间及其表达一、地理空间的概念大地坐标系采用时间椭球体名称南京坐标系1954年前海福特（Hayford）北京54坐标系（BJZ54）1954-1980克拉索夫斯基（Krasovsky）国家80大地坐标系1980-75年国际椭球（IUUG-75）

GPS坐标系现在WGS842000国家大地坐标系现在WGS84坐标系很相近参心坐标系第一节地理空间及其表达一、地理空间的概念1954年北京坐标系（BJ54旧）坐标原点：前苏联的普尔科沃。

参考椭球：克拉索夫斯基椭球。

平差方法：分区分期局部平差。

存在的问题：（1）椭球参数有较大误差。（2）参考椭球面与我国大地水准面存在着自西向东明显的系统性倾斜。（3）几何大地测量和物理大地测量应用的参考面不统一。（4）定向不明确。第一节地理空间及其表达一、地理空间的概念1980年国家大地坐标系（GDZ80）坐标原点：陕西省泾阳县永乐镇。参考椭球：1975年国际椭球。平差方法：天文大地网整体平差。特点：（1）采用1975年国际椭球。（2）参心大地坐标系是在1954年北京坐标系基础上建立起来的。（3）椭球面同似大地水准面在我国境内最为密合，是多点定位。（4）定向明确。（5）大地原点地处我国中部。（6）大地高程基准采用1956年黄海高程。第一节地理空间及其表达一、地理空间的概念新1954年北京坐标系（BJ54新）新1954年北京坐标系（BJ54新）是由1980年国家大地坐标（GDZ80）转换得来的。坐标原点：陕西省泾阳县永乐镇。参考椭球：克拉索夫斯基椭球。平差方法：天文大地网整体平差。WGS-84的定义：WGS-84是修正NSWC9Z-2参考系的原点和尺度变化，并旋转其参考子午面与BIH定义的零度子午面一致而得到的一个新参考系，WGS-84坐标系的原点在地球质心，Z轴指向BIH1984.0定义的协定地球极（CTP）方向，X轴指向BIH1984.0的零度子午面和CTP赤道的交点，Y轴和Z、X轴构成右手坐标系。它是一个地固坐标系。WGS-84坐标系第一节地理空间及其表达一、地理空间的概念第一节地理空间及其表达一、地理空间的概念国家平面控制网是确定地貌地物平面位置的坐标体系，按控制等级和施测精度分为一、二、三、四等网。目前提供使用的国家平面控制网含三角点、导线点共154348个，构成1954北京坐标系统、1980西安坐标系两套系统。平面控制网第一节地理空间及其表达一、地理空间的概念高程控制网高程系大地水准面

绝对高程相对高程4.我国高程系统（1）大地水平面确定（青岛验潮站）（2）1956年黄海高程系(1956年黄海高程系（1950~1956）青岛大港验潮站一号军用码头)（3）1985国家高程基准（1953~1977）

青岛大港1号码头验潮站标牌我国解放初期，采用1950～1956年验潮资料,求得平均海水面位置,进而测得水准原点的高程为72.289m，此高程系统称为1956年黄海高程系。由于验潮资料时间周期短，不甚精确；

为提高大地水准面的精度，国家又根据青岛验潮站1952-1979年的验潮资料组合成了10个周期为19年的验潮资料，经精确计算，于1985年重新确定了黄海平均海水面的位置和高程原点的高程（72.260m），并决定从1988年起，一律按此原点高程推算全国控制点的高程，称为“1985年国家高程基准”。可见，我国的验潮资料也为近年来海平面上涨提供了依据。《1985国家高程基准》比《黄海平均海水面》上升29毫米第一节地理空间及其表达二、空间实体的表达空间实体的表达类型点状类型线状类型面状类型第一节地理空间及其表达二、空间实体的表达点状类型常见的空间实体有：城镇，乡村居民点，车站，工厂，学校，基地等分布状态单个点位集中成片分散状态点是有特定的位置，维数为零的物体，包括：．点实体：用来代表一个实体；．注记点：用于定位注记；．内点：用于记录多边形的属性，存在于多边形内；．结点（节点）（Node）：表示线的终点和起点；．第一节地理空间及其表达二、空间实体的表达线状类型常见的地理实体有：河流，海岸，地下管道，行政边界等线状类型单线类型双线类型网状类型线对象是GIS中非常常用的维度为1的空间组分，表示对象和它们边界的空间属性，由一系列坐标表示：．实体长度：从起点到终点的总长；．弯曲度：用于表示像道路拐弯时弯曲的程度；．方向性：水流方向是从上游到下游，公路则有单向与双向之分。第一节地理空间及其表达二、空间实体的表达面状类型

常见的空间实体有：土壤，耕地，草原，沙漠，行政区域等①实体有明显边界（如建筑物等）②宏观上观察有边界，但实际无边界（如土壤类型等）面状实体也称为多边形，是对湖泊、岛屿、地块等一类现象的描述。通常在数据库中由一封闭曲线加内点来表示。湖泊河道居民地在计算机中，现实世界是以各种数字和字符形式来表达和记录的；对现实世界的各类空间对象的表达有两种方法，分别称为矢量表示法（矢量数据模型）和栅格表示法（栅格数据模型）第一节地理空间及其表达二、空间实体的表达第一节地理空间及其表达二、空间实体的表达空间实体的描述对空间实体的描述有5种内容：即识别码，位置，实体的特征，实体的角色、行为或功能以及实体的空间特性。

识别码：用于区别同类而又不同的实体。某种情况下，同一实体在不同时间用不同的识别码描述，如上行和下行的火车等。

位置：可用坐标描述也可用其它形式，如用邮政编码或文字来描述。

空间特征：也是位置信息的一种，如维数、类型及实体的组合等。属性是实体已定义的特征（如湖泊的面积、道路的等级）。

实体的行为和功能：是指在数据采集过程中不仅要重视实体的静态描述，还要收集那些动态的变化，如岛屿的侵蚀、水体污染的扩散、建筑物的变形等。

第二节地理空间数据及其特征一、GIS空间数据的分类空间数据类型按数据来源分按数据结构分按数据特征分按数据几何特征分按数据发布形式分第二节地理空间数据及其特征一、GIS的空间数据（一）按数据来源分：（1）地图数据（2）影像数据（3）文本数据第二节地理空间数据及其特征一、GIS的空间数据地图点：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),…,(x1,y1)

属性：符号变化等值线

第二节地理空间数据及其特征一、GIS的空间数据遥感影像遥感传感器平台传感器（二）按数据结构分：（1）栅格数据（2）矢量数据一、GIS的空间数据（三）按数据特征分：（1）空间定位数据（2）非空间属性数据一、GIS的空间数据（四）按数据几何特征分：（1）点（2）线（3）面（4）曲面（5）体一、GIS的空间数据（五）按数据发布形式分：（1）数字线划图（DLG）数据（2）数字栅格图（DRG）数据（3）数字高程模型（DEM）数据（4）数字正射影像（DOM）数据一、GIS的空间数据数字正射影像数字高程模型数字栅格图数字线划图第二节地理空间数据及其特征二、空间数据的基本特征（一）空间对象的三大基本特征空间特征

专题特征非空间特征

时间特征空间特征第二节地理空间数据及其特征二、空间数据的基本特征

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。属性特征第二节地理空间数据及其特征二、空间数据的基本特征是指空间对象的专题属性,如名称、分类、质量特征和数量特征等。时间特征

第二节地理空间数据及其特征二、空间数据的基本特征是指空间对象随着时间演变而引起的空间和属性特征的变化。其变化的周期有超短周期的、短期的、中期的和长期的。第二节地理空间数据及其特征二、空间数据的基本特征（二）空间数据表达的基本信息定位信息空间拓扑信息

属性属性信息

拓扑一词来自于希腊文，意思是“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够保持不变的几何属性——拓扑属性。假如：在橡皮表面有一个多边形，多边形内部有一个点。无论对橡皮进行压缩或拉伸，点依然存在于多边形内部，点和多边形之间的空间位置关系不改变，而多边形的面积则会发生变化。空间实体保持连续状态下变形但相互关系仍不变的性质。拓扑关系第二节地理空间数据及其特征三、空间数据的拓扑关系第二节地理空间数据及其特征空间实体的拓朴关系可用“相邻”、“相交”、“相离”、“包含”、“重合”等述语来描述邻接相交重合相离包含点—点点—线点—面线—面面—面线—线三、空间数据的拓扑关系拓扑关系表达第二节地理空间数据及其特征三、空间数据的拓扑关系拓扑关系的建立和表现是网络分析的基础，对空间数据的拓扑关系主要从三个方面来表达拓朴关联性（不同类元素的拓扑关系）拓朴邻接性（同类元素的拓扑关系）拓朴包含性（相同类型但不同等级的元素

之间的拓扑关系）（1）拓扑关联性拓扑关联性用来表达空间实体不同类元素的拓扑关系，一般用关联表来表示拓朴关联表包含四个表

多边形与弧段的拓扑关联表弧段与结点的拓扑关联表结点与弧段的拓扑关联表弧段与多边形的拓扑关联表PB1B1B1A1A2A3N1N2N3PB1B2B3A1A2A3N1N2N3第二节地理空间数据及其特征三、空间数据的拓扑关系●●●●●A1B1A2A4A3A7A8A6A5B2B3B4N1N3N2N5N4多边形弧段表1多边形与弧段的拓扑关联表

B1A1A2A3B2A2A5A6B3A3A4A7B4A6A7A8第二节地理空间数据及其特征三、空间数据的拓扑关系表2弧段与结点的拓扑关联表弧段起点终点A1N1N2A2N2N3A3N1N3A4N1N4A5N2N5A6N3N5A7N3N4A8N4N5第二节地理空间数据及其特征三、空间数据的拓扑关系●●●●●A1B1A2A4A3A7A8A6A5B2B3B4N1N3N2N5N4表3结点与弧段的拓扑关联表

结点弧段N1A1A3A4N2A1A2A5N3A2A3A6A7N4A4A7A8N5A5A6A8第二节地理空间数据及其特征三、空间数据的拓扑关系●●●●●A1B1A2A4A3A7A8A6A5B2B3B4N1N3N2N5N4结点与弧段的拓扑关联矩阵

N1A1A2A3N2A4A5A6N3N4N5A7A8●●●●●A1B1A2A4A3A7A8A6A5B2B3B4N1N3N2N5N41000011001011000011001000011001110001001表4弧段与多边形的拓扑关联表弧段左多边形右多边形A1φB1A2B2B1A3B1B3A4B3φA5φB2A6B2B4A7A8B4B3B4φ第二节地理空间数据及其特征三、空间数据的拓扑关系按Ai中i的大小●●●●●A1B1A2A4A3A7A8A6A5B2B3B4N1N3N2N5N4表4弧段与多边形的拓扑关联表弧段左多边形右多边形A1φB1A2B2B1A3B3B1A4φB3A5φB2A6B4B2A7A8B3B4B4φ第二节地理空间数据及其特征三、空间数据的拓扑关系●●●●●A1B1A2A4A3A7A8A6A5B2B3B4N1N3N2N5N4用拓朴关联表表达同类元素的拓朴关系有两种表达方法全显式表达（四个表）半隐式表达（前三个表的一个和表四）表二可推导表三表三可推导表二表一和表二可推导表四第二节地理空间数据及其特征三、空间数据的拓扑关系拓扑邻接性一般用邻接表或邻接矩阵表示线状图中结点的拓扑邻接矩阵●●●●●●●●●●abcdeabcdeabcdea01001b10101c01010d00101e11010第二节地理空间数据及其特征三、空间数据的拓扑关系ABCDABCDABCDA0101B1011C0101D1110面状图中线的拓扑邻接矩阵拓扑邻接性一般用邻接表或邻接矩阵表示第二节地理空间数据及其特征三、空间数据的拓扑关系第二节地理空间数据及其特征拓扑包含性简单包含P1P2P1P2P3P1P2P3多层包含等价包含三、空间数据的拓扑关系是指空间图形的同类，但不同级的元素之间的拓扑关系。

IDIWIP(a)P110P201(b)P110P211P301(c)P220P201P301P1P2P3P4IDIWIPP1P2P3P4根据下图的拓扑关系填表对GIS空间数据处理和空间分析的意义（1）确定位置根据拓扑关系，不需要利用坐标或距离，可以确定一种地理实体相对于另一地理实体的空间位置关系（2）查询利用拓扑数据有利于空间要素的查询。（3）检验可以利用拓扑关系作为工具，重建地理实体第二节地理空间数据及其特征三、空间数据的拓扑关系空间分幅属性分层时间分段第二节地理空间数据及其特征四、空间数据的计算机表示空间实体图形数据属性数据编码、组织数据数据结构存入计算机空间数据的计算机表示过程第二节地理空间数据及其特征四、空间数据的计算机表示（一）空间分幅1)空间分幅2）空间索引第二节地理空间数据及其特征四、空间数据的计算机表示（二）属性分层（1）GIS数据分层表示；（2)将一个专题层的地理要素或实体分解为点、线、面状目标；（3）对目标进行数字表达（用户标识码，拓扑关系）。第二节地理空间数据及其特征四、空间数据的计算机表示数据分层层分目标第三节空间数据结构的类型

GIS数据结构基本上可分为两大类：矢量数据结构和栅格数据结构

空间数据结构是指空间数据适合于计算机系统存储、管理和处理的地学图形的逻辑结构。即空间数据以什么形式在计算机中存储和处理。第三节空间数据结构的类型是空间数据结构在计算机上的实现。按特定的数据结构转换为适合于计算机存储和处理的数据的过程。

空间数据编码由于地理信息系统数据量极大，一般采用压缩数据的编码方式以减少数据冗余。第三节空间数据结构的类型第三节空间数据结构的类型矢量结构编码栅格结构编码直接栅格编码链码游程长度编码块码四叉树码坐标序列编码树状索引编码二元拓扑编码第三节空间数据结构的类型一、矢量数据结构矢量数据结构定义通过记录坐标方式精确表达点、线、面的空间实体特征的一种数据组织方法第三节空间数据结构的类型一、矢量数据结构矢量数据结构类型（1）简单数据结构（2）拓扑数据结构第三节空间数据结构的类型一、矢量数据结构矢量数据结构特点用离散的坐标点描述空间地理对象及特征用拓扑关系描述矢量数据之间的关系定位明显，属性隐含面向目标的操作◆坐标序列法（Spaghetti方式）

由多边形边界的x、y坐标对集合及说明信息组成，是最简单的一种多边形矢量编码坐标文件如下：10：x1,y1；x2,y2；x3,y3；x4,y4；x5,y5；x6,y6；

x7,y7；x8,y8；x9,y9；x10,y10；x11,y11；20：x1,y1；x12,y12；x13,y13；x14,y14；x15,y15；

x16,y16；x17,y17；x18,y18；x19,y19；x20,y20；

x21,y21；x22,y22；x23,y23；x8,y8；x9,y9；

x10,y10；x11,y11；30：x33,y33；x34,y34；x35,y35；x36,y36；x37,y37x38,y38；x39,y39；x40,y40；40：x19,y19；x20,y20；x21,y21；x28,y28；x29,y29x30,y30；x31,y31；x32,y32；50：x21,y21；x22,y22；x23,y23；x8,y8；x7,y7；

x6,y6；x24,y24；x25,y25；x26,y26；x27,y27；

x28,y28；第三节空间数据结构的类型一、矢量数据结构坐标序列法的特点(a)文件结构简单，编码容易(b)数据编码直观(c)重复存储公共边界(d)没有拓扑关系，缺少邻域信息第三节空间数据结构的类型一、矢量数据结构◆双重独立坐标地图编码法DIME编码（DualIndependentMapEncoding）

DIME是美国人口调查局在人口调查的基础上发展起来的，它通过有向编码建立了多边形、边界、节点之间的拓扑关系，DIME编码成为其它拓扑编码结构的基础。编码方法：

采用一个较复杂的拓朴关联表（点――线、线――面拓朴关联表的综合）对每一条线段记录其点－线，线――面的拓朴关联性。记录内容包括线号、左多边形、右多边形、起始点、终止点。C4N4C8C6P3C7N6C10N3C3N1P1C2N2C1P2C5N5P4P5C9N7第三节空间数据结构的类型一、矢量数据结构弧段号起结点终结点左多边形右多边形C1N1N2P2P1C2N3N2P1P4C3N1N3P1ØC4N1N4ØP2C5N2N5P2P4C6N4N5P3P2C7N5N6P3P4C8N4N6ØP3C9N7N7P4P5C10N3N6P4Ø第三节空间数据结构的类型二、栅格数据结构栅格数据结构定义

栅格数据结构:是指以规则的像元阵列来表示空间实体分布的数据结构。即将地表划分为大小均匀紧密的网格，每个网格(像素)，以行、列号定义，并包含一个代码，表示该像元的属性值。像元将地图某区域的平面表像一定的分解力作行和列的规则划分，形成一个栅格阵列。灰度它用来表示各个像元所具有的表象信息。二值图像如果一个图像的灰度值只有“0”和“1”两种（通常1表示前景元素，用0表示背景元素），则这个图像称为二值图像，或称为二元图像。有关的几个概念第三节空间数据结构的类型二、栅格数据结构特点(a)用离散的量化栅格表示空间实体(b)描述的区域位置隐含，属性明显(c)一般无实体间的拓朴关系(d)面向空间的操作第三节空间数据结构的类型二、栅格数据结构点用一个栅格单元表示

线状地物沿线走向的一组相邻栅格单元表示，每个栅格单元最多只有两个相邻单元在线上

面或区域用记有区域属性的相邻栅格单元的集合表示，每个栅格单元可有多于两个的相邻单元同属一个区域

第三节空间数据结构的类型二、栅格数据结构决定栅格单元代码的方式在栅格图形的表示中，由于图形比例、分辨率大小的不同，栅格的大小也随之变化。一个栅格中可能对应着实体中几种不同的属性值，这样就存在栅格的取值问题决定栅格单元代码的方式有四种中心点法面积占优法重要性法长度占优法第三节空间数据结构的类型二、栅格数据结构◆中心点法指用栅格中心点的属性值作为该栅格元素的值右图栅格取值为3◆面积占优法

在栅格中占有的面积最大的属性值为该栅格的元素的值右图栅格取值为2第三节空间数据结构的类型二、栅格数据结构◆重要性法只要在该栅格中的属性值最重要，是主要的属性，就以该属性值作为该栅格元素的值右图栅格取值为1（设主要属性为1）◆长度占优法在栅格中心划一条横线，用横线所占最长部分的属性值作为该栅格元素的值右图栅格取值为2第三节空间数据结构的类型二、栅格数据结构栅格数据结构编码方法直接栅格编码压缩编码链码（ChainCodes）游程长度编码（Run-LengthCodes）块码四叉树第三节空间数据结构的类型二、栅格数据结构◆直接栅格编码（完全栅格结构）这是最简单直观而又非常重要的一种栅格结构编码方法,通常称这种编码的图像文件为网格文件或栅格文件

直接编码就是将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行（或逐列）或采用其他特殊的顺序逐个记录代码。第三节空间数据结构的类型二、栅格数据结构一些常用的栅格排列顺序第三节空间数据结构的类型二、栅格数据结构假若利用面积占优法决定栅格单元代码，采用行的排列顺序，对下图进行直接栅格编码：第一步：赋值。2222222221111133第二步：编码。（为矩阵形式）2222222221111133第三节空间数据结构的类型二、栅格数据结构采用Morton排列顺序，对下图进行直接栅格编码：第一步：赋值。2222222221111133第二步：编码。（为矩阵形式）2222222223131111由某一原点开始并按某些基本方向确定的单位矢量链。

主要是记录线状地物和面状地物的边界。它把线状地物和面状地物的边界表示为：基本方向可定义为：东＝0，东南＝l，南＝2，西南＝3，西＝4，西北＝5，北＝6，东北＝7等八个基本方向。链式编码的前两个数字表示起点的行、列数，从第三个数字开始的每个数字表示单位矢量的方向，八个方向以0–7的整数代表。

◆链码（ChainCodes）又称为弗里曼链码[Freeman]

或边界链码第三节空间数据结构的类型二、栅格数据结构（a)设定某一点行列号为（i，j），其相邻的栅格点必将相邻于八个方向，将八个方向定义为0、1、2、3、4、5、6、7八个方向值。编码方法NW（5）N（6）NE（7）W（4）（i,j)E（0）SW（3）S（2）SE（1）第三节空间数据结构的类型二、栅格数据结构（b)确定起点的行列号，再用方向值表示后续点，即可形成由基本方向值确定的单位矢量链0123456789100123456789右图线段的链码为：0，0，7，0，0，0，2，2，2，4，4，2，4，4，6第三节空间数据结构的类型二、栅格数据结构0123456789100123456789假设弧段为一等高线，高程（属性）为1260m编码内容包括：系统码、属性值、起始行、起始列、链码ID高程起始行起始列链码0011260320，0，7，0，0，0，2，2，2，4，4，2，4，4，6第三节空间数据结构的类型二、栅格数据结构◆游程编码（Run-LengthCodes）基本思路：

对于一幅栅格图像，常常有行（或列）方向上相邻的若干点具有相同的属性代码，我们把它称为一个游程。因而可按游程编码以压缩那些重复的记录内容。

编码方法:对于一个游程，我们采用两个代码来记录。按每个游程数据结构的编码方式可分游程终止编码(gk，lk)，lk为终起点游程长度编码(gk，lk)，lk为长度游程编码是栅格数据压缩的重要编码方法。

第三节空间数据结构的类型二、栅格数据结构04477777774444777700000447777700444477771111444777111144444411111444440001111444000011111100000011110123456789012345678910游程终止编码游程长度编码（0，1）（4，3）（7，10）（4，4）（7，8）（0，10）（0，3）（4，5）（7，10）（0，2）（4，6）（7，10）（1，4）（4，7）（7，10）（1，4）（4，10）（1，5）（4，10）（0，3）（1，7）（4，10）（0，4）（1，10）（0，6）（1，10）（0，1）（4，2）（7，7）（4，4）（7，4）（0，2）（0，3）（4，2）（7，5）（0，2）（4，4）（7，4）（1，4）（4，3）（7，3）（1，4）（4，6）（1，5）（4，5）（0，3）（1，4）（4，3）（0，4）（1，6）（0，6）（1，4）数据冗余度数据压缩比Q：相邻属性值变化次数的累加和K：游程总数第三节空间数据结构的类型二、栅格数据结构

块码是游程编码的一种变异，是游程编码扩展到二维的情况。它所考虑的是栅格阵列中的一个方块区域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，数据结构由初始位置（行、列号）和半径，再加上记录单位的代码组成编码方法◆块码第三节空间数据结构的类型二、栅格数据结构第三节空间数据结构的类型二、栅格数据结构04477777774447777700000447777700444477771111444777111144444411111444440001111444000011111100000011110123456789012345678910第一行：（1，1，1，0）（1，2，2，4）（1，4，2，7）（1，6，3，7）（1，9，1，7）（1，10，1，7）第二行：（2，1，1，4）（2，5，1，7）（2，9，1，0）（2，10，1，0）第三行：（3，1，2，0）（3，3，1，0）（3，4，2，4）（3，9，2，7）第四行：（4，3，1，4）（4，6，1，4）（4，7，1，7）（4，8，1，7）第五行：（5，1，3，1）（5，4，1，1）（5，5，2，4）（5，7，1，4）（5，8，1，7）（5，9，1，7）（5，10，1，7）第六行：（6，4，1，1）（6，7，1，4）（6，8，3，4）第七行：（7，4，2，1）（7，6，1，4）（7，7，1，4）第八行：（8，1，3，0）（8，6，1，1）（8，7，1，1）第九行：（9，4，1，0）（9，5，1，1）（9，6，1，1）（9，7，2，1）（9，9，2，1）第十行：（10，4，1，0）（10，5，1，0）（10，6，1，0）第三节空间数据结构的类型二、栅格数据结构◆四叉树

将图像区域划分为四个大小相同的象限，而每个象限又可根据每个象限内的值是否唯一再继续等分为次一层的四个象限，直至每个子象限的值唯一块码分割（划分成方形块）四叉树分割（逐块划分象限）

采用四叉树编码时，为了保证四叉树分解能不断地进行下去，要求图像必须为2n×2n的栅格阵列，n为极限分割数，不足者用0补足。第三节空间数据结构的类型二、栅格数据结构2214516172021236718194523856121324252829101114152627303133363748495205334353839505154554044615760424346475859626393241红字为十进制的地址码第三节空间数据结构的类型二、栅格数据结构常规四叉树（CQT）叶结点中间结点叶结点（3个变量）ID位置父结点属性值中间结点（6个变量）ID父结点子结点1子结点2子结点3子结点4属性值第三节空间数据结构的类型二、栅格数据结构叶节点记录3个：属性值；指向父节点的指针；位置中间节点记录6个：属性值，指向父节点的指针，指向子节点的指针（4个）CQT常见应用数据索引和图幅索引叶结点13个中间结点3个上图中，记录数=13*3+3*6=57个第三节空间数据结构的类型二、栅格数据结构线性四叉树（LQT）一般地，属性值为0，表示为背景，不需记录。对左图进行LQT编码莫顿码字节大小属性值…

四叉树优点

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，而不需要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；

3.栅格到四叉树及到四叉树到简单栅格结构的转换比其他压缩方法容易；

4.多边形中嵌套异类多边形的表示较方便。第三节空间数据结构的类型三、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。

曲面数据结构：

对曲面的表达和存储。要求便于连续现象在任一点的内插计算类型：

TIN数据结构（不规则三角网）

GRID数据结构（规则格网）地形：数字高程模型（DEM）

是以数字的形式按一定结构组织在一起，表示实际地形特征空间分布的数字模型，也是地形形状大小和起伏的数字描述。地面温度、降水、地球磁力、重力、土地利用、土壤类型等其它地面特性信息，此时的DEM也称为数字地形模型(DigitalTerrainModels)，简称DTMGRID数据结构（类似于栅格数据结构，只是属性数据为地面高程或其它边疆分布现象的值）第三节空间数据结构的类型三、曲面数据结构

TIN数据结构不规则三角网来拟合连续分布现象的覆盖表面。

既减少规则格网方法带来的数据冗余，同时在计算效率（如坡度）方面又优于纯粹基于等高线的方法。

Voronoi图（又称泰森多边形）：它是由一组由连接两邻点直线的垂直平分线组成的连续多边形组成。N个在平面上有区别的点，按照最邻近原则划分平面；每个点与它的最近邻区域相关联。

Delaunay三角形：是由与相邻Voronoi多边形共享一条边的相关点连接而成的三角形。

Voronoi三角形是Delaunay图的偶图设有平面点集S（P1，P2，…..，Pn)，其对应的Voronoi维诺多边形（Thiessen泰森多边形）为V（P1），V（P2），……，P（n)，此处V（Pi）是由距离Pi最近的点所组成。

用数学语言表达：

通俗表达（P59）：网中三角形尽量接近等边形状；并保证由最近的点构成三角形，即三角形的边长之和最小。构建法则把Thiessen多边形的参考点连起来，即为Delauney狄诺尼三角网

狄洛尼法则：（1）最大最小角原则（保证三角形的最小角最大）；（2）空外接圆特性（任意三角形外接圆内无其它点）第三节空间数据结构的类型三、曲面数据结构第三节空间数据结构的类型三、曲面数据结构TIN的数据组织1432P1P5P4P2P3编号XYZ142920057.5243726622.6350723454.3460726547.1555519012.6（1）节点三维坐标列表（2）三角网拓扑关系存储编号相邻三角形三角形顶点△1△2△3顶点1顶点2顶点31-241232-3113532-4345413-243第四节空间数据结构的建立基本过程第四节空间数据结构的建立一、系统功能与数据间的关系数据与功能之间具有密切的联系（1）功能操作对应的数据。数据是GIS系统所处理的对象，一定的功能总是操作其相关的数据；（道路网络分析道路数据）（2）反过来：需要的数据由功能决定。系统需要一定的数据是由系统的功能决定的。（3）功能由用户需求决定。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。第四节空间数据结构的建立一、系统功能与数据间的关系系统功能与数据间的关系

(据JackDangermond等)第四节空间数据结构的建立二、空间数据的分类编码主要讲述属性数据的分类与编码分类与编码的目的：在于合理地组织数据，并有利于分析。

编码：是指确定属性数据的代码的方法和过程。

代码：是一个或一组有序的易于被计算机或人识别与处理的符号，是计算机鉴别和查找信息的主要依据和手段。

编码的直接产物就是代码，而分类分级则是编码的基础。

属性数据包括：语义特征；量度特征空间数据的分类与编码，主要针对语义属性特征。（一）空间数据的分类空间数据的分类（定义）：

按照国家规范和标准，将具有不同属性和特征的要素区分开来的过程。

分类是将具有共同的属性或特征的事物或现象归并在一起，而把不同属性或特征的事物或现象分开的过程。

分类原则：（1）几何图形原则。分为点线面三类（2）对象原则。同类形但属于不同对象（如：线中有河流、道路）国家基础地理信息系统执行的主要国家标准、行业标准以及自行制定的内部标准一、国土基础信息数据分类与代码（国家标准GB13923-92）二、中华人民共和国行政区划代码（国家标准GB2260-1995）三、全国河流名称代码（国家标准送审稿）四、中国周边国家和地区名称代码（国家标准GB/T2659-94）五、国家干线公路名称和编号（国家标准GB917.2-89）六、1:100万地形图编绘规范及图式（国家标准）七、1:25万地形图编绘规范及图式（国家标准GBCHIV-302-85）八、全国山脉山峰名称代码（国家标准征求意见稿）九、国家基础地理信息系统元数据标准（草案）十、地名类别代码（内部标准）十一、全国主要铁路线路临时编号（内部标准）十二、全国高速公路一级公路临时编号（内部标准）十三、全国主要湖泊名称临时代码（内部标准）第四节空间数据结构的建立二、空间数据的分类编码八大类分类是批按照一定的标准和规范所进行的分类国家基础地理信息数据分类与代码

（GB13923-92）

编码结构及要素分类的比较标准名称码位类别各类别要素数量国土基础信息数据分类与代码5位编码大类（1位码）9小类（1位码）42一级（2位码）331二级（1位码）2791:5001:10001:2000地形图要素分类与代码4位编码大类（1位码）9小类（1位码）54一级（1位码）288二级（1位码）3101:50001:100001:250001:500001:100000地形图要素分类与代码4位编码大类（1位码）9小类（1位码）58一级（1位码）285二级（1位码）258基础地理