1、第1頁/共80頁常用的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)常用的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)XYijx1 y1x2 y2xi yixn yn第2頁/共80頁常用的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)常用的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第3頁/共80頁第4頁/共80頁第5頁/共80頁第6頁/共80頁第7頁/共80頁 地圖數(shù)據(jù) 地圖是地理信息的主要載體，同時也是地理信息系統(tǒng)最重要得信息源。 遙感數(shù)據(jù) 各種遙感數(shù)據(jù)及其制成的圖像資料（航片、衛(wèi)片），尤其是先進的衛(wèi)星遙感技術(shù)的廣泛應(yīng)用，能為地理信息系統(tǒng)提供現(xiàn)勢性很強的數(shù)據(jù) 。 統(tǒng)計數(shù)據(jù)、實測數(shù)據(jù)及各種文字報告 各種地理要素的統(tǒng)計數(shù)據(jù)、實驗和各種觀測數(shù)據(jù)、研究報告等。第8頁/共80頁1）類型）類型數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)：居民點、交通線、土地類型分布

2、等。：居民點、交通線、土地類型分布等。2）面）面域數(shù)據(jù)域數(shù)據(jù)：多邊形中心點、行政區(qū)域界限和行政單元：多邊形中心點、行政區(qū)域界限和行政單元3）網(wǎng)絡(luò)）網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)：道路交叉點、街道和街區(qū)等。：道路交叉點、街道和街區(qū)等。4）樣本）樣本數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)：氣象站、航線和野外樣方的分布區(qū)等。：氣象站、航線和野外樣方的分布區(qū)等。5）曲面）曲面數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) ：高程點、等高線和等值區(qū)域。：高程點、等高線和等值區(qū)域。6）文本）文本數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)：如地名、河流名和區(qū)域名稱。：如地名、河流名和區(qū)域名稱。7）符號）符號數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)：點狀符號、線狀符號和面狀符號等。：點狀符號、線狀符號和面狀符號等。 第9頁/共80頁1、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 矢量數(shù)據(jù)

3、結(jié)構(gòu)是利用歐幾里得幾何學(xué)中的點、線、面及其組合體來表示地理實體空間分布的一種數(shù)據(jù)組織方式；是通過記錄坐標(biāo)的方式精確地表示點、線、面和體的位置。矢量方法強調(diào)離散現(xiàn)象的存在，將線離散為一串采樣點的坐標(biāo)串，面狀區(qū)域由邊界線確定。 顯著特點：定位明顯，屬性隱含。 基本單位： 坐標(biāo)記錄點第10頁/共80頁對幾種實體用矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示：對幾種實體用矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示：（1 1）點實體：用一對坐標(biāo)對（）點實體：用一對坐標(biāo)對（X,YX,Y）表示；）表示；（2 2）線實體：用一串有序的坐標(biāo)對）線實體：用一串有序的坐標(biāo)對(X1,Y1(X1,Y1）,(Xn,Yn),(Xn,Yn)表示；表示；（3 3）面實體：由一串或

4、幾串有序的且首尾坐標(biāo)相同的坐標(biāo)對（）面實體：由一串或幾串有序的且首尾坐標(biāo)相同的坐標(biāo)對（X1,Y1X1,Y1）, ,(Xn,Yn), ,(Xn,Yn)及面標(biāo)識表示。及面標(biāo)識表示。第11頁/共80頁2、矢量數(shù)據(jù)的獲取方式矢量數(shù)據(jù)的獲取方式通常有： （1）由外業(yè)測量獲得，可利用測量儀器自動記錄測量成果（常稱為電子手薄），然后轉(zhuǎn)到地理數(shù)據(jù)庫中。 （2）由柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換獲得，利用柵格數(shù)據(jù)矢量化技術(shù)，把柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為矢量數(shù)據(jù)。 （3）跟蹤數(shù)字化，用跟蹤數(shù)字化的方法，把地圖變成離散的矢量數(shù)據(jù)。 由于柵格數(shù)據(jù)自動矢量化技術(shù)還不成熟，人工跟蹤數(shù)字化是當(dāng)前獲取矢量數(shù)據(jù)的最主要方法，但存在工作量大，數(shù)據(jù)獲取困難等缺點

5、。第12頁/共80頁第13頁/共80頁第14頁/共80頁多邊形矢量編碼多邊形環(huán)路法多邊形環(huán)路法樹狀索引編碼法樹狀索引編碼法拓撲結(jié)構(gòu)編碼法拓撲結(jié)構(gòu)編碼法由多邊形邊界的x,y坐標(biāo)隊集合及說明信息組成對所有邊界點數(shù)字化，將坐標(biāo)對以順序方式存儲，由點索引與邊界線號相聯(lián)系，以線索引與各多邊形相聯(lián)系形成完整的拓撲結(jié)構(gòu)第15頁/共80頁1）多邊形環(huán)路法123456789101112131415P1P2P3P1 x1，y1；x2，y2； x3，y3；x4，y4； x5，y5；x6，y6；P2 x7，y7；x8，y8； x9，y9；x10，y10； x11，y11；x5，y5；x6，y6P3 x12，y12；x

6、13，y13；x14，y14；x15，y15第16頁/共80頁2）樹狀索引法123456789101112131415P1P2P3 P1P3P2 5 61 2 3 4 5 612 13 14 15 5 6 7 8 9 10 11第17頁/共80頁123456789101112131415P1P2P3點文件 點號 坐標(biāo) 1 x1，y1 2 x2，y2 15 x15，y152）樹狀索引法第18頁/共80頁123456789101112131415P1P2P3線號 起點 終點 點號 6 5 6,1,2,3,4,5 5 6 5,6 6 5 6,7,8,9,10,11,5 12 13 12,15,14,

7、132）樹狀索引法5 61 2 3 4 5 612 13 14 15 5 6 7 8 9 10 11第19頁/共80頁123456789101112131415P1P2P3多邊形文件多邊形號 邊界線號 1 ， 2 ， 3 P1P3P2 2）樹狀索引法第20頁/共80頁3）拓撲結(jié)構(gòu)編碼法第21頁/共80頁3）拓撲結(jié)構(gòu)編碼法第22頁/共80頁3）拓撲結(jié)構(gòu)編碼法第23頁/共80頁四、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)n 是以規(guī)則的陣列來表示空間地物或現(xiàn)象分布的數(shù)據(jù)組織，組織中的每個數(shù)據(jù)表示地理要素的非幾何屬性特征。其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單，定位存取性能好，可以與影像和DEM數(shù)據(jù)進行聯(lián)合空間分析，數(shù)據(jù)共享容易實現(xiàn)，是地理信息系統(tǒng)重要

8、的一種空間數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)。又稱為網(wǎng)格結(jié)構(gòu)、像元結(jié)點。n顯著特點：屬性明顯，定位隱含。n基本單位：網(wǎng)絡(luò)單元（或稱為像元）第24頁/共80頁1、柵格數(shù)據(jù)的圖形表示 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)指將空間分割成各個規(guī)則的網(wǎng)格單元，然后在各個格網(wǎng)單元內(nèi)賦以空間對象相應(yīng)的屬性值的一種數(shù)據(jù)組織方式；柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是以規(guī)則的像元陣列來表示空間地物或現(xiàn)象的分布的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其陣列中的每個數(shù)據(jù)表示地物或現(xiàn)象的屬性特征。 換句話說，柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就是像元陣列，用每個像元的行列號確定位置，用每個像元的值表示實體的類型、等級等的屬性編碼（見下頁圖）。第25頁/共80頁 1）點實體）點實體：表示為一個像元； 2）線實體）線實體：表示為在一定方向

9、上連接成串的相鄰像元的集合； 3）面實體）面實體：表示為聚集在一起的相鄰像元的集合。 柵格數(shù)據(jù)的比例尺比例尺就是柵格(像元)的大小與地表相應(yīng)單元的大小之比。柵格數(shù)據(jù)的圖形表示第26頁/共80頁2、柵格數(shù)據(jù)組織、柵格數(shù)據(jù)組織 由于地理信息具有多維結(jié)構(gòu)，而柵格結(jié)構(gòu)中賦予每一個柵格的屬性值是唯一的，這就要用多個柵格層數(shù)據(jù)多個柵格層數(shù)據(jù)來存儲同一個地理區(qū)域的不同側(cè)面信息（見下圖）分層編排，一個層通常分層編排，一個層通常用一個屬性特征代碼用一個屬性特征代碼。多層?xùn)鸥駭?shù)據(jù)第27頁/共80頁空間數(shù)據(jù)分層的方法按專題分層按時間序列分層以地面垂直高度分層第28頁/共80頁分層的數(shù)據(jù)庫概念第29頁/共80頁柵格地

10、圖的分層與疊合（據(jù)Aronoff）第30頁/共80頁 如何在計算機中合理地組織這些柵格層數(shù)據(jù)以達到最優(yōu)存儲，空間如何在計算機中合理地組織這些柵格層數(shù)據(jù)以達到最優(yōu)存儲，空間最小，存取效率最高？如果每層像元的位置一一對應(yīng)，則有最小，存取效率最高？如果每層像元的位置一一對應(yīng)，則有3種可能的組種可能的組織方式（見下頁圖）。織方式（見下頁圖）。第31頁/共80頁方法方法a：以像元為記錄序列，不同層上同一像元位置上的各屬性：以像元為記錄序列，不同層上同一像元位置上的各屬性值表示為一個列數(shù)組。值表示為一個列數(shù)組。N層中只記錄一層的像元位置，節(jié)約大量層中只記錄一層的像元位置，節(jié)約大量存儲空間，因為柵格個數(shù)很多

11、。存儲空間，因為柵格個數(shù)很多。 柵格數(shù)據(jù)組織方法第32頁/共80頁 方法b：每層每個像元的位置、屬性一一記錄，結(jié)構(gòu)最簡單，但浪費存儲。柵格數(shù)據(jù)組織方法第33頁/共80頁 方法c：以層為基礎(chǔ)，每層內(nèi)以多邊形為序記錄多邊形的屬性值和多邊形內(nèi)各像元的坐標(biāo)。節(jié)約用于存儲屬性的空間。將同一屬性的制圖單元的n個像元的屬性只記錄一次，便于地圖分析和制圖處理。柵格數(shù)據(jù)組織方法第34頁/共80頁3、柵格數(shù)據(jù)的獲取途徑柵格數(shù)據(jù)的獲取途徑 1）來自于遙感數(shù)據(jù)）來自于遙感數(shù)據(jù) 通過遙感手段獲得的數(shù)字圖像就是一種柵格數(shù)據(jù)。它是遙感傳感器在某個特定的時間、對一個區(qū)域地面景象的輻射和反射能量的掃描抽樣，并按不同的光譜段分光

12、并量化后，以數(shù)字形式記錄下來的象素值序列。第35頁/共80頁 2）來自于對圖片的掃描 通過掃描儀對地圖或其它圖件的掃描，可把資料轉(zhuǎn)換為柵格形式的數(shù)據(jù)。具體為：掃描儀掃描專題圖的圖像數(shù)據(jù)得到每個像元的（行、列、顏色（灰度），定義顏色與屬性對應(yīng)表，用相應(yīng)屬性代替相應(yīng)顏色，得到每個像元的（行、列、屬性），再進行柵格編碼、存貯，即得到該專題圖的柵格數(shù)據(jù)。 第36頁/共80頁 3）由矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換而來 通過運用矢量數(shù)據(jù)柵格化技術(shù)，把矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成柵格數(shù)據(jù)。這種情況通常是為了有利于GIS中的某些操作，如疊加分析等，或者是為了有利于輸出。 4）由手工方法獲取 在專題圖上均勻劃分網(wǎng)格，逐個網(wǎng)格地確定其屬性代碼的

13、值，最后形成柵格數(shù)據(jù)文件。第37頁/共80頁 將柵格數(shù)據(jù)看作一個數(shù)據(jù)矩陣，逐行(或逐列)記錄代碼，可以每行都從左到右記錄，也可以奇數(shù)行從左到右，偶數(shù)行從右到左。這種記錄柵格數(shù)據(jù)的文件常稱為柵格文件柵格文件（見下圖），且常在文件頭中存有該柵格數(shù)據(jù)的長和寬，即行數(shù)和列數(shù)。這樣，具體的像元值就可連續(xù)存儲了。其特點是處理方便，但沒有壓縮。 由于地理數(shù)據(jù)往往有較強的相關(guān)性，也就是說相鄰像元的值往往是相同的。因此，為了節(jié)省存儲空間，需要進行柵格數(shù)據(jù)的壓縮存儲。柵格數(shù)據(jù)的表示第38頁/共80頁5、柵格結(jié)構(gòu)編碼方法、柵格結(jié)構(gòu)編碼方法（1）直接?xùn)鸥窬幋a（3）游程長度編碼(Run_length Encoding)

14、（5）四叉樹編碼(quarter_tree Encoding)（4）塊 碼（2）鏈碼(chain Encoding)第39頁/共80頁（1 1）直接?xùn)鸥窬幋a）直接?xùn)鸥窬幋a 直接編碼就是將柵格數(shù)據(jù)看作一個數(shù)據(jù)矩陣，逐行（或逐列）直接編碼就是將柵格數(shù)據(jù)看作一個數(shù)據(jù)矩陣，逐行（或逐列）逐個記錄代碼，可以每行從左到右逐像元記錄，也可奇數(shù)行從左逐個記錄代碼，可以每行從左到右逐像元記錄，也可奇數(shù)行從左到右而偶數(shù)行由右向左記錄，為了特定的目的還可采用其他特殊到右而偶數(shù)行由右向左記錄，為了特定的目的還可采用其他特殊的順序。的順序。 0 2 2 5 5 5 5 52 2 2 2 2 5 5 50 0 0 0 0

15、 3 3 32 2 2 2 3 3 5 50 0 2 3 3 3 5 50 0 3 3 3 3 5 30 0 0 3 3 3 3 30 0 0 0 3 3 3 30，2，2，5，5，5，5，5；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。第40頁/共80頁 鏈?zhǔn)骄幋a主要是記錄線狀地物和面狀地物的邊界。他把鏈?zhǔn)骄幋a主要是記錄線狀地物和面狀地物的邊界。他把線狀地物和面狀地物的邊界表示為：由某一起始點開始并按線狀地物和面狀

16、地物的邊界表示為：由某一起始點開始并按某些基本方向確定的單位矢量鏈。基本方向可定義為：東某些基本方向確定的單位矢量鏈。基本方向可定義為：東0 0，東南，東南l l，南，南2 2，西南，西南3 3，西，西4 4，西北，西北5 5，北，北6 6，東北東北7 7等八個基本方向（如圖所示）。等八個基本方向（如圖所示）。（2 2）鏈碼）鏈碼76543012007 0 121 07 7 0 0第41頁/共80頁鏈碼編碼鏈碼編碼： 2，2 ，6 ，7，6，0，6，5123450760 5 0 0 0 0 0 00 0 5 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 00 5 0 0 0 0 0 00 0

17、5 5 0 0 0 00 0 0 5 0 0 0 00 0 5 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0鏈碼編碼示例鏈碼編碼示例 鏈?zhǔn)骄幋a的前兩個數(shù)字鏈?zhǔn)骄幋a的前兩個數(shù)字表示起點的行、列數(shù)，從第表示起點的行、列數(shù)，從第三個數(shù)字開始的每個數(shù)字表三個數(shù)字開始的每個數(shù)字表示單位矢量的方向，八個方示單位矢量的方向，八個方向以向以0 07 7的整數(shù)代表。的整數(shù)代表。 第42頁/共80頁（3 3）游程長度編碼）游程長度編碼 游程長編碼是柵格數(shù)據(jù)壓縮的重要編碼方法，游程長編碼是柵格數(shù)據(jù)壓縮的重要編碼方法，它的它的基本思路基本思路是：對于一幅柵格圖像，常常有是：對于一幅柵格圖像，常常有行行(或列或列)

18、方向上相鄰的若干點具有相同的屬性代碼方向上相鄰的若干點具有相同的屬性代碼，因而可采取某種方法壓縮那些重復(fù)的記錄內(nèi)容。其因而可采取某種方法壓縮那些重復(fù)的記錄內(nèi)容。其編碼方案編碼方案是，是，只在各行只在各行(或列或列)數(shù)據(jù)的代碼發(fā)生變化數(shù)據(jù)的代碼發(fā)生變化時依次記錄該代碼以及相同代碼重復(fù)的個數(shù)時依次記錄該代碼以及相同代碼重復(fù)的個數(shù)，從而，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的壓縮。實現(xiàn)數(shù)據(jù)的壓縮。第43頁/共80頁0 2 2 5 5 5 5 52 2 2 2 2 5 5 50 0 0 0 0 3 3 32 2 2 2 3 3 5 50 0 2 3 3 3 5 50 0 3 3 3 3 5 30 0 0 3 3 3 3 30

19、 0 0 0 3 3 3 3沿沿行方向行方向進行編碼進行編碼：( 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 3）游程長度編碼）游程長度編碼只在只在各行各行(或列或列)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)的代碼發(fā)生變化時依次記錄該代的代碼發(fā)生變化時依次記錄該代碼以及相同代碼重復(fù)的個數(shù)。碼

20、以及相同代碼重復(fù)的個數(shù)。第44頁/共80頁0 2 2 5 5 5 5 52 2 2 2 2 5 5 50 0 0 0 0 3 3 32 2 2 2 3 3 5 50 0 2 3 3 3 5 50 0 3 3 3 3 5 30 0 0 3 3 3 3 30 0 0 0 3 3 3 3沿沿列方向列方向進行編碼進行編碼：( 0，1），），（2，2），（），（0，5）；（）；（2，3），），（0，5）；（）；（2，4），（），（3，1），），（0，3）；（）；（5，1），（），（2，2），），（3，3），（），（0，2）；（）；（5，1），），（2，1），（），（3，5），（），（0，1）；）；（5，

21、2），（），（3，6）；（）；（5，5），），（3，3）；（）；（5，4），（），（3，4）。）。（3 3）游程長度編碼）游程長度編碼只在只在各行各行(或列或列)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)的代碼發(fā)生變化時依次記錄該代的代碼發(fā)生變化時依次記錄該代碼以及相同代碼重復(fù)的個數(shù)。碼以及相同代碼重復(fù)的個數(shù)。第45頁/共80頁 （4 4）塊碼）塊碼 采用采用方形區(qū)域方形區(qū)域作為記錄單元，數(shù)據(jù)編碼由作為記錄單元，數(shù)據(jù)編碼由初始初始位置行列號加上半徑位置行列號加上半徑，再加上，再加上記錄單元的代碼記錄單元的代碼組成。組成。0 2 2 5 5 5 5 52 2 2 2 2 5 5 50 0 0 0 0 3 3 32 2 2 2 3

22、 3 5 50 0 2 3 3 3 5 50 0 3 3 3 3 5 30 0 0 3 3 3 3 30 0 0 0 3 3 3 3（1 1，1 1，1 1，0 0），（），（1 1，2 2，2 2，2 2），），（1 1，4 4，1 1，5 5），（），（1 1，5 5，1 1，5 5），），（1 1，6 6，2 2，5 5），（），（1 1，8 8，1 1，5 5）；）；（2 2，1 1，1 1，2 2），（），（2 2，4 4，1 1，2 2），），（2 2，5 5，1 1，2 2），（），（2 2，8 8，1 1，5 5）；）；（3 3，1 1，1 1，2 2），（），（3 3，2 2

23、，1 1，2 2）；）；（3 3，3 3，1 1，2 2），（），（3 3，4 4，1 1，2 2），），（3 3，5 5，2 2，3 3），（），（3 3，7 7，2 2，5 5）；）；（4 4，1 1，2 2，0 0），（），（4 4，3 3，1 1，2 2），），（4 4，4 4，1 1，3 3）；（）；（5 5，3 3，1 1，3 3），），（5 5，4 4，2 2，3 3），（），（5 5，6 6，1 1，3 3），），（5 5，7 7，1 1，5 5），（），（5 5，8 8，1 1，3 3）；）；（6 6，1 1，3 3，0 0），（），（6 6，6 6，3 3，3 3）；）；（

24、7 7，4 4，1 1，0 0），（），（7 7，5 5，1 1，3 3）；）；（8 8，4 4，1 1，0 0），（），（8 8，5 5，1 1，0 0）。）。第46頁/共80頁（5 5）四叉樹編碼）四叉樹編碼 是根據(jù)柵格數(shù)據(jù)二維空間分布的特點，將空間是根據(jù)柵格數(shù)據(jù)二維空間分布的特點，將空間區(qū)域按照區(qū)域按照4 4個象限進行遞歸分割（個象限進行遞歸分割（2 2n n2 2 n n，且，且n1n1），），直到子象限的數(shù)值單調(diào)為止，最后得到一棵四分叉直到子象限的數(shù)值單調(diào)為止，最后得到一棵四分叉的倒向樹。的倒向樹。根結(jié)點：根結(jié)點：最上面的一個結(jié)點，它對應(yīng)于整個圖形。最上面的一個結(jié)點，它對應(yīng)于整個圖形

25、。葉子結(jié)點：葉子結(jié)點：不能再分的結(jié)點，可能落在不同的層不能再分的結(jié)點，可能落在不同的層上。上。 從上到下，從左到右為葉子結(jié)點編號，最下面從上到下，從左到右為葉子結(jié)點編號，最下面的一排數(shù)字表示各子區(qū)的代碼。的一排數(shù)字表示各子區(qū)的代碼。第47頁/共80頁0 2 2 5 5 5 5 52 2 2 2 2 5 5 50 0 0 0 0 3 3 32 2 2 2 3 3 5 50 0 2 3 3 3 5 50 0 3 3 3 3 5 30 0 0 3 3 3 3 30 0 0 0 3 3 3 3 111213141516171819202122232425262728293031323336373839

26、3435400 0 00 3 3 3 0 3 3 33 3 5 3 0 0 2 2 2 3 2 2 2 2 0 22 2 2 5 2 5 5 53 33 5 5西南東南西北東北 為了保證四叉樹分解能不斷的進行下去，要求為了保證四叉樹分解能不斷的進行下去，要求圖形必須為圖形必須為2n2 n的柵格陣列。的柵格陣列。n 為極限分割為極限分割次數(shù)，次數(shù)，n1是四叉樹最大層數(shù)或最大高度。是四叉樹最大層數(shù)或最大高度。第48頁/共80頁直接?xùn)鸥窬幋a：直接?xùn)鸥窬幋a：簡單直觀，是壓縮編碼方法的邏輯原型簡單直觀，是壓縮編碼方法的邏輯原型（柵格文件）；（柵格文件）；鏈碼：鏈碼：壓縮效率較高，已接近矢量結(jié)構(gòu)，對邊界的

27、運算壓縮效率較高，已接近矢量結(jié)構(gòu)，對邊界的運算比較方便，但不具有區(qū)域性質(zhì)，區(qū)域運算較難；比較方便，但不具有區(qū)域性質(zhì)，區(qū)域運算較難；游程長度編碼：游程長度編碼：在很大程度上壓縮數(shù)據(jù)，又最大限度的在很大程度上壓縮數(shù)據(jù)，又最大限度的保留了原始柵格結(jié)構(gòu)，編碼解碼十分容易，十分適合于保留了原始柵格結(jié)構(gòu)，編碼解碼十分容易，十分適合于微機地理信息系統(tǒng)采用；微機地理信息系統(tǒng)采用；塊碼和四叉樹編碼：塊碼和四叉樹編碼：具有區(qū)域性質(zhì)，又具有可變的分辨具有區(qū)域性質(zhì)，又具有可變的分辨率，有較高的壓縮效率，四叉樹編碼可以直接進行大量率，有較高的壓縮效率，四叉樹編碼可以直接進行大量圖形圖象運算，效率較高，是很有前途的編碼方

28、法。圖形圖象運算，效率較高，是很有前途的編碼方法。6、柵格結(jié)構(gòu)編碼方法比較第49頁/共80頁NoImage第50頁/共80頁柵格結(jié)構(gòu)：柵格結(jié)構(gòu)：大范圍小比例尺的自然資源、環(huán)境、大范圍小比例尺的自然資源、環(huán)境、農(nóng)林業(yè)等區(qū)域問題的研究。農(nóng)林業(yè)等區(qū)域問題的研究。矢量結(jié)構(gòu)：矢量結(jié)構(gòu)：城市分區(qū)或詳細規(guī)劃、土地管理、城市分區(qū)或詳細規(guī)劃、土地管理、公用事業(yè)管理等方面的應(yīng)用。公用事業(yè)管理等方面的應(yīng)用。 在在GIS建立過程中，應(yīng)根據(jù)建立過程中，應(yīng)根據(jù)應(yīng)用目的應(yīng)用目的和和應(yīng)用應(yīng)用特點特點、可能獲得的、可能獲得的數(shù)據(jù)精度數(shù)據(jù)精度以及地理信息系統(tǒng)以及地理信息系統(tǒng)軟件和硬件軟件和硬件配置情況，選擇合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。配置情

29、況，選擇合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。第51頁/共80頁第52頁/共80頁按實體類型： 點的轉(zhuǎn)換點坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換，看位于哪個柵格單元 線的轉(zhuǎn)換直線轉(zhuǎn)換的算法（直線生成的算法），DDA（數(shù)字微分分析法）法和Bresenham 法 面的轉(zhuǎn)換內(nèi)部點擴散法、掃描法、邊填充算法第53頁/共80頁矢量數(shù)據(jù)向柵格轉(zhuǎn)換圖線的柵格化方法包括DDA法(數(shù)字微分分析法)和Bresenham算法。面(多邊形)的柵格化方法有內(nèi)部點擴散法、掃描法、邊填充算法。第54頁/共80頁1、線的柵格化方法 線是由多個直線段組成的，因此，線的柵格化的核心就是直線段如何由矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為柵格數(shù)據(jù)。 設(shè)直線段的兩端點坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到柵格數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系后為(xA,y

30、A),(xB,yB)。則柵格化的兩種常用方法為DDA法(數(shù)字微分分析法)和Bresenham法。 第55頁/共80頁 DDA法(數(shù)字微分分析法) 設(shè)(xA,yA),(xB,yB)與柵格網(wǎng)的交點為(xi,yi)，則:這樣從i0計算到in1，即可得直線與格網(wǎng)的n個交點坐標(biāo)，對其取整就是該點的柵格數(shù)據(jù)了。 該方法的基本依據(jù)是直線的微分方程，即dydx常數(shù)。其本質(zhì)是用數(shù)值方法解微分方程，通過同時對x和y各增加一個小增量來計算下一步的x,y值，即這是一種增量算法。 在該算法中，必須以浮點數(shù)表示坐標(biāo)，且每次都要舍入取整，因此，。第56頁/共80頁2、面（多邊形）的柵格化方法、面（多邊形）的柵格化方法 1）

31、內(nèi)部點擴散法）內(nèi)部點擴散法 由一個內(nèi)部的種子點，向其由一個內(nèi)部的種子點，向其4個方向的鄰點擴散。判斷新加入的點個方向的鄰點擴散。判斷新加入的點是否在多邊形邊界上，如果是，不作為種子點，否則當(dāng)作新的種子是否在多邊形邊界上，如果是，不作為種子點，否則當(dāng)作新的種子點，直到區(qū)域填滿，無種子點為止。點，直到區(qū)域填滿，無種子點為止。 2）掃描法）掃描法 如圖如圖4-5-6，按掃描線的順序，計算多邊形與掃描線的相交區(qū)間，按掃描線的順序，計算多邊形與掃描線的相交區(qū)間，再用相應(yīng)的屬性值填充這些區(qū)間，即完成了多邊形的柵格化。再用相應(yīng)的屬性值填充這些區(qū)間，即完成了多邊形的柵格化。 這種算法的缺點是這種算法的缺點是第

32、57頁/共80頁 3）邊填充算法其其基本思想基本思想是：對于每一條掃描線和每條多邊形邊上的交點，將該是：對于每一條掃描線和每條多邊形邊上的交點，將該掃描線上交點右方的所有象素取原屬性值之補。對多邊形的每條邊掃描線上交點右方的所有象素取原屬性值之補。對多邊形的每條邊作此處理，多邊形的方向任意。作此處理，多邊形的方向任意。本算法的優(yōu)點是本算法的優(yōu)點是算法簡單，缺點是對于復(fù)雜圖形，每一象素可能被訪問多次，增加了運算量。第58頁/共80頁第59頁/共80頁柵格數(shù)據(jù)向矢量轉(zhuǎn)換圖第60頁/共80頁第61頁/共80頁第62頁/共80頁第63頁/共80頁第64頁/共80頁1、定義： 是地理信息系統(tǒng)在計算機物理

33、存儲介質(zhì)上存儲和應(yīng)用的相關(guān)的地理空間數(shù)據(jù)的總和。GIS數(shù)據(jù)庫是指以特定的信息結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)模型（關(guān)系模型、面向?qū)ο竽Ｐ偷龋┍磉_、存儲和管理從地理空間中獲取的某類空間信息，以滿足不同用戶對空間信息需求的數(shù)據(jù)庫。第65頁/共80頁2、GIS空間數(shù)據(jù)庫的七個特點1）空間特征：是空間數(shù)據(jù)最主要的特征，一般需要建立空間索引。2）抽象特征：空間數(shù)據(jù)描述的是真實世界所具有的綜合特征，非常復(fù)雜，必須經(jīng)過抽象處理。3）空間關(guān)系特征：拓撲數(shù)據(jù)方便空間數(shù)據(jù)查詢和空間分析，但增加了空間數(shù)據(jù)的一致性和完整性維護的復(fù)雜性。 4）多尺度和多態(tài)性：不同觀察尺度具有不同的比例尺和精度，同一地物在不同情況下會有形態(tài)差異。第66頁/共

34、80頁5）非結(jié)構(gòu)化特征：空間數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)項變長，對象包含一個或多個對象，需要嵌套記錄,不滿足關(guān)系數(shù)據(jù)模型的范式要求。6）分類編碼特征：一般而言，每一個空間對象都有一個分類編碼,一種地物類型對應(yīng)一個屬性數(shù)據(jù)表文件。多種地物類型共用一個屬性數(shù)據(jù)表文件。7）海量數(shù)據(jù)特征：數(shù)據(jù)量比一般的通用數(shù)據(jù)庫要大得多。 在建立地理空間數(shù)據(jù)庫時，一方面應(yīng)遵循和應(yīng)用通用的數(shù)據(jù)庫的原理和方法；另一方面又必須采取一些特殊的技術(shù)和方法來解決其他數(shù)據(jù)庫所沒有的問題。第67頁/共80頁3、空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 能夠能夠?qū)ξ锢斫橘|(zhì)上存儲的地理空間數(shù)據(jù)進行對物理介質(zhì)上存儲的地理空間數(shù)據(jù)進行語義和邏語義和邏輯上的定義輯上的定義，提供必須的

35、空間，提供必須的空間數(shù)據(jù)查詢、檢索和存取數(shù)據(jù)查詢、檢索和存取功能；功能；能夠空間數(shù)據(jù)進行有效的能夠空間數(shù)據(jù)進行有效的維護和更新維護和更新的的一套軟件一套軟件系統(tǒng)（核系統(tǒng)（核心）心）。4、空間數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng) 提供給用戶訪問和操作空間數(shù)據(jù)庫的提供給用戶訪問和操作空間數(shù)據(jù)庫的用戶界面用戶界面，是，是應(yīng)用戶數(shù)據(jù)處理需求而建立的具有數(shù)據(jù)庫訪問功能的應(yīng)用戶數(shù)據(jù)處理需求而建立的具有數(shù)據(jù)庫訪問功能的應(yīng)應(yīng)用軟件用軟件。 一般需要進行二次開發(fā)。一般需要進行二次開發(fā)。 一般由專業(yè)GIS軟件提供第68頁/共80頁5、GIS空間數(shù)據(jù)庫的主要管理方法缺點缺點：1 1）程序依賴于數(shù)據(jù)程序依賴于數(shù)據(jù)文件的存儲結(jié)文件的存儲結(jié)構(gòu)

36、，數(shù)據(jù)文件修改時，應(yīng)用程序也構(gòu)，數(shù)據(jù)文件修改時，應(yīng)用程序也隨之改變。隨之改變。2 2）以文件形式共享以文件形式共享，當(dāng)多個程序，當(dāng)多個程序共享一數(shù)據(jù)文件時，文件的修改，共享一數(shù)據(jù)文件時，文件的修改，需得到所有應(yīng)用的許可。需得到所有應(yīng)用的許可。不能達到不能達到真正的共享真正的共享，即數(shù)據(jù)項、記錄項的，即數(shù)據(jù)項、記錄項的共享。共享。GIS應(yīng)用應(yīng)用1空間、屬性空間、屬性數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)文件1GIS應(yīng)用應(yīng)用2空間、屬性空間、屬性數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)文件2空間、屬性空間、屬性數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)文件3（1 1）基于文件管理的方式基于文件管理的方式第69頁/共80頁（2 2）文件與關(guān)系數(shù)據(jù)庫混合管理系統(tǒng)雙元模型GISGIS應(yīng)

37、用軟件應(yīng)用軟件Arc/Info Arc/Info 圖形用戶界面圖形用戶界面ArcEdit屬性用戶界屬性用戶界面面Tables圖形數(shù)據(jù)圖形數(shù)據(jù)文件庫文件庫屬性數(shù)據(jù)庫屬性數(shù)據(jù)庫圖形處理圖形處理系統(tǒng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)系統(tǒng)oidoid除除oid（內(nèi)部碼）（內(nèi)部碼）作為連接關(guān)鍵字以作為連接關(guān)鍵字以外，幾乎是兩者獨立地組織、管理和外，幾乎是兩者獨立地組織、管理和檢索。檢索。屬性數(shù)據(jù)屬性數(shù)據(jù)oidoid圖形數(shù)據(jù)圖形數(shù)據(jù)1）圖形與屬性結(jié)合的各自分開處理）圖形與屬性結(jié)合的各自分開處理模式模式-早期系統(tǒng)早期系統(tǒng): 圖形處理的用戶界面和屬性的用圖形處理的用戶界面和屬性的用戶界面是戶界面是分開分開的，它們只

38、是通過一個的，它們只是通過一個內(nèi)部碼連接。通常要同時啟動兩個系內(nèi)部碼連接。通常要同時啟動兩個系統(tǒng)，甚至兩個系統(tǒng)統(tǒng)，甚至兩個系統(tǒng)來回切換，不方便來回切換，不方便。幾何圖形幾何圖形: 圖形用戶界面與圖形文件處圖形用戶界面與圖形文件處理是一體的，理是一體的，中間沒有裂縫中間沒有裂縫。屬性數(shù)據(jù)屬性數(shù)據(jù)，則，則因系統(tǒng)和歷史發(fā)展而異因系統(tǒng)和歷史發(fā)展而異。第70頁/共80頁2）圖形與屬性結(jié)合的混合處理模式 GIS GIS 通過通過DBMSDBMS提供的高級編程提供的高級編程語言語言C C或或FortranFortran等接口，在等接口，在C C語言語言的環(huán)境下，的環(huán)境下，直接操縱屬性數(shù)據(jù)，查直接操縱屬性數(shù)據(jù)

39、，查詢屬性數(shù)據(jù)庫詢屬性數(shù)據(jù)庫，并在，并在GISGIS的用戶界的用戶界面下，顯示查詢結(jié)果。面下，顯示查詢結(jié)果。 在在ODBC(Open DataBase ODBC(Open DataBase Connectivity,Connectivity,開放式數(shù)據(jù)庫互連開放式數(shù)據(jù)庫互連) )推出后，推出后，GISGIS軟件商軟件商只需開發(fā)只需開發(fā)GISGIS與與ODBCODBC的接口軟件的接口軟件，就可將屬性數(shù)據(jù)，就可將屬性數(shù)據(jù)與任何一個支持與任何一個支持ODBCODBC的的RDBMSRDBMS連接。連接。這樣用戶可在這樣用戶可在一個界面一個界面下處理圖形下處理圖形和屬性數(shù)據(jù)。和屬性數(shù)據(jù)。用戶界面用戶界面

40、C C語言語言C C或或ODBCODBC圖形處理圖形處理數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)圖形數(shù)據(jù)文件庫圖形數(shù)據(jù)文件庫屬性數(shù)據(jù)庫屬性數(shù)據(jù)庫 采用文件與采用文件與RDBMSRDBMS的混合管理模式中的混合管理模式中文件管理系統(tǒng)的功能較弱文件管理系統(tǒng)的功能較弱，特別是在特別是在數(shù)據(jù)的安全性、一致性、完整性、并發(fā)控制以及數(shù)據(jù)損壞數(shù)據(jù)的安全性、一致性、完整性、并發(fā)控制以及數(shù)據(jù)損壞后的恢復(fù)方面缺少基本的功能后的恢復(fù)方面缺少基本的功能。因而。因而GISGIS軟件商需要尋找能同時管軟件商需要尋找能同時管理圖形和屬性數(shù)據(jù)的商用理圖形和屬性數(shù)據(jù)的商用DBMSDBMS。 第71頁/共80頁（3）全關(guān)系型GIS數(shù)據(jù)庫管理

41、系統(tǒng)分層模型 GIS GIS軟件商在標(biāo)準(zhǔn)軟件商在標(biāo)準(zhǔn)DBMSDBMS頂層開發(fā)一個頂層開發(fā)一個能容納、管理空間數(shù)據(jù)的系統(tǒng)功能。能容納、管理空間數(shù)據(jù)的系統(tǒng)功能。GISGIS應(yīng)用應(yīng)用擴展擴展DBMSDBMS以容以容納空間數(shù)據(jù)納空間數(shù)據(jù)商用商用DBMSDBMS空間和屬性空間和屬性數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫代表軟件代表軟件System 9,GeoViewSystem 9,GeoView 等等用用RDBMS管理圖形數(shù)據(jù)有管理圖形數(shù)據(jù)有兩種模式兩種模式：a、基于關(guān)系模型的方式基于關(guān)系模型的方式，圖形數(shù)據(jù)按關(guān)，圖形數(shù)據(jù)按關(guān)系數(shù)據(jù)模型組織。由于涉及一系列關(guān)系系數(shù)據(jù)模型組織。由于涉及一系列關(guān)系連接連接運算，運算，費時費時。 （

42、如下頁圖示）（如下頁圖示）b、將圖形數(shù)據(jù)的變長部分處理成、將圖形數(shù)據(jù)的變長部分處理成Binary Block字段字段（多媒體或變長文本）。（多媒體或變長文本）。省去省去大量關(guān)系連接操作，但大量關(guān)系連接操作，但Binary Block的讀的讀寫效率比定長的屬性字段寫效率比定長的屬性字段慢得多慢得多，特別，特別涉及對象的涉及對象的嵌套時，更慢嵌套時，更慢。第72頁/共80頁關(guān)系模型組織圖形數(shù)據(jù)要要找出組成多邊形的采樣找出組成多邊形的采樣點坐標(biāo)點坐標(biāo)，涉及，涉及多個關(guān)系表多個關(guān)系表，作多次連接投影作多次連接投影運算。運算。多邊形編號邊號邊長P1aP1bP1cP1dP1P2邊號起結(jié)點號終結(jié)點號a17b

43、21結(jié)點號xy1.2C CN N E E第73頁/共80頁（4）對象-關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) DBMS DBMS軟件商在軟件商在RDBMSRDBMS中進行擴展，使中進行擴展，使之能之能直接存儲和管理非結(jié)構(gòu)化的空間數(shù)直接存儲和管理非結(jié)構(gòu)化的空間數(shù)據(jù)據(jù)，如，如Informix Informix 和和OracleOracle等都推出了等都推出了空空間數(shù)據(jù)管理的專用模塊間數(shù)據(jù)管理的專用模塊，定義了操縱點、，定義了操縱點、線、面、圓等空間對象的函數(shù)。線、面、圓等空間對象的函數(shù)。 主要解決主要解決空間數(shù)據(jù)的變長記錄的管空間數(shù)據(jù)的變長記錄的管理，效率比二進制塊的管理高得多，但理，效率比二進制塊的管理高得多，但仍沒有解決仍沒有解決對象的嵌套問題，空間數(shù)據(jù)對象的嵌套問題，空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)不能由用戶定義不能由用戶定義，用戶，用戶不能不能根據(jù)根據(jù)要求再定義，使用上受一定限制。要求再定義，使用上受一定限制。GISGIS應(yīng)用應(yīng)用空間數(shù)據(jù)管理空間數(shù)據(jù)管理的專用模塊的專用模塊 商用商用DBMSDBMS空間和屬性空間和屬性數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫第74頁/共80頁（5）面向?qū)ο罂臻g數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 為了有效地描述復(fù)雜的事物或現(xiàn)象，需要在更高層