1、1會計學GIS的空間數據結構的空間數據結構23第1節 地理實體及其表達第2節 矢量數據結構第3節 柵格數據結構第4節 矢量與柵格數據結構的比較第5節 矢-柵一體化數據結構 和三維數據結構 教學要求 教學重點 教學活動 作 業4教學要求 1. 理解地理實體的表達形式。理解地理實體的表達形式。 2. 掌握矢量和柵格數據結構及其表達。掌握矢量和柵格數據結構及其表達。 3. 掌握矢量和柵格數據結構的優、缺點。掌握矢量和柵格數據結構的優、缺點。 4. 了解矢柵一體化數據結構和三維數據結了解矢柵一體化數據結構和三維數據結 構及其表達構及其表達 教學重點 1. 空間數據結構及其表達空間數據結構及其表達 2.

2、 地理實體及其描述地理實體及其描述 教學活動 在學校圖書館或網絡上查閱相關的地理信在學校圖書館或網絡上查閱相關的地理信 息系統教材和雜志息系統教材和雜志, ,進一步理解空間數據結進一步理解空間數據結 構的相關問題。構的相關問題。 返回上一頁5GIS空間數據空間數據分為以下幾種類型分為以下幾種類型 :1、按數據來源分類、按數據來源分類 （1）地圖數據地圖數據 ; （2）影像數據影像數據 ; （3）地形數據地形數據 ; （4）屬性數據屬性數據 ; （5）元數據：）元數據：數據的數據；數據的數據；2、按數據所表達的、按數據所表達的地理實體地理實體幾何形狀分類幾何形狀分類 （1）點數據；（）點數據；（

3、2）線數據；（）線數據；（3）面數據）面數據62D Digital Map7GIS空間數據空間數據分為以下幾種類型分為以下幾種類型 :1、按數據來源分類、按數據來源分類 （1）地圖數據地圖數據 ; （2）影像數據影像數據 ; （3）地形數據地形數據 ; （4）屬性數據屬性數據 ; （5）元數據：）元數據：數據的數據；數據的數據；2、按數據所表達的、按數據所表達的地理實體地理實體幾何形狀分類幾何形狀分類 （1）點數據；（）點數據；（2）線數據；（）線數據；（3）面數據）面數據89GIS空間數據空間數據分為以下幾種類型分為以下幾種類型 :1、按數據來源分類、按數據來源分類 （1）地圖數據地圖數據

4、; （2）影像數據影像數據 ; （3）地形數據地形數據 ; （4）屬性數據屬性數據 ; （5）元數據：）元數據：數據的數據；數據的數據；2、按數據所表達的、按數據所表達的地理實體地理實體幾何形狀分類幾何形狀分類 （1）點數據；（）點數據；（2）線數據；（）線數據；（3）面數據）面數據1011GIS空間數據空間數據分為以下幾種類型分為以下幾種類型 :1、按數據來源分類、按數據來源分類 （1）地圖數據地圖數據 ; （2）影像數據影像數據 ; （3）地形數據地形數據 ; （4）屬性數據屬性數據 ; （5）元數據：）元數據：數據的數據；數據的數據；2、按數據所表達的、按數據所表達的地理實體地理實體幾何

5、形狀分類幾何形狀分類 （1）點數據；（）點數據；（2）線數據；（）線數據；（3）面數據）面數據12GIS空間數據空間數據分為以下幾種類型分為以下幾種類型 :1、按數據來源分類、按數據來源分類 （1）地圖數據地圖數據 ; （2）影像數據影像數據 ; （3）地形數據地形數據 ; （4）屬性數據屬性數據 ; （5）元數據：）元數據：數據的數據；數據的數據；2、按數據所表達的、按數據所表達的地理實體地理實體幾何形狀分類幾何形狀分類 （1）點數據；（）點數據；（2）線數據；（）線數據；（3）面數據）面數據1314GIS空間數據空間數據分為以下幾種類型分為以下幾種類型 :1、按數據來源分類、按數據來源分類

6、 （1）地圖數據地圖數據 ; （2）影像數據影像數據 ; （3）地形數據地形數據 ; （4）屬性數據屬性數據 ; （5）元數據元數據：數據的數據；數據的數據；2、按數據所表達的、按數據所表達的地理實體地理實體幾何形狀分類幾何形狀分類 （1）點數據；（）點數據；（2）線數據；（）線數據；（3）面數據）面數據15第第1節節 地理實體及其表達地理實體及其表達第第2節節 矢量數據結構矢量數據結構第第3節節 柵格數據結構柵格數據結構第第4節節 矢量與柵格數據結構的比較矢量與柵格數據結構的比較第第5節節 矢矢-柵一體化數據結構和三維數據結構柵一體化數據結構和三維數據結構16第第1 1 節節 地理實體及其表

7、達地理實體及其表達17第第2 節節 空間數據結構空間數據結構18第第1 節節 地理實體及其表達地理實體及其表達一、地理實體一、地理實體 1. 1. 地理實體與地理目標地理實體與地理目標 地理實體：指一種在現實世界中不能再劃分為同類現象的現象。 如城市是實體，其各組成部分則不能稱為城市，而稱為區、街道等 實體是自然界現象和社會經濟事件中不能再分割的單元，是一個具有概括性和 相對意義的概念。實體是現實世界中客觀存在的，并可相互區別的事物。 GIS地理數據庫是地理實體的集合，是一種與現實世界保持一定相似性的實體模型 地理目標：實體在地理數據庫中的表示。 地理目標是一個概括、復雜、相對、抽象的概念，其

8、具體類別和內容的確定是 從具體需要出發的，并隨表示方法的比例尺、目的等情況而變化。 19第第1 節節 地理實體及其表達地理實體及其表達一、地理實體一、地理實體 2. 2. 地理實體地理實體特征特征 時間特征時間特征空間特征空間特征屬性特征屬性特征 屬性特征用以描述事物或現象的特性，即用來說明“是什么”，如事物或現象的類別、等級、數量、名稱等 空間特征用以描述事物或現象的地理位置以及空間相互關系，故又稱幾何特征和拓撲 特征，如中國與印度之間邊界界樁的經緯度，中國與印度之間的鄰接關系 時間特征用以描述事物或現象隨時間的變化，如學生人數的逐年變化。 20第第1 節節 地理實體及其表達地理實體及其表達

9、一、地理實體一、地理實體 3. 地理實體的類型地理實體的類型以相同的方式表示和存儲的一組類似的地理實體， 可以作為 地理實體的一種類型 點實體指具有特定的位置而沒有長度的實體。 線實體指具有長度的實體，如線段、邊界、鏈、網絡等，并具有以下特征： 面實體又成為多邊形、區域等，水對湖泊、島嶼、地塊等一類現象的描述， 具有以下空間特征 體實體用于描述三維空間中的現象與物體，具有長度、寬度及高度等屬性， 有如下空間特征 注記點：用于定位 注記。內點：用于負載多邊形 的屬性，存在于多 邊形內。結點(node)、節點(Vertex)： 表示線段和弧段上的 連接點。 實體點：用來代表 一個實體。21第第1

10、節節 地理實體及其表達地理實體及其表達一、地理實體一、地理實體 3. 3. 地理實體的類型地理實體的類型以相同的方式表示和存儲的一組類似的地理實體， 可以作為 地理實體的一種類型 點實體指具有特定的位置而沒有長度的實體。 線實體指具有長度的實體，如線段、邊界、鏈、網絡等，并具有以下特征： 面實體又成為多邊形、區域等，水對湖泊、島嶼、地塊等一類現象的描述， 具有以下空間特征 體實體用于描述三維空間中的現象與物體，具有長度、寬度及高度等屬性， 有如下空間特征 長 度：從起點到終點的總長； 彎曲度：用于表示像道路拐彎時彎曲的程度。 方向性：如水流方向,上下游; 公路,單雙向之分。22第第1 節節 地

11、理實體及其表達地理實體及其表達一、地理實體一、地理實體 3. 地理實體的類型地理實體的類型以相同的方式表示和存儲的一組類似的地理實體， 可以作為地 理實體的一種類型 點實體指具有特定的位置而沒有長度的實體。 線實體指具有長度的實體，如線段、邊界、鏈、網絡等。 面實體又成為多邊形、區域等，水對湖泊、島嶼、地塊等一類現象的描述。 體實體用于描述三維空間中的現象與物體，具有長度、寬度及高度等屬性。 面積：面積：面狀實體所占有的范圍大小 周長：周長：面狀實體所占有區域的周長 獨立或相鄰：獨立或相鄰：是獨立存在還是與其它面狀 地物相鄰 島或洞：島或洞：面狀實體內部是否有島或洞 重疊：重疊：面狀實體之間是

12、否有重疊 23第第1 節節 地理實體及其表達地理實體及其表達體積島或洞表面積斷面一、地理實體一、地理實體 3. 3. 地理實體的類型地理實體的類型以相同的方式表示和存儲的一組類似的地理實體， 可以作為 地理實體的一種類型 點實體指具有特定的位置而沒有長度的實體。 線實體指具有長度的實體，如線段、邊界、鏈、網絡等。 面實體又成為多邊形、區域等，水對湖泊、島嶼、地塊等一類現象的描述。 體實體用于描述三維空間中的現象與物體，具有長度、寬度及高度等屬性。 24第第1 節節 地理實體及其表達地理實體及其表達第第1 節節 地理實體及其表達地理實體及其表達一、地理實體一、地理實體 4. 地理目標地理目標的類

13、型的類型地理目標是地理實體在計算機系統內的表示，它需要選擇合 適的類型，而地理目標的類型按空間維空間維來定義 0維有位置而無長度的目標，如點。 1維有長度的目標，一般有兩個或多個0維目標組成，如線。 2維有長度和寬度的目標，如多邊形。 3維有長、寬、高的目標，如三維立體。 地理實體可以根據地理目標的類型劃分為點、線、面、體4種類型 25第第1 節節 地理實體及其表達地理實體及其表達二、地理實體的描述二、地理實體的描述 A.A. 地理實體的描述地理實體的描述內容：內容： 編碼用于區別不同的實體，有時同一實體在不同的時間具有不同的編碼，如上行和 下行的火車。編碼通常包括分類碼和識別碼。 分類碼，是

14、用來標識實體所屬的類別， 識別碼，是對每個實體進行標識，是唯一的，用于區別不同的實體。 位置通常用坐標值的形式給出實體的空間位置。 類型指明該地理實體屬于哪一種實體類型，或由哪些實體類型組成。 行為指明該地理實體可以具有哪些行為和功能。 屬性指明該地理實體所對應的非空間信息，如道路的寬度、路面質量、車流量等 說明用于說明實體數據的來源、質量等相關的信息。 時間維描述地理實體的屬性或空間位置隨時間的變化 。 關系與其它地理實體的關系。26第第1 節節 地理實體及其表達地理實體及其表達鄰接相交重合相離包含點點點線點面線面面面線線27第第1 節節 地理實體及其表達地理實體及其表達二、地理實體的描述二

15、、地理實體的描述 B. B. 地理實體數據地理實體數據類型類型根據地理實體的特征，把地理實體數據分為三類 屬性數據描述空間對象的屬性特征的數據，也稱非幾何數據。 即說明“是什么”，如類型、等級、名稱、狀態等 描述時間特征的數據也可以歸為這一類。 幾何數據描述空間對象的空間特征的數據，也稱位置數據、定位數據。 即說明“在哪里”，一般用經緯度或X、Y坐標來表示。 關系數據描述空間對象之間的空間關系的數據，一般通過拓撲關系表達。 如空間數據的相鄰、包含等，主要是指拓撲關系。 拓撲關系是一種對空間關系進行明確定義的數學方法28第第2 節節 空間數據結構空間數據結構一、空間數據結構的概念一、空間數據結構

16、的概念 空間數據結構是指空間數據適合于計算機存儲、管理、處理的邏輯結構,也就是指空間數據以什么形式在計算機中存儲和處理. 空間數據結構分為基于矢量的數據結構和基于柵格的數據結構兩種基本類型 22123233233323332333212329二、二、矢量矢量數據結構數據結構 (一)矢量數據結構通過記錄空間對象的坐標及其空間關系來表達地理實體的一種數據結構。 矢量結構的特點：屬性隱含，定位明顯 A. 點實體：記錄點坐標和屬性代碼； B. 線實體：記錄兩個或一系列采樣 點的坐標，并加屬性代碼； C. 面實體：記錄邊界上一系列采樣點 的坐標，由于多邊形封閉， 邊界為閉合環，加面域屬性代碼。第第2 節

17、節 空間數據結構空間數據結構特性 數據 位 置 點 10 x, y 線 23 x1, y1 x2,y2 xn,yn串 面 63 x1, y1 x2, y2 xn,yn閉合環 64 x1, y1 x2 ,y2 xn,yn閉合環1063642310636423用笛卡爾坐標表示的地圖30二、矢量數據結構二、矢量數據結構 (二)矢量數據獲取方式q通過外業測量獲得，利用測量儀器（全站儀、GPS、常規測量等）記錄測量結果，然后轉到地理數據庫中q跟蹤數字化，用跟蹤數字化的方式把地圖變成離散的矢量數據q間接獲取l柵格數據轉換l空間分析（疊置、緩沖等操作產生的新的矢量數據）第第2 節節 空間數據結構空間數據結構

18、31二、矢量數據結構二、矢量數據結構 (三)矢量數據表達需要考慮的內容矢量數據自身的存儲和管理幾何數據和屬性數據的聯系空間對象的空間關系（拓撲關系）(四四)矢量數據表達矢量數據表達q簡單數據結構q拓撲數據結構索引式數據結構雙重獨立式數據結構鏈狀雙重獨立式數據結構第第2 節節 空間數據結構空間數據結構32(四四) 矢量數據表達矢量數據表達簡單數據結構簡單數據結構簡單數據結構簡單數據結構：是指只記錄空間對象的位置坐標和屬性信息，不記錄拓撲關系的一種矢量數據結構，又稱面條結構。存儲存儲：q 獨立存儲：空間對象位置直接跟隨空間對象；q 點位字典：點坐標獨立存儲，線、面由點號組成特征：特征：優點：數據按

19、照點、線或多邊形為單元進行組織，結構簡單、直觀、易實現以 實體為單位的運算和顯示缺點： A. 獨立存儲方式造成相鄰多邊形的公共邊界被數字化并存儲兩次，出現數據 冗余和碎屑多邊形，導致數據不一致；點位字典存儲可保證公共邊的唯一性 B.自成體系，缺少多邊形的鄰接信息，鄰域處理復雜，需追蹤出公共邊。 C.處理島或洞等嵌套問題較麻煩，需要計算多邊形的包含等。 適用范圍：適用范圍：制圖及一般查詢，不適合復雜的空間分析33多邊形多邊形坐標構成坐標構成(x1,y1),(x4,y4),(x5,y5),(x6,y6),(x7,y7),(x8,y8)(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3),(x4,y4),

20、(x7,y7),(x8,y8)(x9,y9),(x10,y10),(x11,y11)面狀物（多邊形）矢量編碼面狀物（多邊形）矢量編碼1234567810911獨立存儲獨立存儲(四四) 矢量數據表達矢量數據表達簡單數據結構簡單數據結構34點號XY1112223344n5566標識碼屬性碼空間對象編碼唯一唯一連接幾何和屬性數據數據庫獨立編碼點: ( x ,y )線: ( x1 , y1 ) , (x2 , y2 ) , , ( xn , yn )面: ( x1 , y1 ) , (x2 , y2 ) , , ( x1 , y1 )點位字典點: 點號文件線: 點號串面: 點號串存儲方法(四四) 矢量

21、數據表達矢量數據表達簡單數據結構簡單數據結構35(四四) 矢量數據表達矢量數據表達拓撲拓撲數據結構數據結構拓撲概念： 拓撲一詞來自于希臘文，意思是“形狀的研究”。 拓撲學是幾何學的一個分支，它研究在拓撲變換下能夠保持不變的幾何屬性拓撲屬性 拓撲結構是明確定義空間關系的一種數學方法36(四四) 矢量數據表達矢量數據表達拓撲數據結構拓撲數據結構拓撲關系 拓撲關系拓撲關系：指圖形保持連續狀態下變形， 但圖形關系不變的性質。 拓撲變換(橡皮變換)非拓撲屬性(幾何)拓撲屬性(沒發生變化的屬性)兩點間距離 一點指向另一點的方向 弧段長度、區域周長、面積 等 一個點在一條弧段的端點 一條弧是一簡單弧段(自身

22、不相交) 一個點在一個區域的邊界上 一個點在一個區域的內部/外部 一個點在一個環的內/外部 一個面是一個簡單面;一個面的連通性 建立拓撲關系是對一種空間結構關系進行明確定義的數學方法。具有某些拓撲關系的矢量數據結構就是拓撲數據結構，拓撲數據結構是GIS的分析和應用 功能所必需的。拓撲數據結構的表示方式沒有固定的格式，也還沒有形成標準，但基本原理是相同的。37 拓撲關系 拓撲元素拓撲元素 點：孤立點、線的端點、 面的首尾點、鏈的連接點 線：兩結點之間的有序弧段， 包括鏈、弧段和線段 面：若干弧段組成的閉合多邊形起點終點中間點弧段1弧段3弧段2弧段4點:面:弧:矢量數據表達拓撲數據結構38矢量數據

23、表達拓撲數據結構拓撲關系 拓撲元素拓撲元素拓撲線段（arc）結點(node）多邊形（poly）該線段中間不與其它線段存在聯系拓撲線段的兩個端點，分別為首結點、尾結點由數條拓撲線段連接而成39 拓撲關系 最基本拓撲關系 拓撲關聯：指存在于空間圖形中的不同拓撲元素 之間的關系 結點與弧段：如結b與弧3,2,5 多邊形與弧段：面C與弧4,5,3拓撲鄰接：指存在于空間圖形中的相同拓撲元素 之間的關系。多邊形之間,結點之間 鄰接矩陣,1鄰結；0不鄰結 其它拓撲關系拓撲包含：指存在于空間圖形中的面與其它元素 之間的關系,如面狀實體包含哪些點、線狀實體層次關系：指存在于空間圖形中的相同拓撲元素 之間的等級關

24、系，如連云港市各個區拓撲連通：拓撲元素之間的通達關系，如點連通度，面連通度bec41325ABC76Dada: 結點號A: 多邊形號1: 弧段號弧段數字化方向ABCDA-110B1-11C11-0D100-矢量數據表達拓撲數據結構40b矢量數據表達拓撲數據結構1、拓撲、拓撲鄰接鄰接：拓撲鄰接是指空間圖形的：拓撲鄰接是指空間圖形的同類元素同類元素之間之間的拓撲關系。的拓撲關系。 a3a1a2a4a5a6a7P4P1P3P2N1N2N3N4N5多邊形之間的鄰接關系多邊形之間的鄰接關系P1/P2，P2/P3，弧段之間的鄰接關系，弧段之間的鄰接關系a1/a2，a2/a3，性以及結點之間的鄰接關系性以及

25、結點之間的鄰接關系N1/N2，N2/N3，。41b矢量數據表達拓撲數據結構2 拓撲拓撲關聯關聯 ：拓撲關聯是指空間圖形的：拓撲關聯是指空間圖形的不同元素不同元素之間的之間的拓撲關系拓撲關系 。 a3a1a2a4a5a6a7P4P1P3P2N1N2N3N4N5 結點與弧段的關聯關系結點與弧段的關聯關系N1/a1,a5,a3；N2/a1,a6,a2；多邊形與弧段；多邊形與弧段的關聯關系的關聯關系P1/a1,a6,a5；P2/a4,a6,a2，。42b矢量數據表達拓撲數據結構3、拓撲包含：拓撲包含是指空間圖形的、拓撲包含：拓撲包含是指空間圖形的同類同類，但，但不同級不同級的的元素之間的拓撲關系。元素

26、之間的拓撲關系。 （a）簡單包含）簡單包含 （b)多層包含多層包含 （c)等價包含等價包含 圖圖 (a)中多邊形中多邊形P1中包含多邊形中包含多邊形P2，圖（，圖（b）中多邊形）中多邊形P3包包含在多邊形含在多邊形P2中，而多邊形中，而多邊形P2，P3又都包含在多邊形又都包含在多邊形P1中。中。圖圖 （c）多邊形）多邊形P2，P3都包含在多邊形都包含在多邊形P1中，多邊形中，多邊形P2，P3對對P1而言是等價包含而言是等價包含 .43b 拓撲關系 拓撲元素量、質不變及相互關系歐拉公式 歐拉公式在GIS中有著重要的意義，主要用來檢查空間拓撲關系的正確性，能發現點、 線、面不匹配的情況和多余、遺漏

27、的圖形元素。c + a = n + bn: 點數a: 線數b: 面數c: 常數，為多邊形地圖特征。若b包含邊界里面和外面的多邊形，則c=2，若b僅包含邊界內部多邊形，則c=1n = 4， a = 4b = 1， c = 1n = 6， a = 5b = 1， c = 2n = 4， a = 5b = 2， c = 1n = 10， a = 12b = 3， c = 1矢量數據表達拓撲數據結構44 拓撲關系 拓撲關系的表達拓撲關系的表達- -關系表關系表 矢量數據表達矢量數據表達拓撲數據結構拓撲數據結構結點編碼：多邊形編碼：(1)(2)(3)(4)(5)線段編碼：1 2 3 4 5 6 7 8

28、9(2)(3)(5)(4)12456789345 拓撲關系 拓撲關系的表達拓撲關系的表達- -關系表關系表 如果將空間圖形的結點、弧段和多邊形之間的拓撲結構表達出來，可以形如果將空間圖形的結點、弧段和多邊形之間的拓撲結構表達出來，可以形成成四個關系四個關系表達：表達： 結點結點- -弧拓撲弧拓撲 弧弧-結點拓結點拓 弧弧-面拓撲面拓撲 面面-弧拓撲弧拓撲 矢量數據表達矢量數據表達拓撲數據結構拓撲數據結構46 拓撲關系 拓撲關系的表達拓撲關系的表達關系表關系表 eb表中數字前負號為相反方向dc41325ABC76Daa: 結點號A: 多邊形號1: 弧段號弧段數字化方向弧-面拓撲弧段左面右面1AO

29、2AB3CA4OC5CD6BD7BO結點-弧拓撲結點弧a1,3,4b2,3,5c1,2,7d4,5,7e6面-弧拓撲面號弧數弧號A3-1,-2,3B42,-7,5,-6C3-3,-5,4D16矢量數據表達拓撲數據結構弧-結點拓撲弧段起點終點1ca2bc3ba4da5dB6ee7dc47 拓撲關系 拓撲關系的意義 空間數據的拓撲關系對GIS的數據處理和空間分析具有重要意義 A. 拓撲關系能清楚地反映實體之間的邏輯結構關系 不需要利用坐標或距離就可以確定一個地理實體相對于另一個地理實體的空間位置關系;并且這種拓撲數據較之幾何數據具有更大的穩定性，即它不隨地圖投影而變化 B. 有助于空間要素的查詢，

30、利用拓撲關系可以解決許多實際問題 C. 根據拓撲關系可重建地理實體。 矢量數據表達矢量數據表達拓撲數據結構拓撲數據結構48矢量數據表達矢量數據表達拓撲數據結構拓撲數據結構空間數據的計算機表示空間數據的計算機表示空間實體空間實體圖形數據圖形數據屬性數據屬性數據編碼、組織數編碼、組織數據據數據結構數據結構存入計算機存入計算機空間數據的計算機表示過程空間數據的計算機表示過程49 主要拓撲數據結構類型主要拓撲數據結構類型 索引式數據結構索引式數據結構，是對所有邊界點進行數字化，將坐標對以順序方式存儲，由點索引 與邊界線號相聯系，以線索引與各多邊形相聯系，形成樹狀索引結構。 矢量數據表達拓撲數據結構V1

31、V2V3V4V5V6V7V8V9V10V11V12V13V16V14V15L1L2L3L4L5L6L7P1P2P3P4 P1 P2 P3 P4L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7V1 V2 V5 V4 V4 V5 V6 V4 V12 V11V9V6 V7 V1 V6 V8 V9V9 V10V1V13V14V15V16區域多邊形-弧段索引文件表多邊形碼弧段數弧段序號串P14L1, L3, L6, L7P23L2, L5, L3P33L4, L6, L5P41L7弧段-點索引文件表弧段號頂點數點號串L14V1, V2 , V5 , V4L23V4 ,V5 , V6L34V4 , V12 , V

32、11 ,V9L43V6, V7, V1L53V6 , V8 , V9L63V9 , V10 , V1L74V13 ,V14 , V15 , V16坐標文件點號坐標V1x1, y1V2x2, y2V3x3, y3V4x4, y4, V5x5, y5V16x16, y1650 主要拓撲數據結構類型主要拓撲數據結構類型 索引式數據結構 矢量數據表達拓撲數據結構 優點：優點：1 1）消除多邊形數據的冗余和不一致）消除多邊形數據的冗余和不一致 2 2）鄰接信息、島信息可通過查找公共弧段號的方式查詢）鄰接信息、島信息可通過查找公共弧段號的方式查詢 缺點：缺點：1 1）表達拓撲關系較繁瑣）表達拓撲關系較繁瑣

33、 2 2）給相鄰運算、處理島信息、檢索拓撲關系等帶來困難）給相鄰運算、處理島信息、檢索拓撲關系等帶來困難 3 3）以人工方式建立編碼表，工作量大，易出錯）以人工方式建立編碼表，工作量大，易出錯51 主要拓撲數據結構類型主要拓撲數據結構類型 雙重獨立式數據結構雙重獨立式數據結構 (DIME， Dual Independent Map Encoding)，是對圖上網狀或面狀要素的任何一條線段，用其兩端的結點及相鄰面域來予以定義。 矢量數據表達矢量數據表達拓撲數據結構拓撲數據結構雙重獨立式（雙重獨立式（DIME）編碼）編碼 線號左多邊形右多邊形起點終點aOA18bOA21cOB32dOB43eOB5

34、4fOC65gOC76hOC87iCA89jCB95kCD1210lCD1112mCD1011nBA92關聯鄰接關聯連通134256789101112abcdefghijlmnkABCDO自動生成的多邊形自動生成的多邊形A的線及結點的線及結點 線號起點終點左多邊形右多邊形a18OAi89CAn92BAb21OA點文件點號坐標1x1, y112x12, y12面文件面號線號A a, b, n, iD m, l, k52 主要拓撲數據結構類型主要拓撲數據結構類型 鏈狀鏈狀雙重獨立式數據結構，在DIME中，一條邊只能用直線兩端點的序號及相鄰的面域來表示，而在鏈狀數據結構中，將若干直線段合為一個弧段(

35、或鏈段)，每個弧段可以有許多中間點 矢量數據表達拓撲數據結構多邊形文件 多邊形號弧段號周長 面積 中心點坐標P1 L1, L3, L6,-L7P2 L2, L3, L5P3 L4, L5, L6P4 L7弧段文件弧段號 起始點終結點 左多邊形 右多邊形L1V1V4P0P1L2V4V6P0P2L3V4V9P2P1L4V6V1P0P3L5V6V9P3P2L6V9V1P3P1L7V13V13P1P4弧段坐標文件弧段號坐標串L1 x1,y1; x2,y2; x3,y3; x4,y4L2 x4,y4; x5,y5; x6,y6L3 x4,y4; x12,y12; x11,y11; x9,y9L4 x6,

36、y6; x7,y7; x1,y1L5 x6,y6; x8,y8; x9,y9L6 x1,y1; x10,y10; x9,y9L7 x13,y13; x14,y14; x15,y15; x16,y16V1V2V3V4V5V6V7V8V9V10V11V12V13V16V14V15L1L2L3L4L5L6L7P1P2P3P4結點文件結點號結點坐標弧段號V1x1, y1L1, L4, L6V4x4, y4L1, L2, L3V6x6, y6L2, L4, L5V9x9, y9L3, L5, L6V13x13, y13L753 主要拓撲數據結構類型 鏈狀鏈狀雙重獨立式數據結構雙重獨立式數據結構矢量數據表

37、達拓撲數據結構特點: 拓撲關系明確，也能表達島信息，而且以弧段為記錄單位， 滿足實際應用需要。 在ARC/INFO軟件中： 1）ARC文件： 2）INFO：屬性表, 如AAT（Arc Attribute Table）弧段號(cover #)USER_IDLPOLYRPOLY FROM_NODE TO_NODE其它屬性(名稱)弧段號(cover # )點數 x1,y1; x2,y2; x3,y3; xn,yn54第第1節節 地理實體及其表達地理實體及其表達第第2節節 矢量數據結構矢量數據結構第第3節節 柵格數據結構柵格數據結構第第4節節 矢量與柵格數據結構的比較矢量與柵格數據結構的比較第第5節節

38、 矢矢-柵一體化數據結構和三維數據結構柵一體化數據結構和三維數據結構上節內容回顧上節內容回顧55第第1 1 節節 地理實體及其表達地理實體及其表達56第第2 節節 空間數據結構空間數據結構57第第2 節節 空間數據結構空間數據結構58第第2 節節 空間數據結構空間數據結構59第第1節節 地理實體及其表達地理實體及其表達第第2節節 矢量數據結構矢量數據結構第第3節節 柵格數據結構柵格數據結構第第4節節 矢量與柵格數據結構的比較矢量與柵格數據結構的比較第第5節節 矢矢-柵一體化數據結構柵一體化數據結構 和三維數據結構和三維數據結構上節內容回顧上節內容回顧這節內容這節內容60三、柵格數據結構三、柵格

39、數據結構( (Raster) ) ( (一一) )柵格數據結構柵格數據結構 1 1 概念：概念：是指將地球表面劃分為大小均勻緊密相鄰的網格陣列，每個網格作為一個象元或象素由行、列定義，并包含一個代碼表示該象素的屬性類型或量值。 也即: 柵格數據結構就是像元陣列，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、等級等屬性 第第2 節節 空間數據結構空間數據結構61三、柵格數據結構三、柵格數據結構( (Raster) )第2 節 空間數據結構掃描圖象：150DPI、300DPI、600DPI1、柵格結構、柵格結構有關概念（續）有關概念（續） 象元柵格單元 遙感影像：MSS 7979米 S

40、POT 1010米 TM 3030米 QuickBird 0.61 0.61米影像分辨率計算機屏幕分辨率：640780 800600 102476862三、柵格數據結構三、柵格數據結構( (Raster) ) 第2 節 空間數據結構 1、柵格結構有關概念（續）象元陣列：反映某一空間分布的系列象元隊列，其行、列確定每個象元的空間位置。象元屬性：柵格單元值 地理要素的屬性特征 63三、柵格數據結構三、柵格數據結構( (Raster) ) ( (一一) )柵格數據結構柵格數據結構 A. 點實體：由單個像元來表達 B. 線實體：由在一定方向上連接成串的相鄰像元的集合來表達。 C. 面實體：由聚集在一起

41、的相鄰像元的集合來表達 第2 節 空間數據結構22123233233323332333212364Real worldGridPointLineAreaValue=0=1=2=3RowColumnTrianglesHexagons第2 節 空間數據結構三、柵格數據結構三、柵格數據結構( (RasterRaster) )65第2 節 空間數據結構三、柵格數據結構三、柵格數據結構( (RasterRaster) )66三、柵格數據結構三、柵格數據結構 (二二)柵格數據獲取的途徑柵格數據獲取的途徑 1、 手工獲取 2、 掃描儀掃描 3、 由矢量數據轉換而來 4、 遙感影像數據 5、 格網DEM數據

42、(三三)柵格系統的確定柵格系統的確定 柵格坐標系統的確定 由于柵格編碼一般用于區域性GIS， 原點的選擇常具有局部性質。 但為了便于區域的拼接，柵格系統 的起始坐標應與國家基本比例尺 地形圖 公里網的交點相一致，并分別采用公里網 的縱橫坐標軸作為柵格系統的坐標軸。 第2 節 空間數據結構221232332333233323332yxO67第2 節 空間數據結構三、柵格數據結構三、柵格數據結構 (三三)柵格系統的確定柵格系統的確定 柵格單元的尺寸 1）原則：應能有效地逼近空間對象的分布特征，又減少數據的冗余度。 柵格太大，忽略較小圖斑，信息被丟失；柵格太小，會增加存儲數據量 2）方法：用保證最小

43、多邊形的精度標準來確定尺寸經驗公式： H = (min|Ai|)1/2 H 為柵格單元邊長, Ai 為區域所有多邊形的面積+68第2 節 空間數據結構三、柵格數據結構三、柵格數據結構 (四四) 柵格代碼柵格代碼(屬性值屬性值)的確定的確定 1、中心點法：取位于柵格中心的屬性值為該柵格的屬性值。 2、面積占優法：柵格單元屬性值為面積最大者。 3、重要性法：取重要的屬性值為柵格屬性值。 4、長度占優法：每個柵格單元的值由該柵格中線段最長的實體的屬性來確定。 ABCO中心點法，該柵格單元的值：中心點法，該柵格單元的值： 面積占優法，該柵格單元的值為：面積占優法，該柵格單元的值為：重要性法，該柵格單元

44、的值為：重要性法，該柵格單元的值為：長度占優法，該柵格單元的值為：長度占優法，該柵格單元的值為： 69第2 節 空間數據結構三、柵格數據結構三、柵格數據結構 (五五) 柵格數據結構的表示柵格數據結構的表示 將柵格數據看作一個數據矩陣，逐行（或逐列）記錄代碼， 可以每行都從左到右記錄，也可以奇數行從左到右，偶數行從右到左。 記錄柵格數據的文件稱為柵格文件，且常在文件頭中存有該柵格數據的長和寬(行數和列數) 特點：最直觀、最基本的柵格存貯結構，沒有進行任何壓縮數據處理; 但許多記錄重復記錄同一屬性值, 數據存在大量冗余,并且當柵格越小, 冗余越嚴重99990 00099900 00009907 7

45、0000007 70000007 77700007 77700007 77700007 777行號柵 格 值19999000029990000030990770040000770050000777760000777770000777780000777770第2 節 空間數據結構三、柵格數據結構三、柵格數據結構 (六六) 柵格數據結構的特點柵格數據結構的特點 l 用離散的量化柵格值表示空間對象(通常是規則格網)l 位置隱含，屬性明顯l 數據結構簡單，易于遙感數據結合，但數據量大l 存在幾何和屬性偏差l 面向位置的數據結構,難以建立空間對象之間的關系l 比例尺大小為柵格(像元)的大小與地表相應單元

46、的大小之比。 像元較大時，對地物的面積、長度等的量測有較大影響 abc345abc面積:6 7幾何偏差屬性偏差71第3 節 矢量、柵格數據結構的比較一、矢量和柵格數據結構的比較一、矢量和柵格數據結構的比較優 點 缺 點矢矢量量便于面向現象(土壤類型)的數據表示，不僅能表達屬性，而且能方便的記錄每個目標的具體屬性信息數據結構緊湊，冗余度低 有利于網絡、檢索分析 圖形顯示質量好，位置精度高能完整地描述空間關系 數據結構復雜 多邊形疊置分析及模擬較困難 不能做增強處理 軟硬件技術要求高 柵柵 格格數據結構簡單，易數據交換 空間分析和地理現象模擬較容易有利于與RS數據的匹配應用和分析 輸出方法快速，成

47、本比較低廉 現象識別效果不如矢量方法 圖形數據量大 投影轉換困難 圖形質量轉低72第3 節 矢量、柵格數據結構的比較二、數據結構選擇的一般原則二、數據結構選擇的一般原則 q 要素還是位置q 可獲取的數據q 定位要素的必要精度q 需要什么類型的要素q 需要什么類型的拓撲關系q 所需空間分析類型q 生產地圖類型 柵格結構：大范圍小比例尺的自然資源、環境、農林業等區域問題的研究 矢量結構：城市分區或詳細規劃、土地管理、公用事業管理等方面的應用73第第4節節 矢柵一體化數據結構和三維數據結構矢柵一體化數據結構和三維數據結構 一、矢柵一體化數據結構一、矢柵一體化數據結構 A 矢柵一體化概念矢柵一體化概念

48、 將矢量面對目標的方法和柵格元子充填的方法結合起來， 采用填滿線狀目標路徑和充填面狀目標空間的方法作為 一體化數據結構的基礎， 每個線狀目標除了記錄原始采樣點外，還記錄路徑所 通過的柵格； 每個面狀地物除記錄它的多邊形周邊以外， 還包括中間的面域柵格134221222443244433244333244433433點、線、面狀地物均采用面向目標的描述方法，因此它保持了矢量的特性，而元子 空間充填表達建立了位置與地物的聯系，使之具有柵格的性質。從原理上說，這是一種以矢量的方式來組織柵格數據的數據結構。74第4節 矢柵一體化數據結構和三維數據結構 一、矢柵一體化數據結構一、矢柵一體化數據結構 B

49、三個約定三個約定和和細分格網法細分格網法 1. 三個約定三個約定 點狀地物僅有空間位置，沒有形狀和面積，在計算機內部僅有一 個位置數據。 線狀地物有形狀但沒有面積，在計算機內部需要用一組元子填滿 整個路徑。 面狀地物具有形狀和面積，在平面上的投影是由邊界包圍的空間 和一組填滿路徑的元子表達的邊界組成。 75第4節 矢柵一體化數據結構和三維數據結構 一、矢柵一體化數據結構一、矢柵一體化數據結構 B 三個約定和細分格網法三個約定和細分格網法 一體化數據結構是基于柵格的，表達目標 的精度受柵格尺寸的限制，可利用細分格 網法提高數據表達精度 2. 細分格網法細分格網法 為提高柵格表示精度，采用細分格網

50、法： 將一對 X，Y 坐標用兩個 Morton 碼代替： M1 表示該點所在基本格網的地址碼； M2 表示該點對應的細分格網的Morton碼。 這種方法可將柵格數據的表達精度提高16倍或256倍 ABCDE76第4節 矢柵一體化數據結構和三維數據結構 一、矢柵一體化數據結構一、矢柵一體化數據結構 C 矢柵一體化數據結構設計矢柵一體化數據結構設計 線性四叉樹(Morton)是基本數據格式，三個約定是設計點、線、面數據結構的基本依據，細分格網法保證足夠精度。 7778M M R M M M M MM M R R M R M MM R R R R R R MM R R R R R R MM R R

51、R R R R MM R R R R R R MM M R R R R R MM M M R R M M M1 2 3 4 5 6 7 81 2 3 4 5 6 7 8區域分割方法M M R M M M M MM M R R M R M MM R R R R R R MM R R R R R R MM R R R R R R MM R R R R R R MM M R R R R R MM M M R R M M M79在四叉樹中，不能再分的結點稱為葉子結點，可再分的結點稱為樹杈結點樹杈結點葉子結點1 2 3 4 5 6 7 81 2 3 4 5 6 7 8M M R M M M M MM M

52、 R R M R M MM R R R R R R MM R R R R R R MM R R R R R R MM R R R R R R MM M R R R R R MM M M R R M M M80四叉樹四叉樹編碼編碼方法方法NW （0） NE （1）NW （2） SE（3）0層1層2層3層記錄每個葉子結點的地址和屬性01232021 2223200201202 203 230231 23223381美國馬里蘭大學四叉樹編碼方法美國馬里蘭大學四叉樹編碼方法0層1層2層3層01232021 2223200201202 203230231 232233該方法用二進制（共32位）記錄每個葉

53、結點的地址和屬性值，其中地址包括兩個部分，即深度和路徑。000001011000011屬性編碼 22位路徑2n位深度4位82第4節 矢柵一體化數據結構和三維數據結構 一、矢柵一體化數據結構一、矢柵一體化數據結構 C 矢柵一體化數據結構設計矢柵一體化數據結構設計 1、點狀地物和結點點狀地物和結點的數據結構 根據基本約定，不必將點狀地物作為一個覆蓋層分解為四叉樹，只要將點的坐 標轉化為地址碼M1 和M2 ,而不管整個構形是否為四叉樹。 該結構簡單靈活，便于點的插入和刪除，能處理一個柵格內包含多個點狀目標 的情況。所有的點狀地物以及弧段之間的結點數據用一個文件表示，其結構見表。 可見，這種結構幾乎與

54、矢量結構完全一致。點標識號M1M2屬性1002543408443210026105772546383第4節 矢柵一體化數據結構和三維數據結構 一、矢柵一體化數據結構一、矢柵一體化數據結構 C、 矢柵一體化數據結構設計 2、線線狀狀地物數據結構 弧段弧段的數據結構：弧標識號起結點終結點中間點串（M1，M2，Z）20078100251002658，7749，435，92，4377，439，20079100261003290，432，502，112，4412，496，線狀地物線狀地物的數據結構：線標識號弧段標識號3003120078，200793003220092，20098，20099這種數據結構

55、比單純的矢量結構增加了一定的存儲量，但它解決了線狀地物的四叉樹表達問題，使它與點狀、面狀地物一起建立統一的基于線性四叉樹編碼的數據結構體系。這對于點狀地物與線狀地物相交，線狀地物之間的相交，以及線狀地物與面狀地物相交的查詢問題變得相當簡便和快速。84第4節 矢柵一體化數據結構和三維數據結構 一、矢柵一體化數據結構一、矢柵一體化數據結構 C 矢柵一體化數據結構設計矢柵一體化數據結構設計 3、面面狀狀地物數據結構 根據對面狀地物的約定，一個面狀地物應記錄邊界和邊界所包圍的整個面域。 其中邊界由弧段組成，它同樣引用弧段表中的信息， 面域信息則由線性四叉樹或二維行程編碼表示 0004444400444

56、444000044440000448400088888008888880088888800088888014516 17 20 21236718 19 22 238912 1324 25 28 29101114 1526 27 30 3132 33 36 3748 49 52 5334 35 38 3950 51 54 5540 41 44 4556 57 60 6142 43 46 4758 59 62 63二維行程編碼二維行程M碼屬性值00548016430831432037840044046047885第4節 矢柵一體化數據結構和三維數據結構 一、矢柵一體化數據結構 C 矢柵一體化數據結

57、構設計 3、面狀地物數據結構 為了建立面向地物的數據結構，做這樣的修改： 二維行程編碼中的屬性值可以是葉結點的屬性值， 也可以是指向該地物的下一個子塊的循環指針。即用循環指針將同屬于一個目標的葉結點鏈接起來，形成面向地物的結構。 0004444400444444000044440000448400088888008888880088888800088888014516 17 20 21236718 19 22 238912 1324 25 28 29101114 1526 27 30 3132 33 36 3748 49 52 5334 35 38 3950 51 54 5540 41 44

58、4556 57 60 6142 43 46 4758 59 62 63帶指針的二維行程編碼二維行程M碼循環指針屬性值0851683216313037314(屬性值)3240374440464447460 (屬性值)478 (屬性值)86第4節 矢柵一體化數據結構和三維數據結構 一、矢柵一體化數據結構 C 矢柵一體化數據結構設計 3、面狀地物數據結構 即用循環指針將同屬于一個目標的葉結點鏈接起來， 形成面向地物的結構。 0004444400444444000044440000448400088888008888880088888800088888帶指針的二維行程編碼二維行程M碼循環指針屬性值08

59、51683216313037314(屬性值)3240374440464447460 (屬性值)478 (屬性值) 04887第4節 矢柵一體化數據結構和三維數據結構 一、矢柵一體化數據結構 C 矢柵一體化數據結構設計 3、面狀地物數據結構 面狀地物的數據結構 面狀地物的數據結構面標識號弧段標識號面塊頭指針40001（屬性值為0） 20001，20002，20003040002（屬性值為4） 20002，200041640003（屬性值為8） 200037數據結構是面向地物的，具有矢量的特點。通過面狀地物的標識號可以找到它的邊界弧段并順著指針提取所有的中間面塊。同時它又具有柵格的全部特性，二維行

60、程本身就是面向位置的結構，表中的Morton碼表達了位置的相互關系，前后M碼之差隱含了該子塊的大小。給出任意一點的位置都可在帶指針的二維行程編碼順著指針找到面狀地物的標識號確定是哪一個地物。88第4節 矢柵一體化數據結構和三維數據結構 一、矢柵一體化數據結構 C 矢柵一體化數據結構設計 4、復雜地物數據結構 由幾個或幾種點、線、面狀簡單地物組成的地物稱為復雜地物 例如將一條公路上的中心線、交通燈、立交橋等組合為一個復雜地物， 用一個標識號表示。 復雜地物的數據結構如表：復雜地物的數據結構復雜抵牾標識號簡單地物表識號5000810025，30005，300255000930006，30007，4