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1、1,GIS,Data,(Geographic Information Systems),2,3,第1节 地理实体及其表达 第2节 矢量数据结构 第3节 栅格数据结构 第4节 矢量与栅格数据结构的比较 第5节 矢-栅一体化数据结构 和三维数据结构,第二章 GIS的空间数据结构, 教学要求 教学重点 教学活动 作 业,4,教学要求 1. 理解地理实体的表达形式。 2. 掌握矢量和栅格数据结构及其表达。 3. 掌握矢量和栅格数据结构的优、缺点。 4. 了解矢栅一体化数据结构和三维数据结 构及其表达 教学重点 1. 空间数据结构及其表达 2. 地理实体及其描述 教学活动 在学校图书馆或网络上查阅相关的
2、地理信 息系统教材和杂志,进一步理解空间数据结 构的相关问题。,返回上一页,5,第二章 GIS的空间数据结构,GIS空间数据分为以下几种类型 : 1、按数据来源分类 （1）地图数据 ; （2）影像数据 ; （3）地形数据 ; （4）属性数据 ; （5）元数据：数据的数据； 2、按数据所表达的地理实体几何形状分类 （1）点数据；（2）线数据；（3）面数据,6,2D Digital Map,7,第二章 GIS的空间数据结构,GIS空间数据分为以下几种类型 : 1、按数据来源分类 （1）地图数据 ; （2）影像数据 ; （3）地形数据 ; （4）属性数据 ; （5）元数据：数据的数据； 2、按数据所
3、表达的地理实体几何形状分类 （1）点数据；（2）线数据；（3）面数据,8,9,第二章 GIS的空间数据结构,GIS空间数据分为以下几种类型 : 1、按数据来源分类 （1）地图数据 ; （2）影像数据 ; （3）地形数据 ; （4）属性数据 ; （5）元数据：数据的数据； 2、按数据所表达的地理实体几何形状分类 （1）点数据；（2）线数据；（3）面数据,10,11,第二章 GIS的空间数据结构,GIS空间数据分为以下几种类型 : 1、按数据来源分类 （1）地图数据 ; （2）影像数据 ; （3）地形数据 ; （4）属性数据 ; （5）元数据：数据的数据； 2、按数据所表达的地理实体几何形状分类
4、（1）点数据；（2）线数据；（3）面数据,12,第二章 GIS的空间数据结构,GIS空间数据分为以下几种类型 : 1、按数据来源分类 （1）地图数据 ; （2）影像数据 ; （3）地形数据 ; （4）属性数据 ; （5）元数据：数据的数据； 2、按数据所表达的地理实体几何形状分类 （1）点数据；（2）线数据；（3）面数据,13,第二章 GIS的空间数据结构,14,第二章 GIS的空间数据结构,GIS空间数据分为以下几种类型 : 1、按数据来源分类 （1）地图数据 ; （2）影像数据 ; （3）地形数据 ; （4）属性数据 ; （5）元数据：数据的数据； 2、按数据所表达的地理实体几何形状分类
5、（1）点数据；（2）线数据；（3）面数据,15,第1节 地理实体及其表达 第2节 矢量数据结构 第3节 栅格数据结构 第4节 矢量与栅格数据结构的比较 第5节 矢-栅一体化数据结构和三维数据结构,第二章 GIS的空间数据结构,16,一、地理实体 1. 地理实体与地理目标 地理实体：指一种在现实世界中不能再划分为同类现象的现象。 地理目标：实体在地理数据库中的表示 2. 地理实体特征（空间特征、属性特征、时间特征） 3. 地理实体的类型（点、线、面、体） 4. 地理目标的类型（0、1、2、3维） 二、地理实体的描述 A.地理实体的描述内容（ 编码（分类码、 识别码）, 位置, 类型 行为, 属性
6、 , 说明, 时间维描述, 关系) B. 地理实体数据类型(属性数据,几何数据, 关系数据) C.地理实体的描述空间数据结构,第1 节 地理实体及其表达,17,一、空间数据结构的概念: 二、矢量数据结构 (一)矢量数据结构: (二)矢量数据获取方式 (三)矢量数据表达需要考虑的内容 (四)矢量数据表达 1 简单数据结构 2 拓扑数据结构 索引式数据结构 双重独立式数据结构 链状双重独立式数据结构,第2 节 空间数据结构,18,第1 节 地理实体及其表达,一、地理实体 1. 地理实体与地理目标,地理实体：指一种在现实世界中不能再划分为同类现象的现象。 如城市是实体，其各组成部分则不能称为城市，而
7、称为区、街道等 实体是自然界现象和社会经济事件中不能再分割的单元，是一个具有概括性和 相对意义的概念。实体是现实世界中客观存在的，并可相互区别的事物。 GIS地理数据库是地理实体的集合，是一种与现实世界保持一定相似性的实体模型 地理目标：实体在地理数据库中的表示。 地理目标是一个概括、复杂、相对、抽象的概念，其具体类别和内容的确定是 从具体需要出发的，并随表示方法的比例尺、目的等情况而变化。,19,第1 节 地理实体及其表达,一、地理实体 2. 地理实体特征,属性特征用以描述事物或现象的特性，即用来说明“是什么”，如事物或现象的类别、等级、数量、名称等,空间特征用以描述事物或现象的地理位置以及
8、空间相互关系，故又称几何特征和拓扑 特征，如中国与印度之间边界界桩的经纬度，中国与印度之间的邻接关系,时间特征用以描述事物或现象随时间的变化，如学生人数的逐年变化。,20,第1 节 地理实体及其表达,一、地理实体 3. 地理实体的类型以相同的方式表示和存储的一组类似的地理实体， 可以作为 地理实体的一种类型 点实体指具有特定的位置而没有长度的实体。 线实体指具有长度的实体，如线段、边界、链、网络等，并具有以下特征： 面实体又成为多边形、区域等，水对湖泊、岛屿、地块等一类现象的描述， 具有以下空间特征 体实体用于描述三维空间中的现象与物体，具有长度、宽度及高度等属性， 有如下空间特征,21,第1
9、 节 地理实体及其表达,一、地理实体 3. 地理实体的类型以相同的方式表示和存储的一组类似的地理实体， 可以作为 地理实体的一种类型 点实体指具有特定的位置而没有长度的实体。 线实体指具有长度的实体，如线段、边界、链、网络等，并具有以下特征： 面实体又成为多边形、区域等，水对湖泊、岛屿、地块等一类现象的描述， 具有以下空间特征 体实体用于描述三维空间中的现象与物体，具有长度、宽度及高度等属性， 有如下空间特征,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：如水流方向,上下游; 公路,单双向之分。,22,第1 节 地理实体及其表达,一、地理实体 3. 地理实体的
10、类型以相同的方式表示和存储的一组类似的地理实体， 可以作为地 理实体的一种类型 点实体指具有特定的位置而没有长度的实体。 线实体指具有长度的实体，如线段、边界、链、网络等。 面实体又成为多边形、区域等，水对湖泊、岛屿、地块等一类现象的描述。 体实体用于描述三维空间中的现象与物体，具有长度、宽度及高度等属性。,23,第1 节 地理实体及其表达,体积 岛或洞 表面积 断面,一、地理实体 3. 地理实体的类型以相同的方式表示和存储的一组类似的地理实体， 可以作为 地理实体的一种类型 点实体指具有特定的位置而没有长度的实体。 线实体指具有长度的实体，如线段、边界、链、网络等。 面实体又成为多边形、区域
11、等，水对湖泊、岛屿、地块等一类现象的描述。 体实体用于描述三维空间中的现象与物体，具有长度、宽度及高度等属性。,24,第1 节 地理实体及其表达,第1 节 地理实体及其表达,一、地理实体 4. 地理目标的类型地理目标是地理实体在计算机系统内的表示，它需要选择合 适的类型，而地理目标的类型按空间维来定义 0维有位置而无长度的目标，如点。 1维有长度的目标，一般有两个或多个0维目标组成，如线。 2维有长度和宽度的目标，如多边形。 3维有长、宽、高的目标，如三维立体。 地理实体可以根据地理目标的类型划分为点、线、面、体4种类型,25,第1 节 地理实体及其表达,二、地理实体的描述 A. 地理实体的描
12、述内容： 编码用于区别不同的实体，有时同一实体在不同的时间具有不同的编码，如上行和 下行的火车。编码通常包括分类码和识别码。 分类码，是用来标识实体所属的类别， 识别码，是对每个实体进行标识，是唯一的，用于区别不同的实体。 位置通常用坐标值的形式给出实体的空间位置。 类型指明该地理实体属于哪一种实体类型，或由哪些实体类型组成。 行为指明该地理实体可以具有哪些行为和功能。 属性指明该地理实体所对应的非空间信息，如道路的宽度、路面质量、车流量等 说明用于说明实体数据的来源、质量等相关的信息。 时间维描述地理实体的属性或空间位置随时间的变化 。 关系与其它地理实体的关系。,26,第1 节 地理实体及
13、其表达,27,第1 节 地理实体及其表达,二、地理实体的描述 B. 地理实体数据类型根据地理实体的特征，把地理实体数据分为三类 属性数据描述空间对象的属性特征的数据，也称非几何数据。 即说明“是什么”，如类型、等级、名称、状态等 描述时间特征的数据也可以归为这一类。 几何数据描述空间对象的空间特征的数据，也称位置数据、定位数据。 即说明“在哪里”，一般用经纬度或X、Y坐标来表示。 关系数据描述空间对象之间的空间关系的数据，一般通过拓扑关系表达。 如空间数据的相邻、包含等，主要是指拓扑关系。 拓扑关系是一种对空间关系进行明确定义的数学方法,28,第2 节 空间数据结构,一、空间数据结构的概念 空
14、间数据结构是指空间数据适合于计算机存储、管理、处理的逻辑结构,也就是指空间数据以什么形式在计算机中存储和处理. 空间数据结构分为基于矢量的数据结构和基于栅格的数据结构两种基本类型,29,二、矢量数据结构 (一)矢量数据结构通过记录空间对象的坐标及其空间关系来表达地理实体的一种数据结构。 矢量结构的特点：属性隐含，定位明显 A. 点实体：记录点坐标和属性代码； B. 线实体：记录两个或一系列采样 点的坐标，并加属性代码； C. 面实体：记录边界上一系列采样点 的坐标，由于多边形封闭， 边界为闭合环，加面域属性代码。,第2 节 空间数据结构,30,二、矢量数据结构 (二)矢量数据获取方式 通过外业
15、测量获得，利用测量仪器（全站仪、GPS、常规测量等）记录测量结果，然后转到地理数据库中 跟踪数字化，用跟踪数字化的方式把地图变成离散的矢量数据 间接获取 栅格数据转换 空间分析（叠置、缓冲等操作产生的新的矢量数据）,第2 节 空间数据结构,31,二、矢量数据结构 (三)矢量数据表达需要考虑的内容 矢量数据自身的存储和管理 几何数据和属性数据的联系 空间对象的空间关系（拓扑关系） (四)矢量数据表达 简单数据结构 拓扑数据结构 索引式数据结构 双重独立式数据结构 链状双重独立式数据结构,第2 节 空间数据结构,32,(四) 矢量数据表达简单数据结构,简单数据结构：是指只记录空间对象的位置坐标和属
16、性信息，不记录拓扑关系的一种矢量数据结构，又称面条结构。 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： 优点：数据按照点、线或多边形为单元进行组织，结构简单、直观、易实现以 实体为单位的运算和显示 缺点： A. 独立存储方式造成相邻多边形的公共边界被数字化并存储两次，出现数据 冗余和碎屑多边形，导致数据不一致；点位字典存储可保证公共边的唯一性 B.自成体系，缺少多边形的邻接信息，邻域处理复杂，需追踪出公共边。 C.处理岛或洞等嵌套问题较麻烦，需要计算多边形的包含等。 适用范围： 制图及一般查询，不适合复杂的空间分析,33,面状物（多边形）
17、矢量编码,独立存储,(四) 矢量数据表达简单数据结构,34,(四) 矢量数据表达简单数据结构,35,(四) 矢量数据表达拓扑数据结构,拓扑概念： 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,拓扑结构是明确定义空间关系的一种数学方法,36,(四) 矢量数据表达拓扑数据结构,拓扑关系 拓扑关系：指图形保持连续状态下变形， 但图形关系不变的性质。,37, 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：若干弧段组成的闭合多边形,矢量数据表达拓扑数据结构
18、,38,矢量数据表达拓扑数据结构,拓扑关系 拓扑元素,拓扑线段（arc）,结点(node）,多边形（poly）,该线段中间不与其它线段存在联系,拓扑线段的两个端点，分别为首结点、尾结点,由数条拓扑线段连接而成,39, 拓扑关系 最基本拓扑关系 拓扑关联：指存在于空间图形中的不同拓扑元素 之间的关系 结点与弧段：如结b与弧3,2,5 多边形与弧段：面C与弧4,5,3 拓扑邻接：指存在于空间图形中的相同拓扑元素 之间的关系。多边形之间,结点之间 邻接矩阵,1邻结；0不邻结 其它拓扑关系 拓扑包含：指存在于空间图形中的面与其它元素 之间的关系,如面状实体包含哪些点、线状实体 层次关系：指存在于空间图
19、形中的相同拓扑元素 之间的等级关系，如连云港市各个区 拓扑连通：拓扑元素之间的通达关系，如点连通度，面连通度,b,矢量数据表达拓扑数据结构,40,b,矢量数据表达拓扑数据结构,1、拓扑邻接：拓扑邻接是指空间图形的同类元素之间的拓扑关系。,多边形之间的邻接关系P1/P2，P2/P3，弧段之间的邻接关系a1/a2，a2/a3，性以及结点之间的邻接关系N1/N2，N2/N3，。,41,b,矢量数据表达拓扑数据结构,2 拓扑关联 ：拓扑关联是指空间图形的不同元素之间的拓扑关系 。,结点与弧段的关联关系N1/a1,a5,a3；N2/a1,a6,a2；多边形与弧段的关联关系P1/a1,a6,a5；P2/a
20、4,a6,a2，。,42,b,矢量数据表达拓扑数据结构,3、拓扑包含：拓扑包含是指空间图形的同类，但不同级的元素之间的拓扑关系。,图 (a)中多边形P1中包含多边形P2，图（b）中多边形P3包含在多边形P2中，而多边形P2，P3又都包含在多边形P1中。图 （c）多边形P2，P3都包含在多边形P1中，多边形P2，P3对P1而言是等价包含 .,43,b, 拓扑关系 拓扑元素量、质不变及相互关系欧拉公式 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。,n = 4， a = 4 b = 1， c = 1,n = 6， a =
21、5 b = 1， c = 2,n = 4， a = 5 b = 2， c = 1,n = 10， a = 12 b = 3， c = 1,矢量数据表达拓扑数据结构,44, 拓扑关系 拓扑关系的表达-关系表,矢量数据表达拓扑数据结构,结点编码： ,多边形编码： (1)(2)(3)(4)(5),线段编码： 1 2 3 4 5 6 7 8 9,(2),(3),(5),(4),1,2,4,5,6,7,8,9,3,45, 拓扑关系 拓扑关系的表达-关系表 如果将空间图形的结点、弧段和多边形之间的拓扑结构表达出来，可以形成四个关系表达： 结点-弧拓扑 弧-结点拓 弧-面拓扑 面-弧拓扑,矢量数据表达拓扑数
22、据结构,46, 拓扑关系 拓扑关系的表达关系表,矢量数据表达拓扑数据结构,47, 拓扑关系 拓扑关系的意义 空间数据的拓扑关系对GIS的数据处理和空间分析具有重要意义 A. 拓扑关系能清楚地反映实体之间的逻辑结构关系 不需要利用坐标或距离就可以确定一个地理实体相对于另一个地理实体的空间位置关系;并且这种拓扑数据较之几何数据具有更大的稳定性，即它不随地图投影而变化 B. 有助于空间要素的查询，利用拓扑关系可以解决许多实际问题 C. 根据拓扑关系可重建地理实体。,矢量数据表达拓扑数据结构,48,矢量数据表达拓扑数据结构,空间数据的计算机表示,49, 主要拓扑数据结构类型 索引式数据结构，是对所有边
23、界点进行数字化，将坐标对以顺序方式存储，由点索引 与边界线号相联系，以线索引与各多边形相联系，形成树状索引结构。,矢量数据表达拓扑数据结构,50, 主要拓扑数据结构类型 索引式数据结构,矢量数据表达拓扑数据结构,优点：1）消除多边形数据的冗余和不一致 2）邻接信息、岛信息可通过查找公共弧段号的方式查询 缺点：1）表达拓扑关系较繁琐 2）给相邻运算、处理岛信息、检索拓扑关系等带来困难 3）以人工方式建立编码表，工作量大，易出错,51, 主要拓扑数据结构类型 双重独立式数据结构 (DIME， Dual Independent Map Encoding)，是对图上网状或面状要素的任何一条线段，用其两
24、端的结点及相邻面域来予以定义。,矢量数据表达拓扑数据结构,52, 主要拓扑数据结构类型 链状双重独立式数据结构，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,矢量数据表达拓扑数据结构,53, 主要拓扑数据结构类型 链状双重独立式数据结构,矢量数据表达拓扑数据结构,特点: 拓扑关系明确，也能表达岛信息，而且以弧段为记录单位， 满足实际应用需要。 在ARC/INFO软件中： 1）ARC文件： 2）INFO：属性表, 如AAT（Arc Attribute Table）,54,第1节 地理实体及其表达 第
25、2节 矢量数据结构 第3节 栅格数据结构 第4节 矢量与栅格数据结构的比较 第5节 矢-栅一体化数据结构和三维数据结构,第二章 GIS的空间数据结构,上节内容回顾,55,一、地理实体 1. 地理实体与地理目标 地理实体：指一种在现实世界中不能再划分为同类现象的现象。 地理目标：实体在地理数据库中的表示 2. 地理实体特征（空间特征、属性特征、时间特征） 3. 地理实体的类型（点、线、面、体） 4. 地理目标的类型（0、1、2、3维） 二、地理实体的描述 A.地理实体的描述内容（ 编码（分类码、 识别码）, 位置, 类型 行为, 属性 , 说明, 时间维描述, 关系) B. 地理实体数据类型(属
26、性数据,几何数据, 关系数据) C.地理实体的描述空间数据结构,第1 节 地理实体及其表达,56,一、空间数据结构的概念: 二、矢量数据结构 (一)矢量数据结构: (二)矢量数据获取方式 (三)矢量数据表达需要考虑的内容 (四)矢量数据表达 1 简单数据结构 2 拓扑数据结构 索引式数据结构 双重独立式数据结构 链状双重独立式数据结构,第2 节 空间数据结构,57,一、空间数据结构的概念:(是指空间数据适合于计算机存储、管理、处 理的逻辑结构,也就是指空间数据以什么形式在计算机中存储和处理) 二、矢量数据结构 (一)矢量数据结构(通过记录空间对象的坐标及其空间关系来表达地理实体的一 种数据结构
27、) (二)矢量数据获取方式: 1 外业测量, 2 跟踪数字化， 3 间接获取(栅格数据转换,空间分析) (三)矢量数据表达需要考虑的内容 1 矢量数据自身的存储和管理, 2 几何数据和属性数据的联系, 3 空间对象的空间关系（拓扑关系）),第2 节 空间数据结构,58,(四)矢量数据表达 1 简单数据结构(是指只记录空间对象的位置坐标和属性信息，不记录拓扑关系的一种矢量数据结构，又称面条结构) 2 拓扑数据结构 索引式数据结构:是对所有边界点进行数字化，将坐标对以顺序方式存储，由点索引与边界线号相联系，以线索引与各多边形相联系. 双重独立式数据结构:是对图上网状或面状要素的任何一条线段，用其两
28、端的结点及相邻面域来予以定义。 链状双重独立式数据结构: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.,第2 节 空间数据结构,59,第1节 地理实体及其表达 第2节 矢量数据结构 第3节 栅格数据结构 第4节 矢量与栅格数据结构的比较 第5节 矢-栅一体化数据结构 和三维数据结构,第二章 GIS的空间数据结构,上节内容回顾,这节内容,60,三、栅格数据结构(Raster) (一)栅格数据结构 1 概念：是指将地球表面划分为大小均匀紧密相邻的网格阵列，每个网格作为一个象元或象素由行、列定义，并包含
29、一个代码表示该象素的属性类型或量值。 也即: 栅格数据结构就是像元阵列，用每个像元的行列号确定位置，用每个像元的值表示实体的类型、等级等属性,第2 节 空间数据结构,61,三、栅格数据结构(Raster),第2 节 空间数据结构,扫描图象：150DPI、300DPI、600DPI,1、栅格结构有关概念（续） 象元栅格单元 遥感影像：MSS 7979米 SPOT 1010米 TM 3030米 QuickBird 0.61 0.61米,影像分辨率,计算机屏幕分辨率：640780 800600 1024768,62,三、栅格数据结构(Raster),第2 节 空间数据结构,1、栅格结构有关概念（续）
30、,象元阵列：反映某一空间分布的系列象元队列，其行、列确定每个象元的空间位置。 象元属性：栅格单元值 地理要素的属性特征,63,三、栅格数据结构(Raster) (一)栅格数据结构 A. 点实体：由单个像元来表达 B. 线实体：由在一定方向上连接成串的相邻像元的集合来表达。 C. 面实体：由聚集在一起的相邻像元的集合来表达,第2 节 空间数据结构,64,第2 节 空间数据结构,三、栅格数据结构(Raster),65,栅格数据单元格经常是矩形（主要是正方形）的，但并不是必须如此。其单元格形状可以随应用的需要进行具体设定，比如设置为三角形。 栅格数据的比例尺就是栅格大小与地表相应单元大小之比。 栅格
31、尺寸越小，其分辨率越高，数据量也越大。 由于栅格结构对地表的离散，在计算面积、长度、距离、形状等空间指标时，若栅格尺寸较大，则造成较大的误差 。 由于栅格单元中存在多种地物，而数据中常常只记录一个属性值，这会导致属性误差。比如，遥感数据中的“混合像元”问题。,2 栅格数据的形状、尺寸及相关问题,第2 节 空间数据结构,三、栅格数据结构(Raster),66,三、栅格数据结构 (二)栅格数据获取的途径 1、 手工获取 2、 扫描仪扫描 3、 由矢量数据转换而来 4、 遥感影像数据 5、 格网DEM数据 (三)栅格系统的确定 栅格坐标系统的确定 由于栅格编码一般用于区域性GIS， 原点的选择常具有
32、局部性质。 但为了便于区域的拼接，栅格系统 的起始坐标应与国家基本比例尺 地形图 公里网的交点相一致，并分别采用公里网 的纵横坐标轴作为栅格系统的坐标轴。,第2 节 空间数据结构,67,第2 节 空间数据结构,三、栅格数据结构 (三)栅格系统的确定 栅格单元的尺寸 1）原则：应能有效地逼近空间对象的分布特征，又减少数据的冗余度。 栅格太大，忽略较小图斑，信息被丢失；栅格太小，会增加存储数据量 2）方法：用保证最小多边形的精度标准来确定尺寸经验公式： H = (min|Ai|)1/2 H 为栅格单元边长, Ai 为区域所有多边形的面积,68,第2 节 空间数据结构,三、栅格数据结构 (四) 栅格
33、代码(属性值)的确定 1、中心点法：取位于栅格中心的属性值为该栅格的属性值。 2、面积占优法：栅格单元属性值为面积最大者。 3、重要性法：取重要的属性值为栅格属性值。 4、长度占优法：每个栅格单元的值由该栅格中线段最长的实体的属性来确定。,中心点法，该栅格单元的值： 面积占优法，该栅格单元的值为： 重要性法，该栅格单元的值为： 长度占优法，该栅格单元的值为：,69,第2 节 空间数据结构,三、栅格数据结构 (五) 栅格数据结构的表示 将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行（或逐列）记录代码， 可以每行都从左到右记录，也可以奇数行从左到右，偶数行从右到左。 记录栅格数据的文件称为栅格文件，且常在文件头
34、中存有该栅格数据的长和宽(行数和列数),特点：最直观、最基本的栅格存贮结构，没有进行任何压缩数据处理; 但许多记录重复记录同一属性值, 数据存在大量冗余,并且当栅格越小, 冗余越严重,70,第2 节 空间数据结构,三、栅格数据结构 (六) 栅格数据结构的特点 用离散的量化栅格值表示空间对象(通常是规则格网) 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 存在几何和属性偏差 面向位置的数据结构,难以建立空间对象之间的关系 比例尺大小为栅格(像元)的大小与地表相应单元的大小之比。 像元较大时，对地物的面积、长度等的量测有较大影响,几何偏差,71,第3 节 矢量、栅格数据结构的比较
35、,一、矢量和栅格数据结构的比较,72,第3 节 矢量、栅格数据结构的比较,二、数据结构选择的一般原则 要素还是位置 可获取的数据 定位要素的必要精度 需要什么类型的要素 需要什么类型的拓扑关系 所需空间分析类型 生产地图类型 栅格结构：大范围小比例尺的自然资源、环境、农林业等区域问题的研究 矢量结构：城市分区或详细规划、土地管理、公用事业管理等方面的应用,73,第4节 矢栅一体化数据结构和三维数据结构,一、矢栅一体化数据结构 A 矢栅一体化概念 将矢量面对目标的方法和栅格元子充填的方法结合起来， 采用填满线状目标路径和充填面状目标空间的方法作为 一体化数据结构的基础， 每个线状目标除了记录原始
36、采样点外，还记录路径所 通过的栅格； 每个面状地物除记录它的多边形周边以外， 还包括中间的面域栅格,点、线、面状地物均采用面向目标的描述方法，因此它保持了矢量的特性，而元子 空间充填表达建立了位置与地物的联系，使之具有栅格的性质。 从原理上说，这是一种以矢量的方式来组织栅格数据的数据结构。,74,第4节 矢栅一体化数据结构和三维数据结构,一、矢栅一体化数据结构 B 三个约定和细分格网法 1. 三个约定 点状地物仅有空间位置，没有形状和面积，在计算机内部仅有一 个位置数据。 线状地物有形状但没有面积，在计算机内部需要用一组元子填满 整个路径。 面状地物具有形状和面积，在平面上的投影是由边界包围的
37、空间 和一组填满路径的元子表达的边界组成。,75,第4节 矢栅一体化数据结构和三维数据结构,一、矢栅一体化数据结构 B 三个约定和细分格网法 一体化数据结构是基于栅格的，表达目标 的精度受栅格尺寸的限制，可利用细分格 网法提高数据表达精度 2. 细分格网法 为提高栅格表示精度，采用细分格网法： 将一对 X，Y 坐标用两个 Morton 码代替： M1 表示该点所在基本格网的地址码； M2 表示该点对应的细分格网的Morton码。 这种方法可将栅格数据的表达精度提高16倍或256倍,76,第4节 矢栅一体化数据结构和三维数据结构,一、矢栅一体化数据结构 C 矢栅一体化数据结构设计 线性四叉树(M
38、orton)是基本数据格式，三个约定是设计点、线、面数据结构的基本依据，细分格网法保证足够精度。,77,补充：四叉树,概念： 四叉树又称四元树或四分树，是最有效的栅格数据压缩编码方法之一。 四分树将整个图像区域逐步分解为一系列方形区域，且每一个方形区域具有单一的属性。最小区域为一个象元。 区域分割原则： 将欲分解区域等分为四个象限，再根据各个象限的象元值是否单一决定要不要再分。如果单一则不再分割，否则同法再分，直到所有象限的象元属性值相同为止。,78,补充：四叉树（续）,M M R M M M M M,M M R R M R M M,M R R R R R R M,M R R R R R R
39、M,M R R R R R R M,M R R R R R R M,M M R R R R R M,M M M R R M M M,1 2 3 4 5 6 7 8,1 2 3 4 5 6 7 8,区域分割方法,79,补充：四叉树（续）,在四叉树中，不能再分的结点称为叶子结点，可再分的结点称为树杈结点,树杈结点,叶子结点,1 2 3 4 5 6 7 8,1 2 3 4 5 6 7 8,80,补充：四叉树（续）,四叉树编码方法,NW （0）,NE （1）,NW （2）,SE（3）,0层,1层,2层,3层,记录每个叶子结点的地址和属性,0,1,2,3,20,21,22,23,200,201,202,
40、203,230,231,232,233,81,补充：四叉树（续）,美国马里兰大学四叉树编码方法,0层,1层,2层,3层,0,1,2,3,20,21,22,23,200,201,202,203,230,231,232,233,该方法用二进制（共32位）记录每个叶结点的地址和属性值，其中地址包括两个部分，即深度和路径。,000001011000011,属性编码 22位,路径 2n位,深度 4位,82,第4节 矢栅一体化数据结构和三维数据结构,一、矢栅一体化数据结构 C 矢栅一体化数据结构设计 1、点状地物和结点的数据结构 根据基本约定，不必将点状地物作为一个覆盖层分解为四叉树，只要将点的坐 标转化
41、为地址码M1 和M2 ,而不管整个构形是否为四叉树。 该结构简单灵活，便于点的插入和删除，能处理一个栅格内包含多个点状目标 的情况。所有的点状地物以及弧段之间的结点数据用一个文件表示，其结构见表。 可见，这种结构几乎与矢量结构完全一致。,83,第4节 矢栅一体化数据结构和三维数据结构,一、矢栅一体化数据结构 C、 矢栅一体化数据结构设计 2、线状地物数据结构,这种数据结构比单纯的矢量结构增加了一定的存储量，但它解决了线状地物的四叉树表达问题，使它与点状、面状地物一起建立统一的基于线性四叉树编码的数据结构体系。 这对于点状地物与线状地物相交，线状地物之间的相交，以及线状地物与面状地物相交的查询问
42、题变得相当简便和快速。,84,第4节 矢栅一体化数据结构和三维数据结构,一、矢栅一体化数据结构 C 矢栅一体化数据结构设计 3、面状地物数据结构 根据对面状地物的约定，一个面状地物应记录边界和边界所包围的整个面域。 其中边界由弧段组成，它同样引用弧段表中的信息， 面域信息则由线性四叉树或二维行程编码表示,85,第4节 矢栅一体化数据结构和三维数据结构,一、矢栅一体化数据结构 C 矢栅一体化数据结构设计 3、面状地物数据结构 为了建立面向地物的数据结构，做这样的修改： 二维行程编码中的属性值可以是叶结点的属性值， 也可以是指向该地物的下一个子块的循环指针。 即用循环指针将同属于一个目标的叶结点链
43、接起来，形成面向地物的结构。,86,第4节 矢栅一体化数据结构和三维数据结构,一、矢栅一体化数据结构 C 矢栅一体化数据结构设计 3、面状地物数据结构 即用循环指针将同属于一个目标的叶结点链接起来， 形成面向地物的结构。,87,第4节 矢栅一体化数据结构和三维数据结构,一、矢栅一体化数据结构 C 矢栅一体化数据结构设计 3、面状地物数据结构 面状地物的数据结构,数据结构是面向地物的，具有矢量的特点。通过面状地物的标识号可以找到它的边界弧段并顺着指针提取所有的中间面块。 同时它又具有栅格的全部特性，二维行程本身就是面向位置的结构，表中的Morton码表达了位置的相互关系，前后M码之差隐含了该子块
44、的大小。 给出任意一点的位置都可在带指针的二维行程编码顺着指针找到面状地物的标识号确定是哪一个地物。,88,第4节 矢栅一体化数据结构和三维数据结构,一、矢栅一体化数据结构 C 矢栅一体化数据结构设计 4、复杂地物数据结构 由几个或几种点、线、面状简单地物组成的地物称为复杂地物 例如将一条公路上的中心线、交通灯、立交桥等组合为一个复杂地物， 用一个标识号表示。 复杂地物的数据结构如表：,89,第4节 矢栅一体化数据结构和三维数据结构,二、三维数据结构 A 概述 真三维模型 V = f (x, y, z)，z 是一自变量，不受x，y的影响。 三维数据的组织与重建，三维变换、查询、运算、分析、维护
45、较为复杂。 三维结构存在栅格和矢量两种形式： 栅格：将地理实体的三维空间分成细小单元体元。 普遍用八叉树。 矢量：x，y，z，抽象为点、线、面、体，面构成体。 常用三维边界表示法。,90,第4节 矢栅一体化数据结构和三维数据结构,二、三维数据结构 B 八叉树结构 1、思想： 四叉树在三维空间的推广。 将要表示的形体 V 放在一个充分大的正方体 C 内，C的边长为2n， 不断用两个与XOY、XOZ的平面均分C为8个子体，并判断属性单一性。 当子体部分为V灰结点 需再一分为八。 子体中无 V白结点 停止分割，叶结点。 子体全为V 黑结点,91,第4节 矢栅一体化数据结构和三维数据结构,二、三维数据
46、结构 B 八叉树结构 2、存贮结构 规则八叉树、线性八叉树、一对八式的八叉树 1）规则八叉树 用一个有九个字段的记录来表示树中的每个结点： 其中一个字段用来描述该结点的特性(灰、白、黑三类结点)， 其余的八个字段用来作为存放指向其八个子结点的指针。 这是最普遍使用的表示树形数据的存贮结构方式，显得十分自然且容易掌握， 但其缺陷较多，最大的问题是指针占用了大量的空间（94%）， 在存贮空间的使用率方面不很理想。,92,第4节 矢栅一体化数据结构和三维数据结构,二、三维数据结构 B 八叉树结构 2、存贮结构 规则八叉树、线性八叉树、一对八式的八叉树 2）线性八叉树 用预先确定的次序将八叉树转换成一
47、个线性表，表中的每个元素与一个结点相对应， 每个结点用固定的字节描述，某些位说明它是否为叶结点。,特点：注重考虑如何提高空间利用率， 节省存贮空间；但丧失一定的灵活性,93,第4节 矢栅一体化数据结构和三维数据结构,二、三维数据结构 B 八叉树结构 2、存贮结构 规则八叉树、线性八叉树、一对八式的八叉树 3）一对八式的八叉树 每个结点均1分为8，并标记为 0，1，2，3，4，5，6，7。 隐含子结点记录存放的次序 便于检索 浪费存储，除非完全八叉树，即所有叶结点均在同一层次出现， 上层均为非叶结点。,94,第4节 矢栅一体化数据结构和三维数据结构,二、三维数据结构 C 三维边界表示法 1、顶点表：用来表示多面体各顶点的坐标 2、边表：指出构成多面体某边的两个顶点,95,第4节 矢栅一体化数据结构和三维数据结构,二、三维数据结构 C 三维边界表示法 、面表：给出围成多面体某个面的各条边 、当有若干个多面体时，还必须有一个对象表,96,第4节 矢栅一体化数据结构和三维