地理信息系統(tǒng)讀書筆記

1、地理信息系統(tǒng)筆記第一章緒論§1-1GIS概念一、信息與數(shù)據(jù)1、信息1）定義：信息是現(xiàn)實世界在人們頭腦中的反映。它以文字、數(shù)據(jù)、符號、聲音、圖象等形式記錄下來，進行傳遞和處理,為人們的生產(chǎn)，建設(shè)，管理等提供依據(jù)。2）信息的特性：A、客觀性：任何信息都是與客觀事實相聯(lián)系的，這是信息的正確性和精確度的保證。B、適用性：問題不同，影響因素不同，需要的信息種類是不同的。信息系統(tǒng)將地理空間的巨大數(shù)據(jù)流收集，組織和管理起來，經(jīng)過處理、轉(zhuǎn)換和分析變?yōu)閷ιa(chǎn)、管理和決策具有重要意義的有用信息，這是由建立信息系統(tǒng)的明確目的性所決定的。如股市信息，對于不會炒股的人來說，毫無用處，而股民們會根據(jù)它進行股票的

2、購進或拋出，以達到股票增值的目的。C、傳輸性：信息可在信息發(fā)送者和接受者之間進行傳輸信息的傳輸網(wǎng)絡(luò)，被形象地稱為“信息高速公路”。D、共享性：信息與實物不同，信息可傳輸給多個用戶，為用戶共享，而其本身并無損失，這為信息的并發(fā)應(yīng)用提供可能性。2、數(shù)據(jù)指輸入到計算機并能被計算機進行處理的數(shù)字、文字、符號、聲音、圖象等符號。數(shù)據(jù)是對客觀現(xiàn)象的表示，數(shù)據(jù)本身并沒有意義。數(shù)據(jù)的格式往往和具體的計算機系統(tǒng)有關(guān)，隨載荷它的物理設(shè)備的形式而改變。3、兩者關(guān)系（有人認(rèn)為，輸入的都叫數(shù)據(jù)，輸出的都叫信息，其實不然）。數(shù)據(jù)是信息的表達、載體，信息是數(shù)據(jù)的內(nèi)涵，是形與質(zhì)的關(guān)系。只有數(shù)據(jù)對實體行為產(chǎn)生影響才成為信息，數(shù)

3、據(jù)只有經(jīng)過解釋才有意義，成為信息。例如“1、”“0”獨立的1、0均無意義。當(dāng)它表示某實體在某個地域內(nèi)存在與否，它就提供了“有”“無”信息，當(dāng)用它來標(biāo)識某種實體的類別時，它就提供了特征碼信息。二、地理信息與地學(xué)信息1、地理信息1）定義：指與研究對象的空間地理分布有關(guān)的信息。它表示地理系統(tǒng)諸要素的數(shù)量、質(zhì)量、分布特征，相互聯(lián)系和變化規(guī)律的圖、文、聲、像等的總稱。2）特點：A、地域性：（是地理信息區(qū)別于其它類型信息的最顯著標(biāo)志）。地理信息屬于空間信息，位置的識別與數(shù)據(jù)相聯(lián)系，它的這種定位特征是通過公共的地理基礎(chǔ)來體現(xiàn)的。B、多維結(jié)構(gòu)：指在同一位置上可有多種專題的信息結(jié)構(gòu)。如某一位置上的地理信息包括（

4、例圖）C、時序特征：時空的動態(tài)變化引起地理信息的屬性數(shù)據(jù)或空間數(shù)據(jù)的變化。因此，一實時的GIS系統(tǒng)要求能及時采集和更新地理信息，使得地理信息具有現(xiàn)勢性。以免過時的信息造成決策的失誤或因為缺少可*的動態(tài)數(shù)據(jù)，不能對變化中的地理事件或現(xiàn)象作出合理的預(yù)測預(yù)報和科學(xué)論證。例如98年龍王廟特大洪水險情正是武漢勘測設(shè)計院利用先進的搖感、GPS技術(shù)測得實時數(shù)據(jù)為抗洪決策提供可*依據(jù)。顯然，如果用過時數(shù)據(jù)，這將造成多大的損失，這就是地理信息的時序特征。2、地學(xué)信息與人類居住的地球有關(guān)的信息都是地學(xué)信息。3、兩者信息源不同地理信息的信息源是地球表面的巖石圈、水圈、大氣圈和人類活動等；地學(xué)信息所表示的信息范圍更廣

5、泛，不僅來自地表，還包括地下、大氣層甚至宇宙空間。它是人們深入認(rèn)識地球系統(tǒng)、適度開發(fā)資源、保護環(huán)境的前提和保證。四、信息系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)1、信息系統(tǒng)（InformationSystem,IS）1）系統(tǒng)：由相互作用和相互依賴的若干組成部分結(jié)合而成，能完成特定功能的有機整體。2）信息系統(tǒng)：能對數(shù)據(jù)和信息進行采集、存儲、加工和再現(xiàn)，并能回答用戶一系列問題的系統(tǒng)。具有采集、管理、分析和表達數(shù)據(jù)的能力。3）類型：從適用于不同管理層次角度出發(fā)、信息系統(tǒng)分為下列不同類型。事務(wù)處理系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)：主要支持操作層人員的日常事務(wù)處理，圖書管理，借還書。決策支持系統(tǒng)：從MIS中獲取信息，進行推測，以輔助決策。

6、人工智能、專家系統(tǒng)：用計算機模仿人類思維過程進行推理，在醫(yī)學(xué)上應(yīng)用較成功。為有效地對信息流進行控制，組織、管理、充分利用，就需要建立某種信息系統(tǒng)，那么對地理信息進行管理、利用就需要建立地理信息系統(tǒng)。2、地理信息系統(tǒng)（GeographicInformationSystem,GIS）1）定義：不同領(lǐng)域、不同專業(yè)對GIS的理解不同，目前沒有完全統(tǒng)一的被普遍接受的A、GIS是對地理環(huán)境有關(guān)問題進行分析和研究的一門學(xué)科，它將地理環(huán)境的各種要素，包括它們的空間位置形狀及分布特征和與之有關(guān)的社會、經(jīng)濟等專題信息以及這些信息之間的聯(lián)系等進行獲取、組織、存儲、檢索、分析，并在管理、規(guī)劃與決策中應(yīng)用。B、為了獲取

7、、存儲、檢索、分析和顯示空間定位數(shù)據(jù)而建立的計算機化的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。-美國國家地理信息與分析中心C、是在計算機軟硬件支持下，以采集、存儲、管理、檢索、分析和描述空間物體的定位分布及與之相關(guān)的屬性數(shù)據(jù)，并回答用戶問題為主要任務(wù)的計算機系統(tǒng)。D、GIS是一種獲取、存儲、檢索、操作、分析和顯示地球空間數(shù)據(jù)的計算機系統(tǒng)。-英國教育部2）理解aGIS是一計算機系統(tǒng)，既然是系統(tǒng)，就要具有系統(tǒng)的基本功能，數(shù)據(jù)采集、管理、分析和表達，所以每個GIS系統(tǒng)都是由若干具有一定功能的模塊組成。bGIS的處理對象是有關(guān)的地理分布數(shù)據(jù)，也就是空間數(shù)據(jù)，為了能對這些空間數(shù)據(jù)進行定位，定性和定量的描述，決定了GIS要對空間

8、數(shù)據(jù)按統(tǒng)一地理坐標(biāo)進行編碼，這是GIS與其他信息系統(tǒng)不同的根本所在。3、GIS與其它IS之間的關(guān)系和區(qū)別1）GIS與其它IS之間的關(guān)系（信息系統(tǒng)分類）2）GIS與其它IS的區(qū)別A、GIS與一般MIS：GIS離不開數(shù)據(jù)庫技術(shù)。數(shù)據(jù)庫中的一些基本技術(shù)，如數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)檢索等都是GIS廣泛使用的核心技術(shù)。GIS對空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)共同管理、分析和應(yīng)用，而一般MIS（數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)）側(cè)重于非圖形數(shù)據(jù)（屬性數(shù)據(jù)）的優(yōu)化存儲與查詢，即使存儲了圖形，也是以文件的形式存儲，不能對空間數(shù)據(jù)進行查詢、檢索、分析，沒有拓?fù)潢P(guān)系，其圖形顯示功能也很有限。如電話查號臺是一個一般MIS,只能回答用戶詢問的電話號碼，

9、而通信信息系統(tǒng)除了可查詢電話號碼外，還提供用戶的地理分布、空間密度、最近的郵局等空間關(guān)系信息。B、GIS與CAD/CAMGIS與CAD共同點GIS與CAD不同點都有空間坐標(biāo)系統(tǒng)；都能將目標(biāo)和參考系聯(lián)系起來；都能描述圖形數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系；都能處理屬性和空間數(shù)據(jù)CAD研究對象為人造對象?規(guī)則幾何圖形及組合；圖形功能特別是三維圖形功能強，屬性庫功能相對較弱；CAD中的拓?fù)潢P(guān)系較為簡單；一般采用幾何坐標(biāo)系。GIS處理的數(shù)據(jù)大多來自于現(xiàn)實世界，較之人造對象更復(fù)雜，數(shù)據(jù)量更大；數(shù)據(jù)采集的方式多樣化；GIS的屬性庫結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能強大；強調(diào)對空間數(shù)據(jù)的分析，圖形屬性交互使用頻繁；GIS采用地理坐標(biāo)系。GIS與C

10、AMGIS與CAM共同點GIS與CAM不同點都有地圖輸出、空間查詢、分析和檢索功能CAM側(cè)重于數(shù)據(jù)查詢、分類及自動符號化，具有地圖輔助設(shè)計和產(chǎn)生高質(zhì)量矢量地圖的輸出機制；它強調(diào)數(shù)據(jù)顯示而不是數(shù)據(jù)分析，地理數(shù)據(jù)往往缺乏拓?fù)潢P(guān)系；它與數(shù)據(jù)庫的聯(lián)系通常是一些簡單的查詢。CAM是GIS的重要組成部分；綜合圖形和屬性數(shù)據(jù)進行深層次的空間分析，提供輔助決策信息。§1-2GIS發(fā)展GIS起源于人口普查，土地調(diào)查和自動制圖，1960年，加拿大測量學(xué)家R.F.Tomlinson提出了把地圖變成數(shù)字形式的地圖，1963年，又提出GIS這一本術(shù)語，并建立了第一個GIS_加拿大GIS，隨后GIS以燎原之勢在

11、全世界迅速發(fā)展起來。一、國際GIS的發(fā)展?fàn)顩r1、60年代，探索時期（GIS思想和技術(shù)方法的探索）人們關(guān)注什么是GIS，GIS能干什么。2、70年代，鞏固時期，（這時由于計算機技術(shù)及其在自然資源和環(huán)境數(shù)據(jù)處理的應(yīng)用，促進GIS迅速發(fā)展）。這期間，發(fā)展研究的重點是空間數(shù)據(jù)處理的算法，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫管理這三個方面。3、80年代，實破階段，也是GIS普遍發(fā)展和推廣應(yīng)用階段，人們把GIS與RS解決全球性問題，如全球沙漠化，全球可居住地評價，核擴散問題等。4、90年代，全面應(yīng)用，產(chǎn)業(yè)化階段，對GIS進一步研究，研究的內(nèi)容集中在：空間信息分析的新模式和新方法，空間關(guān)系和數(shù)據(jù)模型，人工智能引入等。二、我國G

12、IS發(fā)展我國GIS起步較晚，但發(fā)展較快，分為以下幾個階段：1、70年代，準(zhǔn)備階段：一些知名人士GIS先驅(qū)看到GIS的廣闊前景和GIS的重要性，進行極積呼吁，為GIS在我國的發(fā)展奠定了與論準(zhǔn)備基礎(chǔ)并做了一些可行性實驗。2、80年代，試驗起步階段:這期間，我國在GIS理論探索，規(guī)范探討，軟件開發(fā)，系統(tǒng)建立等方面取得了突破和進展，進行了一些典型，試驗專題試驗軟件開發(fā)工作。3、90年代，我國GIS發(fā)展階段：我國改革開放以來，沿海，治江經(jīng)濟開發(fā)區(qū)的發(fā)展土地的有償使用和外資的引進，急需GIS為之服務(wù)，這也推動GIS在我國的全面發(fā)展。4、96年以來，是我國GIS產(chǎn)業(yè)化階段。近幾年來，我國經(jīng)濟信息化的基礎(chǔ)設(shè)施

13、和重大信息工程已納入國家計劃，一批國家級和地方級的GIS相繼建立并投入運行，一批專業(yè)遙感基地已建立，并進入了產(chǎn)業(yè)化運行，一批綜合運用“3S技術(shù)的重點項目已實施，并在自然災(zāi)害監(jiān)測和圖土資源調(diào)查中發(fā)揮效益，一批高等院校開設(shè)了與GIS相關(guān)的新專業(yè)，培養(yǎng)了一大批從事GIS研究與開發(fā)的高層次人才，具有我國自主版權(quán)的GIS基礎(chǔ)軟件的研制逐步進入了產(chǎn)業(yè)化軌道，等等這些都標(biāo)志我國GIS產(chǎn)業(yè)已進入新的發(fā)展階段。§1-3GIS構(gòu)成一、GIS組成從計算機的角度看，GIS是由軟件、硬件、數(shù)據(jù)和用戶組成。用戶（GIS服務(wù)的對象，分為一般用戶和從事建立、維護、管理和更新的高級用戶）軟件（支持?jǐn)?shù)據(jù)采集、存儲、加工

14、、回答用戶問題的計算機程序系統(tǒng)）硬件（各種設(shè)備-物質(zhì)基礎(chǔ)）數(shù)據(jù)（系統(tǒng)分析與處理的對象、構(gòu)成系統(tǒng)的應(yīng)用基礎(chǔ)）由于計算機的飛速發(fā)展和地理信息的時序特征，硬件壽命3-5年，軟件（5-15年），數(shù)據(jù)（1-2年，5-70年不等）GIS需要不斷維護、更新，所以用戶要不斷進行知識更新。二、硬件配置前面說過，GIS作為技術(shù)系統(tǒng)必須具備數(shù)據(jù)的采集、管理、分析、表達和顯示功能，一定功能必須由一定的軟件、硬件實現(xiàn)，所以GIS的硬件配置為：輸入數(shù)字化、解析測圖儀、掃描儀遙感處理設(shè)備等存貯處理計算機硬盤光盤等存儲設(shè)備輸出打印機繪圖儀顯示終端等網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)適配器、傳輸介質(zhì)、調(diào)制解調(diào)器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。隨著網(wǎng)絡(luò)普及，信息共享

15、成為時代要求，GIS要有網(wǎng)絡(luò)功能三、軟件配置1、GIS軟件層次有了計算機硬件之后，首先需要OS,DOS,WINDOWS,UNIIX等。裸機，沒裝任何OS的機子，是不能工作的。GIS應(yīng)用軟件在GIS軟件層次的外層，外層以內(nèi)層軟件為基礎(chǔ)，共同完成用戶指定的任務(wù)。2、GIS基礎(chǔ)軟件主要模塊空間數(shù)據(jù)輸入與轉(zhuǎn)換圖形及屬性編輯空間數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)制圖與輸出空間查詢與空間分析§1-4GIS功能和應(yīng)用一、GIS功能空間查詢疊加分析緩沖區(qū)分析網(wǎng)絡(luò)分析地形分析數(shù)據(jù)顯示與輸出二、GIS主要應(yīng)用領(lǐng)域資源管理區(qū)域和城鄉(xiāng)規(guī)劃災(zāi)害監(jiān)測環(huán)境評估作戰(zhàn)指揮交通運輸宏觀決策§1-5GIS相關(guān)學(xué)科二、GIS學(xué)科樹第二

16、章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)§2-1空間實體及其描述一、地理實體（空間實體）-GIS處理對象1、定義：指自然界現(xiàn)象和社會經(jīng)濟事件中不能再分割的單元，它是一個具體有概括性，復(fù)雜性，相對意義的概念。2、理解：地理實體類別及實體內(nèi)容的確定是從具體需要出發(fā)的，例如，在全國地圖上由于比例尺很小，武漢就是一個點，這個點不能再分割，可以把武漢定為一個空間實體，而在大比例尺的武漢市地圖上，武漢的許多房屋，街道都要表達出來，所以武漢必須再分割，不能作為一個空間實體，應(yīng)將房屋，街道等作為研究的地理實體，由此可見，GIS中的空間實體是一個概括，復(fù)雜，相對的概念。二、地理實體的描述?空間數(shù)據(jù)1、描述的內(nèi)容空間特征：地理位

17、置和空間關(guān)系屬性特征?名稱、等級、類別等時間特征2、空間數(shù)據(jù)基本特征3、空間數(shù)據(jù)類型1）依據(jù)數(shù)據(jù)來源的不同分為：地圖數(shù)據(jù)地形數(shù)據(jù)屬性數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)影象數(shù)據(jù)三、實體的空間特征（一）空間維數(shù)：有0，1，2，3維之分，點、線、面、體。（二）空間特征類型1、點狀實體點或節(jié)點、點狀實體。點：有特定位置，維數(shù)為0的物體。1）實體點：用來代表一個實體。2）注記點：用于定位注記。3）內(nèi)點：用于負(fù)載多邊形的屬性，存在于多邊形內(nèi)。4）角點、節(jié)點Vertex：表示線段和弧段上的連接點。2、線狀實體具有相同屬性的點的軌跡，線或折線，由一系列的有序坐標(biāo)表示，并有如下特性：1）實體長度：從起點到終點的總長2）彎曲度：用于表示

18、像道路拐彎時彎曲的程度。3）方向性：如：水流方向，上游?下游，公路，單、雙向之分。線狀實體包括：線段，邊界、鏈、弧段、網(wǎng)絡(luò)等。3、面狀實體（多邊形）是對湖泊、島嶼、地塊等一類現(xiàn)象的描述。面狀實體的如下特征：1）面積范圍2）周長3）獨立性或與其它地物相鄰如中國及其周邊國家4）內(nèi)島嶼或鋸齒狀外形：如島嶼的海岸線封閉所圍成的區(qū)域。5）重疊性與非重疊性：如學(xué)校的分區(qū)，菜市場的服務(wù)范圍等都有可能出現(xiàn)交*重疊現(xiàn)象，而一個城市的各個城區(qū)一般說來不會出現(xiàn)重疊。4、體、立體狀實體立體狀實體用于描述三維空間中的現(xiàn)象與物體，它具有長度、寬度及高度等屬性，立體狀實體一般具有以下一些空間特征：體積，如工程開控和填充的土

19、方量。每個二維平面的面積。周長。內(nèi)島。含有弧立塊或相鄰塊。斷面圖與剖面圖。（三）實體類型組合現(xiàn)實世界的各種現(xiàn)象比較復(fù)雜，往往由不同的空間單元組合而成，例如根據(jù)某些空間單元或幾種空間單元的組合將空間問題表達出來，復(fù)雜實體由簡單實體組合表達。點、線、面兩兩之間組合表達復(fù)雜的空間問題：如：線?面面-面可見，用各要素之間的空間關(guān)系，可描述諸多空間問題?？臻g關(guān)系是GIS數(shù)據(jù)描述和表達的重要內(nèi)容，一方面它為GIS數(shù)據(jù)庫的有效建立，空間查詢，空間分析，輔助決策等提供了最基本的關(guān)系，另一方面有助于形成標(biāo)準(zhǔn)的SQL空間查詢語言，便于空間特征的存儲，提取，查詢，更新等。線?面1、區(qū)域包含線：計算區(qū)域內(nèi)線的密度，某

20、省的水系分布情況。2、線通過區(qū)域：公路上否通過某縣。3、線環(huán)繞區(qū)域：區(qū)域邊界，搜索左右區(qū)域名稱，中國與哪些國家接壤。4、線與區(qū)域分離：距離。面?面1、包含：島,某省的湖泊分布。2、相合：重疊，學(xué)校服務(wù)范圍與菜場服務(wù)范圍重疊區(qū)。3、相交：劃分子區(qū)。4、相鄰：計算相鄰邊界性質(zhì)和長度，公共連接邊界。分離：計算距離。四、實體間空間關(guān)系（一）空間關(guān)系類型1、拓?fù)淇臻g關(guān)系：2、順序空間關(guān)系：（方向空間關(guān)系）用上下左右、前后、東南西北等方向性名稱來描述空間實體的順序關(guān)系，算法復(fù)雜，至今沒有很好的解決方法。3、度量空間關(guān)系，主要指實體間的距離關(guān)系，遠(yuǎn)近。1）在地理空間中兩點間的距離有兩種度量方法。a、沿真實的

21、地球表面進行,除與兩點的地理坐標(biāo)有關(guān)外，還與所通過路徑的地形起伏有關(guān)，復(fù)雜,引入第二種。b、沿地球旋轉(zhuǎn)橢球體的距離量算。2）距離類別：歐氏距離（笛卡爾坐標(biāo)系）、曼哈頓（出租車）距離、時間距離（緯度差）、大地測量距離（大地線）（沿地球大圓經(jīng)過兩個城市中心的距離）。（二）拓?fù)潢P(guān)系1、定義2、種類3、拓?fù)潢P(guān)系的表達4、意義1、定義：指圖形保持連續(xù)狀態(tài)下變形，但圖形關(guān)系不變的性質(zhì)。將橡皮任意拉伸，壓縮，但不能扭轉(zhuǎn)或折疊。非拓?fù)鋵傩裕◣缀危┩負(fù)鋵傩裕]發(fā)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(qū)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（自身不相交）一個點在一個區(qū)域的邊界上一個

22、點在一個區(qū)域的內(nèi)部/外部一個點在一個環(huán)的內(nèi)/外部一個面是一個簡單面一個面的連通性面內(nèi)任兩點從一點可在面的內(nèi)部走向另一點2、種類1）關(guān)聯(lián)性：（不同類要素之間）結(jié)點與弧段：如V9與L5,L6,L3多邊形與弧段：P2與L3,L5,L22）鄰接性：（同類元素之間）多邊形之間、結(jié)點之間。鄰接矩陣重疊：-鄰接：1不鄰接：03）連通性：與鄰接性相類似，指對弧段連接的判別，如用于網(wǎng)絡(luò)分析中確定路徑、街道是否相通。4）方向性一條弧段的起點、終點確定了弧段的方向。用于表達現(xiàn)實中的有向弧段，如城市道路單向，河流的流向等。5）包含性：指面狀實體包含了哪些線、點或面狀實體。6）區(qū)域定義：多邊形由一組封閉的線來定義。7）

23、層次關(guān)系：相同元素之間的等級關(guān)系，武漢市有各個區(qū)組成。主要的拓?fù)潢P(guān)系：拓?fù)溧徑印⑼負(fù)潢P(guān)聯(lián)、拓?fù)浒?、拓?fù)潢P(guān)系的表達拓?fù)潢P(guān)系具體可由4個關(guān)系表來表示：（1）面-鏈關(guān)系：面構(gòu)成面的弧段（2）鏈-結(jié)點關(guān)系：鏈鏈兩端的結(jié)點（3）結(jié)點-鏈關(guān)系：結(jié)點通過該結(jié)點的鏈（4）鏈?面關(guān)系：鏈左面右面4、拓?fù)潢P(guān)系的意義：對于數(shù)據(jù)處理和GIS空間分析具有重要的意義，因為：1）拓?fù)潢P(guān)系能清楚地反映實體之間的邏輯結(jié)構(gòu)關(guān)系，它比幾何關(guān)系具有更大的穩(wěn)定性，不隨地圖投影而變化。2）有助于空間要素的查詢，利用拓?fù)潢P(guān)系可以解決許多實際問題。如某縣的鄰接縣，-面面相鄰問題。又如供水管網(wǎng)系統(tǒng)中某段水管破裂找關(guān)閉它的閥門，就需要查詢

24、該線（管道）與哪些點（閥門）關(guān)聯(lián)。3）根據(jù)拓?fù)潢P(guān)系可重建地理實體。§2-3柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一、圖形表示柵格結(jié)構(gòu)用密集正方形（或三角形，多邊形）將地理區(qū)域劃分為網(wǎng)格陣列。位置由行，列號定義，屬性為柵格單元的值。點：由單個柵格表達。線：由沿線走向有相同屬性取值的一組相鄰柵格表達。面：由沿線走向有相同屬性取值的一片柵格表達。柵格數(shù)據(jù)表示的是二維表面上的地理數(shù)據(jù)的離散化數(shù)值。在柵格數(shù)據(jù)中，地表被分割為相互鄰接、規(guī)則排列的地塊，每個地塊與一個象元相對應(yīng)。因此，柵格數(shù)據(jù)的比例尺就是柵格（象元）的大小與地表相應(yīng)單元的大小之比，當(dāng)象元所表示的面積較大時，對長度、面積等的量測有較大影響。每個象元的屬性是地

25、表相應(yīng)區(qū)域內(nèi)地理數(shù)據(jù)的近似值，因而有可能產(chǎn)生屬性方面的偏差。二、柵格數(shù)據(jù)組織針對一個柵格單元對應(yīng)多個屬性值的多層?xùn)鸥裎募?。組織方法方法a：以象元為記錄序列，不同層上同一象元位置上的各屬性值表示為一個列數(shù)組。N層中只記錄一層的象元位置，節(jié)約大量存儲空間，柵格個數(shù)很多。方法b：每層每個象元的位置、屬性一一記錄，結(jié)構(gòu)最簡單，但浪費存儲方法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)各象元的坐標(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個象元的屬性只記錄一次，便于地圖分析和制圖處理。三、柵格結(jié)構(gòu)的建立（一）建立途徑1、手工獲取，專題圖上劃分均勻網(wǎng)格，逐個決定其網(wǎng)格代碼。2、掃描

26、儀掃描專題圖的圖像數(shù)據(jù)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（行、列、屬性）再進行柵格編碼、存貯，即得該專題圖的柵格數(shù)據(jù)。3、由矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換而來。4、遙感影像數(shù)據(jù)，對地面景象的輻射和反射能量的掃描抽樣，并按不同的光譜段量化后，以數(shù)字形式記錄下來的象素值序列。5、格網(wǎng)DEM數(shù)據(jù)，當(dāng)屬性值為地面高程，則為格網(wǎng)DEM，通過DEM內(nèi)插得到。二）柵格系統(tǒng)的確定1、柵格坐標(biāo)系的確定表示具有空間分布特征的地理要素，不論采用什么編碼系統(tǒng)，什么數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（矢、柵）都應(yīng)在統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)下，而坐標(biāo)系的確定實質(zhì)是坐標(biāo)系原點和坐標(biāo)軸的確定。由于柵格編碼一般用于區(qū)域性GIS,原點的選擇常具

27、有局部性質(zhì)，但為了便于區(qū)域的拼接，柵格系統(tǒng)的起始坐標(biāo)應(yīng)與國家基本比例尺地形圖公里網(wǎng)的交點相一致，并分別采用公里網(wǎng)的縱橫坐標(biāo)軸作為柵格系統(tǒng)的坐標(biāo)軸。2、柵格單元的尺寸1）原則：應(yīng)能有效地逼近空間對象的分布特征，又減少數(shù)據(jù)的冗余度。格網(wǎng)太大，忽略較小圖斑，信息丟失。一般講實體特征愈復(fù)雜，柵格尺寸越小，分辨率愈高，然而柵格數(shù)據(jù)量愈大（按分辨率的平方指數(shù)增加）計算機成本就越高，處理速度越慢。2）方法：用保證最小多邊形的精度標(biāo)準(zhǔn)來確定尺寸經(jīng)驗公式：h為柵格單元邊長Ai為區(qū)域所有多邊形的面積。（三）柵格代碼（屬性值）的確定當(dāng)一個柵格單元內(nèi)有多個可選屬性值時，按一定方法來確定柵格屬性值。1、中心點法：取位于

28、柵格中心的屬性值為該柵格的屬性值。2、面積占優(yōu)法：柵格單元屬性值為面積最大者，常用于分類較細(xì)，地理類別圖斑較小時。3、重要性法：定義屬性類型的重要級別，取重要的屬性值為柵格屬性值，常用于有重要意義而面積較小的要素，特別是點、線地理要素。4、長度占優(yōu)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。四、柵格數(shù)據(jù)編碼方法1、直接?xùn)鸥窬幋a：將柵格數(shù)據(jù)看作一個數(shù)據(jù)矩陣，逐行記錄代碼數(shù)據(jù)。1）每行都從左到右記錄；AAAAABBBAABBAABB2）奇數(shù)行從左到右，偶數(shù)行從右到左；特點：最直觀、最基本的網(wǎng)格存貯結(jié)構(gòu)，沒有進行任何壓縮數(shù)據(jù)處理。柵格數(shù)據(jù)量大，格網(wǎng)數(shù)多，由于地理數(shù)據(jù)往往有較強的相關(guān)性，

29、即相鄰象元的值往往是相同的。所以，出現(xiàn)了各種柵格數(shù)據(jù)壓縮方法。數(shù)據(jù)壓縮是將數(shù)據(jù)表示成更緊湊的格式以減少存儲空間的一項技術(shù)。分為：無損壓縮：在編碼過程中信息沒有丟失，經(jīng)過解碼可恢復(fù)原有的信息-信息保持編碼。有損壓縮：為最大限度壓縮數(shù)據(jù)，在編碼中損失一些認(rèn)為不太重要的信息，解碼后，這部分信息無法恢復(fù)。-信息不保持編碼。2、行程編碼（變長編碼）：將原圖表示的數(shù)據(jù)矩陣變?yōu)閿?shù)據(jù)對：1）屬性碼，長度，行號（可不要）長度：連續(xù)相同碼值的柵格個數(shù)。2）屬性碼，點位特點：對于游程長度編碼，區(qū)域越大，數(shù)據(jù)的相關(guān)性越強，則壓縮越大，適用于類型區(qū)域面積較大的專題圖，而不適合于類型連續(xù)變化或類別區(qū)域分散的分類圖（壓縮比

30、與圖的復(fù)雜程度成反比）。這種編碼在柵格加密時，數(shù)據(jù)量不會明顯增加，壓縮率高，并最大限度地保留原始柵格結(jié)構(gòu)，編碼解碼運算簡單，且易于檢索，疊加，合并等操作，這種編碼應(yīng)用廣泛。3、塊碼游程編碼向二維擴展采用方形區(qū)域作為記錄單元，每個記錄單元包括相鄰的若干柵格。數(shù)據(jù)對組成：（初始行、列，半徑，屬性值）特點：具有可變分辨率，即當(dāng)屬性變化小時圖塊大，對于大塊圖斑記錄單元大，分辨率低，壓縮比高。小塊圖斑記錄單元小，分辨率高，壓縮比低所以，與行程編碼類似，隨圖形復(fù)雜程度的提高而降低分辯率。4、鏈?zhǔn)骄幋a、Freeman鏈碼、邊界鏈碼將柵格數(shù)據(jù)（線狀地物面域邊界）表示為矢量鏈的記錄1）首先定義一個3x3窗口，中

31、間柵格的走向有8種可能，并將這8種可能07進行編碼。2）記下地物屬性碼和起點行、列后，進行追蹤，得到矢量鏈.鏈?zhǔn)骄幋a表屬性碼起點行起點列鏈碼a14556656b37576654323優(yōu)點：鏈碼可有效地存貯壓縮柵格數(shù)據(jù)，便于面積、長度、轉(zhuǎn)折方向和邊界、線段凹凸度的計算。缺點：不易做邊界合并，插入操作、編輯較困難（對局部修改將改變整體結(jié)構(gòu)）。區(qū)域空間分析困難，相鄰區(qū)域邊界被重復(fù)存儲。5、四*樹編碼五、四*樹編碼（一）四*樹概述：一種可變分率的非均勻網(wǎng)格系統(tǒng)。是最有效的柵格數(shù)據(jù)壓縮編碼方法之一1、基本思想：將2nx2n象元組成的圖像（不足的用背景補上）按四個象限進行遞歸分割，并判斷屬性是否單一，單一

32、：不分。不單一：遞歸分割。最后得到一顆四分*的倒向樹。2、四*樹的樹形表示：用一倒立樹表示這種分割和分割結(jié)果。根：整個區(qū)域高：深度、分幾級，幾次分割葉：不能再分割的塊樹*：還需分割的塊每個樹*均有4個分*，叫四*樹。3、編碼方法1）常規(guī)四*樹記錄這棵樹的葉結(jié)點外，中間結(jié)點，結(jié)點之間的聯(lián)系用指針聯(lián)系，每個結(jié)點需要6個變量：父結(jié)點指針、四個子結(jié)點的指針和本結(jié)點的屬性值。指針不僅增加了數(shù)據(jù)的存儲量，還增加了操作的復(fù)雜性：如層次數(shù)（分割次數(shù)）由從父結(jié)點移到根結(jié)點的次數(shù)來確定，結(jié)點所代表的圖像塊的位置需要從根節(jié)點開始逐步推算下來。所以，常規(guī)四*樹并不廣泛用于存儲數(shù)據(jù)，其價值在于建立索引文件，進行數(shù)據(jù)檢索

33、。2）線性四*樹記錄葉結(jié)點的位置，深度（幾次分割）和屬性。地址碼（定位碼、Morton碼）四進制、十進制優(yōu)點：存貯量小，只對葉結(jié)點編碼，節(jié)省了大量中間結(jié)點的存儲，地址碼隱含著結(jié)點的分割路徑和分割次數(shù)。線性四*樹可直接尋址，通過其坐標(biāo)值直接計算其Morton碼，而不用建立四*樹。定位碼容易存儲和執(zhí)行實現(xiàn)集合相加等組合操作。（二）四進制的Morton碼1、方法1：四*樹從上而下（形成）（從整體開始）由葉結(jié)點找Morton碼。A、分割一次，增加一位數(shù)字，大分割在前，小分割在后。所以，碼的位數(shù)表示分割的次數(shù)。B、每一個位均是不大于3的四進制數(shù)，表達位置。由Morton找出四*樹葉結(jié)點的具體位置。2、方

34、法2：四*樹自下而上合并的方法1）計算每個柵格對應(yīng)的MQMQ=2*Ib+JbI,J化為二進制Ib,Jb看最大的I,J，不足在前補零。其始行列號從0計。2）按碼的升序排成線性表，放在連續(xù)的內(nèi)存塊中。3）依次檢查每四個相鄰的MQ對應(yīng)的屬性值，相同合并（不同碼位去掉），不同則存盤,直到?jīng)]有能夠合并的子塊為止。（三）十進制的Morton碼-MD四進制Morton碼直觀上切合四*樹分割，但許多語言不支持四進制變量，需用十進制表示Morton碼.1、一種按位操作的方法：如行為2、列為3的柵格的MD步驟：（1）行、列號為二進制Ib=10Jb=11（2）1行J列交*1101=13（3）再化為十進制.實質(zhì)上是按

35、左上、右上、左下、右下的順序，從零開始對每個柵格進行自然編碼。2、把一幅2nx2n的圖像壓縮成線性四*樹的過程1°、按Morton碼把圖象讀入一維數(shù)組。2°、相鄰的四個象元比較，一致的合并，只記錄第一個象元的Morton碼。循環(huán)比較所形成的大塊，相同的再合并，直到不能合并為止。3、進一步用游程長度編碼壓縮。壓縮時只記錄第一個象元的Morton碼。右圖的壓縮處理過程為：（書上）（次題2005年考了，原題沒變）1。、按Morton碼讀入一維數(shù)組。?Morton碼：0123456789101112131415象元值：AAABABBBAAAABBBB2°、四相鄰象元合并，

36、只記錄第一個象元的Morton碼。01234567812AAABAABBAB3。、由于不能進一步合并，則用游程長度編碼壓縮。0346812ABABAB（四）四*樹優(yōu)缺點優(yōu)點：1）對于團塊圖像，四*樹表示法占用空間比網(wǎng)絡(luò)法要少得多，四*樹表示法基本上是一種非冗余表示法。2）四*樹具有可變率或多重分辯率的特點使得它有很好的應(yīng)用前景，適用于處理凝聚性或呈塊狀分布的空間數(shù)據(jù)，特別適用于處理分布不均勻的塊狀空間數(shù)據(jù)，但不適用于連續(xù)表面（如地形）或線狀地物。此外，目前應(yīng)用四*樹還存下列問題：1）矢/柵正反變換還不理想。2）建立四*樹耗費機時很多。3）四*樹雖可修改，但很費事（具體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中會提到）4）四

37、*樹未能直接表示物體間的拓?fù)潢P(guān)系。5）與非樹表示法比較，四*樹表示法的缺點在于轉(zhuǎn)換的不穩(wěn)定性或叫滑動變異例如，兩個圖像的差異僅由于平移，就會構(gòu)成極為不同的四*樹，因而很難根據(jù)四*樹來判斷這兩個圖像是否全同，故不利于做形狀分析和模式識別6）一個物體的圖像在構(gòu)成四*樹時會被分割到若干個象限中，使它失去了內(nèi)在的相關(guān)性。§2-2矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)二、矢量數(shù)據(jù)的獲取方式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)。三、矢量數(shù)據(jù)

38、組織矢量數(shù)據(jù)表示時應(yīng)考慮以下問題：矢量數(shù)據(jù)自身的存貯和處理。與屬性數(shù)據(jù)的聯(lián)系。矢量數(shù)據(jù)之間的空間關(guān)系（拓?fù)潢P(guān)系）。四、矢量數(shù)據(jù)編碼方式（一）實體式（spaghetti）-面條模型:以實體為單位記錄其坐標(biāo)優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、直觀、易實現(xiàn)以實體為單位的運算和顯示。缺點：1、相鄰多邊形的公共邊界被數(shù)字化并存儲兩次，造成數(shù)據(jù)冗余和碎屑多邊形?數(shù)據(jù)不一致，浪費空間，導(dǎo)致雙重邊界不能精確匹配。2、自成體系，缺少多邊形的鄰接信息，無拓?fù)潢P(guān)系，難以進行鄰域處理，如消除多邊形公共邊界，合并多邊形。3、島作為一個單個圖形，沒有與外界多邊形聯(lián)系。不易檢查拓?fù)溴e誤。所以，這種結(jié)構(gòu)只用于簡單的制圖系統(tǒng)中，顯示圖形。（二）索

39、引式（樹狀）對所有點的坐標(biāo)按順序建坐標(biāo)文件，再建點與邊（線）、線與多邊形的索引文件。與實體式相比：優(yōu)點：用建索引的方法消除多邊形數(shù)據(jù)的冗余和不一致，鄰接信息、島信息可在多邊形文件中通過是否公共弧段號的方式查詢。缺點：表達拓?fù)潢P(guān)系較繁瑣，給相鄰運算、消除無用邊、處理島信息、檢索拓?fù)潢P(guān)系等帶來困難，以人工方式建立編碼表，工作量大，易出錯。三）雙重獨立式編碼簡稱DIME（DualIndependentMapEncoding）,是美國人口統(tǒng)計系統(tǒng)采用的一種編碼方式，是一種拓?fù)渚幋a結(jié)構(gòu)。四）鏈狀雙重獨立式編碼-拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1、弧段坐標(biāo)文件弧段號坐標(biāo)系列（串）Ax2,y2,X10,yl0.2、弧段文件：鏈

40、?面，鏈?結(jié)點關(guān)系弧段號左多邊形右多邊形起點終點AP1P2253、面文件面號弧段號P1A,B,-C4、點拓?fù)湮募航Y(jié)點?鏈關(guān)系點號弧段號2A,B,D在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，多邊形（面）的邊界被分割成一系列的線（弧、鏈、邊）和點（結(jié)點）等拓?fù)湟兀c、線、面之間的拓?fù)潢P(guān)系在屬性表中定義，多邊形邊界不重復(fù)。鏈狀雙重獨立式編碼特點拓?fù)潢P(guān)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(yīng)用需要。因為一般數(shù)字化一條街道時，必然有許多中間點，但我們在做空間分析是卻沒有必要以這些中間點所組成的折線為研究對象，而應(yīng)以整條弧段（某條街道）為研究對象.被一些成熟的商品化軟件采用，如ARC/INFO軟件。例：ARC文件

41、：二進制文件：弧段號點數(shù)坐標(biāo)串在GIS數(shù)據(jù)輸入中，建拓?fù)涫侵附o圖形數(shù)據(jù)（點、線、面）增加拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如ARC/INFO中，在ARCEDIT中輸入圖形后，需用BUILD建圖形拓?fù)?，具體生成許多文件，如AAT,PAT等.INFO：屬性表如AAT（ArcAttributeTable）弧段號USER_IDLPOLYRPOLYFROM_NODETO_NODE其它屬性：（名稱）用戶標(biāo)識碼，表明地物類型當(dāng)圖形數(shù)據(jù)修改、刪除、增加點、線、面要素后，其拓?fù)潢P(guān)系也發(fā)生改變，所以，需重新建拓?fù)洹?）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

42、量數(shù)據(jù)。三、矢量數(shù)據(jù)組織矢量數(shù)據(jù)表示時應(yīng)考慮以下問題：矢量數(shù)據(jù)自身的存貯和處理。與屬性數(shù)據(jù)的聯(lián)系。矢量數(shù)據(jù)之間的空間關(guān)系（拓?fù)潢P(guān)系）。四、矢量數(shù)據(jù)編碼方式（一）實體式（spaghetti）-面條模型：以實體為單位記錄其坐標(biāo)優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、直觀、易實現(xiàn)以實體為單位的運算和顯示。缺點：1、相鄰多邊形的公共邊界被數(shù)字化并存儲兩次，造成數(shù)據(jù)冗余和碎屑多邊形?數(shù)據(jù)不一致，浪費空間，導(dǎo)致雙重邊界不能精確匹配。2、自成體系，缺少多邊形的鄰接信息，無拓?fù)潢P(guān)系，難以進行鄰域處理，如消除多邊形公共邊界，合并多邊形。3、島作為一個單個圖形，沒有與外界多邊形聯(lián)系。不易檢查拓?fù)溴e誤。所以，這種結(jié)構(gòu)只用于簡單的制圖系統(tǒng)中

43、，顯示圖形。（二）索引式（樹狀）對所有點的坐標(biāo)按順序建坐標(biāo)文件，再建點與邊（線）、線與多邊形的索引文件。與實體式相比：優(yōu)點：用建索引的方法消除多邊形數(shù)據(jù)的冗余和不一致，鄰接信息、島信息可在多邊形文件中通過是否公共弧段號的方式查詢。缺點：表達拓?fù)潢P(guān)系較繁瑣，給相鄰運算、消除無用邊、處理島信息、檢索拓?fù)潢P(guān)系等帶來困難，以人工方式建立編碼表，工作量大，易出錯。三）雙重獨立式編碼簡稱DIME（DualIndependentMapEncoding）,是美國人口統(tǒng)計系統(tǒng)采用的一種編碼方式，是一種拓?fù)渚幋a結(jié)構(gòu)。四）鏈狀雙重獨立式編碼-拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1、弧段坐標(biāo)文件弧段號坐標(biāo)系列（串）Ax2,y2,X10,yl

44、02、弧段文件：鏈?面，鏈?結(jié)點關(guān)系弧段號左多邊形右多邊形起點終點AP1P2253、面文件面號弧段號P1A,B,-C4、點拓?fù)湮募航Y(jié)點?鏈關(guān)系點號弧段號2A,B,D在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，多邊形（面）的邊界被分割成一系列的線（弧、鏈、邊）和點（結(jié)點）等拓?fù)湟?，點、線、面之間的拓?fù)潢P(guān)系在屬性表中定義，多邊形邊界不重復(fù)。鏈狀雙重獨立式編碼特點拓?fù)潢P(guān)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(yīng)用需要。因為一般數(shù)字化一條街道時，必然有許多中間點，但我們在做空間分析是卻沒有必要以這些中間點所組成的折線為研究對象，而應(yīng)以整條弧段（某條街道）為研究對象.被一些成熟的商品化軟件采用，如ARC/INFO軟

45、件。例：ARC文件：二進制文件：弧段號點數(shù)坐標(biāo)串在GIS數(shù)據(jù)輸入中，建拓?fù)涫侵附o圖形數(shù)據(jù)（點、線、面）增加拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如ARC/INFO中，在ARCEDIT中輸入圖形后，需用BUILD建圖形拓?fù)?，具體生成許多文件，如AAT，PAT等.INFO：屬性表如AAT（ArcAttributeTable）弧段號USER_IDLPOLYRPOLYFROM_NODETO_NODE其它屬性：（名稱）用戶標(biāo)識碼，表明地物類型當(dāng)圖形數(shù)據(jù)修改、刪除、增加點、線、面要素后，其拓?fù)潢P(guān)系也發(fā)生改變，所以，需重新建拓?fù)洹?#167;2-4矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一、矢、柵優(yōu)缺點優(yōu)點缺點矢量1、便于面向現(xiàn)象（土壤類，土地利用單元等）

46、2、結(jié)構(gòu)緊湊，冗余度低，便于描述線或邊界。3、利于網(wǎng)絡(luò)、檢索分析，提供有效的拓?fù)渚幋a，對需要拓?fù)湫畔⒌牟僮鞲行А?、圖形顯示質(zhì)量好，精度高。11、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各自定義，不便于數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，數(shù)據(jù)交換困難。2、多邊形疊置分析困難，沒有柵格有效，表達空間變化性能力差。3、不能像數(shù)字圖像那樣做增強處理4、軟硬件技術(shù)要求高，顯示與繪圖成本較高。柵格1、結(jié)構(gòu)簡單，易數(shù)據(jù)交換。2、疊置分析和地理（能有效表達空可變性）現(xiàn)象模擬較易。3、利于與感遙數(shù)據(jù)的匹配應(yīng)用和分析，便于圖像處理。4、輸出快速，成本低廉。1、現(xiàn)象識別效果不如矢量方法，難以表達拓?fù)洹?、圖形數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不嚴(yán)密不緊湊，需用壓縮技術(shù)

47、解決該問題。3、投影轉(zhuǎn)換困難。44、圖形質(zhì)量轉(zhuǎn)低，圖形輸出不美觀，線條有鋸齒，需用增加?xùn)鸥駭?shù)量來克服，但會增加數(shù)據(jù)文件。矢量、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的選擇在GIS建立過程中，應(yīng)根據(jù)應(yīng)用目的和應(yīng)用特點、可能獲得的數(shù)據(jù)精度以及地理信息系統(tǒng)軟件和硬件配置情況，選擇合適的數(shù)據(jù)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、農(nóng)林業(yè)等區(qū)域問題的研究。矢量結(jié)構(gòu)：城市分區(qū)或詳細(xì)規(guī)劃、土地管理、公用事業(yè)管理等方面的應(yīng)用。二、矢柵一體化概念將矢量面對目標(biāo)的方法和柵格元子充填的方法結(jié)合起來，具體采用填滿線狀目標(biāo)路徑和充填面狀目標(biāo)空間的方法作為一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。線狀地物：除記錄原始取樣點外，還記錄路徑所通過的柵格。面狀地物

48、：除記錄它的多邊形周邊以外，還包括中間的面域柵格。一方面，它保留了矢量的全部性質(zhì)，以目標(biāo)為單元直接聚集所有的位置信息，并能建立拓?fù)潢P(guān)系；另一方面，它建立了柵格與地物的關(guān)系，即路徑上的任一點都直接與目標(biāo)建立了聯(lián)系。從原理上說，這是一種以矢量的方式來組織柵格數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。三、三個約定和細(xì)分格網(wǎng)法為便于組織數(shù)據(jù)，首先作如下約定：a. 地面上的點狀地物是地球表面上的點，它僅有空間位置，沒有形狀和面積，在計算機內(nèi)部僅有一個位置數(shù)據(jù)。b. 地面上的線狀地物是地球表面的空間曲線，它有形狀但沒有面積，它在平面上的投影是一連續(xù)不間斷的直線或曲線，在計算機內(nèi)部需要用一組元子填滿整個路徑。c. 地面上的面狀地物是

49、地球表面的空間曲面，并具有形狀和面積，它在平面上的投影是由邊界包圍的緊致空間和一組填滿路徑的元子表達的邊界組成。為提高柵格表示精度，采用細(xì)分格網(wǎng)法：將一對X,Y坐標(biāo)用兩個Morton碼代替：前一Ml表示該點(采樣點或附加的交*點)所在基本格網(wǎng)的地址碼，后者M2表示該點對應(yīng)的細(xì)分格網(wǎng)的Morton碼，既顧全整體定位，又保證精度。四、一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計線性四*樹(Morton)是基本數(shù)據(jù)格式，三個約定設(shè)計點、線、面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本依據(jù)，細(xì)分格網(wǎng)法保證足夠精度。1、點狀地物和結(jié)點的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)約定1，點僅有位置、沒有形狀和面積，只要將點的坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為地址碼Ml和M2,結(jié)構(gòu)簡單靈活，便于點的插入和刪除，還能處

50、理一個柵格內(nèi)包含多個點狀目標(biāo)的情況。2、線狀地物的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)約定(2)，線狀地物有形狀但沒有面積，沒有面積意味著只要用一串?dāng)?shù)據(jù)表達每個線狀地物的路徑即可，將該線狀地物經(jīng)過的所有柵格的地址全部記錄下來。仿照矢量數(shù)據(jù)組織的鏈狀雙重獨立式編碼，以弧段為記錄單位。弧段的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):3、面狀地物的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3) 面文件這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是面向地物的，具有矢量的特點。通過面狀地物的標(biāo)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，二維行程本身就是面向位置的結(jié)構(gòu)，帶指針的二維行程碼中的Morton碼表達了位置的相互關(guān)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順著指針找到

51、面狀地物的標(biāo)識號確定是哪一個地物。4、復(fù)雜地物的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)由幾個或幾種點、線、面狀簡單地物組成的地物稱為復(fù)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(fù)雜地物，用一個標(biāo)識號表示。復(fù)雜地物的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如表7所示。§2-5三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一、概述目前GIS主要還停留在處理地球表面的數(shù)據(jù)，若數(shù)據(jù)是地表以下或以上，則先將它投影到地表，再進行處理，其實質(zhì)是以二維的形式來模擬、處理任何數(shù)據(jù)，在有些領(lǐng)域可行，但涉及到三維問題的處理時，往往力不從心。二維V=f(x,y)，在不同的層V的含義不同，當(dāng)V表示的是高程時，就是DEM。由于地形三維視圖的原因，人們常把DEM誤認(rèn)為是三維模型。但從本質(zhì)上

52、講，DEM是二維的，因為它只能表示地表的信息，不能對地表內(nèi)部進行有效的表示。目前，人們常把DEM稱為2.5維的數(shù)據(jù)模型。真三維模型V=f(x,y,z),z是一自變量，不受x,y的影響。三維GIS的要求與二維GIS相似，但在數(shù)據(jù)采集，系統(tǒng)維護和界面設(shè)計等方面比二維GIS復(fù)雜得多，如三維數(shù)據(jù)的組織與重建，三維變換、查詢、運算、分析、維護等方面。下面主要介紹三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。同樣，三維結(jié)構(gòu)存在柵格和矢量兩種形式。柵格：將地理實體的三維空間分成細(xì)小單元-體元。普遍用八*樹矢量：x,y,z,抽象為點、線、面、體，面構(gòu)成體。方法多種，常用三維邊界表示法。二、八*樹結(jié)構(gòu)1、思想：四*樹在三維空間的推廣。將要表示

53、的形體V放在一個充分大的正方體C內(nèi)，C的邊長為2n,不斷用兩個與XOY、XOZ的平面均分C為8個子體，并判斷屬性單一性。當(dāng)子體部分為V-灰結(jié)點需再1分為8。子體中無V-白結(jié)點停止分割，葉結(jié)點。子體全為V?黑結(jié)點2、存貯結(jié)構(gòu)1)規(guī)則八*樹與常規(guī)四*樹類似，用10項字段來記錄每個結(jié)點(8個子結(jié)點指針，1個父結(jié)點指針，1個結(jié)點屬性)。最普遍的形式，方式自然，易掌握。但指針占總存儲量的94%，空間使用率低。2) 線性八*樹?Motorn碼用某一預(yù)先確定的次序?qū)?樹轉(zhuǎn)換成一個線性表，表中的每個元素與一個結(jié)點相對應(yīng)。每個結(jié)點用固定的字節(jié)描述，其中某些位專門用來說明它是否為葉結(jié)點。特點：節(jié)省存貯空間，便于

54、某些運算，但喪失一定的靈活性，不便于其它遍歷方式對樹的結(jié)點進行存取，應(yīng)用效果不佳。3) 一對八式的八*樹每個結(jié)點均1分為8，并標(biāo)記為0，1，2，3，4，5，6，7。隱含地假定了這些子結(jié)點記錄存放的次序?-便于檢索浪費存儲，除非完全八*樹，即所有葉結(jié)點均在同一層次出現(xiàn)，上層均為非葉結(jié)點。三、三維邊界表示法1、頂點表：用來表示多面體各頂點的坐標(biāo)2、邊表：指出構(gòu)成多面體某邊的兩個頂點；3、面表：給出圍成多面體某個面的各條邊?？杀苊庵貜?fù)表示某些點、邊、面，節(jié)約存儲，便于圖形顯示，如公共邊不重復(fù)。4、當(dāng)有若干個多面體時，還必須有一個對象表。5、擴充后的邊表為表達拓?fù)溥€可將其它一些有關(guān)的內(nèi)容結(jié)合到所使用的

55、表中，如將邊所屬的多邊形信息結(jié)合進邊表中以后的形式：6、拓?fù)錂z查數(shù)據(jù)存儲后，必須檢查數(shù)據(jù)的一致性、完全性，即進行拓?fù)錂z查。具體可檢查下列幾項：(1) 頂點表中的每個頂點至少是兩條邊的端點；(2) 每條邊至少是一個多邊形的邊；(3) 每個多邊形是封閉的；(4) 每個多邊形至少有一條邊是和另一個多邊形共用的；(5) 若邊表中包含了指向它所屬多邊形的指針，那么指向該邊的指針必在相應(yīng)的多邊形中出現(xiàn)。7、應(yīng)用三維邊界法一般用于表示規(guī)則形體，如建筑物，對于自然界中的復(fù)雜形體如巖石的外表，理論上可找到一在誤差范圍內(nèi)逼近的適合平面多面體，但這種逼近受多因素的制約。對于不規(guī)則形體，可在形體的外表面s,可測一組點

56、pl,p2pn坐標(biāo)，再建這些點的關(guān)系，即結(jié)構(gòu)圖，決定頂點連接的不同方式。同樣數(shù)據(jù)點，由于連接方式不同，構(gòu)成的平面多面體也不同。其中最重要的一種方法就是每個面均是三角形的平面多面體，類似TIN結(jié)構(gòu)。但即使這樣，同一組點仍可得到不同的平面多面體。因此，需要研究擁有了哪些特征之后，才能更確切地逼近原來的三維形體?這種逼近有兩種形式：表面S0的逼近：以確定后的平面多面體的表面作為對原三維形體的表面S0的逼近，著眼于形體的邊界表示。三維形體的逼近：給出一系列的四面體，這些四面體的集合就是對原三維形體的逼近。著眼于形體的分解表示。第三章空間數(shù)據(jù)庫§3-1空間數(shù)據(jù)庫的概念空間數(shù)據(jù)庫是空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

57、的簡稱。一、空間數(shù)據(jù)庫1、定義：是地理信息系統(tǒng)在計算機物理存儲介質(zhì)上存儲和應(yīng)用的相關(guān)的地理空間數(shù)據(jù)的總合。書刊數(shù)據(jù)邏輯劃分詞句段目節(jié)章數(shù)據(jù)項、記錄、文件和數(shù)據(jù)庫物理劃分字行頁期卷比特、字節(jié)、字、塊、桶和卷2、空間數(shù)據(jù)特征:1）空間特征：一般需要建立空間索引。2）非結(jié)構(gòu)化特征：結(jié)構(gòu)化的，即滿足第一范式:每條記錄定長，且數(shù)據(jù)項是原子數(shù)據(jù).而空間數(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。3）空間關(guān)系特征：拓?fù)鋽?shù)據(jù)給空間數(shù)據(jù)的一致性和完整性維護增加了復(fù)雜性。4）分類編碼特征：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。5）海量數(shù)據(jù)特征。3、空間數(shù)據(jù)庫的特點1）數(shù)據(jù)量特別大；2）數(shù)據(jù)種類多，復(fù)雜；3）數(shù)據(jù)應(yīng)用面相當(dāng)廣。在建立