地理信息系統(tǒng)第二章課件

地理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其文件組織學習目標·理解地理空間信息的概念·掌握地理空間信息的描述方法·理解地理數(shù)據(jù)分類描述的方法·理解和掌握地理空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系·掌握柵格和矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其編碼方法·了解柵格與矢量數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)化方法重點：地理空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系、兩種空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點及其編碼方法。難點：拓撲結(jié)構(gòu)、柵格數(shù)據(jù)編碼地理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其文件組織地理空間信息及其描述地理空間數(shù)據(jù)類型地理信息的空間關(guān)系地理信息空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)地理信息數(shù)據(jù)的編碼方法矢量結(jié)構(gòu)與柵格結(jié)構(gòu)的相互轉(zhuǎn)換一、地理空間信息1．地理空間（GeographicSpace）是指物質(zhì)、能量、信息的形式與形態(tài)、結(jié)構(gòu)過程、功能關(guān)系上的分布方式和格局及其在時間上的延續(xù)。2．地理信息地理信息是一個時空過程，它存在于一定物質(zhì)、能量載體，并能從一種載體向另一種載體進行轉(zhuǎn)移，從而形成所謂的信息流。按照認知關(guān)系可將地理信息載體化分為地理主體和地理對象兩種。三、地理數(shù)據(jù)的分類描述定名（Nominol）量順序（Ordinal）量間隔（Interval）量比率（Ratio）量定性而非定量地對眾多地理事物進行區(qū)分和標識。如北京、天津、石家莊等；長江、黃河、鴨綠江等；白洋淀、洪澤湖和太湖等通過排序來區(qū)分和標識地理現(xiàn)象的量稱為順序量。它是按照地理數(shù)據(jù)的等級序列，由低到高（或由高到低）進一步細分的利用某種標準單位（可以是任意的）作為間隔量來表示不同的量，是一種較精確區(qū)分和標識地理現(xiàn)象的測量方法。

比率量是間隔量的精確化。它提供的定量值是具有真零值而且測量單位的間隔是相等的數(shù)據(jù)第二節(jié)地理空間數(shù)據(jù)類型地理數(shù)據(jù)的基本特征地理數(shù)據(jù)的來源地理空間數(shù)據(jù)類型一、地理數(shù)據(jù)的基本特征空間特征表示實體的空間位置或現(xiàn)在所處的地理位置?？臻g特征又稱定位特征或幾何特征，一般用坐標數(shù)據(jù)表示。屬性特征表示實體的特征。如名稱、分類、質(zhì)量特征和數(shù)量特征等。時間特征描述實體隨時間的變化，其變化的周期有超短周期的、短期的、中期的和長期的。三、地理空間數(shù)據(jù)的類型1.類型數(shù)據(jù)：居民點、交通線、土地類型分布等。2.面域數(shù)據(jù)：多邊形中心點、行政區(qū)域界限和行政單元3.網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)：道路交叉點、街道和街區(qū)等。4.樣本數(shù)據(jù)：氣象站、航線和野外樣方的分布區(qū)等。5.曲面數(shù)據(jù)：高程點、等高線和等值區(qū)域。6.文本數(shù)據(jù)：如地名、河流名和區(qū)域名稱。7.符號數(shù)據(jù)：點狀符號、線狀符號和面狀符號等。

第三節(jié)地理信息的空間關(guān)系地理空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系地理空間信息的方向關(guān)系地理空間信息的度量關(guān)系一、地理空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系拓撲結(jié)構(gòu)是明確定義空間結(jié)構(gòu)關(guān)系的一種數(shù)學方法。在GIS中，它不但用于空間數(shù)據(jù)的組織，而且在空間分析和應用中都有非常重要的意義。1.地理空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系2.地理空間數(shù)據(jù)拓撲關(guān)系應用價值3.地理空間數(shù)據(jù)拓撲關(guān)系的表示N1е1е2е5е6е4е7е3P1P3P2P4N4N3N5N2拓撲鄰接：N1/N2,N1/N3,N1/N4;P1/P3;P2/P3拓撲關(guān)聯(lián)：N1/е1、е3、е6；P1/е1、е5、е6拓撲包含：P3與P42.地理空間數(shù)據(jù)拓撲關(guān)系應用價值（1）確定地理實體間的相對空間位置，無需坐標和距離（2）利于空間要素查詢（3）重建地理實體3.地理空間數(shù)據(jù)拓撲關(guān)系的表示結(jié)點集合結(jié)點名指針第一個離開弧段第一個到達弧段坐標N1e3e1x1，y1N2e1e2x2，y2N3e2e3x3，y3е1е2е5е6е4е7е3P1P3P2P4N4N3N5N2弧段名e1N2N1P1P0e6e2s1e2N3N2e5P2P0e4e3s2e3N1N3e6e4P3P0s3e4N4N3e5e3P2P3e2e6s4

始結(jié)點終結(jié)點離開始結(jié)點的下一條弧段到達終結(jié)點的下一條弧段右多邊形左多邊形右多邊形順時針下一條弧段左多邊形逆時針下一條弧段坐標串е1е2е5е6е4е7е3P1P3P2P4N4N3N5N23.地理空間數(shù)據(jù)拓撲關(guān)系的表示弧段集合二、地理空間信息的方向關(guān)系方向關(guān)系：地理事物在空間中的相互方位和排列順序。描述空間實體的方向關(guān)系，對于點狀空間實體只要計算兩點之間的連線與某一基準方向的夾角即可，該夾角稱為連線的方位角。基準方向通常有真子午線方向、磁子午線方向和坐標縱線方向三種。同樣計算點狀和線狀空間實體、點狀和面狀空間實體時，只需將線狀和面狀空間實體視為由它們的中心所形成的點狀實體，然后按點狀實體來求解方向關(guān)系即可。三、地理空間信息的度量關(guān)系度量空間關(guān)系主要是指空間對象之間的距離關(guān)系。這種距離關(guān)系可以定量地描述為特定空間中的某種距離，如A實體距離B實體100m。也可以應用與距離概念相關(guān)的術(shù)語，如遠近等進行定性的描述。常用的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)XYijx1y1x2y2xiyixnyn

矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矢量結(jié)構(gòu)是通過記錄坐標的方式來表示點、線、面等地理實體。特點：定位明顯，屬性隱含。獲取方法：(1)手工數(shù)字化法；(2)手扶跟蹤數(shù)字化法；(3)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換法。柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格結(jié)構(gòu)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。特點：屬性明顯，定位隱含。獲取方法：(1)手工網(wǎng)格法；(2)掃描數(shù)字化法；(3)分類影像輸入法；(4)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換法。8888888888888888888888888888888888888888888881111111111111122222222222322比較內(nèi)容矢量結(jié)構(gòu)柵格結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復雜簡單數(shù)據(jù)量小大圖形精度高低圖形運算、搜索復雜、高效簡單、低效軟件與硬件技術(shù)不一致一致或接近遙感影像格式要求比較高不高圖形輸出顯示質(zhì)量好、精度高，但成本比較高輸出方法快速，質(zhì)量低，成本比較低廉數(shù)據(jù)共享不易實現(xiàn)容易實現(xiàn)拓撲和網(wǎng)絡(luò)分析容易實現(xiàn)不易實現(xiàn)矢量結(jié)構(gòu)與柵格結(jié)構(gòu)的比較第五節(jié)地理數(shù)據(jù)的編碼方法編碼的概念和意義柵格結(jié)構(gòu)編碼方法矢量結(jié)構(gòu)編碼方法屬性數(shù)據(jù)編碼方法1、直接柵格編碼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。

02255555222225550000033322223355002333550033335300033333000033330，2，2，5，5，5，5，5；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。由起點位置和一系列在基本方向的單位矢量給出每個后續(xù)點相對其前繼點的可能的8個基本方向之一表示。8個基本方向自0°開始按逆時針方向代碼分別為0，1，2，3，4，5，6，7。單位矢量的長度默認為一個柵格單元。2、鏈碼12345076001076701100鏈碼編碼：2，2，6，7，6，0，6，5123450760500000000500000000000000500000000550000000500000050000000000000鏈碼編碼示例3、游程長度編碼(1)只在各行（或列）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的個數(shù)；0225555522222555000003332222335500233355003333530003333300003333沿行方向進行編碼：(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、游程長度編碼逐個記錄各行（或列）代碼發(fā)生變化的位置和相應代碼。0225555522222555000003332222335500233355003333530003333300003333沿列方向進行編碼：(1，0），（2，2），（4，0）；（1，2），（4，0）；（1，2），（5，3），（6，0）；（1，5），（2，2），（4，3），（7，0）；（1，5），（2，2），（3，3），（8，0）；（1，5），（3，3）；（1，5），（6，3）；（1，5），（5，3）。

4、塊碼采用方形區(qū)域作為記錄單元，數(shù)據(jù)編碼由初始位置行列號加上半徑，再加上記錄單元的代碼組成。0225555522222555000003332222335500233355003333530003333300003333（1，1，1，0），（1，2，2，2），（1，4，1，5），（1，5，1，5），（1，6，2，5），（1，8，1，5）；（2，1，1，2），（2，4，1，2），（2，5，1，2），（2，8，1，5）；（3，3，1，2），（3，4，1，2），（3，5，2，3），（3，7，2，5）；（4，1，2，0），（4，3，1，2），（4，4，1，3）；（5，3，1，3），（5，4，2，3），（5，6，1，3），（5，7，1，5），（5，8，1，3）；（6，1，3，0），（6，6，3，3）；（7，4，1，0），（7，5，1，3）；（8，4，1，0），（8，5，1，0）。

5、四叉樹編碼

是根據(jù)柵格數(shù)據(jù)二維空間分布的特點，將空間區(qū)域按照4個象限進行遞歸分割（2n×2n，且n>1），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。四叉樹分解，各子象限大小不完全一樣，但都是同代碼柵格單元組成的子塊，其中最上面的一個結(jié)點叫做根結(jié)點，它對應于整個圖形。不能再分的結(jié)點稱為葉子結(jié)點，可能落在不同的層上，該結(jié)點代表子象限單一的代碼，所有葉子結(jié)點所代表的方形區(qū)域覆蓋了整個圖形。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。為了保證四叉樹分解能不斷的進行下去，要求圖形必須為2n×2n的柵格陣列。n為極限分割次數(shù)，n＋1是四叉樹最大層數(shù)或最大高度0225555522222555000003332222335500233355003333530003333300003333①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩1112131415161718192021222324252627282930313233363738393435400000333033333530022232222022225255533355西南東南西北東北000…00001101001122位6位4位直接柵格編碼：簡單直觀，是壓縮編碼方法的邏輯原型（柵格文件）；鏈碼：壓縮效率較高，以接近矢量結(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；游程長度編碼：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，十分適合于微機地理信息系統(tǒng)采用；塊碼和四叉樹編碼：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圖形圖象運算，效率較高，是很有前途的編碼方法。矢量結(jié)構(gòu)編碼方法1、點實體矢量編碼方法2、線實體矢量編碼方法3、多邊形矢量編碼方法點實體編碼比例朝向線指針線交匯編比例朝向字體文句x,y坐標其它非幾何屬性建立和顯示數(shù)據(jù)庫聯(lián)系的屬性簡單點——符號文本點——字符結(jié)點——符號統(tǒng)一標識類別或系列號點類型簡單點文本點結(jié)點線實體編碼唯一標示碼線標示碼起始點終止點坐標對序列顯示信息非幾何屬性多邊形矢量編碼多邊形環(huán)路法樹狀索引編碼法拓撲結(jié)構(gòu)編碼法由多邊形邊界的x,y坐標隊集合及說明信息組成對所有邊界點數(shù)字化，將坐標對以順序方式存儲，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)多邊形環(huán)路法ⅠⅡⅢⅣⅤ123456789101112131415P1P2P3P1x1，y1；x2，y2；x3，y3；x4，y4；

x5，y5；x6，y6；P2x7，y7；x8，y8；

x9，y9；x10，y10；

x11，y11；x5，y5；x6，y6P3x12，y12；x13，y13；x14，y14；x15，y15樹狀索引法ⅠⅡⅢⅣ123456789101112131415P1P2P3ⅠⅡP1P3P2ⅡⅢⅣ12345656567891012131415ⅠⅡⅢⅣⅠⅡⅢⅣ123456789101112131415P1P2P3點文件點號坐標1x1，y1

2x2，y2

15x15，y15……樹狀索引法ⅠⅡⅢⅣ123456789101112131415P1P2P312345656567891012131415ⅠⅡⅢⅣ線號起點終點點號

Ⅰ656,1,2,3,4,5Ⅱ56

5,6

Ⅲ

6

56,7,8,9,10,11,5

Ⅳ121312,15,14,13樹狀索引法ⅠⅡⅢⅣ123456789101112131415P1P2P3多邊形文件多邊形號邊界線號

1Ⅰ