第三章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

第三章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第1頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三§3-2矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

一、圖形表示二、獲取方式三、組織四、編碼方式返回第2頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三§3-4矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)二、矢柵一體化概念一、矢、柵比較

四、一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計

三、三個約定和細分格網(wǎng)法

返回第3頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三§3-1空間實體及其描述

第三章GIS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)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。返回第4頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三二、地理實體的描述——空間數(shù)據(jù)

§3-1空間實體及其描述

第三章GIS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1、描述的內(nèi)容

反映了實體的三個特征

3、數(shù)據(jù)類型

4、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以什么形式存儲和處理幾何數(shù)據(jù)（空間數(shù)據(jù)、圖形數(shù)據(jù)）關(guān)系數(shù)據(jù)—實體間的鄰接、關(guān)聯(lián)包含等相互關(guān)系屬性數(shù)據(jù)—各種屬性特征和時間元數(shù)據(jù)

矢量、柵格、TIN（專用于地表或特殊造型）

RDBMS屬性表----采用MIS較成熟

同物理、化學(xué)等學(xué)科使用的數(shù)據(jù)類型相比，空間數(shù)據(jù)是一種較復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型，涉及到空間特征、屬性特征及它們之間關(guān)系的描述空間元數(shù)據(jù)返回位置、形狀、尺寸、識別碼（名稱）實體的角色、功能、行為、實體的衍生信息時間測量方法、編碼方法、空間參考系等空間特征：地理位置和空間關(guān)系屬性特征—名稱、等級、類別等時間特征2、基本特征

第5頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三2、空間數(shù)據(jù)基本特征返回第6頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三3、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)2）依據(jù)表示對象的不同分為：第7頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三3、空間數(shù)據(jù)類型（續(xù)）返回第8頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三三、實體的空間特征

§3-1空間實體及其描述

第三章GIS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（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（三）實體類型組合返回在地圖上實體維數(shù)的表示可以改變點---面線（單線河）---面（雙線河），通過地圖綜合。1、點狀實體2、線狀實體3、面狀實體4、體狀實體第9頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三1、點狀實體§3-1空間實體及其描述

第三章GIS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)點或節(jié)點、點狀實體。點：有特定位置，維數(shù)為0的物體。4）角點、節(jié)點Vertex：表示線段和弧段上的連接點。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：用于負載多邊形的屬性，存在于多邊形內(nèi)。返回第10頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三2、線狀實體1）實體長度：從起點到終點的總長2）彎曲度：用于表示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?！?-1空間實體及其描述

第三章GIS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)具有相同屬性的點的軌跡，線或折線，由一系列的有序坐標表示，并有如下特性：線狀實體包括：線段，邊界、鏈、弧段、網(wǎng)絡(luò)等。返回第11頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三3、面狀實體（多邊形）§3-1空間實體及其描述

第三章GIS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)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)交叉重疊現(xiàn)象，而一個城市的各個城區(qū)一般說來不會出現(xiàn)重疊。是對湖泊、島嶼、地塊等一類現(xiàn)象的描述。在數(shù)據(jù)庫中由一封閉曲線加內(nèi)點來表示。返回第12頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三4、體、立體狀實體§3-1空間實體及其描述

第三章GIS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)返回

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。第13頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三（三）實體類型組合§3-1空間實體及其描述

第三章GIS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)返回

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準的SQL空間查詢語言，便于空間特征的存儲，提取，查詢，更新等。

第14頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三線—面§3-1空間實體及其描述

第三章GIS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)返回1、區(qū)域包含線：計算區(qū)域內(nèi)線的密度，某省的水系分布情況。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。

第15頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三面—面§3-1空間實體及其描述

第三章GIS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)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。

返回學(xué)校菜場第16頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三四、實體間空間關(guān)系§3-1空間實體及其描述

第三章GIS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)返回（一）空間關(guān)系類型（二）拓撲關(guān)系1、

拓撲空間關(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、沿真實的地球表面進行,除與兩點的地理坐標有關(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）。北ab第17頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三（二）拓撲關(guān)系§3-1空間實體及其描述

第三章GIS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)返回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。拓撲變換（橡皮變換）

非拓撲屬性（幾何）拓撲屬性（沒發(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1、定義2、種類3、拓撲關(guān)系的表達4、意義第18頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三2、種類

§3-1空間實體及其描述

第三章GIS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)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：0P1P2P3P4P1--111P21--10P311--0P4100--第19頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三3）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。§3-1空間實體及其描述

第三章GIS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)連通矩陣：重疊：--連通：1不連通：0V1V2V3…V1--10V21--1V301--第20頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三4）方向性§3-1空間實體及其描述

第三章GIS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)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）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。主要的拓撲關(guān)系：拓撲鄰接、拓撲關(guān)聯(lián)、拓撲包含。第21頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三拓撲關(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3、拓撲關(guān)系的表達對于數(shù)據(jù)處理和GIS空間分析具有重要的意義，因為：1）拓撲關(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，利用拓撲關(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，就需要查詢該線（管道）與哪些點（閥門）關(guān)聯(lián)。3）根據(jù)拓撲關(guān)系可重建地理實體。§3-1空間實體及其描述

第三章GIS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)返回4、拓撲關(guān)系的意義：第22頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三§3-3柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

第三章GIS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)返回柵格結(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。一、圖形表示22122332333233323332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。333第23頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三二、柵格數(shù)據(jù)組織§3-3柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

第三章GIS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)返回——針對一個柵格單元對應(yīng)多個屬性值的多層?xùn)鸥裎募?。空間數(shù)據(jù)庫22222aaaaa22土壤植被組織方法第24頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三三、柵格結(jié)構(gòu)的建立§3-3柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

第三章GIS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)返回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)，當屬性值為地面高程，則為格網(wǎng)DEM，通過DEM內(nèi)插得到。（一）建立途徑（二）柵格系統(tǒng)的確定(三)柵格代碼的確定第25頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三（二）柵格系統(tǒng)的確定§3-1柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

第三章GIS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1、

柵格坐標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)一的坐標系統(tǒng)下，而坐標系的確定實質(zhì)是坐標系原點和坐標軸的確定。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)的縱橫坐標軸作為柵格系統(tǒng)的坐標軸。22122332333233323332第26頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三2、

柵格單元的尺寸§3-1柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

第三章GIS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)返回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準來確定尺寸經(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。第27頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三(三)柵格代碼（屬性值）的確定§3-1柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

第三章GIS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)返回當一個柵格單元內(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，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。ABbaa2

1第28頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三三、柵格數(shù)據(jù)編碼方法§3-1柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

第三章GIS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)返回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；AAAA，ABBB，AABB，AABB2）奇數(shù)行從左到右，偶數(shù)行從右到左；AAAA，BBBA，AABB，BBAA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。AAAAABBBAABBAABB

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，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。

第29頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三2、游程長度編碼：按行的順序存儲多邊形內(nèi)的各個像元的列號，即在某行上從左至右存儲屬該多邊形的始末像元的列號。將原圖表示的數(shù)據(jù)矩陣變?yōu)閿?shù)據(jù)對：

§3-1柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

第三章GIS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)返回將原圖表示的數(shù)據(jù)矩陣變?yōu)閿?shù)據(jù)對：9行：(2,3),(6,6)；10行：；11行：；12行：；13行：；14行：；15行：；16行：。在這個例子中，69個像元的多邊形只用22個編碼值就完整地表示出來了，因而大大減少了存儲量。第30頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三只在各行（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(fù)的個數(shù)，即按（屬性值，重復(fù)個數(shù)）編碼，圖2-8可沿行方向進行行程編碼：1行：（3，3），（4，5）；2行：（3，4），（4，4）；3行：（1，1），（3，3），（4，3），（2，1）；4行：（1，2），（3，3），（2，3）；5行：（1，4），（3，1），（2，3）；

6行：（1，4），（2，4）；7行：（1，5），（2，3）；

8行：（1，5），（2，3）。第31頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三逐個記錄各行（或列）代碼發(fā)生變化的位置和相應(yīng)的代碼，即按（位置，屬性值）編碼，圖2-1-8可沿列方向進行行程編碼：1列：（1，3），（3，1）；2列：（1，3），（4，1）；3列：（1，3），（5，1）；4列：（1，4），（2，3），（5，1）；5列：（1，4），（4，3），（6，2），（7，1）；6列：（1，4），（4，2）；7列：（1，4），（4，2）；8列：（1，4），（3，2）。

第32頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三13334444423333444431333444241133322251111322261111222271111122281111122212345678第33頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三特點：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?！?-1柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

第三章GIS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第34頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三3、塊碼----游程編碼向二維擴展§3-1柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

第三章GIS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)返回采用方形區(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。依次掃描，編過的不重復(fù)。12345678104477777244444777344448877400488877500888878600088888700008888800000888如：（1,1,1,0),(1,2,2,4),(1,4,1,7),(1,5,1,7)…第35頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三4、鏈式編碼、Freeman鏈碼、邊界鏈碼§3-1柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

第三章GIS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)返回1）首先定義一個3x3窗口，中間柵格的走向有8種可能，并將這8種可能0~7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.將柵格數(shù)據(jù)（線狀地物面域邊界）表示為矢量鏈的記錄鏈式編碼表aaaaaaab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、四叉樹編碼第36頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三5、四叉樹編碼§3-1柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

第三章GIS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)返回1、

基本思想：將2n×2n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：不分。不單一：遞歸分割。最后得到一顆四分叉的倒向樹。2、

四叉樹的樹形表示：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：不能再分割的塊樹叉：還需分割的塊每個樹叉均有4個分叉，叫四叉樹。（一）四叉樹概述：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AAAAABBBAABBAABB0123第37頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三3、

編碼方法§3-1柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

第三章GIS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)返回1）常規(guī)四叉樹

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)四叉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。第38頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三2）線性四叉樹§3-1柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

第三章GIS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)返回記錄葉結(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、十進制每個實體有唯一的標識號,地物類型的編碼,以及表示其空間位置的坐標(Morton碼)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)?！ぞ€性四叉樹可直接尋址，通過其坐標值直接計算其Morton碼，而不用建立四叉樹?！ざㄎ淮a容易存儲和執(zhí)行實現(xiàn)集合相加等組合操作。

第39頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三（四）四叉樹優(yōu)缺點§3-1柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

第三章GIS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)優(yōu)點：1）對于團塊圖像，四叉樹表示法占用空間比網(wǎng)絡(luò)法要少得多，四叉樹表示法基本上是一種非冗余表示法。2）四叉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)用四叉樹還存下列問題：1)矢/柵正反變換還不理想。2)

建立四叉樹耗費機時很多。3)

四叉樹雖可修改，但很費事（具體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中會提到）第40頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三4)

四叉樹未能直接表示物體間的拓撲關(guān)系?！?-1柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

第三章GIS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)返回5)

與非樹表示法比較，四叉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)成極為不同的四叉樹，因而很難根據(jù)四叉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，

A0A1A4A5A2

B3B6B7A8A9B12B13A10A11B14B15AAAAABBBAABBAABB6)一個物體的圖像在構(gòu)成四叉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。AAAAABBBAABBAABB第41頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三（四）四叉樹優(yōu)缺點§3-3柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

第三章GIS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)優(yōu)點：1）對于團塊圖像，四叉樹表示法占用空間比網(wǎng)絡(luò)法要少得多，四叉樹表示法基本上是一種非冗余表示法。2）四叉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)用四叉樹還存下列問題：1)矢/柵正反變換還不理想。2)

建立四叉樹耗費機時很多。3)

四叉樹雖可修改，但很費事（具體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中會提到）第42頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三§3-2矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第三章GIS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一、圖形表示

返回摘自張超第43頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三二、矢量數(shù)據(jù)的獲取方式§3-2矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第三章GIS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)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)。返回第44頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三三、矢量數(shù)據(jù)組織

§3-2矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第三章GIS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)點：坐標對（x,y）+識別符線：坐標對系列(x1,y1)..(xn,yn)及有關(guān)屬性、其它屬性面：首尾相同的坐標串關(guān)系表幾何位置坐標文件連接矢量數(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?！づc屬性數(shù)據(jù)的聯(lián)系。·矢量數(shù)據(jù)之間的空間關(guān)系(拓撲關(guān)系)。第45頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三以點為例：§3-2矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第三章GIS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)坐標

識別符若是簡單點要素如獨立樹、電線竿、三角點，符號、有關(guān)屬性中包括比例尺、方向若是注記點，記錄有關(guān)字符的大小、方向、字體、排列等若是結(jié)點Vertex：符號：指針、與線相交的角度。其它屬性:三角點設(shè)立年代、材料等線（符號、方向）、面（符號）都有相應(yīng)的相關(guān)屬性，在此，看看矢量結(jié)構(gòu)中關(guān)于幾何位置坐標的編碼方式返回第46頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三四、矢量數(shù)據(jù)編碼方式（spaghetti）--面條模型:以實體為單位記錄其坐標§3-2矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第三章GIS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（一）實體式特征值位置坐標點Ax,y線Bx1,y1;x2,y2;x3,y3;x4,y4;x5,y5;x6,y6

面C1x1,y1;x2,y2;x3,y3;x4,y4;x5,y5;x6,y6;x7,y7;x8,y8;x9,y9;x10,y10;x11,y11;x12,y12;x1,y1C2x7,y7,x8,y8;x9,y9;x10,y10;x11,y11,x16,y16;x15,y15;x14,y14;x13,y13;x7,y7;(b)坐標位置點：一組（x,y)坐標線：對于線則是用一組有序的x，y坐標對表示多邊形：則是用一組有序的但首尾坐標相同的坐標對表示第47頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三缺點：

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，無拓撲關(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。不易檢查拓撲錯誤。所以，這種結(jié)構(gòu)只用于簡單的制圖系統(tǒng)中，顯示圖形。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。第三章GIS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)§3-2矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第48頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三（二）索引式（樹狀）§3-2矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第三章GIS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對所有點的坐標按順序建坐標文件，再建點與邊（線）、線與多邊形的索引文件。123456789101112131415PPPMap1、點文件：點號坐標1x1,y1索引文件：面號弧段號P1A,B,C3、面文件：2、弧段文件:弧段號起點終點點號A527,8,9,10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：表達拓撲關(guān)系較繁瑣，給相鄰運算、消除無用邊、處理島信息、檢索拓撲關(guān)系等帶來困難，以人工方式建立編碼表，工作量大，易出錯。返回第49頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三（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，是一種拓撲編碼結(jié)構(gòu)。

§3-2矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第三章GIS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1、點文件點號坐標1x1,y12、線文件:線文件是以線段為記錄單位線號左多邊形

右多邊形

起點終點L210P1P2210123456789101112131415PPP3、面文件面號線號P1L210,L109…關(guān)聯(lián)鄰接關(guān)聯(lián)連通拓撲關(guān)系明確在DIME中做如下改進：將以線段為記錄單位改為以弧段為單位鏈狀雙重獨立式編碼返回第50頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三（四）鏈狀雙重獨立式編碼--拓撲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)§3-2矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第三章GIS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1、弧段坐標文件：弧段號坐標系列（串)Ax2,y2,X10,y10…2、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AP1P225123456789101112131415PPP3、面文件面號弧段號

P1A,B,-C4、點拓撲文件：結(jié)點—鏈關(guān)系點號

弧段號

2A,B,D在拓撲結(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）等拓撲要素，點、線、面之間的拓撲關(guān)系在屬性表中定義，多邊形邊界不重復(fù)。

返回第51頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三鏈狀雙重獨立