地理信息系統(tǒng)原理與應用課件

緒論§1-1GIS概念§1-2GIS發(fā)展§1-3GIS構成§1-4GIS功能和應用二、信息與數據三、地理信息與地學信息四、信息系統(tǒng)和GIS一、國際GIS的發(fā)展二、我國GIS的發(fā)展一、GIS組成二、硬件配置三、軟件配置一、GIS功能二、GIS應用一、例子§1-5GIS相關學科一、GIS構成二、GIS學科樹一、GIS相關學科一、例子如何為一公園選擇合理位置？依山傍水；交通方便；較安靜……要求方案2條件2方案1條件1§1-1GIS概念返回處理、分析空間分析算法現實世界獲取水系信息地形信息道路信息植被信息等+++空間數據庫存儲二、信息與數據1、信息1）定義：信息是現實世界在人們頭腦中的反映。它以文字、數據、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，建設，管理等提供依據。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據流收集，組織和管理起來，經過處理、轉換和分析變?yōu)閷ιa、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，而股民們會根據它進行股票的購進或拋出，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絡，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)應用提供可能性。

§1-1GIS概念2、數據§1-1GIS概念指輸入到計算機并能被計算機進行處理的數字、文字、\符號、聲音、圖象等符號。數據是對客觀現象的表示，數據本身并沒有意義。數據的格式往往和具體的計算機系統(tǒng)有關，隨載荷它的物理設備的形式而改變。

3、兩者關系（有人認為，輸入的都叫數據，輸出的都叫信息，其實不然）。數據是信息的表達、載體，信息是數據的內涵，是形與質的關系。只有數據對實體行為產生影響才成為信息，數據只有經過解釋才有意義，成為信息。例如“1、”“0”獨立的1、0均無意義。當它表示某實體在某個地域內存在與否，它就提供了“有”“無”信息，當用它來標識某種實體的類別時，它就提供了特征碼信息。

返回三、地理信息與地學信息§1-1GIS概念1、地理信息

1）定義：

指與研究對象的空間地理分布有關的信息。它表示地理系統(tǒng)諸要素的數量、質量、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志）。地理信息屬于空間信息，位置的識別與數據相聯(lián)系，它的這種定位特征是通過公共的地理基礎來體現的。B、多維結構：

指在同一位置上可有多種專題的信息結構。如某一位置上的地理信息包括（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據或空間數據的變化。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勢性。以免過時的信息造成決策的失誤或因為缺少可靠的動態(tài)數據，不能對變化中的地理事件或現象作出合理的預測預報和科學論證。例如98年龍王廟特大洪水險情正是武漢勘測設計院利用先進的搖感、GPS技術測得實時數據為抗洪決策提供可靠依據。顯然，如果用過時數據，這將造成多大的損失，這就是地理信息的時序特征。

§1-1GIS概念2、地學信息

與人類居住的地球有關的信息都是地學信息。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；地學信息所表示的信息范圍更廣泛，不僅來自地表，還包括地下、大氣層甚至宇宙空間。它是人們深入認識地球系統(tǒng)、適度開發(fā)資源、保護環(huán)境的前提和保證。3、兩者信息源不同返回四、信息系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)§1-1GIS概念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合而成，能完成特定功能的有機整體。2）信息系統(tǒng)：能對數據和信息進行采集、存儲、加工和再現，并能回答用戶一系列問題的系統(tǒng)。具有采集、管理、分析和表達數據的能力。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。

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)學上應用較成功。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)。

返回2、地理信息系統(tǒng)(GeographicInformationSystem,GIS)§1-1GIS概念1）定義：不同領域、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)境有關問題進行分析和研究的一門學科，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的社會、經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)劃與決策中應用。B、

為了獲取、存儲、檢索、分析和顯示空間定位數據而建立的計算機化的數據庫管理系統(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的屬性數據，并回答用戶問題為主要任務的計算機系統(tǒng)。D、GIS是一種獲取、存儲、檢索、操作、分析和顯示地球空間數據的計算機系統(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，數據采集、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的處理對象是有關的地理分布數據，也就是空間數據，為了能對這些空間數據進行定位，定性和定量的描述，決定了GIS要對空間數據按統(tǒng)一地理坐標進行編碼，這是GIS與其他信息系統(tǒng)不同的根本所在。

返回§1-1GIS概念3、GIS與其它IS之間的關系和區(qū)別GIS空間數據和屬性數據的聯(lián)合體返回圖片摘自張超主編的《地理信息系統(tǒng)教程》所配光盤1）GIS與其它IS之間的關系（信息系統(tǒng)分類）§1-1GIS概念信息系統(tǒng)（IS)非空間信息系統(tǒng)空間信息系統(tǒng)（SIS）如廠礦企業(yè)管理、財務等MIS非地理信息系統(tǒng)CAD/CAM地理信息系統(tǒng)（GIS）專題GIS綜合信息系統(tǒng)地籍信息系統(tǒng)城市管線信息系統(tǒng)城市規(guī)劃與管理IS區(qū)域資源與環(huán)境IS…………返回2）GIS與其它IS的區(qū)別§1-1GIS概念A、GIS與一般MIS：GIS離不開數據庫技術。數據庫中的一些基本技術，如數據模型、數據存儲、數據檢索等都是GIS廣泛使用的核心技術。

GIS對空間數據和屬性數據共同管理、分析和應用，而一般MIS（數據庫系統(tǒng)）側重于非圖形數據（屬性數據）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，不能對空間數據進行查詢、檢索、分析，沒有拓撲關系，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，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系信息。返回B、GIS與CAD/CAM§1-1GIS概念管理了圖形數據和非空間屬性數據的系統(tǒng)不一定是GIS，如ＣＡＤ，ＣＡＭ

GIS與CAD共同點GIS與CAD

不同點都有空間坐標系統(tǒng)；都能將目標和參考系聯(lián)系起來；都能描述圖形數據的拓撲關系；

都能處理屬性和空間數據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中的拓撲關系較為簡單；一般采用幾何坐標系。ＧＩＳ處理的數據大多來自于現實世界，較之人造對象更復雜，數據量更大；數據采集的方式多樣化；GIS的屬性庫結構復雜，功能強大；強調對空間數據的分析，圖形屬性交互使用頻繁；GIS采用地理坐標系。返回GIS與CAM

GIS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側重于數據查詢、分類及自動符號化，具有地圖輔助設計和產生高質量矢量地圖的輸出機制；它強調數據顯示而不是數據分析，地理數據往往缺乏拓撲關系；它與數據庫的聯(lián)系通常是一些簡單的查詢。

CAM是GIS的重要組成部分；綜合圖形和屬性數據進行深層次的空間分析，提供輔助決策信息。

CAM（ComputerAdidMap)--計算機地圖系統(tǒng)\計算機輔助制圖§1-1GIS概念返回§1-2GIS發(fā)展

GIS起源于人口普查，土地調查和自動制圖，1960年，加拿大測量學家R.F.Tomlinson提出了把地圖變成數字形式的地圖，1963年，又提出GIS這一本術語，并建立了第一個GIS___加拿大GIS，隨后GIS以燎原之勢在全世界迅速發(fā)展起來。諾基爾。湯姆林遜1、60年代，探索時期（GIS思想和技術方法的探索）人們關注什么是GIS，GIS能干什么。2、70年代，鞏固時期，（這時由于計算機技術及其在自然資源和環(huán)境數據處理的應用，促進GIS迅速發(fā)展）。這期間，發(fā)展研究的重點是空間數據處理的算法，數據結構和數據庫管理這三個方面。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，全面應用，產業(yè)化階段，對GIS進一步研究，研究的內容集中在：空間信息分析的新模式和新方法，空間關系和數據模型，人工智能引入等。一、國際GIS的發(fā)展狀況返回二、我國GIS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，準備階段：一些知名人士GIS先驅看到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)展奠定了與論準備基礎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，這也推動GIS在我國的全面發(fā)展。4、

96年以來，是我國GIS產業(yè)化階段。近幾年來，我國經濟信息化的基礎設施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，并進入了產業(yè)化運行，一批綜合運用“3S”技術的重點項目已實施，并在自然災害監(jiān)測和圖土資源調查中發(fā)揮效益，一批高等院校開設了與GIS相關的新專業(yè)，培養(yǎng)了一大批從事GIS研究與開發(fā)的高層次人才，具有我國自主版權的GIS基礎軟件的研制逐步進入了產業(yè)化軌道，等等這些都標志我國GIS產業(yè)已進入新的發(fā)展階段?！?-2GIS發(fā)展返回§1-3GIS構成從計算機的角度看，GIS是由軟件、硬件、數據和用戶組成。

用戶軟件硬件地理空間數據數據（系統(tǒng)分析與處理的對象、構成系統(tǒng)的應用基礎）硬件（各種設備-物質基礎）軟件（支持數據采集、存儲、加工、回答用戶問題的計算機程序系統(tǒng)）用戶（GIS服務的對象，分為一般用戶和從事建立、維護、管理和更新的高級用戶）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），數據（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。一、GIS組成返回§1-3GIS構成二、硬件配置

數字化、解析測圖儀、掃描儀遙感處理設備等前面說過，GIS作為技術系統(tǒng)必須具備數據的采集、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，所以GIS的硬件配置為：

計算機硬盤光盤等存儲設備存貯處理

打印機繪圖儀顯示終端等輸出服務器、網絡適配器、傳輸介質、調制解調器等網絡設備。網絡隨著網絡普及，信息共享成為時代要求，GIS要有網絡功能輸入功能硬件配置返回§1-3GIS構成三、軟件配置

GIS應用軟件GIS硬件操作系統(tǒng)GIS專業(yè)平臺軟件GIS用戶界面GIS數據庫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應用軟件在GIS軟件層次的外層，外層以內層軟件為基礎，共同完成用戶指定的任務。

1、GIS軟件層次返回2、GIS基礎軟件主要模塊§1-3GIS構成圖形及屬性編輯空間數據輸入與轉換空間數據管理系統(tǒng)空間查詢與空間分析制圖與輸出返回§1-4GIS功能和應用GIS能作什么？一、GIS功能

緩沖區(qū)分析疊加分析空間查詢網絡分析地形分析。。。數據采集與輸入數據編輯與更新數據存儲與管理空間查詢與分析數據顯示與輸出返回數據采集與輸入§1-4GIS功能和應用現實世界返回文字報告、遙感圖象等數字化儀掃描儀解析測圖儀鍵盤等編輯、接邊、分層、圖形與屬性連接、加注記等空間數據庫空間查詢§1-4GIS功能和應用返回空間數據庫哈爾濱在哪里？空間查詢屬性查詢78路公交經過哪些站？疊加分析§1-4GIS功能和應用空間數據庫

為某工廠選址，首先找出地價<1萬元m;且地形起伏較小的區(qū)域?地價<1萬元m坡度小于3度的地形信息空間檢索返回滿足兩條件的區(qū)域+緩沖區(qū)分析§1-4GIS功能和應用空間數據庫道路的噪音影響范圍?街道中心線空間檢索返回城市環(huán)境評價§1-4GIS功能和應用空間數據庫哪條路最近,如何乘車?道路信息空間檢索返回網絡分析地形分析§1-4GIS功能和應用空間數據庫航道淤積,挖槽方案比較?返回地形信息空間檢索數據顯示與輸出§1-4GIS功能和應用空間數據庫各種需求?各種信息空間檢索返回§1-4GIS功能和應用二、GIS主要應用領域

資源管理區(qū)域和城鄉(xiāng)規(guī)劃災害監(jiān)測環(huán)境評估作戰(zhàn)指揮交通運輸宏觀決策商業(yè)金融、通訊郵電、日常生活等各領域返回資源管理§1-4GIS功能和應用GIS最初就是起源于資源清查，是GIS的最基本的職能，目前趨于成熟的主要應用領域。資源清查包括土地資源，森林資源和礦產資源的清查、管理、土地利用規(guī)劃，野生動物的保護等。GIS的主要任務是將各種來源的數據和信息有機地匯集在一起，并通過統(tǒng)計，疊量分析等功能，按多種邊界和屬性條件，提供區(qū)域多種條件組合形式的資源統(tǒng)計和資源現狀分析，從而為資源的合理開發(fā)、利用提供依據。GIS在國際上典范中有：A、加拿大應用GIS完成全國土地資源潛力和估算B、利用GIS進行世界小麥大面積估產的高準確率---這些說明GIS在資源清查方面的應用趨于成熟。返回圖片摘自張超主編的《地理信息系統(tǒng)教程》所配光盤區(qū)域和城鄉(xiāng)規(guī)劃§1-4GIS功能和應用

在進行區(qū)域和城鎮(zhèn)規(guī)劃的過程中，要處理許多不同性質和不同特點的問題，涉及多方面要素，如資源、環(huán)境、人口、交通、經濟、教育、文化和金融等，GIS將這些數據信息歸算到城市的統(tǒng)一系統(tǒng)之中，最后進行城市和區(qū)域多目標的開發(fā)和規(guī)劃，包括城鎮(zhèn)總體規(guī)劃，城市建設用地適宜性評價，城市環(huán)境選質量評價，道路交通規(guī)劃，公共設施配置及城市環(huán)境動態(tài)監(jiān)測等，這些功能的實現是以GIS的一些數據處理和分析算法加以保證的，如GIS的空間搜索方法，多信息疊加處理和一系列的分析軟件，回歸分析，投入產出計算，模糊加權評價等。返回圖片摘自張超主編的《地理信息系統(tǒng)教程》所配光盤災害監(jiān)測§1-4GIS功能和應用返回GIS方法和多時相的遙感數據，可以有效地用于森林火災的預測預報、洪水災情監(jiān)測和淹沒損失估算，確定泄洪區(qū)內人員撤退、財產轉移和救災物資供應的最佳路線，為救災搶險和防洪決策提供及時準確的信息。圖片摘自張超主編的《地理信息系統(tǒng)教程》所配光盤環(huán)境評估§1-4GIS功能和應用返回圖片摘自張超主編的《地理信息系統(tǒng)教程》所配光盤§1-4GIS功能和應用返回作戰(zhàn)指揮圖片摘自張超主編的《地理信息系統(tǒng)教程》所配光盤交通運輸§1-4GIS功能和應用返回圖片摘自張超主編的《地理信息系統(tǒng)教程》所配光盤宏觀決策§1-4GIS功能和應用返回GIS利用地理數據庫，通過一系列決策模型的構建和比較分析，可為國家宏觀決策提供依據。例如我國在三峽地區(qū)的研究中通過利用GIS和機助制圖的方法，建立環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，為三峽工程的宏觀決策提供了建庫前后環(huán)境變化的數量，速度和演變趨勢等可靠數據。圖片摘自張超主編的《地理信息系統(tǒng)教程》所配光盤§1-5GIS相關學科返回GIS計算機科學數據庫理論軟件工程計算機圖形學圖象處理人工智能網絡計算數學幾何學拓撲學統(tǒng)計分析地理學、測繪學、地學地圖學RS、GPS其他應用科學§2-2矢量數據結構

一、圖形表示二、獲取方式三、組織四、編碼方式返回§2-4矢柵一體化數據結構二、矢柵一體化概念一、矢、柵比較

四、一體化結構設計三、三個約定和細分格網法返回§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：

指自然界現象和社會經濟事件中不能再分割的單元，它是一個具體有概括性，復雜性，相對意義的概念。2、理解：地理實體類別及實體內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，復雜，相對的概念。返回二、地理實體的描述——空間數據

§2-1空間實體及其描述

1、描述的內容

反映了實體的三個特征

3、數據類型

4、數據結構以什么形式存儲和處理幾何數據（空間數據、圖形數據）關系數據—實體間的鄰接、關聯(lián)包含等相互關系屬性數據—各種屬性特征和時間元數據

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、化學等學科使用的數據類型相比，空間數據是一種較復雜的數據類型，涉及到空間特征、屬性特征及它們之間關系的描述空間元數據返回位置、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：地理位置和空間關系屬性特征—名稱、等級、類別等時間特征2、基本特征

2、空間數據基本特征返回3、空間數據類型1）依據數據來源的不同分為：地圖數據地形數據屬性數據元數據影象數據2）依據表示對象的不同分為：3、空間數據類型（續(xù)）返回三、實體的空間特征

§2-1空間實體及其描述

（一）空間維數：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1、點狀實體§2-1空間實體及其描述

點或節(jié)點、點狀實體。點：有特定位置，維數為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）內點：用于負載多邊形的屬性，存在于多邊形內。返回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

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、網絡等。返回3、面狀實體（多邊形）§2-1空間實體及其描述

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：如學校的分區(qū)，菜市場的服務范圍等都有可能出現交叉重疊現象，而一個城市的各個城區(qū)一般說來不會出現重疊。是對湖泊、島嶼、地塊等一類現象的描述。在數據庫中由一封閉曲線加內點來表示。返回4、體、立體狀實體§2-1空間實體及其描述

返回

立體狀實體用于描述三維空間中的現象與物體，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?！葝u。·含有弧立塊或相鄰塊?！?/p>

斷面圖與剖面圖。（三）實體類型組合§2-1空間實體及其描述

返回

現實世界的各種現象比較復雜，往往由不同的空間單元組合而成，例如根據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，復雜實體由簡單實體組合表達。點、線、面兩兩之間組合表達復雜的空間問題：如：線—面

面--面

可見，用各要素之間的空間關系，可描述諸多空間問題?？臻g關系是GIS數據描述和表達的重要內容，一方面它為GIS數據庫的有效建立，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。

線—面§2-1空間實體及其描述

返回1、區(qū)域包含線：計算區(qū)域內線的密度，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。

面—面§2-1空間實體及其描述

1、包含：島,某省的湖泊分布。2、相合：重疊，學校服務范圍與菜場服務范圍重疊區(qū)。3、相交：劃分子區(qū)。4、相鄰：計算相鄰邊界性質和長度，公共連接邊界。分離：計算距離。

返回學校菜場四、實體間空間關系§2-1空間實體及其描述

返回（一）空間關系類型（二）拓撲關系1、

拓撲空間關系：2、

順序空間關系：（方向空間關系）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系，算法復雜，至今沒有很好的解決方法。3、

度量空間關系，主要指實體間的距離關系，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外，還與所通過路徑的地形起伏有關，復雜,引入第二種。b、沿地球旋轉橢球體的距離量算。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）（沿地球大圓經過兩個城市中心的距離）。北ab（二）拓撲關系§2-1空間實體及其描述

返回1、定義：指圖形保持連續(xù)狀態(tài)下變形，但圖形關系不變的性質。將橡皮任意拉伸，壓縮，但不能扭轉或折疊。

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)域的內部/外部一個點在一個環(huán)的內/外部一個面是一個簡單面一個面的連通性面內任兩點從一點可在面的內部走向另一點1、定義2、種類3、拓撲關系的表達4、意義2、種類

§2-1空間實體及其描述

1）關聯(lián)性：（不同類要素之間）結點與弧段：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、結點之間。鄰接矩陣

重疊：--鄰接：1不鄰接：0P1P2P3P4P1--111P21--10P311--0P4100--3）連通性：與鄰接性相類似，指對弧段連接的判別，如用于網絡分析中確定路徑、街道是否相通。§2-1空間實體及其描述

連通矩陣：重疊：--連通：1不連通：0V1V2V3…V1--10V21--1V301--4）方向性§2-1空間實體及其描述

一條弧段的起點、終點確定了弧段的方向。用于表達現實中的有向弧段，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）層次關系：相同元素之間的等級關系，武漢市有各個區(qū)組成。主要的拓撲關系：拓撲鄰接、拓撲關聯(lián)、拓撲包含。拓撲關系具體可由4個關系表來表示：（1）

面--鏈關系：面構成面的弧段（2）

鏈--結點關系：鏈鏈兩端的結點（3）

結點--鏈關系：結點通過該結點的鏈\（4）鏈—面關系：鏈左面右面3、拓撲關系的表達對于數據處理和GIS空間分析具有重要的意義，因為：1）拓撲關系能清楚地反映實體之間的邏輯結構關系，它比幾何關系具有更大的穩(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。又如供水管網系統(tǒng)中某段水管破裂找關閉它的閥門，就需要查詢該線（管道）與哪些點（閥門）關聯(lián)。3）根據拓撲關系可重建地理實體?！?-1空間實體及其描述

返回4、拓撲關系的意義：§2-3柵格數據結構返回

柵格結構用密集正方形（或三角形，多邊形）將地理區(qū)域劃分為網格陣列。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。

柵格數據表示的是二維表面上的地理數據的離散化數值。在柵格數據中，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。因此，柵格數據的比例尺就是柵格(象元)的大小與地表相應單元的大小之比，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區(qū)域內地理數據的近似值，因而有可能產生屬性方面的偏差。333二、柵格數據組織§2-3柵格數據結構返回——針對一個柵格單元對應多個屬性值的多層柵格文件。空間數據庫22222aaaaa22土壤植被組織方法組織方法§2-3柵格數據結構返回方法c：以層為基礎，每層內以多邊形為序記錄多邊形的屬性值和多邊形內各象元的坐標。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。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，柵格個數很多。方法b：每層每個象元的位置、屬性一一記錄，結構最簡單，但浪費存儲。三、柵格結構的建立§2-3柵格數據結構返回1、

手工獲取，專題圖上劃分均勻網格，逐個決定其網格代碼。2、掃描儀掃描專題圖的圖像數據{行、列、顏色（灰度）}，定義顏色與屬性對應表，用相應屬性代替相應顏色，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據。3、

由矢量數據轉換而來。4、

遙感影像數據，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，以數字形式記錄下來的象素值序列。5、

格網DEM數據，當屬性值為地面高程，則為格網DEM，通過DEM內插得到。（一）建立途徑（二）柵格系統(tǒng)的確定(三)柵格代碼的確定（二）柵格系統(tǒng)的確定§2-3柵格數據結構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)，什么數據結構(矢、柵)都應在統(tǒng)一的坐標系統(tǒng)下，而坐標系的確定實質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，但為了便于區(qū)域的拼接，柵格系統(tǒng)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(tǒng)的坐標軸。221223323332333233322、

柵格單元的尺寸§2-3柵格數據結構返回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。格網太大，忽略較小圖斑，信息丟失。一般講實體特征愈復雜，柵格尺寸越小，分辨率愈高，然而柵格數據量愈大（按分辨率的平方指數增加）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§2-3柵格數據結構返回

當一個柵格單元內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

1四、柵格數據編碼方法§2-3柵格數據結構返回1、直接柵格編碼：將柵格數據看作一個數據矩陣，逐行記錄代碼數據。1）每行都從左到右記錄；AAAAABBBAABBAABB2）奇數行從左到右，偶數行從右到左；特點：最直觀、最基本的網格存貯結構，沒有進行任何壓縮數據處理。AAAAABBBAABBAABB

柵格數據量大，格網數多，由于地理數據往往有較強的相關性，即相鄰象元的值往往是相同的。所以，出現了各種柵格數據壓縮方法。數據壓縮是將數據表示成更緊湊的格式以減少存儲空間的一項技術。分為：無損壓縮：在編碼過程中信息沒有丟失，經過解碼可恢復原有的信息---信息保持編碼。有損壓縮：為最大限度壓縮數據，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。--信息不保持編碼。

2、行程編碼（變長編碼）：§2-3柵格數據結構返回將原圖表示的數據矩陣變?yōu)閿祿Γ?）屬性碼，長度，行號（可不要）長度：連續(xù)相同碼值的柵格個數。2）屬性碼，點位特點：對于游程長度編碼，區(qū)域越大，數據的相關性越強，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（壓縮比與圖的復雜程度成反比）。這種編碼在柵格加密時，數據量不會明顯增加，壓縮率高，并最大限度地保留原始柵格結構，編碼解碼運算簡單，且易于檢索，疊加，合并等操作，這種編碼應用廣泛。AAAAABBBAABBAABB

3、塊碼----游程編碼向二維擴展§2-3柵格數據結構返回采用方形區(qū)域作為記錄單元，每個記錄單元包括相鄰的若干柵格。數據對組成：（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，隨圖形復雜程度的提高而降低分辯率。依次掃描，編過的不重復。12345678104477777244444777344448877400488877500888878600088888700008888800000888如：（1,1,1,0),(1,2,2,4),(1,4,1,7),(1,5,1,7)…4、鏈式編碼、Freeman鏈碼、邊界鏈碼§2-3柵格數據結構返回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.將柵格數據（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據，便于面積、長度、轉折方向和邊界、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構）。區(qū)域空間分析困難，相鄰區(qū)域邊界被重復存儲。

5、四叉樹編碼五、四叉樹編碼§2-3柵格數據結構返回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格系統(tǒng)。是最有效的柵格數據壓縮編碼方法之一AAAAABBBAABBAABB01233、

編碼方法§2-3柵格數據結構返回1）常規(guī)四叉樹

記錄這棵樹的葉結點外，中間結點，結點之間的聯(lián)系用指針聯(lián)系，每個結點需要6個變量：父結點指針、四個子結點的指針和本結點的屬性值。指針不僅增加了數據的存儲量，還增加了操作的復雜性：如層次數（分割次數）由從父結點移到根結點的次數來確定，結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據，其價值在于建立索引文件，進行數據檢索。2）線性四叉樹§2-3柵格數據結構返回記錄葉結點的位置，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，只對葉結點編碼，節(jié)省了大量中間結點的存儲，地址碼隱含著結點的分割路徑和分割次數?！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)行實現集合相加等組合操作。（二）四進制的Morton碼§2-3柵格數據結構返回1、

方法1：四叉樹從上而下（形成）（從整體開始）由葉結點找Morton碼。

A、分割一次，增加一位數字，大分割在前，小分割在后。所以，碼的位數表示分割的次數。

B、每一個位均是不大于3的四進制數，表達位置。由Morton找出四叉樹葉結點的具體位置。

0123AAAAABBBAABBAAABB03BA2、

方法2：四叉樹自下而上合并的方法§2-3柵格數據結構返回1）計算每個柵格對應的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)的內存塊中。3）依次檢查每四個相鄰的MQ對應的屬性值，相同合并（不同碼位去掉），不同則存盤,直到沒有能夠合并的子塊為止。AAAAABBBAABBAABB（三）十進制的Morton碼---MD§2-3柵格數據結構返回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)I行J列交叉

1101=13(3)再化為十進制.實質上是按左上、右上、左下、右下的順序，從零開始對每個柵格進行自然編碼。

A0A1A4A5A2

B3B6B7A8A9B12B13A10A11B14B15四進制Morton碼直觀上切合四叉樹分割，但許多語言不支持四進制變量，需用十進制表示Morton碼.2、把一幅2n×2n的圖像壓縮成線性四叉樹的過程§2-3柵格數據結構返回

1°、按Morton碼把圖象讀入一維數組。

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。A0A1A4A5A2

B3B6B7A8A9B12B13A10A11B14B15右圖的壓縮處理過程為：1°、按Morton碼讀入一維數組。

Morton碼：0123456789101112131415象元值：AAAB

ABBB

AAAA

BBBB2°、四相鄰象元合并，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。

0346812ABABABA0A1A4A5A2

B3B6B7A8A9B12B13A10A11B14B15（四）四叉樹優(yōu)缺點§2-3柵格數據結構優(yōu)點：1）對于團塊圖像，四叉樹表示法占用空間比網絡法要少得多，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用前景，適用于處理凝聚性或呈塊狀分布的空間數據，特別適用于處理分布不均勻的塊狀空間數據，但不適用于連續(xù)表面（如地形）或線狀地物。此外，目前應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（具體的數據結構中會提到）4)

四叉樹未能直接表示物體間的拓撲關系?！?-3柵格數據結構返回5)

與非樹表示法比較，四叉樹表示法的缺點在于轉換的不穩(wěn)定性或叫滑動變異例如，兩個圖像的差異僅由于平移，就會構成極為不同的四叉樹，因而很難根據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成四叉樹時會被分割到若干個象限中，使它失去了內在的相關性。AAAAABBBAABBAABB§2-2矢量數據結構

一、圖形表示

返回摘自張超二、矢量數據的獲取方式§2-2矢量數據結構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)，然后轉到地理數據庫中。2)由柵格數據轉換獲得利用柵格數據矢量化技術，把柵格數據轉換為矢量數據。3)跟蹤數字化用跟蹤數字化的方法，把地圖變成離散的矢量數據。返回三、矢量數據組織

§2-2矢量數據結構點：坐標對（x,y）+識別符線：坐標對系列(x1,y1)..(xn,yn)及有關屬性、其它屬性面：首尾相同的坐標串關系表幾何位置坐標文件連接矢量數據表示時應考慮以下問題：·矢量數據自身的存貯和處理?！づc屬性數據的聯(lián)系?！な噶繑祿g的空間關系(拓撲關系)。以點為例：§2-2矢量數據結構

坐標

識別符若是簡單點要素如獨立樹、電線竿、三角點，符號、有關屬性中包括比例尺、方向若是注記點，記錄有關字符的大小、方向、字體、排列等若是結點Vertex：符號：指針、與線相交的角度。其它屬性

:三角點設立年代、材料等線（符號、方向）、面（符號）都有相應的相關屬性，在此，看看矢量結構中關于幾何位置坐標的編碼方式返回四、矢量數據編碼方式（spaghetti）--面條模型:以實體為單位記錄其坐標§2-2矢量數據結構缺點：1、相鄰多邊形的公共邊界被數字化并存儲兩次，造成數據冗余和碎屑多邊形—數據不一致，浪費空間，導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，這種結構只用于簡單的制圖系統(tǒng)中，顯示圖形。（一）實體式優(yōu)點：結構簡單、直觀、易實現以實體為單位的運算和顯示。多邊形坐標串P1…P2…123456789101112131415PPP返回（二）索引式（樹狀）§2-2矢量數據結構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據的冗余和不一致，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：表達拓撲關系較繁瑣，給相鄰運算、消除無用邊、處理島信息、檢索拓撲關系等帶來困難，以人工方式建立編碼表，工作量大，易出錯。返回（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，是一種拓撲編碼結構。

§2-2矢量數據結構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…關聯(lián)鄰接關聯(lián)連通拓撲關系明確在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（四）鏈狀雙重獨立式編碼--拓撲數據結構§2-2矢量數據結構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—結點關系弧段號

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：結點—鏈關系點號

弧段號

2A,B,D在拓撲結構中，多邊形（面）的邊界被分割成一系列的線（弧、鏈、邊）和點（結點）等拓撲要素，點、線、面之間的拓撲關系在屬性表中定義，多邊形邊界不重復。

返回鏈狀雙重獨立式編碼特點拓撲關系明確，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。因為一般數字化一條街道時，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：二進制文件:弧段號點數坐標串在GIS數據輸入中，建拓撲是指給圖形數據（點、線、面）增加拓撲結構，如ARC/INFO中，在ARCEDIT中輸入圖形后，需用BUILD建圖形拓撲，具體生成許多文件，如AAT，PAT等.INFO：屬性表如AAT（ArcAttributeTable）§2-2矢量數據結構用戶標識碼，表明地物類型當圖形數據修改、刪除、增加點、線、面要素后，其拓撲關系也發(fā)生改變，所以，需重新建拓撲?；《翁朥SER_IDLPOLYRPOLYFROM_NODETO_NODE其它屬性:（名稱)返回§2-4矢柵一體化數據結構一、矢、柵優(yōu)缺點：

優(yōu)點

缺點矢量1、便于面向現象（土壤類，土地利用單元等）

2、結構緊湊，冗余度低，便于描述線或邊界。

3、利于網絡、檢索分析，提供有效的拓撲編碼，對需要拓撲信息的操作更有效。

4、

圖形顯示質量好，精度高。1、數據結構復雜，各自定義，不便于數據標準化和規(guī)范化，數據交換困難。

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、不能像數字圖像那樣做增強處理

4、軟硬件技術要求高，顯示與繪圖成本較高。

柵格1、

結構簡單，易數據交換。

2、疊置分析和地理（能有效表達空間可變性）現象模擬較易。

3、利于與感遙數據的匹配應用和分析，便于圖像處理。

4、

輸出快速，成本低廉。1、現象識別效果不如矢量方法，難以表達拓撲。

2、圖形數據量大，數據結構不嚴密不緊湊，需用壓縮技術解決該問題。

3、投影轉換困難。

4、圖形質量轉低，圖形輸出不美觀，線條有鋸齒，需用增加柵格數量來克服，但會增加數據文件。矢量、柵格數據結構的選擇柵格結構:大范圍小比例尺的自然資源、環(huán)境、農林業(yè)等區(qū)域問題的研究。矢量結構：城市分區(qū)或詳細規(guī)劃、土地管理、公用事業(yè)管理等方面的應用。

在GIS建立過程中，應根據應用目的和應用特點、可能獲得的數據精度以及地理信息系統(tǒng)軟件和硬件配置情況，選擇合適的數據結構。返回二、矢柵一體化概念

§2-4矢柵一體化數據結構

將矢量面對目標的方法和柵格元子充填的方法結合起來，具體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。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：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，以目標為單元直接聚集所有的位置信息，并能建立拓撲關系；另一方面，它建立了柵格與地物的關系，即路徑上的任一點都直接與目標建立了聯(lián)系。334334423344423344234422212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。返回三、三個約定和細分格網法§2-4矢柵一體化數據結構為便于組織數據，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，在計算機內部僅有一個位置數據。為提高柵格表示精度，采用細分格網法：將一對X,Y坐標用兩個Morton碼代替：前一M1表示該點（采樣點或附加的交叉點）所在基本格網的地址碼，后者M2表示該點對應的細分格網的Morton碼，既顧全整體定位，又保證精度。

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，在計算機內部需要用一組元子填滿整個路徑。c.地面上的面狀地物是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。x,yM1M2返回四、一體化數據結構設計§2-4矢柵一體化數據結構線性四叉樹(Morton)是基本數據格式，三個約定設計點、線、面數據結構的基本依據，細分格網法保證足夠精度。點標識號M1M2高程Z……………………10025434084432100261057725463……………………約定1，點僅有位置、沒有形狀和面積，只要將點的坐標轉化為地址碼M1

和M2,結構簡單靈活，便于點的插入和刪除，還能處理一個柵格內包含多個點狀目標的情況。1、點狀地物和結點的數據結構返回2、線狀地物的數據結構§2-4矢柵一體化數據結構約定（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數據表達每個線狀地物的路徑即可，將該線狀地物經過的所有柵格的地址全部記錄下來。仿照矢量數據組織的鏈狀雙重獨立式編碼，以弧段為記錄單位?；俗R號起結點號終結點號中間點串（M1,M2,Z）

20078100251002658,7749,435,92,4377,439…線標識號弧段標識號…………3003120078，200793003220092，20098，20099…………弧段的數據結構:線狀地物的數據結構:返回3、面狀地物的數據結構

§2-4矢柵一體化數據結構1)弧段文件2）帶指針的二維行程碼二維行程M碼

屬性值005480164308314320378400448460478葉結點的屬性值改為指向該地物的下一個子塊的循環(huán)指針二維行程M碼循環(huán)指針屬性值0851683216313037314（屬性值）3240374440464447460（屬性值）478（屬性值）邊界弧段-----形狀面域循環(huán)指針指向該地物下一個子塊的地址碼，并在最后指向該地物本身

返回§2-4矢柵一體化數據結構二維行程M碼循環(huán)指針屬性值0851683216313037314（屬性值）3240374440464447460（屬性值）478（屬性值）用循環(huán)指針將同屬于一個目標的葉結點鏈接起來

只要進入第一塊就可以順著指針直接提取該地物的所有子塊，從而避免像柵格數據那樣為查詢某一個目標需遍歷整個矩陣，大大提高了查詢速度。返回083240463）面文件

§2-4矢柵一體化數據結構

這種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，二維行程本身就是面向位置的結構，帶指針的二維行程碼中的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順著指針找到面狀地物的標識號確定是哪一個地物。面標識號弧標識號串面塊頭指針40001（屬性值為0）20001，20002，20003040002（屬性值為4）20002，200041640003（屬性值為8）200037………………返回4、復雜地物的數據結構§2-4矢柵一體化數據結構

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7所示。復雜地物標識號簡單地物標識號…………5000810025，30005，300255000930006，30007，40032…………

返回§2-5三維數據結構

目前GIS主要還停留在處理地球表面的數據，若數據是地表以下或以上，則先將它投影到地表，再進行處理，其實質是以二維的形式來模擬、處理任何數據，在有些領域可行，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誤認為是三維模型。但從本質上講，DEM是二維的，因為它只能表示地表的信息，不能對地表內部進行有效的表示。目前，人們常把DEM稱為2.5維的數據模型。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，但在數據采集，系統(tǒng)維護和界面設計等方面比二維GIS復雜得多，如三維數據的組織與重建，三維變換、查詢、運算、分析、維護等方面。下面主要介紹三維數據結構。同樣，三維結構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小單元---體元。普遍用八叉樹矢量：x,y,z，抽象為點、線、面、體，面構成體。方法多種，常用三維邊界表示法。

返回一、概述二、八叉樹結構1、思想：四叉樹在三維空間的推廣。將要表示的形體V放在一個充分大的正方體C內，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。當子體部分為V---灰結點需再1分為8。子體中無V---白結點停止分割，葉結點。子體全為V—黑結點返回§2-5三維數據結構01234572、存貯結構1）規(guī)則八叉樹與常規(guī)四叉樹類似，用10項字段來記錄每個結點（8個子結點指針，1個父結點指針，1個結點屬性）。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。返回§2-5三維數據結構特點：節(jié)省存貯空間，便于某些運算，但喪失一定的靈活性，不便于其它遍歷方式對樹的結點進行存取，應用效果不佳。2）線性八叉樹—Motorn碼用某一預先確定的次序將八叉樹轉換成一個線性表，表中的每個元素與一個結點相對應。每個結點用固定的字節(jié)描述，其中某些位專門用來說明它是否為葉結點。3）一對八式的八叉樹

每個結點均1分為8，并標記為0，1，2，3，4，5，6，7。隱含地假定了這些子結點記錄存放的次序

–---便于檢索浪費存儲，除非完全八叉樹，即所有葉結點均在同一層次出現，上層均為非葉結點。返回§2-5三維數據結構0123…70123…7三、三維邊界表示法返回§2-5三維數據結構v1v2v3v4l1l2l3l4l5l6v1x1y1z1v2x2y2z2v3x3y3z3v4x4y4z4l1v1v2l2v2v3l3v3v1l4v2v4l5v4v3l6v1v4s1l1l2l3s2l2l4l5s3l5l3l6s4l3l1l4３、面表：給出圍成多面體某個面的各條邊。４、當有若干個多面體時，還必須有一個對象表。1、頂點表：用來表示多面體各頂點的坐標２、邊表：指出構成多面體某邊的兩個頂點；O1S1,s2…屬性１…

可避免重復表示某些點、邊、面，節(jié)約存儲，便于圖形顯示，如公共邊不重復。5、擴充后的邊表

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為表達拓撲還可將其它一些有關的內容結合到所使用的表中，如將邊所屬的多邊形信息結合進邊表中以后的形式：l1v1v2s1s4l2v2v3s1s2l3v3v1s1s3l4v2v4s2s4l5v4v3s2s3l6v1v4s3s4l1v1v2l2v2v3l3v3v1l4v2v4l5v4v3l6v1v4s1l1l2l3s2l2l4l5s3l5l3l6s4l3l1l4包含s1,s4公共邊為l1的信息6、拓撲檢查返回§2-5三維數據結構

數據存儲后，必須檢查數據的一致性、完全性，即進行拓撲檢查。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