第02章-GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

GIS軟件與應(yīng)用地理信息系統(tǒng)基本原理第一章：緒論1、地理信息系統(tǒng)的基本概念2、地理信息系統(tǒng)的功能3、地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用4、地理信息系統(tǒng)的構(gòu)成5、地理信息系統(tǒng)的產(chǎn)生、發(fā)展及展望地理信息系統(tǒng)GIS原理第一章GIS的基本概念第二章GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第三章GIS的空間數(shù)據(jù)第四章GIS的空間分析第五章GIS的數(shù)據(jù)輸出本章概述：GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)地理信息系統(tǒng)的操作對(duì)象是空間地理實(shí)體，建立一個(gè)地理信息系統(tǒng)的首要任務(wù)是建立空間數(shù)據(jù)庫(kù)，即將反映地理實(shí)體特性的地理數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，這需要解決地理數(shù)據(jù)具體以什么形式在計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)和處理即空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)問(wèn)題和如何描述實(shí)體及其相互關(guān)系即空間數(shù)據(jù)庫(kù)模型問(wèn)題。本章重點(diǎn)介紹主要的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和空間數(shù)據(jù)庫(kù)模型。GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1、地理空間及其表達(dá)2、地理空間數(shù)據(jù)及其特征3、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型4、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的建立GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1、地理空間及其表達(dá)2、地理空間數(shù)據(jù)及其特征3、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型4、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的建立1.地理空間的概念地理空間上至大氣電離層，下至地幔莫霍面，是生命過(guò)程活躍的場(chǎng)所，也是宇宙過(guò)程對(duì)地球影響最大的區(qū)域。地理信息系統(tǒng)中的空間概念常用“地理空間”(geo-spatial)來(lái)表述，一般包括地理空間定位框架及其所聯(lián)結(jié)的特征實(shí)體。地理空間定位框架即大地測(cè)量控制，由平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)組成。大地測(cè)量控制為建立所有的地理數(shù)據(jù)的坐標(biāo)位置提供了一個(gè)通用參考系，利用該通用參考系可以將全國(guó)范圍使用的平面及高程坐標(biāo)系與所有的地理要素相連接。一、地理空間及其表達(dá)GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一、地理空間及其表達(dá)GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)目前，我國(guó)采用的大地坐標(biāo)系為1980年中國(guó)國(guó)家大地坐標(biāo)系，該坐標(biāo)系選用1975年國(guó)際大地測(cè)量協(xié)會(huì)推薦的國(guó)際橢球（下圖），其具體參數(shù)為：赤道半徑（a）=6378140.0000000000m極半徑（b）=6356755.2881575287m地球扁率（f）=(a-b)/a=1/298.2571980年中國(guó)國(guó)家大地坐標(biāo)系的大地原點(diǎn)，設(shè)在我國(guó)中部的陜西省涇陽(yáng)縣永樂(lè)鎮(zhèn)，簡(jiǎn)稱(chēng)西安原點(diǎn)。1975年國(guó)際橢球元素及其關(guān)系示意圖一、地理空間及其表達(dá)GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)根據(jù)不同需求，我國(guó)現(xiàn)有三種大地坐標(biāo)系并存：

1、1954年北京坐標(biāo)系(局部平差)；

2、1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系(整體平差)；

3、地心坐標(biāo)系。對(duì)應(yīng)于每一個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)點(diǎn)的坐標(biāo)，可以用大地坐標(biāo)形式表示，即用(L，B，H)表示；也可以用空間大地直角坐標(biāo)形式表示，即用(z，y，z)表示。不同坐標(biāo)系統(tǒng)的坐標(biāo)，通過(guò)一定數(shù)學(xué)模型的轉(zhuǎn)換參數(shù)，在一定的精度范圍內(nèi)可以互相轉(zhuǎn)換。一、地理空間及其表達(dá)GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

1954年北京坐標(biāo)系和1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系中的點(diǎn)的坐標(biāo)，將其投影至高斯—克呂格投影平面，以平面坐標(biāo)x、y形式表示，用于控制地形測(cè)圖。在高斯—克呂格平面直角坐標(biāo)中，x表示縱軸，y表示橫軸。點(diǎn)的高斯—克呂格平面直角坐標(biāo)是通過(guò)高斯—克呂格投影計(jì)算得到的，我國(guó)各個(gè)等級(jí)大地點(diǎn)成果表中所載的坐標(biāo)即為高斯—克呂格平面直角坐標(biāo)。將橢球面上各點(diǎn)的大地坐標(biāo)，按照一定的數(shù)學(xué)法則，變換為平面上相應(yīng)點(diǎn)的平面直角坐標(biāo)，通常稱(chēng)之為地圖投影。即：x=f1(L,B)

y=f2(L,B)式中：（L,B)是橢球面上某點(diǎn)的大地坐標(biāo)；

(x,y)是該點(diǎn)投影在投影平面上的直角坐標(biāo)。一、地理空間及其表達(dá)GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)地理信息系統(tǒng)中特征實(shí)體的位置，通常就是指經(jīng)過(guò)投影變換后平面上的直角坐標(biāo)。高程指空間參考的高于或低于某基準(zhǔn)平面的垂直位置，主要用來(lái)提供地形信息。我國(guó)現(xiàn)在規(guī)定的高程起算基準(zhǔn)面為“1985國(guó)家高程基準(zhǔn)”，該基準(zhǔn)比原國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)啟用的“黃海平均海平面”高29mm。研究地理空間，除了建立地理空間的定位參考框架，還必須分析地理空間特征實(shí)體或地理空間信息的幾何形態(tài)和時(shí)空分布規(guī)律及其相互之間的關(guān)系。地理空間特征實(shí)體指具有形狀、屬性和時(shí)序特征的空間對(duì)象或地理實(shí)體，包括點(diǎn)、線、面、曲面和體，它們構(gòu)成地球圈層間復(fù)雜的地理綜合體，也是地理信息系統(tǒng)表示和建庫(kù)的主要對(duì)象。一、地理空間及其表達(dá)GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2.空間實(shí)體的表達(dá)地理空間的特征實(shí)體包括:

點(diǎn)(point)、線(line)、面(polygon)、曲面(surface)

體(volume)

如何以有效的形式表達(dá)它們，關(guān)系到計(jì)算機(jī)識(shí)別、存儲(chǔ)、處理的可能性和有效性。當(dāng)對(duì)特征實(shí)體進(jìn)行數(shù)據(jù)表達(dá)時(shí)，關(guān)鍵又看如何表達(dá)空間的一個(gè)點(diǎn)，因?yàn)辄c(diǎn)是構(gòu)成地理空間特征實(shí)體的基本元素。矢量表示法:采用一個(gè)沒(méi)有大小的點(diǎn)(坐標(biāo))來(lái)表達(dá)基本點(diǎn)元素；→矢量數(shù)據(jù)模型柵格表示法:采用一個(gè)有固定大小的點(diǎn)(面元)來(lái)表達(dá)基本點(diǎn)元素?！鷸鸥駭?shù)據(jù)模型一、地理空間及其表達(dá)GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一、地理空間及其表達(dá)GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1、地理空間及其表達(dá)2、地理空間數(shù)據(jù)及其特征3、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型4、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的建立二、地理空間數(shù)據(jù)GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1、實(shí)體的描述和存儲(chǔ)從實(shí)體需要描述的內(nèi)容到計(jì)算機(jī)具體如何存儲(chǔ)實(shí)體的過(guò)程見(jiàn)圖2-1-1。二、地理空間數(shù)據(jù)GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1、空間實(shí)體的描述通常需要從如下方面對(duì)地理實(shí)體進(jìn)行描述：1)編碼用于區(qū)別不同的實(shí)體，有時(shí)同一個(gè)實(shí)體在不同的時(shí)間具有不同的編碼，如上行和下行的火車(chē)。編碼通常包括分類(lèi)碼和識(shí)別碼。分類(lèi)碼標(biāo)識(shí)實(shí)體所屬的類(lèi)別，識(shí)別碼對(duì)每個(gè)實(shí)體進(jìn)行標(biāo)識(shí)，是唯一的，用于區(qū)別不同的實(shí)體。2)位置通常用坐標(biāo)值的形式(或其它方式)給出實(shí)體的空間位置。3)類(lèi)型指明該地理實(shí)體屬于哪一種實(shí)體類(lèi)型，或由哪些實(shí)體類(lèi)型組成。4)行為指明該地理實(shí)體可以具有哪些行為和功能。5)屬性指明該地理實(shí)體所對(duì)應(yīng)的非空間信息，如道路的寬度、路面質(zhì)量、車(chē)流量、交通規(guī)則等。6)說(shuō)明用于說(shuō)明實(shí)體數(shù)據(jù)的來(lái)源、質(zhì)量等相關(guān)的信息。7)關(guān)系與其它實(shí)體的關(guān)系信息。二、地理空間數(shù)據(jù)GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2、GIS的空間數(shù)據(jù)根據(jù)空間數(shù)據(jù)的特征，可以把空間數(shù)據(jù)歸納為三類(lèi)：1）屬性數(shù)據(jù)——描述空間數(shù)據(jù)的屬性特征的數(shù)據(jù)，也稱(chēng)非幾何數(shù)據(jù)。即說(shuō)明“是什么”，如類(lèi)型、等級(jí)、名稱(chēng)、狀態(tài)等。2）幾何數(shù)據(jù)——描述空間數(shù)據(jù)的空間特征的數(shù)據(jù)，也稱(chēng)位置數(shù)據(jù)、定位數(shù)據(jù)。即說(shuō)明“在哪里”，如用X、Y坐標(biāo)來(lái)表示。3）關(guān)系數(shù)據(jù)——描述空間數(shù)據(jù)之間的空間關(guān)系的數(shù)據(jù)，如空間數(shù)據(jù)的相鄰、包含等，主要是指拓?fù)潢P(guān)系。拓?fù)潢P(guān)系是一種對(duì)空間關(guān)系進(jìn)行明確定義的數(shù)學(xué)方法。4）元數(shù)據(jù)，是描述數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)。在地理空間數(shù)據(jù)中，元數(shù)據(jù)說(shuō)明空間數(shù)據(jù)內(nèi)容、質(zhì)量、狀況和其他有關(guān)特征的背景信息，便于數(shù)據(jù)生產(chǎn)者和用戶之間的交流。二、地理空間數(shù)據(jù)GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)根據(jù)數(shù)據(jù)來(lái)源的不同分為（據(jù)郭達(dá)志等)：幾何圖形數(shù)據(jù)：主要來(lái)源于各種類(lèi)型的地圖和實(shí)測(cè)幾何數(shù)據(jù)。影象數(shù)據(jù)：主要來(lái)源于衛(wèi)星遙感和航空遙感等。屬性數(shù)據(jù)：來(lái)源于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，文字報(bào)表，或地圖中的各類(lèi)符號(hào)說(shuō)明，以及從遙感數(shù)據(jù)中通過(guò)解釋得到的信息等。地形數(shù)據(jù)：來(lái)源于地形等高線圖的數(shù)字化，已建立的格網(wǎng)狀的數(shù)字化搞成模型（DTM），或其他形式表示的地形表面（如TIN）等。二、地理空間數(shù)據(jù)GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1)類(lèi)型數(shù)據(jù)：例如考古地點(diǎn)、道路線和土壤類(lèi)型的分布等；2)面域數(shù)據(jù)：例如隨機(jī)多邊形的中心點(diǎn)、行政區(qū)域界線和行政單元等；3)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)：例如道路交點(diǎn)、街道和街區(qū)等；4)樣本數(shù)據(jù)：例如氣象站、航線和野外樣方的分布區(qū)等；5)曲面數(shù)據(jù)：例如高程點(diǎn)、等高線和等值區(qū)域；6)文本數(shù)據(jù)：例如地名、河流名稱(chēng)和區(qū)域名稱(chēng)；7)符號(hào)數(shù)據(jù)：例如點(diǎn)狀符號(hào)、線狀符號(hào)和面狀符號(hào)（暈線）等；根據(jù)表示對(duì)象的不同分為分為（據(jù)鄔倫等)二、地理空間數(shù)據(jù)GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)二、地理空間數(shù)據(jù)GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3、空間數(shù)據(jù)的特征空間數(shù)據(jù)具有三個(gè)基本特征（圖2-1-2)：1）屬性特征——用以描述事物或現(xiàn)象的特性，2）空間特征——用以描述事物或現(xiàn)象的地理位置，3）時(shí)間特征——用以描述事物或現(xiàn)象隨時(shí)間的變化，GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1、地理空間及其表達(dá)2、地理空間數(shù)據(jù)及其特征3、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型4、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的建立三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)即數(shù)據(jù)組織的形式，是適合于計(jì)算機(jī)存貯、管理、處理的數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)。換句話說(shuō)，是指數(shù)據(jù)以什么形式在計(jì)算機(jī)中存貯和處理。數(shù)據(jù)按一定的規(guī)律儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)機(jī)中，是計(jì)算機(jī)正確處理和用戶正確理解的保證?？臻g數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是空間數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的具體組織方式。目前尚無(wú)一種統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)能夠同時(shí)存儲(chǔ)上述各種類(lèi)型的數(shù)據(jù)，而是將不同類(lèi)型的空間數(shù)據(jù)以不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)。一般來(lái)說(shuō)，屬性數(shù)據(jù)與其他信息系統(tǒng)一樣常用二維關(guān)系表格形式存儲(chǔ)。元數(shù)據(jù)以特定的空間元數(shù)據(jù)格式存儲(chǔ)，空間特征數(shù)據(jù)是地理信息系統(tǒng)所特有的數(shù)據(jù)類(lèi)型，主要以矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)兩種形式存儲(chǔ)。一、概念三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)三、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基于矢量模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)稱(chēng)為矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。它是利用歐幾里得幾何學(xué)中的點(diǎn)、線、面及其組合體表示地理實(shí)體空間分布的一種數(shù)據(jù)組織方式。矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是最常見(jiàn)的圖形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是一種面向目標(biāo)的數(shù)據(jù)組織方式。矢量方法強(qiáng)調(diào)離散現(xiàn)象的存在，將線離散為一串采樣點(diǎn)的坐標(biāo)串，面狀區(qū)域由邊界線確定。由于矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)緊湊，冗余度低，利于網(wǎng)絡(luò)、檢索分析等優(yōu)點(diǎn)，是GIS主要的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)之一。三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)A、矢量數(shù)據(jù)的圖形表示矢量方法將地理現(xiàn)象或事物抽象為點(diǎn)、線、面實(shí)體，將它們放在特定空間坐標(biāo)系下進(jìn)行采樣記錄（圖2-2-1）。1、點(diǎn)實(shí)體：記錄點(diǎn)坐標(biāo)和屬性代碼；2、線實(shí)體：記錄兩個(gè)或一系列采樣點(diǎn)的坐標(biāo)，并加屬性代碼；3、面實(shí)體：記錄邊界上一系列采樣點(diǎn)的坐標(biāo)，由于多邊形封閉，邊界為閉合環(huán)，加面域?qū)傩源a。三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)B、矢量數(shù)據(jù)的獲取方式矢量數(shù)據(jù)的獲取方式通常有：

1)由外業(yè)測(cè)量獲得，可利用測(cè)量?jī)x器自動(dòng)記錄測(cè)量成果(常稱(chēng)為電子手薄)，然后轉(zhuǎn)到地理數(shù)據(jù)庫(kù)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)。由于柵格數(shù)據(jù)自動(dòng)矢量化技術(shù)還不成熟，人工跟蹤數(shù)字化是當(dāng)前獲取矢量數(shù)據(jù)的最主要方法，但存在工作量大，數(shù)據(jù)獲取困難等缺點(diǎn)。三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)C、矢量數(shù)據(jù)表示在GIS中，矢量數(shù)據(jù)表示時(shí)應(yīng)考慮以下問(wèn)題：1)矢量數(shù)據(jù)自身的存貯和處理。2)與屬性數(shù)據(jù)的聯(lián)系。3)矢量數(shù)據(jù)之間的空間關(guān)系(拓?fù)潢P(guān)系)。矢量數(shù)據(jù)的表示方法多種多樣，但基本上類(lèi)似，可觸類(lèi)旁通。下面分別介紹矢量數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一）簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矢量數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分別按點(diǎn)、線、面三種基本形式來(lái)描述(圖2-2-2)。三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

1、標(biāo)識(shí)碼：按一定的原則編碼，簡(jiǎn)單情況下可順序編號(hào)。標(biāo)識(shí)碼具有唯一性，是聯(lián)系矢量數(shù)據(jù)和與其對(duì)應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)的關(guān)鍵字。屬性數(shù)據(jù)單獨(dú)存放在數(shù)據(jù)庫(kù)中。

2、點(diǎn)結(jié)構(gòu)中的X，Y坐標(biāo)：是點(diǎn)實(shí)體的定位點(diǎn)，如果是有向點(diǎn)，則可以有兩個(gè)坐標(biāo)對(duì)。

3、線結(jié)構(gòu)中的坐標(biāo)對(duì)數(shù)n：是構(gòu)成該線(鏈)的坐標(biāo)對(duì)的個(gè)數(shù)。X,Y坐標(biāo)串是構(gòu)成線(鏈)的矢量坐標(biāo)，共有n對(duì)。也可把所有線(鏈)的X,Y坐標(biāo)串單獨(dú)存放，這時(shí)只要給出指向該鏈坐標(biāo)串的首地址指針即可。

4、面結(jié)構(gòu)是鏈索引編碼的面(多邊形)的矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，鏈數(shù)n指構(gòu)成該面(多邊形)的鏈的數(shù)目。鏈標(biāo)識(shí)碼集指所有構(gòu)成該面(多邊形)的鏈的標(biāo)識(shí)碼的集合，共有n個(gè)。這種結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、直觀、易實(shí)現(xiàn)以實(shí)體為單位的運(yùn)算和顯示的優(yōu)點(diǎn)。由于拓?fù)潢P(guān)系簡(jiǎn)單,這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主要用于矢量數(shù)據(jù)的顯示、輸出，以及一般的查詢(xún)和檢索。三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)二)拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)具有拓?fù)潢P(guān)系的矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就是拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是GIS的分析和應(yīng)用功能所必需的。拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的表示方式?jīng)]有固定的格式，還沒(méi)有形成標(biāo)準(zhǔn)，但基本原理是相同的。拓?fù)潢P(guān)系是一種對(duì)空間結(jié)構(gòu)關(guān)系進(jìn)行明確定義的數(shù)學(xué)方法。是指圖形在保持連續(xù)狀態(tài)下變形，但圖形關(guān)系不變的性質(zhì)?？梢约僭O(shè)圖形繪在一張高質(zhì)量的橡皮平面上，將橡皮任意拉伸和壓縮，但不能扭轉(zhuǎn)或折疊，這時(shí)原來(lái)圖形的有些屬性保留，有些屬性發(fā)生改變，前者稱(chēng)為拓?fù)鋵傩?，后者稱(chēng)為非拓?fù)鋵傩曰驇缀螌傩?表2-1-1)。這種變換稱(chēng)為拓?fù)渥儞Q或橡皮變換。三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)點(diǎn)(結(jié)點(diǎn))：孤立點(diǎn)、線的端點(diǎn)、面的首尾點(diǎn)、鏈的連接點(diǎn)等。線(鏈、弧段、邊)：兩結(jié)點(diǎn)間的有序弧段。面(多邊形)：若干條鏈構(gòu)成的閉合多邊形。a、拓?fù)湓厥噶繑?shù)據(jù)可抽象為點(diǎn)(結(jié)點(diǎn))、線(鏈、弧段、邊)、面(多邊形)三種要素，即稱(chēng)為拓?fù)湓亍Ｈ?、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型b、拓?fù)潢P(guān)系的種類(lèi)

1)關(guān)聯(lián)：不同拓?fù)湓刂g的關(guān)系。如結(jié)點(diǎn)與鏈，鏈與多邊形等。

2)鄰接：相同拓?fù)湓刂g的關(guān)系。如結(jié)點(diǎn)與結(jié)點(diǎn)，鏈與鏈，面與面等。鄰接關(guān)系是借助于不同類(lèi)型的拓?fù)湓孛枋龅?，如面通過(guò)鏈而鄰接。

3)包含關(guān)系：面與其它拓?fù)湓刂g的關(guān)系。如果點(diǎn)、線、面在該面內(nèi)，則稱(chēng)為被該面包含。如某省包含的湖泊、河流等。

4)幾何關(guān)系：拓?fù)湓刂g的距離關(guān)系。如拓?fù)湓刂g距離不超過(guò)某一半徑的關(guān)系。

5)層次關(guān)系：相同拓?fù)湓刂g的等級(jí)關(guān)系。如國(guó)家由省(自治區(qū)、直轄市)組成，省(自治區(qū)、直轄市)由縣組成等。GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型c、編碼方式拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵是拓?fù)潢P(guān)系的表示，而幾何數(shù)據(jù)的表示可參照矢量數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在目前的GIS中，主要表示基本的拓?fù)潢P(guān)系，而且表示方法不盡相同。下面舉一表示矢量數(shù)據(jù)拓?fù)潢P(guān)系的例子(圖2-2-3)。GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)三、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是通過(guò)空間點(diǎn)的密集而規(guī)則的排列表示整體的空間現(xiàn)象的，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，定位存取性能好，可以與影像和DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合空間分析，數(shù)據(jù)共享容易實(shí)現(xiàn)，是地理信息系統(tǒng)重要的一種空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)A、柵格數(shù)據(jù)的圖形表示

柵格結(jié)構(gòu)是以規(guī)則的像元陣列來(lái)表示空間地物或現(xiàn)象的分布的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其陣列中的每個(gè)數(shù)據(jù)表示地物或現(xiàn)象的屬性特征。換句話說(shuō)，柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就是像元陣列，用每個(gè)像元的行列號(hào)確定位置，用每個(gè)像元的值表示實(shí)體的類(lèi)型、等級(jí)等的屬性編碼（圖2-3-1）。三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1、點(diǎn)實(shí)體：表示為一個(gè)像元；2、線實(shí)體：表示為在一定方向上連接成串的相鄰像元的集合；3、面實(shí)體：表示為聚集在一起的相鄰像元的集合。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(gè)地塊與一個(gè)像元相對(duì)應(yīng)。因此，柵格數(shù)據(jù)的比例尺就是柵格(像元)的大小與地表相應(yīng)單元的大小之比，當(dāng)像元所表示的面積較大時(shí)，對(duì)長(zhǎng)度、面積等的量測(cè)有較大影響。每個(gè)像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。三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)B、柵格數(shù)據(jù)組織由于地理信息具有多維結(jié)構(gòu)，而柵格結(jié)構(gòu)中賦予每一個(gè)柵格的屬性值是唯一的，這就要用多個(gè)柵格層數(shù)據(jù)來(lái)存儲(chǔ)同一個(gè)地理區(qū)域的不同側(cè)面信息（圖2-3-2）。三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

如何在計(jì)算機(jī)中合理地組織這些柵格層數(shù)據(jù)以達(dá)到最優(yōu)存儲(chǔ)，空間最小，存取效率最高？如果每層像元的位置一一對(duì)應(yīng)，則有3種可能的組織方式（圖2-3-3）。三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方法a：以像元為記錄序列，不同層上同一像元位置上的各屬性值表示為一個(gè)列數(shù)組。N層中只記錄一層的像元位置，節(jié)約大量存儲(chǔ)空間，因?yàn)闁鸥駛€(gè)數(shù)很多。方法b：每層每個(gè)像元的位置、屬性一一記錄，結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，但浪費(fèi)存儲(chǔ)。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)各像元的坐標(biāo)。節(jié)約用于存儲(chǔ)屬性的空間。將同一屬性的制圖單元的n個(gè)像元的屬性只記錄一次，便于地圖分析和制圖處理。GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)C、柵格結(jié)構(gòu)的建立要建立一個(gè)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)需要明確三個(gè)內(nèi)容：數(shù)據(jù)來(lái)源（即獲取數(shù)據(jù)的途徑），柵格系統(tǒng)的確定和柵格代碼的確定。1）柵格數(shù)據(jù)的獲取途徑柵格數(shù)據(jù)的獲取方式通常有：1、來(lái)自于遙感數(shù)據(jù)；2、來(lái)自于對(duì)圖片的掃描；3、由矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換而來(lái)；4、由手工方法獲取。GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2）柵格系統(tǒng)的確定柵格系統(tǒng)的確定包括柵格坐標(biāo)系的確定和柵格單元尺寸的確定（圖2-3-4）。GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3）柵格代碼（屬性值）的確定為了保證數(shù)據(jù)的質(zhì)量，當(dāng)一個(gè)柵格單元內(nèi)有多個(gè)可選屬性值時(shí)（圖2-3-5），要按一定方法來(lái)確定柵格屬性值。GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1、中心歸屬法：每個(gè)柵格單元的值由該柵格的中心點(diǎn)所在的面域的屬性來(lái)確定，如圖2-3-5中的(a)，柵格屬性值可據(jù)此確定為B。2、長(zhǎng)度占優(yōu)法：每個(gè)柵格單元的值由該柵格中線段最長(zhǎng)的實(shí)體的屬性來(lái)確定。如圖2-3-5中的(c)，柵格屬性值可據(jù)此確定為2。3、面積占優(yōu)法：每個(gè)柵格單元的值由該柵格中單元面積最大的實(shí)體的屬性來(lái)確定。如圖2-3-5中的(a)，柵格屬性值可據(jù)此確定為A。4、重要性法：根據(jù)柵格內(nèi)不同地物的重要性，選取最重要的地物的類(lèi)型作為柵格單元的屬性值。這種方法適用于具有特殊意義而面積較小的實(shí)體要素。若圖2-3-5中的(b)，a代表草地，b代表鐵路，柵格屬性值可據(jù)此確定為b。GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)D、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的表示將柵格數(shù)據(jù)看作一個(gè)數(shù)據(jù)矩陣，逐行(或逐列)記錄代碼，可以每行都從左到右記錄，也可以奇數(shù)行從左到右，偶數(shù)行從右到左。這種記錄柵格數(shù)據(jù)的文件常稱(chēng)為柵格文件（圖2-3-6），且常在文件頭中存有該柵格數(shù)據(jù)的長(zhǎng)和寬，即行數(shù)和列數(shù)。這樣，具體的像元值就可連續(xù)存儲(chǔ)了。其特點(diǎn)是處理方便，但沒(méi)有壓縮。GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)E、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的主要類(lèi)型

柵格矩陣結(jié)構(gòu)游程編碼結(jié)構(gòu)四叉樹(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)八叉樹(shù)和十六叉樹(shù)結(jié)構(gòu)GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1.

柵格矩陣結(jié)構(gòu)柵格矩陣結(jié)構(gòu)是指一種全柵格陣列的空間數(shù)據(jù)組織形式(圖)。上述數(shù)據(jù)代表一個(gè)4×4階的矩陣，如果矩陣的每個(gè)元素用一個(gè)雙字節(jié)表示，則一個(gè)圖層的全柵格數(shù)據(jù)所需要的存儲(chǔ)空間為m(行)×n(列)×2(字節(jié))。以一個(gè)面積為100km2的區(qū)域?yàn)槔绻W(wǎng)格邊長(zhǎng)取為lm，每個(gè)網(wǎng)格用一個(gè)雙字節(jié)表示，則一個(gè)圖層的要素就要占用200兆字節(jié)的存儲(chǔ)空間，對(duì)一張圖形或一幅圖像來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)相當(dāng)大的存儲(chǔ)容量，而且隨著空間分辨率的提高，存貯空間成幾何級(jí)數(shù)遞增。因此，柵格數(shù)據(jù)的壓縮是柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)要解決的重要任務(wù)之一。GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2．游程編碼結(jié)構(gòu)游程指相鄰?fù)稻W(wǎng)格的數(shù)量，游程編碼結(jié)構(gòu)是逐行將相鄰?fù)档木W(wǎng)格合并，并記錄合并后網(wǎng)格的值及合并網(wǎng)格的長(zhǎng)度，其目的是壓縮柵格數(shù)據(jù)量，消除數(shù)據(jù)間的冗余。游程編碼結(jié)構(gòu)的建立方法是：將柵格矩陣的數(shù)據(jù)序列X1，X2…Xn映射為相應(yīng)的二元組序列(Ai，Pi)，I=1，K，且K≤n。其中，A為屬性值，P為游程，K為游程序號(hào)。GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)空間要素的區(qū)域信息可用四叉樹(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)，這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的原理可以表述為：將空間區(qū)域按照四個(gè)象限進(jìn)行遞歸分割(2n×2n，且n≧1)，直到子象限的數(shù)值單調(diào)為止。凡數(shù)值(特征碼或類(lèi)型值)呈單調(diào)的單元，不論單元大小，均作為最后的存儲(chǔ)單元。這樣，對(duì)同一種空間要素；其區(qū)域格網(wǎng)的大小，隨該要素分布特征而不同。3.四叉樹(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)4.

八叉樹(shù)和十六叉樹(shù)結(jié)構(gòu)為了表示三維、四維數(shù)據(jù)，較好的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方式是在四叉樹(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的八叉樹(shù)和十六叉樹(shù)結(jié)構(gòu)。八叉樹(shù)結(jié)構(gòu)是從四叉樹(shù)結(jié)構(gòu)直接發(fā)展而來(lái)的，其原理就是將空間區(qū)域不斷地分解為八個(gè)同樣大小的于區(qū)域(即將一個(gè)六面的立方體再分解為八個(gè)相同大小的小立方體)，分解的次數(shù)越多，子區(qū)域就越小，一直到同一區(qū)域的屬性單一為止。對(duì)于一個(gè)四維的時(shí)空目標(biāo)，可以用線性十六叉樹(shù)來(lái)表示。如一維時(shí)間和三維空間復(fù)合形成的四維時(shí)空數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的十六叉樹(shù)自然數(shù)編碼。GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)4.

八叉樹(shù)和十六叉樹(shù)結(jié)構(gòu)GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型矢量柵格一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)四、矢量