第二章 地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu).ppt

1、GIS,地理信息系統(tǒng)原理,第一章 導(dǎo)論,1 地理信息系統(tǒng)的基本概念 2 地理信息系統(tǒng)的基本構(gòu)成 3 地理信息系統(tǒng)的功能簡(jiǎn)介 4 地理信息系統(tǒng)的發(fā)展透視,地理信息系統(tǒng)的科學(xué)定義為： 地理信息系統(tǒng)既是管理和分析空間數(shù)據(jù)的應(yīng)用工程技術(shù)，又是跨越地球科學(xué)、信息科學(xué)和空間科學(xué)的應(yīng)用基礎(chǔ)學(xué)科。其技術(shù)系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)硬件、軟件和相關(guān)的方法過(guò)程所組成，用以支持空間數(shù)據(jù)的采集、管理、處理、分析、建模和顯示，以便解決復(fù)雜的規(guī)劃和管理問(wèn)題。,1 地理信息系統(tǒng)的基本概念,GIS構(gòu)成： 系統(tǒng)硬件 系統(tǒng)軟件 空間數(shù)據(jù) 應(yīng)用人員 應(yīng)用模型,2 地理信息系統(tǒng)的基本構(gòu)成,GIS的功能遍歷數(shù)據(jù)采集分析決策應(yīng)用的全部過(guò)程，并能回答和解

2、決以下五類(lèi)問(wèn)題： (1)位置，即在某個(gè)地方有什么樣的問(wèn)題。 (2)條件，即符合某些條件的實(shí)體在哪里的問(wèn)題。 (3)趨勢(shì)，即某個(gè)地方發(fā)生的某個(gè)事件及其隨時(shí)間的變化過(guò)程。 (4)模式，即某個(gè)地方存在的空間實(shí)體的分布規(guī)律的問(wèn)題。 (5)模擬，即某個(gè)地方如果具備某種條件會(huì)發(fā)生什么的問(wèn)題。,3 地理信息系統(tǒng)的功能簡(jiǎn)介,（1）空間檢索分析,包括從空間位置檢索空間物體及其屬性和從屬性條件集檢索空間物體?！翱臻g索引”是空間檢索的關(guān)鍵技術(shù)。 （2）空間拓?fù)潢P(guān)系分析，空間拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)了輸入特征的屬性的合并以及特征屬性在空間上的連接。 （3）空間模擬分析，空間模擬分析剛剛起步，目前多數(shù)研究工作著重于如何將地理信息系統(tǒng)與

3、空間模型分析相結(jié)合。,3 地理信息系統(tǒng)的功能簡(jiǎn)介,應(yīng)用功能 資源管理 區(qū)域規(guī)劃 國(guó)土監(jiān)測(cè) 輔助決策,GIS基本功能 數(shù)據(jù)采集與編輯； 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理； 數(shù)據(jù)處理和變換； 空間分析和統(tǒng)計(jì)； 產(chǎn)品制作與顯示； 二次開(kāi)發(fā)和編程。,3 地理信息系統(tǒng)的功能簡(jiǎn)介,4 GIS的發(fā)展透視,GIS相關(guān)學(xué)科,第二章 地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),第一節(jié) 地理空間及其表達(dá) 第二節(jié) 地理空間數(shù)據(jù)及其特征 第三節(jié) 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型 第四節(jié) 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的建立,1 地理空間及其表達(dá),1、地理空間 地理學(xué)中的地理空間位于地球表層，范圍是上至大氣電離層下至地幔莫霍面的地球空間范圍是大氣圈、水圈、生物圈、巖石圈、土壤圈和智慧圈交互

4、作用的區(qū)域；是地球上物理過(guò)程、化學(xué)過(guò)程、生物過(guò)程和生物地球化學(xué)過(guò)程最復(fù)雜區(qū)域；是宇宙過(guò)程對(duì)地球影響最大的區(qū)域 。 地理空間可定義為絕對(duì)空間和相對(duì)空間兩種形式： 絕對(duì)空間:具有屬性描述的空間位置的集合，由一系列不同位置的空間坐標(biāo)值組成； 相對(duì)空間:具有空間屬性特征的實(shí)體的集合，由不同實(shí)體之間的空間關(guān)系構(gòu)成。,1.1 地理空間的概念,地球的自然表面，它是一個(gè)起伏不平，十分不規(guī)則的表面，包括海洋底部、高山高原在內(nèi)的固體地球表面。 相對(duì)抽象的面，即大地水準(zhǔn)面。假設(shè)當(dāng)海水處于完全靜止的平衡狀態(tài)時(shí)，從海平面延伸到所有大陸下部，而與地球重力方向處處正交的一個(gè)連續(xù)、閉合的水準(zhǔn)面，這就是大地水準(zhǔn)面。以大地水準(zhǔn)面

5、為基準(zhǔn)，可以方便地用水準(zhǔn)儀完成地球自然表面上任意一點(diǎn)高程的測(cè)量 模型，就是以大地水準(zhǔn)面為基準(zhǔn)建立起來(lái)的地球橢球體模型。,2、地理空間坐標(biāo)系,1 地理空間及其表達(dá),1.1 地理空間的概念,2、地理空間坐標(biāo)系 地球的自然表面抽象為大地水準(zhǔn)面地球橢球體地理空間坐標(biāo)系（緯度、經(jīng)度）平面坐標(biāo)系 （地圖投影變換 ）,1 地理空間及其表達(dá),1.1 地理空間的概念,2、地理空間坐標(biāo)系,1 地理空間及其表達(dá),1.1 地理空間的概念,3、GIS中的地理空間 GIS中空間的概念常用“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連接的空間對(duì)象； 地理空間定位框架即大地測(cè)量控制，由平面控制

6、網(wǎng)和高程控制網(wǎng)組成； GIS的任何空間數(shù)據(jù)都必須納入一個(gè)統(tǒng)一的空間參照系中，以實(shí)現(xiàn)不同來(lái)源數(shù)據(jù)的融合、連接與統(tǒng)一； 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，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。,1.1 地理空間的概念,1 地理空間及其表達(dá),1.2 空間實(shí)體的表達(dá) 在計(jì)算機(jī)中，現(xiàn)實(shí)世界是以各種數(shù)字和字符形式來(lái)表達(dá)和記錄的； 對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的各類(lèi)空間對(duì)象的表達(dá)有兩種方法，分別稱(chēng)為矢量表示法（矢量數(shù)據(jù)模型）和柵格表示法（柵格數(shù)據(jù)模型）,如下圖。,流,路,1 地理空間及其表達(dá),2.1 GIS的空間數(shù)據(jù) 空間數(shù)據(jù)可以按照數(shù)

7、據(jù)項(xiàng)、空間對(duì)象和圖形特征的不同分為各種不同的類(lèi)型。 根據(jù)來(lái)源分： 1.地圖數(shù)據(jù)； 2.影像數(shù)據(jù) 3.地形數(shù)據(jù) 4.屬性數(shù)據(jù) 5.元數(shù)據(jù),2 地理空間數(shù)據(jù)及其特征,按其表示對(duì)象分為：,可分為點(diǎn)、線、面三種不同的圖形，并可以用平面坐標(biāo)、經(jīng)緯度、網(wǎng)格法表示。,1、類(lèi)型數(shù)據(jù) 2、面域數(shù)據(jù) 3、網(wǎng)絡(luò)數(shù)量 4、樣本數(shù)量 5、曲面數(shù)據(jù) 6、文本數(shù)據(jù) 7、符號(hào)數(shù)據(jù),2.1 GIS的空間數(shù)據(jù),2 地理空間數(shù)據(jù)及其特征,要完整地描述空間實(shí)體或現(xiàn)象的狀態(tài)，一般需要同時(shí)有空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。如果要描述空間實(shí)體或的變化，則還需記錄空間實(shí)體或現(xiàn)象在某一個(gè)時(shí)間的狀態(tài)。 1、空間特征 2、屬性特征 3、時(shí)間特征,2.2 空間

8、數(shù)據(jù)的基本特征,2 地理空間數(shù)據(jù)及其特征,空間特征是指空間對(duì)象的位置及與相鄰對(duì)象的空間關(guān)系或拓?fù)潢P(guān)系；,2.2 空間數(shù)據(jù)的基本特征,2 地理空間數(shù)據(jù)及其特征,屬性特征是指空間對(duì)象的專(zhuān)題屬性；,2.2 空間數(shù)據(jù)的基本特征,2 地理空間數(shù)據(jù)及其特征,時(shí)間特征是指空間對(duì)象隨著時(shí)間演變而引起的空間和屬性特征的變化。,2.2 空間數(shù)據(jù)的基本特征,2 地理空間數(shù)據(jù)及其特征,空間數(shù)據(jù)的基本特征,1、空 間 關(guān) 系,空間關(guān)系是指地理空間實(shí)體對(duì)象之間的空間相互作用的關(guān)系，通常將空間關(guān)系分為三大類(lèi)： 拓?fù)淇臻g關(guān)系：用來(lái)描述空間實(shí)體之間的相鄰、包含和相交等空間關(guān)系； 順序空間關(guān)系：描述空間實(shí)體之間在空間上的排列次序

9、，如實(shí)體之間的前后、左右和東、南北等方位關(guān)系； 度量空間關(guān)系：用于描述空間實(shí)體之間的距離等關(guān)系。,2.3 空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系,2 地理空間數(shù)據(jù)及其特征,空間關(guān)系有以下幾種：,1、點(diǎn)點(diǎn)關(guān)系 2、點(diǎn)線關(guān)系 3、點(diǎn)面關(guān)系 4、線線關(guān)系 5、線面關(guān)系 6、面面關(guān)系,2.3 空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系,2 地理空間數(shù)據(jù)及其特征,空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系包括拓?fù)溧徑?、拓?fù)潢P(guān)聯(lián)和拓?fù)浒?，它們?cè)贕IS的數(shù)據(jù)處理、空間分析以及數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢(xún)與檢索中，具有重要的意義。 鄰接關(guān)系：空間圖形中同類(lèi)元素之間的拓?fù)潢P(guān)系 關(guān)聯(lián)關(guān)系：空間圖形中不同元素之間的拓?fù)潢P(guān)系。 包含關(guān)系：空間圖形中同類(lèi)但不同級(jí)元素之間的 拓?fù)潢P(guān)系。,2、空間數(shù)據(jù)的

10、拓?fù)潢P(guān)系,2.3 空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系,2 地理空間數(shù)據(jù)及其特征,拓?fù)淇臻g關(guān)系 面與面的空間拓?fù)潢P(guān)系 面與點(diǎn)的空間拓?fù)潢P(guān)系 面與線的空間拓?fù)潢P(guān)系 線與線的空間拓?fù)潢P(guān)系 線與點(diǎn)的空間拓?fù)潢P(guān)系 點(diǎn)與點(diǎn)的空間拓?fù)潢P(guān)系,2.3 空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系,2 地理空間數(shù)據(jù)及其特征,2、空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系,拓?fù)淇臻g關(guān)系,拓?fù)淇臻g關(guān)系,2、空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系,2、空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系,2、空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系,拓?fù)渥兞颗c不變量,2、空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系,2.3 空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系,拓?fù)潢P(guān)系對(duì)數(shù)據(jù)處理和空間分析的意義,(1)根據(jù)拓?fù)潢P(guān)系，不需要利用坐標(biāo)或距離，可以確定一種空間實(shí)體相對(duì)于另一種空間實(shí)體的位置關(guān)系。 (2)利用

11、拓?fù)潢P(guān)系有利于空間要素的查詢(xún)。 (3)可以根據(jù)拓?fù)潢P(guān)系重建地理實(shí)體。,2.3 空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系,2 地理空間數(shù)據(jù)及其特征,2、空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系,空間數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)表示 指通過(guò)利用確定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)模型來(lái)表 達(dá)空間對(duì)象的空間位置、拓?fù)潢P(guān)系和屬性信息。 將空間數(shù)據(jù)存入計(jì)算機(jī)的過(guò)程： （1）從邏輯上將空間數(shù)據(jù)抽象為不同的專(zhuān)題或?qū)印?（2）將一個(gè)專(zhuān)題層的地理要素或?qū)嶓w分解為點(diǎn)、線或面狀目標(biāo)，并以弧段為基本存儲(chǔ)目標(biāo)。 （3）對(duì)目標(biāo)進(jìn)行數(shù)字化表示。,2 地理空間數(shù)據(jù)及其特征,2.4 空間數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)表示,點(diǎn)、線、面,空間特征 拓?fù)潢P(guān)系 屬性特征 時(shí)間特征,空間數(shù) 據(jù)模型,3 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型,空間 數(shù)

12、據(jù) 結(jié)構(gòu),一、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),（一）簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) （二）拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu) （三）曲面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),（一）柵格矩陣結(jié)構(gòu) （二）游程編碼結(jié)構(gòu) （三）四叉樹(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) （四）八叉樹(shù)和十六叉樹(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),三、矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),3 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就是指數(shù)據(jù)組織的形式，是適合計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)、管理和處理的數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)?？臻g數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)則是地理實(shí)體的空間排列方式和相互關(guān)系的抽象描述。 一般分為基于矢量模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和基于柵格模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。,矢量模型中 點(diǎn)用空間坐標(biāo)來(lái)表示； 線由一串坐標(biāo)對(duì)組成； 面是由線所形成的閉合多邊形。,柵格模型中 點(diǎn)是一個(gè)像元； 線由一定方向上連接成串的相鄰像元組成； 面由聚

13、集在一起的相鄰像元集合來(lái)表示。,矢 量 數(shù) 據(jù) 模 型,柵 格 數(shù) 據(jù) 模 型,矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是利用歐幾里得幾何學(xué)中的點(diǎn)、線、面及其組合體來(lái)表示地里實(shí)體空間分布的一種數(shù)據(jù)組織方式。,3.1 矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),3 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型,（一）簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) （二）拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu) （三）曲面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分為,3 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型,3.1 矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),3.1.1 簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（Spagetti結(jié)構(gòu)）,3 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型,3.1 矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),1. 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 在簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，空間數(shù)據(jù)以基本的空間對(duì)象（點(diǎn)、線、多邊形）為單元進(jìn)行單獨(dú)組織，不含有拓?fù)潢P(guān)系。 Spagetti結(jié)構(gòu)：點(diǎn)、線、多邊形有各自的坐

14、標(biāo)表，互相之間并不相連。,Spagetti結(jié)構(gòu)中，點(diǎn)的坐標(biāo)表： X,Y是位置坐標(biāo)，A1, A2, , An是專(zhuān)題屬性。,3 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型,3.1 矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),Spagetti結(jié)構(gòu)中，線的坐標(biāo)表： 線表由線段記錄相連而成，每條線段由順次相連的點(diǎn)或中間點(diǎn)來(lái)定義。 線表記錄信息分為兩類(lèi)：,3 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型,3.1 矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),Spagetti結(jié)構(gòu)中，多邊形的坐標(biāo)表： 與線表相似，但它最后一個(gè)結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)值與第一個(gè)結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)值相同。,3 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型,3.1 矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),3.1.1 簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),3 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型,3.1 矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),2、主要特點(diǎn)： （1）數(shù)據(jù)編排很直觀； （2）造成

15、數(shù)據(jù)冗余或不一致； （3）沒(méi)有拓?fù)鋽?shù)據(jù)，互相之間不關(guān)聯(lián)； （4）島只作為一個(gè)單個(gè)圖形，與外界多邊形沒(méi)有聯(lián)系。,3 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型,3.1 矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),3.1.2 拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu),3 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型,3.1 矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，點(diǎn)是互相獨(dú)立的。點(diǎn)連成線，線構(gòu)成面。 線又稱(chēng)為弧段或鏈段； 兩條以上的弧段相交的點(diǎn)稱(chēng)為結(jié)點(diǎn)； 由一條弧段組成的多邊形稱(chēng)為島。 弧段是數(shù)據(jù)組織的基本對(duì)象。,拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖形基本元素,拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的弧段文件構(gòu)成,3.1.2 拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu),3 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型,3.1 矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),2. 主要特點(diǎn)： 具有拓?fù)渚庉嫻δ埽耗鼙ＷC數(shù)字化原始數(shù)據(jù)的自動(dòng)查錯(cuò) 編輯

16、；可以自動(dòng)形成封閉的多邊形邊界。 拓?fù)渚庉嫻δ馨ǎ?（1）多邊形連接編輯：指順序連接組成封閉多邊形的一 組線段的編輯。 （2）結(jié)點(diǎn)連接編輯：指順序連接環(huán)繞某個(gè)結(jié)點(diǎn)的所有多 邊形的編輯。,多邊形連接編輯,（1）檢出與當(dāng)前編輯的對(duì)象有關(guān)的記錄,（2）檢查當(dāng)前編輯對(duì)象的位置，并進(jìn)行代碼位置調(diào)換,多邊形連接編輯,（3）調(diào)整記錄先后順序,（4）順序連接各個(gè)結(jié)點(diǎn),結(jié)點(diǎn)連接編輯,（1）檢出與當(dāng)前編輯的對(duì)象有關(guān)的記錄,（2）檢查當(dāng)前編輯對(duì)象的位置，并進(jìn)行代碼位置調(diào)換,（3）順序連接各個(gè)結(jié)點(diǎn),4、拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)（與Spaghetti結(jié)構(gòu)相比）,優(yōu)點(diǎn)： （1）一個(gè)多邊形和另一個(gè)多邊形之間公共邊沒(méi)有重復(fù)，減少

17、了數(shù)據(jù)冗余； （2）拓?fù)湫畔⑴c空間坐標(biāo)分別存貯，這有利于拓?fù)渚庉?。 不足： （1）拓?fù)浔肀仨氃谝婚_(kāi)始時(shí)就創(chuàng)建，這需要一定時(shí)間和存儲(chǔ)空間； （2）一些簡(jiǎn)單的操作，如圖形顯示比較慢。,3 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型,3.1 矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),4、拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)（與Spaghetti結(jié)構(gòu)相比）,是否創(chuàng)建拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)需要考慮數(shù)據(jù)是用于分析還是簡(jiǎn)單的顯示。,3 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型,3.1 矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),3.1.3 曲面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),3 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型,3.1 矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),曲面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)又稱(chēng)為T(mén)IN（Triangulated Irregular Network)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，即采用不規(guī)則三角網(wǎng)來(lái)擬合連續(xù)分布現(xiàn)象的覆蓋表面，主

18、要用來(lái)描述數(shù)字高程表面擬合。 x, y 坐標(biāo)表示三角網(wǎng)中三角形頂點(diǎn)的空間位置；z軸一般用于表示現(xiàn)象的屬性，如地形高程。,每個(gè)三角形構(gòu)成一條記錄， 包括： 三角形標(biāo)識(shí)碼； 相鄰三角形號(hào)； 三角形頂點(diǎn)號(hào)； 各定點(diǎn)的空間坐標(biāo)值（x,y,z）。,地理實(shí)體與地理現(xiàn)象的不規(guī)則三角網(wǎng)表示,地理實(shí)體與地理現(xiàn)象的不規(guī)則三角網(wǎng)表示,地理實(shí)體與地理現(xiàn)象的不規(guī)則三角網(wǎng)表示,不規(guī)則三角網(wǎng)模型特點(diǎn),TIN的連續(xù)面模型能夠有效的描述河流、峽谷、地勢(shì)等地形區(qū)域特征。 按照河谷或者絕壁邊緣方向連接結(jié)點(diǎn)而形成的分切線（breakline）可用來(lái)表示懸崖、斷層、海岸和山谷谷底。 三角形大小隨點(diǎn)密度變化而自動(dòng)變化，當(dāng)數(shù)據(jù)點(diǎn)密集時(shí)生成

19、的三角形小，數(shù)據(jù)點(diǎn)較稀時(shí)生成的三角形較大。 可以方便的進(jìn)行地形分析，如坡度、坡向信息提取，填挖方計(jì)算，等高線自動(dòng)生成和2.5維顯示,3 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型,3.2 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),3.2.1 定義,柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是指將空間分割為大小均勻緊密相鄰的網(wǎng)格陣列，每個(gè)網(wǎng)格作為一個(gè)像元或像素由行、列定義，并包含一個(gè)代碼來(lái)表示該像元的屬性類(lèi)型或量值。,6,9,7,柵格數(shù)據(jù)表示地物的方式,3 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型,3.2 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),混合像元和精度問(wèn)題,3 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型,3.2 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),3.2.2 柵格單元的代碼的確定,中心點(diǎn)法：用處于柵格中心處的地物類(lèi)型或現(xiàn)象特性決定柵格代碼。 面積占優(yōu)法：以占矩形區(qū)域

20、面積最大的地物類(lèi)型或現(xiàn)象特性決定柵格單元的代碼。 重要性法：根據(jù)柵格內(nèi)不同地物的重要性，選取最重要的地物類(lèi)型決定相應(yīng)的柵格單元代碼。 百分比法：根據(jù)矩形區(qū)域內(nèi)各地理要素所占面積的百分比數(shù)確定柵格單元的代碼。,3 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型,3.2 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),A,B,3.2.3 柵格數(shù)據(jù)精度,3 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型,3.2 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),一般采用以下公式計(jì)算出合適的網(wǎng)格邊長(zhǎng),；,A,A,3 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型,3.2 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),3.2.4 柵格數(shù)據(jù)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),1. 柵格矩陣結(jié)構(gòu),柵格矩陣結(jié)構(gòu)是指一種全 柵格陣列的數(shù)據(jù)組織形式。,每個(gè)網(wǎng)格對(duì)應(yīng)一種屬性； 空間位

21、置用行和列來(lái)標(biāo)識(shí)。,存儲(chǔ)空間=,每個(gè)元素的存儲(chǔ)空間 x 行數(shù) x 列數(shù),3.2.4 柵格數(shù)據(jù)的主要類(lèi)型,3 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型,3.2 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),2、柵格矩陣結(jié)構(gòu)編碼方法,3 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型,3.2 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),2. 游程編碼結(jié)構(gòu),（1）壓縮規(guī)則： 逐行讀取柵格矩陣數(shù)據(jù)，將相鄰的同值網(wǎng)格合并，并記錄合并后的網(wǎng)格值及被合并的網(wǎng)格數(shù)。 具體的數(shù)據(jù)記錄方法如下： 用一個(gè)二元組來(lái)表示一個(gè)記錄（A，P）,合并網(wǎng)格的屬性值,游程,3.2.4 柵格數(shù)據(jù)的主要類(lèi)型,3 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型,經(jīng)過(guò)壓縮后的所有記錄組成二元組序列（Ai，Pi），i=1，K，且KN.,（2）游程編碼結(jié)構(gòu)編碼方法,3 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)

22、型,3.2 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),（3）差分映射預(yù)處理,（4）文件組織方法,分別建立“索引文件”和“數(shù)據(jù)文件”索引文件中，記錄了柵格矩陣結(jié)構(gòu)中的每一行所對(duì)應(yīng)的游程累計(jì)數(shù)K。 數(shù)據(jù)文件中，記錄著每個(gè)游程序號(hào)所對(duì)應(yīng)的二元組的屬性值。,從位置參數(shù)訪問(wèn)屬性特征,從屬性查訪分布位置,3.2.3 柵格數(shù)據(jù)的主要類(lèi)型,3.2 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu), Morton順序把影像中的像素相連得到的軌跡呈“Z”字形 “Z”方形影像中的像元可以用Morton地址來(lái)建立索引 每個(gè)Morton坐標(biāo)是Morton軌跡中表示空間位置的一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)值,Morton順序和Morton坐標(biāo), Morton坐標(biāo)有利于空間查詢(xún)，兩個(gè)坐標(biāo)值合成了一個(gè)值，

23、不再需要分別查找行和列 Morton索引可大大提高某些操作的效率，如查找地圖上靠近某一特定位置的類(lèi)別值等。 在Morton序列中的像元從不交叉，從而減少了數(shù)值的跳躍 該軌跡以22的模式遞推排序，各層均如此,柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),區(qū)域四叉樹(shù)和八叉樹(shù)： 四叉樹(shù)和八叉樹(shù)都是層型樹(shù)狀的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 它們分別把某像元塊連續(xù)等分成四塊或八塊。 運(yùn)用四叉樹(shù)或八叉樹(shù)來(lái)代替完整的柵格結(jié)構(gòu)的目的，是為了節(jié)省柵格數(shù)據(jù)的空間需求 。,柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu), 一般而言，如果空間精度增加一倍，柵格數(shù)據(jù)增加將到原先的四倍，無(wú)論是從柵格數(shù)據(jù)或從矢量數(shù)據(jù)構(gòu)建四叉樹(shù)或八叉樹(shù)都比較費(fèi)時(shí)，特別是對(duì)層次較多而且空間變化復(fù)雜的樹(shù)

24、。同樣，某些操作運(yùn)用四叉樹(shù)結(jié)構(gòu)時(shí)與完全柵格相比反而更慢。 四叉樹(shù)數(shù)據(jù)的顯示比游程編碼數(shù)據(jù)要慢。四叉樹(shù)不利于需要?jiǎng)?chuàng)建新樹(shù)的操作，如轉(zhuǎn)置、旋轉(zhuǎn)或比例尺變換。 選擇是否運(yùn)用四叉樹(shù)表示柵格數(shù)據(jù)，需要在處理速度和存貯容限之間作折衷 。,3. 四叉樹(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),（1）原理：將空間區(qū)域按照四個(gè)象限進(jìn)行遞歸分割，直到子象限的數(shù)值單調(diào)為止。凡數(shù)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。,2.2.3 柵格數(shù)據(jù)的主要類(lèi)型,2.2 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以用樹(shù)狀圖來(lái)表示： 樹(shù)根代表整個(gè)區(qū)域；樹(shù)的每個(gè)結(jié)點(diǎn)有四個(gè)分枝。,3.2.3 柵格數(shù)據(jù)的主要類(lèi)型,3.2 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),3. 四叉樹(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),（2）四分化

25、的方式 自上而下方式：先檢驗(yàn)全區(qū)域，其值不單調(diào)時(shí)再四分劃，直到數(shù)值或內(nèi)容單調(diào)為止 自下而上方式：對(duì)柵格矩陣結(jié)構(gòu)的每四個(gè)網(wǎng)格進(jìn)行順序掃描，如果四個(gè)網(wǎng)格值相同，則合并；不同，則作為四個(gè)葉結(jié)點(diǎn)記錄。依此逐層向上，直到生成根結(jié)點(diǎn)。,3.2.3 柵格數(shù)據(jù)的主要類(lèi)型,3.2 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),四叉樹(shù)分割,3. 四叉樹(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),（3）建立四叉樹(shù)的方法,常規(guī)四叉樹(shù)編碼：每個(gè)結(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)6個(gè)量，即4個(gè)子結(jié)點(diǎn)指針，1個(gè)父結(jié)點(diǎn)指針和1個(gè)結(jié)點(diǎn)值。 線性四叉樹(shù)編碼：每個(gè)結(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)3個(gè)量，即地址、深度和結(jié)點(diǎn)值。,3.2.3 柵格數(shù)據(jù)的主要類(lèi)型,3.2 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),線性四叉樹(shù)編碼算法：,計(jì)算地址：ADDRES( I, J ) =

26、2 x I + J； 按地址由小到大排序，正是自下而上的掃描順序； 掃描檢測(cè)，判斷相鄰四個(gè)網(wǎng)格值是否完全相同， 同則合并，地址為原來(lái)四個(gè)單元的第一個(gè)單元地址； 若不同，則作為葉結(jié)點(diǎn)記錄下來(lái)； 對(duì)于不是方陣的柵格數(shù)據(jù)，則以0補(bǔ)足進(jìn)行計(jì)算。,3.2.3 柵格數(shù)據(jù)的主要類(lèi)型,3.2 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),八叉樹(shù)編碼,八叉樹(shù)結(jié)構(gòu)就是將空間區(qū)域不斷地分解為八個(gè)同樣大小的子區(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)，同區(qū)域的屬性相同。八叉樹(shù)主要用來(lái)解決地理信息系統(tǒng)中的三維問(wèn)題。,3 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型,3.3 矢量與柵格一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),3.3.1 矢量數(shù)據(jù)模型與柵格數(shù)據(jù)模型比較 3.3.2 矢量與柵格一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)概念 3.3.3 矢量與柵格一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),3.3.1 矢量數(shù)據(jù)模型與柵格數(shù)據(jù)模型比較,3.3.2 矢量與柵格一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)概念,理論基礎(chǔ),三個(gè)基本約定 分別針對(duì)點(diǎn)、線、面目標(biāo)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)要求作三個(gè)約定。 2. 多級(jí)格網(wǎng)法 所謂多級(jí)格網(wǎng)法，就是將柵格劃分為多個(gè)級(jí)別的格網(wǎng)， 主要分為基本格網(wǎng)和細(xì)格網(wǎng) 3. 線性四叉樹(shù)編碼法（Morton碼） 對(duì)基本格網(wǎng)和細(xì)格網(wǎng)都采用線性四叉樹(shù)編碼