空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與管理課件

1、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與管理課件3.2.1 3.2.1 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 3.2.2 3.2.2 空間數(shù)據(jù)管理空間數(shù)據(jù)管理 第二節(jié)第二節(jié) 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與空間數(shù)據(jù)管理空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與空間數(shù)據(jù)管理空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與管理課件3.2.1 3.2.1 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是指空間數(shù)據(jù)的編排方式和組織關(guān)系?？臻g數(shù)據(jù)編碼是空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)，目的是將圖形數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等資料，按一定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為適用于計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)和處理的形式。 一種高效率的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)應(yīng)具:（1）能夠正確表示要素之間的層次關(guān)系，便于不同數(shù)據(jù)聯(lián)接和覆蓋。（2）正確反映地理實(shí)體的空間排列方式和各實(shí)體間相互關(guān)系。（3）

2、便于存取和檢索。（4）節(jié)省存貯空間，減少數(shù)據(jù)冗余。（5）存取速度快，在運(yùn)算速度較慢的微機(jī)上要達(dá)到快速響應(yīng)。（6）足夠靈活性，數(shù)據(jù)組織具有插入新數(shù)據(jù)、刪除或修改部分?jǐn)?shù)據(jù)的基本功能。空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與管理課件GISGIS支持的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：支持的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)： 矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 矢量柵格混合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與管理課件柵格數(shù)據(jù)單元格經(jīng)常是矩形（主要是正方形）的，但可以隨應(yīng)用的需要進(jìn)行具體設(shè)定，比如設(shè)置為三角形。柵格數(shù)據(jù)的比例尺就是柵格大小與地表相應(yīng)單元大小之比。柵格尺寸越小，其分辨率越高，數(shù)據(jù)量也越大。柵格單元中存在多種地物，導(dǎo)致屬性誤差，“混合像元”問(wèn)題。西南角格網(wǎng)坐標(biāo)西南角格網(wǎng)坐標(biāo)（X

3、WS，YWS）格網(wǎng)分辨率格網(wǎng)分辨率X：行行Y：列列 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是指將地球表面劃分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)代碼表示該像素的屬性類型或量值，或僅僅包括指向其屬性記錄的指針，表示地物或現(xiàn)象的非幾何屬性特征。空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與管理課件屬性明顯：數(shù)據(jù)直接記錄了屬性或指向?qū)傩缘闹羔?，可以直接得到地物的屬性代碼。定位隱含：柵格結(jié)構(gòu)是按一定的規(guī)則排列的，實(shí)體位置隱含在格網(wǎng)文件的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)中。柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)容易實(shí)現(xiàn)，算法簡(jiǎn)單，且易于擴(kuò)充、修改，也很直觀，特別是易于同遙感影像的結(jié)合處理，給地理空間數(shù)據(jù)處理帶來(lái)了極大的方便。1 1、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

4、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與管理課件2 2、柵格數(shù)據(jù)取值方法、柵格數(shù)據(jù)取值方法中心歸屬法：每個(gè)柵格單元的值以網(wǎng)格中心點(diǎn)對(duì)應(yīng)的面域?qū)傩灾祦?lái)確定。 長(zhǎng)度占優(yōu)法：每個(gè)柵格單元的值以網(wǎng)格中線（水平或垂直）的大部分長(zhǎng)度所對(duì)應(yīng)的面域的屬性值來(lái)確定。 面積占優(yōu)法：每個(gè)柵格單元的值以在該網(wǎng)格單元中占據(jù)最大面積的屬性值來(lái)確定。重要性法：根據(jù)柵格內(nèi)不同地物的重要性程度，選取特別重要的空間實(shí)體決定對(duì)應(yīng)的柵格單元值，如稀有金屬礦產(chǎn)區(qū)，其所在區(qū)域盡管面積很小或不位于中心，也應(yīng)采取保留的原則?？臻g數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與管理課件3 3、柵格數(shù)據(jù)獲取途徑、柵格數(shù)據(jù)獲取途徑手工獲取，專題圖上劃分均勻網(wǎng)格，逐個(gè)決定其網(wǎng)格代碼。掃描儀掃描專題圖的圖像數(shù)據(jù)行

5、、列、顏色（灰度），定義顏色與屬性對(duì)應(yīng)表，用相應(yīng)屬性代替相應(yīng)顏色，得到（行、列、屬性）再進(jìn)行柵格編碼、存貯，即得該專題圖的柵格數(shù)據(jù)。由矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換而來(lái)。遙感影像數(shù)據(jù)，對(duì)地面景像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(lái)的像素值序列。格網(wǎng)DEM數(shù)據(jù)，當(dāng)屬性值為地面高程，則為格網(wǎng)DEM，通過(guò)DEM內(nèi)插得到?？臻g數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與管理課件常用柵格排列順序4 4、簡(jiǎn)單柵格數(shù)據(jù)排列方式、簡(jiǎn)單柵格數(shù)據(jù)排列方式空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與管理課件遙感圖像數(shù)據(jù)排列方式（1）BSQ方式：各波段的二維圖像數(shù)據(jù)按波段順序排列。（2）BIL方式： 對(duì)每一行中代表一個(gè)波段的光譜值進(jìn)行排列，然后按波段順序排列該行。

6、（3）BIP方式：在一行中，每個(gè)像元按光譜波段次序進(jìn)行排列。 每個(gè)像元可能是占一個(gè)字節(jié)的整型數(shù)。如果圖像比較大，這種逐點(diǎn)存儲(chǔ)的方式，所占的空間是十分巨大的。所以在實(shí)際存儲(chǔ)時(shí)，多采用壓縮存儲(chǔ)的方式?？臻g數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與管理課件壓縮編碼的目的是用盡可能少的數(shù)據(jù)量記錄盡可能多的信息，類型分為：信息無(wú)損編碼：編碼過(guò)程中沒(méi)有任何信息損失，通過(guò)解碼操作可以完全恢復(fù)原來(lái)的信息。 信息有損編碼：為了提高編碼效率，最大限度地壓縮數(shù)據(jù)，在壓縮過(guò)程中損失一部分相對(duì)不太重要的信息，解碼時(shí)這部分難以恢復(fù)。 在地理信息系統(tǒng)中的壓縮編碼多采用信息無(wú)損編碼，而對(duì)原始遙感影像進(jìn)行壓縮時(shí)也可以采取有損壓縮編碼方法。但數(shù)據(jù)壓縮所獲得的空

7、間節(jié)省與數(shù)據(jù)處理的時(shí)間花費(fèi)往往是成正比例，即所節(jié)省的空間越多，數(shù)據(jù)壓縮與解壓所需的時(shí)間往往也多，因此所采取的方法要根據(jù)實(shí)際情況而定。5 5、柵格數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的壓縮編碼、柵格數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的壓縮編碼空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與管理課件 、 行程編碼行程編碼行程編碼行程編碼1 1 只在各行（或列）數(shù)據(jù)的代碼發(fā)生變化時(shí)依次記錄該代碼以及相同代碼重復(fù)的個(gè)數(shù)?？臻g數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與管理課件行程編碼行程編碼2 2 逐個(gè)記錄各行（或列）代碼發(fā)生變化的位置和相應(yīng)的代碼，下圖可沿列方向進(jìn)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

8、：（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）?？臻g數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與管理課件行程編碼優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：壓縮效率較高，且易于進(jìn)行檢索，疊加合并等操作，運(yùn)算簡(jiǎn)單，適用于機(jī)器存儲(chǔ)容量小，數(shù)據(jù)需大量壓縮，而又要避免復(fù)雜的編碼解碼運(yùn)算增加處理和操作時(shí)間的情況。 缺點(diǎn)：對(duì)于圖斑破碎，屬性和邊界多變的數(shù)據(jù)壓縮效率較低，甚至壓縮后的數(shù)據(jù)量比原始數(shù)據(jù)還大?？臻g數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與管理課件 把多邊形范圍劃分成由像元組成的正方形，然后對(duì)各個(gè)正方形進(jìn)行編碼。塊式編碼數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中包括3個(gè)數(shù)字：塊的初始位置（行、列號(hào)）和塊的大?。▔K包括的像元數(shù)），

9、再加上記錄單元的代碼組成。 、 塊式編碼塊式編碼 行程和塊式編碼都對(duì)大而簡(jiǎn)單的多邊形更有效，塊式編碼對(duì)多邊形之間求并和求交較方便?？臻g數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與管理課件 、四叉樹編碼、四叉樹編碼 根據(jù)柵格數(shù)據(jù)二維空間分布特點(diǎn)，將空間區(qū)域按照4個(gè)象限進(jìn)行遞歸分割（2n2n，且n1），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(gè)結(jié)點(diǎn)叫做根結(jié)點(diǎn)，對(duì)應(yīng)于整個(gè)圖形。不能再分的結(jié)點(diǎn)稱為葉子結(jié)點(diǎn)，可能落在不同層上，該結(jié)點(diǎn)代表子象限單一的代碼，所有葉子結(jié)點(diǎn)所代表的方形區(qū)域覆蓋了整個(gè)圖形。從上到下，從左到右為葉子結(jié)點(diǎn)編號(hào)，最下面的一

10、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(jìn)行下去，要求圖形必須為2n2n的柵格陣列。n 為極限分割次數(shù)，n1是四叉樹最大層數(shù)或最大高度。 為了在計(jì)算機(jī)中既能以最小的冗余存儲(chǔ)與圖像對(duì)應(yīng)的四叉樹，又能方便地完成各種圖形操作，專家們已提出多種編碼方式。空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與管理課件 美國(guó)馬里蘭大學(xué)采用的四叉樹編碼方法是：記錄每個(gè)葉子結(jié)點(diǎn)的地址和值，值就是子區(qū)的代碼，其中地址包括兩個(gè)部分，共占有32位（二進(jìn)制），最右邊四位記錄該葉子結(jié)點(diǎn)的深度，即處于四叉樹的第幾層上，有了深度可以推知子區(qū)的大?。坏刂酚蓮母Y(jié)點(diǎn)到該葉子結(jié)點(diǎn)的路徑表示。0，1，2，3分別表示NW、NE、SW、SE，從右邊第五位開始2n

11、字節(jié)記錄這些方向。 第5個(gè)結(jié)點(diǎn)深度為4，第一層為根結(jié)點(diǎn)，第二層處于SW象限記為2，第三層處于NE象限記為1，第四層處于SE象限記為3，表示為二進(jìn)制為： 0000000（ 22位 ）100111（ 6位 ）0100（ 4位） 每層象限位置由二位二進(jìn)制表示。這樣，記錄了各個(gè)葉子的地址，再記上相應(yīng)的代碼值，就記錄了整個(gè)圖像，并可在此編碼的基礎(chǔ)上進(jìn)行多種圖像操作。空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與管理課件空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與管理課件空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與管理課件四叉樹編碼的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)容易而有效地計(jì)算多邊形的數(shù)量特征；陣列各部分的分辨率是可變的，邊界復(fù)雜部分四叉樹較高，即分級(jí)多，分辨率也高，而不需要表示許多細(xì)節(jié)的部分則分級(jí)少，分辨率低，

12、因而既可精確表示圖形結(jié)構(gòu)又可減少存儲(chǔ)量；柵格到四叉樹及四叉樹到簡(jiǎn)單柵格結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換比其他壓縮方法容易；多邊形中嵌套異類多邊形的表示較方便，是優(yōu)秀的柵格壓縮編碼之一 。缺點(diǎn) 其最大不足是其不穩(wěn)定性，即同樣的原始數(shù)據(jù)應(yīng)用不同的算法進(jìn)行編碼可能會(huì)得到不同的編碼結(jié)果。不利于形狀分析和模式識(shí)別?？臻g數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與管理課件二、二、 矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 矢量是具有一定大小和方向的量,數(shù)學(xué)上和物理上也叫向量。線段長(zhǎng)度表示大小，線段端點(diǎn)的順序表示方向。有向線段用一系列有序特征點(diǎn)表示，有向線段集合就構(gòu)成了圖形。 矢量數(shù)據(jù)就是代表地圖圖形的各離散點(diǎn)平面坐標(biāo)（x，y）的有序集合。 矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是通過(guò)記錄坐標(biāo)的方式，盡

13、可能地將點(diǎn)、線、面地理實(shí)體表現(xiàn)得精確無(wú)誤。其坐標(biāo)空間假定為連續(xù)空間，不必象柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)那樣進(jìn)行量化處理。因此矢量數(shù)據(jù)能更精確地定義位置、長(zhǎng)度和大小。 矢量結(jié)構(gòu)允許最復(fù)雜的數(shù)據(jù)以最小的數(shù)據(jù)冗余進(jìn)行存儲(chǔ)，相對(duì)柵格結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)精度高，所占空間小，是高效的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。其精度僅受數(shù)字化設(shè)備的精度和數(shù)值記錄字長(zhǎng)的限制。空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與管理課件定位明顯：其定位是根據(jù)坐標(biāo)直接存儲(chǔ)的，無(wú)需任何推算。屬性隱含：屬性則一般存于文件頭或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中某些特定的位置上。 矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖形運(yùn)算的算法總體上比柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的多，在疊加運(yùn)算、鄰域搜索等操作時(shí)比較困難，有些甚至難以實(shí)現(xiàn)，在計(jì)算長(zhǎng)度、面積、形狀和圖形編輯、幾何變

14、換操作中，矢量結(jié)構(gòu)有很高的效率和精度。1 1矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與管理課件2 2、空間實(shí)體類型、空間實(shí)體類型點(diǎn)點(diǎn)：空間上不能再分的地理實(shí)體，可以是具體的或抽象的，如地物點(diǎn)、文本位置點(diǎn)或線段網(wǎng)絡(luò)的結(jié)點(diǎn)等，由一對(duì)x、y坐標(biāo)表示。地面上的礦點(diǎn)、水井、高程控制水準(zhǔn)點(diǎn)等都是點(diǎn)實(shí)體。線線：空間上具有一定延伸方向性的線狀地物，由一組有序點(diǎn)組成，采用一組有序的(X，Y)坐標(biāo)來(lái)表示。如河流和道路、斷層、地質(zhì)體分界線等為線狀地物。面面：指有封閉邊界和面積的實(shí)體，由一組有序線段包圍而成區(qū)域。采用一組首尾位置重合的有序線段表示。例如湖泊、礦區(qū)、土壤類型等。(X,Y)(X2,Y2)(X3,Y3)

15、(X4,Y4)(X5,Y5)LinePoint(X5,Y5)(X,Y)(X2,Y2)(X4,Y4)(X3,Y3)Polygon(X,Y) 從幾何上來(lái)說(shuō)，資源空間目標(biāo)可劃分為點(diǎn)、線、面、體四種基本類型。對(duì)表示在地圖中的各種要素都可抽象為點(diǎn)、線、面幾何圖形的實(shí)體。空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與管理課件3 3、矢量數(shù)據(jù)獲取途徑、矢量數(shù)據(jù)獲取途徑1) 由外業(yè)測(cè)量獲得 利用測(cè)量?jī)x器自動(dòng)記錄測(cè)量成果(常稱為電子手薄)，然后轉(zhuǎn)到地理數(shù)據(jù)庫(kù)。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)?？臻g數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與管理課件對(duì)于點(diǎn)實(shí)體矢量結(jié)構(gòu)中只記

16、錄其在特定坐標(biāo)系下的坐標(biāo)和屬性代碼。點(diǎn)實(shí)體數(shù)據(jù)編碼點(diǎn)實(shí)體數(shù)據(jù)編碼4、矢量數(shù)據(jù)編碼矢量數(shù)據(jù)編碼空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與管理課件唯一標(biāo)識(shí)碼是系統(tǒng)排列序號(hào)；線標(biāo)識(shí)碼可以標(biāo)識(shí)線的類型；起始點(diǎn)和終止點(diǎn)號(hào)可直接用坐標(biāo)表示；顯示信息是顯示時(shí)的文本或符號(hào)等；與線相聯(lián)系的非幾何屬性可以直接存儲(chǔ)于線文件中，也可單獨(dú)存儲(chǔ)，而由標(biāo)識(shí)碼聯(lián)接查找。 線實(shí)體矢量數(shù)據(jù)編碼線實(shí)體矢量數(shù)據(jù)編碼空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與管理課件多邊形實(shí)體矢量數(shù)據(jù)編碼多邊形實(shí)體矢量數(shù)據(jù)編碼 多邊形矢量編碼不但要表示空間圖形為多邊形的面狀實(shí)體的位置和屬性，更為重要的是要能表達(dá)區(qū)域的拓?fù)湫再|(zhì)，如形狀、鄰域和層次等，以便使這些基本的空間單元可以作為專題圖資料進(jìn)行顯示和操作，其

17、編碼比點(diǎn)和線實(shí)體的矢量編碼要復(fù)雜得多，也更為重要。它與機(jī)助制圖系統(tǒng)僅為顯示和制圖目的而設(shè)計(jì)的編碼有很大不同。 編碼方法：坐標(biāo)序列法、樹狀索引編碼法、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)編碼法。 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與管理課件坐標(biāo)序列法坐標(biāo)序列法由多形邊界的x、y坐標(biāo)對(duì)集合及說(shuō)明信息組成，是最簡(jiǎn)單的一種多邊形矢量編碼。一個(gè)區(qū)域或一幅地圖可以劃分成許多多邊形，多邊形4由、弧段組成，文件編碼坐標(biāo)為: x9,y9； x8,y8 ； x7,y7； x20,y20； x21,y21； x22,y22； x23,y23； x24,y24； x18,y18 ；x18,y18； x19,y19。每個(gè)多邊形在數(shù)據(jù)庫(kù)中是相互獨(dú)立、分開存儲(chǔ)的?？臻g數(shù)據(jù)

18、結(jié)構(gòu)與管理課件坐標(biāo)序列法的優(yōu)缺點(diǎn)坐標(biāo)序列法的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：文件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)以多邊形為單位的運(yùn)算和顯示。 缺點(diǎn)：多邊形之間的公共邊界被數(shù)字化和存儲(chǔ)兩次，由此產(chǎn)生冗余和碎屑多邊形；如重疊陜長(zhǎng)多邊形及裂縫的產(chǎn)生。 每個(gè)多邊形自成體系而缺少鄰域信息，難以進(jìn)行鄰域處理，如消除某兩個(gè)多邊形之間的共同邊界； 不能解決“洞”和“島”之類的多邊形嵌套問(wèn)題。 沒(méi)有方便方法來(lái)檢查多邊形邊界的拓?fù)潢P(guān)系正確與否，如有無(wú)不完整的多邊形（死點(diǎn)）或拓?fù)鋵W(xué)上不能接受的環(huán)（奇異多邊形）。 這種方法可用于簡(jiǎn)單的粗精度制圖系統(tǒng)中?？臻g數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與管理課件樹狀索引編碼法樹狀索引編碼法 采用樹狀索引以減少數(shù)據(jù)冗余并間接增加鄰域信息，方

19、法是對(duì)所有邊界點(diǎn)進(jìn)行數(shù)字化，將坐標(biāo)對(duì)以順序方式存儲(chǔ)，由點(diǎn)索引與邊界線號(hào)相聯(lián)系，以線索引與各多邊形相聯(lián)系，形成樹狀索引結(jié)構(gòu)。圖形數(shù)據(jù)線與多邊形之間的樹狀索引點(diǎn)與邊界線之間的樹狀索引 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與管理課件樹狀索引編碼法示例形成的文件記錄空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與管理課件樹狀索引編碼法的優(yōu)勢(shì)和不足 樹狀索引編碼消除了相鄰多邊形邊界的數(shù)據(jù)冗余和不一致的問(wèn)題，在簡(jiǎn)化過(guò)于復(fù)雜的邊界線或合并相鄰多邊形時(shí)可不必改造索引表，鄰域信息和島狀信息可以通過(guò)對(duì)多邊形文件的線索引處理得到。 但是比較繁瑣，因而給相鄰函數(shù)運(yùn)算，消除無(wú)用邊，處理島狀信息以及檢查拓?fù)潢P(guān)系帶來(lái)一定的困難，而且兩個(gè)編碼表都需要以人工方式建立，工作量大且容易出

20、錯(cuò)?？臻g數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與管理課件 雙重獨(dú)立地圖編碼雙重獨(dú)立地圖編碼拓?fù)潢P(guān)系類型a 拓?fù)溧徑樱褐复嬖谟诳臻g圖形的同類元素之間的拓?fù)潢P(guān)系。結(jié)點(diǎn)鄰接關(guān)系有N1/N4，N1/N2等；多邊形鄰接關(guān)系有P1/P3，P2/P3 等。b 拓?fù)潢P(guān)聯(lián)：拓?fù)潢P(guān)聯(lián)指存在于空間圖形的不同類元素之間的拓?fù)潢P(guān)系。結(jié)點(diǎn)與弧段關(guān)聯(lián)關(guān)系有N1/C1、C3、C6，N2/C1、C2、C5 等。多邊形與線段的關(guān)聯(lián)關(guān)系有P1/C1、C5、C6，P2/C2、C4、C5、C7等。c 拓?fù)浒和負(fù)浒复嬖谟诳臻g圖形的同類但不同級(jí)的元素之間的拓?fù)潢P(guān)系，P2包含P4。拓?fù)涓拍?拓?fù)鋵W(xué)是研究圖形在保持連續(xù)狀態(tài)下變形時(shí)的那些不變的性質(zhì)，也稱“橡皮板幾何

21、學(xué)”。在拓?fù)淇臻g中對(duì)距離或方向參數(shù)不予考慮。拓?fù)潢P(guān)系是指網(wǎng)結(jié)構(gòu)元素結(jié)點(diǎn)、弧段、面域之間的空間關(guān)系?？臻g數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與管理課件雙重獨(dú)立地圖編碼雙重獨(dú)立地圖編碼簡(jiǎn)稱DIME結(jié)構(gòu)（Dual Independent Map Encoding）。它是由美國(guó)人口調(diào)查局建立起來(lái)的為人口調(diào)查目的而設(shè)計(jì)的一種拓?fù)渚幋a方法，是一種把幾何量度信息（直角坐標(biāo)）與拓?fù)溥壿嬓畔⒔Y(jié)合起來(lái)的系統(tǒng)。DIME文件的基本元素：線段、線段始結(jié)點(diǎn)和終結(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)符、區(qū)域代碼（左區(qū)號(hào)和右區(qū)號(hào)）。方法：對(duì)所有邊界點(diǎn)進(jìn)行數(shù)字化，將坐標(biāo)對(duì)以順序方式存儲(chǔ)，由點(diǎn)索引與邊界線號(hào)相聯(lián)系，以線索引與各多邊形相聯(lián)系，形成樹狀索引結(jié)構(gòu)。結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)文件包括結(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)符和

22、結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)文件包括結(jié)點(diǎn)、線段、多邊形間的拓?fù)潢P(guān)系。DIME結(jié)構(gòu)中，線段通常被認(rèn)為是直線型的，復(fù)雜的曲線由一系列逼近曲線的直線段來(lái)表示。結(jié)點(diǎn)與結(jié)點(diǎn)或者面域與面域之間為鄰接關(guān)系，而結(jié)點(diǎn)與線段或面域與線段之間為關(guān)聯(lián)關(guān)系。 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與管理課件 雙重獨(dú)立地圖編碼優(yōu)點(diǎn)通過(guò)有向編碼建立了多邊形、邊界、節(jié)點(diǎn)之間的拓?fù)潢P(guān)系，有效地進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)正確性檢查，同時(shí)便于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行更新和檢索。這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在自動(dòng)區(qū)域單元時(shí)，空間點(diǎn)的坐標(biāo)是自行閉合。否則數(shù)據(jù)存儲(chǔ)或編碼有錯(cuò)，區(qū)域不能自行閉合，或者出現(xiàn)多余的線段，達(dá)不到數(shù)據(jù)自動(dòng)編輯的目的。DIME編碼成為其它拓?fù)渚幋a結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。它采用樹狀索引以減少數(shù)據(jù)冗余并間接增加

23、鄰域信息。 矢量編碼保證了信息的完整性和運(yùn)算的靈活性，這是由矢量結(jié)構(gòu)自身的特點(diǎn)所決定的。目前并沒(méi)有統(tǒng)一的最佳的矢量結(jié)構(gòu)編碼方法，在具體工作中應(yīng)根據(jù)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)和任務(wù)的要求而靈活設(shè)計(jì)。空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與管理課件無(wú)拓?fù)潢P(guān)系的矢量結(jié)構(gòu)實(shí)體型矢量數(shù)據(jù)編碼（無(wú)拓?fù)涫噶繑?shù)據(jù)編碼）雖然會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)冗余和歧異，但易于編輯，如MapInfo?？臻g數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與管理課件帶拓?fù)潢P(guān)系的矢量結(jié)構(gòu) 拓?fù)湫褪噶繑?shù)據(jù)編碼消除了數(shù)據(jù)的冗余和歧異，但操作復(fù)雜，甚至?xí)a(chǎn)生新的數(shù)據(jù)冗余，如ARC/INFOARC/INFO?？臻g數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與管理課件5 5、 矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的比較矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的比較比較項(xiàng)矢 量 數(shù) 據(jù)柵 格

24、數(shù) 據(jù)數(shù)據(jù)大小數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量小數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜簡(jiǎn)單位置精度空間位置精度高空間位置精度低拓?fù)潢P(guān)系用網(wǎng)絡(luò)連接法能完整描述拓?fù)潢P(guān)系難于建立網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系數(shù)據(jù)獲取獲取數(shù)據(jù)慢快速獲取大量數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)輸出輸出容易，繪圖細(xì)膩、精確、美觀輸出速度快， 但繪圖粗糙、不美觀輸出設(shè)備只能在矢量式數(shù)據(jù)繪圖機(jī)上輸出只能在柵格數(shù)據(jù)繪圖機(jī)上輸出數(shù)據(jù)計(jì)算計(jì)算多邊形周長(zhǎng)、面積、總和、平均值不如柵格數(shù)據(jù)效果好計(jì)算多邊形周長(zhǎng)、面積、總和、平均值更有效數(shù)學(xué)模擬困難方便疊合分析 多種地圖疊合分析困難多種地圖疊合分析方便圖像處理 不能直接處理數(shù)字圖像信息能直接處理遙感數(shù)字圖像信息空間分析不容易實(shí)現(xiàn)易于進(jìn)行空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與管理課件 將矢量面對(duì)

25、目標(biāo)的方法和柵格元子充填的方法結(jié)合起來(lái)，采用填滿線狀目標(biāo)路徑和充填面狀目標(biāo)空間的方法結(jié)合使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 線狀地物：除記錄原始取樣點(diǎn)外，還記錄路徑所通過(guò)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。特點(diǎn)：它保留了矢量的全部性質(zhì)，以目標(biāo)為單元直接聚集所有的位置信息，并能建立拓?fù)潢P(guān)系；它建立了柵格與地物的關(guān)系，即路徑上的任一點(diǎn)都直接與目標(biāo)建立了聯(lián)系。從原理上說(shuō)，這是一種以矢量的方式來(lái)組織柵格數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。3 343 3 4423 3 44423 3 4423 4422212三、矢量柵格一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)三、矢量柵格一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與管理課件 空間數(shù)據(jù)庫(kù)（或稱地圖數(shù)據(jù)庫(kù)

26、）是地理信息系統(tǒng)的重要組成部分，因?yàn)榈貓D是地理信息系統(tǒng)的主要載體。地理信息系統(tǒng)是一種以地圖為基礎(chǔ)，供資源、環(huán)境、區(qū)域調(diào)查以及規(guī)劃的管理和決策用的空間信息系統(tǒng)。 空間數(shù)據(jù)庫(kù)模型是數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)數(shù)據(jù)的邏輯組織形式的描述。3.2.2 3.2.2 空間數(shù)據(jù)管理空間數(shù)據(jù)管理空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與管理課件一、傳統(tǒng)一、傳統(tǒng)DBMSDBMS管理和空間數(shù)據(jù)管理管理和空間數(shù)據(jù)管理1 1、從數(shù)據(jù)管理的角度看、從數(shù)據(jù)管理的角度看GISGIS中數(shù)據(jù)的特點(diǎn)中數(shù)據(jù)的特點(diǎn)數(shù)據(jù)量大，常要作查詢，因此必需注意提高查詢效率，如建立索引等；數(shù)據(jù)類型和關(guān)系復(fù)雜，常要記錄拓?fù)潢P(guān)系；GIS數(shù)據(jù)常具有非結(jié)構(gòu)化特征，如描述線面狀地物的長(zhǎng)度不等；數(shù)據(jù)要嵌套

27、；一個(gè)對(duì)象可能包含多個(gè)對(duì)象。空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與管理課件2 2、關(guān)系模型描述空間數(shù)據(jù)存在的問(wèn)題、關(guān)系模型描述空間數(shù)據(jù)存在的問(wèn)題缺乏構(gòu)造復(fù)雜對(duì)象的能力，以記錄為單位的數(shù)據(jù)模型不能很好的面向用戶，不能描述嵌套和遞歸等復(fù)雜關(guān)系。 數(shù)據(jù)類型少，不支持抽象數(shù)據(jù)類型，如不能定義幾何數(shù)據(jù)類型（點(diǎn)，線，面）和空間操作算子（相交，包含等），無(wú)法完成地理意義上的分析查詢。缺乏語(yǔ)義表達(dá)能力，即語(yǔ)義貧乏。它表達(dá)實(shí)體和實(shí)體間關(guān)系只能在表內(nèi)，或通過(guò)公共值的跨表連接, 實(shí)現(xiàn)效率低，不利于建立數(shù)據(jù)的概念模型。表形式不適用表示圖形數(shù)據(jù)，圖形數(shù)據(jù)涉及的坐標(biāo)、屬性、拓樸關(guān)系用表格表示使問(wèn)題顯得復(fù)雜化。空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與管理課件二、空間數(shù)據(jù)管

28、理系統(tǒng)的模式類型二、空間數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的模式類型1 1、全文件管理系統(tǒng)、全文件管理系統(tǒng)GIS應(yīng)用1空間、屬性數(shù)據(jù)文件1GIS應(yīng)用2空間、屬性數(shù)據(jù)文件2空間、屬性數(shù)據(jù)文件3 將屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)均放在文件系統(tǒng)中進(jìn)行管理。程序依賴于數(shù)據(jù)文件的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)文件修改時(shí)，應(yīng)用程序也隨之改變。優(yōu)點(diǎn)：（1）廠商可根據(jù)自己要求定義文件格式，管理數(shù)據(jù)；（2）有利于存儲(chǔ)非結(jié)構(gòu)化不定長(zhǎng)數(shù)據(jù)。缺點(diǎn)：（1）不利于數(shù)據(jù)查找；（2）數(shù)據(jù)共享性等差?？臻g數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與管理課件2 2、文件和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)混合系統(tǒng)、文件和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)混合系統(tǒng) 文件和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)混合系統(tǒng)是傳統(tǒng)GIS所用的方式。如arcinfo ,mapinfo等。系統(tǒng)中,圖

29、形用數(shù)據(jù)文件存儲(chǔ)，屬性用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)表存儲(chǔ)。兩者通過(guò)標(biāo)識(shí)符相聯(lián)結(jié)，這種方式實(shí)際上不能建立真正意義上的空間數(shù)據(jù)庫(kù)。OID圖形數(shù)據(jù)屬性數(shù)據(jù)GIS應(yīng)用軟件Arc/Info 圖形用戶界面ArcEdit屬性用戶界面Tables圖形數(shù)據(jù)文件庫(kù)屬性數(shù)據(jù)庫(kù)圖形處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)ID空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與管理課件優(yōu)點(diǎn):lGIS 可通過(guò)DBMS提供的高級(jí)編程語(yǔ)言的接口，直接操縱屬性數(shù)據(jù)，查詢屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，并在GIS的用戶界面下，顯示查詢結(jié)果。l在ODBC(Open DataBase Connectivity,開放式數(shù)據(jù)庫(kù)互連)推出后，GIS軟件商只需開發(fā)GIS與ODBC的接口軟件，就可將屬性數(shù)據(jù)與任何一個(gè)支持ODBC的R

30、DBMS連接。這樣用戶可在一個(gè)界面下處理圖形和屬性數(shù)據(jù)。缺點(diǎn): 屬性數(shù)據(jù)和圖形數(shù)據(jù)通過(guò)ID聯(lián)系起來(lái)，使查詢運(yùn)算，模型操作運(yùn)算速度慢；數(shù)據(jù)分布和共享困難；屬性數(shù)據(jù)和圖形數(shù)據(jù)分開存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)的安全性、一致性、完整性、并發(fā)控制以及數(shù)據(jù)損壞后的恢復(fù)方面缺少基本的功能；缺乏表示空間對(duì)象及其關(guān)系的能力。目前，空間數(shù)據(jù)管理正在逐步走出文件管理模式空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與管理課件 3 3、全關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)管理、全關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)管理 圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)都用現(xiàn)有的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)管理，管理數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)不作任何擴(kuò)展，由GIS軟件商在此基礎(chǔ)上進(jìn)行開發(fā)。優(yōu)點(diǎn):（1）在全關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)中加入了二進(jìn)制數(shù)據(jù)塊形式省去大量關(guān)系連接操

31、作,可提高查詢速度；（2）便于數(shù)據(jù)的維護(hù)；缺點(diǎn):（1）不定長(zhǎng)記錄造成存儲(chǔ)效率的下降；（2）實(shí)現(xiàn)SQL查詢要附加接口；因此它只適用于功能簡(jiǎn)單的GIS。空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與管理課件4 4、對(duì)象、對(duì)象關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng) 采用通用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)效率低，面向?qū)ο笮涂臻g數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)又不夠成熟，隨著空間信息系統(tǒng)的發(fā)展，許多數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的軟件商紛紛對(duì)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行擴(kuò)充，使之能直接存儲(chǔ)非結(jié)構(gòu)化的空間數(shù)據(jù)，形成對(duì)象關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)GIS系統(tǒng)。 對(duì)象關(guān)系型空間數(shù)據(jù)庫(kù)是在標(biāo)準(zhǔn)的RDBMS上加了一層空間數(shù)據(jù)管理專用模塊如Oracle在其數(shù)據(jù)庫(kù)中加入了oralce Spatial 組件，以支持空間數(shù)據(jù)；Inf

32、ormix為用戶定義數(shù)據(jù)類型，提供了Data Blade插件。定義了操作點(diǎn)、線、面等空間對(duì)象的函數(shù)，解決了空間數(shù)據(jù)的變長(zhǎng)記錄管理。 GIS應(yīng)用空間數(shù)據(jù)管理的專用模塊 商用DBMS空間和屬性數(shù)據(jù)庫(kù)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與管理課件優(yōu)點(diǎn)l解決了空間數(shù)據(jù)的變長(zhǎng)記錄管理，使數(shù)據(jù)管理效率大大提高；l空間和屬性之間聯(lián)結(jié)有空間數(shù)據(jù)管理模塊解決，不僅具有操作關(guān)系數(shù)據(jù)的函數(shù)，還具有操作圖形的API函數(shù);l對(duì)象關(guān)系型空間數(shù)據(jù)庫(kù)是在標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)上加一層空間數(shù)據(jù)管理模塊；用該層功能將地理結(jié)構(gòu)查詢語(yǔ)言轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)的SQL查詢，空間數(shù)據(jù)查詢速度快。缺點(diǎn) 空間數(shù)據(jù)對(duì)象還不能有用戶任意定義，用戶使用受一定限制。如定義的空間函數(shù)支持的對(duì)象不帶拓?fù)潢P(guān)系，用戶不能定義帶拓?fù)潢P(guān)系的數(shù)據(jù)模型。 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與管理課件5 5、面向?qū)ο笮蛿?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、面向?qū)ο笮蛿?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng) 面向?qū)ο笮涂臻g數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)最適合空間數(shù)據(jù)的表達(dá)和管理。 優(yōu)點(diǎn)l支持變長(zhǎng)記錄，還支持對(duì)象的嵌套，信息的繼承和聚集。l面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)允許定義合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)操作。缺點(diǎn) 不支持SQL語(yǔ)言，在通用性上受局限。 面向?qū)ο笮涂臻g數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)還不夠成熟，價(jià)格又昂貴，目前在GIS領(lǐng)域還不通用。空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與管理課件三、三、 空間數(shù)據(jù)的分層和空間數(shù)據(jù)索引機(jī)制空間數(shù)據(jù)的分層和空間數(shù)據(jù)索引機(jī)制1、 空間數(shù)據(jù)的分層空