拓撲關系四實用教案

1、二、柵格數(shù)據(jù)組織(zzh)(zzh)2-3 柵格數(shù)據(jù)結構(jigu) 第二章 GIS 數(shù)據(jù)結構(sh j ji u)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(shù)據(jù)庫2 222 2aaaaa2 2土壤植被組織方法第1頁/共68頁第一頁，共68頁。組織(zzh)方法2-3 柵格數(shù)據(jù)結構(jigu) 第二章 GIS 數(shù)據(jù)結構(sh j ji u)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

2、一個列數(shù)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(shù)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。第2頁/共68頁第二頁，共68頁。三、柵格結構( jigu)的建立2-3 柵格數(shù)據(jù)結構(jigu) 第二章 GIS 數(shù)據(jù)結構(sh j ji u)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(shù)據(jù)。3、 由矢量數(shù)據(jù)轉換而來。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

3、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3頁/共68頁第三頁，共68頁。（二）柵格系統(tǒng)(xtng)的確定2-3 柵格數(shù)據(jù)結構(jigu) 第二章 GIS 數(shù)據(jù)結構(sh j ji u)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

4、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4頁/共68頁第四頁，共68頁。2 2、 柵格單元(dnyun)(dnyun)的尺寸2-3 柵格數(shù)據(jù)結構(jigu) 第二章 GIS 數(shù)據(jù)結構(sh j ji u)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(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

5、Ai為區(qū)域所有多邊形的面積。第5頁/共68頁第五頁，共68頁。 (三)柵格代碼（屬性(shxng)值）的確定2-3 柵格數(shù)據(jù)結構(jigu) 第二章 GIS 數(shù)據(jù)結構(sh j ji u)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。AB ba

6、a2 1第6頁/共68頁第六頁，共68頁。四、柵格數(shù)據(jù)編碼方法2-3 柵格數(shù)據(jù)結構(jigu) 第二章 GIS 數(shù)據(jù)結構(sh j ji u)返回(fnhu) 1、直接柵格編碼：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； AAAAABBBAABBAABB2）奇數(shù)行從左到右，偶數(shù)行從右到左；特點：最直觀、最基本的網(wǎng)格存貯結構，沒有進行任何壓縮數(shù)據(jù)處理。 A A A A A B B B A A B B A A B B 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

7、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(jīng)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(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。-信息不保持編碼。 第7頁/共68頁第七頁，共68頁。2、行程(xngchng)編碼（變長編碼）：2-3 柵格數(shù)據(jù)結構(jigu) 第二章 GIS 數(shù)據(jù)結構(sh j ji u)返回將原圖表示的數(shù)據(jù)矩陣變?yōu)閿?shù)據(jù)對：1）屬性碼，長度，行號（可不要） 長度：連續(xù)相同碼值的柵格個數(shù)。2）屬性碼，點位特點： 對于游程長度編碼，區(qū)域越大，數(shù)據(jù)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

8、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(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。 A A A A A B B B A A B B A A B B 第8頁/共68頁第八頁，共68頁。3 3、塊碼 - - 游程編碼(bin m)(bin m)向二維擴展2-3 柵格數(shù)據(jù)結構(jigu) 第二章 GIS 數(shù)據(jù)結構(sh j ji u)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

9、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。 1 2 3 4 5 6 7 8 1 0 4 4 7 7 7 7 72 4 4 4 4 4 7 7 73 4 4 4 4 8 8 7 7 4 0 0 4 8 8 8 7 75 0 0 8 8 8 8 7 86 0 0 0 8 8 8 8 87 0 0 0 0 8 8 8 88 0 0 0 0 0 8 8 8如：（1,1,1,0),(1,2,2,4),(1,4,1,7),(1,5,1,7)第9頁/共68頁第九頁，共6

10、8頁。4、鏈式編碼(bin m)、Freeman 鏈碼、邊界鏈碼2-3 柵格數(shù)據(jù)結構(jigu) 第二章 GIS 數(shù)據(jù)結構(sh j ji u)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07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

11、析困難，相鄰區(qū)域邊界被重復存儲。 5、四叉樹編碼第10頁/共68頁第十頁，共68頁。五、四叉樹編碼(bin (bin m)m)2-3 柵格數(shù)據(jù)結構(jigu) 第二章 GIS 數(shù)據(jù)結構(sh j ji u)返回1、 基本思想：將2n2n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(wǎng)格系統(tǒng)。是最

12、有效的柵格數(shù)據(jù)壓縮編碼方法之一 AAAAABBBAABBAABB0123第11頁/共68頁第十一頁，共68頁。3 3、 編碼方法2-3 柵格數(shù)據(jù)結構(jigu) 第二章 GIS 數(shù)據(jù)結構(sh j ji u)返回(fnhu)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(shù)據(jù)的存儲量，還增加了操作的復雜性：如層次數(shù)（分割次數(shù)）由從父結點移到根結點的次數(shù)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(shù)據(jù)，其價值在于建立索引文件，進行數(shù)據(jù)檢索。

13、第12頁/共68頁第十二頁，共68頁。2 2）線性四叉樹2-3 柵格數(shù)據(jù)結構(jigu) 第二章 GIS 數(shù)據(jù)結構(sh j ji u)返回(fnhu)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(shù)。線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。定位碼容易存儲和執(zhí)行實現(xiàn)集合相加等組合操作。 第13頁/共68頁第十三頁，共68頁。（二）四進制的MortonMorton碼2-3 柵格數(shù)據(jù)結構(jigu) 第二章 GIS 數(shù)據(jù)結構(

14、sh j ji u)返回(fnhu)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(shù)字，大分割在前，小分割在后。所以，碼的位數(shù)表示分割的次數(shù)。 B、每一個位均是不大于3的四進制數(shù)，表達位置。由Morton找出四叉樹葉結點的具體位置。0123AAAAABBBAABBAA AABB03BA第14頁/共68頁第十四頁，共68頁。2 2、 方法(fngf)2(fngf)2：四叉樹自下而上合并的方法(fngf)(fngf)2-3 柵格數(shù)據(jù)結構(jigu) 第二章 GIS 數(shù)據(jù)結構(sh j ji u)返回 1）計算每個柵格對應的MQ MQ=2*Ib+

15、Jb I,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?jīng)]有能夠合并的子塊為止。AAAAABBBAABBAABB第15頁/共68頁第十五頁，共68頁。（三）十進制的MortonMorton碼-MDMD2-3 柵格數(shù)據(jù)結構(jigu) 第二章 空間(kngjin)數(shù)據(jù)結構返回(fnhu)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= 1 0 Jb= 1 1(2)I行J列交叉 1 1 0 1 =

16、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。 A0A1A4A5A2B3B6B7A8A9B12B13A10A11B14B15四進制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.第16頁/共68頁第十六頁，共68頁。2 2、把一幅(y f)2n(y f)2n2n2n的圖像壓縮成線性四叉樹的過程2-3 柵格數(shù)據(jù)結構(jigu) 第二章 GIS 數(shù)據(jù)結構(sh j ji u)返回 1、按Morton碼把圖象讀入一維數(shù)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

17、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。A0A1A4A5A2B3B6B7A8A9B12B13A10A11B14B15右圖的壓縮處理過程為：1、按Morton碼讀入一維數(shù)組。 Morton碼：0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15象 元 值： A A A B A B B B A A A A B B B B2、四相鄰象元合并，只記錄第一個象元的Morton碼。 0 1 2 3 4 5 6 7 8 12 A A A B A A B B A B3、由于不能進一步合并，則用游程長度編碼壓縮。

18、0 3 4 6 8 12 A B A B A B A0A1A4A5A2B3B6B7A8A9B12B13A10A11B14B15第17頁/共68頁第十七頁，共68頁。（四）四叉樹優(yōu)缺點2-3 柵格數(shù)據(jù)結構(jigu) 第二章 GIS 數(shù)據(jù)結構(sh j ji u)優(yōu)點：1）對于團塊圖像，四叉樹表示法占用空間比網(wǎng)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(jyu)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(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，目前應用四叉樹還存下列問題：1) 矢/柵

19、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)結構中會提到）第18頁/共68頁第十八頁，共68頁。4) 4) 四叉樹未能直接表示物體間的拓撲(tu p)(tu p)關系。2-3 柵格數(shù)據(jù)結構(jigu) 第二章 GIS 數(shù)據(jù)結構(sh j ji u)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(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， A0A1A4A5A2B3B6B7A8A9B12B13A10A11B14B15AAAAABBBAA

20、BBAABB6) 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第19頁/共68頁第十九頁，共68頁。2-2 2-2 矢量矢量(shling)(shling)數(shù)據(jù)結數(shù)據(jù)結構構 第二章 GIS 數(shù)據(jù)結構(sh j ji u)一、圖形(txng)表示 返回摘自 張超第20頁/共68頁第二十頁，共68頁。矢量格式數(shù)據(jù)矢量格式數(shù)據(jù)(shj)(shj)表達表達1基本概念圖件三要素（圖元）（Map Elements）點、線、面坐標鏈（有方向）（Coordinate Chain）弧段（Arc）、結點（Node）、島弧(doh)段多邊形(Polyg

21、on)、島、單連通域、多連通域、外邊界、內邊界拓撲（Topology）與拓撲關系 結點與弧段 弧段與結點 弧段與面 面與弧段第21頁/共68頁第二十一頁，共68頁。矢量格式數(shù)據(jù)表達1基本概念圖件三要素（圖元）（Map Elements）：點、線、面坐標鏈（有方向）（Coordinate Chain）弧段（Arc）、結點（Node）、島弧段多邊形(Polygon)、島、單連通域、多連通域、外邊界、內邊界拓撲(tu p)（Topology）與拓撲(tu p)關系 結點與弧段 弧段與結點 弧段與面 面與弧段第22頁/共68頁第二十二頁，共68頁?；《巍⒍噙呅蔚陌j矩形（Range）Xmin=MIN(

22、x1,x2,xn)；Ymin=MIN(y1,y2,yn)Xmax=MAX(x1,x2,xn)；Ymax=MAX(y1,y2,yn)(x1,y1)、(x2,y2)(xn,yn)是弧段、多邊形邊界上各點坐標。歐拉定理(dngl)Nn-Na+Np=1+Ni2矢量格式數(shù)據(jù)組織分析拓撲關系坐標點坐標鏈多邊形（弧段）第23頁/共68頁第二十三頁，共68頁。矢量(shling)格式（Vector）坐標點、坐標鏈、有方向，方向性是人為的。 圖像只能用網(wǎng)格格式表達，而圖形(txng)卻可以用以上兩種格式表達。第24頁/共68頁第二十四頁，共68頁。點狀地物(dw)表達線狀地物(dw)表達點狀地物(dw)空間數(shù)據(jù)

23、表注釋XY編碼序號代碼線狀地物坐標鏈數(shù)據(jù)表注釋序號代碼 XY1120120第25頁/共68頁第二十五頁，共68頁。面狀地物(dw)表達注釋序號代碼線狀地物編碼起點序號終點序號XminXmaxYminYmax11線狀地物(dw)坐標鏈索引表注釋序號代碼XY11201面狀地物(dw)坐標鏈數(shù)據(jù)表第26頁/共68頁第二十六頁，共68頁。注釋序號代碼起點序號終點序號左圖斑編碼右圖斑編碼XminXmaxYminYmax面狀地物(dw)弧段坐標鏈索引表注釋序號代碼XY弧段1弧段2弧段3弧段44041 結點(ji din)-弧段關系表第27頁/共68頁第二十七頁，共68頁。注釋序號代碼起點序號終點序號左圖斑

24、編碼右圖斑編碼XminXmaxYminYmax面狀地物(dw)弧段坐標鏈索引表注釋序號代碼XY弧段1弧段2弧段3弧段44041 結點(ji din)-弧段關系表第28頁/共68頁第二十八頁，共68頁。注釋1注釋2序號代碼弧段序號代碼起點序號終點序號101200200圖斑弧段組成(z chn)關系圖斑弧段組成(z chn)索引表注釋序號代碼圖斑編碼內點X內點Y起點序號終點序號XminXmaxYminYmax第29頁/共68頁第二十九頁，共68頁。二、矢量數(shù)據(jù)(shj)的獲取方式2-2 矢量(shling)數(shù)據(jù)結構第二章 GIS 數(shù)據(jù)結構(sh j ji u)1) 由外業(yè)測量獲得 可利用測量儀器自

25、動記錄測量成果(常稱為電子手薄)，然后轉到地理數(shù)據(jù)庫中。2)由柵格數(shù)據(jù)轉換獲得利用柵格數(shù)據(jù)矢量化技術，把柵格數(shù)據(jù)轉換為矢量數(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30頁/共68頁第三十頁，共68頁。三、矢量(shling)(shling)數(shù)據(jù)組織 2-2 矢量(shling)數(shù)據(jù)結構第二章 GIS 數(shù)據(jù)結構(sh j ji u)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(shù)據(jù)表示時應考慮以下問題：矢量數(shù)據(jù)自身的存貯和處理；與屬性數(shù)據(jù)的聯(lián)系；矢量數(shù)據(jù)之間的空間關系

26、(拓撲關系)。1、點實體矢量編碼方法2、線實體矢量編碼方法3、多邊形矢量編碼方法第31頁/共68頁第三十一頁，共68頁。點實體(sht)編碼比例朝向線指針線交匯編比例朝向字體文句x,y 坐標其它非幾何屬性建立和顯示數(shù)據(jù)庫聯(lián)系的屬性簡單點符號文本點字符結 點符號統(tǒng)一標識類別或系列號點類型簡單點文本點結 點第32頁/共68頁第三十二頁，共68頁。以點為例：2-2 矢量(shling)數(shù)據(jù)結構第二章 GIS 數(shù)據(jù)結構(sh j ji u) 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Verte

27、x：符號：指針(zhzhn)、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第33頁/共68頁第三十三頁，共68頁。線實體(sht)編碼唯一標示碼線標示碼起始點終止點坐標對序列顯示信息非幾何屬性第34頁/共68頁第三十四頁，共68頁。多邊形矢量(shling)(shling)的編碼（spaghetti）- 面條模型(mxng):以實體為單位記錄其坐標2-2 矢量(shling)數(shù)據(jù)結構第二章 GIS 數(shù)據(jù)結構缺點： 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

28、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(xiàn)以實體為單位的運算和顯示。多邊形坐標串P12，3，4，5P21，2，10，91234567891011 1213 1415PPP返回第35頁/共68頁第三十五頁，共68頁。（二）索引(suyn)式（樹狀）2-2 矢量(shling)數(shù)據(jù)結構第二章 GIS 數(shù)據(jù)結構(sh j ji u)對所有點的坐標按順序建

29、坐標文件，再建點與邊（線）、線與多邊形的索引文件。1234567891011 1213 1415PPPMap1、點文件：點號點號坐標坐標1x1,y1索引文件：面號面號弧段號弧段號P1A,B,C3、面文件：2、弧段文件:弧段號弧段號起點起點終點終點點號點號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。返回第36頁/共68頁第三十六頁，共68頁。（三）雙重(shungchn

30、g)獨立式編碼簡稱DIME(Dual Independent Map Encoding)，是美國人口統(tǒng)計系統(tǒng)采用的一種(y zhn)編碼方式，是一種(y zhn)拓撲編碼結構。 2-2 矢量(shling)數(shù)據(jù)結構第二章 GIS 數(shù)據(jù)結構1、點文件點號點號坐標坐標1x1,y12、線文件:線文件是以線段為記錄單位 線號線號左多邊形左多邊形 右多邊形右多邊形 起點起點終點終點L210P1P22101234567891011 1213 1415PPP3、面文件面號面號線號線號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

31、碼返回第37頁/共68頁第三十七頁，共68頁。（四）鏈狀雙重獨立式編碼(bin m)-拓撲數(shù)據(jù)結構 2-2 矢量(shling)數(shù)據(jù)結構第二章 GIS 數(shù)據(jù)結構(sh j ji u)1、弧段坐標文件：弧段號弧段號坐標系列（串坐標系列（串)Ax2,y2,X10,y102、弧段文件：鏈面，鏈結點關系 弧段號弧段號 左多邊形左多邊形 右多邊形右多邊形 起點起點終點終點AP1P2251234567891011 1213 1415PPP3、面文件面號面號弧段號弧段號 P1A,B,-C4、點拓撲文件： 結點鏈關系 點號點號 弧段號弧段號 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、

32、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 較好的解決了空間關系查詢等問題，但增加了算法的復雜度第38頁/共68頁第三十八頁，共68頁。鏈狀雙重(shungchng)(shungchng)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(shù)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(shù) 坐標串 在GIS數(shù)據(jù)輸入中

33、，建拓撲是指給圖形數(shù)據(jù)（點、線、面）增加拓撲結構，如ARC/INFO中，在ARCEDIT中輸入圖形后，需用(x yn)BUILD 建圖形拓撲，具體生成許多文件，如AAT，PAT等. INFO：屬性表如AAT（Arc Attribute Table）2-2 矢量(shling)數(shù)據(jù)結構第二章 GIS 數(shù)據(jù)結構用戶標識碼，表明地物類型當圖形數(shù)據(jù)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。弧段號弧段號USER_IDLPOLYRPOLYFROM_NODETO_NODE其它屬性其它屬性:（名稱（名稱)返回第39頁/共68頁第三十九頁，共68頁。2-4 2-4 矢柵一體化數(shù)

34、據(jù)結矢柵一體化數(shù)據(jù)結構構(sh j ji u)(sh j ji u)第二章 GIS 數(shù)據(jù)結構(sh j ji u)一、矢、柵優(yōu)缺點： 優(yōu)點優(yōu)點 缺點缺點矢矢量量1、便于面向現(xiàn)象（土壤類，土地利用、便于面向現(xiàn)象（土壤類，土地利用單元等）單元等）2、結構緊湊，冗余度低，便于描述線、結構緊湊，冗余度低，便于描述線或邊界?；蜻吔?。 3、利于網(wǎng)絡、檢索分析，提供有、利于網(wǎng)絡、檢索分析，提供有效的拓撲編碼，對需要拓撲信息的操作效的拓撲編碼，對需要拓撲信息的操作更有效。更有效。 4、 圖形顯示質量好，精度高。圖形顯示質量好，精度高。1 1、數(shù)據(jù)結構復雜，各自定義，不便、數(shù)據(jù)結構復雜，各自定義，不便于數(shù)據(jù)標準

35、化和規(guī)范化，數(shù)據(jù)交換困于數(shù)據(jù)標準化和規(guī)范化，數(shù)據(jù)交換困難。難。 2、多邊形疊置分析困難，沒有柵、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。格有效，表達空間變化性能力差。 3、不能像數(shù)字圖像那樣做增強處、不能像數(shù)字圖像那樣做增強處理理 4、軟硬件技術要求高，顯示與繪軟硬件技術要求高，顯示與繪圖成本較高。圖成本較高。 柵柵 格格 1、 結構簡單，易數(shù)據(jù)交換。結構簡單，易數(shù)據(jù)交換。 2、疊置分析和地理（能有效表達空、疊置分析和地理（能有效表達空可可 變性）現(xiàn)象模擬較易。變性）現(xiàn)象模擬較易。 3、利于與感遙數(shù)據(jù)的匹配應用和分、利于與感遙數(shù)據(jù)的匹配應用和分析，便于圖像處理。析，便于圖像處理

36、。 4、 輸出快速，成本低廉。輸出快速，成本低廉。 1、現(xiàn)象識別效果不如矢量方法，難、現(xiàn)象識別效果不如矢量方法，難以表達拓撲。以表達拓撲。 2、圖形數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)結構不嚴密、圖形數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)結構不嚴密不緊湊，需用壓縮技術解決該問題。不緊湊，需用壓縮技術解決該問題。 3、投影轉換困難。、投影轉換困難。4 4、圖形質量轉低，圖形輸出不美觀，、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(shù)量來克線條有鋸齒，需用增加柵格數(shù)量來克服，但會增加數(shù)據(jù)文件。服，但會增加數(shù)據(jù)文件。第40頁/共68頁第四十頁，共68頁。矢量、柵格數(shù)據(jù)結構(jigu)的選擇柵格結構:大范圍(fnwi)小比例尺的自然資源

37、、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(guhu)、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(jù)應用目的和應用特點、可能獲得的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)結構。返回第41頁/共68頁第四十一頁，共68頁。二、矢柵一體化概念(ginin) (ginin) 2-4 矢柵一體化數(shù)據(jù)結構(sh j ji u)第二章 GIS 數(shù)據(jù)結構(sh j ji u) 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(shù)據(jù)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。

38、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(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結構。返回第42頁/共68頁第四十二頁，共68頁。三、三個約定(yudng)和細分格網(wǎng)法2-4 矢柵一體化數(shù)據(jù)結構(sh j ji u)第二章 GIS 數(shù)據(jù)結構(sh j ji u)為便于組織數(shù)據(jù)，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

39、形狀和面積，在計算機內部僅有一個位置數(shù)據(jù)。為提高柵格表示精度，采用細分格網(wǎng)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(wǎng)的地址碼，后者M2 表示該點對應的細分格網(wǎng)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,yM1 M2返回第43頁/共68頁第四十三頁，共

40、68頁。四、一體化數(shù)據(jù)結構(sh j ji u)設計2-4 矢柵一體化數(shù)據(jù)結構(sh j ji u)第二章 GIS 數(shù)據(jù)結構(sh j ji u)線性四叉樹(Morton)是基本數(shù)據(jù)格式，三個約定設計點、線、面數(shù)據(jù)結構的基本依據(jù)，細分格網(wǎng)法保證足夠精度。點 標 識號 M1 M2高程Z10025434084432100261057725463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(shù)據(jù)結構返回第44頁/共68頁第四十四頁，共68頁。2、線狀地物(dw)的數(shù)據(jù)結構2

41、-4 矢柵一體化數(shù)據(jù)結構(sh j ji u)第二章 GIS 數(shù)據(jù)結構(sh j ji u)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(shù)據(jù)表達每個線狀地物的路徑即可，將該線狀地物經(jīng)過的所有柵格的地址全部記錄下來。仿照矢量數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)結構:線狀地物的數(shù)據(jù)結構:返回第45頁/共68頁第四十五頁，共68頁。3 3、面狀

42、地物(dw)(dw)的數(shù)據(jù)結構 2-4 矢柵一體化數(shù)據(jù)結構(sh j ji u)第二章 GIS 數(shù)據(jù)結構(sh j ji u)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 返回第46頁/共68頁第四十六頁，共68頁。2-4 矢柵一體化數(shù)據(jù)結構(sh j

43、ji u)第二章 GIS 數(shù)據(jù)結構(sh j ji u)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(zhzhn)(zhzhn)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(shù)據(jù)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08324046第47頁/共68頁第四十七頁，共68頁。3 3）面文件(wnjin) (wnjin) 2-4 矢柵一體化數(shù)據(jù)結構(sh j ji u)第二章 GIS 數(shù)據(jù)結構(sh j ji u) 這種

44、數(shù)據(jù)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返回第48頁/共68頁第四十八頁，共68頁。4、復雜(fz)地物的數(shù)據(jù)結構2-4 矢柵一體化數(shù)據(jù)結構

45、(sh j ji u)第二章 GIS 數(shù)據(jù)結構(sh j ji u) 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(shù)據(jù)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 返回第49頁/共68頁第四十九頁，共68頁。2-5 2-5 三維數(shù)據(jù)結構三維數(shù)據(jù)結構(sh j ji u)(sh j ji u)第二章 GIS 數(shù)據(jù)結構(sh j ji u) 目前GIS主要還停留在處理地球表面的數(shù)據(jù)，若數(shù)據(jù)是地表以下或以上，則先

46、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(rnh)數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的組織與重建，三維變換、查詢

47、、運算、分析、維護等方面。下面主要介紹三維數(shù)據(jù)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、概述第50頁/共68頁第五十頁，共68頁。二、八叉樹結構第二章 GIS 數(shù)據(jù)結構(sh j ji u)1、思想：四叉樹在三維空間的推廣。 將要(jingyo)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。

48、子體全為V黑結點返回(fnhu)2-5 三維數(shù)據(jù)結構0123457第51頁/共68頁第五十一頁，共68頁。2、存貯(cn zh)結構第二章 GIS 數(shù)據(jù)結構(sh j ji u)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(zhzhn)， 1個父結點指針(zhzhn)，1個結點屬性）。最普遍的形式，方式自然，易掌握。但指針(zhzhn)占總存儲量的94%，空間使用率低。返回2-5 三維數(shù)據(jù)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

49、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。第52頁/共68頁第五十二頁，共68頁。3）一對(y du)八式的八叉樹第二章 GIS 數(shù)據(jù)結構(sh j ji u) 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(cx) -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(xiàn)，上層均為非葉結點。返回2-5 三維數(shù)據(jù)結構0 1 2 3 70 1 2 3 7第53頁/共68頁第五十三頁，共68頁。三、三維邊界(binji)(binji)表示法第二章 GIS 數(shù)據(jù)結構(sh

50、j ji u)返回(fnhu)2-5 三維數(shù)據(jù)結構v1v2v3v4l1l 2l 3l 4l 5l6v1x1 y1 z1v2x2 y2 z2v3x3 y3 z3v4x4 y4 z4l1v1 v2l2v2 v3l3v3 v1l4v2 v4l5v4 v3l6v1 v4s1l1 l2 l3s2l2 l4 l5s3l5 l3 l6s4l3 l1 l4、面表：給出圍成多面體某個面的各條邊。、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、邊表：指出構成多面體某邊的兩個頂點；O1S1,s2屬性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。第54頁/共6

51、8頁第五十四頁，共68頁。5 5、擴充(kuchng)(kuchng)后的邊表 第二章 GIS 數(shù)據(jù)結構(sh j ji u)返回(fnhu)2-5 三維數(shù)據(jù)結構 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：l1v1 v2s1 s4l2v2 v3s1 s2l3v3 v1s1 s3l4v2 v4s2 s4l5v4 v3s2 s3l6v1 v4s3 s4l1v1 v2l2v2 v3l3v3 v1l4v2 v4l5v4 v3l6v1 v4s1l1 l2 l3s2l2 l4 l5s3l5 l3 l6s4l3 l1 l4包含s1,s4公共邊為l1的信息第55頁/共68頁第五十五頁，共68頁。6 6、拓撲(tu p)(tu p)檢查第二章 GIS 數(shù)據(jù)結構(sh j ji u)返回(fnhu)2-5 三維數(shù)據(jù)結構 數(shù)據(jù)存儲后，必須檢查數(shù)據(jù)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指針，那么指向該邊的