地理信息系統(tǒng)原理課件

地理信息系統(tǒng)原理

(PrinciplesofGeographicInformationSystem)

參考書(shū)1、地理信息系統(tǒng)教程（胡鵬等）2、地理信息系統(tǒng)原理與方法（吳信才）3、地理信息系統(tǒng)原理、方法和應(yīng)用（鄔倫等）

…地理信息系統(tǒng)原理

(PrinciplesofGeog1第一章緒論?

課程意義當(dāng)前時(shí)代特點(diǎn)要求GIS發(fā)展迅速專業(yè)要求

隨著信息資源的爆炸式擴(kuò)張，人們的工作重點(diǎn)已從單純的物質(zhì)生產(chǎn)轉(zhuǎn)移到對(duì)信息的處理上

隨著社會(huì)進(jìn)步，人類認(rèn)識(shí)到對(duì)資源的利用不能簡(jiǎn)單掠奪，應(yīng)該合理地開(kāi)發(fā)、利用與保護(hù)

信息產(chǎn)業(yè)空前發(fā)展，已成為當(dāng)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要特點(diǎn)，其中80%的信息與空間分布有關(guān)在社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和管理等部門得到全面發(fā)展和應(yīng)用投入使用的GIS系統(tǒng)每2~3年翻一番越來(lái)越多的地區(qū)性和國(guó)際性會(huì)議以GIS為主題

……

社會(huì)急需GIS專業(yè)人才第一章緒論?課程意義當(dāng)前時(shí)代GIS發(fā)展迅速專2?

課程內(nèi)容什么是GIS？能做什么？GIS的概念、組成、功能、應(yīng)用等GIS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的輸入、處理、管理、空間分析等如何實(shí)現(xiàn)？如何發(fā)展？GIS發(fā)展熱點(diǎn)?課程內(nèi)容什么是GIS？GIS的概念、組成、功能、應(yīng)用等3§1基本概念如何為公園選擇合理位置？依山傍水交通方便環(huán)境幽靜……方案2條件2方案1條件1處理、分析空間分析算法空間數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)現(xiàn)實(shí)世界獲取植被信息+道路信息+水系信息+地形信息……§1基本概念如何為公園選擇合理位置？依山傍水方案2條4?

信息與數(shù)據(jù)

是現(xiàn)實(shí)世界在人們頭腦中的反映。它以文字、數(shù)據(jù)、符號(hào)、聲音、圖象等形式記錄下來(lái)進(jìn)行傳遞或處理，為人們的生產(chǎn)、管理、決策等提供依據(jù)。概念信息特性客觀性（任何信息都與客觀事物相聯(lián)系）適用性（針對(duì)不同問(wèn)題需要不同種類的信息）傳輸性（可在發(fā)送者和接受者間傳輸）共享性（可傳輸給多個(gè)用戶共享而本身無(wú)損失）?信息與數(shù)據(jù)是現(xiàn)實(shí)世界在人們頭腦中的反映。它以5數(shù)據(jù)

指輸入到計(jì)算機(jī)中并能被計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理的一切現(xiàn)象（數(shù)字、文字、符號(hào)、聲音、圖象等）。在計(jì)算機(jī)環(huán)境中它是描述實(shí)體或?qū)ο蟮奈ㄒ还ぞ?。?shù)據(jù)信息內(nèi)涵表達(dá)是數(shù)據(jù)的內(nèi)容和解釋只有對(duì)數(shù)據(jù)做必要的處理才能得到信息

僅是載荷信息的物理符號(hào)，沒(méi)有任何實(shí)際意義格式與具體設(shè)備相關(guān)

數(shù)據(jù)指輸入到計(jì)算機(jī)中并能被計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理的一切現(xiàn)象（6?地理信息與地學(xué)信息

是表示地理系統(tǒng)諸要素的數(shù)量、質(zhì)量、分布特征、相互聯(lián)系和變化規(guī)律的數(shù)字、文字、聲音、圖象等的總稱。是與研究對(duì)象的空間地理分布有關(guān)的信息。概念地理信息特性地域性（屬于空間信息，具有定位特征）多層次性（具有多維結(jié)構(gòu)特征，同一位置上可有多個(gè)專題和屬性）動(dòng)態(tài)性（時(shí)序特征）（隨時(shí)間而變化的動(dòng)態(tài)變化特征）?地理信息與地學(xué)信息是表示地理系統(tǒng)諸要素的數(shù)量7地學(xué)信息

與人類居住的地球有關(guān)的信息都是地學(xué)信息。具有無(wú)限性、多樣性、靈活性、共享性等特點(diǎn)。地理信息信息源不同地學(xué)信息（范圍廣）地表地下大氣層宇宙空間

地球表面的巖石圈水圈大氣圈人類活動(dòng)等

地學(xué)信息與人類居住的地球有關(guān)的信息都是地學(xué)信息。具有8?信息系統(tǒng)與地理信息系統(tǒng)

由相互作用和相互依賴的若干組成部分結(jié)合而成的具有特定功能的有機(jī)整體。系統(tǒng)信息系統(tǒng)

能對(duì)數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、加工和再現(xiàn)，并能回答用戶一系列問(wèn)題的系統(tǒng)。具有采集、管理、分析和表達(dá)數(shù)據(jù)的能力。信息系統(tǒng)

從適用于不同管理層次角度出發(fā)可分為：事務(wù)處理系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)、人工智能、專家系統(tǒng)等。類型?信息系統(tǒng)與地理信息系統(tǒng)由相互作用和相互依賴的若干9地理信息系統(tǒng)（不同的應(yīng)用領(lǐng)域與專業(yè)對(duì)它的理解不同）

是一種獲取、存儲(chǔ)、檢索、操作、分析和顯示地球空間數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。（英國(guó)教育部）為了獲取、存儲(chǔ)、檢索、分析和顯示空間定位數(shù)據(jù)而建立的計(jì)算機(jī)化的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。（美國(guó)國(guó)家地理信息與分析中心）在計(jì)算機(jī)軟件和硬件的支持下，運(yùn)用系統(tǒng)工程和信息科學(xué)的理論，科學(xué)管理和綜合分析具有空間內(nèi)涵的地理數(shù)據(jù)，以提供對(duì)規(guī)劃、管理、決策和研究所需信息的技術(shù)系統(tǒng)。（黃杏元）

本書(shū)中提到的幾種定義歸納為：地圖觀點(diǎn)、數(shù)據(jù)庫(kù)觀點(diǎn)、空間分析觀點(diǎn)地理信息系統(tǒng)（不同的應(yīng)用領(lǐng)域與專業(yè)對(duì)它的理解不同）是一10地理信息系統(tǒng)處理、管理的對(duì)象多種地理空間實(shí)體數(shù)據(jù)及其關(guān)系特定而重要的空間信息系統(tǒng)

外部表現(xiàn)為計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)操作對(duì)象是地理實(shí)體（技術(shù)難點(diǎn)）技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于混合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、強(qiáng)大的空間分析能力等（研究核心）與地理學(xué)和測(cè)繪學(xué)等有密切的關(guān)系（依托、手段）地理信息系統(tǒng)處理、管理多種地理空間實(shí)體數(shù)據(jù)及其關(guān)系特定而重要11GIS空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的聯(lián)合體GIS與其它IS間的關(guān)系圖片摘自張超《地理信息系統(tǒng)教程》所配光盤(pán)GIS空間數(shù)據(jù)與GIS與其它IS間的關(guān)系圖片摘自張超《地理信12信息系統(tǒng)（IS）非空間信息系統(tǒng)空間信息系統(tǒng)（SIS）非地理信息系統(tǒng)CAD/CAMGIS專題地籍城市管線城市規(guī)劃與管理區(qū)域資源與環(huán)境MIS…………綜合信息系統(tǒng)（IS）非空間信息系統(tǒng)空間信息系統(tǒng)（SIS）非地理信13

數(shù)據(jù)庫(kù)中的一些基本技術(shù)是GIS廣泛使用的核心技術(shù)共同管理、分析和應(yīng)用空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)

側(cè)重于非圖形數(shù)據(jù)（屬性數(shù)據(jù)）的優(yōu)化存儲(chǔ)與查詢無(wú)拓?fù)潢P(guān)系不能對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、檢索、分析GISMIS電話查號(hào)臺(tái)只能回答用戶詢問(wèn)的電話號(hào)碼通信GIS還可提供與用戶有關(guān)的空間關(guān)系信息數(shù)據(jù)庫(kù)中的一些基本技術(shù)是GIS廣泛使用的核心技術(shù)側(cè)14GIS與CAD共同點(diǎn)不同點(diǎn)

有空間坐標(biāo)系統(tǒng)能將目標(biāo)和參考系聯(lián)系起來(lái)都能描述圖形數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系都能處理屬性和空間數(shù)據(jù)

研究對(duì)象為人造對(duì)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(qiáng)，屬性庫(kù)功能相對(duì)較弱拓?fù)潢P(guān)系較為簡(jiǎn)單一般采用幾何坐標(biāo)系CADGIS

處理的數(shù)據(jù)大多來(lái)自于現(xiàn)實(shí)世界，更復(fù)雜，數(shù)據(jù)量更大；數(shù)據(jù)采集的方式多樣化屬性庫(kù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能強(qiáng)大強(qiáng)調(diào)對(duì)空間數(shù)據(jù)的分析，圖形屬性交互使用頻繁采用地理坐標(biāo)系GIS與CAD共同點(diǎn)不同點(diǎn)有空間坐標(biāo)系統(tǒng)研15GIS與CAM共同點(diǎn)不同點(diǎn)地圖輸出空間查詢分析和檢索等功能

側(cè)重于數(shù)據(jù)查詢、分類及自動(dòng)符號(hào)化，具有地圖輔助設(shè)計(jì)和產(chǎn)生高質(zhì)量矢量地圖的輸出機(jī)制強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)顯示而不是數(shù)據(jù)分析，地理數(shù)據(jù)往往缺乏拓?fù)潢P(guān)系與數(shù)據(jù)庫(kù)的聯(lián)系通常是一些簡(jiǎn)單的查詢

CAMGIS

CAM是它的重要組成部分綜合圖形和屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行深層次的空間分析，提供輔助決策信息GIS與CAM共同點(diǎn)不同點(diǎn)側(cè)重于數(shù)據(jù)查詢、分類及自動(dòng)16軟件硬件數(shù)據(jù)用戶§2GIS的組成

支持?jǐn)?shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、加工、回答用戶問(wèn)題的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)（計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件、地理信息系統(tǒng)軟件和其它支持軟件、應(yīng)用分析程序）

GIS的服務(wù)對(duì)象（分為一般用戶和從事建立、維護(hù)、管理和更新的高級(jí)用戶），是GIS中的重要構(gòu)成因素

各種設(shè)備（計(jì)算機(jī)主機(jī)、數(shù)據(jù)輸入設(shè)備、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備、數(shù)據(jù)輸出設(shè)備、數(shù)據(jù)通信傳輸設(shè)備）

系統(tǒng)分析與處理的對(duì)象、構(gòu)成系統(tǒng)的應(yīng)用基礎(chǔ)（空間數(shù)據(jù)、非空間的屬性數(shù)據(jù)）軟件硬件數(shù)據(jù)用戶§2GIS的組成支持?jǐn)?shù)據(jù)采17功能硬件配置數(shù)字化儀、解析測(cè)圖儀、掃描儀、遙感處理設(shè)備等計(jì)算機(jī)硬盤(pán)、光盤(pán)等存儲(chǔ)設(shè)備打印機(jī)、繪圖儀、顯示終端等服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)適配器、傳輸介質(zhì)、調(diào)制解調(diào)器等輸入存儲(chǔ)處理輸出網(wǎng)絡(luò)?GIS的硬件配置功能硬件配置數(shù)字化儀、解析測(cè)圖儀、輸入存儲(chǔ)處18?GIS的軟件配置GIS應(yīng)用軟件操作系統(tǒng)用戶界面數(shù)據(jù)庫(kù)硬件GIS專業(yè)平臺(tái)軟件GIS的軟件層次

GIS應(yīng)用軟件在GIS軟件層次的外層，外層以內(nèi)層軟件為基礎(chǔ)，共同完成用戶指定的任務(wù)。

?GIS的軟件配置GIS應(yīng)用軟件操作系統(tǒng)用戶界面數(shù)據(jù)庫(kù)19GIS的基礎(chǔ)軟件主要模塊圖形及屬性編輯空間數(shù)據(jù)輸入與轉(zhuǎn)換空間數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)制圖與輸出空間查詢與空間分析GIS的基礎(chǔ)圖形及屬性編輯空間數(shù)據(jù)輸入與轉(zhuǎn)換空間數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)20§3GIS的功能和應(yīng)用數(shù)據(jù)采集與輸入數(shù)據(jù)編輯與更新數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理空間查詢與分析數(shù)據(jù)顯示與輸出空間查詢疊加分析緩沖區(qū)分析地形分析網(wǎng)絡(luò)分析…?GIS的功能GIS能做什么§3GIS的功能和應(yīng)用數(shù)據(jù)采集與輸入數(shù)據(jù)編輯與更新21文字報(bào)告遙感圖象…現(xiàn)實(shí)世界數(shù)字化儀掃描儀解析測(cè)圖儀鍵盤(pán)等空間數(shù)據(jù)庫(kù)編輯、接邊、分層、圖形與屬性連接、加注記等數(shù)據(jù)采集與輸入原始數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)輸入工具文字報(bào)告現(xiàn)實(shí)世界數(shù)字化儀掃描儀解析測(cè)圖儀鍵盤(pán)等空間編輯、接22空間數(shù)據(jù)庫(kù)空間查詢空間查詢與分析屬性查詢78路公交站點(diǎn)哈爾濱在哪里空間查詢空間空間查詢空間查詢與分析屬性查詢78路公交站點(diǎn)哈爾23空間數(shù)據(jù)庫(kù)疊加分析空間檢索坡度小于3度的地形信息地價(jià)<1萬(wàn)/m2+滿足兩條件的區(qū)域

為某工廠選址（地價(jià)<1萬(wàn)/m2且地形起伏較小的區(qū)域）空間疊加分析空間檢索坡度小于3度的地形信息地價(jià)<1萬(wàn)/m2+24空間數(shù)據(jù)庫(kù)緩沖區(qū)分析

道路的噪聲影響范圍街道中心線空間檢索空間緩沖區(qū)分析道路的噪聲影響范圍街道中心線空間檢索25空間數(shù)據(jù)庫(kù)網(wǎng)絡(luò)分析

哪條路最近如何乘車道路信息空間檢索空間網(wǎng)絡(luò)分析哪條路最近道路信息空間檢索26地形分析空間數(shù)據(jù)庫(kù)地形信息空間檢索

航道淤積挖槽方案比較地形分析空間地形信息空間檢索航道淤積挖槽方案比較27數(shù)據(jù)顯示與輸出空間數(shù)據(jù)庫(kù)

各種需求各種信息空間檢索數(shù)據(jù)顯示與輸出空間各種需求各種信息空間檢索28?GIS的主要應(yīng)用領(lǐng)域主要應(yīng)用領(lǐng)域區(qū)域城鄉(xiāng)規(guī)劃災(zāi)害監(jiān)測(cè)環(huán)境評(píng)估作戰(zhàn)指揮交通運(yùn)輸宏觀決策資源管理商業(yè)、通訊、日常生活等領(lǐng)域?GIS的主要應(yīng)用領(lǐng)域主要應(yīng)用區(qū)域城鄉(xiāng)規(guī)劃災(zāi)害監(jiān)測(cè)環(huán)境29資源管理圖片摘自張超主編的《地理信息系統(tǒng)教程》所配光盤(pán)如：A、加拿大應(yīng)用GIS完成全國(guó)土地資源潛力和估算

B、中國(guó)西南地區(qū)國(guó)土資源信息系統(tǒng)

GIS最初起源于資源清查，是GIS的最基本的職能。資源清查包括對(duì)資源的清查、管理、土地利用規(guī)劃、野生動(dòng)物的保護(hù)等。資源管理圖片摘自張超主編的《地理信息系統(tǒng)教程》所配光盤(pán)30區(qū)域城鄉(xiāng)規(guī)劃

將許多不同性質(zhì)與特點(diǎn)、涉及多方要素的問(wèn)題（如資源、人口、經(jīng)濟(jì)等）統(tǒng)一到城市系統(tǒng)之中，進(jìn)行城市和區(qū)域多目標(biāo)的開(kāi)發(fā)與規(guī)劃（包括城鎮(zhèn)總體規(guī)劃、道路交通規(guī)劃，公共設(shè)施配置等）。圖片摘自張超主編的《地理信息系統(tǒng)教程》所配光盤(pán)區(qū)域城鄉(xiāng)規(guī)劃將許多不同性質(zhì)與特點(diǎn)、涉及多方要素31災(zāi)害監(jiān)測(cè)

GIS方法和多時(shí)相的遙感數(shù)據(jù)，可以有效地用于洪水災(zāi)情監(jiān)測(cè)和淹沒(méi)損失估算，確定泄洪區(qū)內(nèi)人員撤退、財(cái)產(chǎn)轉(zhuǎn)移和救災(zāi)物資供應(yīng)的最佳路線等，為救災(zāi)搶險(xiǎn)和防洪決策提供及時(shí)準(zhǔn)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(pán)災(zāi)害監(jiān)測(cè)GIS方法和多時(shí)相的遙感數(shù)據(jù)，可以有效32環(huán)境評(píng)估圖片摘自張超主編的《地理信息系統(tǒng)教程》所配光盤(pán)環(huán)境評(píng)估圖片摘自張超主編的《地理信息系統(tǒng)教程》所配光盤(pán)33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(pán)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(pán)34交通運(yùn)輸圖片摘自張超主編的《地理信息系統(tǒng)教程》所配光盤(pán)交通運(yùn)輸圖片摘自張超主編的《地理信息系統(tǒng)教程》所配光盤(pán)35宏觀決策

GIS利用地理數(shù)據(jù)庫(kù)，構(gòu)建一系列決策模型，通過(guò)比較分析，可為國(guó)家宏觀決策提供依據(jù)。例如我國(guó)在三峽地區(qū)的研究中通過(guò)利用GIS和機(jī)助制圖的方法，建立了環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為三峽工程提供了可靠數(shù)據(jù)。圖片摘自張超主編的《地理信息系統(tǒng)教程》所配光盤(pán)宏觀決策GIS利用地理數(shù)據(jù)庫(kù)，構(gòu)建一系列決策模36§4GIS與相關(guān)學(xué)科間的關(guān)系GIS地理學(xué)測(cè)繪學(xué)地學(xué)數(shù)學(xué)其他應(yīng)用科學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)地圖學(xué)RS、GPS拓?fù)鋵W(xué)統(tǒng)計(jì)分析幾何學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)理論軟件工程計(jì)算機(jī)圖形學(xué)圖象處理人工智能網(wǎng)絡(luò)計(jì)算§4GIS與相關(guān)學(xué)科間的關(guān)系GIS地理學(xué)數(shù)學(xué)其他應(yīng)37§5GIS的發(fā)展過(guò)程

GIS起源于人口普查、土地調(diào)查和自動(dòng)制圖，1960年加拿大測(cè)量學(xué)家提出了把地圖變成數(shù)字形式的地圖，1963年又提出GIS這一術(shù)語(yǔ)，并建立了第一個(gè)GIS——加拿大GIS，隨后GIS在全世界迅速發(fā)展起來(lái)。60年代——探索時(shí)期70年代——鞏固時(shí)期80年代——實(shí)破階段90年代——全面應(yīng)用國(guó)際發(fā)展?fàn)顩r70年代——準(zhǔn)備階段80年代——試驗(yàn)起步90年代——發(fā)展階段96以后——產(chǎn)業(yè)化階段我國(guó)發(fā)展?fàn)顩r§5GIS的發(fā)展過(guò)程GIS起源于38第二章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)GIS是通過(guò)對(duì)空間數(shù)據(jù)的管理、分析而提供有用的信息，如何組織數(shù)據(jù)便于管理、分析，就成為首要考慮的問(wèn)題。

GIS的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主要是指空間數(shù)據(jù)的編排方式和組織關(guān)系。

GIS軟件支持的主要空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有基于矢量的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和基于柵格的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。第二章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)GIS是通過(guò)對(duì)空間數(shù)39§1空間實(shí)體及其描述?

空間實(shí)體（地理實(shí)體）

是指自然界現(xiàn)象和社會(huì)經(jīng)濟(jì)事件中不能再分割的單元，是描述、反映空間對(duì)象的單位，它是一個(gè)概括性的、復(fù)雜的、具有相對(duì)意義的概念。一般具有：標(biāo)識(shí)符、位置、空間特征、屬性特征、功能屬性。

“不能再分割”是一個(gè)相對(duì)的概念。例如，在小比例尺地圖上一個(gè)城市（武漢）就是一個(gè)實(shí)體，可用點(diǎn)表示，不能再分割，而在大比例尺的城市地圖上，要詳細(xì)表達(dá)房屋、街道等，所以城市必須再分割，應(yīng)將房屋、街道等作為研究的地理實(shí)體?！?空間實(shí)體及其描述?空間實(shí)體（地理實(shí)體）是40?

實(shí)體特征空間維數(shù)（0、1、2、3維）實(shí)體類型點(diǎn)狀實(shí)體（0維）線狀實(shí)體（1維）面狀實(shí)體（2維）體狀實(shí)體（3維）實(shí)體間的空間關(guān)系與組合主要為拓?fù)潢P(guān)系一般為名稱、屬性等實(shí)體特征空間特征屬性特征時(shí)間特征隨時(shí)間而變化的特征?實(shí)體特征空間維數(shù)（0、1、2、3維）實(shí)體類型點(diǎn)41地理信息系統(tǒng)原理課件42依表示對(duì)象不同分?

空間數(shù)據(jù)類型與描述類型依數(shù)據(jù)來(lái)源不同分地圖數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)依表示對(duì)象不同分?空間數(shù)據(jù)類型與描述類型43地理信息系統(tǒng)原理課件44描述

對(duì)點(diǎn)狀的地形、地物要素的幾何描述由坐標(biāo)點(diǎn)標(biāo)識(shí)

對(duì)線狀空間實(shí)體部分或全部的幾何描述由一系列有序坐標(biāo)對(duì)組成

對(duì)面狀空間實(shí)體的幾何描述數(shù)據(jù)庫(kù)中由一封閉曲線加內(nèi)點(diǎn)表示

對(duì)空間三維實(shí)體或多面體的幾何描述具有長(zhǎng)度、寬度、高度等屬性體實(shí)體面實(shí)體線實(shí)體點(diǎn)實(shí)體描述對(duì)點(diǎn)狀的地形、地物要素的幾何描述對(duì)線狀空45點(diǎn)狀實(shí)體角點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)Vertex：表示線段和弧段上的連接點(diǎn)實(shí)體點(diǎn)：用來(lái)代表一個(gè)實(shí)體注記點(diǎn)：用于定位注記內(nèi)點(diǎn)：用于負(fù)載多邊形的屬性，存在于多邊形內(nèi)類型：點(diǎn)狀實(shí)體角點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)Vertex：實(shí)體點(diǎn)：用來(lái)代表一個(gè)實(shí)體注記46

形式上有曲線、折線兩種（線段、邊界、鏈、弧段、網(wǎng)絡(luò)等）。線狀實(shí)體特性：實(shí)體長(zhǎng)度：從起點(diǎn)到終點(diǎn)的總長(zhǎng)彎曲度：用于表示象道路拐彎時(shí)彎曲的程度方向性：可標(biāo)識(shí)水流方向，公路的單、雙向之分等形式上有曲線、折線兩種（線段、邊界、鏈、弧段、網(wǎng)絡(luò)等）。線47面狀實(shí)體特性：面積周長(zhǎng)獨(dú)立性或與其它地物相鄰（如中國(guó)及其周邊國(guó)家）內(nèi)島嶼或鋸齒狀外形（如島嶼的海岸線封閉所圍成的區(qū)域）重疊性與非重疊性（如學(xué)校的分區(qū)、菜市場(chǎng)的服務(wù)范圍等都有可能出現(xiàn)交叉重疊現(xiàn)象，而一個(gè)城市的各個(gè)城區(qū)一般來(lái)說(shuō)不會(huì)出現(xiàn)重疊。）面狀實(shí)體特性：48體狀實(shí)體特性：體積（如工程開(kāi)挖和填充的土方量）每個(gè)二維平面的面積周長(zhǎng)內(nèi)島含有弧立塊或相鄰塊斷面圖與剖面圖體狀實(shí)體特性：49?空間實(shí)體間的組合

現(xiàn)實(shí)世界的各種現(xiàn)象比較復(fù)雜，往往由不同的空間單元組合而成，如由簡(jiǎn)單實(shí)體組合表達(dá)復(fù)雜實(shí)體。由點(diǎn)、線、面兩兩之間組合可表達(dá)復(fù)雜的空間問(wèn)題。線—面的關(guān)系區(qū)域包含線（計(jì)算區(qū)域內(nèi)線的密度）線通過(guò)區(qū)域（公路是否通過(guò)某縣）線環(huán)繞區(qū)域（區(qū)域邊界，搜索中國(guó)與哪些國(guó)家接壤）線與區(qū)域分離（距離）?空間實(shí)體間的組合現(xiàn)實(shí)世界的各種現(xiàn)象比較復(fù)雜50面—面的關(guān)系包含（島,某省的湖泊分布）相合、重疊（學(xué)校服務(wù)范圍與菜場(chǎng)服務(wù)范圍重疊區(qū)）相交（劃分子區(qū)）相鄰（計(jì)算相鄰邊界性質(zhì)和長(zhǎng)度，公共連接邊界）分離（計(jì)算距離）學(xué)校菜場(chǎng)面—面的關(guān)系學(xué)校菜場(chǎng)51?

實(shí)體間空間關(guān)系拓?fù)淇臻g關(guān)系順序空間關(guān)系方向空間關(guān)系度量空間關(guān)系主要指實(shí)體間的距離關(guān)系、遠(yuǎn)近空間關(guān)系類型拓?fù)溧徑印⑼負(fù)潢P(guān)聯(lián)、拓?fù)浒?/p>

用上下左右、前后、東南西北等方向性名稱來(lái)描述空間實(shí)體的順序關(guān)系，算法復(fù)雜。

度量?jī)牲c(diǎn)間距離的方法①沿真實(shí)地球表面進(jìn)行,除與兩點(diǎn)的地理坐標(biāo)有關(guān)外，還與所通過(guò)路徑的地形起伏有關(guān)（復(fù)雜）②沿地球旋轉(zhuǎn)橢球體的距離量算距離類別歐氏距離、曼哈頓（出租車）距離、時(shí)間距離、大地測(cè)量距離（大地線）?實(shí)體間空間關(guān)系拓?fù)漤樞蚨攘靠臻g關(guān)系類型拓?fù)溧徑?、拓?fù)潢P(guān)52拓?fù)淇臻g關(guān)系拓?fù)渥儞Q（橡皮變換）

指圖形保持連續(xù)狀態(tài)下變形，但圖形關(guān)系不變的性質(zhì)。將橡皮任意拉伸、壓縮，但不能扭轉(zhuǎn)或折疊，各種圖形的形狀、大小會(huì)隨著圖形的變形而改變，但是實(shí)體間的拓?fù)涮匦允遣粫?huì)改變的。非拓?fù)鋵傩裕◣缀危?/p>

兩點(diǎn)間距離、弧段長(zhǎng)度、區(qū)域周長(zhǎng)、面積等拓?fù)鋵傩裕](méi)發(fā)生變化的屬性）

一個(gè)點(diǎn)在一條弧段的端點(diǎn)（或在一個(gè)區(qū)域的邊界上、在一個(gè)區(qū)域的內(nèi)部/外部、在一個(gè)環(huán)的內(nèi)/外部等）一條弧是一簡(jiǎn)單弧段（自身不相交）一個(gè)面是一個(gè)簡(jiǎn)單面、一個(gè)面的連通性（面內(nèi)任兩點(diǎn)從一點(diǎn)可在面的內(nèi)部走向另一點(diǎn)）……拓?fù)淇臻g關(guān)系拓?fù)渥儞Q指圖形保持連續(xù)狀態(tài)下變形，但圖53P1P2P3P4P1--111P21--10P311--0P4100--同類元素之間的拓?fù)潢P(guān)系如：多邊形之間的鄰接關(guān)系結(jié)點(diǎn)之間的鄰接關(guān)系鄰接性如：鄰接矩陣重疊：--鄰接：1不鄰接：0P1P2P3P4P1--111P21--10P311--0P54不同類元素之間的拓?fù)潢P(guān)系如：結(jié)點(diǎn)與弧段的關(guān)聯(lián)關(guān)系（V9與L5，L6，L3）多邊形與弧段的關(guān)聯(lián)關(guān)系（P2與L3，L5，L2）關(guān)聯(lián)性不同類元素之間的拓?fù)潢P(guān)系關(guān)聯(lián)性55

與鄰接性類似，指對(duì)弧段連接的判別，如用于網(wǎng)絡(luò)分析中確定路徑、街道是否相通。連通性V1V2V3V1--10V21--1V301--如：連通矩陣與鄰接性類似，指對(duì)弧段連通性V1V2V3V156方向性：一條弧段的起點(diǎn)、終點(diǎn)確定了弧段的方向。用于表達(dá)現(xiàn)實(shí)中的有向弧段，如城市道路單向、河流的流向等。包含性：指面狀實(shí)體包含了哪些線、點(diǎn)或面狀實(shí)體。如：多邊形P1包含P4層次關(guān)系：相同元素之間的等級(jí)關(guān)系（如武漢市由各個(gè)區(qū)組成）

拓?fù)潢P(guān)系能清楚地反映實(shí)體間的邏輯結(jié)構(gòu)關(guān)系，它比幾何關(guān)系具有更大的穩(wěn)定性，不隨地圖投影而變化。利用拓?fù)潢P(guān)系有助于空間要素的查詢。如供水管網(wǎng)系統(tǒng)中某段水管破裂找關(guān)閉它的閥門，就需要查詢?cè)摼€（管道）與哪些點(diǎn)（閥門）關(guān)聯(lián)。根據(jù)拓?fù)潢P(guān)系可重建地理實(shí)體。對(duì)數(shù)據(jù)處理和空間分析具有重要意義方向性：一條弧段的起點(diǎn)、終點(diǎn)確定了弧段的方向。用于表達(dá)現(xiàn)實(shí)中57拓?fù)淇臻g關(guān)系的表達(dá)一種拓?fù)潢P(guān)系表達(dá)方式：由4個(gè)關(guān)系表來(lái)表示面構(gòu)成面的弧段P1L1，L3，L6，-L7面—鏈關(guān)系鏈鏈兩端的結(jié)點(diǎn)L3V4，V9鏈—結(jié)點(diǎn)關(guān)系結(jié)點(diǎn)通過(guò)該結(jié)點(diǎn)的鏈V1L1，L6，L4結(jié)點(diǎn)—鏈關(guān)系鏈左鄰面右鄰面L3P2，P1鏈—面關(guān)系拓?fù)淇臻g關(guān)系的表達(dá)一種拓?fù)潢P(guān)系表達(dá)方式：由4個(gè)關(guān)系表來(lái)表示58?

空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)常用結(jié)構(gòu)基于矢量（Vector）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基于柵格（Raster）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

如果我們將描述空間實(shí)體的各類數(shù)據(jù)雜亂無(wú)章地存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)中，將無(wú)法使用和處理，而成為一堆信息垃圾。因此，描述空間實(shí)體的數(shù)據(jù)必須有規(guī)律地存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)中，即按照一定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存貯數(shù)據(jù)?？臻g數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是指空間數(shù)據(jù)的組織形式，是適合于計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)、管理和處理的數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)。?空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)常用結(jié)構(gòu)基于矢量（Vector）數(shù)據(jù)結(jié)59

目前由于沒(méi)有一種統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可同時(shí)存儲(chǔ)、管理描述空間實(shí)體的所有數(shù)據(jù)，因此常采用矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述圖形數(shù)據(jù)，柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述影像數(shù)據(jù)，關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)表描述屬性數(shù)據(jù)。

有多種數(shù)據(jù)模型都可實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理。如雙元數(shù)據(jù)模型——分別建立空間數(shù)據(jù)庫(kù)和屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，并依靠關(guān)鍵字建立空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系，就可較好的實(shí)現(xiàn)兩種數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理。雙元模型GIS關(guān)鍵字屬性數(shù)據(jù)庫(kù)空間數(shù)據(jù)庫(kù)目前由于沒(méi)有一種統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可同時(shí)存儲(chǔ)、60§2矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)?

圖形表示通過(guò)記錄坐標(biāo)的方式精確地表示空間實(shí)體的位置理論上的精確定位明顯屬性隱含圖片摘自張超主編的《地理信息系統(tǒng)教程》所配光盤(pán)§2矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)?圖形表示通過(guò)記錄坐標(biāo)的方式精確地表61?

數(shù)據(jù)獲取矢量數(shù)據(jù)的獲取

利用各種定位儀器設(shè)備采集空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)（GPS、平板測(cè)圖儀等）

利用已有的數(shù)據(jù)通過(guò)模型運(yùn)算得到（疊加復(fù)合分析、緩沖區(qū)分析等）

通過(guò)柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換而來(lái)（利用遙感數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)更新GIS數(shù)據(jù)庫(kù)）

通過(guò)紙質(zhì)地圖數(shù)字化得到（手扶跟蹤數(shù)字化、掃描矢量化）?數(shù)據(jù)獲取矢量數(shù)據(jù)的獲取利用各種定位儀器設(shè)62?

數(shù)據(jù)組織關(guān)系表幾何位置坐標(biāo)文件連接點(diǎn)：坐標(biāo)對(duì)（x，y）線：坐標(biāo)對(duì)系列（x1，y1）..（xn，yn）面：首尾相同的坐標(biāo)串識(shí)別符有關(guān)屬性其它屬性+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(guān)系（拓?fù)潢P(guān)系）應(yīng)考慮?數(shù)據(jù)組織關(guān)系表幾何位置坐標(biāo)文件連接點(diǎn)：坐標(biāo)對(duì)（x，y）63

點(diǎn)實(shí)體和線實(shí)體的編碼方式比較簡(jiǎn)單，只要能將空間信息和屬性信息記錄下來(lái)就行。多邊形實(shí)體（面實(shí)體）除要表示位置、屬性外，還要表示其拓?fù)潢P(guān)系。標(biāo)識(shí)碼X、Y坐標(biāo)屬性碼標(biāo)識(shí)碼X、Y坐標(biāo)點(diǎn)的矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)線的矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)標(biāo)識(shí)碼X、Y坐標(biāo)坐標(biāo)對(duì)數(shù)n?

編碼方式（幾何位置坐標(biāo)的編碼方式）點(diǎn)實(shí)體和線實(shí)體的編碼方式比較簡(jiǎn)單，只要能將標(biāo)64多邊形矢量編碼方法

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)以實(shí)體為單位的運(yùn)算和顯示。相鄰多邊形的公共邊界被數(shù)字化、存儲(chǔ)兩次，造成數(shù)據(jù)冗余和數(shù)據(jù)不一致。缺少多邊形的鄰接信息，無(wú)拓?fù)潢P(guān)系，難以進(jìn)行鄰域處理。島作為一個(gè)單個(gè)圖形，沒(méi)有與外界多邊形聯(lián)系。這種結(jié)構(gòu)只用于簡(jiǎn)單的制圖系統(tǒng)中，顯示圖形。實(shí)體式（spaghetti）面條模型12P3P2P1ADCB3456789101112131415以實(shí)體為單位記錄其邊界坐標(biāo)多邊形坐標(biāo)串P1…P2…多邊形矢量編碼方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)以實(shí)體為單位的運(yùn)算和65索引式（樹(shù)狀）

對(duì)所有點(diǎn)的坐標(biāo)按順序建坐標(biāo)文件，再建點(diǎn)與邊（線）、線與多邊形的索引文件。索引文件12P3P2P1ADCB3456789101112131415Map點(diǎn)文件點(diǎn)號(hào)坐標(biāo)1x1,y1面文件面號(hào)弧段號(hào)P1A,B,C弧段文件弧段號(hào)A起點(diǎn)5點(diǎn)號(hào)7,8,9,10終點(diǎn)2

消除了多邊形邊界的數(shù)據(jù)冗余和不一致，鄰接信息、島信息可在多邊形文件中通過(guò)是否公共弧段號(hào)的方式查詢。但表達(dá)拓?fù)潢P(guān)系較繁瑣，給處理島信息、檢索拓?fù)潢P(guān)系等帶來(lái)困難。索引式（樹(shù)狀）對(duì)所有點(diǎn)的坐標(biāo)按順序建坐標(biāo)文件66雙重獨(dú)立式（DIME）

是美國(guó)人口統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)采用的一種編碼方式，特點(diǎn)是采用了拓?fù)渚幋a結(jié)構(gòu)。

12P3P2P1ADCB3456789101112131415點(diǎn)文件點(diǎn)號(hào)坐標(biāo)1x1,y1面文件面號(hào)P1線號(hào)L210,L109…線文件（以線段為記錄單位）關(guān)聯(lián)鄰接關(guān)聯(lián)連通線號(hào)L210左多邊形P1起點(diǎn)2右多邊形P2終點(diǎn)10拓?fù)潢P(guān)系明確雙重獨(dú)立式（DIME）是美國(guó)人口統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)采用67鏈狀雙重獨(dú)立式

對(duì)DIME編碼方式中以線段為單位編碼改為以弧段為單位。

12P3P2P1ADCB3456789101112131415點(diǎn)拓?fù)湮募ńY(jié)點(diǎn)-鏈關(guān)系）點(diǎn)號(hào)弧段號(hào)2A,B,D面文件面號(hào)P1弧段號(hào)A,B,-C弧段文件（鏈-面，鏈-結(jié)點(diǎn)關(guān)系）弧段號(hào)A左多邊形P1起點(diǎn)2右多邊形P2終點(diǎn)5弧段坐標(biāo)文件弧段號(hào)A坐標(biāo)系列x2,y2,x10,y10…鏈狀雙重獨(dú)立式對(duì)DIME編碼方式中以線段為單68

在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，多邊形（面）的邊界被分割成一系列的線（弧、鏈、邊）和點(diǎn)（結(jié)點(diǎn)）等拓?fù)湟?，點(diǎn)、線、面之間的拓?fù)潢P(guān)系在屬性表中定義，多邊形邊界不重復(fù)。

拓?fù)潢P(guān)系明確，能表達(dá)島信息，而且以弧段為記錄單位，滿足實(shí)際應(yīng)用需要。因?yàn)橐话銛?shù)字化一條街道時(shí)，必然有許多中間點(diǎn)，但我們?cè)谧隹臻g分析時(shí)沒(méi)有必要以這些中間點(diǎn)所組成的折線為研究對(duì)象，而應(yīng)以整條弧段（某條街道）為研究對(duì)象。這種編碼方式被一些商品化的GIS軟件采用，如ARC/INFO軟件。特點(diǎn)在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，多邊形（面）的邊界被分割成一系列的線69§3柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)?

圖形表示

柵格結(jié)構(gòu)用密集正方形（或三角形，多邊形）將地理區(qū)域劃分為網(wǎng)格陣列。位置由行、列號(hào)定義，屬性為柵格單元的值。屬性明顯，位置隱含。點(diǎn)——由單個(gè)柵格表達(dá)線——由沿線走向有相同屬性取值的

一組相鄰柵格表達(dá)面——由沿線走向有相同屬性取值的

一片柵格表達(dá)22122332332333233332§3柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)?圖形表示柵格結(jié)構(gòu)用密集正方70特點(diǎn)

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)。柵格數(shù)據(jù)的比例尺就是柵格(像元)大小與地表相應(yīng)單元大小之比。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，當(dāng)像元所表示的面積較大時(shí)，有可能產(chǎn)生屬性方面的較大偏差，并對(duì)長(zhǎng)度、面積等的量測(cè)有較大影響。因?yàn)樵谝粋€(gè)柵格的地表范圍內(nèi)，可能多于一種地物，而表示在柵格單元中只能有一個(gè)代碼。特點(diǎn)柵格數(shù)據(jù)表示的是二維表面上的地理71?

數(shù)據(jù)組織

柵格尺寸越小分辨率越高，但使柵格數(shù)據(jù)量變大；柵格尺寸較大，會(huì)造成較大誤差。柵格數(shù)據(jù)組織的基本要求有效地逼近分析對(duì)象的分布特征最大限度地壓縮存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量22222aaaaa22土壤植被空間數(shù)據(jù)庫(kù)組織方法一個(gè)柵格單元對(duì)應(yīng)多個(gè)屬性值的多層?xùn)鸥裎募M織方法?數(shù)據(jù)組織柵格尺寸越小分辨率柵格數(shù)據(jù)組織72abc

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)。

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，柵格個(gè)數(shù)很多。

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。abc每層每個(gè)像元的位置、屬性一一記錄。結(jié)構(gòu)73建立途徑

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）

遙感影像數(shù)據(jù)（將經(jīng)過(guò)分類解釋的遙感影像數(shù)據(jù)直接輸入或重采樣后輸入系統(tǒng)）

掃描儀掃描（以行和列逐點(diǎn)掃描專題圖，將掃描數(shù)據(jù)按顏色與屬性對(duì)應(yīng)表進(jìn)行柵格編碼）

由矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換而來(lái)

格網(wǎng)DEM數(shù)據(jù)（當(dāng)屬性值為地面高程，可通過(guò)DEM內(nèi)插得到）?

柵格結(jié)構(gòu)的建立建手工獲?。▽ｎ}圖上劃分均勻網(wǎng)格，逐個(gè)決定其網(wǎng)格代碼74柵格系統(tǒng)的確定柵格坐標(biāo)系統(tǒng)柵格單元尺寸

由于柵格編碼一般用于區(qū)域性GIS，原點(diǎn)的選擇常具有局部性質(zhì)，但為了便于區(qū)域的拼接，柵格系統(tǒng)的起始坐標(biāo)應(yīng)與國(guó)家基本比例尺地形圖公里網(wǎng)的交點(diǎn)相一致，并分別采用公里網(wǎng)的縱橫坐標(biāo)軸作為柵格系統(tǒng)的坐標(biāo)軸。柵格坐標(biāo)系的確定

坐標(biāo)系的確定實(shí)質(zhì)是坐標(biāo)系原點(diǎn)和坐標(biāo)軸的確定柵格系統(tǒng)的確定柵格坐標(biāo)系統(tǒng)由于柵格編碼一般用75柵格單元的尺寸

既能有效地逼近空間對(duì)象的分布特征，又減少數(shù)據(jù)的冗余度。

若格網(wǎng)太大，會(huì)忽略較小圖斑，丟失信息。格網(wǎng)越小，分辨率愈高，但柵格數(shù)據(jù)量越大（按分辨率的平方指數(shù)增加），處理速度越慢。通常以保證最小多邊形不丟失為原則來(lái)確定單元尺寸。h——柵格單元邊長(zhǎng)

Ai——區(qū)域所有多邊形的面積經(jīng)驗(yàn)公式柵格單元的尺寸既能有效地逼近空間對(duì)象76柵格代碼的確定（屬性值）

當(dāng)一個(gè)柵格單元內(nèi)有多個(gè)可選屬性值時(shí)，可選擇一種方法來(lái)確定柵格屬性值。中心點(diǎn)法面積占優(yōu)法長(zhǎng)度占優(yōu)法重要性法

取位于柵格中心的屬性值為該柵格的屬性值

定義屬性類型的重要級(jí)別，取重要的屬性值為柵格屬性值

取柵格中線段最長(zhǎng)的實(shí)體屬性為柵格單元的屬性值?；蛉鸥裰芯€（水平或垂直）的大部分長(zhǎng)度所對(duì)應(yīng)的面域的屬性值。212

取面積最大者的屬性值為柵格單元的屬性值上圖屬性值取A柵格代碼的確定（屬性值）當(dāng)一個(gè)柵格單元內(nèi)有多77?

柵格數(shù)據(jù)編碼方法數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量的壓縮顧及GIS對(duì)數(shù)據(jù)訪問(wèn)的效率應(yīng)考慮

在編碼過(guò)程中信息沒(méi)有丟失，經(jīng)過(guò)解碼可恢復(fù)原有的信息。

為最大限度壓縮數(shù)據(jù)，在編碼中損失一些認(rèn)為不太重要的信息，解碼后，這部分信息無(wú)法恢復(fù)。數(shù)據(jù)壓縮無(wú)損壓縮（信息保持編碼）有損壓縮（信息不保持編碼）將數(shù)據(jù)表示成更緊湊的格式以減少存儲(chǔ)空間的一項(xiàng)技術(shù)?柵格數(shù)據(jù)編碼方法數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量的壓縮應(yīng)考慮在78直接?xùn)鸥窬幋a每行都從左到右記錄

AAAAABBBAABBAABB奇數(shù)行從左到右，偶數(shù)行從右到左

AAAABBBAAABBBBAA

AAAAABBBAABBAABB將柵格數(shù)據(jù)看作一個(gè)數(shù)據(jù)矩陣，逐行記錄代碼數(shù)據(jù)。最簡(jiǎn)單最直接的一種柵格編碼方法沒(méi)有進(jìn)行任何數(shù)據(jù)壓縮處理直接?xùn)鸥窬幋a每行都從左到右記錄AAAAABBBAABBAAB79將原圖表示的數(shù)據(jù)矩陣變?yōu)閿?shù)據(jù)對(duì)屬性碼，長(zhǎng)度（連續(xù)相同碼值的柵格個(gè)數(shù)），行號(hào)（可選）屬性碼，點(diǎn)位（屬性值發(fā)生變化的位置）行程編碼（變長(zhǎng)編碼）AAAAABBBAABBAABBA，4，A，1，B，3，A，2，B，2，A，2，B，2特點(diǎn)

區(qū)域越大，數(shù)據(jù)的相關(guān)性越強(qiáng)，則壓縮比越大（壓縮比的大小與圖的復(fù)雜程度成反比），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。

這種編碼在柵格加密時(shí)，數(shù)據(jù)量不會(huì)明顯增加，壓縮率高，最大限度地保留了原始柵格結(jié)構(gòu)，編碼解碼運(yùn)算簡(jiǎn)單，且易于檢索、疊加、合并等操作。將原圖表示的數(shù)據(jù)矩陣變?yōu)閿?shù)據(jù)對(duì)行程編碼（變長(zhǎng)編碼）AAAAA80塊碼（行程編碼向二維擴(kuò)展）12345678104477777244444777344448877400488877500888878600088888700008888800000888

采用正方形區(qū)域作為記錄單元，每個(gè)記錄單元包括相鄰的若干柵格。組成:（初始行，列，半徑，屬性值）

(1,1,1,0),(1,2,2,4),(1,4,1,7),(1,5,1,7)…依次掃描，編過(guò)的不重復(fù)。特點(diǎn)具有可變分辨率，即當(dāng)屬性變化小時(shí)圖塊大，對(duì)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。與行程編碼類似，隨圖形復(fù)雜程度的提高而降低分辨率。塊碼（行程編碼向二維擴(kuò)展）12381鏈?zhǔn)骄幋a（Freeman鏈碼或邊界鏈碼）

將柵格數(shù)據(jù)（線狀地物或面域邊界）表示為由某一起始點(diǎn)和某些基本方向上的單位矢量鏈。單位矢量的長(zhǎng)度為一個(gè)柵格單元，每個(gè)后續(xù)點(diǎn)可能位于其前繼點(diǎn)的8個(gè)基本方向之一。

定義一個(gè)33窗口，將中間柵格走向的

8種可能以0~7進(jìn)行編碼。一般按從上到下、從左到右的規(guī)則尋找起始點(diǎn)。記下地物屬性碼和起點(diǎn)行、列后，進(jìn)行追蹤（順時(shí)針或逆時(shí)針?lè)较颍玫绞噶挎?。鏈?zhǔn)骄幋a（Freeman鏈碼或邊界鏈碼）將柵82aaaaaaab屬性碼ab起點(diǎn)行13起點(diǎn)列47鏈碼5566565766543

…特點(diǎn)鏈碼可有效地存儲(chǔ)壓縮柵格數(shù)據(jù)，便于面積、長(zhǎng)度、轉(zhuǎn)折方向和邊界、線段凹凸度的計(jì)算。但不易做邊界合并、插入操作，編輯較困難（對(duì)局部修改將改變整體結(jié)構(gòu)）。區(qū)域空間分析困難，相鄰區(qū)域邊界被重復(fù)存儲(chǔ)。aaaaaaab屬性碼ab起點(diǎn)行13起點(diǎn)列47鏈碼5566583四叉樹(shù)編碼

一種可變分辨率的非均勻網(wǎng)格系統(tǒng)，是最有效的柵格數(shù)據(jù)壓縮編碼方法之一。AAAAABBBAABBAABB

將2n×2n像元組成的圖像（不足的用背景補(bǔ)上）按象限等分為四部分，逐塊檢查網(wǎng)格的屬性值。若某部分中所有網(wǎng)格值相同，就不再分割，否則繼續(xù)把該區(qū)進(jìn)行遞歸分割，直到每個(gè)子塊都只含有相同的屬性值為止。基本思想四叉樹(shù)編碼一種可變分辨率的非均勻網(wǎng)格系統(tǒng)，是最有效的84

用一棵樹(shù)表示這種分割和分割結(jié)果根——整個(gè)區(qū)域高——分幾級(jí)（幾次分割）葉結(jié)點(diǎn)——不能再分割的塊分支結(jié)點(diǎn)——還需分割的塊樹(shù)形表示0123用一棵樹(shù)表示這種分割和分割結(jié)果樹(shù)形表示01285編碼方法

除記錄葉結(jié)點(diǎn)外，還記錄中間結(jié)點(diǎn)。結(jié)點(diǎn)之間借助指針聯(lián)系，每個(gè)結(jié)點(diǎn)需要六個(gè)量表達(dá)指針不僅增加了數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)量，而且增加了操作的復(fù)雜性（如結(jié)點(diǎn)所代表的圖像塊的位置需要從根節(jié)點(diǎn)開(kāi)始逐步推算下來(lái)）。所以，常規(guī)四叉樹(shù)主要在建立索引文件、進(jìn)行數(shù)據(jù)檢索等方面應(yīng)用。常規(guī)四叉樹(shù)父結(jié)點(diǎn)指針?biāo)膫€(gè)葉結(jié)點(diǎn)指針結(jié)點(diǎn)屬性值編碼方法除記錄葉結(jié)點(diǎn)外，還記錄中間結(jié)點(diǎn)。結(jié)點(diǎn)86

只存儲(chǔ)葉結(jié)點(diǎn)的信息。每個(gè)結(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)三個(gè)量線性四叉樹(shù)葉結(jié)點(diǎn)位置深度結(jié)點(diǎn)屬性值用地址碼表示四進(jìn)制Morton碼十進(jìn)制Morton碼存貯量小，只對(duì)葉結(jié)點(diǎn)編碼，節(jié)省了大量中間結(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)，地址碼隱含著結(jié)點(diǎn)的分割路徑和分割次數(shù)。線性四叉樹(shù)可直接尋址，通過(guò)坐標(biāo)值直接計(jì)算其Morton碼，而不用建立四叉樹(shù)。定位碼容易存儲(chǔ)和執(zhí)行實(shí)現(xiàn)集合相加等組合操作。只存儲(chǔ)葉結(jié)點(diǎn)的信息。每個(gè)結(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)三個(gè)量線性四叉樹(shù)葉結(jié)點(diǎn)位87四進(jìn)制Morton碼——每位均是不大于3的四進(jìn)制數(shù)

通過(guò)不斷分割的方式自上而下進(jìn)行，每分割一次，標(biāo)號(hào)增加一位數(shù)字，分割次數(shù)越多，所得的子區(qū)越小，標(biāo)號(hào)位數(shù)越多，該標(biāo)號(hào)就是Morton碼

Morton碼確定四叉樹(shù)葉結(jié)點(diǎn)的具體位置

這種方法需大量重復(fù)運(yùn)算，因而應(yīng)用較少。自上而下的方式（分割的過(guò)程）012303AAAAABBBAB23四進(jìn)制Morton碼——每位均是不大于3的四進(jìn)制數(shù)88自下而上的方式（合并的過(guò)程）將十進(jìn)制行列號(hào)轉(zhuǎn)成二進(jìn)制并計(jì)算每個(gè)柵格對(duì)應(yīng)的MQ碼（2n×2n區(qū)域每個(gè)MQ碼為n位）MQ=2*Ib+Jb

按MQ碼的升序排列成線性表依次檢查每四個(gè)相鄰MQ碼對(duì)應(yīng)的柵格屬性值，若相同則合并為一個(gè)大塊，否則將四個(gè)柵格值存盤(pán)。如此循環(huán)，直到?jīng)]有能夠合并的子塊為止。AAAAABBBAABBAABB2320213031222332330203121300011011I0123Ib011011JbJ0110110123自下而上的方式（合并的過(guò)程）將十進(jìn)制行列號(hào)轉(zhuǎn)成二進(jìn)制（89十進(jìn)制Morton碼（MD碼）按位操作方法（計(jì)算MD碼的一種方法）將二進(jìn)制的行列號(hào)交叉得二進(jìn)制的MD碼若Ib=（inin-1…i2i1），Jb=（jnjn-1…j2j1）則交叉得MD碼為injnin-1jn-1…i2j2i1j1將二進(jìn)制的MD碼轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)如Ib=（10）2，Jb=（11）2則交叉得MD碼=1101轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制為13A0A1A4A5A2B3B6B7A8A9B12B13A10A11B14B15按左上、右上、左下、右下的順序從0開(kāi)始對(duì)每個(gè)柵格自然編碼十進(jìn)制Morton碼（MD碼）按位操作方法（計(jì)算90壓縮2n×2n的圖像為線性四叉樹(shù)的過(guò)程A0A1A4A5A2B3B6B7A8A9B12B13A10A11B14B15按Morton碼把圖像讀入一維數(shù)組Morton碼：0123456789101112131415像元值：AAAB

ABBB

AAAA

BBBB比較相鄰四像元，相同的合并，并記錄第一個(gè)像元的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。

01234567812AAABAABBAB

最后用行程長(zhǎng)度編碼壓縮，壓縮時(shí)只記錄第一個(gè)像元的Morton碼。0346812ABABAB壓縮2n×2n的圖像為線性四叉樹(shù)的過(guò)程AAAAABBB91四叉樹(shù)編碼方法特點(diǎn)對(duì)于團(tuán)塊圖像，四叉樹(shù)表示法占用空間比網(wǎng)絡(luò)法要少得多，四叉樹(shù)表示法基本上是一種非冗余表示法。四叉樹(shù)具有可變率或多重分辨率的特點(diǎn)，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。矢/柵正反變換還不理想。建立四叉樹(shù)費(fèi)時(shí)。四叉樹(shù)雖可修改，但很費(fèi)事。四叉樹(shù)沒(méi)有直接表示物體間的拓?fù)潢P(guān)系。四叉樹(shù)編碼方法特點(diǎn)對(duì)于團(tuán)塊圖像，四叉樹(shù)表示法占用空92與非樹(shù)表示法比較，四叉樹(shù)表示法的缺點(diǎn)在于轉(zhuǎn)換的不穩(wěn)定性或叫滑動(dòng)變異。

如兩個(gè)圖像的差異僅由于平移，就會(huì)構(gòu)成極為不同的四叉樹(shù)，因而很難根據(jù)四叉樹(shù)來(lái)判斷這兩個(gè)圖像是否相同，故不利于形狀分析和模式識(shí)別。

一個(gè)物體的圖像在構(gòu)成四叉樹(shù)時(shí)會(huì)被分割到若干個(gè)象限中，使它失去了內(nèi)在的相關(guān)性。與非樹(shù)表示法比較，四叉樹(shù)表示法的缺點(diǎn)在于轉(zhuǎn)換的不穩(wěn)93§4矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)?

矢量與柵格結(jié)構(gòu)的比較矢量柵格

便于面向?qū)ο筇幚?；?shù)據(jù)量小而精度高；易于建立和分析圖形的拓?fù)潢P(guān)系和網(wǎng)絡(luò)關(guān)系；圖形顯示質(zhì)量好，精度高。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不便于數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，數(shù)據(jù)交換困難；多邊形疊置分析困難，表達(dá)空間變化性能力差；不能像數(shù)字圖像那樣做增強(qiáng)處理；軟硬件技術(shù)要求高，顯示與繪圖成本較高。

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易數(shù)據(jù)交換；疊置分析和地理現(xiàn)象模擬較易；利于與感遙數(shù)據(jù)的匹配應(yīng)用和分析，便于圖像處理；輸出快速，成本低廉。圖形數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不嚴(yán)密、緊湊，需使用壓縮技術(shù)，精度相對(duì)較低；現(xiàn)象識(shí)別效果不如矢量方法，難以表達(dá)拓?fù)?；投影轉(zhuǎn)換困難；圖形輸出不美觀，線條有鋸齒?！?矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)?矢量與柵格結(jié)構(gòu)的比較矢量柵94?

矢柵一體化概念

將矢量面對(duì)目標(biāo)的方法和柵格元子充填的方法結(jié)合起來(lái)，具體采用填滿線狀目標(biāo)路徑和充填面狀目標(biāo)空間的方法作為一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。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——除記錄它的多邊形邊界以外，還包括中間的面域柵格。一方面，它保留了矢量的全部性質(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；另一方面，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。本質(zhì)上是一種以柵格為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（以矢量方式組織柵格數(shù)據(jù)）?矢柵一體化概念將矢量面對(duì)目標(biāo)的方法和柵格元子95?

三個(gè)約定和細(xì)分格網(wǎng)法

地面上的點(diǎn)狀地物是地球表面上的點(diǎn)，它僅有空間位置，沒(méi)有形狀和面積，在計(jì)算機(jī)內(nèi)部?jī)H有一個(gè)位置數(shù)據(jù)。

地面上的線狀地物是地球表面的空間曲線，它有形狀但沒(méi)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(jì)算機(jī)內(nèi)部需要用一組元子填滿整個(gè)路徑。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(dá)的邊界組成。

約定?三個(gè)約定和細(xì)分格網(wǎng)法地面上的點(diǎn)狀地物是地球表96細(xì)分格網(wǎng)法在有點(diǎn)、線（包括面狀目標(biāo)邊界線）目標(biāo)通過(guò)的基本網(wǎng)格內(nèi)，根據(jù)精度要求，再細(xì)分成256256或1616細(xì)格網(wǎng)。基本格網(wǎng)和細(xì)分格網(wǎng)都采用線性四叉樹(shù)的編碼方法，將采樣點(diǎn)和線性目標(biāo)與基本格網(wǎng)的交叉點(diǎn)用兩個(gè)Morton碼表示。x,yM1M2將一對(duì)x,y坐標(biāo)用兩個(gè)Morton碼代替M1表示該點(diǎn)（采樣點(diǎn)或附加的交叉點(diǎn)）所在基本格網(wǎng)的地址碼，M2

表示該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的細(xì)分格網(wǎng)的Morton碼。既顧全整體定位，又保證了精度。細(xì)分格網(wǎng)法x,yM1M2將一對(duì)x,y坐標(biāo)用97?

一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

據(jù)約定1，點(diǎn)僅有位置、沒(méi)有形狀和面積，只要將點(diǎn)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為地址碼M1

和M2

即可，這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單靈活，便于點(diǎn)的插入和刪除，還能處理一個(gè)柵格內(nèi)包含多個(gè)點(diǎn)狀目標(biāo)的情況。點(diǎn)狀地物和結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)點(diǎn)標(biāo)識(shí)號(hào)……1002510026……M1……43105……M2……40827725……高程z……432463……?一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)據(jù)約定1，點(diǎn)僅有98

據(jù)約定2，線狀地物有形狀但沒(méi)有面積，沒(méi)有面積意味著只要用一串?dāng)?shù)據(jù)表達(dá)每個(gè)線狀地物的路徑即可，將該線狀地物經(jīng)過(guò)的所有柵格的地址全部記錄下來(lái)。仿照矢量數(shù)據(jù)組織的鏈狀雙重獨(dú)立式編碼，以弧段為記錄單位。線狀地物的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)弧段的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)弧標(biāo)識(shí)號(hào)20078起結(jié)點(diǎn)號(hào)10025終結(jié)點(diǎn)號(hào)10026中間點(diǎn)串（M1,M2,Z）58,7749,435,92,4377,439…線狀地物的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)線標(biāo)識(shí)號(hào)……3003130032……弧段標(biāo)識(shí)號(hào)……20078，2007920092，20098，20099……據(jù)約定2，線狀地物有形狀但沒(méi)有面積，沒(méi)有99面狀地物的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

據(jù)約定3，一個(gè)面狀地物應(yīng)記錄邊界和邊界所包圍的整個(gè)面域，其中邊界由弧段組成（同前弧段表），面域信息由線性四叉樹(shù)或二維行程碼表示?；《挝募吔缁《危ㄐ螤睿е羔樀亩S行程碼——面域

將葉結(jié)點(diǎn)屬性值改為循環(huán)指針指向該地物下一個(gè)子塊的地址碼，并在最后指向該地物本身二維行程M碼屬性值005480164308314320378400448460478面狀地物的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)據(jù)約定3，一個(gè)面100二維行程M碼屬性值005480164308314320378400448460478二維行程M碼循環(huán)指針屬性值0851683216313037314（屬性值）3240374440464447460（屬性值）478（屬性值）二維行程M碼屬性值005480164308314320378101二維行程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(gè)目標(biāo)的葉結(jié)點(diǎn)鏈接起來(lái)。只要進(jìn)入第一塊就可以順著指針直接提取該地物的所有子塊，從而避免象柵格數(shù)據(jù)那樣為查詢某一個(gè)目標(biāo)需遍歷整個(gè)矩陣，大大提高了查詢速度。二維行程M碼循環(huán)指針屬性值08516832163130373102面文件面標(biāo)識(shí)號(hào)40001（屬性值0）40002（屬性值4）40003（屬性值8）……弧標(biāo)識(shí)號(hào)串20001,20002,2000320002,200042000……面塊頭指針0530……

這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是面向地物的，具有矢量的特點(diǎn)。通過(guò)面狀地物的標(biāo)識(shí)號(hào)可找到它的邊界弧段，并可順著指針提取所有的中間面塊。同時(shí)它又具有柵格的全部特性，帶指針的二維行程碼中的M碼表達(dá)了位置的相互關(guān)系，前后兩個(gè)M碼之差隱含了該子塊的大小。給出任意一點(diǎn)的位置都可順著指針找到面狀地物的標(biāo)識(shí)號(hào)，確定是哪一個(gè)地物。面文件面標(biāo)識(shí)號(hào)40001（屬性值0）40002（屬性值4）103復(fù)雜地物的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

由幾個(gè)或幾種點(diǎn)、線、面狀簡(jiǎn)單地物組成的地物稱為復(fù)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(gè)復(fù)雜地物，用一個(gè)標(biāo)識(shí)號(hào)表示。復(fù)雜地物的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜地物標(biāo)識(shí)號(hào)……5000850009……簡(jiǎn)單地物標(biāo)識(shí)號(hào)……10025，30005，3002530006，30007，40032……復(fù)雜地物的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)由幾個(gè)或幾種點(diǎn)、線、面狀簡(jiǎn)單104§5三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

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，則先將它投影到地表，再進(jìn)行處理，其實(shí)質(zhì)是以二維的形式來(lái)模擬、處理任何數(shù)據(jù)，在涉及到三維問(wèn)題的處理時(shí)，往往力不從心。二維V=f(x,y)，對(duì)不同的層，V的含義不同，當(dāng)V表示高程時(shí)，就是DEM。由于地形三維視圖的原因，人們常把DEM誤認(rèn)為是三維模型。但從本質(zhì)上講，DEM是二維的，因?yàn)樗荒鼙硎镜乇淼男畔ⅲ荒軐?duì)地表內(nèi)部進(jìn)行有效表示。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的要求與二維相似，但許多方面比二維GIS復(fù)雜得多，如三維數(shù)據(jù)的組織與重建，三維變換、查詢、運(yùn)算、分析、維護(hù)等方面。下面主要介紹三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)?！?三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)目前GIS主要還停留在105三維結(jié)構(gòu)兩種形式柵格

將地理實(shí)體的三維空間分成細(xì)小單元——體元。常用八叉樹(shù)結(jié)構(gòu)。矢量（x,y,z）

抽象為點(diǎn)、線、面、體，由面構(gòu)成體。常用三維邊界表示法。?

八叉樹(shù)結(jié)構(gòu)

是四叉樹(shù)在三維空間的推廣。將空間區(qū)域中的形體V不斷地分解為八個(gè)同樣大小的子體（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），并判斷屬性的單一性：

子體部分為V——灰結(jié)點(diǎn)

需再一分為八

子體中無(wú)V——白結(jié)點(diǎn)

停止分割（葉結(jié)點(diǎn)）

子體全為V——黑結(jié)點(diǎn)基本思想三維結(jié)構(gòu)兩種形式柵格將地理實(shí)體的三維空間分成106

與常規(guī)四叉樹(shù)類似，用九或十項(xiàng)字段來(lái)記錄每個(gè)結(jié)點(diǎn)（八個(gè)子結(jié)點(diǎn)指針，一個(gè)父結(jié)點(diǎn)指針（可選），一個(gè)結(jié)點(diǎn)屬性）。是最普遍的形式，方式自然，易掌握。但指針約占總存儲(chǔ)量的94%，空間使用率低。存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)規(guī)則八叉樹(shù)

用某一預(yù)先確定的次序遍歷將八叉樹(shù)轉(zhuǎn)換成一個(gè)線性表，表中的每個(gè)元素與一個(gè)結(jié)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。每個(gè)結(jié)點(diǎn)用固定的字節(jié)描述，其中某些位專門用來(lái)說(shuō)明它是否為葉結(jié)點(diǎn)。線性八叉樹(shù)——Morton碼與常規(guī)四叉樹(shù)類似，用九或十項(xiàng)字段來(lái)記錄每個(gè)結(jié)107

每個(gè)結(jié)點(diǎn)均一分為八，并標(biāo)記為0，1，2，3，4，5，6，7。隱含地假定了這些子結(jié)點(diǎn)記錄存放的次序——便于檢索浪費(fèi)存儲(chǔ)，除非所有葉結(jié)點(diǎn)均在同一層次出現(xiàn)，上層均為非葉結(jié)點(diǎn)。一對(duì)八式的八叉樹(shù)CDFGR…A0,1,2,…,7B0,1,2,…,7H0,1,2,…,7E0,1,2,…,7……特點(diǎn)：節(jié)省存貯空間，便于某些運(yùn)算，但喪失一定的靈活性，不便于其它遍歷方式對(duì)樹(shù)的結(jié)點(diǎn)進(jìn)行存取，應(yīng)用效果不佳。線性表為：R^AB''01234…7CDEFGHRCDFG…AB0,1,2,…,7HE…每個(gè)結(jié)點(diǎn)均一分為八，并標(biāo)記為0，1，2，108?

三維邊界表示法頂點(diǎn)表（表示多面體各頂點(diǎn)坐標(biāo)）v1v2v3v4x1y1z1x2y2z2x3y3z3x4y4z4v1v2v3v4l1l2l3l4l5l6邊表（構(gòu)成多面體邊的頂點(diǎn)）I1I2I3I4v1v2v2v3v3v1v2v4I5I6v4v3v1v4s1s2s3s4I1I2I3I2I4I5I5I3I6I3I1I4面表（圍成多面體某個(gè)面的邊）?三維邊界表示法頂點(diǎn)表（表示多面體各頂點(diǎn)坐標(biāo)）v1v2109對(duì)象表（有若干個(gè)多面體時(shí)）對(duì)象1…s1

，s2

，……屬性1……擴(kuò)充后的邊表（加入邊所屬的多邊形信息）I1I2I3I4v1v2v2v3v3v1v2v4I5I6v4v3v1v4s1s2s3s4I1I2I3I2I4I5I5I3I6I3I1I4I1I2I3I4I5I6v1v2v2v3v3v1v2v4v4v3v1v4s1s4s1s2s1s3s2s4s2s3s3s4對(duì)象表（有若干個(gè)多面體時(shí)）對(duì)象1…s1，s2，……屬性1110

拓?fù)錂z查

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)后，必須檢查數(shù)據(jù)的一致性、完全性，即進(jìn)行拓?fù)錂z查。具體可檢查下列幾項(xiàng)：頂點(diǎn)表中的每個(gè)頂點(diǎn)至少是兩條邊的端點(diǎn)每條邊至少是一個(gè)多邊形的邊每個(gè)多邊形是封閉的每個(gè)多邊形至少有一條邊是和另一個(gè)多邊形共用的若邊表中包含了指向它所屬多邊形的指針，那么指向該邊的指針必在相應(yīng)的多邊形中出現(xiàn)拓?fù)錂z查數(shù)據(jù)存儲(chǔ)后，必須檢查數(shù)據(jù)的一致性、完全性，111

三維邊界法一般用于表示規(guī)則形體（如建筑物）對(duì)于不規(guī)則形體，理論上可找到一個(gè)在誤差范圍內(nèi)逼近的合適平面多面體，這種逼近受多因素的制約。兩種逼近形式：

表面S0的逼近：以確定后的平面多面體的表面作為對(duì)原三維形體的表面S0的逼近。著眼于形體的邊界表示。

三維形體的逼近：給出一系列的四面體，這些四面體的集合就是對(duì)原三維形體的逼近。著眼于形體的分解表示。三維邊界法一般用于表示規(guī)則形體（如建筑物）兩112第三章空間數(shù)據(jù)庫(kù)圖片摘自張超主編的《地理信息系統(tǒng)教程》所配光盤(pán)

空間數(shù)據(jù)庫(kù)是GIS的重要組成部分，是地理空間數(shù)據(jù)的集合。由于空間數(shù)據(jù)有著驚人的數(shù)據(jù)量和復(fù)雜的空間關(guān)系，使得通用的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)難以勝任。地理信息系統(tǒng)需要研究自己的空間數(shù)據(jù)模型。第三章空間數(shù)據(jù)庫(kù)圖片摘自張超主編的《地理信息系統(tǒng)教程》所113§1空間數(shù)據(jù)庫(kù)的概念?

數(shù)據(jù)庫(kù)概述利用計(jì)算機(jī)管理數(shù)據(jù)的三個(gè)階段人工管理階段、文件系統(tǒng)階段、數(shù)據(jù)庫(kù)階段應(yīng)用程序1應(yīng)用程序2應(yīng)用程序n…數(shù)據(jù)組1數(shù)據(jù)組2數(shù)據(jù)組n…硬件：只有磁帶、卡片、紙帶等外存，沒(méi)有磁盤(pán)等直接存取設(shè)備。軟件：沒(méi)有管理數(shù)據(jù)的軟件，數(shù)據(jù)不保存，程序是面向應(yīng)用的。數(shù)據(jù)處理方式是批處理。人工管理階段50年代中期前計(jì)算機(jī)主要用于科學(xué)計(jì)算§1空間數(shù)據(jù)庫(kù)的概念?數(shù)據(jù)庫(kù)概述利用計(jì)算機(jī)管理人工114硬件：有了磁盤(pán)、磁鼓等直接存儲(chǔ)設(shè)備。軟件：操作系統(tǒng)具有了專門的數(shù)據(jù)管理軟件（文件系統(tǒng)）。數(shù)據(jù)處理方式：不僅有批處理，而且可聯(lián)機(jī)實(shí)時(shí)處理；由文件系統(tǒng)充當(dāng)應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)文件之間的接口。由軟件管理數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)以記錄為單位存取。但數(shù)據(jù)冗余大，數(shù)據(jù)和程序缺乏獨(dú)立性。應(yīng)用程序1文件1應(yīng)用程序2文件2應(yīng)用程序n文件n……文件系統(tǒng)文件系統(tǒng)階段50年代中期至60年代中期計(jì)算機(jī)用于科學(xué)計(jì)算和管理硬件：有了磁盤(pán)、磁鼓等直接存儲(chǔ)設(shè)備。應(yīng)用程序1文件1應(yīng)用程序115硬件：有了大容量磁盤(pán)，價(jià)格下降。軟件：價(jià)格上升，為編制和維護(hù)系統(tǒng)軟件及應(yīng)用程序所需的成本相對(duì)增加。數(shù)據(jù)處理方式：要求數(shù)據(jù)共享、聯(lián)機(jī)實(shí)時(shí)處理，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)項(xiàng)為單位存取，冗余度小，具有較高的數(shù)據(jù)和程序獨(dú)立性。數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件為用戶與數(shù)據(jù)的接口。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段60年代后期以來(lái)計(jì)算機(jī)用于大型管理應(yīng)用程序1應(yīng)用程序2應(yīng)用程序n…數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)硬件：有了大容量磁盤(pán)，價(jià)格下降。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段計(jì)算機(jī)用于大型116數(shù)據(jù)集：一個(gè)結(jié)構(gòu)化的相關(guān)數(shù)據(jù)的集合體，包括數(shù)據(jù)本身和數(shù)據(jù)間的聯(lián)系。數(shù)據(jù)集獨(dú)立于應(yīng)用程序而存在，是數(shù)據(jù)庫(kù)的核心和管理對(duì)象。物理存儲(chǔ)介質(zhì)：指計(jì)算機(jī)的外存儲(chǔ)器和內(nèi)存儲(chǔ)器。前者存儲(chǔ)數(shù)據(jù)；后者存儲(chǔ)操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，并有一定數(shù)量的緩沖區(qū)，用于數(shù)據(jù)處理，以減少內(nèi)外存交換次數(shù)，提高數(shù)據(jù)存取效率。數(shù)據(jù)庫(kù)軟件：其核心是數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS）。主要任務(wù)是對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行管理和維護(hù)。具有對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行定義、描述、操作和維護(hù)等功能，接受并完成用戶程序和終端命令對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的請(qǐng)求，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫(kù)的安全。數(shù)據(jù)庫(kù)的三個(gè)基本部分?jǐn)?shù)據(jù)集：一個(gè)結(jié)構(gòu)化的相關(guān)數(shù)據(jù)的集合體，包括數(shù)據(jù)本身和物理存117數(shù)據(jù)集中控制：在文件管理方法中，文件是分散的，每個(gè)用戶或每種處理都有各自的文件，這些文件之間一般是沒(méi)有聯(lián)系的，因此，不能按照統(tǒng)一的方法來(lái)控制、維護(hù)和管理。而數(shù)據(jù)庫(kù)則很好地克服了這一缺點(diǎn)，可以集中控制、維護(hù)和管理有關(guān)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)獨(dú)立：數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)獨(dú)立于應(yīng)用程序，包括數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性和邏輯獨(dú)立性，給數(shù)據(jù)庫(kù)的使用、調(diào)整、優(yōu)化和進(jìn)一步擴(kuò)充提供了方便，提高了數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)的穩(wěn)定性。數(shù)據(jù)共享：數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)可以供多個(gè)用戶使用，每個(gè)用戶只與庫(kù)中的一部分?jǐn)?shù)據(jù)發(fā)生聯(lián)系；用戶數(shù)據(jù)可以重疊，用戶可以同時(shí)存取數(shù)據(jù)而互不影響，大大提高了數(shù)據(jù)庫(kù)的使用效率。數(shù)據(jù)庫(kù)的主要特征數(shù)據(jù)集中控制：在文件管理方法中，文件是分散的，每個(gè)用數(shù)據(jù)獨(dú)立118減少數(shù)據(jù)冗余：數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)不是面向應(yīng)用，而是面向系統(tǒng)。數(shù)據(jù)統(tǒng)一定義、組織和存儲(chǔ)，集中管理，避免了不必要的數(shù)據(jù)冗余，也提高了數(shù)據(jù)的一致性。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化：整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)按一定的結(jié)構(gòu)形式構(gòu)成，數(shù)據(jù)在記錄內(nèi)部和記錄類型之間相互關(guān)聯(lián)，用戶可通過(guò)不同的路徑存取數(shù)據(jù)。統(tǒng)一的數(shù)據(jù)保護(hù)功能：在多用戶共享數(shù)據(jù)資源的情況下，對(duì)用戶使用數(shù)據(jù)有嚴(yán)格的檢查，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)定密碼或存取權(quán)限，拒絕非法用戶進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)，以確保數(shù)據(jù)的安全性、一致性和并發(fā)控制。減少數(shù)據(jù)冗余：數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)不是面向應(yīng)用，而是面向系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)119概念模式（邏輯模式）是數(shù)據(jù)庫(kù)的總框架，所有用戶的公共視圖外模式（子模式）是數(shù)據(jù)庫(kù)的用戶視圖，是和某個(gè)應(yīng)用相關(guān)的數(shù)據(jù)邏輯表示內(nèi)模式（物理模式）是數(shù)據(jù)物理結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的描述，是數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)部表示方式定義外模式與概念模式間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，保證了數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性。定義數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和物理存儲(chǔ)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，保證數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性。數(shù)據(jù)庫(kù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概念模式（邏輯模式）外模式（子模式）內(nèi)模式（物理模式）定義外120數(shù)據(jù)模型

數(shù)據(jù)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，是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界部分現(xiàn)象的抽象。它描述了數(shù)據(jù)