空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第1頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月矢量表示法如果采用一個(gè)沒有大小的點(diǎn)(坐標(biāo))來表達(dá)基本點(diǎn)元素時(shí)，稱為矢量表示法。柵格表示法如果采用一個(gè)有固定大小的點(diǎn)(面元)來表達(dá)基本點(diǎn)元素時(shí)，稱為柵格表示法。它們分別對(duì)應(yīng)矢量數(shù)據(jù)模型和柵格數(shù)據(jù)模型。第2頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月矢量圖柵格圖第3頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)GIS的空間數(shù)據(jù)及其特征1.GIS的空間數(shù)據(jù)GIS的一個(gè)重要部分就是數(shù)據(jù)。陳述彭院士曾經(jīng)把GIS的數(shù)據(jù)比作水利設(shè)施中的水，沒有了水，水利設(shè)施便無法發(fā)揮作用。GIS中沒有了數(shù)據(jù)，便成了無米之炊。但是，GIS中的數(shù)據(jù)必須適合建立實(shí)用系統(tǒng)的目的。在建立和維護(hù)一個(gè)GIS過程中，對(duì)數(shù)據(jù)的投入占總投入的50~70%，有時(shí)甚至更多。如果GIS開發(fā)者對(duì)各類數(shù)據(jù)的特點(diǎn)及適用范圍沒有充分的了解，就難以設(shè)計(jì)和開發(fā)出完全適用的GIS。第4頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1類型GIS中的數(shù)據(jù)來源和數(shù)據(jù)類型繁多，概括起來主要有以下幾種類型：1.1.1地圖數(shù)據(jù)來源于各種類型的普通地圖和專業(yè)地圖，這些地圖的內(nèi)容豐富，圖上實(shí)體間的空間關(guān)系直觀，實(shí)體的類別或?qū)傩郧逦?，?shí)測(cè)地形圖還具有很高的精度。1.1.2影像數(shù)據(jù)主要來源于衛(wèi)星遙感和航空遙感，包括多平臺(tái)、多層面、多種傳感器、多時(shí)項(xiàng)、多光譜、多角度和多種分辨率的遙感影像數(shù)據(jù)，構(gòu)成多源海量數(shù)據(jù)，于是GIS的最有效的數(shù)據(jù)源之一。第5頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2.3地形數(shù)據(jù)來源于地形等高線圖的數(shù)字化，已建立的數(shù)字高程模型（DEM）和其他實(shí)測(cè)的地形數(shù)據(jù)等。1.2.4屬性數(shù)據(jù)來源于各類調(diào)查報(bào)告、實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、文獻(xiàn)資料、解譯信息等。1.2.5元數(shù)據(jù)來源于由各類純數(shù)據(jù)通過調(diào)查、推理、分析和總結(jié)得到的有關(guān)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，例如數(shù)據(jù)來源、數(shù)據(jù)權(quán)屬、數(shù)據(jù)產(chǎn)生的時(shí)間、數(shù)據(jù)精度、數(shù)據(jù)分辨率、元數(shù)據(jù)比例尺、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法等。第6頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月空間數(shù)據(jù)根據(jù)表示對(duì)象不同，又具體分為七種類型：類型數(shù)據(jù)氣象站、航線、野外樣方分布區(qū)等面域數(shù)據(jù)地名、河流名稱、區(qū)域名稱等網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)行政區(qū)域界線、行政單元等樣本數(shù)據(jù)點(diǎn)狀符號(hào)、線狀符號(hào)、面狀符號(hào)等曲面數(shù)據(jù)高程點(diǎn)、等高線、等值區(qū)域等文本數(shù)據(jù)考古地點(diǎn)、道路線、土壤類型分布等符號(hào)數(shù)據(jù)道路交點(diǎn)、街道、街區(qū)等第7頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月2.空間數(shù)據(jù)的基本特征空間數(shù)據(jù)描述的是現(xiàn)實(shí)世界各種現(xiàn)象的三大基本特征：空間、屬性和時(shí)間。對(duì)于GIS來說，屬性和時(shí)間特征常被視為非空間屬性。近年來對(duì)時(shí)間特征的研究越來越受到重視。2.1空間特征

它是指空間物體的位置、形狀和大小等幾何特征，以及與相鄰物體的拓?fù)潢P(guān)系。位置和拓?fù)涮卣魇堑乩砘蚩臻g系統(tǒng)所獨(dú)有的，空間位置可以由不同的坐標(biāo)系統(tǒng)來描述，如經(jīng)緯度坐標(biāo)、一些標(biāo)準(zhǔn)的地圖投影坐標(biāo)或是任意的直角坐標(biāo)等。GIS的作用之一就是進(jìn)行各種不同坐標(biāo)系統(tǒng)間的相互轉(zhuǎn)換。第8頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月人類對(duì)空間目標(biāo)的定位一般不是記憶其空間坐標(biāo)，而是確定某一目標(biāo)與其他更熟悉的目標(biāo)間的空間位置關(guān)系，而這種關(guān)系往往也是拓?fù)潢P(guān)系。如一個(gè)學(xué)校是在哪兩條路之間，或是靠近哪個(gè)道路叉口，一塊農(nóng)田離哪戶農(nóng)家或哪條路較近等等。通過這類空間描述，可在很大程度上確定某一目標(biāo)的位置，而一串純粹的地理坐標(biāo)對(duì)人的認(rèn)識(shí)來說幾乎沒有意義。有幾個(gè)人記得自己家或辦公室的確切坐標(biāo)？又有幾個(gè)人對(duì)著坐標(biāo)去上班？而對(duì)以計(jì)算機(jī)處理為主的GIS來說，最直接、最簡(jiǎn)單的空間定位方法是使用坐標(biāo)，而拓?fù)潢P(guān)系則需要在空間坐標(biāo)的基礎(chǔ)上通過計(jì)算來建立。第9頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月2.2屬性特征(專題特征)

數(shù)據(jù)的屬性指的是除了時(shí)間和空間特征以外的空間現(xiàn)象的其他特征，如地形的坡度、坡向、某地的降水量、土壤酸堿度、土地利用類型、人口密度、交通流量、空氣污染程度等。屬性數(shù)據(jù)本身屬于非空間數(shù)據(jù)，但它是空間數(shù)據(jù)中的重要數(shù)據(jù)成分，它同空間數(shù)據(jù)相結(jié)合，才能表達(dá)空間實(shí)體的全貌。目前GIS中對(duì)專題特征的輸出方法大多沿用傳統(tǒng)的專題制圖方法，如分級(jí)(層)設(shè)色法和符號(hào)法等。第10頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月2.3時(shí)間特征

空間數(shù)據(jù)的時(shí)間特征是指空間特征和屬性特征隨時(shí)間而變化的。它們可以同時(shí)隨時(shí)間變化，也可以分別獨(dú)立隨時(shí)間變化。這說明了空間數(shù)據(jù)的時(shí)間性或周期性。例如某地區(qū)種植業(yè)的變化表示屬性數(shù)據(jù)獨(dú)立隨時(shí)間的變化；行政邊界的變更表示空間位置數(shù)據(jù)隨時(shí)間的變化；土壤侵蝕而引起的地形變化不僅改變了空間位置數(shù)據(jù)也改變了屬性數(shù)據(jù)。必須指出，過時(shí)的數(shù)據(jù)可能是重要的歷史資料。第11頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月

嚴(yán)格來說，空間數(shù)據(jù)總是在某一特定時(shí)間或時(shí)間段內(nèi)采集或計(jì)算得到的。由于有些空間數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化相對(duì)較慢，因而有時(shí)被忽略。在很多場(chǎng)合時(shí)間可以被看成一個(gè)專題(屬性)特征。這對(duì)于大多數(shù)GIS軟件來說是可以做到的。但如何有效地利用時(shí)間在GIS中進(jìn)行索引和時(shí)空分析仍處于研究階段。在GIS數(shù)據(jù)的表示中，如果加上時(shí)間軸將會(huì)大大增加空間數(shù)據(jù)處理的難度。因此，用時(shí)間屬性來標(biāo)注空間數(shù)據(jù)特征，以表示空間數(shù)據(jù)的時(shí)間性，也就是將時(shí)間特征隱含在數(shù)據(jù)當(dāng)中。第12頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月總之，空間數(shù)據(jù)的上述特點(diǎn)反映了它所具有的定位、定性、時(shí)間和空間關(guān)系。定位指空間實(shí)體的空間特征；定性指空間實(shí)體伴隨著地理位置的自然屬性；時(shí)間特征指空間實(shí)體是隨時(shí)間而變化的，該特征通常是隱含的；空間關(guān)系指拓?fù)潢P(guān)系，通常通過數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來表示。第13頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與編碼1.數(shù)據(jù)模型與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為了便于研究問題，人們通常把數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)問題抽象成四個(gè)層次：1.1.1現(xiàn)實(shí)世界客觀存在的事物，其中某些特征可用數(shù)據(jù)來表達(dá)。1.1.2數(shù)據(jù)模型根據(jù)未來使用上的要求和事物的特征用概念化的語言和示意圖來描述現(xiàn)實(shí)世界。第14頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1.3數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用邏輯關(guān)系圖、列表、矩陣來表達(dá)數(shù)據(jù)模型，并用某些數(shù)據(jù)項(xiàng)來反映現(xiàn)實(shí)世界以及數(shù)據(jù)之間的邏輯關(guān)系。1.1.4文件結(jié)構(gòu)用數(shù)據(jù)項(xiàng)表示數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)硬件中的儲(chǔ)存方式，通過用計(jì)算機(jī)語言編制的程序可以實(shí)現(xiàn)這種方式，并可以讀、寫數(shù)據(jù)。第15頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月用計(jì)算機(jī)把現(xiàn)實(shí)世界的信息儲(chǔ)存起來，并進(jìn)行管理，需要人來完成轉(zhuǎn)換工作，這一轉(zhuǎn)換過程是先把現(xiàn)實(shí)世界抽象成思維模型(數(shù)據(jù)模型)，然后轉(zhuǎn)變?yōu)槊枋鍪挛锏倪壿嬆Ｐ?數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu))，再轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)硬件可以接受的物理模型(文件結(jié)構(gòu))。這樣人們?cè)诳紤]、交流數(shù)據(jù)儲(chǔ)存與管理問題時(shí)，可以暫不管具體的物理儲(chǔ)存方式，而集中于概念的、邏輯的問題。在有的時(shí)候，人們也把數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、文件結(jié)構(gòu)合稱為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以簡(jiǎn)化對(duì)問題的討論。第16頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月2.空間數(shù)據(jù)的編碼

空間數(shù)據(jù)的編碼是空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的組織和實(shí)現(xiàn)。它實(shí)際上反映了一種轉(zhuǎn)換過程。也就是說，它是在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的指導(dǎo)下，把空間的圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)經(jīng)過分類、量化和組織轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)所能接收的形式，以便進(jìn)行各種處理分析。因此，可以把空間數(shù)據(jù)編碼看成是把反映空間實(shí)體的信息轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)所要求的信息，并將其存入到計(jì)算機(jī)中。第17頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月不管是屬性數(shù)據(jù)，還是圖形數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行編碼都需要注意標(biāo)準(zhǔn)化問題，如在確定分類分級(jí)體系時(shí)必須注意各專業(yè)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)圖形圖象數(shù)據(jù)需要注意現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)格式，此外編碼要注意靈活性、惟一性及特征性。空間實(shí)體的編碼是GIS設(shè)計(jì)中最主要的技術(shù)步驟之一，它同用戶的要求、數(shù)據(jù)質(zhì)量、精度和類型有一定關(guān)系，它以一定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為支撐。不同類型數(shù)據(jù)必須用合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行組織才便于處理分析。因此后面將編碼方案同空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一起討論。第18頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系空間數(shù)據(jù)的幾何目標(biāo)信息包含兩類信息：位置信息和空間關(guān)系信息?？臻g對(duì)象關(guān)系又稱為拓?fù)潢P(guān)系。1.拓?fù)涞幕靖拍钔負(fù)潢P(guān)系是定義空間關(guān)系的一種數(shù)學(xué)方法，在GIS中用它來描述并確定空間的點(diǎn)、線、面之間的關(guān)系，并可實(shí)現(xiàn)相關(guān)的查詢和檢索。第19頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月幾何形狀不同，但結(jié)點(diǎn)間拓?fù)潢P(guān)系是相同的，均可用結(jié)點(diǎn)矩陣表示。1表示兩結(jié)點(diǎn)相連。abcdea-1001b1-101c01-10d001-1e1101-abcda-101b1-11c01-1d111-abcde(a)edcba(b)(c)(c)(a)abcd(b)abcd面塊之間的拓?fù)溧徑雨P(guān)系用鄰接矩陣表示。第20頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月

總之，拓?fù)潢P(guān)系反映了空間實(shí)體之間的邏輯關(guān)系，它不需要坐標(biāo)、距離信息，不受比例尺限制，也不隨投影關(guān)系變化。因此，在GIS中，了解拓?fù)潢P(guān)系對(duì)空間數(shù)據(jù)的組織、空間數(shù)據(jù)的分析和處理都具有非常重要的意義。第21頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月2.拓?fù)潢P(guān)系類型2.1拓?fù)潢P(guān)系基本類型最基本的類型是鄰接和關(guān)聯(lián)。2.1.1拓?fù)溧徑痈拍睿罕硎緢D形元素（通常指同類元素）之間的相鄰性。如多邊形之間、弧段之間的鄰接性等。（表中值為1表示所對(duì)應(yīng)多邊形相鄰接。）第22頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月a2a7a3a1a6a5a4N1N2N3N4N5P1P2P3P4弧段左多邊形右多邊形a1P1/a2/P2a3/P3a4P3P2a5P1P3a6P1P2a7P4P2鄰接多邊形P1P2P3P2P2P3P4P3P1P2a4P4P2P1P2P3P4P1-110P21-11P311-0P4010-多邊形之間的關(guān)系表：第23頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月a2a7a3a1a6a5a4N1N2N3N4N5P1P2P3P4弧段起點(diǎn)終點(diǎn)a1N2N1a2N2N3a3N3N1a4N3N4a5N1N4a6N4N2a7N4N5結(jié)點(diǎn)弧段N1a1a3a5N2a1a2a6N3a2a3a4N4a4a5a6N5a7弧段和結(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系表：第24頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月弧段a1a2a3a4a5a6a7a1-110--0a21-11010a311-1100a4011-110a51011-10a611011-0a7000000-結(jié)點(diǎn)P1P2P3P4P5P1-1110P21-110P311-10P4111-0P50000-弧段和結(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系表：a2a7a3a1a6a5a4N1N2N3N4N5P1P2P3P4第25頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1.2拓?fù)潢P(guān)聯(lián)概念：表示圖形基本元素間（常指不同元素間）的聯(lián)接關(guān)系。如結(jié)點(diǎn)與弧段之間，多邊形與弧段之間。第26頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1.3包含關(guān)系概念：指點(diǎn)、線、面之間的相互包含關(guān)系，通常是指面狀實(shí)體中包含的其它面狀實(shí)體或線狀、點(diǎn)狀實(shí)體的關(guān)系。面狀實(shí)體中包含面狀實(shí)體情況又分為三種情況：第27頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1.4重合：指同類元素間有無重合的關(guān)系。2.1.5相離：指元素間不在同一個(gè)位置。2.1.6相交：至少有一點(diǎn)落在另一元素上。2.1.7拓?fù)湓亓?、質(zhì)不變及相互關(guān)系：歐拉公式：L+2＝A+P。P、L、A表示平面圖上點(diǎn)數(shù)、線數(shù)及面塊數(shù)(包括邊界外的面)，2為歐拉示性數(shù)，也稱為多邊形地圖特征。第28頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月3.拓?fù)潢P(guān)系的表達(dá)方式3.1全顯式表達(dá)不僅表示多邊形

弧段

點(diǎn)之間拓?fù)潢P(guān)系，同時(shí)表示點(diǎn)

弧段

多邊形之間的拓?fù)潢P(guān)系。第29頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月第30頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月3.2半隱式表示第31頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月4.拓?fù)潢P(guān)系的意義4.1便于確定空間位置關(guān)系。4.2利用拓?fù)鋽?shù)據(jù)有利于空間要素的查詢。4.3利用拓?fù)鋽?shù)據(jù)作為工具，重建地理實(shí)體。第32頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型

數(shù)據(jù)表達(dá)可以采用矢量數(shù)據(jù)模型和柵格數(shù)據(jù)模型。數(shù)據(jù)模型確定

選擇數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組織數(shù)據(jù)

選擇文件格式。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分為矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、矢量柵格一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。第33頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月1.矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)概念：基于矢量模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)稱為矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是利用點(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。1.1簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（實(shí)體型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）將空間實(shí)體分成點(diǎn)、線、面3類目標(biāo)，通過坐標(biāo)值精確表示點(diǎn)、線、面等地理實(shí)體，不考慮拓?fù)潢P(guān)系。第34頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1.1點(diǎn)：用一對(duì)(x,y)坐標(biāo)表示，僅有空間位置，沒有形狀和面積。1.1.2線：用兩對(duì)以上的(x,y)坐標(biāo)表示，有形狀但沒有面積。1.1.3面：用首尾相接的多對(duì)(x,y)坐標(biāo)表示其邊界，有形狀和面積，公共邊界重復(fù)編碼。在簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，空間數(shù)據(jù)以點(diǎn)、線、面為單元進(jìn)行單獨(dú)組織，不含拓?fù)潢P(guān)系數(shù)據(jù)，最典型的是面條(Spaghetti)結(jié)構(gòu)。第35頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月第36頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)：①數(shù)據(jù)按點(diǎn)、線或多邊形為單元進(jìn)行組織，數(shù)據(jù)編排直觀，數(shù)字化操作簡(jiǎn)單。②每個(gè)多邊形都以閉合線段存儲(chǔ)，多邊形的公共邊界被數(shù)字化兩次和存儲(chǔ)兩次，造成數(shù)據(jù)冗余和不一致。③點(diǎn)、線和多邊形有各自的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，但沒有拓?fù)鋽?shù)據(jù)，相互之間不關(guān)聯(lián)。④島只作為一個(gè)單個(gè)圖形，沒有與外界多邊形的聯(lián)系。第37頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月2.索引數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)索引數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是對(duì)簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)。它先對(duì)所有點(diǎn)坐標(biāo)按順序建立點(diǎn)坐標(biāo)文件，再建立多邊形—弧段索引文件、弧段—點(diǎn)索引文件。優(yōu)缺點(diǎn)：索引數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中所有點(diǎn)的坐標(biāo)只存貯一次，減少了數(shù)據(jù)冗余，并提高了對(duì)數(shù)據(jù)文件的訪問速度。但不能處理“島”結(jié)構(gòu)的多邊形數(shù)據(jù)。第38頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月第39頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月3.拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括DIME(又稱雙重獨(dú)立地圖編碼、對(duì)偶獨(dú)立地圖編碼：DualIndependentMapEncoding)、TIGER(地理編碼和參照系統(tǒng)的拓?fù)浼?等。第40頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月3.1DIME編碼

DIME編碼文件由線段組成。每條線段包括線段名、線段的起結(jié)點(diǎn)和終結(jié)點(diǎn)、線段的左、右區(qū)號(hào)及線段所表示街道兩邊的地址范圍。第41頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月

該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中弧段是數(shù)據(jù)組織的基本對(duì)象。第42頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月3.2拓?fù)渚庉嬐負(fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)最重要的特征和貢獻(xiàn)是具有拓?fù)渚庉嫻δ?。拓?fù)渚庉嬁蓪?shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)查錯(cuò)，自動(dòng)形成封閉的多邊形。3.2.1多邊形連接編輯（設(shè)需對(duì)P1進(jìn)行編輯，其算法過程：）①從表2-5中找出含有多邊形P1的全部記錄：第43頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月

②計(jì)算機(jī)檢查P1所處的位置。使線段右多邊形號(hào)為P1，如果不是，互換左、右多邊形的位置，同時(shí)也將該弧段記錄的結(jié)點(diǎn)號(hào)位置作相應(yīng)的交換。得到表：

③從上表中，任取一個(gè)起結(jié)點(diǎn)，順序連接各結(jié)點(diǎn)，必要時(shí)可對(duì)記錄的前后順序作調(diào)整，使得連接的結(jié)點(diǎn)能自行封閉。圖第44頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月若不能閉合，或出現(xiàn)記錄缺失或多余，則表示弧段文件有錯(cuò)，需改正錯(cuò)誤的記錄。直到所有多邊形都經(jīng)過編輯和改正，再轉(zhuǎn)入結(jié)點(diǎn)連接編輯。3.2.2結(jié)點(diǎn)連接編輯（設(shè)需對(duì)N2進(jìn)行編輯，其算法過程：）①檢出與N2相關(guān)的所有記錄：圖第45頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月②在檢出的記錄中，計(jì)算機(jī)檢查N2的位置。逐一檢查上表中各線段走向，使終結(jié)點(diǎn)均為N2，得下表：③調(diào)整線段的順序號(hào)，以保證該結(jié)點(diǎn)周圍的多邊形順序連結(jié)。從而得到與結(jié)點(diǎn)N2相連的多邊形號(hào)以逆時(shí)針方向?yàn)镻2

P1

P4

P2圖第46頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月

即該結(jié)點(diǎn)的第一區(qū)P2與最后一個(gè)區(qū)P2號(hào)一致，表示編碼無誤。相反則表示編輯有錯(cuò)，應(yīng)改錯(cuò)，重新編輯，直到所有結(jié)點(diǎn)都經(jīng)過編輯和改正，才能將該弧段文件存入數(shù)據(jù)庫。

這種拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其自動(dòng)編輯功能，已被許多商品化的GIS軟件所采用，如Arc/Info。圖第47頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月3.3曲面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)曲面是指連續(xù)分布現(xiàn)象的覆蓋表面（如地形、降水量、溫度等）。常用不規(guī)則三角網(wǎng)來擬合連續(xù)分布現(xiàn)象的覆蓋表面，稱為TIN(TriangulatedlrregularNetwork)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。第48頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月TIN數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)常用于數(shù)字地形的表示，三角網(wǎng)中的每個(gè)三角形要求盡量接近等邊形狀，由最鄰近的點(diǎn)構(gòu)成，即三角形的邊長之和最小。狄洛尼(Delaunay)三角網(wǎng)在地形擬合方面表現(xiàn)最好。它遵守歐拉定理：多面體頂點(diǎn)數(shù)-邊數(shù)+面數(shù)=2。第49頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月TIN中每個(gè)三角形可視為一個(gè)平面，每個(gè)三角形構(gòu)成一個(gè)記錄，Z軸表示屬性，如地形高程等。利用TIN可進(jìn)行地形分析。TIN已用于ARC/INFO、MGE等。第50頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月2.柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)概念：基于柵格模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)稱為柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，指將空間分割成有規(guī)則的網(wǎng)格，在各個(gè)網(wǎng)格上給出相應(yīng)的屬性值來表示地理實(shí)體的一種數(shù)據(jù)組織形式。第51頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1柵格矩陣結(jié)構(gòu)（直接編碼法）最簡(jiǎn)單和直觀的柵格數(shù)據(jù)編碼法。它對(duì)柵格圖從左上角開始逐行逐列地存儲(chǔ)數(shù)字化代碼。第52頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1.1柵格數(shù)據(jù)取值方法①面積占優(yōu)法：把柵格中占有最大面積的屬性值定為本柵格元素的值。第53頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月②中心點(diǎn)法：將柵格中心點(diǎn)的值作為本柵格元素的值。第54頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月③長度占優(yōu)法：在網(wǎng)格中心畫一橫線，用橫線所占最長部分的屬性值作為本柵格元素的值。第55頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月④重要性法：突出某些主要屬性，對(duì)于這些屬性，只要在柵格中出現(xiàn)，不管所占比例大小，就把該屬性作為本柵格元素的值。假設(shè)D屬性重要：第56頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月注意：面積占優(yōu)法最適合分類較細(xì)、地物類別斑塊較小的情況；中心點(diǎn)法常用于具有連續(xù)分布特性的地理要素；重要性法常用于具有特殊意義而面積較小的地理要素。柵格矩陣結(jié)構(gòu)的陣列中存在大量相同屬性數(shù)據(jù)，可以壓縮。數(shù)據(jù)壓縮是要降低數(shù)據(jù)量，縮短解碼時(shí)間。數(shù)據(jù)量和解碼時(shí)間是一對(duì)矛盾。第57頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月2.2費(fèi)爾曼鏈碼結(jié)構(gòu)(Freeman'sChainCode)費(fèi)爾曼鏈碼也稱邊界碼、鏈?zhǔn)骄幋a。用8個(gè)方向碼編碼，用某一原點(diǎn)開始的矢量鏈表示曲線或邊界。8個(gè)方向?yàn)闁|(E=0)，東南(SE=1)，南(S=2)，西南(SW=3)，西(W=4)，西北(NW=5)，北(N=6)，以及東北(NE=7)。第58頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月

基本方向定義為：東=0，東南=1，南=2，西南=3，西=4，西北=5，北=6，東北=7。左圖的線狀地物其起始點(diǎn)為像元(1，5)，編碼為：1,5,3,2,2,3,3,2,3對(duì)于左圖所示的面狀地物，假設(shè)其起始點(diǎn)定為像元(5,8)，按順時(shí)針的編碼為：5,8,3,2,4,4,6,6,7,6,0,2,1第59頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月

該編碼的優(yōu)點(diǎn)是：數(shù)據(jù)壓縮率高，便于計(jì)算周長、面積，便于表示圖形凹凸部分。缺點(diǎn)是難于實(shí)現(xiàn)疊加運(yùn)算，不便于合并和插入等操作，對(duì)局部修改將改變整體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，相鄰區(qū)域的公用線段會(huì)重復(fù)存儲(chǔ)，使數(shù)據(jù)冗余。第60頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月2.3游程編碼結(jié)構(gòu)(RunLengthCode)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(行程)編碼是對(duì)具有塊狀地物的柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮編碼的方法。GIS研究對(duì)象多為塊狀地物。游程編碼以行為單位，將柵格數(shù)據(jù)矩陣中屬性相同的連續(xù)柵格視為一游程。分為游程終點(diǎn)（值）編碼和游程長度編碼。第61頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月2.3.1游程終點(diǎn)（值）編碼

編碼中第一行(0，1)表示屬性0的柵格終止點(diǎn)為1列，(4，3)表示屬性值為4的柵格終止點(diǎn)為第3列…….。從游程終點(diǎn)值可算出每個(gè)屬性值所占柵格數(shù)。如屬性值為7的柵格數(shù)為8-3=5。第62頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月2.3.1游程終點(diǎn)（值）編碼(0，1)，(4，2)，(7，5)(4，5)，(7，3)(4，4)，(8，2)，(7，2)(0，2)，(4，1)，(8，3)，(7，2)(0，2)，(8，4)，(7，1)，(8，1)(0，3)，(8，5)(0，4)，(8，4)(0，5)，(8，3)表第一行(0，1)表示屬性值為0的柵格數(shù)為1，(4，2)表示屬性值為4的柵格點(diǎn)數(shù)為2…..第一行總柵格數(shù)為1+2+5=8。第63頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月注意：游程編碼只考慮了水平間的相關(guān)性（行內(nèi)），而未考慮垂直間的相關(guān)性（行間）。游程越長，編碼效率越高。游程編碼對(duì)面積較大的圖形，數(shù)據(jù)壓縮率高，易于實(shí)現(xiàn)疊加、合并和檢索運(yùn)算。在GIS中應(yīng)用很廣。當(dāng)柵格數(shù)據(jù)為DEM時(shí)，可先進(jìn)行差分處理，再采用游程長度壓縮編碼法。過程如下第64頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月第65頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月第66頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月2.3.3柵格數(shù)據(jù)經(jīng)過壓縮得到游程編碼數(shù)據(jù)序列，為了提高系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的訪問效率，常采用索引順序文件的方法來組織數(shù)據(jù):第67頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月第68頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月第69頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月2.4塊碼結(jié)構(gòu)(BlockCode)塊碼以正方形區(qū)域?yàn)閱卧獙?duì)塊狀地物的柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。實(shí)質(zhì)是把柵格中同一屬性方形區(qū)各元素映射成一個(gè)元素序列。塊碼的編碼方式為：行號(hào)、列號(hào)、半徑、屬性代碼。行號(hào)和列號(hào)表示正方形區(qū)左上角柵格的行號(hào)及列號(hào)；半徑為正方形區(qū)行(或列)方向的柵格數(shù)。

塊碼法是把一維游程編碼擴(kuò)展到二維空間。若面狀地物所包含的正方形越大，邊界越規(guī)則，編碼的效率越高。塊碼對(duì)計(jì)算面積、檢索圖形、合并和插入操作較有利。第70頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月

如（1，1，10）表示1行1列，半徑為1，屬性為0；（1，2，2，4）表示1行2列，半徑為2，屬性為4。第71頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月2.5四叉樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(QuadtreeCode)又稱四分樹、四元樹編碼。有許多編碼方案。2.5.1常規(guī)四叉樹基本思想是把柵格地圖等分成4等分，若每個(gè)子區(qū)中柵格值相同則不再分割，否則將該區(qū)再分割成4個(gè)子區(qū)，直到每個(gè)子塊都含有相同的屬性值為止。這稱為自上往下(Top-to-Down)的常規(guī)四叉樹。也可自下而上(Down-to-Top)建立。下圖是利用自上而下方法尋找柵格A的過程：第72頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月第73頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月2.5.2線性四叉樹常規(guī)四叉樹占空間大，因?yàn)橐涗浰薪Y(jié)點(diǎn)值和結(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系。而線性四叉樹是通過編碼四叉樹的葉結(jié)點(diǎn)表示數(shù)據(jù)塊的層次和空間關(guān)系。葉結(jié)點(diǎn)是一地址碼(Morton碼，Z形編碼)。第74頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月第75頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月①基于四進(jìn)制的線性四叉樹編碼(MQ)2N*2N的圖象，最多有N層，用N位四進(jìn)制地址碼。上圖葉結(jié)點(diǎn)(7)的編碼為：MQ=2·IB+JB。行號(hào)IB和列號(hào)JB為二進(jìn)制。例如011行，011列的MQ＝2X011+011=033第76頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月②基于十進(jìn)制的線性四叉樹編碼(MD)將柵格的二進(jìn)制表示的行列號(hào)IB和JB按位交錯(cuò)排列，得二進(jìn)制地址碼，再轉(zhuǎn)十進(jìn)制MD。例如求011行，010列所對(duì)應(yīng)的MD=14列號(hào)=010行號(hào)=011001110第77頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月四叉樹優(yōu)點(diǎn)：（1）具有可變分辨率，編碼效率高；（2）便于島的表示和分析。（3）便于同柵格之間相互轉(zhuǎn)換。四叉樹缺點(diǎn)：轉(zhuǎn)換不穩(wěn)定性。相同形狀和大小的多邊形可能得出多種不同的四叉樹結(jié)構(gòu)。第78頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月2.6二維行程結(jié)構(gòu)線性四叉樹表前后葉結(jié)點(diǎn)值相同的可合并成一個(gè)值。二維行程編碼中，前后兩個(gè)地址碼之差表達(dá)了該行程段的格網(wǎng)數(shù)，它可以表示該子塊的大小。第79頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月

所以，二維行程編碼比四叉樹更省存儲(chǔ)空間，便于以后的插入、刪除和修改等操作。如0與8之間插入一個(gè)地址碼為7、格網(wǎng)值為1的記錄，二維行程編碼的壓縮率很高。它和線性四叉樹采用相同的地址碼，相互之間的轉(zhuǎn)換非常容易和快速。幾乎視為同一概念。第80頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月2.7三維和四維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2.7.1三維和四維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的提出二維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)將第三維坐標(biāo)作為屬性值來處理，它無法建立空間實(shí)體的三維拓?fù)潢P(guān)系。這就提出了時(shí)間和空間信息系統(tǒng)的問題。用三維來定義空間目標(biāo)，用四維數(shù)據(jù)定義時(shí)間和空間數(shù)據(jù)：任何目標(biāo)都可以由其坐標(biāo)對(duì)({s}，t)惟一確定。這里{s}={x，y，z}定義空間數(shù)據(jù)，而t定義時(shí)間數(shù)據(jù)。三維和四維數(shù)據(jù)用八叉樹和十六叉樹結(jié)構(gòu)表示。第81頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月2.7.2八叉樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)原理是將空間區(qū)域不斷地分解為八個(gè)同樣大小的立方體，直到同一區(qū)域的屬性單一為止。也可自下而上的合并。常規(guī)八叉樹需記錄父結(jié)點(diǎn)和子結(jié)點(diǎn)的地址碼和屬性值。線性八叉樹只需要記錄葉結(jié)點(diǎn)的地址碼和屬性值。第82頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月計(jì)算定位碼的3規(guī)則①分辨率n(分割次數(shù))決定坐標(biāo)大小。X,Y,Z軸取值范圍從0到2n-1。圖n=3,X,Y,Z=0~7(10進(jìn)制)②編碼形式:qn-1qn-2qn-3qi是0~7中之一(8進(jìn)制),qi的個(gè)數(shù)取決于n。③Z字形編碼。例x=6,y=3,z=1的地址碼：第83頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月第84頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月第85頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月線性八叉樹的優(yōu)點(diǎn)：①節(jié)省存儲(chǔ)空間：只需對(duì)葉結(jié)點(diǎn)編碼，節(jié)省了大量中間結(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)。②可直接尋址：通過坐標(biāo)值則能計(jì)算出結(jié)點(diǎn)的定位碼(稱編碼)，也能從定位碼中獲取其坐標(biāo)值(稱解碼)；③操作方便：定位碼容易存儲(chǔ)和執(zhí)行，容易實(shí)現(xiàn)集合、相加等組合操作。第86頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月3.矢量與柵格一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3.1矢量與柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的比較3.1.1矢量數(shù)據(jù)的特點(diǎn)①數(shù)據(jù)精度高，冗余度小，拓?fù)潢P(guān)系明確以點(diǎn)坐標(biāo)為基礎(chǔ)記錄數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)空間小，精確高，便于對(duì)圖形縮放、投影轉(zhuǎn)換，具拓?fù)潢P(guān)系。第87頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月②面向目標(biāo)的結(jié)構(gòu)對(duì)于每一個(gè)具體的目標(biāo)都直接賦有位置、屬性、拓?fù)湫畔??？芍苯痈鶕?jù)目標(biāo)物幾何形狀用坐標(biāo)計(jì)算方法，計(jì)算精度高，運(yùn)算量少③難以同遙感數(shù)據(jù)結(jié)合矢量數(shù)據(jù)系統(tǒng)，難于同DEM、遙感數(shù)據(jù)結(jié)合，限制了矢量數(shù)據(jù)系統(tǒng)的功能和效率。目前采用：矢量數(shù)據(jù)

柵格數(shù)據(jù)

進(jìn)行分析

矢量數(shù)據(jù)第88頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月3.1.2柵格數(shù)據(jù)的特點(diǎn)①數(shù)據(jù)精度低，數(shù)據(jù)量大柵格數(shù)據(jù)是用逼近方法表示實(shí)體，柵格單元的尺寸越小，精度越高，但數(shù)據(jù)量就越大，影響速度。②面向位置的結(jié)構(gòu)每一柵格元素都直接聯(lián)系到某一地物。但又沒有直接聚集所有信息，某一位置的多種特征值的表示需要分圖層。不能建立拓?fù)潢P(guān)系。第89頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月③數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易與遙感結(jié)合以陣列(數(shù)組)描述空間實(shí)體，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于同遙感結(jié)合。④圖形質(zhì)量差柵格元素是表示地物目標(biāo)的最基本單位。所反映的實(shí)體會(huì)變形，屬性會(huì)出偏差，從而影響圖形質(zhì)量。第90頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：1、便于面向現(xiàn)象（土壤類、土地利用單元等）的數(shù)據(jù)表示2、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)緊湊、冗余度低3、有利網(wǎng)絡(luò)分析4、圖形顯示質(zhì)量好、精度高優(yōu)點(diǎn)：1、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單2、空間分析和地理現(xiàn)象的模擬均比較容易3、有利于遙感數(shù)據(jù)的匹配應(yīng)用和分析4、輸出方法快速，成本比較低廉缺點(diǎn)：