地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)New

第二章地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第一節(jié)地理空間及其表達(dá)第二節(jié)地理空間數(shù)據(jù)及其特征第三節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型第四節(jié)地理數(shù)據(jù)的編碼第二章地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第一節(jié)地理空間及其表達(dá)一、地理空間概念一般指上至大氣電離層，下至地殼與地幔交界折莫霍面之間的空間區(qū)域。大地測(cè)量系統(tǒng)由平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)組成，為建立地理空間數(shù)據(jù)的坐標(biāo)位置提供了一個(gè)通用參照系。地球模型：三級(jí)近似地球自然表面極不規(guī)則，無(wú)法用數(shù)學(xué)表面進(jìn)行描述水準(zhǔn)面所包圍的球體大地水準(zhǔn)面所包圍的球體旋轉(zhuǎn)橢球體不規(guī)則性、動(dòng)態(tài)性、不唯一性不規(guī)則性、相對(duì)唯一性標(biāo)準(zhǔn)數(shù)學(xué)曲面1952：海福特橢球1953：克拉索夫斯基橢球1978：1975年國(guó)際橢球地球模型地球表面水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面鉛垂線地球橢球體坐標(biāo)系統(tǒng)—高程系統(tǒng)任意水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面H′AHA鉛垂線AH′BHBhAB坐標(biāo)參考系統(tǒng)—平面系統(tǒng)直接建立在球體上的地理坐標(biāo)，用經(jīng)度和緯度表達(dá)地理對(duì)象位置建立在平面上的直角坐標(biāo)系統(tǒng)，用（x，y）表達(dá)地理對(duì)象位置投影我國(guó)目前使用的三種坐標(biāo)系1954北京坐標(biāo)系1980國(guó)家大地坐標(biāo)系（西安原點(diǎn)，陜西省涇陽(yáng)縣永樂(lè)鎮(zhèn)）地心坐標(biāo)系二、空間實(shí)體的表達(dá)點(diǎn)：位置：（x，y）屬性：符號(hào)線：位置：(x1,y1),(x2,y2),…,(xn,yn)

屬性：符號(hào)—形狀、顏色、尺寸面：位置：(x1,y1),(x2,y2),…,(xi,yi),…,(xn,yn)

屬性：符號(hào)變化等值線

空間現(xiàn)象及其描述現(xiàn)實(shí)世界空間數(shù)據(jù)地圖遙感影像特征關(guān)系行為觀察選擇抽象綜合測(cè)量：位置編碼：屬性建立關(guān)系：表達(dá)空間對(duì)象（實(shí)體）類型空間對(duì)象一般按地形維數(shù)進(jìn)行歸類劃分點(diǎn)：零維線：一維面：二維體：三維時(shí)間：通常以第四維表達(dá)?？臻g對(duì)象的維數(shù)與比例尺是相關(guān)的點(diǎn)實(shí)體

有位置，無(wú)寬度和長(zhǎng)度；抽象的點(diǎn)美國(guó)佛羅里達(dá)洲地震監(jiān)測(cè)站2002年9月該洲可能的500個(gè)地震位置線實(shí)體

有長(zhǎng)度，但無(wú)寬度和高度用來(lái)描述線狀實(shí)體，通常在網(wǎng)絡(luò)分析中使用較多度量實(shí)體距離城市道路網(wǎng)分布面實(shí)體

具有長(zhǎng)和寬的目標(biāo)通常用來(lái)表示自然或人工的封閉多邊形一般分為連續(xù)面和不連續(xù)面中國(guó)土地利用分布圖（不連續(xù)面）空間對(duì)象：面（續(xù)）連續(xù)變化曲面：如地形起伏，整個(gè)曲面在空間上曲率變化連續(xù)。不連續(xù)變化曲面，如土壤、森林、草原、土地利用等，屬性變化發(fā)生在邊界上，面的內(nèi)部是同質(zhì)的?？臻g對(duì)象：體有長(zhǎng)、寬、高的目標(biāo)通常用來(lái)表示人工或自然的三維目標(biāo)，如建筑、礦體等三維目標(biāo)第二節(jié)地理空間數(shù)據(jù)及其特征一、GIS的空間數(shù)據(jù)分類按數(shù)據(jù)來(lái)源分地圖數(shù)據(jù)影像數(shù)據(jù)文本數(shù)據(jù)按數(shù)據(jù)特征空間定位數(shù)據(jù)非空間屬性數(shù)據(jù)按數(shù)據(jù)發(fā)布數(shù)字線劃（DLG）數(shù)據(jù)數(shù)字柵格圖（DRG）數(shù)據(jù)數(shù)字高程模型（DEM）數(shù)據(jù)數(shù)字正射影像（DOM）數(shù)據(jù)按數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：矢量數(shù)據(jù)柵格數(shù)據(jù)二、空間數(shù)據(jù)基本特征空間特征是指空間對(duì)象的位置及與相鄰對(duì)象的空間關(guān)系或拓?fù)潢P(guān)系，又稱定位特征或幾何特征），一般用坐標(biāo)數(shù)據(jù)表示；屬性特征是指空間對(duì)象的專題屬性，如名稱、分類、質(zhì)量特征和數(shù)量特征等（行—記錄，列—屬性）時(shí)間特征是指一定區(qū)域內(nèi)的空間對(duì)象隨著時(shí)間演變而引起的空間和屬性特征的變化。三、空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是明確定義空間結(jié)構(gòu)關(guān)系的一種數(shù)學(xué)方法。在GIS中，它不但用于空間數(shù)據(jù)的組織，而且在空間分析和應(yīng)用中都有非常重要的意義。1.空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系2.空間數(shù)據(jù)拓?fù)潢P(guān)系好處3.空間數(shù)據(jù)拓?fù)潢P(guān)系的表示拓?fù)溧徑樱涸刂g的拓?fù)潢P(guān)系。拓?fù)潢P(guān)聯(lián)：元素之間的拓?fù)潢P(guān)系。拓?fù)浒涸刂g的拓?fù)潢P(guān)系。1、空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系不同類同類同類不同級(jí)N1е1е2е5е6е4е7е3P1P3P2P4N4N3N5N2拓?fù)溧徑樱篘1/N2,N1/N3,N1/N4;P1/P3;P2/P3拓?fù)潢P(guān)聯(lián)：N1/е1、е3、е6；P1/е1、е5、е6拓?fù)浒篜3與P42.空間數(shù)據(jù)拓?fù)潢P(guān)系好處（1）不需要利用坐標(biāo)或者計(jì)算距離，就可確定地理實(shí)體間的相對(duì)空間位置關(guān)系。（2）有利于空間要素的查詢。（3）可以利用拓?fù)鋽?shù)據(jù)作為工具，重建地理實(shí)體。3.地理空間數(shù)據(jù)拓?fù)潢P(guān)系的表示結(jié)點(diǎn)集合結(jié)點(diǎn)名指針第一個(gè)離開(kāi)弧段第一個(gè)到達(dá)弧段坐標(biāo)N1e3e1x1，y1

N2e1e2x2，y2

N3e2e3x3，y3е1е2е5е6е4е7е3P1P3P2P4N4N3N5N2N1四、空間數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)表示空間分幅：將整個(gè)地理空間劃分為許多子空間，再選擇要表達(dá)的子空間屬性分層：將要表達(dá)的空間數(shù)據(jù)抽象成不現(xiàn)類型屬性的數(shù)據(jù)層來(lái)表示時(shí)間分段：將有時(shí)間特征的地理數(shù)據(jù)按其變化規(guī)律劃分為不同的時(shí)間段數(shù)據(jù)，再逐一表示第三節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型一、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)三、曲面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

一、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：概念利用歐幾里德幾何學(xué)中的點(diǎn)、線、面及其組合體來(lái)表示地理實(shí)體空間分布的一種數(shù)據(jù)組織方式。

幾何(空間)對(duì)象

點(diǎn)：空間的一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)；線：多個(gè)點(diǎn)組成的弧段；面：多個(gè)弧段組成的封閉多邊形；主要類型

實(shí)體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：獲取方法定位設(shè)備（全站儀、GPS、常規(guī)測(cè)量等）地圖數(shù)字化間接獲取柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換空間分析技術(shù)（疊置、緩沖等操作產(chǎn)生的新的矢量數(shù)據(jù)）

矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：表達(dá)內(nèi)容矢量數(shù)據(jù)自身的存儲(chǔ)和管理幾何數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的聯(lián)系空間對(duì)象的空間關(guān)系（拓?fù)潢P(guān)系）

空間表達(dá)=信息結(jié)構(gòu)+操作實(shí)體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

只記錄空間對(duì)象的位置坐標(biāo)和屬性信息，不記錄拓?fù)潢P(guān)系（又稱面條結(jié)構(gòu)）。存儲(chǔ)：獨(dú)立存儲(chǔ)：空間對(duì)象位置直接跟隨空間對(duì)象；點(diǎn)位字典：點(diǎn)坐標(biāo)獨(dú)立存儲(chǔ)，線、面由點(diǎn)號(hào)組成特征無(wú)拓?fù)潢P(guān)系，主要用于顯示、輸出及一般查詢公共邊重復(fù)存儲(chǔ)，存在數(shù)據(jù)冗余，難以保證數(shù)據(jù)獨(dú)立性和一致性多邊形分解和合并不易進(jìn)行，鄰域處理較復(fù)雜；處理嵌套多邊形比較麻煩適用范圍：制圖及一般查詢，不適合復(fù)雜的空間分析矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)示例—面條結(jié)構(gòu)多邊形

數(shù)據(jù)項(xiàng)

A

(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3),(x4,y4),(x5,y5),(x6,y6),(x7,y7),(x8,y8),(x9,y9),(x1,y1)

B

(x1,y1),(x9,y9),(x8,y8),(x17,y17),(x16,y16),(x15,y15),(x14,y14),(x13,y13),(x12,y12),(x11,y11),(x10,y10),(x1,y1)

C

(x24,y24),(x25,y25),(x26,y26),(x27,y27),(x28,y28),(x29,y29),(x30,y30),(x31,y31),(x24,y24) D

(x19,y19),(x20,y20),(x21,y21),(x22,y22),(x23,y23),(x15,y15),(x16,y16),(x19,y19)

E

(x5,y5),(x18,y18),(x19,y19),(x16,y16),(x17,y17),(x8,y8),(x7,y7),(x6,y6),(x5,y5)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編碼的基本內(nèi)容

標(biāo)識(shí)碼屬性碼空間對(duì)象編碼唯一連接空間和屬性數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)獨(dú)立編碼點(diǎn):(x,y)線:(x1,y1),(x2,y2),…,(xn

,yn

)面:(x1,y1

),(x2,y2

),…,(x1,y1

)點(diǎn)位字典點(diǎn):點(diǎn)號(hào)文件線:點(diǎn)號(hào)串面:點(diǎn)號(hào)串點(diǎn)號(hào)XY1112223344………n5566存儲(chǔ)方法拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

不僅表達(dá)幾何位置和屬性，還表示空間關(guān)系表達(dá)對(duì)象：關(guān)聯(lián)關(guān)系矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)C4N4C8C6P3C7N6C10N3C3N1P1C2N2C1P2C5N5P4P5C9N7弧段號(hào)起結(jié)點(diǎn)終結(jié)點(diǎn)左多邊形右多邊形C1N1N2P2P1C2N3N2P1P4C3N1N3P1?C4N1N4?P2C5N2N5P2P4C6N4N5P3P2C7N5N6P3P4C8N4N6?P3C9N7N7P4P5C10N3N6P4?拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)表達(dá)示例拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：拓?fù)潢P(guān)系與數(shù)據(jù)共享

維護(hù)數(shù)據(jù)的一致性拓?fù)?移動(dòng)結(jié)點(diǎn)無(wú)拓?fù)?移動(dòng)結(jié)點(diǎn)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（續(xù)）矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：特點(diǎn)用離散的點(diǎn)描述空間對(duì)象與特征，定位明顯，屬性隱含

用拓?fù)潢P(guān)系描述空間對(duì)象之間的關(guān)系面向目標(biāo)操作，精度高，數(shù)據(jù)冗余度小與遙感等圖象數(shù)據(jù)難以結(jié)合輸出圖形質(zhì)量好，精度高

矢量結(jié)構(gòu)

柵格結(jié)構(gòu)

二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)指將空間分割成各個(gè)規(guī)則的網(wǎng)格單元，然后在各個(gè)格網(wǎng)單元內(nèi)賦以空間對(duì)象相應(yīng)的屬性值的一種數(shù)據(jù)組織方式。每個(gè)柵格單元只能存在一個(gè)值。8888888888888888888888888888888888888888888881111111111111122222222222322點(diǎn)線面對(duì)于柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)點(diǎn)：為一個(gè)像元線：在一定方向上連接成串的相鄰像元集合。面：聚集在一起的相鄰像元集合。A.OBC中心點(diǎn)法重要性法長(zhǎng)度占優(yōu)法面積占優(yōu)法柵格結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)中混合像元的處理方案一方案二：縮小柵格單元的面積柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：特點(diǎn)離散的量化柵格值表示空間對(duì)象位置隱含,屬性明顯

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于遙感數(shù)據(jù)結(jié)合,但數(shù)據(jù)量大幾何和屬性偏差面向位置的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),難以建立空間對(duì)象之間的關(guān)系兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的比較優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1.便于面向現(xiàn)象(土壤類、土地利用單元等)；

2.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)緊湊、冗余度低；

3.有利于網(wǎng)絡(luò)分析；

4.圖形顯示質(zhì)量好、精度高。1.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜；

2.軟件與硬件的技術(shù)要求比較高；

3.多邊形疊合等分析比較困難；

4.顯示與繪圖成本比較高。柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)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.有利于與遙感數(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。1.圖形數(shù)據(jù)量大；

2.投影轉(zhuǎn)換比較困難；

3.柵格地圖的圖形質(zhì)量相對(duì)較低；

4.現(xiàn)象識(shí)別的效果不如矢量方法。41

三、曲面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)－－不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）1

2

3

6

5

8

7

9

11

10

4

A

B

C

D

E

F

G

H

I

J

K

L

M

N

一、編碼的概念和意義二、柵格結(jié)構(gòu)編碼方法第四節(jié)地理數(shù)據(jù)的編碼方法

地理數(shù)據(jù)編碼，是根據(jù)GIS的目的和任務(wù)，把地圖、圖像等資料按一定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為適于計(jì)算機(jī)存貯和處理的數(shù)據(jù)過(guò)程。地理內(nèi)容的編碼要反映出地理實(shí)體的幾何特征，以及地理實(shí)體的屬性特征，空間數(shù)據(jù)的編碼是地理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最重要的技術(shù)步驟，它表現(xiàn)由現(xiàn)實(shí)世界到數(shù)據(jù)世界之間的界面，是聯(lián)結(jié)從現(xiàn)實(shí)世界到數(shù)據(jù)世界的紐帶。一、編碼的概念和意義鏈碼(chainEncoding)直接?xùn)鸥窬幋a游程長(zhǎng)度編碼塊碼四叉樹(shù)編碼(quarter_treeEncoding)柵格結(jié)構(gòu)編碼方法1、直接?xùn)鸥窬幋a

直接編碼就是將柵格數(shù)據(jù)看作一個(gè)數(shù)據(jù)矩陣，逐行（或逐列）逐個(gè)記錄代碼，可以每行從左到右逐像元記錄，也可奇數(shù)行從左到右而偶數(shù)行由右向左記錄，為了特定的目的還可采用其他特殊的順序。

02255555222225550000033322223355002333550033335300033333000033330，2，2，5，5，5，5，5；2，2，2，2，2，5，5，5；2，2，2，2，3，3，5，5；0，0，2，3，3，3，5，5；0，0，3，3，3，3，5，3；0，0，0，3，3，3，3，3；0，0，0，0，3，3，3，3；0，0，0，0，0，3，3，3。由起點(diǎn)位置和一系列在基本方向的單位矢量給出每個(gè)后續(xù)點(diǎn)相對(duì)其前繼點(diǎn)的可能的8個(gè)基本方向之一表示。8個(gè)基本方向自0°開(kāi)始按逆時(shí)針?lè)较虼a分別為0，1，2，3，4，5，6，7。單位矢量的長(zhǎng)度默認(rèn)為一個(gè)柵格單元。2、鏈碼12345076001076701100鏈碼編碼：

2，2，6，7，6，0，6，5123450760500000000500000000000000500000000550000000500000050000000000000鏈碼編碼示例3、游程長(zhǎng)度編碼(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)；0225555522222555000003332222335500233355003333530003333300003333沿行方向進(jìn)行編碼：(0，1），（2，2），（5，5）；（2，5），（5，3）；（2，4），（3，2），（5，2）；（0，2），（2，1），（3，3），（5，2）；（0，2），（3，4），（5，1），（3，1）；（0，3），（3，5）；（0，4），（3，4）；（0，5），（3，3）。3、游程長(zhǎng)度編碼逐個(gè)記錄各行（或列）代碼發(fā)生變化的位置和相應(yīng)代碼。0225555522222555000003332222335500233355003333530003333300003333沿列方向進(jìn)行編碼：(1，0），（2，2），（4，0）；（1，2），（4，0）；（1，2），（5，3），（6，0）；（1，5），（2，2），（4，3），（7，0）；（1，5），（2，2），（3，3），（8，0）；（1，5），（3，3）；（1，5），（6，3）；（1，5），（5，3）。

4、塊碼采用方形區(qū)域作為記錄單元，數(shù)據(jù)編碼由初始位置行列號(hào)加上半徑，再加上記錄單元的代碼組成。0225555522222555000003332222335500233355003333530003333300003333（1，1，1，0），（1，2，2，2），（1，4，1，5），（1，5，1，5），（1，6，2，5），（1，8，1，5）；（2，1，1，2），（2，4，1，2），（2，5，1，2），（2，8，1，5）；（3，3，1，2），（3，4，1，2），（3，5，2，3），（3，7，2，5）；（4，1，2，0），（4，3，1，2），（4，4，1，3）；（5，3，1，3），（5，4，2，3），（5，6，1，3），（5，7，1，5），（5，8，1，3）；（6，1，3，0），（6，6，3，3）；（7，4，1，0），（7，5，1，3）；（8，4，1，0），（8，5，1，0）。

5、四叉樹(shù)編碼

是根據(jù)柵格數(shù)據(jù)二維空間分布的特點(diǎn)，將空間區(qū)域按照4個(gè)象限進(jìn)行遞歸分割（2n×2n，且n>1），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(shù)。四叉樹(shù)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)，它對(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)，可能落在不同的層上，該結(jié)點(diǎn)代表子象限單一的代