GIS 第2部分 地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

第二章地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)地理空間及其表達(dá)地理空間數(shù)據(jù)及其特征空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)建立第一節(jié)地理空間及其表達(dá)一、地理空間：

地球上物質(zhì)、能量、信息在形式與形態(tài)、結(jié)構(gòu)過程、功能關(guān)系上的分布方式和格局，以及在時(shí)間上的延續(xù)。建立在地理空間坐標(biāo)系基礎(chǔ)上地理坐標(biāo)（經(jīng)度、緯度）是描述地理空間信息最直接的方法。1、地理空間坐標(biāo)系地理坐標(biāo)系是以地理極(北極、南極)為極點(diǎn)。通過P點(diǎn)作橢球面的垂線，稱之為過P點(diǎn)的法線。法線與赤道面的交角，叫做P點(diǎn)的緯度α（Latitude）

。過P點(diǎn)的子午面與通過英國格林尼治天文臺的子午面所夾的二面角，叫做P點(diǎn)的經(jīng)度λ（Longitude）。1、地理空間坐標(biāo)系地理坐標(biāo)系（GeographicCoordinateSystem,GCS）

基于球形單位（Degree），通過緯度（Latitude）和經(jīng)度（Longitude）記錄地理實(shí)體在地球上的空間位置。投影坐標(biāo)系（ProjectionCoordinateSystem,PCS）參數(shù)：橢球（Spheriod）基準(zhǔn)面(Datum)投影參數(shù)橢球及其中心所在位置（大地水準(zhǔn)面）的組合稱為基準(zhǔn)面。大地水準(zhǔn)面:相對于基準(zhǔn)面的地球半徑測量。小尺度（洲、國家等）范圍采用各地相應(yīng)的基準(zhǔn)面。投影變形長度變形面積變形角度變形地圖投影：投影實(shí)質(zhì)投影面地球地圖投影：通過一系列數(shù)學(xué)公式，將緯度和經(jīng)度轉(zhuǎn)換為平面x,y坐標(biāo)后，地理坐標(biāo)系成為投影坐標(biāo)系。圓柱投影橫向切傾斜圓柱投影方式切圓錐投影割圓錐投影幾種常見的投影蘭勃特(Lambert)投影是等角正軸切（割）圓錐投影；墨卡托(Mercator)投影是等角圓柱正軸切投影；高斯

克呂格(Gauss-Kriiger)是等角圓柱橫軸切投影；

我國地形圖有:北京54坐標(biāo)系(3o帶、6o帶)

西安80坐標(biāo)系亞爾勃斯(Albers)是等積正軸切（割）圓錐投影。UTM投影（UniversalTransverseMercatolProjection，即通用橫軸墨卡托投影）高斯—克呂格投影示意圖地形圖分幅我國的大地坐標(biāo)系我國現(xiàn)有大地坐標(biāo)系：1954北京坐標(biāo)系——高斯-克呂格投影1980年國家大地坐標(biāo)系——高斯-克呂格投影選用1975年國際大地測量協(xié)會(huì)推薦的國際橢球赤道半徑=6378140.0000000000m極半徑=6356755.2881575287m地球扁率=1/298.257原點(diǎn)：

陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)——西安原點(diǎn)地圖投影：我國常用地圖投影1：100萬：蘭勃特投影（正軸等積割圓錐投影）大部分分省圖、大多數(shù)同級比例尺也采用蘭勃特投影1：50萬、1：25萬、1：10萬、1：5萬、1：2.5萬、1:1萬、1：5000采用高斯—克呂格投影。GIS中地圖投影GIS以地圖方式顯示地理信息，而地圖是平面，地理信息則在地球橢球上，因此地圖投影在GIS中不可缺少。GIS數(shù)據(jù)庫中地理數(shù)據(jù)可以地理坐標(biāo)和投影坐標(biāo)存貯。兩者可以相互轉(zhuǎn)換。GIS中，地理數(shù)據(jù)的顯示制圖可根據(jù)用戶的需要而指定投影方式。當(dāng)所制地圖與國家基本地圖系列的比例尺一致時(shí)，最好采用國家基本系列地圖所用的投影。2、地圖比例尺（Scale）比例尺的含義：制圖區(qū)域較小，比例尺的含義是圖上長度與相應(yīng)地面長度的比例；

制圖區(qū)域較大時(shí)，這種地圖比例尺一般是指在地圖投影時(shí)，對地球半徑縮小的比率，稱為主比例尺。我國地圖比例尺分級系統(tǒng)：大比例尺：1：500—1：10萬中比例尺：1：10萬—1：100萬小比例尺：〈1：100萬3、ArcGIS建立坐標(biāo)系統(tǒng)信息坐標(biāo)系統(tǒng)的信息用于描述空間數(shù)據(jù)坐標(biāo)特性。亦稱“空間參考”在ArcGIS中，可以在新建數(shù)據(jù)時(shí)定義坐標(biāo)系統(tǒng)信息，也可以利用DefineProjection工具對已有的數(shù)據(jù)定義坐標(biāo)系統(tǒng)信息。

對于文件形式的數(shù)據(jù)，定義投影后將產(chǎn)生一個(gè)投影文件（*.prj），投影文件是一個(gè)文本文件；對數(shù)據(jù)庫形式的數(shù)據(jù)，定義投影后，將把坐標(biāo)系統(tǒng)信息增加到空間參照表中。坐標(biāo)系統(tǒng)的定義有三種方式：選擇預(yù)定義的坐標(biāo)系統(tǒng)（在ArcGIS中，有幾百種已定義的坐標(biāo)系統(tǒng)）。從其它數(shù)據(jù)（有坐標(biāo)系統(tǒng)定義）中輸入坐標(biāo)系統(tǒng)。創(chuàng)建一個(gè)新坐標(biāo)系統(tǒng)。3、ArcGIS建立坐標(biāo)系統(tǒng)信息ArcGIS中定義空間參考（投影坐標(biāo)系統(tǒng)）界面選擇預(yù)定義的坐標(biāo)系統(tǒng)定義新的坐標(biāo)系統(tǒng)建立坐標(biāo)系統(tǒng)信息一方面可以更好地認(rèn)識數(shù)據(jù)；另一方面，可以在視圖窗口中實(shí)現(xiàn)空間坐標(biāo)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換，并以新的坐標(biāo)系統(tǒng)輸出。（如增加的第二個(gè)圖層數(shù)據(jù)與第一個(gè)圖層數(shù)據(jù)的坐標(biāo)不一致，第二個(gè)圖層數(shù)據(jù)自動(dòng)轉(zhuǎn)換空間坐標(biāo)與第一個(gè)圖層數(shù)據(jù)的坐標(biāo)一致）3、ArcGIS建立坐標(biāo)系統(tǒng)信息3、ArcGIS坐標(biāo)系統(tǒng)變換坐標(biāo)系統(tǒng)的變換包括：不同基準(zhǔn)（Datum）地理坐標(biāo)的相互轉(zhuǎn)換地理坐標(biāo)與投影坐標(biāo)轉(zhuǎn)換（可以包括Datum轉(zhuǎn)換）不同投影坐標(biāo)轉(zhuǎn)換（可以包括Datum轉(zhuǎn)換）未定義（或未知）坐標(biāo)與已定義坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系統(tǒng)的變換將產(chǎn)生空間坐標(biāo)的變化，即產(chǎn)生新的空間數(shù)據(jù)。在ArcGIS中，可以利用Project工具實(shí)現(xiàn)已知坐標(biāo)系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換，也可以利用幾何校正模塊實(shí)現(xiàn)未知坐標(biāo)信息數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換。已知坐標(biāo)系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換要求輸入數(shù)據(jù)有坐標(biāo)系統(tǒng)信息定義輸出數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系統(tǒng)信息選擇不同Datum相互轉(zhuǎn)換模型ArcGIS有幾百種不同投影模型。如，北京54以及西安80的投影；Lambert、Albers和UTM等。ArcGIS實(shí)現(xiàn)不同的通用的地圖投影間的轉(zhuǎn)換模型，但對于自定義投影，首先要定義投影參數(shù)才能建立轉(zhuǎn)換模型。4、ArcGIS坐標(biāo)系統(tǒng)變換ArcGIS投影及參數(shù)設(shè)置二、空間實(shí)體信息的表達(dá)在計(jì)算機(jī)中，現(xiàn)實(shí)世界是以各種數(shù)字和字符形式來表達(dá)和記錄的；點(diǎn)狀：氣象站、山峰、企事業(yè)單位等線狀：河流、海岸線、鐵路、行政邊界等面狀：土地利用模式、湖泊等點(diǎn)（point）實(shí)體

有位置，無寬度和長度；抽象的點(diǎn)美國佛羅里達(dá)洲地震監(jiān)測站2002年9月該洲可能的500個(gè)地震位置線(line)實(shí)體

有長度，但無寬度和高度用來描述線狀實(shí)體。也可用于網(wǎng)絡(luò)分析模型度量實(shí)體距離香港城市道路網(wǎng)分布面(polygon)實(shí)體

具有長和寬的目標(biāo)通常用來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)面中國土地利用分布圖表達(dá)方式（空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）:矢量表示法（矢量數(shù)據(jù)模型）采用矢量坐標(biāo)對表達(dá)基本的點(diǎn)、線、面要素。柵格表示法（柵格數(shù)據(jù)模型）采用有固定大小的格網(wǎng)點(diǎn)表達(dá)基本要素，以及“場”。湖泊河道居民地空間對象（實(shí)體）的地圖表達(dá)點(diǎn)：位置：（x，y）屬性：符號線：位置：(x1,y1),(x2,y2),…,(xn,yn)

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

屬性：符號變化

矢量數(shù)據(jù)

獨(dú)立的點(diǎn)物體用其所處的格網(wǎng)點(diǎn)來表示。二值圖時(shí)其值為1，非二值圖時(shí)用其屬性代碼作為格網(wǎng)值。如該點(diǎn)為電視塔（代碼是105），則該格網(wǎng)的值即為105。

面狀地物用其在空間所覆蓋的格網(wǎng)集合來表示。(同樣，二值圖時(shí)其值為1，非二值圖時(shí)用其屬性代碼作為格網(wǎng)值。)

線狀地物借助于經(jīng)過線段中心的一組格網(wǎng)來表示。(同樣，二值圖時(shí)其值為1，非二值圖時(shí)用其屬性代碼作為格網(wǎng)值。)不同專題的地圖數(shù)據(jù)可以置于不同的格網(wǎng)層面上，即用不同的柵格層面來表示不同的地理數(shù)據(jù)。

柵格數(shù)據(jù)類型圖第二節(jié)地理空間數(shù)據(jù)及其特征一、GIS的空間數(shù)據(jù)類型和來源

地圖數(shù)據(jù)地圖是地理信息的主要載體，同時(shí)也是地理信息系統(tǒng)最重要得信息源影像數(shù)據(jù)各種遙感數(shù)據(jù)及其制成的圖像資料,是GIS最有效的數(shù)據(jù)源之一地形數(shù)據(jù)屬性數(shù)據(jù)(文字圖表等)元數(shù)據(jù)（Metadata）：

“關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)”二、空間數(shù)據(jù)的基本特征空間對象的三大基本特征：空間特征絕對定位---某一坐標(biāo)系的位置信息相對定位---實(shí)體相互關(guān)系的拓?fù)湫畔傩蕴卣?/p>

描述空間對象的特性，即是什么，如實(shí)體特征的名稱，等級和數(shù)量等。時(shí)間特征

時(shí)間特征是指空間對象隨著時(shí)間演變而引起的空間和屬性特征的變化。

空間特征是指空間對象的位置及與相鄰對象的空間聯(lián)系或拓?fù)潢P(guān)系屬性特征是指空間對象的專題屬性：空間數(shù)據(jù)的時(shí)態(tài)特征196319721983197919871995GIS的空間數(shù)據(jù)組織傳統(tǒng)上，常用的分專題地圖疊蓋分析的方法。

分層（分專題）存貯地理信息，在應(yīng)用時(shí)進(jìn)行疊蓋分析的思想方法被地理信息系統(tǒng)用來作為空間地理數(shù)據(jù)的組織。

即空間地理信息特征在邏輯上被組織成一組信息層或?qū)ｎ}數(shù)據(jù)層來存儲(chǔ)，以備組合應(yīng)用。通?；镜牡乩砜臻g信息可以劃分成許多基本層面。如道路交通、河流水系、土地利用、地形和居民地等層面。

分層的地圖空間信息示意

地理信息系統(tǒng)軟件ARC/INFO中，通常把一個(gè)個(gè)分層的專題數(shù)據(jù)層面稱做為一個(gè)coverage(或shp)，其含義為一個(gè)覆蓋面或一個(gè)覆蓋層。MapInfo軟件中一個(gè)圖層為一個(gè)tab表。層的定義是地理特征以及用于描述這些特征的屬性在邏輯意義上的集合。它是圖形數(shù)據(jù)存貯的基本單元，也是進(jìn)行疊加分析中眾多個(gè)要素中的一個(gè)。

空間數(shù)據(jù)特征：構(gòu)造層的典型做法是將點(diǎn)、線和多邊形分別放在不同的層面上。如：井位用點(diǎn)表示，可將其放在一個(gè)層面上；道路用線表示，放在另一個(gè)層面上。專題類型分組：把特征根據(jù)其所表示的對象在邏輯上加以組織。如森林植被組織在一個(gè)層面上；土壤土質(zhì)組織在一個(gè)層面上；河流水系組織在一個(gè)層面上；道路組織在一個(gè)層面上。盡管其都是以線特征來表示的。實(shí)際應(yīng)用目的：地理數(shù)據(jù)的使用目的決定了一個(gè)GIS之中需要建立哪些層，哪些地物特征建立在一個(gè)層面上，每層上需要有哪些描述性屬性。

如何分層？

分層結(jié)構(gòu)的GIS數(shù)據(jù)組織，需要各層數(shù)據(jù)都應(yīng)有統(tǒng)一的幾何坐標(biāo)系統(tǒng)（即統(tǒng)一的底圖）和統(tǒng)一的地圖投影性質(zhì)。如果數(shù)據(jù)資料來源(坐標(biāo)、投影)不一樣，要通過GIS的功能進(jìn)行變換。這種數(shù)據(jù)組織使得GIS中各數(shù)據(jù)層可自成體系，各層能獨(dú)立的進(jìn)行圖形編輯和分析提取，各層數(shù)據(jù)都可形成自己的拓?fù)淇臻g關(guān)系，各層數(shù)據(jù)可以覆合顯示和疊蓋分析，能生成新的空間數(shù)據(jù)。

分層數(shù)據(jù)的要求拓?fù)涞母拍睿?/p>

明確定義空間結(jié)構(gòu)關(guān)系的一種數(shù)學(xué)方法。拓?fù)湓兀?/p>

點(diǎn)：孤立點(diǎn)、線的端點(diǎn)、面的首尾點(diǎn)、鏈的連接點(diǎn)線：兩結(jié)點(diǎn)之間的有序弧段，包括鏈、弧段和線段面：若干弧段組成的多邊形拓?fù)潢P(guān)系：

鄰接：相同拓?fù)湓刂g的關(guān)系關(guān)聯(lián)：不同拓?fù)湓刂g的關(guān)系包含：不同級的元素之間的關(guān)系空間對象的拓?fù)淇臻g關(guān)系起點(diǎn)終點(diǎn)中間點(diǎn)弧段1弧段3弧段2弧段4點(diǎn):面:弧:鄰接相交重合相離包含點(diǎn)—點(diǎn)點(diǎn)—線點(diǎn)—面線—面面—面線—線N1е1е2е5е6е4е7е3P1P3P2P4N4N3N5N2拓?fù)溧徑樱ㄟB接）：N1/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P4結(jié)點(diǎn)（節(jié)點(diǎn)）集合結(jié)點(diǎn)名指針第一個(gè)離開弧段

第一個(gè)到達(dá)弧段坐標(biāo)N1e3e1x1，y1N2e1e2x2，y2N3e2e3x3，y3е1е2е5е6е4е7е3P1P3P2P4N4N3N5N2弧段名e1N2N1P1P0e6e2s1e2N3N2e5P2P0e4e3s2e3N1N3e6e4P3P0s3e4N4N3e5e3P2P3e2e6s4

始結(jié)點(diǎn)終結(jié)點(diǎn)離開始結(jié)點(diǎn)的下一條弧段到達(dá)終結(jié)點(diǎn)的下一條弧段右多邊形左多邊形右多邊形順時(shí)針下一條弧段左多邊形逆時(shí)針下一條弧段坐標(biāo)串е1е2е5е6е4е7е3P1P3P2P4N4N3N5N2弧段集合順時(shí)針弧段

逆時(shí)針弧段指針屬性P1e1e5e6t0P2e2e4e5t1P3e3e4e6t2多邊形名P4e7t3多邊形集合е1е2е5е6е4е7е3P1P3P2P4N4N3N5N2空間拓?fù)潢P(guān)系表達(dá)—關(guān)系表面域與弧段的拓?fù)潢P(guān)系面域 弧段 P1 a,b,c,-gP2 b,d,f P3 c,f,e P4 g 結(jié)點(diǎn)與弧段的拓?fù)潢P(guān)系結(jié)點(diǎn) 弧段 A a,c,e B a,d,b C d,e,f D b,f,c E g 弧段與結(jié)點(diǎn)的拓?fù)潢P(guān)系弧段 結(jié)點(diǎn) a A,B b B,D c D,A d B,C e C,A f C,D g E,E弧段與面域的拓?fù)潢P(guān)系弧段左鄰面右鄰面a P0 P1b P2 P1c P3 P1d P0 P2e P0 P3f P3 P2g P1

abcdefgACBDEP4P0P1P2P3空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系在GIS中的意義確定地理實(shí)體間的相對空間關(guān)系，無需坐標(biāo)和距離有利于空間要素查詢便于重建地理實(shí)體GIS中引入拓?fù)潢P(guān)系的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)描述點(diǎn)、線、面的空間關(guān)系不完全依賴于具體的坐標(biāo)位置?？臻g關(guān)系信息豐富、簡潔，數(shù)據(jù)冗余小。方便多邊形和多邊形的疊合。便于檢查數(shù)據(jù)輸入過程中的錯(cuò)誤。缺點(diǎn)拓?fù)潢P(guān)系建立過程比較復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)本身復(fù)雜三、空間數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)表示空間數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)表示：

通過利用確定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和模型來表達(dá)空間對象的空間位置、拓?fù)潢P(guān)系和屬性信息。實(shí)質(zhì)：由實(shí)體目標(biāo)構(gòu)成數(shù)據(jù)庫的邏輯過程實(shí)體目標(biāo)的定位特征與屬性特征的聯(lián)系第三節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)—基于坐標(biāo)的柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)—基于格網(wǎng)的矢量與柵格一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矢量與柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的比較常用的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)XYijx1y1x2y2xiyixnyn一、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)概念：

矢量結(jié)構(gòu)是通過記錄坐標(biāo)的方式來表示點(diǎn)、線、面等地理實(shí)體。特點(diǎn)：定位明顯、屬性隱含能最好地逼近地理實(shí)體的空間分布特征數(shù)據(jù)精度高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)冗余度低便于進(jìn)行地理實(shí)體的網(wǎng)絡(luò)分析對多層空間數(shù)據(jù)的疊合分析比較困難獲取方法：手工數(shù)字化法；手扶跟蹤數(shù)字化法；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換法。矢量數(shù)據(jù)（1）矢量數(shù)據(jù)（2）矢量數(shù)據(jù)（3）

簡單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)---面條結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：數(shù)據(jù)編排直觀，數(shù)字化操作簡單重復(fù)存儲(chǔ)，造成數(shù)據(jù)冗余和不一致數(shù)據(jù)間無拓?fù)潢P(guān)聯(lián)島是單個(gè)圖形，與外界多邊形無聯(lián)系不易進(jìn)行多邊形分解和合并，鄰域處理較復(fù)雜適用范圍：制圖及一般查詢，不適合復(fù)雜的空間分析一、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)---面條結(jié)構(gòu)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)多邊形 數(shù)據(jù)項(xiàng) 12345678910111213141516171819202122232425262728293031

拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)容DIME（雙重獨(dú)立編碼）（亦稱：對偶獨(dú)立地圖編碼法）其他矢量編碼方式：POLYVRT（多邊形轉(zhuǎn)換器）、TIGER（地理編碼和參照系統(tǒng)的拓?fù)浼桑┗緦ο螅夯《?、鏈段特點(diǎn)：點(diǎn)是相互獨(dú)立的，點(diǎn)連成線，線構(gòu)成面拓?fù)渚庉嫞鹤詣?dòng)查錯(cuò)編輯和自動(dòng)生成多邊形邊界便于進(jìn)行數(shù)據(jù)組織和數(shù)據(jù)分析一、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)C4N4C8C6P3C7N6C10N3C3N1P1C2N2C1P2C5N5P4P5C9N7弧段號起結(jié)點(diǎn)終結(jié)點(diǎn)左多邊形右多邊形C1N1N2P2P1C2N3N2P1P4C3N1N3P1?C4N1N4?P2C5N2N5P2P4C6N4N5P3P2C7N5N6P3P4C8N4N6?P3C9N7N7P4P5C10N3N6P4?矢量數(shù)據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的區(qū)域鄰接性分析、節(jié)點(diǎn)連通性分析多邊形區(qū)域生成從上表找出與多邊形P1

相關(guān)的記錄：弧段號起結(jié)點(diǎn)終結(jié)點(diǎn)左多邊形右多邊形C1N1N2P2P1C2N3N2P1P4C3N1N3P1?從上表中，計(jì)算機(jī)檢查當(dāng)前編輯的多邊形P1

所處的位置：弧段號起結(jié)點(diǎn)終結(jié)點(diǎn)左多邊形右多邊形C1N1N2P2P1C2N2N3P4P1C3N1N3P1?多邊形生成從經(jīng)過代碼位置轉(zhuǎn)換的記錄中，任取一個(gè)起始點(diǎn)作為起點(diǎn)，順序連接各個(gè)結(jié)點(diǎn)，必要時(shí)可對記錄進(jìn)行前后順序調(diào)整，使得連接的節(jié)點(diǎn)能自行封閉弧段號起結(jié)點(diǎn)終結(jié)點(diǎn)左多邊形右多邊形C1N1N2P2P1C2N2N3P4P1C3N3N1?P1曲面（表面）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

TIN（TriangulatedIrregularNetwork

）不規(guī)則三角網(wǎng)表面：連續(xù)分布現(xiàn)象的覆蓋表面（field）狄洛尼三角網(wǎng)三角形標(biāo)識碼，相鄰三角形標(biāo)識碼頂點(diǎn)號、頂點(diǎn)坐標(biāo)特點(diǎn)：三角形任一邊可進(jìn)行連續(xù)分布現(xiàn)象的線性內(nèi)插可以自動(dòng)生成相鄰三角形信息（拓?fù)洌┍阌谶B續(xù)分布現(xiàn)象的順序追蹤和查詢檢索易于地形分析一、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不規(guī)則三角網(wǎng)狄洛尼狄洛尼Delaunay三角形TIN曲面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)三角形臨近關(guān)系A(chǔ)B,EBA,CCB,DDC,EEA,D三角形節(jié)點(diǎn)A1，5，6B4，5，6C3，4，6D2，3，6E1，2，6三角形關(guān)系表三角形/節(jié)點(diǎn)關(guān)系表AEDCB165432坐標(biāo)表節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)1X1，Y1，Z12X2，Y2，Z23X3，Y3，Z34X4，Y4，,Z45X5，Y5，Z56X6，Y6，Z6曲面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)0空間數(shù)據(jù)的壓縮（概化）

所謂數(shù)據(jù)壓縮，就是在原數(shù)據(jù)集合中，用一定的方法，抽取其一個(gè)子集。這個(gè)子集需在規(guī)定的精度要求范圍內(nèi)最好地逼近原集合，而又能取得盡可能大的壓縮比。壓縮比是指原集合的數(shù)據(jù)量與子集數(shù)據(jù)量之比。

1．矢量數(shù)據(jù)的壓縮

矢量數(shù)據(jù)的壓縮主要是曲線上點(diǎn)的數(shù)據(jù)的壓縮。

(1)三點(diǎn)垂距法該方法的原理是利用折線上相鄰三個(gè)內(nèi)點(diǎn)的中間點(diǎn)到前后兩點(diǎn)連線的垂距是否滿足或超過誤差限制來判別是保留還是刪除該中間點(diǎn)。簡化后的線比原來減少了內(nèi)點(diǎn)的數(shù)據(jù)量，同時(shí)又能滿足精度要求。該法的優(yōu)點(diǎn)是算法簡單、速度快，缺點(diǎn)是有可能刪去特征點(diǎn)。

不可逆(2)Douglas-Peucker法該方法首先將一曲線首末點(diǎn)連成直線，找出與該直線垂直距離最大的點(diǎn)。如該距離小于誤差限制值，則刪去該曲線上所有內(nèi)點(diǎn)；如大于限制值，則將該曲線分成兩段，再分別重復(fù)上述步驟。該方法能減少刪除特征點(diǎn)的可能性，但計(jì)算工作量大，且只有所以數(shù)據(jù)完成數(shù)字化后才能壓縮。

不可逆二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

概念：

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)賦以空間對象相應(yīng)的屬性值的一種數(shù)據(jù)組織方式。ij點(diǎn)線面柵格數(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。特點(diǎn)：地理要素表達(dá)直觀；容易實(shí)現(xiàn)多元數(shù)據(jù)的疊合操作等空間分析；有利于與遙感圖像及掃描數(shù)據(jù)相匹配建庫和使用；輸出方法快速，成本比較低廉；不利于進(jìn)行比例尺變化和投影變換；圖形數(shù)據(jù)量大；精度取決于網(wǎng)格的大??；網(wǎng)絡(luò)分析和建立網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系比較困難。二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)獲取方法：手工網(wǎng)格法；掃描數(shù)字化法；分類影像輸入法；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換法。二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格數(shù)據(jù)單元值確定CAB百分比法面積占優(yōu)重要性中心點(diǎn)法A連續(xù)分布地理要素C具有特殊意義的較小地物A分類較細(xì)、地物斑塊較小AB為了逼近原始數(shù)據(jù)精度，除了采用這幾種取值方法外，還可以采用縮小單個(gè)柵格單元的面積，增加?xùn)鸥駟卧倲?shù)的方法

決定柵格單元代碼的方式（面狀）中心點(diǎn)法：用處于柵格中心處的地物類型或現(xiàn)象特性決定柵格代碼。面積占優(yōu)法：以占矩形區(qū)域面積最大的地物類型或現(xiàn)象特性決定柵格單元的代碼。重要性法：根據(jù)柵格內(nèi)不同地物的重要性，選取最重要的地物類型決定相應(yīng)的柵格單元代碼。百分比法：根據(jù)網(wǎng)格區(qū)域內(nèi)各地理要素所占（面積、個(gè)數(shù)、長度等）百分比數(shù)確定柵格單元的代碼。柵格化中地物位置的平移問題柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：坐標(biāo)系與描述參數(shù)Y：列X：行西南角格網(wǎng)坐標(biāo)（XWS，YWS）格網(wǎng)分辨率測繪坐標(biāo)注：柵格數(shù)據(jù)原點(diǎn)設(shè)置為左下角點(diǎn)或左上角點(diǎn)柵格數(shù)據(jù)(1)柵格形式的類型圖柵格數(shù)據(jù)（2）影像數(shù)據(jù)屬于柵格數(shù)據(jù)形式

柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型：柵格矩陣結(jié)構(gòu)游程編碼結(jié)構(gòu)四叉樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)八叉樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格矩陣結(jié)構(gòu)2755555577755725522二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)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°開始按逆時(shí)針方向代碼分別為0，1，2，3，4，5，6，7。單位矢量的長度默認(rèn)為一個(gè)柵格單元。2、鏈碼12345076001076701100鏈碼編碼：

2，2，6，7，6，0，6，51234507605000000005

000000000000005

000000005500000005

00000050000000000000鏈碼編碼示例起始位置柵格數(shù)據(jù)的壓縮是柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)要解決的重要任務(wù)之一583(5,11)(3,24)(5,4)(8,15)(3,24)………….該方法將每一行中屬性相同的相鄰的柵格作為一個(gè)游程，用(C,L)來表示，C表示其屬性值，L表示該游程最后一個(gè)柵格所處的列號。這種壓縮方法的壓縮比，取決于圖形的復(fù)雜程度，圖形越零碎復(fù)雜，壓縮比越小。3、游程長度編碼(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）。（2）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）。（變化起始位置，數(shù)值）

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加上半徑（n*n），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、四叉樹編碼將空間區(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。方法：自上而下、自下而上二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)三個(gè)量來存貯：地址、深度和結(jié)點(diǎn)值。地址為每個(gè)象限的左上角的網(wǎng)格單元的地址；深度表示該象限的大小，表示其為n

n個(gè)網(wǎng)格單元結(jié)成的象限；結(jié)點(diǎn)值即為其屬性值。如:(5,9,2,8)(5,5,4,8)(9,1,8,8)每個(gè)象限的屬性數(shù)值均為單調(diào)(一致)為止。每個(gè)子象限，不論大小，均作為最后的存貯單元，從而用減少存貯單元的方法來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮。四叉樹編碼方法NW（2）NE（3）NW（0）SE（1）0層1層2層3層記錄每個(gè)葉子結(jié)點(diǎn)的地址和屬性012320212223200201202203230231232233四叉樹編碼樹杈結(jié)點(diǎn)葉子結(jié)點(diǎn)1234567812345678MMRMMMMMMMRRMRMMMRRRRRRMMRRRRRRMMRRRRRRMMRRRRRRMMMRRRRRMMMMRRMMM美國馬里蘭大學(xué)四叉樹編碼方法0層1層2層3層012320212223200201202203230231232233該方法用二進(jìn)制（共32位）記錄每個(gè)葉結(jié)點(diǎn)的地址和屬性值，其中地址包括兩個(gè)部分，即深度和路徑（位置）。000……001011000011屬性編碼

22位路徑2n位深度4位0225555522222555000003332222335500233355003333530003333300003333①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩1112131415161718192021222324252627282930313233363738393435400000333033333530022232222022225255533355西南東南西北東北000…00001101001122位6位4位四叉樹編碼特點(diǎn)特點(diǎn)：具有可變分辨率編碼效率高，可根據(jù)圖形結(jié)構(gòu)調(diào)整除去不必要的存儲(chǔ)量編碼具有區(qū)域性，便于圖形圖象的分析運(yùn)算；便于島的分析；便于同柵格矩陣之間的轉(zhuǎn)換

四叉樹建立的方法：常規(guī)四叉樹線性四叉樹常規(guī)四叉樹常規(guī)四叉樹的特點(diǎn)：遞歸分割，可從上到下；除了記錄葉結(jié)點(diǎn)外，還要記錄中間結(jié)點(diǎn)；（每個(gè)結(jié)點(diǎn)需要6個(gè)變量：父結(jié)點(diǎn)指針、四個(gè)子結(jié)點(diǎn)的指針和本結(jié)點(diǎn)的屬性值。

）存儲(chǔ)空間大，操作復(fù)雜；便于數(shù)據(jù)檢索、多要素疊合分析，求物體間的空間關(guān)系等操作

在GIS和圖象處理中不用常規(guī)四叉樹，而用線性四叉樹線性四叉樹具有四叉樹的形式。一幅2nx

2n柵格陣列的圖用四叉樹分割時(shí)，具有的最大深度為n，即可分為0,1,2,3…n層第0層，邊長上的最大柵格數(shù)為2n第1層，邊長上的最大柵格數(shù)為2n-1第2層，邊長上的最大柵格數(shù)為2n-2第n層，邊長上的最大柵格數(shù)為2n-n=1存儲(chǔ)方式同常規(guī)四叉樹不同。在線性四叉樹中只記錄葉結(jié)點(diǎn)信息，不存儲(chǔ)中間結(jié)點(diǎn)。結(jié)點(diǎn)信息的編碼號按一定規(guī)則，這種編號稱地址碼(位置碼），以表示它所處的位置。通常分四進(jìn)制編號和十進(jìn)制編號兩種。

基于四進(jìn)制的Morton（莫頓）碼線性表位置23*23格網(wǎng)，每分割一次增加一位Morton碼的掃描順序自上而下自下而上6、八叉樹編碼

八叉樹結(jié)構(gòu)就是將三維空間區(qū)域不斷地分解為八個(gè)同樣大小的子區(qū)域(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)，同一區(qū)域的屬性相同。八叉樹主要用來解決地理信息系統(tǒng)中的三維問題。

四叉樹在三維空間的推廣0000010100111001011101110020030120131021031121130200210300311201211301310220230320331221231321332002012102113003013103112022032122133023033123132202212302313203213303312222232322333223233323334444545545555414055055154004155005100440540400410500511401411501510040050140151041050040050123745012345671234567I（X）K（Z）J（Y）比較內(nèi)容矢量結(jié)構(gòu)柵格結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜簡單數(shù)據(jù)量小大圖形精度高低圖形運(yùn)算、搜索復(fù)雜、高效簡單、低效軟件與硬件技術(shù)不一致一致或接近遙感影像格式要求比較高不高圖形輸出顯示質(zhì)量好、精度高，但成本比較高輸出方法快速，質(zhì)量低，成本比較低廉?dāng)?shù)據(jù)共享不易實(shí)現(xiàn)容易實(shí)現(xiàn)拓?fù)浜途W(wǎng)絡(luò)分析容易實(shí)現(xiàn)不易實(shí)現(xiàn)矢量結(jié)構(gòu)與柵格結(jié)構(gòu)的比較第四節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的建立系統(tǒng)功能與數(shù)據(jù)間的關(guān)系現(xiàn)代地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)模式的一個(gè)重要特征是數(shù)據(jù)與功能之間具有密切的聯(lián)系，在確定數(shù)據(jù)內(nèi)容時(shí)，首先必須明確系統(tǒng)的功能；對開發(fā)的GIS系統(tǒng)的功能，是通過用戶需求調(diào)查