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1、GIS课程教案(第二章空间数据结构)地地理理信信息息系系统统原原理理GIS2-22-2矢量数据矢量数据结结构构 一、图形表示一、图形表示 二、获取方式二、获取方式三、组织三、组织 四、编码方式四、编码方式 返回返回地地理理信信息息系系统统原原理理GIS地地理理信信息息系系统统原原理理GIS地地理理信信息息系系统统原原理理GIS地地理理信信息息系系统统原原理理GIS3、空间数据类型、空间数据类型1）依据数据来源）依据数据来源的不同分为的不同分为：地图数据地图数据地形数据地形数据属性数据属性数据元数据元数据影象数据影象数据2）依据表示对象的不同分为）依据表示对象的不同分为：地地理理信信息息系系统统
2、原原理理GIS3、空间数据类型（续）、空间数据类型（续）返回返回地地理理信信息息系系统统原原理理GIS三、实体的空间特征三、实体的空间特征 2-12-1空间实体及其描述空间实体及其描述 第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构（一）空间维数：（一）空间维数：有有0 0，1 1，2 2，3 3 维之分，点、线、面、体。维之分，点、线、面、体。（二）空间特征类型（二）空间特征类型（三）实体类型组合（三）实体类型组合返回返回在地图上实体维数的表示可以改变在地图上实体维数的表示可以改变 点点-面面 线线（单线河）（单线河）-面（双线河），通过地图综合。面（双线河），通过地图综合。1 1、点状实体
3、、点状实体2 2、线状实体、线状实体3 3、面状实体、面状实体4 4、体状实体、体状实体地地理理信信息息系系统统原原理理GIS1 1、点状实体、点状实体2-12-1空间实体及其描述空间实体及其描述 第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构点或节点、点状实体。点：有特定位置，维数为点或节点、点状实体。点：有特定位置，维数为0 0的物体。的物体。4 4）角点、节点）角点、节点VertexVertex：表示线段和弧段上的连接点。表示线段和弧段上的连接点。1）实体点）实体点：用来代表一个实体。：用来代表一个实体。2）注记点）注记点：用于定位注记。：用于定位注记。3）内点：）内点：用于负载多边形的
4、属性，用于负载多边形的属性，存在于多边形内。存在于多边形内。返回返回地地理理信信息息系系统统原原理理GIS2 2、线状实体、线状实体1）实体长度）实体长度：从起点到终点的总长从起点到终点的总长2）弯曲度）弯曲度：用于表示像道路拐弯时弯曲的程度。用于表示像道路拐弯时弯曲的程度。3）方向性）方向性：如：水流方向，上游如：水流方向，上游下游，下游，公路，单、双向之分。公路，单、双向之分。2-12-1空间实体及其描述空间实体及其描述 第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构具有相同属性的点的轨迹，线或折线，由一系列的有序坐标表示，并有如下具有相同属性的点的轨迹，线或折线，由一系列的有序坐标表示，
5、并有如下特性特性：线状实体包括线状实体包括：线段，边界、链、弧段、网络等。线段，边界、链、弧段、网络等。返回返回地地理理信信息息系系统统原原理理GIS3 3、面状实体（多边形）、面状实体（多边形）2-12-1空间实体及其描述空间实体及其描述 第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构面状实体的如下面状实体的如下特征特征：1 1）面积范围面积范围 2 2）周长周长3 3）独立性或与其它地物相邻独立性或与其它地物相邻如中国及其周边国家如中国及其周边国家4 4）内岛屿或锯齿状外形内岛屿或锯齿状外形：如岛屿的海岸线封闭所围成的区域。如岛屿的海岸线封闭所围成的区域。5 5）重叠性与非重叠性）重叠性与
6、非重叠性：如学校的分区，菜市场的服务范围等如学校的分区，菜市场的服务范围等都有可能出现交叉重叠现象，而一个城都有可能出现交叉重叠现象，而一个城市的各个城区一般说来不会出现重叠。市的各个城区一般说来不会出现重叠。是对湖泊、岛屿、地块等一类现象的描述。是对湖泊、岛屿、地块等一类现象的描述。在数据库中由在数据库中由一封闭曲线加内点一封闭曲线加内点来表示。来表示。返回返回地地理理信信息息系系统统原原理理GIS4、体、立体状实体、体、立体状实体2-12-1空间实体及其描述空间实体及其描述 第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构返回返回 立立体体状状实实体体用用于于描描述述三三维维空空间间中中的的
7、现现象象与与物物体体，它它具具有有长长度度、宽宽度度及及高高度度等等属性，立体状实体一般具有以下一些空间属性，立体状实体一般具有以下一些空间特征特征：体积，如工程开控和填充的土方量。体积，如工程开控和填充的土方量。每个二维平面的面积。每个二维平面的面积。周长。周长。内岛。内岛。含有弧立块或相邻块。含有弧立块或相邻块。断面图与剖面图。断面图与剖面图。地地理理信信息息系系统统原原理理GIS（三）实体类型组合（三）实体类型组合2-12-1空间实体及其描述空间实体及其描述 第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构返回返回 现实世界的各种现象比较复杂，往往由不同的空间单元组合而成，例如根现实世界的
8、各种现象比较复杂，往往由不同的空间单元组合而成，例如根据某些空间单元或几种空间单元的组合将空间问题表达出来，复杂实体由简据某些空间单元或几种空间单元的组合将空间问题表达出来，复杂实体由简单实体组合表达。单实体组合表达。点、线、面两两之间组合表达复杂的空间问题：点、线、面两两之间组合表达复杂的空间问题：如：如：线线面面 面面-面面 可见，用各要素之间的空间关系，可描述诸多空间问题。可见，用各要素之间的空间关系，可描述诸多空间问题。空间关系是空间关系是GIS数据描述和表达的重要内容数据描述和表达的重要内容，一方面它为，一方面它为GIS数据库的有效建立，空间查询，数据库的有效建立，空间查询，空间分析
9、，辅助决策等提供了最基本的关系，另一方面有助于形成标准的空间分析，辅助决策等提供了最基本的关系，另一方面有助于形成标准的SQL空间查询语言，便于空间特征的存储，提取，查询，更新等。空间查询语言，便于空间特征的存储，提取，查询，更新等。地地理理信信息息系系统统原原理理GIS线线面面2-12-1空间实体及其描述空间实体及其描述 第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构返回返回1、区区域域包包含含线线：计计算算区区域域内内线线的密度，某省的水系分布情况。的密度，某省的水系分布情况。2、线线通通过过区区域域：公公路路上上否否通通过过某县。某县。3、线线环环绕绕区区域域：区区域域边边界界，搜搜索索
10、左左右右区区域域名名称称，中中国国与与哪哪些些国国家接壤。家接壤。4、线与区域分离：距离。、线与区域分离：距离。地地理理信信息息系系统统原原理理GIS面面面面2-12-1空间实体及其描述空间实体及其描述 第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构1、包含包含：岛：岛,某省的湖泊分布。某省的湖泊分布。2、相相合合：重重叠叠，学学校校服服务务范范围围与与菜场服务范围重叠区。菜场服务范围重叠区。3、相交相交：划分子区。：划分子区。4、相相邻邻：计计算算相相邻邻边边界界性性质质和和长长度，公共连接边界。度，公共连接边界。分离分离：计算距离。：计算距离。返回返回学校学校菜场菜场地地理理信信息息系系统
11、统原原理理GIS四、四、实体间空间关系实体间空间关系2-12-1空间实体及其描述空间实体及其描述 第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构返回返回（一）空间关系类型（一）空间关系类型（二）拓扑关系（二）拓扑关系1 1、拓扑空间关系拓扑空间关系：2 2、顺序空间关系顺序空间关系：（方向空间关系方向空间关系）用上下左右、前后、东南西北等方向性名称来描述空间实体的顺序关系，用上下左右、前后、东南西北等方向性名称来描述空间实体的顺序关系，算法复杂，至今没有很好的解决方法。算法复杂，至今没有很好的解决方法。3 3、度量空间关系度量空间关系，主要指实体间的距离关系，远近。，主要指实体间的距离关系，远
12、近。1 1）在地理空间中两点间的距离有在地理空间中两点间的距离有两种度量方法两种度量方法。a a、沿真实的地球表面进行、沿真实的地球表面进行,除与两点的地理坐标有关外，还与所通过路径的除与两点的地理坐标有关外，还与所通过路径的地形起伏有关，复杂地形起伏有关，复杂,引入第二种。引入第二种。b b、沿地球旋转椭球体的距离量算。、沿地球旋转椭球体的距离量算。2 2）距离类别距离类别：欧氏距离（笛卡尔坐标系）、曼哈顿（出租车）距离、时间距离（纬度差）、欧氏距离（笛卡尔坐标系）、曼哈顿（出租车）距离、时间距离（纬度差）、大地测量距离（大地线）（沿地球大圆经过两个城市中心的距离）。大地测量距离（大地线）（
13、沿地球大圆经过两个城市中心的距离）。北北ab地地理理信信息息系系统统原原理理GIS（二）拓扑关系（二）拓扑关系2-12-1空间实体及其描述空间实体及其描述 第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构返回返回1、定义、定义：指指图形保持连续状态下变形图形保持连续状态下变形，但图形关系不变的性质。，但图形关系不变的性质。将橡皮任意拉伸，压缩，但不能扭转或折叠。将橡皮任意拉伸，压缩，但不能扭转或折叠。拓扑变换拓扑变换（橡皮变换）（橡皮变换）非拓扑属性非拓扑属性（几何）（几何）拓扑属性（拓扑属性（没发生变化的属性）没发生变化的属性）两点间距离两点间距离一点指向另一点的方向一点指向另一点的方向弧段长
14、度、区域周长、弧段长度、区域周长、面积面积等等一个点在一条弧段的端点一个点在一条弧段的端点一条弧是一简单弧段（自身不相交）一条弧是一简单弧段（自身不相交）一个点在一个区域的边界上一个点在一个区域的边界上一个点在一个区域的内部一个点在一个区域的内部/外部外部一个点在一个环的内一个点在一个环的内/外部外部一个面是一个简单面一个面是一个简单面一个面的连通性一个面的连通性 面内任两点从一点面内任两点从一点可在面的内部走向另一点可在面的内部走向另一点1、定义、定义2、种类、种类3、拓扑关系的表达、拓扑关系的表达4、意义、意义地地理理信信息息系系统统原原理理GIS2 2、种类、种类 2-12-1空间实体及
15、其描述空间实体及其描述 第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构1）关关联联性性：（不不同同类类要要素素之之间间）结点与弧段：如结点与弧段：如V9与与L5,L6,L3多边形与弧段：多边形与弧段：P2与与L3,L5,L22）邻接性）邻接性：(同类同类元素之间元素之间)多边形之间、结点之间。多边形之间、结点之间。邻接矩阵邻接矩阵重叠：重叠：-邻接：邻接：1不邻接：不邻接：0P1P2P3P4P1-111P21-10P311-0P4100-地地理理信信息息系系统统原原理理GIS3）连通性：）连通性：与邻接性相类似，指对与邻接性相类似，指对弧段连接弧段连接的判别，如用于网络分析中确定路径、的判别，
16、如用于网络分析中确定路径、街道是否相通。街道是否相通。2-12-1空间实体及其描述空间实体及其描述 第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构连通矩阵连通矩阵：重叠：重叠：-连通：连通：1不连通：不连通：0V1V2V3V1-10V21-1V301-地地理理信信息息系系统统原原理理GIS4）方向性）方向性2-12-1空间实体及其描述空间实体及其描述 第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构一条弧段的起点、终点确定了弧段的方向。用于表达现实中的有向弧段，如城市一条弧段的起点、终点确定了弧段的方向。用于表达现实中的有向弧段，如城市道路单向，河流的流向等。道路单向，河流的流向等。5）包含性）
17、包含性：指面状实体包含了哪些线、点或面状实体。：指面状实体包含了哪些线、点或面状实体。6）区域定义）区域定义：多边形由一组封闭的线来定义。：多边形由一组封闭的线来定义。7）层次关系）层次关系：相同元素之间的等级关系，武汉市有各个区组成。：相同元素之间的等级关系，武汉市有各个区组成。主要的主要的拓扑关系：拓扑关系：拓扑邻接、拓扑关联、拓扑包含拓扑邻接、拓扑关联、拓扑包含。地地理理信信息息系系统统原原理理GIS拓扑关系具体可由拓扑关系具体可由4个关系表来表示：个关系表来表示：（1）面面-链关系：链关系：面面构成面的弧段构成面的弧段（2）链链-结点关系：结点关系：链链链两端的结点链两端的结点（3）结
18、点结点-链关系：链关系：结点结点通过该结点的链通过该结点的链（4）链链面关系：面关系：链链左面左面右面右面3、拓扑关系的表达、拓扑关系的表达对于数据处理和对于数据处理和GIS空间分析具有重要的意义，因为：空间分析具有重要的意义，因为：1）拓扑关系能）拓扑关系能清楚地反映清楚地反映实体之间的实体之间的逻辑结构关系逻辑结构关系，它比几何关系具有更大的稳定，它比几何关系具有更大的稳定性，不随地图投影而变化。性，不随地图投影而变化。2）有助于空间要素的查询有助于空间要素的查询，利用拓扑关系可以解决许多实际问题。，利用拓扑关系可以解决许多实际问题。如某县的邻接县，如某县的邻接县，-面面相邻问题。又如供水
19、管网系统中某段水管破裂找关闭它的阀门，就需要查询该面面相邻问题。又如供水管网系统中某段水管破裂找关闭它的阀门，就需要查询该线（管道）与哪些点（阀门）关联。线（管道）与哪些点（阀门）关联。3）根据拓扑关系可）根据拓扑关系可重建地理实体重建地理实体。2-12-1空间实体及其描述空间实体及其描述 第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构返回返回4、拓扑关系的意义、拓扑关系的意义：地地理理信信息息系系统统原原理理GIS五、空间实体的表达五、空间实体的表达空间数据模型空间数据模型 在GIS中与空间信息有关的信息模型有三个，即基于对象（要素）（Feature）的模型、场（Field）模型以及网络（N
20、etwork）模型。基于对象（要素）的模型对象（要素）的模型强调了离散对象，根据它们的边界线以及组成它们或者与它们相关的其它对象，可以详细地描述离散对象。场模型场模型表示了在二维或者三维空间中被看作是连续变化的数据。网络模型网络模型表示了特殊对象之间的交互，如水或者交通流。2-12-1空间实体及其描述空间实体及其描述 第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构地地理理信信息息系系统统原原理理GIS要素（对象）模型 基于要素的空间模型强调了个体现象，该现象以独立的方式或者以与其它现象之间的关系的方式来研究。任何现象，无论大小，都可以被确定为一个对象（Object），假设它可以从概念上与其邻域
21、现象相分离。一个实体必须符合三个条件：可被识别；可被识别；重要（与问题相关）；重要（与问题相关）；可被描述（有特征）。可被描述（有特征）。2-12-1空间实体及其描述空间实体及其描述 第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构地地理理信信息息系系统统原原理理GIS场模型（把空间现象作为连续变量看待）对于模拟具有一定空间内连续分布特点的现象来说，基于场的观点是合适的。根据应用的不同，场可以表现为二维或三维。一个二维场就是在二维空间中任何已知的地点上，都有一个表现这一现象的值；而一个三维场就是在三维空间中对于任何位置来说都有一个值。一些现象，诸如空气污染物在空间中本质上讲是三维的，但是许多情况
22、下可以由一个二维场来表示。场模型可以表示为如下的数学公式：z:s z(s)上式中，z为可度量的函数，s表示空间中的位置，因此该式表示了从空间域（甚至包括时间坐标）到某个值域的映射。2-12-1空间实体及其描述空间实体及其描述 第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构地地理理信信息息系系统统原原理理GIS空间数据模型与结构空间数据模型与结构对象模型与场模型比较对象模型与场模型比较对象模型和场模型的比较对象模型和场模型的比较现实世界现实世界选择实体它在哪里数据选择一个位置 那里怎么样 对象模型场模型 两种模型相互之两种模型相互之间并不排斥，各有间并不排斥，各有特点，各有应用长特点，各有应用长
23、处。通常需要有机处。通常需要有机地综合应用这两种地综合应用这两种方法来建模。方法来建模。2-12-1空间实体及其描述空间实体及其描述 第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构地地理理信信息息系系统统原原理理GIS2-2 2-2 矢量矢量数据数据结结构构 第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构一、图形表示一、图形表示返回返回摘自摘自张超张超地地理理信信息息系系统统原原理理GIS二、矢量数据的获取方式二、矢量数据的获取方式2-2 2-2 矢量数据结构矢量数据结构第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构1)由外业测量获得由外业测量获得可利用测量仪器自动记录测量成果可利用测量仪器自
24、动记录测量成果(常称为电子手薄常称为电子手薄)，然后转到地理数据，然后转到地理数据库中。库中。2)由栅格数据转换获得由栅格数据转换获得利用栅格数据矢量化技术，把栅格数据转换为矢量数据。利用栅格数据矢量化技术，把栅格数据转换为矢量数据。3)跟踪数字化跟踪数字化用跟踪数字化的方法，把地图变成离散的矢量数据。用跟踪数字化的方法，把地图变成离散的矢量数据。返回返回地地理理信信息息系系统统原原理理GIS三、矢量数据组织三、矢量数据组织 2-2 2-2 矢量数据结构矢量数据结构第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构点：坐标对（点：坐标对（x,y）+识别符识别符线：坐标对系列线：坐标对系列(x1,y
25、1).(xn,yn)及及有关属性、其它属性有关属性、其它属性面：首尾相同的坐标串面：首尾相同的坐标串关系表关系表几何位置坐标文件几何位置坐标文件连连接接矢量数据表示时矢量数据表示时应考虑以下问题应考虑以下问题：矢量数据自身的存贮和处理。矢量数据自身的存贮和处理。与属性数据的联系。与属性数据的联系。矢量数据之间的空间关系矢量数据之间的空间关系(拓扑关系拓扑关系)。地地理理信信息息系系统统原原理理GIS矢量数据在计算机中的组织标识码标识码属性码属性码空间对象编码空间对象编码;唯一唯一;连接空间和属性数据连接空间和属性数据数据库数据库独立编码独立编码点:(x,y)线:(x1,y1),(x2,y2),
26、(xn,yn)面:(x1,y1),(x2,y2),(x1,y1)点位字典点位字典点:点号文件线:点号串面:点号串点号XY1112223344n5566存储方法存储方法2-2 2-2 矢量数据结构矢量数据结构第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构地地理理信信息息系系统统原原理理GIS以点为例：以点为例：2-2 2-2 矢量数据结构矢量数据结构第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构坐标坐标识别符识别符若是简单点要素如独立树、电线竿、三角点，符号、若是简单点要素如独立树、电线竿、三角点，符号、有有关属性关属性中包括中包括比例尺、方向比例尺、方向若是注记点，记录有关字符的大小、方向、字
27、体、排列等若是注记点，记录有关字符的大小、方向、字体、排列等若是结点若是结点Vertex：符号：指针、与线相交的角度。：符号：指针、与线相交的角度。其它属性其它属性:三角点设立年代、材料等三角点设立年代、材料等线（符号、方向）、面（符号）都有相应的相关属性，在此，看看矢量结线（符号、方向）、面（符号）都有相应的相关属性，在此，看看矢量结构中关于几何位置坐标的编码方式构中关于几何位置坐标的编码方式返回返回地地理理信信息息系系统统原原理理GIS四、矢量数据编码方法四、矢量数据编码方法矢量数据编码方式主要有以下几种：矢量数据编码方式主要有以下几种：1 1、实体式编码、实体式编码2 2、索引式、索引式
28、(树状树状)编码编码3 3、双重独立式编码、双重独立式编码4 4、链状双重独立式编码、链状双重独立式编码拓扑数据结构拓扑数据结构2-2 2-2 矢量数据结构矢量数据结构第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构4.1 4.1 实体式编码实体式编码实实体体式式(spaghetti)(spaghetti)面面条条模模型型:以实体为单位记录其坐标以实体为单位记录其坐标优点：优点：结构简单、直观、易实现以实体结构简单、直观、易实现以实体为单位的运算和显示。为单位的运算和显示。缺点：缺点：1 1、相邻多边形的公共边界被数字化并、相邻多边形的公共边界被数字化并存储两次，造成数据冗余和碎屑多边形存储两次
29、，造成数据冗余和碎屑多边形数据不一致，浪费空间，导致双重边数据不一致，浪费空间，导致双重边界不能精确匹配。界不能精确匹配。2 2、自成体系，、自成体系，缺少多边形的邻接信息，无拓扑关系缺少多边形的邻接信息，无拓扑关系，难以进行邻域处理，难以进行邻域处理，如消除多边形公共边界，合并多边形。如消除多边形公共边界，合并多边形。3 3、岛作为一个单个图形，没有与外界多边形联系。不易检查拓扑错误。、岛作为一个单个图形，没有与外界多边形联系。不易检查拓扑错误。所以，这种结构只用于简单的制图系统中，显示图形。所以，这种结构只用于简单的制图系统中，显示图形。多边形多边形坐标串坐标串P1P2P32-2 2-2
30、矢量数据结构矢量数据结构第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构简单的矢量数据结构实体式多边形多边形多边形多边形 数据项数据项数据项数据项AA(x(x11,y,y11),(x),(x22,y,y22),(x),(x33,y,y33),(x),(x44,y,y44),(x),(x55,y,y55),(x),(x66,y,y66),(x),(x77,y,y77),(x),(x88,y,y88),(x),(x99,y,y99),(x),(x11,y,y11)BB (x(x11,y,y11),(x),(x99,y,y99),(x),(x88,y,y88),(x),(x1717,y,y1717),
31、),(x(x1616,y,y1616),(x),(x1515,y,y1515),(x),(x1414,y,y1414),(x),(x1313,y,y1313),),(x(x1212,y,y1212),(x),(x1111,y,y1111),(x),(x1010,y,y1010),(x),(x11,y,y11)CC(x(x2424,y,y2424),(x),(x2525,y,y2525),(x),(x2626,y,y2626),(x),(x2727,y,y2727),(x),(x2828,y,y2828),(x),(x2929,y,y2929),(x),(x3030,y,y3030),(x),(
32、x3131,y,y3131),),(x(x2424,y,y2424)DD(x(x1919,y,y1919),(x),(x2020,y,y2020),(x),(x2121,y,y2121),(x),(x2222,y,y2222),(x),(x2323,y,y2323),(x),(x1515,y,y1515),(x),(x1616,y,y1616),(x),(x1919,y,y1919)EE(x(x55,y,y55),(x),(x1818,y,y1818),(x),(x1919,y,y1919),(x),(x1616,y,y1616),),(x(x1717,y,y1717),(x),(x88,y,
33、y88),(x),(x77,y,y77),(x),(x66,y,y66),(x),(x55,y,y55)2-2 2-2 矢量数据结构矢量数据结构第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构4.24.2索引式编码索引式编码 对所有点的坐标按顺序建坐标文件，再建点与边（线）、线与多边形对所有点的坐标按顺序建坐标文件，再建点与边（线）、线与多边形的索引文件。的索引文件。1、点文件：、点文件：索引文件：索引文件：3、面文件：、面文件：2、弧段文件、弧段文件:与实体式相比：与实体式相比：优点：用建索引的方法消除多边形数据的冗余和不一致，邻接信息、岛信息优点：用建索引的方法消除多边形数据的冗余和不一致，
34、邻接信息、岛信息可在多边形文件中通过是否公共弧段号的方式查询。可在多边形文件中通过是否公共弧段号的方式查询。缺点缺点：表达拓扑关系较繁琐，给相邻运算、消除无用边、处理岛信息、检索表达拓扑关系较繁琐，给相邻运算、消除无用边、处理岛信息、检索拓扑关系等带来困难，以人工方式建立编码表，工作量大，易出错。拓扑关系等带来困难，以人工方式建立编码表，工作量大，易出错。点号点号坐标坐标1x1,y1弧段号弧段号起点起点终点终点点号点号A527,8,9,10面号面号弧段号弧段号P1A,B,CMapMap2-2 2-2 矢量数据结构矢量数据结构第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构索引式编码实例点与线之间
35、的树状索引点与线之间的树状索引点与线之间的树状索引点与线之间的树状索引 线与多边形之间的树状索引线与多边形之间的树状索引线与多边形之间的树状索引线与多边形之间的树状索引 4.34.3双重独立式编码双重独立式编码简简称称DIME(DualIndependentMapEncoding)，是是美美国国人人口口统统计计系系统统采采用用的的一一种种编编码码方方式，是一种式，是一种拓扑拓扑编码结构。编码结构。1、点文件、点文件点号点号坐标坐标1x1,y12、线文件、线文件:线文件是以线文件是以线段线段为记录单位为记录单位 线号线号左多边形左多边形右多边形右多边形起点起点终点终点L210P1P22103、面
36、文件、面文件面号面号线号线号P1L210,L109关联关联邻接邻接关联关联连通连通拓扑关系明确拓扑关系明确在在DIMEDIME中做如下改进：中做如下改进：将以将以线段线段为记录单位改为以为记录单位改为以弧段弧段为单位为单位链状双重独立式编码链状双重独立式编码2-2 2-2 矢量数据结构矢量数据结构第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构4.44.4链状双重独立式编码链状双重独立式编码(拓扑数据结构)链状双重独立式数据结构链状双重独立式数据结构是是DIMEDIME数据结构的一数据结构的一种改进。在种改进。在DIMEDIME中，一条边只能用直线两端点的中，一条边只能用直线两端点的序号及相邻的
37、面域来表示，而在链状数据结构中，序号及相邻的面域来表示，而在链状数据结构中，将若干直线段合为一个弧段（或链段），每个弧将若干直线段合为一个弧段（或链段），每个弧段可以有许多中间点。段可以有许多中间点。在链状双重独立数据结构中，主要有四个文件：在链状双重独立数据结构中，主要有四个文件：多边形文件多边形文件、弧段文件弧段文件、弧段坐标文件弧段坐标文件、结点文结点文件件。2-2 2-2 矢量数据结构矢量数据结构第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构链状双重独立式编码四个文件链状双重独立式编码四个文件1、弧段坐标文件、弧段坐标文件：弧段号弧段号坐标系列（串坐标系列（串)Ax2,y2,X10,y
38、102 2、弧段文件：链、弧段文件：链面，链面，链结点关系结点关系 弧段号弧段号左多边形左多边形右多边形右多边形起点起点终点终点AP1P2253、多边形文件、多边形文件多边形号多边形号弧段号弧段号P1A,B,-C4 4、点拓扑文件、点拓扑文件：结点结点链关系链关系 点号点号弧段号弧段号2A,B,D在拓扑结构中，多边形（面）的边界被分割成一系列的线（弧、链、边）和在拓扑结构中，多边形（面）的边界被分割成一系列的线（弧、链、边）和点（结点）等拓扑要素，点、线、面之间的拓扑关系在属性表中定义，多边点（结点）等拓扑要素，点、线、面之间的拓扑关系在属性表中定义，多边形边界不重复。形边界不重复。MapMa
39、p2-2 2-2 矢量数据结构矢量数据结构第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构链状双重独立编码实例弧段文件弧段文件弧段号弧段号起始点起始点终结点终结点左多边形左多边形右多边形右多边形aa5511OOAAbb8855EEAAcc161688EEBBdd191955OOEEee15151919OODDff15151616DDBBgg111515OOBBhh8811AABBii16161919DDEEjj31313131BBCC弧段坐标文件弧段坐标文件弧段号弧段号点点 号号aa5,4,3,2,15,4,3,2,1bb8,7,6,58,7,6,5cc16,17,816,17,8dd19,18
40、,519,18,5ee15,23,22,21,20,1915,23,22,21,20,19ff15,16,15,16,gg1,10,11,12,13,14,151,10,11,12,13,14,15hh8,9,18,9,1ii16,1916,19jj31,30,29,28,27,26,25,24,3131,30,29,28,27,26,25,24,31多边形文件多边形文件多边形号多边形号弧段号弧段号周长周长 面积面积 中心点坐标中心点坐标AAh,b,ah,b,aBBg,f,c,h,-jg,f,c,h,-jCCjjDDe,i,fe,i,fEEc,i,d,bc,i,d,b链状双重独立式编码的特点链
41、状双重独立式编码的特点拓扑关系明确，也能表达岛信息，而且以弧段为记录单位，满足实际应用需要拓扑关系明确，也能表达岛信息，而且以弧段为记录单位，满足实际应用需要。因为一因为一般数字化一条街道时，必然有许多中间点，但我们在做空间分析是却没有必要以这些中般数字化一条街道时，必然有许多中间点，但我们在做空间分析是却没有必要以这些中间点所组成的折线为研究对象，而应以整条弧段（某条街道）为研究对象间点所组成的折线为研究对象，而应以整条弧段（某条街道）为研究对象.被一些成熟的商品化软件采用，如被一些成熟的商品化软件采用，如ARC/INFO软件软件。例：例：ARCARC文件文件：二进制文件：二进制文件:弧段号
42、弧段号点数点数坐标串坐标串在在GISGIS数数据据输输入入中中，建建拓拓扑扑是是指指给给图图形形数数据据（点点、线线、面面）增增加加拓拓扑扑结结构构，如如ARC/INFOARC/INFO中中，在在ARCEDITARCEDIT中中输输入入图图形形后后，需需用用BUILD BUILD 建建图图形形拓拓扑扑，具具体体生生成成许许多多文文件件，如如AATAAT，PATPAT等等.INFO：属性表：属性表如如AAT（ArcAttributeTable）用户标识码，表明地物类型用户标识码，表明地物类型当当图形数据修改图形数据修改、删除、增加点、线、面要素后，其拓扑关系也发生改变，、删除、增加点、线、面要素
43、后，其拓扑关系也发生改变，所以，所以，需重新建拓扑需重新建拓扑。弧段号弧段号USER_IDLPOLYRPOLYFROM_NODETO_NODE其它属性其它属性:(名称名称)2-2 2-2 矢量数据结构矢量数据结构第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构地地理理信信息息系系统统原原理理GIS2-3 2-3 栅栅格数据格数据结结构构 第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构返回返回栅栅格格结结构构用用密密集集正正方方形形（或或三三角角形形，多多边边形形）将地理区域将地理区域划分划分为网格阵列。为网格阵列。位置由行，列号定义，属性为栅格单元的值。位置由行，列号定义，属性为栅格单元的值。一
44、、图形表示一、图形表示22122332333233323332点点：由：由单个栅格单个栅格表达。表达。线线：由沿线走向有相同属性取值的：由沿线走向有相同属性取值的一组相邻栅格一组相邻栅格表达。表达。面面：由沿线走向有相同属性取值的：由沿线走向有相同属性取值的一片栅格一片栅格表达。表达。栅格数据表示的是二维表面上的地理数据的离散化栅格数据表示的是二维表面上的地理数据的离散化数值。在栅格数据中，地表被分割为相互邻接、规则数值。在栅格数据中，地表被分割为相互邻接、规则排列的地块，每个地块与一个象元相对应。因此，栅排列的地块，每个地块与一个象元相对应。因此，栅格数据的格数据的比例尺比例尺就是就是栅格栅
45、格(象元象元)的大小与地表相应单的大小与地表相应单元的大小之比元的大小之比，当象元所表示的面积较大时，对长度、，当象元所表示的面积较大时，对长度、面积等的量测有较大影响。每个象元的属性是地表相面积等的量测有较大影响。每个象元的属性是地表相应区域内地理数据的近似值，因而有可能产生应区域内地理数据的近似值，因而有可能产生属性方属性方面的偏差面的偏差。333地地理理信信息息系系统统原原理理GIS二、二、栅栅格数据格数据组织组织2-3 2-3 栅栅格数据格数据结结构构 第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构返回返回针对针对一个栅格单元对应多个属性值的多层栅格文件一个栅格单元对应多个属性值的多层
46、栅格文件。空间数据库空间数据库2 222 2aaaaa22土壤土壤植被植被组织方法组织方法地地理理信信息息系系统统原原理理GIS组织方法组织方法2-3 2-3 栅栅格数据格数据结结构构 第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构返回返回方法方法c c：以层为基础，以层为基础，每层内以多边形为序每层内以多边形为序记录多边形的属性值记录多边形的属性值和多边形内各象元的和多边形内各象元的坐标坐标。节约用于存储。节约用于存储属性的空间。将同一属性的空间。将同一属性的制图单元的属性的制图单元的n n个个象元的属性只记录一象元的属性只记录一次，便于地图分析和次，便于地图分析和制图处理。制图处理。方法方
47、法a a：以象元为记录序列，不同层上同一象元位置上的各属以象元为记录序列，不同层上同一象元位置上的各属性值表示为一个列数组。性值表示为一个列数组。N层中层中只记录一层的象元位置，只记录一层的象元位置，节节约大量存储空间，约大量存储空间，栅格个数很多。栅格个数很多。方法方法b b：每层每个象元的位置、属性一一记录，每层每个象元的位置、属性一一记录，结结构最简单，但浪费存储。构最简单，但浪费存储。地地理理信信息息系系统统原原理理GIS三、栅格结构的建立三、栅格结构的建立2-3 2-3 栅栅格数据格数据结结构构 第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构返回返回1、手工获取手工获取，专题图上划分
48、均匀网格，专题图上划分均匀网格，逐个决定其网格代码。逐个决定其网格代码。2、扫描仪扫描扫描仪扫描专题图的图像数据专题图的图像数据行、行、列、颜色（灰度）列、颜色（灰度），定义颜色与属性对，定义颜色与属性对应表，用相应属性代替相应颜色，得到应表，用相应属性代替相应颜色，得到（行、列、属性）再进行栅格编码、存（行、列、属性）再进行栅格编码、存贮，即得该专题图的栅格数据。贮，即得该专题图的栅格数据。3、由矢量数据转换而来由矢量数据转换而来。4、遥感影像数据，遥感影像数据，对地面景象的辐射对地面景象的辐射和反射能量的扫描抽样，并按不同的光和反射能量的扫描抽样，并按不同的光谱段量化后，以数字形式记录下来
49、的象谱段量化后，以数字形式记录下来的象素值序列。素值序列。5、格网格网DEM数据数据，当属性值为地面高，当属性值为地面高程，则为格网程，则为格网DEM，通过，通过DEM内插得内插得到。到。（一）建立途径（一）建立途径（二）栅格系统的确定（二）栅格系统的确定(三三)栅格代码的确定栅格代码的确定地地理理信信息息系系统统原原理理GIS（二）栅格系统的确定（二）栅格系统的确定2-3 2-3 栅栅格数据格数据结结构构 第二章第二章 GIS GIS 数据结构数据结构1 1、栅格坐标系的确定栅格坐标系的确定表表示示具具有有空空间间分分布布特特征征的的地地理理要要素素，不不论论采采用用什什么么编编码码系系统统
50、，什什么么数数据据结结构构(矢矢、栅栅)都都应应在在统统一一的的坐坐标标系系统统下下，而而坐坐标标系系的的确确定定实实质质是坐标系原点和坐标轴的确定。是坐标系原点和坐标轴的确定。由由于于栅栅格格编编码码一一般般用用于于区区域域性性GISGIS，原原点点的的选选择择常常具具有有局局部部性性质质，但但为为了了便便于于区区域域的的拼拼接接，栅栅格格系系统统的的起起始始坐坐标标应应与与国国家家基基本本比比例例尺尺地地形形图图公公里里网网的的交交点点相相一一致致，并并分分别别采采用用公公里里网网的的纵纵横横坐坐标标轴轴作为栅格系统的坐标轴作为栅格系统的坐标轴。22122332333233323332地地