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1、空间信息系统空间信息系统 第三章第三章 空间数据结构空间数据结构北京林业大学信息学院北京林业大学信息学院3-2矢量数据结构矢量数据结构3-3栅格数据结构栅格数据结构3-1空间实体及其描述空间实体及其描述3-4矢量与栅格的比较矢量与栅格的比较3-2矢量数据结构矢量数据结构3-3栅格数据结构栅格数据结构3-1空间实体及其描述空间实体及其描述3-4矢量与栅格的比较矢量与栅格的比较3-1 空间实体及其描述空间实体及其描述n空间实体空间实体n空间实体的描述空间实体的描述n实体的空间特征实体的空间特征n实体的空间关系表达实体的空间关系表达3-1 空间实体及其描述空间实体及其描述n空间实体空间实体n空间实体
2、的描述空间实体的描述n实体的空间特征实体的空间特征n实体的空间关系表达实体的空间关系表达3-1 空间实体及其描述空间实体及其描述一一.空间实体空间实体1、定义、定义：又又称称地地理理实实体体，空空间间对对象象，要要素素，地地物物等等，是是GIS处处理理的的对对象象，最最小小的的处理单元。处理单元。指指自自然然界界现现象象和和社社会会经经济济事事件件中中不不能能再再分分割割的的单单元元，它它是是一一个个具具有有概概括括性，复杂性，相对意义性，复杂性，相对意义的概念的概念。2 2、理解、理解：地地理理实实体体类类别别及及实实体体内内容容的的确确定定是是从从具具体体需需要要出出发发的的，GISGIS
3、中中的的空空间间实实体是一个概括，复杂，相对的概念体是一个概括，复杂，相对的概念。如：从全国各高校的角度来看，北京林业大学可以看作一个空间实体；如：从全国各高校的角度来看，北京林业大学可以看作一个空间实体；但如果从北京林业大学的角度来看，各建筑楼应该看作一个空间实体。但如果从北京林业大学的角度来看，各建筑楼应该看作一个空间实体。3-1 空间实体及其描述空间实体及其描述n空间实体空间实体n空间实体的描述空间实体的描述n实体的空间特征实体的空间特征n实体的空间关系表达实体的空间关系表达3-1 空间实体及其描述空间实体及其描述二、空间实体的描述二、空间实体的描述空间数据空间数据4 4、数据结构、数据
4、结构3 3、数据类型、数据类型 几何数据（空间几何数据（空间数据、图形数据）数据、图形数据）关系数据关系数据实体实体间的邻接、关联间的邻接、关联包含等相互关系包含等相互关系 属性数据属性数据各种各种属性特征和时间属性特征和时间元数据元数据 矢量、栅格、矢量、栅格、TINTIN（专用于地（专用于地表或特殊造型）表或特殊造型）RDBMSRDBMS属性表属性表-采用采用MISMIS较成熟较成熟 空间元数据空间元数据1 1、描述的内容、描述的内容 位置、形状、尺位置、形状、尺寸、寸、实体的角色、功能、实体的角色、功能、行为、实体的衍生行为、实体的衍生信息信息时间时间测量方法、编码测量方法、编码方法、空
5、间参考方法、空间参考系等系等 空间特征：地理空间特征：地理位置和空间关系位置和空间关系属性特征属性特征:名称、名称、等级、类别等等级、类别等时间特征时间特征2 2、基本特征、基本特征 3-1 空间实体及其描述空间实体及其描述二、空间实体的描述二、空间实体的描述空间数据空间数据4 4、数据结构、数据结构3 3、数据类型、数据类型 几何数据（空间几何数据（空间数据、图形数据）数据、图形数据）关系数据关系数据实体实体间的邻接、关联间的邻接、关联包含等相互关系包含等相互关系 属性数据属性数据各种各种属性特征和时间属性特征和时间元数据元数据 矢量、栅格、矢量、栅格、TINTIN（专用于地（专用于地表或特
6、殊造型）表或特殊造型）RDBMSRDBMS属性表属性表-采用采用MISMIS较成熟较成熟 空间元数据空间元数据1 1、描述的内容、描述的内容 位置、形状、尺位置、形状、尺寸、寸、识别码（名称）、识别码（名称）、实体的角色、功能、实体的角色、功能、行为、实体的衍生行为、实体的衍生信息信息时间时间测量方法、编码测量方法、编码方法、空间参考方法、空间参考系等系等 空间特征：地理空间特征：地理位置和空间关系位置和空间关系属性特征属性特征名称、名称、等级、类别等等级、类别等时间特征时间特征2 2、基本特征、基本特征 3-1 空间实体及其描述空间实体及其描述2.2.空间数据基本特征空间数据基本特征1）空间
7、特征：）空间特征：定位数据，表示现象的空间位置和定位数据，表示现象的空间位置和空间关系；空间关系；2）属性特征：）属性特征：非定位数据，表示现象或特征；非定位数据，表示现象或特征；3）时间特征：）时间特征：指现象或物体随时间的变化。指现象或物体随时间的变化。3-1 空间实体及其描述空间实体及其描述二、空间实体的描述二、空间实体的描述空间数据空间数据4 4、数据结构、数据结构3 3、数据类型、数据类型 几何数据（空间几何数据（空间数据、图形数据）数据、图形数据）关系数据关系数据实体实体间的邻接、关联间的邻接、关联包含等相互关系包含等相互关系 属性数据属性数据各种各种属性特征和时间属性特征和时间元
8、数据元数据 矢量、栅格、矢量、栅格、TINTIN（专用于地（专用于地表或特殊造型）表或特殊造型）RDBMSRDBMS属性表属性表-采用采用MISMIS较成熟较成熟 空间元数据空间元数据1 1、描述的内容、描述的内容 位置、形状位置、形状识别码（名称）、识别码（名称）、实体的角色、功能、实体的角色、功能、行为、实体的衍生行为、实体的衍生信息信息时间时间测量方法、编码测量方法、编码方法、空间参考方法、空间参考系等系等 空间特征：地理空间特征：地理位置和空间关系位置和空间关系属性特征属性特征名称、名称、等级、类别等等级、类别等时间特征时间特征2 2、基本特征、基本特征 3-1 空间实体及其描述空间实
9、体及其描述3 3、空间数据类型、空间数据类型A）地图数据）地图数据B）地形数据）地形数据C）属性数据）属性数据D）影像数据）影像数据.1）依据数据来源的不同分为）依据数据来源的不同分为：3-1 空间实体及其描述空间实体及其描述3 3、空间数据类型、空间数据类型2）依据表示对象的不同分为）依据表示对象的不同分为：3-1 空间实体及其描述空间实体及其描述3 3、空间数据类型、空间数据类型2）依据表示对象的不同分为）依据表示对象的不同分为：3-1 空间实体及其描述空间实体及其描述二、空间实体的描述二、空间实体的描述空间数据空间数据4 4、数据结构、数据结构3 3、数据类型、数据类型 几何数据（空间几
10、何数据（空间数据、图形数据）数据、图形数据）关系数据关系数据实体实体间的邻接、关联间的邻接、关联包含等相互关系包含等相互关系 属性数据属性数据各种各种属性特征和时间属性特征和时间元数据元数据 矢量、栅格、矢量、栅格、TINTIN（专用于地（专用于地表或特殊造型）表或特殊造型）RDBMSRDBMS属性表属性表-采用采用MISMIS较成熟较成熟 空间元数据空间元数据1 1、描述的内容、描述的内容 位置、形状、尺位置、形状、尺寸、寸、识别码（名称）、识别码（名称）、实体的角色、功能、实体的角色、功能、行为、实体的衍生行为、实体的衍生信息信息时间时间测量方法、编码测量方法、编码方法、空间参考方法、空间
11、参考系等系等 空间特征：地理空间特征：地理位置和空间关系位置和空间关系属性特征属性特征名称、名称、等级、类别等等级、类别等时间特征时间特征2 2、基本特征、基本特征 3-1 空间实体及其描述空间实体及其描述n空间实体空间实体n空间实体的描述空间实体的描述n实体的空间特征实体的空间特征n实体的空间关系表达实体的空间关系表达3-1 空间实体及其描述空间实体及其描述三三.实体的空间特征实体的空间特征（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1 1、点状实体
12、、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3-1 空间实体及其描述空间实体及其描述n基站、大厦、宾馆、基站、大厦、宾馆、旅游点等；旅游点等；点点线线面面三三.实体的空间特征实体的空间特征空间维数空间维数n公路、铁路、河流公路、铁路、河流等；等；n公园、住宅小区、公园、住宅小区、行政区划等。行政区划等。3-1 空间实体及其描述空间实体及其描述空间实体一般按地形维数进行归类划分：空间实体一般按地形维数进行归类划分：n点点：零维：零维n线线：一维：一维n面面：二维：二维n体体：三维：三维n时间时间：通常以第四维表达，但目前：通常以第四维表达，但目前GIS
13、还很难处理时间还很难处理时间属性。属性。(当前正在研究的当前正在研究的时空数据模型时空数据模型)三三.实体的空间特征实体的空间特征空间维数空间维数1 1、点状实体、点状实体点、点状实体、点状图元要素。点：有特定位置，维数为点、点状实体、点状图元要素。点：有特定位置，维数为0的物体。的物体。4 4）角角点点：表表示示线线段段上上的的连接点。连接点。1）实体点）实体点：用来代表一个：用来代表一个实体。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：用于负载多边形用于负载多边形的属性，存在于多边形内。的属性，存在于多边形内。3-1 空间实体及其描述空间实体及其描述三三.实体
14、的空间特征实体的空间特征空间特征类型空间特征类型5 5）结结点点：表表示示线线段段起起点点和终点。和终点。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：用用于于表表示示像像道道路路拐拐弯弯时时弯弯曲曲的的程度。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。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，并有如下特性特性：3-1 空间实体及其描述空间实体及其描述2 2、线状实体、线状实体面状实体的如下面状实体的如下特
15、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4 4）内岛内岛也称为多边形，是对湖泊、岛屿等一类现象的描述。由也称为多边形，是对湖泊、岛屿等一类现象的描述。由一组封闭曲线一组封闭曲线来表示。来表示。3-1 空间实体及其描述空间实体及其描述3 3、面状实体、面状实体 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、宽宽度度及高度等属性，立体状实体一般具有以下一些空间及高度等属性，立体状实体一般具有以下一些空间特征特征：l 体积。体积。l 每个二维平面的面积。每个二维平面的面积。l 周长
16、。周长。l 内岛。内岛。l 含有弧立块或相邻块。含有弧立块或相邻块。l 断面图与剖面图。断面图与剖面图。3-1 空间实体及其描述空间实体及其描述4 4、体、立体状实体、体、立体状实体3-1 空间实体及其描述空间实体及其描述三三.实体的空间特征实体的空间特征实体类型组合实体类型组合n现实世界的各种现象比较复杂，往往由不同的现实世界的各种现象比较复杂，往往由不同的空间单元空间单元组合而成组合而成，复杂现象由简单实体，复杂现象由简单实体组合组合表达表达。n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。3-1 空间实体及其描述空间实体及其描述三三.实体的空间特征实
17、体的空间特征实体类型组合实体类型组合3-1 空间实体及其描述空间实体及其描述n空间实体空间实体n空间实体的描述空间实体的描述n实体的空间特征实体的空间特征n实体的空间关系表达实体的空间关系表达3-1 空间实体及其描述空间实体及其描述n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。四四.实体的空间关系实体的空间关系拓扑关系拓扑关系拓扑变换拓扑变换（橡皮变换）（橡皮变换）n图纸平面：高质量的无边界的橡皮。图纸平面：高质量的无边界的橡皮。n对橡皮进行任意的拉伸、压缩，但不能扭对橡皮进行任意的拉伸、压缩，但不能扭转或折叠。转或折叠。n变换后原来图形的一
18、些属性将保留，而有变换后原来图形的一些属性将保留，而有些属性将会失去。些属性将会失去。1.定义定义3-1 空间实体及其描述空间实体及其描述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一点指向另一点的方向向弧段长度、区域周长、弧段长度、区域周长、面积等面积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、外部一个点在一个区域的内部、外部一个点在一个环的内、外部一个点在一个环的内、
19、外部一个面是一个简单面（面上没有一个面是一个简单面（面上没有“岛岛”）拓扑关系的意义拓扑关系的意义：1）拓扑关系能清楚地反映实体之间的逻辑结构关系。）拓扑关系能清楚地反映实体之间的逻辑结构关系。2）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。）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。3）根据拓扑关系可重建地理实体。）根据拓扑关系可重建地理实体。(如：构建多边形如：构建多边形)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）面面弧段关系：弧段关系：面面构成面的弧段构成面的弧段（2）弧段弧段面关系：面关系：弧段弧段 左面左面 右面右面（3）弧段弧
20、段-结点关系：结点关系：弧段弧段弧段两端的结点弧段两端的结点（4）结点结点弧段关系：弧段关系：结点结点通过该结点的弧段通过该结点的弧段3-1 空间实体及其描述空间实体及其描述四四.实体的空间关系实体的空间关系拓扑关系拓扑关系2.表达表达3-1 空间实体及其描述空间实体及其描述四四.实体的空间关系实体的空间关系拓扑关系拓扑关系2.表达表达ebc41325ABC76Dada:结点号结点号A:多边形号多边形号1:弧段号弧段号弧段数字化方向弧段数字化方向表中数字前负号为相反方向表中数字前负号为相反方向弧弧-面、弧面、弧-结点拓扑结点拓扑弧弧段段左左面面右面右面起起点点终终点点1Aca2ABbc3CAb
21、a4Cda5CBdb6BDee7Bdc面面-弧拓扑弧拓扑面面号号弧弧数数弧号弧号A3-1,-2,3B42,-7,5,0,6C3-3,-5,4D16结点结点-弧拓扑弧拓扑结点结点弧弧a1,3,4b2,3,5c1,2,7d4,5,7e6n内存中空间实体的管理内存中空间实体的管理点：点：符号点：符号点：class CSymbol 注记点：注记点：class CNote线：线：class CLine面：面：class CRegion3-1 空间实体及其描述空间实体及其描述CEntityCSymbolCNoteCLineCRegion3-2矢量数据结构矢量数据结构3-3栅格数据结构栅格数据结构3-1空间
22、实体及其描述空间实体及其描述3-4矢量与栅格的比较矢量与栅格的比较3-2 矢量数据结构矢量数据结构n空间数据结构：描述空间实体的空间数据结构：描述空间实体的数据本身数据本身的组织方法。的组织方法。是研究空间数据在计算机中的是研究空间数据在计算机中的组织组织和和表示表示方法，以便方法，以便于计算机存储和管理。于计算机存储和管理。n空间数据结构是空间数据结构是GIS中中用户用户了解了解数据数据的桥梁。的桥梁。n内部数据结构基本上可分为两大类：内部数据结构基本上可分为两大类：q矢量数据结构矢量数据结构q栅格数据结构栅格数据结构一一.基本概念基本概念3-2 矢量数据结构矢量数据结构点：位置：（点：位置
23、：（x，y）属性：符号属性：符号线：位置：线：位置：(x1,y1),(x2,y2),(xn,yn)属性：符号属性：符号形状、颜色、尺寸形状、颜色、尺寸面：位置：面：位置：(x1,y1),(x2,y2),(xi,yi),(,(xn,yn)属性：符号属性：符号图案、颜色、面积图案、颜色、面积一一.基本概念基本概念矢量数据结构矢量数据结构3-2 矢量数据结构矢量数据结构n地理空间的矢量表达方式是用地理空间的矢量表达方式是用离散离散的的点、线、面点、线、面来表来表示和描述示和描述连续连续地理空间中的实体。地理空间中的实体。n即地理空间实体的形状和位置由一组即地理空间实体的形状和位置由一组坐标对坐标对确
24、定，并确定，并与一定的与一定的属性属性相连接。相连接。一一.基本概念基本概念矢量数据结构矢量数据结构3-2 矢量数据结构矢量数据结构二二.矢量数据的组织矢量数据的组织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：1)数据自身的存贮和处理。数据自身的存贮和处理。2)与属性数据的联系。与属性数据的联系。3)空间实体之间的空间关系空间实体之间的空间关系(拓扑关系拓扑关系)。有关属性、其它属性有关属性、其它属性点：坐标对（点：坐标对（x,y）线：坐标对系列线：坐标对系列(x1,y1).(xn,yn)面：首尾相同的坐标串面：首尾相同的坐标串 拓扑关系拓扑关系关系表关系表几何位置坐标文件几何位
25、置坐标文件连连接接识别符识别符3-2 矢量数据结构矢量数据结构1)由外业测量获得由外业测量获得（包括（包括全站仪、全站仪、GPS、常规测量等、常规测量等）可利用测量仪器自动记录测量成果，然后转到地理数据文件中。可利用测量仪器自动记录测量成果，然后转到地理数据文件中。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。三三.矢量数据的获取方式矢量数据的获取方式3-2 矢量数据结构矢量数据结构四四
26、.矢量数据的编码方式矢量数据的编码方式1.实体式实体式面条模型：面条模型：以实体为单位记录其坐标。以实体为单位记录其坐标。多边形多边形坐标串坐标串P1P2123456789101112131415P PP PP P构成多边形边界的各个线段，以构成多边形边界的各个线段，以多边形为单元进行组织。多边形为单元进行组织。3-2 矢量数据结构矢量数据结构四四.矢量数据的编码方式矢量数据的编码方式1.实体式实体式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)
27、,(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),(x
28、16,y16),(x17,y17),(x8,y8),(x7,y7),(x6,y6),(x5,y5)1 12 23 34 45 56 67 78 89 910101111121213131414151516161717181819192020212122222323242425252626272728282929303031313-2 矢量数据结构矢量数据结构四四.矢量数据的编码方式矢量数据的编码方式1.实体式实体式优点：优点：结构简单、直观结构简单、直观缺点：缺点：1、相邻多边形的公共边界被存储两次，造成数据冗余。相邻多边形的公共边界被存储两次，造成数据冗余。2、无拓扑关系无拓扑关系，难以进行
29、邻域处理，多边形分解和合并不易进行。，难以进行邻域处理，多边形分解和合并不易进行。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。3-2 矢量数据结构矢量数据结构四四.矢量数据的编码方式矢量数据的编码方式2.索引式（树状）索引式（树状）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。文件。1、点文件：、点文件：点号点号坐标坐标1x1,y
30、1索引文件：索引文件：面号面号弧段号弧段号P1A,B,C3、面文件：、面文件：2、弧段文件：、弧段文件：弧段号弧段号起点起点终点终点点号点号A527,8,9,10123456789101112131415P PP PP P3-2 矢量数据结构矢量数据结构四四.矢量数据的编码方式矢量数据的编码方式2.索引式（树状）索引式（树状）N1B2N2N4N3B3B4B1A1A2A6A5A4A3A7A8N5A8B1B2B3B4A1A2A3A4A5A6A7N1N2N3N4N5M面面弧段弧段点点3-2 矢量数据结构矢量数据结构四四.矢量数据的编码方式矢量数据的编码方式2.索引式（树状）索引式（树状）与实体式相比
31、与实体式相比：优点：优点：1）消除多边形数据的冗余和不一致）消除多边形数据的冗余和不一致2）邻接信息、岛信息可通过查找公共弧段号的方式查询。）邻接信息、岛信息可通过查找公共弧段号的方式查询。缺点：缺点：1）表达拓扑关系较繁琐。）表达拓扑关系较繁琐。2）给相邻运算、处理岛信息、检索拓扑关系等带来困难。）给相邻运算、处理岛信息、检索拓扑关系等带来困难。3）以人工方式建立编码表，工作量大，易出错。）以人工方式建立编码表，工作量大，易出错。3-2 矢量数据结构矢量数据结构四四.矢量数据的编码方式矢量数据的编码方式3.双重独立式编码双重独立式编码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
32、数据结构3-2 矢量数据结构矢量数据结构五五.拓扑结构拓扑结构是否需要拓扑结构是否需要拓扑结构q 应用目的应用目的l 制图或一般查询，可不要拓扑结构制图或一般查询，可不要拓扑结构l 空间分析，则应建立拓扑关系空间分析，则应建立拓扑关系3-2矢量数据结构矢量数据结构3-3栅格数据结构栅格数据结构3-1空间实体及其描述空间实体及其描述3-4矢量与栅格的比较矢量与栅格的比较3-3 栅格数据结构栅格数据结构一一.基本概念基本概念n地理空间的栅格表达方式是用地理空间的栅格表达方式是用离散的量化的格网值离散的量化的格网值来来表示和描述表示和描述连续连续地理空间实体。每个格网叫地理空间实体。每个格网叫栅格单
33、元栅格单元、或或象元象元，单元的大小反映了数据的，单元的大小反映了数据的分辨率分辨率。n地理空间实体的形状和位置是由一组进行地理空间实体的形状和位置是由一组进行坐标定位的坐标定位的格网格网组成。每个格网有独立的组成。每个格网有独立的编码编码，并载有属性。，并载有属性。3-3 栅格数据结构栅格数据结构一一.基本概念基本概念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一一组相邻栅格组相邻栅格表达。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一一片栅格片栅格表达。表达。3333-3
34、栅格数据结构栅格数据结构针对一个栅格单元对应针对一个栅格单元对应多个属性值多个属性值的的多层多层栅格文件。栅格文件。3-3 栅格数据结构栅格数据结构二二.栅格数据组织栅格数据组织土壤土壤地貌地貌森林森林建筑物建筑物ZYX二二.栅格数据组织栅格数据组织组织方法组织方法方法方法c c：方法方法b b：方法方法a a：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。结构最简单，但浪费存储。结构最简单，但浪费存储。3-3 栅格数据结构栅格数据结构栅格数据文件栅格数据文件层层1像元像元1层层2X,Y,属性值属性值像元像元2X,Y,属性值属性值像元像元nX,Y,属性值属性值层层n二二.
35、栅格数据组织栅格数据组织组织方法组织方法方法方法c c：方法方法b b：以象元为记录序列，不同层上以象元为记录序列，不同层上同一象元位置上的各属性值表示为一个同一象元位置上的各属性值表示为一个列数组。列数组。方法方法a a：3-3 栅格数据结构栅格数据结构栅格数据文件栅格数据文件像元像元1X坐标坐标Y坐标坐标层层2属性值属性值层层1属性值属性值层层n属性值属性值像元像元2像元像元n二二.栅格数据组织栅格数据组织组织方法组织方法方法方法c c：以层为基础，每层内：以层为基础，每层内以多边以多边形为序形为序记录多边形的属性值和多边记录多边形的属性值和多边形内各象元的坐标。形内各象元的坐标。节约用于
36、存储属性的空间。节约用于存储属性的空间。方法方法b b：方法方法a a：3-3 栅格数据结构栅格数据结构栅格数据文件栅格数据文件层层1 多边形多边形1层层2属性值属性值像元像元1坐标坐标多边形多边形N像元像元n坐标坐标层层n栅格数据组织方法的示意图栅格数据组织方法的示意图二二.栅格数据组织栅格数据组织组织方法组织方法3-3 栅格数据结构栅格数据结构栅格数据文件栅格数据文件像元像元1X坐标坐标Y坐标坐标层层2属性值属性值层层1属性值属性值层层n属性值属性值像元像元2像元像元n栅格数据文件栅格数据文件层层1像元像元1层层2X,Y,属性值属性值像元像元2X,Y,属性值属性值像元像元nX,Y,属性值属
37、性值层层n栅格数据文件栅格数据文件层层1 多边形多边形1层层2属性值属性值像元像元1坐标坐标多边形多边形N像元像元n坐标坐标层层n1、直接栅格编码、直接栅格编码：将栅格数据看作一个数据矩阵，将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行记录代码数据。逐行记录代码数据。1）每行都从左到右记录；）每行都从左到右记录；AAAAABBBAABBAABB2）奇数行从左到右，偶数行从右到左；）奇数行从左到右，偶数行从右到左；特特点点：最最直直观观、最最基基本本的的网网格格存存贮贮结结构构，没没有有进进行行任任何压缩数据处理何压缩数据处理。AAAAABBBAABBAABB三三.栅格数据编码方法栅格数据编码方法1.直接栅格
38、编码直接栅格编码3-3 栅格数据结构栅格数据结构2）记记下下地地物物属属性性码码和和起起点点行行、列列后后，进行追踪，得到矢量链。进行追踪，得到矢量链。将栅格数据（线状地物面域边界）表示为将栅格数据（线状地物面域边界）表示为矢量链矢量链的记录。的记录。建立步骤：建立步骤：1）首先定义一个）首先定义一个3x3窗口，对中间栅格的走窗口，对中间栅格的走向的向的8种可能进行编码。种可能进行编码。三三.栅格数据编码方法栅格数据编码方法2.链码链码3-3 栅格数据结构栅格数据结构 1）优点：）优点：链码可有效地存贮压缩栅格数据，便于面积、长度、转折链码可有效地存贮压缩栅格数据，便于面积、长度、转折 方向和
39、边界、线段凹凸度的计算。方向和边界、线段凹凸度的计算。2）缺点：）缺点：不易做边界合并，插入操作、编辑较困难（对局部修改将不易做边界合并，插入操作、编辑较困难（对局部修改将 改变整体结构）。改变整体结构）。链式编码的特点：链式编码的特点：三三.栅格数据编码方法栅格数据编码方法2.链码链码3-3 栅格数据结构栅格数据结构将原图表示的数据矩阵变为将原图表示的数据矩阵变为数据对数据对：(属性码，长度属性码，长度)长度长度：连续相同码值的栅格个数。：连续相同码值的栅格个数。AAAAABBBAABBAABB三三.栅格数据编码方法栅格数据编码方法3.游程编码（变长编码）游程编码（变长编码）3-3 栅格数据
40、结构栅格数据结构只只在在各各行行（或或列列）数数据据的的代代码码发发生生变变化化时时依依次次记记录录该该代代码码以以及及相相同同代码重复的个数；代码重复的个数；0225555522222555000003332222335500233355003333530003333300003333沿行方向进行编码沿行方向进行编码：(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）；）；（
41、0，3），（），（3，5）；（）；（0，4），），（3，4）；（）；（0，5），（），（3，3）。）。三三.栅格数据编码方法栅格数据编码方法3.游程编码（变长编码）游程编码（变长编码）3-3 栅格数据结构栅格数据结构特点：特点：1 1）区域越大，数据的相关性越强，则压缩越大，）区域越大，数据的相关性越强，则压缩越大，适适用于同类型区域面积较大的地图用于同类型区域面积较大的地图。2 2）在）在栅格加密时，数据量不会明显增加，栅格加密时，数据量不会明显增加，压缩率高压缩率高，编码解码编码解码运算简单运算简单，且易于检索，叠加等操作，且易于检索，叠加等操作。AAAAABBBAABBAABB三三.栅格
42、数据编码方法栅格数据编码方法3.游程编码（变长编码）游程编码（变长编码）3-3 栅格数据结构栅格数据结构采用采用方形区域方形区域作为记录单元，每个记录单元包括相邻的若干栅格。作为记录单元，每个记录单元包括相邻的若干栅格。数据对组成：（初始行、列，半径，属性值）数据对组成：（初始行、列，半径，属性值）特点特点：具有：具有可变分辨率可变分辨率。1 1）大块图斑记录单元大，分辨率低，压缩比高。）大块图斑记录单元大，分辨率低，压缩比高。2 2）小块图斑记录单元小，分辨率高，压缩比低。）小块图斑记录单元小，分辨率高，压缩比低。依次扫描，编过的不重复。依次扫描，编过的不重复。123456781044777
43、77244444777344448877400488877500888878600088888700008888800000888如：如：（1,1,1,0),(1,2,2,4),(1,4,1,7),(1,5,1,7)1,1,1,0),(1,2,2,4),(1,4,1,7),(1,5,1,7)三三.栅格数据编码方法栅格数据编码方法4.块码（游程编码向二维扩展）块码（游程编码向二维扩展）3-3 栅格数据结构栅格数据结构0225555522222555000003332222335500233355003333530003333300003333（1 1，1 1，1 1，0 0），（），（1 1，2
44、 2，2 2，2 2），），（1 1，4 4，1 1，5 5），（），（1 1，5 5，1 1，5 5），），（1 1，6 6，2 2，5 5），（），（1 1，8 8，1 1，5 5）；）；（2 2，1 1，1 1，2 2），（），（2 2，4 4，1 1，2 2），），（2 2，5 5，1 1，2 2），（），（2 2，8 8，1 1，5 5）；）；（3 3，3 3，1 1，2 2），（），（3 3，4 4，1 1，2 2），），（3 3，5 5，2 2，3 3），（），（3 3，7 7，2 2，5 5）；）；（4 4，1 1，2 2，0 0），（），（4 4，3 3，1 1，2 2），）
45、，（4 4，4 4，1 1，3 3）；（）；（5 5，3 3，1 1，3 3），），（5 5，4 4，2 2，3 3），（），（5 5，6 6，1 1，3 3），），（5 5，7 7，1 1，5 5），（），（5 5，8 8，1 1，3 3）；）；（6 6，1 1，3 3，0 0），（），（6 6，6 6，3 3，3 3）；）；（7 7，4 4，1 1，0 0），（），（7 7，5 5，1 1，3 3）；）；（8 8，4 4，1 1，0 0），（），（8 8，5 5，1 1，0 0）。）。数据编码由初始位置行列号加上半径，再加上记录单元的代码组成。数据编码由初始位置行列号加上半径，再加上记录单
46、元的代码组成。三三.栅格数据编码方法栅格数据编码方法4.块码（游程编码向二维扩展）块码（游程编码向二维扩展）3-3 栅格数据结构栅格数据结构3-2矢量数据结构矢量数据结构3-3栅格数据结构栅格数据结构3-1空间实体及其描述空间实体及其描述3-4矢量与栅格的比较矢量与栅格的比较n矢量结构矢量结构地理实体的形状和位置由一组地理实体的形状和位置由一组坐标对坐标对确定，确定，并与一定的并与一定的属性属性相连接。相连接。n栅格结构栅格结构地理实体的形状和位置是由一组栅格地理实体的形状和位置是由一组栅格(格格网网)结构的坐标定位结构的坐标定位象元象元确定。每个象元确定。每个象元有独立的有独立的编码编码。3
47、-4 矢量与栅格数据结构的比较矢量与栅格数据结构的比较X,YX,YX,YX,YReality(A highway)X,YRowsColumns3-4 矢量与栅格数据结构的比较矢量与栅格数据结构的比较矢量结构矢量结构栅格结构栅格结构3-4 矢量与栅格数据结构的比较矢量与栅格数据结构的比较矢量数据矢量数据优点：优点：表示地理数据的精度较高表示地理数据的精度较高严密的数据结构，数据量小严密的数据结构，数据量小完整的描述空间关系完整的描述空间关系图形输出精确美观图形输出精确美观图形数据和属性数据的恢复、图形数据和属性数据的恢复、更新、综合都能实现更新、综合都能实现面向目标，不仅能表达属性，面向目标，不
48、仅能表达属性，而且能方便的记录每个目标而且能方便的记录每个目标的具体属性信息的具体属性信息缺点：缺点：数据结构复杂数据结构复杂矢量叠加分析较为复杂矢量叠加分析较为复杂技术复杂，特别是软硬件技术复杂，特别是软硬件栅格数据栅格数据优点：优点：数据结构简单，易交换数据数据结构简单，易交换数据空间数据的叠置和组合方便空间数据的叠置和组合方便输出快速、成本低廉输出快速、成本低廉缺点：缺点：地图数据量大地图数据量大用大像元减少数据量时，精用大像元减少数据量时，精度和信息量受损度和信息量受损地图输出不美观地图输出不美观难以描述空间关系难以描述空间关系引用说明引用说明此讲义综合参考了下列大学及研究所的此讲义综合参考了下列大学及研究所的GIS学科讲义：学科讲义：u武汉大学武汉大学u南京师范大学南京师范大学u北京大学北京大学u广州大学广州大学u西北大学西北大学u中科院遥感所中科院遥感所u中科院地理所中科院地理所谢 谢！