第2章GIS的空间数据结构.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,GIS,Data,(,Geo,graphic,Information Systems,),1,2,第1节,地理实体及其表达,第2节,矢量数据结构,第3节,栅格数据结构,第4节,矢量与栅格数据结构的比较,第5节 矢-栅一体化数据结构,和三维数据结构,第二章,GIS的空间数据结构,教学要求,教学重点,教学活动,作 业,3,教学要求,1.理解地理实体的表达形式。,2.掌握矢量和栅格数据结构及其表达。,3.掌握矢量和栅格数据结构的优、缺点。,4.了解矢栅一体化数据结构和三维数据结,构及其表达,教学重点,1.空间数据结构及其表达,2.地理实体及其描述,教学活动,在学校图书馆或网络上查阅相关的地理信,息系统教材和杂志,进一步理解空间数据结,构的相关问题。,返回上一页,4,第二章,GIS的空间数据结构,GIS空间数据,分为以下几种类型:,1、按数据来源分类,（1）,地图数据,;（2）,影像数据;,（3）,地形数据;,（4）,属性数据,;（5）元数据：,数据的数据；,2、按数据所表达的,地理实体,几何形状分类,（1）点数据；（2）线数据；（3）面数据,5,8,第二章,GIS的空间数据结构,GIS空间数据,分为以下几种类型:,1、按数据来源分类,（1）,地图数据,;（2）,影像数据;,（3）,地形数据;,（4）,属性数据,;（5）元数据：,数据的数据；,2、按数据所表达的,地理实体,几何形状分类,（1）点数据；（2）线数据；（3）面数据,9,10,第二章,GIS的空间数据结构,GIS空间数据,分为以下几种类型:,1、按数据来源分类,（1）,地图数据,;（2）,影像数据;,（3）,地形数据;,（4）,属性数据,;（5）元数据：,数据的数据；,2、按数据所表达的,地理实体,几何形状分类,（1）点数据；（2）线数据；（3）面数据,11,第二章,GIS的空间数据结构,GIS空间数据,分为以下几种类型:,1、按数据来源分类,（1）,地图数据,;（2）,影像数据;,（3）,地形数据;,（4）,属性数据,;（5）元数据：,数据的数据；,2、按数据所表达的,地理实体,几何形状分类,（1）点数据；（2）线数据；（3）面数据,12,第二章,GIS的空间数据结构,13,第二章,GIS的空间数据结构,GIS空间数据,分为以下几种类型:,1、按数据来源分类,（1）,地图数据,;（2）,影像数据;,（3）,地形数据;,（4）,属性数据,;（5）,元数据,：,数据的数据；,2、按数据所表达的,地理实体,几何形状分类,（1）点数据；（2）线数据；（3）面数据,14,第1节,地理实体及其表达,第2节,矢量数据结构,第3节,栅格数据结构,第4节,矢量与栅格数据结构的比较,第5节 矢-栅一体化数据结构和三维数据结构,第二章,GIS的空间数据结构,15,一、地理实体,1.地理实体与地理目标,地理实体：,指一种在现实世界中不能再划分为同类现象的现象。,地理目标：,实体在地理数据库中的表示,2.地理实体,特征,（,空间特征、属性特征、时间特征,）,3.地理实体的,类型,（点、线、面、体）,4.,地理目标,的类型（0、1、2、3维）,二、地理实体的描述,A.地理实体的描述,内容（,编码（分类码、识别码）,位置,类型,行为,属性,说明,时间维描述,关系,),B.,地理实体数据,类型(,属性数据,几何数据,关系数据,),C.地理实体的描述,空间数据结构,第1 节 地理实体及其表达,16,一、空间数据结构的概念:,二、,矢量,数据结构,(一)矢量数据结构:,(二)矢量数据获取方式,(三)矢量数据表达需要考虑的内容,(四)矢量数据表达,1,简单数据结构,2 拓扑数据结构,索引式数据结构,双重独立式数据结构,链状双重独立式数据结构,第2 节 空间数据结构,17,第,1,节,地理实体及其表达,一、地理实体,1.地理实体与地理目标,地理实体：,指一种在现实世界中不能再划分为同类现象的现象。,如城市是实体，其各组成部分则不能称为城市，而称为区、街道等,实体是自然界现象和社会经济事件中不能再分割的单元，是一个具有概括性和,相对意义的概念。,实体是现实世界中客观存在的，并可相互区别的事物。,GIS地理数据库是地理实体的集合，是一种与现实世界保持一定相似性的实体模型,地理目标：,实体在地理数据库中的表示。,地理目标是一个概括、复杂、相对、抽象的概念，其具体类别和内容的确定是,从具体需要出发的，并随表示方法的比例尺、目的等情况而变化。,18,第,1,节,地理实体及其表达,一、地理实体,2.地理实体,特征,时间特征,空间特征,属性特征,属性特征,用以描述事物或现象的特性，即用来说明“是什么”，如事物或现象的类别、等级、数量、名称等,空间特征,用以描述事物或现象的地理位置以及空间相互关系，故又称几何特征和拓扑 特征，如中国与印度之间边界界桩的经纬度，中国与印度之间的邻接关系,时间特征,用以描述事物或现象随时间的变化，如学生人数的逐年变化。,19,第,1,节,地理实体及其表达,一、地理实体,3.,地理实体的类型,以相同的方式表示和存储的一组类似的地理实体，可以作为,地理实体的一种类型,点实体,指具有特定的位置而没有长度的实体。,线实体,指具有长度的实体，如线段、边界、链、网络等，并具有以下特征：,面实体,又成为多边形、区域等，水对湖泊、岛屿、地块等一类现象的描述，,具有以下空间特征,体实体,用于描述三维空间中的现象与物体，具有长度、宽度及高度等属性，,有如下空间特征,注记点：,用于定位,注记。,内点：,用于负载多边形,的属性，存在于多,边形内。,结点(node)、节点(Vertex)：,表示线段和弧段上的,连接点。,实体点,：用来代表,一个实体。,20,第,1,节,地理实体及其表达,一、地理实体,3.地理实体的类型,以相同的方式表示和存储的一组类似的地理实体，可以作为,地理实体的一种类型,点实体,指具有特定的位置而没有长度的实体。,线实体,指具有长度的实体，如线段、边界、链、网络等，并具有以下特征：,面实体,又成为多边形、区域等，水对湖泊、岛屿、地块等一类现象的描述，,具有以下空间特征,体实体,用于描述三维空间中的现象与物体，具有长度、宽度及高度等属性，,有如下空间特征,长 度：,从起点到终点的总长,；,弯曲度：,用于表示像道路拐弯时弯曲的程度。,方向性：,如水流方向,上下游;公路,单双向之分。,21,第,1,节,地理实体及其表达,一、地理实体,3.,地理实体的类型,以相同的方式表示和存储的一组类似的地理实体，可以作为地,理实体的一种类型,点实体,指具有特定的位置而没有长度的实体。,线实体,指具有长度的实体，如线段、边界、链、网络等。,面实体,又成为多边形、区域等，水对湖泊、岛屿、地块等一类现象的描述。,体实体,用于描述三维空间中的现象与物体，具有长度、宽度及高度等属性。,面积：,面状实体所占有的,范围大小,周长：,面状实体所占有区域的周长,独立或相邻：,是独立存在还是与其它面状,地物相邻,岛或洞：,面状实体内部是否有岛或洞,重叠：,面状实体之间是否有重叠,22,第,1,节,地理实体及其表达,体积,岛或洞,表面积,断面,一、地理实体,3.地理实体的类型,以相同的方式表示和存储的一组类似的地理实体，可以作为,地理实体的一种类型,点实体,指具有特定的位置而没有长度的实体。,线实体,指具有长度的实体，如线段、边界、链、网络等。,面实体,又成为多边形、区域等，水对湖泊、岛屿、地块等一类现象的描述。,体实体,用于描述三维空间中的现象与物体，具有长度、宽度及高度等属性。,23,第,1,节,地理实体及其表达,第,1,节,地理实体及其表达,一、地理实体,4.,地理目标,的类型,地理目标是地理实体在计算机系统内的表示，它需要选择合,适的类型，而,地理目标的类型按,空间维,来定义,0维,有位置而无长度的目标，如点。,1维,有长度的目标，一般有两个或多个0维目标组成，如线。,2维,有长度和宽度的目标，如多边形。,3维,有长、宽、高的目标，如三维立体。,地理实体可以根据地理目标的类型划分为点、线、面、体4种类型,24,第,1,节,地理实体及其表达,二、地理实体的描述,A.,地理实体的描述,内容：,编码,用于区别不同的实体，有时同一实体在不同的时间具有不同的编码，如上行和,下行的火车。编码通常包括分类码和识别码。,分类码，,是用来标识实体所属的类别，,识别码，,是对每个实体进行标识，是唯一的，用于区别不同的实体。,位置,通常用坐标值的形式给出实体的空间位置。,类型,指明该地理实体属于哪一种实体类型，或由哪些实体类型组成。,行为,指明该地理实体可以具有哪些行为和功能。,属性,指明该地理实体所对应的非空间信息，如道路的宽度、路面质量、车流量等,说明,用于说明实体数据的来源、质量等相关的信息。,时间维描述,地理实体的属性或空间位置随时间的变化。,关系,与其它地理实体的关系。,25,第,1,节,地理实体及其表达,邻接,相交,重合,相离,包含,点点,点线,点面,线面,面面,线线,26,第,1,节,地理实体及其表达,二、地理实体的描述,B.,地理实体数据,类型,根据地理实体的特征，把地理实体数据分为三类,属性数据,描述空间对象的属性特征的数据，也称非几何数据。,即说明“是什么”，如类型、等级、名称、状态等,描述时间特征的数据也可以归为这一类。,几何数据,描述空间对象的空间特征的数据，也称位置数据、定位数据。,即说明“在哪里”，一般用经纬度或X、Y坐标来表示。,关系数据,描述空间对象之间的空间关系的数据，一般通过拓扑关系表达。,如空间数据的相邻、包含等，主要是指拓扑关系。,拓扑关系是一种对空间关系进行明确定义的数学方法,27,第,2,节,空间数据结构,一、空间数据结构的概念,空间数据结构,是指空间数据适合于计算机存储、管理、处理的逻辑结构,也就是指空间数据以什么形式在计算机中存储和处理.,空间数据结构分为,基于矢量,的数据结构,和,基于栅格的,数据结构,两种基本类型,2,2,1,2,3,2,3,3,2,3,3,3,2,3,3,3,2,3,3,3,2,1,2,3,28,二、,矢量,数据结构,(一)矢量数据结构,通过记录空间对象的,坐标,及其,空间关系,来表达地理实体的一种数据结构。,矢量结构的特点：属性隐含，定位明显,A.点实体：,记录点坐标和属性代码；,B.线实体：,记录两个或一系列采样,点的坐标，并加属性代码；,C.面实体：,记录边界上一系列采样点,的坐标，由于多边形封闭，,边界为闭合环，加面域属性代码。,第,2,节,空间数据结构,特性 数据 位 置,点 10,x,y,线 23,x,1,y,1,x,2,y,2,x,n,y,n,串,面 63,x,1,y,1,x,2,y,2,x,n,y,n,闭合环,64,x,1,y,1,x,2,y,2,x,n,y,n,闭合环,10,63,64,23,10,63,64,23,用笛卡尔坐标表示的地图,29,二、矢量数据结构,(二)矢量数据获取方式,通过外业测量获得,，利用测量仪器（全站仪、,GPS,、常规测量等）记录测量结果，然后转到地理数据库中,跟踪数字化,，用跟踪数字化的方式把地图变成离散的矢量数据,间接获取,栅格数据转换,空间分析,（叠置、缓冲等操作产生的新的矢量数据）,第,2,节,空间数据结构,30,二、矢量数据结构,(三)矢量数据表达需要考虑的内容,矢量数据自身的存储和管理,几何数据和属性数据的联系,空间对象的空间关系（拓扑关系）,(四)矢量数据表达,简单数据结构,拓扑数据结构,索引式数据结构,双重独立式数据结构,链状双重独立式数据结构,第,2,节,空间数据结构,31,(四)矢量数据表达,简单数据结构,简单数据结构,：,是指,只记录空间对象的位置坐标和属性信息,，,不记录拓扑关系的一种矢量数据结构，又称面条结构。,存储,：,独立存储：空间对象位置直接跟随空间对象；,点位字典：点坐标独立存储，线、面由点号组成,特征：,优点：,数据按照点、线或多边形为单元进行组织，,结构简单、直观、易实现以,实体为单位的运算和显示,缺点：,A.,独立存储方式造成相邻多边形的公共边界被数字化并存储两次，出现,数据,冗余和,碎屑多边形，导致数据不一致,；,点位字典存储可保证公共边的唯一性,B.,自成体系，,缺少多边形的邻接信息,，邻域处理复杂，需追踪出公共边。,C.,处理岛或洞等嵌套问题较麻烦,，需要计算多边形的包含等。,适用范围：,制图及一般查询，不适合复杂的空间分析,32,多边形,坐标构成,(x1,y1),(x4,y4),(x5,y5),(x6,y6),(x7,y7),(x8,y8),(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3),(x4,y4),(x7,y7),(x8,y8),(x9,y9),(x10,y10),(x11,y11),面状物（多边形）矢量编码,1,2,3,4,5,6,7,8,10,9,11,独立存储,(四)矢量数据表达,简单数据结构,33,点号,X,Y,1,11,22,2,33,44,n,55,66,标识码,属性码,空间对象编码,唯一,连接几何和属性数据,数据库,独立编码,点:,(,x,y,),线:(,x,1,y,1,),(,x,2,y,2,),(,x,n,y,n,),面:(,x,1,y,1,),(,x,2,y,2,),(,x,1,y,1,),点位字典,点:点号文件,线:点号串,面:点号串,存储方法,(四)矢量数据表达,简单数据结构,34,(四)矢量数据表达,拓扑,数据结构,拓扑概念：,拓扑一词来自于希腊文，意思是“形状的研究”。,拓扑学是几何学的一个分支，它研究在拓扑变换下能够保持不变的几何属性拓扑属性,拓扑结构是明确定义空间关系的一种数学方法,35,(四)矢量数据表达,拓扑数据结构,拓扑关系,拓扑关系,：,指图形保持连续状态下变形，,但图形关系不变的性质。,拓扑变换(橡皮变换),非拓扑属性,(几何),拓扑属性,(没发生变化的属性),两点间距离,一点指向另一点的方向,弧段长度、区域周长、面积 等,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,一个点在一个环的内/外部,一个面是一个简单面;一个面的连通性,建立拓扑关系是对一种空间结构关系进行明确定义的数学方法。,具有某些拓扑关系的矢量数据结构就是,拓扑数据结构,，拓扑数据结构是GIS的分析和应用,功能所必需的。,拓扑数据结构的表示方式没有固定的格式，也还没有形成标准，但基本原理是相同的。,36,拓扑关系,拓扑元素,点：孤立点、线的端点、,面的首尾点、链的连接点,线：两结点之间的,有序,弧段，,包括链、弧段和线段,面：若干弧段组成的,闭合,多边形,起点,终点,中间点,弧段1,弧段3,弧段2,弧段4,点:,面:,弧:,矢量数据表达,拓扑数据结构,37,矢量数据表达,拓扑数据结构,拓扑关系,拓扑元素,拓扑线段（arc）,结点(node）,多边形（poly）,该线段中间不与其它线段存在联系,拓扑线段的两个端点，分别为首结点、尾结点,由数条拓扑线段连接而成,38,拓扑关系,最基本拓扑关系,拓扑关联：,指存在于空间图形中的不同拓扑元素,之间的关系,结点与弧段：如结b与弧3,2,5,多边形与弧段：面C与弧4,5,3,拓扑邻接：,指存在于空间图形中的相同拓扑元素,之间的关系。,多边形之间,结点之间,邻接矩阵,1邻结；0不邻结,其它拓扑关系,拓扑包含：,指存在于空间图形中的面与其它元素,之间的关系,如面状实体包含哪些点、线状实体,层次关系：,指存在于空间图形中的相同拓扑元素,之间的等级关系，如连云港市各个区,拓扑连通：,拓扑元素之间的通达关系，如点连通度，面连通度,b,e,c,4,1,3,2,5,A,B,C,7,6,D,a,d,a:结点号,A:多边形号,1:弧段号,弧段数字化方向,A,B,C,D,A,-,1,1,0,B,1,-,1,1,C,1,1,-,0,D,1,0,0,-,矢量数据表达,拓扑数据结构,39,b,矢量数据表达,拓扑数据结构,1、拓扑,邻接,：拓扑邻接是指空间图形的,同类元素,之间的拓扑关系。,a,3,a,1,a,2,a,4,a,5,a,6,a,7,P,4,P,1,P,3,P,2,N,1,N,2,N,3,N,4,N,5,多边形之间的邻接关系P1/P2，P2/P3，弧段之间的邻接关系a1/a2，a2/a3，性以及结点之间的邻接关系N1/N2，N2/N3，。,40,b,矢量数据表达,拓扑数据结构,2 拓扑,关联,：拓扑关联是指空间图形的,不同元素,之间的拓扑关系。,a,3,a,1,a,2,a,4,a,5,a,6,a,7,P,4,P,1,P,3,P,2,N,1,N,2,N,3,N,4,N,5,结点与弧段的关联关系N1/a1,a5,a3；N2/a1,a6,a2；多边形与弧段的关联关系P1/a1,a6,a5；P2/a4,a6,a2，。,41,b,矢量数据表达,拓扑数据结构,3、拓扑包含：拓扑包含是指空间图形的,同类,，但,不同级,的元素之间的拓扑关系。,（a）简单包含,（b)多层包含,（c)等价包含,图(a)中多边形P1中包含多边形P2，图（b）中多边形P3包含在多边形P2中，而多边形P2，P3又都包含在多边形P1中。图（c）多边形P2，P3都包含在多边形P1中，多边形P2，P3对P1而言是等价包含.,42,b,拓扑关系,拓扑元素量、质不变及相互关系欧拉公式,欧拉公式在GIS中有着重要的意义，主要用来检查空间拓扑关系的正确性，能发现点、,线、面不匹配的情况和多余、遗漏的图形元素。,c+a,=,n+b,n,:点数,a,:线数,b,:面数,c,:常数，为多边形地图特征。,若,b,包含边界里面和外面的多边形，则,c,=2，,若,b,仅包含边界内部多边形，则,c,=1,n=,4，,a,=4,b,=1，,c,=1,n=,6，,a,=5,b,=1，,c,=2,n=,4，,a,=5,b,=2，,c,=1,n=,10，,a,=12,b,=3，,c,=1,矢量数据表达,拓扑数据结构,43,拓扑关系,拓扑关系的表达-关系表,矢量数据表达,拓扑数据结构,结点编码：,多边形编码：,(1)(2)(3)(4)(5),线段编码：,1 2 3 4 5 6 7 8 9,(2),(3),(5),(4),1,2,4,5,6,7,8,9,3,44,拓扑关系,拓扑关系的表达-关系表,如果将空间图形的结点、弧段和多边形之间的拓扑结构表达出来，可以形成,四个关系,表达：,结点-弧拓扑,弧-结点拓,弧-面拓扑,面-弧拓扑,矢量数据表达,拓扑数据结构,45,拓扑关系,拓扑关系的表达关系表,e,b,表中数字前负号为相反方向,d,c,4,1,3,2,5,A,B,C,7,6,D,a,a:结点号,A:多边形号,1:弧段号,弧段数字化方向,弧-面拓扑,弧段,左面,右面,1,A,O,2,A,B,3,C,A,4,O,C,5,C,D,6,B,D,7,B,O,结点-弧拓扑,结点,弧,a,1,3,4,b,2,3,5,c,1,2,7,d,4,5,7,e,6,面-弧拓扑,面号,弧数,弧号,A,3,-1,-2,3,B,4,2,-7,5,-6,C,3,-3,-5,4,D,1,6,矢量数据表达,拓扑数据结构,弧-结点拓扑,弧段,起点,终点,1,c,a,2,b,c,3,b,a,4,d,a,5,d,B,6,e,e,7,d,c,46,拓扑关系,拓扑关系的意义,空间数据的拓扑关系对GIS的数据处理和空间分析具有重要意义,A.拓扑关系能清楚地反映实体之间的逻辑结构关系,不需要利用坐标或距离就可以确定一个地理实体相对于另一个地理实体的空间位置关系;并且这种拓扑数据较之几何数据具有更大的稳定性，即它不随地图投影而变化,B.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,C.根据拓扑关系可重建地理实体。,矢量数据表达,拓扑数据结构,47,矢量数据表达,拓扑数据结构,空间数据的计算机表示,空间实体,图形数据,属性数据,编码、组织数据,数据结构,存入计算机,空间数据的计算机表示过程,48,主要拓扑数据结构类型,索引式数据结构,，,是对所有边界点进行数字化，将坐标对以顺序方式存储，由点索引,与边界线号相联系，以线索引与各多边形相联系，形成,树状索引结构,。,矢量数据表达,拓扑数据结构,V,1,V,2,V,3,V,4,V,5,V,6,V,7,V,8,V,9,V,10,V,11,V,12,V,13,V,16,V,14,V,15,L,1,L,2,L,3,L,4,L,5,L,6,L,7,P,1,P,2,P,3,P,4,P,1,P,2,P,3,P,4,L,1,L,2,L,3,L,4,L,5,L,6,L,7,V,1,V,2,V,5,V,4,V,4,V,5,V,6,V,4,V,12,V,11,V,9,V,6,V,7,V,1,V,6,V,8,V,9,V,9,V,10,V,1,V,13,V,14,V,15,V,16,区域,多边形-弧段索引文件表,多边形码,弧段数,弧段序号串,P,1,4,L,1,L,3,L,6,L,7,P,2,3,L,2,L,5,L,3,P,3,3,L,4,L,6,L,5,P,4,1,L,7,弧段-点索引文件表,弧段号,顶点数,点号串,L,1,4,V,1,V,2,V,5,V,4,L,2,3,V,4,V,5,V,6,L,3,4,V,4,V,12,V,11,V,9,L,4,3,V,6,V,7,V,1,L,5,3,V,6,V,8,V,9,L,6,3,V,9,V,10,V,1,L,7,4,V,13,V,14,V,15,V,16,坐标文件,点号,坐标,V,1,x,1,y,1,V,2,x,2,y,2,V,3,x,3,y,3,V,4,x,4,y,4,V,5,x,5,y,5,V,16,x,16,y,16,49,主要拓扑数据结构类型,索引式数据结构,矢量数据表达,拓扑数据结构,优点：,1）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,缺点：,1）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,3）以人工方式建立编码表，工作量大，易出错,50,主要拓扑数据结构类型,双重独立式数据结构,(,DIME,，,Dual Independent Map Encoding,)，,是对图上网状或面状要素的任何一条线段，用其两端的结点及相邻面域来予以定义。,矢量数据表达,拓扑数据结构,双重独立式（DIME）编码,线号,左多边形,右多边形,起点,终点,a,O,A,1,8,b,O,A,2,1,c,O,B,3,2,d,O,B,4,3,e,O,B,5,4,f,O,C,6,5,g,O,C,7,6,h,O,C,8,7,i,C,A,8,9,j,C,B,9,5,k,C,D,12,10,l,C,D,11,12,m,C,D,10,11,n,B,A,9,2,关联,邻接,关联,连通,1,3,4,2,5,6,7,8,9,10,11,12,a,b,c,d,e,f,g,h,i,j,l,m,n,k,A,B,C,D,O,自动生成的多边形A的线及结点,线号,起点,终点,左多边形,右多边形,a,1,8,O,A,i,8,9,C,A,n,9,2,B,A,b,2,1,O,A,点文件,点号,坐标,1,x,1,y,1,12,x,12,y,12,面文件,面号,线号,A,a,b,n,i,D,m,l,k,51,主要拓扑数据结构类型,链状,双重独立式数据结构,，,在DIME中，一条边只能用直线两端点的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)，每个弧段可以有许多中间点,矢量数据表达,拓扑数据结构,多边形文件,多边形号,弧段号,周长,面积,中心点坐标,P,1,L,1,L,3,L,6,-L,7,P,2,L,2,L,3,L,5,P,3,L,4,L,5,L,6,P,4,L,7,弧段文件,弧段号,起始点,终结点,左多边形,右多边形,L,1,V,1,V,4,P,0,P,1,L,2,V,4,V,6,P,0,P,2,L,3,V,4,V,9,P,2,P,1,L,4,V,6,V,1,P,0,P,3,L,5,V,6,V,9,P,3,P,2,L,6,V,9,V,1,P,3,P,1,L,7,V,13,V,13,P,1,P,4,弧段坐标文件,弧段号,坐标串,L,1,x,1,y,1,;,x,2,y,2,;,x,3,y,3,;,x,4,y,4,L,2,x,4,y,4,;,x,5,y,5,;,x,6,y,6,L,3,x,4,y,4,;,x,12,y,12,;,x,11,y,11,;,x,9,y,9,L,4,x,6,y,6,;,x,7,y,7,;,x,1,y,1,L,5,x,6,y,6,;,x,8,y,8,;,x,9,y,9,L,6,x,1,y,1,;,x,10,y,10,;,x,9,y,9,L,7,x,13,y,13,;,x,14,y,14,;,x,15,y,15,;,x,16,y,16,V,1,V,2,V,3,V,4,V,5,V,6,V,7,V,8,V,9,V,10,V,11,V,12,V,13,V,16,V,14,V,15,L,1,L,2,L,3,L,4,L,5,L,6,L,7,P,1,P,2,P,3,P,4,结点文件,结点号,结点坐标,弧段号,V,1,x,1,y,1,L,1,L,4,L,6,V,4,x,4,y,4,L,1,L,2,L,3,V,6,x,6,y,6,L,2,L,4,L,5,V,9,x,9,y,9,L,3,L,5,L,6,V,13,x,13,y,13,L,7,52,主要拓扑数据结构类型,链状,双重独立式数据结构,矢量数据表达,拓扑数据结构,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,。,在ARC/INFO软件中：,1）ARC文件,：,2）INFO,：,属性表,如AAT（Arc Attribute Table）,弧段号(cover#),USER_ID,LPOLY,RPOLY,FROM_NODE,TO_NODE,其它属性(名称),弧段号(cover#),点数,x,1,y,1,;,x,2,y,2,;,x,3,y,3,;,x,n,y,n,53,第1节,地理实体及其表达,第2节,矢量数据结构,第3节,栅格数据结构,第4节,矢量与栅格数据结构的比较,第5节 矢-栅一体化数据结构和三维数据结构,第二章,GIS的空间数据结构,上节内容回顾,54,一、地理实体,1.地理实体与地理目标,地理实体：,指一种在现实世界中不能再划分为同类现象的现象。,地理目标：,实体在地理数据库中的表示,2.地理实体,特征,（,空间特征、属性特征、时间特征,）,3.地理实体的,类型,（点、线、面、体）,4.,地理目标,的类型（0、1、2、3维）,二、地理实体的描述,A.地理实体的描述,内容（,编码（分类码、识别码）,位置,类型,行为,属性,说明,时间维描述,关系,),B.,地理实体数据,类型(,属性数据,几何数据,关系数据,),C.地理实体的描述,空间数据结构,第1 节 地理实体及其表达,55,一、空间数据结构的概念:,二、,矢量,数据结构,(一)矢量数据结构:,(二)矢量数据获取方式,(三)矢量数据表达需要考虑的内容,(四)矢量数据表达,1,简单数据结构,2 拓扑数据结构,索引式数据结构,双重独立式数据结构,链状双重独立式数据结构,第2 节 空间数据结构,56,一、空间数据结构的概念,:,(,是指空间数据适合于计算机存储、管理、处 理的逻辑结构,也就是指空间数据以什么形式在计算机中存储和处理,),二、,矢量,数据结构,(一)矢量数据结构,(,通过记录空间对象的,坐标,及其,空间关系,来表达地理实体的一 种数据结构,),(二)矢量数据,获取方式:,1,外业测量,2 跟踪数字化，,3 间接获取(栅格数据转换,空间分析,),(三)矢量数据表达需要考虑的内容,1,矢量数据自身的存储和管理,2 几何数据和属性数据的联系,3 空间对象的空间关系（拓扑关系）,),第2 节 空间数据结构,57,(四)矢量数据表达,1 简单数据结构,(,是指,只记录空间对象的,位置坐标,和,属性,信息，,不记录拓扑关系,的一种矢量数据结构，又称面条结构),2 拓扑数据结构,索引式数据结构:,是对所有边界点进行数字化，将坐标对以,顺序方式,存储，由,点,索引与,边界线号,相联系，以,线索引,与各,多边形相,联系.,双重独立式数据结构:,是对图上网状或面状要素的任何一条线段，用其,两端的结点,及,相邻面域,来予以定义。,链状双重独立式数据结构:,在DIME中，一条边只能用直线两端点的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)，每个弧段可以有许多中间点,.,第2 节 空间数据结构,58,第1节,地理实体及其表达,第2节,矢量数据结构,第3节,栅格数据结构,第4节,矢量与栅格数据结构的比较,第5节 矢-栅一体化数据结构,和三维数据结构,第二章,GIS的空间数据结构,上节内容回顾,这节内容,59,三、栅格数据结构(,Raster,),(一)栅格数据结构,1 概念：,是指将地球表面划分为大小均匀紧密相邻的,网格阵列,，每个网格作为一个,象元或象素,由行、列定义，并包含一个代码表示该象素的,属性,类型或量值。,也即:栅格数据结构就是,像元阵列,，用,每个像元的行列号确定位置,，用每个像元的值表示实体的类型、等级等,属性,第,2,节,空间数据结构,60,三、栅格数据结构(,Raster,),第,2,节,空间数据结构,扫描图象：150,DPI,、300,DPI,、600,DPI,1、栅格结构,有关概念（续）,象元,栅格单元,遥感影像：,MSS,7979,米,SPOT,1010米,TM,3030米,QuickBird 0.61,0.61米,影像分辨率,计算机屏幕分辨率：640780,800600,1024768,61,三、栅格数据结构(,Raster,),第,2,节,空间数据结构,1、栅格结构,有关概念（续）,象元阵列,：反映某一空间分布的系列象元队列，其行、列确定每个象元的空间位置。,象元属性：,栅格单元值,地理要素的属性特征,62,三、栅格数据结构(,Raster,),(一)栅格数据结构,A.点实体：由单个像元来表达,B.线实体：,由在一定方向上连接成串的相邻像元的集合来表达。,C.面实体：,由聚集在一起的相邻像元的集合来表达,第,2,节,空间数据结构,2,2,1,2,3,2,3,3,2,3,3,3,2,3,3,3,2,3,3,3,2,1,2,3,63,Real world,Grid,Point,Line,Area,Value,=0,=1,=2,=3,Row,Column,Triangles,Hexagons,RASTER,第,2,节,空间数据结构,三、栅格数据结构(,Raster,),64,栅格数据单元格经常是,矩形（主要是正方形）的,，但并不是必须如此。其单元格形状可以随应用的需要进行具体设定，比如设置为,三角形,。,栅格数据的比例尺就是栅格大小与地表相应单元大小之比。,栅格尺寸越小，其分辨率越高，数据量也越大,。,由于栅格结构对地表的离散，在计算面积、长度、距离、形状等空间指标时，若栅格尺寸较大，则造成较大的误差。,由于栅格单元中存在多种地物，而数据中常常只记录一个属性值，这会导致属性误差。比如，遥感数据中的“混合像元”问题。,2 栅格数据的形状、尺寸及相关问题,第,2,节,空间数据结构,三、栅格数据结构(,Raster,),65,三、栅格数据结构,(二)栅格数据获取的途径,1、手工获取 2、扫描仪扫描 3、由矢量数据转换而来,4、遥感影像数据 5、格网DEM数据,(三)栅格系统的确定,栅格坐标系统的确定,由于栅格编码一般用于区域性GIS，,原点的选择常具有局部性质。,但为了便于区域的拼接，栅格系统,的起始坐标应与国家基本比例尺 地形图,公里网的交点相一致，并分别采用公里网,的纵横坐标轴作为栅格系统的坐标轴。,第,2,节,空间数据结构,2,2,1,2,3,2,3,3,2,3,3,3,2,3,3,3,2,3,3,3,2,y,x,O,66,第,2,节,空间数据结构,三、栅格数据结构,(三)栅格系统的确定,栅格单元的尺寸,1）原则：,应能有效地逼近空间对象的分布特征，又减少数据的冗余度。,栅格太大，忽略较小图斑，信息被丢失；栅格太小，会增加存储数据量,2）方法：,用保证最小多边形的精度标准来确定尺寸经验公式：,H,=(min|,A,i,|),1/2,H,为栅格单元边长,A,i,为区域所有多边形的面积,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,67,第,2,节,空间数据结构,三、栅格数据结构,(四)栅格代码(属性值)的确定,1、中心点法：,取位于栅格中心的属性值为该栅格的属性值。,2、面积占优法：,栅格单元属性值为面积最大者。,3、重要性法：,取重要的属性值为栅格属性值。,4、长度占优法：,每个栅格单元的值由该栅格中线段最长的实体的属性来确定。,A,B,C,O,中心点法，该栅格单元的值：,面积占优法，该栅格单元的值为：,重要性法，该栅格单元的值为：,长度占优法，该栅格单元的值为：,68,第,2,节,空间数据结构,三、栅格数据结构,(五)栅格数据结构的表示,将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行（或逐列）记录代码，,可以每行都从左到右记录，也可以奇数行从左到右，偶数行从右到左。,记录栅格数据的文件称为栅格文件，且常在文件头中存有该,栅格数据的长和宽(行数和列数,),特点：,最直观、最基本的栅格存贮结构，没有进行任何,压缩数据处理,;,但许多记录重复记录同一属性值,数据存在大量冗余,并且当栅格越小,冗余越严重,9,9,9,9,0,0,0,0,9,9,9,0,0,0,0,0,0,9,9,0,7,7,0,0,0,0,0,0,7,7,0,0,0,0,0,0,7,7,7,7,0,0,0,0,7,7,7,7,0,0,0,0,7,7,7,7,0,0,0,0,7,7,7,7,行号,栅 格 值,1,9,9,9,9,0,0,0,0,2,9,9,9,0,0,0,0,0,3,0,9,9,0,7,7,0,0,4,0,0,0,0,7,7,0,0,5,0,0,0,0,7,7,7,7,6,0,0,0,0,7,7,7,7,7,0,0,0,0,7,7,7,7,8,0,0,0,0,7,7,7,7,69,第,2,节,空间数据结构,三、栅格数据结构,(六)栅格数据结构的特点,用离散的量化栅格值表示空间对象,(,通常是规则格网,),位置隐含，属性明显,数据结构简单，易于遥感数据结合，但数据量大,存在几何和属性偏差,面向位置的数据结构,难以建立空间对象之间的关系,比例尺大小为栅格,(,像元,),的大小与地表相应单元的大小之比。,像元较大时，对地物的面积、长度等的量测有较大影响,a,b,c,3,4,5,a,b,c,面积:6 7,几何偏差,属性偏差,70,第,3,节 矢量、,栅格数据结构的比较,一、矢量和栅格数据结构的比较,优 点,缺 点,矢,量,便于面向现象(土壤类型)的数据表示，,不仅能表达属性，而且能方便的记录每个目标的具体属性信息,数据结构紧凑，冗余度低,有利于网络、检索分析,图形显示质量好，位置精度高,能完整地描述空间关系,数据结构复杂,多边形叠置分析及模拟较困难,不能做增强处理,软硬件技术要求高,栅,格,数据结构简单，易数据交换,空间分析和地理现象模拟较容易,有利于与RS数据的匹配应用和分析,输出方法快速，成本比较低廉,现象识别效果不如矢量方法,图形数据量大,投影转换困难,图形质量转低,71,第,3,节 矢量、,栅格数据结构的比较,二、数据结构选择的一般原则,要素还是位置,可获取的数据,定位要素的必要精度,需要什么类型的要素,需要什么类型的拓扑关系,所需空间分析类型,生产地图类型,栅格结构：,大范围小比例尺的自然资源、环境、农林业等区域问题的研究,矢量结构：,城市分区或详细规划、土地管理、公用事业管理等方面的应用,72,第,4,节 矢栅一体化数据结构和三维数据结构,一、矢栅一体化数据结构,A 矢栅一