土地信息系统2章4章尾

1、第二章第二章 土地信息技术基础土地信息技术基础 1 1 土地信息分类与编码土地信息分类与编码 2 2 土地信息的空间参考系土地信息的空间参考系 3 3 地图投影地图投影 4.4.地图的分幅与编号地图的分幅与编号 5.图件的数据表达图件的数据表达 2.1 2.1 土地信息分类与编码土地信息分类与编码 2.1.1 2.1.1 信息分类的基础信息分类的基础 1 1分类原则分类原则 科学性原则科学性原则 系统性原则系统性原则 稳定性原则稳定性原则 完整性和可扩展性原则完整性和可扩展性原则 易用性原则易用性原则 灵活性原则灵活性原则 不受比例尺限制原则不受比例尺限制原则 与有关国家规范和标准协调一致原则

2、与有关国家规范和标准协调一致原则 考虑数据来源原则考虑数据来源原则 2 2分类的基本方法分类的基本方法 线分类法线分类法 面分类法面分类法 将初始的分类对象按选定的若干个属将初始的分类对象按选定的若干个属 性或特征依次分成若干个层级目录，并性或特征依次分成若干个层级目录，并 编排成一个有层次的分类体系。其中同编排成一个有层次的分类体系。其中同 层级类目之间存在并列关系，不同层级层级类目之间存在并列关系，不同层级 类目之间存在隶属关系，同层类目互不类目之间存在隶属关系，同层类目互不 重复、互不交叉重复、互不交叉 将给定的分类对象按选定的若干个将给定的分类对象按选定的若干个 属性或特征分成互不依赖

3、、互不相干属性或特征分成互不依赖、互不相干 的若干方面，每个面中又分成许多彼的若干方面，每个面中又分成许多彼 此独立的若干个类目。使用时，可根此独立的若干个类目。使用时，可根 据需要将这些面中的类目组合在一起，据需要将这些面中的类目组合在一起， 形成复合类目形成复合类目 3 3分级原则分级原则 确定分级数的基本原则确定分级数的基本原则 分级数应符合数值估计精度的要求分级数应符合数值估计精度的要求 分级数应顾及可视化的效果分级数应顾及可视化的效果 分级数应符合数据的分布特征分级数应符合数据的分布特征 确定分级界线的基本原则确定分级界线的基本原则 保持数据的分布特征，使级内差异尽可能的小，各级之间

4、的保持数据的分布特征，使级内差异尽可能的小，各级之间的 差异尽可能的大差异尽可能的大 在任何一个等级内部都必须有数据，任何数据都必须落在某在任何一个等级内部都必须有数据，任何数据都必须落在某 一个等级内一个等级内 尽可能采用有规则变化的分级界线。尽可能采用有规则变化的分级界线。 分级的基本方法分级的基本方法 数列分级数列分级 最优分割等级最优分割等级 2.1.2 土地利用信息分类土地利用信息分类 1. 原国家土地管理局制订的两个规程： “土地利用现状调查技术规程土地利用现状调查技术规程”、“城镇地籍调查规程城镇地籍调查规程” 2. 2001年国土资源部新土地分类系统与建设部城市用地分类和代码(

5、GBJ1387) 3. 从信息系统开发应用角度对土地信息的分类：从信息系统开发应用角度对土地信息的分类： 基础地理信息基础地理信息专题图形信息专题图形信息 专题属性信息专题属性信息相关属性信息相关属性信息 2.1.3 土地信息编码土地信息编码 即代码化过程将经过分类的信息用适当的数码将经过分类的信息用适当的数码(字符串或数值字符串或数值)来表示来表示 1. 原则：原则： 唯一性唯一性 可扩充性可扩充性 易识别性易识别性 完整性完整性 简单性简单性 代码和分类代码和分类 一一对应一一对应 留有足够的备用代码留有足够的备用代码 用户从代码能看出分类用户从代码能看出分类 方便记忆、操作、和机器处理方

6、便记忆、操作、和机器处理 全面考虑系统涉及的信息分类方方面面全面考虑系统涉及的信息分类方方面面 2.2.属性数据编码属性数据编码 _确定属性数据的代码的方法和过程确定属性数据的代码的方法和过程 代码是一个或一组有序的易于被计算机或人识别与处理的符号，是计算是一个或一组有序的易于被计算机或人识别与处理的符号，是计算 机的符号，是计算机鉴别和查找信息的主要依据和手段机的符号，是计算机鉴别和查找信息的主要依据和手段。 代码的功能： (1)(1)鉴别鉴别。代码代表对象的名称，是鉴别对象的惟一标识。 (2)(2)分类分类。当按对象的属性分类并分别赋予不同的类别代码时，代码 又可区分分类对象的类别的标识。

7、 (3)(3)排序排序。按对象产生的时间、所占的空间或其他方面的顺序关系排 列并分别赋予不同的代码时，代码又可作为区别对象排序的标识。 3. 3. 编码的类型编码的类型 _代码符号的表示形式代码符号的表示形式 包括包括 数字形、字符型数字形、字符型 及及 二者混合型二者混合型 4.LIS4.LIS中代码的种类中代码的种类 _分类码和标志码分类码和标志码 分类码分类码: :是根据土地信息分类体系设计出的一个专业信息的分类代码，是根据土地信息分类体系设计出的一个专业信息的分类代码， 用于标识不同类别的数据，根据它可以从数据中查寻出所需类别的全部数用于标识不同类别的数据，根据它可以从数据中查寻出所需

8、类别的全部数 据。据。 标志码标志码: :是在分类码的基础上，对每类数据设计出全部或主要实体的是在分类码的基础上，对每类数据设计出全部或主要实体的 标识码，用于一一对应某一类数据中的某个实体；从而弥补分类码不能标识码，用于一一对应某一类数据中的某个实体；从而弥补分类码不能 进行个体分离的缺陷。进行个体分离的缺陷。 标识码是联系实体的几何信息和属性信息的关键字。标识码是联系实体的几何信息和属性信息的关键字。 5. 5.土地信息的编码方法土地信息的编码方法 _空间信息的三种编码方式空间信息的三种编码方式 (1)(1)用空间坐标来表示地理要素的位置用空间坐标来表示地理要素的位置 (2)(2)在空间要

9、素之间建立起联系，反映空间位置上的相互关系在空间要素之间建立起联系，反映空间位置上的相互关系 (3)(3)对空间要素人为地给定一些编码或字符串对空间要素人为地给定一些编码或字符串 综上所述，空间坐标码有定位精确、图形显示直观的优点，拓扑结构、四综上所述，空间坐标码有定位精确、图形显示直观的优点，拓扑结构、四 叉树结构能建立空间要素之间的空间位置上的相互联系，空间位置附加属性叉树结构能建立空间要素之间的空间位置上的相互联系，空间位置附加属性 码便于人的识别、记忆，还可用于和属性数据库的连接，因此，一个实用的码便于人的识别、记忆，还可用于和属性数据库的连接，因此，一个实用的 土地信息系统往往是同时

10、使用上述三类编码，以相互取长补短。土地信息系统往往是同时使用上述三类编码，以相互取长补短。 6. 6.地籍信息编码地籍信息编码 _分类码和标志码分类码和标志码 地籍信息编码是在地籍信息分类编码的基础上，由大类码、小类码、地籍信息编码是在地籍信息分类编码的基础上，由大类码、小类码、 一级码和二级码组成，分类代码可由四位数字组成。一级码和二级码组成，分类代码可由四位数字组成。 X X X X 大大 小小 一一 二二 类类 类类 级级 级级 码码 码码 代代 代代 码码 码码 各级代码分别用一位各级代码分别用一位 十进制数字顺序排列十进制数字顺序排列 代 码名 称代 码名 称 4600 4610 4

11、620 4630 4640 4641 4642 桥梁 铁路桥 公路桥 双层桥 人行桥 依比例尺 不依比例尺 8200 8210 8220 8230 8231 8232 8233 8234 地块位置信息 地块所在图幅 地块坐落 地块四至 东面相接 南面相接 西面相接 北面相接 2.2 2.2 土地信息的空间参考系土地信息的空间参考系 指大地参考系，是指用数学方法来定义地面实体在通用坐标系中的绝指大地参考系，是指用数学方法来定义地面实体在通用坐标系中的绝 对位置和大小，即用地面实体到原点或坐标轴的距离、与坐标轴或起始对位置和大小，即用地面实体到原点或坐标轴的距离、与坐标轴或起始 线的夹角在投影面上

12、的大小来表示。线的夹角在投影面上的大小来表示。 2.2.1 2.2.1 地球椭球地球椭球 目前，我国采用的大地坐标系为目前，我国采用的大地坐标系为19801980年年 中国国家大地坐标系，该坐标系选用中国国家大地坐标系，该坐标系选用19751975 年国际大地测量协会推荐的国际椭球。年国际大地测量协会推荐的国际椭球。 具体参数为具体参数为： 赤道半径赤道半径( (a a) )：6378140.0000000000m 6378140.0000000000m 极半径极半径( (b b) )： 6356755.2881575287m6356755.2881575287m 地球扁率地球扁率( (f f

13、)=)= 257.298 1 a ba 2.2.2 2.2.2 大地坐标系大地坐标系 根据不同需求，我国现有三种大地坐标系并存：根据不同需求，我国现有三种大地坐标系并存： a.1954a.1954年北京坐标系年北京坐标系( (局部平差局部平差) ) b.1980b.1980年国家大地坐标系年国家大地坐标系( (整体平差整体平差) ) c.c.地心坐标系地心坐标系 对于地表某点的坐标表示点的坐标表示可用： 地理坐标系( (L L，B B，H H ) ) 大地直角坐标系( (x x，y y，z z ) ) 其间可相互转换： x=x= f f1 1( (L L，B B) ) y= y= f f2 2

14、( (L L，B B) ) 2.2.3 2.2.3 平面直角坐标系平面直角坐标系 X X YY O O I I IIII 2.2.4 2.2.4 高程参考系高程参考系 H H85=85=H H56 - 0.02956 - 0.029 (1)任何地球表面到二维的变换都有变形存在，或是形状变形，任何地球表面到二维的变换都有变形存在，或是形状变形， 或是面积变形，或是距离变形，或是方向变形；或是面积变形，或是距离变形，或是方向变形； (2)不同的投影有不同的变形；不同的投影有不同的变形； (3)每种投影的特点决定了它适宜某种应用而不适宜另一种。每种投影的特点决定了它适宜某种应用而不适宜另一种。 自学

15、：自学： 2.4 2.4 地图分幅与编号地图分幅与编号 1.1.我国基本比例尺地图的分幅与编号；我国基本比例尺地图的分幅与编号； 2.2.大比例尺地图是怎样分幅编号的。大比例尺地图是怎样分幅编号的。 在开始数据处理前搞清所用地图投影是十分必要的，因为：在开始数据处理前搞清所用地图投影是十分必要的，因为： 自学：自学： 2.3 2.3 地图投影地图投影 1.1.什么是地图投影什么是地图投影 2.2.从变形性质看地图投影主要分为哪几类？各类投影有何变从变形性质看地图投影主要分为哪几类？各类投影有何变 形特点？形特点？ 3.3.高斯投影的特点。高斯投影的特点。 3.5 图件的矢量数据表达图件的矢量数

16、据表达 3.5.1 图件分析图件分析 1.图件矢量化的几个基本概念图件矢量化的几个基本概念 点点(Point)_ 线线(Arc)_Node Vertex 面面(Polygon)_岛岛 2.拓朴关系拓朴关系(点线面之间的空间关系点线面之间的空间关系) 结点结点弧段弧段 图斑图斑弧段弧段 3.两种拓朴错误两种拓朴错误 悬悬结点、桥弧段结点、桥弧段 4.弧段与图斑的包络矩形弧段与图斑的包络矩形 (xmin，ymin) ( xmin ， ymax ) ( xmax ， ymin ) ( xmax ， ymax ) 结点记录表、弧段记结点记录表、弧段记 录表、图斑记录表录表、图斑记录表 5.图件分析的几

17、点结论图件分析的几点结论 点的有序集合组成坐标链点的有序集合组成坐标链弧段弧段 弧段的有序集合组成图斑。弧段有内外边界之分，内边界弧段可以组弧段的有序集合组成图斑。弧段有内外边界之分，内边界弧段可以组 成一个或多个闭合区域，存在有内边界的图斑称为多连通区域，不存在成一个或多个闭合区域，存在有内边界的图斑称为多连通区域，不存在 内边界的图斑称为单连通区域。内边界的图斑称为单连通区域。 图件由点、线、面三要素组成，数字化图件的矢量格式是将点状地物、图件由点、线、面三要素组成，数字化图件的矢量格式是将点状地物、 线状地物、面状地物分为不同图层，分别存储其空间信息。线状地物、面状地物分为不同图层，分别

18、存储其空间信息。 对于点装地物，系统需要存储点位坐标及点状地物编号码这些数据是对于点装地物，系统需要存储点位坐标及点状地物编号码这些数据是 数字化图件表达点状地物空间信息的必要数据。数字化图件表达点状地物空间信息的必要数据。 对于线状地物，系统系统需要存储线坐标链、坐标链包络矩形及线状对于线状地物，系统系统需要存储线坐标链、坐标链包络矩形及线状 地物编码，这些数据是数字化图件表达线状地物空间信息的必要数据。地物编码，这些数据是数字化图件表达线状地物空间信息的必要数据。 对于在状地物，系统需要存储对于在状地物，系统需要存储弧段坐标链、图斑包络矩形、弧段与结弧段坐标链、图斑包络矩形、弧段与结 点、

19、结点与弧段、弧段与图斑、图斑与弧段的拓朴关系及在状地物编码点、结点与弧段、弧段与图斑、图斑与弧段的拓朴关系及在状地物编码 等，等，这些数据是数字化图件表达面状地物空间信息的必要数据。这些数据是数字化图件表达面状地物空间信息的必要数据。 悬点与桥悬点与桥弧段是面状地物图件常见的拓朴错误，功能完备的土地信息弧段是面状地物图件常见的拓朴错误，功能完备的土地信息 系统应当能够自动向用户提示这种错误。系统应当能够自动向用户提示这种错误。 “面向对象面向对象”是针对信息系统开发初期是针对信息系统开发初期“面向计算机面向计算机”而言的，而言的， “对象对象”是指客观实际存在的最小单位，面向对象的编程要求数是

20、指客观实际存在的最小单位，面向对象的编程要求数 据结构的设置体现对象的系列性、层次性；将对象之间的继承、据结构的设置体现对象的系列性、层次性；将对象之间的继承、 关联等逻辑关系分析准确，表达合理。关联等逻辑关系分析准确，表达合理。 关系型数据结构是近年来发展迅速的一种数据表达方式。支持关系型数据结构是近年来发展迅速的一种数据表达方式。支持 这种表达方式是当前所有大型数据管理系统软件的共同特点。这种表达方式是当前所有大型数据管理系统软件的共同特点。 长期以来，多数空间信息系统都是自行开发自已的空间数据管长期以来，多数空间信息系统都是自行开发自已的空间数据管 理系统，属性数据库采用关系型数据结构，

21、然后用标识码理系统，属性数据库采用关系型数据结构，然后用标识码(ID)(ID)把把 二者联结起来，这种连接关系较弱，不能一体化管理空间与属性二者联结起来，这种连接关系较弱，不能一体化管理空间与属性 数据。数据。 网络技术的发展使土地图形数据上网势在必行，所以，空间网络技术的发展使土地图形数据上网势在必行，所以，空间 与属性数据一体化管理、空间数据结构关系型成了空间信息系统与属性数据一体化管理、空间数据结构关系型成了空间信息系统 发展的趋势。发展的趋势。 说明：说明：“注释注释”数据项代码数据项代码“1”1”表示坐表示坐 标链的起始点；空码表示坐标链中间点；标链的起始点；空码表示坐标链中间点；

22、代码代码“20”20”表示坐标链的终点。表示坐标链的终点。 点状地物不存在复杂的拓扑关联关系，因而表点状地物不存在复杂的拓扑关联关系，因而表2121简单的简单的 设置就将点状地物空间信息表述清楚。设置就将点状地物空间信息表述清楚。 任何一个信息系统软件程序设计的核心都是任何一个信息系统软件程序设计的核心都是 算法设计，而算法与数据结构是紧密相关的算法设计，而算法与数据结构是紧密相关的. . 数据结构对软件程序有很强的制约作用，对数据结构对软件程序有很强的制约作用，对 于软件的功能、数据处理的效率以及算法模于软件的功能、数据处理的效率以及算法模 式有相当大的影响，甚至有决定性的作用式有相当大的影

23、响，甚至有决定性的作用。 因此设计一个软件程序的算法之前，首先要因此设计一个软件程序的算法之前，首先要 将数据结构基本框架设计出来，这个框架在将数据结构基本框架设计出来，这个框架在 整个系统开发过程中不能轻易改动，因为它整个系统开发过程中不能轻易改动，因为它 涉及系统的全局。涉及系统的全局。 当前特别值得注意的是当前特别值得注意的是: :面向对象的编程思想的运用面向对象的编程思想的运用 关系型数据库数据结构的发展关系型数据库数据结构的发展 对这两个发展趋向的考虑在数据结构设计中要放在重要位置对这两个发展趋向的考虑在数据结构设计中要放在重要位置 系统数据结构设置要考虑：系统数据结构设置要考虑：

24、完整地、精确地、高效地表达土地信息的各个方面，特别是空间完整地、精确地、高效地表达土地信息的各个方面，特别是空间 信息；信息； 有力地支持系统全部的功能目标，特别是空间分析的功能目标；有力地支持系统全部的功能目标，特别是空间分析的功能目标； 与当前计算机硬件、操作系统、开发语言、数据管理系统以及数与当前计算机硬件、操作系统、开发语言、数据管理系统以及数 据网络传输模式相适应。据网络传输模式相适应。 在各矢量数据结构表中共同的数据项的两个：每个记录都有在各矢量数据结构表中共同的数据项的两个：每个记录都有 “注释注释”数据项，此项占一个字节，用数据项，此项占一个字节，用ASCIIASCII码表达特

25、定的意义，码表达特定的意义， 如如ASCII“255”ASCII“255”表示删除；表示删除； 每个表中都有每个表中都有“序号代码序号代码”数据项，指的是记录序号，是系数据项，指的是记录序号，是系 统内部数据管理代码，是系统内部程序使用的，不面向用户。统内部数据管理代码，是系统内部程序使用的，不面向用户。 也就是说这两个数据项都使用内码记录。也就是说这两个数据项都使用内码记录。 3.5.2 矢量格式数字图件的数据结构矢量格式数字图件的数据结构 1.数据结构综述数据结构综述 2.矢量格式空间数据结构设置矢量格式空间数据结构设置 点状地物空间数据结构点状地物空间数据结构 线状地物空间数据结构线状地

26、物空间数据结构 面状地物空间数据结构面状地物空间数据结构 线状地物空间数据需要线状地物空间数据需要 两张表分别存储。两张表分别存储。 两表存在着关联，用表两表存在着关联，用表2-32-3将表将表 2-22-2所表示的坐标点集合成一段所表示的坐标点集合成一段 一段坐标链，由于表一段坐标链，由于表2-22-2有有“序序 号代码号代码”数据项，而这个序号代数据项，而这个序号代 码是惟一的记录标识码，且序号码是惟一的记录标识码，且序号 是累计相加的，表是累计相加的，表2-32-3中起点序中起点序 号与终点序号是指表号与终点序号是指表2-22-2中的记中的记 录标识码，由这两个序号就索引录标识码，由这两

27、个序号就索引 出了这一坐标链的所有坐标点。出了这一坐标链的所有坐标点。 面状地物空间数据面状地物空间数据 需要需要5 5张表分别存储。张表分别存储。 据统计据统计, ,大比例尺的矢量格式数大比例尺的矢量格式数 字化图件中字化图件中, , 结点为结点为3 3条弧段的交条弧段的交 汇点汇点9292,4,4条弧段的交汇点为条弧段的交汇点为7 7 ,4,4条以上弧段的交汇点极特条以上弧段的交汇点极特 殊殊,1,1，故数据项，故数据项“弧段弧段1”1”至至 “弧段弧段4”4”可满足可满足9999以上结点存以上结点存 储其与弧段的拓扑关系的要求。储其与弧段的拓扑关系的要求。 空码空码 极特殊的结点用极特殊

28、的结点用2 2个记录存个记录存 储储1 1个结点，这样也节省了存储空个结点，这样也节省了存储空 间间 此表逐个对每一图斑将组成该此表逐个对每一图斑将组成该 图斑的弧段连续存储在上下相邻图斑的弧段连续存储在上下相邻 的记录中的记录中. .注释注释1 1中：每图斑首弧中：每图斑首弧 段段=1, 20=1, 20=尾弧段尾弧段, ,空码空码= =中间弧中间弧 段段, ,岛弧段岛弧段=200=200。注释。注释2 2中：外边中：外边 界空码界空码, ,内边界有值内边界有值, ,值为岛的序值为岛的序 号。号。弧段序号代码弧段序号代码是指表是指表2-52-5中的中的 弧段序号代码，弧段序号代码，起点序号、

29、终点起点序号、终点 序号序号分别是指面状地物坐标链数分别是指面状地物坐标链数 据表据表2-42-4中的序号代码。中的序号代码。 这是一个索引表：这是一个索引表：内点内点X X、内、内 点点y y表示图斑内标识点的坐标，表示图斑内标识点的坐标， 系统要求用户使用数字化采点输系统要求用户使用数字化采点输 入。入。起始序号、终止序号起始序号、终止序号分别表分别表 示组成当前图斑弧段在表示组成当前图斑弧段在表2-72-7中中 的起始弧段与终止弧段的记录序的起始弧段与终止弧段的记录序 号代码。号代码。 3.3.矢量格式空间数据结构分析矢量格式空间数据结构分析 表表2-12-1至表至表2-82-8全部都是

30、关系型的数据表格，这些表格都符合第一以上的范全部都是关系型的数据表格，这些表格都符合第一以上的范 式。每个表中都有式。每个表中都有“序号代码序号代码”数据项，序号代码是指记录序号这一数据项，数据项，序号代码是指记录序号这一数据项， 是该表的是该表的主码主码( (范式、主码概念在数据库讨论范式、主码概念在数据库讨论) )，DBASEDBASE数据库管理软件中记录数据库管理软件中记录 序号是不单设数据项的，但大型数据库管理系统中，这一数据项必须设置。序号是不单设数据项的，但大型数据库管理系统中，这一数据项必须设置。 记录序号在其它表中又是外码，作为两张表联系的纽带。记录序号在其它表中又是外码，作为

31、两张表联系的纽带。 表表2-42-4到表到表2-82-8可以看到这样的层次关系可以看到这样的层次关系：坐标链是坐标点的有序集合，图坐标链是坐标点的有序集合，图 斑又是坐标链的集合。斑又是坐标链的集合。表表2-42-4面状地物坐标链数据表存储的是最基础的单个点面状地物坐标链数据表存储的是最基础的单个点 坐标数据，而表坐标数据，而表2-52-5面状地物弧段坐标链索引表是将坐标链上升到弧段的层次，面状地物弧段坐标链索引表是将坐标链上升到弧段的层次， 将弧段的所有空间拓扑属性完整地表达出来。表将弧段的所有空间拓扑属性完整地表达出来。表2-62-6结点结点弧段关系表给出了弧段关系表给出了 结点与弧段的拓

32、扑关系。而表结点与弧段的拓扑关系。而表2-72-7与表与表2-82-8将图斑与弧段的拓扑关系表达出来。将图斑与弧段的拓扑关系表达出来。 点、线、面拓扑关系中存在着多对多的关系，一个弧段有两个结点，而一点、线、面拓扑关系中存在着多对多的关系，一个弧段有两个结点，而一 个结点又交汇着多个弧段，一个弧段分属于两个图斑，而一个图斑又由多个个结点又交汇着多个弧段，一个弧段分属于两个图斑，而一个图斑又由多个 弧段组成，弧段中又分成内外边界，内边界又组合成多个封闭区域。弧段组成，弧段中又分成内外边界，内边界又组合成多个封闭区域。这就决这就决 定着表征一幅图件不能用一个关系来表达，必须按关系型表格的要求多层次

33、、定着表征一幅图件不能用一个关系来表达，必须按关系型表格的要求多层次、 多角度地表现数据间这些关系。多角度地表现数据间这些关系。对于一些特殊的关系如内边界组合成多个封对于一些特殊的关系如内边界组合成多个封 闭区域信息又用注释代码来表达。闭区域信息又用注释代码来表达。 注释注释的运用将简单的二维关系增加为三维，表现了深一层次的相互关系。的运用将简单的二维关系增加为三维，表现了深一层次的相互关系。弧弧 段与点、图斑与弧段存在着不定长的集合关系段与点、图斑与弧段存在着不定长的集合关系，1 1个弧段可以只有个弧段可以只有2 2个点，但最个点，但最 多可有几百个点，多可有几百个点，1 1个图斑可以只有个

34、图斑可以只有1 1个弧段，也可能有几十个，个弧段，也可能有几十个，对于这种不定对于这种不定 长的集合关系可以采取分立两张表的方法来表达。长的集合关系可以采取分立两张表的方法来表达。一张将点或弧段有序地排放一张将点或弧段有序地排放 在一起，连续一些点表达一个弧段或连续一些弧段表达一个图斑，这些连续的在一起，连续一些点表达一个弧段或连续一些弧段表达一个图斑，这些连续的 的点或弧段构成了原始点集、弧段集的子集；另一张表将上一张表的这些子集的点或弧段构成了原始点集、弧段集的子集；另一张表将上一张表的这些子集 的边界地址的边界地址_起始序号与终止序号存储起来，表达这种不定长的集合关系。起始序号与终止序号

35、存储起来，表达这种不定长的集合关系。 不定长子集关系不同于定长子集关系不定长子集关系不同于定长子集关系，定长子集关系用一张二维表就可以将，定长子集关系用一张二维表就可以将 关系表现清楚关系表现清楚( (如弧段与图斑、弧段与结点、弧段与包络矩形等统统都设置在如弧段与图斑、弧段与结点、弧段与包络矩形等统统都设置在 表表2-52-5面状地物弧段坐标链索引表面状地物弧段坐标链索引表中表达）。但对于不定长子集只有用两中表达）。但对于不定长子集只有用两 张表，这时第二张表存储的各子集边界地址张表，这时第二张表存储的各子集边界地址_起始序号与终止序号表达的这一起始序号与终止序号表达的这一 子集不仅仅是就这两

36、个记录序号中的内容，而是这两个记录序号之间所有的内子集不仅仅是就这两个记录序号中的内容，而是这两个记录序号之间所有的内 容，如表容，如表2424面状地物坐标链数据表中两个记录之间所有坐标点，这是用关系面状地物坐标链数据表中两个记录之间所有坐标点，这是用关系 型二维表格表达不定长集合关系的一种方法，也是以上表格的技术特点。型二维表格表达不定长集合关系的一种方法，也是以上表格的技术特点。 关系型数据库管理系统发展到今天，不仅成功地解决了对一个二维表格数据关系型数据库管理系统发展到今天，不仅成功地解决了对一个二维表格数据 文件进行记录与数据项的增、删、插入以及记录的排序等等数据处理问题，而文件进行记

37、录与数据项的增、删、插入以及记录的排序等等数据处理问题，而 且将表格与表格之间关联关系的表达、联动修改变得十分方便。不仅用户可以且将表格与表格之间关联关系的表达、联动修改变得十分方便。不仅用户可以 不必操作，即使程序员编程也只要将这种联动关系表述清楚就可以自动地实现不必操作，即使程序员编程也只要将这种联动关系表述清楚就可以自动地实现 这种联动修改。这是用关系型数据结构表达图件空间数据的物质基础。这种联动修改。这是用关系型数据结构表达图件空间数据的物质基础。 3.5.3 欧拉定理欧拉定理 这是拓扑学的一个定理。它表述了这是拓扑学的一个定理。它表述了 一幅数字图件中图斑、结点、弧段三者一幅数字图件

38、中图斑、结点、弧段三者 之间的数目关系：之间的数目关系： 2 pan NNN 结点数目结点数目 弧段数目弧段数目 图斑数目图斑数目 但是如果在外围区域增加但是如果在外围区域增加1 1个封闭区域，封闭区域中又分为个封闭区域，封闭区域中又分为2 2个个 图斑，即所谓出现了岛，岛中又分了区，此时结点增加图斑，即所谓出现了岛，岛中又分了区，此时结点增加2 2个，弧个，弧 段增加段增加3 3个，而图斑增加个，而图斑增加2 2个，正负相抵后仍多出个，正负相抵后仍多出1 1，此时上式左，此时上式左 右两边不相平衡。右两边不相平衡。 注意：图斑数目中将外围无边界的区域也看做是一个图斑注意：图斑数目中将外围无边

39、界的区域也看做是一个图斑 ipan NNNN1 上式改须写为：上式改须写为： 为岛状区域的个数为岛状区域的个数 11 i N 本式建立起来的结点、弧段与图斑的数量关系可以用于校验本式建立起来的结点、弧段与图斑的数量关系可以用于校验 土地管理信息系统数据库数据的一致性。因为从表土地管理信息系统数据库数据的一致性。因为从表2525面状地面状地 物弧段坐标链索引表、表物弧段坐标链索引表、表2626结点结点弧段关系表、表弧段关系表、表2727图斑图斑 弧段组成关系表以及表弧段组成关系表以及表2828图斑弧段组成索引表中可以统计出图斑弧段组成索引表中可以统计出 结点、弧段、图斑以及封闭区域的数量，若这些

40、数量符合本公结点、弧段、图斑以及封闭区域的数量，若这些数量符合本公 式，则表明系统自动生成的这些表格是正确的，否则就一定有式，则表明系统自动生成的这些表格是正确的，否则就一定有 错误。错误。 3.6 图件的网格数据表达图件的网格数据表达 3.6.1 3.6.1 网格格式数字图件概述网格格式数字图件概述 网格网格( (栅格栅格) )格式格式( (Raster Format) )是表达数字是表达数字 图件的一种形式。这种形式用于在从遥感图像图件的一种形式。这种形式用于在从遥感图像 转换过来的数字图件、用扫描仪扫描出来的数转换过来的数字图件、用扫描仪扫描出来的数 字图件以及在计算机图形处理中间过程形

41、成的字图件以及在计算机图形处理中间过程形成的 数字图件数据。数字图件数据。 网格的大小是事先设定的，每一网格覆盖了固定面积的土地。如果网格足网格的大小是事先设定的，每一网格覆盖了固定面积的土地。如果网格足 够的细密，那么可以认为每一网格内土地的属性是均质的，单一的。够的细密，那么可以认为每一网格内土地的属性是均质的，单一的。J J作为作为 网的行数，网的行数，I I为网的列数，这样一幅图件就得到有为网的列数，这样一幅图件就得到有I IJ J个网格数据个网格数据(I,j(I,j都是都是 整数整数) )。在网格格式数字图件中，一个网格是图件中最小的不可分割的最小。在网格格式数字图件中，一个网格是图

42、件中最小的不可分割的最小 单位。它仅具有单一的属性。如果其网格跨越两个地物的共同边界，则取占单位。它仅具有单一的属性。如果其网格跨越两个地物的共同边界，则取占 面积大的地物作为该网格的属性。面积大的地物作为该网格的属性。 一般网的左上角的网格设定为一般网的左上角的网格设定为0 0行行0 0列，那么网上任意一个网格有其列、行列，那么网上任意一个网格有其列、行 号号(I,j).(I,j). 网格格式数据在表达面状地物时，对于面状地物边界，有两种表达方法；一网格格式数据在表达面状地物时，对于面状地物边界，有两种表达方法；一 种是边界占据网格，并用特殊属性的网格表示；另一种是边界不占网格，只种是边界占

43、据网格，并用特殊属性的网格表示；另一种是边界不占网格，只 以相邻的具有不同属性的两网格之间的网格线作为边界。前者出现在遥感或以相邻的具有不同属性的两网格之间的网格线作为边界。前者出现在遥感或 扫描仪得到的数字图件中，后者出现在计算机图形处理生成的数字图件中。扫描仪得到的数字图件中，后者出现在计算机图形处理生成的数字图件中。 每个网格在系统中设置每个网格在系统中设置1 1个存储单元，个存储单元，I IJ J网格数在系统中就网格数在系统中就 设置相同数目的存储单元，存储网格属性数据，这种数字图件设置相同数目的存储单元，存储网格属性数据，这种数字图件 称作原始网格格式数字图件。显然这种原始网格格式数

44、字图件称作原始网格格式数字图件。显然这种原始网格格式数字图件 要占据相当大的数字存储空间要占据相当大的数字存储空间( (通常通常I I、J J总是相当大的数字总是相当大的数字) )， 而且占据的存储空间与图形的简单与复杂无关，只取决于网格而且占据的存储空间与图形的简单与复杂无关，只取决于网格 精度大小。因而真正存储在磁盘、光盘中的网格格式数字图件精度大小。因而真正存储在磁盘、光盘中的网格格式数字图件 并不采用原始网格格式，而是采用压缩的网格格式。压缩后的并不采用原始网格格式，而是采用压缩的网格格式。压缩后的 网格格式数字图件要比原始网格格式大大节约存储空间，节省网格格式数字图件要比原始网格格式

45、大大节约存储空间，节省 的比例与图件的图形简单与复杂直接相关。的比例与图件的图形简单与复杂直接相关。 网格格式的数据压缩有多种方法，基本可分为两种技术途径：网格格式的数据压缩有多种方法，基本可分为两种技术途径： 一种叫做无损压缩；另一种叫做有损压缩。所谓无损压缩就是可一种叫做无损压缩；另一种叫做有损压缩。所谓无损压缩就是可 以通过一定的解压还原方法，将压缩后的网格格式数字图件还原以通过一定的解压还原方法，将压缩后的网格格式数字图件还原 为原始网格格式数字图件，信息没有任何损失；而有损压缩就是为原始网格格式数字图件，信息没有任何损失；而有损压缩就是 将相邻网格属性相差很小可以忽略的网格数据压缩，

46、而将相差较将相邻网格属性相差很小可以忽略的网格数据压缩，而将相差较 大的或特别需要强调的网格属性数据保留，存储主要的信息数据，大的或特别需要强调的网格属性数据保留，存储主要的信息数据， 这种数据解压还原出来不能完全恢复压缩前图件的原始状态，信这种数据解压还原出来不能完全恢复压缩前图件的原始状态，信 息有所损失。有损压缩图件数据压缩效率要高出无损压缩许多，息有所损失。有损压缩图件数据压缩效率要高出无损压缩许多， 而为此付出的代价就是部分信息的损失。而为此付出的代价就是部分信息的损失。 3.6.2 3.6.2 游程码游程码( (Running Code) ) 把网格点阵的一行或一列中连续若干个属性

47、相同的网格视为一把网格点阵的一行或一列中连续若干个属性相同的网格视为一 个游程，每个游程用两个数字来表示，即个游程，每个游程用两个数字来表示，即( (A,P A,P ) )，A A表示属性代表示属性代 码数值，码数值，P P表示该游程最右端一个网格所在的列号，这样可以将表示该游程最右端一个网格所在的列号，这样可以将 任意任意j j行的网格属性代码序列行的网格属性代码序列x1 1,x2,xi i,xk k映射为映射为K K个游程，个游程， 使得原来一行内的使得原来一行内的I I个网格数据压缩为个网格数据压缩为K K个整数对个整数对(KI)(KI)，通常，通常K K 总要比总要比I I小许多，图件

48、的图形越简单，小许多，图件的图形越简单，K K就越小。每一行都这样处就越小。每一行都这样处 理，结果可以大大压缩原始数字图件的存储量。这种理，结果可以大大压缩原始数字图件的存储量。这种用游程的方用游程的方 式压缩网格格式数据的编码方式称作游程码，又称作行程码。式压缩网格格式数据的编码方式称作游程码，又称作行程码。 在非面状地物类型的图件，如等高线图在非面状地物类型的图件，如等高线图DEMDEM数据、地价等值线图数据、地价等值线图 等，游程结构还可有一定灵活的变化。由于这种类型数据的相邻等，游程结构还可有一定灵活的变化。由于这种类型数据的相邻 数据具有高度的相关性，可先通过差分映射进行预处理。数

49、据具有高度的相关性，可先通过差分映射进行预处理。 叉分映射叉分映射 结果是每一网格存储的数据就是当前网格与左邻网格属性代码结果是每一网格存储的数据就是当前网格与左邻网格属性代码 数据的差值，然后再采用游程压缩编码。数据的差值，然后再采用游程压缩编码。 不管是一般游程编码的方法还是用差不管是一般游程编码的方法还是用差 分映射后游程编码的方法，现在需要解分映射后游程编码的方法，现在需要解 决的问题是如何将这些游程编码数据存决的问题是如何将这些游程编码数据存 储到关系数据库二维表格中。从上图看储到关系数据库二维表格中。从上图看, , 每行的游程数是随机的，因而需要用两每行的游程数是随机的，因而需要用

50、两 张二维表将全部游程数据存储进来。张二维表将全部游程数据存储进来。 若查找一网格若查找一网格( (列行号列行号i,j)i,j)的属性编码的属性编码, , 则先根据行号则先根据行号j j在表在表2-102-10索引表中查到逐索引表中查到逐 行游程累计数行游程累计数, ,这个数和前一行号对应的这个数和前一行号对应的 逐行游程累计数加逐行游程累计数加1 1实际就是网格实际就是网格J J行所行所 有游程数据在表有游程数据在表2-92-9中的存储范围，在这中的存储范围，在这 一范围中再查列号一范围中再查列号I I所在的游程，就能查所在的游程，就能查 出其属性编码值。出其属性编码值。 注意这里得到的只是

51、差分处理后的网格属注意这里得到的只是差分处理后的网格属 性编码值，还不是原始网格属性编码值，性编码值，还不是原始网格属性编码值， 为了得到网格为了得到网格(I(I，J)J)的原始编码，还需进的原始编码，还需进 行还原计算行还原计算 （以（以7,27,2为例）：为例）： 0 0(10-4)+(-10)(10-4)+(-10)(4-3)+0(4-3)+0(3-2)+10(3-2)+10(2-0)(2-0) -10+20-10+201010 可见，使用差分映可见，使用差分映 射游程码在编码与解射游程码在编码与解 压码中都有一定的繁压码中都有一定的繁 琐，但是这种编码在琐，但是这种编码在 相邻数据具有

52、较高相相邻数据具有较高相 关性的场合数据压缩关性的场合数据压缩 效率要高于普通游程效率要高于普通游程 码。总之，在计算机码。总之，在计算机 信息系统中，为得到信息系统中，为得到 某一方面效率的提高某一方面效率的提高 总需要付出代价。总需要付出代价。 3.6.3 3.6.3 四叉树四叉树M MD D码码( (Quad-Tree Code) ) 1.1.四叉树四叉树 所谓四叉树就是将图件覆盖的区域按照四个象限进行所谓四叉树就是将图件覆盖的区域按照四个象限进行 递归分割递归分割, ,直到子象限的属性编码值变为单调或达到预定精度的直到子象限的属性编码值变为单调或达到预定精度的 网格大小为止网格大小为止

53、,对于达到预定精度的网格其覆盖的属性编码值未对于达到预定精度的网格其覆盖的属性编码值未 能单一能单一, ,则按占据面积大者的属性编码作为该网格的属性编码。则按占据面积大者的属性编码作为该网格的属性编码。 凡数值是单一的单元凡数值是单一的单元, ,不论单元大小不论单元大小, ,均作为最后的存储单元。均作为最后的存储单元。 一个区域四叉划分递归的过程和对应图件四叉树存储结构如下图，其中一个区域四叉划分递归的过程和对应图件四叉树存储结构如下图，其中 树根结点代表整个图件，树的每个结点有树根结点代表整个图件，树的每个结点有4 4个子分枝或者为端点。在端点中，个子分枝或者为端点。在端点中， 没有子分枝的

54、端点称为叶结点，叶结点对应图件上区域分割时编码数值单一没有子分枝的端点称为叶结点，叶结点对应图件上区域分割时编码数值单一 不再继续分割的子象限。不再继续分割的子象限。 2.M2.MD D码码( (Morton Digital Code) 这是一张网格数字图件的左上角，图 件上的每个网格填充上了网格编号， 图廓以外给出了列(I)与行(J)的序号， 在列、行序号的里侧，给出了图件网 格最上行和最左列的实际编号If ，Jf。 它们有如下关系 这种编号方法最先是Morton给出的,这种 码称作Morton码,右图是它的十进制形式。 图件是本着这样的原则给每个网格赋图件是本着这样的原则给每个网格赋 予编

55、号的予编号的: :从左上角赋予从左上角赋予“0”0”起起, ,呈正方呈正方 形的形的4 4个网格构成一个最底层单位，在这个网格构成一个最底层单位，在这 个单位中个单位中, ,按左上按左上右上右上左下左下右下这右下这 样的顺序累计编号样的顺序累计编号, ,然后又以这个最底层然后又以这个最底层 单位为左上单位，按右上单位为左上单位，按右上左下左下- -右下顺右下顺 序从左上方向右下方逐层次铺开。这种铺序从左上方向右下方逐层次铺开。这种铺 开的网格编号方法是与四叉树图件区域划开的网格编号方法是与四叉树图件区域划 分是一致的。分是一致的。 放大此角分析放大此角分析i与与 f I的关系的关系 的四的四

56、进制表达式，之所以用四进制因进制表达式，之所以用四进制因 为是四叉树，一个单位总是以为是四叉树，一个单位总是以4 4 个网格为基数来递归的。个网格为基数来递归的。 f I f I在在 一行下面，给出了一行下面，给出了 请任意用请任意用j j值替换值替换i i看下边关系式是否成立看下边关系式是否成立? ? 用二进制表达更为方便：用二进制表达更为方便： 二进制的二进制的Morton码实际上是将码实际上是将i 转化为二进制的转化为二进制的 i i 2 2作为偶次位作为偶次位 (0(0为偶数为偶数),),将将j j转化为二进制的转化为二进制的 j j 2 2作为奇次位作为奇次位, ,交叉嵌入即为二交叉

57、嵌入即为二 进制的进制的M M码码MM2 2。 请算出网格请算出网格(11,9)(11,9)的的M M码码 请记住这几个请记住这几个 公式公式 以以i=12=12为例为例 看来用看来用j替换替换i，则得到求其行值公式，则得到求其行值公式， 因为因为 所以：所以： 对对于网格于网格编码编码码码，有以下，有以下结论结论： 网格网格编编号号码码将二将二维维的网格用一个十的网格用一个十进进制的制的MD数字表示，即将二数字表示，即将二维维整整 数坐数坐标变为标变为一一维维整数，整数，这这是是最大最大优势优势； 一个网格一个网格编编号号MD码码可以通可以通过对过对其二其二进进制制码码的奇偶数的奇偶数码码位

58、分位分别别抽取、分抽取、分 别转换别转换成十成十进进制数字得到制数字得到该该网格的列、行号；网格的列、行号； 一个网格的列行号可以通一个网格的列行号可以通过过分分别别将其列行号将其列行号转换转换成二成二进进制数字再交叉嵌制数字再交叉嵌 入并入并转换转换成十成十进进制数字得到制数字得到该该网格的网格的MD码码； 两个两个MD码码相差相差1,1,其其对应对应的两个网格可能距离很的两个网格可能距离很远远, ,即两网格的即两网格的MD码码的的 差与差与这这两网格距离无关。两网格距离无关。 既然既然M MD D码将本来是二维的网格坐标转换成一维的整数码将本来是二维的网格坐标转换成一维的整数, ,而且相互

59、转换又非常而且相互转换又非常 便捷便捷, ,那么就可以把那么就可以把M MD D码作为点位坐标索引来使用。因为码作为点位坐标索引来使用。因为M MD D是整数是整数, ,可以在关系可以在关系 整数据库中对整数据库中对M MD D作为关键字按大小进行排序作为关键字按大小进行排序, ,排序后用二分法、树索引法、插排序后用二分法、树索引法、插 值检索等方法进行检索则速度可以加快一二个数量级。值检索等方法进行检索则速度可以加快一二个数量级。 为了达到更快检索的目的为了达到更快检索的目的, ,对对M MD D码再加一层索引码再加一层索引, ,这就是二阶这就是二阶M MD D码。所谓二阶码。所谓二阶 M

60、MD D码就是先将数字图件分为第一层次码就是先将数字图件分为第一层次( (阶阶) )的的256256个个(16(1616)16)区域区域, ,每个区域用每个区域用M MD D 编码作为区域号编码作为区域号, ,然后每个区域内再分为然后每个区域内再分为256256256256个网格个网格, ,这些网格用第二层次这些网格用第二层次 ( (阶阶) )的的M MD D码来编号码来编号, ,这样一幅这样一幅50cm50cm50cm50cm的标准地形图的标准地形图, ,网格大小可以精细到网格大小可以精细到 0.122mm0.122mm0.122mm,0.122mm,能够满足一般要求。每个网格可以用以下方式