地图数据结构-计算机地图制图

1、计算机地图制图计算机地图制图 第二章第二章 地图数据结构地图数据结构 山西师范大学城环学院山西师范大学城环学院 主讲：王 巨 邮箱： 日期：2012 计算机地图制图计算机地图制图 第二章第二章 地图数据结构地图数据结构 山西师范大学城环学院山西师范大学城环学院 计算机地图制图计算机地图制图 第二章第二章 地图数据结构地图数据结构 山西师范大学城环学院山西师范大学城环学院 第一章剩下的内容第一章剩下的内容 1.3 1.3 计算机地图制图系统的构成计算机地图制图系统的构成 3.3.地图数据地图数据 计算机地图制图系统的操作对象是地图数计算机地图制图系统的操作对象是地图数 据，它描述了地理实体的空间

2、特征、属性特征、据，它描述了地理实体的空间特征、属性特征、 时间特征和地理实体之间的相互关系。时间特征和地理实体之间的相互关系。 在计算机地图制图系统中，地图数据是以在计算机地图制图系统中，地图数据是以 结构化的形式存储在计算机中的，称为地图数结构化的形式存储在计算机中的，称为地图数 据库。地图数据库由数据库实体和数据库管理据库。地图数据库由数据库实体和数据库管理 系统组成。系统组成。 计算机地图制图计算机地图制图 第二章第二章 地图数据结构地图数据结构 山西师范大学城环学院山西师范大学城环学院 其中，数据库管理系统主要用于对数据进行其中，数据库管理系统主要用于对数据进行 统一管理，包括查询、

3、检索、增删、修改和维护统一管理，包括查询、检索、增删、修改和维护 等。由于地图数据库存储的数据包含空间数据和等。由于地图数据库存储的数据包含空间数据和 属性数据，它们之间具有密切的联系，如何实现属性数据，它们之间具有密切的联系，如何实现 两者之间的连接、查询和管理，是地图数据库管两者之间的连接、查询和管理，是地图数据库管 理系统必须解决的重要问题。常用的解决方法有理系统必须解决的重要问题。常用的解决方法有 以下几种：以下几种： 3.13.1紧凑式紧凑式 紧凑式数据库管理系统是将空间数据和属性数据紧紧凑式数据库管理系统是将空间数据和属性数据紧 密结合在一起。例如将属性数据作为空间数据的悬挂体，密

4、结合在一起。例如将属性数据作为空间数据的悬挂体， 把属性数据作为空间数据的一部分进行存储把属性数据作为空间数据的一部分进行存储( (如下图如下图) )。 计算机地图制图计算机地图制图 第二章第二章 地图数据结构地图数据结构 山西师范大学城环学院山西师范大学城环学院 3.23.2混合式混合式 混合式数据库管理系统是利用两个子系统分别存储混合式数据库管理系统是利用两个子系统分别存储 空间数据和属性数据，空间数据存储在线状或面状实体空间数据和属性数据，空间数据存储在线状或面状实体 的弧段文件中，属性数据存储在关系数据库管理系统中，的弧段文件中，属性数据存储在关系数据库管理系统中， 两个子系统之间通过

5、标志码两个子系统之间通过标志码(ID)(ID)进行连接进行连接( (上图上图) )。 计算机地图制图计算机地图制图 第二章第二章 地图数据结构地图数据结构 山西师范大学城环学院山西师范大学城环学院 3.33.3扩展式扩展式 扩展式数据库管理系统是在标准扩展式数据库管理系统是在标准RDBMSRDBMS的顶层，通过的顶层，通过 将地理结构查询语言将地理结构查询语言(GeoSQL(GeoSQL) )转化成标准的转化成标准的SQLSQL查询，借查询，借 助索引数据的辅助关系实施空间索引操作助索引数据的辅助关系实施空间索引操作( (如图如图) )。 计算机地图制图计算机地图制图 第二章第二章 地图数据结

6、构地图数据结构 山西师范大学城环学院山西师范大学城环学院 1.1.与计算机地图地图相关的科学技术与计算机地图地图相关的科学技术 1.11.1计算机科学计算机科学 计算机科学为地图空间信息的表达、存储、计算机科学为地图空间信息的表达、存储、 处理、分析和应用提供了有利的工具。数据库技处理、分析和应用提供了有利的工具。数据库技 术提供数据的管理、更新、查询和维护功能；计术提供数据的管理、更新、查询和维护功能；计 算机图形学提供算法基础；算机图形学提供算法基础；CADCAD对于辅助设计提对于辅助设计提 供支持；软件工程对于计算机地图制图的系统设供支持；软件工程对于计算机地图制图的系统设 计提供科学的

7、方法。计提供科学的方法。 计算机地图制图计算机地图制图 第二章第二章 地图数据结构地图数据结构 山西师范大学城环学院山西师范大学城环学院 1.21.2地图学地图学 计算机地图制图源于传统地图制图，地图计算机地图制图源于传统地图制图，地图 学理论与方法对计算机地图制图系统的发展有学理论与方法对计算机地图制图系统的发展有 着重要的影响。计算机制图为地图特征的数字着重要的影响。计算机制图为地图特征的数字 表达、操作和显示提供了一系列方法，为计算表达、操作和显示提供了一系列方法，为计算 机地图制图系统的图形输出提供技术支持。机地图制图系统的图形输出提供技术支持。 1.31.3遥感技术遥感技术 遥感遥感

8、(RS)(RS)作为空间数据的采集手段，已经作为空间数据的采集手段，已经 成为计算机地图制图的重要信息源与数据更新成为计算机地图制图的重要信息源与数据更新 途径。可以快速而可靠地提取地面目标的空间途径。可以快速而可靠地提取地面目标的空间 信息和属性信息。信息和属性信息。 计算机地图制图计算机地图制图 第二章第二章 地图数据结构地图数据结构 山西师范大学城环学院山西师范大学城环学院 1.41.4全球卫星定位系统全球卫星定位系统 全球卫星定位系统全球卫星定位系统(GPS)(GPS)作为一种新型的定作为一种新型的定 位数据的采集和更新手段，具有高精度、高效位数据的采集和更新手段，具有高精度、高效 益

9、、全天候、低成本、高灵活性、实时性等优益、全天候、低成本、高灵活性、实时性等优 势。势。 1.51.5电子地图电子地图 电子地图是以地图数据库为基础，通过一电子地图是以地图数据库为基础，通过一 定的硬件和软件在电子屏幕上显示的可视化地定的硬件和软件在电子屏幕上显示的可视化地 图，是数字地图在电子屏幕上的符号化显示。图，是数字地图在电子屏幕上的符号化显示。 计算机地图制图计算机地图制图 第二章第二章 地图数据结构地图数据结构 山西师范大学城环学院山西师范大学城环学院 2.2.计算机地图地图与相关科学技术的联系与区计算机地图地图与相关科学技术的联系与区 别别 2.12.1计算机地图制图与地理信息系

10、统计算机地图制图与地理信息系统 计算机地图制图是地理信息系统的技术基计算机地图制图是地理信息系统的技术基 础，它涉及地理信息系统中的空间数据采集、础，它涉及地理信息系统中的空间数据采集、 表示、处理、可视化甚至空间数据的管理。它表示、处理、可视化甚至空间数据的管理。它 们的主要区别在于空间分析方面：计算机地图们的主要区别在于空间分析方面：计算机地图 制图系统具有强大的地图制图功能；而完善的制图系统具有强大的地图制图功能；而完善的 地理信息系统可以包含计算机地图制图系统的地理信息系统可以包含计算机地图制图系统的 基本功能，此外还应该只有丰富的空间分析能基本功能，此外还应该只有丰富的空间分析能 力

11、。持别是对图形数据和属性数据进行深层次力。持别是对图形数据和属性数据进行深层次 的空间分析能力。的空间分析能力。 计算机地图制图计算机地图制图 第二章第二章 地图数据结构地图数据结构 山西师范大学城环学院山西师范大学城环学院 2.22.2计算机地图制图与数据库计算机地图制图与数据库 计算机地图制图系统的图形数据也交给关系数据库计算机地图制图系统的图形数据也交给关系数据库 管理系统管理，而关系数据库管理系统也向空间数据管管理系统管理，而关系数据库管理系统也向空间数据管 理方面扩展。计算机地图制图系统除需要强大的空间数理方面扩展。计算机地图制图系统除需要强大的空间数 据管理功能之外，还需要具有图形

12、数据的采集、空间数据管理功能之外，还需要具有图形数据的采集、空间数 据的处理和可视化等功能。同时，计算机地图制图系统据的处理和可视化等功能。同时，计算机地图制图系统 比一般的事务处理更加复杂，在功能上也更加丰富。比一般的事务处理更加复杂，在功能上也更加丰富。 2.32.3计算机地图制图与遥感图像处理计算机地图制图与遥感图像处理 遥感图像处理是专门针对遥感图像进行分析处理遥感图像处理是专门针对遥感图像进行分析处理 的软件，图像分析处理功能强大。而一般计算机地图的软件，图像分析处理功能强大。而一般计算机地图 制图的图像分析处理功能较弱。制图的图像分析处理功能较弱。 计算机地图制图计算机地图制图 第

13、二章第二章 地图数据结构地图数据结构 山西师范大学城环学院山西师范大学城环学院 1.41.4计算机地图制图与计算机辅助制图计算机地图制图与计算机辅助制图 计算机辅助制图计算机辅助制图(CAD)(CAD)主要用来代替或者辅主要用来代替或者辅 助工程师进行特种设计。两者的共向点是都有助工程师进行特种设计。两者的共向点是都有 坐标参考系统、都能描述和处理图形数据及其坐标参考系统、都能描述和处理图形数据及其 空间关系，也都能处理非图形属性数据。它们空间关系，也都能处理非图形属性数据。它们 的主要区别是：计算机辅助制图多为规则的几的主要区别是：计算机辅助制图多为规则的几 何图形及其组合，图形功能极强、属

14、性功能相何图形及其组合，图形功能极强、属性功能相 对较弱；计算机地图制图处理的图形及其关系对较弱；计算机地图制图处理的图形及其关系 更为复杂，空间数据与属性数据的相互操作频更为复杂，空间数据与属性数据的相互操作频 繁，空间数据的处理和符号化功能较强。繁，空间数据的处理和符号化功能较强。 计算机地图制图计算机地图制图 第二章第二章 地图数据结构地图数据结构 山西师范大学城环学院山西师范大学城环学院 1 地图数据的描述方法地图数据的描述方法 2 地图的数据结构地图的数据结构 3 3 计算机地图制图计算机地图制图 第二章第二章 地图数据结构地图数据结构 山西师范大学城环学院山西师范大学城环学院 1

15、1 地图数据的描述方法地图数据的描述方法 地图数据地图数据是地图诸要素的数字化表示。是以点、线、是地图诸要素的数字化表示。是以点、线、 面等方式采用编码技术对地理空间物体进行特征描述及面等方式采用编码技术对地理空间物体进行特征描述及 在物体间建立相互联系的数据集。在物体间建立相互联系的数据集。 1.1地图对地理空间的描述地图对地理空间的描述 1.1.地球表面的几何模型地球表面的几何模型( (三类三类) )： a.a.地球的自然表面地球的自然表面 地球的自然表面是十分不规则的表面，起伏不定，地球的自然表面是十分不规则的表面，起伏不定， 地球的自然表面非常复杂，难以用一个简单的数学表达地球的自然表

16、面非常复杂，难以用一个简单的数学表达 式描述出来，所以不适合于数学建模。式描述出来，所以不适合于数学建模。 计算机地图制图计算机地图制图 第二章第二章 地图数据结构地图数据结构 山西师范大学城环学院山西师范大学城环学院 b.b.大地水准面大地水准面 大地水准面是一个相对抽象的面，即假设大地水准面是一个相对抽象的面，即假设 当海水处于完全静止的平衡状态时，从海平面当海水处于完全静止的平衡状态时，从海平面 延伸到所有大陆下部，而与地球重力方向处处延伸到所有大陆下部，而与地球重力方向处处 正交的一个连续、闭合的水准面。它有高达百正交的一个连续、闭合的水准面。它有高达百 米以上的起伏变化。米以上的起伏

17、变化。 该模型为绕地球自转轴旋转而成的椭球体，该模型为绕地球自转轴旋转而成的椭球体， 它是一个规则的数学表面。长半径、短半径和它是一个规则的数学表面。长半径、短半径和 扁率成为地球椭球体的基本元素。如下图：扁率成为地球椭球体的基本元素。如下图： c.c.地球椭球体模型地球椭球体模型 计算机地图制图计算机地图制图 第二章第二章 地图数据结构地图数据结构 山西师范大学城环学院山西师范大学城环学院 Equatorial Axis Polar Axis North Pole South Pole Equator a b WGS world geodetic system 84 ellipsoid: a

18、 = 6 378 137m b = 6 356 752.3m equatorial diameter（赤道直径） = 12 756.3km polar diameter（极径） = 12 713.5km equatorial circumference（周长） = 40 075.1km surface area = 510 064 500km2 a - b 6378137 - 6356752.3 f = = a 6378137 1 = 298.257 f 国际大地测量联合会提出的80坐 标系椭球体元素为： a6378160m， b6356775m 计算机地图制图计算机地图制图 第二章第二章 地

19、图数据结构地图数据结构 山西师范大学城环学院山西师范大学城环学院 我国在我国在1953年前，使用海福特椭球参数，年前，使用海福特椭球参数，1953后改用克拉索夫斯基后改用克拉索夫斯基 椭球参数，椭球参数，1978年开始，我国决定在西安对地球椭球体重新定位。年开始，我国决定在西安对地球椭球体重新定位。 计算机地图制图计算机地图制图 第二章第二章 地图数据结构地图数据结构 山西师范大学城环学院山西师范大学城环学院 2.2.地理坐标系：地理坐标系： 建大地理坐标系主要的目的是确定地面点的建大地理坐标系主要的目的是确定地面点的 位置，也就是求出地面点与大地水准面的关系，位置，也就是求出地面点与大地水准

20、面的关系， 它包括地面点在大地水准面上的平面位置和地面它包括地面点在大地水准面上的平面位置和地面 点到大地水准面的高度。点到大地水准面的高度。 经线和纬线是地球表经线和纬线是地球表 面上两组正交（相交为面上两组正交（相交为9090 度）的曲线，这两组正交度）的曲线，这两组正交 的曲线构成的坐标称为地的曲线构成的坐标称为地 理坐标系。理坐标系。 计算机地图制图计算机地图制图 第二章第二章 地图数据结构地图数据结构 山西师范大学城环学院山西师范大学城环学院 3.3.平面直角坐标系：平面直角坐标系： 出于地理坐标系是一种球面坐标难以进行出于地理坐标系是一种球面坐标难以进行 距离、方向、面积等参数的计

21、算，故运用地图距离、方向、面积等参数的计算，故运用地图 投影的方法，建立地球表面和平面上点的函数关投影的方法，建立地球表面和平面上点的函数关 系，使得地球表面上任意一个由地理坐标确定的系，使得地球表面上任意一个由地理坐标确定的 点，在平面上必有一个与其相对应的点。平面直点，在平面上必有一个与其相对应的点。平面直 角坐标系能建立对地理空间良好的视觉感，并易角坐标系能建立对地理空间良好的视觉感，并易 于进行距离、方向和面积等空间参数的量算，以于进行距离、方向和面积等空间参数的量算，以 及进一步进行空间数据处理和分析。及进一步进行空间数据处理和分析。 计算机地图制图计算机地图制图 第二章第二章 地图

22、数据结构地图数据结构 山西师范大学城环学院山西师范大学城环学院 中国高程起算面是黄海平均海水面。 1956年在青岛观象山设立了水准原点（72.289m)，其他各控 制点的绝对高程均是据此推算，称为1956年黄海高程系。 1987年国家测绘局公布：启用1985国家高程基准取代 黄海平均海水面，其比黄海平均海水面上升29毫米。 （72.260m) 青岛观象山水 准原点 绝对高程（海拔）：地面点到大地水准面的垂直距离。 相对高程：地面点到任一水准面的垂直距离。 高差：某两点的高程之差。 4.4.高程系：高程系： 计算机地图制图计算机地图制图 第二章第二章 地图数据结构地图数据结构 山西师范大学城环学

23、院山西师范大学城环学院 5.5.地图投影：地图投影： 投影变形：即长度变形、角度变形和面积投影变形：即长度变形、角度变形和面积 变形。根据地图投影中可能引入的变形的性质，变形。根据地图投影中可能引入的变形的性质， 可以将地图投影分为等角投影、等面积投影和可以将地图投影分为等角投影、等面积投影和 任意投影三种。任意投影三种。 计算机地图制图计算机地图制图 第二章第二章 地图数据结构地图数据结构 山西师范大学城环学院山西师范大学城环学院 等角投影等角投影保证了投影后任意点的由任意两条微分线段保证了投影后任意点的由任意两条微分线段 构成的角度不产生变形，这种投影可以使得区域投影构成的角度不产生变形，

24、这种投影可以使得区域投影 前后的形状保持不变。前后的形状保持不变。 等面积投影等面积投影保证了投影前后面积保持不变，对微分面保证了投影前后面积保持不变，对微分面 积如此，对整个区域的较大面积亦如此。积如此，对整个区域的较大面积亦如此。 任意投影任意投影在投影后可能同时存在着长度、角度和面在投影后可能同时存在着长度、角度和面 积的变形。在任意投影中，加果存在某一方向上长度积的变形。在任意投影中，加果存在某一方向上长度 不变时，称之为等距离投影。不变时，称之为等距离投影。 等角投影与等面积投影是相互排斥的：等角是以牺牲等角投影与等面积投影是相互排斥的：等角是以牺牲 等面积为代价的；同样，等面积也是

25、以牺牲等角为前提等面积为代价的；同样，等面积也是以牺牲等角为前提 的。任意投影虽然存在着各种变形、但各种变形比较均的。任意投影虽然存在着各种变形、但各种变形比较均 衡。衡。 计算机地图制图计算机地图制图 第二章第二章 地图数据结构地图数据结构 山西师范大学城环学院山西师范大学城环学院 在地图投影的过程中，首先将不可展的地在地图投影的过程中，首先将不可展的地 球椭球面投影到一个可展的曲面上，然后将该球椭球面投影到一个可展的曲面上，然后将该 曲面展开成为一个平面，得到所需要的投影。曲面展开成为一个平面，得到所需要的投影。 常用的可展曲面有圆锥面、圆柱面、平面，相常用的可展曲面有圆锥面、圆柱面、平面

26、，相 应地可以得到圆锥投影、圆柱投影、方位投影。应地可以得到圆锥投影、圆柱投影、方位投影。 根据投影面与地球轴向的相对位置将投影根据投影面与地球轴向的相对位置将投影 进一步区分为正轴投影进一步区分为正轴投影( (投影面的中心轴与地轴投影面的中心轴与地轴 重合重合) )、斜轴投影、斜轴投影( (投影面的中心轴与地轴斜向投影面的中心轴与地轴斜向 相交相交) )、横轴投影、横轴投影( (投影面的中心轴与地轴相互投影面的中心轴与地轴相互 垂直垂直) )。 计算机地图制图计算机地图制图 第二章第二章 地图数据结构地图数据结构 山西师范大学城环学院山西师范大学城环学院 计算机地图制图计算机地图制图 第二章

27、第二章 地图数据结构地图数据结构 山西师范大学城环学院山西师范大学城环学院 在计算机地图制图中，地图数据的显示往往可以根据在计算机地图制图中，地图数据的显示往往可以根据 用户的需要，指定各种投影。当显示的地图与国家基用户的需要，指定各种投影。当显示的地图与国家基 本地图系列的比例尺一致时，往往采用国家基本地图本地图系列的比例尺一致时，往往采用国家基本地图 系列所用的投影。系列所用的投影。 基本比例尺地形图基本比例尺地形图(1(1：100100万、万、1 1：5050万、万、1 1：2525万、万、 1 1：1010万、万、1 1：5 5万、万、1 1：2.52.5万、万、1 1：1 1万、万、

28、1 1：5000)5000)除除 1 1100100万外均采用高斯万外均采用高斯克吕格投影作为地理基础。克吕格投影作为地理基础。1 1： 100100万地形图采用了万地形图采用了LambertLambert投影，其分幅原则与国际投影，其分幅原则与国际 地理学会规定的全球统一使用的国际百万分之一地图地理学会规定的全球统一使用的国际百万分之一地图 投影保持一致。大部分省区图以及大多数这一比例尺投影保持一致。大部分省区图以及大多数这一比例尺 的地图也多采用的地图也多采用LambertLambert投影。投影。 我国常用的地图投影情况：我国常用的地图投影情况： 计算机地图制图计算机地图制图 第二章第二

29、章 地图数据结构地图数据结构 山西师范大学城环学院山西师范大学城环学院 ( () ) 1.1.定义：定义： 以椭圆柱为投影面，使地球椭球体的某一经线与椭圆柱以椭圆柱为投影面，使地球椭球体的某一经线与椭圆柱 相切，然后按等角条件，将中央经线两侧各一定范围内的地相切，然后按等角条件，将中央经线两侧各一定范围内的地 区投影到椭圆柱面上，再将其展成平面而得。由德国数学家、区投影到椭圆柱面上，再将其展成平面而得。由德国数学家、 天文学家高斯（天文学家高斯（C.F. GaussC.F. Gauss，1777177718551855）及大地测量学家）及大地测量学家 克吕格（克吕格（J. KrgerJ. Kr

30、ger，1857185719231923）共同创建。）共同创建。 计算机地图制图计算机地图制图 第二章第二章 地图数据结构地图数据结构 山西师范大学城环学院山西师范大学城环学院 2.2.经纬线形式：经纬线形式： 中央经线为直线，其他经线是对称于中央经线的曲线，中中央经线为直线，其他经线是对称于中央经线的曲线，中 央纬线为直线，其他纬线是对称于中央纬线的曲线。央纬线为直线，其他纬线是对称于中央纬线的曲线。 在中央经线上纬线间隔相等，在赤道上经线间隔自投影中在中央经线上纬线间隔相等，在赤道上经线间隔自投影中 心向东、向西逐渐增大。心向东、向西逐渐增大。 3.3.变形分布规律：变形分布规律： 此投影

31、无角度变形，中央经线无长度变形，其他经线长度此投影无角度变形，中央经线无长度变形，其他经线长度 比大于比大于1 1。中央经线附近变形小，向东、向西方向变形逐渐。中央经线附近变形小，向东、向西方向变形逐渐 增大。长度、面积变形均不大，其中长度变形增大。长度、面积变形均不大，其中长度变形 0.14%0.14%，面，面 积变形积变形 0.27%0.27% 为保证精度，采用分带投影方法：按经差为保证精度，采用分带投影方法：按经差 6 6或或 3 3进行进行 分带。分带。 我国规定我国规定12.512.5万、万、1515万、万、110110万、万、125125万、万、150150万万采用采用 6 6分带

32、投影，从分带投影，从0 0子午线起，自西向东每隔经差子午线起，自西向东每隔经差6 6分成分成 一带，全球共一带，全球共6060带。（带。（13132323） 计算机地图制图计算机地图制图 第二章第二章 地图数据结构地图数据结构 山西师范大学城环学院山西师范大学城环学院 我国规定我国规定1111万万采用采用3 3分带投影，从分带投影，从E1E13030子午线起，子午线起， 每隔经差每隔经差3 3分成一带，全球共分成一带，全球共120120带。（带。（25254545） 计算机地图制图计算机地图制图 第二章第二章 地图数据结构地图数据结构 山西师范大学城环学院山西师范大学城环学院 6.6.坐标网：

33、坐标网： 在地图上通常都绘有一种或两种坐标网，即在地图上通常都绘有一种或两种坐标网，即 经纬线网、方里网。经纬线网、方里网。 (1)经纬线网经纬线网 我国我国1 1：1 1万万1 1：2020万比例尺的地形国上，经纬线万比例尺的地形国上，经纬线 只以图廓线的形式直接表现出来，并在图角处注出相应只以图廓线的形式直接表现出来，并在图角处注出相应 度数。为了在用图时加密成网，在内外图廓间还绘有加度数。为了在用图时加密成网，在内外图廓间还绘有加 密经纬网的加密分划短线密经纬网的加密分划短线( (图式中称图式中称“分度带分度带”) )，必要，必要 时对应短线相连就可以构成加密的经纬线网。时对应短线相连就

34、可以构成加密的经纬线网。1 1：2525万万 地形图上，除内图廓上绘有经纬网的加密分划外，图内地形图上，除内图廓上绘有经纬网的加密分划外，图内 还有加密用的十字线。对还有加密用的十字线。对1 1：5050万万1 1：100100万地形图，万地形图， 在图面上直接绘出经纬线网，内图廓上也有供加密经纬在图面上直接绘出经纬线网，内图廓上也有供加密经纬 线网的加密分划短线。线网的加密分划短线。 计算机地图制图计算机地图制图 第二章第二章 地图数据结构地图数据结构 山西师范大学城环学院山西师范大学城环学院 (2)方里网方里网 方里网是由两组分别平行于投影坐标轴的平方里网是由两组分别平行于投影坐标轴的平

35、行线所构成的方格网。因为是每隔整公里绘出坐行线所构成的方格网。因为是每隔整公里绘出坐 标纵线和坐标横线，所以称之为方里网。由于方标纵线和坐标横线，所以称之为方里网。由于方 里线同时又是平行于直角坐标轴的坐标网线、故里线同时又是平行于直角坐标轴的坐标网线、故 又称直角坐标网。又称直角坐标网。 7.7.空间实体：空间实体： 在地图学中，把地理空间的实体分为点、线、在地图学中，把地理空间的实体分为点、线、 面三种要素面三种要素( (对象对象) )，分别用点状、线状、面状符，分别用点状、线状、面状符 号来表示。空间要素在欧氏空间中主要形成以下号来表示。空间要素在欧氏空间中主要形成以下 三类空间实体：三

36、类空间实体： 计算机地图制图计算机地图制图 第二章第二章 地图数据结构地图数据结构 山西师范大学城环学院山西师范大学城环学院 (1)(1)点实体点实体 点实体是有特定的位置、维数为点实体是有特定的位置、维数为0 0的实体。的实体。 实体点：用来代表一个实体；实体点：用来代表一个实体； 注记点：用于定位注记；注记点：用于定位注记； 内点：用于记录多边形的属性，存在于多边形内；内点：用于记录多边形的属性，存在于多边形内； 节点；表示线的终点和起点；节点；表示线的终点和起点； 拐点：表示线段和弧段的内部点。拐点：表示线段和弧段的内部点。 计算机地图制图计算机地图制图 第二章第二章 地图数据结构地图数

37、据结构 山西师范大学城环学院山西师范大学城环学院 (2)(2)线实体线实体 线实体是维数为线实体是维数为1 1的实体，由一系列坐标点表示，有以下特征：的实体，由一系列坐标点表示，有以下特征： 实体长度：从起点到终点的总长；实体长度：从起点到终点的总长； 弯曲度：用于表示如道路拐弯时弯曲的程度；弯曲度：用于表示如道路拐弯时弯曲的程度； 方向性：如河流从上游到下游，公路有单双向之分；方向性：如河流从上游到下游，公路有单双向之分； 线实体包括：线段、线列、弧段、链、路径、多边线等。线实体包括：线段、线列、弧段、链、路径、多边线等。 计算机地图制图计算机地图制图 第二章第二章 地图数据结构地图数据结构

38、 山西师范大学城环学院山西师范大学城环学院 (3)(3)面实体面实体 面面( (多边形多边形) )实体是维数为实体是维数为2 2的实体，由一个封闭的坐标点序列外的实体，由一个封闭的坐标点序列外 加内点表示，是对湖泊、岛屿、地块等现象的描述。面具有以下加内点表示，是对湖泊、岛屿、地块等现象的描述。面具有以下 特征：特征： 周长；面积；周长；面积； 独立或与其他地物的邻近性：如湖北及周边省市；独立或与其他地物的邻近性：如湖北及周边省市； 内岛或齿状外形：如岛屿及海岸线；重叠性与非重叠性。内岛或齿状外形：如岛屿及海岸线；重叠性与非重叠性。 计算机地图制图计算机地图制图 第二章第二章 地图数据结构地图

39、数据结构 山西师范大学城环学院山西师范大学城环学院 1.2地图数据的基本特征地图数据的基本特征 1.1.空间特征空间特征 a 空间位置：用于描述事物或现象的地理位置， 又称几何特征、定位特征。 b 空间关系：指地理空间实体之间存在的一些具 有空间特性的关系，主要包括： 拓扑关系：拓扑关系：拓扑变化下的拓扑不变量，如邻接关系、拓扑变化下的拓扑不变量，如邻接关系、 关联关系和包含关系等；关联关系和包含关系等； 方位关系：方位关系：实体在地理空间中的某种顺序如左右、东实体在地理空间中的某种顺序如左右、东 南西北等；南西北等； 度量关系：度量关系：用地理空间中的度量来描述的实体之间的用地理空间中的度量

40、来描述的实体之间的 关系，如实体之间的距离。关系，如实体之间的距离。 计算机地图制图计算机地图制图 第二章第二章 地图数据结构地图数据结构 山西师范大学城环学院山西师范大学城环学院 2.2.属性特征属性特征 属性特征用以描述事物或现象的特性，如事物属性特征用以描述事物或现象的特性，如事物 或现象的类别、等级、数量、名称等，用来说明或现象的类别、等级、数量、名称等，用来说明 “是什么是什么”。通常分定性和定量两种：定性特征包。通常分定性和定量两种：定性特征包 括名称、类型等；定量特征包括数量、等级等。括名称、类型等；定量特征包括数量、等级等。 3.3.时间特征时间特征 时间特征用以描述地理实体随

41、着时间而变化时间特征用以描述地理实体随着时间而变化 的特征。的特征。 1.3地图数据的基本类型地图数据的基本类型 根据地图数据的特征，可以把地图数据分 为空间数据、关系数据、属性数据三类。 计算机地图制图计算机地图制图 第二章第二章 地图数据结构地图数据结构 山西师范大学城环学院山西师范大学城环学院 1.1.空间数据空间数据 空间数据是描述地图要素中空间特征部分的数空间数据是描述地图要素中空间特征部分的数 据，也称几何数据，即描述地理现象或地理文体的据，也称几何数据，即描述地理现象或地理文体的 空间位胃、形状、大小等的数据。空间位胃、形状、大小等的数据。 根据地理要素的空间分布待征和空间实体分

42、类，根据地理要素的空间分布待征和空间实体分类， 可以将地理空间数据分为点、线、面类型。可以将地理空间数据分为点、线、面类型。 2.2.关系数据关系数据 关系数据是描述空间数据之间的空间关系的数据。点、线、关系数据是描述空间数据之间的空间关系的数据。点、线、 面空间位置数据之间存在着某种特定的拓扑关系。拓扑关系是一面空间位置数据之间存在着某种特定的拓扑关系。拓扑关系是一 种对空间关系进行明确定义的数学方法，可以用某种特定的数据种对空间关系进行明确定义的数学方法，可以用某种特定的数据 来表达，称之为拓扑关系数据来表达，称之为拓扑关系数据( (简称拓扑数据简称拓扑数据) )。这类数据表达了。这类数据

43、表达了 各类地理实体空间位置之间的相互关系，如空间数据的相邻、关各类地理实体空间位置之间的相互关系，如空间数据的相邻、关 联、包含等。联、包含等。 计算机地图制图计算机地图制图 第二章第二章 地图数据结构地图数据结构 山西师范大学城环学院山西师范大学城环学院 最常用的空间实体关系有最常用的空间实体关系有6 6种，即：点点、点种，即：点点、点 线、点四、线线、线面、面面。它们之线、点四、线线、线面、面面。它们之 间的相互关系见下表。间的相互关系见下表。 计算机地图制图计算机地图制图 第二章第二章 地图数据结构地图数据结构 山西师范大学城环学院山西师范大学城环学院 3.3.属性数据属性数据 属性数

44、据是描述空间实体属性特征的数据，属性数据是描述空间实体属性特征的数据， 也称非几何数据，即描述地理现象或地理实体也称非几何数据，即描述地理现象或地理实体 的定性或定量指标，包括语义与统计数据，如的定性或定量指标，包括语义与统计数据，如 类型、等级、名称、状态等。类型、等级、名称、状态等。 属性数据中的定性属性数据中的定性( (或定量或定量) )指标通常要经编指标通常要经编 码转换才能被计算机接受。为了方便计算机存储、码转换才能被计算机接受。为了方便计算机存储、 管理和使用这些编码，需要研究统一的分类系统管理和使用这些编码，需要研究统一的分类系统 和编码。和编码。 计算机地图制图计算机地图制图

45、第二章第二章 地图数据结构地图数据结构 山西师范大学城环学院山西师范大学城环学院 2 2 地图的数据结构地图的数据结构 地图的数据结构主要是指地图数据中空间地图的数据结构主要是指地图数据中空间 数据的结构，即指空间数据适合于计算机存储、数据的结构，即指空间数据适合于计算机存储、 管理及处理的几何数据的逻辑结构。换句话说，管理及处理的几何数据的逻辑结构。换句话说， 是指几何数据以什么形式在计算机中存储和处是指几何数据以什么形式在计算机中存储和处 理。地图的数据结构主要分为矢量数据结构和理。地图的数据结构主要分为矢量数据结构和 栅格数据结构。栅格数据结构。 1.1.矢量数据结构（概念）矢量数据结构

46、（概念） 矢量数据结构是表达地图空间数据的一种常见的数据矢量数据结构是表达地图空间数据的一种常见的数据 结构，它通过记录坐标值的方式尽可能精确地表示呈结构，它通过记录坐标值的方式尽可能精确地表示呈 点、线或面状分布的地理实体。点、线或面状分布的地理实体。 计算机地图制图计算机地图制图 第二章第二章 地图数据结构地图数据结构 山西师范大学城环学院山西师范大学城环学院 在计算机地图制图中，各地图要素在二维平面上在计算机地图制图中，各地图要素在二维平面上 的矢量数据表示为的矢量数据表示为( (下图下图) )。 点：由一对点：由一对x,yx,y坐标表示；坐标表示； 线：由一申有序的线：由一申有序的x,

47、yx,y坐标对表示；坐标对表示； 面：由一串有序的首尾坐标相同的面：由一串有序的首尾坐标相同的x,yx,y坐标对表示。坐标对表示。 计算机地图制图计算机地图制图 第二章第二章 地图数据结构地图数据结构 山西师范大学城环学院山西师范大学城环学院 1.1.矢量数据结构（表示）矢量数据结构（表示） 在计算机地图制图中，表示矢量数据的结构时在计算机地图制图中，表示矢量数据的结构时 应考虑以下问题：应考虑以下问题： 矢量数据的存储和处理；矢量数据的存储和处理； 与属性数据的联系；与属性数据的联系； 矢量数据之间的拓扑关系。矢量数据之间的拓扑关系。 简单数据结构简单数据结构 空间数据按照以基本的空间对象（

48、点、线或空间数据按照以基本的空间对象（点、线或 多边形）为单元进行单独组织，不含拓扑关系数多边形）为单元进行单独组织，不含拓扑关系数 据，最典型的是面条结构（如图）。据，最典型的是面条结构（如图）。 计算机地图制图计算机地图制图 第二章第二章 地图数据结构地图数据结构 山西师范大学城环学院山西师范大学城环学院 计算机地图制图计算机地图制图 第二章第二章 地图数据结构地图数据结构 山西师范大学城环学院山西师范大学城环学院 1、数据按点、线或多边形为单元进行组织，数、数据按点、线或多边形为单元进行组织，数 据编排直观，数字化操作简单。据编排直观，数字化操作简单。 2 2、每个多边形都以闭合线段存储

49、，多边形的公、每个多边形都以闭合线段存储，多边形的公 共边界被数字化和存储两次，造成数据冗余共边界被数字化和存储两次，造成数据冗余 和不一致。和不一致。 3 3、点、线和多边形有各自的坐标数据，但没有、点、线和多边形有各自的坐标数据，但没有 拓扑数据，互相之间不关联。拓扑数据，互相之间不关联。 4 4、岛只作为一个单个图形，没有与外界多边形、岛只作为一个单个图形，没有与外界多边形 联系。联系。 计算机地图制图计算机地图制图 第二章第二章 地图数据结构地图数据结构 山西师范大学城环学院山西师范大学城环学院 点数据结构形式：点数据结构形式： 其中，标志码具有惟一性、是按某种原则进行的其中，标志码具

50、有惟一性、是按某种原则进行的 编码，如在一般情况下可按记录顺序编号。编码，如在一般情况下可按记录顺序编号。 属性码是与点实体有关的基本属性属性码是与点实体有关的基本属性( (如等级、类型、如等级、类型、 大小等大小等) )的编码，属性码可以有一个或多个。的编码，属性码可以有一个或多个。 (X(X，Y)Y)坐标对：是点实体的定位点坐标，如果是有坐标对：是点实体的定位点坐标，如果是有 向点，则可以有两个坐标对。向点，则可以有两个坐标对。 在点的矢屋数据结构中也可不包含属性码，而将属在点的矢屋数据结构中也可不包含属性码，而将属 性数据单独存放在数据库中，通过标志码联系矢量数据性数据单独存放在数据库中

51、，通过标志码联系矢量数据 和与其对应的属性数据。和与其对应的属性数据。 计算机地图制图计算机地图制图 第二章第二章 地图数据结构地图数据结构 山西师范大学城环学院山西师范大学城环学院 线线(弧、链弧、链)数据结构形式：数据结构形式： 标志码和属性码的含义与点的数据结构相同。标志码和属性码的含义与点的数据结构相同。 在线数据结构的属性码中还可含有表示线的类在线数据结构的属性码中还可含有表示线的类 型、等级以及是否要加密、光滑等信息。型、等级以及是否要加密、光滑等信息。 面面( (多边形多边形) )数据结构形式：数据结构形式： 面面( (多边形多边形) )的矢量数据结构可以像线的数的矢量数据结构可

52、以像线的数 据结构一样表示，但其中坐标串的首尾坐标相据结构一样表示，但其中坐标串的首尾坐标相 同。也可采用其他方式，如弧段索引编码的面同。也可采用其他方式，如弧段索引编码的面 ( (多边形多边形) )的矢量数据结构为：的矢量数据结构为： 计算机地图制图计算机地图制图 第二章第二章 地图数据结构地图数据结构 山西师范大学城环学院山西师范大学城环学院 其中：标志码与属性码的含义同点和线的其中：标志码与属性码的含义同点和线的 矢量数据结构；矢量数据结构； 弧段数弧段数n n是指构成该面是指构成该面( (多边形多边形) )的弧段的数的弧段的数 目；目； 弧段标志码集是指所有构成该面弧段标志码集是指所有

53、构成该面( (多边形多边形) ) 的弧段的标志码的集合共有的弧段的标志码的集合共有n n个。个。 一个面一个面( (多边形多边形) )可由多条弧段构成，每条可由多条弧段构成，每条 弧段的坐标可由弧弧段的坐标可由弧( (线、链线、链) )的矢量数据结构获的矢量数据结构获 取。该方法还保证了多边形公共边的惟一性。取。该方法还保证了多边形公共边的惟一性。 计算机地图制图计算机地图制图 第二章第二章 地图数据结构地图数据结构 山西师范大学城环学院山西师范大学城环学院 简单数据结构的编码形式。因在矢量的简单数简单数据结构的编码形式。因在矢量的简单数 据结构中不考虑拓扑关系，故其编码方法仅记录据结构中不考

54、虑拓扑关系，故其编码方法仅记录 空间实体的位置、标志及属性信息，而不记录拓空间实体的位置、标志及属性信息，而不记录拓 扑关系。常见的编码方法有独立定体法和点位字扑关系。常见的编码方法有独立定体法和点位字 典法。典法。 a 独立实体法独立实体法 在独立实体中，每个点、线、面实体都直接跟随它的空在独立实体中，每个点、线、面实体都直接跟随它的空 间坐标，即间坐标，即 点实体：惟一标志码，实体编码，空间坐标点实体：惟一标志码，实体编码，空间坐标(x,y(x,y) )； 线实体：惟一标志码实体编码，空间坐标线实体：惟一标志码实体编码，空间坐标(x(x1 1,y,y1 1， ,x,xn n,y,yn n)

55、 )； 面实体：惟一标志码，实体编码，空间坐标面实体：惟一标志码，实体编码，空间坐标( (x1,y1 , , ,xn,yn, x1,y1) ) 计算机地图制图计算机地图制图 第二章第二章 地图数据结构地图数据结构 山西师范大学城环学院山西师范大学城环学院 该方法的优点该方法的优点 是编码容易，数是编码容易，数 字化操作简单，字化操作简单， 数据编码直观，数据编码直观， 显示速度快。该显示速度快。该 方法的缺点是相方法的缺点是相 邻多边形的公共邻多边形的公共 边界数字化两次，边界数字化两次， 造成数据的冗余，造成数据的冗余， 可能出现重叠或可能出现重叠或 裂缝，引起数据裂缝，引起数据 不一致；缺

56、少拓不一致；缺少拓 扑关系，空间分扑关系，空间分 析困难。析困难。 计算机地图制图计算机地图制图 第二章第二章 地图数据结构地图数据结构 山西师范大学城环学院山西师范大学城环学院 b 点位字典法点位字典法 点位字典法中，点坐标作为一个文件，点、线和 面(多边形)实体目标都由点号组成，即 点位字典：点号、(x，y)； 点实体：惟一标志码，地物编码，点号；点实体：惟一标志码，地物编码，点号； 线实体：惟一标志码，地物编码，线实体：惟一标志码，地物编码，( (点号点号1,1, ,点点 号号n);n); 面实体：惟一标志码，地物编码，面实体：惟一标志码，地物编码，( (点号点号l l， 点号点号n n

57、，点号，点号1 1）。）。 计算机地图制图计算机地图制图 第二章第二章 地图数据结构地图数据结构 山西师范大学城环学院山西师范大学城环学院 计算机地图制图计算机地图制图 第二章第二章 地图数据结构地图数据结构 山西师范大学城环学院山西师范大学城环学院 拓扑数据结构及编码拓扑数据结构及编码 具有拓扑关系的矢量数据结构就是拓扑数据结构， 拓扑数据结构是现代计算机地图制图系统所必需的。 拓扑元素。点(节点)包括弧立点、线的端点、 面的首尾点、链的连接点等；线(链、弧段、边) 为两节点间的有序弧段；面(多边形)为若干条线 (链、弧段、边)构成的闭合多边形。 基本拓扑关系。基本拓扑关系是拓扑邻接、拓 扑

58、关联和拓扑包含。 拓扑邻接是相同拓扑元素之间的关系。如节点与节拓扑邻接是相同拓扑元素之间的关系。如节点与节 点、链与链、面与面等。邻接关系是借助于不同类型的点、链与链、面与面等。邻接关系是借助于不同类型的 拓扑元素描述的，如点通过链而邻接。拓扑元素描述的，如点通过链而邻接。 计算机地图制图计算机地图制图 第二章第二章 地图数据结构地图数据结构 山西师范大学城环学院山西师范大学城环学院 拓扑关联是不同拓扑元素之间的关系。如节点与拓扑关联是不同拓扑元素之间的关系。如节点与 链、链与多边形等。链、链与多边形等。 拓扑包含是面与其他拓扑元素之间的关系。如果点、线拓扑包含是面与其他拓扑元素之间的关系。如

59、果点、线 、面在该面内，则称为被该面包含如某省包含的城市、面在该面内，则称为被该面包含如某省包含的城市、 河流及湖泊等。河流及湖泊等。 计算机地图制图计算机地图制图 第二章第二章 地图数据结构地图数据结构 山西师范大学城环学院山西师范大学城环学院 N2 C1 C3 C6 C5 C4 C7 C2 P1 P2 P3 P4 N4 N3 N5 N1 结点与弧段的拓扑关系结点与弧段的拓扑关系 计算机地图制图计算机地图制图 第二章第二章 地图数据结构地图数据结构 山西师范大学城环学院山西师范大学城环学院 N2 C1 C3 C6 C5 C4 C7 C2 P1 P2 P3 P4 N4 N3 N5 N1 弧段与

60、结点的拓扑关系弧段与结点的拓扑关系 计算机地图制图计算机地图制图 第二章第二章 地图数据结构地图数据结构 山西师范大学城环学院山西师范大学城环学院 弧段与多边形的拓扑关系弧段与多边形的拓扑关系 N2 C1 C3 C6 C5 C4 C7 C2 P1 P2 P3 P4 N4 N3 N5 N1 计算机地图制图计算机地图制图 第二章第二章 地图数据结构地图数据结构 山西师范大学城环学院山西师范大学城环学院 N2 C1 C3 C6 C5 C4 C7 C2 P1 P2 P3 P4 N4 N3 N5 N1 多边形与弧段的拓扑关系多边形与弧段的拓扑关系 计算机地图制图计算机地图制图 第二章第二章 地图数据结构