(完整版)2、地理信息系统的数据结构(最新)

1、 第第1 1节节 地理空间及其表达地理空间及其表达 第第2 2节节 地理空间数据及其特征地理空间数据及其特征 第第3 3节节 空间数据结构的类型空间数据结构的类型 第第4 4节节 空间数据结构的建立空间数据结构的建立第第 2 2 章章 地理信息系统的数据结构地理信息系统的数据结构重点：重点：1 1、空间数据的、空间数据的类型及类型及拓扑关系。拓扑关系。2 2、空间数据的计算机表示方法。、空间数据的计算机表示方法。2 2、矢量、栅格两种空间数据结构的特点及其编码方法。、矢量、栅格两种空间数据结构的特点及其编码方法。第第1节节 地理空间及其表达地理空间及其表达p 一、地理空间的概念一、地理空间的概

2、念p 二、空间实体的表达二、空间实体的表达地理空间地理空间上至大气电离层，下至莫霍面的所上至大气电离层，下至莫霍面的所有空间。有空间。 但在但在gisgis中，地理空间一般指的是地球表层中，地理空间一般指的是地球表层( (陆地表面和大洋表面陆地表面和大洋表面) )，它是人类活动频繁发生，它是人类活动频繁发生的区域，是人地关系最为复杂、紧密的区域。的区域，是人地关系最为复杂、紧密的区域。 （一）平面控制网（一）平面控制网直接建立在直接建立在球体球体上的上的地理坐标，用经度、纬度表达地理对象位置建立在建立在平面平面上上的直角坐标系统，用（x，y）表达地理对象位置投影目前，我国采用的大地坐标系为目前

3、，我国采用的大地坐标系为19801980年中国国家大地坐标系。年中国国家大地坐标系。 1980年中国国家大地坐标系选用年中国国家大地坐标系选用1975年国际大地年国际大地测量协会推荐的国际椭球，其具体参数为：测量协会推荐的国际椭球，其具体参数为：1298.257赤道半径 a=6 378 140m极半径 b=6 356 755.288 157 528 7ma-b地球扁率 f=aw 1980年中国国家大地坐标系的年中国国家大地坐标系的大地原点大地原点设在我国设在我国中部的中部的陕西泾阳县永乐镇陕西泾阳县永乐镇。水准原点水准原点1985国家高国家高程基准程基准黄海海面1952-1979年（二）高程控

4、制网（二）高程控制网w 高程基准面即高程基准面即大地水准面大地水准面，实际上确定高程基准面是取验，实际上确定高程基准面是取验潮站长期观察结果计算出来的平均海平面。潮站长期观察结果计算出来的平均海平面。青岛验潮站青岛验潮站（1953-19791953-1979）29mm29mm其中其中19541954年北京坐标系和年北京坐标系和19801980年国家大地坐标系中的点的坐年国家大地坐标系中的点的坐标，更多的是将其标，更多的是将其投影投影至至高斯高斯- -克吕格投影克吕格投影（等角横轴切椭圆柱（等角横轴切椭圆柱投影投影 ）平面，以平面坐标）平面，以平面坐标x x，y y形式表示，用于测绘制作地形图。

5、形式表示，用于测绘制作地形图。我国常用的地图投影的情况为：我国常用的地图投影的情况为： (1)我国基本比例尺地形图（我国基本比例尺地形图（1：100万、万、1：50万、万、1：25万、万、1：10万、万、1：5万、万、1：2.5、1：1万、万、1：5000）除）除1：100万外万外均采用高斯均采用高斯克吕格投影为地理基础克吕格投影为地理基础； (2)我国我国1：100万地形图、大部分省区图、大多数这一比例尺的万地形图、大部分省区图、大多数这一比例尺的地图、以及小于地图、以及小于1比比50万的地图一般使用万的地图一般使用lambert投影（等投影（等角圆锥投影），其分幅原则与国际地理学会规定的全

6、球统一使角圆锥投影），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投影保持一致。用的国际百万分之一地图投影保持一致。 l 在在gisgis应用中，地理数据的显示往往可以根据用户的需要，应用中，地理数据的显示往往可以根据用户的需要，指定各种投影。但当所显示的地图与国家基本地图系列的指定各种投影。但当所显示的地图与国家基本地图系列的比例尺比例尺一致时，往往采用与国家基本系列地图所用的投影。一致时，往往采用与国家基本系列地图所用的投影。l 在进行地图投影方法选择时，考虑的因素包括范围、形状、在进行地图投影方法选择时，考虑的因素包括范围、形状、地理位置、用途、出版方式等。地理位置、用

7、途、出版方式等。以减少图上变形为目的以减少图上变形为目的，最好使等变形线与制图区域的轮廓形状基本一致。其中范最好使等变形线与制图区域的轮廓形状基本一致。其中范围、形状、地理位置最重要。围、形状、地理位置最重要。 二、空间实体的表达二、空间实体的表达n地理空间的实体包括地理空间的实体包括点（点（pointpoint）、线（）、线（lineline）、）、面（面（polygonpolygon）、曲面（）、曲面（surfacesurface）、体（）、体（volumevolume）等等类型。类型。n在计算机中，现实世界以在计算机中，现实世界以数字形式数字形式表达和记录。表达和记录。y y湖泊河道居民

8、地流路x x(0,0)(0,0)列列行行0 00 01 11 1n 矢量表示法：矢量表示法：采用一个没有大小的点采用一个没有大小的点( (坐标坐标) )来表达基本点元来表达基本点元素。素。n 栅格表示法：栅格表示法：采用一个有固定大小的点采用一个有固定大小的点( (面元面元) )来表达基本点来表达基本点元素。元素。矢量图 栅格图西郊机场西郊机场l第第1 1节节 地理空间及其表达地理空间及其表达l第第2 2节节 地理空间数据及其特征地理空间数据及其特征l第第3 3节节 空间数据结构的类型空间数据结构的类型l第第4 4节节 空间数据结构的建立空间数据结构的建立第第 2 章章 地理信息系统的数据结构

9、地理信息系统的数据结构一、一、gisgis空间数据的分类空间数据的分类二、空间数据的基本特征二、空间数据的基本特征三、空间数据的拓扑关系三、空间数据的拓扑关系四、空间数据的计算机表示四、空间数据的计算机表示第第2节节 地理空间数据及其特征地理空间数据及其特征按数据按数据来源来源按数据按数据结构结构按数据特征按数据特征按几何特按几何特征征按数据按数据发布形式发布形式地图数据地图数据影像数据影像数据文本数据文本数据矢量数据矢量数据栅格数据栅格数据 空间数据空间数据非空间属性数非空间属性数据据点点线线面、曲面面、曲面体体数字线画图数字线画图数字栅格图数字栅格图数字高程模数字高程模型型数字正射影数字正

10、射影像图像图 （1）地图数据）地图数据 来源于各种类型的普通地图和专题地图。来源于各种类型的普通地图和专题地图。 （2）影像数据）影像数据 主要来源于卫星遥感和航空遥感，也是主要来源于卫星遥感和航空遥感，也是gis的最的最有效的数据源之一。有效的数据源之一。 （3）文本数据）文本数据 来源于各类调查报告、实测数据、文献资料、解来源于各类调查报告、实测数据、文献资料、解译信息等。译信息等。1、按照数据来源分类、按照数据来源分类 （1）矢量数据）矢量数据 矢量数据是用欧氏空间的点、线、面等集合元素来表达矢量数据是用欧氏空间的点、线、面等集合元素来表达空间实体的几何特征的数据。空间实体的几何特征的数

11、据。 2、按照数据结构来源分类、按照数据结构来源分类 矢量数据矢量数据是用是用坐标对坐标对、坐标串坐标串和和封闭的坐标封闭的坐标串串表示实体点、线、表示实体点、线、面的位置及其空间关面的位置及其空间关系的一种数据格式。系的一种数据格式。 点线面（2）栅格数据）栅格数据 栅格数据是将空间分割成有规则的网格，在各个网格上栅格数据是将空间分割成有规则的网格，在各个网格上给出相应的属性值来表达空间实体的一种数据组织形式。给出相应的属性值来表达空间实体的一种数据组织形式。2、按照数据结构来源分类、按照数据结构来源分类 栅格单元的大栅格单元的大小代表空间分辨小代表空间分辨率，表示表达的率，表示表达的精度。

12、精度。影像数据的坐标影像数据的坐标在影像中，栅格单元的属性值是栅格内的平均灰度。在影像中，栅格单元的属性值是栅格内的平均灰度。 典型的影像数据源 b10.10 （1）空间定位数据）空间定位数据 空间定位数据是表达空间实体在地球上位置的坐空间定位数据是表达空间实体在地球上位置的坐标数据。标数据。 （2）非空间属性数据）非空间属性数据 非空间属性数据是有关空间实体自身的名称、种非空间属性数据是有关空间实体自身的名称、种类、质量、数量等特征的数据。类、质量、数量等特征的数据。3、按照数据特征分类、按照数据特征分类（1）点）点 是对是对0维的空间实体的抽象数据。如测量用的三角点、维的空间实体的抽象数据

13、。如测量用的三角点、电视塔等。电视塔等。（2）线）线 是对是对1维的空间实体的抽象数据。如河流、道路等。维的空间实体的抽象数据。如河流、道路等。（3）面）面 是对是对2维的空间实体的抽象数据。如湖泊、行政区等。维的空间实体的抽象数据。如湖泊、行政区等。（4）曲面）曲面 是对在面上连续分布的空间实体的抽象数据，常被是对在面上连续分布的空间实体的抽象数据，常被称为称为2.5维数据。如地形、气温等。维数据。如地形、气温等。（5）体）体 是对是对3维的空间实体的抽象数据，如地质构造、矿产维的空间实体的抽象数据，如地质构造、矿产等。等。4、按照数据几何特征分类、按照数据几何特征分类（1）数字线画图（）数

14、字线画图（dlg）数据）数据 （2）数字栅格图（）数字栅格图（drg）数据）数据 （3）数字高程模型（）数字高程模型（dem）数据）数据（4）数字正射影像（）数字正射影像（dom）数据）数据5、按照数据发布形式分类、按照数据发布形式分类二、空间数据的基本特征二、空间数据的基本特征1、基本特征、基本特征w 空间特征w 属性特征w 时间特征2、基本信息、基本信息w 定位信息w 属性信息w 拓扑信息1 1、拓扑的基本概念、拓扑的基本概念 拓扑关系是明确定义空间拓扑关系是明确定义空间结构关系结构关系的一种数学方法；的一种数学方法；在在gisgis中，用于空间数据的组织、分析和应用。中，用于空间数据的组

15、织、分析和应用。 在在gisgis中，为了真实反映地物，不仅包括实体的大小、中，为了真实反映地物，不仅包括实体的大小、形状及属性，而且要反映出形状及属性，而且要反映出实体之间的相互关系实体之间的相互关系。 例如：例如：自然与行政的分区，各种资源类型的空间分布及自然与行政的分区，各种资源类型的空间分布及交通网等，都存在结点、弧段和多边形之间的拓扑关系。交通网等，都存在结点、弧段和多边形之间的拓扑关系。 三、空间数据的拓扑关系三、空间数据的拓扑关系拓扑元素线:点:面:起点起点终点终点中间点中间点弧段弧段1弧段弧段3弧段弧段2弧段弧段4线:面:弧段弧段1弧段弧段3弧段弧段2弧段弧段4n1e1e2e5

16、e6e4e7e3p1p3p2p4n4n3n5n2节点节点：n1,n2,n3,n4,n5n1,n2,n3,n4,n5弧段弧段：e1,e2,e7e1,e2,e7多边形多边形：p1,p2,p3,p4p1,p2,p3,p4n拓扑邻接拓扑邻接： 元素之间的拓扑关系。元素之间的拓扑关系。n拓扑关联拓扑关联： 元素之间的拓扑关系。元素之间的拓扑关系。n拓扑包含拓扑包含： 元素之间的拓扑关系元素之间的拓扑关系。2 2、拓扑关系的类型：、拓扑关系的类型：不不 同同 类类同同 类类同类不同级同类不同级节点邻接矩阵节点邻接矩阵拓扑拓扑邻接邻接：拓扑拓扑邻接邻接： 拓扑关系反映了空间实体之间的逻辑关系，它不需要坐标、

17、拓扑关系反映了空间实体之间的逻辑关系，它不需要坐标、距离信息，不受比例尺限制，也不随投影关系变化。因此，在地距离信息，不受比例尺限制，也不随投影关系变化。因此，在地理信息系统中，了解拓扑关系对空间数据的组织，空间数据的分理信息系统中，了解拓扑关系对空间数据的组织，空间数据的分析和处理都具有非常重要的意义。析和处理都具有非常重要的意义。拓扑拓扑关联关联： 用关联表来表示图的优点是每条弧段所包含的坐标数据点只需存用关联表来表示图的优点是每条弧段所包含的坐标数据点只需存储一次，如果不考虑它们之间关联性而以每个多边形的全部封闭弧段储一次，如果不考虑它们之间关联性而以每个多边形的全部封闭弧段的坐标点来存

18、储数据，不仅数据量大，还无法反映空间关系。的坐标点来存储数据，不仅数据量大，还无法反映空间关系。拓扑包含包括三种情况：拓扑包含包括三种情况：abcidp1p2p1p2p3p1p2p3iw10110200ip01011011n1e1e2e5e6e4e7e3p1p3p2p4n4n3n5n2p拓扑邻接拓扑邻接：n1/ /n2 , ,n1/ /n3 , ,n1/ /n4 ; ;p1/ /p3 ; ;p2/ /p3p拓扑关联拓扑关联：n1/ /1、3 、6 ； p1/ /1、 6 、 5p拓扑包含拓扑包含：p3与与p4实例：实例： 如果要将节点、弧段和多边形之间的拓如果要将节点、弧段和多边形之间的拓扑结

19、构表达出来，可以形成四个关系表。扑结构表达出来，可以形成四个关系表。节节点点弧段号弧段号n1e1，e3，e6 n2e1，e2，e5n3e2，e3，e4n4e4，e5，e6n5e7弧段弧段号号起点起点终点终点e1n2n1e2n3n2e3n1n3e4n4n3e5n4n2e6n1n4e7n5n5n1e1e2e5e6e4e7e3p1p3p2p4n4n3n5n2n弧段和弧段和节节点点之间的之间的关联关联表表 n1e1e2e5e6e4e7e3p1p3p2p4n4n3n5n2多边形号多边形号弧段号弧段号p1e1,e5,e6p2e2,e4,e5p3e3, e4,e6p4e7n多边形与弧段多边形与弧段的拓扑的拓

20、扑关联关联表表 弧段弧段号号左多左多边形边形右多右多边形边形e10p1e20p2e30p3e4p3p2e5p2p1e6p3p1e7p4p3(1)(1)根据拓扑关系，不需要利用坐标或距离，可以确定一种根据拓扑关系，不需要利用坐标或距离，可以确定一种地理实体相对于另一种地理实体的地理实体相对于另一种地理实体的空间位置关系空间位置关系。 (2)(2)利用拓扑数据有利于利用拓扑数据有利于空间要素的查询空间要素的查询。(3)(3)可以利用拓扑数据作为工具，可以利用拓扑数据作为工具，重建地理实体重建地理实体。3 3、研究空间拓扑关系的意义：、研究空间拓扑关系的意义：拓扑关系应用：拓扑关系应用：点点点线点面

21、住宅学校海岸线码头肺癌病例区域学校和住宅接近吗？学校和住宅接近吗？码头在海岸线上吗？码头在海岸线上吗？肺癌病在区内分布肺癌病在区内分布 拓扑关系应用：拓扑关系应用：线点线线线面镇乘车线路河流小路这条线路过镇上吗？这条线路过镇上吗？小路穿过河流吗？小路穿过河流吗？河流在区域内吗？河流在区域内吗？ 拓扑关系应用：拓扑关系应用：面点面线面面该邮政区包括学校吗？该邮政区包括学校吗？该区域包括铁路吗？该区域包括铁路吗？区域彼此影响吗？区域彼此影响吗？区域重叠吗？区域重叠吗？四、空间数据的计算机表示四、空间数据的计算机表示 空间分幅：空间分幅：即将整个地理空间划分为许多子空间，即将整个地理空间划分为许多子

22、空间，再选择要表达的子空间再选择要表达的子空间；（工作区）；（工作区）属性分层：属性分层：即将要表达的空间数据抽象成不同类型即将要表达的空间数据抽象成不同类型属性的数据层来表示；属性的数据层来表示；时间分段：时间分段：即将有时间特征的地理数据按其变化规即将有时间特征的地理数据按其变化规律划分为不同的时间段数据，再逐一表示。律划分为不同的时间段数据，再逐一表示。 （注意：（注意：p48 实例）实例）四、空间数据的计算机表示四、空间数据的计算机表示数据层数据层 p对地理目标进行分层的方法：对地理目标进行分层的方法：(1)按专题分层按专题分层，每个图层对应一个专题，包含某一种或某一类，每个图层对应一

23、个专题，包含某一种或某一类数据。如地貌层、水系层、道路层、居民地层等。数据。如地貌层、水系层、道路层、居民地层等。 (2)按时间序列分层按时间序列分层，即把不同时间或不同时期的数据分别构成，即把不同时间或不同时期的数据分别构成各个数据层。各个数据层。 (3)按实体几何类型分层，按实体几何类型分层，因数据文件存储和属性管理的需要，因数据文件存储和属性管理的需要，因点、线、面实体在数据结构上的差别，因点、线、面实体在数据结构上的差别，gis软件一般都按点、软件一般都按点、线、面类型分别存储文件。线、面类型分别存储文件。(4)按实体属性结构分层，按实体属性结构分层，即便是同一类型或即便是同一类型或同

24、同一专题的数据，一专题的数据，因属性取值类型或属性项的不同，也需将他们分在不同的图层因属性取值类型或属性项的不同，也需将他们分在不同的图层。（如等级不同）（如等级不同） 以矢量数据结构为例：以矢量数据结构为例： 按照空间位置将整个区域划分为若干个幅面；按照空间位置将整个区域划分为若干个幅面； 对每一个幅面，从逻辑上将空间数据分为不同的专题层，例对每一个幅面，从逻辑上将空间数据分为不同的专题层，例如：土地利用、道路、居民区等；如：土地利用、道路、居民区等； 将一个专题层的地理要素或实体按照点、线、面状目标存储，将一个专题层的地理要素或实体按照点、线、面状目标存储，每个目标的数据由空间数据和属性数

25、据组成；每个目标的数据由空间数据和属性数据组成； 目标的空间数据和属性数据可以分别存储，每个目标具有一目标的空间数据和属性数据可以分别存储，每个目标具有一个数值不重复的标识码个数值不重复的标识码(id)(id)，同一个目标的空间数据和属性，同一个目标的空间数据和属性数据通过相同的数据通过相同的idid连接。连接。 l第第1 1节节 地理空间及其表达地理空间及其表达l第第2 2节节 地理空间数据及其特征地理空间数据及其特征l第第3 3节节 空间数据结构的类型空间数据结构的类型l第第4 4节节 空间数据结构的建立空间数据结构的建立第第 2 章章 地理信息系统的数据结构地理信息系统的数据结构第3节

26、空间数据结构的类型矢量数据栅格数据数字高程 矢量数据结构是利用几何学中的点、线、面及其组合体来表示地理实体空间分布的一种数据组织方式，通过记录空间对象的坐标及空间关系来表达空间对象的位置。p点：空间的一个坐标点；p线：多个点组成的弧段；p面：多个弧段组成的封闭多边形特点：定位明显，属性隐含定位明显，属性隐含。一、矢量数据结构一、矢量数据结构矢量数据结构类型：矢量数据结构类型： 实体数据结构实体数据结构 拓扑数据结构拓扑数据结构1、实体数据结构：、实体数据结构：只记录空间对象的位置只记录空间对象的位置坐标和属性信息，不记录拓扑关系。坐标和属性信息，不记录拓扑关系。主要特点：主要特点：数据按点、线

27、或多边形为单元进行组织，数据数据按点、线或多边形为单元进行组织，数据结构结构直观简单直观简单；公共边重复存储，存在公共边重复存储，存在数据冗余数据冗余，难以保证数，难以保证数据独立性和一致性；据独立性和一致性；无拓扑关系无拓扑关系，主要用于显示、输出及一般查询；，主要用于显示、输出及一般查询；岛或洞岛或洞只作为一个单个图形，没有与外界多边只作为一个单个图形，没有与外界多边形的联系。形的联系。适用范围：适用范围： 制图及一般查询，不适合复杂的空间分析制图及一般查询，不适合复杂的空间分析 点是相互独立的，点连成线，线构成面。点是相互独立的，点连成线，线构成面。 弧段弧段：构成多边形的线：构成多边形

28、的线。（。（弧段是拓扑数据结构的弧段是拓扑数据结构的基本对基本对象）象）节点：节点：两条以上弧段相交的点。两条以上弧段相交的点。 岛或洞岛或洞：由一条弧段组成的多边形。：由一条弧段组成的多边形。 简单多边形简单多边形：不含岛的多边形。：不含岛的多边形。 复合多边形：复合多边形：含岛的多边形。岛看做是复合多边形的内边含岛的多边形。岛看做是复合多边形的内边界。界。2 2、拓扑数据结构、拓扑数据结构c4n4c8c6c7n6c10n3c3n1c2n2c1c5n5c9n7图图2-14 2-14 矢量拓扑结构基本元素矢量拓扑结构基本元素节点节点弧段弧段多边形多边形岛岛表表2-8 2-8 拓扑数据结构的拓扑

29、数据结构的弧段文件弧段文件构成构成节点文件：节点文件：节点代码节点代码节点坐标节点坐标p矢量数据结构属性特征的表示：矢量数据结构属性特征的表示：n 矢量数据除几何特征外，还具有矢量数据除几何特征外，还具有属性特征属性特征。n 空间属性特征分为两种：空间属性特征分为两种：l 一是一是类别特征类别特征，即它是什么？如各类型道路，即它是什么？如各类型道路一般用一般用类类型编码型编码来表达。来表达。l 二是具体的二是具体的说明信息说明信息，如道路的宽度、等级、路面质量等，如道路的宽度、等级、路面质量等 用用属性表格属性表格来说明。属性数据表格的一行称为一来说明。属性数据表格的一行称为一个记录，描述一个

30、地理实体特征的属性，与空间数据对象个记录，描述一个地理实体特征的属性，与空间数据对象的联接则通过特征的的联接则通过特征的标识码标识码找到对应关系。找到对应关系。 栅格结构是以规则的阵列来表示空间地物或现象分布的数据组织，组织中的每个数据表示地理要素的非几何属性特征。 特点：属性明显，定位隐含属性明显，定位隐含（空间位置用行列标识）（空间位置用行列标识）。 8 8 8 88 8 8 88 8 8 88 8 8 888 8 88 8 8 88 8 88 8 888888888888 8 8881111111111111122222222222322二、栅格数据结构二、栅格数据结构l gisgis中

31、很多数据都用栅格格式来表中很多数据都用栅格格式来表示，这些数据包括数字高程数据、示，这些数据包括数字高程数据、卫星影像、数字正射影像、扫描卫星影像、数字正射影像、扫描地图和图形文件。地图和图形文件。点线线面面对于栅格数据结构点：为一个像元线：在一定方向上连接成串的相邻像元集合，各个像元的值相同。面：聚集在一起的相邻像元集合，区域内部的像元值相同。等边三角形栅格单元等边三角形栅格单元正六边形栅格单元正六边形栅格单元1 1、栅格数据结构：、栅格数据结构：坐标系与描述参数坐标系与描述参数j j：列：列i i：行：行格网分辨率格网分辨率 （精度）（精度）西北角格网坐标（xwn，ywn）9 92 23

32、34 45 56 67 78 81 110101 12 23 34 45 56 6 7 78 89 9 1010点的空间定位：点的空间定位：（i,ji,j）行行西南角格网坐标（xws，yws）格网分辨率格网方向列列栅格栅格像元像元大小的确定大小的确定cab长度占优法长度占优法面面积积占占优优重重要要性性中心点法中心点法a连续分布地理要素c具有特殊意义的较小地物a分类较细、地物斑块较小a为了逼近原始数据为了逼近原始数据精度，除了采用这精度，除了采用这几种取值方法外，几种取值方法外，还可以采用缩小单还可以采用缩小单个栅格单元的面积，个栅格单元的面积，增加栅格单元总数增加栅格单元总数的方法的方法.

33、. 2 2、栅格数据结构中混合像元的处理、栅格数据结构中混合像元的处理l 长度最占优法：做过网格中心部位的横线，横长度最占优法：做过网格中心部位的横线，横线占据该格中的大部分长度的属性值定为栅格线占据该格中的大部分长度的属性值定为栅格单元的值单元的值3、栅格数据结构的类型：、栅格数据结构的类型： 栅格矩阵结构栅格矩阵结构 游程（行程）编码结构游程（行程）编码结构 四叉树结构四叉树结构 链码链码 块码块码（1 1）栅格矩阵结构）栅格矩阵结构 就是将栅格数据看作一个就是将栅格数据看作一个数据矩阵数据矩阵，逐行（或逐列）逐个，逐行（或逐列）逐个记录代码。记录代码。缺点缺点是随着栅格尺寸的缩小，数据量

34、也将呈几何是随着栅格尺寸的缩小，数据量也将呈几何级数递增。级数递增。 2 21 13 30 0 假如以一个面积为假如以一个面积为101010km10km2 2区域为例，如果栅格边长取区域为例，如果栅格边长取值为值为1m1m，则形成，则形成 的栅格矩阵，数据量的栅格矩阵，数据量大。大。10 00010 00010 00010 000（2 2）游程）游程（行程）（行程）编码编码 a、只在、只在各行各行数据的代码发生变化时依次记录该数据的代码发生变化时依次记录该代码代码以及相同代码重复的以及相同代码重复的个数个数。(代码，个数代码，个数)0 2 2 5 5 5 5 52 2 2 2 2 5 5 50

35、 0 0 0 0 3 3 32 2 2 2 3 3 5 50 0 2 3 3 3 5 50 0 3 3 3 3 5 30 0 0 3 3 3 3 30 0 0 0 3 3 3 3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）；）；（0，3），（），（3，5）；（）；（0，4），），（3，4）；（）；（0，5），（），（3，3）。）。压缩比

36、：压缩比：s=ms=mn/kn/k实例：实例：压缩比：压缩比：s=8s=8* *8/26=5:28/26=5:2b、逐个记录各行（或列）代码发生变化的栅格位置和相应代码。0 2 2 5 5 5 5 52 2 2 2 2 5 5 50 0 0 0 0 3 3 32 2 2 2 3 3 5 50 0 2 3 3 3 5 50 0 3 3 3 3 5 30 0 0 3 3 3 3 30 0 0 0 3 3 3 3沿列方向进行编码沿列方向进行编码：( 1，0），），（2，2），（），（4，0）；（）；（1，2），），（4，0）；（）；（1，2），（），（5，3），），（6，0）；（）；（1，5），（）

37、，（2，2），），（4，3），（），（7，0）；（）；（1，5），），（2，2），（），（3，3），（），（8，0）；）；（1，5），（），（3，3）；（）；（1，5），），（6，3）；（）；（1，5），（），（5，3）。）。 游程编码压缩了直接编码的存储量，而游程编码压缩了直接编码的存储量，而且信息不丢失，所以是一种且信息不丢失，所以是一种无损压缩方无损压缩方法法，通过解码可以恢复为栅格矩阵格式。，通过解码可以恢复为栅格矩阵格式。（3 3）四叉树编码）四叉树编码 对一个区域不断进行四等分，一直到每个区域都是对一个区域不断进行四等分，一直到每个区域都是由相同地物组成为止。在分割过程中，把能进一

38、步由相同地物组成为止。在分割过程中，把能进一步等分的区域称为等分的区域称为树叉树叉，不能进一步等分的区域称为，不能进一步等分的区域称为树叶树叶。最后对每个树叶进行编码。最后对每个树叶进行编码。333第第0 0层层第第1 1层层第第3 3层层第第2 2层层若k为树的高度(深度)，图中k=3330330表示表示路径路径莫顿码333335354141454544445050575760605252545437373636393938385151484849495656四叉树的存储方法：四叉树的存储方法： 常规四叉树常规四叉树每个节点通常储存6个量，即4个子节点指针、1个父节点指针和1个节点值。 线性

39、四叉树线性四叉树每个节点值储存3个量，即莫顿码、深度(或节点大小)和节点值。n 编码记录每个叶节点的编码记录每个叶节点的地址地址和和值值，其中，其中地址包括两个部分，共占地址包括两个部分，共占3232位位（二进制），（二进制），最右边四位记录叶节点的最右边四位记录叶节点的深度深度，它代表了该点所处四叉树，它代表了该点所处四叉树的层数，地址由从根结点到该叶子结点的的层数，地址由从根结点到该叶子结点的路径路径表示。每层位置用两位二表示。每层位置用两位二进制表示。数字图象中，第进制表示。数字图象中，第7 7行，第行，第7 7列的节点深度为列的节点深度为3 3，路径为，路径为330330。 地址编码为

40、：地址编码为：0000000000000000000000000000000000000000000000001111111100110011这样，记录了各个叶子结点的地址和值，就记录了整个图象。这样，记录了各个叶子结点的地址和值，就记录了整个图象。莫顿码莫顿码 由由起点位置起点位置和一系列在基本和一系列在基本方向方向的单位矢量给出每个后的单位矢量给出每个后续点相对其前继点的可能的续点相对其前继点的可能的8 8个基本方向之一表示。个基本方向之一表示。8 8个基本个基本方向自方向自0 0开始按顺时针方向代码分别为开始按顺时针方向代码分别为0 0，1 1，2 2，3 3，4 4，5 5，6 6，7

41、 7。单位矢量的长度默认为一个栅格单元。单位矢量的长度默认为一个栅格单元。（4 4）链码）链码76543012007 0 121 07 7 0 0属性为属性为5的实体的实体 链码编码链码编码： 2，2 ，2，1，2，0，2，3属性属性6的链码编码？的链码编码？1，6，2，1，2，3，1，1765430120 5 0 0 0 0 6 00 0 5 0 0 0 6 00 0 0 0 0 6 0 00 5 0 0 0 6 0 00 0 5 5 0 6 0 00 0 0 5 0 0 6 00 0 5 0 0 0 0 60 0 0 0 0 0 0 0链码编码示例链码编码示例（5）块码块码 采用方形区域作

42、为记录单元，数据编码由采用方形区域作为记录单元，数据编码由初始位置初始位置行列行列号加上号加上半径半径，再加上记录单元的，再加上记录单元的代码代码组成。组成。0 2 2 5 5 5 5 52 2 2 2 2 5 5 50 0 0 0 0 3 3 32 2 2 2 3 3 5 50 0 2 3 3 3 5 50 0 3 3 3 3 5 30 0 0 3 3 3 3 30 0 0 0 3 3 3 3（1 1，1 1，1 1，0 0），（），（1 1，2 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），（

43、），（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），），（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

44、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）。）。l直接栅格编码：直接栅格编码：简单直观，是压缩编码方法的逻辑原型（栅格简单直观，是压缩编码方法的逻辑原型（栅格文件）；文件）；l链码：链码：压缩效率较高，以接近矢量结构，对边界的运算比较方压缩效率较高，以接近矢量结构，对边界的运算比较方便，但不具有区域性

45、质，区域运算较难；便，但不具有区域性质，区域运算较难；l游程长度编码：游程长度编码：在很大程度上压缩数据，又最大限度的保留了在很大程度上压缩数据，又最大限度的保留了原始栅格结构，编码解码十分容易，十分适合于微机地理信息原始栅格结构，编码解码十分容易，十分适合于微机地理信息系统采用；系统采用；l块码和四叉树编码：块码和四叉树编码：具有区域性质，又具有可变的分辨率，有具有区域性质，又具有可变的分辨率，有较高的压缩效率，四叉树编码可以直接进行大量图形图象运算，较高的压缩效率，四叉树编码可以直接进行大量图形图象运算，效率较高，是很有前途的编码方法。效率较高，是很有前途的编码方法。练习题：练习题： 有一

46、栅格数据文件按行方向由左到右、自上有一栅格数据文件按行方向由左到右、自上而下直接栅格编码表示为：而下直接栅格编码表示为：4，4，2，0；4，4，2，0；4，4，7，2；0，2，2，0。分析并回答下列问。分析并回答下列问题。题。（1）表示点状地物的代码是几？）表示点状地物的代码是几？（2）按行方向写出游程编码方案，并写出相应的行）按行方向写出游程编码方案，并写出相应的行索引文件。索引文件。（3）按四叉树分解最多能分解几次？并请绘出四叉）按四叉树分解最多能分解几次？并请绘出四叉树。树。答案：答案：（1 1）表示点状地物的代码是）表示点状地物的代码是7 7。（2 2）按行方向的游程编码方案：）按行方

47、向的游程编码方案： （4 4，2 2），（），（2 2，1 1），（），（0 0，1 1）；（）；（4 4，2 2），（），（2 2，1 1），（），（0 0，1 1）；（）；（4 4，2 2），（），（7 7，1 1），（），（2 2，1 1）；）；（0 0，1 1），（），（2 2，2 2），（），（0 0，1 1）。）。 索引文件附后。索引文件附后。（3 3）按四叉树分解最多能分解）按四叉树分解最多能分解2 2次。次。行序号行游程累计132639412行索引文件行索引文件游程数据文件编号长度142221301442521601742871921100111221201游程数据文件游程数据

48、文件1.1.便于面状现象便于面状现象( (土壤类、土地利用单土壤类、土地利用单元等元等) )；2.2.数据结构紧凑、冗余度低；数据结构紧凑、冗余度低；3.3.有利于网络分析；有利于网络分析；4.4.图形显示质量好、精度高。图形显示质量好、精度高。1.1.数据结构复杂；数据结构复杂；2.2.软件与硬件的技术要求比较软件与硬件的技术要求比较高；高；3.3.多边形叠合等分析比较困难；多边形叠合等分析比较困难；4.4.显示与绘图成本比较高。显示与绘图成本比较高。1.1.数据结构简单；数据结构简单；2.2.空间分析和地理现象的模拟均比较容空间分析和地理现象的模拟均比较容易；易；3.3.有利于与遥感数据的

49、匹配应用和分析；有利于与遥感数据的匹配应用和分析；4.4.输出方法快速，成本比较低廉。输出方法快速，成本比较低廉。1.1.图形数据量大；图形数据量大；2.2.投影转换比较困难；投影转换比较困难；3.3.栅格地图的图形质量相对较栅格地图的图形质量相对较低；低；4.4.现象识别的效果不如矢量方现象识别的效果不如矢量方法。法。 矢量结构与栅格结构的比较矢量结构与栅格结构的比较比较内容比较内容矢矢 量量 结结 构构栅栅 格格 结结 构构数据结构数据结构复杂复杂简单简单数据量数据量小小大大图形精度图形精度高高低低图形运算、搜索图形运算、搜索复杂、高效复杂、高效简单、低效简单、低效软件与硬件技术软件与硬件

50、技术不一致不一致一致或接近一致或接近遥感影像格式遥感影像格式要求比较高要求比较高不高不高图形输出图形输出显示质量好、精度高，显示质量好、精度高， 但但 成本比较高成本比较高输出方法快速，质量低，输出方法快速，质量低，成本比较低廉成本比较低廉数据共享数据共享不易实现不易实现容易实现容易实现拓扑和网络分析拓扑和网络分析容易实现容易实现不易实现不易实现 矢量结构与栅格结构的比较矢量结构与栅格结构的比较数据结构选择原则数据结构选择原则要素还是位置？要素还是位置？可获取的数据可获取的数据定位要素的必要精度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要素需要什么类型的拓扑关联需要什么类型的拓扑关联所

51、需空间分析类型所需空间分析类型生产地图类型生产地图类型三、曲面数据结构三、曲面数据结构连续表面的表达n连续表面（连续表面（surface） ：表示一：表示一种连续的空间分布，例如地形变种连续的空间分布，例如地形变化、也可以描述其他的分布（人化、也可以描述其他的分布（人口、温度口、温度.）n栅格本身就可以表达连续的表面。栅格本身就可以表达连续的表面。1111111 11111111111111 11 1111113333333333333333333333322 22 2 2 22222 22 2 22222 22 2 22222 222 222 222 222 222 222 222 222

52、222 222 222 222 222 222 2 222 22 2 222 2222222 222222222 22222 22222 22222222222 222 222 222 222222222 222222表达曲面的方法：表达曲面的方法：不规则三角网（不规则三角网（tin） 规则格网（规则格网（grid） n规则格网的曲面数据结构规则格网的曲面数据结构 类似于矩阵形式的栅格数据，只是其属类似于矩阵形式的栅格数据，只是其属性值为地面的性值为地面的高程高程或或其他连续分布现象其他连续分布现象的数值的数值。l第第1 1节节 地理空间及其表达地理空间及其表达l第第2 2节节 地理空间数据及

53、其特征地理空间数据及其特征l第第3 3节节 空间数据结构的类型空间数据结构的类型l第第4 4节节 空间数据结构的建立空间数据结构的建立第第 2 章章 地理信息系统的数据结构地理信息系统的数据结构第第4 4节节 空间数据结构的建立空间数据结构的建立数字测图仪数字测图仪图像扫描图像扫描遥感解译遥感解译gisgis数据的一个重要特征是数据的一个重要特征是数据与功能数据与功能之间具有密切的之间具有密切的联系联系( (见下表见下表) )，因此，在确定数据内容时，首先必须明，因此，在确定数据内容时，首先必须明确系统的功能；确系统的功能；对开发的对开发的gisgis系统的功能，是通过用户需求调查来确定系统的

54、功能，是通过用户需求调查来确定的，因此，在开发的，因此，在开发gisgis系统之前，首先要进行系统分析。系统之前，首先要进行系统分析。系统功能与数据间的关系(据jack dangermond等)城市城市gisgis包含的包含的专题数据有专题数据有十大类：十大类： 信息层示意图八大类八大类然后再细分为小类、然后再细分为小类、一级类、二级类一级类、二级类1：测量控制点：测量控制点 11：平面控制点：平面控制点12：高程控制点：高程控制点13：其他控制点：其他控制点1101：三角点：三角点1102：导线点：导线点11011：一等：一等11012：二等：二等11013：三等：三等11014：四等：四等

55、2 2、编码：、编码：（1 1）概念：）概念：编码也称为编码也称为特征码特征码，是指将，是指将数据分类的数据分类的结果结果用一种易于被计算机和人识别的用一种易于被计算机和人识别的符号系统符号系统表示表示出来的过程。结果是形成出来的过程。结果是形成代码代码，代码由数字或字符，代码由数字或字符组成，或由它们共同组成混合码。组成，或由它们共同组成混合码。 1：测量控制点：测量控制点 11：平面控制点：平面控制点12：高程控制点：高程控制点13：其他控制点：其他控制点1101：三角点：三角点1102：导线点：导线点11011：一等：一等11012：二等：二等11013：三等：三等11014：四等：四等

56、比如土地利用现状调查和农村地籍调查中土地类型划分如下：比如土地利用现状调查和农村地籍调查中土地类型划分如下： 土地类型土地类型土地类型土地类型土地类型土地类型土地类型土地类型名称名称 代代码码 名称名称 代代码码 名称名称 代代码码 名称名称 代代码码 耕地耕地1 1园地园地2 2居民点及工矿用地居民点及工矿用地5 5交通用地交通用地 6 6灌溉水田灌溉水田 11果园果园21城镇城镇 51铁路铁路61望天田望天田 12桑园桑园22农村居民点农村居民点52公路公路62水浇地水浇地 13茶园茶园23独立工矿用地独立工矿用地 53农村道路农村道路63旱地旱地 14橡胶园橡胶园24盐田盐田54民用机场

57、民用机场64菜地菜地 15其它园地其它园地25特殊用地特殊用地55港口码头港口码头65（2 2）码位、码段及其与编码的关系：）码位、码段及其与编码的关系：码位：码位：编码中每个字符或数字的位置称为码位编码中每个字符或数字的位置称为码位码段：码段：若干个码位组合成一个独立的意思，称为码若干个码位组合成一个独立的意思，称为码段段例：按国家例：按国家县级以下行政区划代码编码规则县级以下行政区划代码编码规则，对，对于于行政村行政村编码通常设置编码通常设置6 6位编码：位编码：其中：前三位表示乡、镇或政企合一行政单位，后三其中：前三位表示乡、镇或政企合一行政单位，后三位表示乡、镇所辖村的序号位表示乡、镇

58、所辖村的序号 我国内地行政区编码我国内地行政区编码3 32 2省省自治区自治区直辖市直辖市0 01 1市市地区地区自治州自治州盟盟0 05 5县县自治县自治县自治旗自治旗市辖区市辖区码位、码段及编码的关系：码位、码段及编码的关系： 码位是编码的最小单位，码段是编码的基本单位。码位是编码的最小单位，码段是编码的基本单位。 码位码位 组成组成 码段码段 组成组成 编码编码（3）编码方法 一般方法的步骤：一般方法的步骤： 列出全部制图对象列出全部制图对象清单清单； 将制图对象将制图对象分类、分级分类、分级； 拟定拟定分类代码分类代码系统；系统； 设定设定代码及其格式代码及其格式，设定代码使用的字符和

59、数字、，设定代码使用的字符和数字、码位长度、码位分配等；码位长度、码位分配等； 建立代码和编码对象的建立代码和编码对象的对照表对照表，这是编码最终成，这是编码最终成果档案，是数据出入计算机进行编码的依据。果档案，是数据出入计算机进行编码的依据。n两种基本编码方法两种基本编码方法 层次分类编码法：层次分类编码法：是按照分类对象的是按照分类对象的从属从属和层次关系为排和层次关系为排列顺序的一种代码，它的优点是能明确表示出分类对象的列顺序的一种代码，它的优点是能明确表示出分类对象的类别，代码结构有严格的隶属关系。类别，代码结构有严格的隶属关系。 耕地耕地7171园地园地 7272林地林地 7373牧

60、草地牧草地7474居民点及公矿用地居民点及公矿用地 7575交通用地交通用地7575水域水域 7676未利用地未利用地 7777土地利用类型土地利用类型7 7有林地有林地 731731灌木地灌木地 732732疏林地疏林地733733迹地迹地 735735针叶树疏林地针叶树疏林地73317331阔叶树疏林地阔叶树疏林地73327332未成林林地未成林林地734734多源分类编码法：多源分类编码法：对于对于一个一个特定的分类目标，根据诸多特定的分类目标，根据诸多不同的分类依据分别进行编码，各位数字代码之间并没不同的分类依据分别进行编码，各位数字代码之间并没有隶属关系。有隶属关系。 河流特性分类与