第二章数据结构与数据管理

1、第二章 数据结构与数据管理（4学时）一、教学基本要求 掌握：空间信息的组成、属性数据储存与管理、关系性数据库表达和查询、栅格数据模型及特点、矢量数据模型及特点，不规则三角网原理理解：关系型数据的结构、查询方式；栅格空间数据模型与矢量空间数据模型的比较和各自特点、适用范围；矢量型数据结构的比较（简单环状、拓扑）；数据存储的五个层次 了解：文件系统与数据库系统、拓扑关系的原理、空间与属性数据的管理方式。二、主要教学内容1.属性数据储存与管理文件系统与数据库系统第一种方式的特点用户必须知道文件的内部结构、改进处理，往往要改进文件结构、某个文件结构的变化，引起众多程序的修改第二种方式的特点 数据与应用

2、相对独立、用户数据共享、中央化的控制、使用方便、软件复杂、效率低第三种方式的特点 数据保密性好、 软件更复杂、数据库管理软件要求高ArcView 3.x的Tables是第二种方式，也可以访问第三种方式的数据库ArcInfo除了有上述2种方式，还可通过ArcCatalog对第三种方式进行管理、维护基于关系模型的数据库以表为基础：行(记录)，列（属性、数据项、字段、关键字段）查询：投影(列)，选择(行)，连接(表与表)，查询的结果仍是表维护：行：删除、添加、改属性值 列：更名、删除、增加、改类型、改宽度 表：增加、删除、更名ArcView ArcGIS均有上述功能，后者在维护上更全面关系数据库的优

3、缺点：容易理解、直观易懂、查询灵活维护方便查询效率慢（连接处理计算量大，要靠索引数据）2、空间数据模型（一）栅格型空间数据模型栅格数据结构的特点：、用单元填满空间、数据结构简单，存储方便、有限的多重属性（栅格取值应整数）、分辨率的提高和数据量之间呈平方指数关系5、为了减少数据量，产生了多种压缩存储量的数据结构6、对大数据量栅格，金字塔索引可以平衡分辨率和显示、查询速度之间的矛盾ArcView ArcInfo具有通用的图象显示功能、Grid数据分析功能（二）矢量型空间数据模型（点、线、面是简单矢量，网络是复杂矢量）矢量型多边形一般采用环状数据结构，公共边界需重复输入（三）拓扑数据结构传统线结点式

4、拓扑结构的四原则：方向性（线必定从起结点开始到终结点结束）连接性（线和线的连接处必定是结点）围合性（面必定是由线围合而成）相邻性（线必定有左多边形、右多边形）Shape文件为非拓扑的点、线、面，Coverage显性的符合上述原则的拓扑结构Geodatabase具有隐含的、随时的、多种拓扑关系空间对象相互关系自身邻接相交相离包含重合点-点点-线点-面线-线线-面面-面网络（以道路系统为例）拓扑数据结构的优缺点1图形的修改方便，可由软件检查数据输入的错误，容易保证数据质量2便于叠合分析、网络分析、等3数据结构复杂，软件复杂4建立拓扑关系需花计算时间（当数据量很大时）ArcView 3作网络分析时产

5、生拓扑结构，ArcInfo Geodatabase具有多种空间关系，隐含的拓扑结构（四）不规则三角网不规则三角网（Triangulated Irregular Network，TIN），特殊的矢量（拓扑）模型。原始数据是矢量样本点，将样本点用直线相互连接，形成不规则的三角形网络，网络的结点就是样本点，如果每个样本点有自己的高程值，每个三角形就相当于三维空间中的一个斜面，TIN模型最常用的对象是地形，也可以用在某些自然环境、社会经济领域。ArcView ArcMap可以自动从样本点产生TIN，三维显示，还可作进一步分析。TIN模型的二维显示 TIN模型的三维显示矢量型数据结构的比较简单（环状）数

6、据结构链结点式拓扑数据结构数据结构简单复杂简单查询快慢多边形相邻、嵌套关系表达难表达易网络线段与结点的关系没有有数据编辑、更新公共边界、网络靠人工处理公共边界、网络结点由软件自动产生分析功能有限，或者先临时产生拓扑结构再作分析多重叠合、网络分析容易常用图形对应矢量数据，图像对应栅格数据。 矢量模型还有连续空间的问题DIME (Dual Independent Map Encoding双重独立地图编码体系）TIGER (Topologically Integrated Geographic Encoding and Referencing, 以拓扑方式集成化的地理编码和参照体系)矢量模型和栅格模

7、型的比较矢量模型栅格模型数据量小大位置精度高低数据结构复杂简单点、线、面相互关系丰富缺乏多重属性方便成组分类数据输入手工数字化、野外实测、扫描后处理、栅格转换扫描、遥感、矢量转换、空间插值数据更新局部的成片的分析功能点、线、面相互关系、网络、叠合边界模糊的连续表面的分析、多层叠合、地图代数投影变换容易复杂绘图输出精细、分类明确概括的、反映连续变化、渐变适用对象几何形态明确、边界确切几何形态不明确、边界模糊数据储存问题的五个层次：属性数据空间数据对现实世界的抽象属性、数据项、字段地图（点、线、面、栅格）数据模型关系模型栅格模型、矢量模型（分层、连续）数据结构表状结构简单、游程长度、四分树、环状、拓扑文件结构数据库软件决定，用户可适当定义软件系统本身决定，用户修改余地小物理储存方式操作系统、硬件操作系统、硬件三、教学要点和难点本章概念多，原理多，理论性较强。要注意讲授方式，突出对各概念的准确理解，数据结构点到为止，强调数据模型和对现实世界的抽象、以及不同空间数据模型的适用条件，注重与上机练习相关过程实例的有机结合。特别要注意的难点： 1，关系型数据库的概念和查询2，栅格空间数据模型的概念 3，矢量空间数据模型的概念 4，拓扑关系的描述5，矢量模型和栅格模型的比较四、教材、教学参考书宋小冬、叶嘉安，地理信息系统及其在城市规划与管理中应用，科学出版社，第二章D