GIS原理与方法201202-2空间数据结构

1、中国地质大学江城学院中国地质大学江城学院中国地质大学江城学院地理信息系统原理地理信息系统原理中国地质大学江城学院GIS GIS 原理与方法原理与方法 1 1 绪论绪论 2 2 空间数据结构空间数据结构 3 3 地理信息系统的地理数学基础地理信息系统的地理数学基础 4 4 地理信息系统的数据输入地理信息系统的数据输入 5 5 地理信息系统的数据处理地理信息系统的数据处理 6 6 空间数据管理空间数据管理 8 8 空间分析空间分析 9 9 数字高程模型数字高程模型 10 10 网络地理信息系统网络地理信息系统 11 11 空间数据挖掘与空间决策支持系统空间数据挖掘与空间决策支持系统 12 GIS1

2、2 GIS输出与地图可视化输出与地图可视化 13 13 地理信息系统工程与标准地理信息系统工程与标准 14 14 地理信息系统的发展趋势地理信息系统的发展趋势 中国地质大学江城学院2 空间数据结构空间数据结构 2.1 2.1 空间认知模型空间认知模型 2.2 2.2 空间实体模型空间实体模型 2.3 2.3 栅格数据结构栅格数据结构 2.4 2.4 矢量数据结构矢量数据结构 2.5 2.5 矢栅结合的数据结构矢栅结合的数据结构 2.6 2.6 矢量与栅格数据结构的比较矢量与栅格数据结构的比较 中国地质大学江城学院2.1 2.1 空间认知模型空间认知模型1 现实世界的认知过程现实世界现实世界数字

3、世界数字世界观察、抽象观察、抽象综合取舍综合取舍定义、编码定义、编码模型化模型化概念世界概念世界以实体表达以实体表达中国地质大学江城学院2.1 2.1 空间认知模型空间认知模型2 空间认知三层模型空间概念模型空间概念模型空间逻辑模型空间逻辑模型物理模型物理模型现实世界现实世界矢量数据模型矢量数据模型栅格数据模型栅格数据模型矢矢- -栅一体化数据模型栅一体化数据模型层次模型层次模型网络模型网络模型关系模型关系模型面向对象模型面向对象模型物理表示组织物理表示组织空间数据存取空间数据存取中国地质大学江城学院2.3 2.3 栅格数据结构栅格数据结构 2.3.1 栅格数据基本概念栅格数据基本概念 2.3

4、.2 栅格数据层的概念栅格数据层的概念 2.3.3 栅格数据结构的表示栅格数据结构的表示 2.3.4 栅格数据的组织方法栅格数据的组织方法 2.3.5 栅格数据取值方法栅格数据取值方法 2.3.6 栅格数据存储编码栅格数据存储编码 中国地质大学江城学院2.3.1 2.3.1 栅格数据基本概念栅格数据基本概念 将工作区域的平面表象按一定分解力作行和列的规则划将工作区域的平面表象按一定分解力作行和列的规则划分，形成许多格网，每个网格单元称为象素。根据所表分，形成许多格网，每个网格单元称为象素。根据所表示实体的表象信息差异，各象元可用不同的示实体的表象信息差异，各象元可用不同的“灰度值灰度值”来表示

5、来表示 。 若每个象元规定若每个象元规定N N比特，则其灰度值范围可在比特，则其灰度值范围可在0 0到到2 2N N1 1之之间；把白灰色黑的连续变化量化成间；把白灰色黑的连续变化量化成8 8比特（比特（bitbit），），其灰度值范围就允许在其灰度值范围就允许在0 0255255之间，共之间，共256256级；若每个级；若每个象元只规定象元只规定1 1比特，则灰度值仅为比特，则灰度值仅为0 0和和1 1，这就是所谓二，这就是所谓二值图像，值图像，0 0代表背景。代表背景。 栅格数据结构实际上就是象元阵列，即象元按矩阵形式栅格数据结构实际上就是象元阵列，即象元按矩阵形式的集合，栅格中的每个象元

6、是栅格数据中最基本的信息的集合，栅格中的每个象元是栅格数据中最基本的信息存储单元，其坐标位置可以用行号和列号确定。存储单元，其坐标位置可以用行号和列号确定。中国地质大学江城学院2.3.2 2.3.2 栅格数据层的概念栅格数据层的概念 在栅格数据结构中，物体的空间位置就用其在笛在栅格数据结构中，物体的空间位置就用其在笛卡尔平面网格中的行号和列号坐标表示，物体的卡尔平面网格中的行号和列号坐标表示，物体的属性用象元的取值表示，每个象元在一个网格中属性用象元的取值表示，每个象元在一个网格中只能取值一次，同一象元要表示多重属性的事物只能取值一次，同一象元要表示多重属性的事物就要用多个笛卡尔平面网格，每个

7、笛卡尔平面网就要用多个笛卡尔平面网格，每个笛卡尔平面网格表示一种属性或同一属性的不同特征，这种平格表示一种属性或同一属性的不同特征，这种平面称为层。面称为层。中国地质大学江城学院栅格数据层的概念栅格数据层的概念 每个平面网格表示一种属性或同一属性的不同每个平面网格表示一种属性或同一属性的不同特征，这种平面称为特征，这种平面称为层层。现实世界现实世界地图分层地图分层栅格数据层栅格数据层叠加分析叠加分析中国地质大学江城学院中国地质大学江城学院2.3.3 2.3.3 栅格数据结构表示栅格数据结构表示 1 二维数组栅格数据最常用的一种存储方式栅格数据最常用的一种存储方式组合方式组合方式：节约存储量：节

8、约存储量比特面方式比特面方式：能在各面：能在各面间进行高效率的逻辑运间进行高效率的逻辑运算，存储设备利用率高。算，存储设备利用率高。但处理耗时但处理耗时中国地质大学江城学院 2 一维数组将栅格面内的全体像素按照一定规则存储在一将栅格面内的全体像素按照一定规则存储在一维数组中，主要用于栅格数据的压缩编码维数组中，主要用于栅格数据的压缩编码中国地质大学江城学院2.3.4 2.3.4 栅格数据组织方法栅格数据组织方法 1.以象元为序。以象元为序。记录象元坐标和各层属性值。记录象元坐标和各层属性值。节省了许多存储空间，因为节省了许多存储空间，因为N层中实际上只存了层中实际上只存了1层的象元坐标。如图层

9、的象元坐标。如图a 2.以层为基础。以层为基础。每一层又以象元为序记录它的每一层又以象元为序记录它的坐标和属性值，一层记录完后再记录第二层。这坐标和属性值，一层记录完后再记录第二层。这种方法较为简单，但需要的存储空间最大。如图种方法较为简单，但需要的存储空间最大。如图b 3.以层为基础。以层为基础。但每一层内则以多边形（也称但每一层内则以多边形（也称制图单元）为序记录多边形的属性值和充满多边制图单元）为序记录多边形的属性值和充满多边形的各象元的坐标。则节省了许多用于存储属性形的各象元的坐标。则节省了许多用于存储属性的空间，同一属性的制图单元的个象元只记录的空间，同一属性的制图单元的个象元只记录

10、一次属性值。如图一次属性值。如图c中国地质大学江城学院中国地质大学江城学院2.3.5 栅格数据取值方法栅格数据取值方法1 中心归属法中心归属法 中心归属法：每个栅中心归属法：每个栅格单元的值以网格中格单元的值以网格中心点对应的面域属性心点对应的面域属性值来确定。值来确定。中国地质大学江城学院2 长度占优法长度占优法 长度占优法：每个栅长度占优法：每个栅格单元的值以网格中格单元的值以网格中线（水平或垂直）的线（水平或垂直）的大部分长度所对应的大部分长度所对应的面域的属性值来确定。面域的属性值来确定。中国地质大学江城学院3 面积占优法面积占优法 面积占优法：每个栅面积占优法：每个栅格单元的值以在该

11、网格单元的值以在该网格单元中占据最大面格单元中占据最大面积的属性值来确定。积的属性值来确定。中国地质大学江城学院4 重要性法重要性法 重要性法：根据栅格重要性法：根据栅格内不同地物的重要性内不同地物的重要性程度，选取特别重要程度，选取特别重要的空间实体决定对应的空间实体决定对应的栅格单元值，如稀的栅格单元值，如稀有金属矿产区，其所有金属矿产区，其所在区域尽管面积很小在区域尽管面积很小或不位于中心，也应或不位于中心，也应采取保留的原则。采取保留的原则。中国地质大学江城学院2.3.6 2.3.6 栅格数据存储编码栅格数据存储编码 (1) (1) 直接编码直接编码 (2) (2) 链式编码链式编码

12、(3) (3) 行程编码行程编码 (4) (4) 块式编码块式编码 (5) (5) 四叉树编码四叉树编码 中国地质大学江城学院(1) 直接栅格编码直接栅格编码是最简单最直观而又非常重要的一种栅格结构是最简单最直观而又非常重要的一种栅格结构编码方法，通常称这种编码为图像文件或栅格文件。直接编码就编码方法，通常称这种编码为图像文件或栅格文件。直接编码就是将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行（或逐列）逐个记录代码，是将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行（或逐列）逐个记录代码，可以每行都从左到右逐象元记录，也可奇数行从左到右，而偶数可以每行都从左到右逐象元记录，也可奇数行从左到右，而偶数行由右向左记录，为了特

13、定目的还可采用其它特殊的顺序行由右向左记录，为了特定目的还可采用其它特殊的顺序 3 3 3 4 4 4 4 43 3 3 3 4 4 4 41 3 3 3 4 4 4 21 1 3 3 3 2 2 21 1 1 1 3 2 2 21 1 1 1 2 2 2 21 1 1 1 1 2 2 21 1 1 1 1 2 2 2133344444233334444313334442411333222511113222611112222711111222811111222中国地质大学江城学院(2) (2) 链式编码链式编码 考虑考虑图图2.112.11中的多边形。该多边形边界可以表中的多边形。该多边形边界

14、可以表示为：由某一原点开始并按某些基本方向确定示为：由某一原点开始并按某些基本方向确定的单位矢量链。基本方向可定义为：东的单位矢量链。基本方向可定义为：东0 0，南，南3 3，西，西2 2，北，北1 1等。等。 特点：对多边形的表示具有很强的数据压缩能特点：对多边形的表示具有很强的数据压缩能力；具有一定的运算功能，如面积和周长计算力；具有一定的运算功能，如面积和周长计算等；叠置运算如组合、相交等则很难实施。等；叠置运算如组合、相交等则很难实施。 中国地质大学江城学院 确定原点为像元（确定原点为像元（1010，1 1），则该多边形界按），则该多边形界按顺时方向的链式编码为：顺时方向的链式编码为：

15、 0 0，1 1，0 02 2，3 3，0 02 2，1 1，0 0，3 3，0 0，1 1，0 03 3，3 32 2，2 2，3 33 3，0 02 2，1 1，0 05 5，3 32 2，2 22 2，3 3，2 23 3，3 3，2 23 3，1 1，2 22 2，1 1，2 22 2，1 1，2 22 2，1 1，2 22 2，1 13 3 基本方向可定义为：基本方向可定义为：东东0 0，南，南3 3，西，西2 2，北，北1 1。中国地质大学江城学院(3)(3)行程编码行程编码 按行（或列）记录相同代码的始末象元按行（或列）记录相同代码的始末象元的列号（或行号）和相应的代码，左的列号

16、（或行号）和相应的代码，左图可沿行方向进行程编码：图可沿行方向进行程编码： 1行：（行：（1，3，3），（），（4，8，4）；）； 2行：（行：（3，4，3），（），（5，8，4）；）； 3行：（行：（1，1，1），（），（2，4，3），）， （5，7，4），（），（8，8，2）；）； 4行：（行：（1，2，1），（），（3，5，3），）， （6，8，2）；）； 5行：（行：（1，4，1），（），（5，5，3），）， （6，8，2）；）； 6行：（行：（1，4，1），（），（5，8，2）；）； 7行：（行：（1，5，1），（），（6，8，2）；）； 8行：（行：（1，5，1），（），（6，8，

17、2）。 133344444233334444313334442411333222511113222611112222711111222811111222中国地质大学江城学院(4) 块式编码块式编码 把多边形范围划分成由象元组成的正方把多边形范围划分成由象元组成的正方形，然后对各个正方形进行编码。块式形，然后对各个正方形进行编码。块式编码数据结构中包括编码数据结构中包括3个数字：块的初个数字：块的初始位置（行、列号）和块的大小（块包始位置（行、列号）和块的大小（块包括的象元数），再加上记录单元的代码括的象元数），再加上记录单元的代码组成。组成。 （1，1，2，3），（），（1，3，1，3），），

18、 （1，4，1，4），（），（1，5，3，4）,（1，8，1，4），（），（2，3，1，3），），（2，4，1，3），（），（2，8，1，4），），（3，1，1，1），（），（3，2，1，3），），（3，3，2，3），（），（3，8，1，2），），（4，1，1，1），（），（4，2，1，1），），（4，5，1，3），（），（4，6，1，2），），（4，7，2，2），（），（5，1，4，1），），（5，5，1，3），（），（5，6，1，2），），（6，5，1，2），（），（6，6，3，2），），（7，5，1，1），（），（8，5，1，1）。）。 1333444442333344443133344

19、42411333222511113222611112222711111222811111222中国地质大学江城学院(5)(5)四叉树编码四叉树编码 四叉树分割：将图四叉树分割：将图像区域按大小相同像区域按大小相同的象限的象限4 4等分，每等分，每个象限又可根据一个象限又可根据一定规则判断是否继定规则判断是否继续等分为次一层的续等分为次一层的4 4个象限。子象限个象限。子象限只含一种属性代码，只含一种属性代码，则停止继续分割。则停止继续分割。图像区域的栅格阵图像区域的栅格阵列应为列应为2 2n n2 2n n中国地质大学江城学院 四叉树结构：把四叉树结构：把2 2n n2 2n n象元组成的阵列

20、当作树的根节点，象元组成的阵列当作树的根节点，树的高度为树的高度为n n，每个节点分别代表南西（，每个节点分别代表南西（SWSW）、南东）、南东（SESE）、北西（）、北西（NWNW）、北东（）、北东（NENE）。四个分支中要么是树）。四个分支中要么是树叶、树叉。树叶代表一种代码。树叉继续再分。叶、树叉。树叶代表一种代码。树叉继续再分。中国地质大学江城学院 （5.1）指针四叉树）指针四叉树 指针四叉树编码是通过在子结点与父结点之指针四叉树编码是通过在子结点与父结点之间设立指针的方式建立起整个结构。按这种间设立指针的方式建立起整个结构。按这种方式，四叉树的每个结点通常存储方式，四叉树的每个结点通

21、常存储6个量，个量，即四个子结点指针、一个父结点指针和该结即四个子结点指针、一个父结点指针和该结点的属性代码。这种方法除了要记录叶结点点的属性代码。这种方法除了要记录叶结点外，还要记录中间结点，一般要占用较大存外，还要记录中间结点，一般要占用较大存储空间。储空间。 中国地质大学江城学院 （5.2）线性四叉树）线性四叉树 线性四叉树编码为美国马里兰大学地理信息线性四叉树编码为美国马里兰大学地理信息系统中采用的编码方法，它的基本思想是：系统中采用的编码方法，它的基本思想是：不需记录中间结点和使用指针，仅记录叶结不需记录中间结点和使用指针，仅记录叶结点，并用地址码（如点，并用地址码（如Morton码

22、等）表示叶码等）表示叶结点的位置。结点的位置。 中国地质大学江城学院 基于深度和层次的线性四叉树编码基于深度和层次的线性四叉树编码记录每个叶结点的地址和值，值就是子区的属性代码，其中记录每个叶结点的地址和值，值就是子区的属性代码，其中地址包括两部分，共地址包括两部分，共3232位（二进制）最右边位（二进制）最右边4 4位记录该叶结点位记录该叶结点的深度，左边的的深度，左边的2828位记录路径，从右边第位记录路径，从右边第5 5位往左记录从叶节位往左记录从叶节点到根结点的路径。点到根结点的路径。0 0，1 1，2 2，3 3分别表示分别表示SWSW，SESE，NWNW，NENE。第第4 4号结点

23、编码为号结点编码为深度为深度为3，第一层处于，第一层处于SE象限，第二层处于象限，第二层处于SW象限，第三层处于象限，第三层处于NW象限。象限。 中国地质大学江城学院 四进制地址码四进制地址码 该编码方法是从整体开始水平和垂直分隔，每分隔该编码方法是从整体开始水平和垂直分隔，每分隔一次，增加一位数字。如图一次，增加一位数字。如图2-17(b)为对图为对图2-17（a）进行第一次分隔后得到四个区域（进行第一次分隔后得到四个区域（0，1，2，3），），即每一个位均是用一个小于即每一个位均是用一个小于4的四进制数来表示位的四进制数来表示位置。因此，该码的位数表示分隔的次数。进行第二置。因此，该码的位

24、数表示分隔的次数。进行第二次分隔后得到次分隔后得到“B”的地址编码为的地址编码为“03”。 中国地质大学江城学院十进制地址码十进制地址码(Morton码码)四进制四进制MortonMorton码直观上切合四叉树分割，但许多语言不支持四进制变量码直观上切合四叉树分割，但许多语言不支持四进制变量，需用十进制表示，需用十进制表示MortonMorton码。线性四叉树的十进制编码简称码。线性四叉树的十进制编码简称M MD D编码，它编码，它同线性四叉树的四进制编码主要不同在于编码值是十进制自然数，其合同线性四叉树的四进制编码主要不同在于编码值是十进制自然数，其合并过程可直接按自然数顺序进行。并过程可直

25、接按自然数顺序进行。如行为如行为2 2、列为、列为3 3的栅格的的栅格的M MD D步骤：步骤：(1)(1)行、列号为二进制行、列号为二进制 I Ib b= 1 0 J= 1 0 Jb b= 1 1= 1 1(2)I(2)I行行J J列交叉列交叉 1 1 0 1 = 131 1 0 1 = 13(3)(3)再化为十进制再化为十进制. . 实质上是按左上、右上、左下、右下的顺序，从实质上是按左上、右上、左下、右下的顺序，从零开始对每个栅格进行自然编码。零开始对每个栅格进行自然编码。 A 0A 1A 4A 5A 2 B 3B 6B 7A 8A 9B 12B 13A 10A 11B 14B 15中国

26、地质大学江城学院 在一个在一个nn的图像阵列中，每个像元点都相应的给出一的图像阵列中，每个像元点都相应的给出一个个Morton码。如图码。如图2-18为为88的图像阵列每一像元的的图像阵列每一像元的Morton码。如第码。如第7列列5行的行的Morton码为码为55，即（，即（7）10（0111）2，（，（5）10（0101）2，两二进制交换位后为，两二进制交换位后为（00110111）2（55）10。 中国地质大学江城学院 把一幅把一幅2n2n的图像压缩成线性四叉树的图像压缩成线性四叉树的过程为：的过程为： 按按Morton码把图象读入一维数组；码把图象读入一维数组； 相邻的四个象元比较，一

27、致的合并，只记录相邻的四个象元比较，一致的合并，只记录第一个象元的第一个象元的Morton码；码； 比较所形成的大块，相同的再合并，直到不比较所形成的大块，相同的再合并，直到不能合并为止。能合并为止。 中国地质大学江城学院 如对于图如对于图2-20为图为图2-19所示图像的所示图像的Morton。该栅格图。该栅格图像的压缩处理过程为：像的压缩处理过程为： 按按Morton码读入一维数组；码读入一维数组； Morton码：0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 象 元 值： A A A B A B B B A A A A B B B B 四相邻象元合并，只记录

28、第一个象元的四相邻象元合并，只记录第一个象元的Morton码。由于码。由于Morton码码8，9，10，11的像元均为的像元均为A，故只记录第一个，故只记录第一个Morton码码8即可，从而达到压缩的目的；即可，从而达到压缩的目的； 0 1 2 3 4 5 6 7 8 12 A A A B A A B B A B 由于不能进一步合并，则可用行程长度编码压缩。由于不能进一步合并，则可用行程长度编码压缩。 0 3 4 6 8 12 A B A B A B在解码时，根据Morton码就可知道象元在图像中的位置(左上角)，本Morton码和下一个Morton码之差即为象元个数。知道了象元的个数和象元的

29、位置就可恢复出原始图像。中国地质大学江城学院四叉树编码的优点四叉树编码的优点（1 1）易于计算多边形的数量特征；）易于计算多边形的数量特征；（2 2）是一种可变分辨率编码，可用较少的存储量精确的表示复杂的图形；）是一种可变分辨率编码，可用较少的存储量精确的表示复杂的图形；（3 3）栅格到四叉树及到四叉树到简单栅格结构的转换比其他压缩方法容易）栅格到四叉树及到四叉树到简单栅格结构的转换比其他压缩方法容易 。（4 4）便于在多边形中嵌套多边形，如表示）便于在多边形中嵌套多边形，如表示“岛岛” 。 四叉树编码的缺点四叉树编码的缺点 （1 1）数据结构复杂，当同时提供多种四叉树结构时，不利于分析。）数

30、据结构复杂，当同时提供多种四叉树结构时，不利于分析。 （2 2）未能表示物体间的拓扑关系。）未能表示物体间的拓扑关系。 （3 3）一个物体的图像在构成四叉树时会被分割到若干个象限中，使它失去）一个物体的图像在构成四叉树时会被分割到若干个象限中，使它失去 了内在的相关性。了内在的相关性。中国地质大学江城学院2.4 2.4 矢量数据结构矢量数据结构 2.4.1 2.4.1 矢量数据结构矢量数据结构 2.4.2 2.4.2 拓扑数据结构拓扑数据结构 2.4.3 2.4.3 多边形矢量编码多边形矢量编码 2.4.4 2.4.4 索引式索引式 2.4.5 2.4.5 结构结构 2.4.6 2.4.6 链

31、状双重独立式数据结构链状双重独立式数据结构 2.4.7 2.4.7 完整的多边形拓扑结构完整的多边形拓扑结构中国地质大学江城学院2.4.1 2.4.1 矢量数据结构矢量数据结构 矢量是具有一定大小和方向的量，数学上和物理上也矢量是具有一定大小和方向的量，数学上和物理上也叫向量。在纸上用笔划一条线段，绘图机在纸上画一叫向量。在纸上用笔划一条线段，绘图机在纸上画一条线段，计算机图形中一条有向线段，都是一个直观条线段，计算机图形中一条有向线段，都是一个直观的矢量。的矢量。 矢量数据就是代表地图图形的各离散点平面坐标（矢量数据就是代表地图图形的各离散点平面坐标（x x，y y）的有序集合。）的有序集合

32、。 矢量数据结构是一种最常见的图形数据结构，矢量数据结构是一种最常见的图形数据结构，主要用主要用于表示地图图形元素几何数据之间及其与属性数据之于表示地图图形元素几何数据之间及其与属性数据之间的相互关系。间的相互关系。通过记录坐标方式，尽可能地将点、通过记录坐标方式，尽可能地将点、线、面地理实体表现得精确无误。其坐标空间假定为线、面地理实体表现得精确无误。其坐标空间假定为连续空间，不必象栅格数据结构那样进行量化处理，连续空间，不必象栅格数据结构那样进行量化处理，因此矢量数据更能精确地确定实体的空间位置。因此矢量数据更能精确地确定实体的空间位置。 中国地质大学江城学院1. 1. 点实体点实体点实体

33、包括由单独一对点实体包括由单独一对x，y坐标定坐标定位的一切地理或制图实体。位的一切地理或制图实体。在矢量数据结构中，除点实体的在矢量数据结构中，除点实体的x，y坐标外还应存储其它一些与点实坐标外还应存储其它一些与点实体有关的数据来描述点实体的类型、体有关的数据来描述点实体的类型、制图符号和显示要求等。制图符号和显示要求等。点是空间上不可再分的地理实体，点是空间上不可再分的地理实体，可以是具体的也可以是抽象的，如可以是具体的也可以是抽象的，如地物点、文本位置点或线段网络的地物点、文本位置点或线段网络的结点等，如果点是一个与其它信息结点等，如果点是一个与其它信息无关的符号，则记录时应包括符号无关

34、的符号，则记录时应包括符号类型、大小、方向等有关信息；如类型、大小、方向等有关信息；如果点是文本实体，记录的数据应包果点是文本实体，记录的数据应包括字符大小、字体、排列方式、比括字符大小、字体、排列方式、比例、方向以及与其它非图形属性的例、方向以及与其它非图形属性的联系方式等信息。对其它类型的点联系方式等信息。对其它类型的点实体也应做相应的处理。实体也应做相应的处理。 中国地质大学江城学院2. 线实体线实体线实体可以定义为直线元素组成的各种线性要素，直线线实体可以定义为直线元素组成的各种线性要素，直线元素由两对元素由两对x，y坐标定义。坐标定义。最简单的线实体只存储它最简单的线实体只存储它的起

35、止点坐标、属性、显示符等有关数据。例如，线实的起止点坐标、属性、显示符等有关数据。例如，线实体输出时可能用实线或虚线描绘，这类信息属符号信息，体输出时可能用实线或虚线描绘，这类信息属符号信息，它说明线实体的输出方式。它说明线实体的输出方式。 弧、链是弧、链是n个坐标对的集合，这些坐标可以描述任何连个坐标对的集合，这些坐标可以描述任何连续而又复杂的曲线。续而又复杂的曲线。组成曲线的线元素越短，组成曲线的线元素越短，x，y坐坐标数量越多，就越逼近于一条复杂的曲线。标数量越多，就越逼近于一条复杂的曲线。 线的网络结构：线的网络结构：简单的线或链没有携带彼此互相连接的简单的线或链没有携带彼此互相连接的

36、空间信息，而这种连接信息又是供排水网和道路网分析空间信息，而这种连接信息又是供排水网和道路网分析中必不可少的信息。因此要在数据结构中建立指针系统中必不可少的信息。因此要在数据结构中建立指针系统才能让计算机在复杂的线网结构中逐线跟综每一条线。才能让计算机在复杂的线网结构中逐线跟综每一条线。指针的建立要以结点为基础，如建立水网中每条支流之指针的建立要以结点为基础，如建立水网中每条支流之间连接关系时必须使用这种指针系统。指针系统包括结间连接关系时必须使用这种指针系统。指针系统包括结点指向线的指针，每条从结点出发的线汇于结点处的角点指向线的指针，每条从结点出发的线汇于结点处的角度等，从而完整地定义线网

37、络的拓扑关系。度等，从而完整地定义线网络的拓扑关系。线实体主要用来表示线状地物（公路、水系、山脊线）、线实体主要用来表示线状地物（公路、水系、山脊线）、符号线和多边形边界，有时也称为符号线和多边形边界，有时也称为“弧弧”、“链链”、“串串”等。等。 中国地质大学江城学院3. 面实体面实体 多边形（有时称为区域）数据是描述地理空间信息的最重要多边形（有时称为区域）数据是描述地理空间信息的最重要的一类数据。的一类数据。在区域实体中，具有名称属性和分类属性的，在区域实体中，具有名称属性和分类属性的，多用多边形表示，如行政区、土地类型、植被分布等多用多边形表示，如行政区、土地类型、植被分布等；具有；具

38、有标量属性的有时也用等值线描述（如地形、降雨量等）。标量属性的有时也用等值线描述（如地形、降雨量等）。 多边形矢量编码，不但要表示位置和属性，更重要的是能表多边形矢量编码，不但要表示位置和属性，更重要的是能表达区域的拓扑特征，如形状、邻域和层次结构等达区域的拓扑特征，如形状、邻域和层次结构等，以便恢复，以便恢复这些基本的空间单元可以作为专题图的资料进行显示和操作，这些基本的空间单元可以作为专题图的资料进行显示和操作，由于要表示的信息十分丰富，基于多边形的运算多而复杂，由于要表示的信息十分丰富，基于多边形的运算多而复杂，因此多边形矢量编码比点和线实体的矢量编码要复杂得多，因此多边形矢量编码比点和

39、线实体的矢量编码要复杂得多，也更为重要。也更为重要。 对多边形网提出如下要求：对多边形网提出如下要求： （1）组成地图的每个多边形应有唯一的形状、周长和面积。）组成地图的每个多边形应有唯一的形状、周长和面积。 （2）地理分析要求的数据结构应能够记录每个多边形的邻域关系，）地理分析要求的数据结构应能够记录每个多边形的邻域关系，其方法与水系网中记录连接关系一样。其方法与水系网中记录连接关系一样。 （3）专题地图上的多边形并不都是同一等级的多边形，而可能是多）专题地图上的多边形并不都是同一等级的多边形，而可能是多边形内嵌套小的多边形（次一级）。例如，湖泊的水域线在土地用边形内嵌套小的多边形（次一级）

40、。例如，湖泊的水域线在土地用图上可算是个岛状多边形，而湖中的岛屿为图上可算是个岛状多边形，而湖中的岛屿为“岛中之岛岛中之岛”。这种所。这种所谓谓“岛岛”或或“洞洞”的结构是多边形关系中较难处理的问题。的结构是多边形关系中较难处理的问题。中国地质大学江城学院中国地质大学江城学院2.4.2 拓扑数据结构 1. 拓扑学拓扑学 拓扑学与欧几里得几何学的不同之处在于它不涉及距拓扑学与欧几里得几何学的不同之处在于它不涉及距离、方位或曲直等性质，即不涉及图形的量度性质。离、方位或曲直等性质，即不涉及图形的量度性质。 例如，火车站的交通示意图、公共汽车站的路牌都可例如，火车站的交通示意图、公共汽车站的路牌都可

41、以看作拓扑图形，因为这些图形在比例、形状或位置以看作拓扑图形，因为这些图形在比例、形状或位置方面均有着极大的变形。方面均有着极大的变形。 中国地质大学江城学院2.2.拓扑关系拓扑关系 空间拓扑关系是讨论空间实体间拓扑属性，即在空间拓扑关系是讨论空间实体间拓扑属性，即在拓扑变换如旋转、平移、缩放等下保持不变的空拓扑变换如旋转、平移、缩放等下保持不变的空间关系，它是间关系，它是GISGIS中不可缺少的一种基本关系。中不可缺少的一种基本关系。 地理空间中的点、线、面实体之间存在着各种各地理空间中的点、线、面实体之间存在着各种各样的拓扑关系，因此表示拓扑关系的数据是空间样的拓扑关系，因此表示拓扑关系的

42、数据是空间数据的重要组成部分数据的重要组成部分, ,空间拓扑关系是空间查询空间拓扑关系是空间查询与分析的基础与分析的基础。 拓扑关系是指网结构元素结点、弧段、面域之间拓扑关系是指网结构元素结点、弧段、面域之间的空间关系，主要表现为下列的空间关系，主要表现为下列三种关系：拓扑邻三种关系：拓扑邻接关系、拓扑关联关系、拓扑包含关系接关系、拓扑关联关系、拓扑包含关系。中国地质大学江城学院（1）拓扑邻接）拓扑邻接拓扑邻接指存在于拓扑邻接指存在于空间图形的同类元空间图形的同类元素之间的拓扑关系。素之间的拓扑关系。结点邻接关系有结点邻接关系有N1/N4N1/N4，N1/N2N1/N2等；等；多边形邻接关系有

43、多边形邻接关系有P1/P3P1/P3，P2/P3 P2/P3 等。等。 中国地质大学江城学院（2）拓扑关联）拓扑关联 拓扑关联指存在于空间拓扑关联指存在于空间图形的不同类元素之间图形的不同类元素之间的拓扑关系。结点与弧的拓扑关系。结点与弧段关联关系有段关联关系有N1/C1N1/C1、C3C3、C6C6，N2/C1N2/C1、C2C2、C5 C5 等。多边形与线等。多边形与线段的关联关系有段的关联关系有P1/C1P1/C1、C5C5、C6C6，P2/C2P2/C2、C4C4、C5C5、C7C7等。等。 中国地质大学江城学院（3）拓扑包含）拓扑包含 拓扑包含指存在于空间图形的同类但不同级拓扑包含指

44、存在于空间图形的同类但不同级的元素之间的拓扑关系，的元素之间的拓扑关系， P1P1包含包含P2P2和和P3P3。 中国地质大学江城学院 3. 拓扑数据结构拓扑数据结构 目前，人们对拓扑关系的表达进行了大量研究，提出目前，人们对拓扑关系的表达进行了大量研究，提出了更复杂的关联和邻接关系。实际上，许多了更复杂的关联和邻接关系。实际上，许多GIS系统在系统在处理使用上述表格的方式有所不同，对于上述出现变处理使用上述表格的方式有所不同，对于上述出现变长记录的表格（如结点关联的弧段），有的系统使用长记录的表格（如结点关联的弧段），有的系统使用指针方法，有的则直接存储变长记录指针方法，有的则直接存储变长记

45、录(如如ArcGIS)。中国地质大学江城学院中国地质大学江城学院2.4.3 2.4.3 多边形矢量编码多边形矢量编码 一个区域或一幅地图可以划分成许多多边形，每一个区域或一幅地图可以划分成许多多边形，每个多边形由一条或若干条弧段组成，每条弧段由个多边形由一条或若干条弧段组成，每条弧段由一串有序的一串有序的x，y坐标对组成，每条弧段的两端点坐标对组成，每条弧段的两端点为结点，每个结点连接两条以上的弧段，多边形为结点，每个结点连接两条以上的弧段，多边形矢量编码主要用于表示空间图形为多边形的面状矢量编码主要用于表示空间图形为多边形的面状要素，每个多边形在数据库中是相互独立、分开要素，每个多边形在数据

46、库中是相互独立、分开存储的。如特征值为存储的。如特征值为4的多边形由条的多边形由条4弧段组成，弧段组成，其文件编码坐标为其文件编码坐标为: x18,y18; x19,y19; x9,y9; x8,y8 ; x7,y7; x20,y20; x21,y21; x22,y22; x23,y23; x24,y24; x18,y18 中国地质大学江城学院特征值特征值坐标位置坐标位置1x1,y1;x2,y2;x3,y3;x4,y4;x5,y5;x6,y6;x7,y7;x8,y8;x9,y9;x10,y10;x1,y12x28,y28; x29,y29; x30,y30; x31,y31; x32,y32;

47、 x33,y33; x28,y283x1,y1; x11,y11; x12,y12; x13,y13; x14,y14; x15,y15; x16,y16; x17,y17; x18,y18; x19,y19; x9,y9 x10,y10; x1,y14x18,y18; x19,y19; x9,y9; x8,y8 ; x7,y7; x20,y20; x21,y21; x22,y22; x23,y23; x24,y24; x18,y185x16,y16; x17,y17; x18,y18; x24,y24; x23,y23; x27,y27; x26,y26; x25,y25; x16,y16中

48、国地质大学江城学院2.4.4 2.4.4 索引式索引式 节点索引节点索引 节点索引是对多边形边界的各个节点进行编号，节点索引是对多边形边界的各个节点进行编号，建立按多边形单元编排的节点编号索引文件。建立按多边形单元编排的节点编号索引文件。 线段索引线段索引线段索引是多边形边界的各个线段进行编号线段索引是多边形边界的各个线段进行编号, ,建立按多边形单元编排的线段索引随机文件，建立按多边形单元编排的线段索引随机文件，各个线段按照序号逐段数字化。各个线段按照序号逐段数字化。 中国地质大学江城学院中国地质大学江城学院中国地质大学江城学院2.4.5 2.4.5 结构结构 DIMEDIME文件的基本元素是连接两个端点（结文件的基本元素是连接两个端点（结点）的一条线段（街段）、线段始结点和点）的一条线段（街段）、线段始结点和终结点标识符、这两个结点的坐标及线段终结点标识符、这两个结点的坐标及线段两侧的区域代码（左区号和右区号）。两侧的区域代码（左区号和右区号）。 中国地质大学江城学院中国