空间数据结构

第二章空间数据结构§2-1地理实体及其描述

§2-2栅格数据结构

§2-3矢量数据结构

§2-5矢栅一体化数据结构

二、地理实体的描述

四、实体间空间关系

一、地理实体

三、实体的空间特征

一、图形表示二、数据组织四、栅格数据编码

三、栅格结构的建立§2-6三维数据结构

§2-4栅矢数据的比较

一、栅矢数据的比较二、栅矢数据的选择一、矢栅一体化概念三、一体化结构设计

二、三个约定和细分格网法

二、八叉树结构一、概述三、四面体格网五、参数函数表示法四、三维边界表示法一、图形表示二、获取方式三、组织四、编码方式§2-1地理实体及其描述

第二章GIS数据结构一、地理实体（空间实体）---GIS处理对象1、定义指自然界现象和社会经济事件中不能再分割的单元，它是一个具有概括性，复杂性，相对性的概念。地理实体类别及实体内容的确定是从具体需要出发的，例如，在全国地图上由于比例尺很小，蚌埠就是一个点，这个点不能再分割，可以把蚌埠定为一个地理实体；在大比例尺的蚌埠市交通图上，蚌埠的许多房屋，街道都要表达出来，所以蚌埠必须再分割，不能作为一个地理实体，应将房屋，街道等作为研究的地理实体，由此可见，GIS中的空间实体是一个概括，复杂，相对的概念。2、理解1)描述的内容

3)数据类型

矢量、栅格、TIN（专用于地表或特殊造型）

RDBMS属性表----采用MIS较成熟

空间元数据位置、形状、尺寸等识别码（名称）实体的角色、功能、行为、实体的衍生信息时间测量方法、编码方法、空间参考系等空间特征：地理位置和空间关系属性特征—名称、等级、类别等时间特征2)基本特征

4)数据结构几何数据（空间数据、图形数据）关系数据—实体间的邻接、关联、包含等相互关系属性数据—各种属性特征和时间特征元数据

二、地理实体的描述

1空间数据

§2-1地理实体及其描述

第二章GIS数据结构以什么形式存储和处理2、空间数据基本特征3、空间数据类型1）依据数据来源的不同分为：2）依据表示对象的不同分为：地图数据地形数据属性数据元数据影象数据3、空间数据类型（续）三、实体的空间特征

§2-1地理实体及其描述

第二章GIS数据结构（一）空间维数：有0，1，2，3维之分，点、线、面、体。（二）空间特征类型（三）实体类型组合地理实体维数可以改变点---面线（单线河）---面（双线河）1、点状实体2、线状实体3、面状实体4、体状实体1、点状实体§2-1地理实体及其描述

第二章GIS数据结构点或节点、点状实体。点：有特定位置，维数为0的物体。3）内点：用于负载多边形的属性，存在于多边形内。4）角点、节点Vertex：表示线段和弧段上的连接点。2）注记点：用于定位注记。1）实体点：用来代表一个实体。返回2、线状实体特性：1）实体长度：从起点到终点的总长2）弯曲度：用于表示像道路拐弯时弯曲的程度。3）方向性：如：水流方向，上游—下游，公路，单、双向之分。§2-1地理实体及其描述

第二章GIS数据结构线：具有相同属性的点的轨迹，线或折线，由一系列的有序坐标表示1维：长度线状实体包括：线段，边界、链、弧段、网络等。返回3、面状实体（多边形）§2-1地理实体及其描述

第二章GIS数据结构面状实体的如下特征：1）面积与范围

2）周长3）独立性或与其它地物相邻如中国及其周边国家4）内岛屿或锯齿状外形：如岛屿的海岸线封闭所围成的区域。5）重叠性与非重叠性：如学校的分区，菜市场的服务范围等都有可能出现交叉重叠现象，而一个城市的各个城区一般说来不会出现重叠。面：对湖泊、岛屿、地块等一类现象的描述。由封闭曲线加内点来表示。2维：长度、宽度返回4、体状实体§2-1地理实体及其描述

第二章GIS数据结构返回

体状实体特征：·体积，如工程开控和填充的土方量。·每个二维平面的面积。·周长。·内岛。·含有弧立块或相邻块。·

断面图与剖面图。体：用于描述三维空间中的现象与物体，它具有长度、宽度及高度等属性3维：长度、宽度、高度（三）实体类型组合§2-1地理实体及其描述

第二章GIS数据结构

现实世界的各种现象比较复杂，往往由不同的空间单元组合而成，例如根据某些空间单元或几种空间单元的组合将空间问题表达出来，复杂实体由简单实体组合表达。点、线、面两两之间组合表达复杂的空间问题：如：线—面

面--面

空间关系是GIS数据描述和表达的重要内容，一方面它为GIS数据库的有效建立，空间查询，空间分析，辅助决策等提供了最基本的关系，另一方面有助于形成标准的SQL空间查询语言，便于空间特征的存储，提取，查询，更新等。

线—面§2-1地理实体及其描述

第二章GIS数据结构返回1、区域包含线：计算区域内线的密度，某省的水系分布情况。2、线通过区域：公路上否通过某县。3、线环绕区域：区域边界，搜索左右区域名称，中国与哪些国家接壤。4、线与区域分离：距离。

面—面§2-1地理实体及其描述

第二章GIS数据结构1、

包含：岛,某省的湖泊分布。返回学校菜场3、

相交：划分子区。4、

相邻：计算相邻边界性质和长度，公共连接边界。5、分离：计算距离。

2、

相合：重叠，学校服务范围与菜场服务范围重叠区。四、实体间空间关系§2-1地理实体及其描述

第二章GIS数据结构（一）空间关系类型北ab1、

顺序空间关系：（方向空间关系）用上下左右、前后、东南西北等方向性名称来描述空间实体的顺序关系，算法复杂，至今没有很好的解决方法。2、

度量空间关系：实体间的距离关系1）度量方法。a、沿真实的地球表面进行,除与两点的地理坐标有关外，还与所通过路径的地形起伏有关。b、沿地球旋转椭球体的距离量算。2）

距离类别：欧氏距离（笛卡尔坐标系）、曼哈顿（出租车）距离、时间距离（纬度差）、大地测量距离（大地线）（沿地球大圆经过两个城市中心的距离）。3、

拓扑空间关系：（二麦）拓烤扑关坡系§2绢-1地理实体串及其团描述第二遗章GI等S数据贡结构1、定引义：拓扑公关系：图何形保寻持连剥续状负态下膀变形杏，但膝图形浅关系煌不变珍的性宴质。

拓扑变换（橡皮变换）非拓扑属性（几何）拓扑属性（没发生变化的属性）两点间距离一点指向另一点的方向弧段长度、区域周长、面积等一个点在一条弧段的端点一条弧是一简单弧段（自身不相交）一个点在一个区域的边界上一个点在一个区域的内部/外部一个点在一个环的内/外部一个面是一个简单面一个面的连通性面内任两点从一点可在面的内部走向另一点1、定饺义2、种流类3、拓盲扑关醋系的阶表达4、意乐义将橡皮任意拉伸，压缩，但不能扭转或折叠。2、种恐类§2轿-1地理实体翼及其蛛描述第二渔章GI背S数据洞结构1）关懂联性：究（不同送类要素名之间絮）结搁点与船弧段咏：如V9与L5饼,L蚁6,蛮L3多边莲形与搂弧段播：P2与L3握,L高5,授L2P1P2P3P4P1--111P21--10P311--0P4100--2）邻余接性：(同类元素恨之间)多边月形之毁间、唇结点艺之间暂。邻接排矩阵重叠厚：--邻接爽：1不邻纹接：03）连凝通性帮：要客素之房诚间的唱通达组关系§2铜-1地理实体纲及其直描述第二袋章GI率S数据停结构连通乓矩阵：重叠遇：--连通伏：1不连份通：0V1V2V3…V1--10V21--1V301--4）方绘向性仙：一条短弧段漠的起围点、壤终点控确定从了弧风段的塑方向弹。用边于表着达现狼实中坊的有眨向弧质段，出如城遭市道升路单趴向，时河流貌的流之向等紫。§2暑-1地理实体抗及其致描述第二锦章GI号S数据鹿结构5）包猴含性：指半面状饲实体奖包含尝了哪启些线喊、点触或面惠状实薯体。6）区租域定寄义：多蜻边形折由一炼组封畜闭的呈线来添定义票。7）层性次关谈系：相述同元肆素之纤间的运等级度关系滑，淮梢南市曾有各旨个区牌组成歼。主要莲的拓扑负关系兵：拓扑票邻接注、拓恨扑关朗联、奸拓扑穴包含。拓扑都关系后具体战可由4个关冬系表威来表从示：（1）面--链关篇系：不面翠构成轰面的惩弧段（2）链--结点狐关系：亲链棉链两攀端的欣结点（3）结点--链关改系：混结瞧点织通浆过该窑结点顶的链\（4）链—面关意系：摄链筋左面璃右面3、拓坡扑关秧系的呆表达1）拓倾扑关专系能清楚停地反熟映实体番之间松的逻辑策结构渡关系，它歇比几宵何关乳系具讯有更荒大的刮稳定望性，获不随捆地图番投影烘而变拔化。2）有助略于空扰间要志素的上查询，利牺用拓余扑关总系可扬以解绢决许旦多实贞际问炭题。如某卖县的群邻接固县，--面面婶相邻屋问题铃。又否如供湿水管概网系栗统中培某段昏水管评破裂糠找关快闭它战的阀赶门，除就需念要查险询该信线（岔管道呼）与创哪些喝点（委阀门虑）关滨联。3）根宫据拓半扑关这系可重建促地理碌实体。§2载-1地理实体译及其匹描述第二仿章GI棍S数据沾结构返回4、拓辈扑关浮系的笨意义：第二钉章GI捡S数据乐结构返回空间户数据法结构需：适合矩于计册算机谣系统存储肯、管就理和拉处理的地微学图晓形的勒逻辑气结构成，是劈燕地理建实体穗的空并间排澡列方紫式和莫相互惑关系溉的抽府象描皆述。§2购-2栅格灶数据威结构第二牌章GI踢S数据谢结构§2仔-2栅格才数据签结构第二甩章GI辱S数据否结构返回栅格域结构征用密物集正导方形霉（或泪三角东形，梁多边疮形）约将地至理区逼域划分为网烫格阵院列。位置俭由行轮，列喝号定既义，裤属性顾为栅竟格单誓元的粉值。一、纱图形纠表示22122332333233323332栅格店数据验表示及的是信二维坡表面教上的差地理器数据艳的离散径化数值亭。在芬栅格狐数据格中，你地表岗被分骆割为尚相互宴邻接矩、规排则排牌列的淹地块车，每外个地粒块与狡一个犯象元寇相对产应。点：由单个识栅格表达恒。线：由叔沿线然走向柄有相蛾同属船性取琴值的一组疫相邻拼栅格表达聋。面：由挠沿线易走向幕有相消同属喊性取命值的一片雄栅格表达结。栅格电数据禾的比例稼尺就是栅格(象元)的大省小与渐地表妇相应百单元禾的大竿小之律比，当炕象元闯所表备示的患面积肢较大漂时，撕对长禽度、见面积资等的齿量测彻有较稼大影虫响。壶每个使象元白的属俘性是黎地表名相应切区域肿内地本理数边据的次近似敌值，铅因而倚有可基能产示生属性暴方面哈的偏千差。333二、栅格祖数据组织§2买-2栅格嘴数据行结构第二脾章GI酿S数据垒结构返回——针对一个差栅格份单元藏对应卫多个秀属性斜值的压多层云栅格喜文件。空间数据库22222aaaaa22土壤植被组织凑方法组织谋方法§2螺-2栅格域数据匀结构第二熔章GI锦S数据供结构返回方法c：以层吸为基者础，模每层角内以伶多边牲形为凉序记僻录多若边形忙的属门性值成和多垄边形爷内各境象元草的坐趣标。节判约用赵于存蹄储属谦性的猾空间挑。将储同一溪属性路的制拔图单痛元的n个象器元的社属性类只记坛录一柱次，遗便于荒地图嘴分析械和制字图处漠理。方法a：以象栽元为哀记录树序列布，不迈同层键上同恨一象姓元位启置上颈的各米属性题值表奇示为渴一个长列数就组。N层中只记企录一案层的维象元骑位置焦，节约遇大量怎存储铅空间六，栅格富个数读很多嗽。方法b：以层夹为记毁录顺条序，即每层溜每个幸象元脖的位徐置、史属性拣一一队记录虽，结构戴最简还单，漏但浪痛费存超储。三、尺栅格蚁结构纺的建娘立§2动-2栅格造数据磨结构第二住章GI桂S数据芹结构返回1、手工劲获取，专甘题图咱上划并分均础匀网饮格，窗逐个场决定灰其网闻格代仿码。（一悬）建叉立途肠径2、扫描块仪扫凭描专题筝图的当图像横数据{行、耀列、绞颜色岔（灰蛛度）}，定华义颜皮色与呼属性息对应烟表，搂用相倍应属芒性代饱替相钉应颜垃色，渣得到湖（行涌、列略、属悲性）距再进留行栅罢格编不码、坊存贮腐，即床得该腹专题掏图的歉栅格叼数据嫌。3、由矢熔量数富据转漠换而烦来。4、遥感雁影像击数据资，对地漠面景疤象的妙辐射所和反泥射能能量的浮扫描牵抽样届，并广按不堡同的震光谱凉段量溪化后划，以贫数字阴形式忙记录祝下来邪的象溜素值帮序列若。5、格网DE射M数据，当目属性拘值为喘地面尚高程江，则尾为格刷网DE但M，通旷过DE占M内插货得到仙。（二趣）栅圣格系牢统的蛮确定§2纠-2栅格色数据字结构第二政章GI喘S数据未结构栅格吧编码佣一般药用于柜区域简性GI讲S，原羊点的翠选择文常具启有局崖部性律质，注但为彻了便从于区愈域的破拼接录，栅膝格系灯统的起始涉坐标归应与狡国家闷基本逐比例取尺地春形图螺公里笼网的圆交点味相一店致，并否分别惯采用公里帅网的蜡纵横权坐标核轴作绒为栅钳格系耍统的炼坐标踢轴。22122332333233323332表示流具有行空间昌分布疤特征欠的地办理要绸素，岭不论宽采用鸭什么团编码拣系统巡寿，什尾么数骄据结触构(矢、悉栅)都应标在统友一的坐标崭系统下，昏而坐早标系茅的确拌定实话质是我坐标滥系原贵点和吴坐标倘轴的秧确定横。1、坐库标系妈统的朴确定2）方拥法：用串保证庭最小牢多边却形的差精度董标准敲来确父定尺伶寸经缝验公悠式：h为栅樱格单拼元边可长Ai为区雅域所突有多臣边形馆的面拴积。2、栅格穿单元鞋尺寸余的确公定§2腿-2栅格糠数据茧结构第二鬼章GI肝S数据庆结构1）原投则：应顺能有效叶地逼办近空考间对缸象的肥分布骗特征孔，又歪减少贿数据胳的冗胡余度。格网丝式太大，忽街略较团小图弄斑，烟信息双丢失妙。格网衡越小，分钞辨率草愈高姐，适喜合表伟示复暴杂地脾物，参但数娃据量佳愈大焰（按烛分辨冒率的建平方研指数巨增加赠），涌计算扑机成百本越渴高，扑处理真速度牺越慢率。（三道）栅捧格代杰码（盯属性候值）猛的确叹定§2喉-2栅格宇数据篮结构第二绞章GI呀S数据莲结构当一鸟个栅腾格单厌元内皮有多明个可悬选属予性值握时，牢按一贷定方栋法来与确定博栅格年属性更值。ABba3、长度控占优浓法——每个蛇栅格休单元雹的值毅由该没栅格太中线错段最半长的栋实体便的属备性来直确定斗。4、重馋要性格法：根耐据栅压格内志不同睛地物骑的重球要性案，选添取最布重要赤的地掌物类窑型的沫属性买作为辱栅格昨单元伯的属佳性值敏。沙夕漠地纠区：拥水2、面婶积占恳优法：栅干格单朵元属劝性值治为面穗积最桑大者顽，常恼用于滔分类袄较细章，地映理类历别图返斑较贡小时枣。1、中凑心点泄法：取血位于款栅格德中心狠的属候性值匙为该夹栅格处的属性性值精。2

1四、勇栅格敌数据迈编码跑方法§2缴-2栅格潜数据柔结构第二攀章GI窜S数据紧结构1、直笨接栅脆格编丘码：A娱A科A进AA滴B夫B冲BA植A王B汇BA砌A著B摔B数据穿压缩是将想数据众表示绵成更旺紧凑裁的格殖式以虎减少巩存储酒空间洋的一矛项技亲术。分短为：无损很压缩：在吧编码码过程蠢中信吃息没世有丢盐失，迅经过厨解码夫可恢射复原系有的您信息--杜-信息途保持容编码。有损唱压缩：为驶最大袜限度裂压缩胁数据择，在君编码拾中损壶失一鞋些认雾为不产太重紫要的客信息症，解缝码后嗓，这竭部分彻信息处无法旬恢复匀。--信息洽不保艳持编绳码。编码容方法乞：将栅庭格数俩据看牛作一陕个数坟据矩约阵，逐行概记录在代码奥数据因。1）每耍行都壁从左河到右妈记录厘；2）奇糊数行疯从左圆到右组，偶具数行这从右惑到左仇；AA栽AABB乔BAAA浓BBBB誉AA特点：最直捞观、械最基陪本的往网格惹存贮来结构质，没山有进佣行任案何压忍缩数碍据处定理。数据辞压缩籍：栅格心数据范量大鬼，格眯网数览多，肾由于祝地理旋数据吃往往销有较全强的舒相关仁性，辉即相旨邻象叉元的棉值往杂往是构相同馆的。盆所以切，出蜻现了筒各种哪栅格晶数据爸压缩锣方法渣。2、游骡程长特度编乱码：§2殊-2栅格腊数据箱结构第二情章GI律S数据搁结构编码爽方法翠：按行扫描起，将戚相邻晒属性准值相狮同的石像元雕合并经，记号录代贯码的州重复肤个数谅。属性嗽码，近长度依，行卖号（放可不董要）长度诞：连聚续相吴同码食值的姿栅格资个数追。特点犹：对于刻游程忽长度月编码倚，区很域越叔大，页数据渴的相遣关性轨越强亦，则犯压缩滔越大疏，适用灿于类漫型区乘域面岁积较器大的号专题找图，而而不适浊合于超类型该连续暂变化贱或类汇别区董域分玩散的血分类廉图（根压缩炭比与滚图的倡复杂借程度嫁成反鸡比）容。这种借编码吨在栅格袍加密恼时，停数据向量不挺会明南显增属加，忍压缩说率高蛇，并组最大屡限度颈地保娱留原闪始栅服格结钢构，魔编码足解码哥运算懒简单魄，且到易于才检索邪，叠限加，炎合并随等操辞作，这邀种编笔码应灾用广析泛。A载A港A授AA秆B危B泼BA阶A义B辩BA脉A观B捏B行与蛋行间岁断编膛码：A4A1家B3A2袖B2A2饺B2行与围行不谦间断奔编码亚：A5屠B3廉A2破B2尿A2衰B23、块觉码--榨--游程立编码秤向二宫维扩史展§2着-2栅格摇数据眯结构第二赏章GI化S数据愉结构编码秩方法叮：采用方形壶区域作为泪记录加单元休，每贼个记营录单材元包现括相杯邻的鞠若干映栅格。数据进对组遵成：（累初始转行、总初始层列，屈半径剃，属佳性值单）特点：具有可变晒分辨洪率，即垮当属甩性变某化小转时图没块大挺，对偶于大草块图搏斑记梳录单寒元大筛，分品辨率顿低，伸压缩惠比高第。小块锹图斑粱记录它单元扛小，竭分辨当率高生，压支缩比达低所以稳，与刃行程漫编码挑类似动，随围图形杰复杂怜程度秩的提蹄高而施降低狐分辩伏率。依次山扫描阳，编伞过的混不重絮复。1奴2嚷3根4馅5恒6逼7氧81邪0只4产4节7勉7芹7盒7财72合4破4湾4烈4忽4拆7任7弹73巧4锦4绝4隶4灵8粮8期7个74绞0票0情4采8愧8使8狂7搞75夸0习0软8伙8蓝8鲁8淹7趋86蜘0网0舍0跳8南8是8岛8西87绸0腾0留0刑0旬8小8苦8僚88产0僻0杰0扒0务0买8搏8础8（1,姑1,启1,枣0)纺,(蹦1,币2,覆2,献4)吉,(馆1,傍4,援1,捞7)历,(掏1,判5,矮1,郊7)，(1佳,6话,2炒,7团),击(1满,8猾,1耻,7袜)…珠…4、链督式编饥码、Fr副ee蝇ma孤n链码约、边义界链浩码§2承-2栅格程数据扒结构第二弄章GI千S数据宋结构1）首无先定衡义一丹个3x眉3窗口晃，中伤间栅无格的润走向蓝有8种可猴能，漏并将猾这8种可衣能0~始7进行灿编码年。2）记志下地破物属匪性码飞和起秩点行秩、列白后，辉进行较追踪净，得炉到矢扯量链.编码恰方法裳：将栅榴格数瞒据（键线状检地物朽面域腥边界良）表窜示为矢量访链的记浓录链式秒编码恨表aaaaaaab属性码起点行起点列链码a14556656b37576654323…优点：链德码可宇有效艺地存虎贮压施缩栅盘格数帜据，签便于手面积允、长荒度、灶转折豆方向杯和边咬界、撒线段冒凹凸数度的规计算奇。缺点：不相易做稳边界挤合并蛇，插复入操选作、回编辑浑较困书难（盾对局丹部修郑改将爬改变纽奉整体国结构券）。生区域匹空间步分析秆困难播，相班邻区详域边搁界被档重复久存储巧。AAAAABBBAABBAABB5、四究叉树直编码§2巧-2栅格隶数据钉结构第二旁章GI醋S数据敞结构（1）、抖基本非思想挣：将2n×2n象元膜组成奥的图盏像按四谎个象室限进懂行递撑归分峡割，并判肯断属刊性是翁否单树一，深单一免：不熟分。不单版一：臣递归合分割涂。最后迹得到死一颗荒四分蒙叉的携倒向藏树。（一当）四掘叉树语概述：0123一种可变位分辨吩率的非均盲匀网丑格系统吐。是最名有效或的栅织格数胞据压产缩编枕码方拜法之父一（2）、四叉嫩树的葡树形贯表示：用一笑倒立仔树表究示这选种分零割和掏分割规结果讽。根：整能个区箱域高：深岭度、麦分几蜡级，施几次就分割叶：不脱能再垂分割鹅的块树叉：还乡丰需分罢割的丙块每个砖树叉弦均有4个分次叉，碍叫四辨叉树聋。象限眉编码（3）、编码绒方法§2厦-2栅格尚数据常结构第二住章GI粘S数据共结构1）常宏规四披叉树指针汗不仅增加要了数山据的卖存储收量，还朋增加牙了操更作的复杂宪性：如关层次寒数（谈分割构次数判）由擦从父塞结点洋移到慕根结俯点的案次数度来确剪定，贞结点乡丰所代熄表的考图像迁块的爆位置溪需要路从根疗节点岗开始吨逐步映推算普下来违。所浮以，常规呜四叉嚼树并子不广翠泛用添于存翅储数社据，其郊价值折在于存建立嚷索引套文件疮，进煎行数牙据检虫索。记录状这棵而树的忙叶结刑点外极，中铃间结摇点，户结点骄之间母的联霸系用承指针陕联系屡，每个效结点系需要6个变米量：父结喇点指勤针、档四个被子结甘点的涨指针劫和本宾结点那的属甲性值。2）线雷性四称叉树§2趟-2栅格未数据送结构第二贵章GI看S数据兰结构记录裙叶结抬点的位置风，深绪