第3讲-空间数据模型和空间数据结构课件

第3讲空间数据模型和空间数据结构本讲提要：地理空间与空间抽象空间数据概念模型空间数据与空间关系空间数据逻辑模型矢量空间数据结构栅格空间数据结构矢栅一体化空间数据结构镶嵌空间数据结构三维空间数据结构第3讲空间数据模型和空间数据结构本讲提要：13.1地理空间与空间抽象

地理空间地理空间（GeographicSpace）是指地球表面及近地表空间，是地球上大气圈、水圈、生物圈、岩石圈和土壤圈交互作用的区域，地球上最复杂的物理过程、化学过程、生物过程和生物地球化学过程就发生在该区域。

空间现象

客观世界的现象划分为5类：可精密观测的自然对象（如建筑物边界）受采样限制的自然对象（如河流的边界）受定义限制的自然对象（如植被覆盖率大小和范围）不规则的人为对象（如行政区、TIN、Voronoi多边形）规则的人为对象（栅格、立方体元）3.1地理空间与空间抽象地理空间2第3讲-空间数据模型和空间数据结构ppt课件3空间实体

对复杂地理事物和现象进行简化抽象得到的不可再分割的同类对象，就是地理空间实体，简称空间实体。空间实体具有4个基本特征：空间位置特征属性特征时间特征空间关系空间实体4观察和认知信息选择、综合、简化和抽象空间事物或现象概念模型ConceptialModel逻辑数据模型LogicalDataModel编码、表达、建立空间关系物理数据模型PhysicalDataModel数据结构对数据进行组织概念世界最高层数据世界（计算机）中间层空间数据库最底层现实世界抽象世界还原世界观察和认知信息选择、综合、简化和抽象空间事物或现象概念模型逻5概念数据模型地理空间中地理事物与现象的抽象概念集，是地理数据的语义解释；考虑用户需求的共性，用统一的语言描述和综合、集成各用户视图；构造概念模型应该遵循的基本原则：语义表达能力强；作为用户与GIS软件之间交流的形式化语言，应易于用户理解（如ER模型）；独立于具体计算机实现；尽量与系统的逻辑模型保持同一的表达形式，不需要任何转换，或者容易向逻辑数据模型转换。概念数据模型6逻辑数据模型GIS描述概念数据模型中实体及其关系的逻辑结构，是系统抽象的中间层。逻辑数据模型的建立既要考虑用户易理解，又要考虑易于物理实现，易于转换成物理数据模型，例如UML建模通常所称的空间数据模型其实是空间数据的逻辑模型。物理数据模型

概念数据模型在计算机内部具体的存储形式和操作机制，即在物理磁盘上如何存放和存取，是系统抽象的最底层。空间数据结构

在逻辑数据模型和物理数据模型间，用于对逻辑数据模型描述的数据进行合理的组织，是逻辑数据模型映射为物理数据模型的中间媒介。逻辑数据模型73.2空间数据概念模型

以GIS观点对客观世界建立模型，考虑如下对象：不连续对象，如道路、水域、建筑物；连续变化的对象，如地形的连续变化、温度范围等；分类的对象，如植被类型、气候带、年龄段等；突发事件：事故、水灾；某种人工选择的表达方式，如点、线、面、栅格等。概念模型只能体现地理空间的某一方面。3.2空间数据概念模型以GIS观点对8对象模型场模型网络模型地理空间数据的概念模型对象模型场模型网络模型

对象模型场模型网络模型地理空间数据的概念模型9对象模型/要素模型将研究的整个地理空间看成一个空域，地理现象和空间实体作为独立的对象分布在该空域中,对象模型强调地理空间中的单个地理现象。按照其空间特征分为点、线、面、体四种基本对象;对象也可能由其他对象构成复杂对象，并且与其他分离的对象保持特定的关系，如点、线、面、体之间的拓扑关系;每个对象对应着一组相关的属性以区分各个不同的对象;对象模型把地理现象当作空间要素（Feature）或空间实体（Entity）,一个空间要素必须同时符合三个条件：可被标识在观察中的重要程度有明确的特征且可被描述传统的地图是以对象模型进行地理空间抽象和建模的实例。对象模型/要素模型10对象模型对空间要素的描述地理空间

空间要素分类几何坐标非空间属性子部分

超部分空间关系非空间关系时间关系子类超类对象模型对空间要素的描述地理空间

空间要素分类几何坐标非空间11场/域（field）模型把地理空间中的现象作为连续的变量或体来看待，如大气污染程度、地表温度、土壤湿度、地形高度以及大面积空气和水域的流速和方向等;根据不同的应用，场可以表现为二维或三维;一个二维场就是在二维空间R2中任意给定的一个空间位置上，都有一个表现某现象的属性值，即

A＝f(x，y)一个三维场是在三维空间R3中任意给定一个空间位置上，都对应一个属性值，即

A＝f(x，y，z)

二维空间场一般采用6种具体的场模型来描述:场/域（field）模型12

规则分布的点不规则分布的点规则矩形区不规则多边形区不规则三角形区等值线规则分布的点不规则分布的点规则矩形区不规则多边形区不规则三13网络模型网络是由欧式空间R2中的若干点及它们之间相互连接的线（段）构成。网络是由一系列节点和环链组成的，在本质上，网络模型可看成对象模型的一个特例，它是由点对象和线对象之间的拓扑空间关系构成的。

网络模型14概念模型的选择许多地理现象既可采用对象模型也可采用场模型来建模。

“松树”，0≤x≤4；4≤y≤7f(x,y)=

“冷杉”，0≤x≤3；0≤y≤4

“槐树”，3≤x≤7；0≤y≤4按对象模型的林分建模按场模型的林分建模松树冷杉槐树（0,0）（0,4）（0,7）（3,0）（7,0）x多种林分的森林y区域ID主要林分区域/边界FS1松树(0,4),(7,4),(7,7),(0,7)FS2冷杉(0,0),(3,0),(3,4),(0,4)FS3槐树(3,0),(7,0),(7,4),(3,4)概念模型的选择153.3空间数据与空间关系

空间数据类型地理信息中的数据类型，概括起来主要有5种：几何图形数据影像数据属性数据地形数据元数据在具有智能化的GIS中还应有规则和知识数据

3.3空间数据与空间关系空间数据类型16空间数据的表示在二维空间中，不同类型的空间数据都可抽象表示为点、线、面三种基本的图形要素：

空间数据的抽象表示实体点结点面标识点弧段面xy岛空间数据的表示空间数据的抽象表示实体点结点面标识点弧段面17空间关系空间关系是指地理空间实体之间相互作用的关系。空间关系主要有：拓扑空间关系：用来描述实体间的相邻、连通、包含和相交等关系；顺序空间关系：用于描述实体在地理空间上的排列顺序，如实体之间前后、上下、左右和东、南、西、北等方位关系；度量空间关系：用于描述空间实体之间的距离远近等关系。空间关系18空间拓扑关系地图上的拓扑关系是指图形在保持连续状态下的变形（缩放、旋转和拉伸等），但图形关系不变的性质。邻接关系：同类图形要素之间的拓扑关系，如点与点，线与线，面与面。关联关系：不同类别图形要素之间的拓扑关系，如点与线，线与点，线与面，面与点。包含关系：同类但不同级图形要素之间的拓扑关系（只有面类要素才有包含关系）。连通关系：空间图形中弧段之间的拓扑关系。空间拓扑关系19邻接关系：面：P1/P2，P4；P2/P1，P4；P3/P4；P4/P1，P2，P4点：N1/N2，N3……线：A1/A2，A6，A7；A2/A1，A3，A5，A7……N1N2N3N5A3P3P2P4A1N4P1A2A4A5A6A7邻接关系：N1N2N3N5A3P3P2P4A1N4P1A2A20关联关系：点/线：N1/A1,A2,A3；N2/A1,A6,A7……线/面：A1/P1;A2/P1,P2;A3/P2,P4;A4/P3,P4…线/点：A1/N1,N2；A2/N1,N3;A4/N4,N4……面/线：P1/A1,A2,A7;…P4/A2,A3,A5;-A4……N1N2N3N5A3P3P2P4A1N4P1A2A4A5A6A7关联关系：N1N2N3N5A3P3P2P4A1N4P1A2A21包含关系：P4包含P3；或P3包含于P4N1N2N3N5A3P3P2P4A1N4P1A2A4A5A6A7包含关系：N1N2N3N5A3P3P2P4A1N4P1A2A22连通关系：A1与A2连通；A3与A5连通……N1N2N3N5A3P3P2P4A1N4P1A2A4A5A6A7连通关系：N1N2N3N5A3P3P2P4A1N4P1A2A23节点－链（弧段）－多边形拓扑描述有时会产生歧意：

解决方法：链具有方向性，沿着链运动时，多边形对象总是位于链的右侧，此时链的方向为正方向。当链运动到某节点时，以节点为轴按逆时针方向旋转，选取尚未走过的链的正方向离开节点的若干链的第一个链，依以上规则跟踪完。节点－链（弧段）－多边形拓扑描述有时会产生歧意：24除结点、弧段和多边形来描述图形要素的拓扑关系外，不同类型的空间实体间也存在着拓扑关系。对于点、线、面三种类型的空间实体，它们两两之间存在着分离、相邻、重合、包含或覆盖、相交5种可能的关系。除结点、弧段和多边形来描述图形要素的拓扑关系外，不同类型的空25邻接相交重合相离包含点－点点－线点－面线－面面－面线－线不同类型空间实体间的空间关系关系邻接相交重合相离包含点－点点－线点－面线－面面－面线－线不同26空间数据的拓扑关系，对数据处理和空间分析具有重要的意义：拓扑关系能清楚地反映实体之间的逻辑结构关系，它比几何坐标关系有更大的稳定性，不随投影变换而变化。利用拓扑关系有利于空间要素的查询。可以根据拓扑关系重建地理实体。例如根据弧段构建多边形，实现道路的选取，进行最佳路径的选择等。空间数据的拓扑关系，对数据处理和空间分析具有重要的意义：27面—面关系：与某个面状地物相邻的所有多边形；面—面关系：与某个面状地物相邻的所有多边形；28线—线关系：如与某个河流关联的所有支流；点—点关系：如与某个水井相距小于3Km的其它井；

线—线关系：如与某个河流关联的所有支流；点—点关系：如与某29线—面关系：如检索某国道经过的所有县市；面—线关系：如检索某县境内所有公路；线—面关系：如检索某国道经过的所有县市；面—线关系：如检索某30点—线关系：如检索某公路边的加油站；点—面关系：如检索某县范围内邮电所分布情况；点—线关系：如检索某公路边的加油站；点—面关系：如检索某县范31空间顺序关系顺序空间关系是基于空间实体在地理空间的分布，采用上下、左右、前后、东南西北等方向性名词来描述；同拓扑空间关系的形式化描述类似，也可以按点－点、点－线、点－面、线－线、线－面和面－面等多种组合来考察不同类型空间实体间的顺序关系；顺序空间关系必须是在对空间实体间方位进行计算后才能得出；

实体间的顺序空间关系随着空间数据的投影、几何变换，顺序空间关系也会发生变化在目前的GIS中，并不对顺序空间关系进行描述和表达。空间顺序关系32基准方向基准方向基准方向点－点顺序关系点－线顺序关系点－面顺序关系线－线顺序关系线－面顺序关系面－面顺序关系基准方向基准方向基准方向不同类型实体间的顺序关系基准方向基准方向基准方向点－点顺序关系点－线顺序关系点－面顺33度量空间关系度量空间关系主要指空间实体间的距离关系；按照拓扑空间关系中建立点－点、点－线、点－面、线－线、线－面和面－面等不同组合来考察不同类型空间实体间的度量关系；距离的度量可以是定量的，如按欧几里德距离计算得出A实体距离B实体500m，也可以应用与距离概念相关的概念如远近等进行定性地描述；与顺序空间关系类似，距离值随投影和几何变换而变化。建立点－点的度量关系容易、点－线和点－面的度量关系较难，而线－线、线－面和面－面的度量关系更为困难，涉及大量的判断和计算；在GIS中，一般也不明确描述度量空间关系；度量空间关系343.4空间数据逻辑模型

空间数据逻辑模型作为概念模型向物理模型转换的桥梁，根据概念模型确定的空间信息内容，以计算机能理解和处理的形式具体地表达空间实体及其关系。针对对象模型和场模型两类概念模型，一般采用：矢量数据模型栅格数据模型矢量——栅格一体化数据模型镶嵌数据模型面向对象数据模型另外，还有三维空间数据模型、时空数据模型等3.4空间数据逻辑模型空间数据逻辑模型作为概念模型向物理35矢量数据模型

矢量数据模型起源于“Spaghetti模型”——一种计算机制图模型电力塔56100005810000杨树林65750006555000松树林2314河流56实体类型实体ID类别位置点5电力塔x1,y1点6电力塔x1,y1线4河流x1,y1；x2,y2；…；xn,yn多边形1杨树林x1,y1；x2,y2；…；xn,yn;x1,y1多边形2杨树林x1,y1；x2,y2；…；xn,yn;x1,y1多边形3松树林x1,y1；x2,y2；…；xn,yn;x1,y1矢量数据模型电力塔56100005810000杨树林657536栅格数据模型点面线栅格数据模型点面线37空间对象的栅格数据模型空间对象的栅格数据模型38栅格数据模型栅格数据模型中，点实体是一个栅格单元（cell）或像元，线实体由一串彼此相连的栅格构成，面实体则由一系列相邻的栅格构成；每个栅格对应于一个或一组表示该实体的类型、等级等特征;栅格单元的形状通常是正方形，有时也采用矩形。栅格的行列信息和原点的地理位置被记录在每一层中;栅格的空间分辨率确定了描述空间现象的精细程度；若需要描述统一地理空间的不同属性，则按不同的属性将数据分层，每层描述一种属性。栅格数据模型39栅格数据模型：数据分层土壤地貌森林建筑物ZYX栅格数据模型：数据分层土壤地貌森林建筑物ZYX40栅格数据模型：栅格单元的定义一个完整的栅格模型需要以下几个参数：栅格形状；栅格单元尺寸大小/分辨率；栅格原点；栅格的倾角；

列行西南角格网坐标（XWS，YWS）格网分辨率X栅格形状Y栅格数据模型：栅格单元的定义列行西南角格网坐标格网分辨率X栅41栅格数据模型：栅格单元大小L栅格数据模型：栅格单元大小L42栅格数据模型：单元值确定CAB面积占优重要性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、地物斑块较小中心点百分比法AB栅格数据模型：单元值确定CAB面重ACA中百分比法AB43矢量——栅格一体化数据模型

在矢量－栅格数据模型中，对地理空间实体同时按矢量数据模型和栅格数据模型来表述面状实体的边界采用矢量数据模型描述，而其内部采用栅格数据模型表达；线状实体一般采用矢量数据模型表达，同时将线所经过位置以栅格单元进行充填；点实体则同时描述其空间坐标以及栅格单元位置，这样则将矢量数据模型和栅格数据模型的特点有机地结合在一起。矢量——栅格一体化数据模型44镶嵌数据模型镶嵌（Tessellation）数据模型采用规则或不规则的小面块集合来逼近自然界不规则的地理单元，适合于用场模型抽象的地理现象；通过描述小面块的几何形态、相邻关系及面块内属性特征的变化来建立空间数据的逻辑模型；小面块之间不重叠且能完整铺满整个地理空间；根据面块的形状，镶嵌数据模型可分为规则镶嵌数据模型不规则镶嵌数据模型镶嵌数据模型45规则镶嵌数据模型规则镶嵌数据模型46不规则镶嵌数据模型TIN和Voronoi多边形数据模型不规则镶嵌数据模型TIN和Voronoi多边形数据模型47面向对象数据模型

面向对象数据模型应用面向对象方法描述空间实体及其相互关系，特别适合于采用对象模型抽象和建模的空间实体的表达。地理空间的实体或现象可看作对象或其实例；一个对象是由描述该对象状态的一组数据和表达它的行为的一组操作（方法）组成的：例如，河流的坐标数据描述了它的位置和形状，而河流的变迁则表达了它的行为。面向对象技术将对象的属性和方法进行封装（encapsulation），另外还有分类（classification）、概括（generalization）、聚集（aggregation）、联合（association）等对象抽象技术以及继承（inheritance）和传播（propagation）等强有力的抽象工具；面向对象数据模型48几何抽象类点曲线表面地理空间参考系几何集合线串类直线段线性环-1-多边形多边形集合曲线集合表面集合点集合-1--1-线串集合-1-1-1OpenGIS面向对象空间实体模型表示“isa”概括关系表示“hasa”聚集关系几何抽象类点曲线表面地理空间参考系几何集合线串类直线段线性环49对象2对象1面向对象数据模型对象ID坐标几何属性方法对象1………………对象2………………对象2对象1面向对象数据模型对象ID坐标几何属性方法对象1…50三维空间数据模型（1）面模型(Surfacemodel)

侧重于三维空间表面的表示,如地形表面,地质层面等,通过表面表示形成三维空间目标表示,其优点是便于显示和数据更新,不足之处是空间分析难以进行。

（2）体模型(Volumemodel)

侧重于三维空间体的表示,如水体,建筑物等,通过对体的描述实现三维空间目标表示。其优点是适于空间操作和分析,但存储空间占用较大,计算速度也较慢。（3）混合模型（(Hybrid

Model)

为了解决应用性问题，目前多是将多种模型进行集成（面模型与体模型及体模型与体模型），从而更好地为实现显示与分析功能服务。三维空间数据模型（1）面模型(Surfacemodel)51面模型体模型混合模型规则体元非规则体元不规则三角网(TIN)结构实体几何(CSG)四面体格网(TEN)TIN-CSG混合格网(Grid)体素(Voxel)金字塔(Pyramid)TIN-Octree混合边界表示模型八叉树(Octree)三棱柱(TP)WireFrame-Block混合线框(或相连切片)针体(Needle)地质细胞Octree-TEN混合断面(Section)规则块体非规则块体断面-三角网混合实体(Solid)多层DEMs3DVoronoi图广义三棱柱(GTP)3D空间数据模型分类面模型体模型混合模型规则体元非规则体元不规则三角网结构实体几52规则体元模型规53非规则体元模型非规则体元模型54三维TINTIN数据组织方法点表记录点号XYZ边表记录边号起点终点左面右面三角形记录三角形边1边2边3TIN数据组织方法点表记录点号XYZ边表记录边号起点终点左面右面三角形记录三角形边1边2边3三维TINTIN数据组织方法点表记录点号XYZ边表记录边号起55TEN模型TEN模型56三维对象的拓扑数据模型三维对象的拓扑数据模型57三维复杂实体的逻辑模型三维复杂实体的逻辑模型5813类空间对象三维对象的逻辑模型13类空间对象三维对象的逻辑模型59面向对象方法对三维目标的抽象描述面向对象方法对三维目标的抽象描述60时空数据模型二维空间＋一维时间三维空间＋一维时间模型：时间作为属性；序列快照模型基态修正模型时空复合模型时空立方体模型非一范式模型对象关系模型时空数据模型61序列快照模型基态修正模型序列快照模型基态修正模型62关于空间数据结构空间数据结构是数据逻辑模型与数据文件格式间的桥梁选择一种数据逻辑模型

对空间数据进行描述一种数据结构

对该模型进行表达一种适合记录该结构的

文件格式关于空间数据结构选择一种数据逻辑模型

对空间数据进行描述一种633.5矢量空间数据结构矢量数据结构对矢量数据模型进行数据的组织。它直接以几何空间坐标为基础，记录实体坐标及其关系，尽可能精确地表示点、线、多边形等地理实体，允许任意位置、长度和面积的精确定义。标识码属性空间对象编码唯一连接几何和属性数据数据库独立编码点:

(x,y)线:(x1,y1),(x2,y2),…,(xn,yn)面:(x1,y1

),(x2,y2

),…,(x1,y1

)点位字典点:点号文件线:点号串面:点号串点号XY1112223344………n5566几何位置3.5矢量空间数据结构矢量数据结构64实体数据结构/spaghetti数据结构

多边形ID坐标类别码A（x1，y1），（x2，y2），（x3，y3），（x4，y4），（x5，y5），（x6，y6），（x7，y7），（x8，y8），（x1，y1）A102B（x1，y1），（x8，y8），（x7，y7），（x13，y13），（x12，y12），（x11，y11），（x10，y10），（x9，y9），（x1，y1）B203C（x20，y20），（x25，y25），（x24，y24），（x23，y23），（x22，y22），（x21，y21），（x20，y20）A178D（x5，y5），（x19，y19），（x18，y18），（x17，y17），（x16，y16），（x15，y15），（x14，y14），（x7，y7），（x6，y6），（x5，y5）C523点号坐标1x1，y12x2，y23x3，y34x4，y4…………25x25，y25多边形ID点号串类别码A1,2,3,4,5,6,7,8,1A102B7,8,1,9,10,11,12,13,7B203C20,21,22,23,24,25,20A178D7,13,15,16,17,18,19,5,6,7C523多边形数据文件点数据文件多边形文件原始多边形数据1285431817161514131211109720D1925242221623CBAcfgabde实体数据结构/spaghetti数据结构65拓扑空间数据结构拓扑空间数据结构没有固定的格式，还没有形成标准，但基本原理相同；拓扑空间数据结构的共同的特点是：点是相互独立的，点连成线，线构成面；每条线始于起始结点，止于终止结点，并与左右多边形相邻接。拓扑空间数据结构主要有：索引式双重独立编码结构链状双重独立编码结构等。拓扑空间数据结构66索引式拓扑空间数据结构原始多边形数据1285431817161514131211109720D1925242221623CBAcfgabdefedgdcbebaDCBA多边形与线之间索引20212223242513141516171819567137191011121312345abcdefg187点与线之间的树状索引索引式拓扑空间数据结构原始多边形数据12854318171667索引式拓扑空间数据结构点ID坐标1x1,y1…………原始多边形数据1285431817161514131211109720D1925242221623CBAcfgabde边ID组成的点IDa1,2,3,4,5…………多边形ID组成的边IDAa,b,c…………点文件边文件多边形文件索引式拓扑空间数据结构点ID坐标1x1,y1…………原始多边68双重独立编码结构/DIME（DualIndependentMapEncoding）编码系统

Ⅰa1cbdef234567891011ⅢⅡkijhgl线号左多边形右多边形起点终点aIII12bIII23cIII34dIIIII56eIIIII67fIIIII75g0II48h0II89i0II91j0II110k0II1011l0II114线文件双重独立编码结构/DIME（DualIndependent69链状双重独立编码结构之一多边形ID弧段号属性Aa,b,e…Bc,d,b…Cg…Df,e,d,-g…原始多边形数据1285431817161514131211109720D1925242221623CBAcfgabde弧段ID起始点终结点左多边形右多边形a51QAb71ABc113QBd137DBe75DAf135QDg2525DC弧段ID点号弧段ID点号a5,4,3,2,1e7,6,5b7,8,1f13,14,15,16,17,18,19,5c1,9,10,11,12,13g25,20,21,22,23,24,25d13,7点号坐标1（x1，y1）2（x2，y2）…………25（x25，y25）链状双重独立编码结构之一多边形ID弧段号属性Aa,b,e…B70链状双重独立编码结构之二多边形ID弧段号属性Aa,b,e…Bc,d,b…Cg…Df,e,d,-g…原始多边形数据1285431817161514131211109720D1925242221623CBAcfgabde弧段ID起始点终结点左多边形右多边形a51QAb71ABc113QBd137DBe75DAf135QDg2525DC弧段ID坐标串弧段ID坐标串a……e……b……f……c……g……d……弧段坐标文件弧段拓扑文件多边形拓扑文件链状双重独立编码结构之二多边形ID弧段号属性Aa,b,e…B713.6栅格空间数据结构完全栅格数据结构层2属性值层N属性值数据文件栅格1x坐标y坐标层1属性值栅格2栅格N栅格N数据文件层1层2层N栅格1栅格2x坐标y坐标属性值数据文件层1层2层N多边形1多边形2多边形N属性值栅格1坐标栅格2坐标栅格N坐标基于面域方式基于层方式基于栅格方式3.6栅格空间数据结构完全栅格数据结构层2属性值层N属性值72多通道/多波段影像完全数据结构BIP结构BIL结构影像文件头第1行第1列像元波段1亮度值波段2亮度值波段n亮度值第1行第N列像元第1行第2列像元第M行第N列像元……BSQ结构影像文件头第2行第1列亮度值波段2……波段1第1行第1列亮度值第1行第2列亮度值第1行第N列亮度值…第2行第N列亮度值第M行第1列亮度值第M行第N列亮度值波段n影像文件头第1行第1列亮度值波段n……波段1第1行第1列亮度值第1行第2列亮度值第1行第N列亮度值…第2行第1列亮度值第1行第N列亮度值波段2波段1波段n…多通道/多波段影像完全数据结构BIP结构BIL结构影像文件头73压缩栅格数据结构

游程长度编码结构之一0000044400044444004444880044488822448888222488882222888822228888(0,5),(4,3)(0,3),(4,5)(0,2),(4,4),(8,2)(0,2),(4,3),(8,3)(2,2),(4,2),(8,4)(2,3),(4,1),(8,4)(2,4),(8,4)(2,4),(8,4)（si，li）

压缩栅格数据结构000004440004444400444474压缩栅格数据结构

游程长度编码结构之二0000044400044444004444880044488822448888222488882222888822228888(0,5),(4,8)(0,3),(4,8)(0,2),(4,6),(8,8)(0,2),(4,5),(8,8)(2,2),(4,4),(8,8)(2,3),(4,4),(8,8)(2,4),(8,8)(2,4),(8,8)（si，posi）

压缩栅格数据结构000004440004444400444475压缩栅格数据结构

四叉树结构栅格单元数满足2n×2n，递归分割，直到每一区间相同或不可再分割。常规四叉树主要在数据索引和图幅索引等方面应用

0011444400114444002244440022444422224444000044440000444400004444生成四叉树0102440022002200根结点压缩栅格数据结构001144440011444400224476压缩栅格数据结构

线性四叉树线性四叉树则只存贮最后叶结点的信息，包括叶结点的位置编码/地址码、属性或灰度值；线性四叉树地址码，通常采用十进制Morton码（MD码）：MD码的“位”运算生成InIn-1In-2….I3I2I1JnJn-1Jn-2…….J3J2J1InJnIn-1Jn-1In-2Jn-2…….I3J3I2J2I1J1MD=

二进制行号I=

二进制列号J=

二进制压缩栅格数据结构MD码的“位”运算生成InIn-1I77

0123456780014516172021641236718192223662891213242528297231011141526273031744323336374849525396534353839505154559864041444556576061104742434647585962631068128129132133144145148149192列方向行方向MD码实例01234567800145161720216412367780011444400114444002244440022444422224444000044440000444400004444MD属性284294304314284204164122804100MD属性164122804100MD属性栈按MD码顺序依次提取4个栅格单元栈顶指针比较入栈压栈栈顶指针栈判别00114444001144440022444400224479分解为行号和列号提取连续4个栅格单元是否相等?将最小MD码单元对应的单元值送到栈顶将4个栅格单元依MD码大小以此推入栈判断栈内顺序4个元素是否相等移动栈顶指针，合并MD=MD+4是否是否是否MD＜2n×2n?MD=0终止分解为行号和列号提取连续4个栅格单元是否相等?将最小MD码单80MD码属性值0041801221643223323403503623723803904004404840011444400114444002244440022444422224444000044440000444400004444MD码属性值00418012216432233234035081压缩栅格数据结构

二维行程编码结构对线性四叉树中仍存在前后叶结点相同值的情况，进一步压缩数据，将前后值相同的叶结点归并：二维行程码属性值004180122164322340362380484MD码属性值004180122164322332340350362372380390400440484压缩栅格数据结构二维行程码属性值0041801221643282链码结构

链码数据结构首先采用弗里曼（Freeman）码对栅格中的线或多边形边界进行编码，然后再组织为链码结构。

32140567

起始点65656774556701222起始点特征码起点行起点列链码2146,5,6,5,6,7,77284,5,5,6,7,0,1,2,2,2链码结构文件链码结构32140567起始点6565677483影像金字塔数据结构影像金字塔结构用于图像编码和渐进式图像传输，是一种典型的分层数据结构形式，适合于栅格数据和影像数据的多分辨率组织，也是一种栅格数据或影像数据的有损压缩方式，有M-金字塔，T-金字塔等。M-金字塔结构X0X1X2Xn…影像金字塔数据结构M-金字塔结构X0X1X2Xn…843.7矢栅一体化空间数据结构

优点缺点矢量数据

结构数据结构严密，冗余度小，数据量小；空间拓扑关系清晰，易于网络分析；面向对象目标的，不仅能表达属性编码，而且能方便地记录每个目标的具体的属性描述信息；能够实现图形数据的恢复、更新和综合；图形显示质量好、精度高。数据结构处理算法复杂叠置分析与栅格图组合比较难；数学模拟比较困难；空间分析技术上比较复杂，需要更复杂的软、硬件条件；显示与绘图成本比较高。栅格数据结构数据结构简单，易于算法实现；空间数据的叠置和组合容易，有利于与遥感数据的匹配应用和分析；各类空间分析，地理现象模拟均较为容易；输出方法快速建议，成本低廉。图形数据量大，用大像元减小数据量时，精度和信息量受损失；难以建立空间网络连接关系；投影变化实现困难；图形数据质量低，地图输出不精美。

栅格、矢量数据结构的对比3.7矢栅一体化空间数据结构优点缺点矢量数据

结构数据结85一体化数据结构细分格网256151425223129272010将地理区域划分成多级格网：粗格网基本格网细分格网三级格网都采用线性四叉树编码用（M0、M1、M2）表示，其中M0表示点或线所通过的粗格网的MD码，是研究区的整体编码；M1表示点或线所通过的基本格网的Morton码，也是研究区的整体编码；M2表示点或线所通过的细分格网的Morton码，是基本栅格内的局部编码一体化数据结构细分格网256151425223129272086点标识号M1M2属性值弧ID起点ID终点ID左域ID右域ID中间点坐标（M1，M2）序列……面域ID边界弧ID序列面域内点指针……面域内点指针面域内点坐标（M1，M2）序列点状地物一体化数据结构线状地物一体化数据结构面状地物一体化数据结构点标识号M1M2属性值弧ID起点ID终点ID左域ID右域ID873.8镶嵌式空间数据结构以正方形和矩形单元进行地理空间划分的规则镶嵌数据模型，采用栅格数据结构进行数据的组织；Voronoi多边形和TIN三角网采用专门的数据结构进行数据组织。3.8镶嵌式空间数据结构以正方形和矩形单元进行地理空间划88Voronoi网空间数据结构样点ID样点坐标样点属性值1X1，y1A12X2，y2A2………………7X7，y7A78X8，y8A8AEDCB54328761Voronoi单元ID相邻Voronoi单元号12，3，4，5，6，7，823，1，8…………78，1，682，1，7Voronoi顶点－IDVoronoi顶点坐标Voronoi顶点标识v1X1，y1v2X2，y2………AxA，yA边界点BxB，yB边界点………Voronoi单元ID顶点－ID1v1,v2,v3,v4,v5,v6,v72v2,v3,F,D,G…………8V6，V5，H，C，P特征点数据

Voronoi单元邻接关系表

Voronoi顶点信息表

Voronoi单元顶点组成表

Voronoi网空间数据结构样点ID样点坐标样点属性值1X189TIN数据结构：以三角形为基本对象点IDxy属性1x1y1z12x2y2z2…………7x7y7z71345621268Ⅰ5437912711ⅢⅣⅡⅤⅥTIN网图三角形ID三角形顶点邻接三角形123123Ⅰ127ⅡⅢ×Ⅱ237ⅣⅠ×…………………