第2章-GIS的数据结构.ppt

1、地理信息系统的数据结构，第2章，第2章，第2.1节地理空间及其表达，第2.1节空间实体的表达(抽象表达)地理实体(线、面、面和体)可以有矢量表示和网格表示：点(0维):一对坐标(x，y)和至少一个属性，逻辑上，例如，道路交叉口、小比例尺地图上的城市和陆地卫星图像上的点(像素)的面积为79*79m。线(一维):一系列(x，y)坐标对，表示具有相同属性(至少一个)的点的轨迹。曲面(二维):由一系列坐标对或边集表示的具有相同属性的一组点。平面上的每个点都至少有一个相同的属性。如土壤、植被、行政区域等。2.2地理(空间)数据及其特征，1。地理信息系统的空间数据：它是关于地理实体在几何空间中的位置和空间

2、关系的数据。(地理信息系统操作对象，建立地理信息系统的第一步)类型：(1)地图数据：一般和特殊。高精度；(2)图像数据：卫星照片和航空照片。多时相、多光谱和多分辨率；(3)地形数据：数字高程模型等。(4)属性数据：来自调查、实际测量、数据、解释等。(5)元数据：与数据相关的数据和对数据的有用描述；空间数据的基本特征包括三个相互关联的方面：定位数据、拓扑关系和属性特征。(统称为地理空间数据/地理数据)1。定位数据(在一定坐标系下):点：(x，y)；线：(x1，y1)，(x2，y2)，(xn，yn)曲面：由坐标对序列或边集表示的闭合多边形。空间实体之间的拓扑关系，拓扑关系：描述空间实体之间的相互关

3、系。包括：(1)拓扑邻接：相似元素之间；点、线和面的各自邻接(图26)，(2)拓扑关联：不同元素之间的关联。例如，点和弧段之间的关联；多边形和弧段之间的关联(3)拓扑包含：相同种类但不同层次的元素之间的包含。简单包含；多层夹杂物；等效包含(图27)，节点、弧段和多边形之间的拓扑关系表示为、N2、n1、n3、n5、n4、C1、C3、C6、C4、C5、C7、C2、P1、p2、P3、P4、(优于使用坐标来配对序列)，判断多边形的邻接，1)判断两个多边形是否相邻以及它们的公共边界；2)判断多边形的所有边界。弧连通性的判断有助于路径搜索和网络分析。1)判断与弧段相连的两个节点；2)判断与某一节点相连的所

4、有弧段；3)回路组成判断；3)实体的非几何属性，地理实体有意义信息的描述。通常，每个实体及其属性数据通过分配一个公共标识符而相互关联。属性分为定性描述和定量描述。1)属性数据的重要性：属性数据和空间数据是地理信息系统中两个密切相关的部分。在属性数据的支持下，空间数据不再仅仅是一个几何图形或像素，而是一个地理实体。地理分析、地理统计和其他空间操作通过属性数据(与图形数据的组合和连接)来实现。2)属性数据获取：统计、调查、观测、分类编码、遥感图像分类提取等。3)属性数据与图形数据的连接：通过对应的像素数(点、弧、多边形)建立与图形的连接。属性数据的内容要么直接记录在图形数据中，要么单独存储在某个结

5、构中，并通过指针或键码与图形数据相连。4)属性数据编码：为了便于存储和管理，可以根据需要对属性数据进行编码。使其管理高效、专业、规范，易于共享和扩展。3.空间数据的计算机表示；2.3空间数据结构的类型；空间数据结构的概念：指计算机存储、管理和处理地学图形的逻辑结构。空间数据结构的基本类型：矢量结构：面向地面对象。每个目标都直接分配有位置、属性和拓扑。网格结构：离散点，不直接建立位置和地面物体之间的关系。要设置要素，请遍历网格矩阵以找到它们。拓扑关系无法建立。(混合结构)正在开发：网格-矢量集成结构。首先，矢量数据结构通过记录坐标和使用点、线和区域等基本元素来准确地表示各种地理实体。(因为线段由

6、具有起点和终点坐标的线段组成，并且具有方向性，所以称为向量结构。)。1.简单结构(坐标序列法)(1)以点、线和平面为单位组织数据。直观、数字化、简单(面条结构)；(2)公共边界数字化存储两次，冗余且不一致；(3)点、线、面都有自己的数据，没有拓扑关系。2.拓扑结构特征：点相互独立，点连接成线，线连接成平面。定义：弧段：构成多边形的线。是数据组织的基本对象。节点：两个以上弧段相交的点。岛屿：由弧形线段组成的多边形。数据结构：弧段：弧段标识码，FN，TN，LP，RP节点：节点号，坐标，弧段标识码与此节点连接多边形：多边形标识码，拓扑编辑(多边形连接，节点连接)(1)多边形编辑(以P1为例)算法：检

7、索弧段文件中所有与P1相关的记录；调整圆弧段的方向(起点和终点)，使其顺时针连接；从任何节点开始，依次连接节点，并启用关闭。(2)节点编辑(以N2为例)算法：在arc文件中，检出所有与N2相关的记录；调整相关弧段，以N2为终点；(改变方向，同时调整弧段中左右多边形的位置)；从任意多边形开始，按顺序排列多边形，然后返回到起始多边形。3.表面数据结构表面：连续分布的地理现象的覆盖表面。存储要求：便于任何点的插值计算。一般结构：tin(三角正网)(图214)原理：每个三角形都可以看作一个平面，它的方程由三个顶点的空间坐标(xi、易、子)决定。z轴代表现象的属性(如地形高程)。可以在三角形的任意一边进

8、行插值，从而自动绘制等高线、分析坡度、计算填方和挖方、进行通视分析、建立数字高程模型等。2.网格数据结构1。网格结构：空间分为正方形网格，每个网格是一个像素，其空间位置用行和列表示，像素值是其属性代码。(简单直观)(如遥感数据、扫描数据、数字高程模型)2。网格结构中的点、线和面：一个像素。它的值明显不同于相邻网格的值。线条：由一系列有序连接的像素表示。这些像元值相同或几乎没有差异，这与相邻的网格值有很大不同。面：具有相同属性的相邻单元格的集合。内部像素值相同或几乎没有差异，这与相邻的网格值有很大不同。网格边长的确定：网格边长决定网格数据的准确性。太多的信息丢失，太少的数据太大。通常，标准是确保

9、最小多边形的精度。设置研究区域的最小光斑面积a，对于边长为h的网格，光斑可能会丢失；当取H /2时，它可以很好地表达出来。因此，h取为a的平方根的一半。根据这一点，生成的栅格数据图与原始图之间的比较为4。几种类型的栅格数据结构(1)栅格矩阵(未压缩)和(2)链码：描述直线或边界的起点和基本方向上的一系列步骤。(3)游程编码：合并相等值的相邻像素，记录属性和游程。(可通过解码恢复为原始网格矩阵格式)，索引文件有助于快速搜索属性，(属性运行建立四叉树的两种方法，自上而下(逐层细分)关键点：首先，检测整个区域，当值不单调时，将其分成四个点，直到单调为止。对于神经网络的正方形矩阵区域，四个子象限是：(

10、检测和计算量大，速度慢)，自底向上(逐层聚合)关键点：按照下图所示的顺序检测每个网格，如果四个网格具有相同的值，它们将被合并；相反，它被记录为四个叶节点。逐步上升到根节点。四叉树存储方法传统的四叉树存储6个量：4个子节点指针、1个父节点指针和1个节点值。线性四叉树存储三个量：地址、深度和节点值。Addres(I，j)=2*I(B) j(B)，(5)八叉树和十六进制树用于表示3D数据或4D数据。八叉树结构将空间区域分成八个相同大小的区域，直到相同区域的属性是单一的。(图)传统的八叉树存储10个量：8个子节点指针、1个父节点指针和1个属性值。线性八叉树存储两个量：地址和属性值。六边形树形结构。矢量

11、网格集成数据结构。概念：当数字化线性实体时，除了记录原始采样点，它还记录通过的网格；除了记录边界，面要素还记录中间环绕的网格。它既保证了矢量的特性，又具有网格的特性。方法：将点和线穿过的基本网格细分为256256个细网格，以确定点和线的精确位置。(图)编码表示：基本网格和细分网格均采用线性四叉树编码方式，点和线性对象与网格的交点用两个莫顿码表示。M1代表该点的地址码及其基本网格；M2表示对应于点的细分网格的莫顿码。也就是说，x和y坐标被转换成两个莫顿码。2.矢量网格集成结构设计(1)点目标和节点：仅位置。(2)记录线性目标和弧段通过的所有网格地址。(3)通过连接相关弧段和弧段的数据结构，可以建

12、立多边形和弧段之间的拓扑关系；中间的网格由四叉树和2D游程编码表示。第四，矢量和栅格数据结构的比较，1)矢量结构的精度高；存储容量小；简毅擅长管理线性对象和搜索拓扑关系，易于网络分析；空间位置表达明显，属性隐含；良好的图形显示质量。但是，数据结构复杂，叠加操作困难，空间分析能力差。(2)网格结构的精度稍低；图形数据的数量；难以构建拓扑结构；属性表达式是明显的，位置是隐含的；图形显示的可视性不如矢量显示。然而，该数据结构简单，易于与遥感和摄影数据相结合，并且易于在空间中操作和分析。2.4空间数据结构的建立根据确定的数据结构类型，输入数据形成空间数据库。1.系统功能和数据之间的关系某些系统功能需要某些相关数据(层)。(表28)二。空间数据的分类和编码分类：具有不同属性或特征的元素在逻辑上被划分为不同的信息层进行管理。分类原则：图形原则：点、线、面的对象原则：区分不同的地理对象。中国基础地理信息数据分为八类，再细分为小类、一类和二类。空间数据的编码数据分类的结果用代码表示。有利于计算机的存储和利用。例如：中国基础地理信息数据分类代码：3。矢量数据输入和编辑矢量数据输入的过程实际上是生成与矢量数据结构相适应的地理信息系统空间数据的过程，即将地理要素的分类编码图形转换成一系列的X和Y坐标，并根据确定的数据结构格式添加到