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1、,第二章 GIS空间数据结构,2-1地理空间及其表达,2-2地理空间数据及其特征,2-3空间数据的结构类型,2-4 空间数据结构的建立,2-1地理空间极其表达,第二章 GIS 数据结构,一 地理空间的概念,地理空间（geo-spatial)一般是指上至大气电离层、下至地壳与地幔交界的莫霍面之间的空间区域。,返回,空间定位框架：大地测量控制系统,大地测量控制点,平面控制网,目的：确定地物在平面点的位置。,从太空看到的地球,平面控制网,静止海水面,陆地,大地水准面,为了寻求一种规则的曲面来代替地球的自然表面，设想当海洋静止时，平均海水面穿过大陆和岛屿，形成一个闭合的曲面，该面上的各点与重力方向（铅
2、垂线）成正交，这就是大地水准面（大地体）。,大地水准面,E,大地水准面的形状接近一个两极略扁的旋转椭球，通常采用旋转椭球作为大地坐标系的基准，称其为地球椭球。,b,a,法线,K,椭球中心O,旋转轴NS,椭球扁率,T,G,地 球 椭 球 参 数,世界上存在很多地球椭球,我国不同时期采用的椭球体及其参数,大地原点,“1980西安坐标系”大地坐标的起算点大地原点在陕西省泾阳县永乐镇。,(一）平面控制网,我国目前存在三套坐标系：,1、1954年北京坐标系统2、1980年国家大地坐标系3、地心坐标系,地心坐标系,(一）平面控制网,平面位置,常用平面直角投影：高斯-克吕格投影（Gauss-Kruger P
3、rojection）,高斯-克吕格投影是一种横轴等角切椭圆柱投影。它是假设一个椭圆柱面与地球椭球体面横切于某一条经线上，按照等角条件将中央经线东、西各3或1.5经线范围内的经纬线投影到椭圆柱面上，然后将椭圆柱面展开成平面即成。,高斯直角坐标系统,经度B和纬度L,平面位置（x、y）,位置,x=f1(B,L),y=f2(B,L),地图投影,墨卡托投影（正轴等角圆柱投影）,(二）高程控制网,高程：是指空间某点高于或低于基准面的垂直距离，用来提供地形信息。这个基准面就是大地水准面,是一个重力等位面。高程基准面的确定：取验潮站长期观测结果计算出来的平均海水面。“1985年国家高程基准”(1953-197
4、9验潮资料）高出“黄海平均海水面”29mm,2-1空间实体及其描述,第二章 GIS 数据结构,二 空间实体的表达,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，它是一个具体有概括性，复杂性，相对意义的概念。2、理解：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，武汉就是一个点，这个点不能再分割，可以把武汉定为一个空间实体，而在大比例尺的武汉市地图上，武汉的许多房屋，街道都要表达出来，所以武汉必须再分割，不能作为一个空间实体，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。,返回,2-1空间实体及其描述,
5、第二章 GIS 数据结构,返回,地理空间的特征实体：点（piont）、线（line）、面（polygon）、曲面（surface）和体（volume）。地理空间特征实体的基本元素点的表达：矢量表示：采用一个没有大小的点（坐标）来表达基本点元素，称为矢量表示法，其对应的数据模型称为矢量数据模型栅格表示：采用一个有固定大小的点（面元）来表达基本点元素，称为栅格表示法，其对应的数据模型称为栅格数据模型,点实体：在栅格数据中表示为一个像元。,栅格数据结构,线实体：表示为在一定方向上连接成串的相邻像元集合。,面实体：由聚集在一起的相邻像元集合表示。,矢量数据,矢量结构,栅格结构,1）依据数据来源的不同分
6、为：地图数据 影像数据文本数据,2-2地理空间数据及其特征,一 GIS空间数据分类,地图数据,文本数据,2）依据数据结构分类：矢量数据 栅格数据,2-2地理空间数据及其特征,一 GIS空间数据分类,2-2地理空间数据及其特征,一 GIS空间数据分类,矢量数据,栅格数据,3）依据数据特征分类：空间定位数据非空间属性数据,2-2地理空间数据及其特征,一 GIS空间数据分类,2-2地理空间数据及其特征,非空间属性数据,空间定位数据,一 GIS空间数据分类,4）依据数据几何特点：点：如测量中三角形、电视塔等线：如河流、道路等面：如湖泊、行政区等曲面：2.5维，如地形、气温等体：对3维的空间实体的抽象数
7、据，如地质构造、矿产等。,2-2地理空间数据及其特征,点实体,有位置，无宽度和长度；抽象的点,美国佛罗里达洲地震监测站2002年9月该洲可能的500个地震位置,线实体,有长度，但无宽度和高度 用来描述线状实体，通常在网络分析中使用较多 度量实体距离,香港城市道路网分布,面实体,具有长和宽的目标 通常用来表示自然或人工的封闭多边形 一般分为连续面和不连续面,中国土地利用分布图（不连续面）,空间对象：面（续）,连续变化曲面：如地形起伏，整个曲面在空间上曲率变化连续。,不连续变化曲面，如土壤、森林、草原、土地利用等，属性变化发生在边界上，面的内部是同质的。,空间对象：体,有长、宽、高的目标通常用来表
8、示人工或自然的三维目标，如建筑、矿体等三维目标,香港理工大学校园建筑,5）依据数据特征分类：DLG数据：数字线画图（Digital Line Graphic）数据 DRG数据：数字栅格图（Digital Raster Graphic）数据 DEM数据：数字高程模型（Digital Elevation Model）数据 DOM数据：数字正射影像（Digital Orthophoto Map)数据,2-2地理空间数据及其特征,DLG数据,DRG数据,DEM数据,DEM数据,DOM数据,DOM数据,地图分幅,二 空间数据基本特征,返回,空间特征：描述空间对象的位置、形状和大小等几何特征、以及相邻地理
9、现象和过程的空间关系（包括方位关系、拓扑关系、相邻关系、相似关系等）。空间位置可以通过坐标数据来描述，称为定位特征和定位数据，空间关系称为拓扑特征或拓扑数据。,（一）基本特征,钓鱼岛 北纬2544.6 东经12328.4,二 空间数据基本特征,返回,属性特征：空间现象和过程所具有的专属性质，包括对象的名称、数量、质量、性质等，成为属性数据。钓鱼岛岛上基岩裸露、土层较薄，有4条溪流、有淡水，最高山峰海拔362米，附近海域有大量鱼群、强风的自然环境，特有种的动植物。时间特征：指一定区域内的地理现象和过程随时间变化情况，称为时态数据。1562年明朝浙江提督胡宗宪编纂的筹海图编标明了钓鱼岛作为中国领土
10、并列入中国的防区。清光绪十九年（1893年），即甲午战争的前一年，慈禧太后下诏书，将钓鱼岛赏给邮传部尚书盛宣怀，作为采药用地。,（一）基本特征,二 空间数据基本特征,返回,（一）基本特征,（二）、基本信息,定位信息：三条交通线的形状与位置（直线、S线、环状线），相应的数据称为定位特征数据。属性信息：三条交通线的级别（主干道、次干道、支路），相应的数据称为属性特征数据。拓朴信息：三条交通线的连接结点及其相邻关系，相应的数据称为拓朴特征数据。,三、空间数据的拓扑关系,2-2地理空间数据及其特征,第二章 GIS 数据结构,（一）空间关系类型,1、顺序空间关系：（方向空间关系）用上下左右、前后、东南西
11、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，主要指实体间的距离关系，远近。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）。,（二）拓扑关系,第二章 GIS 数据结构,1、定义：指图形保持连续状态下变形，但图形关系不变的性质。将橡皮任意拉伸，压缩，但不能扭转或折叠。,（3）拓扑关系,2-2地理空间数据及其特征,第二章 GIS 数据结构,表示节点,表示多边形,表示弧段,拓扑关系是指网结构元素结点（Node）、弧段（Arc）、多边形（Polygon）之间的空间关系
12、。,拓扑关系主要表现为下列三种关系：,2-2地理空间数据及其特征,第二章 GIS 数据结构,拓扑邻接关系、拓扑关联关系、拓扑包含关系。,拓扑邻接,拓扑邻接指存在于空间图形的同类元素之间的拓扑关系。结点邻接关系有N1/N4，N1/N2等；多边形邻接关系有P1/P3，P2/P3 等。,与湖北省相邻的省,2-2地理空间数据及其特征,第二章 GIS 数据结构,拓扑邻接的表达：邻接矩阵 重叠：-邻接：1 不邻接：0,拓扑关联指存在于空间图形的不同类元素之间的拓扑关系。结点与弧段关联关系有N1/C1、C3、C6，N2/C1、C2、C5 等。多边形与弧段的关联关系有P1/C1、C5、C6，P2/C2、C4、
13、C5、C7等。,拓扑关联,拓扑包含指存在于空间图形的同类但不同级的元素之间的拓扑关系，P2包含P4。,拓扑包含,拓扑包含关系,特殊的邻接关系,3-2地理空间数据及其特征,第二章 GIS 数据结构,设 ID表示当前多边形 IW表示表示包含面的个数 IP表示ID为岛（IP=1）或非岛（IP0）则包含关系的形式如下图。,拓扑关系具体可由4个关系表来表示：（1）节点弧段（链）关系：节点 通过该节点的链（2）弧段（链）-节点关系：弧段 弧段两端的节点（3）弧段多边形关系：弧段 左面 右面（4）多边形弧段关系：多边形 构成面的弧段,3、拓扑关系的表达,3-2地理空间数据及其特征,第二章 GIS 数据结构,
14、返回,空间拓扑关系表达关系表,表1 节点与弧段的拓扑关系,空间拓扑关系表达关系表,表2 弧段与节点的拓扑关系,空间拓扑关系表达关系表,表3 弧段与多边形的拓扑关系,空间拓扑关系表达关系表,表4多边形与弧段的拓扑关系,对于数据处理和GIS空间分析具有重要的意义，因为：1）拓扑关系能清楚地反映实体之间的逻辑结构关系，它比几何关系具有更大的稳定性，不随地图投影而变化。2）有助于空间要素的查询，利用拓扑关系可以解决许多实际问题。如某县的邻接县，-面面相邻问题。又如供水管网系统中某段水管破裂找关闭它的阀门，就需要查询该线（管道）与哪些点（阀门）关联。3）根据拓扑关系可重建地理实体。,2-2地理空间数据及
15、其特征,第二章 GIS 数据结构,返回,4、拓扑关系的意义：,拓扑关系重建地理实体,如何根据弧段（链）建立多边形,1）概念a、顺时针方向构多边形：指多边形是在链的右侧。b、最靠右边的链：指从链的一个端点出发，在这条链的方向上最右边的第一条链，实质上它也是左边最近链。a的最右边的链为d c、多边形面积的计算,2-2 拓扑关系的自动建立,第二章 GIS的数据结构,当多边形由顺时针方向构成时，面积为正；反之，面积为负。,2）建立多边形的基本过程,1 顺序取一个结点为起始结点，取完为止；取过该结点的任一条链作为起始链。2 取这条链的另一结点，找这个结点上，靠这条链最右边的链，作为下一条链。3 是否回到
16、起点：是，已形成一多边形，记录之，并转4；否，转2。4取起始点上开始的，刚才所形成多边形的最后一条边作为新的起始链，转2；若这条链已用过两次，即已成为两个多边形的边，则转1。,5-3 拓扑关系的自动建立,第五章 空间数据的处理,例：1从P1开始，起始链定为P1P2,从P2点算起，P1P2最右边的链为P2P5；从P5算起，P2P5最右边 的链为P5P1,.形成的多边形为P1P2P5P1。2从P1开始，以P1P5为起始链，形成的多边形为P1P5P4P1。3从P1开始，以P1P4为起始链,形成的多边形为P1P4P3P2P1。4 这时P1为结点的所有链均被使用了两次，因而转向下一个结点P2，继续进行多
17、边形追踪，直至所有的结点取完。共可追踪出五个多边形，即A1、A2、A3、A4、A5。,5、岛的判断,找出多边形互相包含的情况.1、计算所有多边形的面积。2、分别对面积为正的多边形和面积为负的多边形排序。3、从面积为正的多边形中，顺序取每个多边形，取完为止。若负面积多边形个数为0，则结束。4、找出该多边形所包含的所有面积为负的多边形，并把这些面积为负的多边形加入到包含它们的多边形中，转3。正面积多边形包含的负面积多边形是关键.1、找出所有比该正面积多边形面积小的负面积多边形。2、用外接矩形法去掉不可能包含的多边形。即负面积多边形的外接矩形不和该正面积多边形的外接矩形相交或被包含时，则不可能为该正
18、面积多边形包含。3、取负面积多边形上的一点，看是否在正面积多边形内，若在内，则被包含；若在外，则不被包含。,5-3 拓扑关系的自动建立,第五章 空间数据的处理,单多边形被追踪两次,p1,p2,p3,p1,p2,p3,-p1,-p2,-p3,四、空间数据的组织,2-2地理空间数据及其特征,第二章 GIS 数据结构,（一）空间分幅,（二）属性分层,（三）时间分段,2-3 空间数据结构的类型,第二章 GIS 数据结构,数据结构即数据组织的形式，是适合于计算机存储、管理、处理的数据逻辑表达。,空间数据结构是一种用来表达空间数据的数据结构。对现实世界的空间数据表示可以采用矢量数据模型和栅格数据模型。相应
19、的，空间数据结构也可以划分为基于矢量模型和基于栅格模型的数据结构。,本节还将介绍曲面数据结构。,曲面数据结构是一种用来表示空间曲面、体的数据结构。,（spaghetti）-面条模型:以实体为单位记录其坐标,2-3-1 矢量数据结构,第二章 GIS 数据结构,（一）实体数据结构,返回,一、矢量数据结构,2-3-1矢量数据结构,第二章 GIS 数据结构,缺点：1、相邻多边形的公共边界被数字化并存储两次，造成数据冗余和碎屑多边形数据不一致，浪费空间，导致双重边界不能精确匹配。2、自成体系，缺少多边形的邻接信息，无拓扑关系，难以进行邻域处理，如消除多边形公共边界，合并多边形。3、岛作为一个单个图形，没
20、有与外界多边形联系。不易检查拓扑错误。所以，这种结构只用于简单的制图系统中，显示图形。,优点：结构简单、直观、易实现以实体为单位的运算和显示。,返回,（二）拓扑数据结构,矢量数据结构,第三章 GIS 数据结构,拓扑数据的特点：点是独立的，点连成线、线构成面。每条线始于起节点，止于中止节点，弧段的左右多边形邻接。构成多边形的线又称弧段，两条以上的弧段相交的点为节点。由一条弧段组成的多边形称为岛或洞。简单多边形 复合多边形：外边界和内边界,节点,弧段,多边形,岛,（二）拓扑数据结构,矢量数据结构,第二章 GIS 数据结构,弧段文件 弧段坐标文件 节点文件 多边形文件,弧段文件,弧段记录：标示号、起
21、始节点、终止节点、左多边形、右多边形,C1 N1 N2 P2 P1,C2 N3 N2 P1 P4,C3 N1 N3 P1,C4 N1 N4 P2,节点文件,节点代码 横坐标 纵坐标,N1 x1 y1 N2 x2 y2.,弧段坐标文件,弧段代码、坐标值,C1 x1,y1 x2,y2 x3,y3,xn,yn,C2.,多边形文件,多边形代码、组成弧段 面积 周长,P1-C1,C2,C3.P2 C1,C5,-C6,-C4.,2-3-2 栅格数据结构,第二章 GIS 数据结构,返回,栅格结构是将空间分割成有规则的网格（栅格单元，三角形，多边形），在各个栅格单元上给出相应的属性值来表示地理实体的一种组织形
22、式。用位置由行，列号定义，属性为栅格单元的值。,一、图形表示,正六边形栅格,点实体：由一个单位网格表示表达,栅格数据结构,线实体：由一串有序的相互连接的单位网格表示，各个网格的值相同。,面实体：由聚集在一起的相互连接的单元网格组成。区域内部的网格值相同，但与外部网格的值不同。,2、栅格单元的尺寸,栅格数据结构,第三章 GIS 数据结构,返回,1）原则：应能有效地逼近空间对象的分布特征，又减少数据的冗余度。格网太大，忽略较小图斑，信息丢失。实体特征愈复杂，栅格尺寸越小，分辨率愈高，然而栅格数据量愈大（按分辨率的平方指数增加）计算机成本就越高，处理速度越慢。2）方法：,栅格数据存储类型,栅格数据结
23、构,第二章 GIS 数据结构,返回,（一）栅格矩阵结构将栅格数据看作一个数据矩阵特点：最直观、最基本的网格存贮结构，没有进行任何压缩数据处理。,A A A A A B B B A A B B A A B B,栅格数据量大，格网数多，由于地理数据往往有较强的相关性，即相邻象元的值往往是相同的。所以，出现了各种栅格数据压缩方法。数据压缩是将数据表示成更紧凑的格式以减少存储空间的一项技术。,2、游程（行程）编码：,第二章 GIS 数据结构,返回,将栅格矩阵的一行数据序列X1 X2 X3,映射为相应的二元组序列（Ai,Pi),Ai表示为属性值，Pi为游程，i为游程序号。属性码，游程（长度）游程：一行内
24、连续相同码值的栅格个数。,A A A A A B B B A A B B A A B B,行程编码例子,编码1：(属性值，重复个数)只在各行（或列）数据的代码发生变化时依次记录该代码以及相同代码重复的个数。右图可沿行方向进行编码：0行：（1，5），（2，3）；1行：（1，5），（2，3）；2行：（1，4），（2，4）；3行：（1，4），（3，1），（2，3）；4行：（1，2），（3，3），（2，3）；5行：（1，1），（3，3），（4，3），（2，1）；6行：（3，4），（4，4）；7行：（3，3），（4，5）。,栅格数据结构,第二章 GIS 数据结构,图层的数据冗余度Re估算：,其中：Q为层
25、内相邻属性值变化次数的累加和；m为图层网格的行数；n为图层网格的列数。当Re的值大于15时的情况下，栅格数据的压缩可取得明显的效果。压缩比：,第三章 GIS 数据结构,返回,特点：对于游程编码，区域越大，数据的相关性越强，则压缩越大，适用于类型区域面积较大的专题图，而不适合于类型连续变化或类别区域分散的分类图（压缩比与图的复杂程度成反比）。这种编码在栅格加密时，数据量不会明显增加，压缩率高，并最大限度地保留原始栅格结构，编码解码运算简单，且易于检索，叠加，合并等操作，这种编码应用广泛。,(三）四叉树编码（Quadtree Encoding）,栅格数据结构,将整个2n2n像元组成的阵列当作树的根
26、结点，进行连续4等分，每一等分作为当前结点的一个分支，每个分支分别代表西南（SW）、东南（SE）、东北（NE）、西北（NW）四个象限，这样一直分到子象限中的属性值相同（或单个像元）为止。,SW,SE,NE,NW,生成四叉树编码的两种方式,栅格数据结构,自上而下方式：先检测全区域，其值不相同时即四叉分割，直到最小栅格或数值都相同为止。,自下而上方式：先检查四个单元，若相同则合并；反之，作为叶子结点记录。,自上而下方式top-down,请用四叉树表示下面栅格数据,自下而上方式bottom-up,列 0 1 2 3 4 5 6 7,7 6 5 4 3 2 1 0 行,步骤：(1)行Ib、列号Jb变为
27、二进制(2)I行J列交叉组成新的数(3)再化为十进制.,0：00,1：01,2：10,3：11,0：00,1：01,2：10,3：11,如行为2、列为3的栅格的MD,根据行列号计算（Morton）莫顿码,Ib=1 0,Ib=1 1,13,1 1 0 1=13,四叉树的存储方法有两种，即常规四叉树和线性四叉树方法,2-3 栅格数据结构,第二章 GIS 数据结构,返回,1）常规四叉树 记录这棵树的叶结点外，中间结点，结点之间的联系用指针联系，每个节点需要6个变量：父结点指针、四个子结点的指针和本结点的属性值。,1、常规四叉树在处理上简便灵活。2、当栅格矩阵很大，存储和处理整个矩阵较困难时，采用常规
28、四叉树。4、求并、求或简单。,特点：,1）线性四叉树 每个节点需要3个变量：莫顿码、深度（或节点大小）和节点值。不记录中间节点、0值节点、也不使用指针仅记录非0值叶节点。,2-3 栅格数据结构,第二章 GIS 数据结构,栅格,莫顿码,2-3 栅格数据结构,第二章 GIS 数据结构,线性四叉树优点：存贮量小，只存储三个值，节省了大量中间结点的存储。记录节点地址，能直接找到其在四叉树中的走向路径，又可以换算它在整个栅格区域的行列位置。压缩方便，各个部分的分辨率可不同，既可精确地表示图形结构，又可减少存储量，易于进行大部分图形操作和运算。,四叉树优缺点,第二章 GIS 数据结构,优点：1）对于团块图
29、像，四叉树表示法基本上是一种非冗余表示法。2）四叉树具有可变率或多重分辩率的特点使得它有很好的应用前景，适用于处理凝聚性或呈块状分布的空间数据，特别适用于处理分布不均匀的块状空间数据，但不适用于连续表面（如地形）或线状地物。此外，目前应用四叉树还存下列问题：1)矢/栅正反变换还不理想。2)建立四叉树耗费时间很多。3)四叉树虽可修改，但很费事（具体的数据结构中会提到）,4)四叉树未能直接表示物体间的拓扑关系。,2-3 栅格数据结构,第二章 GIS 数据结构,5)与非树表示法比较，四叉树表示法的缺点在于转换的不稳定性或叫滑动变异例如，两个图像的差异仅由于平移，就会构成极为不同的四叉树，因而很难根据
30、四叉树来判断这两个图像是否全同，故不利于做形状分析和模式识别，,6)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。,第二章 GIS 数据结构,矢、栅优缺点：（转换的必要性）,三 曲面数据结构,曲面：是指连续分布现象的覆盖表面，具有这种覆盖表面的要素有地形、降水量、温度、磁场等。通常有两种表达曲面的方法：不规则三角网（Triangulated Irregular Network，TIN),另一种是规则格网(Grid).,规则格网,不规则三角网TIN,狄洛尼（Delaunay）三角网的特点,用途：1、便于连续分布现象的顺序追踪和查询检索。例如：对等高线的追踪。2、进行
31、地形分析，如坡度和坡向信息的提取、填挖方计算、阴影和地形通视分析，等高线自动生成和三位显示等。,狄洛尼三角形由三个最邻近的点连接而成。,狄洛尼（Delaunay)三角网,狄洛尼三角网中的每个三角形可视为一个平面，平面的几何特性完全由三个顶点的空间坐标（xi,yi,zi)(i=1,2,3)所决定。每个三角形分别构成一个记录，每具记录的数据项包括：三角形标识码、该三角形的相邻三角形号、该三角形的顶点号以及三个顶点的空间坐标值。,直接表示三角形及邻接关系的结构,坐标与高程值表,三角形表,邻接三角形表,Delaunay（狄洛尼）三角网与Voronoi(沃罗诺伊）图,（二）、规则格网的曲面数据结构,类似
32、于矩阵式栅格数据，其属性值为地面的高程或其他连续分布现象的数值。,2-4 空间数据结构的建立,空间数据结构的建立是指根据确定的数据结构类型，形成与该数据机构相适应的GIS空间数据，为空间数据库的建立提供基础。,数据与功能之间具有密切的联系，因此，在确定数据内容时，首先必须明确系统的功能；城市GIS的专题数据：基础底图、环境数据、公用设施、工程平面图、地块图、街区类型数据、区域统计数据、交通统计图、街道网数据和区域境界线数据。对开发的GIS系统的功能，是通过用户需求调查来确定的，因此，在开发GIS系统之前，首先要进行系统分析。,一、系统功能与数据间的关系,系统功能与数据间的关系(据Jack Da
33、ngermond等),二、空间数据的分类和编码,空间数据的分类，是指根据系统功能及国家规范和标准，将具有不同属性或特征的要素区别开来的过程，以便从逻辑上将空间数据组织为不同的数据层；,空间数据的分类,我国基础地理信息数据分为八大类：测量控制点、水系、居民地、交通、管线与垣栅、境界、地形与地质和植被八大类。,步骤：1、根据几何图形的原则，将空间分为点、线、面三种类型。2、其次是对象原则。如河流和道路,二、空间数据的分类和编码,空间数据的编码 空间数据的编码：也称为特征码，是指将数据分类的结果用一种易于被计算机和人识别的符号系统表示出来的过程，编码的结果是形成代码。代码由数字或字符组成。,大类码、
34、小类码、一级代码和二级代码分别用数字顺序排列。识别位由用户自行定义，以便于扩充。,例如，我国基础地理信息数据的分类代码由六位数字组成，其代码结构如下所示：,国土基础信息数据分类与代码举例,三、矢量数据的输入与编辑,输入方法：手扶跟踪数字化仪输入、屏幕矢量化、扫描矢量化输入、解析测图仪数据输入、其他数据输入和转换输入等。,矢量数据的输入过程：是产生和矢量数据结构相适应的GIS空间数据的过程，即把经过分类和编码的地理要素的空间位置，转换为一系列坐标，然后将这些坐标按照确定格式存入到计算机中去。,2、屏幕跟踪矢量化流程：,选择投影和单位输入控制点编辑控制点,1、手扶跟踪数字化仪数据输入过程：（1）原
35、图准备（2）连接数字化仪（3）输入变换数据（4）输入空间实体坐标数据（5）检查和修改数字化错误（6）输入属性数据（7）检查和修改属性错误,矢量数据的编辑空间数据编辑的目的是为了消除数字化过程中引入的各类错误，以及将数字数据重新组织，以便得到进一步处理和使用格式。,空间数据输入的误差：1）几何数据的不完整或重复2）几何数据的位置不正确3）比例尺不正确4）变形5）几何数据与属性数据的连接有误6）属性数据错误、不完整键盘输入错误，漏输数据或属性错误分类、编码等。,多工序编辑检查的内容,产生和栅格数据结构相适应的GIS数据的过程。栅格数据的输入方法包括：扫描输入、遥感影像解译和数据结构装换。,四、栅格
36、数据的输入,曲面数据主要指数字地形模型数据，一般采用已知高程的离散数据点进行空间插值的方法来生成。,五、曲面数据的输入,第二章讨论,1、如何建立华师校园管理信息系统的数据结构?2、利用关系表来表达右图的空间拓扑关系。,作业,1,2,3,4,5,6,7,8,P67-68,谢 谢！,2-3-2 栅格数据结构,第二章 GIS 数据结构,返回,一、图形表示,栅格数据表示的是二维表面上的地理数据的离散化数值。在栅格数据中，地表被分割为相互邻接、规则排列的地块，每个地块与一个象元相对应。因此，栅格数据的比例尺就是栅格(象元)的大小与地表相应单元的大小之比，当象元所表示的面积较大时，对长度、面积等的量测有较
37、大影响。每个象元的属性是地表相应区域内地理数据的近似值，因而有可能产生属性方面的偏差。,二、栅格数据组织,栅格数据结构,第三章 GIS 数据结构,针对一个栅格单元对应多个属性值的多层栅格文件。,组织方法,第三章 GIS 数据结构,返回,方法c：以层为基础，每层内以多边形为序记录多边形的属性值和多边形内各象元的坐标。节约用于存储属性的空间。将同一属性的制图单元的n个象元的属性只记录一次，便于地图分析和制图处理。,方法a：以象元为记录序列，不同层上同一象元位置上的各属性值表示为一个列数组。N层中只记录一层的象元位置，节约大量存储空间，栅格个数很多。,方法b：每层每个象元的位置、属性一一记录，结构最
38、简单，但浪费存储。,栅格结构的建立,栅格数据结构,第二章 GIS 数据结构,返回,1、手工获取，专题图上划分均匀网格，逐个决定其网格代码。2、扫描仪扫描专题图的图像数据行、列、颜色（灰度），定义颜色与属性对应表，用相应属性代替相应颜色，得到（行、列、属性）再进行栅格编码、存贮，即得该专题图的栅格数据。3、由矢量数据转换而来。4、遥感影像数据，对地面景象的辐射和反射能量的扫描抽样，并按不同的光谱段量化后，以数字形式记录下来的象素值序列。5、格网DEM数据，当属性值为地面高程，则为格网DEM，通过DEM内插得到。,（一）建立途径,（二）栅格系统的确定,(三)栅格代码的确定,(三)栅格代码（属性值）
39、的确定,栅格数据结构,第二章 GIS 数据结构,返回,当一个栅格单元内有多个可选属性值时，按一定方法来确定栅格属性值。1、中心点法：取位于栅格中心的属性值为该栅格的属性值。2、面积占优法：栅格单元属性值为面积最大者，常用于分类较细，地理类别图斑较小时。3、重要性法：定义属性类型的重要级别，取重要的属性值为栅格属性值，常用于有重要意义而面积较小的要素，特别是点、线地理要素。4、长度占优法每个栅格单元的值由该栅格中线段最长的实体的属性来确定。,A,B,b,a,2,1,3、块码-游程编码向二维扩展,栅格数据结构,第三章 GIS 数据结构,返回,采用方形区域作为记录单元，每个记录单元包括相邻的若干栅格
40、。,数据对组成：（初始行、列，半径，属性值）,特点：具有可变分辨率，即当属性变化小图块大时，对于大块图斑记录单元大，分辨率低，压缩比高。小块图斑记录单元小，分辨率高，压缩比低所以，与行程编码类似，随图形复杂程度的提高而降低分辩率。,依次扫描，编过的不重复。,1 2 3 4 5 6 7 8 1 0 4 4 7 7 7 7 72 4 4 4 4 4 7 7 73 4 4 4 4 8 8 7 7 4 0 0 4 8 8 8 7 75 0 0 8 8 8 8 7 86 0 0 0 8 8 8 8 87 0 0 0 0 8 8 8 88 0 0 0 0 0 8 8 8,如：（1,1,1,0),(1,2,
41、2,4),(1,4,1,7),(1,5,1,7),块式编码(Block Codes),（1，1，2，3）（1，3，1，3）（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）,栅格数据结构,4、链式编码、Freeman 链码、边界链码,3-3 栅格数据结构
42、,第三章 GIS 数据结构,返回,1）首先定义一个3x3窗口，中间栅格的走向有8种可能，并将这8种可能07进行编码。2）记下地物属性码和起点行、列后，进行追踪，得到矢量链.,将栅格数据（线状地物面域边界）表示为矢量链的记录,链式编码表,a,a,a,a,a,a,b,优点：链码可有效地存贮压缩栅格数据，便于面积、长度、转折方向和边界、线段凹凸度的计算。缺点：不易做边界合并，插入操作、编辑较困难（对局部修改将改变整体结构）。区域空间分析困难，相邻区域边界被重复存储。,1、请将下面的栅格分别用游程编码、块码、常规四叉树、线性四叉树表示？,块码,2、在矢栅结合的模型中，下图四个面域的栅格单元如何组织？,
43、1）数字高程模型（DEM）数字高程模型（Digital Elevation Model，缩写DEM）是一定范围内规则格网点的平面坐标（X，Y）及其高程（Z）的数据集，它主要是描述区域地貌形态的空间分布，是通过等高线或相似立体模型进行数据采集（包括采样和量测），然后进行数据内插而形成的。DEM是对地貌形态的虚拟表示，可派生出等高线、坡度图等信息，也可与DOM或其它专题数据叠加，用于与地形相关的分析应用，同时它本身还是制作DOM的基础数据。2）数字线划地图（DLG）数字线划地图（Digital Line Graphic，缩写DLG）是地形图基础要素信息的矢量数据集，其中保存着要素间的空间关系和相关
44、的属性信息，能较全面的描述地表目标。DLG按不同的地图要素分为若干数据层（如：交通、水系、植被、行政区划等），可以根据不同的需要实现地图要素的分层提取或相互叠加，满足GIS的空间检索和空间分析，因此它被视为带有智能的数据。它还可以和DOM叠加成复合产品，制作各种专题地图或电子地图，满足各专业部门的需要。,3）数字栅格地图（DRG）数字栅格地图（Digital Raster Graphic，缩写DRG）是利用现有的纸质地形图经扫描、几何纠正、图像处理（彩色地图还需色彩纠正）和数据压缩后形成的栅格数据文件，其在内容、几何精度和色彩上与原图保持一致。DRG是模拟产品向数字产品过渡的一种产品形式，它是
45、现有纸介质地形图以数字方式存档和管理最简捷的形式，也是利用现有地形图制作DLG的基础，可作为GIS的空间背景数据广泛应用，也可与DOM、DEM集成使用，派生出新的可视信息，从而提取和更新地图数据，绘制纸质地图。4）数字正射影像图（DOM）数字正射影像图（Digital Orthophoto Map，缩写DOM）是利用DEM对经过扫描处理的数字化航空像片或遥感影像（单色或彩色），经逐像元进行辐射改正、微分纠正和镶嵌，并按规定图幅范围裁剪生成的图象数据，带有公里格网、图廓（内、外）整饰和注记的平面图。DOM同时具有地图几何精度和影像特征，精度高、信息丰富、直观真实、制作周期短。它可作为背景控制信息，评价其它数的精度、现实性和完整性。,
