的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu).ppt

1,GIS,Data,(Geographic Information Systems),2,3,第1節(jié) 地理實(shí)體及其表達(dá) 第2節(jié) 矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 第3節(jié) 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 第4節(jié) 矢量與柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的比較 第5節(jié) 矢-柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 和三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),第二章 GIS的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu), 教學(xué)要求 教學(xué)重點(diǎn) 教學(xué)活動(dòng) 作 業(yè),4,教學(xué)要求 1. 理解地理實(shí)體的表達(dá)形式。 2. 掌握矢量和柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其表達(dá)。 3. 掌握矢量和柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)、缺點(diǎn)。 4. 了解矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和三維數(shù)據(jù)結(jié) 構(gòu)及其表達(dá) 教學(xué)重點(diǎn) 1. 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其表達(dá) 2. 地理實(shí)體及其描述 教學(xué)活動(dòng) 在學(xué)校圖書(shū)館或網(wǎng)絡(luò)上查閱相關(guān)的地理信 息系統(tǒng)教材和雜志,進(jìn)一步理解空間數(shù)據(jù)結(jié) 構(gòu)的相關(guān)問(wèn)題。,返回上一頁(yè),5,第二章 GIS的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),GIS空間數(shù)據(jù)分為以下幾種類(lèi)型 : 1、按數(shù)據(jù)來(lái)源分類(lèi) （1）地圖數(shù)據(jù) ; （2）影像數(shù)據(jù) ; （3）地形數(shù)據(jù) ; （4）屬性數(shù)據(jù) ; （5）元數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)； 2、按數(shù)據(jù)所表達(dá)的地理實(shí)體幾何形狀分類(lèi) （1）點(diǎn)數(shù)據(jù)；（2）線數(shù)據(jù)；（3）面數(shù)據(jù),6,2D Digital Map,7,第二章 GIS的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),GIS空間數(shù)據(jù)分為以下幾種類(lèi)型 : 1、按數(shù)據(jù)來(lái)源分類(lèi) （1）地圖數(shù)據(jù) ; （2）影像數(shù)據(jù) ; （3）地形數(shù)據(jù) ; （4）屬性數(shù)據(jù) ; （5）元數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)； 2、按數(shù)據(jù)所表達(dá)的地理實(shí)體幾何形狀分類(lèi) （1）點(diǎn)數(shù)據(jù)；（2）線數(shù)據(jù)；（3）面數(shù)據(jù),8,9,第二章 GIS的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),GIS空間數(shù)據(jù)分為以下幾種類(lèi)型 : 1、按數(shù)據(jù)來(lái)源分類(lèi) （1）地圖數(shù)據(jù) ; （2）影像數(shù)據(jù) ; （3）地形數(shù)據(jù) ; （4）屬性數(shù)據(jù) ; （5）元數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)； 2、按數(shù)據(jù)所表達(dá)的地理實(shí)體幾何形狀分類(lèi) （1）點(diǎn)數(shù)據(jù)；（2）線數(shù)據(jù)；（3）面數(shù)據(jù),10,11,第二章 GIS的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),GIS空間數(shù)據(jù)分為以下幾種類(lèi)型 : 1、按數(shù)據(jù)來(lái)源分類(lèi) （1）地圖數(shù)據(jù) ; （2）影像數(shù)據(jù) ; （3）地形數(shù)據(jù) ; （4）屬性數(shù)據(jù) ; （5）元數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)； 2、按數(shù)據(jù)所表達(dá)的地理實(shí)體幾何形狀分類(lèi) （1）點(diǎn)數(shù)據(jù)；（2）線數(shù)據(jù)；（3）面數(shù)據(jù),12,第二章 GIS的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),GIS空間數(shù)據(jù)分為以下幾種類(lèi)型 : 1、按數(shù)據(jù)來(lái)源分類(lèi) （1）地圖數(shù)據(jù) ; （2）影像數(shù)據(jù) ; （3）地形數(shù)據(jù) ; （4）屬性數(shù)據(jù) ; （5）元數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)； 2、按數(shù)據(jù)所表達(dá)的地理實(shí)體幾何形狀分類(lèi) （1）點(diǎn)數(shù)據(jù)；（2）線數(shù)據(jù)；（3）面數(shù)據(jù),13,第二章 GIS的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),14,第二章 GIS的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),GIS空間數(shù)據(jù)分為以下幾種類(lèi)型 : 1、按數(shù)據(jù)來(lái)源分類(lèi) （1）地圖數(shù)據(jù) ; （2）影像數(shù)據(jù) ; （3）地形數(shù)據(jù) ; （4）屬性數(shù)據(jù) ; （5）元數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)； 2、按數(shù)據(jù)所表達(dá)的地理實(shí)體幾何形狀分類(lèi) （1）點(diǎn)數(shù)據(jù)；（2）線數(shù)據(jù)；（3）面數(shù)據(jù),15,第1節(jié) 地理實(shí)體及其表達(dá) 第2節(jié) 矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 第3節(jié) 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 第4節(jié) 矢量與柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的比較 第5節(jié) 矢-柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),第二章 GIS的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),16,一、地理實(shí)體 1. 地理實(shí)體與地理目標(biāo) 地理實(shí)體：指一種在現(xiàn)實(shí)世界中不能再劃分為同類(lèi)現(xiàn)象的現(xiàn)象。 地理目標(biāo)：實(shí)體在地理數(shù)據(jù)庫(kù)中的表示 2. 地理實(shí)體特征（空間特征、屬性特征、時(shí)間特征） 3. 地理實(shí)體的類(lèi)型（點(diǎn)、線、面、體） 4. 地理目標(biāo)的類(lèi)型（0、1、2、3維） 二、地理實(shí)體的描述 A.地理實(shí)體的描述內(nèi)容（ 編碼（分類(lèi)碼、 識(shí)別碼）, 位置, 類(lèi)型 行為, 屬性 , 說(shuō)明, 時(shí)間維描述, 關(guān)系) B. 地理實(shí)體數(shù)據(jù)類(lèi)型(屬性數(shù)據(jù),幾何數(shù)據(jù), 關(guān)系數(shù)據(jù)) C.地理實(shí)體的描述空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),第1 節(jié) 地理實(shí)體及其表達(dá),17,一、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的概念: 二、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) (一)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu): (二)矢量數(shù)據(jù)獲取方式 (三)矢量數(shù)據(jù)表達(dá)需要考慮的內(nèi)容 (四)矢量數(shù)據(jù)表達(dá) 1 簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 2 拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 索引式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 雙重獨(dú)立式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 鏈狀雙重獨(dú)立式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),第2 節(jié) 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),18,第1 節(jié) 地理實(shí)體及其表達(dá),一、地理實(shí)體 1. 地理實(shí)體與地理目標(biāo),地理實(shí)體：指一種在現(xiàn)實(shí)世界中不能再劃分為同類(lèi)現(xiàn)象的現(xiàn)象。 如城市是實(shí)體，其各組成部分則不能稱(chēng)為城市，而稱(chēng)為區(qū)、街道等 實(shí)體是自然界現(xiàn)象和社會(huì)經(jīng)濟(jì)事件中不能再分割的單元，是一個(gè)具有概括性和 相對(duì)意義的概念。實(shí)體是現(xiàn)實(shí)世界中客觀存在的，并可相互區(qū)別的事物。 GIS地理數(shù)據(jù)庫(kù)是地理實(shí)體的集合，是一種與現(xiàn)實(shí)世界保持一定相似性的實(shí)體模型 地理目標(biāo)：實(shí)體在地理數(shù)據(jù)庫(kù)中的表示。 地理目標(biāo)是一個(gè)概括、復(fù)雜、相對(duì)、抽象的概念，其具體類(lèi)別和內(nèi)容的確定是 從具體需要出發(fā)的，并隨表示方法的比例尺、目的等情況而變化。,19,第1 節(jié) 地理實(shí)體及其表達(dá),一、地理實(shí)體 2. 地理實(shí)體特征,屬性特征用以描述事物或現(xiàn)象的特性，即用來(lái)說(shuō)明“是什么”，如事物或現(xiàn)象的類(lèi)別、等級(jí)、數(shù)量、名稱(chēng)等,空間特征用以描述事物或現(xiàn)象的地理位置以及空間相互關(guān)系，故又稱(chēng)幾何特征和拓?fù)?特征，如中國(guó)與印度之間邊界界樁的經(jīng)緯度，中國(guó)與印度之間的鄰接關(guān)系,時(shí)間特征用以描述事物或現(xiàn)象隨時(shí)間的變化，如學(xué)生人數(shù)的逐年變化。,20,第1 節(jié) 地理實(shí)體及其表達(dá),一、地理實(shí)體 3. 地理實(shí)體的類(lèi)型以相同的方式表示和存儲(chǔ)的一組類(lèi)似的地理實(shí)體， 可以作為 地理實(shí)體的一種類(lèi)型 點(diǎn)實(shí)體指具有特定的位置而沒(méi)有長(zhǎng)度的實(shí)體。 線實(shí)體指具有長(zhǎng)度的實(shí)體，如線段、邊界、鏈、網(wǎng)絡(luò)等，并具有以下特征： 面實(shí)體又成為多邊形、區(qū)域等，水對(duì)湖泊、島嶼、地塊等一類(lèi)現(xiàn)象的描述， 具有以下空間特征 體實(shí)體用于描述三維空間中的現(xiàn)象與物體，具有長(zhǎng)度、寬度及高度等屬性， 有如下空間特征,21,第1 節(jié) 地理實(shí)體及其表達(dá),一、地理實(shí)體 3. 地理實(shí)體的類(lèi)型以相同的方式表示和存儲(chǔ)的一組類(lèi)似的地理實(shí)體， 可以作為 地理實(shí)體的一種類(lèi)型 點(diǎn)實(shí)體指具有特定的位置而沒(méi)有長(zhǎng)度的實(shí)體。 線實(shí)體指具有長(zhǎng)度的實(shí)體，如線段、邊界、鏈、網(wǎng)絡(luò)等，并具有以下特征： 面實(shí)體又成為多邊形、區(qū)域等，水對(duì)湖泊、島嶼、地塊等一類(lèi)現(xiàn)象的描述， 具有以下空間特征 體實(shí)體用于描述三維空間中的現(xiàn)象與物體，具有長(zhǎng)度、寬度及高度等屬性， 有如下空間特征,長(zhǎng) 度：從起點(diǎn)到終點(diǎn)的總長(zhǎng)； 彎曲度：用于表示像道路拐彎時(shí)彎曲的程度。 方向性：如水流方向,上下游; 公路,單雙向之分。,22,第1 節(jié) 地理實(shí)體及其表達(dá),一、地理實(shí)體 3. 地理實(shí)體的類(lèi)型以相同的方式表示和存儲(chǔ)的一組類(lèi)似的地理實(shí)體， 可以作為地 理實(shí)體的一種類(lèi)型 點(diǎn)實(shí)體指具有特定的位置而沒(méi)有長(zhǎng)度的實(shí)體。 線實(shí)體指具有長(zhǎng)度的實(shí)體，如線段、邊界、鏈、網(wǎng)絡(luò)等。 面實(shí)體又成為多邊形、區(qū)域等，水對(duì)湖泊、島嶼、地塊等一類(lèi)現(xiàn)象的描述。 體實(shí)體用于描述三維空間中的現(xiàn)象與物體，具有長(zhǎng)度、寬度及高度等屬性。,23,第1 節(jié) 地理實(shí)體及其表達(dá),體積 島或洞 表面積 斷面,一、地理實(shí)體 3. 地理實(shí)體的類(lèi)型以相同的方式表示和存儲(chǔ)的一組類(lèi)似的地理實(shí)體， 可以作為 地理實(shí)體的一種類(lèi)型 點(diǎn)實(shí)體指具有特定的位置而沒(méi)有長(zhǎng)度的實(shí)體。 線實(shí)體指具有長(zhǎng)度的實(shí)體，如線段、邊界、鏈、網(wǎng)絡(luò)等。 面實(shí)體又成為多邊形、區(qū)域等，水對(duì)湖泊、島嶼、地塊等一類(lèi)現(xiàn)象的描述。 體實(shí)體用于描述三維空間中的現(xiàn)象與物體，具有長(zhǎng)度、寬度及高度等屬性。,24,第1 節(jié) 地理實(shí)體及其表達(dá),第1 節(jié) 地理實(shí)體及其表達(dá),一、地理實(shí)體 4. 地理目標(biāo)的類(lèi)型地理目標(biāo)是地理實(shí)體在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)的表示，它需要選擇合 適的類(lèi)型，而地理目標(biāo)的類(lèi)型按空間維來(lái)定義 0維有位置而無(wú)長(zhǎng)度的目標(biāo)，如點(diǎn)。 1維有長(zhǎng)度的目標(biāo)，一般有兩個(gè)或多個(gè)0維目標(biāo)組成，如線。 2維有長(zhǎng)度和寬度的目標(biāo)，如多邊形。 3維有長(zhǎng)、寬、高的目標(biāo)，如三維立體。 地理實(shí)體可以根據(jù)地理目標(biāo)的類(lèi)型劃分為點(diǎn)、線、面、體4種類(lèi)型,25,第1 節(jié) 地理實(shí)體及其表達(dá),二、地理實(shí)體的描述 A. 地理實(shí)體的描述內(nèi)容： 編碼用于區(qū)別不同的實(shí)體，有時(shí)同一實(shí)體在不同的時(shí)間具有不同的編碼，如上行和 下行的火車(chē)。編碼通常包括分類(lèi)碼和識(shí)別碼。 分類(lèi)碼，是用來(lái)標(biāo)識(shí)實(shí)體所屬的類(lèi)別， 識(shí)別碼，是對(duì)每個(gè)實(shí)體進(jìn)行標(biāo)識(shí)，是唯一的，用于區(qū)別不同的實(shí)體。 位置通常用坐標(biāo)值的形式給出實(shí)體的空間位置。 類(lèi)型指明該地理實(shí)體屬于哪一種實(shí)體類(lèi)型，或由哪些實(shí)體類(lèi)型組成。 行為指明該地理實(shí)體可以具有哪些行為和功能。 屬性指明該地理實(shí)體所對(duì)應(yīng)的非空間信息，如道路的寬度、路面質(zhì)量、車(chē)流量等 說(shuō)明用于說(shuō)明實(shí)體數(shù)據(jù)的來(lái)源、質(zhì)量等相關(guān)的信息。 時(shí)間維描述地理實(shí)體的屬性或空間位置隨時(shí)間的變化 。 關(guān)系與其它地理實(shí)體的關(guān)系。,26,第1 節(jié) 地理實(shí)體及其表達(dá),27,第1 節(jié) 地理實(shí)體及其表達(dá),二、地理實(shí)體的描述 B. 地理實(shí)體數(shù)據(jù)類(lèi)型根據(jù)地理實(shí)體的特征，把地理實(shí)體數(shù)據(jù)分為三類(lèi) 屬性數(shù)據(jù)描述空間對(duì)象的屬性特征的數(shù)據(jù)，也稱(chēng)非幾何數(shù)據(jù)。 即說(shuō)明“是什么”，如類(lèi)型、等級(jí)、名稱(chēng)、狀態(tài)等 描述時(shí)間特征的數(shù)據(jù)也可以歸為這一類(lèi)。 幾何數(shù)據(jù)描述空間對(duì)象的空間特征的數(shù)據(jù)，也稱(chēng)位置數(shù)據(jù)、定位數(shù)據(jù)。 即說(shuō)明“在哪里”，一般用經(jīng)緯度或X、Y坐標(biāo)來(lái)表示。 關(guān)系數(shù)據(jù)描述空間對(duì)象之間的空間關(guān)系的數(shù)據(jù)，一般通過(guò)拓?fù)潢P(guān)系表達(dá)。 如空間數(shù)據(jù)的相鄰、包含等，主要是指拓?fù)潢P(guān)系。 拓?fù)潢P(guān)系是一種對(duì)空間關(guān)系進(jìn)行明確定義的數(shù)學(xué)方法,28,第2 節(jié) 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),一、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的概念 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是指空間數(shù)據(jù)適合于計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)、管理、處理的邏輯結(jié)構(gòu),也就是指空間數(shù)據(jù)以什么形式在計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)和處理. 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分為基于矢量的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和基于柵格的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)兩種基本類(lèi)型,29,二、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) (一)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)通過(guò)記錄空間對(duì)象的坐標(biāo)及其空間關(guān)系來(lái)表達(dá)地理實(shí)體的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 矢量結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：屬性隱含，定位明顯 A. 點(diǎn)實(shí)體：記錄點(diǎn)坐標(biāo)和屬性代碼； B. 線實(shí)體：記錄兩個(gè)或一系列采樣 點(diǎn)的坐標(biāo)，并加屬性代碼； C. 面實(shí)體：記錄邊界上一系列采樣點(diǎn) 的坐標(biāo)，由于多邊形封閉， 邊界為閉合環(huán)，加面域?qū)傩源a。,第2 節(jié) 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),30,二、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) (二)矢量數(shù)據(jù)獲取方式 通過(guò)外業(yè)測(cè)量獲得，利用測(cè)量?jī)x器（全站儀、GPS、常規(guī)測(cè)量等）記錄測(cè)量結(jié)果，然后轉(zhuǎn)到地理數(shù)據(jù)庫(kù)中 跟蹤數(shù)字化，用跟蹤數(shù)字化的方式把地圖變成離散的矢量數(shù)據(jù) 間接獲取 柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 空間分析（疊置、緩沖等操作產(chǎn)生的新的矢量數(shù)據(jù)）,第2 節(jié) 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),31,二、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) (三)矢量數(shù)據(jù)表達(dá)需要考慮的內(nèi)容 矢量數(shù)據(jù)自身的存儲(chǔ)和管理 幾何數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的聯(lián)系 空間對(duì)象的空間關(guān)系（拓?fù)潢P(guān)系） (四)矢量數(shù)據(jù)表達(dá) 簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 索引式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 雙重獨(dú)立式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 鏈狀雙重獨(dú)立式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),第2 節(jié) 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),32,(四) 矢量數(shù)據(jù)表達(dá)簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：是指只記錄空間對(duì)象的位置坐標(biāo)和屬性信息，不記錄拓?fù)潢P(guān)系的一種矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，又稱(chēng)面條結(jié)構(gòu)。 存儲(chǔ)： 獨(dú)立存儲(chǔ)：空間對(duì)象位置直接跟隨空間對(duì)象； 點(diǎn)位字典：點(diǎn)坐標(biāo)獨(dú)立存儲(chǔ)，線、面由點(diǎn)號(hào)組成 特征： 優(yōu)點(diǎn)：數(shù)據(jù)按照點(diǎn)、線或多邊形為單元進(jìn)行組織，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、直觀、易實(shí)現(xiàn)以 實(shí)體為單位的運(yùn)算和顯示 缺點(diǎn)： A. 獨(dú)立存儲(chǔ)方式造成相鄰多邊形的公共邊界被數(shù)字化并存儲(chǔ)兩次，出現(xiàn)數(shù)據(jù) 冗余和碎屑多邊形，導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致；點(diǎn)位字典存儲(chǔ)可保證公共邊的唯一性 B.自成體系，缺少多邊形的鄰接信息，鄰域處理復(fù)雜，需追蹤出公共邊。 C.處理島或洞等嵌套問(wèn)題較麻煩，需要計(jì)算多邊形的包含等。 適用范圍： 制圖及一般查詢(xún)，不適合復(fù)雜的空間分析,33,面狀物（多邊形）矢量編碼,獨(dú)立存儲(chǔ),(四) 矢量數(shù)據(jù)表達(dá)簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),34,(四) 矢量數(shù)據(jù)表達(dá)簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),35,(四) 矢量數(shù)據(jù)表達(dá)拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu),拓?fù)涓拍睿?拓?fù)湟辉~來(lái)自于希臘文，意思是“形狀的研究”。 拓?fù)鋵W(xué)是幾何學(xué)的一個(gè)分支，它研究在拓?fù)渥儞Q下能夠保持不變的幾何屬性拓?fù)鋵傩?拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是明確定義空間關(guān)系的一種數(shù)學(xué)方法,36,(四) 矢量數(shù)據(jù)表達(dá)拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu),拓?fù)潢P(guān)系 拓?fù)潢P(guān)系：指圖形保持連續(xù)狀態(tài)下變形， 但圖形關(guān)系不變的性質(zhì)。,37, 拓?fù)潢P(guān)系 拓?fù)湓?點(diǎn)：孤立點(diǎn)、線的端點(diǎn)、 面的首尾點(diǎn)、鏈的連接點(diǎn) 線：兩結(jié)點(diǎn)之間的有序弧段， 包括鏈、弧段和線段 面：若干弧段組成的閉合多邊形,矢量數(shù)據(jù)表達(dá)拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu),38,矢量數(shù)據(jù)表達(dá)拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu),拓?fù)潢P(guān)系 拓?fù)湓?拓?fù)渚€段（arc）,結(jié)點(diǎn)(node）,多邊形（poly）,該線段中間不與其它線段存在聯(lián)系,拓?fù)渚€段的兩個(gè)端點(diǎn)，分別為首結(jié)點(diǎn)、尾結(jié)點(diǎn),由數(shù)條拓?fù)渚€段連接而成,39, 拓?fù)潢P(guān)系 最基本拓?fù)潢P(guān)系 拓?fù)潢P(guān)聯(lián)：指存在于空間圖形中的不同拓?fù)湓?之間的關(guān)系 結(jié)點(diǎn)與弧段：如結(jié)b與弧3,2,5 多邊形與弧段：面C與弧4,5,3 拓?fù)溧徑樱褐复嬖谟诳臻g圖形中的相同拓?fù)湓?之間的關(guān)系。多邊形之間,結(jié)點(diǎn)之間 鄰接矩陣,1鄰結(jié)；0不鄰結(jié) 其它拓?fù)潢P(guān)系 拓?fù)浒褐复嬖谟诳臻g圖形中的面與其它元素 之間的關(guān)系,如面狀實(shí)體包含哪些點(diǎn)、線狀實(shí)體 層次關(guān)系：指存在于空間圖形中的相同拓?fù)湓?之間的等級(jí)關(guān)系，如連云港市各個(gè)區(qū) 拓?fù)溥B通：拓?fù)湓刂g的通達(dá)關(guān)系，如點(diǎn)連通度，面連通度,b,矢量數(shù)據(jù)表達(dá)拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu),40,b,矢量數(shù)據(jù)表達(dá)拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu),1、拓?fù)溧徑樱和負(fù)溧徑邮侵缚臻g圖形的同類(lèi)元素之間的拓?fù)潢P(guān)系。,多邊形之間的鄰接關(guān)系P1/P2，P2/P3，弧段之間的鄰接關(guān)系a1/a2，a2/a3，性以及結(jié)點(diǎn)之間的鄰接關(guān)系N1/N2，N2/N3，。,41,b,矢量數(shù)據(jù)表達(dá)拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu),2 拓?fù)潢P(guān)聯(lián) ：拓?fù)潢P(guān)聯(lián)是指空間圖形的不同元素之間的拓?fù)潢P(guān)系 。,結(jié)點(diǎn)與弧段的關(guān)聯(lián)關(guān)系N1/a1,a5,a3；N2/a1,a6,a2；多邊形與弧段的關(guān)聯(lián)關(guān)系P1/a1,a6,a5；P2/a4,a6,a2，。,42,b,矢量數(shù)據(jù)表達(dá)拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu),3、拓?fù)浒和負(fù)浒侵缚臻g圖形的同類(lèi)，但不同級(jí)的元素之間的拓?fù)潢P(guān)系。,圖 (a)中多邊形P1中包含多邊形P2，圖（b）中多邊形P3包含在多邊形P2中，而多邊形P2，P3又都包含在多邊形P1中。圖 （c）多邊形P2，P3都包含在多邊形P1中，多邊形P2，P3對(duì)P1而言是等價(jià)包含 .,43,b, 拓?fù)潢P(guān)系 拓?fù)湓亓俊①|(zhì)不變及相互關(guān)系歐拉公式 歐拉公式在GIS中有著重要的意義，主要用來(lái)檢查空間拓?fù)潢P(guān)系的正確性，能發(fā)現(xiàn)點(diǎn)、 線、面不匹配的情況和多余、遺漏的圖形元素。,n = 4， a = 4 b = 1， c = 1,n = 6， a = 5 b = 1， c = 2,n = 4， a = 5 b = 2， c = 1,n = 10， a = 12 b = 3， c = 1,矢量數(shù)據(jù)表達(dá)拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu),44, 拓?fù)潢P(guān)系 拓?fù)潢P(guān)系的表達(dá)-關(guān)系表,矢量數(shù)據(jù)表達(dá)拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu),結(jié)點(diǎn)編碼： ,多邊形編碼： (1)(2)(3)(4)(5),線段編碼： 1 2 3 4 5 6 7 8 9,(2),(3),(5),(4),1,2,4,5,6,7,8,9,3,45, 拓?fù)潢P(guān)系 拓?fù)潢P(guān)系的表達(dá)-關(guān)系表 如果將空間圖形的結(jié)點(diǎn)、弧段和多邊形之間的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)表達(dá)出來(lái)，可以形成四個(gè)關(guān)系表達(dá)： 結(jié)點(diǎn)-弧拓?fù)?弧-結(jié)點(diǎn)拓 弧-面拓?fù)?面-弧拓?fù)?矢量數(shù)據(jù)表達(dá)拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu),46, 拓?fù)潢P(guān)系 拓?fù)潢P(guān)系的表達(dá)關(guān)系表,矢量數(shù)據(jù)表達(dá)拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu),47, 拓?fù)潢P(guān)系 拓?fù)潢P(guān)系的意義 空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系對(duì)GIS的數(shù)據(jù)處理和空間分析具有重要意義 A. 拓?fù)潢P(guān)系能清楚地反映實(shí)體之間的邏輯結(jié)構(gòu)關(guān)系 不需要利用坐標(biāo)或距離就可以確定一個(gè)地理實(shí)體相對(duì)于另一個(gè)地理實(shí)體的空間位置關(guān)系;并且這種拓?fù)鋽?shù)據(jù)較之幾何數(shù)據(jù)具有更大的穩(wěn)定性，即它不隨地圖投影而變化 B. 有助于空間要素的查詢(xún)，利用拓?fù)潢P(guān)系可以解決許多實(shí)際問(wèn)題 C. 根據(jù)拓?fù)潢P(guān)系可重建地理實(shí)體。,矢量數(shù)據(jù)表達(dá)拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu),48,矢量數(shù)據(jù)表達(dá)拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu),空間數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)表示,49, 主要拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型 索引式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是對(duì)所有邊界點(diǎn)進(jìn)行數(shù)字化，將坐標(biāo)對(duì)以順序方式存儲(chǔ)，由點(diǎn)索引 與邊界線號(hào)相聯(lián)系，以線索引與各多邊形相聯(lián)系，形成樹(shù)狀索引結(jié)構(gòu)。,矢量數(shù)據(jù)表達(dá)拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu),50, 主要拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型 索引式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),矢量數(shù)據(jù)表達(dá)拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu),優(yōu)點(diǎn)：1）消除多邊形數(shù)據(jù)的冗余和不一致 2）鄰接信息、島信息可通過(guò)查找公共弧段號(hào)的方式查詢(xún) 缺點(diǎn)：1）表達(dá)拓?fù)潢P(guān)系較繁瑣 2）給相鄰運(yùn)算、處理島信息、檢索拓?fù)潢P(guān)系等帶來(lái)困難 3）以人工方式建立編碼表，工作量大，易出錯(cuò),51, 主要拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型 雙重獨(dú)立式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) (DIME， Dual Independent Map Encoding)，是對(duì)圖上網(wǎng)狀或面狀要素的任何一條線段，用其兩端的結(jié)點(diǎn)及相鄰面域來(lái)予以定義。,矢量數(shù)據(jù)表達(dá)拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu),52, 主要拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型 鏈狀雙重獨(dú)立式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在DIME中，一條邊只能用直線兩端點(diǎn)的序號(hào)及相鄰的面域來(lái)表示，而在鏈狀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，將若干直線段合為一個(gè)弧段(或鏈段)，每個(gè)弧段可以有許多中間點(diǎn),矢量數(shù)據(jù)表達(dá)拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu),53, 主要拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型 鏈狀雙重獨(dú)立式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),矢量數(shù)據(jù)表達(dá)拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu),特點(diǎn): 拓?fù)潢P(guān)系明確，也能表達(dá)島信息，而且以弧段為記錄單位， 滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用需要。 在ARC/INFO軟件中： 1）ARC文件： 2）INFO：屬性表, 如AAT（Arc Attribute Table）,54,第1節(jié) 地理實(shí)體及其表達(dá) 第2節(jié) 矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 第3節(jié) 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 第4節(jié) 矢量與柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的比較 第5節(jié) 矢-柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),第二章 GIS的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),上節(jié)內(nèi)容回顧,55,一、地理實(shí)體 1. 地理實(shí)體與地理目標(biāo) 地理實(shí)體：指一種在現(xiàn)實(shí)世界中不能再劃分為同類(lèi)現(xiàn)象的現(xiàn)象。 地理目標(biāo)：實(shí)體在地理數(shù)據(jù)庫(kù)中的表示 2. 地理實(shí)體特征（空間特征、屬性特征、時(shí)間特征） 3. 地理實(shí)體的類(lèi)型（點(diǎn)、線、面、體） 4. 地理目標(biāo)的類(lèi)型（0、1、2、3維） 二、地理實(shí)體的描述 A.地理實(shí)體的描述內(nèi)容（ 編碼（分類(lèi)碼、 識(shí)別碼）, 位置, 類(lèi)型 行為, 屬性 , 說(shuō)明, 時(shí)間維描述, 關(guān)系) B. 地理實(shí)體數(shù)據(jù)類(lèi)型(屬性數(shù)據(jù),幾何數(shù)據(jù), 關(guān)系數(shù)據(jù)) C.地理實(shí)體的描述空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),第1 節(jié) 地理實(shí)體及其表達(dá),56,一、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的概念: 二、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) (一)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu): (二)矢量數(shù)據(jù)獲取方式 (三)矢量數(shù)據(jù)表達(dá)需要考慮的內(nèi)容 (四)矢量數(shù)據(jù)表達(dá) 1 簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 2 拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 索引式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 雙重獨(dú)立式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 鏈狀雙重獨(dú)立式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),第2 節(jié) 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),57,一、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的概念:(是指空間數(shù)據(jù)適合于計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)、管理、處 理的邏輯結(jié)構(gòu),也就是指空間數(shù)據(jù)以什么形式在計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)和處理) 二、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) (一)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(通過(guò)記錄空間對(duì)象的坐標(biāo)及其空間關(guān)系來(lái)表達(dá)地理實(shí)體的一 種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)) (二)矢量數(shù)據(jù)獲取方式: 1 外業(yè)測(cè)量, 2 跟蹤數(shù)字化， 3 間接獲取(柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,空間分析) (三)矢量數(shù)據(jù)表達(dá)需要考慮的內(nèi)容 1 矢量數(shù)據(jù)自身的存儲(chǔ)和管理, 2 幾何數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的聯(lián)系, 3 空間對(duì)象的空間關(guān)系（拓?fù)潢P(guān)系）),第2 節(jié) 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),58,(四)矢量數(shù)據(jù)表達(dá) 1 簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(是指只記錄空間對(duì)象的位置坐標(biāo)和屬性信息，不記錄拓?fù)潢P(guān)系的一種矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，又稱(chēng)面條結(jié)構(gòu)) 2 拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 索引式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):是對(duì)所有邊界點(diǎn)進(jìn)行數(shù)字化，將坐標(biāo)對(duì)以順序方式存儲(chǔ)，由點(diǎn)索引與邊界線號(hào)相聯(lián)系，以線索引與各多邊形相聯(lián)系. 雙重獨(dú)立式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):是對(duì)圖上網(wǎng)狀或面狀要素的任何一條線段，用其兩端的結(jié)點(diǎn)及相鄰面域來(lái)予以定義。 鏈狀雙重獨(dú)立式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):在DIME中，一條邊只能用直線兩端點(diǎn)的序號(hào)及相鄰的面域來(lái)表示，而在鏈狀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，將若干直線段合為一個(gè)弧段(或鏈段)，每個(gè)弧段可以有許多中間點(diǎn).,第2 節(jié) 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),59,第1節(jié) 地理實(shí)體及其表達(dá) 第2節(jié) 矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 第3節(jié) 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 第4節(jié) 矢量與柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的比較 第5節(jié) 矢-柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 和三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),第二章 GIS的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),上節(jié)內(nèi)容回顧,這節(jié)內(nèi)容,60,三、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(Raster) (一)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 1 概念：是指將地球表面劃分為大小均勻緊密相鄰的網(wǎng)格陣列，每個(gè)網(wǎng)格作為一個(gè)象元或象素由行、列定義，并包含一個(gè)代碼表示該象素的屬性類(lèi)型或量值。 也即: 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就是像元陣列，用每個(gè)像元的行列號(hào)確定位置，用每個(gè)像元的值表示實(shí)體的類(lèi)型、等級(jí)等屬性,第2 節(jié) 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),61,三、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(Raster),第2 節(jié) 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),掃描圖象：150DPI、300DPI、600DPI,1、柵格結(jié)構(gòu)有關(guān)概念（續(xù)） 象元柵格單元 遙感影像：MSS 7979米 SPOT 1010米 TM 3030米 QuickBird 0.61 0.61米,影像分辨率,計(jì)算機(jī)屏幕分辨率：640780 800600 1024768,62,三、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(Raster),第2 節(jié) 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),1、柵格結(jié)構(gòu)有關(guān)概念（續(xù)）,象元陣列：反映某一空間分布的系列象元隊(duì)列，其行、列確定每個(gè)象元的空間位置。 象元屬性：柵格單元值 地理要素的屬性特征,63,三、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(Raster) (一)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) A. 點(diǎn)實(shí)體：由單個(gè)像元來(lái)表達(dá) B. 線實(shí)體：由在一定方向上連接成串的相鄰像元的集合來(lái)表達(dá)。 C. 面實(shí)體：由聚集在一起的相鄰像元的集合來(lái)表達(dá),第2 節(jié) 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),64,第2 節(jié) 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),三、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(Raster),65,柵格數(shù)據(jù)單元格經(jīng)常是矩形（主要是正方形）的，但并不是必須如此。其單元格形狀可以隨應(yīng)用的需要進(jìn)行具體設(shè)定，比如設(shè)置為三角形。 柵格數(shù)據(jù)的比例尺就是柵格大小與地表相應(yīng)單元大小之比。 柵格尺寸越小，其分辨率越高，數(shù)據(jù)量也越大。 由于柵格結(jié)構(gòu)對(duì)地表的離散，在計(jì)算面積、長(zhǎng)度、距離、形狀等空間指標(biāo)時(shí)，若柵格尺寸較大，則造成較大的誤差 。 由于柵格單元中存在多種地物，而數(shù)據(jù)中常常只記錄一個(gè)屬性值，這會(huì)導(dǎo)致屬性誤差。比如，遙感數(shù)據(jù)中的“混合像元”問(wèn)題。,2 柵格數(shù)據(jù)的形狀、尺寸及相關(guān)問(wèn)題,第2 節(jié) 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),三、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(Raster),66,三、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) (二)柵格數(shù)據(jù)獲取的途徑 1、 手工獲取 2、 掃描儀掃描 3、 由矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換而來(lái) 4、 遙感影像數(shù)據(jù) 5、 格網(wǎng)DEM數(shù)據(jù) (三)柵格系統(tǒng)的確定 柵格坐標(biāo)系統(tǒng)的確定 由于柵格編碼一般用于區(qū)域性GIS， 原點(diǎn)的選擇常具有局部性質(zhì)。 但為了便于區(qū)域的拼接，柵格系統(tǒng) 的起始坐標(biāo)應(yīng)與國(guó)家基本比例尺 地形圖 公里網(wǎng)的交點(diǎn)相一致，并分別采用公里網(wǎng) 的縱橫坐標(biāo)軸作為柵格系統(tǒng)的坐標(biāo)軸。,第2 節(jié) 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),67,第2 節(jié) 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),三、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) (三)柵格系統(tǒng)的確定 柵格單元的尺寸 1）原則：應(yīng)能有效地逼近空間對(duì)象的分布特征，又減少數(shù)據(jù)的冗余度。 柵格太大，忽略較小圖斑，信息被丟失；柵格太小，會(huì)增加存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量 2）方法：用保證最小多邊形的精度標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定尺寸經(jīng)驗(yàn)公式： H = (min|Ai|)1/2 H 為柵格單元邊長(zhǎng), Ai 為區(qū)域所有多邊形的面積,68,第2 節(jié) 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),三、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) (四) 柵格代碼(屬性值)的確定 1、中心點(diǎn)法：取位于柵格中心的屬性值為該柵格的屬性值。 2、面積占優(yōu)法：柵格單元屬性值為面積最大者。 3、重要性法：取重要的屬性值為柵格屬性值。 4、長(zhǎng)度占優(yōu)法：每個(gè)柵格單元的值由該柵格中線段最長(zhǎng)的實(shí)體的屬性來(lái)確定。,中心點(diǎn)法，該柵格單元的值： 面積占優(yōu)法，該柵格單元的值為： 重要性法，該柵格單元的值為： 長(zhǎng)度占優(yōu)法，該柵格單元的值為：,69,第2 節(jié) 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),三、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) (五) 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的表示 將柵格數(shù)據(jù)看作一個(gè)數(shù)據(jù)矩陣，逐行（或逐列）記錄代碼， 可以每行都從左到右記錄，也可以奇數(shù)行從左到右，偶數(shù)行從右到左。 記錄柵格數(shù)據(jù)的文件稱(chēng)為柵格文件，且常在文件頭中存有該柵格數(shù)據(jù)的長(zhǎng)和寬(行數(shù)和列數(shù)),特點(diǎn)：最直觀、最基本的柵格存貯結(jié)構(gòu)，沒(méi)有進(jìn)行任何壓縮數(shù)據(jù)處理; 但許多記錄重復(fù)記錄同一屬性值, 數(shù)據(jù)存在大量冗余,并且當(dāng)柵格越小, 冗余越嚴(yán)重,70,第2 節(jié) 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),三、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) (六) 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) 用離散的量化柵格值表示空間對(duì)象(通常是規(guī)則格網(wǎng)) 位置隱含，屬性明顯 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于遙感數(shù)據(jù)結(jié)合，但數(shù)據(jù)量大 存在幾何和屬性偏差 面向位置的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),難以建立空間對(duì)象之間的關(guān)系 比例尺大小為柵格(像元)的大小與地表相應(yīng)單元的大小之比。 像元較大時(shí)，對(duì)地物的面積、長(zhǎng)度等的量測(cè)有較大影響,幾何偏差,71,第3 節(jié) 矢量、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的比較,一、矢量和柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的比較,72,第3 節(jié) 矢量、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的比較,二、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)選擇的一般原則 要素還是位置 可獲取的數(shù)據(jù) 定位要素的必要精度 需要什么類(lèi)型的要素 需要什么類(lèi)型的拓?fù)潢P(guān)系 所需空間分析類(lèi)型 生產(chǎn)地圖類(lèi)型 柵格結(jié)構(gòu)：大范圍小比例尺的自然資源、環(huán)境、農(nóng)林業(yè)等區(qū)域問(wèn)題的研究 矢量結(jié)構(gòu)：城市分區(qū)或詳細(xì)規(guī)劃、土地管理、公用事業(yè)管理等方面的應(yīng)用,73,第4節(jié) 矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),一、矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) A 矢柵一體化概念 將矢量面對(duì)目標(biāo)的方法和柵格元子充填的方法結(jié)合起來(lái)， 采用填滿(mǎn)線狀目標(biāo)路徑和充填面狀目標(biāo)空間的方法作為 一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)， 每個(gè)線狀目標(biāo)除了記錄原始采樣點(diǎn)外，還記錄路徑所 通過(guò)的柵格； 每個(gè)面狀地物除記錄它的多邊形周邊以外， 還包括中間的面域柵格,點(diǎn)、線、面狀地物均采用面向目標(biāo)的描述方法，因此它保持了矢量的特性，而元子 空間充填表達(dá)建立了位置與地物的聯(lián)系，使之具有柵格的性質(zhì)。 從原理上說(shuō)，這是一種以矢量的方式來(lái)組織柵格數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。,74,第4節(jié) 矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),一、矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) B 三個(gè)約定和細(xì)分格網(wǎng)法 1. 三個(gè)約定 點(diǎn)狀地物僅有空間位置，沒(méi)有形狀和面積，在計(jì)算機(jī)內(nèi)部?jī)H有一 個(gè)位置數(shù)據(jù)。 線狀地物有形狀但沒(méi)有面積，在計(jì)算機(jī)內(nèi)部需要用一組元子填滿(mǎn) 整個(gè)路徑。 面狀地物具有形狀和面積，在平面上的投影是由邊界包圍的空間 和一組填滿(mǎn)路徑的元子表達(dá)的邊界組成。,75,第4節(jié) 矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),一、矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) B 三個(gè)約定和細(xì)分格網(wǎng)法 一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是基于柵格的，表達(dá)目標(biāo) 的精度受柵格尺寸的限制，可利用細(xì)分格 網(wǎng)法提高數(shù)據(jù)表達(dá)精度 2. 細(xì)分格網(wǎng)法 為提高柵格表示精度，采用細(xì)分格網(wǎng)法： 將一對(duì) X，Y 坐標(biāo)用兩個(gè) Morton 碼代替： M1 表示該點(diǎn)所在基本格網(wǎng)的地址碼； M2 表示該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的細(xì)分格網(wǎng)的Morton碼。 這種方法可將柵格數(shù)據(jù)的表達(dá)精度提高16倍或256倍,76,第4節(jié) 矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),一、矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) C 矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 線性四叉樹(shù)(Morton)是基本數(shù)據(jù)格式，三個(gè)約定是設(shè)計(jì)點(diǎn)、線、面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本依據(jù)，細(xì)分格網(wǎng)法保證足夠精度。,77,補(bǔ)充：四叉樹(shù),概念： 四叉樹(shù)又稱(chēng)四元樹(shù)或四分樹(shù)，是最有效的柵格數(shù)據(jù)壓縮編碼方法之一。 四分樹(shù)將整個(gè)圖像區(qū)域逐步分解為一系列方形區(qū)域，且每一個(gè)方形區(qū)域具有單一的屬性。最小區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)象元。 區(qū)域分割原則： 將欲分解區(qū)域等分為四個(gè)象限，再根據(jù)各個(gè)象限的象元值是否單一決定要不要再分。如果單一則不再分割，否則同法再分，直到所有象限的象元屬性值相同為止。,78,補(bǔ)充：四叉樹(shù)（續(xù)）,M M R M M M M M,M M R R M R M M,M R R R R R R M,M R R R R R R M,M R R R R R R M,M R R R R R R M,M M R R R R R M,M M M R R M M M,1 2 3 4 5 6 7 8,1 2 3 4 5 6 7 8,區(qū)域分割方法,79,補(bǔ)充：四叉樹(shù)（續(xù)）,在四叉樹(shù)中，不能再分的結(jié)點(diǎn)稱(chēng)為葉子結(jié)點(diǎn)，可再分的結(jié)點(diǎn)稱(chēng)為樹(shù)杈結(jié)點(diǎn),樹(shù)杈結(jié)點(diǎn),葉子結(jié)點(diǎn),1 2 3 4 5 6 7 8,1 2 3 4 5 6 7 8,80,補(bǔ)充：四叉樹(shù)（續(xù)）,四叉樹(shù)編碼方法,NW （0）,NE （1）,NW （2）,SE（3）,0層,1層,2層,3層,記錄每個(gè)葉子結(jié)點(diǎn)的地址和屬性,0,1,2,3,20,21,22,23,200,201,202,203,230,231,232,233,81,補(bǔ)充：四叉樹(shù)（續(xù)）,美國(guó)馬里蘭大學(xué)四叉樹(shù)編碼方法,0層,1層,2層,3層,0,1,2,3,20,21,22,23,200,201,202,203,230,231,232,233,該方法用二進(jìn)制（共32位）記錄每個(gè)葉結(jié)點(diǎn)的地址和屬性值，其中地址包括兩個(gè)部分，即深度和路徑。,000001011000011,屬性編碼 22位,路徑 2n位,深度 4位,82,第4節(jié) 矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),一、矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) C 矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1、點(diǎn)狀地物和結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 根據(jù)基本約定，不必將點(diǎn)狀地物作為一個(gè)覆蓋層分解為四叉樹(shù)，只要將點(diǎn)的坐 標(biāo)轉(zhuǎn)化為地址碼M1 和M2 ,而不管整個(gè)構(gòu)形是否為四叉樹(shù)。 該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單靈活，便于點(diǎn)的插入和刪除，能處理一個(gè)柵格內(nèi)包含多個(gè)點(diǎn)狀目標(biāo) 的情況。所有的點(diǎn)狀地物以及弧段之間的結(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)用一個(gè)文件表示，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)表。 可見(jiàn)，這種結(jié)構(gòu)幾乎與矢量結(jié)構(gòu)完全一致。,83,第4節(jié) 矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),一、矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) C、 矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2、線狀地物數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)比單純的矢量結(jié)構(gòu)增加了一定的存儲(chǔ)量，但它解決了線狀地物的四叉樹(shù)表達(dá)問(wèn)題，使它與點(diǎn)狀、面狀地物一起建立統(tǒng)一的基于線性四叉樹(shù)編碼的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體系。 這對(duì)于點(diǎn)狀地物與線狀地物相交，線狀地物之間的相交，以及線狀地物與面狀地物相交的查詢(xún)問(wèn)題變得相當(dāng)簡(jiǎn)便和快速。,84,第4節(jié) 矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),一、矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) C 矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3、面狀地物數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 根據(jù)對(duì)面狀地物的約定，一個(gè)面狀地物應(yīng)記錄邊界和邊界所包圍的整個(gè)面域。 其中邊界由弧段組成，它同樣引用弧段表中的信息， 面域信息則由線性四叉樹(shù)或二維行程編碼表示,85,第4節(jié) 矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),一、矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) C 矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3、面狀地物數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 為了建立面向地物的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，做這樣的修改： 二維行程編碼中的屬性值可以是葉結(jié)點(diǎn)的屬性值， 也可以是指向該地物的下一個(gè)子塊的循環(huán)指針。 即用循環(huán)指針將同屬于一個(gè)目標(biāo)的葉結(jié)點(diǎn)鏈接起來(lái)，形成面向地物的結(jié)構(gòu)。,86,第4節(jié) 矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),一、矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) C 矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3、面狀地物數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 即用循環(huán)指針將同屬于一個(gè)目標(biāo)的葉結(jié)點(diǎn)鏈接起來(lái)， 形成面向地物的結(jié)構(gòu)。,87,第4節(jié) 矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),一、矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) C 矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3、面狀地物數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 面狀地物的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是面向地物的，具有矢量的特點(diǎn)。通過(guò)面狀地物的標(biāo)識(shí)號(hào)可以找到它的邊界弧段并順著指針提取所有的中間面塊。 同時(shí)它又具有柵格的全部特性，二維行程本身就是面向位置的結(jié)構(gòu)，表中的Morton碼表達(dá)了位置的相互關(guān)系，前后M碼之差隱含了該子塊的大小。 給出任意一點(diǎn)的位置都可在帶指針的二維行程編碼順著指針找到面狀地物的標(biāo)識(shí)號(hào)確定是哪一個(gè)地物。,88,第4節(jié) 矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),一、矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) C 矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4、復(fù)雜地物數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 由幾個(gè)或幾種點(diǎn)、線、面狀簡(jiǎn)單地物組成的地物稱(chēng)為復(fù)雜地物 例如將一條公路上的中心線、交通燈、立交橋等組合為一個(gè)復(fù)雜地物， 用一個(gè)標(biāo)識(shí)號(hào)表示。 復(fù)雜地物的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如表：,89,第4節(jié) 矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),二、三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) A 概述 真三維模型 V = f (x, y, z)，z 是一自變量，不受x，y的影響。 三維數(shù)據(jù)的組織與重建，三維變換、查詢(xún)、運(yùn)算、分析、維護(hù)較為復(fù)雜。 三維結(jié)構(gòu)存在柵格和矢量?jī)煞N形式： 柵格：將地理實(shí)體的三維空間分成細(xì)小單元體元。 普遍用八叉樹(shù)。 矢量：x，y，z，抽象為點(diǎn)、線、面、體，面構(gòu)成體。 常用三維邊界表示法。,90,第4節(jié) 矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),二、三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) B 八叉樹(shù)結(jié)構(gòu) 1、思想： 四叉樹(shù)在三維空間的推廣。 將要表示的形體 V 放在一個(gè)充分大的正方體 C 內(nèi)，C的邊長(zhǎng)為2n， 不斷用兩個(gè)與XOY、XOZ的平面均分C為8個(gè)子體，并判斷屬性單一性。 當(dāng)子體部分為V灰結(jié)點(diǎn) 需再一分為八。 子體中無(wú) V白結(jié)點(diǎn) 停止分割，葉結(jié)點(diǎn)。 子體全為V 黑結(jié)點(diǎn),91,第4節(jié) 矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),二、三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) B 八叉樹(shù)結(jié)構(gòu) 2、存貯結(jié)構(gòu) 規(guī)則八叉樹(shù)、線性八叉樹(shù)、一對(duì)八式的八叉樹(shù) 1）規(guī)則八叉樹(shù) 用一個(gè)有九個(gè)字段的記錄來(lái)表示樹(shù)中的每個(gè)結(jié)點(diǎn)： 其中一個(gè)字段用來(lái)描述該結(jié)點(diǎn)的特性(灰、白、黑三類(lèi)結(jié)點(diǎn))， 其余的八個(gè)字段用來(lái)作為存放指向其八個(gè)子結(jié)點(diǎn)的指針。 這是最普遍使用的表示樹(shù)形數(shù)據(jù)的存貯結(jié)構(gòu)方式，顯得十分自然且容易掌握， 但其缺陷較多，最大的問(wèn)題是指針占用了大量的空間（94%）， 在存貯空間的使用率方面不很理想。,92,第4節(jié) 矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),二、三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) B 八叉樹(shù)結(jié)構(gòu) 2、存貯結(jié)構(gòu) 規(guī)則八叉樹(shù)、線性八叉樹(shù)、一對(duì)八式的八叉樹(shù) 2）線性八叉樹(shù) 用預(yù)先確定的次序?qū)瞬鏄?shù)轉(zhuǎn)換成一個(gè)線性表，表中的每個(gè)元素與一個(gè)結(jié)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)， 每個(gè)結(jié)點(diǎn)用固定的字節(jié)描述，某些位說(shuō)明它是否為葉結(jié)點(diǎn)。,特點(diǎn)：注重考慮如何提高空間利用率， 節(jié)省存貯空間；但喪失一定的靈活性,93,第4節(jié) 矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),二、三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) B 八叉樹(shù)結(jié)構(gòu) 2、存貯結(jié)構(gòu) 規(guī)則八叉樹(shù)、線性八叉樹(shù)、一對(duì)八式的八叉樹(shù) 3）一對(duì)八式的八叉樹(shù) 每個(gè)結(jié)點(diǎn)均1分為8，并標(biāo)記為 0，1，2，3，4，5，6，7。 隱含子結(jié)點(diǎn)記錄存放的次序 便于檢索 浪費(fèi)存儲(chǔ)，除非完全八叉樹(shù)，即所有葉結(jié)點(diǎn)均在同一層次出現(xiàn)， 上層均為非葉結(jié)點(diǎn)。,94,第4節(jié) 矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),二、三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) C 三維邊界表示法 1、頂點(diǎn)表：用來(lái)表示多面體各頂點(diǎn)的坐標(biāo) 2、邊表：指出構(gòu)成多面體某邊的兩個(gè)頂點(diǎn),95,第4節(jié) 矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),二、三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) C 三維邊界表示法 、面表：給出圍成多面體某個(gè)面的各條邊 、當(dāng)有若干個(gè)多面體時(shí)，還必須有一個(gè)對(duì)象表,96,第4節(jié) 矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),二、三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) C 三維邊界表示法 5、擴(kuò)充后的邊表 將邊所屬的多邊形信息結(jié)合進(jìn)邊表中以后的形式：,97,第4節(jié) 矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),二、三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) C 三維邊界表示法 6、拓?fù)錂z查,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)后，必須檢查數(shù)據(jù)的一致性、完全性，即進(jìn)行拓?fù)錂z查。 頂點(diǎn)表中的每個(gè)頂點(diǎn)至少是兩條邊的端點(diǎn)； 每條邊至少是一個(gè)多邊形的邊； 每個(gè)多邊形是封閉的； 每個(gè)多邊形至少有一條邊是和另一個(gè)多邊形共用的； (5) 若邊表中包含了指向它所屬多邊形的指針，那么指向該邊的指針必在相應(yīng)的多邊形中出現(xiàn)。,98,第4節(jié) 矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),二、三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) C 三維邊界表示法 7、應(yīng)用,三維邊界法一般用于表示規(guī)則形體。 對(duì)于不規(guī)則形體，用平面多面體來(lái)逼近原來(lái)的三維形體。,表面S0的逼近：以確定后的平面多面體的表面作為對(duì)原三維形體的 表面S0的逼近，著眼于形體的邊界表示。 三維形體的逼近：給出一系列的四面體，這些四面體的集合就是 對(duì)原三維形體的逼近。著眼于形體的分解表示。,99,作業(yè)及思考題,1GIS的對(duì)象是什么? 地理實(shí)體有什么特點(diǎn)? 2地理實(shí)體數(shù)據(jù)的特征是什么？請(qǐng)列舉出某些類(lèi)型的空間數(shù)據(jù)。 3空間數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)與其它非空間數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)有什么特殊之處？試給出幾種空間數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)描述。 4矢量數(shù)據(jù)與柵格數(shù)據(jù)的區(qū)別是什么？它們有什么共同點(diǎn)嗎？ 5矢量數(shù)據(jù)在結(jié)構(gòu)表達(dá)方面有什么特色？ 6矢量和柵格數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)都有通用標(biāo)準(zhǔn)嗎？請(qǐng)說(shuō)明。 7柵格數(shù)據(jù)組織有哪些方法？ 8柵格與矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相比較各有什么特征？ 9矢量與柵格一體化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有什么好處？ 10簡(jiǎn)述八叉樹(shù)表示三維數(shù)據(jù)的原理。 11三維空間的邊界如何表示？你還能給出其它方法嗎？,100,作業(yè)及思考題,1.手工空間數(shù)據(jù)編碼,1.對(duì)圖1按如下提供的表格建立拓?fù)漕?lèi)型數(shù)據(jù)的一組文件 2.比較柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn),101,Appendix,GIS Software Packages,102,Software for GIS: The Main Players,ESRI, Inc., Redlands, CA clear market leader with about a third of the market originated commercial GIS with their ArcInfo product in 1981 privately owned by Jack Dangermond, a legend in the field Strong in gov., education, utilities and business logistics MapInfo, Troy N.Y. Aggressive newcomer in early 1990s, but now well-established. Strong presence in business, especially site selection advertises itself as “geoengineering” Autodesk (San Rafael, CA) Began as PC-based CAD, but now the dominant CAD supplier First GIS product AutoCAD Map introduced in 1996 Primarily small business/small city customer base,The main two “pure GIS” companies.,103,Software for GIS: other players,Vector GIS Smallworld Systems (Englewood, CO) first to use OO (early 90s), but failed to compete as established vendors did same Purchased by GE in 2000 emphasis on FM & utilities Manifold (CDA International Corp): low cost, but low market share Maptitude (Caliper Corp, Newton, MA): another low cost one,Raster GIS ERDAS/Imagine long established leader acquired by Leica Geosystems in 2001 ER MAPPER aggressive newcomer originating in Australia Envi, relative newcomer, radar specialization acquired by Kodak in 2000 PCI-Geomatica long-term Canadian player CARIS newer Canadian entry GRASS (Rutgers Univ.) Classic old-timer originally developed by US Army Construction Engineering Research Lab(CERL) in Champaign, IL; army ended dev. & support in 1996 but assumed by Baylor University. IDRSI (Clark Univ) pioneering, university-developed package,104,ESRI Product Line-up: ArcGIS client products (Fall 2006),ArcReader (“adobe acrobat” for maps) & ArcExplorer (spatial data viewer) Free viewers for geographic data. ArcGIS 9.x Desktop: two primary modules (MS NT/2000/XP only) ArcMap: for data display, map production, spatial analysis, data editing ArcCatalog: for data management and preview ArcToolbox, for specialized data conversions and analyses, available as a window in both Available capabilities within these modules are “tiered” ArcView: viewing, map production, spatial analysis, basic editing ArcInfo: ArcView & ArcEditor plus special analyses and conversions ArcEditor: ArcView