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 教學(xué)活動 作 業(yè),4,教學(xué)要求 1. 理解地理實體的表達(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。 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 1. 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其表達(dá) 2. 地理實體及其描述 教學(xué)活動 在學(xué)校圖書館或網(wǎng)絡(luò)上查閱相關(guān)的地理信 息系統(tǒng)教材和雜志,進一步理解空間數(shù)據(jù)結(jié) 構(gòu)的相關(guān)問題。,返回上一頁,5,第二章 GIS的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),GIS空間數(shù)據(jù)分為以下幾種類型 : 1、按數(shù)據(jù)來源分類 （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)的地理實體幾何形狀分類 （1）點數(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)分為以下幾種類型 : 1、按數(shù)據(jù)來源分類 （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)的地理實體幾何形狀分類 （1）點數(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)分為以下幾種類型 : 1、按數(shù)據(jù)來源分類 （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)的地理實體幾何形狀分類 （1）點數(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)分為以下幾種類型 : 1、按數(shù)據(jù)來源分類 （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)的地理實體幾何形狀分類 （1）點數(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)分為以下幾種類型 : 1、按數(shù)據(jù)來源分類 （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)的地理實體幾何形狀分類 （1）點數(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)分為以下幾種類型 : 1、按數(shù)據(jù)來源分類 （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)的地理實體幾何形狀分類 （1）點數(shù)據(jù)；（2）線數(shù)據(jù)；（3）面數(shù)據(jù),15,第1節(jié) 地理實體及其表達(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、地理實體 1. 地理實體與地理目標(biāo) 地理實體：指一種在現(xiàn)實世界中不能再劃分為同類現(xiàn)象的現(xiàn)象。 地理目標(biāo)：實體在地理數(shù)據(jù)庫中的表示 2. 地理實體特征（空間特征、屬性特征、時間特征） 3. 地理實體的類型（點、線、面、體） 4. 地理目標(biāo)的類型（0、1、2、3維） 二、地理實體的描述 A.地理實體的描述內(nèi)容（ 編碼（分類碼、 識別碼）, 位置, 類型 行為, 屬性 , 說明, 時間維描述, 關(guān)系) B. 地理實體數(shù)據(jù)類型(屬性數(shù)據(jù),幾何數(shù)據(jù), 關(guān)系數(shù)據(jù)) C.地理實體的描述空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),第1 節(jié) 地理實體及其表達(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) 雙重獨立式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 鏈狀雙重獨立式數(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) 地理實體及其表達(dá),一、地理實體 1. 地理實體與地理目標(biāo),地理實體：指一種在現(xiàn)實世界中不能再劃分為同類現(xiàn)象的現(xiàn)象。 如城市是實體，其各組成部分則不能稱為城市，而稱為區(qū)、街道等 實體是自然界現(xiàn)象和社會經(jīng)濟事件中不能再分割的單元，是一個具有概括性和 相對意義的概念。實體是現(xiàn)實世界中客觀存在的，并可相互區(qū)別的事物。 GIS地理數(shù)據(jù)庫是地理實體的集合，是一種與現(xiàn)實世界保持一定相似性的實體模型 地理目標(biāo)：實體在地理數(shù)據(jù)庫中的表示。 地理目標(biāo)是一個概括、復(fù)雜、相對、抽象的概念，其具體類別和內(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) 地理實體及其表達(dá),一、地理實體 2. 地理實體特征,屬性特征用以描述事物或現(xiàn)象的特性，即用來說明“是什么”，如事物或現(xiàn)象的類別、等級、數(shù)量、名稱等,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，故又稱幾何特征和拓?fù)?特征，如中國與印度之間邊界界樁的經(jīng)緯度，中國與印度之間的鄰接關(guān)系,時間特征用以描述事物或現(xiàn)象隨時間的變化，如學(xué)生人數(shù)的逐年變化。,20,第1 節(jié) 地理實體及其表達(dá),一、地理實體 3. 地理實體的類型以相同的方式表示和存儲的一組類似的地理實體， 可以作為 地理實體的一種類型 點實體指具有特定的位置而沒有長度的實體。 線實體指具有長度的實體，如線段、邊界、鏈、網(wǎng)絡(luò)等，并具有以下特征： 面實體又成為多邊形、區(qū)域等，水對湖泊、島嶼、地塊等一類現(xiàn)象的描述， 具有以下空間特征 體實體用于描述三維空間中的現(xiàn)象與物體，具有長度、寬度及高度等屬性， 有如下空間特征,21,第1 節(jié) 地理實體及其表達(dá),一、地理實體 3. 地理實體的類型以相同的方式表示和存儲的一組類似的地理實體， 可以作為 地理實體的一種類型 點實體指具有特定的位置而沒有長度的實體。 線實體指具有長度的實體，如線段、邊界、鏈、網(wǎng)絡(luò)等，并具有以下特征： 面實體又成為多邊形、區(qū)域等，水對湖泊、島嶼、地塊等一類現(xiàn)象的描述， 具有以下空間特征 體實體用于描述三維空間中的現(xiàn)象與物體，具有長度、寬度及高度等屬性， 有如下空間特征,長 度：從起點到終點的總長； 彎曲度：用于表示像道路拐彎時彎曲的程度。 方向性：如水流方向,上下游; 公路,單雙向之分。,22,第1 節(jié) 地理實體及其表達(dá),一、地理實體 3. 地理實體的類型以相同的方式表示和存儲的一組類似的地理實體， 可以作為地 理實體的一種類型 點實體指具有特定的位置而沒有長度的實體。 線實體指具有長度的實體，如線段、邊界、鏈、網(wǎng)絡(luò)等。 面實體又成為多邊形、區(qū)域等，水對湖泊、島嶼、地塊等一類現(xiàn)象的描述。 體實體用于描述三維空間中的現(xiàn)象與物體，具有長度、寬度及高度等屬性。,23,第1 節(jié) 地理實體及其表達(dá),體積 島或洞 表面積 斷面,一、地理實體 3. 地理實體的類型以相同的方式表示和存儲的一組類似的地理實體， 可以作為 地理實體的一種類型 點實體指具有特定的位置而沒有長度的實體。 線實體指具有長度的實體，如線段、邊界、鏈、網(wǎng)絡(luò)等。 面實體又成為多邊形、區(qū)域等，水對湖泊、島嶼、地塊等一類現(xiàn)象的描述。 體實體用于描述三維空間中的現(xiàn)象與物體，具有長度、寬度及高度等屬性。,24,第1 節(jié) 地理實體及其表達(dá),第1 節(jié) 地理實體及其表達(dá),一、地理實體 4. 地理目標(biāo)的類型地理目標(biāo)是地理實體在計算機系統(tǒng)內(nèi)的表示，它需要選擇合 適的類型，而地理目標(biāo)的類型按空間維來定義 0維有位置而無長度的目標(biāo)，如點。 1維有長度的目標(biāo)，一般有兩個或多個0維目標(biāo)組成，如線。 2維有長度和寬度的目標(biāo)，如多邊形。 3維有長、寬、高的目標(biāo)，如三維立體。 地理實體可以根據(jù)地理目標(biāo)的類型劃分為點、線、面、體4種類型,25,第1 節(jié) 地理實體及其表達(dá),二、地理實體的描述 A. 地理實體的描述內(nèi)容： 編碼用于區(qū)別不同的實體，有時同一實體在不同的時間具有不同的編碼，如上行和 下行的火車。編碼通常包括分類碼和識別碼。 分類碼，是用來標(biāo)識實體所屬的類別， 識別碼，是對每個實體進行標(biāo)識，是唯一的，用于區(qū)別不同的實體。 位置通常用坐標(biāo)值的形式給出實體的空間位置。 類型指明該地理實體屬于哪一種實體類型，或由哪些實體類型組成。 行為指明該地理實體可以具有哪些行為和功能。 屬性指明該地理實體所對應(yīng)的非空間信息，如道路的寬度、路面質(zhì)量、車流量等 說明用于說明實體數(shù)據(jù)的來源、質(zhì)量等相關(guān)的信息。 時間維描述地理實體的屬性或空間位置隨時間的變化 。 關(guān)系與其它地理實體的關(guān)系。,26,第1 節(jié) 地理實體及其表達(dá),27,第1 節(jié) 地理實體及其表達(dá),二、地理實體的描述 B. 地理實體數(shù)據(jù)類型根據(jù)地理實體的特征，把地理實體數(shù)據(jù)分為三類 屬性數(shù)據(jù)描述空間對象的屬性特征的數(shù)據(jù)，也稱非幾何數(shù)據(jù)。 即說明“是什么”，如類型、等級、名稱、狀態(tài)等 描述時間特征的數(shù)據(jù)也可以歸為這一類。 幾何數(shù)據(jù)描述空間對象的空間特征的數(shù)據(jù)，也稱位置數(shù)據(jù)、定位數(shù)據(jù)。 即說明“在哪里”，一般用經(jīng)緯度或X、Y坐標(biāo)來表示。 關(guān)系數(shù)據(jù)描述空間對象之間的空間關(guān)系的數(shù)據(jù)，一般通過拓?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)系是一種對空間關(guān)系進行明確定義的數(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)適合于計算機存儲、管理、處理的邏輯結(jié)構(gòu),也就是指空間數(shù)據(jù)以什么形式在計算機中存儲和處理. 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)通過記錄空間對象的坐標(biāo)及其空間關(guān)系來表達(dá)地理實體的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 矢量結(jié)構(gòu)的特點：屬性隱含，定位明顯 A. 點實體：記錄點坐標(biāo)和屬性代碼； B. 線實體：記錄兩個或一系列采樣 點的坐標(biāo)，并加屬性代碼； C. 面實體：記錄邊界上一系列采樣點 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 通過外業(yè)測量獲得，利用測量儀器（全站儀、GPS、常規(guī)測量等）記錄測量結(jié)果，然后轉(zhuǎn)到地理數(shù)據(jù)庫中 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)自身的存儲和管理 幾何數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的聯(lián)系 空間對象的空間關(guān)系（拓?fù)潢P(guān)系） (四)矢量數(shù)據(jù)表達(dá) 簡單數(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) 雙重獨立式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 鏈狀雙重獨立式數(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)簡單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),簡單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：是指只記錄空間對象的位置坐標(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)，又稱面條結(jié)構(gòu)。 存儲： 獨立存儲：空間對象位置直接跟隨空間對象； 點位字典：點坐標(biāo)獨立存儲，線、面由點號組成 特征： 優(yōu)點：數(shù)據(jù)按照點、線或多邊形為單元進行組織，結(jié)構(gòu)簡單、直觀、易實現(xiàn)以 實體為單位的運算和顯示 缺點： A. 獨立存儲方式造成相鄰多邊形的公共邊界被數(shù)字化并存儲兩次，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；點位字典存儲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題較麻煩，需要計算多邊形的包含等。 適用范圍： 制圖及一般查詢，不適合復(fù)雜的空間分析,33,面狀物（多邊形）矢量編碼,獨立存儲,(四) 矢量數(shù)據(jù)表達(dá)簡單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),34,(四) 矢量數(shù)據(jù)表達(dá)簡單數(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：孤立點、線的端點、 面的首尾點、鏈的連接點 線：兩結(jié)點之間的有序弧段， 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(node）,多邊形（poly）,該線段中間不與其它線段存在聯(lián)系,拓?fù)渚€段的兩個端點，分別為首結(jié)點、尾結(jié)點,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,如面狀實體包含哪些點、線狀實體 層次關(guān)系：指存在于空間圖形中的相同拓?fù)湓?之間的等級關(guān)系，如連云港市各個區(qū) 拓?fù)溥B通：拓?fù)湓刂g的通達(dá)關(guān)系，如點連通度，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，但不同級的元素之間的拓?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P1而言是等價包含 .,43,b, 拓?fù)潢P(guān)系 拓?fù)湓亓?、質(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，主要用來檢查空間拓?fù)潢P(guān)系的正確性，能發(fā)現(xiàn)點、 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、弧段和多邊形之間的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)表達(dá)出來，可以形成四個關(guān)系表達(dá)： 結(jié)點-弧拓?fù)?弧-結(jié)點拓 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地理實體相對于另一個地理實體的空間位置關(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，利用拓?fù)潢P(guān)系可以解決許多實際問題 C. 根據(jù)拓?fù)潢P(guān)系可重建地理實體。,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)的計算機表示,49, 主要拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型 索引式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是對所有邊界點進行數(shù)字化，將坐標(biāo)對以順序方式存儲，由點索引 與邊界線號相聯(lián)系，以線索引與各多邊形相聯(lián)系，形成樹狀索引結(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：1）消除多邊形數(shù)據(jù)的冗余和不一致 2）鄰接信息、島信息可通過查找公共弧段號的方式查詢 缺點：1）表達(dá)拓?fù)潢P(guān)系較繁瑣 2）給相鄰運算、處理島信息、檢索拓?fù)潢P(guān)系等帶來困難 3）以人工方式建立編碼表，工作量大，易出錯,51, 主要拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型 雙重獨立式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) (DIME， Dual Independent Map Encoding)，是對圖上網(wǎng)狀或面狀要素的任何一條線段，用其兩端的結(jié)點及相鄰面域來予以定義。,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)類型 鏈狀雙重獨立式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在DIME中，一條邊只能用直線兩端點的序號及相鄰的面域來表示，而在鏈狀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，將若干直線段合為一個弧段(或鏈段)，每個弧段可以有許多中間點,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)類型 鏈狀雙重獨立式數(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: 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， 滿足實際應(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、地理實體 1. 地理實體與地理目標(biāo) 地理實體：指一種在現(xiàn)實世界中不能再劃分為同類現(xiàn)象的現(xiàn)象。 地理目標(biāo)：實體在地理數(shù)據(jù)庫中的表示 2. 地理實體特征（空間特征、屬性特征、時間特征） 3. 地理實體的類型（點、線、面、體） 4. 地理目標(biāo)的類型（0、1、2、3維） 二、地理實體的描述 A.地理實體的描述內(nèi)容（ 編碼（分類碼、 識別碼）, 位置, 類型 行為, 屬性 , 說明, 時間維描述, 關(guān)系) B. 地理實體數(shù)據(jù)類型(屬性數(shù)據(jù),幾何數(shù)據(jù), 關(guān)系數(shù)據(jù)) C.地理實體的描述空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),第1 節(jié) 地理實體及其表達(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) 雙重獨立式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 鏈狀雙重獨立式數(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)適合于計算機存儲、管理、處 理的邏輯結(jié)構(gòu),也就是指空間數(shù)據(jù)以什么形式在計算機中存儲和處理) 二、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) (一)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(通過記錄空間對象的坐標(biāo)及其空間關(guān)系來表達(dá)地理實體的一 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 簡單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(是指只記錄空間對象的位置坐標(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):是對所有邊界點進行數(shù)字化，將坐標(biāo)對以順序方式存儲，由點索引與邊界線號相聯(lián)系，以線索引與各多邊形相聯(lián)系. 雙重獨立式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):是對圖上網(wǎng)狀或面狀要素的任何一條線段，用其兩端的結(jié)點及相鄰面域來予以定義。 鏈狀雙重獨立式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):在DIME中，一條邊只能用直線兩端點的序號及相鄰的面域來表示，而在鏈狀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，將若干直線段合為一個弧段(或鏈段)，每個弧段可以有許多中間點.,第2 節(jié) 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),59,第1節(jié) 地理實體及其表達(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，每個網(wǎng)格作為一個象元或象素由行、列定義，并包含一個代碼表示該象素的屬性類型或量值。 也即: 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就是像元陣列，用每個像元的行列號確定位置，用每個像元的值表示實體的類型、等級等屬性,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,計算機屏幕分辨率：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列，其行、列確定每個象元的空間位置。 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. 點實體：由單個像元來表達(dá) B. 線實體：由在一定方向上連接成串的相鄰像元的集合來表達(dá)。 C. 面實體：由聚集在一起的相鄰像元的集合來表達(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)對地表的離散，在計算面積、長度、距離、形狀等空間指標(biāo)時，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)中常常只記錄一個屬性值，這會導(dǎo)致屬性誤差。比如，遙感數(shù)據(jù)中的“混合像元”問題。,2 柵格數(shù)據(jù)的形狀、尺寸及相關(guān)問題,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 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)與國家基本比例尺 地形圖 公里網(wǎng)的交點相一致，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，會增加存儲數(shù)據(jù)量 2）方法：用保證最小多邊形的精度標(biāo)準(zhǔn)來確定尺寸經(jīng)驗公式： H = (min|Ai|)1/2 H 為柵格單元邊長, 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、長度占優(yōu)法：每個柵格單元的值由該柵格中線段最長的實體的屬性來確定。,中心點法，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)的文件稱為柵格文件，且常在文件頭中存有該柵格數(shù)據(jù)的長和寬(行數(shù)和列數(shù)),特點：最直觀、最基本的柵格存貯結(jié)構(gòu)，沒有進行任何壓縮數(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 用離散的量化柵格值表示空間對象(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，對地物的面積、長度等的量測有較大影響,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 需要什么類型的要素 需要什么類型的拓?fù)潢P(guān)系 所需空間分析類型 生產(chǎn)地圖類型 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 將矢量面對目標(biāo)的方法和柵格元子充填的方法結(jié)合起來， 采用填滿線狀目標(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)， 每個線狀目標(biāo)除了記錄原始采樣點外，還記錄路徑所 通過的柵格； 每個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、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，這是一種以矢量的方式來組織柵格數(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 三個約定和細(xì)分格網(wǎng)法 1. 三個約定 點狀地物僅有空間位置，沒有形狀和面積，在計算機內(nèi)部僅有一 個位置數(shù)據(jù)。 線狀地物有形狀但沒有面積，在計算機內(nèi)部需要用一組元子填滿 整個路徑。 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 X，Y 坐標(biāo)用兩個 Morton 碼代替： M1 表示該點所在基本格網(wǎng)的地址碼； M2 表示該點對應(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 線性四叉樹(Morton)是基本數(shù)據(jù)格式，三個約定是設(shè)計點、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,補充：四叉樹,概念： 四叉樹又稱四元樹或四分樹，是最有效的柵格數(shù)據(jù)壓縮編碼方法之一。 四分樹將整個圖像區(qū)域逐步分解為一系列方形區(qū)域，且每一個方形區(qū)域具有單一的屬性。最小區(qū)域為一個象元。 區(qū)域分割原則： 將欲分解區(qū)域等分為四個象限，再根據(jù)各個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,補充：四叉樹（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,補充：四叉樹（續(xù)）,在四叉樹中，不能再分的結(jié)點稱為葉子結(jié)點，可再分的結(jié)點稱為樹杈結(jié)點,樹杈結(jié)點,葉子結(jié)點,1 2 3 4 5 6 7 8,1 2 3 4 5 6 7 8,80,補充：四叉樹（續(xù)）,四叉樹編碼方法,NW （0）,NE （1）,NW （2）,SE（3）,0層,1層,2層,3層,記錄每個葉子結(jié)點的地址和屬性,0,1,2,3,20,21,22,23,200,201,202,203,230,231,232,233,81,補充：四叉樹（續(xù)）,美國馬里蘭大學(xué)四叉樹編碼方法,0層,1層,2層,3層,0,1,2,3,20,21,22,23,200,201,202,203,230,231,232,233,該方法用二進制（共32位）記錄每個葉結(jié)點的地址和屬性值，其中地址包括兩個部分，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 1、點狀地物和結(jié)點的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 根據(jù)基本約定，不必將點狀地物作為一個覆蓋層分解為四叉樹，只要將點的坐 標(biāo)轉(zhuǎn)化為地址碼M1 和M2 ,而不管整個構(gòu)形是否為四叉樹。 該結(jié)構(gòu)簡單靈活，便于點的插入和刪除，能處理一個柵格內(nèi)包含多個點狀目標(biāo) 的情況。所有的點狀地物以及弧段之間的結(jié)點數(shù)據(jù)用一個文件表示，其結(jié)構(gòu)見表。 可見，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 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)增加了一定的存儲量，但它解決了線狀地物的四叉樹表達(dá)問題，使它與點狀、面狀地物一起建立統(tǒng)一的基于線性四叉樹編碼的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體系。 這對于點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問題變得相當(dāng)簡便和快速。,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 3、面狀地物數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 根據(jù)對面狀地物的約定，一個面狀地物應(yīng)記錄邊界和邊界所包圍的整個面域。 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 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)點的屬性值， 也可以是指向該地物的下一個子塊的循環(huán)指針。 即用循環(huán)指針將同屬于一個目標(biāo)的葉結(jié)點鏈接起來，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 3、面狀地物數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 即用循環(huán)指針將同屬于一個目標(biāo)的葉結(jié)點鏈接起來， 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 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。通過面狀地物的標(biāo)識號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)識號確定是哪一個地物。,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 4、復(fù)雜地物數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 由幾個或幾種點、線、面狀簡單地物組成的地物稱為復(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復(fù)雜地物， 用一個標(biāo)識號表示。 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、運算、分析、維護較為復(fù)雜。 三維結(jié)構(gòu)存在柵格和矢量兩種形式： 柵格：將地理實體的三維空間分成細(xì)小單元體元。 普遍用八叉樹。 矢量：x，y，z，抽象為點、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 八叉樹結(jié)構(gòu) 1、思想： 四叉樹在三維空間的推廣。 將要表示的形體 V 放在一個充分大的正方體 C 內(nèi)，C的邊長為2n， 不斷用兩個與XOY、XOZ的平面均分C為8個子體，并判斷屬性單一性。 當(dāng)子體部分為V灰結(jié)點 需再一分為八。 子體中無 V白結(jié)點 停止分割，葉結(jié)點。 子體全為V 黑結(jié)點,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 八叉樹結(jié)構(gòu) 2、存貯結(jié)構(gòu) 規(guī)則八叉樹、線性八叉樹、一對八式的八叉樹 1）規(guī)則八叉樹 用一個有九個字段的記錄來表示樹中的每個結(jié)點： 其中一個字段用來描述該結(jié)點的特性(灰、白、黑三類結(jié)點)， 其余的八個字段用來作為存放指向其八個子結(jié)點的指針。 這是最普遍使用的表示樹形數(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 八叉樹結(jié)構(gòu) 2、存貯結(jié)構(gòu) 規(guī)則八叉樹、線性八叉樹、一對八式的八叉樹 2）線性八叉樹 用預(yù)先確定的次序?qū)瞬鏄滢D(zhuǎn)換成一個線性表，表中的每個元素與一個結(jié)點相對應(yīng)， 每個結(jié)點用固定的字節(jié)描述，某些位說明它是否為葉結(jié)點。,特點：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 八叉樹結(jié)構(gòu) 2、存貯結(jié)構(gòu) 規(guī)則八叉樹、線性八叉樹、一對八式的八叉樹 3）一對八式的八叉樹 每個結(jié)點均1分為8，并標(biāo)記為 0，1，2，3，4，5，6，7。 隱含子結(jié)點記錄存放的次序 便于檢索 浪費存儲，除非完全八叉樹，即所有葉結(jié)點均在同一層次出現(xiàn)， 上層均為非葉結(jié)點。,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、頂點表：用來表示多面體各頂點的坐標(biāo) 2、邊表：指出構(gòu)成多面體某邊的兩個頂點,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面的各條邊 、當(dāng)有若干個多面體時，還必須有一個對象表,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、擴充后的邊表 將邊所屬的多邊形信息結(jié)合進邊表中以后的形式：,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)存儲后，必須檢查數(shù)據(jù)的一致性、完全性，即進行拓?fù)錂z查。 頂點表中的每個頂點至少是兩條邊的端點； 每條邊至少是一個多邊形的邊； 每個多邊形是封閉的； 每個多邊形至少有一條邊是和另一個多邊形共用的； (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。 對于不規(guī)則形體，用平面多面體來逼近原來的三維形體。,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的對象是什么? 地理實體有什么特點? 2地理實體數(shù)據(jù)的特征是什么？請列舉出某些類型的空間數(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？請說明。 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簡述八叉樹表示三維數(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.對圖1按如下提供的表格建立拓?fù)漕愋蛿?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,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