第三章-GIS-數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課件

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)即指數(shù)據(jù)組織的形式，是適合于計算機存儲、管理和處理的數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)。對空間數(shù)據(jù)則是地理實體的空間排列方式和相互關(guān)系的抽象描述。在地理系統(tǒng)中描述地理要素和地理現(xiàn)象的空間數(shù)據(jù)，主要包括空間位置、拓樸關(guān)系和屬性三個方面的內(nèi)容。2023/8/91西北大學(xué)城市與資源學(xué)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)即指數(shù)據(jù)組織的形式，是適合于空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)網(wǎng)格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(顯式表示

)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(隱式表示

)2023/8/92西北大學(xué)城市與資源學(xué)系空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2023/8/22西北大學(xué)城市與資源學(xué)系顯式描述顯式表示：就是柵格中的一系列像元(點)，為使計算機認(rèn)識這些像元描述的是某一物體而不是其它物體。注：“c”不一定用c的形式，而可以用顏色、符號、數(shù)字、灰度值來顯示。則得到椅子的簡單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為：

椅子的屬性——符號／顏色——像元x2023/8/93西北大學(xué)城市與資源學(xué)系顯式描述顯式表示：就是柵格中的一系列像元(點)，為使計算機認(rèn)隱式表示隱式表示：由一系列定義了始點和終點的線及某種連接關(guān)系來描述，線的始點和終點坐標(biāo)定義為一條表示椅子形式的矢量，線之間的指示字，告訴計算機怎樣把這些矢量連接在一起形成椅子，隱式表示的數(shù)據(jù)為：

椅子的屬性——一系列矢量——連接關(guān)系

2023/8/94西北大學(xué)城市與資源學(xué)系隱式表示隱式表示：由一系列定義了始點和終點的線及某種連接關(guān)系柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

柵格數(shù)據(jù):柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實際就是像元陣列，每個像元由行列確定它的位置。由于柵格結(jié)構(gòu)是按一定的規(guī)則排列的，所表示的實體位置很容易隱含在網(wǎng)絡(luò)文件的存儲結(jié)構(gòu)中，且行列坐標(biāo)可以很容易地轉(zhuǎn)為其它坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。在網(wǎng)絡(luò)文件中每個代碼本身明確地代表了實體的屬性或?qū)傩缘木幋a。

柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就是像元陣列，每個像元的行列號確定位置，用像元值表示空間對象的類型、等級等特征。每個柵格單元只能存在一個值。（a）三角形（b）菱形（c)六邊形2023/8/95西北大學(xué)城市與資源學(xué)系柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格數(shù)據(jù):柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實際就是像元陣列，每個像點線面對于柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)點：為一個像元線：在一定方向上連接成串的相鄰像元集合。面：聚集在一起的相鄰像元集合。2023/8/96西北大學(xué)城市與資源學(xué)系點線面對于柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2023/8/26西北大學(xué)城市與資源學(xué)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：坐標(biāo)系與描述參數(shù)Y：列X：行西南角格網(wǎng)坐標(biāo)（XWS，YWS）格網(wǎng)分辨率2023/8/97西北大學(xué)城市與資源學(xué)系柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：坐標(biāo)系與描述參數(shù)Y：列X：行西南角格網(wǎng)坐標(biāo)格網(wǎng)柵格數(shù)據(jù)單元值確定CAB百分比法面積占優(yōu)重要性中心點法A連續(xù)分布地理要素C具有特殊意義的較小地物A分類較細(xì)、地物斑塊較小AB為了逼近原始數(shù)據(jù)精度，除了采用這幾種取值方法外，還可以采用縮小單個柵格單元的面積，增加?xùn)鸥駟卧倲?shù)的方法2023/8/98西北大學(xué)城市與資源學(xué)系柵格數(shù)據(jù)單元值確定CAB百分比法面重中心點法ACAAB為了逼柵格數(shù)據(jù)壓縮存儲的編碼方法AAAAARAAARAAARAARAAAAAAAAAGGAAGGGGGGGAGGGAGGAAAAAARAAAARAAARRAAA143258761234567801234567起點行列號，單位矢量R:(1,5),3,2,2,3,3,2,3鏈?zhǔn)骄幋a游程長度編碼逐行編碼數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):行號,屬性,重復(fù)次數(shù)1,A,4,R,1,A,4塊狀編碼正方形區(qū)域為記錄單元數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):初始位置,半徑,屬性(1,1,3,A),(1,5,1,R),(1,6,2,A),…NESWNWSEGGGGAGGAAGAAA四叉樹編碼2023/8/99西北大學(xué)城市與資源學(xué)系柵格數(shù)據(jù)壓縮存儲的編碼方法AAAAARAAARAAARAA柵格矩陣（RasterMatrix)

Raster數(shù)據(jù)是二維表面上地理數(shù)據(jù)的離散量化值，每一層的pixel值組成像元陣列（即二維數(shù)組），其中行、列號表示它的位置。

例如影像：AAAA

ABBB

AABB

AAAB

在計算機內(nèi)是一個4*4階的矩陣。但在外部設(shè)備上，通常是以左上角開始逐行逐列存貯。如上例存貯順序為：AAAAABBBAABBAAAB

當(dāng)每個像元都有唯一一個屬性值時，一層內(nèi)的編碼就需要m行×n列×3(x,y和屬性編碼值)個存儲單元。數(shù)字地面模型就屬此種情況。2023/8/910西北大學(xué)城市與資源學(xué)系柵格矩陣（RasterMatrix)Raster數(shù)據(jù)是二鏈?zhǔn)骄幋a(ChainCodes)又稱為弗里曼鏈碼(Freeman)或邊界鏈碼?；痉较蚩啥x為：東＝0，東南＝l，南二2，西南＝3，西＝4，西北＝5，北＝6，東北＝7等八個基本方向。如果再

確定原點為像元(10，1)，則該多邊形邊界按順時針方向的鏈?zhǔn)骄幋a為：

10，l，7，0，1，0，7，1，7，0，0，2，3，2，2，1，0，7，0，0，0，0，2，4，3，4，4，3，4，4，5，4，5，4，5，4，5，4，6，6。

2023/8/911西北大學(xué)城市與資源學(xué)系鏈?zhǔn)骄幋a(ChainCodes)又稱為弗里曼鏈碼(Freem游程長度編碼(Run—LengthCodes)游程長度編碼是按行幀序存儲多邊形內(nèi)的各個像元的列號，即在某行上從左至右存儲屬該多邊形的始末像元的列號。問：對左圖的進行游程長度編碼。2023/8/912西北大學(xué)城市與資源學(xué)系游程長度編碼(Run—LengthCodes)游程長度編碼塊式編碼(BlockCodes)塊式編碼是將游程長度編碼擴大到二維的情況，把多邊形范圍劃分成由像元組成的正方形，然后對各個正方形進行編碼。如圖：塊式編碼的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)由初始位置(行號，列號)和半徑，再加上記錄單元的代碼組成。根據(jù)這一編碼原則，上述多邊形只需17個單位正方形。9個4單位的正方形和1個16單位的正方形就能完整表示，總共要57個數(shù)據(jù)，其中27對坐標(biāo)，3個塊的半徑。2023/8/913西北大學(xué)城市與資源學(xué)系塊式編碼(BlockCodes)塊式編碼是將游程長度編碼擴四叉樹編碼(QuadtreeEncoding)四叉樹編碼又稱為四分樹、四元樹編碼。它是一種更有效地壓編數(shù)據(jù)的方法。它將2n×2n像元陣列連續(xù)進行4等分，一直分到正方形的大小正好與象元的大小相等為止（如下圖），而塊狀結(jié)構(gòu)則用四叉樹描述，習(xí)慣上稱為四叉樹編碼。2023/8/914西北大學(xué)城市與資源學(xué)系四叉樹編碼(QuadtreeEncoding)四叉樹編碼八叉樹編碼八叉樹結(jié)構(gòu)就是將空間區(qū)域不斷地分解為八個同樣大小的子區(qū)域(即將一個六面的立方體再分解為八個相同大小的小立方體)，同—區(qū)域的屬性相同。八叉樹主要用來解決地理信息系統(tǒng)中的三維問題。

2023/8/915西北大學(xué)城市與資源學(xué)系八叉樹編碼八叉樹結(jié)構(gòu)就是將空間區(qū)域不斷地分解為八個同樣大小的柵格數(shù)據(jù)組織2023/8/916西北大學(xué)城市與資源學(xué)系柵格數(shù)據(jù)組織2023/8/216西北大學(xué)城市與資源學(xué)系柵格數(shù)據(jù)組織柵格數(shù)據(jù)文件像元1X坐標(biāo)Y坐標(biāo)層2屬性值層1屬性值…層n屬性值…像元2像元n柵格數(shù)據(jù)文件層1像元1層2…X,Y,屬性值像元2X,Y,屬性值……像元nX,Y,屬性值層n柵格數(shù)據(jù)文件層1多邊形1層2…屬性值像元1坐標(biāo)…多邊形N像元n坐標(biāo)層n2023/8/917西北大學(xué)城市與資源學(xué)系柵格數(shù)據(jù)組織柵格數(shù)據(jù)文件像元1X坐標(biāo)Y坐標(biāo)層2屬性值層1屬性柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特點離散的量化柵格值表示空間對象位置隱含,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2023/8/918西北大學(xué)城市與資源學(xué)系柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特點離散的量化柵格值表示空間對象2023/8/2abc345abcac距離:7/4(5)面積:7(6)幾何偏差屬性偏差如以像元邊線計算則為7，以像元為單金大會則為4。三角形的面積為6個平方單位，而右圖中則為7個平方單位，這種誤差隨像元的增大而增加。

2023/8/919西北大學(xué)城市與資源學(xué)系abc345abcac距離:7/4(5)幾何偏差屬性矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是通過記錄坐標(biāo)的方式，盡可能地將點、線、面地理實體表現(xiàn)得精確無誤。其坐標(biāo)空間假定為連續(xù)空間，不必象柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)那樣進行量化處理。因此矢量數(shù)據(jù)能更精確地定義位置、長度和大小。

除數(shù)學(xué)上的精確坐標(biāo)假設(shè)外，矢量數(shù)據(jù)存儲是以隱式關(guān)系以最小的存儲空間存儲復(fù)雜的數(shù)據(jù)。2023/8/920西北大學(xué)城市與資源學(xué)系矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是通過記錄坐標(biāo)的方式，盡可能地將點、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編碼的基本內(nèi)容

矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)通過記錄空間對象的坐標(biāo)及空間關(guān)系來表達(dá)空間對象的位置。點：空間的一個坐標(biāo)點；線：多個點組成的弧段；面：多個弧段組成的封閉多邊形；2023/8/921西北大學(xué)城市與資源學(xué)系矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編碼的基本內(nèi)容矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)通過記錄空間對象的坐矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編碼的基本內(nèi)容

標(biāo)識碼屬性碼空間對象編碼唯一連接空間和屬性數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫獨立編碼點:(x,y)線:(x1,y1),(x2,y2),…,(xn,yn)面:(x1,y1

),(x2,y2

),…,(x1,y1

)點位字典點:點號文件線:點號串面:點號串點號XY1112223344………n5566存儲方法2023/8/922西北大學(xué)城市與資源學(xué)系矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編碼的基本內(nèi)容標(biāo)識碼屬性碼空間對象編碼數(shù)據(jù)庫獨點實體2023/8/923西北大學(xué)城市與資源學(xué)系點實體2023/8/223西北大學(xué)城市與資源學(xué)系線實體面實體多邊形矢量編碼，不但要表示位置和屬性，更重要的是能表達(dá)區(qū)域的拓?fù)涮卣鳎缧螤?、鄰域和層次結(jié)構(gòu)等，以便使這些基本的空間單元可以作為專題圖的資料進行顯示和操作。

2023/8/924西北大學(xué)城市與資源學(xué)系線實體面實體多邊形矢量編碼，不但要表示位置和屬性，更重要簡單的矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)—面條結(jié)構(gòu)（實體式）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。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、面由點號組成特征無拓?fù)潢P(guān)系，主要用于顯示、輸出及一般查詢公共邊重復(fù)存儲，存在數(shù)據(jù)冗余，難以保證數(shù)據(jù)獨立性和一致性多邊形分解和合并不易進行，鄰域處理較復(fù)雜；處理嵌套多邊形比較麻煩適用范圍：制圖及一般查詢，不適合復(fù)雜的空間分析2023/8/925西北大學(xué)城市與資源學(xué)系簡單的矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)—面條結(jié)構(gòu)（實體式）2023/8/225西簡單的矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)—面條結(jié)構(gòu)（實體式）多邊形

數(shù)據(jù)項

A

(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3),(x4,y4),(x5,y5),(x6,y6),(x7,y7),(x8,y8),(x9,y9),(x1,y1)

B

(x1,y1),(x9,y9),(x8,y8),(x17,y17),(x16,y16),(x15,y15),(x14,y14),(x13,y13),(x12,y12),(x11,y11),(x10,y10),(x1,y1)

C

(x24,y24),(x25,y25),(x26,y26),(x27,y27),(x28,y28),(x29,y29),(x30,y30),(x31,y31),(x24,y24) D

(x19,y19),(x20,y20),(x21,y21),(x22,y22),(x23,y23),(x15,y15),(x16,y16),(x19,y19)

E

(x5,y5),(x18,y18),(x19,y19),(x16,y16),(x17,y17),(x8,y8),(x7,y7),(x6,y6),(x5,y5)2023/8/926西北大學(xué)城市與資源學(xué)系簡單的矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)—面條結(jié)構(gòu)（實體式）多邊形 索引式線與多邊形之間的樹狀索引

點與多邊形之間的樹狀索引

2023/8/927西北大學(xué)城市與資源學(xué)系索引式線與多邊形之間的樹狀索引點與多邊形之間的樹狀索引雙重獨立式DIME(DuallndependentMapEncoding)線號左多邊形右多邊形起點終點aOA18bOA21cOB32dOB43eOB54fOC65gOC76hOC87iCA89jCB95kCD1210lCD1112mCD1011nBA92這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)除了通過線文件生成面文件外，還需要點文件

2023/8/928西北大學(xué)城市與資源學(xué)系雙重獨立式DIME(DuallndependentMap鏈狀雙重獨立式鏈狀雙重獨立式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是DIME數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的一種改進。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。在鏈狀雙重獨立數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，主要有四個文件：多邊形文件、弧段文件、弧段坐標(biāo)文件、結(jié)點文件。

2023/8/929西北大學(xué)城市與資源學(xué)系鏈狀雙重獨立式鏈狀雙重獨立式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是DIME數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的一弧段文件弧段號 起始點 終結(jié)點 左多邊形 右多邊形 a 5 1 O Ab 8 5 E Ac 16 8 E Bd 19 5 O Ee 15 19 O Df 15 16 D Bg 1 15 O Bh 8 1 A Bi 16 19 D Ej 31 31 B C 弧段坐標(biāo)文件弧段號 點號 a 5,4,3,2,1 b 8,7,6,5 c 16,17,8 d 19,18,5 e 15,23,22,21,20,19 f 15,16, g 1,10,11,12,13,14,15 h 8,9,1 i 16,19 j 31,30,29,28,27,26,25,24,31

鏈狀雙重獨立式多邊形文件多邊形號 弧段號 周長面積中心點坐標(biāo) A h,b,a B g,f,c,h,-j C j D e,i,f E e,i,d,b

2023/8/930西北大學(xué)城市與資源學(xué)系弧段文件鏈狀雙重獨立式多邊形文件2023/8/230西北大矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的屬性數(shù)據(jù)表達(dá)屬性特征類型類別特征：是什么說明信息：同類目標(biāo)的不同特征屬性特征表達(dá)類別特征：類型編碼說明信息：屬性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和表格屬性表的內(nèi)容取決于用戶圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的連接通過目標(biāo)識別符或內(nèi)部記錄號實現(xiàn)。2023/8/931西北大學(xué)城市與資源學(xué)系矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的屬性數(shù)據(jù)表達(dá)屬性特征類型2023/8/231西矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的屬性數(shù)據(jù)表達(dá)點狀對象目標(biāo)標(biāo)識目標(biāo)標(biāo)識地物編碼坐標(biāo)關(guān)聯(lián)的線目標(biāo)精度控制點等級測量單位測量年限線狀對象目標(biāo)標(biāo)識目標(biāo)標(biāo)識地物編碼坐標(biāo)串起點、終點、左面、右面路面材料等級修建時間寬度管養(yǎng)單位…………面狀對象目標(biāo)標(biāo)識目標(biāo)標(biāo)識地物編碼邊界目標(biāo)號建筑日期所有者建筑面積建筑單位結(jié)構(gòu)……空間對象地物編碼地物名稱制圖顏色幾何類型制圖符號編碼屬性表明地物類型特征與制圖屬性2023/8/932西北大學(xué)城市與資源學(xué)系矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的屬性數(shù)據(jù)表達(dá)點狀目標(biāo)標(biāo)識目標(biāo)標(biāo)識地物編碼坐矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點用離散的點描述空間對象與特征，定位明顯，屬性隱含用拓?fù)潢P(guān)系描述空間對象之間的關(guān)系面向目標(biāo)操作，精度高，數(shù)據(jù)冗余度小與遙感等圖象數(shù)據(jù)難以結(jié)合輸出圖形質(zhì)量號，精度高2023/8/933西北大學(xué)城市與資源學(xué)系矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點用離散的點描述空間對象與特征，定位明顯，屬第三節(jié)兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的比較與轉(zhuǎn)換矢量數(shù)據(jù)優(yōu)點：表示地理數(shù)據(jù)的精度較高嚴(yán)密的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)量小完整的描述空間關(guān)系圖形輸出精確美觀圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的恢復(fù)、更新、綜合都能實現(xiàn)面向目標(biāo)，不僅能表達(dá)屬性，而且能方便的記錄每個目標(biāo)的具體屬性信息缺點：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜矢量疊置較為復(fù)雜數(shù)學(xué)模擬比較困難技術(shù)復(fù)雜，特別是軟硬件柵格數(shù)據(jù)優(yōu)點：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單空間數(shù)據(jù)的疊置和組合方便各類空間分析很易于進行數(shù)學(xué)模擬方便缺點：圖形數(shù)據(jù)量大用大像元減少數(shù)據(jù)量時，精度和信息量受損地圖輸出不美觀難以建立網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系投影變換比較費時2023/8/934西北大學(xué)城市與資源學(xué)系第三節(jié)兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的比較與轉(zhuǎn)換矢量數(shù)據(jù)優(yōu)點：柵格數(shù)據(jù)優(yōu)點：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)選