第02章-GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

GIS軟件與應(yīng)用地理信息系統(tǒng)基本原理第一章：緒論1、地理信息系統(tǒng)的基本概念2、地理信息系統(tǒng)的功能3、地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用4、地理信息系統(tǒng)的構(gòu)成5、地理信息系統(tǒng)的產(chǎn)生、發(fā)展及展望地理信息系統(tǒng)GIS原理第一章GIS的基本概念第二章GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第三章GIS的空間數(shù)據(jù)第四章GIS的空間分析第五章GIS的數(shù)據(jù)輸出本章概述：GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)地理信息系統(tǒng)的操作對象是空間地理實體，建立一個地理信息系統(tǒng)的首要任務(wù)是建立空間數(shù)據(jù)庫，即將反映地理實體特性的地理數(shù)據(jù)存儲在計算機中，這需要解決地理數(shù)據(jù)具體以什么形式在計算機中存儲和處理即空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)問題和如何描述實體及其相互關(guān)系即空間數(shù)據(jù)庫模型問題。本章重點介紹主要的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和空間數(shù)據(jù)庫模型。GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1、地理空間及其表達2、地理空間數(shù)據(jù)及其特征3、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型4、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的建立GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1、地理空間及其表達2、地理空間數(shù)據(jù)及其特征3、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型4、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的建立1.地理空間的概念地理空間上至大氣電離層，下至地幔莫霍面，是生命過程活躍的場所，也是宇宙過程對地球影響最大的區(qū)域。地理信息系統(tǒng)中的空間概念常用“地理空間”(geo-spatial)來表述，一般包括地理空間定位框架及其所聯(lián)結(jié)的特征實體。地理空間定位框架即大地測量控制，由平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)組成。大地測量控制為建立所有的地理數(shù)據(jù)的坐標(biāo)位置提供了一個通用參考系，利用該通用參考系可以將全國范圍使用的平面及高程坐標(biāo)系與所有的地理要素相連接。一、地理空間及其表達GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一、地理空間及其表達GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)目前，我國采用的大地坐標(biāo)系為1980年中國國家大地坐標(biāo)系，該坐標(biāo)系選用1975年國際大地測量協(xié)會推薦的國際橢球（下圖），其具體參數(shù)為：赤道半徑（a）=6378140.0000000000m極半徑（b）=6356755.2881575287m地球扁率（f）=(a-b)/a=1/298.2571980年中國國家大地坐標(biāo)系的大地原點，設(shè)在我國中部的陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)，簡稱西安原點。1975年國際橢球元素及其關(guān)系示意圖一、地理空間及其表達GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)根據(jù)不同需求，我國現(xiàn)有三種大地坐標(biāo)系并存：

1、1954年北京坐標(biāo)系(局部平差)；

2、1980年國家大地坐標(biāo)系(整體平差)；

3、地心坐標(biāo)系。對應(yīng)于每一個坐標(biāo)系統(tǒng)點的坐標(biāo)，可以用大地坐標(biāo)形式表示，即用(L，B，H)表示；也可以用空間大地直角坐標(biāo)形式表示，即用(z，y，z)表示。不同坐標(biāo)系統(tǒng)的坐標(biāo)，通過一定數(shù)學(xué)模型的轉(zhuǎn)換參數(shù)，在一定的精度范圍內(nèi)可以互相轉(zhuǎn)換。一、地理空間及其表達GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

1954年北京坐標(biāo)系和1980年國家大地坐標(biāo)系中的點的坐標(biāo)，將其投影至高斯—克呂格投影平面，以平面坐標(biāo)x、y形式表示，用于控制地形測圖。在高斯—克呂格平面直角坐標(biāo)中，x表示縱軸，y表示橫軸。點的高斯—克呂格平面直角坐標(biāo)是通過高斯—克呂格投影計算得到的，我國各個等級大地點成果表中所載的坐標(biāo)即為高斯—克呂格平面直角坐標(biāo)。將橢球面上各點的大地坐標(biāo)，按照一定的數(shù)學(xué)法則，變換為平面上相應(yīng)點的平面直角坐標(biāo)，通常稱之為地圖投影。即：x=f1(L,B)

y=f2(L,B)式中：（L,B)是橢球面上某點的大地坐標(biāo)；

(x,y)是該點投影在投影平面上的直角坐標(biāo)。一、地理空間及其表達GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)地理信息系統(tǒng)中特征實體的位置，通常就是指經(jīng)過投影變換后平面上的直角坐標(biāo)。高程指空間參考的高于或低于某基準(zhǔn)平面的垂直位置，主要用來提供地形信息。我國現(xiàn)在規(guī)定的高程起算基準(zhǔn)面為“1985國家高程基準(zhǔn)”，該基準(zhǔn)比原國務(wù)院批準(zhǔn)啟用的“黃海平均海平面”高29mm。研究地理空間，除了建立地理空間的定位參考框架，還必須分析地理空間特征實體或地理空間信息的幾何形態(tài)和時空分布規(guī)律及其相互之間的關(guān)系。地理空間特征實體指具有形狀、屬性和時序特征的空間對象或地理實體，包括點、線、面、曲面和體，它們構(gòu)成地球圈層間復(fù)雜的地理綜合體，也是地理信息系統(tǒng)表示和建庫的主要對象。一、地理空間及其表達GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2.空間實體的表達地理空間的特征實體包括:

點(point)、線(line)、面(polygon)、曲面(surface)

體(volume)

如何以有效的形式表達它們，關(guān)系到計算機識別、存儲、處理的可能性和有效性。當(dāng)對特征實體進行數(shù)據(jù)表達時，關(guān)鍵又看如何表達空間的一個點，因為點是構(gòu)成地理空間特征實體的基本元素。矢量表示法:采用一個沒有大小的點(坐標(biāo))來表達基本點元素；→矢量數(shù)據(jù)模型柵格表示法:采用一個有固定大小的點(面元)來表達基本點元素?！鷸鸥駭?shù)據(jù)模型一、地理空間及其表達GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一、地理空間及其表達GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1、地理空間及其表達2、地理空間數(shù)據(jù)及其特征3、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型4、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的建立二、地理空間數(shù)據(jù)GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1、實體的描述和存儲從實體需要描述的內(nèi)容到計算機具體如何存儲實體的過程見圖2-1-1。二、地理空間數(shù)據(jù)GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1、空間實體的描述通常需要從如下方面對地理實體進行描述：1)編碼用于區(qū)別不同的實體，有時同一個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。分類碼標(biāo)識實體所屬的類別，識別碼對每個實體進行標(biāo)識，是唯一的，用于區(qū)別不同的實體。2)位置通常用坐標(biāo)值的形式(或其它方式)給出實體的空間位置。3)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。4)行為指明該地理實體可以具有哪些行為和功能。5)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、交通規(guī)則等。6)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。7)關(guān)系與其它實體的關(guān)系信息。二、地理空間數(shù)據(jù)GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2、GIS的空間數(shù)據(jù)根據(jù)空間數(shù)據(jù)的特征，可以把空間數(shù)據(jù)歸納為三類：1）屬性數(shù)據(jù)——描述空間數(shù)據(jù)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。2）幾何數(shù)據(jù)——描述空間數(shù)據(jù)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”，如用X、Y坐標(biāo)來表示。3）關(guān)系數(shù)據(jù)——描述空間數(shù)據(jù)之間的空間關(guān)系的數(shù)據(jù)，如空間數(shù)據(jù)的相鄰、包含等，主要是指拓撲關(guān)系。拓撲關(guān)系是一種對空間關(guān)系進行明確定義的數(shù)學(xué)方法。4）元數(shù)據(jù)，是描述數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)。在地理空間數(shù)據(jù)中，元數(shù)據(jù)說明空間數(shù)據(jù)內(nèi)容、質(zhì)量、狀況和其他有關(guān)特征的背景信息，便于數(shù)據(jù)生產(chǎn)者和用戶之間的交流。二、地理空間數(shù)據(jù)GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)根據(jù)數(shù)據(jù)來源的不同分為（據(jù)郭達志等)：幾何圖形數(shù)據(jù)：主要來源于各種類型的地圖和實測幾何數(shù)據(jù)。影象數(shù)據(jù)：主要來源于衛(wèi)星遙感和航空遙感等。屬性數(shù)據(jù)：來源于實測數(shù)據(jù)，文字報表，或地圖中的各類符號說明，以及從遙感數(shù)據(jù)中通過解釋得到的信息等。地形數(shù)據(jù)：來源于地形等高線圖的數(shù)字化，已建立的格網(wǎng)狀的數(shù)字化搞成模型（DTM），或其他形式表示的地形表面（如TIN）等。二、地理空間數(shù)據(jù)GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1)類型數(shù)據(jù)：例如考古地點、道路線和土壤類型的分布等；2)面域數(shù)據(jù)：例如隨機多邊形的中心點、行政區(qū)域界線和行政單元等；3)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)：例如道路交點、街道和街區(qū)等；4)樣本數(shù)據(jù)：例如氣象站、航線和野外樣方的分布區(qū)等；5)曲面數(shù)據(jù)：例如高程點、等高線和等值區(qū)域；6)文本數(shù)據(jù)：例如地名、河流名稱和區(qū)域名稱；7)符號數(shù)據(jù)：例如點狀符號、線狀符號和面狀符號（暈線）等；根據(jù)表示對象的不同分為分為（據(jù)鄔倫等)二、地理空間數(shù)據(jù)GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)二、地理空間數(shù)據(jù)GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3、空間數(shù)據(jù)的特征空間數(shù)據(jù)具有三個基本特征（圖2-1-2)：1）屬性特征——用以描述事物或現(xiàn)象的特性，2）空間特征——用以描述事物或現(xiàn)象的地理位置，3）時間特征——用以描述事物或現(xiàn)象隨時間的變化，GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1、地理空間及其表達2、地理空間數(shù)據(jù)及其特征3、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型4、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的建立三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)即數(shù)據(jù)組織的形式，是適合于計算機存貯、管理、處理的數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)。換句話說，是指數(shù)據(jù)以什么形式在計算機中存貯和處理。數(shù)據(jù)按一定的規(guī)律儲存在計算機機中，是計算機正確處理和用戶正確理解的保證?？臻g數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是空間數(shù)據(jù)在計算機中的具體組織方式。目前尚無一種統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)能夠同時存儲上述各種類型的數(shù)據(jù)，而是將不同類型的空間數(shù)據(jù)以不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲。一般來說，屬性數(shù)據(jù)與其他信息系統(tǒng)一樣常用二維關(guān)系表格形式存儲。元數(shù)據(jù)以特定的空間元數(shù)據(jù)格式存儲，空間特征數(shù)據(jù)是地理信息系統(tǒng)所特有的數(shù)據(jù)類型，主要以矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)兩種形式存儲。一、概念三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)三、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基于矢量模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡稱為矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。它是利用歐幾里得幾何學(xué)中的點、線、面及其組合體表示地理實體空間分布的一種數(shù)據(jù)組織方式。矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是最常見的圖形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是一種面向目標(biāo)的數(shù)據(jù)組織方式。矢量方法強調(diào)離散現(xiàn)象的存在，將線離散為一串采樣點的坐標(biāo)串，面狀區(qū)域由邊界線確定。由于矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)緊湊，冗余度低，利于網(wǎng)絡(luò)、檢索分析等優(yōu)點，是GIS主要的數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)之一。三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)A、矢量數(shù)據(jù)的圖形表示矢量方法將地理現(xiàn)象或事物抽象為點、線、面實體，將它們放在特定空間坐標(biāo)系下進行采樣記錄（圖2-2-1）。1、點實體：記錄點坐標(biāo)和屬性代碼；2、線實體：記錄兩個或一系列采樣點的坐標(biāo)，并加屬性代碼；3、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。三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)B、矢量數(shù)據(jù)的獲取方式矢量數(shù)據(jù)的獲取方式通常有：

1)由外業(yè)測量獲得，可利用測量儀器自動記錄測量成果(常稱為電子手薄)，然后轉(zhuǎn)到地理數(shù)據(jù)庫中。

2)由柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換獲得，利用柵格數(shù)據(jù)矢量化技術(shù)，把柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為矢量數(shù)據(jù)。

3)跟蹤數(shù)字化，用跟蹤數(shù)字化的方法，把地圖變成離散的矢量數(shù)據(jù)。由于柵格數(shù)據(jù)自動矢量化技術(shù)還不成熟，人工跟蹤數(shù)字化是當(dāng)前獲取矢量數(shù)據(jù)的最主要方法，但存在工作量大，數(shù)據(jù)獲取困難等缺點。三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)C、矢量數(shù)據(jù)表示在GIS中，矢量數(shù)據(jù)表示時應(yīng)考慮以下問題：1)矢量數(shù)據(jù)自身的存貯和處理。2)與屬性數(shù)據(jù)的聯(lián)系。3)矢量數(shù)據(jù)之間的空間關(guān)系(拓撲關(guān)系)。矢量數(shù)據(jù)的表示方法多種多樣，但基本上類似，可觸類旁通。下面分別介紹矢量數(shù)據(jù)的簡單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和拓撲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一）簡單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矢量數(shù)據(jù)的簡單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分別按點、線、面三種基本形式來描述(圖2-2-2)。三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

1、標(biāo)識碼：按一定的原則編碼，簡單情況下可順序編號。標(biāo)識碼具有唯一性，是聯(lián)系矢量數(shù)據(jù)和與其對應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)的關(guān)鍵字。屬性數(shù)據(jù)單獨存放在數(shù)據(jù)庫中。

2、點結(jié)構(gòu)中的X，Y坐標(biāo)：是點實體的定位點，如果是有向點，則可以有兩個坐標(biāo)對。

3、線結(jié)構(gòu)中的坐標(biāo)對數(shù)n：是構(gòu)成該線(鏈)的坐標(biāo)對的個數(shù)。X,Y坐標(biāo)串是構(gòu)成線(鏈)的矢量坐標(biāo)，共有n對。也可把所有線(鏈)的X,Y坐標(biāo)串單獨存放，這時只要給出指向該鏈坐標(biāo)串的首地址指針即可。

4、面結(jié)構(gòu)是鏈索引編碼的面(多邊形)的矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，鏈數(shù)n指構(gòu)成該面(多邊形)的鏈的數(shù)目。鏈標(biāo)識碼集指所有構(gòu)成該面(多邊形)的鏈的標(biāo)識碼的集合，共有n個。這種結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、直觀、易實現(xiàn)以實體為單位的運算和顯示的優(yōu)點。由于拓撲關(guān)系簡單,這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主要用于矢量數(shù)據(jù)的顯示、輸出，以及一般的查詢和檢索。三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)二)拓撲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)具有拓撲關(guān)系的矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就是拓撲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，拓撲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是GIS的分析和應(yīng)用功能所必需的。拓撲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的表示方式?jīng)]有固定的格式，還沒有形成標(biāo)準(zhǔn)，但基本原理是相同的。拓撲關(guān)系是一種對空間結(jié)構(gòu)關(guān)系進行明確定義的數(shù)學(xué)方法。是指圖形在保持連續(xù)狀態(tài)下變形，但圖形關(guān)系不變的性質(zhì)。可以假設(shè)圖形繪在一張高質(zhì)量的橡皮平面上，將橡皮任意拉伸和壓縮，但不能扭轉(zhuǎn)或折疊，這時原來圖形的有些屬性保留，有些屬性發(fā)生改變，前者稱為拓撲屬性，后者稱為非拓撲屬性或幾何屬性(表2-1-1)。這種變換稱為拓撲變換或橡皮變換。三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)點(結(jié)點)：孤立點、線的端點、面的首尾點、鏈的連接點等。線(鏈、弧段、邊)：兩結(jié)點間的有序弧段。面(多邊形)：若干條鏈構(gòu)成的閉合多邊形。a、拓撲元素矢量數(shù)據(jù)可抽象為點(結(jié)點)、線(鏈、弧段、邊)、面(多邊形)三種要素，即稱為拓撲元素。三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型b、拓撲關(guān)系的種類

1)關(guān)聯(lián)：不同拓撲元素之間的關(guān)系。如結(jié)點與鏈，鏈與多邊形等。

2)鄰接：相同拓撲元素之間的關(guān)系。如結(jié)點與結(jié)點，鏈與鏈，面與面等。鄰接關(guān)系是借助于不同類型的拓撲元素描述的，如面通過鏈而鄰接。

3)包含關(guān)系：面與其它拓撲元素之間的關(guān)系。如果點、線、面在該面內(nèi)，則稱為被該面包含。如某省包含的湖泊、河流等。

4)幾何關(guān)系：拓撲元素之間的距離關(guān)系。如拓撲元素之間距離不超過某一半徑的關(guān)系。

5)層次關(guān)系：相同拓撲元素之間的等級關(guān)系。如國家由省(自治區(qū)、直轄市)組成，省(自治區(qū)、直轄市)由縣組成等。GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型c、編碼方式拓撲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵是拓撲關(guān)系的表示，而幾何數(shù)據(jù)的表示可參照矢量數(shù)據(jù)的簡單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在目前的GIS中，主要表示基本的拓撲關(guān)系，而且表示方法不盡相同。下面舉一表示矢量數(shù)據(jù)拓撲關(guān)系的例子(圖2-2-3)。GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)三、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是通過空間點的密集而規(guī)則的排列表示整體的空間現(xiàn)象的，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單，定位存取性能好，可以與影像和DEM數(shù)據(jù)進行聯(lián)合空間分析，數(shù)據(jù)共享容易實現(xiàn)，是地理信息系統(tǒng)重要的一種空間數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)。三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)A、柵格數(shù)據(jù)的圖形表示

柵格結(jié)構(gòu)是以規(guī)則的像元陣列來表示空間地物或現(xiàn)象的分布的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其陣列中的每個數(shù)據(jù)表示地物或現(xiàn)象的屬性特征。換句話說，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、等級等的屬性編碼（圖2-3-1）。三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1、點實體：表示為一個像元；2、線實體：表示為在一定方向上連接成串的相鄰像元的集合；3、面實體：表示為聚集在一起的相鄰像元的集合。柵格數(shù)據(jù)表示的是二維表面上的地理數(shù)據(jù)的離散化數(shù)值。在柵格數(shù)據(jù)中，地表被分割為相互鄰接、規(guī)則排列的地塊，每個地塊與一個像元相對應(yīng)。因此，柵格數(shù)據(jù)的比例尺就是柵格(像元)的大小與地表相應(yīng)單元的大小之比，當(dāng)像元所表示的面積較大時，對長度、面積等的量測有較大影響。每個像元的屬性是地表相應(yīng)區(qū)域內(nèi)地理數(shù)據(jù)的近似值，因而有可能產(chǎn)生屬性方面的偏差。三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)B、柵格數(shù)據(jù)組織由于地理信息具有多維結(jié)構(gòu)，而柵格結(jié)構(gòu)中賦予每一個柵格的屬性值是唯一的，這就要用多個柵格層數(shù)據(jù)來存儲同一個地理區(qū)域的不同側(cè)面信息（圖2-3-2）。三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

如何在計算機中合理地組織這些柵格層數(shù)據(jù)以達到最優(yōu)存儲，空間最小，存取效率最高？如果每層像元的位置一一對應(yīng)，則有3種可能的組織方式（圖2-3-3）。三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方法a：以像元為記錄序列，不同層上同一像元位置上的各屬性值表示為一個列數(shù)組。N層中只記錄一層的像元位置，節(jié)約大量存儲空間，因為柵格個數(shù)很多。方法b：每層每個像元的位置、屬性一一記錄，結(jié)構(gòu)最簡單，但浪費存儲。方法c：以層為基礎(chǔ)，每層內(nèi)以多邊形為序記錄多邊形的屬性值和多邊形內(nèi)各像元的坐標(biāo)。節(jié)約用于存儲屬性的空間。將同一屬性的制圖單元的n個像元的屬性只記錄一次，便于地圖分析和制圖處理。GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)C、柵格結(jié)構(gòu)的建立要建立一個柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)需要明確三個內(nèi)容：數(shù)據(jù)來源（即獲取數(shù)據(jù)的途徑），柵格系統(tǒng)的確定和柵格代碼的確定。1）柵格數(shù)據(jù)的獲取途徑柵格數(shù)據(jù)的獲取方式通常有：1、來自于遙感數(shù)據(jù)；2、來自于對圖片的掃描；3、由矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換而來；4、由手工方法獲取。GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2）柵格系統(tǒng)的確定柵格系統(tǒng)的確定包括柵格坐標(biāo)系的確定和柵格單元尺寸的確定（圖2-3-4）。GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3）柵格代碼（屬性值）的確定為了保證數(shù)據(jù)的質(zhì)量，當(dāng)一個柵格單元內(nèi)有多個可選屬性值時（圖2-3-5），要按一定方法來確定柵格屬性值。GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1、中心歸屬法：每個柵格單元的值由該柵格的中心點所在的面域的屬性來確定，如圖2-3-5中的(a)，柵格屬性值可據(jù)此確定為B。2、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。如圖2-3-5中的(c)，柵格屬性值可據(jù)此確定為2。3、面積占優(yōu)法：每個柵格單元的值由該柵格中單元面積最大的實體的屬性來確定。如圖2-3-5中的(a)，柵格屬性值可據(jù)此確定為A。4、重要性法：根據(jù)柵格內(nèi)不同地物的重要性，選取最重要的地物的類型作為柵格單元的屬性值。這種方法適用于具有特殊意義而面積較小的實體要素。若圖2-3-5中的(b)，a代表草地，b代表鐵路，柵格屬性值可據(jù)此確定為b。GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)D、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。這種記錄柵格數(shù)據(jù)的文件常稱為柵格文件（圖2-3-6），且常在文件頭中存有該柵格數(shù)據(jù)的長和寬，即行數(shù)和列數(shù)。這樣，具體的像元值就可連續(xù)存儲了。其特點是處理方便，但沒有壓縮。GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)E、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的主要類型

柵格矩陣結(jié)構(gòu)游程編碼結(jié)構(gòu)四叉樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)八叉樹和十六叉樹結(jié)構(gòu)GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1.

柵格矩陣結(jié)構(gòu)柵格矩陣結(jié)構(gòu)是指一種全柵格陣列的空間數(shù)據(jù)組織形式(圖)。上述數(shù)據(jù)代表一個4×4階的矩陣，如果矩陣的每個元素用一個雙字節(jié)表示，則一個圖層的全柵格數(shù)據(jù)所需要的存儲空間為m(行)×n(列)×2(字節(jié))。以一個面積為100km2的區(qū)域為例，如果網(wǎng)格邊長取為lm，每個網(wǎng)格用一個雙字節(jié)表示，則一個圖層的要素就要占用200兆字節(jié)的存儲空間，對一張圖形或一幅圖像來說，這是一個相當(dāng)大的存儲容量，而且隨著空間分辨率的提高，存貯空間成幾何級數(shù)遞增。因此，柵格數(shù)據(jù)的壓縮是柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)要解決的重要任務(wù)之一。GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2．游程編碼結(jié)構(gòu)游程指相鄰?fù)稻W(wǎng)格的數(shù)量，游程編碼結(jié)構(gòu)是逐行將相鄰?fù)档木W(wǎng)格合并，并記錄合并后網(wǎng)格的值及合并網(wǎng)格的長度，其目的是壓縮柵格數(shù)據(jù)量，消除數(shù)據(jù)間的冗余。游程編碼結(jié)構(gòu)的建立方法是：將柵格矩陣的數(shù)據(jù)序列X1，X2…Xn映射為相應(yīng)的二元組序列(Ai，Pi)，I=1，K，且K≤n。其中，A為屬性值，P為游程，K為游程序號。GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)空間要素的區(qū)域信息可用四叉樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲，這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的原理可以表述為：將空間區(qū)域按照四個象限進行遞歸分割(2n×2n，且n≧1)，直到子象限的數(shù)值單調(diào)為止。凡數(shù)值(特征碼或類型值)呈單調(diào)的單元，不論單元大小，均作為最后的存儲單元。這樣，對同一種空間要素；其區(qū)域格網(wǎng)的大小，隨該要素分布特征而不同。3.四叉樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)4.

八叉樹和十六叉樹結(jié)構(gòu)為了表示三維、四維數(shù)據(jù)，較好的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方式是在四叉樹基礎(chǔ)上發(fā)展起來的八叉樹和十六叉樹結(jié)構(gòu)。八叉樹結(jié)構(gòu)是從四叉樹結(jié)構(gòu)直接發(fā)展而來的，其原理就是將空間區(qū)域不斷地分解為八個同樣大小的于區(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)，分解的次數(shù)越多，子區(qū)域就越小，一直到同一區(qū)域的屬性單一為止。對于一個四維的時空目標(biāo)，可以用線性十六叉樹來表示。如一維時間和三維空間復(fù)合形成的四維時空數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的十六叉樹自然數(shù)編碼。GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)4.

八叉樹和十六叉樹結(jié)構(gòu)GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型矢量柵格一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)四、矢量