第三講(GIS第四講)

6.4空間數(shù)據(jù)索引空間索引的層次結(jié)構(gòu)無縫圖層工作區(qū)索引目標(biāo)索引窗坐標(biāo)、BSP、KDB樹、R樹和R+樹、CELL樹11、空間數(shù)據(jù)索引的必要性在GIS中需要根據(jù)空間位置進(jìn)行查詢，例如，“找出通過某個(gè)區(qū)域的所有公路”，“檢索在某個(gè)區(qū)域內(nèi)的所有湖泊”等等。為了處理這類空間查詢，數(shù)據(jù)庫需要檢查每一個(gè)可能滿足條件的空間要素的記錄，看它是否與查詢區(qū)域相交或是在查詢區(qū)域內(nèi)，這種空間相交運(yùn)算需要先讀出空間要素幾何形狀的邊界坐標(biāo)，然后再與空間區(qū)域進(jìn)行空間關(guān)系運(yùn)算。由于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的這種窮盡式搜索方法花費(fèi)的磁盤訪問時(shí)間和空間運(yùn)算時(shí)間都很長，往往達(dá)到令人無法忍受的程度，故必須建立空間數(shù)據(jù)索引機(jī)制。22、空間索引的層次33、無縫圖層現(xiàn)實(shí)世界的地區(qū)、城市均是連續(xù)的。對較小的區(qū)域可以將數(shù)據(jù)物理連接，生成物理無縫圖層。對無法生成物理無縫圖層的地區(qū)，可以建立邏輯無縫圖層。邏輯無縫圖層建立了地物的連接描述。44、工作區(qū)索引對海量數(shù)據(jù)而言，必須建立多個(gè)工作區(qū)，將數(shù)據(jù)按工作區(qū)存放于存儲(chǔ)器建立索引文件在開窗操作時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)窗口坐標(biāo)，按索引文件迅速調(diào)入所涉及的工作區(qū)55、目標(biāo)索引窗坐標(biāo)索引機(jī)制格網(wǎng)型空間索引BSP索引機(jī)制KDB樹R樹和R+樹CELL樹66、窗坐標(biāo)

索引

機(jī)制建立每個(gè)實(shí)體的最小包容矩形，記錄其對角坐標(biāo)。單點(diǎn)檢索可判斷是否在包容矩形內(nèi)；范圍檢索可判斷每個(gè)實(shí)體的最小包容矩形和范圍的關(guān)系：內(nèi)、外、相交。對所有空間實(shí)體的外接矩形最大最小坐標(biāo)進(jìn)行落入判別，其中空間實(shí)體B、C完全落入查詢窗，從空間數(shù)據(jù)庫中提取B和C的相應(yīng)數(shù)據(jù)。

A 查詢窗口 B

CE F D

77、格網(wǎng)型空間索引將區(qū)域用橫豎線條劃分大小相等和不等的格網(wǎng)，記錄每一個(gè)格網(wǎng)所包含的空間實(shí)體。進(jìn)行空間查詢時(shí)，首先計(jì)算出查詢對象所在格網(wǎng)，然后再在該網(wǎng)格中快速查詢所選空間實(shí)體。8一條河流、一個(gè)湖泊和一條省界，它們的關(guān)鍵字分別為5，11和23。河流穿過的柵格為2，34，35，67，68；湖泊覆蓋的柵格為68，69，100，101；省界所通過的柵格為5，37，36，35，67，99，98，97。98、BSP索引機(jī)制是一種二叉樹，它將空間逐級進(jìn)行一分為二的劃分。BSP樹能很好地與空間數(shù)據(jù)庫中空間對象的分布情況相適應(yīng)，但對一般情況而言，BSP樹深度較大，對各種操作均有不利影響。109、KDB樹KDB樹是B樹向多維空間的一種發(fā)展。它對于多維空間中的點(diǎn)進(jìn)行索引具有較好的動(dòng)態(tài)特性，刪除和增加空間點(diǎn)對象也可以很方便地實(shí)現(xiàn)；其缺點(diǎn)是不直接支持占據(jù)一定空間范圍的地物要素，如二維空間中的線和面。該缺點(diǎn)可以通過空間映射或變換的方法部分地得到解決。1110、R樹示意圖上圖表示了三組多邊形（矩形，用實(shí)線畫出）及對應(yīng)于這三組多邊形的R樹中結(jié)點(diǎn)的外包絡(luò)矩形（用虛線畫出），右圖為R樹本身。1211、R+樹結(jié)構(gòu)示意圖

R+樹的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與R樹的相同，但是，對于被分割的下層虛擬矩形或?qū)嶓w外接矩形，還要增加關(guān)系表達(dá)：原矩形標(biāo)識符，分割后矩形1的標(biāo)識符，分割后矩形2的標(biāo)識符1312、R樹和R+樹比較由于R樹兄弟結(jié)點(diǎn)對應(yīng)的空間區(qū)域可以重疊，因此，R樹可以較容易地進(jìn)行插入和刪除操作；但正因?yàn)閰^(qū)域之間有重疊，空間索引可能要對多條路徑進(jìn)行搜索后才能得到最后的結(jié)果，因此，其空間搜索的效率較低。在R+樹中，兄弟結(jié)點(diǎn)對應(yīng)的空間區(qū)域沒有重疊，而沒有重疊的區(qū)域劃分可以使空間索引搜索的速度大大提高；但由于在插入和刪除空間對象時(shí)要保證兄弟結(jié)點(diǎn)對應(yīng)的空間區(qū)域不重疊，而使插入和刪除操作的效率降低。1413、CELL樹R樹和R+在插入、刪除和空間搜索效率兩方面難于兼顧，故CELL樹應(yīng)運(yùn)而生。它在采用凸多邊形來作為劃分的基本單位，與BSP樹有類似之處，子空間不再相互覆蓋。故CELL樹是比較優(yōu)秀的空間索引方法。156.5空間數(shù)據(jù)模型三種傳統(tǒng)模型層次、網(wǎng)絡(luò)、關(guān)系面向?qū)ο竽Ｐ投S矢量模型柵格數(shù)據(jù)模型三維空間模型矢量、柵格16一、三種傳統(tǒng)模型層次網(wǎng)絡(luò)關(guān)系171、層次模型層次模型是一種樹結(jié)構(gòu)模型，它把數(shù)據(jù)按自然的層次關(guān)系組織起來，以反映數(shù)據(jù)之間的隸屬關(guān)系。一棵樹有且僅有一個(gè)無雙親結(jié)點(diǎn)的稱為根的結(jié)點(diǎn)；其余結(jié)點(diǎn)有且僅有一個(gè)雙親結(jié)點(diǎn)。182、層次模型描述矢量數(shù)據(jù)特點(diǎn)是將數(shù)據(jù)組織成一對多關(guān)系的結(jié)構(gòu)。層次結(jié)構(gòu)采用關(guān)鍵字來訪問其中每一層次的每一部分。層次數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)特別適用于文獻(xiàn)目錄、土壤分類、部門機(jī)構(gòu)等分級數(shù)據(jù)的組織ⅠⅡ123456abcdefgMMⅠⅡabcdefg1223344134355664c193、層次數(shù)據(jù)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：存取方便且速度快結(jié)構(gòu)清晰，容易理解數(shù)據(jù)修改和數(shù)據(jù)庫擴(kuò)展容易實(shí)現(xiàn)檢索關(guān)鍵屬性十分方便缺陷：結(jié)構(gòu)呆板，缺乏靈活性同一屬性數(shù)據(jù)要存儲(chǔ)多次，數(shù)據(jù)冗余大（如公共邊）不適合于拓?fù)淇臻g數(shù)據(jù)的組織204、空間對象的層次分類編碼分類對象的從屬和層次關(guān)系有明確的分類對象類別和嚴(yán)格的隸屬關(guān)系高壓711電線架715管線:7地下電力線與電纜72電力線71地下檢修井74管線73低壓712電桿713電塔714不依比例7142依比例7141215、網(wǎng)絡(luò)模型基本特征：結(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)之間沒有明確的從屬關(guān)系，一個(gè)結(jié)點(diǎn)可與其它多個(gè)結(jié)點(diǎn)建立聯(lián)系，即結(jié)點(diǎn)之間的聯(lián)系是任意的，任何兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間都能發(fā)生聯(lián)系，可表示多對多的關(guān)系。226、用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型描述復(fù)雜關(guān)系

網(wǎng)絡(luò)模型用連接指令或指針來確定數(shù)據(jù)間的顯式連接關(guān)系，是具有多對多類型的數(shù)據(jù)組織方式。系名土木系教師數(shù)學(xué)生數(shù)研究生系名管理系教師數(shù)49學(xué)生數(shù)257研究生71學(xué)校名稱工程學(xué)院系名測繪系教師數(shù)52學(xué)生數(shù)300研究生70系名教師數(shù)學(xué)生數(shù)研究生系名教師數(shù)學(xué)生數(shù)學(xué)號002312姓名楊樂年級3籍貫廣東系名教師數(shù)學(xué)生數(shù)研究生系名教師數(shù)學(xué)生數(shù)教師號66姓名***年齡53職稱教授系名教師數(shù)學(xué)生數(shù)研究生系名教師數(shù)學(xué)生數(shù)課程號A01課程名GIS周學(xué)時(shí)4學(xué)分5系名教師數(shù)系名學(xué)號002312課程號A01237、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：能明確而方便地表示數(shù)據(jù)間的復(fù)雜關(guān)系數(shù)據(jù)冗余小缺陷：網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的復(fù)雜，增加了用戶查詢和定位的困難需要存儲(chǔ)數(shù)據(jù)間聯(lián)系的指針，使得數(shù)據(jù)量增大數(shù)據(jù)的修改不方便（指針必須修改）248、關(guān)系數(shù)據(jù)模型關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為滿足一定條件的二維表，表具有固定的列數(shù)和任意的行數(shù)，在數(shù)學(xué)上稱為“關(guān)系”；二維表是同類實(shí)體的各種屬性的集合，每個(gè)實(shí)體對應(yīng)于表中的一行，在關(guān)系中稱為元組，通常稱為一條記錄；表中的列表示屬性，稱為域，相當(dāng)于通常記錄中的一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)。若二維表中有n個(gè)域，則每一行叫做一個(gè)n元組，這樣的關(guān)系稱為n度(元)關(guān)系；表的行對應(yīng)于對象的實(shí)例，各個(gè)表的行列交點(diǎn)就用來存貯簡單值。滿足一定條件的規(guī)范化關(guān)系的集合，就構(gòu)成了關(guān)系模型。259、房屋表和道路表房號性質(zhì)樓層數(shù)結(jié)構(gòu)建筑年代20私房7磚198629公房12砼2001編號等級路面材料寬度車道數(shù)建筑年代3021水泥12419862012瀝青166200126ⅠⅡ123456abcdefgM10、用關(guān)系模型表示地理實(shí)體地理實(shí)體——多邊形關(guān)系：M(Ⅰ，Ⅱ)多邊形——邊關(guān)系：Ⅰ(a,b,c,d)Ⅱ(e,f,g,c)邊——結(jié)點(diǎn)關(guān)系：a(V１，V2)、b(V2，V3)、c(V3，V4)、d(V１，V4)、e(V１，V5)、f(V5，V6))、g(V6，V4)ⅠabcdⅡefgca12b23c34d14e35f56g64MⅠMⅡ2711、關(guān)系模型的進(jìn)一步發(fā)展RDBMS的現(xiàn)狀是理論和技術(shù)都非常完善和成熟，基本上占據(jù)了全部傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域和90%以上的非傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域典型的代表有：Oracle、MSSQL、DB2、INGRES、SyBase、Xbase、FoxPro、Rdb/VMS、Informix2812、非結(jié)構(gòu)化大型對象的引進(jìn)

多媒體——如文本數(shù)據(jù)、圖象數(shù)據(jù)、靜止的視頻片斷、全動(dòng)感的視頻信息、聲音波形等等，需要用關(guān)系數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)和管理這類非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。DEC公司于1981年就引進(jìn)能存貯變長字符串和二進(jìn)制數(shù)據(jù)的概念，目前一些大型的RDBMS（如Oracle等）中，增加了大型對象這種數(shù)據(jù)類型。數(shù)據(jù)從等長轉(zhuǎn)為變長。2913、分布式數(shù)據(jù)庫70年代以來計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)迅速發(fā)展，在地理上分散的公司、團(tuán)體和組織對于數(shù)據(jù)庫更為廣泛的應(yīng)用，產(chǎn)生了分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)兩者有機(jī)結(jié)合的結(jié)果。比如，全省各院校可以把招生的情況存放在各自的招生辦，省招生辦可以通過網(wǎng)絡(luò)隨時(shí)查詢統(tǒng)計(jì)各校數(shù)據(jù)。3014、對象特性的融入為了迎接面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫在非傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)﹃P(guān)系數(shù)據(jù)庫提出的挑戰(zhàn)，確保關(guān)系數(shù)據(jù)庫在數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域的霸主地位，關(guān)系數(shù)據(jù)庫巨頭Oracle、Sybase、DB2、Informix都在積極努力，使自己的關(guān)系型產(chǎn)品增加一些面向?qū)ο蟮某煞?。目前已?jīng)有推向市場的這類產(chǎn)品存在，如Oracle10g、DB2等。3115、面向?qū)ο竽Ｐ兔嫦驅(qū)ο蟮幕靖拍钍窃谏鲜兰o(jì)70年代萌發(fā)，它的基本做法是把系統(tǒng)工程中的某個(gè)模塊和構(gòu)件視為問題空間的一個(gè)或一類對象。80年代，面向?qū)ο蟮姆椒ǖ玫胶芸彀l(fā)展，在系統(tǒng)工程、計(jì)算機(jī)、人工智能等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。90年代，人們在更高級的層次上和更廣泛的領(lǐng)域內(nèi)對面向?qū)ο蟮姆椒ㄟM(jìn)行研究。3216、面向?qū)ο蟮奶匦院秃诵募夹g(shù)

面向?qū)ο蠓椒ǖ奶匦猿橄笮浴⒎庋b性、多態(tài)性面向?qū)ο蠓椒ǖ暮诵募夹g(shù)分類、概括、聚集、聯(lián)合3317、面向?qū)ο蟮膸缀纬橄箢愋?/p>

GIS中的各種地物，在幾何性質(zhì)方面不外乎表現(xiàn)為四種類型，即點(diǎn)狀地物、線狀處物、面狀地物以及由它們混合組成的復(fù)雜地物，因而這四種類型可以作為GIS中各種地物類型的超類?？臻g地物點(diǎn)狀地物線狀地物面狀地物復(fù)雜地物電視塔橋梁車站道路水管電力線建筑物湖公園礦山大學(xué)縣34三、二維矢量模型矢量方法強(qiáng)調(diào)了離散現(xiàn)象的存在，由邊界線（點(diǎn)、線、面）來確定邊界，因此可以看成是基于要素的。然而，在一些基于矢量的GIS中，表現(xiàn)表面的便利，帶給它模擬二維場的可能性，最常見的例子就是地表高程。35二維矢量數(shù)據(jù)表示36四、柵格數(shù)據(jù)模型柵格數(shù)據(jù)模型是基于連續(xù)鋪蓋的，它是將連續(xù)空間離散化，即用二維鋪蓋或劃分覆蓋整個(gè)連續(xù)空間；鋪蓋可以分為規(guī)則的和不規(guī)則的，后者可當(dāng)做拓?fù)涠噙呅翁幚恚缟鐣?huì)經(jīng)濟(jì)分區(qū)、城市街區(qū)；鋪蓋的特征參數(shù)有尺寸、形狀、方位和間距。對同一現(xiàn)象，也可能有若干不同尺度、不同聚分性（AggregationorSubdivisions）的鋪蓋。在邊數(shù)從3到N的規(guī)則鋪蓋（RegularTesselations）中，方格、三角形和六角形是空間數(shù)據(jù)處理中最常用的。三角形是最基本的不可再分的單元，根據(jù)角度和邊長的不同，可以取不同的形狀，方格、三角形和六角形可完整地鋪滿一個(gè)平面。37柵格單元的形態(tài)38柵格數(shù)據(jù)表示的地表39五、三維空間模型三維矢量模型三維邊界用頂點(diǎn)、邊、面和體三個(gè)表來表示40三維柵格數(shù)據(jù)模型假設(shè)體V可以放在一個(gè)充分大的正方體C內(nèi)，C的邊長為2n。對形體VC，如果V=C，那么V的八叉樹僅有樹根，否則對C等分為八個(gè)子立方體。只要某個(gè)子立方體不是完全空白或完全為V所占據(jù)，就要再被八等分。直到灰節(jié)點(diǎn)分完八叉樹上的節(jié)點(diǎn)可分為三類：1）灰節(jié)點(diǎn)，對應(yīng)的立方體部分地為V所占據(jù)；2）白節(jié)點(diǎn)，所對應(yīng)的立方體中無V的內(nèi)容；3）黑節(jié)點(diǎn)，所對應(yīng)的立方體全為V所占據(jù)41體元形式的三維數(shù)據(jù)

42線性八叉樹編碼

43本章要點(diǎn)建立數(shù)據(jù)模型的意義數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的區(qū)別空間數(shù)據(jù)的三個(gè)基本特征如何描述地理空間數(shù)據(jù)？空間數(shù)據(jù)的分類、分級、編碼工作空間、分區(qū)、層的概念空間索引的種類、網(wǎng)格索引、R樹面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型的優(yōu)點(diǎn)44第七章地理空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)無拓?fù)涫噶繑?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)DEM結(jié)構(gòu)四叉樹和八叉樹其它數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)457.1無拓?fù)涫噶繑?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)點(diǎn)的矢量結(jié)構(gòu)鏈的矢量結(jié)構(gòu)面的矢量結(jié)構(gòu)點(diǎn)：節(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn)鏈：弧邊線線段面：多邊形區(qū)域面體：46點(diǎn)弧面的矢量表示點(diǎn)號XYH1237623426521235弧表1鏈號坐標(biāo)串1xyhxyh…2xyhxyh…弧表2鏈號點(diǎn)號串1點(diǎn)號點(diǎn)號…2點(diǎn)號點(diǎn)號…面表1面表2面表3面號坐標(biāo)串1xyhxyh…2xyhxyh…面號點(diǎn)號串1點(diǎn)號點(diǎn)號…2點(diǎn)號點(diǎn)號…面號弧號串1弧號弧號…2弧號弧號…點(diǎn)表47各種表示法的比較點(diǎn)號—弧、弧號——面冗余小、維護(hù)方便、調(diào)用復(fù)雜弧——坐標(biāo)、面——坐標(biāo)冗余大、維護(hù)不便、調(diào)用簡單易產(chǎn)生多重坐標(biāo)487.2拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在GIS中，為了真實(shí)地反映地理實(shí)體，不僅要存儲(chǔ)實(shí)體的位置、形狀、大小和屬性，還必須存儲(chǔ)實(shí)體間的相互關(guān)系。拓?fù)湓攸c(diǎn)、弧、面拓?fù)潢P(guān)系最基本關(guān)系關(guān)聯(lián)：空間圖形中不同類元素之間的拓?fù)潢P(guān)系鄰接：空間圖形中同類元素之間的拓?fù)潢P(guān)系其它關(guān)系包含：空間圖形中同類不同級元素之間的拓?fù)潢P(guān)系連通：空間網(wǎng)絡(luò)圖形中，結(jié)點(diǎn)之間存在的路徑關(guān)系層次：相同拓?fù)湓亻g的等級關(guān)系49拓?fù)潢P(guān)系的表示50拓?fù)潢P(guān)系表示實(shí)例面塊ID弧段串AL6BL7、-L8、L9、L10CL1、-L11、-L7、-L5DL11、L2、L12、L8EL13、-L9、-L12、L3

FL4、L5、-L10、-L13L1P9、P2L2

P2、P3

L3

P3、P6

L4

P6、P9

┇┇P1L6P2

L1、L11、L2

P3

L2、L12、L3

P4

L12、L8、L9

┇┇L10CL2

0DL3

0EL4

0FL5

CF┇┇┇弧段ID起點(diǎn)，終點(diǎn)結(jié)點(diǎn)ID弧段串弧段ID左多邊形右多邊形51全顯式和半隱式弧段、起結(jié)點(diǎn)、終結(jié)點(diǎn)、左多邊形、右多邊形全顯式半隱式527.3柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基于像元基于層基于多邊形53柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)順序54柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)小結(jié)基本概念像元及像元陣列、像元屬性及屬性取值方法像元越小，分辨率越高，圖斑越精細(xì)理解柵格編碼同樣的數(shù)據(jù)可以有不同的編碼方式，不影響結(jié)果的顯示數(shù)據(jù)壓縮編碼方式可以自己定義557.4DEM結(jié)構(gòu)矩形格網(wǎng)結(jié)構(gòu)不規(guī)則三角網(wǎng)結(jié)構(gòu)DEM的生成56DEM的概念☆數(shù)字高程模型（DEM)：DTM中屬性為高程的要素稱為數(shù)字高程模型,它是地表單元上的高程集合,通常用矩陣來表示?！頓EM是建立DTM的“基礎(chǔ)數(shù)據(jù)”或稱為單要素圖；其它要素均可以從DEM數(shù)據(jù)直接或間接導(dǎo)出，這些“派生數(shù)據(jù)”通常包括：平均高程、坡度、坡向等。57矩形格網(wǎng)結(jié)構(gòu)矩形格網(wǎng)GRID是一個(gè)高程矩陣可以由高程點(diǎn)、等高線內(nèi)插產(chǎn)生，也可以由全數(shù)字?jǐn)z影測量模式產(chǎn)生，直接接收VirtuoZo系統(tǒng)格式的數(shù)字高程模型和正射影像數(shù)據(jù)。同時(shí)，也接受解析測圖儀實(shí)測的隨機(jī)采樣數(shù)據(jù)和既有地形圖數(shù)字化等高線數(shù)據(jù)對于特殊地形，還存在地形地物特征點(diǎn)線數(shù)據(jù)。隨機(jī)柵格轉(zhuǎn)換的算法包括距離加權(quán)平均（又稱移動(dòng)曲面法）和基于TIN的兩種方法58內(nèi)插矩形格網(wǎng)5960TIN結(jié)構(gòu)61TIN的主要特征TIN由一系列三角形組成三角形頂點(diǎn)都是一些特征點(diǎn)每個(gè)三角形的坡度、坡向均一三角形大小隨地形變化而變盡可能是等邊三角形三角形外接圓內(nèi)沒有其它點(diǎn)與Voronoi多邊形(泰森多邊形)對偶以拓?fù)浞绞酱鎯?chǔ)62DEM的生成r637.5四叉樹和八叉樹將柵格數(shù)據(jù)二維空間區(qū)域按照4個(gè)象限進(jìn)行遞歸分割（2n×2n，且n>1），直到子象限的數(shù)值單調(diào)為止，最后得到一棵四分叉的倒向樹。四叉樹分解，各子象限大小不完全一樣，但都是同代碼柵格單元組成的子塊，其中最上面的一個(gè)結(jié)點(diǎn)叫做根結(jié)點(diǎn)，它對應(yīng)于整個(gè)圖形。不能再分的結(jié)點(diǎn)稱為葉子結(jié)點(diǎn)，可能落在不同的層上，該結(jié)點(diǎn)代表子象限單一的代碼，所有葉子結(jié)點(diǎn)所代表的方形區(qū)域覆蓋了整個(gè)圖形。從上到下，從左到右為葉子結(jié)點(diǎn)編號，最下面的一排數(shù)字表示各子區(qū)的代碼。為了保證四叉樹分解能不斷的進(jìn)行下去，要求圖形必須為2n×2n的柵格陣列。n為極限分割次數(shù)，n＋1是四叉樹最大層數(shù)或最大高度。64四叉樹編碼①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩1112131415161718192021222324252627282930313233363738393435400000333033333530022232222022225255533355西南東南西北東北65四叉樹地址和Morton碼66Morton碼—葉節(jié)點(diǎn)碼將十進(jìn)制Morton碼轉(zhuǎn)為二進(jìn)制碼39——100111將二進(jìn)制Morton碼每二位轉(zhuǎn)為十進(jìn)制數(shù)10011121367葉節(jié)點(diǎn)碼—Morton碼將葉節(jié)點(diǎn)碼逐位轉(zhuǎn)為二進(jìn)制213100111將二進(jìn)制葉節(jié)點(diǎn)碼轉(zhuǎn)為Morton碼100111——391*25+0*24+0*23+1*22+1*21+1*2032+0+0+4+2+1=3968Morton碼—行列值將Morton碼39轉(zhuǎn)為二進(jìn)制100111將二進(jìn)制的Morton碼奇偶分開100111101011將奇偶分別變成十進(jìn)制的行列1010115369行列值—Morton碼將十進(jìn)制的行列分別變成二進(jìn)制53101011將二進(jìn)制的行列值奇偶合并得Morton碼101011100111將二進(jìn)制Morton碼變?yōu)槭M(jìn)制1*25+0*24+0*23+1*22+1*21+1*2032+0+0+4+2+1=3970十進(jìn)制和二進(jìn)制的轉(zhuǎn)換十進(jìn)制轉(zhuǎn)二進(jìn)制：

用2輾轉(zhuǎn)相除至結(jié)果為0，

將余數(shù)從下向上倒序?qū)懢褪嵌M(jìn)制值例如302轉(zhuǎn)二進(jìn)制

302/2=151余0

151/2=75余1

75/2=37余1

37/2=18余1

18/2=9余0

9/2=4余1

4/2=2余0

2/2=1余01/2=0余1

故十進(jìn)制302=二進(jìn)制100101110

二進(jìn)制轉(zhuǎn)十進(jìn)制

從最后一位開始算，依次列為第0、1、2...位、第n位的數(shù)（0或1）乘以2的n次方，得到的結(jié)果相加就是十進(jìn)制值。例如:01101011.轉(zhuǎn)十進(jìn)制:

第0位:1乘2的0次方=1

第1位:

1乘2的1次方=2

第2位:

0乘2的2次方＝0

第3位:1乘2的3次方＝8

第4位:

0乘2的4次方＝0

第5位:1乘2的5次方＝32

第6位:1乘2的6次方＝64

第7位:0乘2的7次方＝0

然后：1＋2＋0＋8＋0＋32＋64＋0＝107．

二進(jìn)制＝十進(jìn)制10771八叉樹V的長、寬、高均為2n，用3個(gè)面將其分為8塊S、N、W、E；T、B的組合為地址727.6其它數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)區(qū)域數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)分段73區(qū)域數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)由線和面建立，由區(qū)域?qū)雍蛥^(qū)域構(gòu)成區(qū)域?qū)觾?nèi)的區(qū)域具有相同屬性區(qū)域可以重疊一個(gè)區(qū)域可以由分離的面構(gòu)成區(qū)域的數(shù)據(jù)表：區(qū)域號多邊形號區(qū)域號圈號弧段號74動(dòng)態(tài)分段動(dòng)態(tài)分段(Dynamic

Segmentation)思想是由美國威斯康星交通廳戴維.復(fù)萊特于1987年首先提出的。該思想解決了傳統(tǒng)的GIS在處理線性特征時(shí)所遇到的問題，是一種新的線性特征的動(dòng)態(tài)分析、現(xiàn)實(shí)和繪圖技術(shù)。它是在傳統(tǒng)GIS數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上利用線性參考系統(tǒng)和相應(yīng)算法，在需要分析、現(xiàn)實(shí)、查詢及輸出時(shí)，動(dòng)態(tài)計(jì)算出屬性數(shù)據(jù)的空間位置，即動(dòng)態(tài)地完成各種屬性數(shù)據(jù)集的顯示、分析及繪圖的一種方法。75動(dòng)態(tài)分段區(qū)段表點(diǎn)事件表線事件表50100150200250紅旗大街東直路太平大街里程樁事件路徑鏈號弧段鏈號始測度到測度始位置到位置P#P-IDP-IDID路名始至屬性76本章要點(diǎn)矢量數(shù)據(jù)的表達(dá)方式、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)柵格數(shù)據(jù)的表達(dá)方式、壓縮方法四叉樹如何定義？如何編碼？動(dòng)態(tài)分段有什么用途？77習(xí)題根據(jù)下圖，（1）列出點(diǎn)、線（鏈）、面（多邊形）的簡單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表；（2）列出面-鏈、鏈-結(jié)點(diǎn)、結(jié)點(diǎn)-鏈、鏈-面拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表注：黑點(diǎn)為結(jié)點(diǎn)圓圈為節(jié)點(diǎn)78第八章地理空間數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫概念數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的功能與組成空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的管理模式地理數(shù)據(jù)庫中的時(shí)間維Geodatabase數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建798.1數(shù)據(jù)庫概念計(jì)算機(jī)對數(shù)據(jù)管理的四個(gè)階段程序——文件——數(shù)據(jù)庫——數(shù)據(jù)倉庫數(shù)據(jù)庫的英文是DATABASE，其意義為數(shù)據(jù)基地，即統(tǒng)一存貯和集中管理數(shù)據(jù)的基地。數(shù)據(jù)庫可以看作是與現(xiàn)實(shí)世界有一定相似性的模型，是集中、統(tǒng)一地存儲(chǔ)和管理某個(gè)領(lǐng)域信息的系統(tǒng)，它根據(jù)數(shù)據(jù)間的自然聯(lián)系而構(gòu)成，數(shù)據(jù)較少冗余，且具有較高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性，能為多種應(yīng)用服務(wù)。80數(shù)據(jù)庫三個(gè)基本部分?jǐn)?shù)據(jù)集一個(gè)結(jié)構(gòu)化的相關(guān)數(shù)據(jù)的集合體，包括數(shù)據(jù)本身和數(shù)據(jù)間的聯(lián)系。數(shù)據(jù)集獨(dú)立于應(yīng)用程序而存在，是數(shù)據(jù)庫的核心和管理對象。物理存儲(chǔ)介質(zhì)指計(jì)算機(jī)的外存儲(chǔ)器和內(nèi)存儲(chǔ)器。前者存儲(chǔ)數(shù)據(jù)；后者存儲(chǔ)操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，并有一定數(shù)量的緩沖區(qū)，用于數(shù)據(jù)處理，以減少內(nèi)外存交換次數(shù)，提高數(shù)據(jù)存取效率。數(shù)據(jù)庫軟件其核心是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)。主要任務(wù)是對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理和維護(hù)。具有對數(shù)據(jù)進(jìn)行定義、描述、操作和維護(hù)等功能，接受并完成用戶程序和終端命令對數(shù)據(jù)庫的請求，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫的安全。818.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)用戶A1用戶A2用戶B1用戶B2用戶B3A/C映射外部模型A外部模型B概念模型

C物理數(shù)據(jù)內(nèi)部模型C/D映射數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)子模式模式存儲(chǔ)模式828.3數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的功能與組成數(shù)據(jù)庫定義功能用數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)描述語言DDL來定義概念模式、外模式和內(nèi)模式，即定義數(shù)據(jù)庫框架。數(shù)據(jù)庫管理功能對數(shù)據(jù)進(jìn)行更新、存取等的控制功能。通常提供有數(shù)據(jù)操作語言來作為用戶和數(shù)據(jù)庫之間的接口。數(shù)據(jù)庫維護(hù)功能改善系統(tǒng)的性能、受損后的復(fù)原、用戶管理、拓寬數(shù)據(jù)庫用戶的要求數(shù)據(jù)庫通訊功能應(yīng)具有與操作系統(tǒng)的接口、與各種語言的接口、與其它數(shù)據(jù)庫通訊等能力838.4空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的管理模式GIS應(yīng)用軟件空間及屬性數(shù)據(jù)文件GIS應(yīng)用軟件空間及屬性數(shù)據(jù)庫擴(kuò)展DBMS以容納空間數(shù)據(jù)商業(yè)數(shù)據(jù)庫GIS應(yīng)用軟件空間及屬性數(shù)據(jù)庫用戶設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫GIS應(yīng)用軟件空間數(shù)據(jù)庫屬性數(shù)據(jù)庫管理空間數(shù)據(jù)的軟件管理屬性數(shù)據(jù)的DBMS84文件關(guān)系數(shù)據(jù)庫混合管理方案屬性數(shù)據(jù)建立在RDBMS上，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和檢索比較可靠、有效；幾何數(shù)據(jù)采用圖形文件管理，功能較弱，特別是在數(shù)據(jù)的安全性、一致性、完整性、并發(fā)控制方面，比商用數(shù)據(jù)庫要遜色得多。空間數(shù)據(jù)分開存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)的完整性有可能遭到破壞。GIS軟件：Arc/Info，MGE，SICARD、GENEMAP等。幾何數(shù)據(jù)屬性數(shù)據(jù)ID數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)庫早期圖形用戶界面圖形處理DBMS屬性用戶界面圖形文件庫屬性數(shù)據(jù)庫GIS用戶界面圖形處理DBMS圖形文件庫屬性數(shù)據(jù)庫高級語言O(shè)DBC協(xié)議GIS用戶界面圖形處理DBMS圖形文件庫屬性數(shù)據(jù)庫高級語言數(shù)據(jù)庫開發(fā)語言數(shù)據(jù)庫開發(fā)數(shù)據(jù)庫開發(fā)85全關(guān)系