空間信息數(shù)據(jù)庫第2章

第二章空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)

第二章空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是空間信息系統(tǒng)的最基礎(chǔ)的組成部分，空間數(shù)據(jù)是GIS的操作對(duì)象，是現(xiàn)實(shí)世界經(jīng)過模型抽象的實(shí)質(zhì)性內(nèi)容。一個(gè)空間信息系統(tǒng)必須建立在準(zhǔn)確合理的地理數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上。第二章空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)2.1

空間坐標(biāo)系統(tǒng) 2.2

空間實(shí)體 2.3

空間數(shù)據(jù)的基本特征 2.4

空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 2.5

矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 2.6

柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 2.7

柵格和矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的比較 2.8

矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的相互轉(zhuǎn)換 2.9

空間數(shù)據(jù)的分層 2.10

空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)根據(jù)大地測(cè)量學(xué)的研究成果，地球表面幾何模型可以分為4類：地球的自然表面相對(duì)抽象的面，即大地水準(zhǔn)面以大地水準(zhǔn)面為基準(zhǔn)建立起來的地球橢球體模型數(shù)學(xué)模型2.1空間坐標(biāo)系統(tǒng)

建立地理空間坐標(biāo)系，確定地面點(diǎn)的位置，用地理坐標(biāo)（經(jīng)度、緯度）來表示子午面：所有含地軸的平面子午線：子午面與地球橢球體的交線地理極：南極、北極本初子午面：通過英國格林尼治天文臺(tái)與地球自轉(zhuǎn)軸構(gòu)成的平面2.1.1地理空間坐標(biāo)系的建立2.1.1地理空間坐標(biāo)系的建立通過地球表面A點(diǎn)作橢球面的垂線，稱之為過A點(diǎn)的法線法線與赤道面的交角，叫做A點(diǎn)的緯度ψ過A點(diǎn)的子午面與通過英國格林尼治天文臺(tái)的子午面（本初子午面）所夾的二面角，叫做A點(diǎn)的經(jīng)度λ2.1.2地圖投影RepresentativeFractionGlobedistance

EarthdistanceScaleProjection(e.g.1:24,000)(e.g.0.9996)ScaleFractionMapdistance

Globedistance坐標(biāo)參考系統(tǒng)平面系統(tǒng)直接建立在球體上的地理坐標(biāo)，用經(jīng)度和緯度表達(dá)地理對(duì)象位置建立在平面上的直角坐標(biāo)系統(tǒng)，用（x，y）表達(dá)地理對(duì)象位置投影2.1.2地圖投影2.1.2地圖投影為什么要進(jìn)行投影？將地球橢球面上的點(diǎn)映射到平面上的方法，稱為地圖投影地理坐標(biāo)為球面坐標(biāo)，不方便進(jìn)行距離、方位、面積等參數(shù)的量算地球橢球體為不可展曲面地圖為平面，符合視覺心理，并易于進(jìn)行距離、方位、面積等量算和各種空間分析2.1.2地圖投影2.1.2地圖投影投影實(shí)質(zhì)：建立地球橢球面上經(jīng)緯線網(wǎng)和平面上相應(yīng)經(jīng)緯線網(wǎng)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，也就是建立地球橢球面上的點(diǎn)的地理坐標(biāo)（λ，φ）與平面上對(duì)應(yīng)點(diǎn)的平面坐標(biāo)（x，y）之間的函數(shù)關(guān)系：當(dāng)給定不同的具體條件時(shí)，將得到不同類型的投影方式。

地理和投影坐標(biāo)(f,l)(x,y)地圖投影2.1.2地圖投影2.1.2地圖投影投影變形將不可展的地球橢球面展開成平面，并且不能有斷裂，則圖形必將在某些地方被拉伸，某些地方被壓縮，故投影變形是不可避免的。長度變形面積變形角度變形2.1.3投影的分類按照投影面的不同分類：平面投影：又稱方位投影，投影面為平面圓錐投影：投影面為圓錐面圓柱投影：投影面為圓柱按照投影面位置的不同分類：正軸投影：投影面中心軸與地軸相互重合斜軸投影：投影面中心軸與地軸斜向相交橫軸投影：投影面中心軸與地軸相互垂直相切投影：投影面與橢球體相切相隔投影：投影面與橢球體相割2.1.3投影的分類幾何投影的構(gòu)成2.1.4投影變形等角投影：又稱正形投影，投影面上任意兩方向的夾角與地面上對(duì)應(yīng)的角度相等等（面）積投影：投影完成后地圖上任何圖形面積經(jīng)主比例尺放大以后與實(shí)地上相應(yīng)圖形面積保持大小不變?nèi)我馔队埃和队昂蟮拈L度、角度、面積可能都變形等距投影：是一種任意投影，沿某一特定方向的距離，投影之后保持不變

按照地圖投影后的變形方式，投影有如下分類：墨卡托投影：正軸等角圓柱投影高斯-克呂格投影：等角橫切橢圓柱投影通用橫軸墨卡托投影：橫軸等角橢圓柱投影蘭勃特投影：等角圓錐投影方位投影：2.1.5常用地圖投影正軸方位投影正軸等角方位投影正軸等距方位投影橫軸與斜軸方位投影橫軸或斜軸等積方位投影橫軸或斜軸等距方位投影2.1.6地圖投影的選擇依據(jù)制圖區(qū)域的地理位置、形狀和范圍制圖比例尺地圖的內(nèi)容中國各種地圖投影地圖投影：GIS中地圖投影GIS以地圖方式顯示地理信息，而地圖是平面，地理信息則在地球橢球上，因此地圖投影在GIS中不可缺少。GIS數(shù)據(jù)庫中地理數(shù)據(jù)以地理坐標(biāo)存儲(chǔ)時(shí)，則以地圖為數(shù)據(jù)源的空間數(shù)據(jù)必須通過投影變換轉(zhuǎn)換成地理坐標(biāo)；而輸出或顯示時(shí)，則要將地理坐標(biāo)表示的空間數(shù)據(jù)通過投影變換變換成指定投影的平面坐標(biāo)。GIS中，地理數(shù)據(jù)的顯示可根據(jù)用戶的需要而指定投影方式，但當(dāng)所顯示的地圖與國家基本地圖系列的比例尺一致時(shí)，一般采用國家基本系列地圖所用的投影。2.2空間實(shí)體空間實(shí)體是空間信息系統(tǒng)中不可再分的最小單元，包括位置和屬性兩部分空間對(duì)象一般按地形維數(shù)進(jìn)行歸類劃分點(diǎn)：零維線：一維面：二維體：三維時(shí)間：通常以第四維表達(dá)，但目前GIS很難處理時(shí)間屬性空間對(duì)象的維數(shù)與比例尺是相關(guān)的2.2空間實(shí)體2.2.1點(diǎn)實(shí)體 點(diǎn)實(shí)體表示一個(gè)抽象的點(diǎn)，有位置，無寬度和長度，0維指那些占面積較小，不能按比例尺表示，又要定位的事物對(duì)點(diǎn)實(shí)體的質(zhì)量和數(shù)量特征，用點(diǎn)狀符號(hào)表示。通常以點(diǎn)狀符號(hào)的形狀和顏色表示質(zhì)量特征，以符號(hào)的尺寸表示數(shù)量特征，將點(diǎn)狀符號(hào)定位于事物所在的相應(yīng)位置上美國佛羅里達(dá)洲地震監(jiān)測(cè)站2002年9月該洲可能的500個(gè)地震位置2.2.1點(diǎn)實(shí)體 線實(shí)體有長度，但無寬度和高度，1維對(duì)于地面上呈線狀或帶狀的事物如交通線、河流、境界線、構(gòu)造線等，在地圖上均用線狀符號(hào)來表示對(duì)于線狀和面狀實(shí)體的區(qū)分，也和地圖的比例尺有很大的關(guān)系，例如河流，在小比例尺的地圖上表示成線狀地物，在大比例尺的地圖上表示成面狀地物通常用線狀符號(hào)的形狀和顏色表示質(zhì)量的差別，用線狀符號(hào)的尺寸變化（線寬的變化）表示數(shù)量特征2.2.2線實(shí)體 香港城市道路網(wǎng)分布2.2.2線實(shí)體 面實(shí)體是具有長和寬的目標(biāo)，用來表示自然或人工的封閉多邊形，分為連續(xù)面和不連續(xù)面，2維實(shí)體不連續(xù)變化曲面：如土壤、森林、草原、土地利用等連續(xù)變化曲面：如地形起伏用面狀符號(hào)表示表示不連續(xù)分布或連續(xù)分布的面狀事物的分布范圍和質(zhì)量特征，符號(hào)的輪廓線表示其分布位置和范圍，輪廓線內(nèi)的顏色、網(wǎng)紋或說明符號(hào)表示其質(zhì)量特征2.2.3面實(shí)體 中國土地利用分布圖（不連續(xù)面）2.2.3面實(shí)體 連續(xù)變化曲面：如地形起伏，整個(gè)曲面在空間上曲率變化連續(xù)不連續(xù)變化曲面：如土壤、森林、草原、土地利用等，屬性變化發(fā)生在邊界上，面的內(nèi)部是同質(zhì)的2.2.3面實(shí)體 2.2.4體實(shí)體 有長、寬、高的目標(biāo)通常用來表示人工或自然的三維目標(biāo)，如建筑、礦體等三維目標(biāo)校園建筑空間實(shí)體包含語義信息、度量信息和關(guān)系結(jié)構(gòu)信息3種信息語義信息：表明實(shí)體的類型度量信息：描述實(shí)體的形狀和位置關(guān)系結(jié)構(gòu)信息：描述一個(gè)實(shí)體與其他實(shí)體的聯(lián)系空間實(shí)體的編碼是語義信息的數(shù)據(jù)化，是建立在地理特征的分類及其等級(jí)組織基礎(chǔ)之上的空間信息數(shù)據(jù)編碼，用于表明實(shí)體元素在數(shù)據(jù)分級(jí)中的隸屬關(guān)系和屬性性質(zhì)2.2.5空間實(shí)體的編碼 主碼：表示實(shí)體元素的類別編碼識(shí)別碼：用于唯一地標(biāo)識(shí)具體的實(shí)體元素子碼描述碼：對(duì)實(shí)體元素進(jìn)一步性質(zhì)描述子碼：對(duì)實(shí)體元素的標(biāo)識(shí)和描述2.2.5空間實(shí)體的編碼 1.編碼原則編碼的系統(tǒng)性和科學(xué)性編碼的一致性編碼的標(biāo)準(zhǔn)化和通用性編碼的簡(jiǎn)潔性編碼的可擴(kuò)展性2.2.5空間實(shí)體的編碼 2.編碼內(nèi)容登記部分標(biāo)識(shí)屬性數(shù)據(jù)的序號(hào)，用簡(jiǎn)單的連續(xù)編號(hào)，也可劃分不同層次進(jìn)行順序編碼分類部分標(biāo)識(shí)屬性的地理特征，可采用多位代碼反映多種特征控制部分通過一定的查錯(cuò)算法，檢查在編碼、錄入和傳輸中的錯(cuò)誤，在屬性數(shù)據(jù)量較大情況下具有重要意義2.2.5空間實(shí)體的編碼 3.編碼方法列出全部制圖對(duì)象清單制定對(duì)象分類、分級(jí)原則和指標(biāo)，將制圖對(duì)象進(jìn)行分類、分級(jí)擬定分類代碼系統(tǒng)設(shè)定代碼及其格式，設(shè)定代碼使用的字符和數(shù)字、碼位長度、碼位分配等建立代碼和編碼對(duì)象的對(duì)照表，這是編碼最終成果檔案，是數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行編碼的依據(jù)2.2.5空間實(shí)體的編碼 空間對(duì)象的層次分類編碼按照分類對(duì)象的從屬和層次關(guān)系為排列順序有明確的分類對(duì)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7141空間對(duì)象的多源分類編碼按空間對(duì)象不同特性進(jìn)行分類并進(jìn)編碼代碼之間沒有隸屬關(guān)系，反映對(duì)象特性具有較大的信息量，有利于空間分析河流特性分類與編碼通航情況通航：1不通航：2常年河：1時(shí)令河：2消失河：3<1km：1

<2km：2

<5km：3

<10km：4

>10km：5流水季節(jié)河流寬度河流長度河流深度5~10m：110~20m：220~30m：330~60m：460~120m：5120~300m：6300~500m：7>500m：8<1m：11~2m：22~5m：35~20m：420~50m：5>50m：62.3

空間數(shù)據(jù)的基本特征空間特征數(shù)據(jù)：表示空間實(shí)體的位置或現(xiàn)在所處的地理位置以及拓?fù)潢P(guān)系和幾何特征屬性特征數(shù)據(jù)：專題屬性是非定位數(shù)據(jù)，專題屬性是指實(shí)體所具有的各種性質(zhì)時(shí)間特征數(shù)據(jù)：指現(xiàn)象或物體隨時(shí)間的變化，其變化的周期有超短期的、短期的、中期的、長期的、超長期的2.3

空間數(shù)據(jù)的基本特征三個(gè)側(cè)面空間特征是GIS區(qū)別于其它的軟件的根本特征是由于地物或現(xiàn)象的空間分布所帶來通常是通過特定空間參照系下的坐標(biāo)直接表達(dá)基于坐標(biāo)的派生數(shù)據(jù)定量的度量信息：面積、周長、質(zhì)心、距離等定性的空間關(guān)系：拓?fù)潢P(guān)系、方位關(guān)系專題屬性特征地物所固有的，是由于地物空間分布所帶來的特征如某地的年降雨量、土地酸緘類型、人口密度、交通流量、空氣污染程度等。這類特征在其它類型的信息系統(tǒng)中均可存儲(chǔ)和處理專題屬性特征通常以數(shù)字、符號(hào)、文本和圖像等形式來表示時(shí)間特征空間數(shù)據(jù)涉及時(shí)間特征的幾個(gè)方面地物的生命周期（產(chǎn)生、消亡）地物的移動(dòng)（移動(dòng)點(diǎn)）屬性的時(shí)效性相關(guān)的問題時(shí)間關(guān)系時(shí)空關(guān)系時(shí)態(tài)GIS數(shù)據(jù)模型是其關(guān)鍵（時(shí)空立方體模型等）地理空間中的空間數(shù)據(jù)可以被分為10種分類或分級(jí)數(shù)據(jù)面域數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)樣本數(shù)據(jù)曲面數(shù)據(jù)文本數(shù)據(jù)符號(hào)數(shù)據(jù)音頻數(shù)據(jù)視頻數(shù)據(jù)圖像數(shù)據(jù)2.3.1空間數(shù)據(jù)的類型和表示方法拓?fù)鋵傩院头峭負(fù)鋵傩约僭O(shè)，一塊高質(zhì)量的橡皮，它的表面為歐氏平面，表面有由節(jié)點(diǎn)、弧段、多邊形組成的任意圖形。如果只對(duì)橡皮進(jìn)行拉伸、壓縮，而不進(jìn)行扭轉(zhuǎn)和折疊，在橡皮形狀變化的過程中，圖形的一些屬性將繼續(xù)存在，而一些屬性則將發(fā)生變化例如，如果多邊形中有一點(diǎn)A，那么，A和多邊形邊界間的空間位置關(guān)系不會(huì)改變，但是，多邊形的面積會(huì)發(fā)生改變。這時(shí)，多邊形內(nèi)的點(diǎn)具有拓?fù)鋵傩?，而面積不具有拓?fù)鋵傩?，拉伸和壓縮這樣的變換成為拓?fù)渥儞Q2.3.2空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系及其表示空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系結(jié)點(diǎn)、弧段、多邊形間的拓?fù)潢P(guān)系主要有如下3種：拓?fù)溧徑樱褐复嬖谟诳臻g圖形的同類圖形實(shí)體之間的拓?fù)潢P(guān)系，如結(jié)點(diǎn)間的鄰接關(guān)系和多邊形間的鄰接關(guān)系拓?fù)潢P(guān)聯(lián)：指存在于空間圖形實(shí)體中的不同類圖形實(shí)體之間的拓?fù)潢P(guān)系，如弧段在結(jié)點(diǎn)處的聯(lián)結(jié)關(guān)系和多邊形與弧段的關(guān)聯(lián)關(guān)系拓?fù)浒褐覆煌?jí)別或不同層次的多邊形圖形實(shí)體之間的拓?fù)潢P(guān)系2.3.2空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系及其表示2.3.3空間關(guān)系1.空間關(guān)系的描述空間關(guān)系是指地理空間實(shí)體對(duì)象之間的空間相互作用關(guān)系絕對(duì)關(guān)系：如坐標(biāo)、角度、方位、距離等；拓?fù)淇臻g關(guān)系：描述空間對(duì)象的相鄰、包含等相對(duì)關(guān)系度量空間關(guān)系：描述空間對(duì)象之間的距離等地圖、遙感影象上的空間關(guān)系是通過圖形識(shí)別的，在GIS中的空間關(guān)系則必須顯式的進(jìn)行定義和表達(dá)空間關(guān)系的描述多種多樣，目前尚未有具體的標(biāo)準(zhǔn)和固定的格式，但基本原理一致，不同的GIS可能采用不同方法進(jìn)行描述順序空間關(guān)系：描述空間對(duì)象在空間上的排列次序歐氏空間設(shè)R表示實(shí)數(shù)域，V是R上向量的非空集合，如果在V上定義了滿足如下條件并稱為內(nèi)積的一個(gè)二元函數(shù)<x,y>，則稱V為R的歐氏空間非負(fù)性：<x,x>≥0,<x,x>=0?x=0,x∈V對(duì)稱性<x,y>=<y,x>線性性：<αx+βy,z>=α<x,z>+β<y,z>,α,β∈R;x,y,z∈V直線R，平面R^2和空間R^3通過適當(dāng)?shù)亩x內(nèi)積都是歐氏空間在歐氏空間的環(huán)境中定義所有空間對(duì)象相互間關(guān)系可以分為基于集合、拓?fù)?、方位和度量關(guān)系2.3.3空間關(guān)系基于集合的關(guān)系基于集合的空間對(duì)象關(guān)系主要有元素與集合的屬于及不屬于的關(guān)系，集合與集合的包含、相交、并等關(guān)系用集合的關(guān)系理論適合討論空間對(duì)象間的層次關(guān)系，如城市包含公園，公園包含樹林等2.3.3空間關(guān)系基于拓?fù)涞年P(guān)系拓?fù)湓匕ǎ狐c(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：若干弧段組成的多邊形基本拓?fù)潢P(guān)系包括：關(guān)聯(lián)：不同拓?fù)湓刂g的關(guān)系鄰接：相同拓?fù)湓刂g的關(guān)系包含：面與其他元素之間的關(guān)系層次：相同拓?fù)湓刂g的層次關(guān)系拓?fù)湓亓恐g的關(guān)系：歐拉公式

2.3.3空間關(guān)系起點(diǎn)終點(diǎn)中間點(diǎn)弧段1弧段3弧段2弧段4點(diǎn):面:弧:拓?fù)潢P(guān)系鄰接相交重合相離包含點(diǎn)—點(diǎn)點(diǎn)—線點(diǎn)—面線—面面—面線—線點(diǎn)、線、面之間的拓?fù)潢P(guān)系基于方位的關(guān)系絕對(duì)方位：是在全球定位系統(tǒng)背景下定義的方位，如東、西、南、北等相對(duì)方位：是根據(jù)與給定目標(biāo)的方向來定義的方位，如左右、前后等實(shí)際應(yīng)用中，建立和判別三維歐氏空間中的順序空間關(guān)系比二維歐氏空間中更具有現(xiàn)實(shí)意義。三維歐氏空間中順序空間關(guān)系的建立將為空間實(shí)體的三維可視化和虛擬環(huán)境的建立奠定必要的技術(shù)基礎(chǔ)2.3.3空間關(guān)系基于度量的關(guān)系設(shè)有一個(gè)集合E，如果在E上定義了一個(gè)二元函數(shù)d(x,y)，x，y∈E，滿足如下條件，則稱V是一個(gè)度量空間，d(x,y)稱為V上的度量函數(shù)非負(fù)性：d(x,y)≥0對(duì)稱性：d(x,y)=d(y,x)三角不等性：d(x,y)≤d(x,z)+d(z,y)度量空間關(guān)系描述空間實(shí)體的距離或遠(yuǎn)近等關(guān)系2.3.3空間關(guān)系2.空間數(shù)據(jù)操作的謂詞描述(1)基本符號(hào)先定義空間數(shù)據(jù)操作中的一些記號(hào)SDT空間數(shù)據(jù)類型；ZS大小為零空間數(shù)據(jù)類型，例如點(diǎn)；NZS大小非零的空間數(shù)據(jù)類型，例如線、區(qū)域等；ADT原子空間數(shù)據(jù)類型例如點(diǎn)、線、區(qū)域；CDT集合型空間數(shù)據(jù)類型，例如網(wǎng)絡(luò)、劃分等；PT點(diǎn)；LN線；RG區(qū)域；PTN劃分；NTW網(wǎng)絡(luò)2.3.3空間關(guān)系(2)基于拓?fù)涞拿枋鰞蓚€(gè)同類型空間數(shù)據(jù)是否相等（=或≠）；PT×PT→Bool；LN×LN→Bool；RG×RG→Bool空間數(shù)據(jù)SDT是否在區(qū)域RG中（INSERT）：SDT×RG→Bool兩個(gè)大小非零的空間數(shù)據(jù)是否相交（INTERSECTS）：NZS×NSZ→Bool兩個(gè)區(qū)域是否鄰接（IS－NEIGHBOR—OF）：RG×RG→Bool2.3.3空間關(guān)系(3)基于集合運(yùn)算的描述相交（INTERSECTION）：兩條線相交為點(diǎn)的集合，LN×LN→２PT；線與區(qū)域相交為線的集合，LN×RG→２LN；區(qū)域與區(qū)域相交為區(qū)域的集合，RG×RG→２RG重疊（OVERLAP）：PTN×PTN→２FG中心點(diǎn)（CENTER）：NZS→PT2.3.3空間關(guān)系(4)基于度量的描述兩點(diǎn)間距離（DIST）：PT×PT→NUMDIST兩空間圖形間的最大、最小距離（MAXDIST，MINDIST）：SDT×SDT→NUMMAXDIST或MINDIST多點(diǎn)的直徑（DIAMETER）：PT→NUM

DIAMETER線的長度（LENGTH）：LN→NUMLENGTH區(qū)域的周長（PERIMETER）或面積（AREA）：RG→NUMPERIMETER或AREA2.3.3空間關(guān)系3.空間關(guān)系的集合描述與判斷在空間數(shù)據(jù)庫中把空間對(duì)象用點(diǎn)、矩形等簡(jiǎn)單、規(guī)則的圖形表示，只討論這些規(guī)則幾何圖形的空間關(guān)系，并把規(guī)則的幾何圖形看做空間中標(biāo)準(zhǔn)的“點(diǎn)集合”，用這些標(biāo)準(zhǔn)集合間關(guān)系的描述表示空間數(shù)據(jù)操作的集合2.3.3空間關(guān)系(1)一維空間中兩個(gè)線段的關(guān)系一維空間中兩個(gè)線段的7種可能的關(guān)系，分別用記號(hào)“=、[、%、]、/、|、<”表示如圖所示，其中，（1）~（5）是相交關(guān)系，（6）（7）是非相交關(guān)系。2.3.3空間關(guān)系(2)二維空間中邊平行于坐標(biāo)軸矩形間的關(guān)系設(shè)A、B為這種矩形，其左下角坐標(biāo)和右上角坐標(biāo)分別為{（x1A，y1A），（x2A，y2A）}和{（x1B，y1B），（x2B，y2B）}。如果A和B在x軸和y軸上的投影分別相交，則A、B相交。因此，A，B相交的條件可以表示為[max{x1A，x1B}<min{x2A，x2B}]和[max{y1A，y1B}<min{y2A，y2B}]2.3.3空間關(guān)系（A）高度空間負(fù)向相關(guān)；（B）無規(guī)律分布；（C）空間獨(dú)立；（D）空間聚類現(xiàn)象；（E）高度正向相關(guān)2.4空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的組織用于計(jì)算機(jī)的處理?？臻g數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)指適用于計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)、管理、處理的幾何數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，是幾何數(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)分為矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2.4空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1.矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)通過記錄空間對(duì)象的坐標(biāo)及空間關(guān)系表達(dá)空間對(duì)象的幾何位置，通過記錄實(shí)體坐標(biāo)及其關(guān)系，盡可能精確地表現(xiàn)點(diǎn)、線、多邊形等地理實(shí)體，坐標(biāo)空間設(shè)為連續(xù)，允許任意位置、長度和面機(jī)的精確定義2.4空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2.柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格數(shù)據(jù)是按網(wǎng)格單元的行與列排列、具有不同灰度或顏色的陣列數(shù)據(jù)柵格結(jié)構(gòu)是大小相等分布均勻、緊密相連的像元（網(wǎng)格單元）陣列來表示空間地物或現(xiàn)象分布的數(shù)據(jù)組織矢量結(jié)構(gòu)和柵格結(jié)構(gòu)

顯式描述顯式表示：就是柵格中的一系列像元(點(diǎn))，為使計(jì)算機(jī)認(rèn)識(shí)這些像元描述的是某一物體而不是其它物體則得到椅子的簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為：椅子的屬性——符號(hào)／顏色——像元x注：“c”不一定用c的形式，而可以用顏色、符號(hào)、數(shù)字、灰度值來顯示。隱式表示隱式表示：由一系列定義了始點(diǎn)和終點(diǎn)的線及某種連接關(guān)系來描述，線的始點(diǎn)和終點(diǎn)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(jì)算機(jī)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

2.5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(diǎn)、線、面地理實(shí)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(jìn)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2.5.1矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編碼的基本內(nèi)容矢量數(shù)據(jù)的基本內(nèi)容包括對(duì)基本空間數(shù)據(jù)實(shí)體的矢量表達(dá)，即簡(jiǎn)單的實(shí)體結(jié)構(gòu)I．矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基本概念幾何體的類型I．矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基本概念矢量數(shù)據(jù)的類型Buildings.PolygonStreams,LineWells,PointRoads,LineZoning, PolygonMAPSHEETS矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編碼的基本內(nèi)容標(biāo)識(shí)碼屬性碼空間對(duì)象編碼唯一連接空間和屬性數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫獨(dú)立編碼點(diǎn):(x,y)線:(x1,y1),(x2,y2),…,(xn,yn)面:(x1,y1

),(x2,y2

),…,(x1,y1

)點(diǎn)位字典點(diǎn):點(diǎn)號(hào)文件線:點(diǎn)號(hào)串面:點(diǎn)號(hào)串點(diǎn)號(hào)XY1112223344………n5566存儲(chǔ)方法點(diǎn)實(shí)體點(diǎn)實(shí)體：點(diǎn)是空間上不能再分的地理實(shí)體，可以是具體的或抽象的，如地物點(diǎn)、文本位置點(diǎn)或線段網(wǎng)絡(luò)的結(jié)點(diǎn)等，由一對(duì)x、y坐標(biāo)表示。對(duì)于點(diǎn)實(shí)體，矢量結(jié)構(gòu)中只記錄其在特定坐標(biāo)系下的坐標(biāo)和屬性代碼點(diǎn)實(shí)體

對(duì)于線實(shí)體，在數(shù)字化時(shí)即進(jìn)行量化，就是用一系列足夠短的直線首尾相接表示一條曲線，當(dāng)曲線被分割成多而短的線段后，這些小線段可以近似地看成直線段，而這條曲線也可以足夠精確地由這些小直線段序列表示，矢量結(jié)構(gòu)中只記錄這些小線段的端點(diǎn)坐標(biāo)，將曲線表示為一個(gè)坐標(biāo)序列，坐標(biāo)之間認(rèn)為是以直線段相連，在一定精度范圍內(nèi)可以逼真地表示各種形狀的線狀地物線實(shí)體線實(shí)體唯一標(biāo)識(shí)碼是系統(tǒng)排列序號(hào)；線標(biāo)識(shí)碼可以標(biāo)識(shí)線的類型；起始點(diǎn)和終止點(diǎn)號(hào)可直接用坐標(biāo)表示；顯示信息是顯示時(shí)的文本或符號(hào)等；與線相聯(lián)系的非幾何屬性可以直接存儲(chǔ)于線文件中，也可單獨(dú)存儲(chǔ)，而由標(biāo)識(shí)碼聯(lián)接查找。面實(shí)體多邊形矢量編碼不但要表示位置和屬性，更為重要的是要能表達(dá)區(qū)域的拓?fù)湫再|(zhì)，如形狀、鄰域和層次等，以便使這些基本的空間單元可以作為專題圖資料進(jìn)行顯示和操作，由于要表達(dá)的信息十分豐富，基于多邊形的運(yùn)算多而復(fù)雜，因此多邊形矢量編碼比點(diǎn)和線實(shí)體的矢量編碼要復(fù)雜得多，也更為重要。多邊形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編碼要對(duì)多邊形網(wǎng)做如下規(guī)定：組成地圖的每個(gè)多邊形應(yīng)有唯一的形狀、周長和面積編碼應(yīng)能夠記錄每個(gè)多邊形的鄰域關(guān)系多邊形可以嵌套，即上一級(jí)的多邊形內(nèi)嵌套小的多邊形（次一級(jí)）2.5.2矢量數(shù)據(jù)的拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)拓?fù)湓厥噶繑?shù)據(jù)可抽象為點(diǎn)（結(jié)點(diǎn)）、線（鏈、弧段、邊）、面（多邊形）三種要素，稱為拓?fù)湓攸c(diǎn)：可以是孤立的點(diǎn)、線的端點(diǎn)、面的首尾點(diǎn)、鏈的連接點(diǎn)等線：是兩結(jié)點(diǎn)間的有序弧段面：是若干條鏈構(gòu)成的閉合多邊形最基本的拓?fù)潢P(guān)系是關(guān)聯(lián)和鄰接關(guān)聯(lián)：是不同拓?fù)湓刂g的關(guān)系，如結(jié)點(diǎn)與線（或鏈）、線（或鏈）與多邊形等鄰接：是相同拓?fù)湓刂g的關(guān)系，如結(jié)點(diǎn)與結(jié)點(diǎn)，線（或鏈）與線（或鏈），面與面等2.5.2矢量數(shù)據(jù)的拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)拓?fù)潢P(guān)系的表示用4個(gè)關(guān)系表格來描述各個(gè)實(shí)體之間的空間拓?fù)潢P(guān)系，每個(gè)關(guān)系表有2個(gè)或3個(gè)屬性面鏈關(guān)系表：面+構(gòu)成面的鏈鏈結(jié)點(diǎn)關(guān)系表：鏈+鏈兩端點(diǎn)的結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn)鏈關(guān)系表：結(jié)點(diǎn)+通過該結(jié)點(diǎn)的鏈鏈面關(guān)系表：鏈+左面+右面2.5.2矢量數(shù)據(jù)的拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)拓?fù)潢P(guān)系的表示多邊形文件由多邊形記錄組成，包括多邊形標(biāo)識(shí)碼、組成該多邊形的弧段標(biāo)識(shí)碼以及相關(guān)屬性等，拓?fù)潢P(guān)系有如下：拓?fù)潢P(guān)聯(lián)性：表示空間圖形中不同類元素之間的拓?fù)潢P(guān)系拓?fù)溧徑有裕罕硎緢D形中同類元素之間的拓?fù)潢P(guān)系拓?fù)浒裕罕硎究臻g圖形中，面狀實(shí)體所包含的其他面狀實(shí)體或線狀、點(diǎn)狀實(shí)體的關(guān)系，分為簡(jiǎn)單包含、多層包含和等價(jià)包含2.5.2矢量數(shù)據(jù)的拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)按照其功能和方法對(duì)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的進(jìn)行編碼有4種方式：實(shí)體式索引式雙重獨(dú)立式鏈狀雙重獨(dú)立式2.5.3矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編碼的方法實(shí)體式空間實(shí)體編碼方法：點(diǎn)實(shí)體：用坐標(biāo)表示線實(shí)體：用坐標(biāo)序列表示

坐標(biāo)序列法多邊形樹狀索引編碼法拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)編碼法(X,Y)(X2,Y2)(X3,Y3)(X4,Y4)(X5,Y5)LinePoint(X5,Y5)(X,Y)(X2,Y2)(X4,Y4)(X3,Y3)Polygon(X,Y)實(shí)體式多邊形

數(shù)據(jù)項(xiàng)

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)實(shí)體式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是以多邊形為單元進(jìn)行組織，對(duì)每個(gè)多邊形給出構(gòu)成邊界的各個(gè)線段，這樣邊界坐標(biāo)數(shù)據(jù)和多邊形單元實(shí)體一一對(duì)應(yīng)索引式索引式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)采用樹狀索引以減少數(shù)據(jù)冗余間接增加鄰域信息，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)，點(diǎn)索引與邊界線號(hào)相聯(lián)系，線索引與過多邊形相聯(lián)系，形成樹狀索引結(jié)構(gòu)例：索引式線與多邊形之間的樹狀索引

點(diǎn)與多邊形之間的樹狀索引

雙重獨(dú)立式

線號(hào)左多邊形右多邊形起點(diǎn)終點(diǎn)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(diǎn)文件鏈狀雙重獨(dú)立式鏈狀雙重獨(dú)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(jìn)，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)。在鏈狀雙重獨(dú)立數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，主要有四個(gè)文件：多邊形文件、弧段文件、弧段坐標(biāo)文件、結(jié)點(diǎn)文件?；《挝募《翁?hào) 起始點(diǎn) 終結(jié)點(diǎn) 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(hào) 點(diǎn)號(hào) 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(dú)立式多邊形文件多邊形號(hào)弧段號(hào)周長面積中心點(diǎn)坐標(biāo) A h,b,a B g,f,c,h,-j C j D e,i,f E e,i,d,b

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(shí)別符或內(nèi)部記錄號(hào)實(shí)現(xiàn)。矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的屬性數(shù)據(jù)表達(dá)點(diǎn)狀對(duì)象目標(biāo)標(biāo)識(shí)目標(biāo)標(biāo)識(shí)地物編碼坐標(biāo)關(guān)聯(lián)的線目標(biāo)精度控制點(diǎn)等級(jí)測(cè)量單位測(cè)量年限線狀對(duì)象目標(biāo)標(biāo)識(shí)目標(biāo)標(biāo)識(shí)地物編碼坐標(biāo)串起點(diǎn)、終點(diǎn)、左面、右面路面材料等級(jí)修建時(shí)間寬度管養(yǎng)單位…………面狀對(duì)象目標(biāo)標(biāo)識(shí)目標(biāo)標(biāo)識(shí)地物編碼邊界目標(biāo)號(hào)建筑日期所有者建筑面積建筑單位結(jié)構(gòu)……空間對(duì)象地物編碼地物名稱制圖顏色幾何類型制圖符號(hào)編碼屬性表明地物類型特征與制圖屬性矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)用離散的點(diǎn)描述空間對(duì)象與特征，定位明顯，屬性隱含用拓?fù)潢P(guān)系描述空間對(duì)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(hào)，精度高2.6柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)際就是像元陣列，每個(gè)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(shí)體位置很容易隱含在網(wǎng)絡(luò)文件的存儲(chǔ)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(gè)代碼本身明確地代表了實(shí)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(gè)像元的行列號(hào)確定位置，用像元值表示空間對(duì)象的類型、等級(jí)等特征每個(gè)柵格單元只能存在一個(gè)值（a）三角形（b）菱形（c)六邊形柵格值是每個(gè)像元的值，與柵格表示的空間實(shí)體和像元所占的存儲(chǔ)相關(guān)柵格圖是一個(gè)黑白圖片時(shí)，柵格值只取0或1柵格圖是一個(gè)偽彩色圖片時(shí)，柵格值用1個(gè)字符（8位）表示柵格圖是一個(gè)真彩色圖片時(shí)，柵格值用3個(gè)字符（24位）表示分辨率是數(shù)據(jù)的比例尺，即柵格大小與地表相應(yīng)單元大小之比分辨率越高，數(shù)據(jù)量就越大，描述的空間實(shí)體也越精確2.6柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)點(diǎn)線面對(duì)于柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)點(diǎn)：為一個(gè)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柵格結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的來源目讀法手扶跟蹤數(shù)字化掃描數(shù)字化分類影像輸入柵格數(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(diǎn)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(gè)柵格單元的面積，增加?xùn)鸥駟卧倲?shù)的方法2.6.2柵格數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)柵格數(shù)據(jù)編碼方法分為兩大類：直接?xùn)鸥窬幋a壓縮編碼方法

鏈碼游程長度編碼塊碼四叉樹直接編碼將柵格數(shù)據(jù)看作一個(gè)數(shù)據(jù)矩陣，逐行（或逐列）逐個(gè)記錄代碼5,5A,A,B,B,BA,C,C,C,AD,C,C,A,AD,D,C,A,AD,D,A,A,A鏈碼（ChainCodes）鏈?zhǔn)骄幋a又稱為弗里曼鏈碼（Freeman，1961）或邊界鏈碼。該編碼方法將數(shù)據(jù)表示為由某一原點(diǎn)開始并按某些基本方向確定的單位矢量鏈基本方向可定義為：東＝0，東南＝1，南＝2，西南＝3，西＝4，西北＝5，北＝6，東北＝7等八個(gè)基本方向鏈碼（ChainCodes）例如，確定原點(diǎn)為像元（10，1），則某個(gè)多邊形邊界按順時(shí)針方向的鏈?zhǔn)骄幋a為：10，1，7，0，1，0，7，1，7，0，0，2，3，2，2，1，0，7，0，0，0，0，2，4，3，4，4，3，4，4，5，4，5，4，5，4，5，4，6，6。其中前兩個(gè)數(shù)字10和1表示起點(diǎn)為第十行第一列，從第三個(gè)數(shù)字開始每個(gè)數(shù)字表示單位矢量的方向，八個(gè)方向以0—7的整數(shù)代表游程長度編碼（Run-lengthCode）對(duì)于一幅柵格圖像，常常有行（或列）方向上相鄰的若干點(diǎn)具有相同的屬性代碼，因而可采取某種方法壓縮那些重復(fù)的記錄內(nèi)容其實(shí)現(xiàn)方法有兩種只在各行（或列）數(shù)據(jù)的代碼發(fā)生變化時(shí)依次記錄該代碼以及相同的代碼重復(fù)的個(gè)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的壓縮。逐個(gè)記錄各行（或列）代碼發(fā)生變化的位置和相應(yīng)代碼游程長度編碼1row:(2,A),(3,B)2row:(1,A),(3,C),(1,A)3row:(1,D),(2,C),(2,A)4row:(2,D),(2,C),(2,A)5row:(2,D),(3,A)游程長度編碼示例按第一種編碼方法，此數(shù)據(jù)游程長度編碼：(0，1)，(4，2)，(7,5)；(4，5)，(7，3)；(4，4)，(8，2)，(7，2)；(0，2)，(4，1)，(8，3)，(7，2)；(0，2)，(8，4)，(7，1)，(8，1)；(0，3)，(8，5)；(0，4)，(8，4)；(0，5)，(8，3);用44個(gè)整數(shù)表達(dá)了原始數(shù)據(jù)中的64個(gè)柵格游程長度編碼示例(1，0)，(2，4)，(4，0)，(1，4)，(4，0)；(1，4)，(5，8)，(6，0)；(1，7)，(2，4)，(4，8)，(7，0)；(1，7)，(2，4)，(3，8)，(8，0)；(1，7)，(3，8)；(1，7)，(6，8)；(1，7)，(5，8);按第二種編碼方法，此數(shù)據(jù)游程長度編碼（沿列方向）：游程長度編碼優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)壓縮效率較高，且易于進(jìn)行檢索，疊加合并等操作，運(yùn)算簡(jiǎn)單，適用于機(jī)器存儲(chǔ)容量小，數(shù)據(jù)需大量壓縮，而又要避免復(fù)雜的編碼解碼運(yùn)算增加處理和操作時(shí)間的情況缺點(diǎn)對(duì)于圖斑破碎，屬性和邊界多變的數(shù)據(jù)壓縮效率較低，甚至壓縮后的數(shù)據(jù)量比原始數(shù)據(jù)還大塊碼（BlockCode）塊碼是游程長度編碼擴(kuò)展到二維的情況，采用方形區(qū)域作為記錄單元，每個(gè)記錄單元包括相鄰的若干柵格，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)由初始位置（行、列號(hào)）和半徑，再加上記錄單位的代碼組成。塊碼編碼示例其塊碼編碼為：(1,1,1,0),(1,2,2,4),(1,4,1,7),(1,5,1,7),(1,6,2,7),(1,8,1,7),(2,1,1,4),(2,4,1,4),(2,5,1,4),(2,8,1,7),(3,1,1,4),(3,2,1,4),(3,3,1,4),(3,4,1,4),(3,5,2,8),(3,7,2,7),(4,1,2,0),(4,3,1,4),(4,4,1,8),(5,3,1,8),(5,4,2,8),(5,6,1,8),(5,7,1,7),(5,8,1,8),(6,1,3,0),(6,6,3,8),(7,4,1,0),(7,5,1,8),(8,4,1,0),(8,5,1,0)四叉樹編碼四叉樹結(jié)構(gòu)的基本思想是將一幅柵格地圖或圖像等分為4部分，逐塊檢查其網(wǎng)格屬性值，如果某個(gè)子區(qū)的所有網(wǎng)格值相同，這個(gè)子區(qū)就不再繼續(xù)分割，否則再分割成4個(gè)子區(qū)，直到每個(gè)子塊都只含有相同的屬性值或灰度為止樹杈結(jié)點(diǎn)葉子結(jié)點(diǎn)1

2345678

1

2

3

4

5

6

7

8MMRMMMMMMMRRMRMMMRRRRRRMMRRRRRRMMRRRRRRMMRRRRRRMMMRRRRRMMMMRRMMM四叉樹編碼示例

其中最上面的結(jié)點(diǎn)叫根結(jié)點(diǎn)，它對(duì)應(yīng)整個(gè)圖形。此樹共有4層結(jié)點(diǎn)，每個(gè)結(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)象限，如第2層4個(gè)結(jié)點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)于整個(gè)圖形的四個(gè)象限，排列次序依次為南西（SW）、南東（SE）、北西（NW）和北東（NE），不能再分的結(jié)點(diǎn)稱為終止結(jié)點(diǎn)（又稱葉子結(jié)點(diǎn)），可能落在不同的層上，該結(jié)點(diǎn)代表的子象限具有單一的代碼，所有終止結(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(hào)，共有40個(gè)葉子結(jié)點(diǎn)，也就是原圖被劃分為40個(gè)大小不等的方形子區(qū)（最下面的一排數(shù)字表示各子區(qū)的代碼）

四叉樹的樹狀表示四叉樹編碼的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：四叉樹編碼具有可變的分辨率，樹的深度隨數(shù)據(jù)的破碎程度而變化，并且有區(qū)域性質(zhì)，壓縮數(shù)據(jù)靈活，許多數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)換運(yùn)算可以在編碼數(shù)據(jù)上直接實(shí)現(xiàn)，大大地提高了運(yùn)算效率，并支持拓?fù)洹岸础保ㄇ短锥噙呅危┑谋磉_(dá)，是優(yōu)秀的柵格壓縮編碼之一。缺點(diǎn)：其最大不足是其不穩(wěn)定性，即同樣的原始數(shù)據(jù)應(yīng)用不同的算法進(jìn)行編碼可能會(huì)得到不同的編碼結(jié)果。不利于數(shù)據(jù)分析。柵格數(shù)據(jù)壓縮存儲(chǔ)的編碼方法AAAAARAAARAAARAARAAAAAAAAAGGAAGGGGGGGAGGGAGGAAAAAARAAAARAAARRAAA143258761234567801234567起點(diǎn)行列號(hào)，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(hào),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?yàn)橛涗泦卧獢?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四叉樹編碼柵格數(shù)據(jù)組織柵格數(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n柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)離散的量化柵格值表示空間對(duì)象位置隱含,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abc345abcac距離:7/4(5)面積:7(6)幾何偏差屬性偏差如以像元邊線計(jì)算則為7，以像元為單位則為4。三角形的面積為6個(gè)平方單位，而右圖中則為7個(gè)平方單位，這種誤差隨像元的增大而增加

2.7兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的比較與轉(zhuǎn)換矢量數(shù)據(jù)優(yōu)點(diǎn)：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(shí)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(gè)目標(biāo)的具體屬性信息缺點(diǎn)：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(diǎn)：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jìn)行數(shù)學(xué)模擬方便缺點(diǎn)：圖形數(shù)據(jù)量大用大像元減少數(shù)據(jù)量時(shí)，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(fèi)時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)選擇原則要素還是位置？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)聯(lián)所需空間分析類型生產(chǎn)地圖類型在GIS中柵格數(shù)據(jù)與矢量數(shù)據(jù)各具特點(diǎn)與適用性，為了在一個(gè)系統(tǒng)中可以兼容這兩種數(shù)據(jù)并便于進(jìn)一步的分析處理，需要實(shí)現(xiàn)兩種結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換2.8矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的相互轉(zhuǎn)換2.8.1矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)向柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)的變換2.8.1矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)向柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換矢量線段的變換2.8.1矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)向柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換多邊形數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換(邊界代數(shù)算法、內(nèi)部點(diǎn)擴(kuò)散法、射線算法、掃描算法）邊界填充算法：假設(shè)多邊形編號(hào)為a，初始化的柵格陣列各柵格值為0，以柵格行列為參考坐標(biāo)軸，由多邊形邊界上某點(diǎn)開始順時(shí)針?biāo)阉鬟吔缇€，當(dāng)邊界上行時(shí)，位于該邊界左側(cè)的具有相同行坐標(biāo)的所有柵格被減去a；當(dāng)邊界下行時(shí)，該邊界左邊（前進(jìn)方向看為右側(cè)）所有柵格點(diǎn)加一個(gè)值a，便捷搜索完畢則完成多邊形的轉(zhuǎn)換2.8.1矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)向柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換2.8.1矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)向柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換邊界代數(shù)算法2.8.1矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)向柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換內(nèi)部點(diǎn)擴(kuò)散法算法：由多邊形一個(gè)內(nèi)部點(diǎn)（種子點(diǎn)）開始，向其8個(gè)方向的鄰點(diǎn)擴(kuò)散，判斷各個(gè)新加入點(diǎn)是否在多邊形邊界上，如果是邊界上，則該新加入點(diǎn)不作為種子點(diǎn)，否則把非邊界點(diǎn)的鄰點(diǎn)作為新的種子點(diǎn)與原有種子點(diǎn)一起進(jìn)行新的擴(kuò)散運(yùn)算，并將該種子點(diǎn)賦予該多邊形的編號(hào)。重復(fù)上述過程直到所有種子點(diǎn)填滿該多邊形并遇到邊界停止為止射線算法：可逐點(diǎn)判斷數(shù)據(jù)柵格點(diǎn)在某多邊形之外或在多邊形之內(nèi)，由待判點(diǎn)向圖外某點(diǎn)引射線，判斷該射線與某多邊形所有邊界相交的總次數(shù)，如相交偶數(shù)次，則待判點(diǎn)在該多邊形外部，如為奇數(shù)次，則待判點(diǎn)在該多邊形內(nèi)部掃描算法：是射線算法的改進(jìn)，將射線改為沿柵格陣列列或行方向掃描線，判斷與射線算法相似2.8.1矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)向柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換2.8.2柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)向矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換二值化掃描所得的數(shù)據(jù)為不同灰度值（0~255）表示的數(shù)據(jù)。二值化即是在選定一個(gè)閾值T之后，將灰度值變?yōu)?個(gè)灰階（0和1）1.基于圖像數(shù)據(jù)的矢量化方法2.8.2柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)向矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換1.基于圖像數(shù)據(jù)的矢量化方法二值化2.8.2柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)向矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換細(xì)化：消除線劃橫斷面柵格數(shù)的差異，使得每條線只保留代表其軸線位置的單個(gè)柵格的寬度（剝皮法、骨架化）剝皮法從曲線的邊緣開始，每次剝掉等于一個(gè)柵格寬的一層，直到最后留下彼此連通的由單個(gè)柵格點(diǎn)組成的圖形。因?yàn)橐粭l線在不同位置可能有不同的寬度，故在剝皮過程中必須注意一個(gè)條件，即不允許剝?nèi)?huì)導(dǎo)致曲線不連通的柵格2.8.2柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)向矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換2.8.2柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)向矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換骨架化針對(duì)各條矢量化的柵格線，求出線上每一柵格的3*3窗口的屬性碼之后，并賦值于中心窗口；最后每一行中最大柵格屬性碼所在的位置即為柵格線的骨架1100001110000111000011000111000011004531005763103675202586301476301354200100000100000010000010000010000010002.8.2柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)向矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換跟蹤：將寫入數(shù)據(jù)文件的細(xì)化處理后的柵格數(shù)據(jù)，整理為從結(jié)點(diǎn)出發(fā)的線段或閉合的線條，并以矢量形式存儲(chǔ)于特征柵格點(diǎn)中心的坐標(biāo)去除多余點(diǎn)及曲線光滑：在保證線段精度的情況下可刪除部分?jǐn)?shù)據(jù)點(diǎn)拓?fù)潢P(guān)系的生成：判斷弧段與多邊形間的空間關(guān)系，以形成完整的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并建立與屬性數(shù)據(jù)的關(guān)系2.8.2柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)向矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換2.基于再生柵格數(shù)據(jù)的矢量化方法邊界線追蹤：對(duì)每個(gè)邊界弧段由一個(gè)結(jié)點(diǎn)向另一個(gè)結(jié)點(diǎn)搜索，通常對(duì)每個(gè)已知邊界點(diǎn)需沿除進(jìn)入方向的其他7個(gè)方向搜索下一個(gè)邊界點(diǎn)，直到連成邊界弧段拓?fù)潢P(guān)系生成：對(duì)于矢量表示的邊界弧段，判斷其與原圖上各多邊形的空間關(guān)系，形成完整的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并建立與屬性數(shù)據(jù)的了聯(lián)系去除多余點(diǎn)及曲線圓滑：由于搜索是逐個(gè)柵格進(jìn)行的，必須去除由此造成的多余點(diǎn)記錄以減少冗余2.8.2柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)向矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換矢量格式/柵格格式相互轉(zhuǎn)換算法矢量格式向柵格格式的轉(zhuǎn)換內(nèi)部點(diǎn)擴(kuò)散算法射線算法和掃描算法邊界代數(shù)算法復(fù)數(shù)積分算法柵格格式向矢量格式的轉(zhuǎn)換基于圖像數(shù)據(jù)的矢量化方法基于再生柵格數(shù)據(jù)的矢量化方法2.9空間數(shù)據(jù)的分層在柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中可按每種屬性數(shù)據(jù)形成一個(gè)獨(dú)立的層，各層疊置在一起則形成三維數(shù)據(jù)陣列。原則上層的數(shù)量是無限制的，主要與具體的應(yīng)用和有效的存儲(chǔ)空間有關(guān)。同樣層的概念也用于矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。與柵格結(jié)構(gòu)不同的是，矢量結(jié)構(gòu)的層是用來區(qū)分實(shí)體空間的主要類別，目的是為了制圖和顯示。根據(jù)GIS矢量結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用，層主要有以下兩種類型：與GIS理論和技術(shù)有關(guān)的層和與制圖學(xué)有關(guān)的層2.9.1空間信息系統(tǒng)中的層這里指Coverage。Coverage是一個(gè)GIS專業(yè)術(shù)語，意指一個(gè)覆蓋面或一個(gè)數(shù)據(jù)層，用于精確地表達(dá)點(diǎn)、線和面狀要素的形狀和邊界。在ARC/INFO中，地理特征是描述Coverage的最基本的數(shù)據(jù)單位。最常見的地理特征數(shù)據(jù)類型包括弧段(arc)、節(jié)點(diǎn)（node）、標(biāo)識(shí)點(diǎn)(labelpoint)、多邊形(polygon)。例如，道路、河流Coverage由線狀特征(弧段)構(gòu)成，地塊Coverage由面狀(多邊形)特征構(gòu)成。這些特征可以看成是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界地理現(xiàn)象的高度抽象和概括2.9.2與制圖學(xué)有關(guān)的層這里是指Layer。根據(jù)制圖的需求，把相同或不同的實(shí)體類型歸為一類，以利于圖形的處理和管理。例如，可以把道路、河流、管道歸為"線狀圖形"層，也可以把它們分別歸為"道路"層，"河流"層，"管道"層。一般情況下，一個(gè)Coverage可以包括多個(gè)Layer

2.10空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)對(duì)空間數(shù)據(jù)的有效生產(chǎn)和利用，要求空間數(shù)據(jù)的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化。應(yīng)用于地學(xué)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)庫不但要提供空間和屬性數(shù)據(jù)，還應(yīng)該包括大量的引導(dǎo)信息以及由純數(shù)據(jù)得到的推理、分析和總結(jié)等，這些都是由空間數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的2.10.1元數(shù)據(jù)概念與分類“meta”是一希臘語詞根，意思是“改變”，“Metadata”一詞的原意是關(guān)于數(shù)據(jù)變化的描述。一般都認(rèn)為元數(shù)據(jù)就是“關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)”。元數(shù)據(jù)并不是一個(gè)新的概念。傳統(tǒng)的圖書館卡片、出版圖書的介紹、磁盤的標(biāo)簽等都是元數(shù)據(jù)。紙質(zhì)地圖的元數(shù)據(jù)主要表現(xiàn)為地圖類型、地圖圖例、包括圖名、空間參照系統(tǒng)和圖廓坐標(biāo)、地圖內(nèi)容說明、比例尺和精度、編制出版單位和日期或更新日期等。在這種形式下，元數(shù)據(jù)是可讀的，生產(chǎn)者和用戶之間容易交流，用戶可以很容易地確定地圖是否能夠滿足其應(yīng)用需要元數(shù)據(jù)的主要作用可以歸納為如下幾個(gè)方面：幫助數(shù)據(jù)產(chǎn)生單位有效管理和維護(hù)空間數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)文檔提供有關(guān)數(shù)據(jù)生產(chǎn)單位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分類、數(shù)據(jù)內(nèi)容、數(shù)據(jù)質(zhì)量、數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)及