空間信息數(shù)據(jù)庫第2章

第二章空間數(shù)據(jù)基礎

第二章空間數(shù)據(jù)基礎數(shù)據(jù)是空間信息系統(tǒng)的最基礎的組成部分，空間數(shù)據(jù)是GIS的操作對象，是現(xiàn)實世界經(jīng)過模型抽象的實質(zhì)性內(nèi)容。一個空間信息系統(tǒng)必須建立在準確合理的地理數(shù)據(jù)基礎上。第二章空間數(shù)據(jù)基礎2.1

空間坐標系統(tǒng) 2.2

空間實體 2.3

空間數(shù)據(jù)的基本特征 2.4

空間數(shù)據(jù)結(jié)構 2.5

矢量數(shù)據(jù)結(jié)構 2.6

柵格數(shù)據(jù)結(jié)構 2.7

柵格和矢量數(shù)據(jù)結(jié)構的比較 2.8

矢量數(shù)據(jù)結(jié)構與柵格數(shù)據(jù)結(jié)構的相互轉(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)大地測量學的研究成果，地球表面幾何模型可以分為4類：地球的自然表面相對抽象的面，即大地水準面以大地水準面為基準建立起來的地球橢球體模型數(shù)學模型2.1空間坐標系統(tǒng)

建立地理空間坐標系，確定地面點的位置，用地理坐標（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與地球自轉(zhuǎn)軸構成的平面2.1.1地理空間坐標系的建立2.1.1地理空間坐標系的建立通過地球表面A點作橢球面的垂線，稱之為過A點的法線法線與赤道面的交角，叫做A點的緯度ψ過A點的子午面與通過英國格林尼治天文臺的子午面（本初子午面）所夾的二面角，叫做A點的經(jīng)度λ2.1.2地圖投影RepresentativeFractionGlobedistance

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

Globedistance坐標參考系統(tǒng)平面系統(tǒng)直接建立在球體上的地理坐標，用經(jīng)度和緯度表達地理對象位置建立在平面上的直角坐標系統(tǒng)，用（x，y）表達地理對象位置投影2.1.2地圖投影2.1.2地圖投影為什么要進行投影？將地球橢球面上的點映射到平面上的方法，稱為地圖投影地理坐標為球面坐標，不方便進行距離、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地圖投影投影實質(zhì)：建立地球橢球面上經(jīng)緯線網(wǎng)和平面上相應經(jīng)緯線網(wǎng)的數(shù)學基礎，也就是建立地球橢球面上的點的地理坐標（λ，φ）與平面上對應點的平面坐標（x，y）之間的函數(shù)關系：當給定不同的具體條件時，將得到不同類型的投影方式。

地理和投影坐標(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應的角度相等等（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地上相應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)以地理坐標存儲時，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；而輸出或顯示時，則要將地理坐標表示的空間數(shù)據(jù)通過投影變換變換成指定投影的平面坐標。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，但當所顯示的地圖與國家基本地圖系列的比例尺一致時，一般采用國家基本系列地圖所用的投影。2.2空間實體空間實體是空間信息系統(tǒng)中不可再分的最小單元，包括位置和屬性兩部分空間對象一般按地形維數(shù)進行歸類劃分點：零維線：一維面：二維體：三維時間：通常以第四維表達，但目前GIS很難處理時間屬性空間對象的維數(shù)與比例尺是相關的2.2空間實體2.2.1點實體 點實體表示一個抽象的點，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，又要定位的事物對點實體的質(zhì)量和數(shù)量特征，用點狀符號表示。通常以點狀符號的形狀和顏色表示質(zhì)量特征，以符號的尺寸表示數(shù)量特征，將點狀符號定位于事物所在的相應位置上美國佛羅里達洲地震監(jiān)測站2002年9月該洲可能的500個地震位置2.2.1點實體 線實體有長度，但無寬度和高度，1維對于地面上呈線狀或帶狀的事物如交通線、河流、境界線、構造線等，在地圖上均用線狀符號來表示對于線狀和面狀實體的區(qū)分，也和地圖的比例尺有很大的關系，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的形狀和顏色表示質(zhì)量的差別，用線狀符號的尺寸變化（線寬的變化）表示數(shù)量特征2.2.2線實體 香港城市道路網(wǎng)分布2.2.2線實體 面實體是具有長和寬的目標，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)紋或說明符號表示其質(zhì)量特征2.2.3面實體 中國土地利用分布圖（不連續(xù)面）2.2.3面實體 連續(xù)變化曲面：如地形起伏，整個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面實體 2.2.4體實體 有長、寬、高的目標通常用來表示人工或自然的三維目標，如建筑、礦體等三維目標校園建筑空間實體包含語義信息、度量信息和關系結(jié)構信息3種信息語義信息：表明實體的類型度量信息：描述實體的形狀和位置關系結(jié)構信息：描述一個實體與其他實體的聯(lián)系空間實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組織基礎之上的空間信息數(shù)據(jù)編碼，用于表明實體元素在數(shù)據(jù)分級中的隸屬關系和屬性性質(zhì)2.2.5空間實體的編碼 主碼：表示實體元素的類別編碼識別碼：用于唯一地標識具體的實體元素子碼描述碼：對實體元素進一步性質(zhì)描述子碼：對實體元素的標識和描述2.2.5空間實體的編碼 1.編碼原則編碼的系統(tǒng)性和科學性編碼的一致性編碼的標準化和通用性編碼的簡潔性編碼的可擴展性2.2.5空間實體的編碼 2.編碼內(nèi)容登記部分標識屬性數(shù)據(jù)的序號，用簡單的連續(xù)編號，也可劃分不同層次進行順序編碼分類部分標識屬性的地理特征，可采用多位代碼反映多種特征控制部分通過一定的查錯算法，檢查在編碼、錄入和傳輸中的錯誤，在屬性數(shù)據(jù)量較大情況下具有重要意義2.2.5空間實體的編碼 3.編碼方法列出全部制圖對象清單制定對象分類、分級原則和指標，將制圖對象進行分類、分級擬定分類代碼系統(tǒng)設定代碼及其格式，設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象的對照表，這是編碼最終成果檔案，是數(shù)據(jù)輸入計算機進行編碼的依據(jù)2.2.5空間實體的編碼 空間對象的層次分類編碼按照分類對象的從屬和層次關系為排列順序有明確的分類對象類別和嚴格的隸屬關系高壓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空間對象的多源分類編碼按空間對象不同特性進行分類并進編碼代碼之間沒有隸屬關系，反映對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)：表示空間實體的位置或現(xiàn)在所處的地理位置以及拓撲關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)，專題屬性是指實體所具有的各種性質(zhì)時間特征數(shù)據(jù)：指現(xiàn)象或物體隨時間的變化，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直接表達基于坐標的派生數(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系：拓撲關系、方位關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)中均可存儲和處理專題屬性特征通常以數(shù)字、符號、文本和圖像等形式來表示時間特征空間數(shù)據(jù)涉及時間特征的幾個方面地物的生命周期（產(chǎn)生、消亡）地物的移動（移動點）屬性的時效性相關的問題時間關系時空關系時態(tài)GIS數(shù)據(jù)模型是其關鍵（時空立方體模型等）地理空間中的空間數(shù)據(jù)可以被分為10種分類或分級數(shù)據(jù)面域數(shù)據(jù)網(wǎng)絡數(shù)據(jù)樣本數(shù)據(jù)曲面數(shù)據(jù)文本數(shù)據(jù)符號數(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撲屬性和非拓撲屬性假設，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、弧段、多邊形組成的任意圖形。如果只對橡皮進行拉伸、壓縮，而不進行扭轉(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A，那么，A和多邊形邊界間的空間位置關系不會改變，但是，多邊形的面積會發(fā)生改變。這時，多邊形內(nèi)的點具有拓撲屬性，而面積不具有拓撲屬性，拉伸和壓縮這樣的變換成為拓撲變換2.3.2空間數(shù)據(jù)的拓撲關系及其表示空間數(shù)據(jù)的拓撲關系結(jié)點、弧段、多邊形間的拓撲關系主要有如下3種：拓撲鄰接：指存在于空間圖形的同類圖形實體之間的拓撲關系，如結(jié)點間的鄰接關系和多邊形間的鄰接關系拓撲關聯(lián)：指存在于空間圖形實體中的不同類圖形實體之間的拓撲關系，如弧段在結(jié)點處的聯(lián)結(jié)關系和多邊形與弧段的關聯(lián)關系拓撲包含：指不同級別或不同層次的多邊形圖形實體之間的拓撲關系2.3.2空間數(shù)據(jù)的拓撲關系及其表示2.3.3空間關系1.空間關系的描述空間關系是指地理空間實體對象之間的空間相互作用關系絕對關系：如坐標、角度、方位、距離等；拓撲空間關系：描述空間對象的相鄰、包含等相對關系度量空間關系：描述空間對象之間的距離等地圖、遙感影象上的空間關系是通過圖形識別的，在GIS中的空間關系則必須顯式的進行定義和表達空間關系的描述多種多樣，目前尚未有具體的標準和固定的格式，但基本原理一致，不同的GIS可能采用不同方法進行描述順序空間關系：描述空間對象在空間上的排列次序歐氏空間設R表示實數(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)積的一個二元函數(shù)<x,y>，則稱V為R的歐氏空間非負性：<x,x>≥0,<x,x>=0?x=0,x∈V對稱性<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?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象相互間關系可以分為基于集合、拓撲、方位和度量關系2.3.3空間關系基于集合的關系基于集合的空間對象關系主要有元素與集合的屬于及不屬于的關系，集合與集合的包含、相交、并等關系用集合的關系理論適合討論空間對象間的層次關系，如城市包含公園，公園包含樹林等2.3.3空間關系基于拓撲的關系拓撲元素包括：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：若干弧段組成的多邊形基本拓撲關系包括：關聯(lián)：不同拓撲元素之間的關系鄰接：相同拓撲元素之間的關系包含：面與其他元素之間的關系層次：相同拓撲元素之間的層次關系拓撲元素量之間的關系：歐拉公式

2.3.3空間關系起點終點中間點弧段1弧段3弧段2弧段4點:面:弧:拓撲關系鄰接相交重合相離包含點—點點—線點—面線—面面—面線—線點、線、面之間的拓撲關系基于方位的關系絕對方位：是在全球定位系統(tǒng)背景下定義的方位，如東、西、南、北等相對方位：是根據(jù)與給定目標的方向來定義的方位，如左右、前后等實際應用中，建立和判別三維歐氏空間中的順序空間關系比二維歐氏空間中更具有現(xiàn)實意義。三維歐氏空間中順序空間關系的建立將為空間實體的三維可視化和虛擬環(huán)境的建立奠定必要的技術基礎2.3.3空間關系基于度量的關系設有一個集合E，如果在E上定義了一個二元函數(shù)d(x,y)，x，y∈E，滿足如下條件，則稱V是一個度量空間，d(x,y)稱為V上的度量函數(shù)非負性：d(x,y)≥0對稱性：d(x,y)=d(y,x)三角不等性：d(x,y)≤d(x,z)+d(z,y)度量空間關系描述空間實體的距離或遠近等關系2.3.3空間關系2.空間數(shù)據(jù)操作的謂詞描述(1)基本符號先定義空間數(shù)據(jù)操作中的一些記號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；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、線、區(qū)域；CDT集合型空間數(shù)據(jù)類型，例如網(wǎng)絡、劃分等；PT點；LN線；RG區(qū)域；PTN劃分；NTW網(wǎng)絡2.3.3空間關系(2)基于拓撲的描述兩個同類型空間數(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兩個大小非零的空間數(shù)據(jù)是否相交（INTERSECTS）：NZS×NSZ→Bool兩個區(qū)域是否鄰接（IS－NEIGHBOR—OF）：RG×RG→Bool2.3.3空間關系(3)基于集合運算的描述相交（INTERSECTION）：兩條線相交為點的集合，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（CENTER）：NZS→PT2.3.3空間關系(4)基于度量的描述兩點間距離（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空間關系3.空間關系的集合描述與判斷在空間數(shù)據(jù)庫中把空間對象用點、矩形等簡單、規(guī)則的圖形表示，只討論這些規(guī)則幾何圖形的空間關系，并把規(guī)則的幾何圖形看做空間中標準的“點集合”，用這些標準集合間關系的描述表示空間數(shù)據(jù)操作的集合2.3.3空間關系(1)一維空間中兩個線段的關系一維空間中兩個線段的7種可能的關系，分別用記號“=、[、%、]、/、|、<”表示如圖所示，其中，（1）~（5）是相交關系，（6）（7）是非相交關系。2.3.3空間關系(2)二維空間中邊平行于坐標軸矩形間的關系設A、B為這種矩形，其左下角坐標和右上角坐標分別為{（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空間關系（A）高度空間負向相關；（B）無規(guī)律分布；（C）空間獨立；（D）空間聚類現(xiàn)象；（E）高度正向相關2.4空間數(shù)據(jù)結(jié)構空間數(shù)據(jù)結(jié)構是對空間數(shù)據(jù)進行合理的組織用于計算機的處理?？臻g數(shù)據(jù)結(jié)構指適用于計算機存儲、管理、處理的幾何數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構，是幾何數(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)構分為矢量數(shù)據(jù)結(jié)構柵格數(shù)據(jù)結(jié)構2.4空間數(shù)據(jù)結(jié)構1.矢量數(shù)據(jù)結(jié)構矢量數(shù)據(jù)結(jié)構通過記錄空間對象的坐標及空間關系表達空間對象的幾何位置，通過記錄實體坐標及其關系，盡可能精確地表現(xiàn)點、線、多邊形等地理實體，坐標空間設為連續(xù)，允許任意位置、長度和面機的精確定義2.4空間數(shù)據(jù)結(jié)構2.柵格數(shù)據(jù)結(jié)構柵格數(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)構和柵格結(jié)構

顯式描述顯式表示：就是柵格中的一系列像元(點)，為使計算機認識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單數(shù)據(jù)結(jié)構為：椅子的屬性——符號／顏色——像元x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。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系來描述，線的始點和終點坐標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——連接關系

2.5矢量數(shù)據(jù)結(jié)構矢量數(shù)據(jù)結(jié)構是通過記錄坐標的方式，盡可能地將點、線、面地理實體表現(xiàn)得精確無誤。其坐標空間假定為連續(xù)空間，不必象柵格數(shù)據(jù)結(jié)構那樣進行量化處理。因此矢量數(shù)據(jù)能更精確地定義位置、長度和大小2.5.1矢量數(shù)據(jù)結(jié)構編碼的基本內(nèi)容矢量數(shù)據(jù)的基本內(nèi)容包括對基本空間數(shù)據(jù)實體的矢量表達，即簡單的實體結(jié)構I．矢量數(shù)據(jù)結(jié)構基本概念幾何體的類型I．矢量數(shù)據(jù)結(jié)構基本概念矢量數(shù)據(jù)的類型Buildings.PolygonStreams,LineWells,PointRoads,LineZoning, PolygonMAPSHEETS矢量數(shù)據(jù)結(jié)構編碼的基本內(nèi)容標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存儲方法點實體點實體：點是空間上不能再分的地理實體，可以是具體的或抽象的，如地物點、文本位置點或線段網(wǎng)絡的結(jié)點等，由一對x、y坐標表示。對于點實體，矢量結(jié)構中只記錄其在特定坐標系下的坐標和屬性代碼點實體

對于線實體，在數(shù)字化時即進行量化，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)構中只記錄這些小線段的端點坐標，將曲線表示為一個坐標序列，坐標之間認為是以直線段相連，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體線實體唯一標識碼是系統(tǒng)排列序號；線標識碼可以標識線的類型；起始點和終止點號可直接用坐標表示；顯示信息是顯示時的文本或符號等；與線相聯(lián)系的非幾何屬性可以直接存儲于線文件中，也可單獨存儲，而由標識碼聯(lián)接查找。面實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區(qū)域的拓撲性質(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行顯示和操作，由于要表達的信息十分豐富，基于多邊形的運算多而復雜，因此多邊形矢量編碼比點和線實體的矢量編碼要復雜得多，也更為重要。多邊形數(shù)據(jù)結(jié)構編碼要對多邊形網(wǎng)做如下規(guī)定：組成地圖的每個多邊形應有唯一的形狀、周長和面積編碼應能夠記錄每個多邊形的鄰域關系多邊形可以嵌套，即上一級的多邊形內(nèi)嵌套小的多邊形（次一級）2.5.2矢量數(shù)據(jù)的拓撲數(shù)據(jù)結(jié)構拓撲元素矢量數(shù)據(jù)可抽象為點（結(jié)點）、線（鏈、弧段、邊）、面（多邊形）三種要素，稱為拓撲元素點：可以是孤立的點、線的端點、面的首尾點、鏈的連接點等線：是兩結(jié)點間的有序弧段面：是若干條鏈構成的閉合多邊形最基本的拓撲關系是關聯(lián)和鄰接關聯(lián)：是不同拓撲元素之間的關系，如結(jié)點與線（或鏈）、線（或鏈）與多邊形等鄰接：是相同拓撲元素之間的關系，如結(jié)點與結(jié)點，線（或鏈）與線（或鏈），面與面等2.5.2矢量數(shù)據(jù)的拓撲數(shù)據(jù)結(jié)構拓撲關系的表示用4個關系表格來描述各個實體之間的空間拓撲關系，每個關系表有2個或3個屬性面鏈關系表：面+構成面的鏈鏈結(jié)點關系表：鏈+鏈兩端點的結(jié)點結(jié)點鏈關系表：結(jié)點+通過該結(jié)點的鏈鏈面關系表：鏈+左面+右面2.5.2矢量數(shù)據(jù)的拓撲數(shù)據(jù)結(jié)構拓撲關系的表示多邊形文件由多邊形記錄組成，包括多邊形標識碼、組成該多邊形的弧段標識碼以及相關屬性等，拓撲關系有如下：拓撲關聯(lián)性：表示空間圖形中不同類元素之間的拓撲關系拓撲鄰接性：表示圖形中同類元素之間的拓撲關系拓撲包含性：表示空間圖形中，面狀實體所包含的其他面狀實體或線狀、點狀實體的關系，分為簡單包含、多層包含和等價包含2.5.2矢量數(shù)據(jù)的拓撲數(shù)據(jù)結(jié)構按照其功能和方法對矢量數(shù)據(jù)結(jié)構的進行編碼有4種方式：實體式索引式雙重獨立式鏈狀雙重獨立式2.5.3矢量數(shù)據(jù)結(jié)構編碼的方法實體式空間實體編碼方法：點實體：用坐標表示線實體：用坐標序列表示

坐標序列法多邊形樹狀索引編碼法拓撲結(jié)構編碼法(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)實體式數(shù)據(jù)結(jié)構是以多邊形為單元進行組織，對每個多邊形給出構成邊界的各個線段，這樣邊界坐標數(shù)據(jù)和多邊形單元實體一一對應索引式索引式數(shù)據(jù)結(jié)構采用樹狀索引以減少數(shù)據(jù)冗余間接增加鄰域信息，對所有邊界點進行數(shù)字化，將坐標對以順序方式存儲，點索引與邊界線號相聯(lián)系，線索引與過多邊形相聯(lián)系，形成樹狀索引結(jié)構例：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

線號左多邊形右多邊形起點終點aOA18bOA21cOB32dOB43eOB54fOC65gOC76hOC87iCA89jCB95kCD1210lCD1112mCD1011nBA92這種數(shù)據(jù)結(jié)構除了通過線文件生成面文件外，還需要點文件鏈狀雙重獨立式鏈狀雙重獨立式數(shù)據(jù)結(jié)構是DIME數(shù)據(jù)結(jié)構的一種改進，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)構中，主要有四個文件：多邊形文件、弧段文件、弧段坐標文件、結(jié)點文件?；《挝募《翁?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 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)構的屬性數(shù)據(jù)表達屬性特征類型類別特征：是什么說明信息：同類目標的不同特征屬性特征表達類別特征：類型編碼說明信息：屬性數(shù)據(jù)結(jié)構和表格屬性表的內(nèi)容取決于用戶圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的連接通過目標識別符或內(nèi)部記錄號實現(xiàn)。矢量數(shù)據(jù)結(jié)構的屬性數(shù)據(jù)表達點狀對象目標標識目標標識地物編碼坐標關聯(lián)的線目標精度控制點等級測量單位測量年限線狀對象目標標識目標標識地物編碼坐標串起點、終點、左面、右面路面材料等級修建時間寬度管養(yǎng)單位…………面狀對象目標標識目標標識地物編碼邊界目標號建筑日期所有者建筑面積建筑單位結(jié)構……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矢量數(shù)據(jù)結(jié)構的特點用離散的點描述空間對象與特征，定位明顯，屬性隱含用拓撲關系描述空間對象之間的關系面向目標操作，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2.6柵格數(shù)據(jù)結(jié)構柵格數(shù)據(jù)結(jié)構實際就是像元陣列，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)絡文件的存儲結(jié)構中，且行列坐標可以很容易地轉(zhuǎn)為其它坐標系下的坐標。在網(wǎng)絡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)六邊形柵格值是每個像元的值，與柵格表示的空間實體和像元所占的存儲相關柵格圖是一個黑白圖片時，柵格值只取0或1柵格圖是一個偽彩色圖片時，柵格值用1個字符（8位）表示柵格圖是一個真彩色圖片時，柵格值用3個字符（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，描述的空間實體也越精確2.6柵格數(shù)據(jù)結(jié)構點線面對于柵格數(shù)據(jù)結(jié)構點：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柵格結(jié)構數(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：坐標系與描述參數(shù)Y：列X：行西南角格網(wǎng)坐標（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、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，增加柵格單元總數(shù)的方法2.6.2柵格數(shù)據(jù)的存儲柵格數(shù)據(jù)編碼方法分為兩大類：直接柵格編碼壓縮編碼方法

鏈碼游程長度編碼塊碼四叉樹直接編碼將柵格數(shù)據(jù)看作一個數(shù)據(jù)矩陣，逐行（或逐列）逐個記錄代碼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）鏈式編碼又稱為弗里曼鏈碼（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等八個基本方向鏈碼（ChainCodes）例如，確定原點為像元（10，1），則某個多邊形邊界按順時針方向的鏈式編碼為：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。其中前兩個數(shù)字10和1表示起點為第十行第一列，從第三個數(shù)字開始每個數(shù)字表示單位矢量的方向，八個方向以0—7的整數(shù)代表游程長度編碼（Run-lengthCode）對于一幅柵格圖像，常常有行（或列）方向上相鄰的若干點具有相同的屬性代碼，因而可采取某種方法壓縮那些重復的記錄內(nèi)容其實現(xiàn)方法有兩種只在各行（或列）數(shù)據(jù)的代碼發(fā)生變化時依次記錄該代碼以及相同的代碼重復的個數(shù)，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的壓縮。逐個記錄各行（或列）代碼發(fā)生變化的位置和相應代碼游程長度編碼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個整數(shù)表達了原始數(shù)據(jù)中的64個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)缺點優(yōu)點壓縮效率較高，且易于進行檢索，疊加合并等操作，運算簡單，適用于機器存儲容量小，數(shù)據(jù)需大量壓縮，而又要避免復雜的編碼解碼運算增加處理和操作時間的情況缺點對于圖斑破碎，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展到二維的情況，采用方形區(qū)域作為記錄單元，每個記錄單元包括相鄰的若干柵格，數(shù)據(jù)結(jié)構由初始位置（行、列號）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，如果某個子區(qū)的所有網(wǎng)格值相同，這個子區(qū)就不再繼續(xù)分割，否則再分割成4個子區(qū)，直到每個子塊都只含有相同的屬性值或灰度為止樹杈結(jié)點葉子結(jié)點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)點叫根結(jié)點，它對應整個圖形。此樹共有4層結(jié)點，每個結(jié)點對應一個象限，如第2層4個結(jié)點分別對應于整個圖形的四個象限，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)點稱為終止結(jié)點（又稱葉子結(jié)點），可能落在不同的層上，該結(jié)點代表的子象限具有單一的代碼，所有終止結(jié)點所代表的方形區(qū)域覆蓋了整個圖形。從上到下，從左到右為葉子結(jié)點編號，共有40個葉子結(jié)點，也就是原圖被劃分為40個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)缺點優(yōu)點：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)換運算可以在編碼數(shù)據(jù)上直接實現(xiàn)，大大地提高了運算效率，并支持拓撲“洞”（嵌套多邊形）的表達，是優(yōu)秀的柵格壓縮編碼之一。缺點：其最大不足是其不穩(wěn)定性，即同樣的原始數(shù)據(jù)應用不同的算法進行編碼可能會得到不同的編碼結(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鏈式編碼游程長度編碼逐行編碼數(shù)據(jù)結(jié)構:行號,屬性,重復次數(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: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Y坐標層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…多邊形N像元n坐標層n柵格數(shù)據(jù)結(jié)構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,難以建立空間對象之間的關系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算則為7，以像元為單位則為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

2.7兩種數(shù)據(jù)結(jié)構的比較與轉(zhuǎn)換矢量數(shù)據(jù)優(yōu)點：表示地理數(shù)據(jù)的精度較高嚴密的數(shù)據(jù)結(jié)構，數(shù)據(jù)量小完整的描述空間關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、更新、綜合都能實現(xiàn)面向目標，不僅能表達屬性，而且能方便的記錄每個目標的具體屬性信息缺點：數(shù)據(jù)結(jié)構復雜矢量疊置較為復雜數(shù)學模擬比較困難技術復雜，特別是軟硬件柵格數(shù)據(jù)優(yōu)點：數(shù)據(jù)結(jié)構簡單空間數(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)絡連接關系投影變換比較費時數(shù)據(jù)結(jié)構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撲關聯(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)各具特點與適用性，為了在一個系統(tǒng)中可以兼容這兩種數(shù)據(jù)并便于進一步的分析處理，需要實現(xiàn)兩種結(jié)構的轉(zhuǎn)換2.8矢量數(shù)據(jù)結(jié)構與柵格數(shù)據(jù)結(jié)構的相互轉(zhuǎn)換2.8.1矢量數(shù)據(jù)結(jié)構向柵格數(shù)據(jù)結(jié)構的轉(zhuǎn)換點的變換2.8.1矢量數(shù)據(jù)結(jié)構向柵格數(shù)據(jù)結(jié)構的轉(zhuǎn)換矢量線段的變換2.8.1矢量數(shù)據(jù)結(jié)構向柵格數(shù)據(jù)結(jié)構的轉(zhuǎn)換多邊形數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換(邊界代數(shù)算法、內(nèi)部點擴散法、射線算法、掃描算法）邊界填充算法：假設多邊形編號為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軸，由多邊形邊界上某點開始順時針搜索邊界線，當邊界上行時，位于該邊界左側(cè)的具有相同行坐標的所有柵格被減去a；當邊界下行時，該邊界左邊（前進方向看為右側(cè)）所有柵格點加一個值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)構向柵格數(shù)據(jù)結(jié)構的轉(zhuǎn)換2.8.1矢量數(shù)據(jù)結(jié)構向柵格數(shù)據(jù)結(jié)構的轉(zhuǎn)換邊界代數(shù)算法2.8.1矢量數(shù)據(jù)結(jié)構向柵格數(shù)據(jù)結(jié)構的轉(zhuǎn)換內(nèi)部點擴散法算法：由多邊形一個內(nèi)部點（種子點）開始，向其8個方向的鄰點擴散，判斷各個新加入點是否在多邊形邊界上，如果是邊界上，則該新加入點不作為種子點，否則把非邊界點的鄰點作為新的種子點與原有種子點一起進行新的擴散運算，并將該種子點賦予該多邊形的編號。重復上述過程直到所有種子點填滿該多邊形并遇到邊界停止為止射線算法：可逐點判斷數(shù)據(jù)柵格點在某多邊形之外或在多邊形之內(nèi)，由待判點向圖外某點引射線，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，則待判點在該多邊形外部，如為奇數(shù)次，則待判點在該多邊形內(nèi)部掃描算法：是射線算法的改進，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)構向柵格數(shù)據(jù)結(jié)構的轉(zhuǎn)換2.8.2柵格數(shù)據(jù)結(jié)構向矢量數(shù)據(jù)結(jié)構的轉(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閾值T之后，將灰度值變?yōu)?個灰階（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)構向矢量數(shù)據(jù)結(jié)構的轉(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)構向矢量數(shù)據(jù)結(jié)構的轉(zhuǎn)換細化：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，每次剝掉等于一個柵格寬的一層，直到最后留下彼此連通的由單個柵格點組成的圖形。因為一條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條件，即不允許剝?nèi)е虑€不連通的柵格2.8.2柵格數(shù)據(jù)結(jié)構向矢量數(shù)據(jù)結(jié)構的轉(zhuǎn)換2.8.2柵格數(shù)據(jù)結(jié)構向矢量數(shù)據(jù)結(jié)構的轉(zhuǎn)換骨架化針對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)構向矢量數(shù)據(jù)結(jié)構的轉(zhuǎn)換跟蹤：將寫入數(shù)據(jù)文件的細化處理后的柵格數(shù)據(jù)，整理為從結(jié)點出發(fā)的線段或閉合的線條，并以矢量形式存儲于特征柵格點中心的坐標去除多余點及曲線光滑：在保證線段精度的情況下可刪除部分數(shù)據(jù)點拓撲關系的生成：判斷弧段與多邊形間的空間關系，以形成完整的拓撲結(jié)構并建立與屬性數(shù)據(jù)的關系2.8.2柵格數(shù)據(jù)結(jié)構向矢量數(shù)據(jù)結(jié)構的轉(zhuǎn)換2.基于再生柵格數(shù)據(jù)的矢量化方法邊界線追蹤：對每個邊界弧段由一個結(jié)點向另一個結(jié)點搜索，通常對每個已知邊界點需沿除進入方向的其他7個方向搜索下一個邊界點，直到連成邊界弧段拓撲關系生成：對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系，形成完整的拓撲結(jié)構，并建立與屬性數(shù)據(jù)的了聯(lián)系去除多余點及曲線圓滑：由于搜索是逐個柵格進行的，必須去除由此造成的多余點記錄以減少冗余2.8.2柵格數(shù)據(jù)結(jié)構向矢量數(shù)據(jù)結(jié)構的轉(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)部點擴散算法射線算法和掃描算法邊界代數(shù)算法復數(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)構中可按每種屬性數(shù)據(jù)形成一個獨立的層，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，主要與具體的應用和有效的存儲空間有關。同樣層的概念也用于矢量數(shù)據(jù)結(jié)構。與柵格結(jié)構不同的是，矢量結(jié)構的層是用來區(qū)分實體空間的主要類別，目的是為了制圖和顯示。根據(jù)GIS矢量結(jié)構的特點及應用，層主要有以下兩種類型：與GIS理論和技術有關的層和與制圖學有關的層2.9.1空間信息系統(tǒng)中的層這里指Coverage。Coverage是一個GIS專業(yè)術語，意指一個覆蓋面或一個數(shù)據(jù)層，用于精確地表達點、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（node）、標識點(labelpoint)、多邊形(polygon)。例如，道路、河流Coverage由線狀特征(弧段)構成，地塊Coverage由面狀(多邊形)特征構成。這些特征可以看成是對現(xiàn)實世界地理現(xiàn)象的高度抽象和概括2.9.2與制圖學有關的層這里是指Layer。根據(jù)制圖的需求，把相同或不同的實體類型歸為一類，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Coverage可以包括多個Layer

2.10空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)對空間數(shù)據(jù)的有效生產(chǎn)和利用，要求空間數(shù)據(jù)的規(guī)范化和標準化。應用于地學領域的數(shù)據(jù)庫不但要提供空間和屬性數(shù)據(jù)，還應該包括大量的引導信息以及由純數(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”一詞的原意是關于數(shù)據(jù)變化的描述。一般都認為元數(shù)據(jù)就是“關于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)”。元數(shù)據(jù)并不是一個新的概念。傳統(tǒng)的圖書館卡片、出版圖書的介紹、磁盤的標簽等都是元數(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、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用需要元數(shù)據(jù)的主要作用可以歸納為如下幾個方面：幫助數(shù)據(jù)產(chǎn)生單位有效管理和維護空間數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)文檔提供有關數(shù)據(jù)生產(chǎn)單位數(shù)據(jù)存儲、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)絡及