第2章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

第二章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1內(nèi)容提要第一節(jié)數(shù)據(jù)模型與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二節(jié)空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系第三節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型2第一節(jié)數(shù)據(jù)模型與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是指數(shù)據(jù)的組織形式，是適合于計算機處理的邏輯結(jié)構(gòu)。計算機以數(shù)字表達現(xiàn)實世界。3

矢量數(shù)據(jù)模型：用一個沒有大小的點表達基本點元素。柵格數(shù)據(jù)模型：用一個固定大小的點表達基本點元素。4信息表達層次:1、現(xiàn)實世界。2、數(shù)據(jù)模型。用概念化的語言和示意圖描述現(xiàn)實世界。3、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。用邏輯關(guān)系圖、列表、矩陣表達數(shù)據(jù)模型。4、文件結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)的儲存方式。

轉(zhuǎn)換：12

34。有時把后3者合稱為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。5第二節(jié)空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系幾何信息：位置,空間關(guān)系一、拓撲的概念拓撲關(guān)系:定義空間關(guān)系的一種數(shù)學方法，在GIS中用它來描述并確定空間的點、線、面之間的關(guān)系。6二、拓撲關(guān)系類型1、拓撲鄰接概念：表示圖形元素之間的相鄰性。如多邊形之間。7

同一弧段的左右多邊形必然鄰接。8

同一弧段上兩個結(jié)點必連通，同一結(jié)點上的各弧段必相鄰。92、拓撲關(guān)聯(lián)

表示圖形基本元素間的聯(lián)接關(guān)系。如結(jié)點與弧段。103、包含關(guān)系指點、線、面之間的相互包含關(guān)系返回11三、拓撲關(guān)系的表達方式1、全顯式表達不僅表示多邊形

弧段

點之間拓撲關(guān)系，同時表示點

弧段

多邊形之間的拓撲關(guān)系。12

132、半隱式表示

14第三節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型數(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)、矢量柵格一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。15一、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)概念：利用點、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。1．簡單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（實體型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）通過坐標值精確表示點、線、面等地理實體，不考慮拓撲關(guān)系。16

點：用一對(x,y)坐標表示。線：用兩對以上的(x,y)坐標表示。

面：用首尾相接的多對(x,y)坐標表示其邊界，公共邊界重復編碼?？臻g數(shù)據(jù)以點、線、面為單元單獨組織，不含拓撲關(guān)系。1718

優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，易于以事物為單位進行操作；缺點是沒有拓撲關(guān)系，數(shù)據(jù)冗余度大。2．索引數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)先建立點坐標文件，再建立索引文件。返回

192021

優(yōu)缺點：數(shù)據(jù)冗余度低，提高了訪問速度。但不能處理“島”結(jié)構(gòu)的多邊形數(shù)據(jù)。

返回

223．拓撲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括DIME(雙重獨立地圖編碼DualIndependentMapEncoding)、TIGER等。DIME編碼:由線段組成。每條線段包括線段名、起結(jié)點和終結(jié)點、線段的左、右區(qū)號及地址范圍。23圖2-19DIME編碼及記錄

24弧段是數(shù)據(jù)組織的基本對象。25

4．曲面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用不規(guī)則三角網(wǎng)來擬合連續(xù)分布現(xiàn)象的覆蓋表面，稱為TIN(TriangulatedIrregularNetwork)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。26

TIN：由鄰近點構(gòu)成等邊三角形。狄洛尼(Delaunay)三角網(wǎng)最好。遵守歐拉定理：多面體頂點數(shù)-邊數(shù)+面數(shù)=26-10+6=227

TIN中每個三角形構(gòu)成一個記錄。Z表示屬性。28第二節(jié)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)概念：將空間分成規(guī)則網(wǎng)格，在各個網(wǎng)格上給出相應的屬性值來表示地理實體的一種數(shù)據(jù)組織形式。291柵格矩陣結(jié)構(gòu)（直接編碼法）從柵格圖左上角開始逐行逐列存儲數(shù)字化代碼。30柵格數(shù)據(jù)取值方法：（1）面積占優(yōu)法31（2）中心點法32（3）長度占優(yōu)法網(wǎng)格中心畫橫線，以最長的屬性取值。33（4）重要性法34面積占優(yōu)法：分類較細；中心點法：連續(xù)分布；重要性法：特殊意義，面積較小。柵格數(shù)據(jù)需壓縮。返回

352費爾曼鏈碼結(jié)構(gòu)(Freeman'sChainCode)也稱邊界碼、鏈式編碼。用8個方向碼編碼，用某一原點開始的矢量鏈表示曲線或邊界。36

E=0，SE=1，S=2，SW=3，W=4，NW=5，N=6，NE=7。線起點為(1，5)，編碼為：1,5,3,2,2,3,3,2,3面起點為(5,8)，編碼為：5,8,3,2,4,4,6,6,7,6,0,2,137優(yōu)點：壓縮率高，便于計算周長、面積，便于表示凹凸部分。缺點：難于實現(xiàn)疊加運算，不便于合并和插入等操作，對局部修改將改變整體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)冗余度高。

返回383游程編碼結(jié)構(gòu)(RunLengthCode)適于塊狀地物。以行為單位，將柵格數(shù)據(jù)矩陣中屬性相同的連續(xù)柵格視為一游程。游程編碼把行序列映射成整數(shù)對序列。游程終點編碼：(屬性值，終止列號)。游程長度編碼:(屬性值，游程長度)39

40(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)游程長度編碼表41

游程越長，編碼效率越高。面積越大，壓縮率越高，易于實現(xiàn)疊加、合并和檢索運算。應用很廣。對于DEM，先差分處理，再游程編碼:4243

44

為提高訪問效率，常用索引順序文件:4546返回474塊碼結(jié)構(gòu)(BlockCode)以正方形區(qū)域為單元對柵格數(shù)據(jù)進行編碼。塊碼的編碼方式為：行號、列號、半徑、屬性代碼。行號和列號表示正方形區(qū)左上角柵格的行號及列號；半徑為正方形區(qū)行(列)方向的柵格數(shù)。48

如（1，1，1,0）表示1行1列，半徑為1，屬性為049

塊碼法：面狀地物所包含的正方形越大，邊界越規(guī)則，編碼的效率越高。計算面積、檢索圖形、合并和插入操作較有利。505四叉樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(QuadtreeCode)又稱四分樹、四元樹編碼。（1）常規(guī)四叉樹把柵格地圖4等分，若每個子區(qū)中柵格值相同則不再分割，否則將該區(qū)再分割成4個子區(qū)，直到每個子塊都含有相同的屬性值為止。51

52

常規(guī)四叉樹占空間大。(2)線性四叉樹通過編碼四叉樹的葉結(jié)點表示數(shù)據(jù)塊的層次和空間關(guān)系。葉結(jié)點是一地址碼(Morton碼，Z形編碼)。53[1]基于四進制的線性四叉樹編碼(MQ)2NX2N的圖象，用N位四進制地址碼。MQ=2·IB+JB。行號IB和列號JB為二進制。例:011行，011列的MQ＝2×011+011=03354[2]基于十進制的線性四叉樹編碼(MD)將柵格的二進制表示的行列號IB和JB按位交錯排列，得二進制地址碼，再轉(zhuǎn)十進制MD。例:011行，010列所對應的MD=14返回55MD屬性MD屬性MD屬性002443984028440054294448643084587431446080320478120360488164378204388566二維行程結(jié)構(gòu)線性四叉樹表前后葉結(jié)點值相同的可合并。前后兩個地址碼之差表示該子塊的大小。57二維行程編碼壓縮率高，便于修改。如0與8之間插入一個地址碼為7、格網(wǎng)值為1的記錄58它和線性四叉樹采用相同的地址碼，易相互轉(zhuǎn)換。59十進制線性MDMD屬性MD屬性MD屬性002443984028440054294448643084587431446080320478120360488164378