地理信息系統(tǒng)概論：第二講 地理信息數(shù)據(jù)組織 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2013

四、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)概念及標(biāo)準(zhǔn)2、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型3、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的建立空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的概念及標(biāo)準(zhǔn)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：是指空間數(shù)據(jù)的編排方式和組織關(guān)系?？臻g數(shù)據(jù)編碼：空間數(shù)據(jù)編碼是空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)，目的是將圖形數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等資料，按一定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為適用于計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)和處理的形式?？臻g數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)作用：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在GIS中對(duì)于數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、查詢、檢索和應(yīng)用分析等操作方式有著重要的影響。幾個(gè)概念空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的概念及標(biāo)準(zhǔn)高效率的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，應(yīng)具備幾方面的要求：組織的數(shù)據(jù)能夠表示要素之間的層次關(guān)系，便于不同數(shù)據(jù)連接和覆蓋；能正確反映地理實(shí)體的空間排列方式和各實(shí)體之間的相互關(guān)系；便于存儲(chǔ)和檢索；節(jié)省存儲(chǔ)空間，減少數(shù)據(jù)冗余；存儲(chǔ)速度快，在運(yùn)算速度較慢的微機(jī)上能快速響應(yīng)；有足夠的靈活性，數(shù)據(jù)組織應(yīng)具有插入新的數(shù)據(jù)、刪除或修改部分?jǐn)?shù)據(jù)的基本功能?？臻g數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矢量與柵格混合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（閱讀P86）矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：是利用歐幾里得幾何學(xué)中的點(diǎn)、線、面及其組合體來(lái)表示地理實(shí)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)的主要類(lèi)型：簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和曲面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)?？臻g數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，空間數(shù)據(jù)按照基本的空間對(duì)象（點(diǎn)、線或多邊形）為單元進(jìn)行單獨(dú)組織，不含有拓?fù)潢P(guān)系數(shù)據(jù)。最典型的是面條（Spaghetti）結(jié)構(gòu)。簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)（P.38）C4C10N4C8C6P3C7N6N3C3N1P1C2N2C1P2C5N5P4P5C9N7

x

yxyxy…xyx

yxyxy…xy

…

x

yxyxy…xyP1P2P5數(shù)據(jù)項(xiàng)多邊形1122331111223311…11223311Spaghetti數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及編碼文件空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括DIME（對(duì)偶獨(dú)立地圖編碼法）、POLYVRT（多邊形轉(zhuǎn)換器）、TIGER（地理編碼和參照系統(tǒng)的拓?fù)浼桑┑?。其共同特點(diǎn)是：點(diǎn)是相互獨(dú)立的，點(diǎn)連成線，線構(gòu)成面。在這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，弧段或鏈段是數(shù)據(jù)組織的基本對(duì)象?；《翁?hào)起結(jié)點(diǎn)終結(jié)點(diǎn)左多邊形右多邊形C1N1N2P2P1C2N3N2P1P4C3N1N3P1?C4N1N4?P2C5N2N5P2P4C6N4N5P3P2C7N5N6P3P4C8N4N6?P3C9N7N7P4P5C10N3N6P4?弧段號(hào)起結(jié)點(diǎn)終結(jié)點(diǎn)左多邊形右多邊形C1N1N2P2P1C2N3N2P1P4C3N1N3P1?C4N1N4?P2C5N2N5P2P4C6N4N5P3P2C7N5N6P3P4C8N4N6?P3C9N7N7P4P5C10N3N6P4?拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的弧段文件構(gòu)成空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)---拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)最重要的技術(shù)特征和貢獻(xiàn)是具有拓?fù)渚庉嫻δ?。拓?fù)渚庉嫻δ馨ǘ噙呅芜B接編輯和結(jié)點(diǎn)連接編輯。多邊形連接編輯的算法過(guò)程（P.39~40)結(jié)點(diǎn)連接編輯的算法過(guò)程（P.40~41)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)-----拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：點(diǎn)是相互獨(dú)立的，點(diǎn)連成線，線構(gòu)成面。數(shù)據(jù)組織的基本對(duì)象：弧段或鏈段矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)-----二維矢量數(shù)據(jù)類(lèi)型弧段結(jié)點(diǎn)（也稱(chēng)起、終結(jié)點(diǎn)）弧段節(jié)點(diǎn)（也稱(chēng)中間點(diǎn)）矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)-----拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1、點(diǎn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)123456點(diǎn)編號(hào)坐標(biāo)1x1,y12x2,y23x3,y34x4,y45x5,y56x6,y6點(diǎn)編號(hào)性質(zhì)分類(lèi)名稱(chēng)1石牌村2楊箕村3456坐標(biāo)表屬性表拓?fù)浔恚o(wú)）2、線數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)弧段號(hào)坐標(biāo)A1x1,y1….Xn,YnA2x2,y2….Xn,YnA3x3,y3….Xn,YnA4x4,y4….Xn,YnA5x5,y5….Xn,YnA6A7x6,y6….Xn,Ynx7,y7….Xn,Yn弧段號(hào)性質(zhì)分類(lèi)名稱(chēng)A1干道天河路A2干道黃埔大道A3干道黃埔大道A4公路中山大道A5公路中山大道A6A7干道干道天河路天和路坐標(biāo)表屬性表拓?fù)浔硎噶繑?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)-----拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)弧段號(hào)起結(jié)點(diǎn)終結(jié)點(diǎn)左多邊形右多邊形A1N3N8??A2N5N8??A3N6N8??A4N1N7??A5N2N5??A6N8N7??A7N4N7??弧段號(hào)起結(jié)點(diǎn)終結(jié)點(diǎn)左多邊形右多邊形A1N3N8??A2N5N8??A3N6N8??A4N1N7??A5N2N5??A6N8N7??A7N4N7??結(jié)論：此數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可解決圖形之間的連通關(guān)系弧段號(hào)起結(jié)點(diǎn)終結(jié)點(diǎn)左多邊形右多邊形C1N1N2P2P1C2N3N2P1P4C3N1N3P1?C4N1N4?P2C5N2N5P2P4C6N4N5P3P2C7N5N6P3P4C8N4N6?P3C9N7N7P4P5C10N3N6P4?多邊形編號(hào)坐標(biāo)P1(x1,y1)…………..(x1,y1)P2(x2,y2)…………..(x2,y2)P3(x3,y3)…………..(x3,y3)P4(x4,y4)…………..(x4,y4)P5(x5,y5)…………..(x5,y5)P6(x6,y6)…………..(x6,y6)多邊形編號(hào)周長(zhǎng)面積名稱(chēng)P1草地P2灌木P3農(nóng)田P4P5P6坐標(biāo)表屬性表拓?fù)浔?、多邊形的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)弧段號(hào)起結(jié)點(diǎn)終結(jié)點(diǎn)左多邊形右多邊形C1N1N2P2P1C2N3N2P1P4C3N1N3P1?C4N1N4?P2C5N2N5P2P4C6N4N5P3P2C7N5N6P3P4C8N4N6?P3C9N7N7P4P5C10N3N6P4?結(jié)論：此數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可解決圖形之間的鄰接、包含關(guān)系空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)曲面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)狄洛尼（Delaunay）三角網(wǎng)常被用于TIN的生成。狄洛尼三角網(wǎng)簡(jiǎn)介三角形識(shí)別碼相鄰三角形三角形頂點(diǎn)頂點(diǎn)坐標(biāo)和特征值△1△2△31st2nd3rdX1Y1Z1X2Y2Z2X3Y3Z3IIIIIIIVVVIVIIVIII

IIIIIIIIIVIVIVVIIIIIVVVIIIIVVIIIVII000VI0VII00145767883342511622257277不規(guī)則三角網(wǎng)的數(shù)據(jù)組織1I

2345678III

II

VIIIIV

V

VI

VII

不規(guī)則三角網(wǎng)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（閱讀93）柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：指將空間分割成各個(gè)規(guī)則的網(wǎng)格單元，然后在各個(gè)網(wǎng)格單元內(nèi)賦以空間對(duì)象相應(yīng)的屬性值的一種數(shù)據(jù)組織方式。網(wǎng)格通常是正方形，有時(shí)也采用矩形、等邊三角形和六邊形。網(wǎng)格邊長(zhǎng)決定柵格數(shù)據(jù)的精度。當(dāng)用柵格數(shù)據(jù)來(lái)表示地理實(shí)體時(shí)，不論網(wǎng)格邊長(zhǎng)多細(xì)，與原實(shí)體特征相比較，信息都有丟失。

矢量結(jié)構(gòu)

柵格結(jié)構(gòu)

2255275577755555

柵格結(jié)構(gòu)

257柵格數(shù)據(jù)重要參數(shù):1、柵格形狀2、柵格單元大小3、柵格原點(diǎn)4、柵格的傾角5、柵格大小柵格數(shù)據(jù)的獲取遙感方式：直接通過(guò)攝影獲取柵格圖像（遙感圖像）掃描方式：直接通過(guò)掃面，將圖紙轉(zhuǎn)換為柵格軟件轉(zhuǎn)換：通過(guò)專(zhuān)業(yè)軟件，將矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為柵格空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的主要類(lèi)型：柵格矩陣結(jié)構(gòu)、游程編碼結(jié)構(gòu)、四叉樹(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、八叉樹(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和十六叉樹(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)?？臻g數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)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。2572255275577755555巨大的存儲(chǔ)量柵格數(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?？臻g數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)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(zhǎng)度，其目的是壓縮柵格數(shù)量，消除數(shù)據(jù)冗余。2255275577755555序號(hào)二元組序列1（2，2）2（5，2）3（2，1）4（7，1）5（5，2）6（7，3）7（5，5）游程編碼表示柵格矩陣數(shù)據(jù)

二元映射空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)游程編碼結(jié)構(gòu)游程編碼能否壓縮數(shù)據(jù)量，主要取決于柵格數(shù)據(jù)的冗余度。游程編碼是一種無(wú)損壓縮方法。當(dāng)柵格數(shù)據(jù)為規(guī)則的數(shù)字地形高程（即DEM）時(shí)，可先通過(guò)差分映射進(jìn)行預(yù)處理，然后再采用游程長(zhǎng)度壓縮編碼法。游程編碼數(shù)據(jù)的組織：通常采用索引順序文件的方法?？臻g數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)四叉樹(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（自學(xué)）將圖像區(qū)域按4個(gè)大小相同的象限等分，每個(gè)象限又根據(jù)一定規(guī)則判斷是否繼續(xù)等分為次一層的4個(gè)象限，無(wú)論分割到哪一層象限，只要子象限上僅含一種屬性代碼或符合既定要求的少數(shù)幾種屬性時(shí)，就停止分割。3334444433334444133344421133322211113222111122221111122211111222四叉樹(shù)分解過(guò)程

葉結(jié)點(diǎn)分支結(jié)點(diǎn)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)四叉樹(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)建立四叉樹(shù)有兩種方法：自上而下（top-down）方式和自下而上（bottom-up）方式。自上而下方式簡(jiǎn)介空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)四叉樹(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)自下而上方式簡(jiǎn)介12561718212234781920232491013142526293011121516272831323334……3536……空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)四叉樹(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)線性編碼四叉樹(shù)vs.常規(guī)四叉樹(shù)線性四叉樹(shù)編碼的存儲(chǔ)算法常規(guī)四叉樹(shù)編碼的存儲(chǔ)算法八叉樹(shù)和十六叉樹(shù)結(jié)構(gòu)（了解）柵格數(shù)據(jù)壓縮組織影像金字塔：

在同一地區(qū)，同一坐標(biāo)系統(tǒng)中，用不同的分辨率記錄同樣的地理環(huán)境?？臻g數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型矢量與柵格一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（閱讀P103）矢量與柵格一體化的基本概念在數(shù)字化一個(gè)線狀實(shí)體時(shí)，除記錄原始取樣點(diǎn)外，還記錄所通過(guò)的柵