地理信息系统的数据结构(精)

GIS的空间数据结构GIS（地理信息系统）中的空间数据结构是指用来存储、组织和管理地理空间数据的方式和方法。

它们是构建GIS系统的基础，对于实现空间数据的高效查询、分析和可视化表示具有重要意义。

本文将介绍常见的空间数据结构，包括矢量数据结构、栅格数据结构和层次数据结构。

一、矢量数据结构（Vector Data Structure）是用点、线和面等几何要素来表示地理现象的空间数据结构。

常见的矢量数据结构包括点、线和面三种类型：1. 点（Point）是空间数据最基本的要素，它由一个坐标对(x, y)表示，常用于表示一个具体的地理位置或地物。

2. 线（Line）是由若干个连接起来的点所组成的线条，它可以用来表示道路、河流等线状地物。

3. 面（Polygon）是由若干个边界相连的线所围成的封闭区域，它可以用来表示国家、城市等面状地物。

矢量数据结构是一种拓扑结构，在存储空间数据时，常采用点-线-面的层次结构，以及节点、弧段和拓扑关系等数据结构来存储和组织地理空间数据。

二、栅格数据结构（Raster Data Structure）将地理空间数据划分为一系列均匀的像素或单元格，用像素值或单元格值来表示地物属性。

栅格数据结构适用于连续分布的地理现象，如温度、降雨等。

常见的栅格数据结构包括：1. 栅格图像（Raster Image）是将地理空间数据以图像的方式呈现，每个像素的灰度值或颜色代表了地物属性的强度或类型。

栅格图像可以通过数字遥感技术获取，并被广泛应用于地貌分析、图像处理等领域。

2. 数值地形模型（Digital Elevation Model，DEM）是一种栅格数据结构，用于表达地球表面的海拔高度。

DEM常用于地形分析、洪水模拟等应用中。

栅格数据结构的主要优点是简单、易于操作和处理，但由于其离散性，对于空间数据的存储和处理需求较大。

三、层次数据结构（Hierarchical Data Structure）是一种将地理空间数据按层次结构进行组织和管理的数据结构。

地理信息系统的数据结构在当今数字化的时代，地理信息系统（GIS）已经成为了我们理解和管理地球空间信息的重要工具。

无论是城市规划、环境保护、交通运输，还是农业发展、资源勘探等领域，GIS 都发挥着不可或缺的作用。

而要理解 GIS 的工作原理和应用，就必须深入了解其核心组成部分之一——数据结构。

那么，什么是地理信息系统的数据结构呢？简单来说，数据结构就是用于组织和存储地理数据的方式。

它决定了数据如何被录入、存储、管理、检索和分析，直接影响着 GIS 系统的性能和功能。

地理信息系统中的数据可以分为两大类：空间数据和属性数据。

空间数据描述了地理对象的位置、形状和空间关系，比如一个湖泊的轮廓、一座山脉的走向等。

属性数据则是关于这些地理对象的特征信息，例如湖泊的面积、水深，山脉的海拔、植被类型等。

为了有效地存储和管理这两类数据，GIS 采用了多种数据结构。

其中，矢量数据结构和栅格数据结构是最为常见的两种。

矢量数据结构将地理对象表示为点、线和面等几何图形。

点可以用来表示单个的地理位置，如一座山峰的顶点；线用于表示线状地物，如河流、道路；面则代表具有一定范围的区域，如行政区域、土地利用类型等。

矢量数据结构的优点是精度高、数据量小、便于进行几何变换和拓扑分析。

比如，在城市规划中，我们可以精确地计算出建筑物之间的距离、道路的长度等。

然而，矢量数据结构在处理大面积的连续数据时，如遥感图像，就显得不太方便。

与之相对的栅格数据结构则是将地理空间划分成规则的网格单元，每个单元被赋予一个特定的值。

栅格数据结构适用于表示连续变化的地理现象，如地形的起伏、气温的分布等。

它的优点是数据结构简单，易于与遥感数据结合，并且便于进行空间分析和图像处理。

但栅格数据结构的缺点也很明显，那就是数据量较大，精度相对较低，而且在进行几何变换时会产生一定的误差。

除了矢量和栅格数据结构，还有一种称为拓扑数据结构的重要类型。

拓扑数据结构关注的是地理对象之间的空间关系，而不仅仅是它们的位置和形状。

GIS地理信息系统空间数据结构解析GIS是地理信息系统的英文缩写，即Geographic Information System。

它是一种利用计算机和软件技术来收集、管理、分析和展示地理空间数据的工具。

GIS空间数据结构是指在地理信息系统中用来组织和存储地理空间数据的方式和方法。

GIS空间数据结构的核心是地理空间数据的表示方法。

在GIS中，地理空间数据可以分为两种类型：矢量数据和栅格数据。

矢量数据以几何实体为基本单位，通过点、线、面等几何对象来描述地理现象的空间分布。

而栅格数据以网格为基本单位，通过将地理空间划分为规则的网格单元来表示地理现象的分布。

矢量数据通常由三要素组成：空间位置、属性信息和拓扑关系。

空间位置是指地理现象在地球表面上的位置，可以用点、线、面等几何对象来表示。

属性信息是指地理现象的有关属性和属性值，例如地名、面积、人口等。

拓扑关系是指不同几何对象之间的空间关系，例如点和线之间的相交、包含等关系。

在矢量数据的存储和管理上，常用的数据结构包括点、线和多边形数据结构。

点数据结构采用坐标表示地理位置，通常使用点图层进行存储和管理。

线数据结构由多个点连接而成，可以表示河流、道路等线状地理现象。

多边形数据结构由多条线构成封闭的区域，可以表示湖泊、行政区等面状地理现象。

除了矢量数据外，栅格数据也是GIS中常用的一种数据结构。

栅格数据将地理空间划分为规则的网格单元，每个网格单元包含一个数值或类别信息。

栅格数据适用于连续变化的地理现象，例如地形高程、气候等。

在栅格数据存储和管理上，常用的数据结构包括二维数组和图像数据结构。

在GIS空间数据结构中，数据之间的空间关系是一个重要的概念。

常见的空间关系包括相交、邻接、包含等。

相交是指两个地理现象在地理空间上有交集，邻接是指两个地理现象在地理空间上相连或相邻，包含是指一个地理现象包含另一个地理现象。

GIS空间数据结构的选择取决于具体的应用需求和数据特点。

矢量数据适用于描述点、线、面等离散的地理现象，可以准确表示地理位置和拓扑关系。

第二章地理信息系统空间数据结构2.1地理空间数据及其特征【学时安排】1学时【目的要求】1、掌握地理信息系统的数据类型；2、理解地理信息系统的数据来源；3、掌握空间数据的特点。

【重点难点】地理信息系统的数据类型与特征。

【教学方法与手段】示例式教学方法，多媒体教学手段。

一、GIS空间数据的来源与类型空间数据是GIS的核心，也有人称它是GIS的血液，因为GIS的操作对象是空间数据，因此设计和使用GIS的第一步工作就是根据系统的功能，获取所需要的空间数据，并创建空间数据库。

1、地理数据的来源GIS中的数据来源和数据类型繁多，概括起来主要有以下几种来源:⑴地图数据。

来源于各种类型的普通地图和专题地图，这些地图的内容丰富，图上实体间的空间关系直观，实体的类别或属性清晰，实测地形图还具有很高的精度，是地理信息的主要载体，同时也是地理信息系统最重要的信息源。

⑵影像数据。

主要来源于卫星遥感和航空遥感，包括多平台、多层面、多种传感器、多时相、多光谱、多角度和多种分辨率的遥感影像数据，构成多源海量数据，也是GIS的最有效的数据源之一。

⑶地形数据。

来源于地形等高线图的数字化，已建立的数字高程模型（DEM）和其他实测的地形数据等。

⑷属性数据。

来源于各类调查报告、实测数据、文献资料、解译信息等。

⑸元数据。

来源于由各类纯数据通过调查、推理、分析和总结得到的有关数据的数据，例如数据来源、数据权属、数据产生的时间、数据精度、数据分辨率、源数据比例尺、数据转换方法等。

2、空间数据的类型空间数据根据表示对象的不同，又具体分为七种类型(图2-1)，它们各表示的具体内容如下:(1)类型数据。

例如考古地点、道路线、土壤类型的分布等。

(2)面域数据。

例如随机多边形的中心点，行政区域界线、行政单元等。

(3)网络数据。

例如道路交点、街道、街区等。

(4)样本数据。

例如气象站、航线、野外样方分布区等。

(5)曲面数据。

例如高程点、等高线、等值区域等。

GIS地理信息系统空间数据结构在当今数字化的时代，地理信息系统（GIS）已经成为了我们理解和处理地理空间数据的重要工具。

而在 GIS 中，空间数据结构则是其核心组成部分，它决定了如何有效地组织、存储和管理地理空间数据，以便于快速访问、分析和可视化。

要理解 GIS 地理信息系统的空间数据结构，首先我们得明白什么是地理空间数据。

简单来说，地理空间数据就是描述地球表面或与地球表面相关的各种信息，比如地形、地貌、道路、建筑物、水系等等。

这些数据具有空间位置、属性和时间等特征。

在 GIS 中，常见的空间数据结构主要有矢量数据结构和栅格数据结构两种。

矢量数据结构是通过点、线、面等几何图形来表示地理实体。

比如，一条河流可以用一系列的点连接成线来表示，一个城市的区域可以用一个封闭的多边形面来表示。

矢量数据结构的优点是数据精度高、存储空间小、图形显示质量好，并且能够方便地进行几何变换和拓扑分析。

拓扑分析在很多应用中非常重要，比如判断两个区域是否相邻、道路网络是否连通等。

然而，矢量数据结构在处理复杂的空间关系和大规模数据时，计算量会比较大。

栅格数据结构则是将地理空间划分成规则的网格单元，每个网格单元被赋予一个特定的值来表示相应的地理特征。

比如，在卫星影像中，每个像素就是一个栅格单元，其灰度值或色彩值代表了该位置的地物信息。

栅格数据结构的优点是数据结构简单、易于实现和操作，特别适合于进行空间分析和模拟。

但它的缺点也很明显，比如数据量大、精度相对较低，而且难以表达复杂的地理实体和空间关系。

除了这两种主要的数据结构，还有一些混合的数据结构，比如矢栅一体化数据结构。

这种结构试图结合矢量数据和栅格数据的优点，以满足不同应用场景的需求。

在实际应用中，选择合适的空间数据结构取决于多个因素。

比如数据的特点和精度要求，如果数据是高精度的、几何形状复杂的地理实体，矢量数据结构可能更合适；如果数据是大面积的、连续分布的，比如地形数据，栅格数据结构可能更适用。

地理信息系统的数据结构地理信息系统（GIS）作为一种用于采集、存储、管理、分析和展示地理空间数据的技术系统，其核心在于数据结构的设计与运用。

数据结构如同 GIS 的骨骼框架，决定了系统如何有效地组织、存储和处理海量的地理信息，以满足各种应用需求。

在探讨地理信息系统的数据结构之前，我们首先要明白地理数据的特点。

地理数据具有空间性、属性性和时间性。

空间性指的是数据与地理位置和空间关系相关；属性性则涵盖了描述地理实体的各种特征信息，如名称、类型、面积等；时间性反映了地理现象随时间的变化。

常见的地理信息系统数据结构主要包括矢量数据结构和栅格数据结构。

矢量数据结构通过点、线、面等几何对象来表示地理实体。

比如，一个城市可以用多边形来表示其边界，道路可以用线来描绘。

矢量数据结构的优点是精度高、数据量小、图形显示质量好，并且能够方便地进行几何变换和拓扑分析。

拓扑分析对于判断地理实体之间的空间关系非常重要，比如相邻、包含等。

然而，矢量数据结构在处理复杂的空间关系和大面积的连续数据时，可能会显得较为繁琐。

相比之下，栅格数据结构将地理空间划分成规则的网格单元，每个单元赋予相应的属性值。

例如，一张卫星影像图可以看作是栅格数据，每个像素都有其代表的颜色或灰度值。

栅格数据结构的优点是处理算法简单，易于与遥感数据结合，适合进行空间分析和模拟。

但它的数据量通常较大，精度相对较低，图形显示可能会有锯齿状。

除了这两种基本的数据结构，还有一种混合数据结构，它结合了矢量和栅格数据结构的优点。

例如，在一些 GIS 应用中，对于重要的地理实体采用矢量数据结构进行精确表示，而对于大面积的背景信息则使用栅格数据结构，以提高数据处理效率。

在实际应用中，选择合适的数据结构取决于多种因素。

如果需要进行精确的几何计算和空间关系分析，矢量数据结构可能更合适；而对于大面积的连续数据，如地形、植被覆盖等，栅格数据结构往往更具优势。

同时，数据的来源、精度要求、处理速度以及存储空间等也是决定数据结构选择的重要考量因素。